JP2016141584A - Fluid flow-rectification member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、繊維強化セラミック複合材料を用いた流体用整流部材に関する。 The present invention relates to a fluid rectifying member using a fiber-reinforced ceramic composite material.
繊維強化セラミック複合材料は、耐熱性、強度、靱性を備えているので、様々な分野で利用されている。
繊維強化セラミック複合材料の用途として、高い耐熱性、強度を利用して、高温、高速の流体の流体用整流部材として用いられている。
繊維強化セラミック複合材料は、セラミックよりなる母材（マトリックス）に、骨材としてセラミック繊維を加えた材料である。母材であるセラミックは、耐熱性、強度を備えているものの、弾性率が高いセラミック材料の特徴により脆い素材である。繊維強化セラミック複合材料は、さらにセラミック繊維を複合させることによってセラミックの母材の弱点である脆性を改良した素材である。
Since the fiber reinforced ceramic composite material has heat resistance, strength, and toughness, it is used in various fields.
As a use of the fiber reinforced ceramic composite material, it is used as a fluid rectifying member for high-temperature and high-speed fluid by utilizing high heat resistance and strength.
The fiber reinforced ceramic composite material is a material obtained by adding ceramic fibers as an aggregate to a base material (matrix) made of ceramic. Although ceramic as a base material has heat resistance and strength, it is a brittle material due to the characteristics of a ceramic material having a high elastic modulus. The fiber reinforced ceramic composite material is a material in which brittleness, which is a weak point of a ceramic base material, is improved by further combining ceramic fibers.
特許文献１は、繊維強化セラミック複合材料の１つである炭素繊維強化炭素複合材料よりなる炭素部品が記載されている。この炭素部品は、炭素繊維を層状に堆積させた堆積層からなる基材と、その基材の表面を覆う高純度かつ硬質の物質からなる被覆層とからなることを特徴とする炭素部品であり、具体的には、半導体製造装置用のガス整流部材について記載されている。
このガス整流部材は、半導体製造装置において、導入部を介して導入される不活性ガスを整流して石英るつぼ内にそれを確実に導くための部材である。
Patent Document 1 describes a carbon component made of a carbon fiber reinforced carbon composite material which is one of fiber reinforced ceramic composite materials. This carbon component is a carbon component characterized by comprising a base material composed of a deposited layer in which carbon fibers are deposited in layers, and a coating layer composed of a high-purity and hard substance covering the surface of the base material. Specifically, a gas rectifying member for a semiconductor manufacturing apparatus is described.
This gas rectifying member is a member for rectifying the inert gas introduced through the introducing portion and reliably guiding it into the quartz crucible in the semiconductor manufacturing apparatus.
この炭素部品は、炭素繊維が液体中に懸濁するスラリーを吸引成形し、乾燥、焼成、純化した後に、表面に熱分解炭素からなる被覆層を形成する被覆層形成工程を経て、製造されている。
このため、耐熱性、強度、化学的安定性を有している上に、半導体に対して不純物となる元素が含まれていないので、半導体製造装置用のガス整流部材として好適に用いられている。
This carbon component is manufactured through a coating layer forming step of forming a coating layer made of pyrolytic carbon on the surface after suction molding a slurry in which carbon fibers are suspended in a liquid, drying, firing, and purification. Yes.
For this reason, since it has heat resistance, strength, and chemical stability and does not contain an element that becomes an impurity to the semiconductor, it is suitably used as a gas rectifying member for a semiconductor manufacturing apparatus. .
ところで、前述したような炭素部品（繊維強化セラミック複合材料）においては、軸に対して垂直な方向に配向する横糸は、通過する流体の圧力を均等に受け止められるので強度への寄与が大きい。
しかしながら、横糸が最表層に存在すると、流体が通過する方向に段差ができるため、通過抵抗が大きくなりやすい。
By the way, in the carbon parts (fiber reinforced ceramic composite material) as described above, the weft oriented in the direction perpendicular to the axis can receive the pressure of the fluid passing therethrough evenly and contributes to the strength.
However, when the weft yarn is present on the outermost layer, a step is formed in the direction in which the fluid passes, and thus the passage resistance tends to increase.
本発明では、前記課題を鑑み、強度と通過抵抗のバランスをとることができる構造の流体用整流部材を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a fluid rectifying member having a structure capable of balancing strength and passage resistance.
前記課題を解決するための本発明の流体用整流部材は、中心軸を包囲する筒状部を有する流体用整流部材であって、前記筒状部は、内層のセラミック繊維層と最表層のセラミック繊維層とからなる支持材と、前記支持材を覆うセラミックマトリックスと、からなり、前記内層のセラミック繊維層の外側および／または内側を覆う最表層のセラミック繊維層は、前記中心軸に対して螺旋配向しているセラミック繊維によって構成される。 The fluid rectifying member of the present invention for solving the above-mentioned problem is a fluid rectifying member having a cylindrical portion surrounding a central axis, and the cylindrical portion includes an inner ceramic fiber layer and an outermost ceramic layer. The outermost ceramic fiber layer covering the outer side and / or the inner side of the inner ceramic fiber layer is formed of a support material composed of a fiber layer and a ceramic matrix covering the support material. Consists of oriented ceramic fibers.
流体用整流部材は、中心軸を包囲する筒状部を有する。筒状部は、内層のセラミック繊維層と最表層のセラミック繊維層とからなる支持材と、支持材を覆うセラミックマトリックスとを有する。
流体用整流部材の最表層のセラミック繊維層は、中心軸に対して螺旋配向しているセラミック繊維によって構成される。このため、横糸として強度を保つとともに、通過する流体に対して斜めに接して通過抵抗を減少させることにより、強度と通過抵抗のバランスをとることができる。
なお、流体の流れとは、流体用整流部材に対して相対的に流体が移動する場合をいい、流体用整流部材に対して流体が流れる場合および流体中を流体用整流部材が移動する場合を含む。
The fluid rectifying member has a cylindrical portion surrounding the central axis. The cylindrical portion includes a support material composed of an inner ceramic fiber layer and an outermost ceramic fiber layer, and a ceramic matrix covering the support material.
The outermost ceramic fiber layer of the fluid rectifying member is composed of ceramic fibers spirally oriented with respect to the central axis. For this reason, while maintaining strength as a weft, the strength and the passage resistance can be balanced by decreasing the passage resistance by contacting obliquely with the passing fluid.
The fluid flow refers to the case where the fluid moves relative to the fluid rectifying member. The case where the fluid flows relative to the fluid rectifying member and the case where the fluid rectifying member moves within the fluid. Including.
本発明の流体用整流部材によれば、最表層のセラミック繊維層を、中心軸に対して螺旋配向しているセラミック繊維によって構成するので、強度と通過抵抗のバランスをとることができる流体用整流部材が得られる。 According to the fluid rectifying member of the present invention, the outermost ceramic fiber layer is composed of the ceramic fibers spirally oriented with respect to the central axis, so that the fluid rectifier can balance strength and passage resistance. A member is obtained.
さらに、本発明の流体用整流部材は、以下の態様であることが望ましい。
（１）前記最表層のセラミック繊維層を構成する前記セラミック繊維と、前記中心軸を含む平面と、のなす角度が４０度〜６５度である。
このため、本発明の流体用整流部材は、中心軸を含む平面と最表層のセラミック繊維層を構成するセラミック繊維とのなす角度が４０度〜６５度であると、セラミック繊維が、中心軸に対して平面視で直交する方向に配向された横糸と、中心軸に沿った方向に配向された縦糸との両方の性質を有するので、強度を保つとともに、通過する流体に対して斜めに接して通過抵抗を減少させることができる。
Furthermore, it is desirable that the fluid flow regulating member of the present invention has the following aspect.
(1) An angle formed by the ceramic fiber constituting the outermost ceramic fiber layer and a plane including the central axis is 40 to 65 degrees.
For this reason, in the fluid rectifying member of the present invention, when the angle formed between the plane including the central axis and the ceramic fibers constituting the outermost ceramic fiber layer is 40 degrees to 65 degrees, the ceramic fibers are centered on the central axis. On the other hand, it has the properties of both a weft thread oriented in a direction perpendicular to the plan view and a warp thread oriented in the direction along the central axis, so that it maintains strength and is in contact with the fluid passing through it at an angle. The passage resistance can be reduced.
（２）前記筒状部の、前記中心軸に沿った両端部が開口している。
本発明の流体用整流部材は、筒状部の中心軸に沿った両端部が開口しているので、筒状部の外周面および内周面に沿って流体をスムーズに流すことができる。このため、本発明の流体用整流部材は、内部に流体を流す配管や、流体内を移動する飛翔体、推進体などとして使用することができる。
(2) Both end portions of the cylindrical portion along the central axis are open.
In the fluid rectifying member of the present invention, both end portions along the central axis of the cylindrical portion are open, so that the fluid can flow smoothly along the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the cylindrical portion. For this reason, the fluid rectifying member of the present invention can be used as a pipe for flowing a fluid therein, a flying body moving in the fluid, a propelling body, or the like.
