JPWO2015129772A1 - 耐熱複合材料の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図4は、耐熱複合材料の製造装置の概略的な構成を示す図である。この製造装置は、化学気相堆積(CVD)装置又は化学気相含浸(CVI)装置を構成し、反応炉として横型のホットウォール型の電気炉10を備えている。電気炉10は、所定の温度・圧力に維持され、原料ガスのメチルトリクロロシラン(MTS,CH3SiCl3)、添加ガスの塩化水素(HCl)、キャリアガスの水素(H2)とヘリウム(He)を含む混合ガスが供給されている。
制御装置は、このような制御を行うことにより、プリフォーム100の微細構造に堆積される製膜の成長速度と埋め込みの均一性を両立させるようにしている。換言すると、所定の成長速度によりプリフォーム100に炭化ケイ素を含浸した耐熱複合物質の量産性を確保するとともに、所定の埋め込みの均一性によりプリフォーム100の微細構造への炭化ケイ素の充填性を保証している。
炭化ケイ素の製膜種が1次反応機構にしたがう場合には、炭化ケイ素の製膜の成長速度は製膜種の濃度と1次の関係にある。このような場合、制御部は、付着確率の小さな製膜種を大量に発生させるように制御する。このような付着確率の小さな製膜種は、プリフォームの微細構造に均一に付着して製膜の埋め込みの均一性を確保するとともに、製膜種が大量に発生されるために製膜の成長速度も確保することができ、成長速度と埋め込みの均一性を両立させることができる。付着確率が小さいほど均一性は向上するが、同時に成長速度は減少するので、所望の均一性を達成させ、かつ、成長速度も所望の値となるように製膜種を発生させる工夫をする。
炭化ケイ素の製膜種がラングミュア・ヒンシェルウッド型速度式に基づく反応機構の場合には、製膜種が高濃度になるにつれて濃度に対する製膜の成長速度が飽和し、成長速度が製膜種の濃度に依存しない0次反応領域が存在する。制御部は、製膜種の濃度が0次反応領域に相当するように、製膜種が所定値以上の高濃度になるように制御する。このような製膜種の0次反応領域では、濃度に関らず製膜の成長速度が一定であるので、製膜の埋め込みの均一性を確保するとともに、濃度を高めることにより成長速度を増加させることができ、成長速度と埋め込みの均一性を両立させることができる。
製膜種がいずれの反応機構にしたがう場合にも、塩素を含む添加ガスは炭化ケイ素の反応表面に吸着する分子を生成し、反応表面における製膜種の吸着阻害を起こすので、結果的に製膜種の付着確率が下がることで製膜を抑制する製膜阻害作用を有し、製膜の埋め込みの均一性を確保することができる。
一方、耐熱複合材料を工業的規模で製造する場合、例えば数メートル程度まで及ぶ長寸の電気炉10を設け、反応管11の上流側から下流側の方向に複数のプリフォーム100を並べて格納し、これらのプリフォーム100に炭化ケイ素を同時に製膜することがある。
この実施の形態において、炭化ケイ素を堆積する化学気相堆積法または化学気相含浸法に求められることは、「炭化ケイ素の繊維間を一体化させること」と「繊維束間を一体化させること」の2点である。これら2点の目的に対して、「含浸率の向上」と「製膜時間の低減(製膜速度の増加)」が最適化の指標になる。プリフォーム中での「原料拡散」と
「反応」についてモデル化して考察をする。
化学気相含浸法のプロセスの製膜条件には、拡散方程式による議論と表面反応機構の関係を組み合わせて解析する必要がある。そこで、拡散方程式を解くところからはじめ、一方で、表面反応速度定数を製膜種の付着確率で表現しなおすことも組み合わせて実施する。この実施の形態では、図2(a)や(b)で示すような繊維で囲まれた空間を図5で示す単位胞(Unit cell)で考え、反応速度定数に繊維と空間の比(S/V比)の効果を導入し、拡散と製膜のバランスを考える。
炭化ケイ素の繊維間はクヌーセン拡散で考え、プリフォーム全体は分子拡散で考える必要がある。下記にそれぞれの拡散定数を上記関係式を使って見積もっておく。
ミクロ構造への拡散(繊維束中)
次に具体的なケースで考える。最初にミクロな領域として炭化ケイ素の繊維束(X,Y,Z糸)中への原料拡散を考える、図2(a)示した繊維束中への拡散において、現象を単純化するため繊維束の最も薄い幅で起きる原料拡散だけを考えることにする。繊維束寸法は図2(b)の断面SEM写真を参考にして、図2(a)において幅1.5mm、高さ0.2mm、奥行き数mmとすると、約0.2mmで最も薄い高さ方向からの拡散だけを考えれば良い。
図9に繊維束を束ねて構成される3次元織物のプリフォーム中におけるX糸,Y糸の配置モデル図を示した。図9(a)は3次元織物のモデルの斜視図であり、図9(b)はこのモデルの上面図である。図中のL3=1.5mm、L4=1.5mmであり、図中のaはZ糸の通る隙間を示している。
準備としてプリフォーム中の炭化ケイ素の繊維間の「付着確率」「原料拡散」「製膜速度」の関係を具体的に計算する。まず一番簡単な「付着確率」と「製膜速度」の関係を考える。製膜が1次反応に従うと仮定したときHertz-Knudsenの式(フラックスJ[m−2s−1])は
