(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックマトリックス材料中に繊維を分散してなるセラミック複合材料の成形品の製造方法であって、
表面に複数のくぼみを設けた安定な成形支持体を準備する段階、
繊維を束ねてなる繊維プリフォームを、安定な成形支持体のくぼみを設けた表面に隣接して配置する段階、
繊維プリフォームにセラミックマトリックス材料の１以上の前駆物質を供給する段階、
安定な成形支持体上の繊維プリフォームを前駆物質と共に前駆物質の融点以上の温度に加熱する段階、
溶融含浸複合材料を得るのに十分な時間、溶融状態の前駆物質を繊維プリフォームに含浸する段階、及び
溶融含浸複合材料を冷却してセラミック複合材料の成形品を得る段階
を含んでなり、前記くぼみが、セラミックマトリックス材料の溶融前駆物質の拡散を促進するのに十分な幅を有する、セラミック複合材料の成形品の製造方法。
【請求項２】
くぼみが溝の形態を有する、請求項１記載のセラミック複合材料の成形品の製造方法。
【請求項３】
くぼみが三角形、長方形又は半円形の断面を有する、請求項２記載のセラミック複合材料の成形品の製造方法。
【請求項４】
くぼみが繊維プリフォームの少なくとも一端を超えて延在し、くぼみの幅が０．５〜５ｍｍである、請求項２記載のセラミック複合材料の成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセラミック複合材料の製造方法に関する。さらに具体的には、本発明は溶融含浸セラミック複合材料並びにその製造方法に関する。
【０００２】
【発明の技術的背景】
本願出願人に譲渡された米国特許第４１２０７３１号、同第４１４１９４８号、同第４１４８８９号、同第４２２０４５５号、同第４２３８４３３号、同第４２４０８３５号、同第４２４２１０６号、同第４２４７３０４号、同第４３５３９５３号、同第４６２６５１６号、同第４８８９６８６号及び同第４９４４９０４号には、炭素、モリブデン、炭素コートダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）、並びに炭素と炭化ケイ素、窒化ホウ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム及び酸化ジルコニウムとのブレンドを始めとする材料へのケイ素の溶融含浸が開示されている。
【０００３】
ある組成のミクロン寸法の繊維を同一又は異なる組成の連続セラミックマトリックス中に分散してなる強化セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）は、その靱性、耐熱性、高温強度、化学的安定性ゆえに構造用途に適している。かかる複合材料は通例高い強度対重量比を有しており、宇宙航空用途などの重量が問題とされる用途に有用である。その高温での安定性から、例えばガスタービンエンジンにおけるように部品が高温ガスに接する用途に非常に適している。ガスタービンシュラウドを始め、こうした部品の多くでは、複合材料部品が満たすべき寸法及び形状許容差が極めて厳しい。
【０００４】
ＣＭＣの製造は、通例、始めに、保護コーティングしたミクロン寸法の繊維からなる多孔性成形体である繊維プリフォームを準備するとともに、マトリックス材料の一部をセラミック前駆物質の粒状物として或いは化学気相含浸（ＣＶＩ）で用意し、併せて適量のテンポラリバインダを準備する。プリフォームの繊維は通例予め布状に製織するか、その他の方法で集合させて構造体としておく。次に繊維プリフォームの気孔をマトリックス前駆物質（大抵はケイ素のような溶融金属）で満たし、最終的には連続セラミックマトリックスで繊維を取り囲む。ＳｉＣ、ＴｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４又はＡｌ２Ｏ３のようなセラミックス用の強化材料としてはＳｉＣ繊維が用いられている。