（３）前記筒状部の、前記中心軸に沿った両端部の少なくとも一方に蓋部を有し閉口している。
本発明の流体用整流部材は、筒状部の、中心軸に沿った両端部の少なくとも一方に蓋部を有し閉口しているので、筒状部の外周面に沿って流体をスムーズに流すことができる。このため、本発明の流体用整流部材は、流体内を移動する飛翔体などとして使用することができる。
(3) The cylindrical portion has a lid at at least one of both end portions along the central axis and is closed.
The fluid rectifying member of the present invention has a lid at at least one of both ends along the central axis of the cylindrical portion and is closed, so that the fluid flows smoothly along the outer peripheral surface of the cylindrical portion. be able to. For this reason, the flow regulating member for fluid of the present invention can be used as a flying object moving in the fluid.
（４）前記筒状部の、一方の端面輪郭形状よりも他方の端面輪郭形状が大きい。
筒状部は、一方の端面輪郭形状よりも他方の端面輪郭形状が大きい形状を呈しているので、本発明の流体用整流部材は、例えば円錐や円錐台等に類似した形状となっている。このような形状は滑らかに断面積が変化するので、渦流の発生を抑え、流体の流れをスムーズすることができる。このように一方の端面輪郭形状よりも他方の端面輪郭形状が大きい形状に沿って流体が流れる場合には、筒状部の一方と他方の間で流体の流速が異なり、弾性流体においてはさらに密度も異なるようになる。このため、流体と接する筒状部の内側面または外側面は、流体との相互作用が強く、特に流体の乱れを生成させやすい。本発明の流体用整流部材における筒状部は、一方の端面輪郭形状よりも他方の端面輪郭形状が大きいので、流体の流れに乱れを生成させにくくすることができる。このため、本発明の流体用整流部材は、配管や流体内を移動する飛翔体、推進体などとして好適に利用することができる。
(4) The other end surface contour shape of the cylindrical part is larger than the one end surface contour shape.
Since the cylindrical portion has a shape in which the other end surface contour shape is larger than the one end surface contour shape, the fluid flow regulating member of the present invention has a shape similar to, for example, a cone or a truncated cone. In such a shape, the cross-sectional area changes smoothly, so that the generation of vortex flow can be suppressed and the fluid flow can be made smooth. In this way, when the fluid flows along a shape in which the other end surface contour shape is larger than the one end surface contour shape, the flow velocity of the fluid differs between one and the other of the cylindrical portions, and the elastic fluid further has a density. Will also be different. For this reason, the inner surface or the outer surface of the cylindrical portion in contact with the fluid has a strong interaction with the fluid, and in particular, it is easy to generate fluid turbulence. Since the other end face contour shape is larger than the one end face contour shape, the cylindrical portion in the fluid rectifying member of the present invention can make it difficult to generate turbulence in the fluid flow. For this reason, the fluid rectifying member of the present invention can be suitably used as a flying body, a propelling body, or the like that moves in piping or fluid.
（５）前記セラミック繊維層は、単位セラミック繊維を束ねたストランドが複数並べられて構成される。
本発明の流体用整流部材は、複数の単位セラミック繊維が束ねられたストランドの状態で使用されると、複数の繊維がまとまっているため、個々の単位セラミック繊維が突出する毛羽立ちを少なくすることができるので、より気流の乱れを抑えることができ、抵抗を少なくすることができる。
(5) The ceramic fiber layer includes a plurality of strands in which unit ceramic fibers are bundled.
When the fluid rectifying member of the present invention is used in the state of a strand in which a plurality of unit ceramic fibers are bundled, the plurality of fibers are gathered, so that the fluff from which each unit ceramic fiber protrudes can be reduced. As a result, the turbulence of the airflow can be further suppressed and the resistance can be reduced.
（６）前記セラミックマトリックスは、ＳｉＣである。
ＳｉＣは、耐蝕性、耐酸化性が優れ、高強度であるので、セラミックマトリックスにＳｉＣを用いることにより、流体用整流部材を高温、腐食性雰囲気でも好適に利用できる。
(6) The ceramic matrix is SiC.
Since SiC is excellent in corrosion resistance and oxidation resistance and has high strength, the fluid rectifying member can be suitably used even in a high temperature and corrosive atmosphere by using SiC for the ceramic matrix.
（７）前記セラミック繊維は、ＳｉＣ繊維である。
ＳｉＣ繊維は、耐蝕性、耐酸化性が優れ、高強度であるので、支持材にＳｉＣを用いることにより、高温、腐食性雰囲気でセラミックマトリックスが損傷した場合でも、単位セラミック繊維あるいはストランドがクラックの進展を止め、安全に使用することができる。
(7) The ceramic fiber is a SiC fiber.
Since SiC fibers have excellent corrosion resistance and oxidation resistance and high strength, even if the ceramic matrix is damaged in a corrosive atmosphere at high temperatures by using SiC as a support material, the unit ceramic fibers or strands are cracked. It is possible to stop progress and use it safely.
（８）前記中心軸は、流体の流れ方向に配置される。
中心軸を流体の流れ方向に配置することにより、中心軸を包囲する筒状部も流体の流れ方向に配置されるので、流体の流れを乱さない。
(8) The central axis is disposed in the fluid flow direction.
By disposing the central axis in the fluid flow direction, the cylindrical portion surrounding the central axis is also disposed in the fluid flow direction, so that the fluid flow is not disturbed.
本発明によれば、流体用整流部材の最表層のセラミック繊維層は、中心軸に対して螺旋配向しているセラミック繊維によって構成される。
このため、本発明によれば、強度と通過抵抗のバランスをとることができる構造の流体用整流部材を得ることができる。
According to the present invention, the outermost ceramic fiber layer of the fluid rectifying member is constituted by ceramic fibers spirally oriented with respect to the central axis.
For this reason, according to this invention, the flow rectification | straightening member of the structure which can balance intensity | strength and passage resistance can be obtained.
本発明の流体用整流部材について説明する。 The fluid rectifying member of the present invention will be described.
前記課題を解決するための本発明の流体用整流部材は、中心軸を包囲する筒状部を有する流体用整流部材であって、前記筒状部は、内層のセラミック繊維層と最表層のセラミック繊維層とからなる支持材と、前記支持材を覆うセラミックマトリックスと、からなり、前記内層のセラミック繊維層の外側および／または内側を覆う最表層のセラミック繊維層は、前記中心軸に対して螺旋配向しているセラミック繊維によって構成される。 The fluid rectifying member of the present invention for solving the above-mentioned problem is a fluid rectifying member having a cylindrical portion surrounding a central axis, and the cylindrical portion includes an inner ceramic fiber layer and an outermost ceramic layer. The outermost ceramic fiber layer covering the outer side and / or the inner side of the inner ceramic fiber layer is formed of a support material composed of a fiber layer and a ceramic matrix covering the support material. Consists of oriented ceramic fibers.
流体用整流部材は、中心軸を包囲する筒状部を有する。筒状部は、内層のセラミック繊維層と最表層のセラミック繊維層とからなる支持材と、支持材を覆うセラミックマトリックスとを有する。
流体用整流部材の最表層のセラミック繊維層は、中心軸に対して螺旋配向しているセラミック繊維によって構成される。このため、横糸として強度を保つとともに、通過する流体に対して斜めに接して通過抵抗を減少させることにより、強度と通過抵抗のバランスをとることができる。
なお、流体の流れとは、流体用整流部材に対して相対的に流体が移動する場合をいい、流体用整流部材に対して流体が流れる場合および流体中を流体用整流部材が移動する場合を含む。
The fluid rectifying member has a cylindrical portion surrounding the central axis. The cylindrical portion includes a support material composed of an inner ceramic fiber layer and an outermost ceramic fiber layer, and a ceramic matrix covering the support material.
The outermost ceramic fiber layer of the fluid rectifying member is composed of ceramic fibers spirally oriented with respect to the central axis. For this reason, while maintaining strength as a weft, the strength and the passage resistance can be balanced by decreasing the passage resistance by contacting obliquely with the passing fluid.
The fluid flow refers to the case where the fluid moves relative to the fluid rectifying member. The case where the fluid flows relative to the fluid rectifying member and the case where the fluid rectifying member moves within the fluid. Including.
本発明の流体用整流部材によれば、最表層のセラミック繊維層を、中心軸に対して螺旋配向しているセラミック繊維によって構成するので、強度と通過抵抗のバランスをとることができる流体用整流部材が得られる。 According to the fluid rectifying member of the present invention, the outermost ceramic fiber layer is composed of the ceramic fibers spirally oriented with respect to the central axis, so that the fluid rectifier can balance strength and passage resistance. A member is obtained.
さらに、本発明の流体用整流部材は、以下の態様であることが望ましい。
（１）前記最表層のセラミック繊維層を構成する前記セラミック繊維と、前記中心軸を含む平面と、のなす角度が４０度〜６５度である。
このため、本発明の流体用整流部材は、中心軸を含む平面と最表層のセラミック繊維層を構成するセラミック繊維とのなす角度が４０度〜６５度であると、セラミック繊維が、中心軸に対して平面視で直交する方向に配向された横糸と、中心軸に沿った方向に配向された縦糸との両方の性質を有するので、強度を保つとともに、通過する流体に対して斜めに接して通過抵抗を減少させることができる。
Furthermore, it is desirable that the fluid flow regulating member of the present invention has the following aspect.
