JPH06116067A - 防熱材 - Google Patents
防熱材Info
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- JPH06116067A JPH06116067A JP28557192A JP28557192A JPH06116067A JP H06116067 A JPH06116067 A JP H06116067A JP 28557192 A JP28557192 A JP 28557192A JP 28557192 A JP28557192 A JP 28557192A JP H06116067 A JPH06116067 A JP H06116067A
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
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- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
- C04B41/5057—Carbides
- C04B41/5059—Silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00982—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as construction elements for space vehicles or aeroplanes
Abstract
同時に高い寸法精度を保持しながら耐酸化性の優れた宇
宙機の防熱材を提供する。 【構成】 表層に炭素被膜で被覆した二層構造を有する
C/C複合体の一部又は全部を炭化珪素に転化した宇宙
機の防熱体であって、上記炭化珪素がβ型炭化珪素を主
成分として成ることを特徴とする宇宙機の防熱材。
Description
安定性等を必要とする宇宙機(たとえばスペースシャト
ル)の防熱材に関する。
員、機材の運搬を目的とするもので、翼をもったロケッ
トでもあり、帰路の大気圏突入時には発熱して機体は金
属の耐熱限界を大きく越える苛酷な環境に遭遇する。
体が使用されているが、さらに耐熱性、耐酸化性を向上
させるために、各種セラミック混合粉末中に埋め込んで
約1600℃で熱処理してC/C複合体の表層を炭化珪
素化する方法などがとられている。
化処理等をされたC/C複合体より成る防熱材は炭化珪
素表面に形成された微小なクラックが発生しており二酸
化珪素などをそのクラックの中に含浸されることがある
ので、表面の平滑度が低く、宇宙機の防熱材として満足
のいく寸法精度や耐熱性は得られていなかった。
るところはC/C複合体に微少クラックを発生させず、
同時に高い寸法精度を保持しながら耐酸化性の優れた宇
宙機の防熱材を提供することにある。
めに、本発明のとった手段は「表層を炭素被膜で被覆し
た二重構造を有するC/C複合体の一部又は全部を炭化
珪素に転化した宇宙機の防熱体であって、上記炭化珪素
がβ型炭化珪素を主成分として成ることを特徴とする宇
宙機の防熱材。」である。
ーヨン、フェノール樹脂等の合成高分子材料を出発原料
とする炭素繊維か、又は石油ピッチ、石炭ピッチ等を出
発原料とする炭素繊維を用いて一次元、二次元、三次元
構造、あるいはもっと高次元の構造に組み立てられる。
フラン樹脂等の炭化性樹脂を含浸したり、ピッチ類を含
浸し、硬化後、700℃以上で焼成炭化する。この工程
でより緻密で高強度のC/C複合体を得るには樹脂含浸
−硬化−炭化のプロセスを数回繰り返す必要がある。
又、この他にも樹脂含浸に換えて、CVD処理によって
熱分解炭素を炭素繊維構造体内に均一に沈積させてもよ
い。更に、C/C複合体の表層を炭素被膜で被覆して二
層構造とするには、たとえば、フェノール樹脂、フラン
樹脂、ジビニルベンゼン樹脂、または縮合多環芳香族化
合物とヒドロキシメチル基、ハロメチル基のいづれか少
なくとも一種の基を二個以上有する一環または二環以上
の芳香環から成る芳香族架橋剤と、酸触媒とを組合せて
成る組成物(以下、コプナ樹脂という)の中から選ばれ
る一種または二種以上の熱硬化性樹脂をC/C複合体基
材上にて炭化させ炭素被膜とし、二層構造を作成する。
膜で被覆した二重構造を有するC/C複合材より成る宇
宙機の防熱材の一部又は全部を炭化珪素に、特に120
0℃以上において機械的強度が急増する特異的性質を持
ったβ型炭化珪素を主成分とするものに転化させる方法
として一酸化珪素と反応させる転化法を用いる。
果、次式のように反応させることにより、防熱材の形状
を保持したまま微少クラックをほとんど発生させないC
/C複合材の表面改質法であることがわかった。 SiO(g)+2C=SiC+CO(g) この反応を1600℃〜1950℃の温度範囲で進行さ
せることにより効率的にβ型炭化珪素を生成させること
