JPS62260778A - 超耐熱熱防御構造用三次元織物強化セラミツクス複合材 - Google Patents

超耐熱熱防御構造用三次元織物強化セラミツクス複合材

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JPS62260778A
JPS62260778A JP61102825A JP10282586A JPS62260778A JP S62260778 A JPS62260778 A JP S62260778A JP 61102825 A JP61102825 A JP 61102825A JP 10282586 A JP10282586 A JP 10282586A JP S62260778 A JPS62260778 A JP S62260778A
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JP
Japan
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composite material
dimensional
heat
ceramic composite
textile
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隆司 石川
野口 義男
福永 久雄
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National Aerospace Laboratory of Japan
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National Aerospace Laboratory of Japan
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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】
発明の[1的 (産業上の利用分野) この発明は高強度、低熱伝導性で耐熱性の三次元織物で
強化された、特に宇宙飛翔体、極超音速航空機に適した
超耐熱熱防御構造用強化セラミックス複合材に関する。 (従来技術) 大気圏に+Ii突入する宇宙往還機や、極Aスj音速航
空・宇1g1′機等では、千数百度に及ぶ空力加熱が長
時間続くので、低熱伝導性で超耐熱性の防護層を設ける
のが一般である。例えば、スペースシャ1、ルにおいて
はアルミナ系の断熱タイルを接着剤で貼り付けることに
よって断熱耐熱層を形成しているが、この多孔質タイル
の断熱性を高めろために空隙率を高めると1強度は極め
て弱いものとならざるを得ない。さらに、これを取り付
けろための接着剤は耐熱性が弱<、300度に耐えろも
のは殆ど見当らない。このため、−回の飛行毎にタイル
の(8理を行わなければならない。 より強い耐熱材としては、炭素繊維の三次元織物を強化
材とし焼成した炭素を母材とした複合材料(いわゆる三
次元C10材)が、ロケットエンジンのノズル等の耐熱
材として広く用いられている。しかし、この三次元C7
C材は比較的熱伝導性が高く、」ユ記のように空力加熱
が長時間続く宇宙飛翔体では内部にある主構造への熱伝
達が大きく、これを用いた熱防御システムが成立し得る
かどうかについては深刻な疑問が持たれている。 (この桑明が解決しようとする問題点)この発明は、三
次元C/C材と同様の高い強度を持ち、それよりもはる
かに熱伝導率が低い超耐熱構造材を得ることを第1目的
とし、さC)にこの構造材を接着剤なしで主構造材に取
付可能にしようとするものである。 発明の構成 (問題点を解決するための手段) この発明の構造材は、高強度、低熱伝導性で、耐熱性も
極めて高い繊維1例えばγ−アルミナ・シリカのセラミ
ックス繊維、あるいはチタンを含んだセラミックス繊維
を使用した三次元織物に、適当なセラミックスの前駆物
質を含浸したプリプレグを焼成することにより得られる
、セラミックス繊維強化セラミックス(Ce/Ce) 
N合材である。 この(:c/(:a複合材は、三次元織物の織組織を利
用して主荷重伝達構造への取付を行うことが出来る。す
なわち、Ce/Ce複合材の一面に生ずる三次元織物の
織り耳を利用して機械的に主荷重構造に係合させること
