特開2019-147729(P2019-147729A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特開2019-147729セラミック複合材の製造方法、及び、固定治具
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2019-147729(P2019-147729A)
(43)【公開日】2019年9月5日
(54)【発明の名称】セラミック複合材の製造方法、及び、固定治具
(51)【国際特許分類】
   C04B 35/80 20060101AFI20190809BHJP
   C23C 16/42 20060101ALI20190809BHJP
【FI】
   C04B35/80 600
   C23C16/42
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】OL
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2018-35027(P2018-35027)
(22)【出願日】2018年2月28日
(71)【出願人】
【識別番号】000000158
【氏名又は名称】イビデン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000914
【氏名又は名称】特許業務法人 安富国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】石橋 佑基
(72)【発明者】
【氏名】広瀬 敬司
【テーマコード(参考)】
4K030
【Fターム(参考)】
4K030AA03
4K030AA06
4K030AA09
4K030BA27
4K030BA37
4K030BB13
4K030CA05
4K030FA10
(57)【要約】
【課題】 CVI法を用いた単純なプロセスでセラミック複合材を得るための製造方法を提供する。
【解決手段】 セラミック繊維からなる骨材を固定治具で把持する工程と、上記固定治具で把持された上記骨材の隙間に、CVI法によりセラミックマトリックスを形成する工程と、を含み、上記固定治具は、複数の支持部材からなり、上記支持部材の少なくとも1つは、上記骨材を把持した状態で上記骨材と接する側の第1主面から反対側の第2主面まで貫通するメッシュ状の貫通孔を有することを特徴とするセラミック複合材の製造方法。
【選択図】 図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
セラミック繊維からなる骨材を固定治具で把持する工程と、
前記固定治具で把持された前記骨材の隙間に、CVI法によりセラミックマトリックスを形成する工程と、を含み、
前記固定治具は、複数の支持部材からなり、
前記支持部材の少なくとも1つは、前記骨材を把持した状態で前記骨材と接する側の第1主面から反対側の第2主面まで貫通するメッシュ状の貫通孔を有することを特徴とするセラミック複合材の製造方法。
【請求項2】
前記支持部材は、黒鉛からなる請求項1に記載のセラミック複合材の製造方法。
【請求項3】
前記支持部材の前記第2主面には、前記貫通孔の長さが支持部材の厚さより短くなるように凹部が形成されている請求項1又は2に記載のセラミック複合材の製造方法。
【請求項4】
断面が凹形状のセラミック複合材を製造するために、
前記支持部材は、前記セラミック複合材の内側に配置される内側部材と、前記セラミック複合材の外側に配置される外側部材とからなる請求項1〜3のいずれか1項に記載のセラミック複合材の製造方法。
【請求項5】
前記内側部材は、両側の主面が前記骨材と接する板形状である請求項4に記載のセラミック複合材の製造方法。
【請求項6】
前記外側部材には、前記セラミック複合材の凹形状に相当するキャビティーと、前記セラミック複合材の余肉に相当するキャビティーとが形成され、
前記余肉に相当するキャビティーは、前記凹形状に相当するキャビティーよりも間隔が広がるように構成されている請求項4又は5に記載のセラミック複合材の製造方法。
【請求項7】
前記セラミック繊維は、SiC繊維である請求項1〜6のいずれか1項に記載のセラミック複合材の製造方法。
【請求項8】
前記セラミックマトリックスは、SiCである請求項1〜7のいずれか1項に記載のセラミック複合材の製造方法。
【請求項9】
前記支持部材の、前記第1主面には、SiC又は熱分解炭素が被覆されている請求項1〜8のいずれか1項に記載のセラミック複合材の製造方法。
【請求項10】
セラミック繊維からなる骨材を把持するための固定治具であって、
前記固定治具は、複数の支持部材からなり、
前記支持部材の少なくとも1つは、前記骨材を把持した状態で前記骨材と接する側の第1主面から反対側の第2主面まで貫通するメッシュ状の貫通孔を有することを特徴とする固定治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、セラミック複合材の製造方法、及び、固定治具に関する。
