JPH08198679A - ３次元繊維強化複合材料部品の製造方法 - Google Patents
３次元繊維強化複合材料部品の製造方法Info
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- JPH08198679A JPH08198679A JP7005480A JP548095A JPH08198679A JP H08198679 A JPH08198679 A JP H08198679A JP 7005480 A JP7005480 A JP 7005480A JP 548095 A JP548095 A JP 548095A JP H08198679 A JPH08198679 A JP H08198679A
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- dimensional
- composite material
- fiber
- sic
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温強度が高く、高温で無冷却で使用するこ
とができ、３次元応力にも強く、３軸応力状態で使用し
ても剥離しにくく、かつ加工の際にマトリックスが剥離
／脱落しにくい３次元繊維強化複合材料部品の製造方法
を提供する。 【構成】 互いに交差する２方向のＳｉＣ繊維に、これ
らに垂直方向のＳｉＣ繊維を織り込んで３次元織物を成
形する３次元織り工程１０と、３次元織物の繊維の表面
に加熱・減圧下でＳｉＣの被膜を蒸着させる蒸着工程１
２と、蒸着後の３次元織物の表面及び空隙に接着剤を含
浸させる含浸工程１４と、含浸後の３次元織物を加熱し
て接着剤を蒸発させる蒸発工程１８とからなる。
とができ、３次元応力にも強く、３軸応力状態で使用し
ても剥離しにくく、かつ加工の際にマトリックスが剥離
／脱落しにくい３次元繊維強化複合材料部品の製造方法
を提供する。 【構成】 互いに交差する２方向のＳｉＣ繊維に、これ
らに垂直方向のＳｉＣ繊維を織り込んで３次元織物を成
形する３次元織り工程１０と、３次元織物の繊維の表面
に加熱・減圧下でＳｉＣの被膜を蒸着させる蒸着工程１
２と、蒸着後の３次元織物の表面及び空隙に接着剤を含
浸させる含浸工程１４と、含浸後の３次元織物を加熱し
て接着剤を蒸発させる蒸発工程１８とからなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、３次元繊維強化複合材
料部品の製造方法に係わり、更に詳しくは、ＦＲＣ（繊
維強化セラミック）を構成する繊維とマトリックスの両
方が炭化けい素（ＳｉＣ）であるＦＲＣ部品の製造方法
に関する。
料部品の製造方法に係わり、更に詳しくは、ＦＲＣ（繊
維強化セラミック）を構成する繊維とマトリックスの両
方が炭化けい素（ＳｉＣ）であるＦＲＣ部品の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、航空エンジンの熱効率向上のた
め、タービン入口温度を例えば１，４００℃以上まで高
めることが要望されている。しかし、タービン入口温度
がかかる高温になると、タービン翼のみならず、タービ
ンディスクも高温（例えば７００℃以上）になり、従来
の金属材料では高温強度が不足し、またタービンブレー
ドとダービンディスク間の連結が熱膨張差等により困難
となる問題があった。また、タービンの上流側に位置す
るタービンノズルや、下流側に位置するフラップやジェ
ットノズルのスロートも高温ガスに曝されるため、従来
の耐熱合金（例えばニッケル合金等）では高温強度が不
足し、冷却空気等で冷却する必要があり、構造が複雑と
なり、重量が低減できず、エンジン性能（例えば比推
力）の向上に限界がある。
め、タービン入口温度を例えば１，４００℃以上まで高
めることが要望されている。しかし、タービン入口温度
がかかる高温になると、タービン翼のみならず、タービ
ンディスクも高温（例えば７００℃以上）になり、従来
の金属材料では高温強度が不足し、またタービンブレー
ドとダービンディスク間の連結が熱膨張差等により困難
となる問題があった。また、タービンの上流側に位置す
るタービンノズルや、下流側に位置するフラップやジェ
ットノズルのスロートも高温ガスに曝されるため、従来
の耐熱合金（例えばニッケル合金等）では高温強度が不
足し、冷却空気等で冷却する必要があり、構造が複雑と
なり、重量が低減できず、エンジン性能（例えば比推
力）の向上に限界がある。
【０００３】かかる問題を解決するため、耐熱性の高い
ＦＲＣ（繊維強化セラミック）を用いて、タービンブレ
ードとディスクの一体部品であるブリスク（ＢＬＩＳ
Ｃ）やタービンノズル、フラップ、ジェットノズルのス
ロート、スラスタ等の高温エンジン部品（ＦＲＣ部品）
を製造することが各国で鋭意研究されている。これらの
高温エンジン部品は無冷却で使用でき、金属材料に比べ
て約４０％の重量低減が可能であり、これにより構造が
簡単になり、かつ比推力を大幅に高めることができる。
