(57)【要約】【課題】小さな曲率半径でＳｉＣ繊維を曲げても毛羽立ちの発生しにくいＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法を提供する。【解決手段】本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法は、複数の炭素繊維２とサイジング剤１とからなるストランド３を用いて基材４を形成する基材形成工程Ｓ１と、基材４からサイジング剤１を除去するサイジング剤除去工程Ｓ２と、基材４をＣＶＤ炉にいれ、炭素繊維２を芯として表面にＳｉＣ被覆５を形成するＳｉＣ被覆形成工程Ｓ３と、ＳｉＣ被覆５の外側に界面層７を形成する界面層形成工程Ｓ４と、界面層７の外側にＳｉＣマトリックス８を形成するマトリックス形成工程Ｓ５と、を含む。表面に強い摩擦力の発生しにくい炭素繊維２の段階で基材４を形成しているので、毛羽立ちの発生を少なくすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の炭素繊維とサイジング剤とからなるストランドを用いて基材を形成する基材形成工程と、
前記基材から前記サイジング剤を除去するサイジング剤除去工程と、
前記基材をＣＶＤ炉にいれ、前記炭素繊維を芯として表面にＳｉＣ被覆を形成するＳｉＣ被覆形成工程と、
前記ＳｉＣ被覆の外側に界面層を形成する界面層形成工程と、
前記界面層の外側にＳｉＣマトリックスを形成するマトリックス形成工程と、
を含むＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法。
【請求項２】
前記基材形成工程は、クロスを織る製織法、組紐体を編むブレーディング法、またはフィラメントワインディング体を巻回するフィラメントワインディング法の少なくともいずれか一つからなる請求項１に記載のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法。
【請求項３】
前記サイジング剤除去工程は、洗浄法、または加熱法のいずれかである請求項１または２に記載のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法。
【請求項４】
前記界面層は、ＢＮ、または熱分解炭素からなる請求項１から３のいずれか１項に記載のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法。
【請求項５】
前記マトリックス形成工程は、ＣＶＤ法、または前駆体法からなる請求項１から４のいずれか１項に記載のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法。
【請求項６】
前記ストランドは、さらに有機繊維を含有するとともに、前記基材形成工程と前記ＳｉＣ被覆形成工程との間に前記有機繊維を除去する有機繊維除去工程を有する請求項１から５のいずれか１項に記載のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法。
【請求項７】
前記有機繊維除去工程は、前記サイジング剤除去工程と同時に行われる請求項６に記載のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックス・コンポジットは、耐熱性、耐酸化性、損傷許容性等を有するため、エネルギー産業、宇宙航空、非鉄・金属分野等の使用環境のきびしい分野に用途が期待されている。中でも強化繊維として炭化ケイ素繊維（以下ＳｉＣ繊維という）を用い、マトリックスとして炭化ケイ素を用いた炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素複合材料（以下ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料）がすぐれた特性を有するものとして期待が高まっている。
【０００３】
ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料は、骨材であるＳｉＣ繊維の素線と、ＳｉＣマトリックスとの間にＢＮ、熱分解炭素など異質の物質からなる界面層を形成しＳｉＣ繊維とＳｉＣマトリックスの一体化を防止し、複合材としての特徴を発揮している。ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料は、骨材であるＳｉＣ繊維を束ねたストランドを織ったクロス、巻回したフィラメントワインディングなど、さまざまな形態のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料が存在し、さまざまな形状のものを形成することができる。
【０００４】
