(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機強化繊維とセラミックス粉体とを用いて、繊維強化セラミックス複合材料をネットシェイプで製造する繊維強化セラミックス複合材料の製造方法であって、
上記無機強化繊維と上記セラミックス粉体とからなるプリプレグシートを所望の形状に配して、所望の形状のプリフォームを形成するプリフォーム形成工程と、
上記プリフォームを、少なくともその１面が成形型に接し、他の面は無機粉体からなる圧力媒体に接するように成形型内に配置し、該圧力媒体を１０００℃以上の温度で加圧することによって擬似等方的に熱間加圧成形する熱間加圧成形工程とを、行い、
上記無機強化繊維は、加圧時にプリフォームの加圧方向を含む直交３次元方向には配向されていないことを特徴とする繊維強化セラミックス複合材料の製造方法。
【請求項２】
上記無機粉体が、熱間成形時に焼結しない粉体であることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
上記無機粉体が、黒鉛粉末又はＢＮ粉末であることを特徴とする請求項２記載の製造方法。
【請求項４】
上記プリフォームは、その見かけ密度が、得られる繊維強化セラミックス複合材料の密度に対して２０％以上であることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項５】
上記無機強化繊維が、炭素繊維、炭化珪素系繊維、窒化珪素系繊維又はアルミナ繊維であることを特徴とする請求項４記載の製造方法。
【請求項６】
上記無機強化繊維が連続繊維である請求項１ないし５の何れかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高耐熱性、高強度、軽量化が要求される複雑な形状の繊維強化セラミックス複合材料を効率よく製造する製造方法に関し、さらに詳細には、航空宇宙産業等のジェットエンジン用ライナー、排気ダクト等の種々分野に用いられる複雑形状を持つ繊維強化セラミックス複合材料がネットシェイプで効率良く製造できる製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、高耐熱性を持つ無機長繊維強化セラミックス複合材料としては、炭素を炭素繊維で強化したＣ／Ｃ複合材料や炭化珪素を炭化珪素繊維で強化したＳｉＣ／ＳｉＣ複合材料が実用化されている。
これらの材料は、強化材である無機長繊維の織物で複雑形状を成形し、これにマトリックス原料となる無機あるいは有機高分子の融液、あるいは溶液を含浸したのち、焼成し、必要ならばその工程を繰り返す方法（含浸・焼成法）、マトリックスを気相反応によって織物上に析出させる方法（ＣＶＩ法，ＣＶＤ法）で製造されている。
しかし、これらの製造方法では、完全に緻密な複合材料の製造は難しく、得られる複合材料において、通常１０％程度の気孔が残存し、該気孔が欠陥として働くため、機械的強度、加工精度の点で劣るという問題がある。
【０００３】
一方、単体のセラミックス（繊維強化されていない単なるセラミックス）を製造する方法として、一軸で粉体を熱間加圧し緻密な成形体を得るホットプレス法がある。この方法は、通常５〜３０ＭＰａの圧力で加圧を行ってセラミックスを得る方法であり、この方法によれば、気孔のない、非常に緻密な成形体を得ることができる。
しかしながら、この方法では、平板のような単純な形状の成形体は製造できるものの、複雑形状をネットシェープで製造することは極めて困難である。
また、加熱下で高圧のガスにより加圧（ＨＩＰ）して、複雑形状物を熱間加圧成形して単体のセラミックスを得る方法も提案されているが、この方法では、セラミックス単体であれば緻密で複雑な形状の成形体を比較的簡単に製造できるものの、繊維強化セラミックス複合材料に適用した場合には、繊維の配向方向が乱れてしまい、該無機繊維による強化効果が十分発揮されないという問題がある。
