特開 2024-178920 多層ナノ粒子コーティング繊維材料の製造方法及び製造装置

(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】P2024178920

(43)【公開日】2024-12-25

(54)【発明の名称】多層ナノ粒子コーティング繊維材料の製造方法及び製造装置

(51)【国際特許分類】

   D01F 11/12 20060101AFI20241218BHJP

   D06M 11/74 20060101ALI20241218BHJP

【ＦＩ】

D01F11/12

D06M11/74

【審査請求】未請求

【請求項の数】24

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024090581

(22)【出願日】2024-06-04

(31)【優先権主張番号】18/333,866

(32)【優先日】2023-06-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】500520743

【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】ツォチス， トーマス ケー．

【テーマコード（参考）】

4L031

4L038

【Ｆターム（参考）】

4L031AA27

4L031AB01

4L031AB31

4L031BA02

4L031CB00

4L031DA11

4L038AA28

4L038BA02

4L038BB02

4L038CA08

4L038DA10

(57)【要約】      （修正有）

【課題】レイヤー・バイ・レイヤー・ナノ粒子堆積システムを使用した多層ナノ粒子コーティング繊維材料の製造方法を提供する。
【解決手段】製造方法は、繊維基板を第１のタイプのナノ粒子でコーティングして、多層ナノ粒子コーティング繊維材料の第１のコーティング層を提供することを含む。製造方法はまた、第１のコーティング層を第２のタイプのナノ粒子でコーティングして、多層ナノ粒子コーティング繊維材料の第２のコーティング層を提供することを含む。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レイヤー・バイ・レイヤーナノ粒子堆積システム（１０）を使用して、多層ナノ粒子コーティング繊維材料（１５０）を製造するための製造方法（４００）であって、
繊維基板（１０２）を第１のタイプのナノ粒子（１１４）でコーティングして、前記多層ナノ粒子コーティング繊維材料（１５０）の第１のコーティング層（１１６）を提供すること（４１０）、及び
前記第１のコーティング層（１１６）を第２のタイプのナノ粒子（１３４）でコーティングして、前記多層ナノ粒子コーティング繊維材料（１５０）の第２のコーティング層（１３６）を提供すること（４２０）
を含む製造方法（４００）。

【請求項2】

前記第２のコーティング層（１３６）を第３のタイプのナノ粒子（１６４）でコーティングして、前記多層ナノ粒子コーティング繊維材料（１５０）の第３のコーティング層（１６６）を提供すること（４２０）
をさらに含む、請求項１に記載の製造方法（４００）。

【請求項3】

前記第１のタイプのナノ粒子（１１４）及び前記第２のタイプのナノ粒子（１３４）の一方又は両方が、高温ナノ粒子を含む、請求項１に記載の製造方法（４００）。

【請求項4】

（ｉ）前記高温ナノ粒子がグラフェンナノ粒子を含み、（ｉｉ）前記繊維基板（１０２）が炭素繊維材料を含む、請求項３に記載の製造方法（４００）。

【請求項5】

レイヤー・バイ・レイヤーナノ粒子堆積が、前記繊維基板（１０２）を含む繊維の表面上にナノ粒子を堆積させるように実施される、請求項１に記載の製造方法（４００）。

【請求項6】

前記レイヤー・バイ・レイヤー堆積（１０）が、周囲条件で又は周囲条件近傍で実施される、請求項１に記載の製造方法（４００）。

【請求項7】

前記第１のコーティング層（１１６）を洗浄して、前記第１のコーティング層（１１６）の単層を形成すること、及び
前記第２のコーティング層（１３６）を洗浄して、前記第２のコーティング層（１３６）の単層を形成すること
をさらに含む、請求項１に記載の製造方法（４００）。

【請求項8】

前記第１のコーティング層（１１６）及び前記第２のコーティング層（１３６）の各層が、約５ナノメートルと約１０００ナノメートルの間の厚さを有する、請求項７に記載の製造方法（４００）。

【請求項9】

前記第２のコーティング層（１３６）を第３のタイプのナノ粒子（１６４）でコーティングして、前記多層ナノ粒子コーティング繊維材料（１５０）の第３のコーティング層（１６６）を提供すること
をさらに含む、請求項１に記載の製造方法（４００）。