【背景技術】
【0002】
SiC繊維などのセラミック繊維からなる骨材をセラミックマトリックスで固定したセラミック複合材は、高い耐熱性と強度を有しているので、航空、原子力など、過酷な環境下で使用される部材として期待されている。
【0003】
特許文献1には、様々な形状のセラミック複合材を得るためのプロセスについて記載されている。具体的には、様々な形状の部品に対応するため、繊維強化基体が、製造されるべき部品の形状に対応する形状のプリフォーム形態に製造される。
【0004】
繊維強化基体の高密度化において、一般的に用いられている方法は化学気相浸透(CVI)法である。また、製造される部品の形状が複雑である場合には特に、プリフォームの形状を保持するために、プリフォームを支えるためのツール(サポートツールともいう)が必要となる。かかるサポートツールは大きなスペースを占め、CVI炉中で大量の熱慣性を示す。したがって、CVI法によるセラミックスマトリックスを用いたプリフォームの高密度化は、通常、二工程において行われる。第一の強化工程は、セラミックマトリックス強化相が堆積し、プリフォームがその形状をサポートツールの補助なしに保持するのに充分な程度にプリフォームの繊維を結合する間に行われる。当該強化後、プリフォームはサポートツールから外され、第二工程の間、強化は続行される。
【0005】
それにもかかわらず、CVI処理の進行は遅く、炉中に存在するサポートツールを用いての当該処理によるプリフォームの強化はかなり長い時間を占めるため、上述した問題(大きなスペース、大量の熱慣性)が依然として存在する。さらに、当該強化後においては、プリフォームを冷却し、炉から取り出してサポートツールを外した後、再び炉に戻して所望の温度まで上げて強化を続行するので、多大な操作が見込まれる。
【0006】
そこで、特許文献1には、セラミックマトリックスにより高密度化される繊維強化材を含む複合部材の製造方法として、以下の
・織り繊維テクスチャーを提供する工程、
・その後、繊維テクスチャーが変形性を維持しながら、CVI法を用いて繊維テクスチャーの繊維上に、該繊維に接触し複合材料の脆化を低減する内側層と、外側セラミック層とを少なくとも含む中間相被膜を形成する工程、
・中間相被膜を形成した後、該中間相被膜が形成された繊維を用いた繊維テクスチャーを、製造される複合部材の繊維強化材を構成する繊維プリフォームに成形し、繊維プリフォームがその形状を維持する工程、
・繊維同士を結合するセラミック強化マトリックス相を用いた部分高密度化により、繊維プリフォームの形状が維持されている間にプリフォームを強化することにより、強化されるプリフォームがサポートツールによる補助なしでそれ自体の形状を保持することを可能とする工程(ここで強化は、セラミック強化マトリックス相の材料の前駆体である樹脂を含有する液体組成物で繊維プリフォームを含浸し、前駆体をセラミックスに変換することにより行われ、中間相被膜の外側層はマトリックス強化相と同じセラミック材料から形成される)、
・CVI法を用い、セラミックマトリックス相を補充することにより強化プリフォームの高密度化を続ける工程、
を含む方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特許第5117862号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、特許文献1に記載されているセラミック複合材の製造方法では、形状が固まっていない骨材からセラミック複合材を得るために、CVI法の後に部分高密度化を行い、その後、再びCVI法を行っている。このため、プロセスが複雑であり、コスト増加の原因となる。
【0009】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、CVI法を用いた単純なプロセスでセラミック複合材を得るための製造方法を提供することを目的とする。本発明はまた、上記方法に用いられる固定治具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明のセラミック複合材の製造方法は、セラミック繊維からなる骨材を固定治具で把持する工程と、上記固定治具で把持された上記骨材の隙間に、CVI法によりセラミックマトリックスを形成する工程と、を含み、上記固定治具は、複数の支持部材からなり、上記支持部材の少なくとも1つは、上記骨材を把持した状態で上記骨材と接する側の第1主面から反対側の第2主面まで貫通するメッシュ状の貫通孔を有することを特徴とする。
【0011】
本発明のセラミック複合材の製造方法によれば、CVI法によりセラミックマトリックスを形成する際、セラミック繊維からなる骨材を固定治具で把持した状態で、支持部材に設けられた貫通孔から原料ガスを充分に供給することができる。そのため、1回のプロセスでセラミック複合材の形状を固定することができる。また、骨材を固定治具で把持した状態で形状を固定するため、種々の形状の支持部材を組み合わせることによって、セラミック複合材の形状を自在に調整することができる。