【０００４】
要するに、従来の製造方法では、強化繊維とマトリックス粉末を複合化してなる気孔の多いプリフォームから緻密な複雑形状の繊維強化セラミックス複合材料をネットシェイプで製造することは不可能であった。
【０００５】
従って本発明の目的は、気孔の多いプリフォームから、複雑な形状を有し且つ緻密な繊維強化セラミックス複合材料をネットシェイプで製造することができる繊維強化セラミックス複合材料の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記問題を解決するために種々の研究を行った結果、少なくとも１面が成形型に接し、他の面は無機粉体に接するように無機強化繊維とセラミックス粉体からなる気孔の多いプリフォームを成形型内に配置し、該無機粉体を高温で加圧して擬似等方的に熱間加圧成形することにより、繊維強化セラミックス複合材料をネットシェイプで得ることができることを知見した。
【０００７】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、無機強化繊維とセラミックス粉体とを用いて、繊維強化セラミックス複合材料をネットシェイプで製造する繊維強化セラミックス複合材料の製造方法であって、
上記無機強化繊維と上記セラミックス粉体とからなるプリプレグシートを所望の形状に配して、所望の形状のプリフォームを形成するプリフォーム形成工程と、
上記プリフォームを、少なくともその１面が成形型に接し、他の面は無機粉体からなる圧力媒体に接するように成形型内に配置し、該圧力媒体を１０００℃以上の温度で加圧することによって擬似等方的に熱間加圧成形する熱間加圧成形工程とを、行い、
上記無機強化繊維は、加圧時にプリフォームの加圧方向を含む直交３次元方向には配向されていないことを特徴とする繊維強化セラミックス複合材料の製造方法を提供するものである。
【０００８】
また、本発明は、上記無機粉体が、熱間成形時に焼結しない粉体である上記製造方法を提供するものである。
また、本発明は、上記無機粉体が、黒鉛粉末又はＢＮ粉末である上記製造方法を提供するものである。
また、本発明は、上記プリフォームは、その見かけ密度が、得られる繊維強化セラミックス複合材料の密度に対して２０％以上である上記製造方法を提供するものである。
また、本発明は、上記無機強化繊維が、炭素繊維、炭化珪素系繊維、窒化珪素系繊維又はアルミナ繊維である上記製造方法を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の繊維強化セラミックス複合材料の製造方法について更に詳細に説明する。
【００１０】
本発明において用いられる無機強化繊維としては、炭素繊維、炭化珪素系繊維、窒化珪素系繊維又はアルミナ繊維が好ましく用いられる。
上記炭素繊維、上記炭化珪素系繊維、窒化珪素系繊維及びアルミナ繊維としては、下記の（１）〜（５）の繊維等が好ましく用いられる。また、使用に際してはこれらを適宜混合して用いることもできる。
【００１１】
（１）実質的にＳｉと、Ｔｉ及び／又はＺｒと、Ｃと、Ｏとからなる非晶質、
該非晶質並びに５００Å以下、好ましくは１０〜１００Åのβ−ＳｉＣと、ＴｉＣ及び／又はＺｒＣとの結晶質の集合体、又は
該結晶質並びにその近傍に存在するＳｉＯｘと、ＴｉＯｘ及び／又はＺｒＯｘ（０＜ｘ≦２）とからなる非晶質の混合系であり、且つ
元素組成は、Ｓｉが４５〜６０ｗｔ％、Ｔｉ及び／又はＺｒが０．２〜５ｗｔ％、Ｃが２０〜４５ｗｔ％、Ｏが０．１〜２０．０ｗｔ％である炭化珪素系繊維。
【００１２】
（２）元素組成が、Ｓｉが３０〜８０ｗｔ％、Ｃが２０〜７０ｗｔ％、Ｈが２ｗｔ％以下、好ましくは０．５ｗｔ％以下（Ｈは、０ｗｔ％であるのが理想的には好ましいが、製造過程で混入する場合がある）であり、且つ、
