(57)【要約】【課題】  複雑な加工ステップを必要とせず、かつＣＶＤを用いるコーティング方法に比べて費用効果的かつ効率的な繊維／マトリックス界面コーティングの適用方法を提供する。【解決手段】  繊維ベース基材の少なくとも１つの表面上に界面コーティングを適用する方法が、サイジング剤と、セラミック粉末と、任意選択的に分散剤、解膠剤、または表面湿潤剤のうちの少なくとも１つの物質と、を含んだ液槽に繊維ベースの基材を配置し（ステップ１０）、これにより被覆された基材を熱処理し（ステップ１２）、次いでこの基材をマトリックス材で含浸する（ステップ１４）ステップを備える。マトリックス材への含浸前に通常行われるサイジング作業に界面コーティング材を導入することにより、費用効果が高く、かつ効率的な工程が実現される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維ベースの基材の少なくとも１つの表面上に界面コーティング材を適用するステップを備え、前記界面コーティング材が、サイジング剤と、セラミック粉末と、任意選択的に、分散剤、解膠剤、または表面湿潤剤のうちの少なくとも１つの物質と、を含んでなる界面コーティングの適用方法。
【請求項２】
前記セラミック粉末が、約５０ナノメートル〜１ミクロンの平均粒子サイズを有することを特徴とする請求項１に記載の界面コーティングの適用方法。
【請求項３】
前記適用ステップが、前記繊維ベースの基材の前記少なくとも１つの表面を、前記界面コーティング材を含むスラリに浸漬することを備えた請求項１に記載の界面コーティングの適用方法。
【請求項４】
前記スラリが、被膜形成特性を達成するのに十分な粘性を有することを特徴とする請求項３に記載の界面コーティングの適用方法。
【請求項５】
前記スラリが、少なくとも１つの粘度調整剤をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の界面コーティングの適用方法。
【請求項６】
前記適用ステップが、前記繊維ベースの基材の前記少なくとも１つの表面に、前記界面コーティング材を吹き付けることを備えた請求項１に記載の界面コーティングの適用方法。
【請求項７】
前記界面コーティング材が、被膜形成特性を達成するのに十分な粘性を有することを特徴とする請求項６に記載の界面コーティングの適用方法。
【請求項８】
前記界面コーティング材が、少なくとも１つの粘度調整剤をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の界面コーティングの適用方法。
【請求項９】
前記繊維ベースの基材が、少なくとも１つの耐火金属を備えることを特徴とする請求項１に記載の界面コーティングの適用方法。
【請求項１０】
繊維ベースの基材の少なくとも１つの表面上に、被覆された繊維ベースの基材を形成するように、前記少なくとも１つの表面をスラリに浸漬するステップであって、前記スラリが、サイジング剤と、セラミック粉末と、任意選択的に、分散剤、解膠剤、または表面湿潤剤のうちの少なくとも１つの物質と、を含む浸漬ステップと、
界面コーティングを有する繊維ベースの基材を形成するように、前記被覆された繊維ベースの基材を熱処理するステップと、
複合材を形成するように、前記繊維ベースの基材をマトリックス材で含浸するステップと、
を備えてなる複合材の製造方法。
【請求項１１】
前記セラミック粉末が、約５０ナノメートル〜１ミクロンの平均粒子サイズを備えることを特徴とする請求項１０に記載の複合材の製造方法。
【請求項１２】
前記繊維ベースの基材が、少なくとも１つの耐火金属を備えることを特徴とする請求項１０に記載の複合材の製造方法。
【請求項１３】
前記スラリが、被膜形成特性を達成するのに十分な粘性を有することを特徴とする請求項１０に記載の複合材の製造方法。
【請求項１４】
前記スラリが、少なくとも１つの粘度調整剤をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の複合材の製造方法。
【請求項１５】
複数の被覆された不織繊維を形成するように、複数の不織繊維をスラリに浸漬するステップであって、前記スラリが、サイジング剤と、セラミック粉末と、任意選択的に、分散剤、解膠剤、または表面湿潤剤のうちの少なくとも１つの物質と、を含む浸漬ステップと、
被覆された繊維ベースの基材を形成するように、前記複数の被覆された不織繊維を加工するステップと、
界面コーティングを有する繊維ベースの基材を形成するように、前記被覆された繊維ベースの基材を熱処理するステップと、
複合材を形成するように、前記繊維ベースの基材をマトリックス材で含浸するステップと、
を備えてなる複合材の製造方法。
【請求項１６】
前記セラミック粉末が、約５０ナノメートル〜１ミクロンの平均粒子サイズを有することを特徴とする請求項１５に記載の複合材の製造方法。
【請求項１７】
前記繊維ベースの基材が、少なくとも１つの耐火金属を含むことを特徴とする請求項１５に記載の複合材の製造方法。
【請求項１８】
