特許 6799451 ＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6799451

(24)【登録日】2020年11月25日

(45)【発行日】2020年12月16日

(54)【発明の名称】ＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 35/80 20060101AFI20201207BHJP

   C04B 35/573 20060101ALI20201207BHJP

【ＦＩ】

   C04B35/80 600

   C04B35/573

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-241286(P2016-241286)

(22)【出願日】2016年12月13日

(65)【公開番号】特開2018-95507(P2018-95507A)

(43)【公開日】2018年6月21日

【審査請求日】2019年9月25日

(73)【特許権者】

【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】110002000

【氏名又は名称】特許業務法人栄光特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高木 俊

【審査官】 神▲崎▼ 賢一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１８０２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１９７４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−１３５７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５８６５９２２（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０４Ｂ ３５／８０

Ｃ０４Ｂ ３５／５７３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＳｉＣ繊維を用いて骨材を形成する骨材形成工程と、
前記骨材に炭素前駆体を含浸する第１含浸工程と、
前記骨材を加熱するとともに、前記炭素前駆体を硬化する硬化工程と、
前記骨材を不活性ガス中または真空中で焼成し、硬化した前記炭素前駆体を炭素化し、ＳｉＣ繊維／炭素複合材を得る炭素化工程と、
前記ＳｉＣ繊維／炭素複合材を溶融シリコンに浸漬し、シリコンを含浸する第２含浸工程と、を含み、
前記硬化工程では、前記炭素前駆体を分解ガスで発泡させるＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法。

【請求項2】

前記炭素化工程と前記第２含浸工程との間に、前記硬化工程において前記炭素前駆体を発泡させて得られた気泡を破壊する気泡破壊工程をさらに有する請求項１に記載のＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法。

【請求項3】

前記気泡破壊工程は、前記ＳｉＣ繊維／炭素複合材を液体中に配置して液体を加えることにより発生する超音波振動よって行われる請求項２に記載のＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法。

【請求項4】

前記炭素前駆体は、フェノール樹脂、コプナ樹脂、ＰＶＣピッチから選択される１または２以上の樹脂からなる請求項１〜３のいずれか１項に記載のＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法。

【請求項5】

前記炭素前駆体は、炭素系粒子を含有する請求項１〜４のいずれか１項に記載のＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材は、耐熱性、耐酸化性を有し、高強度の素材であるので、高温炉用部材、半導体製造装置など様々な分野で使用が期待されている。近年では、ジェットエンジン用部品などへの適用も検討されている。

【0003】

特許文献１は、繊維強化セラミックマトリックス複合材プリフォームを溶浸処理する方法であって、（ａ）プリフォームを溶融シリコン浴中に浸漬するステップと、（ｂ）前記プリフォームを所定の時間前記浴内にそのまま置いておくステップと、（ｃ）前記プリフォームを前記浴から引き出すステップと、（ｄ）前記プリフォームを冷却するステップと、を含むことが記載されている。

【0004】

上記溶浸処理する方法において、繊維強化ＣＭＣプリフォームは、該プリフォームを溶融シリコン浴中に浸漬することによって溶浸される。１つの例示的な実施形態では、部品は、真空及び／又は不活性雰囲気炉内で黒鉛ホルダにより吊り下げられる。ホルダ及びＣＭＣプリフォームは溶融シリコン浴中に下ろされ、溶融シリコン浴中で溶融シリコンが、ＣＭＣプリフォームの表面を濡らし、部品に浸透する。この浸漬処理はＣＭＣプリフォームを溶浸するのに必要な時間を著しく短縮するので、溶融シリコンがプリフォームを浸食することになる可能性が減少することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６−２０６４３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記に記載された発明は、溶融シリコン液中にプリフォームを浸漬するので、マトリックス部分にはシリコンが多く残留する。このため、高温に長期間曝されると残留する金属シリコンがＳｉＣ繊維を浸食し、高温での安定性が低下してしまう。

【0007】

前記課題を鑑み、本発明では、高温で長期間使用可能となるよう、残留するシリコンを少なくし、ＳｉＣ繊維の浸食を抑制することができるＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法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】