ＦＲＣ（繊維強化セラミック）を用いて、タービンブレ
ードとディスクの一体部品であるブリスク（ＢＬＩＳ
Ｃ）やタービンノズル、フラップ、ジェットノズルのス
ロート、スラスタ等の高温エンジン部品（ＦＲＣ部品）
を製造することが各国で鋭意研究されている。これらの
高温エンジン部品は無冷却で使用でき、金属材料に比べ
て約４０％の重量低減が可能であり、これにより構造が
簡単になり、かつ比推力を大幅に高めることができる。
【０００４】かかるＦＲＣ部品としては、耐熱性、耐食
性、耐酸化性等に優れた炭化けい素（以下、ＳｉＣ）の
繊維とマトリックス（母材）からなる繊維強化型炭化け
い素複合材料部品（以下、ＳｉＣ複合材料部品）が最も
有力視されている。
性、耐酸化性等に優れた炭化けい素（以下、ＳｉＣ）の
繊維とマトリックス（母材）からなる繊維強化型炭化け
い素複合材料部品（以下、ＳｉＣ複合材料部品）が最も
有力視されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＳｉＣ繊維
は、靱性が比較的低いため、従来３次元織りが困難であ
る問題点があった。そのため、従来は２次元織りのＳｉ
Ｃ繊維を積層・接合してＳｉＣ複合材料部品の製造をし
ていたが、かかるＳｉＣ複合材料部品は３次元応力（Ｚ
軸方向の応力）に弱く、３軸応力状態で使用中に各層が
剥離しやすい問題点があった。また、ＳｉＣは硬度が高
く（例えばＨｖ約２，４００）、通常の工具では加工で
きず、かつ加工時の負荷により加工の際に、ＳｉＣのマ
トリックスが剥離／脱落しやすく、ＳｉＣ複合材料部品
の強度や形状精度が低下する問題点もあった。
は、靱性が比較的低いため、従来３次元織りが困難であ
る問題点があった。そのため、従来は２次元織りのＳｉ
Ｃ繊維を積層・接合してＳｉＣ複合材料部品の製造をし
ていたが、かかるＳｉＣ複合材料部品は３次元応力（Ｚ
軸方向の応力）に弱く、３軸応力状態で使用中に各層が
剥離しやすい問題点があった。また、ＳｉＣは硬度が高
く（例えばＨｖ約２，４００）、通常の工具では加工で
きず、かつ加工時の負荷により加工の際に、ＳｉＣのマ
トリックスが剥離／脱落しやすく、ＳｉＣ複合材料部品
の強度や形状精度が低下する問題点もあった。
【０００６】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、高温
強度が高く、高温で無冷却で使用することができ、３次
元応力に強く、３軸応力状態で使用しても剥離しにく
く、かつ加工の際にマトリックスが剥離／脱落しにくい
３次元繊維強化複合材料部品の製造方法を提供すること
にある。
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、高温
強度が高く、高温で無冷却で使用することができ、３次
元応力に強く、３軸応力状態で使用しても剥離しにく
く、かつ加工の際にマトリックスが剥離／脱落しにくい
３次元繊維強化複合材料部品の製造方法を提供すること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、互いに
交差する２方向のＳｉＣ繊維に、これらに垂直方向のＳ
ｉＣ繊維を織り込んで３次元織物を成形する３次元織り
工程と、前記３次元織物の繊維の表面に加熱・減圧下で
ＳｉＣの被膜を蒸着させる蒸着工程と、蒸着後の３次元
織物の表面及び空隙に接着剤を含浸させる含浸工程と、
含浸後の３次元織物を加熱して接着剤を蒸発させる蒸発
工程と、を備えることを特徴とする３次元繊維強化複合
材料部品の製造方法が提供される。
交差する２方向のＳｉＣ繊維に、これらに垂直方向のＳ
ｉＣ繊維を織り込んで３次元織物を成形する３次元織り
工程と、前記３次元織物の繊維の表面に加熱・減圧下で
ＳｉＣの被膜を蒸着させる蒸着工程と、蒸着後の３次元
織物の表面及び空隙に接着剤を含浸させる含浸工程と、
含浸後の３次元織物を加熱して接着剤を蒸発させる蒸発
工程と、を備えることを特徴とする３次元繊維強化複合
材料部品の製造方法が提供される。
【０００８】本発明の好ましい実施例によれば、更に、
含浸後の３次元織物を接着剤の融点以下で研削加工する
加工工程を備える。また、前記３次元織物の成形は、
縦、横、垂直方向のＳｉＣ繊維を互いに絡せることなく
交差させることによる。蒸着工程において、メチルトリ
クロロシランを含む水素ガスを流通させ、反応によりＳ
ｉＣを繊維の表面に沈積させる。また、３次元織物の繊
維間に隙間が残るように部分的にＳｉＣを蒸着させる。
更に、蒸着工程における反応温度は約９５０℃、反応圧
力は約５ｔｏｒｒである、ことが好ましい。
含浸後の３次元織物を接着剤の融点以下で研削加工する
加工工程を備える。また、前記３次元織物の成形は、
縦、横、垂直方向のＳｉＣ繊維を互いに絡せることなく
交差させることによる。蒸着工程において、メチルトリ
クロロシランを含む水素ガスを流通させ、反応によりＳ
ｉＣを繊維の表面に沈積させる。また、３次元織物の繊
維間に隙間が残るように部分的にＳｉＣを蒸着させる。