前記スラリが、被膜形成特性を達成するのに十分な粘性を有することを特徴とする請求項１５に記載の複合材の製造方法。
【請求項１９】
前記スラリが、少なくとも１つの粘度調整剤をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の複合材の製造方法。
【請求項２０】
複数の被覆された不織繊維を形成するように、複数の不織繊維にコーティング材を吹き付けるステップであって、前記コーティング材が、サイジング剤と、セラミック粉末と、任意選択的に、分散剤、解膠剤、または表面湿潤剤のうちの少なくとも１つの物質と、を含む吹き付けステップと、
被覆された繊維ベースの基材を形成するように、前記複数の被覆された不織繊維を加工するステップと、
界面コーティングを有する繊維ベースの基材を形成するように、前記被覆された繊維ベースの基材を熱処理するステップと、
複合材を形成するように、前記繊維ベースの基材をマトリックス材で含浸するステップと、
を備えてなる複合材の製造方法。
【請求項２１】
前記セラミック粉末が、約５０ナノメートル〜１ミクロンの平均粒子サイズを備えることを特徴とする請求項２０に記載の複合材の製造方法。
【請求項２２】
前記繊維ベースの基材が、少なくとも１つの耐火金属を備えることを特徴とする請求項２０に記載の複合材の製造方法。
【請求項２３】
被覆された繊維ベースの基材を形成するように、繊維ベースの基材にコーティング材を吹き付けるステップであって、前記コーティング材が、サイジング剤と、セラミック粉末と、任意選択的に、分散剤、解膠剤、または表面湿潤剤のうちの少なくとも１つの物質と、を含む吹き付けステップと、
界面コーティングを有する繊維ベースの基材を形成するように、被覆された繊維ベースの基材を熱処理するステップと、
複合材を形成するように、前記繊維ベースの基材をマトリックス材で含浸するステップと、
を備えてなる複合材の製造方法。
【請求項２４】
前記セラミック粉末が、約５０ナノメートル〜１ミクロンの平均粒子サイズを有することを特徴とする請求項２３に記載の複合材の製造方法。
【請求項２５】
前記繊維ベースの基材が、少なくとも１つの耐火金属を備えることを特徴とする請求項２３に記載の複合材の製造方法。
【請求項２６】
サイジング剤と、セラミック粉末と、任意選択的に、分散剤、解膠剤、または表面湿潤剤のうちの少なくとも１つの物質と、を含む混合物の反応生成物を有する繊維ベースの複合材を備えた複合材。
【請求項２７】
前記セラミック粉末が、約５０ナノメートル〜１ミクロンの平均粒子サイズを備えることを特徴とする請求項２６に記載の複合材。
【請求項２８】
前記繊維ベースの複合材が、少なくとも１つの耐火金属を備えることを特徴とする請求項２６に記載の複合材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コーティングに関し、より詳細にはコーティングの適用方法に関する。
【０００２】
航空宇宙局に付与の契約番号ＮＡＳ３−２６３８５に基づき、米国政府は本発明に一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
セラミックおよび金属マトリックス複合材の繊維／マトリックス界面コーティングは、一般的には、化学蒸着法（ＣＶＤ）によって施される。ＣＶＤ被覆法は、用いられる装置や特殊工具のために、コストが非常に高い。これに関連してＣＶＤ被覆法はまた、複合材の全体的な製造に対して別個の加工ステップを示す。さらに、得られるＣＶＤ被覆は、取扱いによる損傷を受けやすく、したがって、繊維織物を要する用途においては、被覆がウィービングの後に施されなければならない。結果として、一般的には、既存の保護サイジング剤を織物から除去して界面コーティングの付着を容易にするためのサイジング剤除去（ｄｅ−ｓｉｚｉｎｇ）作業がさらに必要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、追加の加工ステップを必要とせず、しかもＣＶＤに比べて費用効果があり、かつ効率的な、ウィービングの前に被覆を施す被覆方法を開発する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、界面コーティングの適用方法は、概ね、繊維ベースの基材の少なくとも１つの表面上に界面コーティング材を適用するステップを備え、前記界面コーティング材が、サイジング剤と、セラミック粉末と、任意選択的に、分散剤、解膠剤、または表面湿潤剤のうちの少なくとも１つの物質と、を含む。
【０００６】
本発明の別の態様によれば、複合材を製造する方法は、概ね、繊維ベースの基材の少なくとも１つの表面上に、被覆された繊維ベースの基材を形成するように、その少なくとも１つの表面をスラリに浸漬するステップであって、そのスラリが、概ね、サイジング剤と、セラミック粉末と、任意選択的に、分散剤、解膠剤、または表面湿潤剤のうちの少なくとも１つの物質と、を含む浸漬ステップと、界面コーティングを有する繊維ベースの基材を形成するように、被覆された繊維ベースの基材を熱処理するステップと、複合材を形成するように、繊維ベースの基材をマトリックス材で含浸するステップと、を備える。