特許文献１には、多角形の管状体の製造方法であって、長手方向の辺にＲ面形状部を有する多角形マンドレルにセラミック繊維を巻回し、マンドレルの軸線に対する巻き角度の異なる複数層のセラミック繊維層が積層された巻回体を得る巻回工程と、前記巻回体にセラミック−ＣＶＤを被覆し、被覆体を形成するＣＶＤ工程と、前記被覆体からマンドレルを除去するマンドレル除去工程と、からなり、前記セラミック繊維層は、最外層のセラミック繊維層が、最外層セラミック繊維層直下のセラミック繊維層よりもマンドレルの軸線に対する巻き角度が小さいことを特徴とするセラミック／セラミック複合材からなる多角形の管状体の製造方法が記載されている。
【０００５】
このようにマンドレルの軸線に対する巻き角度が小さいＳｉＣ繊維層を最外層に配置することにより、最外層ＳｉＣ繊維の曲げ方を緩やかにして折れにくくできる。つまり毛羽立ちし易いＳｉＣ繊維層を、毛羽立ちしにくいＳｉＣ繊維層で覆い、毛羽立ちの発生を抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−１３９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＳｉＣ繊維は、もともと脆い材料であるため、局部的に力が加わると切断する。ＳｉＣ繊維の束であるストランドを用いて小径のパイプなどを形成すると、ＳｉＣの脆さによってＳｉＣ繊維の破断が起き、毛羽立ちしやすくなる。毛羽立ちが発生すると、強度の低下の原因となるほかに、ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料を形成する過程で、ＣＶＤ法でマトリックスを形成すると、毛羽立ちしたＳｉＣ繊維にマトリックスが成長し、欠陥の元となる。
【０００８】
前記課題に鑑み、本発明は、小さな曲率半径でＳｉＣ繊維を曲げても毛羽立ちの発生しにくいＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法は、
（１）複数の炭素繊維とサイジング剤とからなるストランドを用いて基材を形成する基材形成工程と、前記基材から前記サイジング剤を除去するサイジング剤除去工程と、前記基材をＣＶＤ炉にいれ、前記炭素繊維を芯として表面にＳｉＣ被覆を形成するＳｉＣ被覆形成工程と、前記ＳｉＣ被覆の外側に界面層を形成する界面層形成工程と、前記界面層の外側にＳｉＣマトリックスを形成するマトリックス形成工程と、を含む。
【００１０】
本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法は、炭素繊維とサイジング剤とからなるストランドを用いて基材を形成している。炭素はｃ軸方向がファンデルワールス力で結合した六方晶系の結晶構造であるので潤滑作用があり、炭素繊維に強い力が加わりにくい。クロスなどの形態に基材を形成しても、表面に強い摩擦力が発生しにくい炭素繊維の段階で基材を形成しているので、毛羽立ちの発生を少なくすることができる。さらにストランドはサイジング剤を有しているので、繊維同士の摩擦がさらに小さくなり、切断しにくくなっている。
【００１１】
本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法は、炭素繊維の段階で、製織、ワインディングにより骨材が形成されているので、骨材を形成する段階では、表面に界面層となるセラミックの被覆がない。このため、表面のセラミックの被覆が剥がれ落ちセラミック繊維を傷つけることがなく、毛羽立ちを発生しにくくすることができる。
【００１２】
本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法は、以下の態様であることが好ましい。
【００１３】
（２）前記基材形成工程は、クロスを織る製織法、組紐体を編むブレーディング法、またはフィラメントワインディング体を巻回するフィラメントワインディング法の少なくともいずれか一つからなる。
【００１４】
製織法、ブレーディング法、フィラメントワインディング法は、ＳｉＣの連続繊維を組み合わせ曲げを伴いながら骨材を形成する。このため繊維が切断され毛羽立ちが生じると、ＳｉＣ繊維に隙間ができＳｉＣマトリックスが完全に隙間を埋めにくくなり、ＳｉＣマトリックスに欠陥ができやすくなる。本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法では、ＳｉＣ繊維が曲がっている箇所でも切断が生じにくいので、ＳｉＣマトリックスが骨材間に充填されやすく、強固なＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料を得ることができる。
【００１５】
（３）前記サイジング剤除去工程は、洗浄法、または加熱法のいずれかである。
【００１６】
サイジング剤としては、エポキシ系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ビニルエステル樹脂、シリコーン樹脂、ヒドラジド系樹脂、ポリエチレンオキサイドなどが挙げられる。これらのサイジング剤を除去することにより、炭素繊維の上に直接ＳｉＣを形成することができる。サイジング剤の除去の方法は、サイジング剤の種類に応じて適宜選択することができる。水溶性のサイジング剤であれば水洗し、有機溶媒に可溶なサイジング剤であれば、有機溶媒を用いて洗浄することができる。また、沸点、昇華点以上の温度に加熱が可能なサイジング剤、熱分解し残渣が残らないサイジング剤であれば、加熱し、蒸発、昇華、あるいは熱分解させることによって除去することができる。