マトリックス前駆物質による繊維プリフォームの充填及びそれに伴うプリフォーム中のマトリックス成分と前駆物質との反応は、成形体の緻密化に役立つ。こうした充填又は緻密化は、マトリックス前駆物質による化学気相含浸又は液相含浸法で達成し得る。液相含浸（大抵は溶融金属で行われる）はＣＶＩ法よりも時間がかからず、十分に緻密な物体を生じることが多いので、液相含浸が好ましい方法である。良好な熱的及び機械的性質を達成するとともにＣＭＣの長期性能を達成するには完全な緻密化が必要とされる。しかし、液相含浸には短所もある。第一に、液相含浸は、繊維の急速な劣化を防ぐため、マトリックス前駆物質の融点をわずかに上回る温度でできるだけ短時間で実施されるのが普通である。そのため、充填不良部で特徴付けられる不均一な含浸を起こしかねず、質の劣る製品を生じかねない。第二に、含浸をより完璧なものにするため、所要量を上回る大量の金属含浸材料がプリフォームの表面に供給されるので、含浸プロセス終了時に過剰の金属含浸材料が複合体表面に残る。かかる過剰金属は含浸後に機械加工で除去できるが、これは生産コストの増加を招くだけでなく、誤って繊維の一部を露出させ、環境浸食部位を提供してしまうおそれがある。第三に、液相含浸時、特に溶融ケイ素での液相含浸時に、成形体は（テンポラリバインダの脱脂後、ただしマトリックス材料の完全な含浸及び反応前）比較的弱い状態を経由するの通例であるので、最終形状が簡単に歪んでしまうおそれがある。
【０００５】
そこで、連続マトリックス相が均一に分布したＣＭＣ成形品を短時間で製造できる液相含浸プロセスを提供することが強く望まれている。また、製造プロセス全体を通して製品の寸法が実質的に保たれる液相含浸プロセスで、最終緻密化製品のそれ以上の機械加工を実質的に要しない液相含浸プロセスを提供することも強く望まれている。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は溶融含浸セラミック複合材料の成形品の製造方法を提供するものであり、当該方法は従来技術の液相含浸プロセスの数多くの短所を解消する。本発明の方法は、（１）安定な成形支持体を準備する段階、（２）繊維プリフォームを安定な成形支持体に隣接して配置する段階、（３）繊維プリフォームにセラミックマトリックス材料の１以上の前駆物質を供給する段階、（４）安定な成形支持体上に配置したまま繊維プリフォームをセラミックマトリックス材料の前駆物質と共にセラミックマトリックス材料の前駆物質の融点以上の温度に加熱する段階、（５）溶融状態の前駆物質を繊維プリフォーム中に含浸させて溶融含浸複合材料を得る段階、及び（６）溶融含浸複合材料を冷却して溶融含浸セラミック複合材料の成形品を得る段階を含んでなる。安定な成形支持体は、含浸温度においてセラミックマトリックス材料の前駆物質による作用を受けない材料から構成し得る。別法として、セラミックマトリックス材料の前駆物質の作用から成形支持体を保護する材料で成形支持体の表面をコーティングしてもよい。本明細書中で用いる「安定な成形支持体」とは、成形品の製造プロセス全体を通して固体のままとどまり、クリープや塑性変形を呈さず、その寸法が完成ＣＭＣ成形品に要求される寸法許容差を超えて変化しない支持体である。
【０００７】
繊維プリフォームに隣接する安定な成形支持体の表面には、繊維プリフォームの少なくとも一端を超えて延在する複数のくぼみが設けられている。本発明の一態様では、くぼみは安定な成形支持体の表面に形成されたグルーブ、スロット又はチャンネルである。くぼみが相互に連結していてもよい。
【０００８】
本発明の別の態様では、安定な成形支持体は、外側断面寸法が繊維プリフォームの内側断面寸法と実質的にぼ等しい中空構造体である。安定な成形支持体は繊維プリフォームに隣接する表面に複数のくぼみを有する。
