JPS6058847A - セラミツク又は繊維強化セラミツクより成る複合体を製造するための方法及びこの方法によつて製造されたサンドイツチ構造の構成体 - Google Patents

セラミツク又は繊維強化セラミツクより成る複合体を製造するための方法及びこの方法によつて製造されたサンドイツチ構造の構成体

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JPS6058847A
JPS6058847A JP59155673A JP15567384A JPS6058847A JP S6058847 A JPS6058847 A JP S6058847A JP 59155673 A JP59155673 A JP 59155673A JP 15567384 A JP15567384 A JP 15567384A JP S6058847 A JPS6058847 A JP S6058847A
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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 本発明は、セラミック又は繊維強化セラミックより成る
複合体を製造するための方法、及びこの方法によって製
造されたザンドイッチ構造の構成体に関するものである
。
先行の技術 公知の金属の使用温度限界以上の温度にさらされる、高
温ガス用のガス管構造部分、剛性な高温絶縁部及び高温
熱交換器用の構成体を製造するためには、セラミック材
料が適している。
軽量構造でしかも各構造容積ごとに高い効率を得るため
に、前記構成体をできるだけ薄い壁厚の軽量構造で製造
する必要がある。このために、高温側と低温側との間若
しくは低温ガス通路と高温ガス通路との間に大ぎい温度
差、つまり熱膨張が生じる。また、高温ガスと低温びス
との間を仕切る仕切り壁をわずかな壁厚でしかも少なく
とも気密に構成する必要がある。
例えば酸化セラミック若しくは珪素セラミック等の非金
属耐熱部材としての、ガラス化された力・ぐ−グレート
を有する、焼結ンアイ・Ｓ−フェルトから成る大抵は内
実のプレート形状を有しているか又は希な場合、サンド
インチ構造のプレートから成っているものが公知である
（例えばスペースンーｖトルの宇宙空間突入体及び大気
園再突入体の耐熱シールド用タイル参照）。
このような形式の耐熱体は１０００℃までの耐酸化性及
び耐熱性を有しているが、熱ショックに対しては非常に
わずかな耐性しか有していない。
また、非金属の耐熱体としては、Ｃ・ファイ・ζ−・フ
ェルトの介在された剛性及び／又はフレキシブルなンエ
ルあるいはシートより成る高温・グラファイト耐熱部材
か知られている。このグラファイト耐熱部材は確かに高
温耐熱性及び熱ノヨツク抵抗を有しているか、４００℃
以上の温度では真空条件下でしか使用されない。
つまり、耐酸化抵抗を有していない。今まで述べて来た
すべての公知の材料は熱交換器には適していない。
先行技術によれば非金属の熱交換器として、押し出し法
による材料、つまり軸方向に延びる円形又ははちの巣状
の通路を有する押し出し成形された材料より成る構造体
を使用している。
通路の壁厚は製造方法に制限されて、比較的厚いか又は
比較的薄くて気密ではないかのどちらかである。しかも
、この通路の壁は熱負荷に対する抵抗が弱いために連続
的な対向流に使用することはできず、効率の低い加熱装
置吋としてしか使用することができない（端面シ　ル部
において漏れ損失が存在するために）。
また、押し出し成形されたセラミック管より成る、管束
構造の熱交換器が知られている。この管束構造の熱交換
器は連続的な直交流に使用されるが、管の壁厚は製造方
法に制限されて厚く、熱交換率は低い。しかも、セラミ
ック管と接続基部との気密な接続には問題があり、多数
の管束における直交流熱交換器の圧力損失は著しく人き
も・。
本発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、わずかな構造厚さで高い耐熱性及び耐
酸化性を有し、しかも気密で比較的剛性で簡単な技術的
製造手段によって製造することのできるような、セラミ