【００１７】
また、本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法は、複数の炭素繊維を用いて基材を形成した後に、サイジング剤を除去し、炭素繊維にＳｉＣ被覆を形成し、ＳｉＣ繊維を得ている。本発明で得られたＳｉＣ繊維は、ＣＶＤ法で得られているので、前駆体を紡糸して得られたＳｉＣ繊維のように酸素を含有しない。酸素を含有すると高温でＳｉＣと反応し、ＳｉＯ、ＣＯなどの気体に分解し、ＳｉＣ繊維に欠陥を形成する元となる。本発明のＳｉＣ繊維は、炭素繊維の芯にＣＶＤ−ＳｉＣが形成されているので、酸素を含有せず、耐熱性の高いＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料を得ることができる。
【００１８】
本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法は、得られたＳｉＣ繊維の表面に界面層を形成している。界面層は、ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料が形成された後にＳｉＣ繊維とＳｉＣマトリックスとの一体化を防止しＳｉＣ繊維がマトリックスから引き抜きが起こるように作用するので、複合材としての性能を発揮することができるようになる。
【００１９】
本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法は、さらに、界面層の外側にＳｉＣマトリックスを形成するマトリックス形成工程を有している。マトリックス形成工程では、原料ガスを骨材のＳｉＣ繊維間に沈積させるＣＶＤ法、前駆体の樹脂を骨材に含浸したのち熱分解させる前駆体法などを利用することができる。
【００２０】
（４）前記界面層は、ＢＮ、または熱分解炭素からなる。
【００２１】
界面層となる、ＢＮ、または熱分解炭素は、六方晶系の結晶であり、ｃ軸方向がファンデルワールス力で結合しているので、劈開しやすい結晶構造である。このため、界面層がこれらのセラミックからなると、マトリックスと、骨材であるＳｉＣ繊維が一体化を防止し、ＳｉＣ繊維がマトリックスから引き抜きが起こるように作用するので、一気に破断せず複合材としての性能を発揮することができるようになる。
【００２２】
（５）前記マトリックス形成工程は、ＣＶＤ法、または前駆体法からなる。
【００２３】
ＣＶＤ法では気体である原料ガスの沈積、前駆体法では液体である前駆体の含浸により骨材の隙間にマトリックスを充填することができるので、効率よくＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料を形成することができる。
【００２４】
（６）前記ストランドは、さらに有機繊維を含有するとともに、前記基材形成工程と前記ＳｉＣ被覆形成工程との間に前記有機繊維を除去する有機繊維除去工程を有する。
【００２５】
本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法においてストランドに有機繊維を含有していると、骨材を成形する際に炭素繊維同士の摩擦を少なくし、炭素繊維の破断を防止することができる。また、有機繊維は、ＳｉＣ被覆形成工程までに除去されているので、有機繊維が除去された後の空隙にＳｉＣ被覆を十分な厚さに形成することができる。
【００２６】
（７）前記有機繊維除去工程は、前記サイジング剤除去工程と同時に行われる。
【００２７】
有機繊維の除去とサイジング剤の除去とは、同じようなプロセスでできる。このため、有機繊維とサイジング剤との組み合わせを適宜選定することにより、同じ処理で有機繊維と、サイジング剤とを同時に除去することができるようになる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法は、炭素繊維とサイジング剤とからなるストランドを用いて基材を形成している。炭素はｃ軸方向がファンデルワールス力で結合した六方晶系の結晶構造であるので潤滑作用があり、炭素繊維に強い力が加わりにくい。このため、クロスなどの形態に基材を形成しても、表面に強い摩擦力が発生しにくい炭素繊維の段階で基材を形成しているので、毛羽立ちの発生を少なくすることができる。さらにストランドはサイジング剤を有しているので、繊維同士の摩擦がさらに小さくなり、切断しにくくなっている。
【００２９】