(1) An angle formed by the ceramic fiber constituting the outermost ceramic fiber layer and a plane including the central axis is 40 to 65 degrees.
For this reason, in the fluid rectifying member of the present invention, when the angle formed between the plane including the central axis and the ceramic fibers constituting the outermost ceramic fiber layer is 40 degrees to 65 degrees, the ceramic fibers are centered on the central axis. On the other hand, it has the properties of both a weft thread oriented in a direction perpendicular to the plan view and a warp thread oriented in the direction along the central axis, so that it maintains strength and is in contact with the fluid passing through it at an angle. The passage resistance can be reduced.
（２）前記筒状部の、前記中心軸に沿った両端部が開口している。
本発明の流体用整流部材は、筒状部の中心軸に沿った両端部が開口しているので、筒状部の外周面および内周面に沿って流体をスムーズに流すことができる。このため、本発明の流体用整流部材は、内部に流体を流す配管や、流体内を移動する飛翔体、推進体などとして使用することができる。
(2) Both end portions of the cylindrical portion along the central axis are open.
In the fluid rectifying member of the present invention, both end portions along the central axis of the cylindrical portion are open, so that the fluid can flow smoothly along the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the cylindrical portion. For this reason, the fluid rectifying member of the present invention can be used as a pipe for flowing a fluid therein, a flying body moving in the fluid, a propelling body, or the like.
（３）前記筒状部の、前記中心軸に沿った両端部の少なくとも一方に蓋部を有し閉口している。
本発明の流体用整流部材は、筒状部の、中心軸に沿った両端部の少なくとも一方に蓋部を有し閉口しているので、筒状部の外周面に沿って流体をスムーズに流すことができる。このため、本発明の流体用整流部材は、流体内を移動する飛翔体などとして使用することができる。
(3) The cylindrical portion has a lid at at least one of both end portions along the central axis and is closed.
The fluid rectifying member of the present invention has a lid at at least one of both ends along the central axis of the cylindrical portion and is closed, so that the fluid flows smoothly along the outer peripheral surface of the cylindrical portion. be able to. For this reason, the flow regulating member for fluid of the present invention can be used as a flying object moving in the fluid.
（４）前記筒状部の、一方の端面輪郭形状よりも他方の端面輪郭形状が大きい。
筒状部は、一方の端面輪郭形状よりも他方の端面輪郭形状が大きい形状を呈しているので、本発明の流体用整流部材は、例えば円錐や円錐台等に類似した形状となっている。このような形状は滑らかに断面積が変化するので、渦流の発生を抑え、流体の流れをスムーズすることができる。このように一方の端面輪郭形状よりも他方の端面輪郭形状が大きい形状に沿って流体が流れる場合には、筒状部の一方と他方の間で流体の流速が異なり、弾性流体においてはさらに密度も異なるようになる。このため、流体と接する筒状部の内側面または外側面は、流体との相互作用が強く、特に流体の乱れを生成させやすい。本発明の流体用整流部材における筒状部は、一方の端面輪郭形状よりも他方の端面輪郭形状が大きいので、流体の流れに乱れを生成させにくくすることができる。このため、本発明の流体用整流部材は、配管や流体内を移動する飛翔体、推進体などとして好適に利用することができる。
(4) The other end surface contour shape of the cylindrical part is larger than the one end surface contour shape.
Since the cylindrical portion has a shape in which the other end surface contour shape is larger than the one end surface contour shape, the fluid flow regulating member of the present invention has a shape similar to, for example, a cone or a truncated cone. In such a shape, the cross-sectional area changes smoothly, so that the generation of vortex flow can be suppressed and the fluid flow can be made smooth. In this way, when the fluid flows along a shape in which the other end surface contour shape is larger than the one end surface contour shape, the flow velocity of the fluid differs between one and the other of the cylindrical portions, and the elastic fluid further has a density. Will also be different. For this reason, the inner surface or the outer surface of the cylindrical portion in contact with the fluid has a strong interaction with the fluid, and in particular, it is easy to generate fluid turbulence. Since the other end face contour shape is larger than the one end face contour shape, the cylindrical portion in the fluid rectifying member of the present invention can make it difficult to generate turbulence in the fluid flow. For this reason, the fluid rectifying member of the present invention can be suitably used as a flying body, a propelling body, or the like that moves in piping or fluid.
（５）前記セラミック繊維層は、単位セラミック繊維を束ねたストランドが複数並べられて構成される。
本発明の流体用整流部材は、複数の単位セラミック繊維が束ねられたストランドの状態で使用されると、複数のセラミック繊維がまとまっているため、個々の単位セラミック繊維が突出する毛羽立ちを少なくすることができるので、より気流の乱れを抑えることができ、抵抗を少なくすることができる。
(5) The ceramic fiber layer includes a plurality of strands in which unit ceramic fibers are bundled.
When the flow straightening member of the present invention is used in a strand state in which a plurality of unit ceramic fibers are bundled, since the plurality of ceramic fibers are gathered, the fluff from which each unit ceramic fiber protrudes is reduced. Therefore, the turbulence of the airflow can be further suppressed and the resistance can be reduced.
（６）前記セラミックマトリックスは、ＳｉＣである。
ＳｉＣは、耐蝕性、耐酸化性が優れ、高強度であるので、セラミックマトリックスにＳｉＣを用いることにより、流体用整流部材を高温、腐食性雰囲気でも好適に利用できる。
(6) The ceramic matrix is SiC.
Since SiC is excellent in corrosion resistance and oxidation resistance and has high strength, the fluid rectifying member can be suitably used even in a high temperature and corrosive atmosphere by using SiC for the ceramic matrix.
（７）前記セラミック繊維は、ＳｉＣ繊維である。
ＳｉＣ繊維は、耐蝕性、耐酸化性が優れ、高強度であるので、支持材にＳｉＣを用いることにより、高温、腐食性雰囲気でセラミックマトリックスが損傷した場合でも、単位セラミック繊維あるいはストランドがクラックの進展を止め、安全に使用することができる。
(7) The ceramic fiber is a SiC fiber.
Since SiC fibers have excellent corrosion resistance and oxidation resistance and high strength, even if the ceramic matrix is damaged in a corrosive atmosphere at high temperatures by using SiC as a support material, the unit ceramic fibers or strands are cracked. It is possible to stop progress and use it safely.
（８）前記中心軸は、流体の流れ方向に配置される。
中心軸を流体の流れ方向に配置することにより、中心軸を包囲する筒状部も流体の流れ方向に配置されるので、流体の流れを乱さない。
(8) The central axis is disposed in the fluid flow direction.
By disposing the central axis in the fluid flow direction, the cylindrical portion surrounding the central axis is also disposed in the fluid flow direction, so that the fluid flow is not disturbed.
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について以下説明する。
本発明の流体用整流部材の製造方法は、支持材形成工程と、マトリックス形成工程と、芯抜工程とからなる。最初に支持材を形成した後に、芯抜工程およびマトリックス形成工程を行う。芯抜工程とマトリックス形成工程の順序は特に限定されず、芯抜工程の前後にマトリックス形成工程を行ってもよい。
図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は本発明の第１実施形態の流体用整流部材の製造工程を示す。図６（Ａ）は支持材形成工程、マトリックス形成工程、芯抜工程の順に製造する製造工程、図６（Ｂ）は支持材形成工程、芯抜工程、マトリックス形成工程の順に製造する製造工程、図６（Ｃ）は支持材形成工程、マトリックス形成工程、芯抜工程、マトリックス形成工程の順に製造する製造工程を示す。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below.
The manufacturing method of the flow straightening member of the present invention includes a support material forming step, a matrix forming step, and a centering step. After the support material is first formed, a centering process and a matrix forming process are performed. The order of the centering step and the matrix forming step is not particularly limited, and the matrix forming step may be performed before and after the centering step.
6 (A) to 6 (C) show the manufacturing process of the fluid rectifying member according to the first embodiment of the present invention. 6A is a manufacturing process for manufacturing in the order of the support material forming process, the matrix forming process, and the centering process, and FIG. 6B is a manufacturing process for manufacturing in the order of the support material forming process, the centering process, and the matrix forming process, FIG. 6C shows a manufacturing process for manufacturing in the order of the support material forming process, the matrix forming process, the centering process, and the matrix forming process.
次に、支持材形成工程について説明する。支持材形成工程は、芯材の周囲にセラミック繊維を巻回し、支持材を形成する。支持材形成工程はセラミック繊維の配置、巻き方などで細かく分類される。支持材形成工程は、軸方向に対して交差する方向に配向する巻回工程と、軸方向に沿って配向する軸方向配置工程とからなる。巻回工程は、さらに中心軸と平面視で直交する方向へ配向するフープ巻き工程と、中心軸の周囲で螺旋状に配向されるヘリカル巻き工程とが含まれる。
図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、本発明の第１実施形態の流体用整流部材の支持材形成工程の詳細な製造工程を示す。
Next, a support material formation process is demonstrated. In the support material forming step, the ceramic fiber is wound around the core material to form the support material. The support material forming step is finely classified by the arrangement and winding method of the ceramic fibers. The support material forming step includes a winding step that is oriented in a direction intersecting the axial direction, and an axial direction arranging step that is oriented along the axial direction. The winding process further includes a hoop winding process that is oriented in a direction orthogonal to the central axis in plan view, and a helical winding process that is spirally oriented around the central axis.