【０００９】
本発明のさらに別の態様では、表面に繊維プリフォームとセラミックマトリックス材料前駆物質とを配置した安定な成形支持体を加熱装置内に配置し、加熱装置の内部を真空に引く。表面に繊維プリフォームとセラミックマトリックス材料前駆物質とを配置した安定な成形支持体を、セラミックマトリックス材料前駆物質の融点以上に加熱して、セラミックマトリックス材料前駆物質が溶融して複数のくぼみに隣接した繊維プリフォーム表面を流れて、両側から繊維プリフォームを含浸するようにする。
【００１０】
本発明のその他の態様、利点及び特徴は、本発明の実施形態を開示する以下の詳細な説明を添付図面と併せて参照することで明らかになろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本明細書中で用いる「繊維」という用語は、繊維、フィラメント、ウィスカー、トウ（フィラメント束）、布、マット、フェルト及びこれらの組合せを包含する。本発明での使用に好適な繊維は、元素態炭素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、無機酸化物材料の繊維及びこれらの組合せからなる群から選択される。
【００１２】
好ましい実施形態では、繊維は炭化ケイ素からなる。本明細書中でいう炭化ケイ素の繊維には、単結晶又は多結晶繊維、或いは炭素やタングステンなどの別の材料のコアを炭化ケイ素で囲んだ繊維が包含される。繊維は、製造プロセス中に遭遇する温度範囲内の温度で炭化ケイ素へと転化する有機質前駆物質からなるものでもよい。かかる繊維はケイ素と炭素以外の元素を含んでいてもよい。公知の炭化ケイ素繊維の具体例としては、日本カーボン（株）製の一群の炭化ケイ素繊維ＮＩＣＡＬＯＮ（商標）、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ社（米国ミシガン州）製の一群の炭化ケイ素繊維Ｓｙｌｒａｍｉｃ（商標）、宇部興産（株）製の一群の繊維Ｔｙｒａｎｎｏ（商標）及びＴｅｘｔｒｏｎ社（米国マサチューセッツ州）製のＳＣＳ−６又はＳＣＳ−１０という商品名の繊維が挙げられる。
【００１３】
本発明は、溶融含浸セラミック複合材料の成形品の製造方法を提供する。本発明の方法は、（１）安定な成形支持体を準備する段階、（２）安定な成形支持体に隣接して繊維プリフォームを配置する段階、（３）繊維プリフォームにセラミックマトリックス材料の１以上の前駆物質を供給する段階、（４）安定な成形支持体上に配置したまま繊維プリフォームをセラミックマトリックス材料の前駆物質と共にセラミックマトリックス材料の前駆物質の融点以上の温度に加熱する段階、（５）溶融状態の前駆物質を繊維プリフォーム中に含浸して溶融含浸複合材料を得る段階、及び（６）溶融含浸複合材料を冷却して溶融含浸セラミック複合材料の成形品を得る段階を含んでなる。安定な成形支持体は、含浸温度で安定で、マトリックス材料前駆物質と非反応性で、しかも複合プリフォーム及び最終ＣＭＣ製品に近い熱膨張率を有する窒化ホウ素その他のセラミック材料からなるものでよい。別法として、安定な成形支持体は、炭素成形支持体からなり、その表面を、セラミックマトリックス材料の前駆物質の作用から成形炭素支持体を保護する窒化ホウ素又は他のセラミック材料でコーティングしたものでもよい。好ましい実施形態では、成形支持体は窒化ホウ素でコーティングした炭素からなる。
【００１４】