【請求項10】

前記第３のタイプのナノ粒子（１６４）が、前記第１のタイプのナノ粒子（１１４）と同じタイプである、請求項９に記載の製造方法（４００）。

【請求項11】

請求項１の製造方法（４００）に従って製造された炭素繊維。

【請求項12】

繊維基板（１０２）の複数の繊維の各々の表面を処理して、前記表面にイオン電荷極性を付与すること（５１０）、
前記繊維基板（１０２）の前記複数の繊維の各々の前記表面を、前記繊維基板（１０２）の前記複数の繊維の各々の前記表面の前記イオン電荷極性と反対のイオン電荷極性を有するナノ粒子（１１４）でコーティングして、多層ナノ粒子コーティング繊維材料（１５０）の第１の層（１１６）を提供すること（５２０）、及び
前記第１の層（１１６）を、前記第１の層（１１６）の前記イオン電荷極性と反対のイオン電荷極性を有するナノ粒子（１３４）でコーティングして、前記多層ナノ粒子コーティング繊維材料（１５０）の第２の層（１３６）を提供すること（５３０）
を含む製造方法（５００）。

【請求項13】

前記第１の層（１１６）を洗浄して、前記第１の層（１１６）の単層を形成すること、及び
前記第２の層（１３６）を洗浄して、前記第２の層（１３６）の単層を形成すること
をさらに含み、
前記第１の層（１１６）及び前記第２の層（１３６）の単層の各々が、約５ナノメートルと約１０００ナノメートルの間の厚さを有する、請求項１２に記載の製造方法（５００）。

【請求項14】

前記繊維基板（１０２）の前記複数の繊維を広げて、ナノ粒子でコーティングできる表面積を最大にすること
をさらに含む、請求項１２に記載の製造方法（５００）。

【請求項15】

前記第１の層（１１６）及び前記第２の層（１３６）の各々を乾燥させて、前記多層ナノ粒子コーティング繊維材料（１５０）の取り扱い特性と使用特性の組み合わせを改変すること
をさらに含む、請求項１２に記載の製造方法（５００）。

【請求項16】

請求項１２に記載の製造方法（５００）に従って作製されたセラミック－マトリックス複合材。

【請求項17】

多層ナノ粒子コーティング繊維材料（１５０）の製造装置（１００）であって、
第１のナノ粒子ベースの溶液（１１２）を収容する第１のコーティング容器（１１０）であって、これを繊維基板（１０２）が通過することで、ナノ粒子（１１４）の第１のコーティングを繊維基板（１０２）に付与することのできる、第１のコーティング容器（１１０）；及び
第２のナノ粒子ベースの溶液（１３２）を収容する第２のコーティング容器（１３０）であって、これをナノ粒子（１１４）の前記第１のコーティングを有する前記繊維基板（１０２）が通過することで、ナノ粒子（１１４）の前記第１のコーティングでコーティングされた前記繊維基板（１０２）に、ナノ粒子（１３４）の第２のコーティングを付与し、それによって前記多層ナノ粒子コーティング繊維材料（１５０）を提供することのできる、第２のコーティング容器（１３０）
を備える製造装置（１００）。

【請求項18】

（ｉ）前記繊維基板（１０２）がイオン電荷極性を有し、（ｉｉ）前記第１のコーティング容器（１１０）に収容されたナノ粒子が、前記繊維基板（１０２）の前記イオン電荷極性と反対のイオン電荷極性を有し、（ｉｉｉ）前記第２のコーティング容器（１３０）に収容されたナノ粒子が、前記繊維基板（１０２）の前記イオン電荷極性と同様のイオン電荷極性を有する、請求項１７に記載の製造装置（１００）。

【請求項19】

（ｉ）前記第１のナノ粒子ベースの溶液（１１２）が、前記第１のコーティング容器（１１０）に収容されたナノ粒子の運搬剤として働くポリマーを含み、（ｉｉ）前記第２のナノ粒子ベースの溶液（１３２）が、前記第２のコーティング容器（１３０）に収容された前記ナノ粒子の運搬剤として働くポリマーを含む、請求項１７に記載の製造装置（１００）。

【請求項20】

前記第１のコーティング容器（１１０）及び前記第２のコーティング容器（１３０）の各々に収容されるナノ粒子が、グラフェン、ＢＮ、ＳｉＮ、ＴｉＣ、及びＴｉＯ_２の組み合わせから選択される、請求項１７に記載の製造装置（１００）。

【請求項21】

ナノ粒子（１１４）の前記第１のコーティングが付与された前記繊維基板（１０２）を洗浄してナノ粒子（１１４）の前記第１のコーティングの単層を形成するための洗浄溶液（１２２）を収容する第１の洗浄容器（１２０）、及び
ナノ粒子（１３４）の前記第２のコーティングでコーティングされた前記繊維基板（１０２）を洗浄してナノ粒子（１３４）の前記第２のコーティングの単層を形成するための洗浄溶液（１４２）を収容する第２の洗浄容器（１４０）
をさらに備える、請求項１７に記載の製造装置（１００）。