FIG. 7 (A) to FIG. 7 (C) show the detailed manufacturing process of the support material forming process of the fluid rectifying member according to the first embodiment of the present invention.
図７（Ａ）は、巻回工程が最初と最後にある製造工程であり、この製造方法により、支持材の内層のセラミック繊維層の外側および内側を覆う最表層のセラミック繊維層が中心軸に対して交差して配向しているセラミック繊維によって流体用整流部材を構成することができる。
図７（Ｂ）は、巻回工程が最初にあり、最後にはない製造工程であり、この製造方法により、支持材の内層のセラミック繊維層の内側面を覆う最表層のセラミック繊維層が中心軸に対して交差して配向しているセラミック繊維によって流体用整流部材を構成することができる。
図７（Ｃ）は、巻回工程が最後にあり最初にはない製造工程であり、この製造方法により、支持材の内層のセラミック繊維層の外側面を覆う最表層のセラミック繊維層が中心軸に対して交差して配向しているセラミック繊維によって流体用整流部材を構成することができる。最初または最後の巻回工程の間は、セラミック繊維の配置、巻回方法、回数、順序は限定されず、自由に組み合わせることができる。
FIG. 7 (A) shows a manufacturing process in which the winding process is the first and last. By this manufacturing method, the outermost ceramic fiber layer covering the inner and outer ceramic fiber layers of the support material is centered on the center axis. The fluid rectifying member can be constituted by ceramic fibers that are oriented to intersect each other.
FIG. 7B shows a manufacturing process in which the winding process is the first and not the last. By this manufacturing method, the outermost ceramic fiber layer covering the inner surface of the ceramic fiber layer of the inner layer of the support material is the center. The fluid rectifying member can be constituted by ceramic fibers that are oriented so as to intersect the axis.
FIG. 7 (C) shows a manufacturing process that is not the first process in which the winding process is the last. By this manufacturing method, the outermost ceramic fiber layer covering the outer surface of the ceramic fiber layer as the inner layer of the support material has a central axis. The fluid rectifying member can be composed of ceramic fibers that are oriented so as to intersect with each other. During the first or last winding step, the arrangement, winding method, number of times, and order of the ceramic fibers are not limited and can be freely combined.
次にマトリックス形成工程について説明する。マトリックス形成工程は、骨材であるセラミック繊維の周囲にセラミックマトリックスを充填する。
セラミックマトリックスはどのようなものでもよく特に限定されない。例えば、ＳｉＣ、アルミナ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｂ４Ｃなどを利用できる。セラミックマトリックスはどのような方法で形成してもよい。例えば、有機物である前駆体（プレカーサ）を熱分解させセラミックのマトリックスを得るプレカーサ法、原料ガスを熱分解させセラミックマトリックスを得るＣＶＤ法などが利用できる。またこれらを併用してもよい。
Next, the matrix forming process will be described. In the matrix forming step, the ceramic matrix is filled around the ceramic fibers which are aggregates.
The ceramic matrix may be anything and is not particularly limited. For example, SiC, alumina, Si 3 N 4 , B 4 C, or the like can be used. The ceramic matrix may be formed by any method. For example, a precursor method in which a precursor (precursor) that is an organic substance is thermally decomposed to obtain a ceramic matrix, a CVD method in which a raw material gas is thermally decomposed to obtain a ceramic matrix, and the like can be used. These may be used in combination.
以下プレカーサ法、ＣＶＤ法について説明する。
プレカーサ法では、熱分解によりセラミックが得られる前駆体を適宜選定する。プレカーサ法では、液体の前駆体を支持体に塗布または含浸したのち、加熱処理し、最終的に焼成することによりセラミックマトリックスを得る。加熱処理では、前駆体の形態によってさまざまな処理が行われる。前駆体が溶液である場合には溶媒の乾燥、前駆体がモノマー、ダイマーまたはオリゴマーなどの場合には重合反応、前駆体がポリマーである場合には熱分解反応の処理が行われる。
Hereinafter, the precursor method and the CVD method will be described.
In the precursor method, a precursor from which ceramic can be obtained by thermal decomposition is appropriately selected. In the precursor method, a liquid matrix is applied to or impregnated on a support, and then heat-treated and finally fired to obtain a ceramic matrix. In the heat treatment, various treatments are performed depending on the form of the precursor. When the precursor is a solution, the solvent is dried. When the precursor is a monomer, dimer or oligomer, a polymerization reaction is performed. When the precursor is a polymer, a thermal decomposition reaction is performed.
前駆体は、液体の形態で使用する。液体であるとは、前駆体を溶媒に溶かした溶液、液状の前駆体、固体の前駆体を加熱して溶融した液状の前駆体などが利用できる。なお、プレカーサ法では、最終的に前駆体を焼成し、セラミックマトリックスを生成させる。
前駆体は、例えば次のようなものが利用できる。前駆体が炭素の場合は、フェノール樹脂、フラン樹脂などが利用できる。前駆体がＳｉＣの場合はポリカルボシラン（PCS：Polycarbosilane）などが利用できる。これらの樹脂をセラミック繊維間に浸透させて、熱分解することによりセラミックマトリックスを得ることができる。
また、プリカーサ法は支持材形成工程のなかで軸方向配置工程が最後にあり、軸方向に並んだセラミック繊維が最表層にある場合に、セラミック繊維の脱落や毛羽立ちを防止するためのバインダーとすることもできる。この場合には、前駆体が、乾燥、重合または熱分解する過程で、セラミック繊維同士を結合させた状態を維持することができるので、好適に利用することができる。
The precursor is used in liquid form. As the liquid, a solution obtained by dissolving a precursor in a solvent, a liquid precursor, a liquid precursor obtained by heating and melting a solid precursor, and the like can be used. In the precursor method, the precursor is finally fired to form a ceramic matrix.
For example, the following can be used as the precursor. When the precursor is carbon, a phenol resin, a furan resin, or the like can be used. When the precursor is SiC, polycarbosilane (PCS) can be used. A ceramic matrix can be obtained by infiltrating these resins between ceramic fibers and thermally decomposing them.
In addition, the precursor method has an axial arrangement step at the end of the support material formation step, and when ceramic fibers arranged in the axial direction are on the outermost layer, it is used as a binder for preventing the ceramic fibers from falling off and fluffing. You can also. In this case, since the precursor can maintain the state in which the ceramic fibers are bonded in the process of drying, polymerization, or thermal decomposition, it can be used preferably.
ＣＶＤ法では、ＣＶＤ炉に支持材をいれ、加熱した状態で原料ガスを導入する。原料ガスは、ＣＶＤ炉内で拡散するとともに、加熱された支持材に接触すると熱分解が起こり、原料ガスに対応するセラミックマトリックスが支持材を構成するセラミック繊維の表面に形成される。
ＣＶＤ法で使用する原料ガスは、セラミックマトリックスの種類によって適宜選択する。
In the CVD method, a support material is placed in a CVD furnace, and a source gas is introduced in a heated state. The source gas diffuses in the CVD furnace, and when it contacts the heated support material, thermal decomposition occurs, and a ceramic matrix corresponding to the source gas is formed on the surface of the ceramic fibers constituting the support material.
The source gas used in the CVD method is appropriately selected depending on the type of ceramic matrix.
目的とするセラミックマトリックスが炭素の場合は、メタン、エタン、プロパンなどの炭化水素ガスが利用できる。
目的とするセラミックマトリックスがＳｉＣの場合には、炭化水素ガスと、シラン系ガスの混合ガス、炭素と珪素を有する有機シラン系ガスなどが利用できる。これらの原料ガスは、水素がハロゲンで置換されたガスも利用することができる。シラン系ガスとしては、クロロシラン、ジクロロシラン、トリクロロシラン、テトラクロロシラン、有機シラン系ガスの場合には、メチルトリクロロシラン（Methyltrichlorosilane）、メチルジクロロシラン（Methyldichlorosilane）、メチルクロロシラン（Methylchlorosilane）、ジメチルジクロロシラン（Dimethyldichlorosilane)、トリメチルジクロロシラン（Trimethyldichlorosilane）などが利用できる。またこれらの原料ガスを適宜混合して用いてもよく、さらに水素、アルゴンなどのキャリアガスとしても用いることもできる。キャリアガスとして水素を用いた場合には、平衡の調整に関与することができる。
When the target ceramic matrix is carbon, hydrocarbon gases such as methane, ethane, and propane can be used.