更に、蒸着工程における反応温度は約９５０℃、反応圧
力は約５ｔｏｒｒである、ことが好ましい。
【０００９】また、含浸工程において、融点が３００℃
以上かつ蒸発温度が６００℃以下の接着剤を用いる。更
に、加工工程において、ダイヤモンド砥石及び蒸着砥石
を用い、４７０ｍ／ｍｉｎ以上の周速で研削加工する。
また、前記蒸発工程は還元雰囲気で行い、接着剤の蒸発
温度以上に加熱する、ことが好ましい。
以上かつ蒸発温度が６００℃以下の接着剤を用いる。更
に、加工工程において、ダイヤモンド砥石及び蒸着砥石
を用い、４７０ｍ／ｍｉｎ以上の周速で研削加工する。
また、前記蒸発工程は還元雰囲気で行い、接着剤の蒸発
温度以上に加熱する、ことが好ましい。
【００１０】
【作用】上記本発明の方法によれば、３次元織り工程に
おいて、互いに交差する２方向の繊維に、垂直方向の繊
維を織り込んで３次元織物を成形し、蒸着工程で繊維の
表面にＳｉＣの被膜を蒸着させるので、製造した３次元
繊維強化複合材料部品は、３軸方向のいずれの方向に対
しても各繊維で荷重を直接或いは分担して受けることが
でき、３次元応力に強く３軸応力状態で使用しても剥離
しにくい。また、含浸工程で３次元織物の空隙に接着剤
を含浸させ、加工工程で３次元織物を接着剤の融点以下
で研削加工するので、接着剤によりマトリックス及び繊
維に作用する力が分散され、加工の際にマトリックスが
剥離／脱落しにくい。更に、繊維とマトリックスの両方
に耐熱強度の高いＳｉＣを用いているので、熱膨張差が
生じにくく、例えば１，３００℃以上の高温においても
無冷却で使用することができる。
おいて、互いに交差する２方向の繊維に、垂直方向の繊
維を織り込んで３次元織物を成形し、蒸着工程で繊維の
表面にＳｉＣの被膜を蒸着させるので、製造した３次元
繊維強化複合材料部品は、３軸方向のいずれの方向に対
しても各繊維で荷重を直接或いは分担して受けることが
でき、３次元応力に強く３軸応力状態で使用しても剥離
しにくい。また、含浸工程で３次元織物の空隙に接着剤
を含浸させ、加工工程で３次元織物を接着剤の融点以下
で研削加工するので、接着剤によりマトリックス及び繊
維に作用する力が分散され、加工の際にマトリックスが
剥離／脱落しにくい。更に、繊維とマトリックスの両方
に耐熱強度の高いＳｉＣを用いているので、熱膨張差が
生じにくく、例えば１，３００℃以上の高温においても
無冷却で使用することができる。
【００１１】また、３次元織り工程において、ＳｉＣ繊
維を互いに絡せることなく縦、横、垂直方向に交差させ
ることにより、靱性、熱衝撃性が比較的低いＳｉＣ繊維
を用いて３次元織りを行うことができる。この３次元織
物の成形は、ＳｉＣ繊維の多くを連続して用いることが
でき、かつ緻密に織ることができる。更に、蒸着工程に
おいて、メチルトリクロロシランを含む水素ガスを流通
させ、反応によりＳｉＣを繊維の表面に沈積させること
により、緻密なＳｉＣにより繊維表面を覆うことがで
き、繊維の強度を高め、かつ複雑な形状にも被覆するこ
とができる。また、３次元織物の繊維間に隙間が残るよ
うに部分的にＳｉＣを蒸着させることにより、３軸応力
状態における歪みをこの隙間で吸収することができ、３
次元応力に対する強度を高めることができる。
維を互いに絡せることなく縦、横、垂直方向に交差させ
ることにより、靱性、熱衝撃性が比較的低いＳｉＣ繊維
を用いて３次元織りを行うことができる。この３次元織
物の成形は、ＳｉＣ繊維の多くを連続して用いることが
でき、かつ緻密に織ることができる。更に、蒸着工程に
おいて、メチルトリクロロシランを含む水素ガスを流通
させ、反応によりＳｉＣを繊維の表面に沈積させること
により、緻密なＳｉＣにより繊維表面を覆うことがで
き、繊維の強度を高め、かつ複雑な形状にも被覆するこ
とができる。また、３次元織物の繊維間に隙間が残るよ
うに部分的にＳｉＣを蒸着させることにより、３軸応力
状態における歪みをこの隙間で吸収することができ、３
次元応力に対する強度を高めることができる。
【００１２】また、含浸工程において、融点が３００℃
以上かつ蒸発温度が６００℃以下の接着剤を用いること
により、加工の際にマトリックスを保持し、かつ複合材
料部品を劣化させることなく接着剤を除去することがで
きる。更に、加工工程において、ダイヤモンド砥石及び
蒸着砥石を用い、４７０ｍ／ｍｉｎ以上の周速で研削加
工することにより、研削抵抗を低く抑えながら硬度の高
いＳｉＣを効率的に加工でき、かつ加工時の接着剤温度
を融点以下に維持することができる。また、蒸発工程を
還元雰囲気で行い、接着剤の蒸発温度以上に加熱するこ
とにより、複合材料部品の酸化を防止して劣化させるこ
となく接着剤を除去することができる。
以上かつ蒸発温度が６００℃以下の接着剤を用いること
により、加工の際にマトリックスを保持し、かつ複合材
料部品を劣化させることなく接着剤を除去することがで
きる。更に、加工工程において、ダイヤモンド砥石及び
蒸着砥石を用い、４７０ｍ／ｍｉｎ以上の周速で研削加
工することにより、研削抵抗を低く抑えながら硬度の高
