JP2013144809A - 複合材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】強化材の層を成長させること、及び、前記層をマトリックスで含浸することを含む、複合材の製造方法。強化材の層は化学蒸着法によって形成されうる。この方法は、所望の形状及び物性を有する部品を形成するためのアディティブ層製造技術として使用でき、又は、薄いシート材料を形成するために使用できる。
【選択図】図4
Description
前記層をマトリックスで含浸すること、及び、
前記強化材の層の成長の間に電磁場を印加することで前記強化材の層を整列させること、
を含む、複合材の製造方法を提供する。
前記層をマトリックスで含浸すること、及び、
前記強化材の層の成長を触媒するための触媒粒子の層であって、該層を横切って触媒粒子の充填密度が変化している、触媒粒子の層を形成させること、
を含む、複合材の製造方法を提供する。
前記層をマトリックスで含浸すること、及び、
懸濁液又は溶液中に触媒粒子を含む液体のドロップレットを表面上にスプレーすることで、前記強化材の層の成長を触媒するための触媒粒子の層を形成させること、
を含む、複合材の製造方法を提供する。
前記層をマトリックスで含浸すること、
を含む、複合材の製造方法を提供する。
前記シートを積層してラミネート構造を形成すること、及び、
前記ラミネート構造をモールディングすること、
を含む、複合材の製造方法を提供する。
前記層に電磁場を印加するための電極、及び、
前記層にマトリックス材料を塗布し、各層をマトリックス材料で含浸するための含浸装置、
を含む、複合材を製造するための機器を提供する。
前記強化材の層の成長を触媒するための触媒粒子の層であって、該層を横切って触媒粒子の充填密度が変化している、触媒粒子の層を形成させるための手段、及び、
前記層にマトリックス材料を塗布し、各層をマトリックス材料で含浸するための含浸装置、
を含む、複合材を製造するための機器を提供する。
前記層にマトリックス材料を塗布し、各層をマトリックス材料で含浸するための含浸装置、
を含む、複合材を製造するための機器を提供する。
懸濁液又は溶液中に触媒材料を含む液体のドロップレットを、プリンティングオリフィスから表面上にスプレーすることで、前記強化材の層の成長を触媒するための触媒粒子の層を形成させるためのプリンティングヘッド、及び、
前記層にマトリックス材料を塗布し、該層をマトリックス材料で含浸するための含浸装置、
を含む、複合材を製造するための機器を提供する。
強化材の層はアーク放電法によって現場で成長されうる。ここで、負電極中に含まれる原料は放電により生じる高温のために昇華する。又は、強化材の層はレーザーアブレーション法によって現場で成長されうる。ここで、プロセスチャンバー中に不活性ガスをブリードしながら、高温反応器内でパルスレーザーがターゲットを蒸発させる。蒸発した材料が凝縮する際に、反応器のより低温の表面に強化材の層が発現する。放電又はレーザーアブレーションの場合に、強化材の層を構成する要素(たとえば、カーボンナノチューブ)は気相状態で形成され、層の現場での成長が基材上での要素の凝縮によって起こる。しかしながら、このようなアーク放電及びレーザーアブレーション法での問題は高体積での製造に向かないことであり、そして、高温を要求する傾向があることである。それゆえ、好ましくは、方法が、たとえば、化学気相蒸着法の一部として、強化材の成長を触媒する触媒粒子の層を形成することを含む。このことで、より低温、通常、25〜500℃の範囲で成長を行うことが可能になる。この場合、事前に形成された要素を蓄積させることで成長させる代わりに、強化材の層を構成する要素を現場で成長させることによって層が成長する。