ここまでの結果からマクロ構造中央部の炭化ケイ素の繊維間における「付着確率」「原料拡散」「製膜速度」の関係を議論できる。ここで重要なことは、付着確率を減少させた場合、プリフォーム中央部で「製膜速度が減少する効果」と「原料濃度増加で製膜速度増加する効果」のバランスがどのように変化するかを議論することにある。プリフォーム中の製膜速度の式は
炭化ケイ素の繊維間埋め込み後の繊維束間への拡散
ここまではプリフォーム(マクロ構造)中の繊維束中における炭化ケイ素の繊維同士を一体化させる含浸プロセスについて考えた。繊維束中は炭化ケイ素で埋めきったとして、次に繊維束同士を一体化させる含浸プロセスについて考える必要がある。
炭化ケイ素の繊維間一体化と同様に、繊維束間一体化でもプリフォーム中央部で製膜速度を最大化する付着確率がある。図15(a)に、温度1000℃、全圧10Torrの場合で製膜速度と原料濃度(C/C0)の付着確率η依存性を示した。図中の曲線aは厚みL=0.5mm、曲線bはL=1mm、曲線cはL=5mm、曲線dはL=10mm、曲線eはL=50mmに対応している。プリフォーム中央部で製膜速度を最大化する付着確率は、プリフォーム中央部で原料濃度C/C0=0.25程度に拡散できることを示している。したがって、C/C0の範囲は0.25を含む範囲にあることが好ましく、0.2〜0.3の範囲にあることがより好ましく、0.24〜0.26の範囲にあることがさらに好ましい。図15(b)に最適付着確率のプリフォーム厚み依存性を比較した。図中の線aは全圧1Torr、線bは10Torr、線cは100Torrに対応している。
プリフォームの形状をモデル化し拡散方程式を解くと、プリフォーム中への原料拡散&製膜現象はシーレ数で定義できる。つまり、プリフォーム中での炭化ケイ素の製膜の均一は「原料の拡散定数D」「代表長さL(炭化ケイ素の繊維の配置)」「反応速度定数k」のバランスで決定できる。「代表長さL(炭化ケイ素の繊維の配置)」はプリフォームの寸法で決定されているので自由度が無い。「原料の拡散定数D」は温度や圧力で制御できるがMTSと水素の混合ガスを用いた炭化ケイ素を製膜する化学気相含浸法の製膜条件は最適値があるので設計の自由度が少ない。一方、「反応速度定数k」は製膜温度や製膜種を変えることで設計が可能で自由度が比較的高い。「反応速度定数k」は原料拡散&製膜現象を唯一制御できる因子として挙げることができる。
上述の実施の形態を適用した実施例として、炭化ケイ素を製膜する化学気相含浸法をさらに最適化する。
最適化の条件範囲を決定する指標であるが、下記のステップで進める。
(1)最適化したいプリフォームの構造を定め・必要な目標値を定める。
(2)この実施の形態で得られた「化学気相含浸装置の炉内製膜速度分布の均一化」「原料収率の向上」「排気ガスに含まれる副生成物の低減または根絶」に関する知見から製膜条件の許容範囲を定める。
(3)「含浸率の向上」と「炭化ケイ素の製膜時間の低減」を指標とした最適化についてこの実施の形態の成果を活用した結果を示す。
まず最適化したいプリフォームの構造を定め、必要な目標値を定める。
<プリフォーム構造>
プリフォームの構造例として、図2(b)のSEM像から推定される実寸法を参考にする。図5に示す単価ケイ素の繊維の一体化のモデルで考え、繊維半径R=5μm、繊維間距離d=11μmとする。図13に示す繊維束一体化(X糸,Y糸)のモデルで考え、繊維束断面寸法は0.2mm×1.5mmとする。プリフォームの厚み(代表長さ)Lは10mmとする。
化学気相含浸法のプロセスによる製膜時間の目標値を合計で50時間以下と設定する。尚、この目標は現状の半減以下となる。化学気相含浸法のプロセスの役割は、「炭化ケイ素の繊維間を一体化」することと、「繊維束間を一体化させること」の2点になる。この2段階のプロセス合計時間を50時間以下で処理する必要がある。
炭化ケイ素の繊維同士を一体化する場合、繊維半径R=5μm、繊維中心間距離d=11μmならば繊維上に最低限0.5μm製膜する必要がある。製膜時間の目標を25時間と置いた場合、0.02μm/hの製膜速度が最低限必要になる。これが炭化ケイ素の繊維間製膜の最適化の目標値である。
繊維束を一体化する場合の繊維束同士の隙間が10μmならば繊維束上に最低5μm製膜する必要がある。製膜時間の目標を25時間と置いた場合、0.2μm/hの製膜速度が最低限必要になる。これが繊維束間製膜の最適化の目標値である。
製膜条件の許容範囲は、実験などによる条件範囲、この実施の形態で得られた「化学気相含浸法の装置の炉内製膜速度分布の均一化」等に関する知見から定める。
本実施例の知見は900〜1000℃の製膜温度の実験結果に基づいている。ゆえに、許容の製膜温度範囲は900〜1000℃までとする。
プリフォームを均一化する場合、拡散定数は分子拡散(∝T1.5P−1)なので低圧高温ほど良い。一方で、製膜速度の観点では全圧が高いほど高濃度が可能になるので高いほうが良い。このバランスを、プリフォーム中で議論して最適化してやる必要がある。
本実施の形態では、少なくとも2種の製膜種が存在することを想定する。製膜種1を低付着確率種(候補:C2H2)、製膜種2を高付着確率種(候補:CH3)とする。製膜種1(η1)、製膜種2(η2)の付着確率のオーダーは1000℃製膜の場合η1=10−3、η2=0.1前後であった。付着確率が大きく異なる製膜種が2種ある場合、図13に示すようなモデルで繊維束が織り込まれてプリフォームを構成するミクロマクロ構造への拡散特性が異なるので、整理しておく必要がある。