【0012】
本発明のセラミック複合材の製造方法において、上記支持部材は、黒鉛からなることが望ましい。
【0013】
支持部材が黒鉛からなる場合、容易に切削加工を行うことができるため、様々な形状を得ることができる。また、黒鉛は高い耐熱性及び強度を有している点でも望ましい。
【0014】
本発明のセラミック複合材の製造方法において、上記支持部材の上記第2主面には、上記貫通孔の長さが支持部材の厚さより短くなるように凹部が形成されていることが望ましい。
【0015】
支持部材の外側となる第2主面に凹部が形成されていると、支持部材の強度を維持しながら熱容量を小さくすることができる。そのため、短時間でセラミック複合材の形状を固定することができ、処理時間を短くすることができる。
【0016】
本発明のセラミック複合材の製造方法においては、断面が凹形状のセラミック複合材を製造するために、上記支持部材は、上記セラミック複合材の内側に配置される内側部材と、上記セラミック複合材の外側に配置される外側部材とからなることが望ましい。
【0017】
支持部材を内側と外側に配置することにより、あらかじめ骨材を曲げたまま、大きく曲がった凹形状のセラミック複合材を得ることができる。そのため、セラミック繊維の破断などが発生しにくく、高強度のセラミック複合材を得ることができる。
【0018】
本発明のセラミック複合材の製造方法において、上記内側部材は、両側の主面が上記骨材と接する板形状であることが望ましい。
【0019】
内側部材の両側の主面が骨材と接する板形状とすることにより、凹形状に曲げられたセラミック複合材の間隔を小さくすることができる。そのため、骨材が大きく曲げられても、セラミック繊維に負担のかからないセラミック複合材を得ることができる。
【0020】
本発明のセラミック複合材の製造方法において、上記外側部材には、上記セラミック複合材の凹形状に相当するキャビティーと、上記セラミック複合材の余肉に相当するキャビティーとが形成され、上記余肉に相当するキャビティーは、上記凹形状に相当するキャビティーよりも間隔が広がるように構成されていることが望ましい。
【0021】
セラミック複合材は、端部がほつれやすいため、一定量の余肉を必要とする。そこで、余肉に相当するキャビティーを凹形状に相当するキャビティーよりも間隔が広がるように外側部材を構成することにより、内側部材を厚くすることができ、破損しにくくすることができる。
【0022】
本発明のセラミック複合材の製造方法において、上記セラミック繊維は、SiC繊維であることが望ましい。
【0023】
骨材を構成するセラミック繊維がSiC繊維であると、強度、耐熱性及び耐酸化性に優れたセラミック複合材を得ることができる。
【0024】
本発明のセラミック複合材の製造方法において、上記セラミックマトリックスは、SiCであることが望ましい。
【0025】
セラミックマトリックスがSiCであると、強度、耐熱性及び耐酸化性に優れたセラミック複合材を得ることができる。
【0026】
本発明のセラミック複合材の製造方法において、上記支持部材の、上記第1主面には、SiC又は熱分解炭素が被覆されていることが望ましい。
【0027】
骨材と接する側の第1主面にSiC又は熱分解炭素が被覆されていると、得られたセラミック複合材を支持部材から容易に離型することができる。
【0028】
本発明の固定治具は、セラミック繊維からなる骨材を把持するための固定治具であって、上記固定治具は、複数の支持部材からなり、上記支持部材の少なくとも1つは、上記骨材を把持した状態で上記骨材と接する側の第1主面から反対側の第2主面まで貫通するメッシュ状の貫通孔を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【0029】
図1図1(a)は、本発明の第1実施形態に係る固定治具の一例を模式的に示す断面図であり、図1(b)は、本発明の第1実施形態に係る固定治具の一例を模式的に示す斜視図である。
図2図2(a)は、本発明の第2実施形態に係る固定治具の一例を模式的に示す断面図であり、図2(b)は、本発明の第2実施形態に係る固定治具の一例を模式的に示す斜視図である。
図3図3(a)は、本発明の第3実施形態に係る固定治具の一例を模式的に示す断面図であり、図3(b)は、本発明の第3実施形態に係る固定治具の一例を模式的に示す斜視図である。
図4図4(a)は、本発明の第4実施形態に係る固定治具の一例を模式的に示す断面図であり、図4(b)は、本発明の第4実施形態に係る固定治具の一例を模式的に示す斜視図である。
図5図5(a)は、本発明の第5実施形態に係る固定治具の一例を模式的に示す断面図であり、図5(b)は、本発明の第5実施形態に係る固定治具の一例を模式的に示す斜視図である。
図6図6は、本発明の第5実施形態に係る固定治具の別の一例を模式的に示す斜視図である。
