JP2009120426A - 長繊維強化セラミックス複合材料およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フィラメント・ワインディング法を用いたセラミックス複合材料の製造において、板状体等の単純な形状以外の様々な形状であっても簡便に緻密体を得ることができる長繊維強化セラミックス複合材料およびその製造方法を提供する。
【解決手段】セラミックス粉末および有機バインダを溶剤に添加して調製したスラリーに、セラミックス系長繊維を浸漬させ、スラリーが付着したセラミックス系長繊維をマンドレルに巻き付ける工程１０と、前記セラミックス系長繊維を乾燥し、硬化させる工程２０と、マンドレルを取り外し、硬化体を前記スラリーとともに、ゴム型内に入れて、前記硬化体に前記スラリーを含浸させながら、冷間等方加圧成形を行う工程３０と、成形体を乾燥し、硬化させる工程４０と、成形硬化体を焼成する工程５０とを経ることにより、長繊維強化セラミックス複合材料を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フィラメント・ワインディング（ＦＷ：Filament Winding）法を用いた長繊維強化セラミックス複合材料およびその製造方法に関する。

セラミックスは、一般に、高融点、高硬度であり、耐薬品性、高温強度特性等にも優れているため、高温用構造材料に用いられている。
しかしながら、セラミックスは、靱性に劣るという欠点があり、この欠点を補うべく、様々な強化法による複合材料が提案されている。

これらの複合材料のうちの一つに、長繊維強化セラミックス複合材料がある。これは、高温強度特性に優れた炭素繊維や炭化ケイ素繊維等のセラミックス系長繊維とマトリックス材料とを複合させたものである。この長繊維強化セラミックス複合材料の製造方法としては、化学気相含浸（ＣＶＩ：Chemical Vapor Infiltration）法、ホットプレス法、ＦＷ法等がある。

ＣＶＩ法は、長繊維を積層または三次元形状に編み込んだ構造体の空隙でガスを反応させ、繊維上に炭化ケイ素を析出させてマトリックスを形成する方法である。
また、ホットプレス法は、繊維同士、または、繊維とセラミックマトリックスを、高温下で加圧して焼結する方法である。
また、ＦＷ法は、例えば、特許文献１，２に記載されているように、長繊維をマンドレルに巻き付ける方法である。この場合は、予め、セラミックス粉末とバインダを含むスラリーに長繊維を浸漬させ、これを巻き付けた後、焼成する。
特開平８−２９６６号公報 特開平８−８１２７６号公報

しかしながら、前記ＣＶＩ法においては、長繊維を予め積層体や三次元形状の構造体に成形しておく必要があり、また、前記構造体の空隙を埋めるように、気相反応によりマトリックスを形成させるため、緻密体を得ることが困難であり、製造に長時間を要し、製造コストが高いという課題を有していた。

一方、ホットプレス法は、緻密体を得ることはできるものの、板状体等の単純な形状しか得ることができず、得られる形状における制限が大きい。このため、板状体等以外の所望の形状とするためには、得られた板状体に全体加工を施す必要があり、加工取代分を考慮した大きさの板状体を製造しなければならず、この場合も、製造に長時間を要し、製造コストが高いという課題を有していた。

また、上記特許文献１，２に記載されているような従来のＦＷ法を用いた複合材料の製法方法では、マトリックスを緻密化させるには、限界があった。

そこで、本発明者は、板状体等の単純な形状以外の様々な形状の長繊維強化セラミックス複合材料を、簡便に、より緻密化させて得ることができる方法を検討し、ＦＷ法を用いた製造方法を改良した本発明に係る製造方法を見出した。
すなわち、本発明は、ＦＷ法を用いたセラミックス複合材料の製造において、板状体等の単純な形状以外の様々な形状であっても簡便に、より緻密化させて得ることができる長繊維強化セラミックス複合材料およびその製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係る長繊維強化セラミックス複合材料の製造方法は、セラミックス粉末および有機バインダを溶剤に添加して調製したスラリーに、セラミックス系長繊維を浸漬させ、スラリーが付着したセラミックス系長繊維をマンドレルに巻き付ける工程と、前記マンドレルに巻き付けられたセラミックス系長繊維を乾燥し、硬化させる工程と、得られた硬化体から前記マンドレルを取り外し、該硬化体を前記スラリーとともに、ゴム型内に入れて、冷間等方加圧（ＣＩＰ）成形を行う工程と、前記ゴム型内から取り出した成形体を乾燥し、硬化させる工程と、得られた成形硬化体を焼成する工程とを備えていることを特徴とする。
上記製造方法によれば、板状体以外の形状に成形することが可能であり、緻密化された長繊維強化セラミックス複合材料を簡便に得ることができる。