ができる。
ガス発生源として珪素粉と二酸化珪素粉の混合体、又は
炭化珪素粉と二酸化珪素粉の混合体、あるいは炭素粉と
二酸化珪素粉の混合体、その他各種珪素化合物を120
0℃〜2300℃に加熱することにより行うことができ
る。
せるには一酸化珪素ガスの発生源と接触しないように黒
鉛容器に載置し、一酸化珪素ガス発生源から防熱材の表
面へ一酸化珪素ガスを導入して防熱材の微細気孔を通し
て、一酸化珪素ガスを拡散させて転化反応を行わせる。
転化させるには、希望する部分以外は黒鉛板等を当てて
マスクさせることによって、一酸化珪素ガスとの接触を
断つことにより行うことができる。
表面層を炭化珪素に転化させるとき、処理温度を160
0℃〜1950℃の範囲で選択することによって防熱材
表面層の転化層の中に未反応炭素を残留させ、使用部位
などの用途に応じて炭化珪素分の重量割合である珪化率
をいろいろ変えたものをつくることができる。又、処理
温度のほかに処理時間を調節することによっても防熱材
表面の転化の厚さをコントロールすることができる。そ
の他、一酸化珪素の濃度を調節することによって珪化
率、転化層の厚さをコントロールすることもできる。
を構成する炭素繊維自体を前記の方法を用いて、繊維表
面層の一部又は全部をβ型炭化珪素に転化させ、この炭
素繊維を用いて1次元、2次元、又は3次元、あるいは
それ以上の高次元のC/C複合体に編み上げて樹脂含浸
−硬化−炭化あるいはCVD処理の工程を経て防熱材を
得ることもできる。
ようにβ型炭化珪素を主成分とするものに転化し、その
上に更にCVD法やスパッタリング蒸着などのPVD法
等を用いて炭化珪素や窒化珪素などの各種の耐熱物質か
らなる層構造をとらせることもでき、本発明であるC/
C複合体の基礎構造を採用することによる効果をこのよ
うな傾斜機能材料においてもそのまま受け継ぐことが可
能となる。
を有するC/C複合体により成る宇宙機の防熱材の表面
層を一酸化珪素ガスを浸透拡散させ、防熱材自体と反応
させてβ型炭化珪素に転化させることが特徴となってい
る。
一酸化珪素ガスの発生源が接触しておらず、発生源から
防熱材の表面へ一酸化珪素ガスを導入して拡散させ、転
化反応させるため、処理温度、処理時間、又は一酸化珪
素ガス濃度を変化させることにより、平滑度を保ったま
ま珪化率、転化層の厚さをコントロールすることが可能
であり十分な寸法精度を確保することができる。また、
C/C複合体表層を炭化被膜で被覆した二層構造を有す
るため、転化層の厚さを均一にコントロールすることが
できる。
メッキ、溶射、塗布のような方法を使って炭素繊維の上
に直接各種物質を沈積被膜化したものとは根本的に違っ
ている。つまり、CVD法やPVD法、あるいはメッ
キ、溶射、塗布などによって得られた炭素繊維表面は各
種の沈積被膜物質と炭素繊維表面がファン・デル・ワー
ルス力等による物理的接着のみで結合しており、このよ
うな炭素繊維より成るC/C複合体の防熱材を用いた場
合、高温雰囲気下での繰り返し使用では沈積被膜物質が
熱膨張差や剪断応力等が原因となって微少なクラックや
剥離を起こし、耐摩耗性、耐酸化性を早期に損なう。
最も安定で化学的に腐食されない耐酸化性と耐摩耗性に
優れ、特に1200℃以上で急激に強度が増加するβ型
炭化珪素が主成分であり、防熱材の表層自体が一酸化珪
素と反応して炭化珪素に変化したものであるから境界は
完全な連続の組織となっており、高温雰囲気下での繰り
返し使用によって転化層が剥離することはなく長期にわ
たって耐酸化性、耐摩耗性を確保する。
た二層構造を有するC/C複合体の表層をβ型炭化珪素
を主成分とするものに転化した基礎構造体の上に各種耐
熱物質、たとえば緻密質の炭化珪素層などの炭化物や二
酸化珪素層などの酸化物、窒化珪素層などの窒化物ある
いは耐熱金属などを沈積被覆させた宇宙機の防熱材にお
いても、本発明のβ型炭化珪素の転化層が緩衝材として
作用し、高温雰囲気下での繰り返し使用によってクラッ
クの発生や剥離を起こすことはない。
より成る防熱材を用意した。熱硬化性樹脂として、軟化
点80℃の石油系ピッチのベンゼン可溶分とP−キシレ
ングリコールをモル比で1:2の割合で混合し、そこに
1wt%のP−トルエンスルホン酸を加えた混合物を用
いて、これを130℃で40分間反応させた。この反応
生成物を130℃で溶融させ、前記C/C複合体に塗布
し、180℃で硬化させる工程をくり返した後、190
0℃で焼成し、炭素被膜で被覆した二層構造を作成し
た。ひきつづき、珪素粉と二酸化珪素粉の混合成形体
1.2Kg(モル比1:1)と接触しない様に同一黒鉛
容器に入れ1900℃で加熱し、この温度で30分間保
持し、表面層をβ型炭化珪素に転化した。
ように、C/C複合体3の表面層が約100ミクロンメ
ータの厚さで、未反応炭素を含んだβ型炭化珪素に転化
した層2を持った防熱材1を得た。炭化珪素に転化した
層2は、第2図のA部分拡大図に示した様に、表面から