ック又は繊維強化セラミックより成る複合体を製造する
ための方法及びこの方法によって製造されたサンドイッ
チ構造の構成体を提供することである。
問題点を解決するだめの手段 前記課題を解決した本発明の方法によれば、炭素を含有
する材料より成る、さらに変形可能な少なくとも１つの
扁平なシートと、炭素を含有する材料より成る、規則的
にあらかじめ成形されていてさらに変形可能であるシー
トとを、中空室若しくは中空通路が形成されるように互
いに上下に平らに重ね合わせて、次いでこれらのシート
を互いに結合し、これによって得られた構成体を所望の
最終形状に成形して硬化せしめ、次いでこの構成体を所
望の最終形状に硬化させてから、空気をしゃ断させて焼
き固め若しくはコークス化工程を行なうようになってい
る。
この場合、成形されたシートの規則的な横断面形状は帽
子状５台形状、波状又は櫛状の形状である。
次いで、有利には組み立てた構成体を、コークス化工程
時に生じる多数の孔を満たすために別の焼き固め工程を
有する樹脂注入工程に持たらす。
コークス化工程が終了した後で、構成体を溶融された珪
素浴に浸すか、又は構成（」、に有機的な珪素化合物を
注入するか、又は分解によって珪素を分離させるために
珪素化合物蒸気を吹き当てる。次いで化学的加熱プロセ
スで珪素を注入した炭素を炭化珪素に変換するために構
成体をもう一度焼くようになっている。このようにして
形成された壁厚の薄い軽量のサン１２インチ構造体又は
構成体は、すべての部分が高い耐熱性及び耐酸化性を有
し熱ショックに対して強い炭化珪素より構成されろか、
シート原４Ａ料として繊維強゛化シート材料が使用され
ていれば繊維強化された炭化珪素より構成される。
この構成体の基本形状によれば、１枚の扁平な若しくは
プレート状のシートと、このシートに隣接する成形され
たシートとが設Ｕ゛もれている。本発明の別の実施態様
によれば、構成体を最終成形形状に硬化させ若しくは最
終形状の炭化珪素に分離させる前に、さらに変形可能な
第２のシートを、さらに変形可能なあらかじめ成形され
たシー１・の、第１のシートとは反対側に平らに配置し
、次いで接着又は溶接するようになっている。接着又は
溶接した複数のシートより成る構成体を有利には互いに
整列させるか又は交差状させて弘いに上下に重ねる。次
いで各シー！・構成体を炭素を多く含有する接着剤を用
いて互いに接着又は溶接するようになっている。
次いでこのようにして形成した構成体を、硬化工程若し
くは炭化硅素への分離工程及び変換工程を開始する前に
所望の最終形状に成形する。
有利には、シート材料としては炭素を多く含有する熱可
塑性又は熱硬化性のシートを用いる。
しかしながら、シート材料として、炭素含有量の多い適
当な樹脂、例えばタール、フェノール樹脂又はこれと類
似のものを注入した有機的な繊維材料、例えば紙、フリ
ース、織物材料又はフェルトを使用してもよい、。
また、有機的な繊維材料だけでなく、無機的な繊維材料
、例えば織物材料、積層材料、フリース、フェルト等を
ノートに使用することもできる。炭素を多く含有する樹
脂を注入した炭素化 繊維又は炭化珪素粉末を使用すれば有利である。
また、熱可塑性又は熱硬化性樹脂若しくは注入樹脂に、
炭化珪素粉末の構成成分をあらかじ良 め混入しておくと都合が制い。このような構成成分はコ
ークス化工程を妨げず、しかもセラミツタの構成成分を
所望に高めることができる。
熱可塑性又は熱硬化性のシート月利に有機的又は無機的
な自然の短繊維を混入すると有利である。このようにす
れば、シートを所望形状に焼き固め加工する際にシート
の安定化が得られる。
熱可塑性又は熱硬化性のシート月利を、扁平なシート若
しくは成形されたシートに形を与える前に、有機的又は
無機的な織物４ｉ４１’ｌ、積層材料若しくはフリース
又は紙の片面又は両面に貼りつける。
本発明の方法によって製造されたセラミックより成るサ
ンドインチ構造の構成体は、内燃機関、ガスタービン、
ロケット機関、炉装置等のｉ！＋ ための、多方向の構造部分として、つまり、耐熱、ガス
案内及び／又は熱伝導用の構造部分、あるいは反応触媒
用の支持体として使用することができる。
この構造部分は、タービンの案内羽根として又は加熱装