また、本発明に係る他の態様の長繊維強化セラミックス複合材料の製造方法は、セラミックス粉末および有機バインダを溶剤に添加して調製したスラリーに、セラミックス系長繊維を浸漬させ、スラリーが付着したセラミックス系長繊維をセラミックス多孔体からなるマンドレルに巻き付ける工程と、前記マンドレルに巻き付けられたセラミックス系長繊維を乾燥し、硬化させる工程と、得られた硬化体においてマンドレルが露出している部分を樹脂膜で被覆する工程と、前記樹脂膜で被覆された硬化体を前記スラリーとともに、ゴム型内に入れて、ＣＩＰ成形を行う工程と、前記ゴム型内から取り出した成形体を乾燥し、硬化させる工程と、得られた成形硬化体を焼成する工程とを備えていることを特徴とする。
上記製造方法によれば、芯部がセラミックス多孔体、外周部がセラミックス系長繊維緻密体からなるセラミックス複合材料を簡便に得ることができる。

前記ＣＩＰ成形を行う工程と、前記成形体を乾燥・硬化させる工程とが、繰り返し行われることが好ましい。
上記工程を繰り返し行うことにより、クラック発生箇所を補修することができ、得られる長繊維強化セラミックス複合材料のより一層の緻密化が図られる。

上記の各製造方法においては、スラリーに添加されるセラミックス粉末は、平均粒径が異なる２種以上からなることが好ましい。
このような混合粉末を用いることにより、セラミックス系長繊維の間隙のマトリックスを構成するセラミックス粒子間がより密になり、マトリックスのより一層の緻密化が図られる。

また、本発明に係る他の態様の長繊維強化セラミックス複合材料の製造方法は、平均粒径が異なる２種以上のセラミックス粉末および有機バインダを溶剤に添加して調製したスラリーに、セラミックス系長繊維を浸漬させ、スラリーが付着したセラミックス系長繊維をセラミックス多孔体からなるマンドレルに巻き付ける工程と、前記マンドレルに巻き付けられたセラミックス系長繊維を乾燥し、硬化させる工程と、前記マンドレルに巻き付けられた状態の硬化体を焼成する工程とを備えていることを特徴とする。
上記製造方法によれば、芯部がセラミックス多孔体、外周部がセラミックス系長繊維緻密体からなる長繊維強化セラミックス複合材料をより簡便に得ることができる。

また、本発明に係る長繊維強化セラミックス複合材料は、セラミックス多孔体と、前記セラミックス多孔体の外周を覆うようにパラレル巻きまたはヘリカル巻きで巻き付けられたセラミックス系長繊維と、前記セラミックス系長繊維の間隙に存在するセラミックス焼結体のマトリックスとからなることを特徴とする。
上記のような長繊維強化セラミックス複合材料は、ロボットマニピュレータ等の様々な形状の構造部材として好適に用いることができる。

上述したとおり、本発明に係る長繊維強化セラミックス複合材料の製造方法によれば、ＦＷ法を用いたセラミックス複合材料の製造において、形状制御が容易となり、板状体以外の様々な形状であっても、簡便に、より緻密化させて得ることができる。
また、本発明に係る長繊維強化セラミックス複合材料は、ロボットマニピュレータ等の様々な形状の構造部材に好適に用いることができる。

本発明について、図面を参照して、詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る長繊維強化セラミックス複合材料の製造方法の工程フロー図を示す。
図１に示す製造工程は、スラリーを含浸させたセラミックス系長繊維のＦＷ工程１０、第１の乾燥・硬化工程２０、ゴム型を用いたＣＩＰ含浸工程３０、第２の乾燥・硬化工程４０および焼成工程５０を備えている。
すなわち、ＦＷ工程１０の後に、弾性を有するゴム型を用いて、ＣＩＰ成形とスラリー含浸とを同時に行うＣＩＰ含浸工程３０を経ることを特徴とするものである。