【0008】

前記課題を解決するための本発明のＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法は、
（１）ＳｉＣ繊維を用いて骨材を形成する骨材形成工程と、前記骨材に炭素前駆体を含浸する第１含浸工程と、前記骨材を加熱するとともに、前記炭素前駆体を硬化させる硬化工程と、前記骨材を不活性ガス中または真空中で焼成し、硬化した前記炭素前駆体を炭素化し、ＳｉＣ繊維／炭素複合材を得る炭素化工程と、前記ＳｉＣ繊維／炭素複合材を溶融シリコンに浸漬し、シリコンを含浸する第２含浸工程と、を含む。

【0009】

本発明のＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法は、ＳｉＣ繊維を用いて骨材を形成する骨材形成工程と、前記骨材に炭素前駆体を含浸する第１含浸工程と、前記骨材を加熱するとともに、前記炭素前駆体を硬化させる硬化工程と、前記骨材を不活性ガス中または真空中で焼成し、硬化した前記炭素前駆体を炭素化し、ＳｉＣ繊維／炭素複合材を得る炭素化工程と、前記ＳｉＣ繊維／炭素複合材を溶融シリコンに浸漬し、シリコンを含浸する第２含浸工程とを含んでいる。

【0010】

すなわち、本発明のＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法は、骨材の有する第１の空隙に炭素前駆体を充填し炭素化することにより骨材の空隙に炭素を充填させる。炭素化工程によって炭素前駆体が熱分解し、収縮することにより第２の空隙ができる。シリコンを含浸する第２含浸工程では、炭素前駆体の焼成によって新たに形成された第２の空隙にシリコンを含浸し、骨材の内部に炭素とシリコンを充填することができる。さらに、シリコンを含浸する際、シリコンは溶融し高温であるので、速やかに浸透し炭素と反応焼結しやすいので炭素がＳｉＣ化しＳｉＣマトリックスとなり、ＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材を得ることができる。また、骨材の空隙には第１含浸工程であらかじめ効率よく炭素が充填されているため、シリコンが過剰に残留することなく、ＳｉＣを浸食しにくくすることができる。

【0011】

また、本発明のＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法は、以下の態様であることが好ましい。

【0012】

（２）前記炭素前駆体は、フェノール樹脂、コプナ樹脂、ＰＶＣピッチから選択される１または２以上の樹脂からなる。

【0013】

これらの炭素前駆体は、一旦硬化した後に炭素化するので（固相炭素化）炭素化の過程で原子が再配列しにくく、乱れた結晶構造をとり黒鉛化度は高まりにくい。このため炭素前駆体が炭素化して得られた炭素は、反応性の高い六角網面のエッジが表面に露出しやすく、このエッジがＳｉと反応しＳｉＣ化しやすくなると考えられる。また、反応性の高い六角網面のエッジは、シリコンとの親和性が良好であるので、含浸されるシリコンの先端部分の接触角は小さくなる。浸透力を妨げられにくくなるため溶融シリコンは浸透しやすく、短時間で骨材の内部までシリコンを浸透することができる。

【0014】

（３）前記炭素前駆体は、炭素系粒子を含有する。

【0015】

炭素前駆体が炭素系粒子を含有していると、炭素化工程における歩留まりが高く、最終的にＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材に残留するシリコンの量を少なくすることができＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の熱安定性を高めることができる。炭素系粒子とは、第１含浸工程における炭素前駆体の含浸に影響がなければどのようなものでもよく、たとえばカーボンブラック、カーボンチューブ、フラーレンなどのほか、コークス、黒鉛の粉末なども利用できる。

【0016】

（４）前記硬化工程では前記炭素前駆体を分解ガスで発泡させる。

【0017】

硬化工程で炭素前駆体を発泡させると、第２含浸工程でシリコンが含浸される経路を形成することができる。このため、第２含浸工程における含浸に要する時間を短縮でき、シリコンによるＳｉＣ繊維の浸食を起こりにくくすることができる。