【請求項22】

ナノ粒子（１１４）の前記第１のコーティングの前記単層及びナノ粒子（１３４）の前記第２のコーティングの前記単層の各々が、約５ナノメートルと約１００ナノメートルの間の厚さを有する、請求項２１に記載の製造装置（１００）。

【請求項23】

第３のナノ粒子ベースの溶液（１６２）を収容する第３のコーティング容器（１６０）であって、これをナノ粒子（１１４）の前記第１のコーティングとナノ粒子（１３４）の前記第２のコーティングとを有する前記繊維基板（１０２）が通過することで、ナノ粒子（１１４）の前記第１のコーティングとナノ粒子（１３４）の前記第２のコーティングとでコーティングされた前記繊維基板（１０２）に、ナノ粒子（１６４）の第３のコーティングを付与し、それによって、より厚い多層ナノ粒子コーティング繊維材料（１５２）を提供することのできる、第３のコーティング容器（１６０）
をさらに備える、請求項２１に記載の製造装置（１００）

【請求項24】

ナノ粒子（１６４）の前記第３のコーティングでコーティングされた前記繊維基板（１０２）を洗浄してナノ粒子（１６４）の前記第３のコーティングの単層を形成するための洗浄溶液（１７２）を収容する第３の洗浄容器（１７０）
をさらに備える、請求項２３に記載の製造装置（１００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［０００１］本開示は、概してコーティング材料に関し、より詳細には、多層ナノ粒子コーティング繊維材料の製造方法及び製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

［０００２］既知の製造方法によって作製された、コーティング繊維のような１つ又は複数のコーティング層を含む材料は、１つ又は複数のコーティング層にムラを生じやすい。

【0003】

［０００３］一例として、繊維上の熱分解炭素（ｐｙＣ）コーティングは、１つ又は複数のコーティングにムラを生じやすく、その結果、コーティング繊維をセラミックマトリックスと組み合わせてセラミック－マトリックス複合材（ＣＭＣ）を作製すると、複合材料の強度にばらつきが生じる。ＣＭＣにおけるｐｙＣコーティングの意図は、マトリックスと繊維の間に弱い界面を生成し、ある一定の荷重下で繊維がマトリックスに対して動くことを可能にし、それによって複合材が変形して強い繊維－マトリックス界面で可能であるよりも大きな荷重を担えるようにすることである。

【0004】

［０００４］さらに、ｐｙＣコーティングは化学蒸着（ＣＶＤ）を使用して適用する必要があり、これには特殊な装置と制御された温度及び圧力が必要とされる。

【0005】

［０００５］しかしながら、ｐｙＣコーティングのもう一つの欠点は、このようなコーティングを連続的に適用できないことである。バッチ処理が使用されなければならず、このことは、コーティングされうる線維の長さがＣＶＤチャンバのサイズによって制限されることを意味する。

【0006】

［０００６］その結果、製造コストが高くなり、また、その後でＣＭＣを作製するためにセラミックマトリックスと組み合わされる繊維に、ＣＶＤを使用してｐｙＣコーティングを適用するとき、繊維を連続的にコーティングすることができない。

【0007】

［０００７］既に進歩しているにもかかわらず、当業者は、ＣＭＣの作製に使用されるコーティング繊維材料などのコーティング材料の製造分野における研究開発の努力を続けている。

【発明の概要】

【0008】

［０００８］多層ナノ粒子コーティング繊維の製造方法が開示される。

【0009】

［０００９］一実施例では、開示される製造方法は、繊維基板を第１のタイプのナノ粒子でコーティングして、多層ナノ粒子コーティング繊維材料の第１のコーティング層を提供することを含む。製造はまた、第１のコーティング層を第２のタイプのナノ粒子でコーティングして、多層ナノ粒子コーティング繊維材料の第２のコーティング層を提供することを含む。

【0010】

［００１０］別の実施例では、開示される製造方法は、複数の繊維の各々の表面を処理して、表面にイオン電荷極性を付与することを含む。製造はまた、複数の繊維の各々の表面を、複数の繊維の各々の表面のイオン電荷極性と反対のイオン電荷極性を有するナノ粒子でコーティングして、ナノ粒子でコーティングされた多層状の複数の繊維の第１の層を提供することを含む。製造はさらに、第１の層を、第１の層のイオン電荷極性と反対のイオン電荷極性を有するナノ粒子でコーティングして、ナノ粒子でコーティングされた多層状の複数の繊維の第２の層を提供することを含む。