実質的にＳｉ，Ｃからなる非晶質及び／又は１００００Å以下、好ましくは１０〜２０００Åのβ−ＳｉＣの結晶質及び炭素の凝集体からなる炭化珪素系繊維。
尚、上記炭化珪素系繊維（２）は、通常の炭素繊維或いはタングステン繊維を芯線として、ＣＶＤ法により得られるものであっても良い。
【００１３】
（３）元素組成が、Ｓｉが３０〜８０ｗｔ％、Ｃが１０〜６５ｗｔ％、Ｏが０．０５〜２５ｗｔ％、Ｈが２ｗｔ％以下、好ましくは０．５ｗｔ％以下（Ｈは、０ｗｔ％であるのが理想的には好ましいが、製造過程で混入する場合がある）であり、且つ、
実質的にＳｉ，Ｃ及びＯからなる非晶質物質、又は１０００Å以下、好ましくは０．１〜２００Å、更に好ましくは１０〜２００Åのβ−ＳｉＣの結晶質の集合体と非晶質のＳｉＯ２  とからなる集合体である炭化珪素系繊維。
【００１４】
（４）Ｓｉと、Ｎ及びＯ、Ｃ，Ｈ、金属類（元素周期律表第ＩＩ族〜第ＶＩＩＩ族の金属元素の群から選択される少なくとも一種類）からなり、各元素の比率が  原子比で表して
Ｎ／Ｓｉ＝０．３〜３
０／Ｓｉ＝１５下、好ましくは  ０．０１〜１
Ｃ／Ｓｉ＝７以下、好ましくは  ０．０１〜１
Ｈ／Ｓｉ＝１以下、好ましくは  ０．０１〜０．２
金属類／Ｓｉ＝５以下、好ましくは  ０．０１〜０．１
であり、且つ、
Ｘ線小角撤乱強度比が１°及び０．５°において各々１倍〜２０倍である窒化
珪素系繊維。
【００１５】
（５）実質的にＡ１、Ｓｉ、Ｂ及び０からなるムライト並びに／又はγ一アルミナ及び−アルミナの微結晶と非晶質のＳｉ０２  との集合体であるアルミナ繊維。
【００１６】
ここで、上記の（１）の炭化ケイ素系繊維における「その近傍」とは、好ましくは結晶質粒子からの距離が１００ｎｍ以下の領域である。
上記（２）における上記「炭素の凝集体」とは、１０００Å以下の大きさを持った結晶質及び又は非晶質からなる炭素の粒子が、複数個存在することを意味する。
また、上記（３）における「結晶質の集合体」とは、０．１〜１０００μｍの大きさを持った結晶が複数個集合してなるものを意味し、「結晶質の集合体と非晶質のＳｉ０2 とからなる集合体」とは、０．１〜１０００μｍの大きさを持った結晶の集合体の近傍（上記の「その近傍」に同義）に非晶質のＳｉＯ2 の粒子が複数個集合してなるものが、更に複数個集合してなるものを意味する。尚、集合する結晶の数は限定されない。
上記（４）において用いられる上記金属類としては、具体的には、アルミニウム，チタン，ジルコニウム等が挙げられる。
【００１７】
また、上記Ｘ線小角散乱強度比は、下記の如く測定した。
理学電機株式会社製「ＲＪ−２００Ｂ型」にＰＳＰＣ（位置検出比例計数装置）−５を接続し、管電圧４５ＫＶ、管電流９５ｍＡ，第１及び第２スリットが各々０．２ｍｍφ，０．１５ｍｍφのものを使用し，０．０２°毎に１０００秒積算して散乱強度を測定した。
また、試料としては、長さ１５ｍｍの繊維を、１８ｍｇ切り出したものを用い、長さ１０ｍｍ×幅４ｍｍのスリット内に均一に張り付けて測定した。また、強度比は、１°及び０．５°における空気散乱強度と比較して算出した。
【００１８】
上記無機強化繊維としては、宇部興産（株）から「チラノ繊維」（登録商標）として市販されているＳｉ−Ｔｉ及び／又はＺｒ−Ｃ−Ｏからなる無機強化繊維〔上記炭化珪素系繊維（１）の具体例〕、あるいは日本カーボン（株）から「ニカロン」（登録商標）若しくは「ハイニカロン」（登録商標）として市販されているＳｉ−Ｃ−Ｏからなる無機強化繊維〔上記炭化珪素系繊維（３）の具体例〕、あるいは米国Ｔｅｘｔｒｏｎ社のＳＣＳシリーズの無機強化繊維〔上記炭化珪素系繊維（２）の具体例〕等の市販品を用いることもできるし、あるいは米国特許明細書第５，３６６，９４３号に記載の実質的にＳｉと、Ｃと、ＯとＢとから成る無機強化繊維〔上記炭化珪素系繊維（２）の具体例〕を用いることもできる。