【0018】

（５）前記炭素化工程と前記第２含浸工程との間に、前記硬化工程において前記炭素前駆体を発泡させて得られた気泡を破壊する気泡破壊工程をさらに有する。

【0019】

前記硬化工程において前記炭素前駆体を発泡させて得られた気泡を破壊する気泡破壊工程をさらに有すると、硬化工程で得られた気泡どうしの壁を破壊し連続気孔とすることができ、シリコンを含浸しやすくすることができる。

【0020】

気泡破壊工程によって、炭素で形成された気泡どうしの壁が破壊されたＳｉＣ繊維／炭素複合材は、シリコンがさらに短時間で含浸することができるようになるため、ＳｉＣとシリコンが高温で接触する時間を短縮できシリコンによるＳｉＣ繊維の浸食を抑制することができる。気泡破壊の方法は、特に限定されない。たとえば静水圧、超音波振動などが挙げられる。静水圧で加えられる衝撃は、たとえば液体の満たされた圧力容器に圧力を加えることで得ることができる。また、超音波振動による衝撃は、水などの液体にＳｉＣ繊維／炭素複合材を浸漬し、超音波振動子によって加えることができる。

【0021】

（６）前記気泡破壊工程は、前記ＳｉＣ繊維／炭素複合材を液体中に配置して液体を加えることにより発生する超音波振動よって行われる。

【0022】

気泡破壊工程は、前記ＳｉＣ繊維／炭素複合材を液体中に配置して液体を加えることにより発生する超音波振動であることが好ましい。超音波振動は、高い周波数の振動を液体に加えることにより、圧力容器を用いることなく容易に圧力を加えることができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、ＳｉＣ繊維を用いて骨材を形成し（骨材形成工程）、次にＳｉＣ繊維間に形成された第1の空隙に炭素前駆体を含浸（第１含浸工程）した後に、硬化させＳｉＣ繊維間に硬化した炭素前駆体が充填される（硬化工程）。さらに 炭素化工程によって炭素前駆体が収縮し第２の空隙を形成させ(炭素化工程)、第２の空隙にシリコンを含浸し、骨材の内部に炭素とシリコンを充填することができる（第２含浸工程）。ここで、シリコンを含浸する際、シリコンは溶融し高温であるので、速やかに浸透し炭素と反応焼結しやすいので炭素がＳｉＣ化しＳｉＣマトリックスとなり、ＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材を得ることができる。また、骨材の空隙にはあらかじめ炭素が充填されているため、シリコンが過剰に残留することなく、ＳｉＣ繊維を浸食しにくくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明に係るＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法の実施例１を示す、フローチャート図と模式図。

【図2】本発明に係るＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法の実施例２を示す、フローチャート図と模式図。

【図3】図２におけるＡ領域、Ｂ領域、Ｃ領域の拡大図を示し、（ａ）はＡ領域の拡大図、（ｂ）はＢ領域の拡大図、（ｃ）はＣ領域の拡大図。

【図4】本発明に係るＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法の実施例３を示す、フローチャート図と模式図。

【図5】図４におけるＡ領域、Ｂ領域、Ｃ領域、Ｄ領域の拡大図を示し、（ａ）はＡ領域の拡大図、（ｂ）はＢ領域の拡大図、（ｃ）はＣ領域の拡大図、（ｄ）はＤ領域の拡大図。

【0025】

（発明の詳細な説明）
本発明のＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法は、ＳｉＣ繊維を用いて骨材を形成する骨材形成工程と、前記骨材に炭素前駆体を含浸する第１含浸工程と、前記骨材を加熱するとともに、前記炭素前駆体を硬化させる硬化工程と、前記骨材を不活性ガス中または真空中で焼成し、硬化した前記炭素前駆体を炭素化し、ＳｉＣ繊維／炭素複合材を得る炭素化工程と、前記ＳｉＣ繊維／炭素複合材を溶融シリコンに浸漬し、シリコンを含浸する第２含浸工程と、を含む。