When the target ceramic matrix is SiC, a mixed gas of hydrocarbon gas and silane-based gas, organosilane-based gas containing carbon and silicon, or the like can be used. As these source gases, gas in which hydrogen is replaced with halogen can also be used. Silane-based gases include chlorosilane, dichlorosilane, trichlorosilane, tetrachlorosilane, and organic silane-based gases such as methyltrichlorosilane, methyldichlorosilane, methylchlorosilane, dimethyldichlorosilane ( Dimethyldichlorosilane), trimethyldichlorosilane, etc. can be used. Further, these raw material gases may be used by mixing them as appropriate, and can also be used as a carrier gas such as hydrogen or argon. When hydrogen is used as the carrier gas, it can be involved in equilibrium adjustment.
また、他のセラミック材料の場合には、目的のセラミックマトリックスにあわせて適宜原料ガスを選定することができる。
ＣＶＤの温度は、原料ガスの分解温度、分解速度に応じて適宜選定することができ、例えば８００〜２０００℃である。ＣＶＤの圧力は、セラミックマトリックスの沈着の状態に応じて適宜選択することができる。使用できる範囲は、例えば０．１〜１００ｋＰａの減圧ＣＶＤ法、また圧力を制御しない常圧ＣＶＤ法でもよい。
In the case of other ceramic materials, the source gas can be appropriately selected according to the target ceramic matrix.
The CVD temperature can be appropriately selected according to the decomposition temperature and decomposition rate of the source gas, and is, for example, 800 to 2000 ° C. The CVD pressure can be appropriately selected according to the state of deposition of the ceramic matrix. The usable range may be, for example, a low pressure CVD method of 0.1 to 100 kPa, or an atmospheric pressure CVD method in which the pressure is not controlled.
次に、芯抜工程について説明する。
芯抜工程の位置によって３つのパターンが存在する。
芯抜工程が、マトリックス形成工程の後の場合、支持材形成工程、マトリックス形成工程、芯抜工程の順に製造する（図６（Ａ））。
芯抜工程が、マトリックス形成工程の前の場合、支持材形成工程、芯抜工程、マトリックス形成工程の順に製造する（図６（Ｂ））。
芯抜工程が、マトリックス形成工程の中にある場合、支持材形成工程、マトリックス形成工程、芯抜工程、マトリックス形成工程の順に製造する（図６（Ｃ））。
Next, the centering process will be described.
There are three patterns depending on the position of the centering process.
When the centering step is after the matrix forming step, the support material forming step, the matrix forming step, and the centering step are manufactured in this order (FIG. 6A).
When the centering step is before the matrix forming step, the support material forming step, the centering step, and the matrix forming step are manufactured in this order (FIG. 6B).
When the centering step is in the matrix forming step, the support material forming step, the matrix forming step, the centering step, and the matrix forming step are manufactured in this order (FIG. 6C).
図６（Ａ）に示すように、芯抜工程が、マトリックス形成工程の後の場合、芯抜工程で分離される段階では、すでにセラミック繊維強化セラミック複合材料が形成され、本発明の流体用整流部材そのものである。この場合には、形状が固定された段階で芯抜きされるので、寸法精度の高い流体用整流部材を得ることができる。 As shown in FIG. 6 (A), when the centering step is after the matrix forming step, the ceramic fiber reinforced ceramic composite material is already formed at the stage of separation in the centering step. The member itself. In this case, since the core is cored when the shape is fixed, a fluid rectifying member with high dimensional accuracy can be obtained.
図６（Ｂ）に示すように、芯抜工程が、マトリックス形成工程の前の場合、芯抜工程で分離されるものは、セラミック繊維層からなる支持材そのものである。この場合には、支持材の内側面および外側面に同時にセラミックマトリックスを形成することができ、効率よく流体用整流部材を得ることができる。 As shown in FIG. 6B, when the centering step is before the matrix forming step, what is separated in the centering step is the support material itself made of the ceramic fiber layer. In this case, the ceramic matrix can be simultaneously formed on the inner side surface and the outer side surface of the support material, and the fluid rectifying member can be obtained efficiently.
図６（Ｃ）に示すように、芯抜工程が、マトリックス形成工程の中にある場合、芯抜工程で分離される段階では、セラミック繊維強化セラミック複合材料の途中段階の製品である。この場合には、支持材の内側面および外側面に同時にセラミックマトリックスを形成することができ、寸法精度の高い流体用整流部材を効率よく得ることができる。 As shown in FIG. 6C, when the centering step is in the matrix forming step, the product is an intermediate stage product of the ceramic fiber reinforced ceramic composite material at the stage of being separated in the centering step. In this case, the ceramic matrix can be simultaneously formed on the inner side surface and the outer side surface of the support member, and a fluid rectifying member with high dimensional accuracy can be obtained efficiently.
いずれの方法をとってもよいが、芯抜工程が、マトリックス形成工程の中にある場合の製造方法（図６（Ｃ）参照）を用いることが好ましい。
芯抜工程が、マトリックス形成工程の中にある場合には、支持体のセラミック繊維間にセラミックマトリックスが形成されセラミック繊維強化セラミック複合材料になった後に芯材が抜かれるので、芯材が抜かれた後に変形しにくくすることができる。
Any method may be used, but it is preferable to use a manufacturing method (see FIG. 6C) in which the centering step is in the matrix forming step.
When the core forming process is in the matrix forming process, the core material is removed after the ceramic matrix is formed between the ceramic fibers of the support and becomes a ceramic fiber reinforced ceramic composite material. It can be made difficult to deform later.
また、この場合、芯材が抜かれた後、支持体の外側面と内側面の両側からセラミックマトリックスを形成することができるので、セラミック繊維を確実にセラミックマトリックスで覆うことができ、ほつれにくくより強固なセラミック繊維強化セラミック複合材料を得ることができる。 In this case, since the ceramic matrix can be formed from both the outer side surface and the inner side surface of the support after the core material is removed, the ceramic fibers can be reliably covered with the ceramic matrix, and are more resistant to fraying and stronger. Ceramic fiber reinforced ceramic composite material can be obtained.
また、マトリックス形成工程の中に芯抜き工程がある場合には、芯抜工程の前後のマトリックス形成工程は同一の方法を用いてもよいし、異なる方法を用いてもよい。なかでも、芯抜工程の前はプリカーサ法を用い、芯抜工程の後はＣＶＤ法を用いることが好ましい。プリカーサ法は、簡単な方法で支持体を固めることができ、変形を防止できるようになる。ＣＶＤ法では、緻密で強固な膜が得られるので流体用整流部材の最表面を構成する膜として好適に利用することができる。 Moreover, when there exists a centering process in a matrix formation process, the matrix formation process before and behind a centering process may use the same method, and may use a different method. In particular, it is preferable to use a precursor method before the centering step and to use a CVD method after the centering step. In the precursor method, the support can be hardened by a simple method, and deformation can be prevented. In the CVD method, a dense and strong film can be obtained, so that it can be suitably used as a film constituting the outermost surface of the fluid rectifying member.
図１（Ａ）〜図１（Ｄ）および図２（Ａ）〜図２（Ｂ）に基づいて、流体用整流部材の製造方法について説明する。
流体用整流部材１０Ａの製造方法は、柱状に形成された芯材１１の中心軸ＣＬに対する周方向に沿ってセラミック繊維２１を巻回する巻回工程と、芯材１１の中心軸ＣＬに対して平行にセラミック繊維２１を配置する軸方向配置工程を有する。
Based on FIGS. 1A to 1D and FIGS. 2A to 2B, a method for manufacturing a fluid rectifying member will be described.