【０００７】
本発明の別の態様によれば、複合材を製造する方法は、概ね、複数の被覆された不織繊維（ｕｎｗｏｖｅｎ  ｆｉｂｅｒ）を形成するように、複数の不織繊維をスラリに浸漬するステップであって、そのスラリが、サイジング剤と、セラミック粉末と、任意選択的に、分散剤、解膠剤、または表面湿潤剤のうちの少なくとも１つの物質と、を含む、浸漬ステップと、被覆された繊維ベースの基材を形成するように、複数の被覆された不織繊維を加工するステップと、界面コーティングを有する繊維ベースの基材を形成するように、被覆された繊維ベースの基材を熱処理するステップと、複合材を形成するように、繊維ベースの基材をマトリックス材で含浸するステップと、を備える。
【０００８】
本発明のさらに別の態様によれば、複合材を製造する方法は、概ね、複数の被覆された不織繊維を形成するように、複数の不織繊維にコーティング材を吹き付けるステップであって、そのコーティング材が、サイジング剤と、セラミック粉末と、任意選択的に、分散剤、解膠剤、または表面湿潤剤のうちの少なくとも１つの物質と、を含む吹き付けステップと、被覆された繊維ベースの基材を形成するように、複数の被覆された不織繊維を加工するステップと、界面コーティングを有する繊維ベースの基材を形成するように、被覆された繊維ベースの基材を熱処理するステップと、複合材を形成するように、繊維ベースの基材をマトリックス材で含浸するステップと、を備える。
【０００９】
本発明のさらに別の態様によれば、複合材を製造する方法は、概ね、被覆された繊維ベースの基材を形成するように、繊維ベースの基材にコーティング材を吹き付けるステップであって、そのコーティング材が、サイジング剤と、セラミック粉末と、任意選択的に、分散剤、解膠剤、または表面湿潤剤のうちの少なくとも１つの物質と、を含む吹き付けステップと、界面コーティングを有する繊維ベースの基材を形成するように、被覆された繊維ベースの基材を熱処理するステップと、複合材を形成するように、繊維ベースの基材をマトリックス材で含浸するステップと、を備える。
【００１０】
本発明のさらに別の態様によれば、複合材は、概ね、サイジング剤と、セラミック粉末と、任意選択的に、分散剤、解膠剤、または表面湿潤剤のうちの少なくとも１つの物質と、を含む混合物の反応生成物を含む繊維ベースの複合材を備える。
【００１１】
本発明の１つまたは複数の実施形態の詳細は、以下の説明に述べられる。本発明のその他の特徴、目的、および利点は、その説明から、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本明細書に述べられる方法は、複合材を形成するために、繊維ベースの材料をマトリックス材で含浸する前に通常行われるサイジング作業に、界面コーティング材を導入することにより、高価な装置および特殊工具を排除することを提案する。
【００１３】
ここで、図１および図２を参照すると、繊維ベースの材料をサイジングする方法は、図１のステップ１０で、繊維ベースの基材を液槽内に配置することを備える。繊維ベースの基材は、その基材の少なくとも１つの表面の全体を被覆するために、必要な回数だけ浸漬されてよい。代替として、液槽液は、吹付け剤として調製されて、繊維ベースの基材の少なくとも１つの表面上に吹き付けられてもよい。繊維ベースの基材は、たとえば少なくとも１つの耐火金属など、航空機コンポーネントの製造に一般に用いられる複数の繊維ベースの材料のうちの任意の１つまたは複数を含んでよい。基材は、１つの織物繊維ベースの基材であってよく、または代替として、図２のステップ２０におけるものなど、複数の不織繊維であってもよい。そのような実施形態では、複数の被覆された不織繊維は、複合材を形成するようにマトリックス材で含浸される前に、図２のステップ２２において後で織られてよい。織物繊維か不織繊維かにかかわらず、繊維ベースの材料は、およそ直径１０ミクロンの繊維を有してよい。
【００１４】
液槽は、少なくとも１つのサイジング剤と、少なくとも１つのセラミック粉末と、任意選択的に、少なくとも１つの分散剤、少なくとも１つの解膠剤、または少なくとも１つの表面湿潤剤のうちの任意の１つの物質と、からなる安定したコロイド懸濁を呈するスラリを含んでよい。従来のサイジング作業は、複合界面コーティングが一般的には別個のＣＶＤ工程で施されるため、セラミック粉末を含まない。
【００１５】
セラミック粉末は、当業者に周知の超微細セラミック粉末であってよい。本明細書における使用に適した超微細セラミック粉末は、球状から針状に及ぶ様々な形状の粒子を含み、約５０ナノメートル〜１ミクロンの平均粒子サイズ（たとえば直径もしくは長さ）を有してよい。本明細書における使用に選択される超微細セラミック粉末のタイプは、当業者に周知のように、得られる複合材の所期の使用、界面材料の相溶性などに基づいて選択されてよい。
【００１６】