図1に示す機器1はプロセスチャンバー(図示せず)内に収容されている。負プラズマ源電極2及び正プラズマ源電極3は出力源4によって接続されている。レーザー5は正プラズマ源3の上方にあり、ラスタースキャニング機構(図示せず)に接続されている。ガスサプライ6は、チャンバーへの予熱されたプロセスガス、たとえば、CH4/H2を供給するためにオン及びオフすることができる。第二のガスサプライ7はプロセスチャンバーへの不活性ガス、たとえば、N2を供給するためにオン及びオフすることができる。不活性ガスはマトリックス材料の融点温度又はそれよりわずかに低い温度に予熱される。電極2も同様の温度に加熱要素(図示せず)によって加熱される。
(態様)
(態様1)
強化材の層を成長させること、
前記層をマトリックスで含浸すること、及び、
前記強化材の層の成長の間に前記強化材の層に対して鋭角に電磁場を印加することで前記強化材の層を整列させること、
を含む、複合材の製造方法。
(態様2)
前記層の成長の間にプラズマを形成することをさらに含む、態様1記載の方法。
(態様3)
前記強化材の層の成長を触媒する触媒粒子の層を形成することをさらに含む、態様1又は2記載の方法。
(態様4)
触媒粒子の層を横切って触媒粒子の充填密度が変化している、触媒粒子の層を形成することをさらに含む、態様3記載の方法。
(態様5)
強化材の層を成長させること、
前記層をマトリックスで含浸すること、及び、
懸濁液又は溶液中に触媒粒子を含む液体のドロップレットを表面上にスプレーすることで、前記強化材の層の成長を触媒するための触媒粒子の層を形成させること、
を含む、複合材の製造方法。
(態様6)
前記液体はコロイド懸濁液中に触媒粒子を含む、態様5記載の方法。
(態様7)
前記強化材の層を横切って充填密度が変化している強化材の層を成長させることをさらに含む、態様1〜6のいずれか1項記載の方法。
(態様8)
態様1〜7のいずれか1項記載の方法によって2層以上の複合材シートを製造すること、
前記シートを積層してラミネート構造を形成すること、及び、
前記ラミネート構造をモールディングすること、
を含む、態様1〜7のいずれか1項記載の方法。
(態様9)
強化材の層を成長させそして該層をマトリックスで含浸することによって各シートを製造する、2層以上の複合材シートを製造すること、
前記シートを積層してラミネート構造を形成すること、及び、
前記ラミネート構造をモールディングすること、
を含む、複合材の製造方法。
(態様10)
含浸の間にマトリックスを加熱することをさらに含む、態様1〜9のいずれか1項記載の方法。
(態様11)
前記マトリックスをレーザービームによって加熱する、態様10記載の方法。
(態様12)
前記強化材の層の上にマトリックス材料の層を堆積させ、そしてマトリックス材料の層の少なくとも一部を加熱することで前記強化材の層が含浸される、態様10又は11記載の方法。
(態様13)
前記マトリックス材料の層は粉体である、態様12記載の方法。
(態様14)
前記強化材の層は毛細管作用によって含浸される、態様1〜13のいずれか1項記載の方法。
(態様15)
前記マトリックスはポリマーである、態様1〜14のいずれか1項記載の方法。
(態様16)
前記マトリックスは熱可塑性である、態様1〜15のいずれか1項記載の方法。
(態様17)
前記マトリックスは熱硬化性である、態様1〜16のいずれか1項記載の方法。
(態様18)
前記強化材の層はアスペクト比が100を超える強化材要素を含む、態様1〜17のいずれか1項記載の方法。
(態様19)
前記強化材の層は直径が100nm未満である強化材要素を含む、態様1〜18のいずれか1項記載の方法。
(態様20)
前記強化材の層はカーボンファイバーを含む、態様1〜19のいずれか1項記載の方法。
(態様21)
態様1〜20のいずれか1項記載の方法により製造された、複合材。
(態様22)
強化材の層を成長させるための装置、
前記層に鋭角で電磁場を印加するための電極、及び、
前記層にマトリックス材料を塗布し、各層をマトリックス材料で含浸するための含浸装置、
を含む、複合材を製造するための機器。
(態様23)
現場(in-situ)で強化材の層を成長させるための装置、
触媒粒子を含む液体のドロップレットを、プリンティングオリフィスから表面上にスプレーすることで、前記強化材の層の成長を触媒するための触媒粒子の層を形成させるためのプリンティングヘッド、及び、