【0011】

［００１１］さらに開示されるのは、製造により作製された炭素繊維及びセラミック－マトリックス複合材である。

【0012】

［００１２］さらに開示されるのは、多層ナノ粒子コーティング繊維材料の製造装置である。

【0013】

［００１３］一実施例では、製造装置は、第１のナノ粒子ベースの溶液を収容する第１のコーティング容器を含み、この容器を基板が通過することで、基板に第１のナノ粒子コーティングを付与することができる。製造装置はまた、第２のナノ粒子ベースの溶液を収容する第２のコーティング容器を含み、この容器を、第１のナノ粒子コーティングを有する基板が通過することで、第１のナノ粒子コーティングでコーティングされた基板に第２のナノ粒子コーティングを付与し、それによって多層ナノ粒子コーティング繊維材料を提供することができる。

【0014】

［００１４］開示される製造方法及び装置の他の実施例は、以下の詳細な説明、添付図面及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】［００１５］多層ナノ粒子コーティング繊維材料の製造装置を具現化するレイヤー・バイ・レイヤー（ＬＢＬ）堆積システムの概略ブロック図である。

【図2A-B】［００１６］図２Ａは、例示的実施態様に従って構築された図１の製造装置の概略図である。［００１７］図２Ｂは、図２Ａの製造装置のコーティング容器と洗浄容器との例示的関係を示す模式図である。

【図2C-D】［００１８］図２Ｃは、図２Ａの製造装置の例示的な最小サイズの生産ラインのセットアップの模式図である。［００１９］図２Ｄは、図２Ａの製造装置に続いて使用できる例示的な後処理セットアップである。

【図3】［００２０］Ａは、製造された多層ナノ粒子コーティング繊維材料の異なる層の概略立面図である。［００２１］Ｂは、製造された別の多層ナノ粒子コーティング繊維材料の異なる層の概略立面図である。

【図4】［００２２］例示的一実装態様による製造方法を示すフロー図である。

【図5】［００２３］別の例示的な実施態様による製造方法を示すフロー図である。

【図6】［００２４］航空機の製造及び保守方法論のブロック図である。

【図7】［００２５］航空機の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

［００２６］本出願は、レイヤー・バイ・レイヤー（ＬＢＬ）堆積システムを使用する製造装置及び製造方法を対象としている。装置及びそのための方法の具体的な構造と、装置及び方法が実施される業界は様々である。以下の開示は、種々の実施形態の異なる特徴を実施するための複数の実施形態又は実施例を提供するものと理解されたい。本開示を簡略化するために、構成要素及び構成の具体な実施例が記載される。これらは単なる例であり、限定することを意図したものではない。

【0017】

［００２７］例として、本開示は、航空宇宙部品の製造に使用される多層ナノ粒子コーティング繊維材料の製造装置及び製造方法を記載する。装置及び方法は、軍事及び宇宙規制に準拠する相手先商標製品製造業会社（ＯＥＭ）によって実施され得る。開示される装置及び方法は、他の多くの産業でも実施されうると考えられる。

【0018】

［００２８］図１を参照すると、レイヤー・バイ・レイヤー堆積システム１０の概略ブロック図が示されている。レイヤー・バイ・レイヤー堆積システム１０は、多層ナノ粒子コーティング繊維材料を製造するための装置１００を具現化したものであり、例示的一実施態様に従って構築されている。繊維材料の例には、炭素繊維材料が含まれる。他のタイプの繊維素材も可能である。

【0019】

［００２９］図２Ａを参照すると、製造装置１００の概略図が示されている。製造装置１００は、第１のナノ粒子ベースの溶液１１２を収容する第１のコーティング容器１１０を含み、この容器を繊維基板１０２（例えば、炭素繊維材料）が経路１０４（例えば、繊維生産ライン又はロールツーロール処理を使用する繊維処理経路）に沿って通過することで、ナノ粒子１１４の第１のコーティングを繊維基板１０２に付与し、第１のコーティング基板１１６を提供することができる。換言すれば、繊維基板１０２は、ナノ粒子１１４の第１のコーティングを付与されて、ナノ粒子１１４の第１のコーティングの単層を形成する。繊維基板１０２は、イオン電荷極性（すなわち、カチオン電荷又はアニオン電荷）を有し、そのようなイオン電荷を付与するために処理（例えば、酸若しくは塩基洗浄、又はプラズマ）することができる。第１のコーティング容器１１０に収容されるナノ粒子は、繊維基板１０２のイオン電荷極性と反対のイオン電荷極性を有する。第１のコーティング容器１１０に収容されるナノ粒子は、グラフェン、ＢＮ、ＳｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＯ_２、並びにそれらの組み合わせ及び混合物から選択され得る。他のタイプのナノ粒子材料も可能である。第１のナノ粒子ベースの溶液１１２は、第１のコーティング容器１１０に収容されるナノ粒子の運搬剤として働くポリマーを含む。