The manufacturing method of the fluid rectifying member 10 </ b> A includes a winding step of winding the
巻回工程においては、図１（Ａ）、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）に示すように、中心軸ＣＬ回りに回転する芯材１１の外周面にセラミック繊維２１を巻回してセラミック繊維層２２を形成する。
図１（Ａ）はフープ巻きによるセラミック繊維２１の巻回工程を示し、図１（Ｂ）はヘリカル巻きによるセラミック繊維２１の巻回工程の往路を示し、図１（Ｃ）はヘリカル巻きによるセラミック繊維２１の巻回工程の復路を示す。
In the winding step, as shown in FIGS. 1 (A), 1 (B), and 1 (C),
1A shows the winding process of the
このとき、セラミック繊維２１を収容するロール２１１を、芯材１１の一端側（図１（Ａ）および図１（Ｂ）において右端側）から他端側（図１（Ａ）および図１（Ｂ）において左端側）へ移動（矢印Ａ参照）させることにより、セラミック繊維２１を芯材１１の外側面に巻回することができる。
なお、図１（Ｃ）に示すヘリカル巻きによるセラミック繊維２１の巻回工程の復路では、セラミック繊維を収容するロール２１１を、芯材１１の他端側（図１（Ｃ）において左端側）から一端側（図１（Ｃ）において右端側）へ移動させる（矢印Ｂ参照）。
At this time, the
In addition, in the return path of the winding process of the
このとき、セラミック繊維２１は、フープ巻きによるセラミック繊維２１の巻回工程においても厳密には螺旋状に巻回される。ロール２１１の送り速度によって巻回されるセラミック繊維２１の形態が変化する。セラミック繊維２１で覆われた分だけロール２１１を送り、セラミック繊維２１を輪のよう巻く巻回方法をフープ巻きといい、セラミック繊維２１に間隔が空くようにロール２１１を送り、セラミック繊維２１を螺旋のよう巻く巻回方法をヘリカル巻きという。
なお、筒状部が略円錐形状である場合、芯材１１の回転速度とロール２１１の送り速度とを適宜調整することによって、ヘリカル巻きの螺旋角度を４０〜６５度にすることができる。
At this time, the
When the cylindrical portion has a substantially conical shape, the helical angle of the helical winding can be set to 40 to 65 degrees by appropriately adjusting the rotation speed of the
フープ巻きでは、ロール２１１の送り速度がセラミック繊維２１の太さと同等程度であり、一方向の送りで芯材１１のほぼ全外周面をセラミック繊維２１で覆ってセラミック繊維層２２を形成することができる。
これに対して、ヘリカル巻きでは１回の送りでは芯材１１の全外周面を覆うことができないので、ロール２１１を何往復も繰り返し送りながら芯材１１の外周面にセラミック繊維層２２を形成する。セラミック繊維２１の一方向の送りを１単位とすると、フープ巻きを繰り返した場合、任意の単位のセラミック繊維２１は前後それぞれ１単位のセラミック繊維２１と接点を有する。
In the hoop winding, the feed speed of the
On the other hand, in helical winding, the entire outer peripheral surface of the
これに対しヘリカル巻きでは、１単位のセラミック繊維２１では、芯材１１の全外周面を覆い尽くすことができないので、任意の単位のセラミック繊維２１は前後それぞれ複数の単位のセラミック繊維２１と接触する。
On the other hand, in helical winding, since one unit of the
また、セラミック繊維層２２がフープ巻きとヘリカル巻きとの組み合わせである場合には、その界面は、互いに交差しあうセラミック繊維２１の接点が多数存在し、高強度のセラミック繊維強化セラミック複合材料を得ることができる。
なお、図面においては、わかりやすくするために、隣接するセラミック繊維２１同士の間隔を大きく表示している。
Further, when the
In the drawing, for easy understanding, the interval between adjacent
第１実施形態の流体用整流部材１０Ａは、筒状部２０Ａの内層のセラミック繊維層の外側を覆う最表層のセラミック繊維層２２（最外側セラミック繊維層２２２）が、中心軸ＣＬの周囲に螺旋状に配向されるセラミック繊維２１によって構成される。このような筒状部２０Ａを得るために、筒状部２０Ａの外側の最表層として巻回工程（ヘリカル巻き工程）によってセラミック繊維層２２を形成する。
In the
軸方向配置工程においては、例えば図１（Ｄ）に示すように、芯材１１の一端側および他端側に係止部２１２、２１３を設けておき、係止部２１２と係止部２１３とに交互にセラミック繊維２１を引っ掛けることにより、セラミック繊維２１を芯材１１の中心軸ＣＬに沿って配置してセラミック繊維層２２を形成する。これを芯材１１の外側面に沿って全周に実施する。このとき、セラミック繊維２１は、係止部２１２、２１３の太さ、配置によっては、中心軸ＣＬを含む平面に対し、斜めに配置されることもあるが、隣接するセラミック繊維２１同士は非常に近接しているので、中心軸ＣＬに対して平行に配置されると言える。なお、図１（Ｄ）においては、わかりやすくするために、隣接するセラミック繊維２１同士の間隔を大きく表示している。
In the axial arrangement step, for example, as shown in FIG. 1D, locking
最外側セラミック繊維層２２２を形成する前は、巻回工程と軸方向配置工程とを繰り返し実施して、セラミック繊維層２２を積層する。巻回工程と軸方向配置工程との順番および実施回数は任意である。
例えば、巻回工程と軸方向配置工程とを１回ずつ交互に実施することができるが、巻回工程および軸方向配置工程を各々複数回ずつ実施して交互に実施することもできる。また、巻回工程には、ヘリカル巻き、フープ巻きがある。このため、ヘリカル巻きによる巻回工程(ヘリカル巻き工程)、フープ巻きによる巻回工程（フープ巻き工程）、軸方向配置工程の３つの工程を適宜選択しながらセラミック繊維層２２を積層し、筒状部２０Ａを構成することができる（図７参照）。
Before the outermost
For example, the winding process and the axial arrangement process can be alternately performed once, but the winding process and the axial arrangement process can be alternately performed by performing each of the plurality of times. The winding process includes helical winding and hoop winding. For this reason, the
これにより、複数のセラミック繊維層２２を堆積させて支持材が芯材の表面に形成された筒状の基材２３を形成する（図２（Ａ）参照）。基材２３は、例えば円筒、円錐、円錐台等に類似した形状となっているが、以下においては、円錐形状の場合について例示する。
この際、基材２３において芯材１１の側面１１１から最も離れた最外側セラミック繊維層２２２において、中心軸ＣＬの周囲に螺旋状にセラミック繊維２１を配向して基材２３を製造する。
Thus, a plurality of ceramic fiber layers 22 are deposited to form a
At this time, in the outermost
次いで、支持体のセラミック繊維２１間にセラミックマトリックスを形成させて、中心軸ＣＬを包囲する筒状部２０Ａを形成する。第１実施形態では、セラミックマトリックスをＣＶＤ法により形成する。セラミック繊維層２２を有する支持材をＣＶＤ炉に入れ、ＣＶＤ炉にメチルトリクロロシランガスを導入し、ＳｉＣのセラミックマトリックスを形成する。
Next, a ceramic matrix is formed between the
そして、図２（Ｂ）に示すように、分離する工程では、芯材１１から筒状部２０Ａを脱型させて、筒状部２０Ａを焼成し、流体用整流部材１０Ａを製造する。
これに限定されず、筒状部２０Ａを芯材１１から分離する芯抜工程は、セラミックマトリックスを形成する前、形成した後、セラミックマトリックスを形成する途中段階のいずれであってもよい（図６参照）。
Then, as shown in FIG. 2B, in the separating step, the
The centering process for separating the
なお、ここでは、筒状部２０Ａの中心軸ＣＬに沿った両端面が開口している場合を示しているが、一方の端面が閉じている場合も同様に製造することができる。
一方の端面が閉じている場合には、例えば、筒状部２０Ａと、蓋部とを有する基材２３を用い、セラミックマトリックスを沈着する方法、後から蓋部を組み合わせる方法などが利用できる。
In addition, although the case where both end surfaces along the central axis CL of the
When one end surface is closed, for example, a method of depositing a ceramic matrix using a
次に、流体用整流部材１０Ａについて説明する。
図３（Ａ）に示すように、流体用整流部材１０Ａは、中心軸ＣＬを包囲する筒状部２０Ａを有する。流体用整流部材１０Ａは、例えば、中心軸ＣＬを流体の流れ方向（図２（Ｂ）中矢印Ｆ参照）に配置することにより使用することができる。
筒状部２０Ａは、一方の端面２０３の輪郭形状よりも他方の端面２０４の輪郭形状の方を大きく形成することもできる。また、筒状部２０Ａは、一方の端面２０３および他方の端面２０４が開口している。なお、筒状部２０Ａを、両端が開口した円柱形状とすることもできる（図示省略）。
Next, the
As shown in FIG. 3A, the
The cylindrical portion 20 </ b> A can be formed so that the contour shape of the
筒状部２０Ａは、ＳｉＣ繊維であるセラミック繊維２１からなる支持材により形成されたセラミック繊維層（セラミック繊維）２２を積層した基材２３（図２参照）を有しており、このセラミック繊維２１にＣＶＤ法によってセラミックマトリックスを沈積させ繊維強化セラミック複合材料を得ることができる。セラミック繊維２１は、単位セラミック繊維を束ねたストランドを用いることもできる。
The
筒状部２０Ａの最外側セラミック繊維層（最表層）２２２は、セラミック繊維２１を中心軸ＣＬの周囲に螺旋状に巻回して形成されたセラミック繊維層２２である。
The outermost ceramic fiber layer (outermost layer) 222 of the
ここで、中心軸ＣＬを含む平面ＰＬと、セラミック繊維２１とのなす角度θは、４０度〜６５度である。
すなわち、図３（Ａ）に示すように、中心軸ＣＬを含む仮想の平面ＰＬによって切断される筒状部２０Ａの断面を、平面ＰＬに沿って観ると（図３（Ａ）中矢印Ｃ参照）、図３（Ｂ）に示すように平面ＰＬに対してセラミック繊維２１は、角度θで交差する。
Here, the angle θ between the plane PL including the central axis CL and the
That is, as shown in FIG. 3A, when the cross section of the
次に、第１実施形態の流体用整流部材１０Ａの作用、効果について説明する。
第１実施形態の流体用整流部材１０Ａによれば、流体用整流部材１０Ａの筒状部２０Ａを構成する最外側セラミック繊維層２２２は、筒状部２０Ａが包囲する中心軸ＣＬの周囲に螺旋状にセラミック繊維２１が配向されている。
このため、横糸として強度を保つとともに、通過する流体に対して斜めに接して通過抵抗を減少させることにより、強度と通過抵抗のバランスをとることができる。
Next, the operation and effect of the
According to the
For this reason, while maintaining strength as a weft, the strength and the passage resistance can be balanced by decreasing the passage resistance by contacting obliquely with the passing fluid.