図7図7(a)、図7(b)及び図7(c)は、固定治具で把持された状態の骨材の形状の例を模式的に示す断面図である。
【0030】
(発明の詳細な説明)
以下、本発明について具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の記載に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。
【0031】
[セラミック複合材の製造方法]
本発明のセラミック複合材の製造方法は、セラミック繊維からなる骨材を固定治具で把持する工程と、上記固定治具で把持された上記骨材の隙間に、CVI法によりセラミックマトリックスを形成する工程と、を含む。
【0032】
まず、セラミック繊維からなる骨材を固定治具で把持する。
【0033】
骨材の形態は特に限定されず、例えば、クロス、抄造体、フィラメントワインディング体、ブレーディング体などが挙げられる。
【0034】
クロスは、セラミック繊維を束ねたストランドを用いて製織される。抄造体は、セラミック繊維の短繊維、長繊維などを用いて製造される。フィラメントワインディング体は、セラミック繊維を束ねたストランドをマンドレルに巻回して形成される。ブレーディング体は、互いに対向する螺旋方向にストランドを編んで円筒形状の骨材が形成される。
【0035】
1本のストランドに用いられるセラミック繊維の本数は特に限定されないが、例えば100〜5000本である。
【0036】
骨材を構成するセラミック繊維の種類は特に限定されず、例えば、SiC繊維、炭素繊維などが挙げられる。
【0037】
中でも、セラミック繊維は、SiC繊維であることが望ましい。
骨材を構成するセラミック繊維がSiC繊維であると、強度、耐熱性及び耐酸化性に優れたセラミック複合材を得ることができる。
【0038】
本発明のセラミック複合材の製造方法においては、固定治具が複数の支持部材からなり、上記支持部材の少なくとも1つが、上記骨材を把持した状態で上記骨材と接する側の第1主面から反対側の第2主面まで貫通するメッシュ状の貫通孔を有することを特徴としている。このような固定治具もまた、本発明の1つである。本発明の固定治具については、後述の[固定治具]で詳しく説明する。
【0039】
次に、固定治具で把持された骨材の隙間に、CVI法によりセラミックマトリックスを形成する。
【0040】
具体的には、固定治具で把持された骨材をCVD炉内に置き、CVD炉内にセラミックマトリックスの形成材料となる原料ガスを供給することで、骨材の隙間、すなわち骨材を構成するセラミック繊維の間にセラミックマトリックスを充填することができる。
【0041】
上記のとおり、固定治具を構成する支持部材にはメッシュ状の貫通孔が設けられているため、この貫通孔から原料ガスを充分に供給することができる。そのため、1回のプロセスでセラミック複合材の形状を固定することができる。
【0042】
また、骨材を固定治具で把持した状態で形状を固定するため、種々の形状の支持部材を組み合わせることによって、セラミック複合材の形状を自在に調整することができる。例えば、平板状のセラミック複合材、断面が凹形状のセラミック複合材など様々な形状のセラミック複合材を製造することができる。
【0043】
本明細書において、断面が凹形状のセラミック複合材には、断面がU形状又はV形状のセラミック複合材も含まれる。
【0044】
セラミックマトリックスの種類は特に限定されず、例えば、SiC、炭素などが挙げられる。
【0045】
中でも、セラミックマトリックスは、SiCであることが望ましい。
セラミックマトリックスがSiCであると、強度、耐熱性及び耐酸化性に優れたセラミック複合材を得ることができる。
【0046】
例えば、CVI法によりSiCのマトリックスを形成する場合、セラミックマトリックスの前駆体である原料ガスとしては、例えば、メチルトリクロロシラン(CHSiCl)やメチルジクロロシラン(CHSiHCl)などのハロゲン化有機珪素化合物、あるいは、四塩化珪素(SiCl)やシラン(SiH)などのSi原子を含むガスと炭化水素ガス(CH、C等)などのC原子を含むガスとの混合ガスが用いられる。また、CVD炉での真空度は、例えば1〜30kPaであり、処理温度は、例えば、1000〜1500℃である。
【0047】
また、セラミック繊維と、セラミックマトリックスが同種である場合には、セラミック繊維の表面に異なる種類のセラミック層を形成した後、セラミックマトリックスを形成してもよい。例えば、SiC繊維とSiCのマトリックスとからなる場合に、SiC繊維の表面に、BN、熱分解炭素などの異なるセラミック層を形成することで、セラミック繊維とセラミックマトリックスとの一体化を防止することができる。
【0048】
[固定治具]
本発明の固定治具は、セラミック繊維からなる骨材を把持するための固定治具である。本発明の固定治具は、複数の支持部材からなり、上記支持部材の少なくとも1つは、上記骨材を把持した状態で上記骨材と接する側の第1主面から反対側の第2主面まで貫通するメッシュ状の貫通孔を有することを特徴としている。