複合セラミック製品は、セラミック繊維とマトリックス材料を含む多孔質繊維プリフォーム（併せて「繊維プリフォーム」という。）と含浸相とを含むものとして製造できる。通例、セラミック繊維は複合材料用強化材の網状構造を形成し、その周囲をマトリックスと含浸相が囲んでいる。セラミック繊維プリフォームは多孔質である。網状構造を形成する際に、繊維同士がその間のマトリックス材料と共に離れあって繊維間空間又は領域を生じるためである。繊維間領域は含浸相で充填される。一般に、繊維は直径約０．３〜１５０ミクロン、長さ約１０ミクロン乃至１０ｃｍ又は以上である。繊維は連続フィラメントとしても不連続フィラメントとしても使用でき、そのアスペクト比は大抵は１０以上であり、１０００以上に至ることもある。成形繊維プリフォームは数々の方法で製造し得る。
低アスペクト比の繊維をバインダ（有機樹脂、セルロース材料又はこれらの組合せなど）と混合して所望の形状に成形してもよい。本発明の一実施形態では、セラミックマトリックス材料形成用の反応体源を提供すべく、炭素その他の適当な材料のミクロン粒度の粒子を繊維及び有機樹脂又はセルロース材料と混合する。
【００１５】
この混合物は、数々の公知技術で成形又は賦形してプリフォーム又はコンパクトとすることができる。例えば、混合物を押出、射出成形、ダイプレス、静水圧プレス又はスリップキャスティングすれば所望の形状及び寸法のプリフォームが得られる。好ましくは、プリフォームは完成複合材製品の形状及び寸法のものである。本発明は、プリフォームの形状及び寸法と実質的に同じ形状及び寸法をもつ完成複合材製品の製造方法を提供する。特定の理論に束縛されるつもりはないが、本発明は、マトリックス材料前駆物質の含浸中、マトリックス前駆体が最終セラミックマトリックス材料へと完全に転化される前にプリフォームが弱い状態を経る際のプリフォームの変形を防ぐと考えられる。
【００１６】
別の実施形態では、繊維は連続繊維で所望の長さものである。連続繊維を安定な成形支持体の周りにフィラメント巻きして所望の形状及び厚さのプリフォームとすることもできる。連続繊維は、繊維の長さ方向に順次平行に配列させることによってシート状に成形することもできる。かかるシートはフィラメントの単層でも多層でもよい。連続フィラメントを製織、編組その他の加工により所望の構成に配列させることもできる。繊維が連続繊維又は非常に長いときは、「アスペクト比」という用語は役立たないし、適切なものでもなくなる。繊維シートを安定な成形支持体の周りに積み重ねて所望の形状及び厚さの繊維プリフォームを形成してもよい。複合材料が連続ＳｉＣマトリックスを有するのが望まれる場合、有機樹脂又は炭素粒子を繊維トウ中に導入してから繊維トウをテープ状に形成し、賦形する。本明細書中で用いる「炭素粒子」又は「粒状炭素」という用語は、無定形炭素、単結晶質炭素、多結晶質炭素、グラファイト、炭化植物繊維、ランプブラック、石炭微粉、木炭、及びレーヨンやポリアクロトニトリルやポリアセチレンのような炭化ポリマー繊維又はフェルトなどの粒子、フレーク、ウィスカー又は繊維を包含するが、これらに限定されない。
【００１７】
プリフォームは、プリフォームの約２０〜９０体積％の開気孔率を有し、具体的な開気孔の量は所望の複合材料に大きく依存する。大抵は、プリフォームは、プリフォームの約２５〜８０体積％又は約３０〜６０体積％の開気孔率を有する。「プリフォームの開気孔率」とは、本明細書中では、プリフォーム表面に通じた気孔、空隙又は孔路で、内部表面を周囲雰囲気及び含浸材と接近可能にするものを意味する。好ましくは、プリフォームは閉気孔を全く有さない。本明細書中で「閉気孔」とは閉じた気孔又は空隙、つまりプリフォームの表面に通じておらず周囲雰囲気と接しない気孔を意味する。ボイド体積又は気孔体積、すなわち開気孔と閉気孔の体積は、通常の物理的及び金属学的方法で求めることができる。
【００１８】
好ましくは、プリフォーム中の気孔は小さく、約０．１〜約５μｍの範囲にあり、複合材料全体にマトリックス相が均一に分布した複合材料が製造できるようにプリフォーム全体に均一に分布している。
【００１９】