置又は加熱炉装置用の燃焼管として構成されている。
本発明のサンドインチ構造の構成体からは。
熱間均圧プレス及び熱間プレス又は保護ガス熱処理装置
用の耐熱キャップも製造される。
本発明の方法によって製造された熱交換器又は触媒支持
体は簡１１ｉな形式で製造可能である。
熱交換器は同様１１す潰の半製品基体より成っている。
各基体を種種異なって配置することによって、対向流原
理で作業する熱交換器又は直交流・熱交換器が得られる
。触媒支持体は第５Ａ図に示したように巻きつげられる
。
本発明によれば、完成された構造部分において互いに平
行に延びる気密な絶縁子ｉｆ１目−Ｌ　＜は仕切り平面
が得られる。同じように、構造部分の表面は比較的なめ
らかであって、これによって、大きな熱反射が得られる
か若しくは流過圧の損失はわずかである。この構造全体
（ｌ−１すべての方向の熱膨張が弾性的に変化可能な構
造部材を介して緩衝されるようになっている０、それ故
、安価な製造費用で、完成された構成体は多方面に使用
することが可能である。
実施例 次に図面に示した実施例について本発明の構成を具体的
に説明する。
第１図及び第２図には本発明によ−）で製造しようとす
る製品の中間製品（半製品）が示されている３゜ この半製品は基本的に、扁平なシー１・１と、成形され
たシー）２ａ若しくは２ｂとを有している。これらのシ
ー）　］、　、　２　ａ若しくは２ｂは互いに上下に密
接していて、炭素を多く含有する接着剤３（例えば、フ
ェノール樹脂）によって接着されているか又は溶接され
ているが有利には完全に硬化していない。
まだ変形可能な若しくは完全に硬化していない扁平なシ
ート】は滑らかな表面を有している。
第１図によるシー）２ａは台形状に成形されていて、第
２図によるシート２１〕は波状に成形されている。特別
な場合、これらの成形されたシートは［卵カー　トン−
１構造（櫛状又は帽子状）を有している。１ ２つのシー１−　］及び２ａ若しくは２１）は、あらか
じめ炭素を多く含有する紙より成っているか、又はその
他の、炭素を多く含有する補強されていないかあるいは
繊維によって補強されたシートより成って（・る。これ
は例えば、タール又はフェノール樹脂を注入した有機的
又は無機的な（例えばＣ・ファイバー：　ＳｉＣ・ファ
イバζ−）約０，３關Ｊすのフリース、織物材料又は積
層材料であり、これらは有利にはあらがじめ硬化されて
いるだけであって完全に硬化されていないものである。
この半製品より成る切片は適当な形式で配置される１、 第３図によれば、第２図による半製品にさらに別の滑ら
かなシー１−１を設しナ、互いに平行に波形状の層を形
成して、炭素を多く含有する接着剤によって臣いに接着
した。このような形式で組み立てられた構成体５は、例
えば逆流原理に基づく熱交換器に適している、。
第４図の実施例によれば、第１図による構成体５若しく
は切片を相対的に９００旋回させて肌いに−に下に配−
０して互いに接着ずろこともできる。またこのことは別
の交差角度も考えられる。
第４図の実施例によるものは、直交流原理に基ついて作
業する熱交換器に適している。
完全な硬化ゾロセス、コークス化ゾロセス及び炭ｆヒ珪
素の分離プロセスが行なわれる前に、単数又は複数の構
成体５は場合によっては必要に応じて最終成形される。
互いに平行ｌ、Ｃ５又はそれ自体貼り合わせられた、つ
まり第５図に示したような巻かれた波形条片からは、有
利には単軸的に彎曲された構造部、例えば絶縁管又は蓄
熱式の熱交換器又は触媒支持体又は第５Ｂ図によるガス
導管又は吹管が製造されろ１、 第６図の実施例では、本発明による半製品から、場合に
よっては冷却される案内羽根体６が製造されている、 第８図の円筒形のシェルも同様の半製品から製造されて
いる３、これらのシェルは軸方向（すべての波形ウェブ
に対して平行な方向）で非常に剛性であり”Ｃ１しかも
曲げ負荷及びねじり負荷に対しても非常に剛性である。
このような形式のシェルは同軸的に延びているか又は巻
かれている（第５Ａ図、第５Ｂ図参照）。
第８図による構成体は第７図に示した蓋と共に１（ＩＰ
装置又は熱間プレス装置のための耐熱キャップ７を形成
する。蓋も５本発明の方法に従って形成された基本構造
を有している。
二軸的又は多軸的に交差して組み合わさＡ′シた本体は