第１実施形態の流体用整流部材１０Ａによれば、中心軸ＣＬを含む平面ＰＬとセラミック繊維２１とのなす角θが４０度〜６５度であると、セラミック繊維２１に沿って気流がスムーズに流れることができる。
According to the
第１実施形態の流体用整流部材１０Ａによれば、筒状部２０Ａは中心軸ＣＬに沿った両端部が開口している場合には、筒状部２０Ａの外周面および内周面に沿って流体を流すことができ、流体を整流することができる。このため、配管や流体内を移動する飛翔体として使用することができる。
According to the
第１実施形態の流体用整流部材１０Ａによれば、筒状部２０Ａは、一方の端面輪郭形状よりも他方の端面輪郭形状が大きい形状を呈しているので、例えば円錐や円錐台等に似ている形状となっている。
そして、端面輪郭形状が小さい一方の端面２０３が開口していない場合には、一方の端面２０３から相対的に流れてくる流体を、筒状部２０Ａの最外側セラミック繊維層２２２による抵抗を小さくすることができる。また、一方の端面２０３も開口している場合には、筒状部２０Ａの最外側セラミック繊維層２２２および最内側セラミック繊維層２２１に沿って流体を流すことができるので、外周面および内周面に沿って流れてくる流体の抵抗を小さくすることができる。このため、流体用整流部材１０Ａは、配管や流体内を移動する飛翔体として利用することができる。
According to the
When one
第１実施形態の流体用整流部材１０Ａによれば、セラミック繊維２１が複数のセラミック繊維が束ねられたストランドの状態で使用されると、複数の繊維がまとまっているため、個々の繊維が突出する毛羽立ちを少なくすることができる。これにより、一層気流の乱れを抑えることができ、抵抗を少なくすることができる。
According to the
第１実施形態の流体用整流部材１０Ａによれば、セラミックマトリックスは、ＳｉＣである。
ＳｉＣは、耐蝕性、耐酸化性が優れ、高強度であるので、セラミックマトリックスにＳｉＣを用いることにより、流体用整流部材を高温、腐食性雰囲気でも好適に利用できる。
According to the
Since SiC is excellent in corrosion resistance and oxidation resistance and has high strength, the fluid rectifying member can be suitably used even in a high temperature and corrosive atmosphere by using SiC for the ceramic matrix.
第１実施形態の流体用整流部材１０Ａによれば、セラミック繊維は、ＳｉＣ繊維である。
ＳｉＣ繊維は、耐蝕性、耐酸化性が優れ、高強度であるので、支持材にＳｉＣを用いることにより、高温、腐食性雰囲気でセラミックマトリックスが損傷した場合でも安全に使用することができる。
According to the
Since SiC fiber is excellent in corrosion resistance and oxidation resistance and has high strength, it can be safely used even when the ceramic matrix is damaged in a high temperature and corrosive atmosphere by using SiC as a support material.
第１実施形態の流体用整流部材１０Ａによれば、中心軸ＣＬは、流体の流れ方向に配置される。
中心軸ＣＬを流体の流れ方向に配置することにより、中心軸ＣＬを包囲する筒状部２０Ａも流体の流れ方向に配置されるので、流体の抵抗を小さくすることができる。
According to the
By disposing the central axis CL in the fluid flow direction, the
また、第１実施形態の流体用整流部材の製造方法によれば、巻回工程において柱状に形成された芯材１１の中心軸ＣＬに対する周方向に沿ってセラミック繊維２１を巻回するとともに、軸方向配置工程において芯材１１の中心軸ＣＬに対して平行にセラミック繊維２１を配置する。こうして、複数のセラミック繊維層２２によって筒状部２０Ａの基材２３を形成する。
Moreover, according to the manufacturing method of the fluid rectifying member of the first embodiment, the
次いで、基材２３のセラミック繊維２１間に浸透するようにセラミックマトリックスを形成する。
セラミックマトリックスはどのようなものでもよく特に限定されない。例えば、ＳｉＣ、アルミナ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｂ４Ｃなど利用できる。セラミックマトリックスはどのような方法で形成してもよい。例えば、有機物である前駆体（プレカーサ）を熱分解させセラミックのマトリックスを得るプレカーサ法、原料ガスを熱分解させセラミックマトリックスを得るＣＶＤ法などが利用できる。
Next, a ceramic matrix is formed so as to penetrate between the
The ceramic matrix may be anything and is not particularly limited. For example, SiC, alumina, Si 3 N 4 , B 4 C, etc. can be used. The ceramic matrix may be formed by any method. For example, a precursor method in which a precursor (precursor) that is an organic substance is thermally decomposed to obtain a ceramic matrix, a CVD method in which a raw material gas is thermally decomposed to obtain a ceramic matrix, and the like can be used.
以下、プレカーサ法、ＣＶＤ法について説明する。
プレカーサ法では、熱分解によりセラミックが得られる前駆体を適宜選定する。プレカーサ法では、液体の前駆体を支持体に塗布または含浸したのち、加熱処理しセラミックマトリックスを得る。加熱処理では、前駆体の形態によってさまざまな処理が行われる。
前駆体が溶液である場合には溶媒の乾燥、前駆体がモノマー、ダイマーまたはオリゴマーなどの場合には重合反応の後に熱分解反応、前駆体がポリマーである場合には熱分解反応の処理が行われる。
前駆体は、液体の形態で使用する。液体であるとは、前駆体を溶媒に溶かした溶液、液状の前駆体、固体の前駆体を加熱して溶融した液状の前駆体などが利用できる。なお、プレカーサ法では、最終的に前駆体を焼成し、セラミックマトリックスを生成させる。
Hereinafter, the precursor method and the CVD method will be described.
In the precursor method, a precursor from which ceramic can be obtained by thermal decomposition is appropriately selected. In the precursor method, a liquid precursor is applied to or impregnated on a support, followed by heat treatment to obtain a ceramic matrix. In the heat treatment, various treatments are performed depending on the form of the precursor.
When the precursor is a solution, the solvent is dried. When the precursor is a monomer, dimer or oligomer, a thermal decomposition reaction is performed after the polymerization reaction. When the precursor is a polymer, a thermal decomposition reaction is performed. Is called.
The precursor is used in liquid form. As the liquid, a solution obtained by dissolving a precursor in a solvent, a liquid precursor, a liquid precursor obtained by heating and melting a solid precursor, and the like can be used. In the precursor method, the precursor is finally fired to form a ceramic matrix.
ＣＶＤ法では、ＣＶＤ炉に支持材をいれ、加熱した状態で原料ガスを導入する。原料ガスは、ＣＶＤ炉内で拡散するとともに、加熱された支持材に接触すると熱分解が起こり、原料ガスに対応するセラミックマトリックスが支持材を構成するセラミック繊維の表面に形成される。
次に、芯材１１から筒状部２０Ａを脱型させる。これにより、流体用整流部材を製造することができる。
In the CVD method, a support material is placed in a CVD furnace, and a source gas is introduced in a heated state. The source gas diffuses in the CVD furnace, and when it contacts the heated support material, thermal decomposition occurs, and a ceramic matrix corresponding to the source gas is formed on the surface of the ceramic fibers constituting the support material.
Next, the cylindrical portion 20 </ b> A is removed from the
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。
なお、前述した第１実施形態の流体用整流部材１０Ａと共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。
図４に示すように、第２実施形態の流体用整流部材１０Ｂでは、筒状部２０Ｂの最内側セラミック繊維層２２１および最外側セラミック繊維層２２２は、セラミック繊維２１が中心軸ＣＬに対して螺旋状に配向されたセラミック繊維層２２となっている。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the site | part which is common in 10 A of fluid rectifying members of 1st Embodiment mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
As shown in FIG. 4, in the
これにより、流体の流れを阻害する起伏が出来にくく、流体に乱れが生じにくいので抵抗を小さくできる。ここで、流体の流れとは、流体用整流部材１０Ｂに対して相対的に流体が移動する場合をいい、流体用整流部材１０Ｂに対して流体が流れる場合および流体中を流体用整流部材１０Ｂが移動する場合を含む。
なお、流体用整流部材１０Ｂの製造方法は、第１実施形態において説明した製造方法を用いることができる。これは、巻回工程が支持材形成工程の最初と最後にあることにより得ることができる。
Accordingly, it is difficult to make ups and downs that hinder the flow of the fluid, and the fluid is less likely to be disturbed, so the resistance can be reduced. Here, the flow of the fluid means a case where the fluid moves relative to the
In addition, the manufacturing method demonstrated in 1st Embodiment can be used for the manufacturing method of the rectification | straightening
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。
なお、前述した第１実施形態の流体用整流部材１０Ａおよび第２実施形態の流体用整流部材１０Ｂと共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。
図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すように、第３実施形態の流体用整流部材１０Ｃでは、筒状部２０Ｃの一方の端面２０３に蓋部を有しており、中心軸ＣＬ方向に貫通していない。このため、筒状部２０Ｃでは、最外側セラミック繊維層２２２のセラミック繊維のみが中心軸ＣＬに対して螺旋状に配向されたセラミック繊維層２２となっていれば良い。なお、最内側セラミック繊維層（最表層）２２１のセラミック繊維２１をも中心軸ＣＬに対して螺旋状に配向することも可能である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the site | part which is common in 10 A of fluid rectification members of 1st Embodiment mentioned above, and the
As shown in FIGS. 5A and 5B, the
これにより、筒状部２０Ｃの外周面に沿って流体をスムーズに流すことができる。このため、本発明の流体用整流部材１０Ｃは、流体内を移動する飛翔体などとして使用することができる。
なお、流体用整流部材１０Ｃの製造方法は、第１実施形態において説明した製造方法を用いることができる。
Thereby, a fluid can be smoothly flowed along the outer peripheral surface of 20 C of cylindrical parts. For this reason, 10 C of fluid rectification members of this invention can be used as a flying body etc. which move the inside of a fluid.