【0026】

すなわち、本発明のＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法は、骨材の有する第１の空隙に炭素前駆体を充填し炭素化することにより骨材の空隙に炭素を充填させる。炭素化工程によって炭素前駆体が熱分解し、収縮により第２の空隙ができる。シリコンを含浸する第２含浸工程では、炭素前駆体の焼成によって新たに形成された第２の空隙にシリコンを含浸し、骨材の内部に炭素とシリコンを充填することができる。さらに、シリコンを含浸する際、シリコンは溶融し高温であるので、速やかに浸透し、炭素と反応焼結しやすいので炭素がＳｉＣ化しＳｉＣマトリックスとなり、ＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材を得ることができる。また、シリコンを含浸する第２含浸工程に先立って骨材の空隙にはあらかじめ炭素が充填されているため、シリコンが過剰に残留することなく、ＳｉＣを浸食しにくくすることができる。

【0027】

本発明の骨材の形態はどのようなものでもよく特に限定されない。例えば、ＳｉＣ繊維を織ったクロス、ＳｉＣ繊維を巻回したフィラメントワインディング体、ＳｉＣ繊維を抄造した抄造体、ＳｉＣ繊維のマット、ＳｉＣ繊維を製織したブレーディング体などが挙げられる。クロス、フィラメントワインディング体、ブレーディング体では、ＳｉＣ繊維は素線ではなく、ＳｉＣ繊維を複数本まとめたストランドを用いることが好ましい。ストランドは、ＳｉＣ繊維の素線よりも十分に太いので扱いやすい上に、骨材を形成する過程でＳｉＣ繊維が切断されても、毛羽立ちするだけで、ストランド全体が切断に至らないので、容易に骨材を形成することができる。

【0028】

骨材の形状は、最終的なＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の形状と同じ形状であることが好ましい。骨材に炭素前駆体を含浸し、硬化、焼成を経た後、シリコンを含浸することにより、ＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材を得る。炭素前駆体を含浸し硬化した段階で形状が固定されるので骨材の段階で同じ形状を用いることにより目的のＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の形状を得ることができる。

【0029】

ＳｉＣ繊維の太さは特に限定されないが、例えば５〜２０μｍであることが好ましい。ＳｉＣ繊維の太さが５μｍ以上であると表面積を小さくすることができるので、第２含浸工程でシリコンを含浸したときのＳｉＣ繊維のダメージを小さくすることができる。また、ＳｉＣ繊維の太さが２０μｍ以下であると、製造時にＳｉＣ繊維を曲げた際に繊維表面にかかる張力の大きさを抑制できるのでＳｉＣ繊維を切れにくくすることができる。

【0030】

第２含浸工程では、炭素化工程を経て得られたＳｉＣ繊維／炭素複合材を、例えば溶融したシリコンに浸漬することによって含浸することができる。
具体的には、例えば外側がカーボンルツボ、内側が石英ルツボで構成される２重ルツボの中で処理される。カーボンルツボの周囲にカーボンヒーターが備えられ、内側の石英ルツボの中に充填されたシリコンを溶融させる。シリコンの融点は１４１０℃であるのでカーボンヒーターでシリコンが溶融するまで加熱する。次に溶融したシリコンに炭素化工程（Ｓ４）を経たＳｉＣ繊維／炭素複合材を浸漬する。
第２含浸工程は、不活性雰囲気下または真空下で行うことが好ましい。不活性雰囲気とは、例えばヘリウム、ネオン、アルゴンなどの希ガス、窒素雰囲気などが挙げられる。

【0031】

また、本発明のＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法は、以下の態様であることが好ましい。

【0032】

前記炭素前駆体は、フェノール樹脂、コプナ樹脂、ＰＶＣピッチから選択される１または２以上の樹脂からなることが好ましい。ＰＶＣピッチとは、ポリ塩化ビニル(polyvinyl chloride)を溶媒に溶かし、熱処理して得られたピッチである。

【0033】

これらの炭素前駆体は、一旦硬化した後に炭素化するので（固相炭素化）炭素化の過程で原子が再配列しにくく、乱れた結晶構造をとり黒鉛化度は高まりにくい。このため炭素前駆体が炭素化して得られた炭素は、反応性の高い六角網面のエッジが表面に露出しやすく、このエッジがＳｉと反応しＳｉＣ化しやすくなると考えられる。また、反応性の高い六角網面のエッジは、シリコンとの親和性が良好であるので、含浸されるシリコンの先端部分の接触角は小さくなる。浸透力を妨げられにくくなるため溶融シリコンは浸透しやすく、短時間で骨材の内部までシリコンを浸透することができる。