繊維は、セラミックマトリックス材料の１以上の溶融前駆物質に対して繊維を非反応性にする化合物で有益にコーティングし得る。本発明の一実施形態では、繊維は、窒化ホウ素やケイ素ドープ窒化ホウ素のような金属窒化物コーティングを施したＳｉＣ繊維である。かかるコーティングは、セラミックマトリックス材料の溶融前駆物質に繊維を長時間暴露しなければならない場合に、繊維の実質的劣化を防ぐ。苛酷な応力条件下で最終複合材料中の繊維に優れた剥離性を付与すべく、その他のコーティングを施してもよい。金属窒化物コーティングは、繊維を損なわない当技術分野で周知の連続コーティングの堆積法で堆積することができる。化学気相堆積法（ＣＶＤ）のような成膜法又はスパッタリングのような物理蒸着法（ＰＶＤ）が適している。一般に、金属窒化物の化学気相堆積は部分真空下約９００〜１８００℃の温度で実施され、具体的な処理条件は当技術分野で公知であり、実験的に求めることができる。金属窒化物コーティングは、少なくとも連続した厚みをもち大きな気孔がなくなるのに十分な厚さである。コーティングの厚さは約０．１〜５μｍの範囲内であればよく、直径約８〜１５μｍの繊維に対しては通例約１μｍである。コーティングの厚さは、用いる個々の処理条件下で繊維とセラミックマトリックス材料の含浸前駆物質との反応を防止或いは有意な反応を防止するのに十分なものとすべきである。ＳｉＣマトリックス中のＳｉＣ繊維からなる複合材の場合、セラミックマトリックス材料の前駆物質は通例ケイ素である。含浸プロセスの際、時間及び温度によっては、金属窒化物コーティングは溶融ケイ素と反応することも反応しないこともあるし、溶融ケイ素に溶解することもあり、要するに、含浸温度が低く含浸時間が短いほど、金属窒化物コーティングはよくもちこたえる。概して、ケイ素含浸時間はプリフォームの寸法と共に増大する。そのため、大型プリフォームほど厚い窒化物コーティングが必要とされる。本発明は、溶融ケイ素への繊維プリフォームの所要暴露時間を短縮し、それでも実質的に均一な組成のセラミック複合製品を与えるという利点をもつ。
【００２０】
任意には、金属窒化物コート繊維は、炭素、ケイ素と反応してケイ化物を形成する金属、金属炭化物、金属ケイ化物、金属窒化物及び金属二ホウ化物からなる群から選択される第二の連続コーティングでコーティングすることもできる。金属炭化物は、ケイ素、タンタル、チタン又はタングステンの炭化物とし得る。金属ケイ化物は、クロム、モリブデン、タンタル、チタン、タングステン又はジルコニウムのケイ化物である。金属窒化物は、ケイ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル又はホウ素の窒化物である。金属二ホウ化物はチタン、ジルコニウム、ハフニウム又はアルミニウムの二ホウ化物である。
【００２１】
繊維の外側コーティングは、濡れ性を向上させて毛細管現象による含浸を促進したり、マトリックスとの望ましい界面剥離性を与えたり、或いは高温供用時のマトリックスと繊維との反応を低減したりできる。さらに、繊維は、セラミックマトリックス材料の溶融前駆物質で濡れやすくする材料でコーティングしてもよい。
【００２２】
繊維プリフォームが配置される側の安定成形支持体表面には複数のくぼみが形成される。通例、この面は安定な成形支持体の外面である。くぼみは、好ましくは繊維プリフォームの少なくとも一端を超えて延在するグルーブ、スロット又はチャンネルである。くぼみは繊維プリフォームで覆われる領域で相互に連結していてもよい。くぼみの断面は三角形でも、長方形でも、半円形でもよく、繊維プリフォームが最も弱い状態にあるときでも十分な支持が可能な最大寸法を有する。通例、くぼみの幅は約０．５１〜５ｍｍの範囲内にあり、好ましくは約１．５〜４ｍｍである。安定な成形支持体は、繊維プリフォームが安定な成形支持体の周りにぴったりとフィットするように、その外側寸法が繊維プリフォームの内側寸法と実質的に等しい中実ブロックでもよい。或いは、安定な成形支持体は円筒などの中空構造でもよく、その外面に上述のくぼみを設ける。
