JP2020070216A - SiC繊維を内包する管状体およびその製造方法 - Google Patents

SiC繊維を内包する管状体およびその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2020070216A
JP2020070216A JP2018206259A JP2018206259A JP2020070216A JP 2020070216 A JP2020070216 A JP 2020070216A JP 2018206259 A JP2018206259 A JP 2018206259A JP 2018206259 A JP2018206259 A JP 2018206259A JP 2020070216 A JP2020070216 A JP 2020070216A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sic
layer
fiber layer
groove
sic fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2018206259A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6868601B2 (ja
Inventor
史朋 河原
Fumitomo Kawahara
史朋 河原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ferrotec Material Technologies Corp
Original Assignee
Admap Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Admap Inc filed Critical Admap Inc
Priority to JP2018206259A priority Critical patent/JP6868601B2/ja
Priority to US16/660,589 priority patent/US11380445B2/en
Priority to CN201911021631.0A priority patent/CN111145920B/zh
Priority to EP19205304.9A priority patent/EP3647043B8/en
Priority to KR1020190134398A priority patent/KR102295328B1/ko
Publication of JP2020070216A publication Critical patent/JP2020070216A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6868601B2 publication Critical patent/JP6868601B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00Rigid pipes
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02Fuel elements
    • G21C3/04Constructional details
    • G21C3/06Casings; Jackets
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B1/00Layered products having a non-planar shape
    • B32B1/08Tubular products
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/26Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/30Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by a layer formed with recesses or projections, e.g. hollows, grooves, protuberances, ribs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/12Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer characterised by the relative arrangement of fibres or filaments of different layers, e.g. the fibres or filaments being parallel or perpendicular to each other
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/005Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising one layer of ceramic material, e.g. porcelain, ceramic tile
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00Rigid pipes
    • F16L9/02Rigid pipes of metal
    • F16L9/04Reinforced pipes
    • F16L9/042Reinforced pipes the reinforcement comprising one or more layers of a helically wound cord, wire or strip
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02Fuel elements
    • G21C3/04Constructional details
    • G21C3/06Casings; Jackets
    • G21C3/07Casings; Jackets characterised by their material, e.g. alloys
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B18/00Layered products essentially comprising ceramics, e.g. refractory products
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10Inorganic fibres
    • B32B2262/105Ceramic fibres
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/302Conductive
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/306Resistant to heat
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70Other properties
    • B32B2307/714Inert, i.e. inert to chemical degradation, corrosion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2597/00Tubular articles, e.g. hoses, pipes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208Fibers
    • C04B2235/5216Inorganic
    • C04B2235/524Non-oxidic, e.g. borides, carbides, silicides or nitrides
    • C04B2235/5244Silicon carbide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/614Gas infiltration of green bodies or pre-forms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/616Liquid infiltration of green bodies or pre-forms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81Coating or impregnation
    • C04B41/85Coating or impregnation with inorganic materials
    • C04B41/87Ceramics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

【課題】 熱伝導率が高いSiC繊維を内包する管状体およびその製造方法を提供する。【解決手段】 管形状に形成されSiC材料からなる第1SiC層と、前記第1SiC層の外周に沿って一方向に螺旋状に回巻して設けられる第1溝と、前記第1溝に沿って巻き付けられた複数のSiC繊維からなる第1SiC繊維層と、前記第1SiC繊維層よりも外側に前記一方向と異なる方向に巻き付けられた複数のSiC繊維からなる第2SiC繊維層と、前記第1SiC層と、前記第1SiC繊維層と、前記第2SiC繊維層と、を被覆するSiC材料からなる第2SiC層と、を備え、前記第1SiC繊維層と前記第2SiC繊維層の交差する部分は、前記第1SiC繊維層と前記第2SiC繊維層とが離間して形成される。【選択図】 図1