【0020】

［００３０］製造装置１００はまた、第１のコーティング基板１１６を洗浄して第１の洗浄済みコーティング基板１２４を提供するための洗浄溶液１２２（例えば、水溶液）を収容する第１の洗浄容器１２０を含み、この第１の洗浄容器１２０は、次いで乾燥させる。乾燥は、周囲条件又は高温で実施され得る。第１のコーティング容器１１０と第１の洗浄容器１２０の間の例示的な関係が図２Ｂに示されており、そこでは、生産ラインタイプのセットアップを提供するために、複数のローラー１２５が使用されている。

【0021】

［００３１］具体的には、第１の洗浄容器１２０は、ナノ粒子を有しない溶液を収容し、この容器をナノ粒子１１４の第１のコーティングを有する繊維基板１０２が通過することで、ナノ粒子１１４の第１のコーティングからの過剰なナノ粒子を繊維基板１０２から除去し、繊維基板１０２に付着したナノ粒子のみを残すことができる。第１の洗浄済みコーティング基板１２４は、ナノ粒子１１４の第１のコーティングの単層を形成する。ナノ粒子１１４の第１のコーティングの単層は、約５ナノメートルと約１０００ナノメートルの間、例えば約１００ナノメートルから約５００ナノメートル、又は約２００ナノメートルから約４００ナノメートルの厚さを有する。

【0022】

［００３２］製造装置１００は、第２のナノ粒子ベースの溶液１３２を収容する第２のコーティング容器１３０をさらに含み、この容器を第１の洗浄済みコーティング基板１２４が通過することで、ナノ粒子１３４の第２のコーティングを第１の洗浄済みコーティング基板１２４に付与し、第２のコーティング基板１３６を提供することができる。第２のコーティング容器１３０に収容されたナノ粒子は、繊維基板１０２（例えば、炭素繊維）のイオン電荷極性と同様のイオン電荷極性を有し、したがって、第１のコーティング容器１１０に収容されたナノ粒子のイオン電荷極性と反対のイオン電荷極性を有する。第２のコーティング容器１３０に収容されるナノ粒子は、グラフェン、ＢＮ、ＳｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＯ_２、及びそれらの混合物又は組み合わせのうちの少なくとも１つから選択され得る。他のタイプのナノ粒子材料も可能である。第２のナノ粒子ベースの溶液１３２は、第２のコーティング容器１３０に収容されたナノ粒子の運搬剤として働くポリマーを含む。

【0023】

［００３３］製造装置１００はまた、第２のコーティング基板１３６を洗浄して第２の洗浄済みコーティング基板１４４を提供するための洗浄溶液１４２（例えば、水溶液）を収容する第２の洗浄容器１４０を含み、第２の洗浄済みコーティング基板１４４は、その後、（例えば、周囲条件又は高温で）乾燥させる。

【0024】

［００３４］具体的には、第２の洗浄容器１４０は、ナノ粒子を含まない第２の溶液を収容し、この容器をナノ粒子１１４、１３４の第１及び第２のコーティングを有する繊維基板１０２が通過することで、ナノ粒子１１４の第１のコーティングでコーティングされた繊維基板１０２からナノ粒子１３４の第２のコーティングからの余分な粒子を除去し、繊維基板１０２に付着している第１のコーティングからのナノ粒子に付着している第２のコーティングからのナノ粒子のみを残すことができる。第２の洗浄済みコーティング基板１４４は、ナノ粒子１３４の第２のコーティングの単層を形成する。ナノ粒子１３４の第２のコーティングの単層は、約５ナノメートルと約１０００ナノメートルの間、例えば約１００ナノメートルから約５００ナノメートル、又は約２００ナノメートルから約４００ナノメートルの厚さを有する。繊維基板１０２が、上述のように、第１のコーティング容器１１０、第１の洗浄容器１２０、第２のコーティング容器１３０、及び第２の洗浄容器１４０を通過した後、製造された多層ナノ粒子コーティング繊維材料１５０（すなわち、乾燥後の第２の洗浄済みコーティング基板１４４）が得られる。