【0049】
本発明の固定治具においては、骨材と接するすべての支持部材の第1主面に貫通孔が設けられていることが望ましいが、骨材と接する第1主面に貫通孔が設けられていない支持部材があってもよい。
【0050】
本明細書において、「メッシュ状」とは、規則的又は不規則な形状及び配置を有する複数個の貫通孔が形成されている状態を意味する。
【0051】
貫通孔の長手方向に垂直な断面形状は特に限定されず、例えば、円形、楕円形、多角形などが挙げられる。貫通孔の断面形状は1種でもよいし、2種以上でもよい。
【0052】
貫通孔の大きさは特に限定されないが、1個の貫通孔の断面積は、10〜500mmであることが望ましい。貫通孔の大きさはすべて同じでもよいし、少なくとも一部が異なっていてもよい。
【0053】
複数個の貫通孔は、不規則に配置されていてもよいが、規則的に配置されていることが望ましい。
【0054】
貫通孔の個数は特に限定されないが、支持部材の第1主面1cmあたり、0.1〜10個であることが望ましい。
【0055】
また、支持部材の第1主面のうち、骨材と接している面積全体に占める貫通孔の断面積の合計である開口率は、20〜70%であることが望ましい。
【0056】
支持部材の材料は特に限定されず、例えば、黒鉛、SiC、アルミナ、ムライトなどが挙げられる。
【0057】
中でも、支持部材は、黒鉛からなることが望ましい。
支持部材が黒鉛からなる場合、容易に切削加工を行うことができるため、様々な形状を得ることができる。また、黒鉛は高い耐熱性及び強度を有している点でも望ましい。
【0058】
本発明の支持部材は、第1主面に、SiC又は熱分解炭素が被覆されていることが望ましい。
骨材と接する側の第1主面にSiC又は熱分解炭素が被覆されていると、得られたセラミック複合材を支持部材から容易に離型することができる。
【0059】
例えば、CVD法、前駆体法などの方法によって支持部材の主面にSiC又は熱分解炭素を被覆することができる。
【0060】
SiC又は熱分解炭素の被覆の厚みは特に限定されないが、10〜100μmであることが望ましい。
【0061】
以下、本発明の固定治具の実施形態について、骨材が把持された状態で説明する。
以下に示す各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもない。
【0062】
(第1実施形態)
第1実施形態では、平板状のセラミック複合材を製造するために、一対の支持部材の間に骨材が挟まれる。
【0063】
本発明の第1実施形態においては、骨材と接する一対の支持部材のうち、いずれか一方の支持部材の第1主面に貫通孔が設けられていればよいが、両方の支持部材の第1主面に貫通孔が設けられていることが望ましい。
【0064】
図1(a)は、本発明の第1実施形態に係る固定治具の一例を模式的に示す断面図であり、図1(b)は、本発明の第1実施形態に係る固定治具の一例を模式的に示す斜視図である。
【0065】
図1(a)及び図1(b)に示す固定治具1は、上面側部材11及び下面側部材12からなる。上面側部材11と下面側部材12との間に骨材10が挟まれることにより、骨材10が固定治具1で把持されている。
【0066】
上面側部材11は、セラミック複合材となる骨材10の上面側に配置される支持部材である。
上面側部材11は平板状であり、骨材10と接する側の第1主面11aと、第1主面11aと反対側の第2主面11bとを有している。上面側部材11は、第1主面11aから第2主面11bまで貫通する複数個の貫通孔13を有している。
【0067】
下面側部材12は、セラミック複合材となる骨材10の下面側に配置される支持部材である。
下面側部材12は平板状であり、骨材10と接する側の第1主面12aと、第1主面12aと反対側の第2主面12bとを有している。下面側部材12は、第1主面12aから第2主面12bまで貫通する複数個の貫通孔14を有している。
【0068】
図1には示されていないが、上面側部材11及び下面側部材12は、ネジ、ボルト、ナット等の固定部材によって互いに固定されることが望ましい。
【0069】
図1では、上面側部材11が鉛直上方、下面側部材12が鉛直下方に配置されているが、上面側部材11と下面側部材12との間に骨材10が挟まれる限り、その方向は特に限定されない。
【0070】
上記のように骨材を固定治具で把持した後、CVD炉に入れ、骨材のセラミック繊維間にセラミックマトリックスをCVI法で形成する。固定治具はメッシュ状の貫通孔を有しているので、骨材全体に原料ガスが届き、固定治具を外すと平板状のセラミック複合材を得ることができる。
【0071】
(第2実施形態)
第2実施形態では、支持部材の縁以外の領域で貫通孔の長さが短くなるように支持部材の第2主面に凹部が形成されている点を除いて、第1実施形態と同様である。
【0072】
本発明の第2実施形態においては、貫通孔が設けられているすべての支持部材の第2主面に凹部が形成されていることが望ましいが、凹部が形成されていない支持部材があってもよい。