以下、図１に示す製造工程を順次説明する。
図２に、ＦＷ工程１０の概要を示す。
まず、ＦＷ工程１０においては、図２に示すように、セラミックス粉末および有機バインダを溶剤に添加して調製したスラリー１に、セラミックス系長繊維２を浸漬させて、スラリー１を繊維表面に付着させ、これをマンドレル３に所望の太さになるまで巻き付ける。このような工程により、セラミックス系長繊維２に付着させたスラリー１が、マンドレル３に巻き付けられたセラミックス系長繊維２の間隙を埋めるマトリックスの前駆体となる。

前記スラリー１の調製において添加されるセラミックス粉末には、例えば、炭化ケイ素粉末が用いられ、また、有機バインダとしては、例えば、フェノール樹脂が用いられる。また、溶剤としては、添加する粉末の分散性、揮発性等を考慮し、例えば、エタノールが用いられる。
なお、前記スラリー１を調整する際に、焼結助剤を加えてもよい。焼結助剤は、例えば、炭化ホウ素が用いられる。

前記セラミックス粉末は、マンドレル３に巻き付けた後のセラミックス系長繊維２の間隙を埋めるマトリックスを形成するものであり、このマトリックスをより緻密化させる観点から、平均粒径が異なる２種以上を混合して用いることが好ましい。
これにより、粒径が大きいセラミックス粉末の間隙に、粒径が小さいセラミックス粉末が詰まり、マトリックスのより一層の緻密化が図られる。

セラミックス系長繊維２としては、例えば、炭化ケイ素繊維が用いられる。なお、炭素繊維でも、同様に行うことができる。
また、セラミックス系長繊維２を巻き付けるマンドレル３は、通常、金属製（例えば、アルミニウム、ステンレス）であり、円筒状のものが用いられるが、直径を一部変化させたり、角度を有する筒状のマンドレルを用いたりしてもよい。
これにより、円筒状以外の変形管状の硬化体を形成することもできる。

また、セラミックス系長繊維２のマンドレル３への巻き付け方は、特に限定されるものではなく、パラレル巻きであっても、ヘリカル巻きであってもよいが、繊維密度が、全体的に均質であることが好ましい。
なお、パラレル巻きとは、繊維をほぼ周方向に巻く巻き方で、マンドレルに巻き付けられた繊維の方向はほぼ一定に平行となる。また、ヘリカル巻きとは、マンドレルに対して角度をつけて巻く巻き方であり、マンドレルに巻き付けられた繊維は交差する螺旋状となる。

次に、第１の乾燥・硬化工程２０において、前記マンドレル３に巻き付けられたセラミックス系長繊維２をマンドレル３ごと、例えば、乾燥機内で４０℃から１８０℃まで昇温させて２４時間程度加熱し、スラリー１中の溶剤を蒸発させるとともに、有機バインダを硬化させて、セラミックス系長繊維２の硬化体を作製する。

図３に、ＣＩＰ含浸工程３０の概要を示す。
前記ＣＩＰ含浸工程３０においては、上記により得られたセラミックス系長繊維２の硬化体からマンドレル３を取り外し、上記と同様のスラリー１とともに、前記硬化体をゴム型３１内に入れて封止具３２により封止する。このゴム型３１内で、例えば、１．０〜１．５ｔ／ｃｍ²での周囲の水３３からの水圧によるＣＩＰ成形を行う。これにより、硬化体にスラリー１を含浸させる。前記ゴム型３１の材質としては、天然ゴム、フレクサンゴム等が好適に用いられる。
このように、硬化体をそのまま焼成するのではなく、さらに、スラリーを含浸させる処理を施すことにより、得られるセラミックス複合体をより緻密化させることができる。

そして、スラリー１を十分に含浸させた後、成形体を前記ゴム型３１内から取り出して、第２の乾燥・硬化工程４０において、前記第１乾燥・硬化工程２０と同様の条件下で、再び、乾燥し、硬化させる。