本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法は、炭素繊維の段階で、製織、ワインディングにより骨材が形成されているので、骨材を形成する段階では、表面に界面層となるセラミックの被覆がない。このため、表面のセラミックの被覆が剥がれ落ちセラミック繊維を傷つけることがない。このため毛羽立ちを発生しにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（ａ）は本発明に係る実施の形態１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法の工程フローチャート図、（ｂ）は本発明に係る実施の形態２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法の工程フローチャート図、（ｃ）は本発明に係る実施の形態３のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法の工程フローチャート図を示す。
【図２】本発明に係る実施の形態１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法において、ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材を形成していく過程をイメージした模式図で、（ａ）は基材形成工程、（ｂ）はサイジング剤除去工程、（ｃ）はＳｉＣ被覆形成工程、（ｄ）は界面層形成工程、（ｅ）はマトリックス形成工程を示す。
【図３】本発明に係る実施の形態２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法において、ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材を形成していく過程をイメージした模式図で、（ａ）は基材形成工程、（ｂ）はサイジング剤除去工程、（ｃ）はＳｉＣ被覆形成工程、（ｄ）は界面層形成工程、（ｅ）はマトリックス形成工程を示す。
【００３１】
（発明の詳細な説明）
本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法は、複数の炭素繊維とサイジング剤とからなるストランドを用いて基材を形成する基材形成工程と、前記基材から前記サイジング剤を除去するサイジング剤除去工程と、前記基材をＣＶＤ炉にいれ、前記炭素繊維を芯として表面にＳｉＣ被覆を形成するＳｉＣ被覆形成工程と、前記ＳｉＣ被覆の外側に界面層を形成する界面層形成工程と、前記界面層の外側にＳｉＣマトリックスを形成するマトリックス形成工程と、を含む。
【００３２】
本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法は、炭素繊維とサイジング剤とからなるストランドを用いて基材を形成している。炭素はｃ軸方向がファンデルワールス力で結合した六方晶系の結晶構造であるので潤滑作用があり、炭素繊維に強い力が加わりにくい。クロスなどの形態に基材を形成しても、表面に強い摩擦力が発生しにくい炭素繊維の段階で基材を形成しているので、毛羽立ちの発生を少なくすることができる。さらにストランドはサイジング剤を有しているので、繊維同士の摩擦がさらに小さくなり、切断しにくくなっている。
【００３３】
本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法は、炭素繊維の段階で、製織、ワインディングにより骨材が形成されているので、骨材を形成する段階では、表面に界面層となるセラミックの被覆がない。このため、表面のセラミックの被覆が剥がれ落ちセラミック繊維を傷つけることがなく、毛羽立ちを発生しにくくすることができる。
【００３４】
本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法は、以下の態様であることが好ましい。
【００３５】
前記基材形成工程は、クロスを織る製織法、組紐体を編むブレーディング法、またはフィラメントワインディング体を巻回するフィラメントワインディング法の少なくともいずれか一つからなる。
【００３６】
製織法、ブレーディング法、フィラメントワインディング法は、ＳｉＣの連続繊維を組み合わせ曲げを伴いながら骨材を形成する。このため繊維が切断され毛羽立ちが生じると、ＳｉＣ繊維に隙間ができＳｉＣマトリックスが完全に隙間を埋めにくくなり、ＳｉＣマトリックスに欠陥ができやすくなる。本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法では、ＳｉＣ繊維が曲がっている箇所でも切断が生じにくいので、ＳｉＣマトリックスが骨材間に充填されやすく、強固なＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料を得ることができる。
【００３７】
前記サイジング剤除去工程は、洗浄法、または加熱法のいずれかである。
【００３８】