【0034】

前記炭素前駆体は、炭素系粒子を含有することが好ましい。

【0035】

炭素前駆体が炭素系粒子を含有していると、炭素化工程における歩留まりが高く、最終的にＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材に残留するシリコンの量を少なくすることができ、ＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の熱安定性を高めることができる。炭素系粒子とは、第１含浸工程における炭素前駆体の含浸に影響がなければどのようなものでもよく、たとえばカーボンブラック、カーボンチューブ、フラーレンなどのほか、コークス、黒鉛の粉末なども利用できる。
炭素系粒子の平均粒子直径は特に限定されないが、炭素前駆体とともに骨材に含浸されるように５μｍ以下であることが望ましい。平均粒子直径が５μｍ以下であると、炭素前駆体とともに骨材の中まで浸透しやすくすることができる。

【0036】

前記硬化工程では前記炭素前駆体を分解ガスで発泡させることが好ましい。

【0037】

硬化工程で炭素前駆体を発泡させると、第２含浸工程でシリコンが含浸される経路を形成することができる。このため、第２含浸工程における含浸に要する時間を短縮でき、シリコンによるＳｉＣ繊維の浸食を起こりにくくすることができる。

【0038】

前記炭素化工程と前記第２含浸工程との間に、前記硬化工程において前記炭素前駆体を発泡させて得られた気泡を破壊する気泡破壊工程をさらに有することが好ましい。

【0039】

前記硬化工程において前記炭素前駆体を発泡させて得られた気泡を破壊する気泡破壊工程をさらに有すると、炭素化工程で得られた気泡どうしの壁を破壊し連続気孔とすることができ、シリコンを含浸しやすくすることができる。

【0040】

気泡破壊工程によって、炭素で形成された気泡どうしの壁が破壊されたＳｉＣ繊維／炭素複合材は、シリコンがさらに短時間で含浸することができるようになるため、ＳｉＣとシリコンが高温で接触する時間を短縮できシリコンによるＳｉＣの浸食を抑制することができる。気泡破壊の方法は、特に限定されない。たとえば静水圧、超音波振動などが挙げられる。静水圧で加えられる衝撃は、たとえば液体の満たされた圧力容器に圧力を加えることで得ることができる。また、超音波振動による衝撃は、水などの液体にＳｉＣ繊維／炭素複合材を浸漬し、超音波振動子によって加えることができる。

【0041】

前記気泡破壊工程は、前記ＳｉＣ繊維／炭素複合材を液体中に配置して液体を加えることにより発生する超音波振動よって行われることが好ましい。

【0042】

気泡破壊工程は、前記ＳｉＣ繊維／炭素複合材を液体中に配置して液体を加えることにより発生する超音波振動であることが好ましい。超音波振動は、高い周波数の振動を液体に加えることにより、圧力容器を用いることなく気泡間の壁を容易に破壊できるよう容易に圧力を加えることができる。

【0043】

（発明を実施するための形態）
本発明のＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法について、以下実施例を挙げて説明する。

【実施例】

【0044】

＜実施例１＞
図１で示される実施例１は、本発明のＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法の基本的流れを説明している。

【0045】

骨材形成工程（Ｓ１）：ＳｉＣ繊維１を用いてクロスを形成して積層し骨材を形成する。ＳｉＣ繊維のクロスはＳｉＣ繊維を束ねたストランドを平織りして形成されている。ストランドはＳｉＣ繊維が１６００本束ねられて構成されている。ＳｉＣ繊維のクロスは１０枚積層され１枚のシート状の骨材として用いられる。得られたシート状の骨材のサイズは重ねた状態で、１００×１００×５ｍｍである。第１の空隙１０はＳｉＣ繊維１の間、ＳｉＣ繊維を束ねたストランド間、積層されるクロスの間に形成されている。