Description

本発明は、SiC繊維を内包する管状体およびその製造方法に関する。
原子力および宇宙航空分野等の高い耐久性が要求される特殊環境や極限環境で使用される管状体の材料として、SiC(Silicon Carbide;炭化ケイ素)の適用が提案されている。SiC材料は、耐熱性と化学的安定性に優れ、熱伝導率と機械的強度が高く、軽量であり、中性子経済性も良好であり、高温水との反応性も低い。このため、例えばSiC材料を用いた管状体を原子力燃料被覆管として用いることで、従来のジルカロイ(ジルコニウムの合金)製よりも安全かつ効率の高い原子力燃料被覆管となることが期待されている。
また、捻じれなどに対する強度を高めるために、SiC繊維を含む複合材で形成された管状体が提案されている。特許文献1に記載された管状体では、複数のSiC繊維が束ねられたヤーン(ストランド)を織り上げて骨材を形成する。組み上げた骨材に、SiC前駆体を塗布したのち焼成することでSiC層を形成する。形成したSiC層に対してさらに化学気相成長法(chemical vapor deposition:以下CVD法)を用いてCVD−SiC層を形成している。
特開2016−16603号公報
しかし、特許文献1の管状体は、第1のヤーンと第2のヤーンを備え、第1のヤーンと第2のヤーンが上下交互に組み上げられる(特許文献1の図3参照)。このようにヤーンが上下交互に組み上げられた場合、ヤーンが重なった部分では、ヤーン同士が密着する。ヤーン同士が密着すると、ヤーンを形成する各SiC繊維の間にSiC材料が十分に充填されないおそれがある。SiC前駆体の充填が不十分となると空隙が残り、熱伝導率が悪くなり、管状体としてのエネルギー効率も低下するという問題がある。
本願発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、熱伝導率が高いSiC繊維を内包する管状体およびその製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するための第1局面としては、管形状に形成されSiC材料からなる第1SiC層と、前記第1SiC層の外周に沿って一方向に螺旋状に回巻して設けられる第1溝と、前記第1溝に沿って巻き付けられた複数のSiC繊維からなる第1SiC繊維層と、前記第1SiC繊維層よりも外側に前記一方向と異なる方向に巻き付けられた複数のSiC繊維からなる第2SiC繊維層と、前記第1SiC層と、前記第1SiC繊維層と、前記第2SiC繊維層と、を被覆するSiC材料からなる第2SiC層と、を備え、前記第1SiC繊維層と前記第2SiC繊維層の交差する部分は、前記第1SiC繊維層と前記第2SiC繊維層とが離間して形成される、SiC繊維を内包する管状体、といったものが考えられる。ここで、管形状の断面は円形でも多角形でもよい。
この局面においては、第1SiC繊維層は、第1溝に沿って設けられる。このため、SiC繊維の束の巻き方を規制することができる。これにより、菅状体に対して第1SiC繊維層の位置や厚さのバラツキをおさえることができる。この結果、第1SiC繊維層の位置や厚さに応じて、第1SiC繊維層よりも外側にある第2SiC繊維層と第1SiC繊維層を離間させることが容易になる。このため、第1SiC繊維層と、第2SiC繊維層が密着せず、第2SiC層を形成する際に、第1SiC繊維層と、第2SiC繊維層の間に、第2SiC層を形成するSiCが充填されやすい。この結果、SiC繊維の間に空隙が残ることを防止でき、熱伝導率が高いSiC繊維を内包する管状体を提供できる。さらに、SiC材料にSiC繊維を内包する一体構造のSiC複合材(モノリシックセラミックス)を管状体に用いることで、該SiC複合材の脆性的瞬時破壊を防止し、連続破壊のない管状体を提供できる。すなわち、複合効果を高めた管状体が提供できる。