サイジング剤としては、エポキシ系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ビニルエステル樹脂、シリコーン樹脂、ヒドラジド系樹脂、ポリエチレンオキサイドなどが挙げられる。これらのサイジング剤を除去することにより、炭素繊維の上に直接ＳｉＣを形成することができる。サイジング剤の除去の方法は、サイジング剤の種類に応じて適宜選択することができる。水溶性のサイジング剤であれば水洗し、有機溶媒に可溶なサイジング剤であれば、有機溶媒を用いて洗浄することができる。また、沸点、昇華点以上の温度に加熱が可能なサイジング剤、熱分解し残渣が残らないサイジング剤であれば、加熱し、蒸発、昇華、あるいは熱分解させることによって除去することができる。
【００３９】
また、本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法は、基材を形成した後に、サイジング剤を除去し、ＳｉＣ被覆を形成し、ＳｉＣ繊維を得ている。本発明で得られたＳｉＣ繊維は、ＣＶＤ法で得られているので、前駆体を紡糸して得られたＳｉＣ繊維のように酸素を含有しない。酸素を含有すると高温でＳｉＣと反応し、ＳｉＯ、ＣＯなどの気体に分解し、ＳｉＣ繊維に欠陥を形成する元となる。本発明のＳｉＣ繊維は、炭素繊維の芯にＳｉＣが形成されているので、酸素を含有せず、耐熱性の高いＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料を得ることができる。
【００４０】
本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法は、得られたＳｉＣ繊維の表面に界面層を形成している。界面層は、ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料が形成された後にＳｉＣ繊維とＳｉＣマトリックスとの一体化を防止しＳｉＣ繊維がマトリックスから引き抜きが起こるように作用するので、一気に破断せず複合材としての性能を発揮することができるようになる。
【００４１】
本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法は、さらに、界面層の外側にＳｉＣマトリックスを形成するマトリックス形成工程を有している。マトリックス形成工程では、原料ガスを骨材のＳｉＣ繊維間に沈積させるＣＶＤ法、前駆体の樹脂を骨材に含浸したのち熱分解させる前駆体法などを利用することができる。
【００４２】
前記界面層は、ＢＮ、または熱分解炭素からなる。
【００４３】
界面層となる、ＢＮ、または熱分解炭素は、六方晶系の結晶であり、ｃ軸方向がファンデルワールス力で結合しているので、劈開しやすい結晶構造である。このため、界面層がこれらのセラミックからなると、マトリックスと、骨材であるＳｉＣ繊維が一体化を防止し、ＳｉＣ繊維がマトリックスから引き抜きが起こるように作用するので、複合材としての性能を発揮することができるようになる。界面層の厚さは、特に限定されない。好ましい界面層の厚さは例えば０．３〜１０μｍである。０．３μｍ以上であれば、長期間使用しても拡散して消失しにくくすることができる。１０μｍ以下であれば、ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の全体の体積に占める界面層の体積を小さくすることができるので、高強度のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料を得ることができる。
【００４４】
前記マトリックス形成工程は、ＣＶＤ法、または前駆体法からなる。
【００４５】
ＣＶＤ法では気体である原料ガスの沈積、前駆体法では液体である前駆体の含浸により骨材の隙間にマトリックスを充填することができるので、効率よくＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料を形成することができる。
【００４６】
前記ストランドは、さらに有機繊維を含有するとともに、前記基材形成工程と前記ＳｉＣ被覆形成工程との間に前記有機繊維を除去する有機繊維除去工程を有する。
【００４７】
本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法のストランドに有機繊維を含有していると、骨材を成形する際に炭素繊維同士の摩擦を少なくし、炭素繊維の破断を防止することができる。また、有機繊維は、ＳｉＣ被覆形成工程までに除去されているので、有機繊維が除去された後の空隙にＳｉＣ被覆を十分な厚さに形成することができる。
【００４８】
前記有機繊維除去工程は、前記サイジング剤除去工程と同時に行われる。
【００４９】
有機繊維の除去とサイジング剤の除去とは、同じようなプロセスでできる。このため、有機繊維とサイジング剤との組み合わせを適宜選定することにより、同じ処理で有機繊維と、サイジング剤とを同時に除去することができるようになる。
【００５０】
（発明を実施するための形態）