【0073】
本発明の第2実施形態において、凹部の大きさ、形状、深さなどは特に限定されない。複数の支持部材に凹部が形成されている場合、凹部の大きさ、形状、深さなどは、それぞれ同じでもよいし、異なっていてもよい。また、同一の第2主面に、複数の凹部が形成されていてもよい。
【0074】
図2(a)は、本発明の第2実施形態に係る固定治具の一例を模式的に示す断面図であり、図2(b)は、本発明の第2実施形態に係る固定治具の一例を模式的に示す斜視図である。
【0075】
図2(a)及び図2(b)に示す固定治具2は、上面側部材21及び下面側部材22からなる。上面側部材21と下面側部材22との間に骨材20が挟まれることにより、骨材20が固定治具2で把持されている。
【0076】
上面側部材21は平板状であり、骨材20と接する側の第1主面21aと、第1主面21aと反対側の第2主面21bとを有している。上面側部材21は、第1主面21aから第2主面21bまで貫通する複数個の貫通孔23を有している。
【0077】
上面側部材21において、骨材20と接している第1主面21aと反対側の第2主面21bには凹部25が形成されている。凹部25は、第2主面21bの四辺に沿って形成されている。凹部25が形成されているため、上面側部材21に設けられている貫通孔23は、上面側部材11に設けられている貫通孔13に比べて短くなっている。このため、上面側部材の熱容量が小さくなり、加熱および冷却がされやすくなる。
【0078】
下面側部材22は平板状であり、骨材20と接する側の第1主面22aと、第1主面22aと反対側の第2主面22bとを有している。下面側部材22は、第1主面22aから第2主面22bまで貫通する複数個の貫通孔24を有している。
【0079】
下面側部材22において、骨材20と接している第1主面22aと反対側の第2主面22bには凹部26が形成されている。凹部26は、第2主面22bの四辺に沿って形成されている。凹部26が形成されているため、下面側部材22に設けられている貫通孔24は、下面側部材12に設けられている貫通孔14に比べて短くなっている。このため、下面側部材の熱容量が小さくなり、加熱および冷却がされやすくなる。
【0080】
上記のように骨材を固定治具で把持した後、CVD炉に入れ、骨材のセラミック繊維間にセラミックマトリックスをCVI法で形成する。固定治具はメッシュ状の貫通孔を有しているので、骨材全体に原料ガスが届き、固定治具を外すと平板状のセラミック複合材を得ることができる。
【0081】
(第3実施形態)
第3実施形態では、断面が凹形状のセラミック複合材を製造するために、支持部材が、セラミック複合材の内側に配置される内側部材と、セラミック複合材の外側に配置される外側部材とからなる。
【0082】
本発明の第3実施形態においては、骨材と接する内側部材及び外側部材のうち、いずれか一方の部材の第1主面に貫通孔が設けられていればよいが、骨材と接する内側部材及び外側部材の第1主面に貫通孔が設けられていることが望ましい。
【0083】
図3(a)は、本発明の第3実施形態に係る固定治具の一例を模式的に示す断面図であり、図3(b)は、本発明の第3実施形態に係る固定治具の一例を模式的に示す斜視図である。
【0084】
図3(a)及び図3(b)に示す固定治具3は、内側部材31及び外側部材32からなる。内側部材31と外側部材32との間に骨材30が挟まれることにより、骨材30が固定治具3で把持されている。骨材30は、断面が凹形状になるように曲げられた状態で把持されている。
【0085】
内側部材31は、セラミック複合材となる骨材30の内側に配置される支持部材である。内側部材31は5つの平板で囲まれた直方体状であり、骨材30と接する側の第1主面31a及び31aと、第1主面31aと反対側の第2主面31bと、第1主面31aと反対側の第2主面31bとを有している。内側部材31は、第1主面31aから第2主面31bまで貫通する複数個の貫通孔33、及び、第1主面31aから第2主面31bまで貫通する複数個の貫通孔34を有している。
【0086】
内側部材31の大きさ、形状などは特に限定されない。また、内側部材31の第2主面31b及び31bの少なくとも一方には、凹部が形成されていてもよい。
【0087】
外側部材32は、セラミック複合材となる骨材30の外側に配置される支持部材である。外側部材32は、骨材30と同様に断面が凹形状であり、骨材30と接する側の第1主面32a及び32aと、第1主面32aと反対側の第2主面32bと、第1主面32aと反対側の第2主面32bとを有している。外側部材32は、第1主面32aから第2主面32bまで貫通する複数個の貫通孔35、及び、第1主面32aから第2主面32bまで貫通する複数個の貫通孔36を有している。
【0088】
