JPH01218827A - 軽量断熱部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、航空機外壁の遮熱体等に用いることができ
る軽量断熱部材及びその製造方法に関する。

〔従来の技術］ 例えば、ロケット等の航空機の表面は大気中で約２００
０℃にも達するため、その外壁に耐熱性及び断熱性を備
えた遮熱体を設ける必要がある。

また、このような航空機は可能な限り軽量であることが
要求される。このため、従来、ロケット等の外壁に、遮
熱体として耐熱性、断熱性及び軽量性を兼備した多孔質
セラミックス部材を張付けている。

代表的な多孔質セラミックス部材の製造方法としては、
適宜のセラミックス原料に黒鉛等を混合して成形後焼成
し、セラミックスのみを残存させるものがある。

【発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような方法を用いる場合には、混合
する黒鉛等の大きさ及び形状の制御が困難であり、焼成
後にセラミックス部材に鋭角を有する孔が残存する虞が
ある。このような孔は、使用時にセラミック部材中に熱
応力が発生した場合に、クラックの起点になりやすい。

一方、このような遮熱体は一方からのみ熱を受け、表面
と裏面とで著しく温度が異なるため、部材をマクロ的に
均一な材料で形成する場合には、部材内部に大きな熱応
力が発生し、割れが生じる虞がある。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、
気孔の形状及び熱応力に起因する欠陥が生じにくい軽量
断熱部材を提供することを目的とする。

［課題を解決するだめの手段］ この発明に係る軽量断熱部材は、金属又はセラミックス
又はこれらの混合体からなる２層以上の多孔質薄層を積
層して形成される軽量断熱部材であって、各薄層は、そ
の面の８０％以下の面積を有すると共に鋭角を含まない
形状の孔を有し、隣接する薄層間の熱膨張係数の差が１
０ＸＩＯ””Ｃ−１以下であると共に、薄層が３層以上
の場合に各薄層が熱膨張係数の大きさの順に積層されて
いることを特徴とする。

この発明に係る軽量断熱部材の製造方法は、金属又はセ
ラミックス又はこれらの混合体からなる厚さ１ｍｍ以下
の複数の成形体に、その面の８０％以下の面積を有する
と共に鋭角を含まない形状の孔を穿孔手段により形成す
る工程と、これら成形体を焼成後における熱膨張率の順
に積層して積層体を形成する工程と、この積層体を焼成
する工程とを具備することを特徴とする。

［作用］ この発明においては、各薄層は穿孔手段により形成した
鋭角を含まない孔を有しているので、部材に熱が供給さ
れた場合に、熱応力により孔からクラックが発生する虞
が小さい。また、隣接する薄層間の熱膨張係数の差が小
さく、且つ薄層を焼成後における熱膨張率の順に積層し
ているので、薄層間に発生する熱応力による割れの発生
を抑制することができる。

［実施例コ 以下、添付図面を参照してこの発明の実施例について具
体的に説明する。第１図はこの実施例に係る軽量断熱部
材を示す断面図刀あり、第２図はその平面図である。第
１図に示すように、この軽量断熱部材は３つの薄層の積
層体からなっている。上層１は比較的熱膨張率が低い材
料、例えば５ｉ０２等で形成されている。また、下層３
は熱膨張率が比較的高い材料、例えばＮｉ等で形成され
ている。更に、中間層２は上層１及び下層３の間の熱膨
張率を有する材料、例えば八Ω２０３で形成されている
。即ち、この部材は、これら３層が熱膨張率の順に積層
された積層体である。そして、隣接する層の熱膨張率の
差は１０ＸＩＯ’℃−１以下である。差がこれ以上であ
ると、熱応力により層の界面に割れが発生する虞がある
。例えば、上述のように部材を５ｉ０２、Ａｌ２２０３
及びＮｉの積層体で形成する場合には、５ｉ０２の熱膨
張係数が５．０ＸＩＯ×１０−１、ＡＮ　２０３の熱膨
張係数が９．０ＸＩＯ槌’Ｃ−１、Ｎｉの熱膨張係数が
１３．３Ｘ１０→’Ｃ−１であるから、この条件に合致
する。

なお、第１図は３層の場合を示すが、これに限らず２層
以上であればよい。

各層には、第２図に示すように円形又は楕円形のような
鋭角を含まない複数の貫通孔４が形成されている。これ
らの孔４の量は部材の使用目的に応じて適宜設定するこ
とが可能であるが、各層の面の面積の８０％以下である
ことが必要である。

８０％を超えると、後述するように製造上の不都合を生
じる。

次に、このような部材の製造方法について説明する。先
ず、各層を形成する金属又はセラミックの粉末原料にポ
リビニルブチラール等のバインダ、溶媒、及び分散剤を
加え、更に必要に応じて可塑剤を加えてこれらを振動ミ
ルにて混合し、スラリを生成する。このスラリを脱泡し
た後、ドクタブレード法にてグリーンシートを作成する
。なお、このグリーンシートは、厚みが１■以下である
ことが好ましい。１■を超えると乾燥時にひび割れが生
じやすい。

