特開 2022-89297 セラミックス基複合材料、その製造方法、及び取付具

(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】P2022089297

(43)【公開日】2022-06-16

(54)【発明の名称】セラミックス基複合材料、その製造方法、及び取付具

(51)【国際特許分類】

   C04B 35/80 20060101AFI20220609BHJP

【ＦＩ】

C04B35/80

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020201592

(22)【出願日】2020-12-04

(71)【出願人】

【識別番号】500302552

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩエアロスペース

(74)【代理人】

【識別番号】100097515

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 実

(74)【代理人】

【識別番号】100136700

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 俊博

(72)【発明者】

【氏名】久保田 勇希

(72)【発明者】

【氏名】宇田 道正

(72)【発明者】

【氏名】添田 晴彦

(57)【要約】

【課題】マトリックス自体において、き裂の発生又は進展を抑制できるセラミックス基複合材料を提供する。
【解決手段】セラミックス基複合材料１０は、マトリックス３と、マトリックス３内に設けられた強化繊維５とを備える。マトリックス３は、複数の層７が積み重なった層構造を有している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マトリックスと、前記マトリックス内に設けられた強化繊維と、を備えるセラミックス基複合材料であって、
前記マトリックスは、複数の層が積み重なった層構造を有している、セラミックス基複合材料。

【請求項2】

前記マトリックスの全体が前記層構造となっている、請求項１に記載のセラミックス基複合材料。

【請求項3】

前記層構造において、多数本の前記強化繊維毎に、当該強化繊維の外周面を囲むように当該外周面の側から複数の層が形成されている、請求項１又は２に記載のセラミックス基複合材料。

【請求項4】

互いに隣接する層同士の境界において前記マトリックスの弾性率が変化している、請求項１～３のいずれか一項に記載のセラミックス基複合材料。

【請求項5】

互いに隣接する層同士の境界において前記マトリックスの結晶化度が変化している、請求項１～３のいずれか一項に記載のセラミックス基複合材料。

【請求項6】

互いに隣接する層同士の境界において前記マトリックスの組成が変化している、請求項１～３のいずれか一項に記載のセラミックス基複合材料。

【請求項7】

前記マトリックスは、主に炭化ケイ素により形成されており、
前記組成は、ケイ素に対する炭素の原子数比率である、請求項６に記載のセラミックス基複合材料。

【請求項8】

前記層は、複数の副層を含み、当該複数の副層は、前記弾性率、前記結晶化度、又は前記組成が互いに異なっている、請求項４～７のいずれか一項に記載のセラミックス基複合材料。

【請求項9】

前記マトリックスの内部には、複数の微小な閉気孔が形成されている、請求項１～８のいずれか一項に記載のセラミックス基複合材料。

【請求項10】

各前記強化繊維の外周面には、該強化繊維と前記マトリックスとの境界に位置する界面層が形成されている、請求項１～９のいずれか一項に記載のセラミックス基複合材料。

【請求項11】

マトリックスと、前記マトリックス内に設けられた強化繊維とを備えるセラミックス基複合材料の製造方法であって、
（Ａ）前記マトリックスの液体原料内に、複数本の強化繊維を配置し、
（Ｂ）この状態で前記強化繊維を加熱することにより、前記液体原料から生じるセラミックスを前記マトリックスとして各強化繊維に堆積させていくことで、前記マトリックスを形成し、
前記（Ｂ）において、前記マトリックスの構造が、複数の層が積み重なった層構造となるように、加熱温度の上昇と下降を繰り返す、セラミックス基複合材料の製造方法。

【請求項12】

前記（Ｂ）において、
（Ｂ１）前記強化繊維の温度が高温側の目標温度になるまで、前記強化繊維を加熱し、
（Ｂ２）前記強化繊維の加熱を停止し、強化繊維の温度が低温側の目標温度以下になるまで、強化繊維５の加熱を停止した状態を維持し、
前記（Ｂ１）と前記（Ｂ２）の繰り返しにおいて、前記（Ｂ１）で、前記強化繊維の昇温速度、前記高温側の目標温度、当該高温側の目標温度に到達する前の所定の途中温度に維持する時間、及び、前記高温側の目標温度に維持する時間の少なくともいずれかを制御する、請求項１１に記載のセラミックス基複合材料の製造方法。

【請求項13】

前記（Ｂ）において、加熱温度の上昇時における昇温速度は、前記層において複数の副層が形成される程度に遅い速度である、請求項１１又は１２に記載のセラミックス基複合材料の製造方法。

【請求項14】

セラミックス基複合材料の構成要素である繊維体が取り付けられ、当該繊維体に膜沸騰法を行うために、当該繊維体と共にマトリックスの液体原料内に配置される取付具であって、
誘導加熱される加熱体と、
前記加熱体を挟むように配置される１対の断熱板を備え、
前記加熱体と前記断熱板との間に配置される多孔体と、
前記繊維体が前記加熱体と前記多孔体との間に配置された状態で、前記加熱体、前記多孔体、及び前記繊維体を前記１対の断熱板で挟み込む力を作用させる作用機構と、を備え、
前記多孔体は、外周側に開放されている、取付具。

【請求項15】

前記加熱体と前記繊維体の外周を覆う断熱材を備える、請求項１４に記載の取付具。

【請求項16】

前記液体原料内に配置された前記繊維体と前記加熱体を吊り下げる吊り下げ部を備える、請求項１４又は１５に記載の取付具。

【請求項17】

前記多孔体は、前記加熱体と一方の前記断熱板との間、及び、前記加熱体と他方の前記断熱板との間に配置され、
前記繊維体が、前記加熱体と一方の前記多孔体との間、及び、前記加熱体と他方の前記多孔体との間に配置された状態で、前記作用機構は、前記加熱体、２つの前記多孔体、及び２つの前記繊維体を前記１対の断熱板で挟み込む力を作用させる、請求項１４～１６のいずれか一項に記載の取付具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、セラミックスで形成されたマトリックスと、マトリックス内に設けられた強化繊維とを備えるセラミックス基複合材料に関する。また、本発明は、セラミックス基複合材料の製造方法と、この製造方法に用いられる取付具に関する。

【背景技術】

【0002】

セラミックス基複合材料は、ロケットのエンジンや航空機のジェットエンジンなどにおいて高温構造部材として使用されている。セラミックス基複合材料は、セラミックスをマトリックスとし、マトリックス内に強化繊維を設けた材料である。セラミックスとして例えば炭化ケイ素が用いられている。

【0003】

セラミックス基複合材料は、様々な繰り返し荷重に長時間耐える必要がある。この繰り返し荷重において、マトリックス内にき裂が複数発生し、耐え得る最高荷重が少しずつ低下していく。すなわち、き裂が、強化繊維を横断すると、セラミックス基複合材料の強度及び疲労特性が低下する。

【0004】

この低下を緩やかにすべく、き裂の伝播を制御するために、強化繊維とマトリックスとの間に界面層を形成することが行われている（例えば特許文献１、２）。界面層は、マトリックスにおいて発生したき裂が強化繊維に進展することを防止する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－１８４６９５号公報

【特許文献2】特開２００３－３２１２７７号公報

【特許文献3】中国特許公開公報ＣＮ１０２７９５８７１Ａ

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】C. Besnarda et al. 「Synthesis of hexacelsian barium aluminosilicate by film boiling chemical vapour process」，Journal of the European Ceramic Society 40 (2020) 3494-3497

【非特許文献2】Masanori SHIMIZU et al. 「Crystallization Behavior and Change in Surface Area of Alkoxide-Derived Mullite Precursor Powders with Different Compositions」，Journal of the Ceramic Society of Japan 105 [2] 131-135 (1997)