外側部材32において、骨材30と接している第1主面32aと反対側の第2主面32bには凹部37が形成されており、骨材30と接している第1主面32aと反対側の第2主面32bには凹部38が形成されている。凹部37は、第2主面32bの三辺に沿って形成されており、凹部38は、第2主面32bの三辺に沿って形成されている。凹部37及び38が形成されているため、外側部材32に設けられている貫通孔35及び36は、凹部が形成されていない外側部材に設けられている貫通孔に比べて短くなっている。ただし、外側部材32には、凹部37及び38が形成されていなくてもよい。
【0089】
上記のように骨材を固定治具で把持した後、CVD炉に入れ、骨材のセラミック繊維間にセラミックマトリックスをCVI法で形成する。固定治具はメッシュ状の貫通孔を有しているので、骨材全体に原料ガスが届き、固定治具を外すと凹形状のセラミック複合材を得ることができる。
【0090】
(第4実施形態)
第4実施形態では、内側部材が板形状を有し、両側の主面が骨材と接する点を除いて、第3実施形態と同様である。
【0091】
本発明の第4実施形態においては、骨材と接する内側部材及び外側部材のうち、少なくとも外側部材の第1主面に貫通孔が設けられていればよいが、骨材と接する内側部材及び外側部材の第1主面に貫通孔が設けられていることが望ましい。
【0092】
図4(a)は、本発明の第4実施形態に係る固定治具の一例を模式的に示す断面図であり、図4(b)は、本発明の第4実施形態に係る固定治具の一例を模式的に示す斜視図である。
【0093】
図4(a)及び図4(b)に示す固定治具4は、内側部材41及び外側部材42からなる。内側部材41と外側部材42との間に骨材40が挟まれることにより、骨材40が固定治具4で把持されている。骨材40は、断面が凹形状になるように曲げられた状態で把持されている。
【0094】
内側部材41は平板状であり、骨材40と接する側の第1主面41a及び41aを有している。すなわち、内側部材41の両側の主面が骨材40と接している。内側部材41は、第1主面41aから第1主面41aまで貫通する複数個の貫通孔43を有している。
【0095】
外側部材42は、骨材40と同様に断面が凹形状であり、骨材40と接する側の第1主面42a及び42aと、第1主面42aと反対側の第2主面42bと、第1主面42aと反対側の第2主面42bとを有している。外側部材42は、第1主面42aから第2主面42bまで貫通する複数個の貫通孔45、及び、第1主面42aから第2主面42bまで貫通する複数個の貫通孔46を有している。
【0096】
外側部材42において、骨材40と接している第1主面42aと反対側の第2主面42bには凹部47が形成されており、骨材40と接している第1主面42aと反対側の第2主面42bには凹部48が形成されている。凹部47は、第2主面42bの三辺に沿って形成されており、凹部48は、第2主面42bの三辺に沿って形成されている。凹部47及び48が形成されているため、外側部材42に設けられている貫通孔45及び46は、支持部材の厚さより短くなっている。ただし、外側部材42には、凹部47及び48が形成されていなくてもよい。
【0097】
上記のように骨材を固定治具で把持した後、CVD炉に入れ、骨材のセラミック繊維間にセラミックマトリックスをCVI法で形成する。固定治具はメッシュ状の貫通孔を有しているので、骨材全体に原料ガスが届き、固定治具を外すと凹形状のセラミック複合材を得ることができる。
【0098】
(第5実施形態)
第5実施形態では、外側部材に、セラミック複合材の凹形状に相当するキャビティーと、セラミック複合材の余肉に相当するキャビティーとが形成されている点を除いて、第3実施形態又は第4実施形態と同様である。
【0099】
図5(a)は、本発明の第5実施形態に係る固定治具の一例を模式的に示す断面図であり、図5(b)は、本発明の第5実施形態に係る固定治具の一例を模式的に示す斜視図である。
【0100】
図5(a)及び図5(b)に示す固定治具5は、内側部材51及び外側部材52からなる。内側部材51と外側部材52との間に骨材50が挟まれることにより、骨材50が固定治具5で把持されている。骨材50は、断面が凹形状になるように曲げられるとともに、両端部が広げられた状態で把持されている。骨材50の両端部はセラミック複合材の余肉となっている。そのため、骨材50は、セラミック複合材の凹形状に相当する本体部50Aと、セラミック複合材の余肉に相当する余肉部50Bとからなる。なお、余肉部50Bは、製造途中で切り取られてしまい、最終的な製品であるセラミック複合材とはならない部分である。
【0101】
内側部材51は、セラミック複合材の凹形状に相当する本体部51Aと、セラミック複合材の余肉に相当する余肉部51Bとからなる。内側部材51の余肉部51Bは、内側部材51の本体部51Aよりも厚くなるように構成されている。その他の構成は内側部材41と共通であるため、詳細な説明は省略する。
【0102】