本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法について、以下実施例を挙げて説明する。
【００５１】
＜実施の形態１＞
図１（ａ）は本発明に係る実施の形態１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法の工程示すフローチャート図である。ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料が形成されていく各工程の模式図は図２を参照。
【００５２】
本実施の形態１は、基材形成工程Ｓ１、サイジング剤除去工程Ｓ２、ＳｉＣ被覆形成工程Ｓ３、界面層形成工程Ｓ４、マトリックス形成工程Ｓ５とからなる。
【００５３】
基材形成工程Ｓ１は、サイジング剤１で束ねられた炭素繊維２のストランド３を用いてクロスを積層した形態の基材４を形成する（図２（ａ）参照）。なお、ストランド３は、例えば２００〜２００本の炭素繊維２とサイジング剤１とからなり、有機繊維は含まれていない。例えば炭素繊維２の太さは３〜２０μｍであり、サイジング剤１によって１本のストランド３にまとめられている。例えばサイジング剤１はエポキシ樹脂であり、熱硬化性樹脂であるので溶媒に不溶であるが不活性ガス中で熱分解することができる。
【００５４】
サイジング剤１と炭素繊維２とからなるストランド３は、製織されクロスとなり、複数枚積層し、基材４を得ることができる。なお、基材４は、クロスの形態に限定されることなく、フィラメントワインディング体、ブレーディング体など利用することができる。
【００５５】
次にサイジング剤除去工程Ｓ２でサイジング剤１を除去する（図２（ｂ）参照）。サイジング剤１の種類によってサイジング剤除去工程Ｓ２のプロセスを適宜選択することができる。
【００５６】
溶媒可溶性のサイジング剤１であれば、溶媒により除去することができ、不活性ガス中で熱分解するサイジング剤１であれば、不活性ガス中で加熱して残渣を残すことなく熱分解することができる。基材４から、サイジング剤１を除去することにより、基材４中の空隙を大きくすることができる。
【００５７】
溶媒としては、酢酸エチルなどのカルボン酸エステル類、アセトン、エーテル類、トルエン、水などが利用できる。これらの溶媒中で洗浄し、サイジング剤１を除去する。また溶媒で洗浄する場合、溶媒の浸透力を高めるため、超音波洗浄、加熱するなど補助的に行ってもよい。また、熱分解によりサイジング剤１を除去する場合には、例えば空気、窒素ガス、希ガス、あるいは真空中で加熱することにより、熱分解あるいは揮発し除去することができる。こうしてサイジング剤１を除去した基材４は、炭素繊維２の周囲に多くの空隙が形成される。
【００５８】
次にＳｉＣ被覆形成工程Ｓ３でＳｉＣ被覆５を炭素繊維２の周囲に形成する。即ち、炭素繊維２を芯として表面にＳｉＣ被覆５を形成する。ここで、炭素繊維のコアを有するＳｉＣ繊維６が形成される（図２（ｃ）参照）。
【００５９】
ＳｉＣ被覆形成工程Ｓ３では、炭素繊維２の周囲をＣＶＤ−ＳｉＣ（ＳｉＣ被覆５）で覆う。ＣＶＤ−ＳｉＣは、原料ガスに酸素を含有していないので、高温でもＳｉＯ、ＣＯなどの気体を生成することがなく、また、心材である炭素繊維２も高温で安定であるので、高い耐熱性を有している。
炭素繊維２のコアを有するＳｉＣ繊維６の太さは、例えば２０〜７０μｍである。
【００６０】
ＳｉＣ被覆形成工程Ｓ３では、基材４の表面に集中してＣＶＤ−ＳｉＣ層（ＳｉＣ被覆５）が形成されないよう、ＣＶＤの条件を調整することが好ましい。ＣＶＤの製膜温度は例えば、１０００〜１５００℃である。また、ＣＶＤ炉内の圧力は、例えば１〜１００ｋＰａである。
【００６１】
次に界面層形成工程Ｓ４で、得られたＳｉＣ繊維６の表面に界面層７を形成する（図２（ｄ）参照）。
【００６２】
界面層７は、ＣＶＤ法で形成する。界面層７は、ＳｉＣ繊維６とＳｉＣマトリックス８との一体化を防止するために、ＳｉＣとは異なるセラミックで構成される。界面層７としては例えば、ＢＮ、熱分解炭素が挙げられる。これらの化合物は、六方晶の結晶構造を有しているので、結合の弱いファンデルワールス力で結合する劈開面があり、ＳｉＣ繊維６とＳｉＣマトリックス８との一体化を防止し、複合材料としての引き抜き効果を十分に発揮できるようにすることができる。引き抜き効果とは、複合材料の破壊はマトリックスから繊維が引き抜かれながら破壊することであり、一気に破壊が進行せず、形状を保持することができる効果がある。
【００６３】
界面層形成工程Ｓ４では、ＣＶＤ法により界面層を形成するので、ＳｉＣ被覆形成工程Ｓ３で、炭素繊維２の周囲にＳｉＣ被覆５を形成した後、原料ガス、条件を適宜変え、連続して１つの装置で製造することができる。
【００６４】
次にマトリックス形成工程Ｓ５で、界面層７の形成されたＳｉＣ繊維６の上に、ＳｉＣマトリックス８を形成する（図２（ｅ）参照）。
【００６５】