【００２３】
安定な成形支持体は、好ましくは、セラミック複合製品の製造時の最高温度においてセラミックマトリックス材料の前駆物質による作用を受けない材料からなるか或いはかかる材料でコーティングする。セラミックマトリックス材料がＳｉＣの場合、安定な成形支持体は好ましくは窒化ホウ素からなるか或いは窒化ホウ素でコーティングする。他のセラミックマトリックス前駆物質との相溶性に応じて、金属窒化物のような他のコーティング材料を選択してもよい。コーティング材料は、繊維のコーティングについて上述した通り、化学気相堆積法又は物理蒸着法で成形支持体に施工できる。コーティングは好ましくは連続コーティングである。ただし、溶融ケイ素は窒化ホウ素を濡らさないので、コーティングは不透質である必要がない。本発明の別の実施形態では、窒化ホウ素粒子を含んだスラリーを成形支持体にスプレーする。
【００２４】
繊維プリフォームを成形支持体に配置する。本発明の一実施形態では、繊維プリフォームは、安定な成形支持体の周りに嵌合する円筒である。セラミックマトリックス材料の前駆物質を繊維プリフォームの表面に直接又は間接的に適用する。セラミック複合材がＳｉＣ連続相を有する場合、前駆物質はケイ素である。例えば、ケイ素粉末を繊維プリフォームの表面に直接付着させてもよい。別法として、溶融ケイ素を繊維プリフォームの表面に吸上作用により供給してもよい。安定な成形支持体と繊維プリフォームをセラミックマトリックス材料の前駆物質と共に、例えば密閉炉内で、真空下セラミックマトリックス材料の前駆物質の融点以上の温度に加熱する。好ましくは、繊維プリフォーム内にガスポケットが閉じ込められるのを防ぐため、加熱を始める前に炉を脱気する。約１〜３００Ｐａの範囲内の真空が通例適している。約２〜１５０Ｐａの範囲の真空が好ましい。
【００２５】
好ましくは、含浸プロセスに用いる炉は炭素炉、すなわち内部が基本的に元素態炭素から構成された炉である。かかる炉は炉雰囲気中の残留酸素と反応してＣＯ又はＣＯ2を生成するが、これらは炭素支持体、繊維プリフォーム又はセラミックマトリックス材料の前駆物質と実質的に反応しない。炭素炉を用いない場合には、適量の炭素を炉の内部に配置して、炭素が炉雰囲気中の残留酸素と反応できるようにするのが好ましい。
【００２６】
含浸はセラミックマトリックス材料の前駆物質の融点以上の温度で実施する。
ケイ素の場合、含浸温度は約１４００〜１６００℃、好ましくは約１４１５〜１５００℃、さらに好ましくは約１４２５〜１４５０℃の範囲内にある。これより高い温度では、溶融ケイ素の粘度が低くなり、溶融ケイ素の繊維プリフォームへの拡散を促進するものの、繊維の劣化を不必要に早めるおそれがある。特定の理論に束縛されるつもりはないが、本発明は、繊維プリフォームの外面及び内面双方からのセラミックマトリックス材料の溶融前駆物質の拡散を促進するとともに／或いは含浸プロセスのガス生成物の逃散を可能にすると考えられる。そのため、完全な含浸に要する時間を大幅に短縮することができ、繊維の損傷のおそれを低減すると同時に一段と均一な含浸をもたらす。
【００２７】
【実施例】
本発明の方法を用いて、燃焼室ライナ、複合燃焼器ライナ、トランジションピース、シュラウドリングなどのセラミック複合製品を製造した。
【００２８】
実施例１
内径（ＩＤ）２７．９４ｃｍ、長さ２５．４ｃｍの円筒形燃焼器ライナを、窒化ホウ素をスプレーコートした炭素マンドレル（すなわち成形炭素支持体）上で製造した。炭素マンドレルは、燃焼器ライナの所望内径よりも０．５ｍｍ小さい外径（ＯＤ）を有していた。幅１．６ｍｍの軸方向スロットを１．２７ｃｍ間隔で有する炭素マンドレルはグラファイト（Ｇｒａｐｈｉｔｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｓａｌｅｓ社（米国ミシガン州グリーンビル）製）でできていた。炭素マンドレルの外面に窒化ホウ素スラリー（Ｃａｒｂｏｒｕｎｄｕｍ  Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ社（米国ニューヨーク州アムハースト）製Ｃｏｍｂａｔ  ＢＮ  ｔｙｐｅ  Ｖ）をスプレーコートして全膜厚約０．３ｍｍに堆積した。
