JP2641983B2 - 複合材料製品の製造方法 - Google Patents

複合材料製品の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の属する技術分野 本発明は、マトリックス材料とこのマトリックス材料
中に埋封された強化繊維構造体からなる複合材料製品の
製造方法に関する。
さらに詳細には、本発明は、強化繊維構造体を形成
し、化学的気相浸透法によりマトリックス材料を浸透析
出させて、マトリックス材料中に前記強化繊維構造体を
埋封する行程を含むタイプの方法に関する。
従来の技術 熱構造体用複合材料の例としては、炭素−炭素（Ｃ−
Ｃ）タイプの複合材料及びセラミックスマトリックス複
合材料（CMC）が挙げられる。Ｃ−Ｃタイプの複合材料
においては、強化繊維構造体は炭素繊維であり、マトリ
ックスは炭素である。一方、CMCタイプの複合材料で
は、強化繊維構造体は耐火性繊維（炭素もしくはセラミ
ックス繊維）であり、マトリックスはセラミックスであ
る。
マトリックスを構成する材料の化学的気相浸透法によ
り熱構造体用複合材料を製造する場合、通常前記強化繊
維構造体の形状は成形用具により維持される。この成形
用具からの最終複合材料の取り出しが長いあいだ問題と
なっている。それは前記の成形用具への最終複合製品が
接着してしまうからである。この接着は、強化繊維構造
体が多孔性であり、マトリックス構成材料がこの空隙を
通してかつ成形用具の表面に付着するためである。
この問題を解決する多くの手段が提案され、特に成形
用具への接着を低下させる手段が提案されてきた。しか
しながら、従来の解決手段は、３次元（3D）タイプの強
化繊維構造体においてはその効果が限られていることが
証明されている。強化繊維構造体の面に対し平行に繊維
が延びている２次元（2D）タイプの強化繊維構造体と比
較して、3Dタイプの強化繊維構造体では繊維があらゆる
方向に広がっており、成形用具と多くの点で接触し、従
ってより多く接着するからである。
発明が解決しようとする課題 本発明は、強化繊維構造体が3Dタイプのものであって
も、成形用具内で化学的気相浸透法によりマトリックス
材料中に埋封した後も、最終複合製品の取り出しを容易
にする方法を提供することを目的とする。
本発明はさらに、同じ成形用具内に積み重ねられた多
くの強化繊維構造体を同時にマトリックス材料中に埋封
し、多数の複合材料を同時に製造することを可能とする
方法を提供することも目的とする。
課題を解決するための手段 この目的は、マトリックス材料とこのマトリックス材
料中に埋封された強化繊維構造体からなる複合材料製品
の製造方法であって、 強化用耐火性繊維構造体を準備すること、 前記強化用耐火性繊維構造体を、耐火性材料製の布帛
層を介して少なくとも１つの隣接する構造体と接触させ
ること、この耐火性材料製の布帛層は前記強化用耐火性
繊維構造体と異なる熱膨張係数を有しかつ前記強化用耐
火性繊維構造体及び前記隣接する構造体と点接触してい
る、 前記強化用耐火性繊維構造体と耐火性材料製の布帛層
と隣接する構造体との集合体の状態において、前記強化
用耐火性繊維構造体内の空隙中に化学的気相浸透法によ
り耐火性マトリックス材料を浸透析出させて、マトリッ
クス材料中に前記強化用耐火性繊維構造体を埋封した複
合材料を形成すること、及び 形成された複合材料を単離すること の工程を含み、前記耐火性布帛層が前記強化用耐火性繊
維構造体と熱膨張係数が異なりかつ点接触していること
により、この耐火性布帛層と強化用耐火性繊維構造体の
間の界面においてマトリックスが裂ける結果として強化
用耐火性繊維構造体が隣接する構造体から分離しやすい
ことを特徴とする方法により達成される。
以下、図面を参照して本発明を説明する。
図１において、10は強化用耐火性繊維構造体を、12は
ヘッダーダイを、14はボトムダイを、16はタイロッド
を、18はクロスピースを、そして20は耐火性布帛層を表
す。強化用耐火性繊維構造体は炭素繊維又はセラミック
ス繊維より形成され、セラミックスとしては炭化珪素、
窒化硼素、アルミナ、ジルコニア等を用いることができ
る。この強化用耐火性繊維構造体は、例えば炭素繊維の
布により構成される多数の層を炭素繊維のウェブにより
構成される中間層と共に積み重ねることにより構成され
る。この炭素布の層は、例えば図３に示すように、積み
重ねられた層に垂直に差し込まれた糸により結合され、
強化用耐火性繊維構造体10′を構成してもよい。また、
図４に示すように、炭素繊維のウェブを糸で結合させた
後に、このウェブを糸で結合させて強化用耐火性繊維構
造体10″を構成してもよい。このウェブは炭素前駆体で
ある、事前に酸化されたポリアクリロニトリルであって
もよい。
こうして形成された強化用耐火性繊維構造体を、図１
に示すように成形用具のヘッダーダイとボトムダイの間
に入れる。このヘッダーダイ及びボトムダイには、マト
リックスを構成する材料の気相を通すための穴が多数設
けられている。
強化用耐火性繊維構造体と成形用具が直接接触すると
上記のような接着の問題が生ずるため、本発明の方法で
は、強化用耐火性繊維構造体とこの構造体と接触するヘ
ッダーダイとボトムダイの間に耐火性布帛を挿入する。
この布帛は強化用耐火性繊維構造体を構成する材料とは
異なる熱膨張係数を有する材料より形成することが必要
である。従って、強化用耐火性繊維構造体を炭素繊維よ
り構成する場合、この布帛は炭化珪素より形成する。
次いで、強化用耐火性繊維構造体をボトムダイとヘッ
ダーダイの間でダイロッドにより必要な厚さまで圧縮す
る。必要な厚さはクロスピースにより規定される。こう
して強化用耐火性繊維構造体をボトムダイとヘッダーダ
イにより形成された成形用具に保持された状態で、炭素
の前駆体である気相を、ボトムダイとヘッダーダイの穴