【0025】

［００３５］図３Ａを参照すると、製造された多層ナノ粒子コーティング繊維材料１５０の異なる層の概略立面図が示されている。ナノ粒子１１４の第１コーティングの単層は繊維基板１０２上に配置され、ナノ粒子１３４の第２のコーティングの単層はナノ粒子１１４の第１のコーティング上に配置される。ナノ粒子１１４の第１のコーティングの単層は、繊維基板１０２のイオン電荷極性及びナノ粒子１３４の第２コーティングのイオン電荷極性と反対のイオン電荷極性を有するので、上下の層との強力な結合が得られる。

【0026】

［００３６］上記にはコーティングと洗浄という２つのサイクルのみが記載されたが、このプロセスは、所望の堆積層の数、繊維材料又は繊維材料の織物の所望のコーティング密度及び／又は取り扱い性を達成するために、所望の回数にわたって繰り返すことができる。例えば、再び図２Ａを参照すると、製造装置１００は、第３のナノ粒子ベースの溶液１６２を収容する第３のコーティング容器１６０をさらに含み、この容器を第２の洗浄済みコーティング基板１４４が通過することで、ナノ粒子１６４の第３のコーティングを第２の洗浄済みコーティング基板１４４に付与し、第３のコーティング基板１６６を提供することができる。製造装置１００はまた、第３のコーティング基板１６６を洗浄して第３の洗浄済みコーティング基板１７４を提供するための洗浄溶液１７２（例えば、水溶液）を収容する第３の洗浄容器１７０を含み、このコーティング基板１７４は次いで乾燥させる。乾燥させた、第３の洗浄済みコーティング基板１７４は、より厚い多層ナノ粒子コーティング繊維材料１５２を含む。図３Ｂに示すように、より厚い多層ナノ粒子コーティング繊維材料１５２は、繊維基板１０２上のナノ粒子１１４の第１のコーティングの単層及びナノ粒子１３４の第２のコーディングの単層に加えて、ナノ粒子の別の単層（すなわち、ナノ粒子１６４の第３のコーティング）を有する。

【0027】

［００３７］上記に生産ラインのセットアップを記載したが、繊維が同じナノ粒子溶液又は同じ洗浄溶液に複数回曝露され得るように生産経路及び容器を配置して、セットアップのサイズを最小化するために必要な溶液容器及び洗浄容器の数を最小化することが想定され得る。例示的な最小サイズの生産ラインのセットアップを図２Ｃに示す。図２Ｃに示すように、第１のコーティング容器１１０、第１の洗浄容器１２０、第２のコーティング容器１３０、及び第２の洗浄容器１４０は、円形状の生産ラインセットアップに配置され、所望の回数にわたって繰り返すことができる。加えて、洗浄容器に収容される余分なナノ粒子を除去してリサイクルすることで、コストを最小限に抑えることができる。

【0028】

［００３８］レイヤー・バイ・レイヤー堆積システムは、層間に所望の界面コーティングを生成するために、繊維に複数のナノ粒子コーティング層を付与するように配置されることが明らかであろう。一実施例として、コーティング層は、繊維をセラミックマトリックスと結合させてセラミックマトリックス複合材を形成するとき、望ましい弱い界面コーティングを生成するために、グラフェン・ナノプレートレットなどの高温材料を含むことができる。

【0029】

［００３９］各コーティング層は、粒子の形状と電荷により自己組織化され、前のコーティング層の上に個別に堆積される。コーティングの堆積の回数は、希望又は必要に応じて何回でも、例えば３回又は５回にわたって繰り返すことができる。他のコーティング層数も可能である。各コーティング層はまた、各層の長さに沿ってばらつきの少ない、実質的に均一な強度を提供するために、全体にわたって実質的に均一な厚さである。

【0030】

［００４０］図３Ａ及び３Ｂに示されるような、本開示に従って製造された多層ナノ粒子コーティング繊維材料は、その後の使用のために後処理することができる。後処理には、未処理の繊維材料よりも望ましい取り扱い特性又は望ましい使用特性を有するようにコーティングを改変するための、熱、紫外線、又は他の手段への曝露が含まれ得る。一実施例として、製造された多層ナノ粒子コーティング繊維材料１５０、１５２は、ナノ粒子でコーティングされた繊維を含む織物を生成するために、クリールにかけてもよい。別の実施例として、製造された多層ナノ粒子コーティング繊維材料１５０、１５２は、複合材を作製するためのセラミックマトリックス中の補強材として使用され得る。後処理装置は、図２Ａに示すような繊維生産ラインの終端に配置しても、繊維生産ラインから離れた場所に配置してもよい。