【００２９】
窒化ホウ素コート炭素マンドレルに、公称厚さ０．１８ｍｍの複合マトリックスのテープキャストシートを巻き付け、燃焼器ライナプリフォームの内面を形成した。テープキャストシートは４９重量％のＳｉＣ粒子、２１重量％の炭素粒子及び３０重量％の有機樹脂バインダを含んでいた。次に、フーププライの直接巻き付けと、軸方向プライ用に予め製造した一方向テープのハンドレイアップとを交互に行うことにより、円筒形複合材プリフォームをマンドレル上に積み上げ、円筒形複合体として０°及び９０°クロスプライ繊維構造を得た。プリフォームを次いでピールプライ、ブリーザプライ及びプラスチック延伸フィルムでラップし、１２０℃の乾燥炉に２４時間入れて、プライを積層化し、マトリックス中の熱硬化性樹脂を硬化させた。ラップしたピール、ブリーザ及び延伸フィルムを取り除き、マンドレルに載置したまま複合材プリフォームをバインダ脱脂処理（真空炉内で昇温速度４５℃／時で４００℃に、６０℃／時で５５０℃に、５℃／時で７００℃に加熱し、３０分間保温し、室温まで炉冷する。）に付した。複合材プリフォームの外面にＳｉとＢとＢＮの混合粉末をスラリーとして塗布し、乾燥させた。
【００３０】
外面に粉末混合物を塗布した複合材プリフォームを炭素マンドレルに載置したまま真空炉中で約２７Ｐａの真空下１４２０℃以上に加熱して、ケイ素粉末を溶融し、溶融ケイ素を複合材プリフォーム中に含浸させた。１４３５℃で４８分間の温度−時間サイクルで、溝付きマンドレル上に支持した複合材プリフォームの含浸を完全に行うのに十分であった。溶融含浸複合材を同じ真空下で略周囲温度まで冷ました。同様の燃焼器ライナを溝無しマンドレル上で１４５０℃で７０分間含浸したところ、わずか約８５％しか完了していないことが判明した（つまり、複合材プリフォーム体積の約１５％はケイ素で含浸されていなかった）。これらの結果は、溝付き炭素マンドレル（炭素支持体）では、溝無しマンドレルよりも低温かつ短時間でより完全な含浸ができることを実証している。その結果、本発明に従って溝付きマンドレル上で製造した複合材燃焼器ライナは、機械的性質、熱的性質及び耐薬品性のような性質に優れる。炭素マンドレルへのＢＮのスプレーコートは炭素材料を十分に保護し、炭素マンドレルは再使用できた。
【００３１】
実施例２
ＳｉＣマトリックス中のＳｉＣ繊維からなる複合材料の内径４６．６１ｃｍのシュラウドリング数個を、実施例１の手順と溝付き炭素マンドレルを用いて製造した。シュラウドリングには、内径寸法及び真円度に関して厳格な許容差が要求される。シュラウドリングを炭素マンドレル上で製造することにより、座標測定機で測定して０．５ｍｍの所要許容差が達成された。対照的に、支持マンドレルなしで製造したもっと小さなシュラウドは、真円から最大約６ｍｍも歪んでいた。これらの結果は、寸法許容差が本発明で一貫して達成されることを示している。
【００３２】
以上様々な実施形態について説明してきたが、本明細書の記載から、当業者であれば構成要素、変形、均等又は改良を種々組合せることができ、特許請求の範囲に規定された本発明の技術的範囲に属することは自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  溝付き支持体上の繊維プリフォームの斜視図である。
【図２】  図１の組合せの断面図である。
【図１】
0004571369.tif 000002
【図２】
0004571369.tif 000003