いＳｉＣを効率的に加工でき、かつ加工時の接着剤温度
を融点以下に維持することができる。また、蒸発工程を
還元雰囲気で行い、接着剤の蒸発温度以上に加熱するこ
とにより、複合材料部品の酸化を防止して劣化させるこ
となく接着剤を除去することができる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。なお、各図において、共通する部分には
同一の符号を付して使用する。図１は、本発明による３
次元繊維強化複合材料部品の製造方法の工程ブロック図
である。この図において、本発明の方法は、３次元織り
工程１０、蒸着工程１２、含浸工程１４、加工工程１
６、及び蒸発工程１８からなる。
して説明する。なお、各図において、共通する部分には
同一の符号を付して使用する。図１は、本発明による３
次元繊維強化複合材料部品の製造方法の工程ブロック図
である。この図において、本発明の方法は、３次元織り
工程１０、蒸着工程１２、含浸工程１４、加工工程１
６、及び蒸発工程１８からなる。
【００１４】３次元織り工程１０では、互いに交差する
２方向のＳｉＣ繊維（Ｘ糸とＹ糸）からなる２次元織り
を行い、同時にこれらＳｉＣ繊維に垂直方向のＳｉＣ繊
維（Ｚ糸）を織り込んで３次元織物を成形する。かかる
成形法により、ＳｉＣ繊維の多くを連続して用いること
ができ、かつ繊維含有率の高い緻密な織物を織ることが
できる。なお、互いに交差する３方向の繊維は、必ずし
も直交する必要はなく、斜めに交差してもよい。また、
使用するＳｉＣ繊維は、好ましくは連続した長繊維であ
り、特に単結晶繊維であるのがよい。
２方向のＳｉＣ繊維（Ｘ糸とＹ糸）からなる２次元織り
を行い、同時にこれらＳｉＣ繊維に垂直方向のＳｉＣ繊
維（Ｚ糸）を織り込んで３次元織物を成形する。かかる
成形法により、ＳｉＣ繊維の多くを連続して用いること
ができ、かつ繊維含有率の高い緻密な織物を織ることが
できる。なお、互いに交差する３方向の繊維は、必ずし
も直交する必要はなく、斜めに交差してもよい。また、
使用するＳｉＣ繊維は、好ましくは連続した長繊維であ
り、特に単結晶繊維であるのがよい。
【００１５】かかる方法により、ＳｉＣ繊維の３次元織
りを行うことができ、かつ製造した３次元繊維強化複合
材料部品は、３次元方向（縦、横、及び垂直方向、或い
は、円周方向の２成分と半径方向）のいずれの方向に対
しても各繊維で荷重を直接或いは分担して受けることが
できる。なお、かかる方法で成形する３次元織物は、で
きる限り所望の３次元繊維強化複合材料部品、すなわ
ち、タービンブレードとディスクの一体部品であるブリ
スク（ＢＬＩＳＣ）やタービンノズル、フラップ、ジェ
ットノズルのスロート、スラスタ等の高温エンジン部品
の完成状態に近い形状（いわゆるNear Net Shape）とす
るのがよい。
りを行うことができ、かつ製造した３次元繊維強化複合
材料部品は、３次元方向（縦、横、及び垂直方向、或い
は、円周方向の２成分と半径方向）のいずれの方向に対
しても各繊維で荷重を直接或いは分担して受けることが
できる。なお、かかる方法で成形する３次元織物は、で
きる限り所望の３次元繊維強化複合材料部品、すなわ
ち、タービンブレードとディスクの一体部品であるブリ
スク（ＢＬＩＳＣ）やタービンノズル、フラップ、ジェ
ットノズルのスロート、スラスタ等の高温エンジン部品
の完成状態に近い形状（いわゆるNear Net Shape）とす
るのがよい。
【００１６】図２は、３次元織り工程１０で成形した３
次元織物Ａの構成図である。この図に示すように、３次
元織物Ａの成形は、縦、横、垂直方向（図でＸ、Ｙ、Ｚ
方向）のＳｉＣ繊維１、２、３を互いに絡せることなく
交差させることによる。この方法により、靱性、熱衝撃
性が比較的低いＳｉＣ繊維を用いて３次元織りを行うこ
とができ、これに更にマトリックスＢを蒸着させること
により３次元繊維強化複合材料部品を製造することがで
きる。
次元織物Ａの構成図である。この図に示すように、３次
元織物Ａの成形は、縦、横、垂直方向（図でＸ、Ｙ、Ｚ
方向）のＳｉＣ繊維１、２、３を互いに絡せることなく
交差させることによる。この方法により、靱性、熱衝撃
性が比較的低いＳｉＣ繊維を用いて３次元織りを行うこ
とができ、これに更にマトリックスＢを蒸着させること
により３次元繊維強化複合材料部品を製造することがで
きる。
【００１７】蒸着工程１２では、３次元織り工程１０で
形成した３次元織物Ａの繊維の表面に加熱・減圧下でＳ
ｉＣの被膜を蒸着させる。この工程では、化学蒸着装置
すなわちＣＶＤ（Chemical Vapour Deposition）装置を
使用する。表１は、実施したＣＶＤの反応条件とその結
果である。この表において、ＭＴＳはメチルトリクロロ
シランであり、ＳＬＭはＮｌ／ｍｉｎの略である。
形成した３次元織物Ａの繊維の表面に加熱・減圧下でＳ
ｉＣの被膜を蒸着させる。この工程では、化学蒸着装置
すなわちＣＶＤ（Chemical Vapour Deposition）装置を