単価ケイ素の繊維間の一体化について考える。この実施の形態において、プリフォーム中央の製膜速度を最大化する付着確率があることを示した。有効表面積係数αを考慮した場合の製膜速度の式は、数29に数32を数34のように代入してやればよく
炭化ケイ素の繊維間と同様に、繊維束間の一体化について考える。ここでは繊維束中は埋めきった後のプロセスを想定している。念のため言えば繊維束の織物構造への拡散は、有効表面積係数は必要ない。図23にプリフォーム中央における炭化ケイ素繊維上の製膜速度と原料濃度分布C/C0と付着確率と全圧の関係を示す。図中の曲線aは全圧1Torr、曲線bは5Torr、曲線cは10Torr、曲線dは50Torr、曲線eは100Torrである。計算条件は、温度1000℃、プリフォームの厚み10mm、製膜種の分圧1Torrである。
最適化手順をまとめる。プリフォームを埋め込む場合に最適化をするときのステップは
(1)炭化ケイ素の繊維間、繊維束間の原料拡散が分子拡散支配であるかクヌーセン拡散支配であるかを見積もる。
(2)繊維束中の炭化ケイ素の繊維間を埋め込むのに必要な付着確率を求める。この際、普通クヌーセン拡散支配になる。
(3)プリフォーム中の炭化ケイ素の繊維間と繊維束間を埋め込むのに必要な付着確率を各々求める。この際、普通分子拡散支配となる。
(4)プリフォーム中央部の製膜速度を考えるとき、「原料拡散が増加すること」と「反応速度定数が増加すること」は相反する項であり最適な付着確率が存在するので、そのバランスを見積もる。
(5)「化学気相含浸装置の炉内製膜速度分布の均一化」「原料収率の向上」「排気ガスに含まれる副生成物の低滅または根絶」を考慮して、製膜条件(温度、分圧、全圧、原料濃度比)の境界範囲を定める。
の手順で示した。
プリフォーム100の微細構造に、トレンチの理想形状に対して深さ方向の1次元モデルを考え、製膜速度は1時反応であるという仮定、トレンチ中で製膜に寄与する分子(製膜種)は分子流領域(クヌーセン拡散)であるという仮定をおくミクロキャビティ法を適用する。
製膜速度にHertz-Knudsenの式を適用することにより、MTSの分圧に対する製膜種の分圧を求めることができる。図39は、MTSの分圧と製膜種の分圧の関係を示すグラフである。図中のs1は低付着確率の製膜種1であり、s2は高付着確率の製膜種2である。図中の折線aは基準位置P0から100mmの位置の第1のプリフォーム101、折線bは200mmの第2のプリフォーム102、折線cは300mmの第3のプリフォーム103、折線dは400mmの位置に設置した第4のプリフォーム104についての結果を示している。製膜種1の製膜種の分圧は、10−2〜1の範囲にある。
図40に示すように、MTS、低付着確率の製膜種1、高付着確率の製膜種2についての濃度、速度を定義すると、次のような連立常微分方程式が得られる。
11 反応管
12 ヒーター
21 原料ガス供給部
22 添加ガス供給部
23 第1のキャリアガス供給部
24 第2のキャリアガス供給部
31 圧力制御弁
32 真空ポンプ
100 プリフォーム
Claims (30)
- 化学気相堆積法又は化学気相含浸法を用い、反応炉にプリフォームを格納して原料ガス、添加ガス及びキャリアガスを流し、前記プリフォームに炭化ケイ素を堆積させて製膜するものであり、前記プリフォームは複数の繊維束からなり、前記繊維束は複数の繊維からなる耐熱複合材料の製造方法であって、
前記繊維間に炭化ケイ素を堆積させて前記繊維束を構成する繊維間を一体化するステップと、
前記繊維束間に炭化ケイ素を堆積させて前記繊維束間を一体化するステップと
を含むことを特徴とする耐熱複合材料の製造方法。 - 前記繊維間を一体化するステップにおいて、前記繊維の中央部における前記原料ガスの濃度Cの前記反応炉に供給される原料ガスの初期濃度C0に対する比C/C0は0.2〜0.3の範囲にあることを特徴とする請求項1に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記比C/C0が0.24〜0.26の範囲にあることを特徴とする請求項2に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記繊維間を一体化するステップにおいて、製膜温度は800〜1000℃の範囲にあり、前記原料ガス、添加ガス及び前記キャリアガスの全圧は4〜6Torrの範囲にあることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記製膜温度は850〜950℃の範囲にあり、前記全圧は4.5〜5.5Torrの範囲にあることを特徴とする請求項4に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記繊維束間を一体化するステップにおいて、前記繊維束の中央部における前記原料ガスの濃度Cの前記反応炉に供給される原料ガスの初期濃度C0に対する比C/C0は0.2〜0.3の範囲にあることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記比C/C0が0.24〜0.26の範囲にあることを特徴とする請求項6に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記繊維束間を一体化するステップにおいて、製膜温度は800〜1000℃の範囲にあり、前記原料ガス、添加ガス及び前記キャリアガスの全圧は5〜110Torrの範囲にあることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記製膜温度は850〜950℃の範囲にあり、前記全圧は5〜105Torrの範囲にあることを特徴とする請求項8に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記繊維間を一体化するステップの前に、前記プリフォームの外周を包むように所定の厚さを有する織物を設置するステップと、