前記ＣＩＰ含浸工程３０および第２の乾燥・硬化工程４０は、複数回繰り返して行うことが好ましい。より好ましくは、２〜３回程度行う。
この工程を繰り返すことにより、前記マトリックスにおけるクラック発生箇所を補修することができ、また、得られるセラミックス複合材料をより緻密化させることができる。

最後に、焼成工程５０において、上記により得られた成形硬化体を、例えば、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中、２２００℃で１時間、常圧焼成する。
なお、前記焼成工程５０の前に、炭化処理を行ってもよい。炭化処理は、例えば、不活性ガス雰囲気中、６００℃で１時間、常圧焼成することにより行う。

（第２の実施形態）
図４に、本発明の第２の実施形態に係る長繊維強化セラミックス複合材料の製造方法の工程フロー図を示す。
図４に示す製造工程は、スラリーを含浸させたセラミックス系長繊維のＦＷ工程１０Ａ、第１の乾燥・硬化工程２０Ａ、被覆工程２５、ゴム型を用いたＣＩＰ含浸工程３０Ａ、第２の乾燥・硬化工程４０Ａおよび焼成工程５０Ａを備えている。
このような工程を経ることにより、芯部がセラミックス多孔体、外周部がセラミックス系長繊維の緻密体からなるセラミックス複合材料を簡便に得ることができる。

以下、図４に示す製造工程を順次説明する。
図５に、ＦＷ工程１０Ａの概要を示す。
まず、ＦＷ工程１０Ａにおいては、図５に示すように、図２のマンドレル３に代えて、セラミックス多孔体からなるマンドレル３Ａを用いる点で、第１の実施形態と相違している。それ以外は、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

前記マンドレル３Ａとして使用するセラミックス多孔体の材質は、用途に応じて適宜選択することができ、例えば、炭化ケイ素等が用いられる。
また、前記セラミックス多孔体は、その製造方法は特に限定されるものではなく、一般的な製造方法により得られるものでよく、また、その気孔率も、マンドレルとして使用されるのに十分な強度を有している限り、特に限定されるものではない。

次の第１の乾燥・硬化工程２０Ａも、第１の実施形態における第１の乾燥・硬化工程２０と同様に行う。

そして、被覆工程２５においては、前記第１の乾燥・硬化工程２０Ａで得られた硬化体のマンドレル３Ａの表面が露出している部分をテープ等の樹脂膜で被覆する。
この樹脂膜は、次のＣＩＰ含浸工程３０Ａにおいて、セラミックス多孔体からなるマンドレル３Ａ内にスラリー１が侵入しないようにするためのものである。
前記樹脂膜は、後の焼成工程５０Ａで除去してもよく、ＣＩＰ含浸工程３０Ａの完了後の各工程において、適宜、除去してもよい。
なお、ＦＷ工程１０Ａにおいて、マンドレル３Ａの表面全体がセラミックス系長繊維２で覆われるように巻き付けられた場合は、この工程は省略することができる。

次に、ＣＩＰ含浸工程３０Ａにおいては、図３に示すＣＩＰ含浸工程３０と同様に、前記樹脂膜が形成された硬化体をそのまま、上記と同様のスラリー１とともに、ゴム型内に入れて、第１の実施形態と同様に、ＣＩＰ成形を行う。
そして、スラリー１を十分に含浸させた後、前記ゴム型内から取り出した成形体を、第２の乾燥・硬化工程４０Ａにおいて、前記第１の乾燥・硬化工程２０Ａと同様の条件下で、再び、乾燥し、硬化させる。
この場合も、第１の実施形態と同様に、前記ＣＩＰ含浸工程３０Ａおよび第２の乾燥・硬化工程４０Ａは、複数回繰り返して行うことが好ましい。

最後に、焼成工程５０Ａにおいて、上記により得られた成形硬化体を、例えば、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中、２２００℃で１時間、常圧焼成する。
この場合も、前記焼成工程５０Ａの前に、第１の実施形態と同様に、炭化処理を施してもよい。