使用する。表１は、実施したＣＶＤの反応条件とその結
果である。この表において、ＭＴＳはメチルトリクロロ
シランであり、ＳＬＭはＮｌ／ｍｉｎの略である。
【００１８】
【表１】
【００１９】表１に示すように、蒸着工程において、メ
チルトリクロロシランを含む水素ガスを流通させ、反応
によりＳｉＣを繊維の表面に沈積させる。蒸着工程にお
ける反応温度は約９５０℃、反応圧力は約５ｔｏｒｒで
あるのがよい。メチルトリクロロシラン（ＣＨ3 ＳｉＣ
ｌ3 ）は、水素（Ｈ2 ）と反応してＳｉＣを析出し、こ
れをＳｉＣ繊維の表面に沈積させることができる。かか
る方法により、緻密なＳｉＣにより繊維表面を覆うこと
ができ、繊維の強度を高め、かつ複雑な形状にも被覆す
ることができる。
チルトリクロロシランを含む水素ガスを流通させ、反応
によりＳｉＣを繊維の表面に沈積させる。蒸着工程にお
ける反応温度は約９５０℃、反応圧力は約５ｔｏｒｒで
あるのがよい。メチルトリクロロシラン（ＣＨ3 ＳｉＣ
ｌ3 ）は、水素（Ｈ2 ）と反応してＳｉＣを析出し、こ
れをＳｉＣ繊維の表面に沈積させることができる。かか
る方法により、緻密なＳｉＣにより繊維表面を覆うこと
ができ、繊維の強度を高め、かつ複雑な形状にも被覆す
ることができる。
【００２０】また、表１から明らかなように、反応時間
が長いほど、重量の増加率（すなわちＳｉＣの蒸着量）
を増すことができる。
が長いほど、重量の増加率（すなわちＳｉＣの蒸着量）
を増すことができる。
【００２１】含浸工程１４では、蒸着後の３次元織物の
表面及び空隙に接着剤を含浸させる。接着剤には、融点
が３００℃以上かつ蒸発温度が６００℃以下の接着剤
（例えばアロンアルファ：商品名）を用いるのがよい。
この方法により、加工の際にマトリックスを保持し、か
つ複合材料部品を劣化させることなく接着剤を除去する
ことができる。
表面及び空隙に接着剤を含浸させる。接着剤には、融点
が３００℃以上かつ蒸発温度が６００℃以下の接着剤
（例えばアロンアルファ：商品名）を用いるのがよい。
この方法により、加工の際にマトリックスを保持し、か
つ複合材料部品を劣化させることなく接着剤を除去する
ことができる。
【００２２】加工工程１６では、含浸後の３次元織物を
接着剤の融点以下で研削加工する。この加工工程におい
て、ダイヤモンド砥石及び蒸着砥石を用い、４７０ｍ／
ｍｉｎ以上の周速で研削加工するのがよい。ダイヤモン
ド砥石及び蒸着砥石の使用により、所望の加工形状に合
った砥石を比較的容易に製作することができ、かつ例え
ばＨｖ約２，４００以上の高いＳｉＣを効率的に加工で
きる。表２は、かかる研削加工における周速と研削性能
とを比較した試験結果である。
接着剤の融点以下で研削加工する。この加工工程におい
て、ダイヤモンド砥石及び蒸着砥石を用い、４７０ｍ／
ｍｉｎ以上の周速で研削加工するのがよい。ダイヤモン
ド砥石及び蒸着砥石の使用により、所望の加工形状に合
った砥石を比較的容易に製作することができ、かつ例え
ばＨｖ約２，４００以上の高いＳｉＣを効率的に加工で
きる。表２は、かかる研削加工における周速と研削性能
とを比較した試験結果である。
【００２３】
【表２】
【００２４】表２から明らかなように、周速を４７０ｍ
／ｍｉｎ以上とすることにより、切削抵抗及び砥石の磨
耗が低減し、研削抵抗を低く抑えながら硬度の高いＳｉ
Ｃを効率的に加工でき、加工時の接着剤温度を融点以下
に維持することができる。
／ｍｉｎ以上とすることにより、切削抵抗及び砥石の磨
耗が低減し、研削抵抗を低く抑えながら硬度の高いＳｉ
Ｃを効率的に加工でき、加工時の接着剤温度を融点以下
に維持することができる。
【００２５】図３は、接着剤を用いず上述した含浸工程
１４を省いて側面を研削加工した試験片（Ａ）と、接着
剤を使用し上述した含浸工程１４及び加工工程１６によ
り側面を研削加工した試験片（Ｂ）と、を比較した図で
ある。なお、この試験では、３次元織りではなく２次元
織りのＦＲＣ材を使用した。図３（Ａ）で右上の白い円
弧部分が研削加工面であり、左下部分が２次元織りのＦ
ＲＣ部分である。ＦＲＣ部分の研削加工面に近い部分が
図で濃く見えており、この部分で剥離が発生した。な
お、この他にも、表３に示す種々の条件で加工試験を行
ったがいずれの場合でも、剥離が発生した。
１４を省いて側面を研削加工した試験片（Ａ）と、接着
剤を使用し上述した含浸工程１４及び加工工程１６によ
り側面を研削加工した試験片（Ｂ）と、を比較した図で
ある。なお、この試験では、３次元織りではなく２次元
織りのＦＲＣ材を使用した。図３（Ａ）で右上の白い円
弧部分が研削加工面であり、左下部分が２次元織りのＦ
ＲＣ部分である。ＦＲＣ部分の研削加工面に近い部分が
図で濃く見えており、この部分で剥離が発生した。な
お、この他にも、表３に示す種々の条件で加工試験を行
ったがいずれの場合でも、剥離が発生した。
【００２６】
【表３】
【００２７】図３（Ｂ）で左上の白い円弧部分が研削加
工面であり、右下の白い部分が接着剤、その間の部分が
ＦＲＣ部分である。図３（Ｂ）では、ＦＲＣ部分が主に