【非特許文献3】Min Mei et al. 「Preparation of C/SiC composites by pulse chemical liquid-vapor deposition process」，Materials Letters 82 (2012) 36-38

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述した界面層により、き裂が強化繊維に進展しないようにき裂の伝播を制御することは可能であるが、強化繊維とマトリックスの境界以外の領域において、すなわち、マトリックス自体において、き裂の発生又は進展を抑制できない。

【0008】

そこで、本発明の目的は、マトリックス自体において、き裂の発生又は進展を抑制できるセラミックス基複合材料を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明によるセラミックス基複合材料は、マトリックスと、マトリックス内に設けられた強化繊維と、を備え、マトリックスは、複数の層が積み重なった層構造を有している。

【0010】

また、本発明による製造方法は、マトリックスと、マトリックス内に設けられた強化繊維とを備えるセラミックス基複合材料の製造方法であって、
（Ａ）マトリックスの液体原料内に、複数本の強化繊維を配置し、
（Ｂ）この状態で強化繊維を加熱することにより、液体原料から生じるセラミックスをマトリックスとして各強化繊維に堆積させていくことで、マトリックスを形成し、
前記（Ｂ）において、前記マトリックスの構造が、複数の層が積み重なった層構造となるように、加熱温度の上昇と下降を繰り返す。

【発明の効果】

【0011】

本発明によると、セラミックス基複合材料のマトリックス自体において、き裂の発生又は進展を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態によるセラミックス基複合材料の断面を示す拡大概略構成図である。

【図2】図１において、破線で囲んだ領域Ｒの拡大図である。

【図3】本発明の実施形態によるセラミックス基複合材料の製造方法を示すフローチャートである。

【図4A】本発明の実施形態による製造方法で用いられる取付具の構成例を示す。

【図4B】図４Ａの４Ｂ－４Ｂ矢視図である。

【図4C】図４Ａの４Ｃ－４Ｃ矢視図である。

【図5】図４Ａの取付具を、液体原料を保持する処理容器内に配置した状態を示す。

【図6】実施例におけるマトリックス形成時の温度変化を示すグラフである。

【図7】本発明の実施例によるセラミックス基複合材料の断面を示す画像である。

【図8】本発明の実施例によるセラミックス基複合材料の断面を示す別の画像である。

【図9】図８において破線で描かれた帯の領域におけるＣ／Ｓｉ比率を示す。

【図10】本発明の実施例によるセラミックス基複合材料の曲げ試験の結果を示す。

【図11】本発明の変更例によるセラミックス基複合材料の断面を示す拡大概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

【0014】

図１は、本発明の実施形態によるセラミックス基複合材料１０の断面を示す拡大概略構成図である。セラミックス基複合材料１０は、ロケットのエンジンや航空機のジェットエンジンなどにおいて高温構造部材として使用されるものであってよい。セラミックス基複合材料１０は、マトリックス３と、マトリックス３内に設けられた強化繊維５とを備える。図１において、マトリックス３の断面と４本の強化繊維５の断面とが示されている。

【0015】

マトリックス３は、セラミックスで形成されており、セラミックス基複合材料１０の母材である。マトリックス３は、主に炭化ケイ素（ＳｉＣ）により形成されたものであってよいが、他のセラミックスで形成されていてもよい。

【0016】

強化繊維５は、糸状に延びるものであり、複数本（例えば多数本）の強化繊維５が、マトリックス３の内部に配置されている。例えば、多数本の強化繊維５により形成された（織られた又は編まれた）繊維体がマトリックス３の内部に配置されていてよい。強化繊維５は、セラミックスの繊維であってよい。強化繊維５は、例えば炭素繊維又は炭化ケイ素繊維であってよい。ただし、強化繊維５は、これらに限定されず、例えば、アルミナ繊維、ムライト繊維、ジルコニア繊維などの耐熱性酸化物繊維であってもよい。

【0017】

マトリックス３は、図１のように、複数（多数）の層７が積み重なった層構造を有している。マトリックス３の全体が当該層構造となっていてよい。すなわち、マトリックス３の全体が、互いに積層された多数の層７により形成されていてよい。層構造の各層７の厚みは、１μｍ以上であり１０μｍ以下であってもよいし、又は、２μｍ以上であり８μｍ以下であってもよい。ただし、各層７の厚みは、本発明の効果が得られれば、他の数値範囲内の値であってもよい。

【0018】

層構造では、強化繊維５毎に、当該強化繊維５を中心に、当該強化繊維５を覆うように対応する複数の層７が形成されている。このように各強化繊維５について、その断面において、当該強化繊維５の外周面を囲むように当該外周面の側から順に複数（多数）の層７が積層されている。この場合、任意の１本の強化繊維５を中心に形成された層７(又は後述の副層７ａ，７ｂ又は７ｃ)が、他の１本の強化繊維５を中心に又は他の複数本の各々の強化繊維５を中心に形成された層７（又は副層７ａ，７ｂ又は７ｃ）と接触するようになる箇所では、互いに接触するこれらの層７（又は副層７ａ，７ｂ又は７ｃ）は、これらの強化繊維５を囲む１つの共通層７ｓ１，７ｓ２（又は共通副層）をなすように形成されている。共通層７ｓ１，７ｓ２よりも内側に位置し共通層７ｓ１，７ｓ２ではない各層７は、対応する１つの強化繊維５のみを囲むように形成されていてよい。共通層７ｓ１，７ｓ２は、複数又は多数形成されていてよい。図１では、多数の層７のうち、層７ｓ１は、２本の強化繊維５を囲む共通層であり、層７ｓ２は、４本の強化繊維５を囲む共通層である。

【0019】

マトリックス３の層構造は、次の（Ａ）～（Ｃ）の特徴を有していてよい。

【0020】

（Ａ）互いに隣接する層７同士の境界においてマトリックス３の弾性率が急激に（例えば不連続に）変化している。すなわち、互いに隣接する層７について、当該両層７の一方から当該両層７の他方へ移行すると、マトリックス３の弾性率が急激に変化する。互いに隣接する層７同士の各対について、当該層７同士の境界においてマトリックス３の弾性率が急激に変化していてよい。

【0021】

（Ｂ）互いに隣接する層７同士の境界においてマトリックス３の結晶化度が急激に（例えば不連続に）変化している。すなわち、互いに隣接する層７について、当該両層７の一方から当該両層７の他方へ移行すると、マトリックス３の結晶化度が急激に変化する。互いに隣接する層７同士の各対について、当該層７同士の境界においてマトリックス３の結晶化度が急激に変化していてよい。結晶化度は、層７において当該層７の全体積に対して結晶が占める体積の割合、層７における結晶粒子サイズ（例えば平均結晶粒子サイズ）、又は、これらの両方を考慮した結晶化度であってもよい。なお、これらの両方を考慮した結晶化度は、例えば、上記体積の割合に所定の係数ｋ１を乗算した値と、上記結晶粒子サイズに所定の係数ｋ２を乗算した値との和であってよい。

【0022】

（Ｃ）互いに隣接する層７同士の境界においてマトリックス３の組成が急激に（例えば不連続に）変化している。すなわち、互いに隣接する層７について、当該両層７の一方から当該両層７の他方へ移行すると、マトリックス３の組成が急激に変化する。互いに隣接する層７同士の各対について、当該層７同士の境界においてマトリックス３の組成が急激に変化していてよい。ここで、組成とは、マトリックス３を構成している主な複数の元素同士（例えば特定の２つの元素）の原子数の比率であってよい。マトリックス３が主に炭化ケイ素により形成されている場合には、上記組成は、ケイ素に対する炭素の原子数比率であってよい。すなわち、上記組成は、Ｓｉ原子の数に対するＣ原子の数の比率（以下でＣ／Ｓｉ比率という）であってよい。