【0031】

［００４１］図２Ｄを参照すると、図２Ａの製造装置１００に続いて使用することのできる例示的な後処理セットアップ１８０が示されている。ブロック１８２において、図３Ａ又は図３Ｂの製造された多層ナノ粒子コーティング繊維材料１５０、１５２は、所望の部品形状に形成された後、ブロック１８４において熱分解プロセスに供される。次いでブロック１８６において、化学蒸気浸透／化学蒸着（ＣＶＩ／ＣＶＤ）プロセスを、必要なサイクル数にわたって適用した後、ブロック１８８に示される別の熱分解プロセスに供することができる。ブロック１８６のプロセス及びブロック１８８のプロセスはまた、後処理セットアップ１８０によって完全に高密度化された部品１９０が提供される前に、所望の又は必要な回数にわたって繰り返すことができる。

【0032】

［００４２］図４を参照すると、例示的な実施態様による、レイヤー・バイ・レイヤーのナノ粒子堆積を使用する多層ナノ粒子コーティング繊維のための製造方法のフロー図４００が示されている。ブロック４１０では、繊維基板を第１のタイプのナノ粒子でコーティングして、多層ナノ粒子コーティング繊維材料の第１のコーティング層を提供する。このプロセスはブロック４２０に進み、第１のコーティング層を第２のタイプのナノ粒子でコーティングして、多層ナノ粒子コーティング繊維材料の第２のコーティング層を提供する。次いで、プロセスは終了する。

【0033】

［００４３］いくつかの実施形態では、第１のタイプのナノ粒子及び第２のタイプのナノ粒子の一方又は両方が、高温ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、高温ナノ粒子は、グラフェンナノ粒子を含む。

【0034】

［００４４］いくつかの実施形態では、レイヤー・バイ・レイヤー堆積は、ナノ粒子を、織物を構成する繊維の表面上に堆積させるように実施される。

【0035】

［００４５］いくつかの実施形態では、レイヤー・バイ・レイヤー堆積は、周囲条件で又は周囲条件近傍で実施される。

【0036】

［００４６］いくつかの実施形態では、製造は、第１のコーティング層を洗浄して第１のコーティング層の単層を形成することと、第２のコーティング層を洗浄して第２のコーティング層の単層を形成することとをさらに含む。

【0037】

［００４７］いくつかの実施形態では、第１及び第２のコーティング層の単層の各々は、約５ナノメートルと約１００ナノメートルの間の厚さを有する。

【0038】

［００４８］いくつかの実施形態では、製造は、第２のコーティング層を第３のタイプのナノ粒子でコーティングして、多層ナノ粒子コーティング材料の第３のコーティング層を提供することをさらに含む。いくつかの実施形態では、第３のタイプのナノ粒子は、第１のタイプのナノ粒子と同じタイプである。

【0039】

［００４９］いくつかの実施形態では、炭素繊維は、図４に開示される製造方法に従って形成される。

【0040】

［００５０］図５を参照すると、別の例示的実施態様による製造方法のフロー図５００が示されている。ブロック５１０では、複数の繊維の各々の表面を処理して、表面にイオン電荷極性を付与する。プロセスはブロック５２０に進み、複数の繊維の各々の表面を、複数の繊維の各々の表面のイオン電荷極性と反対のイオン電荷極性を有するナノ粒子でコーティングして、ナノ粒子でコーティングされた多層状の複数の繊維の第１の層を提供する。次いでブロック５３０では、第１の層を、第１の層のイオン電荷極性と反対のイオン電荷極性を有するナノ粒子でコーティングして、ナノ粒子でコーティングされた多層状の複数の繊維の第２の層を提供する。次いで、プロセスは終了する。

【0041】

［００５１］いくつかの実施形態では、製造は、第１の層を洗浄して第１の層の単層を形成することと、第２の層を洗浄して第２の層の単層を形成することとをさらに含む。第１及び第２の層の単層の各々は、約５ナノメートルと約１００ナノメートルの間の厚さを有する。

【0042】

［００５２］いくつかの実施形態では、製造は、複数の繊維を広げて、ナノ粒子でコーティングすることのできる表面積を最大にすることをさらに含む。

【0043】

［００５３］いくつかの実施形態では、製造は、第１及び第２の層の各々を乾燥させて、ナノ粒子でコーティングされた多層状の複数の繊維の取り扱い特性と使用特性との組み合わせを改変することをさらに含む。

【0044】

［００５４］いくつかの実施形態では、セラミック－マトリックス複合材は、図５に開示される製造方法に従って作製される。

【0045】

［００５５］本明細書で開示される多層ナノ粒子コーティング繊維材料を製造することにより、複数の利点が提供される。１つの利点は、高温のナノ粒子を周囲条件で又は周囲条件近傍で繊維に適用できることである。