から化学的気相浸透法により強化用耐火性繊維構造体内
に拡散させる。次いで全体を冷却し、マトリックスを固
化させる。強化用耐火性繊維構造体及びマトリックス構
成材料である炭素と、布帛構成材料である炭化珪素の熱
膨張係数が異なるため、さらに、図２に示すように、布
帛層が各構造体と点接触により接触しているため、この
冷却後に、形成された複合体と布帛相の間の界面におい
て亀裂が発生し、その結果、製造された複合体の成形用
具からの取り出しは容易となる。
また図５及び６に示すように、本発明の方法により複
数の複合材料を同時に製造することができる。すなわ
ち、図５において、実質的に同じ寸法を有する２つの強
化用耐火性繊維構造体10a及び10bを図１と同様にヘッダ
ーダイ12及びボトムダイ14より構成された成形用具に入
れる。布帛層20は、ヘッダーダイ12とこれと隣接する強
化用耐火性繊維構造体10aの間、ボトムダイ14とこれと
隣接する強化用耐火性繊維構造体10bの間、及び強化用
耐火性繊維構造体10aと10bの間に挿入される。強化用耐
火性繊維構造体の間に挿入された布帛層は、強化用耐火
性繊維構造体とダイの間に挿入された布帛層と同様に作
用し、強化用耐火性繊維構造体10a及び10bを同時にマト
リックス内に埋封した後に、製造された各複合体の分離
を容易にする。
製造される複合材料と成形用具とが接着しないような
場合、もしくはそのような接着が問題とならないような
場合においても、１つの成形用具において同時に多数の
複合材料を製造する場合に本発明の方法が有効である。
すなわち、図６に示すように、布帛層22は、ヘッダーダ
イ12とボトムダイ14の間に入れられた２つの強化用耐火
性繊維構造体10a及び10bの間に挿入されており、これら
の構造体と成形用具の間には挿入されていない。この場
合において、上記と同様に強化用耐火性繊維構造体10a
及び10bを同時にマトリックス内に埋封した後に、製造
された各複合体の分離を容易にする。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の複合材料の製造方法の製造工程を示す
略断面図である。 図２は、挿入された布帛層により分離された強化用耐火
性繊維構造体と成形用具の隣接部分を示す部分拡大断面
図である。 図３及び図４は、本発明に使用可能な強化用耐火性繊維
構造体の構造を示す斜視図である。 図５及び図６は、多数の複合材料を同時に製造する工程
を示す略断面図である。 10,10a,10b……強化用耐火性繊維構造体、12……ヘッダ
ーダイ、 14……ボトムダイ、20……布帛層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−272854（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−142670（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−17987（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】マトリックス材料とこのマトリックス材料
    中に埋封された強化繊維構造体からなる複合材料製品の
    製造方法であって、 強化用耐火性繊維構造体を準備すること、 前記強化用耐火性繊維構造体を、耐火性材料製の布帛層
    を介して少なくとも１つの隣接する構造体と接触させる
    こと、この耐火性材料製の布帛層は前記強化用耐火性繊
    維構造体と異なる熱膨張係数を有しかつ前記強化用耐火
    性繊維構造体及び前記隣接する構造体と点接触してい
    る、 前記強化用耐火性繊維構造体と耐火性材料製の布帛層と
    隣接する構造体との集合体の状態において、前記強化用
    耐火性繊維構造体内の空隙中に化学的気相浸透法により
    耐火性マトリックス材料を浸透析出させて、マトリック
    ス材料中に前記強化用耐火性繊維構造体を埋封した複合
    材料を形成すること、及び 形成された複合材料を単離すること の行程を含み、前記耐火性布帛層が前記強化用耐火性繊
    維構造体と熱膨張係数が異なりかつ点接触していること
    により、この耐火性布帛層と強化用耐火性繊維構造体の
    間の界面においてマトリックスが裂ける結果として強化
    用耐火性繊維構造体が隣接する構造体から分離しやすい
    ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】前記強化用耐火性繊維構造体が成形用具内
    で保持されてマトリックス材料中に埋封され、前記耐火
    性材料製の布帛層がこの強化用耐火性繊維構造体とこれ
    が隣接する成形用具の表面に間に挿入される、請求項１
    記載の複合材料製品の製造方法。
  3. 【請求項３】多数の強化用耐火性繊維構造体が重ねら
    れ、この重ねられた強化用耐火性繊維構造体が各構造体
    の間に挿入された耐火性材料製の布帛層により互いに分
    離されている、請求項１記載の複合材料製品の製造方
    法。
  4. 【請求項４】前記強化用耐火性繊維構造体が炭素製であ
    り、挿入された布帛層がセラミックス製である、請求項
    １〜３のいずれか記載の複合材料製品の製造方法。
  5. 【請求項５】前記挿入された布帛層が炭化珪素繊維より
    形成されている、請求項４記載の複合材料製品の製造方
    法。
  6. 【請求項６】前記強化用耐火性繊維構造体がセラミック
    ス繊維製であり、挿入された布帛層が炭素繊維製であ
    る、請求項１〜３のいずれか記載の複合材料製品の製造
    方法。
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