【0023】

マトリックス３が主に炭化ケイ素により形成されている場合に、マトリックス３において、炭化ケイ素を構成していない炭素Ｃが隣接する二つの結晶粒の間（例えば結晶粒界）に存在し、もしくは、炭素Ｃの原子数が多めとなり結晶構造が歪んだＳｉＣが存在していてよい。また、この場合、一例では、Ｃ／Ｓｉ比率は１より大きく、マトリックス３において全てのケイ素Ｓｉは炭化ケイ素を構成していてよい。

【0024】

上記（Ａ）は、上記（Ｂ）により得られてよく、上記（Ｂ）は、上記（Ｃ）により得られてよい。例えば、結晶化度が相対的に高い層７は、弾性率が相対的に高い層７であり、結晶化度が相対的に低い層７は、弾性率が相対的に低い層７であってよい。また、上述のＣ／Ｓｉ比率は、上述の結晶化度および弾性率を表わしていてよい。この場合、Ｃ／Ｓｉ比率が低いことは、結晶化度が高く、その結果、弾性率が高いことを示している。したがって、Ｃ／Ｓｉ比率が低い層７ほど、結晶の割合が大きく、又は、結晶粒子サイズが大きいので、当該層７は、結晶化度が高く、弾性率が高い。一方、Ｃ／Ｓｉ比率が高い層７ほど、炭素Ｃの割合が多いので、当該層７は、相対的に非晶質に近く、又は、結晶粒子サイズが小さく、したがって、弾性率が低い。

【0025】

なお、マトリックス３の層構造は、必ずしも上記（Ａ）～（Ｃ）の全ての特徴を有していなくてもよく、上記（Ａ）～（Ｃ）のいずれか１つ又は２つの特徴を有していてもよい。例えば、互いに隣接する層７同士の境界において、マトリックス３の弾性率が変化していればよく、マトリックス３の結晶化度と組成の一方又は両方は変化していなくてもよい。なお、上記（Ａ）、（Ｂ）又は（Ｃ）について、マトリックス３の弾性率、結晶化度、又は組成は、互いに隣接する層７同士の境界において、変化していればよく、必ずしも上述のように急激に変化している必要はない。

【0026】

図２は、図１において、破線で囲んだ領域Ｒの拡大図である。本実施形態では、マトリックス３において、各層７、又は一部の層７は、図２のように、当該層７に対応する強化繊維５に近い順で複数の副層７ａ，７ｂ，７ｃを含んでいてよい。図２において、隣接する副層同士の境界を破線で示し、隣接する層７同士の境界を実線で示している。複数の副層を有する各層７は、次の（ａ）～（ｃ）の特徴を有していてよい。上記（Ａ）の場合に、層７は、下記（ａ）の特徴を有していてよく、上記（Ｂ）の場合に、層７は、下記（ｂ）の特徴を有していてよく、上記（Ｃ）の場合に、層７は、下記（ｃ）の特徴を有していてよい。

【0027】

（ａ）層７を構成する複数（図２の例では３つ）の副層７ａ，７ｂ，７ｃは、上述の弾性率が互いに異なっており、相対的に弾性率が高い副層７ｃと相対的に弾性率が低い副層７ａとを含む。この場合、副層７ｂの弾性率は、副層７ｃの弾性率と副層７ａの弾性率との間の値を有していてよい。また、複数の副層７ａ，７ｂ，７ｃについて、互いに隣接する副層同士は、マトリックス３の弾性率が両者の境界で急激に（例えば不連続に）変化していてよい。また、各副層７ａ，７ｂ，７ｃにおいて、マトリックス３の弾性率が実質的に均一であってよい。なお、層７において、対応する強化繊維５から離れた副層ほど、弾性率が高くなっていてよい。

【0028】

（ｂ）層７を構成する複数（図２の例では３つ）の副層７ａ，７ｂ，７ｃは、上述の結晶化度が互いに異なっており、相対的に結晶化度が高い副層７ｃと相対的に結晶化度が低い副層７ａとを含む。この場合、副層７ｂの結晶化度は、副層７ｃの結晶化度と副層７ａの結晶化度との間の値を有していてよい。また、複数の副層７ａ，７ｂ，７ｃについて、互いに隣接する副層同士は、マトリックス３の結晶化度が両者の境界で急激に（例えば不連続に）変化していてよい。また、各副層７ａ，７ｂ，７ｃにおいて、マトリックス３の結晶化度が実質的に均一であってよい。なお、層７において、対応する強化繊維５から離れた副層ほど、結晶化度が高くなっていてよい。

【0029】

（ｃ）層７を構成する複数（図２の例では３つ）の副層７ａ，７ｂ，７ｃは、上述の原子数の比率（上記組成）が互いに異なっており、原子数の当該比率が相対的に高い副層７ｃ又は７ａと原子数の当該比率が相対的に低い副層７ａ又は７ｃとを含む。この場合、副層７ｂの当該比率は、副層７ｃの当該比率と副層７ａの当該比率との間の値を有していてよい。また、複数の副層７ａ，７ｂ，７ｃについて、互いに隣接する副層同士は、マトリックス３の当該比率が両者の境界で急激に（例えば不連続に）変化していてよい。また、各副層７ａ，７ｂ，７ｃにおいて、マトリックス３の当該比率が実質的に均一であってよい。なお、マトリックス３が主に炭化ケイ素により形成されている場合には、層７において、対応する強化繊維５から離れた副層ほど、Ｃ／Ｓｉ比率が低くなっていてよい。

【0030】

上記（ａ）は、上記（ｂ）により得られてよく、上記（ｂ）は、上記（ｃ）により得られてよい。例えば、結晶化度が相対的に高い副層は、弾性率が相対的に高い副層であり、結晶化度が相対的に低い副層は、弾性率が相対的に低い副層であってよい。なお、層７は、必ずしも上記（ａ）～（ｃ）の全ての特徴を有していなくてもよく、上記（ａ）～（ｃ）のいずれか１つ又は２つの特徴を有していてもよい。例えば、互いに隣接する副層同士の境界において、マトリックス３の弾性率が変化していればよく、マトリックス３の結晶化度と組成の一方又は両方は変化していなくてもよい。特に、互いに隣接する層７のそれぞれに属し両層７同士の境界を跨いで互いに隣接する副層同士は、弾性率、結晶化度、および組成のうち、少なくとも弾性率が互いに異なっている。また、１つの層７において、互いに隣接する副層同士は、弾性率、結晶化度、および組成のうち、少なくとも弾性率が互いに異なっている。なお、上記（ａ）、（ｂ）、又は（ｃ）について、マトリックス３の弾性率、結晶化度、又は組成は、互いに隣接する副層同士の境界において、変化していればよく、必ずしも上述のように急激に変化している必要はない。

【0031】

なお、１つの層７に存在する副層の数は、マトリックス３を形成する時の条件（例えば後述の昇温速度や目標温度など）に影響され得るので、３つに限定されず、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。また、副層７ａ，７ｂ，７ｃ同士の境界が明確でない層７が存在していてもよい。この場合、１つの層７において、２つの副層が存在していてもよいし、副層が存在していなくてもよい。

