(57)【要約】【課題】セラミック複合材料製造用の中間素材であるプリプレグシートの積層によりプリフォームを成型し、加熱・加圧により成型する際のプリプレグシートの構成要素である強化セラミック繊維の糸切れによる特性劣化を抑制する。【解決手段】セラミック複合材料製造用の中間素材であるプリプレグシートにコルゲート加工（波打形状付与）を施し、これを積層することでプリフォームを成型し、加熱・加圧時での体積収縮による強化セラミック繊維の糸切れを抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化セラミック複合材料でシリンダーまたは類似の形状の製品を作成する際に加熱・加圧を用いる成型に用いられる中間素材であるプリプレグシートにコルゲート加工（波打形状付与）を施す方法
【請求項２】
請求項１のプリプレグシートを用いてプリフォームを作成し、これを用いて繊維強化セラミック複合材料でシリンダーまたは類似の形状の製品を作成する事。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダー形状の２D-セラミック繊維強化複合材料の加圧・加熱成形用プリプレグシートの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリンダー形状の２方向（２D）セラミック繊維強化複合材料製造において高密度、高結晶性を達成できる製造法としてNITE法（関連特許に示す）がある。この方法で作成するには中間素材としてプリプレグシートを用いて、プリフォームを作成し、プリフォームの加圧・加熱により成形し、最終製品を作成する。従来技術であるNITE法プリプレグシートでシリンダー形状の２D-セラミック繊維強化複合材料製品を作成する場合、加圧・加熱成形時の体積収縮により肉厚が減少し、内側表面に向かって周長が大きく増加する。この際、セラミック繊維はこの製造条件では塑性変形を行わないので部分的に断線することになり、強度低下の原因となり、シリンダーの大型化における大きな問題であった。
【０００３】
大型のシリンダーを作成する場合には加圧・加熱成型時における体積収縮に伴うプリプレグシートの肉厚減少と長さの増加が起こる。前者はマトリックス成分の高密度化によるものであり、ナノ粉末を主成分とするマトリックスは十分な変形能力を有し、高密度・高結晶性のマトリックス形成は実現する。一方、長さの増加にはマトリックス部分の変形には問題は無いが、セラミック繊維はこの成型条件では変形せず、繊維が破断してマトリックス変形に対応する事になり、大型化に伴いこの弊害は大きくなる傾向にある。図１は、従来法でのプリプレグシートを用いたプリフォームでの成型時に起こる現象を示している。１は一方向プリプレグシートであり、交互に繊維方向を変えて積層する状況を２に示す。積層プロイプレグシートは芯材に巻かれプリフォームとなり、芯材を取り外したプリフォームを製品外径に合わせたダイスに挿入した状態が3である。3の状態で、内圧をかけて、加熱することにより成型する。この際、繊維が十分な延性を有しないために断線する様子が4に示されている。これが特性劣化を引き起こすという、この方式の欠点であった。
【０００４】
大型のシリンダー作製におけるこの欠点はシリンダーに求められる強度特性確保の上で大きな障害となる。具体的には、この欠点を補うためにより多くの繊維強化を施す必要がおこり、価格面、重量面での本材料の優位性を大きく損なうものであった。
【０００５】
この改善策として、プリプレグシートにコルゲート加工（波打形状付与）を施す方法を考案した。このプリプレグシート（以下、波打プリプレグシート）を用いることにより、大型シリンダーの製造時においても波形の繊維が成型時に伸直性示す事で、必要とされる周長の増加に対応出来、真円状の製品断面内において同心円を描く繊維強化構造を達成できる。図２はこの方法による大型シリンダーの成形過程を示すための説明図であり、シリンダーの断面方向での説明図である。図２で、５は波打プリプレグシート、６は波打プリプレグシートを貼り付けた管状プリフォームである。この管状プリフォームを内圧により成型することにより糸切れのない、大型シリンダーの製造が可能になる事を7に示す。しかしながらこの方法でも、プリフォーム形状や成型時での収縮率等を的確に設計し、必要最低限の波打形状を付与させることが必要であり、このための繊維特性、マトリックス成分となる成分の設計は重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第4536950号
【発明の概要】
【０００７】