有利には平らなプレート体に適し０℃・て特別な予防手
段を購しれば単軸的に又は二軸的にやや彎曲された構造
部を製造すること・らできる。
互いに子桁に延びウェブ壁を介り、　−ＣＩｆｌ−・に
支持された複数のプレート又はシェルによってガス容積
室を分離するように構成された構造体レヨ、軽量構造部
分（例えば高温範囲におけるプｆスタービン部）にも、
高温加熱処理及びノ°レス処理（焼結炉、熱間均圧プレ
ス、均熱鋳１告機）による剛性な耐熱体、例えば耐熱キ
ャップ゛７にも適している３、また、炭化珪素は炭素耐
熱部材とは逆に反応が非常に遅いので伺加的な利点が得
ら諸する。
扁平１Ｆシート１は熱交換時に高温ガ、スと低温ガスと
の間の仕切メンブレンを形成する。成形されたシート２
ａ、２ｂはウェブとして用し・られ、扁平なシート１を
時折り安定化する作用を有しているがこれと同時に、加
圧力が柔軟であるだめに扁平なシート１における熱負荷
を減少する。しかも、この成形された／−ト２ａ、２１
）はシートプレー１・平面内のガス流を大きな圧力損失
なしに通過させ、熱交換器及び触媒支持体にとって好都
合である大きな個有の表面が得られる。
効果 本発明によれば、わずかな構造厚さで高い耐熱性及び耐
酸化性を有し、しかも気密で比較的剛性で簡単な技術的
手段で製造される。セラミック又は繊維強化セラミック
より成る複合体の製法及びこの製法によって製造された
サン１イツチ構造の構成体が得られた。
【図面の簡単な説明】
第１図は、台形状に形成されたシートを有する本発明に
よつ−（製造された半製品の］部の斜視図、第２図は波
形状に成形されたシートを有する半製品の１部の斜視図
、第３図は第２図による半製品により製造された構成体
の１部の斜視図、第４図は第１図による半製品により製
造された構成体の１部の斜視図、第５Ａ図は第２図によ
る半製品を巻きつけて形成した構成体の部分的な斜視図
、第５Ｂ図は第２図による半製品を円筒形に形成した構
成体の斜視図、第６図は第２図による半製品より構成さ
れた案内羽根体の斜視図、第７図は第２図による半製品
より構成された耐熱キャップの蓋部分の１部破断した斜
視図、第８図は同じく第２図による半製品より構成され
た耐熱キャップの円筒形シェル部分の１部破断した斜視
図である。 １．２ａ、２ｂ・・・シート、３・・・接着剤、５・・
・構成体、６・・・案内羽根体、７・・・耐熱キャップ
、８・・・高熱ガス案内管、９，１０・・熱交換器（ほ
か１名） 第１頁の続き

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １　セラミック又は繊維強化セラミックより成る複合体
    を製造するための方法において、炭素を含有する材料よ
    り成る、さらに変形可能な少なくとも１つの扁平なシー
    ト（１）と、炭素を含有する材料より成る、規則的にあ
    らかじめ成形されていてさらに変形ｉ３１能であるシー
    １−（２ａ、２ｂ）とを、中空室若しくは中空通路が形
    成されるように互いに上下に平らに重ね合わせて１次い
    でこれらのシート（１゜２２、’２ｂ）を互いに結合し
    、こねによって得られた構成体（５）を所望の最終形状
    に成形して硬化せしめ、次いでこの構成体（５）を所望
    の最終形状に硬化させてから、空気をしゃ断させて焼き
    固め若しくはコークス化工程な行なうことを特徴とする
    、セラミック又は繊維強化セラミックより成る複合体を
    製造するための方法。 ２、焼き固め若しくはコークス化工程に、別の焼き固め
    工程を有する樹脂注入工程を連続させる、特許請求の範
    囲第１項記載の方法。 ３゜　コークス化工程の後に構成体（５）を、溶融され
    た珪素浴に浸すか、又は該構成体に有機的な珪素化合物
    を注入するか、又は珪素化合物蒸気を吹き当て、次いで
    この構成体（５）を炭化珪素を形成する目的で焼くよう
    になっている、特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
    方法。 ４　繊維によつ゛Ｃ強化されたシート（２ａ、２１））
    を素材として使用する、特許請求の範囲第１項から第４