次いで、ポンチを用いてこのグリーンシートに貫通孔を
形成する。この貫通孔は前述したように鋭角を含まない
形状、例えば円形及び楕円形をなしている。この貫通孔
が占める面積は、シート面の面積の８０％以下であるこ
とが必要である。

８０％を超えた場合には、シートのハンドリングが困難
になってしまう。また、この貫通孔の大きさは使用目的
によって種々設定可能であるが、その径が２０＋ｏｎ＋
以下１１１１１程度であることが好ましい。

その後、このように穿孔したグリーンシートを熱膨張率
の順に積層し、適宜の焼成炉にて焼成する。これにより
軽量断熱部材が形成される。

このように形成された軽量断熱部材を上層１側から加熱
すると、部材の表面と裏面との間に温度差が生じる。こ
の場合に、加熱される側の上層１が下層３よりも熱膨張
率が低いので熱膨張の差による変形が少ない。また、隣
接する層間の熱膨張係数の差が小さいと共に、各層を熱
膨張の順に重ねて形成しているので、各層間の熱歪みを
小さくすることができ、熱応力を緩和することができる
。

更に、形成した孔が鋭角を含んでいないので、熱応力に
よって孔から発生するクラックを著しく低減することが
できる。従って、加熱時に熱応力によって発生する部材
の損傷を有効に防止することができる。

次に、この発明の具体的な実施例について説明する。

先ず、上述の方法によりこの発明の範囲内である実施例
１乃至５のサンプルを作成し、比較のためこの発明の範
囲から外れる比較例１乃至４のサンプルを作成した。第
１表にこれらサンプルの材料、孔の形状、気孔率（貫通
孔が占める面積の割合）、及び部材の片側から５０Ｗ／
Ｃｍ２の熱を加えた場合の部材の状態を示す。

ここで、各材料の熱膨張係数は、５ｉ０２が５．０ＸＩ
Ｏ″６、ＡＮ２０３が９．０ＸＩＯづ、Ｎｉが１３．３
ｘｌＯる、５ＵＳ３０４が１６．７Ｘ１０（′（単位は
℃−１）である。

実施例１乃至４は３層の積層体の場合を示□し、孔の形
状が鋭角を含まない円形又は楕円形であり、各層が熱膨
張率の順に設けられている。そして、隣接する各層の熱
膨張率の差が１０　Ｘ　１０”℃−１以下である。また
、実施例５は２層の積層体の場合を示し、孔の形状が鋭
角を含まない円形又は楕円形であり、各層の熱膨張率の
差が１０ＸＩＯ→℃−１以下である。第１表に示すよう
に実施例１乃至５のサンプルは加熱試験により割れが発
生しなかった。これに対し、比較例１乃至３は実施例１
と同様な層構成であるが孔が星形等、鋭角を含む形状で
あり、また、比較例４は２層であるが各層の熱膨張係数
の差が１０×１０×１０−１を超えているものである。

第１表に示すように、これら比較例はいずれも程度の差
はあるが加熱試験により１員傷が生じた。、 以上のことから、この発明に係る断熱部材は熱応力によ
る割れに対する耐性が極めて大きいことが確認された。

なお、上記実施例においては、各薄層を金属又はセラミ
ックスで形成したが、これらの混合体であってもよく、
使用目的に応じて適宜の材料を選択すればよい。

［発明の効果］ この発明によれば、部材に鋭角を含まない孔を形成し、
しかも、隣接する層の熱膨張係数の差を１０ＸＩＯ”Ｃ
−１以下にすると共に、熱膨張係数の大きさの順に積層
した積層体により部材を形成したので、部材内部に発生
する熱応力を極めて少なくすることができ、熱応力によ
る割れ等の損傷を有効に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る軽量断熱部材を示す断
面図、第２図はその平面図である。 １．２，３．薄層、４；孔。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 カロ　仰へ ↓ 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属又はセラミックス又はこれらの混合体からな
   る２層以上の多孔質薄層を積層して形成される軽量断熱
   部材であって、各薄層は、その面の８０％以下の面積を
   有すると共に鋭角を含まない形状の孔を有し、隣接する
   薄層間の熱膨張係数の差が１０×１０＾−＾６℃＾−＾
   １以下であると共に、薄層が３層以上の場合に各薄層が
   熱膨張係数の大きさの順に積層されていることを特徴と
   する軽量断熱部材。
2. （２）金属又はセラミックス又はこれらの混合体からな
   る厚さ１ｍｍ以下の複数の成形体に、その面の８０％以
   下の面積を有すると共に鋭角を含まない形状の孔を穿孔
   手段により形成する工程と、これら成形体を焼成後にお
   ける熱膨張率の順に積層して積層体を形成する工程と、
   この積層体を焼成する工程とを具備することを特徴とす
   る軽量断熱部材の製造方法。