前記繊維束を構成する繊維間を一体化するステップの後であって、前記繊維束間を一体化するステップの前に、前記プリフォームから前記織物を取り除くステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の耐熱複合材料の製造方法。 - 前記織物は、前記プリフォームの外周に巻回することにより設置されることを特徴とする請求項10に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記プリフォームは織物であり、前記プリフォームの外周に設置される織物は、前記プリフォームと同一の素材からなることを特徴とする請求項10又は11に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記原料ガスは、メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、テトラメチルシラン及びトリメチルクロロシランの少なくともいずれか1つを含むことを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記繊維間を一体化するステップにおいて前記原料ガスはメチルトリクロロシランを含み、前記繊維束間を一体化するステップにおいて前記原料ガスはジメチルジクロロシラン、テトラメチルシラン及びトリメチルクロロシランの少なくともいずれか1つを含む請求項13に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記キャリアガスは、水素、窒素、ヘリウム及びアルゴンの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1〜14のいずれか一項に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記添加ガスは、塩化水素、モノクロロモノメチルシラン、メチルジクロロシラン、メチルトリクロロシラン、ジメチルモノクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルモノクロロシラン、モノクロロシラン、ジクロロシラン、トリクロロシラン、テトラクロロシランン、クロロジシラン、ジクロロジシラン、ヘキサクロロジシラン、オクタクロロトリシラン、モノクロロメタン、ジクロロメタン、クロロホルム、テトラクロロメタン、モノクロロアセチレン、ジクロロアセチレン、モノクロロエチレン、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、モノクロロエタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン、ペンタクロロエタン、ヘキサクロロエタン、モノクロロプロパン、ジクロロプロパン、トリクロロプロパン、テトラクロロプロパン、ペンタクロロプロパン、ヘキサクロロプロパン、ヘプタクロロプロパン、オクタクロロプロパン及び塩素分子の少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1〜15のいずれか一項に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記添加ガスは、塩化水素を含むことを特徴とする請求項16に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記原料ガスはメチルトリクロロシランを含み、前記キャリアガスは水素を含むこと特徴とする請求項1〜17のいずれか一項に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 水素のメチルトリクロロシランに対するモル比は1.5〜2.5の範囲にあることを特徴とする請求項18に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 