（第３の実施形態）
図６に、本発明の第３の実施形態に係る長繊維強化セラミックス複合材料の製造方法の工程フロー図を示す。
図６に示す製造工程は、スラリーを含浸させたセラミックス系長繊維のＦＷ工程１０Ｂ、乾燥・硬化工程２０Ｂ、焼成工程５０Ｂを備えている。
すなわち、ＦＷ工程と、乾燥・硬化工程と、焼成工程のみを経るものであり、ＦＷ工程において、セラミックス多孔体からなるマンドレルを用い、そのまま焼成して、セラミックス複合材料とするものである。
このような工程を経ることにより、第２の実施形態の製造工程で得られるセラミックス複合材料よりもセラミックス系長繊維を巻き付けた部分の密度は低いものの、芯部がセラミックス多孔体、外周部がセラミックス系長繊維の緻密体からなるセラミックス複合材料をより簡便に得ることができる。

以下、図６に示す製造工程を順次説明する。
まず、ＦＷ工程１０Ｂにおいては、スラリーを調製する際に添加するセラミックス粉末として、平均粒径が異なる２種以上の粉末を用いる。それ以外は、第２の実施形態におけるＦＷ工程１０Ａと同様であるため、説明を省略する。

次の乾燥・硬化工程２０Ｂも、第２の実施形態における第１の乾燥・硬化工程２０Ａと同様に行う。

そして、前記乾燥・硬化工程２０Ｂより得られた硬化体を、第１および第２の実施形態のようなＣＩＰ含浸工程を経ることなく、焼成工程５０Ｂにおいて、第２の実施形態における焼成工程５０Ａと同様の条件下で、常圧焼成する。

上記第２の実施形態または第３の実施形態の工程を経ることにより、セラミックス多孔体と、前記セラミックス多孔体の外周を覆うようにパラレル巻きまたはヘリカル巻きで巻き付けられたセラミックス系長繊維と、前記セラミックス系長繊維の間隙に存在するセラミックス焼結体のマトリックスとからなる長繊維強化セラミックス複合材料を得ることができる。
このような態様の長繊維強化セラミックス複合材料は、様々な形状の構造部材として好適に用いることができる。

図７は、本発明に係る長繊維強化セラミックス複合材料の顕微鏡写真である。図７（ａ）は、パラレル巻きしたセラミックス系長繊維（炭化ケイ素繊維）の繊維方向に平行な破断面における顕微鏡写真（倍率：５０倍）である。また、図７（ｂ）は、（ａ）のセラミックス系長繊維部分の繊維方向に垂直な断面を拡大した顕微鏡写真（倍率：５００倍）である。
図７の写真に示す長繊維強化セラミックス複合材料は、芯部がセラミックス多孔体１００であり、その外周は、セラミックス系長繊維（焼結体）２００がパラレル巻きで巻き付けられ、緻密体として構成されている。また、前記セラミックス系長繊維（焼結体）２００の間隙には、セラミックス系長繊維に付着させたスラリー由来のセラミックス焼結体のマトリックス３００が存在している。

このような構成からなる長繊維強化セラミックス複合材料は、軽量かつ高剛性で得ることができ、産業用ロボットアームの構成材料や、温度差が激しい、過酷な宇宙空間で使用される衛星等の構造材料として好適に適用することができる。

以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
エタノール中に、平均粒径０．５μｍの炭化ケイ素粉末と、平均粒径０．３μｍの炭化ホウ素粉末を前記炭化ケイ素粉末に対して５重量％添加し、さらに、バインダとしてフェノール樹脂を前記粉末の合計量（固形分）に対して３重量％添加し、ボールミルにて１０時間混合して、スラリーを調製した。
その後、前記スラリーをＦＷ装置のバスに移し入れ、炭化ケイ素繊維を前記スラリーに浸漬させ、スラリーが付着した炭化ケイ素繊維を直径３０ｍｍ、長さ２００ｍｍの円柱状の金属製マンドレルに、パラレル巻きで厚さ５ｍｍ程度巻き付けた。
前記炭化ケイ素繊維を巻き付けたマンドレルごと４０℃の乾燥機に入れ、１８０℃まで徐々に昇温して、２４時間乾燥し、エタノールを蒸発させ、フェノール樹脂を硬化させた。