第2の局面においては、前記第1SiC繊維層の厚さは、前記第1溝の深さよりも小さく、前記第1溝の縁部分は曲面で形成される、といったものが考えられる。
この局面においては、第1SiC繊維層の厚さは、第1溝の深さよりも小さいため、第1SiC繊維層と第2SiC繊維層を、確実に離間して設けることができる。また、第1溝にSiC繊維を巻きつける際に、SiC繊維が第1溝の縁部分に引っ掛かることを防止できる。これにより、第1SiC繊維層と、第2SiC繊維層をより確実に離間して設けることができる。
第3の局面では、前記第1SiC層の外周に沿って前記一方向と異なる方向に螺旋状に回巻して設けられ、前記第1溝よりも深さが浅い第2溝と、を備え、前記第2SiC繊維層は、前記第2溝に沿って巻き付けられた複数のSiC繊維からなる、といったものが考えられる。
この局面においては、第1溝に加えて、第1溝より深さが浅い第2溝を設けることができる。これにより、2つのSiC繊維の束の巻き方を規制することができる。この結果、第1SiC繊維層と第2SiC繊維層を、確実に離間して設けることができる。
第4の局面では、前記第1SiC層は、焼結SiCである、といったものが考えられる。焼結SiCは、焼き入れ前の固体状態において加工しやすい。第1溝を焼き入れ前に加工し形成することで、第1溝の形成時の製造コストを下げることができる。この結果、低コストかつ熱伝導率の高いSiC繊維を内包する管状体を提供することができる。
上述したSiC部材を製造する方法として、第5の局面のようにすることが考えられる。
第5の局面においては、SiC材料を管形状に形成し、前記管形状に沿って螺旋状に第1溝を形成する工程と、前記第1溝に沿って、複数のSiC繊維からなる第1SiC繊維層を形成する工程と、前記第1SiC繊維層の外側に前記第1SiC層と離間して第2SiC繊維層を形成する工程と、前記第1SiC層と、前記第1SiC繊維層と、前記第2SiC層を被覆する第2SiC層を形成する工程と、を備えるSiC繊維を内包する管状体の製造方法が考えられる。
この局面においては、第1SiC繊維層は、SiC繊維を第1溝に沿って形成される。第2SiC繊維層は、第1SiC繊維層と離間して形成される。第2SiC層は、第1SiC繊維層と第2SiC繊維層が離間した隙間に充填され、第1SiC層と、第1SiC繊維層と、第2SiC繊維層を被覆する。これにより、各SiC繊維の間に空隙が残ることが防止できる。この結果、熱伝導率が高いSiC繊維を内包する管状体の製造方法を提供することができる。
本発明に係るSiC繊維を内包する管状体の構造を示す斜視図。 本発明に係るSiC繊維を内包する管状体のA−A断面における断面図。 本発明に係る第1SiC層の側面図および第1溝と第2溝の拡大図。 本発明に係るSiC繊維を内包する管状体の製造工程を示すフローチャート。
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
(1)全体構成
図1は、SiC繊維を内包する管状体1の構造を示す斜視図である。また、図2は、SiC繊維を内包する管状体のA−A断面における断面図である。図2のA−A断面は、後述する第1SiC繊維層5と、第2SiC繊維層6が交差する部分の断面である。図1および図2に示すように、管状体1は、第1SiC層2と、第1SiC層2の外周に沿って設けられる第1溝3および第2溝4(図1の破線参照)と、第1溝3に沿って設けられる複数のSiC繊維Yからなる第1SiC繊維層5と、第2溝4に沿って設けられる複数のSiC繊維Yからなる第2SiC繊維層6と、第2SiC層7と、を備える。本実施形態の一例として、管状体1が原子力燃料被覆管であれば、第1SiC層2の厚さと、第2SiC層7の厚さの合計が1mm程度である。