外側部材52は、セラミック複合材の凹形状に相当する本体部52Aと、セラミック複合材の余肉に相当する余肉部52Bとからなる。外側部材52の本体部52Aには、セラミック複合材の凹形状に相当するキャビティーが形成されており、外側部材52の余肉部52Bには、セラミック複合材の余肉に相当するキャビティーが形成されている。余肉に相当するキャビティーは、凹形状に相当するキャビティーよりも間隔が広がるように構成されている。このような構造にすることにより、CVI法によりセラミックマトリックスを形成する工程で支持部材に大きな力が加わっても、内側部材の破損を防止することができる。その他の構成は外側部材42と共通であるため、詳細な説明は省略する。
【0103】
なお、第4実施形態で説明した内側部材41及び外側部材42が、それぞれ、セラミック複合材の凹形状に相当する本体部と、セラミック複合材の余肉に相当する余肉部とから構成されている場合について説明したが、第3実施形態で説明した内側部材31及び外側部材32が、それぞれ、セラミック複合材の凹形状に相当する本体部と、セラミック複合材の余肉に相当する余肉部とから構成されていてもよい。
【0104】
上記のように骨材を固定治具で把持した後、CVD炉に入れ、骨材のセラミック繊維間にセラミックマトリックスをCVI法で形成する。固定治具はメッシュ状の貫通孔を有しているので、骨材全体に原料ガスが届き、固定治具を外すと両端部の広がった凹形状のセラミック複合材を得ることができる。また、凹形状の両端部の広がった部分は、余肉となるので、切断して凹形状のセラミック複合材を得ることができる。
【0105】
(その他の実施形態)
本発明の固定治具は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【0106】
図6は、本発明の第5実施形態に係る固定治具の別の一例を模式的に示す斜視図である。
図6に示す固定治具6は、内側部材61及び外側部材62からなる。内側部材61と外側部材62との間に骨材50が挟まれることにより、骨材50が固定治具6で把持されている。固定治具6においては、外側部材62が一対の部材62X及び62Yからなる。
【0107】
このように、本発明の固定治具が内側部材及び外側部材からなる場合、外側部材が複数の部材から構成されていてもよい。同様に、内側部材が複数の部材から構成されていてもよい。
【0108】
また、本発明の固定治具が上面側部材及び下面側部材からなる場合、上面側部材が複数の部材から構成されていてもよいし、下面側部材が複数の部材から構成されていてもよい。
【0109】
図7(a)、図7(b)及び図7(c)は、固定治具で把持された状態の骨材の形状の例を模式的に示す断面図である。
本発明の固定治具においては、複数の支持部材を組み合わせることによって、図7(a)、図7(b)及び図7(c)に示すような状態で骨材を把持することが可能である。その結果、様々な形状のセラミック複合材を製造することが可能となる。
【0110】
また、曲面を有する支持部材を用いることによって、曲面を有するセラミック複合材を製造することも可能である。
【0111】
(実施例)
平板状の1組の支持部材にSiC繊維からなる骨材を挟み、カーボン製のボルトで固定した。SiC繊維からなる骨材は、110mm×110mmサイズの平織りのクロスである。2つの平板状の支持部材は、ともに厚さが15mmであるが、骨材が接している部位の裏側には凹部が形成され、凹部を除いた支持部材の厚さが5mmになっている。2つの平板状の支持部材の凹部には、ともに貫通孔がメッシュ状に形成され、格子の間隔は7mm、孔径はφ5mm、開口率は51%である。
なお、本実施例の固定治具は、第2実施形態の固定治具に相当する。
【0112】
支持部材と骨材とをセットしたまま、CVD炉に入れ、骨材の隙間にセラミックマトリックスを形成した。原料ガスは、SiClとCHを使用し、SiCのマトリックスが得られた。
支持部材を取り外すと、SiC繊維からなる骨材は、支持部材の形状に対応し、平板状の形状に固定されていた。
【0113】
以上より、本発明によれば、支持部材の形状に合わせて、形状精度よくセラミック複合材が得られることが確認された。
【符号の説明】
【0114】
1,2,3,4,5,6 固定治具
10,20,30,40,50 骨材
11,21 上面側部材
11a,21a 上面側部材の第1主面
11b,21b 上面側部材の第2主面
12,22 下面側部材
12a,22a 下面側部材の第1主面
12b,22b 下面側部材の第2主面
13,14,23,24,33,34,35,36,43,45,46 貫通孔
25,26,37,38,47,48 凹部
31,41,51,61 内側部材
31a,31a,41a,41a 内側部材の第1主面
31b,31b 内側部材の第2主面
32,42,52,62 外側部材
32a,32a,42a,42a 外側部材の第1主面
32b,32b,42b,42b 外側部材の第2主面
50A 骨材の本体部
50B 骨材の余肉部
51A 内側部材の本体部
51B 内側部材の余肉部
52A 外側部材の本体部
52B 外側部材の余肉部
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7