【0046】

第１含浸工程（Ｓ２）：上記のシート状の骨材に炭素前駆体を含浸させる。炭素前駆体は、液状のフェノール樹脂であり、シート状の骨材を液状のフェノール樹脂に浸漬したのち、真空引きする。
第１含浸工程では、上記記載した作業によって、骨材形成工程（Ｓ１）で形成された第１の空隙１０にフェノール樹脂が含浸される。

【0047】

硬化工程（Ｓ３）：加熱して炭素前駆体２を硬化させる。
本実施例における骨材は、１０枚のクロスを積層して得られているので、第１の含浸工程を完了した時点では互いに一体化していない。このため硬化工程ではクロスが１０枚重ねられた骨材に圧力を加えながら硬化させる。
ＳｉＣ繊維のクロスが１０枚重ねられた骨材を２枚の離型シートに挟み、熱圧プレスで熱と圧力を同時に加える。プレスの圧力は１０ＭＰａ、温度は１℃／ｍｉｎで１５０℃まで上昇させ、１５０℃で１５分間保持する。圧力と熱を加えながら炭素前駆体を硬化させているので、骨材であるＳｉＣのクロスは、互いに密着した状態で接着される。

【0048】

炭素化工程（Ｓ４）：上記の硬化工程を終了した骨材にさらに熱を加えて不活性ガス中で焼成し炭素前駆体２を炭素化し、ＳｉＣ繊維／炭素複合材を得る。
炭素化工程Ｓ４では、上記の硬化工程を終了した骨材を窒素ガス雰囲気の電気炉に入れ、徐々に加熱し焼成する。
加熱速度は、１℃／ｍｉｎであり、焼成温度は１０００℃である。
炭素化工程Ｓ４では、炭素前駆体２の熱分解に伴って体積が収縮し、第１の空隙１０の炭素前駆体が炭素に熱分解し、炭素が形成されて空隙が小さくなり第２の空隙１１が形成される。すなわち第２の空隙１１と生成した炭素とを組み合わせることにより第１の空隙１０全体の大きさとなる。以上の炭素化工程によりＳｉＣ繊維／炭素複合材を得ることができる。

【0049】

第２含浸工程（Ｓ５）：炭素化工程Ｓ４で得られたＳｉＣ繊維／炭素複合材を溶融シリコン３に浸漬させ、第２の空隙１１に溶融シリコン３を含浸する。第２含浸工程Ｓ５では、高温で溶融した溶融シリコン３と炭素とが反応し、反応焼結法によるＳｉＣマトリックス４が形成される。

【0050】

第２含浸工程では、外側がカーボンルツボ、内側が石英ルツボで構成される２重ルツボの中で処理される。カーボンルツボの周囲にカーボンヒーターが備えられ、内側の石英ルツボの中に充填されたシリコンを溶融させる。本実施例では、アルゴン気流下で行われる。シリコンの融点は１４１０℃でありカーボンヒーターでシリコンが溶融するまで加熱する。次に溶融したシリコンに炭素化工程（Ｓ４）を経たＳｉＣ繊維／炭素複合材を浸漬する。

【0051】

炭素化工程を経て得られたＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材は、ＳｉＣ繊維と、炭素前駆体が炭素化した炭素と、からなり、第２の空隙１１を有している。第２含浸工程では、第２の空隙１１に溶融シリコン３が含浸されるとともに、高温で保持されているので第２の空隙１１の周囲の炭素と反応焼結し、ＳｉＣマトリックス４を形成する。

【0052】

本実施例のＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法においては、骨材の有する第１の空隙に炭素前駆体を充填し炭素化することにより第１の空隙に炭素前駆体を充填させる。次に炭素化工程によって炭素前駆体が収縮し、第２の空隙ができる。シリコンを含浸する第２含浸工程では、炭素前駆体の焼成によって新たに形成された第２の空隙にシリコンを含浸し、骨材の内部に炭素とシリコンを充填することができる。さらに、シリコンを含浸する際、シリコンは溶融し高温であるので、速やかに浸透し炭素と反応焼結しやすいので炭素がＳｉＣ化しＳｉＣマトリックスとなり、ＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材を得ることができる。また、骨材の空隙にはあらかじめ効率よく炭素が充填されているため、シリコンが過剰に残留することなく、ＳｉＣを浸食しにくくすることができる。