得られた硬化体からマンドレルを取り外し、前記硬化体を、前記スラリーとともに、ゴム型内に入れて、前記スラリーを含浸させながら、１．０〜１．５ｔ／ｃｍ²でＣＩＰ成形を行った。
そして、前記ゴム容器内から取り出した成形体を、再度、４０℃の乾燥機に入れ、１８０℃まで徐々に昇温して、２４時間乾燥し、エタノールを蒸発させ、フェノール樹脂を硬化させた。
前記ＣＩＰ成形およびその後の乾燥・硬化を、３回繰り返し行った。
得られた成形硬化体を、アルゴン雰囲気中、６００℃で１時間炭化処理した後、２２００℃で１時間常圧焼成した。

上記工程を経て得られた長繊維強化セラミックス複合材料は、外径３７ｍｍ、内径２７ｍｍ、長さ１９０ｍｍの円筒状であり、アルキメデス法による密度が２．６ｇ／ｃｍ³、開気孔率３０％であった。

［実施例２］
スラリーに添加される炭化ケイ素粉末として、平均粒径０．５μｍと０．８μｍのものを同量混合して用い、それ以外については、実施例１と同様にして、長繊維強化セラミックス複合材料を作製した。
得られた長繊維強化セラミックス複合材料は、サイズおよび形状は実施例１と同様であり、アルキメデス法による密度が３．０ｇ／ｃｍ³、開気孔率１０％であった。

［実施例３］
実施例１と同様にして、スラリーを調製した。
前記スラリーをＦＷ装置のバスに移し入れ、炭化ケイ素繊維を前記スラリーに浸漬させ、スラリーが付着した炭化ケイ素繊維を直径３０ｍｍ、長さ２００ｍｍ、気孔率７０％の炭化ケイ素セラミックス多孔体製マンドレルにパラレル巻きで厚さ５ｍｍ程度巻き付けた。
次に、前記炭化ケイ素繊維をマンドレルごと４０℃の乾燥機に入れ、１８０℃まで徐々に昇温して、２４時間乾燥し、エタノールを蒸発させ、フェノール樹脂を硬化させた。

得られた硬化体のマンドレルが露出している端面部分に樹脂テープを貼り付けて被覆した。
前記樹脂テープで被覆した炭化ケイ素繊維の硬化体をそのまま、前記スラリーとともに、ゴム型内に入れて、前記スラリーを含浸させながら、１．０〜１．５ｔ／ｃｍ²でＣＩＰ成形を行った。
そして、前記ゴム容器内から取り出した成形体を、再度、４０℃の乾燥機に入れ、１８０℃まで徐々に昇温して、２４時間乾燥し、エタノールを蒸発させ、フェノール樹脂を硬化させた。
前記ＣＩＰ成形およびその後の乾燥・硬化を、３回繰り返し行った。
前記樹脂テープを除去した後、得られた成形硬化体を、アルゴン雰囲気中、６００℃で１時間炭化処理した後、２２００℃で１時間常圧焼成した。

上記工程を経て得られたセラミックス複合材料は、外径３７ｍｍ、内径２７ｍｍ、長さ１９５ｍｍの芯部が炭化ケイ素セラミックス多孔体、外周部が炭化ケイ素セラミックス緻密体からなる円柱状の繊維強化セラミックス複合材料が得られた。

［実施例４］
エタノール中に、平均粒径０．５μｍと０．８μｍの炭化ケイ素粉末を同量ずつと、平均粒径０．３μｍの炭化ホウ素粉末を前記炭化ケイ素粉末の合計量に対して５重量％添加し、さらに、バインダとしてフェノール樹脂を前記粉末の合計量（固形分）に対して３重量％添加し、ボールミルにて１０時間混合して、スラリーを調製した。
その後、前記スラリーをＦＷ装置のバスに移し入れ、炭化ケイ素繊維を前記スラリーに浸漬させ、スラリーが付着した炭化ケイ素繊維を直径３０ｍｍ、長さ２００ｍｍ、気孔率７０％の炭化ケイ素セラミックス多孔体製マンドレルに厚さ５ｍｍ程度に巻き付けた。
前記炭化ケイ素繊維を巻き付けたマンドレルごと４０℃の乾燥機に入れ、１８０℃まで徐々に昇温して、２４時間乾燥し、エタノールを蒸発させ、フェノール樹脂を硬化させた。
得られた硬化体を、アルゴン雰囲気中、６００℃で１時間炭化処理した後、２２００℃で１時間常圧焼成した。