接着剤で支持されているにもかかわらず剥離がなく、条
件を変えた他の場合でも、剥離は全く発生しなかった。
従って、この方法により、接着剤によりマトリックス及
び繊維に作用する力が分散され、加工の際にマトリック
スを剥離／脱落しにくくすることができることがわか
る。
工面であり、右下の白い部分が接着剤、その間の部分が
ＦＲＣ部分である。図３（Ｂ）では、ＦＲＣ部分が主に
接着剤で支持されているにもかかわらず剥離がなく、条
件を変えた他の場合でも、剥離は全く発生しなかった。
従って、この方法により、接着剤によりマトリックス及
び繊維に作用する力が分散され、加工の際にマトリック
スを剥離／脱落しにくくすることができることがわか
る。
【００２８】蒸発工程１８では、加工後の３次元織物を
加熱して接着剤を蒸発させる。この蒸発工程１８は還元
雰囲気で行い、接着剤の蒸発温度以上に加熱する、こと
が好ましい。これにより、複合材料部品の酸化を防止し
て劣化させることなく接着剤を除去することができる。
加熱して接着剤を蒸発させる。この蒸発工程１８は還元
雰囲気で行い、接着剤の蒸発温度以上に加熱する、こと
が好ましい。これにより、複合材料部品の酸化を防止し
て劣化させることなく接着剤を除去することができる。
【００２９】上述したように、本発明の方法によれば、
互いに交差する２方向の繊維に、垂直方向の繊維を織り
込んで３次元織物を成形し、蒸着工程で繊維の表面にＳ
ｉＣの被膜を蒸着させるので、製造した３次元繊維強化
複合材料部品は、３次元方向のいずれの方向に対しても
各繊維で荷重を直接或いは分担して受けることができ、
３次元応力に強く３軸応力状態で使用しても剥離しにく
い。また、含浸工程で３次元織物の表面及び空隙に接着
剤を含浸させ、加工工程で３次元織物を接着剤の融点以
下で研削加工するので、接着剤によりマトリックスに作
用する力が繊維まで分散され、加工の際にマトリックス
が剥離／脱落しにくい。更に、繊維とマトリックスの両
方に耐熱強度の高いＳｉＣを用いているので、熱膨張差
が生じにくく、例えば１，３００℃以上の高温において
も無冷却で使用することができる。
互いに交差する２方向の繊維に、垂直方向の繊維を織り
込んで３次元織物を成形し、蒸着工程で繊維の表面にＳ
ｉＣの被膜を蒸着させるので、製造した３次元繊維強化
複合材料部品は、３次元方向のいずれの方向に対しても
各繊維で荷重を直接或いは分担して受けることができ、
３次元応力に強く３軸応力状態で使用しても剥離しにく
い。また、含浸工程で３次元織物の表面及び空隙に接着
剤を含浸させ、加工工程で３次元織物を接着剤の融点以
下で研削加工するので、接着剤によりマトリックスに作
用する力が繊維まで分散され、加工の際にマトリックス
が剥離／脱落しにくい。更に、繊維とマトリックスの両
方に耐熱強度の高いＳｉＣを用いているので、熱膨張差
が生じにくく、例えば１，３００℃以上の高温において
も無冷却で使用することができる。
【００３０】また、３次元織り工程において、ＳｉＣ繊
維を互いに絡せることなく縦、横、垂直方向に交差させ
ることにより、靱性が比較的低いＳｉＣ繊維を用いて３
次元織りを行うことができる。この３次元織物の成形を
機械織りによることにより、ＳｉＣ繊維の多くを連続し
て用いることができ、かつ緻密に織ることができる。更
に、蒸着工程において、メチルトリクロロシランを含む
水素ガスを流通させ、反応によりＳｉＣを繊維の表面に
沈積させ、緻密なＳｉＣにより繊維表面を覆うことがで
き、繊維の強度を高め、かつ複雑な形状にも被覆するこ
とができる。また、３次元織物の繊維間に隙間が残るよ
うに部分的にＳｉＣを蒸着させることにより、３軸応力
状態における歪みをこの隙間で吸収することができ、３
軸応力に対する強度を高めることができる。
維を互いに絡せることなく縦、横、垂直方向に交差させ
ることにより、靱性が比較的低いＳｉＣ繊維を用いて３
次元織りを行うことができる。この３次元織物の成形を
機械織りによることにより、ＳｉＣ繊維の多くを連続し
て用いることができ、かつ緻密に織ることができる。更
に、蒸着工程において、メチルトリクロロシランを含む
水素ガスを流通させ、反応によりＳｉＣを繊維の表面に
沈積させ、緻密なＳｉＣにより繊維表面を覆うことがで
き、繊維の強度を高め、かつ複雑な形状にも被覆するこ
とができる。また、３次元織物の繊維間に隙間が残るよ
うに部分的にＳｉＣを蒸着させることにより、３軸応力
状態における歪みをこの隙間で吸収することができ、３
軸応力に対する強度を高めることができる。
【００３１】また、含浸工程において、融点が３００℃
以上かつ蒸発温度が６００℃以下の接着剤を用いること
により、加工の際にマトリックスを保持し、かつ複合材
料部品を劣化させることなく接着剤を除去することがで
きる。更に、加工工程において、ダイヤモンド砥石及び
蒸着砥石を用い、４７０ｍ／ｍｉｎ以上の周速で研削加
工することにより、研削抵抗を低く抑えながら硬度の高
いＳｉＣを効率的に加工でき、かつ加工時の接着剤温度
を融点以下に維持することができる。また、蒸発工程を