また、Ａｌ２  Ｏ３  繊維（ＤｕＰｏｎｔ社製、３Ｍ社製、住友化学工業（株）製、他）〔上記アルミナ繊維（５）の具体例〕、Ｓｉ−Ｃ−Ｎ系繊維〔「ＨＰＺ繊維」商品名、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ社製〕〔上記窒化珪素系繊維（４）の具体例〕、Ｓｉ３  Ｎ４  繊維（（株）東燃製）〔上記窒化珪素系繊維（４）の具体例〕等を用いることもできる。
【００１９】
また、上記無機強化繊維の繊維径は、１〜１０００μｍであるのが好ましい。
また、上記無機強化繊維の繊維長は、１００μｍより長いことが好ましい。
【００２０】
また、本発明において用いられるセラミックス粉体としては、下記するものなどが挙げられる。
例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、ムライトなどであり、これらのセラミックス粉体は、一般的にセラミックスの焼結体の製造に用いられる粉体が用いられ、特に制限はないが、焼結を促進させる焼結助剤を配合した物がより好ましく用いられる。また、上記セラミックス粉体としては、ガラスセラミックスのように、液相あるいは粘性領域を介して焼結、緻密化を進行させるセラミックス粉体も好ましく用いられる。この場合、熱処理によって高耐熱性の結晶相を析出させ、耐熱性を向上させられるものが好ましく、アルカリ土類元素を含むアルミノ珪酸ガラス系のガラスセラミックスがより好ましく用いられる。このようなガラスセラミックスとしては、例えば灰長石（ＣａＯ・Ａｌ２  Ｏ３  ・２ＳｉＯ２  ）、きん青石（２ＭｇＯ・２Ａｌ２  Ｏ３  ・５ＳｉＯ２  ）、バリウムオスミライト（ＢａＯ・２ＭｇＯ・３Ａｌ２  Ｏ３  ・９ＳｉＯ２  ）、セルシアン（Ｂａ（ｏｒ  Ｓｒ）・Ａｌ２  Ｏ３  ・２ＳｉＯ２  ）などが好ましく用いられる。
【００２１】
また、本発明において用いられる上記成形型としては、一般的にセラミックスの製造に用いられるグラファイト材料からなるものが用いられ、一軸熱間プレスを行うダイスもグラファイト材料からなるものが用いられるが、成形時の温度においてプリフォームを構成する素材と反応せず、成形時の圧力を十分に支えることができる材料からなるものであれば特に制限されない。
【００２２】
また、本発明において用いられる無機粉体は、熱間成形時に焼結しない粉体、即ち、成形時の加圧熱処理によって焼結しない難焼結性の粉体が好ましく用いられ、中でも、特にダイス内への粉体の詰め込み作業等の操作が容易な自己潤滑性のある粉体である、黒鉛粉末、ＢＮ粉末が好ましく用いられる。
【００２３】
而して、本発明の繊維強化セラミックス複合材料の製造方法は、上記無機強化繊維と上記セラミックス粉末とを用いて、繊維強化セラミックス複合材料をネットシェイプで製造する製造方法であって、上記無機強化繊維と上記セラミックス粉体とからなるプリプレグシートを所望の形状に配して、所望の形状のプリフォームを形成するプリフォーム形成工程と、上記プリフォームを、少なくともその１面が成形型に接し、他の面は無機粉体からなる圧力媒体に接するように成形型内に配置し、該圧力媒体を１０００℃以上の温度で加圧することによって擬似等方的に熱間加圧成形する熱間加圧成形工程とを行うことにより実施することができる。
以下、上記製造方法について更に詳述する。
【００２４】
上記プリフォーム形成工程において、プリプレグシートは、常法と同様にして製造することができるが、具体的には、下記の如くして製造することができる。例えばＰＲＥＷＯらが、Ｊ．ＭＡＴＥＲ．ＳＣＩ．  １７  （１９８２）Ｐ１２０１〜１２０６で紹介しているように、開繊した繊維をセラミックス粉体と有機バインダーと分散剤とからなるスラリー中を通過させ、巻き取り、乾燥させることにより容易に製造できる。この際用いられる有機バインダー及び分散剤としては、通常、繊維強化セラミックス複合材料に用いられるものであれば特に制限なく用いることができる。