【0032】

各副層７ａ，７ｂ，７ｃの厚みは、０．１μｍ以上であり１０．０μｍ以下であってもよいし、０．３μｍ以上であり１０．０μｍ以下であってもよいし、又は、０．３μｍ以上であり８．０μｍ以下であってもよい。ただし、各副層７ａ，７ｂ，７ｃの厚みは、本実施形態の効果が得られれば、他の数値範囲内の値であってもよい。

【0033】

マトリックス３の内部には、複数（多数）の微小な閉気孔９が形成されている。各閉気孔９は、マトリックス３により密閉された空隙である。各閉気孔９は、１つの層７又は副層７ａ，７ｂ，７ｃの内部に含まれる程度の寸法を有するものであってよい。例えば、各閉気孔９の寸法（その各方向の寸法のうち最大寸法）は、２μｍ以上であり８μｍ以下の範囲内の値であってよい。ただし、当該範囲外の寸法を有する閉気孔９がマトリックス３の内部に存在してもよい。

【0034】

（セラミックス基複合材料の製造方法）
図３は、本発明の実施形態によるセラミックス基複合材料１０の製造方法を示すフローチャートである。図４Ａは、この製造方法に使用可能な取付具１００の構成例を示す。本実施形態による製造方法により、上述したセラミックス基複合材料１０が得られる。この製造方法は、ステップＳ１～Ｓ３を有する。

【0035】

＜ステップＳ１＞
ステップＳ１において、複数本（多数本）の強化繊維５を用意する。例えば、多数本の強化繊維５により形成された（織られた又は編まれた）繊維体を用意する。繊維体は、３次元の形状を有するものであってよい。ステップＳ１で用意する強化繊維５は、例えば炭素繊維又は炭化ケイ素繊維であってよいが、上述のように、これらに限定されない。

【0036】

＜ステップＳ２＞
ステップＳ２において、ステップＳ１で用意した複数本の強化繊維５（例えば上述の繊維体）を、マトリックス３の液体原料内に配置する。この液体原料は、マトリックス３の原料となる液体である。主に炭化ケイ素によりマトリックス３を形成する場合には、液体原料は、例えば炭化ケイ素の液体原料（ＬＰＣＳ：Liquid Polycarbosilane）であってよい。

【0037】

・取付具
ステップＳ２は、図４Ａに示す取付具１００を用いて行われてよい。図４Ｂは、図４Ａの４Ｂ－４Ｂ矢視図である。取付具１００は、加熱体１２と、１対の断熱板１４と、多孔体１６と、作用機構１７と、断熱材１８と、吊り下げ部２３を備える。

【0038】

加熱体１２は、誘導加熱される。加熱体１２は、例えばグラファイトで形成されている。

【0039】

１対の断熱板１４は、加熱体１２を挟むように配置される。断熱板１４は、断熱性能を有する材料（例えばアルミナ）で形成されている。断熱板１４は、板形状を有している。なお、断熱板１４と加熱体１２は、断熱板１４の厚み方向から見た場合、例えば同じ半径の円形であってよい。

【0040】

多孔体１６は、加熱体１２と断熱板１４との間に配置される。多孔体１６は、流体が通過できる多数の孔が形成されたものであり、例えば複数枚の金網を積み重ねたものであってよい。取付具１００は、図４Ａのように、２つの多孔体１６を有していてよい。すなわち、多孔体１６は、加熱体１２と一方の断熱板１４との間、及び、加熱体１２と他方の断熱板１４との間に配置されてよい。

【0041】

作用機構１７は、繊維体１５が加熱体１２と多孔体１６との間に配置された状態で、加熱体１２、多孔体１６、及び繊維体１５を１対の断熱板１４で挟み込む力を作用させる。これにより、繊維体１５が加熱体１２と多孔体１６に接触した状態で取付具１００に保持される。２つの多孔体１６が設けられる場合、繊維体１５が、加熱体１２と一方の多孔体１６との間、及び、加熱体１２と他方の多孔体１６との間に配置された状態で、作用機構１７は、加熱体１２、２つの多孔体１６、及び２つの繊維体１５を１対の断熱板１４で挟み込む力を作用させる。これにより、各繊維体１５が加熱体１２と対応する多孔体１６とに接触した状態で取付具１００に保持される。

【0042】

作用機構１７は、例えば、ボルト１７ａとナット１７ｂを有する。ボルト１７ａは、２枚の断熱板１４および加熱体１２を隙間をもって貫通しており、各ボルト１７ａの両端部には、ナット１７ｂが螺合している。２枚の断熱板１４を互いに近づける方向に、ボルト１７ａに対してナット１７ｂを締め付けることにより、１対の断熱板１４の間に多孔体１６と加熱体１２と繊維体１５が保持される。ボルト１７ａは、誘導加熱されない材料（例えばアルミナ）で形成されていてよい。このような作用機構１７が複数（図４Ａの例では２つ）設けられてよい。

【0043】

断熱材１８は、加熱体１２と繊維体１５（図４Ａの例では２つの繊維体１５）の外周１２ａ、１５ａを覆う。すなわち、加熱体１２と繊維体１５は、それぞれ、断熱板１４の厚み方向を向く中心軸を囲む外周１２ａ，１５ａを有し、これらの外周１２ａ，１５ａが図４Ｂのように断熱材１８に覆われる。図４Ａでは、断熱材１８のうち、加熱体１２と繊維体１５の両側（この図の左右両側）に位置する部分のみ二点鎖線で図示している。断熱材１８は、断熱性能を有する材料で形成されている。例えば、断熱材１８は、ガラス製の断熱クロス（織物）であってよい。なお、断熱材１８を加熱体１２に対して固定するために、図４Ａと図４Ｂの例では、断熱材１８には、その外側から針金１９が巻き付けられていてよいが、他の手段で、断熱材１８を固定してもよい。

【0044】

繊維体１５を取付具１００に取り付けた状態（以下で単に取付状態という）では、図４Ａのように、加熱体１２、繊維体１５（２つの繊維体１５）、及び多孔体１６（２つの多孔体１６）が１対の断熱板１４で挟み込まれ、上述のように断熱材１８が、加熱体１２と繊維体１５の外周１２ａ，１５ａを覆っている。この取付状態で、各多孔体１６は、外周側に開放されている。すなわち、各多孔体１６は、断熱板１４の厚み方向を向く中心軸を囲む外周１６ａを有し、外周１６ａが、当該中心軸に対する径方向外側に外部に開放されている。なお、取付状態で、繊維体１５は、図４Ａの例では、加熱体１２に接触しているが、必ずしも加熱体１２に接触している必要はない。

【0045】

吊り下げ部２３は、後述のステップ２で、繊維体１５と加熱体１２を吊り下げるためのものである。図４Ｃは、図４Ａの４Ｃ－４Ｃ矢視図である。吊り下げ部２３は、板状部材２３ａと棒状部材２３ｂとを有する。板状部材２３ａは、上側の断熱板１４の上面に沿って、図４Ａと図４Ｃの左右方向に、細長く延びている。板状部材２３ａの両端部にボルト１７ａが隙間をもって貫通している。板状部材２３ａの両端部は、それぞれ、上側の断熱板１４と上側のナット１７ｂとの間に挟持されている。板状部材２３ａの中央部には、結合部２３ａ１が設けられている。この結合部２３ａ１には、棒状部材２３ｂが結合されている。棒状部材２３ｂは、結合部２３ａ１から上方へ延びている。なお、図示を省略するが、例えば、結合部２３ａ１の上面にボルトとしての突出部があり、棒状部材２３ｂの下端面にボルト穴が形成されており、当該ボルトとボルト穴とが螺合することにより、結合部２３ａ１と棒状部材２３ｂとが結合されてもよい。