図3は、第1SiC層2の側面図である。また、図3の拡大図は、第1溝3および第2溝4を拡大した拡大図である。図3に示すように、第1SiC層2は、SiC材料を管形状に形成した部材である。第1SiC層の厚さは、一例として500μm程度である。本実施形態では、第1SiC層2は、加工性の優れた焼結SiC材によって形成される。
第1SiC層2の外周には、第1溝3と、第2溝4が設けられる。第1溝3は、深さT1で、管形状の外周に沿って一律の幅で第1SiC層2の一端から他端まで、一方向(本実施形態では時計回り)に螺旋状に回巻して設けられる。第1溝3には、複数のSiC繊維Yを束ねたヤーン(ストランド)N1が、第1溝3に沿って巻きつけられることで、第1SiC繊維層5が形成される。一例として、ヤーンN1の厚さは50μmから200μmであり、この場合、第1溝3の深さT1は、ヤーンN1の厚さよりも大きい300μm程度あればよい。第1溝3の縁部分には、フィレット部(曲面)8が設けられ、SiC繊維を巻きつける際に、SiC繊維が縁部分に引っ掛かることを防止している。
第2溝4は、第1溝3の深さT1より浅い深さT2で形成され、第1SiC層2の一端から他端まで、一律の幅で第1溝3と異なる方向(本実施形態では反時計回り)に螺旋状に回巻して設けられる。第2溝4には、複数のSiC繊維Yを束ねたヤーン(ストランド)N2が、第2溝4に沿って巻きつけられることで、第2SiC繊維層6が形成される。第2溝4の縁部分にも第1溝3と同様にフィレット部(曲面)8が設けられ、SiC繊維を巻きつける際に、SiC繊維が縁部分に引っ掛かることを防止している。
ここで、第2溝4の深さT2は、第1溝3にヤーンN1が巻かれた状態で、第2溝4の底部がヤーンN1の表面と接触しない値に設定される。一例として、第1溝3の深さが300μmでありヤーンN1の厚さが100μmの場合、深さT2は100μmとすれば、第2溝4の底部と第1溝3に巻かれたヤーンN1の表面との距離は100μmとなり、第2溝4の底部と第1溝3に巻かれたヤーンN1の表面とが離間することとなる。このように、第2溝4の底部が、第1溝3に巻かれたヤーンN1の表面と接触しない設定するとこで、ヤーンN1とヤーンN2が交差する部分(図2参照)で、ヤーンN1とヤーンN2の間に隙間ができる。この隙間に後述する第2SiC層7を形成するSiC材料が充填されることで、第1SiC繊維層5と第2SiC繊維層6とが離間して形成できる。また、この隙間にSiC材料が充填されることで、ヤーンN1とヤーンN2を形成する複数のSiC繊維の間にもSiC材が充填され、各SiC繊維の間に空隙が多量残存することを防止できる。なお、第1溝3と第2溝4の形状はこれに限定されるものではなく、例えば、第1溝3と、第2溝4の幅は異なっていてもよいし一律でなくともよい。すなわち、第1溝3の深さT1が、第2溝4の深さT2より深ければよい。
第2SiC層7は、第1SiC層2と、第1SiC繊維層5と、第2SiC繊維層6とを被覆する。本実施形態では、第2SiC層7は、CVD法によってSiC膜が形成されたCVD−SiC材でできた層である。しかし、これに限定されるものではなく、MI(Melt Infiltration)法、PIP法(Polymer Infiltration and Pyrolysis)法、CVI(Chemical Vpapor Infiltration)法、PVD(Physical Vapor Deposition)法など、各種手法によってSiC膜を形成してもよい。第2SiC層7の厚さは、一例として500μm程度である。