【００２５】
上記無機強化繊維の強化材としての使用形態については特別の制限はなく、連続繊維等として用いることができ、上記プリプレグシートにおいては、連続繊維から製織された平織、繻子織、多軸織、三次元織あるいは連続繊維を一方向に引き揃えたシート状物として用いることができる。
【００２６】
また、上記プリフォームは、得られたプリプレグシートを、所望の形状を有する成形型により所望の形状に成形することにより得ることができる。
【００２７】
プリフォームの気孔率は特に制限はないが、その見かけ密度が、得られる繊維強化セラミックス複合材料の密度に対して２０％以上であるのが好ましく、５０〜８０％であるのが更に好ましい。上記見かけ密度が、得られる繊維強化セラミックス複合材料の密度に対して２０％未満であると、所望の性能を満足する複合材料とならない場合があるので、好ましくない。
上記プリフォームの見かけ密度を上述の範囲内に調節するには、例えば、下記の如くして行うことができる。
即ち、プリフォームの開気孔は、▲１▼マトリックスであるセラミックス粉体の充填時に生成するセラミックス粉末間の隙間や、▲２▼強化繊維とマトリックス粉末との間の隙間、に起因する。従って、強化繊維に含浸させるスラリーの濃度を上げることによって上記▲１▼を減少させプリフォームの見かけ密度を上述の範囲内に調節することができる。また、マトリックススラリーの含浸時に強化繊維の開繊幅を大きくすることにより、スラリーの繊維まわりへの含浸を容易にし、上記▲２▼を減少させ、プリフォームの見かけ密度を上述の範囲内に調節することができる。
【００２８】
また、得られるプリフォームにおいて上記無機強化繊維の使用形態は、上記シート状物を積層した形態等として用いることができるが、加圧成形時の収縮によって繊維が折れ曲がり乱れることが少ないような繊維配向、即ちプリフォームの加圧方向に無機強化繊維が配向している部分を含む直交３次元方向には配向されていないようにする。例えば大部分の繊維が加圧方向に対して傾いて配向されてなる斜行３次元方向や、加圧方向に全く繊維が配向しない二次元方向に配向されている。
即ち、上記無機強化繊維は、加圧時にプリフォームの加圧方向を含む直交３次元方向には配向されていない。
【００２９】
また、熱間加圧成形工程においては、上記プリフォームを、少なくともその１面が成形型に接し、他の面は上記無機粉体からなる圧力媒体に接するように成形型内に配置する。ここで、上記「他の面」とは、上記成形型に接する面以外の面の意である。
次いで、上記圧力媒体を１０００℃以上、好ましくは１０００〜１８００℃の温度で、５〜１５０ＭＰａの圧力で加圧することによって擬似等方的に、０．５〜５時間熱間加圧成形する。
【００３０】
上記熱間加圧成形工程について更に詳述すると、上記プリフォーム、上記圧力媒体及び上記成形型は、該圧力媒体及び該成形型で該プリフォームを包んだ状態で、実質的に密閉された一軸熱間プレスができるダイス或いは、ＨＩＰ処理ができるカプセル中に配置される。
そして、このダイスあるいはカプセルを上記の温度で加熱し、一軸プレスするか又はカプセルにガス圧をかけてＨＩＰ処理することによって、上記圧力媒体をプリフォームに対して常に成形型表面に対して垂直方向に圧力が加わるように加圧を行うことにより、上記熱間加圧処理を行う。
これにより、目的とする形状物をネットシェイプで得ることができる。
【００３１】
上記ＨＩＰ処理に際して用いられるカプセルとしては、一般的にチタン箔あるいはガラスカプセルからなるものが用いられるが、ＨＩＰ処理時の温度でプリフォームを構成する素材及び圧力媒体である無機粉体と反応せず、ＨＩＰ処理時にガス圧をカプセル内の無機粉末に十分に伝達できる程度に変形する材料からなるものであれば特に限定されない。
【００３２】
次に、図面を参照して本発明の繊維強化セラミックス複合材料の製造方法について更に詳述する。