【0046】

ステップＳ２では、上記取付状態で、図５のように、繊維体１５が、取付具１００と共に処理容器１１内に配置される。これにより、処理容器１１の内部に保持されている液体原料１３内に繊維体１５の全体が位置する。また、この時、取付具１００と加熱体１２と繊維体１５が、処理容器１１の内面（底面と内周面）に接触しないように、繊維体１５と加熱体１２を吊り下げ部２３により吊り下げる。また、この時、吊り下げ部２３の棒状部材２３ｂは、処理容器１１の上面の開口を塞ぐ蓋部材１１ａの貫通穴１１ａ１を貫通するように配置され、棒状部材２３ｂの上端側部分は図示しない構造物に適宜の手段により結合されて支持されてよい。

【0047】

なお、ステップＳ２において、上述の吊り下げ部は、取付具１００と加熱体１２と繊維体１５が処理容器１１の内面に接触しないように（すなわち、処理容器の内面から離間するように）繊維体１５と加熱体１２を吊り下げることができれば、図４Ａと図４Ｃ等に示す構成例に限定されない。また、取付具において各断熱板１４を省略してもよい。

【0048】

処理容器１１は、誘導加熱されない非導電性材料（例えばガラス）で形成されている。処理容器１１には、後述のステップＳ３の時に処理容器１１内の気相部分に窒素ガスを導入するガス導入穴１１ｂや、ステップＳ３の時に処理容器１１内の気相部分からガスを排出するガス排出穴１１ａ２が形成されていてよい。

【0049】

＜ステップＳ３＞
ステップＳ３において、膜沸騰法（ＦＢ：Film Boiling）によりマトリックス３を形成する。すなわち、ステップＳ２において複数本の強化繊維５（例えば上述の繊維体１５）が液体原料１３内に配置された状態で、液体原料１３と各強化繊維５を加熱する。液体原料１３と各強化繊維５を加熱することにより、液体原料１３から生じるセラミックスをマトリックス３として各強化繊維５に堆積させていくことで、マトリックス３を形成する。すなわち、液体原料１３は、加熱された強化繊維５により加熱されることで、当該強化繊維５と液体原料１３との界面において膜沸騰ガスとなり、この膜沸騰ガスにより、各強化繊維５にセラミックス（すなわちセラミックスとしての熱分解析出物）が生じて堆積する。各強化繊維５に生じるセラミックスは、次の（１）と（２）の一方又は両方の方法によるものであってよい。

【0050】

（１）膜沸騰ガスが、加熱された強化繊維５に衝突することで、さらに熱エネルギーを受け取ることで、熱分解および無機化が進行して固体のセラミックスとして強化繊維５に析出する。

【0051】

（２）膜沸騰ガスの一部に含まれるガスが既に熱分解された熱分解ガスとなっており、この熱分解ガスが、加熱された強化繊維５に衝突することで、無機化が進行して固体のセラミックスとして強化繊維５に析出する。

【0052】

上述のステップＳ３において、強化繊維５（繊維体１５）の加熱温度の上昇と下降を繰り返す。これにより、上述した層構造が形成される。すなわち、ステップＳ３において、強化繊維５の温度の昇降の繰り返しに応じて、セラミックスの堆積過程でセラミックスの弾性率、結晶化度、組成等が変化し、その結果、マトリックス３の層構造が得られる。なお、後述のステップＳ３１において、温度が高くなると、膜沸騰ガス中の熱分解ガスの比率が高くなっていき、その結果、マトリックス３の組成が変化する（例えばＣ／Ｓｉ比率が下がる）と考えられる。

【0053】

ステップＳ３は、ステップＳ３１とステップＳ３２を有する。

【0054】

ステップＳ３１では、強化繊維５（又は加熱体１２）の温度が高温側の目標温度以上になるまで、強化繊維５を加熱する。高温側の目標温度は、上述した膜沸騰ガスによる各強化繊維５へのセラミックスが生じ始める温度よりも高い温度である。

【0055】

ステップＳ３１では、例えば、図５のように、コイル２１に交流電流を流すことでコイル２１が発生する交流磁場により、加熱体１２を誘導加熱する。加熱された加熱体１２が発生する熱により各繊維体１５と液体原料１３を加熱する。ステップＳ３１で、繊維体１５（強化繊維５）の温度が高温側の目標温度以上になったら、ステップＳ３２へ移行する。例えば、加熱体１２の表面に取り付けた温度センサの計測温度が、上記目標温度以上になったら、ステップＳ３２へ移行する。なお、目標温度は、おおよその基準であってもよい。すなわち、目標温度となったタイミングでステップＳ３２を開始するのが困難な場合があるので、ステップＳ３２を開始するタイミングは、強化繊維５の温度が目標温度となった時でもよいし、強化繊維５の温度が目標温度をある程度超えた時であってもよい。

【0056】

ステップＳ３２では、強化繊維５の加熱を停止し、強化繊維５（又は加熱体１２）の温度が低温側の目標温度以下になるまで、強化繊維５の加熱を停止した状態を維持する。
低温側の目標温度は、上述した膜沸騰ガスによる各強化繊維５へのセラミックスの発生が停止する温度以下の温度である。この低温側の目標温度は、液体原料１３の沸点以上の温度であってよい。なお、ステップＳ３２では、強化繊維５の加熱の停止に加えて、処理容器１１の内部を冷却してもよい。例えば、処理容器１１内の液体原料１３の一部を処理容器１１の外部へ流し、当該液体原料１３を熱交換器により冷却し、その後、冷却された液体原料１３を処理容器１１内に戻すように、液体原料１３を循環させてもよい。この場合、このように液体原料１３を循環させる配管やポンプ（図示せず）が設けられてよい。

【0057】

ステップＳ３２において強化繊維５（又は加熱体１２）の温度が低温側の目標温度以下になったら（例えば、上述の温度センサが計測した温度を強化繊維５の温度として、当該計測温度が、当該目標温度以下になったら）、再びステップＳ３１を開始して、ステップＳ３１とステップＳ３２を繰り返す。ステップＳ３１とステップＳ３２を１回行うことで、上述した膜沸騰ガスによる各強化繊維５へのセラミックスにより、各強化繊維５に対して１つの層７が形成される。ステップＳ３１とステップＳ３２を１回行うことを１サイクルとして、サイクル数と、各強化繊維５に対して形成される層７の数とが同じになる。

【0058】

ステップＳ３１とステップＳ３２を繰り返すことで、各強化繊維５を中心にセラミックスが順に堆積していくことにより、セラミックスによるマトリックス３が形成される。また、ステップＳ３１とステップＳ３２の繰り返しにより、マトリックス３の密度が高まっていく。そのために、この繰り返し（上記サイクル）を、数回又は多数回行ってよい。

【0059】

主に炭化ケイ素からなるマトリックス３を形成する場合には、ステップＳ３１における高温側の目標温度は、８００℃以上であり１６００℃以下の範囲内の温度であるのが望ましく、ステップＳ３２における低温側の目標温度は、８００℃未満であるが望ましく、５００℃以下（例えば５００℃）であるのがより望ましい。

【0060】

また、主に炭化ケイ素からなるマトリックス３を形成する場合には、ステップＳ３１において、強化繊維５（又は加熱体１２）の昇温速度は、１０００℃／ｈｏｕｒ以上であるのがよい。この場合、昇温速度は、３０００℃／ｈｏｕｒ以下であってよいが、３０００℃／ｈを超えてもよい。ただし、昇温速度は、他の値であってもよい。