In addition, the manufacturing method demonstrated in 1st Embodiment can be used for the manufacturing method of 10 C of fluid rectifying members.
本発明の流体用整流部材は、前述した各実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形，改良等が可能である。
図８は、本発明の各実施形態において説明した流体用整流部材の適用例であり、具体的にはシリコン単結晶引上げ装置３００のガス整流部材３１２への適用例である。
図８に示すシリコン単結晶引上げ装置３００は、シリコン材料を加熱していったん溶融させた後、シリコンを単結晶として引き上げることにより、高純度のシリコンインゴットを得るためのものである。
The fluid rectifying member of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and appropriate modifications and improvements can be made.
FIG. 8 shows an application example of the fluid rectifying member described in each embodiment of the present invention, specifically, an application example of the silicon single
A silicon single
このシリコン単結晶引上げ装置３００を構成する密閉本体３０２の上部には、その内部に不活性ガスを導入するための導入部３０３が設けられている。密閉本体３０２の内部には、石英るつぼ３０４、るつぼ３０５、回転軸３０６、ヒータ３０７、保温筒３０８、上部リング３０９、下部リング３１０、底部遮熱板３１１およびガス整流部材３１２（流体用整流部材）等が収容されている。
An
シリコン材料が投入される石英るつぼ３０４は、その外側に配置されたるつぼ３０５に保持されている。るつぼ３０５の底面中央部は回転軸３０６によって下方から支持されている。図示しない駆動手段によって回転軸３０６が回転すると、それに伴ってるつぼ３０５が回転する。るつぼ３０５の側部の周囲に配置されたヒータ３０７によってるつぼ３０５が加熱され、シリコン材料が溶融するようになっている。ヒータ３０７の側部の周囲に設けられた保温筒３０８は、上部リング３０９と下部リング３１０との間に支持されている。密閉本体３０２の内底面には、底面から熱が逃げるのを防止するための底部遮熱板３１１が配設されている。
The
ガス整流部材３１２は先細り形状のテーパ状部材であり、小径側の端部を下方に向けた状態で、大径側の端部が密閉本体３０２の上面内側に固定されている。
本発明の流体用整流部材は、このようなシリコン単結晶引上げ装置３００のガス整流部材３１２への適用も可能である。
The
The fluid rectifying member of the present invention can also be applied to the
（実施例１）
次に、流体用整流部材の具体例を示す。ここでは、セラミック繊維２１として、単位セラミック繊維を束ねたストランドを用いている。
フィラメント径が７．５μｍで１６００本／束の繊維束で構成される糸を斜め糸として用い、４５度のフィラメントワインディングにて最も内側の層を構成する。
フィラメント径が７．５μｍで１６００本／束の繊維束で構成される糸を横糸として用い、０．５ｍｍ間隔でフィラメントワインディングにて内側から２番目の層を構成する。
フィラメント径が７．５μｍで１６００本／束の繊維束で構成される糸を斜め糸として用い、４５度のフィラメントワインディングで内側から３番目の層を構成する。
フィラメント径が７．５μｍで１６００本／束の繊維束で構成される糸を横糸として用い、１．０ｍｍ間隔でフィラメントワインディングにて内側から４番目の層を構成する。
フィラメント径が７．５μｍで１６００本／束の繊維束で構成される糸を斜め糸として用い、４５度のフィラメントワインディングにて内側から５番目の層を構成する。
Example 1
Next, a specific example of the fluid rectifying member will be shown. Here, as the
A yarn composed of 1600 fibers / bundle with a filament diameter of 7.5 μm is used as an oblique yarn, and the innermost layer is constituted by 45 ° filament winding.
A yarn composed of 1600 fibers / bundle with a filament diameter of 7.5 μm is used as the weft, and the second layer from the inside is formed by filament winding at intervals of 0.5 mm.
A yarn composed of a bundle of 1600 fibers / bundle with a filament diameter of 7.5 μm is used as an oblique yarn, and the third layer from the inside is constructed by 45 ° filament winding.
A yarn composed of 1600 fibers / bundle with a filament diameter of 7.5 μm is used as a weft, and the fourth layer from the inside is formed by filament winding at intervals of 1.0 mm.
A yarn composed of 1600 fibers / bundle with a filament diameter of 7.5 μm is used as an oblique yarn, and the fifth layer from the inside is constructed by 45 ° filament winding.
本発明の流体用整流部材は、流体用配管、飛翔体の外装、バーナーのノズル等およびその製造に用いることができる。 The fluid rectifying member of the present invention can be used for fluid piping, a flying body exterior, a burner nozzle, and the like, and the production thereof.
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 流体用整流部材
１１ 芯材
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ 筒状部
２０３ 一方の端面（両端部）
２０４ 他方の端面（両端部）
２１ セラミック繊維
２２ セラミック繊維層
２２１ 最内側セラミック繊維層（最表層）
２２２ 最外側セラミック繊維層（最表層）
２３ 基材
ＣＬ 中心軸
ＰＬ 平面
10A, 10B, 10C
204 The other end face (both ends)
21
222 Outermost ceramic fiber layer (outermost layer)
23 Substrate CL Center axis PL Plane
Claims (9)
前記筒状部は、内層のセラミック繊維層と最表層のセラミック繊維層とからなる支持材と、前記支持材を覆うセラミックマトリックスと、からなり、
前記内層のセラミック繊維層の外側および／または内側を覆う最表層のセラミック繊維層は、前記中心軸に対して螺旋配向しているセラミック繊維によって構成される流体用整流部材。 A fluid rectifying member having a cylindrical portion surrounding the central axis,
The cylindrical portion is composed of a support material composed of an inner ceramic fiber layer and an outermost ceramic fiber layer, and a ceramic matrix covering the support material,
An outermost ceramic fiber layer covering an outer side and / or an inner side of the inner ceramic fiber layer is a fluid rectifying member constituted by ceramic fibers spirally oriented with respect to the central axis.
前記最表層のセラミック繊維層を構成する前記セラミック繊維と、前記中心軸を含む平面と、のなす角度が４０度〜６５度である流体用整流部材。 The fluid rectifying member according to claim 1,
The fluid rectifying member having an angle of 40 degrees to 65 degrees formed by the ceramic fibers constituting the outermost ceramic fiber layer and a plane including the central axis.
前記筒状部の、前記中心軸に沿った両端部が開口している流体用整流部材。 The fluid rectifying member according to claim 1 or 2,
A fluid rectifying member in which both end portions along the central axis of the cylindrical portion are open.
前記筒状部の、前記中心軸に沿った両端部の少なくとも一方に蓋部を有し閉口している流体用整流部材。 The fluid rectifying member according to claim 1 or 2,
A fluid rectifying member having a lid at at least one of both end portions along the central axis of the cylindrical portion and closing.
前記筒状部の、一方の端面輪郭形状よりも他方の端面輪郭形状が大きい流体用整流部材。 The fluid rectifying member according to any one of claims 1 to 4,
The fluid rectifying member having the other end surface contour shape larger than the one end surface contour shape of the cylindrical portion.
前記セラミック繊維層は、単位セラミック繊維を束ねたストランドが複数並べられて構成される流体用整流部材。 The fluid rectifying member according to any one of claims 1 to 5,
The ceramic fiber layer is a fluid rectifying member configured by arranging a plurality of strands in which unit ceramic fibers are bundled.
前記セラミックマトリックスは、ＳｉＣである流体用整流部材。 The fluid rectifying member according to any one of claims 1 to 6,
The ceramic matrix is a fluid rectifying member made of SiC.
前記セラミック繊維は、ＳｉＣ繊維である流体用整流部材。 The fluid rectifying member according to any one of claims 1 to 7,
The ceramic fiber is a flow straightening member for fluid which is SiC fiber.
前記中心軸は、流体の流れ方向に配置されることを特徴とする流体用整流部材。 The fluid rectifying member according to any one of claims 1 to 8,
The fluid flow straightening member, wherein the central axis is disposed in a fluid flow direction.
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