(2)製造方法
図4は、本実施形態におけるSiC繊維を内包する管状体の製造工程を示す図である。まず、押し出し成型により管形状の焼結SiC基材となるグリーン体を製造する(ステップ1)。その後、成形したグリーン体を切削加工することで第1溝3と、第2溝4を形成する(ステップ2、ステップ3)。なお、押し出し成型する際に、第1溝3と、第2溝4を同時に形成してもよい。
次に、第1溝3と第2溝4を加工したグリーン体を、イナート(不活性)ガスの雰囲気下で2200℃で焼結させることにより第1SiC層2を形成する(ステップ4)。その後、第1溝3に沿って、複数のSiC繊維Yを束ねたヤーンN1を巻付けて、第1SiC繊維層5を形成する(ステップ5)。
次に、CVD法によりヤーンN1が巻き付けられた第1SiC層2に対して、1回目のSiC膜を形成する。その後、必要に応じて、切削等により外形を整える。なお、外形を整える際に、第2溝4を形成してもよい(ステップ6)。
次に、第2溝4に沿って複数のSiC繊維Yを束ねたヤーンN2を巻きつけて、第2SiC繊維層6を形成する(ステップ7)。その後、CVD法によりヤーンN2を巻きつけた第1SiC層2の外周全面に2回目のSiC膜を形成し、第2SiC層7を形成する(ステップ8)。その後、管状体の外形(直径及び長さ等)を加工(切削/切断等)で調整する(ステップ9)。最後に、管状体の研削/研磨・面取り・洗浄処理を行う(ステップ10)。
(3)変形例
本願発明の実施の形態は、以上の実施例に限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとりうることは言うまでもない。
例えば、上記実施形態では、第2溝4について説明したが、第2溝4を設けなくてもよい。すなわち、第1溝3にヤーンN1を巻き付けたのち、第1回目のSiC膜を形成し外形を整え、その後第1SiC層2の外周にヤーンN2を巻き付けててもよい。この場合、第2溝4を切削する手間が省ける。この結果、より低コストであるSiC繊維を内包する管状体を提供できる。
また、上記実施形態では、SiC繊維層が2層の管状体の製法について説明したが、SiC繊維層は3層以上形成することもできる。このようにSiC繊維層を重ねることで管状体の強度を向上できる。
また、上記実施形態では管状体1は、原子力燃料被覆管として種々数値を用いて説明したが、これに限定されるものではない。原子力燃料被覆管以外の用途の管状体に対して、本発明を用いてもよい。また、本実施形態で用いた数値を適宜変更した管状体であってもよい。。
(4)作用、効果
このような構成であれば、第1溝3および第2溝4によって、ヤーンN1とヤーンN2の位置を規制することができる。これにより、ヤーンN1とヤーンN2が交差する位置で、ヤーンN1とヤーンN2の間に隙間が生まれ、この隙間にSiC材料が充填され第2SiC層7が形成される。すなわち、第1SiC繊維層5と、第2SiC繊維層6を離間して設けることができる。このため、ヤーンN1とヤーンN2を形成する複数のSiC繊維Yの隙間にもSiC材料が充填されやすくなり、SiC繊維間に空隙が多量残存することを防止することができる。この結果、熱伝導率が高いSiC繊維を内包する管状体の製造方法を提供することができる。
1…SiC繊維を内包する管状体、2…第1SiC層、3…第1溝、4…第2溝、
5…第1SiC繊維層、6…第2SiC繊維層、7…第2SiC層、
8…フィレット部(曲面)