水素のメチルトリクロロシランに対するモル比は1.9〜2.1の範囲にあることを特徴とする請求項19に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記添加ガスの添加量によって前記炭化ケイ素の製膜の成長速度及び埋め込みの均一性を制御することを特徴とする請求項1〜20のいずれか一項に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記炭化ケイ素の製膜は1次反応に従い、前記添加ガスの添加量によって前記プリフォームに対する製膜種の付着確率を制御することによって、前記炭化ケイ素の製膜の成長速度及び埋め込みの均一性を制御することを特徴とする請求項21に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記炭化ケイ素の製膜はラングミュア・ヒンシェルウッド型速度式に従い、前記添加ガスの添加量によってラングミュア・ヒンシェルウッド型速度式の0次反応領域を利用するように制御することによって、前記炭化ケイ素の製膜の成長速度及び埋め込みの均一性を制御することを特徴とする請求項21に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記炭化ケイ素の製膜の成長速度及び埋め込みの均一性について最適化することを特徴とする請求項22又は23のいずれか一項に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記添加ガスの添加量によって、前記反応炉内の位置について、前記炭化ケイ素の製膜の成長速度の分布を制御することを特徴とする請求項21〜24のいずれか一項に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記成長速度の分布が均一になるように最適化することを特徴とする請求項25に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記原料ガスは、前記反応炉の上流側から下流側に至る複数の位置から供給することを特徴とする請求項25又は26に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記添加ガスは、製膜阻害作用を有することを特徴とする請求項1〜27のいずれか一項に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 前記反応炉は、ホットウォール型炉であることを特徴とする請求項1〜28のいずれか一項に記載の耐熱複合材料の製造方法。
- 請求項1〜29のいずれか一項に記載の耐熱複合材料の製造方法を用いる耐熱複合材料の製造装置であって、
プリフォームを格納する反応炉と、
前記反応炉に原料ガスを供給する原料ガス供給源と、
前記反応炉に添加ガスを供給する添加ガス供給源と、
前記反応炉にキャリアガスを供給するキャリアガス供給源と、
前記反応炉の温度及び圧力、前記原料ガス供給源からの原料ガスの供給量、前記添加ガス供給源からの添加ガスの供給量及び前記キャリアガス供給源からのキャリアガスの供給量を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記繊維間に炭化ケイ素を堆積させて前記繊維束を構成する繊維間を一体化するステップと、前記繊維束間に炭化ケイ素を堆積させて前記繊維束間を一体化するステップとについて、それぞれ前記反応炉の温度及び圧力、原料ガス、添加ガス及びキャリアガスの供給量を制御すること
を特徴とする耐熱複合材料の製造装置。
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US11760695B2 (en) * | 2020-08-21 | 2023-09-19 | Hamilton Sundstrand Corporation | Removing colorization on silicon carbide ceramic matrix composites |
WO2023171621A1 (ja) * | 2022-03-07 | 2023-09-14 | 株式会社Ihi | 繊維体の被覆方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04272803A (ja) * | 1991-02-28 | 1992-09-29 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 耐熱複合材料の成形方法 |
JP2002265285A (ja) * | 2001-03-08 | 2002-09-18 | Japan Science & Technology Corp | 高強度SiC繊維/SiC複合材料の製造方法 |
WO2014027472A1 (ja) * | 2012-08-17 | 2014-02-20 | 株式会社Ihi | 耐熱複合材料の製造方法及び製造装置 |
Family Cites Families (16)
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---|---|---|---|---|
US4580524A (en) | 1984-09-07 | 1986-04-08 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Process for the preparation of fiber-reinforced ceramic composites by chemical vapor deposition |
US5350545A (en) * | 1991-05-01 | 1994-09-27 | General Atomics | Method of fabrication of composites |