により、取り付けることが出来ろ。 (作用) セラミックス繊維で織成した三次元織物は、高強度・低
熱伝導性で、耐熱性も極めて高いが、柔軟で、剛性に乏
しい。この三次元織物にセラミックスの前駆物質を溶媒
によって液状としたものを含浸させ、これを焼成すると
、三次元織物に付着したセラミックスの11イ1甲物質
は織物繊維と第1°6結された状態で多孔性のセラミッ
クスとなり、三次元織物に剛性を与えると共に、その多
孔性によって断熱性を高める。一方、母材であるセラミ
ックスは脆性材料であるが、三次元織物によって強化さ
れ、激しい熱勾配による熱応力によって発生するクラッ
クの伝播を遅らせることが出来る。 この母材は熱伝導
、軽量化を重視すれば多孔lσであることが望ましいが
、溶媒によって希釈された前lψ物質を焼成すれば、形
成されるセラミックス母材は多孔ノ値となる。Wt1強
度化を重視すれば、母材は密なものであることが望まし
い。このような場合は、前仲物哲溶液を出来るだけ瀝い
ものを用い、含浸・焼成のサイクルを繰り返す必要があ
る。場合により、この溶液に適当なりラミノクス扮体を
懸濁させてもよい。 三次ノ1′、織物に才?いても、その端部には織り耳が
生ずるが、このJ(°部の゛繊維のか(曲部を利用して
、L構ハ11に設けた一種の爪或いはファスナ等により
機械的に係合・固定することにより、容易に取り付けろ
ことができる。このような機械的な固′、i5 法は、
繊維或いは爪、ファスナが強度を失う温J+′:まで使
711出来るので、接着剤を用%T9:、ものとy≦1
.なり、大幅に耐熱性を高めろことが出来ろ。 (実Jイ
【(例) 以ド、この発明の三次元織物強化セラミックス複合材及
びその取付法を実施例によって4414体的に説明−4
−ろ。 第1図はこの発明の三次元織物強化セラミックス複合材
の構造を示す断面図であり、■はγ−アルミナ・シリカ
のセラミックス繊維、あるいはチタンを含んだセラミッ
クス繊維であり、通常の平面織物を複数層+l?ねその
Jヴさ方向に更に織成した構造を持つ三次元織物となっ
ている。2はセラミックス母材であり、例えばポリチタ
ノカルボシランのようなセラミックスの前駆物質を有機
溶媒に溶解した液体を、上記セラミックス繊維の三次元
織物に含浸させろ。所定の強度に応じて含浸量を調節し
た後焼成し、前駆物質をセラミックスに変性すると共に
セラミックス強化繊維に強く焼結させ一体化する。 これにより、1400℃前後間での温J′ソに耐えて十
分な強度を保つJ4耐熱熱防御材料が得られる。 この熱防御材自身の強度をそれほど期待しない場合には
、3000〜3500℃に耐える材料を得ることが出来
る。 第1図で3は織物組織の端部に出来ろ織り耳を示し、こ
のループを利用して主耐荷−R4M Aに固定するノJ
゛θミの1例を第2図に示す。主耐荷重構造5に設けた
孔6に、その外側に配置されたこの発明の構iIi材4
の織り11°;3のループを挿通し、このループに係1
1−バー7を挿通して離jlljを防1ヒオろ。 このも“II造において、加熱面は4′であり、熱防御
材4の熱伝導性が低ければ、主耐荷重構造5゜係1]−
バー7の温度は加熱面4′に比して低く保つことが出来
るが、を耐荷重構造5.係11−バー7の耐熱温度は接
着剤に比して高くすることは容易であり、全体として耐
熱性を改善することが出来る。 更に5織り耳:3のループによる主耐荷重構造5との間
隙を利用して、ここに冷却空気を流すことによってすぞ
に耐熱性を高めることが出来る。また、第2図に示すよ
うに、熱防御材の内側面に冷却空気通路8を設けること
も出来、これによって取付強度が低下することもない。 第3図はタービン翼に用いた例を示す。1:、耐41r
重構造5はここでは超合金翼であり、熱防御材4は同し
1aのようにその全面に貼付されろ。回国すにその断面
を示すように、主構造5にフック状の係合片9を設け、
これに織り耳3を係合させろ。 このフック状片は矢印でしめず遠心力方向と逆の向きを
持つことは云うまでもない。10は冷却材の吹出し孔で
ある。 第4図はさらに他の取付法を示し、熱防御材4にはセラ
ミックス繊維のファスナ】1を埋込み。 その先端を主耐荷重構造5に設けた孔を通し接着あるい
は機械的に固定12する。このファスナ11は三次元織
物の折り耳3のループを切断することによって形成して
もよい。】3は例えばセラミックス系の物質を用いたス