ＳｉＣマトリックス８の形成の方法は特に限定されないが、例えば、ＣＶＤ法、前駆体法が利用できる。ＣＶＤ法では、ＳｉＣ繊維６の隙間にＳｉＣマトリックス８を充填することができるよう適宜条件を変えてＳｉＣ被覆形成工程Ｓ３と同様に行うことができる。また、前駆体法では、液状の前駆体を含浸したのち、焼成することによって得ることができる。前駆体としては焼成してＳｉＣが得られるものであれば特に限定されないが、例えばポリカルボシラン及びその誘導体を利用することができる。中でも、ＣＶＤ法を利用することが好ましい。ＣＶＤ法では、原料ガスに酸素を含有していないので高温でもＳｉＯ、ＣＯなどの気体を発生することがなく高い耐熱性を有している。
【００６６】
ＣＶＤ法における製膜温度は例えば、１０００〜１５００℃である。また、ＣＶＤ炉内の圧力は、例えば１〜１００ｋＰａである。また、前駆体法における焼成温度は６００〜１２００℃である。
【００６７】
＜実施の形態２＞
図１（ｂ）は本発明に係る実施の形態２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法の工程を示すフローチャート図である。実施の形態２において、ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料が形成されていく各工程の模式図は図３を参照。
【００６８】
実施の形態２では、ストランド３は、炭素繊維２と有機繊維９と、サイジング剤１とからなり（図３（ａ）参照）、実施の形態１の製造プロセスのサイジング剤除去工程Ｓ２と同時に有機繊維除去工程Ｓ６を行っていることが、実施の形態１と異なっている（図３（ｂ）参照）。
【００６９】
有機繊維９としては、特に限定されずどのようなものでも利用することができるが、炭素繊維２の連続繊維の間に挿入できるよう有限長の繊維であることがこのましい。例えば炭素繊維２の束をエアブローによって解繊し、その間に有機繊維９を挿入する。その後サイジング剤１を塗布し、炭素繊維２と、有機繊維９とサイジング剤１とからなるストランド３を得ることができる。有機繊維９としては、例えば天然繊維、合成繊維などどのようなものでも利用することができる。中でも合成繊維は、精製された原料を使用するので不純物の混入が少ないうえに主に熱可塑性樹脂が用いられているので溶媒で除去しやすく残渣を残りにくくすることができる。
【００７０】
また、サイジング剤除去工程Ｓ２では同時に有機繊維除去工程Ｓ６も行われている。
有機繊維除去工程Ｓ６と同時に行われるサイジング剤除去工程Ｓ２の方法は、どのような方法でもよく特に限定されないが、この場合においては、有機繊維９とサイジング剤１が同じ方法で除去できる必要がある。
除去の方法は、残渣を残すことなく熱分解が可能であれば、加熱法が利用でき、共通の溶媒があれば、溶媒中での洗浄を行う洗浄法が利用できる。
【００７１】
＜実施の形態３＞
図１（ｃ）は本発明に係る実施の形態３のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法の工程を示すフローチャート図である。
実施の形態３では、実施の形態２に対してサイジング剤除去工程Ｓ２と有機繊維除去工程Ｓ６を同時に行わず、サイジング剤除去工程Ｓ２のあとに有機繊維除去工程Ｓ６を行っていることが異なるのみである。
サイジング剤除去工程Ｓ２と有機繊維除去工程Ｓ６を同時に行わないので、それぞれに適した除去の方法を選択することができる。
【００７２】
有機繊維９として天然繊維を使用した場合には、利用しやすい良溶媒が少ないので、焼成し熱分解させる加熱法を利用することが好ましい。有機繊維９として合成繊維を使用した場合には、多くの繊維が溶媒に可溶であるので、適宜溶媒を選択し、溶媒で除去する洗浄法が利用でき、熱分解させる加熱法でも利用することができる。
【００７３】
本実施例の方法に限定されず、有機繊維除去工程Ｓ６と、サイジング剤除去工程Ｓ２との順序は特に限定されず、どちらを先に行ってもよく、また同時に行ってもよい。
【００７４】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法は、原子炉用部材のチャンネルボックス、燃料被覆管などのほか、ジェットエンジン部材、ガスタービン用部材に用いられるＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料を製造する分野に適合可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１  サイジング剤
２  炭素繊維
３  ストランド
４  基材
５  ＳｉＣ被覆
６  ＳｉＣ繊維
７  界面層
８  ＳｉＣマトリックス
９  有機繊維
Ｓ１  基材形成工程
Ｓ２  サイジング剤除去工程
Ｓ３  ＳｉＣ被覆形成工程
Ｓ４  界面層形成工程
Ｓ５  マトリックス形成工程
Ｓ６  有機繊維除去工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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