US5238710A (en) * | 1992-03-30 | 1993-08-24 | Technology Assessment & Transfer, Inc. | Microwave energy-assisted chemical vapor infiltration |
WO1993025499A1 (en) * | 1992-06-12 | 1993-12-23 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Monolithic ceramic/fiber reinforced ceramic composite |
US5472650A (en) * | 1993-01-11 | 1995-12-05 | Northwestern University | Method of making chemical vapor infiltrated composites |
CN1102632A (zh) * | 1993-06-25 | 1995-05-17 | 株式会社日立制作所 | 纤维增强复合材料及其制造方法以及用它制成的部件 |
FR2732962B1 (fr) | 1995-04-12 | 1997-07-04 | Europ Propulsion | Procede pour l'infiltration chimique en phase vapeur d'un materiau compose de carbone et de silicium et/ou bore |
US5670253A (en) * | 1995-12-20 | 1997-09-23 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Ceramic wafers and thin film magnetic heads |
US5681511A (en) * | 1996-09-11 | 1997-10-28 | General Atomics | Hermetic ceramic composite structures |
DE19646094C2 (de) * | 1996-11-08 | 1999-03-18 | Sintec Keramik Gmbh | Verfahren zur chemischen Gasphaseninfiltration von refraktären Stoffen, insbesondere Kohlenstoff und Siliziumkarbid, sowie Verwendung des Verfahrens |
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US6979490B2 (en) * | 2001-01-16 | 2005-12-27 | Steffier Wayne S | Fiber-reinforced ceramic composite material comprising a matrix with a nanolayered microstructure |
WO2005056872A1 (en) * | 2003-12-08 | 2005-06-23 | Trex Enterprises Corp. | Method of making chemical vapor composites |
US20060228474A1 (en) * | 2004-10-12 | 2006-10-12 | Colby Foss | Leading edge components for high speed air and space craft |
US20060121196A1 (en) * | 2004-12-07 | 2006-06-08 | Clifford Tanaka | CVC process with coated substrates |
US20070054103A1 (en) | 2005-09-07 | 2007-03-08 | General Electric Company | Methods and apparatus for forming a composite protection layer |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04272803A (ja) * | 1991-02-28 | 1992-09-29 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 耐熱複合材料の成形方法 |
JP2002265285A (ja) * | 2001-03-08 | 2002-09-18 | Japan Science & Technology Corp | 高強度SiC繊維/SiC複合材料の製造方法 |
WO2014027472A1 (ja) * | 2012-08-17 | 2014-02-20 | 株式会社Ihi | 耐熱複合材料の製造方法及び製造装置 |
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