    項までのいずれか１項記載の方法。 ５　最終工程の硬化工程を開始する前に、さらに変形可
    能な第２のシート（１）を、さらに変形可能なあらかじ
    め成形されたシート（２ａ。 ２ｂ）の、第１のシートとは反対側に平らに配置し次い
    で接着又は溶接ずろ、！１〒許請求の範囲第１項から第
    ４項までのいずれか１項記載の方法。 ６　接着又は溶接した複数のシー１・より成る構成体（
    ５）を最終成形の硬化−に工程を開始する前に、互いに
    整列させるか又は交差させて〃いに上下に重ねて、次い
    で炭素を含有する接着剤によって互いに接着するか、又
    は溶接する、特許請求の範囲第１項から第５項までのい
    ずれか１項記載の方法。 ７　シート材料として炭素を多く含有する熱可塑性又は
    熱硬化性のシートを使用すイ）、特許請求の範囲第１項
    から第６項までのし・ずれか１項記載の方法。 ８７−ト拐料として、炭素含有量の多い適当な樹脂゛を
    注入した有機的な繊維月別を使用ずろ、特許請求の範囲
    第１項から第６項までのいずれか１項記載の方法。 ９　シート材料として、炭素含有量の多い樹脂を注入し
    た、無機的な織物材料、積層材料、フリース又はフェル
    トを特徴する特許請求の範囲第１項から第６項までのい
    ずれか１項記載の方法、。 １０　熱可塑性又は熱硬化性の樹脂若しくは注入樹脂に
    、炭化珪素、粉末をあらかじめ混入する、特許請求の範
    囲第１項から第９項までのいずれか１項記載の方法。 １１、熱可塑性又は熱硬化性のシート材料に、有機的又
    は無機的′／！自然の短繊維を特徴する特許請求の範囲
    第１項から第７項までのいずれか１項記載の方法。 １２、扁平なン　１・（１）若しくは成形されたノー１
    −　（２ａ　、２１＋　）に形状を与える前に、有機的
    又は無機的な織物材料、積層材料若しくはフリース又は
    紙の片面又は両面に熱可塑性又は熱硬化性のン−１・材
    料を貼りつけろ特許請求の範囲第１項から第７項までの
    いずれか１項記載の方法。 １３、シートに、帽子状、台形状、波状又は櫛状の規則
    的な横断面形状を力える、特許請求の範囲第１項から第
    １２瑣までのいずれか１項記載の方法。 １４　炭素を含有する材料より成る、さらに変形可能な
    少なくとも１つの扁平なシー１−（１）と炭素を含有す
    る拐料より成る、規則的にあらかじめ成形されていてさ
    らに変形可能であるシー１−（２ａ、２ｂ）とを、中空
    室若しくは中空通路が形成されるように互いに上下に平
    らに車ね合わせて、次いでこれらのソート（１゜２ａ、
    ２ｂ）を互いに結合し、これによって得られた構成体（
    ５）を所望の最終形状に成形して硬化せしめ、次いでこ
    の構成体（５）を所望の最終形状に硬化させてから、空
    気をしゃ断させて焼き固め若しくはコークス化工程を行
    なう方法によって製造されたサン１８イツチ構造の構成
    体において、最終成形された。前記構成体（５）がター
    ビンの案内羽根体として構成され−（いることを特徴と
    する、セラミック又は繊維強化セラミックより成るサン
    ドイッチ構造の構成体３． １５　前記構成体（５）が、熱機関又は加熱炉装置の高
    温ガス案内管（８）として構成されている、特許請求の
    範囲第１４項記載のサンドイッチ構造の構成体。 １６、前記構成体（５）が、熱間均圧プレス又は熱間プ
    レス又は保護ガス熱処理装置用の耐熱キャップ（７）と
    して構成されている、特許請求の範囲第１４項記載のサ
    ンドインチ構造の構成体。 】７　前記構成体（５）が熱光換器（９，］０）として
    構成されて（・る、特許請求の範囲第１４項記載のサン
    ドイッチ構造の構成体。 １８　前記構成イ杢＜５）か、高温ガスに反応する触媒
    のための支持体として構成されている、特許請求の範囲
    第１４項記載のサンドイッチ構造の構成体、。
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