【0061】

マトリックス３を主に炭化ケイ素で形成する場合だけでなく、マトリックス３を他の材料で形成する場合においても、ステップＳ３１の昇温速度は、１つの層７（各層７）において複数の副層が形成される程度に遅い速度である。例えば、当該昇温速度は、３０００℃／ｈｏｕｒ以下、２０００℃／ｈｏｕｒ以下、又は１５００℃ｈｏｕｒ以下であるのがよい。この場合、当該昇温速度は、１０００℃／ｈｏｕｒ以上であって（又は１０００℃／ｈｏｕｒよりも高くて）よい。
別の観点から言い換えると、マトリックス３の層構造（例えば、１つの層７における複数の副層）を形成するために、適度の時間をかけて繊維体１５を加熱するのがよい。例えば、１回のステップＳ３１において、繊維体１５を昇温させている時間（すなわち、繊維体１５が昇温している合計時間）は、１０分よりも長く、１５分以上、２０分以上、又は３０分以上であってよい。この場合、繊維体１５を昇温させている当該時間は、例えば、４０分以内、５０分以内、又は６０分以内であってよいが、これに限定されず、６０分よりも長い時間であってもよい。

【0062】

また、ステップＳ３において、上述のセラミックスで形成された層７は、熱により組成変化（結晶化）が進行して、体積が収縮する。この収縮量は、副層７ａ，７ｂ，７ｃ毎に異なる。マトリックス３を主に炭化ケイ素で形成する場合には、例えば、副層７ａでは、有機状態に近い半無機から無機状態になるため、収縮量が大きくなるとともに、Ｃ／Ｓｉ比率が高くなる。このように収縮量に差があると、収縮量が大きい副層７ａ，７ｂでは引張応力が働き、収縮量が小さい副層７ｃでは圧縮応力が働く。この引張応力によってマトリックス３に微小な閉気孔９が発生する。セラミックスによる各副層７ａ，７ｂ，７ｃが形成された状態で、上述の引張応力が働くので、多くの場合、特に副層７ａ，７ｂ内に、閉じた空隙として閉気孔９が発生する。

【0063】

（実施形態の効果）
＜セラミックス基複合材料の効果＞
本実施形態のセラミックス基複合材料１０によると、以下の効果（ｉ）～（ｉｖ）が得られる。

【0064】

（ｉ）上述のステップＳ３により、層構造の各層７において、相対的に弾性率が低い副層７ａと、相対的に弾性率が高い副層７ｃとを形成することが可能となる。マトリックス３が主に炭化ケイ素により形成されている場合に、相対的に弾性率が低い副層７ａは、Ｃ／Ｓｉ比率が高い副層であり、相対的に弾性率が高い副層７ｃは、Ｃ／Ｓｉ比率が低い副層である。低弾性率の副層７ａは、セラミックス基複合材料１０の湾曲などの変形に追従しやすい。これにより、セラミックス基複合材料１０にき裂が発生することを抑制できる。一方、高弾性率の副層７ｃにおいて高弾性率が維持される。したがって、マトリックス３の層構造において、低弾性率の副層７ａと高弾性率の副層７ｃが混在することにより、高い弾性率を維持しつつ、き裂の発生を抑制できる。

【0065】

（ｉｉ）材料に応力が生じた場合に、当該応力によるき裂が進展して材料が破壊することに対する抵抗は、破壊靭性値で表される。き裂の進展により材料が破壊するのに要するエネルギーが高いほど、材料の破壊靭性値は高くなる。一方、応力が生じる材料において、発生するエネルギーは、材料の断面積に比例する。したがって、層構造を形成することにより、断面積の小さい層７に生じる上記エネルギーは小さくなる。すなわち、マトリックス３が層構造を有することにより、応力によるエネルギーが層構造の各層７又は各副層７ａに分散されるため、き裂が進展し難くなる。これにより、セラミックス基複合材料１０において、き裂が進展し難くなる。

【0066】

（ｉｉｉ）マトリックス３において、閉気孔９は、上記ステップＳ３のマトリックス３の生成過程において、副層同士の収縮量の差や、体積が収縮するセラミックスと体積が収縮しない強化繊維５とのひずみ差によって生じる。この閉気孔９の発生によって、マトリックス３において、体積収縮による応力が緩和された状態となっている。このように、マトリックス３の残留応力が抑えられているので、マトリックス３において、き裂の発生を抑制できる。
また、層構造を有しないマトリックス３では、上述の体積収縮により大きなき裂が発生する可能性がある。これに対し、本実施形態によるマトリックス３は層構造を有するので、閉気孔９は、層７ごと又は副層７ａ，７ｂ，７ｃごとに発生し、多くの場合、その寸法が層７又は副層の厚み以下程度に抑えられる。したがって、閉気孔９は、微細であり、層７又は副層内に存在して閉じているので、閉気孔９が大きなき裂に進展し難い。

【0067】

（ｉＶ）本実施形態のセラミックス基複合材料１０によると、マトリックス３は、多数の層７が積み重なった層構造を有する。この層構造により、マトリックス３にき裂が生じるのを抑制できる。セラミックスにより一旦形成された各層７は、高温側の目標温度以上の温度で既に加熱されているので、当該各層７内の原子同士または分子同士は、イオン結合や共有結合などの原子間結合により強く結合されているといえる。したがって、一旦形成された各層７については、以降の加熱において、原子間の結合力が更に高まるような反応が起こり難い。そのため、層構造において、各層７内の原子同士または分子同士は、原子間結合により強く結合されているのに対し、隣接する層７同士は、原子間結合よりも弱い力（例えば分子間力）、又は、部分的な原子間力で結合していると考えられる。したがって、隣接する層７同士の結合力は、比較的小さいといえる。したがって、層７同士の界面において、ひずみが生じやすいので、セラミックス基複合材料１０に外力が作用した場合に、当該外力が、層７同士の界面でのひずみにより吸収されやすい。これにより、マトリックス３にき裂が生じるのを抑制できる。

【0068】

なお、本発明によると、必ずしも上記の効果（ｉ）～（ｉｖ）の全てが得られなくてもよく、上記の効果（ｉ）～（ｉｖ）のいずれか１つ又は複数が得られればよい。

【0069】

昇降温過程（上述のステップＳ３１，Ｓ３２）で析出するマトリックス３は、その析出開始温度によって状態が大きく異なると考えられる。例えば、８００℃以下の低い温度での析出では有機に近い半無機物が固体として強化繊維５周りに堆積し、その後熱エネルギーを受け無機化する。一方で１０００℃以上の高い温度では、膜沸騰ガス中の熱分解ガスの比率が高く、はじめから無機に近い半無機物が析出する。つまり、膜沸騰ガス中の熱分解ガスの比率と、熱分解ガスの無機化度合が温度によって異なる。このような違いによって、形成される無機物の材料状態（弾性率、結晶化度、組成）が異なり、その結果、層構造が形成されると考えられる。マトリックス３の材料が炭化ケイ素以外の場合も同様で、昇温過程（ステップＳ３１）では、生じるセラミックス（熱分解析出物）が半無機物から無機物へ変化しながら層構造の一層が形成され、降温してから（ステップＳ３２の後）昇温することで形成された無機物の上に半無機物が堆積するため、層構造が形成される。このような原理から、マトリックス３の材料が炭化ケイ素以外の場合でも、層構造（各層７、又は各層７とその副層）を形成することができる。