【0046】

［００５６］別の利点は、ナノ粒子の極めて緻密なコーティングを繊維上に形成できることである。

【0047】

［００５７］さらに別の利点は、本明細書に開示される多層ナノ粒子コーティング繊維の製造に、特殊な（したがって、通常は高価な）装置も、高度に制御された条件（例えば、温度及び圧力）も、不要であることである。

【0048】

［００５８］さらに別の利点は、図２Ａに示されるような生産ラインのセットアップに沿って必要とされる多層ナノ粒子コーティング繊維材料の量を得ることができるため、バッチ処理が不要であることである。

【0049】

［００５９］本開示の実施例は、図６に示される航空機の製造及び保守方法１１００、並びに図７に示される航空機１１０２に関して説明され得る。航空機の製造及び保守方法１１００は、製造前段階において、航空機１１０２の仕様及び設計１１０４と、材料の調達１１０６とを含み得る。製造段階では、航空機１１０２のコンポーネント／サブアセンブリの製造１１０８と、システムインテグレーション１１１０とが行われる。その後、航空機１１０２は、認可及び納品１１１２を経て運航１１１４に供される。顧客により運航される間に、航空機１１０２には、定期的な整備及び保守１１１６が予定され、これには、改造、再構成、改修なども含まれ得る。

【0050】

［００６０］図７に示すように、例示的な方法１１００によって製造された航空機１１０２は、複数のシステム１１２０及び内装１１２２を備えた機体１１１８を含み得る。複数のシステム１１２０の例には、推進システム１１２４、電気システム１１２６、油圧システム１１２８、及び環境システム１１３０のうちの１つ又は複数が含まれ得る。任意の数の他のシステムが含まれてよい。

【0051】

［００６１］開示される装置及び方法は、航空機の製造及び保守方法１１００の段階のいずれか１つ又は複数で採用されうる。一実施例として、コンポーネント／サブアセンブリの製造１１０８、システムインテグレーション１１１０、及び／又は整備及び保守１１１６に対応するコンポーネント又はサブアセンブリが、開示される装置及び方法を使用して組み立てられ得る。別の実施例として、機体１１１８は、開示される装置及び方法を使用して構築され得る。また、１つ又は複数の装置の例、方法の例、又はこれらの組み合わせは、例えば、機体１１１８及び／又は内装１１２２といった航空機１１０２の組み立てを大幅に効率化すること又はコストを大幅に削減することにより、コンポーネント／サブアセンブリの製造１１０８、及び／又はシステムインテグレーション１１１０において利用されうる。同様に、１つ又は複数の装置の例、方法の例、又はそれらの組み合わせは、航空機１１０２が運航される間に、例えば、限定しないが、整備及び保守１１１６に利用され得る。

【0052】

［００６２］本明細書に開示される装置及び方法の異なる実施例には、様々な構成要素、特徴、及び機能性が含まれる。本明細書に開示される装置及び方法の種々の実施例は、本明細書に開示される装置及び方法の他の実施例の構成要素、特徴、及び機能性のいずれをも任意の組み合わせで含むことができ、そのような可能性のすべてが本開示の範囲内にあることが意図されると理解されたい。

【0053】

［００６３］上述の装置及び方法は、航空機に関して記載されている。しかしながら、当業者であれば、開示される装置及び方法が様々な用途に適しており、本開示が航空機製造の用途に限定されないことを容易に認識するであろう。例えば、開示される装置及び方法は、例えば、再突入航空宇宙ビークル、高速航空宇宙ビークル、ヘリコプター、客船、自動車、海洋製品（ボート、モーターなど）を含む種々のタイプのビークルに実装され得る。ビークル以外への適用も企図される。

【0054】

［００６４］上記は、軍事及び宇宙規制に従って航空産業における多層ナノ粒子コーティング繊維材料を製造するための装置及び方法について記載されているが、本装置及び方法は、適用される工業標準に従ってあらゆる産業において多層ナノ粒子コーティング繊維材料を製造することを容易にするために実施され得ることが想定されている。具体的な装置及び方法は、特定の用途に応じて選択し、調整することができる。

【0055】

［００６５］さらに、開示される実施形態の種々の実施例が示され、記載されたが、本明細書を読んだ当業者であれば、修正例を想起するであろう。本出願は、そのような修正例を含み、特許請求の範囲によってのみ限定される。

【図1】

【図2A-B】

【図2C-D】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【外国語明細書】