【0053】

＜実施例２＞
図２に示された実施例２では、実施例１のＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法の硬化工程Ｓ３において、加熱の速度を速めることにより、炭素前駆体２が硬化する前に発泡させ気泡１２を得る（図３（ａ）参照）。次に炭素化工程Ｓ４を行うことによって含浸された炭素前駆体２が熱分解し、気泡１２に加えて第２の空隙１１が形成される（図３（ｂ）参照）。すなわち、気泡１２と第２の空隙１１と炭素とを組み合わせることにより第１の空隙１０が構成される。以上の炭素化工程Ｓ４によりＳｉＣ繊維／炭素複合材を得ることができる。本実施例では気泡１２が形成されることにより第２含浸工程Ｓ５で、溶融シリコン３がより含浸しやすくなる。その他は実施例１と同様である。

【0054】

実施例２では、炭素化工程Ｓ４が終了した段階で、第２の空隙１１と気泡１２とが形成されている。炭素化工程Ｓ４では、炭素前駆体２のゲル化が進行し流動性はなくなっているため、形成される第２の空隙１１は移動、結合するなどしにくく、細かな空隙が多数形成される。一方硬化工程Ｓ３では、炭素前駆体２のゲル化が進行していないため硬化の過程で流動化するとともに水などの反応生成物ができガス化するので、第２の空隙１１に比べて大きな気泡１２が形成される。
このような過程を経て形成される気泡１２は、炭素化した後に第２含浸工程Ｓ５において溶融した溶融シリコン３の侵入しやすい経路を形成する（図３（ｃ）参照）。

【0055】

＜実施例３＞
図４に示された実施例３では、実施例２のＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法の炭素化工程Ｓ４と、第２含浸工程Ｓ５との間に気泡破壊工程Ｓ６を行う。気泡破壊工程Ｓ６は、炭素化工程Ｓ４のあとのＳｉＣ繊維／炭素複合材を液体中に配置して超音波振動よって気泡１２の破壊が行われる（図５（ｃ）参照）。本実施例では炭素化工程Ｓ４のあと、気泡１２どうしは互いに薄い壁１３で隔てられている（図５（ｂ）参照）。気泡どうしを分割する壁１３が存在すると、溶融シリコン３に対する障壁となり、浸透する速度が低下しやすくなる。本実施例では、気泡破壊工程Ｓ６で、気泡１２どうしを分割する壁１３を超音波振動により破壊しているので（図５（ｃ）参照）、溶融シリコンの浸透の障壁が取り除かれ、浸透時間が短くなり溶融シリコン３によるＳｉＣ繊維の浸食を防止することができる。

【0056】

実施例３について、改めて時系列的に述べると、骨材形成工程Ｓ１、第１含浸工程Ｓ２の後、硬化工程Ｓ３では、炭素前駆体２の中に気泡１２が大量に発生し、気泡１２どうしは壁が隔てられている（図５（ａ）参照）。そして、炭素化工程Ｓ４では、炭素前駆体２が壁を残したまま炭素化する（図５（ｂ）参照）。さらに、気泡破壊工程Ｓ６では、壁を破壊することによって気泡１２が破壊され（図５（ｃ）参照）、第２含浸工程Ｓ５において溶融シリコン３の浸透の障壁が取り除かれ、浸透時間が短くなり溶融シリコンによるＳｉＣ繊維の浸食を防止することができる（図５（ｄ）参照）。

【0057】

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

【産業上の利用可能性】

【0058】

本発明のＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材の製造方法は、原子炉用部材のチャンネルボックス、燃料被覆管などのほか、ジェットエンジン部材、ガスタービン用部材に用いられるＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材を製造する分野に適合可能である。

【符号の説明】

【0059】

１ ＳｉＣ繊維
２ 炭素前駆体
３ 溶融シリコン
４ ＳｉＣマトリックス
１０ 第１の空隙
１１ 第２の空隙
１２ 気泡
１３ 壁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】