上記工程を経て得られた長繊維強化セラミックス複合材料は、外径３７ｍｍ、内径２７ｍｍ、長さ１９５ｍｍの芯部が炭化ケイ素セラミックス多孔体、外周部が炭化ケイ素セラミックス緻密体からなる円柱状のセラミックス複合材料が得られた。

本発明の第１の実施形態に係る長繊維強化セラミックス複合材料の製造方法の工程フロー図である。 ＦＷ工程１０を説明するための概略図である。 ＣＩＰ含浸工程３０を説明するための概略図である。 本発明の第２の実施形態に係る長繊維強化セラミックス複合材料の製造方法の工程フロー図である。 ＦＷ工程１０Ａを説明するための概略図である。 本発明の第３の実施形態に係る長繊維強化セラミックス複合材料の製造方法の工程フロー図である。 （ａ）は、パラレル巻きしたセラミックス系長繊維（炭化ケイ素繊維）の繊維方向に平行な断面における顕微鏡写真（倍率：５０倍）である。（ｂ）は、（ａ）のセラミックス系長繊維部分の繊維方向に垂直な断面を拡大した顕微鏡写真（倍率：５００倍）である。

符号の説明

１ スラリー
２ セラミックス系長繊維
３，３Ａ マンドレル
３１ ゴム型
３２ 封止具
１００ セラミックス多孔体
２００ セラミックス系長繊維（焼結体）
３００ マトリックス（セラミックス焼結体）

Claims (6)

1. セラミックス粉末および有機バインダを溶剤に添加して調製したスラリーに、セラミックス系長繊維を浸漬させ、スラリーが付着したセラミックス系長繊維をマンドレルに巻き付ける工程と、
   前記マンドレルに巻き付けられたセラミックス系長繊維を乾燥し、硬化させる工程と、
   得られた硬化体から前記マンドレルを取り外し、該硬化体を前記スラリーとともに、ゴム型内に入れて、冷間等方加圧成形を行う工程と、
   前記ゴム型内から取り出した成形体を乾燥し、硬化させる工程と、
   得られた成形硬化体を焼成する工程とを備えていることを特徴とする長繊維強化セラミックス複合材料の製造方法。
2. セラミックス粉末および有機バインダを溶剤に添加して調製したスラリーに、セラミックス系長繊維を浸漬させ、スラリーが付着したセラミックス系長繊維をセラミックス多孔体からなるマンドレルに巻き付ける工程と、
   前記マンドレルに巻き付けられたセラミックス系長繊維を乾燥し、硬化させる工程と、
   得られた硬化体においてマンドレルが露出している部分を樹脂膜で被覆する工程と、
   前記樹脂膜で被覆された硬化体を前記スラリーとともに、ゴム型内に入れて、冷間等方加圧成形を行う工程と、
   前記ゴム型内から取り出した成形体を乾燥し、硬化させる工程と、
   得られた成形硬化体を焼成する工程とを備えていることを特徴とする長繊維強化セラミックス複合材料の製造方法。
3. 前記冷間等方加圧成形を行う工程と、前記成形体を乾燥・硬化させる工程とが、繰り返し行われることを特徴とする請求項１または２記載の長繊維強化セラミックス複合材料の製造方法。
4. 前記スラリーに添加されるセラミックス粉末は、平均粒径が異なる２種以上からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の長繊維強化セラミックス複合材料の製造方法。
5. 平均粒径が異なる２種以上のセラミックス粉末および有機バインダを溶剤に添加して調製したスラリーに、セラミックス系長繊維を浸漬させ、スラリーが付着したセラミックス系長繊維をセラミックス多孔体からなるマンドレルに巻き付ける工程と、
   前記マンドレルに巻き付けられたセラミックス系長繊維を乾燥し、硬化させる工程と、
   前記マンドレルに巻き付けられた状態の硬化体を焼成する工程とを備えていることを特徴とする長繊維強化セラミックス複合材料の製造方法。
6. セラミックス多孔体と、前記セラミックス多孔体の外周を覆うようにパラレル巻きまたはヘリカル巻きで巻き付けられたセラミックス系長繊維と、前記セラミックス系長繊維の間隙に存在するセラミックス焼結体のマトリックスとからなることを特徴とする長繊維強化セラミックス複合材料。