【0070】

＜取付具の効果＞
本実施形態の取付具１００によると、１対の断熱板１４により、加熱体１２と繊維体１５からの、軸方向（断熱板１４の厚み方向）への放熱が抑制され、断熱材１８により、加熱体１２と繊維体１５からの径方向（上記軸方向と直交する各方向）への放熱が抑制される。したがって、取付具１００の周囲に液体原料１３が存在する環境でも、加熱体１２と繊維体１５からの放熱を抑制できる。

【0071】

また、このように放熱を抑制している状態で、多孔体１６は、外周側に開放されている。したがって、加熱体１２と繊維体１５からの放熱を抑制しつつ、液体原料１３が多孔体１６を介して繊維体１５に進入でき、液体原料１３と繊維体１５との界面で生じた上述の膜沸騰ガスもしくは熱分解ガスのうちマトリックスの生成に寄与しなかったガスが、多孔体１６を介して放出される。

【0072】

更に、上述の取付具１００では、加熱体１２と一方の多孔体１６との間だけでなく、加熱体１２と他方の多孔体１６との間にも、繊維体１５を配置できる。したがって、２つの繊維体１５に対してマトリックス３を同時に形成することができる。

【0073】

また、ステップＳ３１において、上述のように加熱体を誘導加熱する場合、非導電性材料で形成された処理容器１１は誘導加熱されない。この時、図５のように、加熱体１２と繊維体１５と取付具１００は、吊り下げ部２３により、処理容器１１の内面に接触しないように吊り下げられているので、処理容器１１が、高温の加熱体１２と繊維体１５と取付具１００に接触することにより破損することが防止される。

【0074】

（実施例）
実施例では、上述のステップＳ１で用意する強化繊維５を炭素繊維とし、ステップＳ２で用いる液体原料１３をＬＰＣＳ（Liquid Polycarbosilane）として、また、図４Ａに示す構成を用いて、上述の図３のフローチャートに示す製造方法を行った。その結果、層構造のマトリックス３を有するセラミックス基複合材料１０が得られた。

【0075】

図６は、実施例における上述のステップＳ３での温度変化を示すグラフである。図６において、実線は、加熱体１２の表面温度を示し、破線は、図４Ａの上側の繊維体１５の上面の温度を示し、一点鎖線は、図４Ａの下側の繊維体１５の下面の温度を示し、二点鎖線は、図４Ａの液体原料１３の温度を示す。

【0076】

図７と図８は、このような実施例で得られたセラミックス基複合材料１０の、走査電子顕微鏡による画像である。図７は、強化繊維５の断面と、当該強化繊維５の周囲に形成された層構造を示す。図８は、図７よりも大きい倍率の画像である。図８において、縦に細長い実線の帯の実際の長さは、この長方形に付された「２０μｍ」である。

【0077】

図９は、図８において破線で描かれた帯の領域におけるＣ／Ｓｉ比率を示す。このＣ／Ｓｉ比率は、ＥＤＳ（Energy Dispersive X-ray Spectrometry）分析により得られたものである。図９において、横軸は、図８における左右方向の位置座標を示し、縦軸は、Ｃ／Ｓｉ比率を示す。図９の横軸の原点は、図８における破線で示す帯の左端である。また、図８において数字１～６が示す範囲は、それぞれ、第１～第６の層７を示し、図９において数字１～６が示す位置座標の範囲は、それぞれ、当該第１～第６の層７の範囲を示す。図９の横軸において、原点に近い側における各層７の範囲の開始位置は、Ｃ／Ｓｉ比率が下がった直後に急激に上昇する位置である。

【0078】

図７と図８に示すように層構造を有するマトリックス３が形成されていることが分かる。図７と図８において、マトリックス３の領域では、色が薄い部分ほど、Ｃ／Ｓｉ比率が小さいと考えられる。図９において、第３の層７の範囲で、符号７ａ，７ｂ，７ｃを付した両矢印により各副層の範囲を示している。この第３の層７において、第１の副層７ａは、Ｃ／Ｓｉ比率が相対的に高い副層であり、第３の副層７ｃは、Ｃ／Ｓｉ比率が相対的に低い副層となっている。

【0079】

図１０は、実施例と比較例によるセラミックス基複合材料の曲げ試験の結果を示す。図１０において、横軸は、セラミックス基複合材料を曲げるようにセラミックス基複合材料に生じさせた変位を示し、縦軸は、セラミックス基複合材料に生じた曲げ応力を示す。図１０において、グラフＡは、上記実施例により得られたセラミックス基複合材料１０の場合を示し、グラフＢは、層構造を有しない比較例による従来のセラミックス基複合材料の場合を示す。実施例によるセラミックス基複合材料１０と、比較例によるセラミックス基複合材料とは、マトリックス３が層構造を有するか否かの点で異なり、他の点は共通している。

【0080】

図１０が示すように、実施例によるセラミックス基複合材料１０では、グラフＡが示すように、変位と曲げ応力との関係が、変位が０．１０ｍｍ～０．８５ｍｍ程度の範囲において直線で表すことができる。これに対し、従来のセラミックス基複合材料では、グラフＢが示すように、変位と曲げ応力との関係が、変位が０．１０ｍｍ～０．４５ｍｍ程度の範囲までしか直線で表すことができない。このように、実施例では、従来のセラミックス基複合材料の比較例よりも、２倍に近い大きさの変位まで、変位と曲げ応力との関係が直線で表せるようになっている。このことから、実施例では、マトリックス３のき裂の発生や進展が抑制されていると理解できる。

【0081】

また、図１０において、実施例によるセラミックス基複合材料１０では、グラフＡが示すように、曲げ応力は７００ＭＰａ程度になるまで低下しないので、７００ＭＰａ程度の曲げ応力に相当する強度が得られている。これに対し、溶融含浸（ＭＩ：Melt Infiltration:）法やポリマー含浸焼成（ＰＩＰ：Polymer Imgregnation of Pyrolysis）法等で作られた従来のセラミックス基複合材料の強度は、図１０の両矢印が示す２００ＭＰａから３００ＭＰａの範囲に相当する。このように、実施例によるセラミックス基複合材料１０は、従来よりも大幅に高い強度を有することが分かる。

【0082】

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例１～５のいずれかを採用してもよいし、変更例１～５の２つ以上を任意に組み合わせて採用してもよい。この場合、以下で説明しない点は上述と同じであってよい。

【0083】

（変更例１）
図１１は、本発明の変更例によるセラミックス基複合材料１０の断面を示す拡大概略構成図である。図１１において、４本の繊維の断面とマトリックス３の断面が示されている。図１１に示すように、各強化繊維５の外周面には、該強化繊維５とマトリックス３との境界に位置する界面層６が形成されていてもよい。この場合、上述のステップＳ１の前又は後であってステップＳ２の前に、各強化繊維５の外周面に界面層６を形成する処理を行ってもよい。この処理は、公知の方法（例えば特許文献２に記載の方法）で行われてよい。界面層６は、窒化ホウ素を含む層であってよい。マトリックス３においてき裂が発生して強化繊維５へ進展して来ても、このき裂が、界面層６により強化繊維５に伝播することを防ぐことができる。

【0084】

（変更例２）

【0085】

マトリックス３を形成する材料は、炭化ケイ素以外であってもよい。この場合、アルコキシド溶液を含むセラミックスの原料であって、液体状態となる程度に分子量が低い無機高分子材料を、上述の膜沸騰法における液体原料１３として使用してもよい。また、他の材料を液体原料１３として使用してもよい。このように、上述の膜沸騰法における液体原料１３は、上述のＬＰＣＳ以外の液体原料であってもよい。例えば、液体原料１３は、ボラジン、メチルトリクロロシラン、シクロヘキサン、ケイ素アルコキシド溶液、アルミニウムアルコキシド溶液、ケイ素アルコキシド溶液とアルミニウムアルコキシド溶液の混合液、又は、ジルコニウムアルコキシド溶液であってもよい。