適切なサイジング剤は、不飽和ウレタン化合物、不飽和エステル化合物、エポキシ樹脂、デンプン、デンプン誘導体、セルロース誘導体、アクリル重合体、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、アルギン酸塩、天然ゴム、ポリエステル乳濁液または分散液、ポリウレタン、およびスチレン共重合体などのうちの１つまたは複数の物質を含んでよい。
【００１７】
適切な分散剤は、不水溶性炭酸塩、カルボン酸塩、周期表第ＩＩ、ＩＩＩもしくはＩＶ族の金属の酸化物および混合酸化物、たとえば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、炭酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム、パルミチン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウム、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、二酸化チタン、二酸化ケイ素、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、およびこれらの組合せ；水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムなどの不溶性水酸化物；リン酸マグネシウム、ヒュームド・シリカ；硫酸アルミニウムならびに他の不溶性硫酸塩；酢酸ビニルまたはビニルアルコールなどの他の不飽和モノマーを有するポリ塩化ビニルの共重合体を含む有機ポリマー分散剤；アクリル樹脂；ポリイミド；エポキシ樹脂およびイオン性洗剤などのうちの１つまたは複数の物質を含んでよい。
【００１８】
適切な解膠剤は、ポリアクリル酸、ホスホ有機酸（ｐｈｏｓｐｈｏ‐ｏｒｇａｎｉｃ  ａｃｉｄ）またはアルキルスルホン酸、ポリアルキルアリルスルホン酸ナトリウム（ｓｏｄｉｕｍ  ｐｏｌｙａｌｋｙｌａｌｌｙｌ  ｓｕｌｆｏｎａｔｅ）、ポリアクリル酸塩などの有機解膠剤、およびヘキサメタリン酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウムなどの無機解膠剤のうちの１つまたは複数の物質を含んでよい。
【００１９】
適切な表面湿潤剤は、当業者に周知のように、石鹸、アルコール（たとえばグリコール）、脂肪酸、およびこれら物質の少なくとも１つを含む組合せなどを含んでよい。たとえば、少なくとも１つの適切な表面湿潤剤は、イリノイ州ノースフィールドのＳｔｅｐｅｎ社から市販されているラウレス硫酸アンモニウム化合物である「ＳＴＥＯＬ」ＣＡ４６０である。
【００２０】
さらに、所望の被膜形成特性を達成するために、液槽、または代替の吹付け液に、１つまたは複数の粘度調整剤が加えられてもよい。適切な粘度調整剤は、当業者に周知の複数の粘度調整剤のうちの任意の１つまたは複数を含んでよい。たとえば、少なくとも１つの適切な粘度調整剤は、アクリルスチレン共重合体「ＣＡＲＢＯＳＥＴ」ＧＡ−１１６１および１１６２であり、両者ともノースカロライナ州シャーロットのＢ．Ｆ．グッドリッチ・ケミカル社から市販されている。
【００２１】
基材を被覆した後、被覆された基材は、次に図１のステップ１２および図２のステップ２４で熱処理にかけられ、当業者に周知のように、不安定成分をサイジング液から除去することによって、界面コーティング材の官能成分を基材上に完全な状態で残す。次に、基材は、複合材を形成するように、図１のステップ１４および図２にステップ２６で、当業者に周知のようにマトリックス材で含浸、浸潤されてよい。得られる複合材は、繊維と、界面コーティングと、マトリックスと、を含んでよく、また、サイジング剤と、セラミック粉末と、任意選択的に、分散剤、解膠剤、または表面湿潤剤のうちの任意の１つまたは複数の物質と、を含む混合物の残留反応生成物を含んでもよい。
【００２２】
本明細書に述べられている方法の低コストという側面は、工程ステップ数の削減、消費される原料の費用削減、ならびに高価な資本設備および特殊工具の使用とそれらに対する依存の削減を通して、直接的に実現される。低コストはまた、被覆された繊維ベースの基材がより扱いやすくなったこと、および被覆された繊維ベースの基材を織り上げることが可能であることに由来する加工の柔軟性を通して、間接的に実現される。
【００２３】
本発明の１つまたは複数の実施形態が説明されてきた。しかしながら、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、種々の変更が加えられうることを理解されたい。したがって、他の実施形態は、特許請求の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】複合材を製造する例示的な工程を示すフローチャートである。
【図２】複合材を製造する別の例示的な工程を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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