ここで、図１（Ａ）は、本発明の製造方法において用いられる成形型の１形態を示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、そのＢ−Ｂ断面図である。また、図２は、図１に示す成形型及び成型用ダイスを用いて行う本発明の製造方法の概略を示す概略図である。
【００３３】
本発明の製造方法を実施するには、先ず、図１に示すように、所望の形状を有する成形型２に、無機強化繊維１１が４５°で配向されてなるプリプレグシート１を、複数枚それぞれの配向方向が直交するように配して図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、所望の複雑形状とする。
尚、上記成形型２の内面形状は、上部、中央部及び下部の３つに区分された略円筒状であり、上部の直径よりも下部の直径の方が小さく、且つ中央部が括れた形状となされている。そして、この内面形状が、プリフォームの形状となる。
そして、得られたプリフォーム６は、図２に示すように、その外周面が上記成形型２の内面に接し、内周面が無機粉体としての黒鉛粉末からなる圧力媒体５に接するように複合材料成型用のダイス４内に配され、加熱しつつパンチ棒３により加圧される。
このパンチ棒３からの加圧により、上記圧力媒体５を介して上記プリフォームが加圧され、中央部が括れた円筒形状の複合材料がネットシェイプで得られる。
【００３４】
次いで、図３及び４を参照して、本発明の製造方法の他の形態について説明する。
ここで、図３は、本発明の製造方法において用いられる成形型の１形態を示す斜視図であり、図４は、図３に示す成形型及び成型用ダイスを用いて行う本発明の製造方法の概略を示す概略図である。
【００３５】
本発明の製造方法を実施するには、先ず、図３に示すように、円錐台形状を有する成形型２の上面に、無機強化繊維１１が格子状に配向されてなる８枚繻子織りのプリプレグシート１を、複数枚、図３に示すように各プリプレグシート１の継ぎ目が重ならないように配して、所望の複雑形状であるスリーブ状のプリフォーム６を得る。
そして、得られたプリフォーム６は、図４に示すように、その内周面が上記成形型２に接し、外周面が無機粉体としての黒鉛粉末からなる圧力媒体５に接するように複合材料成型用のダイス４内に配され、加熱しつつパンチ棒３により加圧される。尚、上記成型型２の上面には、プリフォーム保護板７が配されており、プリフォーム６の上端縁を保護している。
このパンチ棒３からの加圧により、上記圧力媒体５を介して上記プリフォームが加圧され、スリーブ状の複合材料がネットシェイプで得られる。
【００３６】
次いで、図５及び６を参照して、本発明の製造方法の他の形態について説明する。
ここで、図５は、本発明の製造方法において用いられる成形型の１形態を示す斜視図であり、図６は、図５に示す成形型を用いたＨＩＰ処理により熱間加圧成形を行う本発明の製造方法の概略を示す概略図である。
【００３７】
本発明の製造方法を実施するには、先ず、図５に示すように、所望の形状を有する成形型２上に、無機強化繊維１１が０°／９０°で配向されてなるプリプレグシート１を、複数枚それぞれの配向方向が直交するように配して図４に示すように、波板状の形状を有するプリフォームとする。
尚、上記成形型２は、図５に示すように、片面が波板形状を持つ板状体である。
そして、得られたプリフォーム６は、図６に示すように、その下面が上面が波状でその４辺がプリフォーム縁部保護のための縁を持つあるダイス４に接し、上面が無機粉体としてのＢＮ粉末からなる圧力媒体５に接するように複合材料成型用のガラスカプセル８内に配され、公知の手法によりガス圧を加えて加圧される。
この加圧により、上記圧力媒体５を介して上記プリフォームが加圧され、波形状の複合材料がネットシェイプで得られる。
【００３８】