約100ミクロンメータの厚さで炭化珪素に転化した部
分5と未反応炭素部分6から成る炭素繊維、及び炭素珪
素に転化した部分7と未反応炭素8から成る炭素マトリ
ックスより構成されている。表面層の状態は未処理の時
と同じ平滑度で、クラックの発生は見られなかった。
た。800℃の温度下で酸素濃度15%の雰囲気に保っ
た中で3時間放置した試料の酸化消耗率(重量減少率)
を測定した。その結果、本発明の試料の酸化消耗率は従
来のクラックの発生した炭化珪素層を有するC/C複合
体の酸化消耗率の約1/5であった。
被覆した二層構造を有するC/C複合体より成る本発明
の防熱材はその一部又は全部をβ型炭化珪素を主成分と
する層によって均一に保護されているため、その炭化珪
素表層にはクラックが発生せず、又、一酸化珪素ガスで
転化反応を起こさせているため平滑度の低下を来すこと
がない。
苛酷な環境で使用する際にクラックが拡大して剥離した
り、寸法不良のため再調整するといった問題が発生せ
ず、良好な耐酸化性を有する防熱材として安心して使用
することができる。
る。
る。
Claims (1)
- 【請求項1】 表層を炭素被膜で被覆した二層構造を有
するC/C複合体の一部又は全部を炭化珪素に転化した
宇宙機の防熱材であって、上記炭化珪素がβ型炭化珪素
を主成分として成ることを特徴とする宇宙機の防熱材。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP28557192A JP3519748B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 防熱材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28557192A JP3519748B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 防熱材 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06116067A true JPH06116067A (ja) | 1994-04-26 |
JP3519748B2 JP3519748B2 (ja) | 2004-04-19 |
Family
ID=17693282
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28557192A Expired - Fee Related JP3519748B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 防熱材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3519748B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6902798B2 (en) | 2000-08-18 | 2005-06-07 | Fuelcell Energy, Ltd. | High temperature gas seals |
JP2009210266A (ja) * | 2008-02-29 | 2009-09-17 | Ibiden Co Ltd | 管状体 |
JP2013210372A (ja) * | 2013-04-26 | 2013-10-10 | Ibiden Co Ltd | 核燃料被覆管及びその製造方法 |
-
1992
- 1992-09-30 JP JP28557192A patent/JP3519748B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6902798B2 (en) | 2000-08-18 | 2005-06-07 | Fuelcell Energy, Ltd. | High temperature gas seals |
JP2009210266A (ja) * | 2008-02-29 | 2009-09-17 | Ibiden Co Ltd | 管状体 |
US8603579B2 (en) | 2008-02-29 | 2013-12-10 | Ibiden Co., Ltd. | Tubular body and method for producing the same |
JP2013210372A (ja) * | 2013-04-26 | 2013-10-10 | Ibiden Co Ltd | 核燃料被覆管及びその製造方法 |
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---|---|
JP3519748B2 (ja) | 2004-04-19 |
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