Claims (5)

  1. 管形状に形成されSiC材料からなる第1SiC層と、
    前記第1SiC層の外周に沿って一方向に螺旋状に巻回して設けられる第1溝と、
    前記第1溝に沿って巻き付けられた複数のSiC繊維からなる第1SiC繊維層と、
    前記第1SiC繊維層よりも外側に前記一方向と異なる方向に巻き付けられた複数のSiC繊維からなる第2SiC繊維層と、
    前記第1SiC層と、前記第1SiC繊維層と、前記第2SiC繊維層と、を被覆するSiC材料からなる第2SiC層と、
    を備え、
    前記第1SiC繊維層と前記第2SiC繊維層の交差する部分は、前記第1SiC繊維層と前記第2SiC繊維層とが離間して形成される、
    SiC繊維を内包する管状体。
  2. 前記第1SiC繊維層の厚さは、前記第1溝の深さよりも小さく、前記第1溝の縁部分は曲面で形成される、
    請求項1に記載のSiC繊維を内包する管状体。
  3. 前記第1SiC層の外周に沿って前記一方向と異なる方向に螺旋状に回巻して設けられ、前記第1溝よりも深さが浅い第2溝と、
    を備え、
    前記第2SiC繊維層は、前記第2溝に沿って巻き付けられた複数のSiC繊維からなる、
    請求項1または2に記載のSiC繊維を内包する管状体。
  4. 前記第1SiC層は、焼結SiCである請求項1から3のいずれか1項に記載の管状体。
  5. SiC材料を管形状に形成し、前記管形状に沿って螺旋状に第1溝を形成する工程と、
    前記第1溝に沿って、複数のSiC繊維かなる第1SiC繊維層を形成する工程と、
    前記第1SiC繊維層の外側に前記第1SiC層と離間して第2SiC繊維層を形成する工程と、
    前記第1SiC層と、前記第1SiC繊維層と、前記第2SiC繊維層を被覆する第2SiC層を形成する工程と、
    を備えるSiC繊維を内包する管状体の製造方法。
JP2018206259A 2018-11-01 2018-11-01 SiC繊維を内包する管状体およびその製造方法 Active JP6868601B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018206259A JP6868601B2 (ja) 2018-11-01 2018-11-01 SiC繊維を内包する管状体およびその製造方法
US16/660,589 US11380445B2 (en) 2018-11-01 2019-10-22 Tubular body containing SiC fiber and method for producing the same
CN201911021631.0A CN111145920B (zh) 2018-11-01 2019-10-25 包含SiC纤维的管状体及其制造方法
EP19205304.9A EP3647043B8 (en) 2018-11-01 2019-10-25 Tubular body containing sic fiber and method for producing the same
KR1020190134398A KR102295328B1 (ko) 2018-11-01 2019-10-28 SiC 섬유를 내포하는 관형체 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018206259A JP6868601B2 (ja) 2018-11-01 2018-11-01 SiC繊維を内包する管状体およびその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020070216A true JP2020070216A (ja) 2020-05-07
JP6868601B2 JP6868601B2 (ja) 2021-05-12