従来技術であるNITE法プリプレグシートでシリンダー形状のシリンダー形状の２D-セラミック繊維強化複合材料製品を作成する場合の問題点である、加圧・加熱成形時の体積収縮により肉厚が減少し、内側表面に向かって周長が大きく増加する結果、セラミック繊維は断線することになり、強度低下の原因となる。この発明は、コルゲート加工（波状形状付与）されたプリプレグシートを作成することにより必要とされる周長の増加に対応出来、真円状の製品断面内において同心円を描く繊維強化構造を達成できる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
解決しようとする問題点は、大型シリンダーの成型時において繊維が破断し、十分な強度が得られない点である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、NITE法によるセラミック複合材料の大型シリンダーまたは類似の形状の製品の中間素材であるプリプレグシートにコルゲート加工（波打形状付与）を施す方法とこの中間素材を用いて大型のセラミック複合材料シリンダーを製造する事を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のコルゲート加工（波打形状付与）されたプリプレグシートを用いることにより大型シリンダーや類似の形状の製品を2方向強化セラミック複合材料で製造する際の繊維破断という問題を解決できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は従来法のNITE法プリプレグシートを用いる２D-繊維強化セラミック複合材料製シリンダーの成形過程を示す説明図である。（実施例１）
【図２】図２は本発明品であるコルゲート加工（波打形状付与）されたプリプレグシートを用いることにより大型シリンダーや類似の形状の製品を2方向強化セラミック複合材料で製造する過程を示す説明図である。（実施例２）
【図３】図３は従来法のNITE法プリプレグシートを用いる２D-繊維強化セラミック複合材料製シリンダーの成形例であり、糸切れが明確に認められる。本発明法でのプリプレグシートを用いた製品では糸切れは認められず、平滑なシリンダー表面が得られている。
【図４】図４は本発明品であるコルゲート加工（波打形状付与）されたプリプレグシートを用いるシリンダーの成形例であり、断面拡大図（左下）では伸直した繊維配列が認められる。また、糸切れは認められない。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
従来の製品である直径１０ｍｍの環状製品に比して径が大きい直径４０ｍｍのシリンダーを内圧式により成型を実現させた。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の前提となるNITE法による従来法のプリプレグシートでのシリンダー製造の過程を示す、実施例の断面図（概念）であって、１〜２は、図２と同様である。
【００１４】
図2は本発明での大型シリンダー製造過程の概念を説明している。波打プリプレグシート５はプリフォーム状態での径方向の長さに対応する波打プリプレグ中の実際の繊維長さと成型後の径方向の繊維長さが一致するように設計される。プリフォーム６はこのように設計された波打プリプレグシートを管状プリフォームに成型し、内圧式で成型する際のブロックに挿入した状態を示す。内圧式による成型で大型シリンダーを成型した状態が７であり、プリフォームの際の肉厚が大きく減少していること、波打っている繊維がまっすぐに伸びているが断線のない事を示している。
【００１５】
実施例としてSiC/SiC複合材料製のシリンダーの断面組織を図3に示す。また、製品の外観を図4に示す。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
優れた強度特性、特にセラミック材料としての高強度とセラミック材料の欠点である脆性を改善させ、擬延性を示す大型シリンダー材は超高温や高腐食性雰囲気その他の苛酷環境用の材料として強度部材のみならず、機能材料としての役割も併せ持つ材料として幅広い分野での用途が考えられる。特に、NITE法での特徴である高結晶性と高密度に由来する優れた気密性は他のセラミック複合材料では実現できない水準にあり、原子力・核融合分野、超臨界地熱発電に代表される再生エネルギー分野での優れた耐環境性などが不可欠な用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００１７】
１    一方向プリプレグシート
２    積層プリプレグシート
３    通常方式での管状プリフォーム
４    内圧による拡管（糸切れ）
５    波打プリプレグシート
６     波打プリプレグシート貼り付け管状プリフォーム
７    内圧による拡管（糸切れなし）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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