本発明の製造方法によれば、スリーブ状、波板形状、中央部が括れた円筒状などの複雑な形状を有し、緻密な繊維強化セラミックス複合材料が得られる。尚、このような構造の他の構成は、用いる材料に応じて、通常の複合材料と同様である。
ここで、「緻密」とは、マトリックス中に空孔等が実質的に存在しないことを意味し、具体的には、その見かけ密度が，理論密度の９５％以上であることをいう。
【００３９】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４０】
〔実施例１〕
Ｓｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ  繊維〔宇部興産（株）製、商品名「チラノ繊維Ｆグレード」〕を開繊し、ガラスセラミックス粉体（ＳｒＯ−ＭｇＯ−Ａｌ２  Ｏ３  −ＳｉＯ２  ）を水と有機バインダー（ポリエチレンオキサイド、以下「ＰＥＯ」という）とからなる分散媒中に分散したスラリーに含浸させ、巻き取り、乾燥することによって１方向プリプレグシートを製造した。
得られたプリプレグシートを図１に示す湾曲した円筒形状を内壁に持つ２つ割れ成形型の内表面に、高さ方向に対し±４５°の配向方向を持つように交互に２０層張り付け、プリフォームを得た。
得られたプリフォームを図２に示すダイス４にセットし、図２に示すように黒鉛粉末を圧力媒体５として充填した。このダイス４をホットプレスにセットし、温度１０００℃、圧力１０ＭＰａで２０分間、加圧熱処理し、そのまま温度のみを１３００℃として１時間さらに加圧熱処理を行って、図７に示すスリーブ状の繊維強化セラミックス複合材料を得た。
得られた繊維強化セラミックス複合材料は、下記の点で優れたものであった。得られた繊維強化セラミックス複合材料は、ネットシェイプであり、再加工の必要がないため、所望の形状に成形された複合材料において、強化繊維が括れた曲面に沿って切れることなく配向している。そのため、力学的にも高強度であり、とりわけ括れ部分での強度が従来の再加工によって製造された複合材料に比べて高いものである。
【００４１】
〔実施例２〕
Ｓｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ  繊維〔宇部興産（株）製、商品名「チラノ繊維Ｆグレード」〕を開繊し、ガラスセラミックス粉体（ＭｇＯ−Ａｌ２  Ｏ３  −ＳｉＯ２  ）を水と有機バインダー（ＰＥＯ）からなる分散媒中に分散したスラリーに含浸し、乾燥させながら円筒ドラムに巻き取りプリプレグワイヤーを製造した。このワイヤーを製織し、８枚繻子織りの織物（プリプレグシート）を製造した。
得られたプリプレグシート図３に示すように、円錐台の形状を持つ黒鉛製の成形型の表面に７層巻き付けてプリフォームを形成した。このとき、織物の縦糸の方向が、円錐台の高さ方向に対して、４５゜の角度を持つようにし、各層の切れ目は、互いに重ならないよう角度にして４５゜ずつずれた位置となるように巻き付けた。
得られたプリフォームを巻き付けた成形型を、図４に示すダイス４にセットした。このとき円錐台成形型の上には、プリフォームの縁部への不要な加圧を防ぐため黒鉛製円盤からなるプリフォーム保護板７を乗せた。そしてダイス４に黒鉛粉末を圧力媒体５として充填した。
次いで、ダイス４をホットプレスにセットし、温度１４００℃、圧力１０ＭＰａで５分間で加圧熱処理し、次いで２０℃／ｍｉｎで１２００℃まで降温し、この温度で（温度以外の条件はそのまま）１時間加圧熱処理を行って、スリーブ状の繊維強化セラミックス複合材料を得た。
得られた繊維強化セラミックス複合材料は、下記の点で優れたものであった。得られた繊維強化セラミックス複合材料は、ネットシェイプであり、しかも緻密であるので、再加工を行わずとも、滑らかな表面を持っている。このため、高速のガス流を伴う部位での部材として優れている。
【００４２】
〔実施例３〕
Ｓｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ  繊維〔宇部興産（株）製、商品名  チラノ繊維ＬｏｘＥグレード〕を開繊し、Ｓｉ３Ｎ４  粉末及びＡｌ２Ｏ３  とＹ２Ｏ３の焼結助剤粉末と水と有機バインダー（ＰＶＡ）からなる分散媒中に分散したスラリーに含浸し、巻き取り、乾燥することによって１方向プリプレグシート（配向方向０゜／９０゜）を製造した。
得られたプリプリグシートを、図５に示す波板状のプレートの上に繊維配向方向が直交するように２５層重ねてゆき、プリフォームを得た。
得られたプリフォーム６を、図６に示すように、加圧成型用の波状の板（ダイス４）の上に置き、ガラス容器の中に入れ、上記プリフォーム６の上に圧力媒体としてさらにＢＮ粉末を詰め、５００℃で加熱しながら真空排気を１０時間行い、プリフォーム６に含まれるバインダーを除去した後、真空封止し、図６に示すようにガラスカプセル化した。このガラスカプセル８を公知のＨＩＰ装置中で、１５００℃まで加熱した後、３０ＭＰａ  の圧力までアルゴン中で加圧し、そのままの圧力で１７５０℃まで加熱し、さらにこの温度及び圧力で１時間加圧熱処理して、波板状の維強化セラミックス複合材料を得た。
得られた繊維強化セラミックス複合材料は、下記の点で優れたものであった。得られた繊維強化セラミックス複合材料は、ネットシェイプであり、再加工の必要がない。また、波形に沿って連続的に繊維が配向しているので、液状部分での強度の異方性がなく、応力が掛かった時に割れ、チッピングを生じにくい。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の繊維強化セラミックス複合材料の製造方法によれば、気孔の多いプリフォームから、複雑な形状を有し且つ緻密な繊維強化セラミックス複合材料をネットシェイプで製造することができる。
更に詳述すると、本発明の製造方法によれば、緻密で複雑形状を持った繊維強化セラミックス複合材料がネットシェイプで簡単に得られる。これにより、従来、加工工程を経る必要があった複雑な形状を有する複合材料が、加工工程を経ないで得られるため、コスト的に有利であると共に、加工による強化繊維の切断部分が少ないため、従来の部材より高強度のものを得ることができる。
【図の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の製造方法において用いられる成形型の１形態を示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、そのＢ−Ｂ断面図である。
【図２】図２は、図１に示す成形型及び成型用ダイスを用いて行う本発明の製造方法の概略を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の製造方法において用いられる成形型の１形態を示す斜視図である。
【図４】図４は、図３に示す成形型及び成型用ダイスを用いて行う本発明の製造方法の概略を示す概略図である。
【図５】図５は、本発明の製造方法において用いられる成形型の１形態を示す斜視図である。
【図６】図６は、図５に示す成形型を用いたＨＩＰ処理により熱間加圧成形を行う本発明の製造方法の概略を示す概略図である。
【図７】実施例において得られた複雑形状を持つ円筒状の複合材料を示す写真（図面に代えて提出する写真であって、セラミックス材料の組織を示す写真）である。
【符号の説明】
１    プリプレグシート
２    成形型
３    パンチ棒
４    ダイス
５    圧力媒体
６    プリフォーム
７    プリフォーム保護板
８    ガラスカプセル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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