Family

ID=68392713

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018206259A Active JP6868601B2 (ja) 2018-11-01 2018-11-01 SiC繊維を内包する管状体およびその製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11380445B2 (ja)
EP (1) EP3647043B8 (ja)
JP (1) JP6868601B2 (ja)
KR (1) KR102295328B1 (ja)
CN (1) CN111145920B (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111878644A (zh) * 2020-09-09 2020-11-03 慈溪市瑞峰管业有限公司 一种具有混编加强层的燃气软管及其工艺

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008501977A (ja) * 2004-06-07 2008-01-24 ウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシー 原子力発電所における燃料格納容器障壁等に使用される多層セラミックチューブ
WO2016002914A1 (ja) * 2014-07-02 2016-01-07 イビデン株式会社 管状体
WO2016002913A1 (ja) * 2014-07-02 2016-01-07 イビデン株式会社 管状体の製造方法
JP2016088826A (ja) * 2014-11-11 2016-05-23 イビデン株式会社 流体用整流部材
JP2020029373A (ja) * 2018-08-20 2020-02-27 株式会社フェローテックホールディングス SiC繊維を内包する管状体

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5431984A (en) * 1990-12-11 1995-07-11 Avco Corporation Composite preforms with groves for fibers and groves for off-gassing
JP2002089757A (ja) 2000-09-18 2002-03-27 Hara Kogyo Kk 注入ホース及びコンクリートの打継ぎ方法
JP2005047753A (ja) * 2003-07-29 2005-02-24 Tadahiro Omi 炭化珪素製品、その製造方法、及び、炭化珪素製品の洗浄方法
JP2009210266A (ja) * 2008-02-29 2009-09-17 Ibiden Co Ltd 管状体
FR2978697B1 (fr) * 2011-08-01 2014-05-16 Commissariat Energie Atomique Tube multicouche ameliore en materiau composite a matrice ceramique, gaine de combustible nucleaire en resultant et procedes de fabrication associes
KR101189170B1 (ko) 2011-10-06 2012-10-10 한국수력원자력 주식회사 다층구조 세라믹 보호층을 포함하는 핵연료봉 및 이의 제조방법
CN103043998B (zh) * 2011-10-11 2016-01-20 旭化成化学株式会社 绝热材料及其制造方法
WO2014199459A1 (ja) * 2013-06-12 2014-12-18 株式会社日立製作所 管状体および管状体の製造方法
JP6490915B2 (ja) 2014-07-09 2019-03-27 イビデン株式会社 管状体及びその製造方法
JP6888949B2 (ja) * 2016-12-13 2021-06-18 イビデン株式会社 SiC繊維強化SiC複合材料の製造方法
CN107285797B (zh) * 2017-07-21 2020-09-04 湖南金博碳素股份有限公司 一种碳基复合材料螺旋弹簧及生产方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008501977A (ja) * 2004-06-07 2008-01-24 ウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシー 原子力発電所における燃料格納容器障壁等に使用される多層セラミックチューブ
WO2016002914A1 (ja) * 2014-07-02 2016-01-07 イビデン株式会社 管状体
WO2016002913A1 (ja) * 2014-07-02 2016-01-07 イビデン株式会社 管状体の製造方法
JP2016088826A (ja) * 2014-11-11 2016-05-23 イビデン株式会社 流体用整流部材
JP2020029373A (ja) * 2018-08-20 2020-02-27 株式会社フェローテックホールディングス SiC繊維を内包する管状体

Also Published As

Publication number Publication date
EP3647043B8 (en) 2022-03-23
US20200139662A1 (en) 2020-05-07
CN111145920B (zh) 2023-09-19
KR102295328B1 (ko) 2021-08-27
KR20200050385A (ko) 2020-05-11
EP3647043B1 (en) 2022-02-09
EP3647043A1 (en) 2020-05-06
JP6868601B2 (ja) 2021-05-12
US11380445B2 (en) 2022-07-05
CN111145920A (zh) 2020-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2017519993A5 (ja)
JP6334293B2 (ja) 管状体
JP2007070222A (ja) 複合材保護層を形成するための方法及び装置
JP5696174B2 (ja) 核燃料被覆管及びその製造方法
JP6868601B2 (ja) SiC繊維を内包する管状体およびその製造方法
JP2013142217A (ja) 繊維複合材料アセンブリおよび繊維複合材料アセンブリを製造する方法
JP6334292B2 (ja) 管状体の製造方法
EP3002267B1 (fr) Procédé pour la réalisation d'une pièce monolithique composite thermostructurale à double paroi et pièce obtenue
JP6490915B2 (ja) 管状体及びその製造方法
JP7256000B2 (ja) セラミック管状体
WO2010016302A1 (ja) 酸化物超電導線材の前駆体線とその製造方法、および前記前駆体線を用いた酸化物超電導線材
JP6888949B2 (ja) SiC繊維強化SiC複合材料の製造方法
CN110757835B (zh) 一种热场用导流筒制造方法和导流筒
JP2020029373A (ja) SiC繊維を内包する管状体
JP2012211062A (ja) 炭素繊維強化炭素複合材ルツボ
JP7343360B2 (ja) セラミック複合材及びその製造方法
JP7256001B2 (ja) セラミック管状体の製造方法
JP6484047B2 (ja) 流体用整流部材
US20210359191A1 (en) Precursor for use in manufacturing superconducting wire, production method of precursor, and superconducting wire
JP6594757B2 (ja) セラミック複合材
CN115083629A (zh) 碳化硅纤维复合包壳及燃料组件
CN116409023A (zh) 一种耐高温碳碳复合体及其生产方法、碳纤维预制体
JP2019053985A (ja) 超電導線材の製造に用いられる前駆体、前駆体の製造方法及び超電導線材
JP2011192422A (ja) 超電導線材焼成炉および酸化物超電導線材の製造方法
JP2019147729A (ja) セラミック複合材の製造方法、及び、固定治具

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20191121

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20191128

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191223

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20200214

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200131

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20200515

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20200519

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201023

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201104

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201124

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210323

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210412

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6868601

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250