【0086】

液体原料１３がボラジンの場合、上述のステップＳ３１の加熱により生成されるセラミックスは、ボロンナイトライド（ＢＮ）となる。ボロンナイトライドは、炭化ケイ素との接着性が低い。したがって、強化繊維５が炭化ケイ素繊維である場合には、ボロンナイトライドのマトリックス３と炭化ケイ素の強化繊維５との界面で、き裂の伝播を抑制することができる。

【0087】

液体原料がメチルトリクロロシランの場合、上述のステップＳ３１の加熱により生成されるセラミックスは、液体原料がポリカルボシラン（ＬＰＣＳ）の場合と同様に、セラミックスである炭化ケイ素（ＳｉＣ）となる。

【0088】

液体原料１３がシクロヘキサンの場合、上述のステップＳ３１の加熱により生成されるセラミックスは、炭素となる。この炭素は、ボロンナイトライドの場合と同様の機能を有する。

【0089】

液体原料１３がケイ素アルコキシド溶液の場合、上述のステップＳ３１の加熱により生成されるセラミックスは、二酸化ケイ素となる。ケイ素アルコキシド溶液は、ＬＰＣＳよりも安価である。

【0090】

液体原料１３がアルミニウムアルコキシド溶液の場合、上述のステップＳ３１の加熱により生成されるセラミックスは、アルミナとなる。アルミニウムアルコキシド溶液は、ＬＰＣＳよりも安価である。

【0091】

液体原料１３がケイ素アルコキシド溶液とアルミニウムアルコキシド溶液の混合液の場合、上述のステップＳ３１の加熱により生成されるセラミックスは、ムライトとなる。

【0092】

液体原料１３がジルコニウムアルコキシド溶液の場合、上述のステップＳ３１の加熱により生成されるセラミックスは、ジルコニアとなる。ジルコニアは、炭化ケイ素よりも融点が高いセラミックスであるので、超高温環境でも、溶けずにマトリックスとして機能する。

【0093】

なお、本発明によると、ステップＳ３で用いる液体原料１３は、上述の具体例に限定されず、他の液体原料であってもよい。例えば、他の金属アルコキシド溶液を、ステップＳ３で用いる液体原料１３としてもよい。この場合、上述のステップ３１の加熱により生成されるセラミックスは、酸化物セラミックスであってよい。この場合、ステップＳ３１で生成されるセラミックスがbarium aluminosilicate (ＢａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８)となるように、ステップＳ３で用いる液体原料１３は、例えば、非特許文献１に記載されているように、３つのアルコキシド溶液（alkoxydes）の混合液であってもよい。この液体原料１３から形成されるマトリックス３は、少なくとも部分的に結晶化されていてよい。

【0094】

なお、マトリックス３をムライトで形成する場合、上述の膜沸騰法で用いる液体原料１３は、上記の非特許文献２に記載されているような、複数のアルコキシド溶液（alkoxydes）の混合液であってよく、この液体原料１３から形成されるマトリックス３は、少なくとも部分的に結晶化されていてよい。

【0095】

（変更例３）
マトリックス３の上述の層構造は、ＣＶＩ（化学気相含浸）により形成されてもよい。このＣＶＩでは、２種類の反応性ガスを繊維体１５の内部で反応させることにより、マトリックス３を形成する。この時、２種の反応性ガスを反応させる時の温度（以下で反応温度という）の上昇と下降を繰り返す。反応温度に応じて、形成されるマトリックス３の弾性率、結晶化度、及び組成（Ｃ／Ｓｉ比率）のうち少なくとも弾性率が異なるので、反応温度の上昇と下降を繰り返すことにより、マトリックス３の上記層構造が形成される。なお、反応温度の上昇と下降は、例えば、繊維体１５が接触しており繊維体１５が載せられている加熱体の温度の上昇と下降によりなされてもよいが、これに限定されない。なお、２種類の反応性ガスは、ＳｉＣｌ_４とＮＨ_３であってよいが、この組み合わせに限定されない。

【0096】

（変更例４）
上述した取付具は、セラミックス基複合材料の構成要素である繊維体が取り付けられ、当該繊維体に膜沸騰法を行うために、当該繊維体と共にマトリックスの液体原料内に配置される取付具であればよい。この場合の膜沸騰法は、上述の図３に示すフローチャートのステップＳ３での膜沸騰法であってもよいし、そうでなくてもよい。後者の場合、例えば、上述の取付具１００を用いるステップＳ３において、強化繊維５（繊維体１５）の加熱温度の上昇と下降を繰り返さなくてもよい。すなわち、取付具１００は、層構造を有しないマトリックス３を膜沸騰法で形成する時に用いられてもよい。あるいは、セラミックス材料の粉末を含浸させた繊維体（強化繊維により形成された繊維体）に対して上述のステップＳ３の膜沸騰法を行うことでセラミックス基複合材料を形成する場合においても、上述した取付具を利用することが考えられる。

【0097】

さらに、取付具に取り付けられる繊維体（強化繊維により形成された繊維体）を、マトリックスが既に形成されている繊維体（例えば製造済みのセラミックス基複合材料）とすることも考えられる。この場合、当該繊維体に上述のような膜沸騰法を行うことにより、繊維体に形成済みのマトリックスに存在する気孔（外部に開口している気孔）内にマトリックスが充填されるように形成される。

【0098】

（変更例５）
上述のステップＳ３１とステップＳ３２の繰り返しにおいて、上述のステップＳ３１における強化繊維５の昇温速度、高温側の目標温度、当該目標温度に到達する前の所定の途中温度に維持する第１時間、及び、当該高温側の目標温度に維持する第２時間の少なくともいずれかを制御する。この場合、ステップＳ３１とステップＳ３２を１回行うことを１サイクルとして、サイクル毎に、上述のステップＳ３１における強化繊維５の昇温速度、高温側の目標温度、上記第１時間、及び上記第２時間の少なくともいずれかを変化させ、あるいは、少なくともいずれかのサイクルと他のサイクルとの間で、上述のステップＳ３１における強化繊維５の昇温速度、高温側の目標温度、上記第１時間、及び上記第２時間の少なくともいずれかが異なるようにしてよい。このような場合においても、上述のように低温側にも目標温度がある。

【0099】

上述のステップＳ３１における強化繊維５の昇温速度、高温側の目標温度、上記第１時間、及び上記第２時間の少なくともいずれかを制御することにより、層７又は副層７ａ，７ｂ，７ｃの厚みや材料状態（弾性率、結晶化度、組成）を制御することができる。

【符号の説明】

【0100】

３ マトリックス、５ 強化繊維、６ 界面層、７ 層、７ａ，７ｂ，７ｃ 副層、７ｓ１，７ｓ２ 共通層、９ 閉気孔、１０ セラミックス基複合材料、１１ 処理容器、１１ａ 蓋部材、１１ａ１ 貫通穴、１１ａ２ ガス排出穴、１１ｂ ガス導入穴、１２ 加熱体、１２ａ 外周、１３ マトリックスの液体原料、１４ 断熱板、１５ 繊維体、１５ａ 外周、１６ 多孔体（金網）、１７ 作用機構、１７ａ ボルト、１７ｂ ナット、１８ 断熱材、１９ 針金、２１ コイル、２３ 吊り下げ部、２３ａ 板状部材、２３ａ１ 結合部、２３ｂ 棒状部材、１００ 取付具

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】