還元雰囲気で行い、接着剤の蒸発温度以上に加熱するこ
とにより、複合材料部品の酸化を防止して劣化させるこ
となく接着剤を除去することができる。
以上かつ蒸発温度が６００℃以下の接着剤を用いること
により、加工の際にマトリックスを保持し、かつ複合材
料部品を劣化させることなく接着剤を除去することがで
きる。更に、加工工程において、ダイヤモンド砥石及び
蒸着砥石を用い、４７０ｍ／ｍｉｎ以上の周速で研削加
工することにより、研削抵抗を低く抑えながら硬度の高
いＳｉＣを効率的に加工でき、かつ加工時の接着剤温度
を融点以下に維持することができる。また、蒸発工程を
還元雰囲気で行い、接着剤の蒸発温度以上に加熱するこ
とにより、複合材料部品の酸化を防止して劣化させるこ
となく接着剤を除去することができる。
【００３２】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々変更できることは勿論である。
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々変更できることは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】上述したように、本発明の３次元繊維強
化複合材料部品の製造方法は、高温強度が高く、高温で
無冷却で使用することができ、３次元応力に強く、３軸
応力状態で使用しても剥離しにくく、かつ加工の際にマ
トリックスが剥離／脱落しにくい、等の優れた特徴を有
する３次元繊維強化複合材料部品を製造することができ
る効果を有する。
化複合材料部品の製造方法は、高温強度が高く、高温で
無冷却で使用することができ、３次元応力に強く、３軸
応力状態で使用しても剥離しにくく、かつ加工の際にマ
トリックスが剥離／脱落しにくい、等の優れた特徴を有
する３次元繊維強化複合材料部品を製造することができ
る効果を有する。
【図１】本発明による３次元繊維強化複合材料部品の製
造方法の工程ブロック図である。
造方法の工程ブロック図である。
【図２】３次元織り工程で形成した３次元織物の構成図
である。
である。
【図３】接着剤を使用しない研削加工の試験片（Ａ）
と、接着剤を使用した研削加工の試験片（Ｂ）との比較
図である。
と、接着剤を使用した研削加工の試験片（Ｂ）との比較
図である。
Ａ ３次元織物 Ｂ マトリックス １ 縦方向繊維（Ｘ糸） ２ 横方向繊維（Ｙ糸） ３ 垂直方向繊維（Ｚ糸） １０ ３次元織り工程 １２ 蒸着工程 １４ 含浸工程 １６ 加工工程 １８ 蒸発工程
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年５月１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】 接着剤を使用しない研削加工の試験片（Ａ）
と、接着剤を使用した研削加工の試験片（Ｂ）の顕微鏡
写真である。
と、接着剤を使用した研削加工の試験片（Ｂ）の顕微鏡
写真である。
Claims (10)
- 【請求項１】 互いに交差する２方向のＳｉＣ繊維に、
これらに垂直方向のＳｉＣ繊維を織り込んで３次元織物
を成形する３次元織り工程と、前記３次元織物の繊維の
表面に加熱・減圧下でＳｉＣの被膜を蒸着させる蒸着工
程と、蒸着後の３次元織物の表面及び空隙に接着剤を含
浸させる含浸工程と、含浸後の３次元織物を加熱して接
着剤を蒸発させる蒸発工程とを備えることを特徴とする
３次元繊維強化複合材料部品の製造方法。 - 【請求項２】 更に、含浸後の３次元織物を接着剤の融
点以下で研削加工する加工工程を備えることを特徴とす
る３次元繊維強化複合材料部品の製造方法。 - 【請求項３】 前記３次元織物の成形は、縦、横、垂直
方向のＳｉＣ繊維を互いに絡ませることなく交差させる
ことによる、ことを特徴とする請求項１に記載の３次元
繊維強化複合材料部品の製造方法。 - 【請求項４】 前記３次元織物の成形は、機械織りによ
る、ことを特徴とする請求項１に記載の３次元繊維強化
複合材料部品の製造方法。 - 【請求項５】 蒸着工程において、メチルトリクロロシ
ランを含む水素ガスを流通させ、反応によりＳｉＣを繊
維の表面に沈積させる、ことを特徴とする請求項１に記
載の３次元繊維強化複合材料部品の製造方法。 - 【請求項６】 蒸着工程において、３次元織物の繊維間
に隙間が残るように部分的にＳｉＣを蒸着させる、こと
を特徴とする請求項１に記載の３次元繊維強化複合材料
部品の製造方法。 - 【請求項７】 蒸着工程における反応温度は約９５０
℃、反応圧力は約５ｔｏｒｒである、ことを特徴とする
請求項１に記載の３次元繊維強化複合材料部品の製造方
法。 - 【請求項８】 含浸工程において、融点が３００℃以上
かつ蒸発温度が６００℃以下の接着剤を用いる、ことを
特徴とする請求項１に記載の３次元繊維強化複合材料部
品の製造方法。 - 【請求項９】 加工工程において、ダイヤモンド砥石及
び蒸着砥石を用い、４７０ｍ／ｍｉｎ以上の周速で研削
加工する、ことを特徴とする請求項２に記載の３次元繊