ペーサで、を耐荷重構造5に接着あるいは機械的手段で
固定されろ。このスペーサ12により、熱防御材4から
の熱伝達が更に低減されると共にその間の空隙1;3は
冷却材の通路として利用されろ。 発明の効果 この発明の三次元織物強化ヤラミックス複合材は、上記
のようにCe/C,e複合材であり、それ自身耐熱性が
極めて高いのみならず、低熱伝導性であり、セラミック
ス母材を多孔:αとすることにより。 熱伝導性を更に低下させろことが容易である。その上、
セラミックス母材を高強度のセラミックスDII H+
’の三次元織物で強化してあり、それ自身で課なりの強
度を有する構造材料となるものである。 しかも、その強度、熱伝達性は、三次元織物に含浸させ
ろセラミックス1涌駆物質によって容易に制御出来、含
浸部位を加熱面側に限ることによって他面には三次元織
物の柔軟性を残し、クッション性を持たせる事も容易で
ある等、目的に応じて種々の特性を有する熱防御構造材
を得ろことが、“H来ろ。 さI?、に、セラミックス三次元1:視物の絨り構ノ青
を利用して主耐荷電構造に機械的に係合、固定出来るの
で、接着による耐熱性の低下を生ぜず、主耐荷重構造と
の間に間隙を設けることが出来、これを冷却材の通路と
して用いろことによって1.I5に全体としての耐熱性
の向上を図ることが出来た。 これにより、宇宙往還機、極超音速βIt空宇宙擾等の
激しい空力加熱を受けるF%体の熱防御システム、ロケ
ットノズル用材料、ターヒン川熱防御材料として高い性
能を有する高強度の超耐熱熱防御構造用材料を得ること
が出来た。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の超耐熱熱防御構造用三次元織物強化
セラミンクス複合材の構成を示す断面図、第2図は織り
耳を利用した取付法の1例を示す斜視図、第3図はター
ビン翼への取付法の一例を示す斜視図および部分断面図
、第4図はスペーサを用いた取付法の1例を示す斜視図
である。 1:セラミックス繊維  2:セラミックス母材;3:
織り耳      4:熱防御材5ニーL耐荷重構造 
  6:取付孔 7:係jヒバ−8,14:冷却空気流路9:取付フック
    10:冷却材吹出孔1】:ファスナ    1
2:固定部 13ニスペーサ 特許出願人 科学技術庁航空宇宙技術研究所炎長  洲
  秀  夫 第2図 第3図 第4図 手続補正書(方式) %式% 2、発明の名称 超耐熱熱防御構造用三次元織物強化 セラミックス複合材 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)セラミックス繊維の三次元織物に、適当なセラミッ
    クスの前駆物質を含浸したプリプレグを焼成したことを
    特徴とする三次元織物強化セラミックス複合材 2)セラミックス繊維の三次元織物に、適当なセラミッ
    クスの前駆物質を含浸したプリプレグを焼成して得られ
    る三次元織物強化セラミックス複合材の上記三次元織物
    の織り耳を主耐荷重構造に機械的に係合固定したことを
    特徴とする三次元織物強化セラミックス複合材による超
    耐熱熱防御構造 3)上記三次元織物強化セラミックス複合材と上記主耐
    荷重構造との間に間隙を設けて機械的に係合固定するこ
    とにより冷却材の流路を形成したことを特徴とする特許
    請求の範囲第2項の三次元織物強化セラミックス複合材
    による超耐熱熱防御構造 4)上記三次元織物の織り耳のループを主耐荷重構造に
    設けた孔に挿通し、該ループに係止バーを挿通係止した
    ことを特徴とする特許請求の範囲第2項あるいは第3項
    の三次元織物強化セラミックス複合材による超耐熱熱防
    御構造 5)上記三次元織物の織り耳のループを主耐荷重構造に
    設けたフックに係止したことを特徴とする特許請求の範
    囲第2項あるいは第3項の三次元織物強化セラミックス
    複合材による超耐熱熱防御構造 6)上記三次元織物に設けたファスナを主耐荷重構造に
    設けた孔に挿通係止したことを特徴とする特許請求の範
    囲第2項あるいは第3項の三次元織物強化セラミックス
    複合材による超耐熱熱防御構造
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