前記層にマトリックス材料を塗布し、該層をマトリックス材料で含浸するための含浸装置、
を含む、複合材を製造するための機器。
Claims (23)
- 強化材の層を成長させること、
前記層をマトリックスで含浸すること、及び、
前記強化材の層の成長の間に前記強化材の層に対して鋭角に電磁場を印加することで前記強化材の層を整列させること、
を含む、複合材の製造方法。 - 前記層の成長の間にプラズマを形成することをさらに含む、請求項1記載の方法。
- 前記強化材の層の成長を触媒する触媒粒子の層を形成することをさらに含む、請求項1又は2記載の方法。
- 触媒粒子の層を横切って触媒粒子の充填密度が変化している、触媒粒子の層を形成することをさらに含む、請求項3記載の方法。
- 強化材の層を成長させること、
前記層をマトリックスで含浸すること、及び、
懸濁液又は溶液中に触媒粒子を含む液体のドロップレットを表面上にスプレーすることで、前記強化材の層の成長を触媒するための触媒粒子の層を形成させること、
を含む、複合材の製造方法。 - 前記液体はコロイド懸濁液中に触媒粒子を含む、請求項5記載の方法。
- 前記強化材の層を横切って充填密度が変化している強化材の層を成長させることをさらに含む、請求項1〜6のいずれか1項記載の方法。
- 請求項1〜7のいずれか1項記載の方法によって2層以上の複合材シートを製造すること、
前記シートを積層してラミネート構造を形成すること、及び、
前記ラミネート構造をモールディングすること、
を含む、請求項1〜7のいずれか1項記載の方法。 - 強化材の層を成長させそして該層をマトリックスで含浸することによって各シートを製造する、2層以上の複合材シートを製造すること、
前記シートを積層してラミネート構造を形成すること、及び、
前記ラミネート構造をモールディングすること、
を含む、複合材の製造方法。 - 含浸の間にマトリックスを加熱することをさらに含む、請求項1〜9のいずれか1項記載の方法。
- 前記マトリックスをレーザービームによって加熱する、請求項10記載の方法。
- 前記強化材の層の上にマトリックス材料の層を堆積させ、そしてマトリックス材料の層の少なくとも一部を加熱することで前記強化材の層が含浸される、請求項10又は11記載の方法。
- 前記マトリックス材料の層は粉体である、請求項12記載の方法。
- 前記強化材の層は毛細管作用によって含浸される、請求項1〜13のいずれか1項記載の方法。
- 前記マトリックスはポリマーである、請求項1〜14のいずれか1項記載の方法。
- 前記マトリックスは熱可塑性である、請求項1〜15のいずれか1項記載の方法。
- 前記マトリックスは熱硬化性である、請求項1〜16のいずれか1項記載の方法。
- 前記強化材の層はアスペクト比が100を超える強化材要素を含む、請求項1〜17のいずれか1項記載の方法。
- 前記強化材の層は直径が100nm未満である強化材要素を含む、請求項1〜18のいずれか1項記載の方法。
- 前記強化材の層はカーボンファイバーを含む、請求項1〜19のいずれか1項記載の方法。
- 請求項1〜20のいずれか1項記載の方法により製造された、複合材。
- 強化材の層を成長させるための装置、
前記層に鋭角で電磁場を印加するための電極、及び、
前記層にマトリックス材料を塗布し、各層をマトリックス材料で含浸するための含浸装置、
を含む、複合材を製造するための機器。 - 現場(in-situ)で強化材の層を成長させるための装置、
触媒粒子を含む液体のドロップレットを、プリンティングオリフィスから表面上にスプレーすることで、前記強化材の層の成長を触媒するための触媒粒子の層を形成させるためのプリンティングヘッド、及び、
前記層にマトリックス材料を塗布し、該層をマトリックス材料で含浸するための含浸装置、
を含む、複合材を製造するための機器。
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