維強化複合材料部品の製造方法。 - 【請求項１０】 前記蒸発工程は還元雰囲気で行い、接
着剤の蒸発温度以上に加熱する、ことを特徴とする請求
項１に記載の３次元繊維強化複合材料部品の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7005480A JPH08198679A (ja) | 1995-01-18 | 1995-01-18 | ３次元繊維強化複合材料部品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7005480A JPH08198679A (ja) | 1995-01-18 | 1995-01-18 | ３次元繊維強化複合材料部品の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08198679A true JPH08198679A (ja) | 1996-08-06 |
Family
ID=11612417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7005480A Pending JPH08198679A (ja) | 1995-01-18 | 1995-01-18 | ３次元繊維強化複合材料部品の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08198679A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002211985A (ja) * | 2001-01-16 | 2002-07-31 | National Institute For Materials Science | ＳｉＣ又はＣ繊維のＣ又はＳｉＣ被覆方法 |
| JP2002211984A (ja) * | 2001-01-16 | 2002-07-31 | National Institute For Materials Science | ＳｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ複合材料の製造方法 |
| CN100348410C (zh) * | 2004-03-01 | 2007-11-14 | 财团法人中国纺织工业研究中心 | 一种空间布膜结构及其制造方法 |
| US8446077B2 (en) | 2010-12-16 | 2013-05-21 | Honda Motor Co., Ltd. | 3-D woven active fiber composite |
| JP2016186491A (ja) * | 2010-06-16 | 2016-10-27 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 核制御棒のための開孔を有する固体インターフェースジョイント |
| JP2016216333A (ja) * | 2015-05-26 | 2016-12-22 | イビデン株式会社 | セラミック複合材 |
-
1995
- 1995-01-18 JP JP7005480A patent/JPH08198679A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002211985A (ja) * | 2001-01-16 | 2002-07-31 | National Institute For Materials Science | ＳｉＣ又はＣ繊維のＣ又はＳｉＣ被覆方法 |
| JP2002211984A (ja) * | 2001-01-16 | 2002-07-31 | National Institute For Materials Science | ＳｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ複合材料の製造方法 |
| CN100348410C (zh) * | 2004-03-01 | 2007-11-14 | 财团法人中国纺织工业研究中心 | 一种空间布膜结构及其制造方法 |
| JP2016186491A (ja) * | 2010-06-16 | 2016-10-27 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 核制御棒のための開孔を有する固体インターフェースジョイント |
| US8446077B2 (en) | 2010-12-16 | 2013-05-21 | Honda Motor Co., Ltd. | 3-D woven active fiber composite |
| JP2016216333A (ja) * | 2015-05-26 | 2016-12-22 | イビデン株式会社 | セラミック複合材 |
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