(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流路を有するＳｉＣ／ＳｉＣ複合材製品の製造方法において、製品内部の流路に相当する領域を予め表面が滑らかで熱膨張率がＳｉＣと近似する黒鉛あるいは炭素繊維材料で作製し、流路以外の部分をＳｉＣ繊維及びＳｉＣセラミックスのマトリックスとして作製し、製品全体を製造した後に酸化雰囲気中で１０００℃以上に昇温し、前記黒鉛あるいは炭素繊維材料を酸化除去して、内部に正確な寸法、形状で、滑らかな内表面を持った流路を有するＳｉＣ／ＳｉＣ複合材製品を製造することを特徴とするＳｉＣ／ＳｉＣ複合材製品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に流路や空間を持つＳｉＣ／ＳｉＣ複合材製品の製造方法に係り、例えば核融合炉の第一壁／増殖ブランケット容器等の製造に適応する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳｉＣ／ＳｉＣ複合材は、中性子による放射化が少ないこと、高温に耐えること、などから発電用核融合炉の第一壁／ブランケット容器や、超音速輸送機用推進システム等の分野で、有望と考えられている。核融合炉の第一壁／ブランケット容器はプラズマから、超音速機用推進システムでは燃焼ガスから、高い熱負荷を受けるため、容器構造の壁内に冷却ガスを流通させる流路を形成する必要がある場合がある。この場合、従来はＳｉＣ繊維を織物にすることにより、容器形状を作製する段階で流路部分を空隙とし、ＳｉＣセラミックスのマトリックスを繊維部分にのみ形成させることで、流路を作製する方法が採用されていた。また、別の製造方法として、アルミニウム等の比較的低融点の金属で治具を作製し、この周囲にＳｉＣ／ＳｉＣ複合材を形成させた後に、低融点金属を溶融させて流し出す方法も考えられる。
【０００３】
しかし、上記の製造方法は、以下に述べるような問題があった。
▲１▼  流路内面に形成するマトリックスは、凹凸を持つようになる可能性があり、流路抵抗が大きくなって圧力損失を大きくする。これを避けるために、流路内面を仕上げ加工することが考えられるが、図３及び図４に示すように狭隘で複雑な冷却流路１０を有するブランケット容器１１で流路内面を加工す
ることは困難である。
▲２▼  ＳｉＣ／ＳｉＣ複合材は、マトリックス形成後、高温に加熱処理して焼結するが、焼結時の変形があるため、所定の寸法・形状の空隙を保持すること
が困難である。
▲３▼  空隙内部に低融点金属の治具を用いる場合には、金属の方が熱膨張率が数倍大きいために、流路の変形や破損を生じるが可能性がある。また、不純物として金属成分が残存すると、中性子による放射化等の問題が生じる。さらに、ＳｉＣ／ＳｉＣ複合材製造時には、繰り返して高温（例えば１０００℃以上）での熱処理を行うため、金属治具は、最初の熱処理までしか用いられ
ない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、正確な寸法形状で滑らかな内表面を有する流路や空間を持つＳｉＣ／ＳｉＣ複合材製品を、安定して安価に製造できる信頼性の高い製造方法を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明のＳｉＣ／ＳｉＣ複合材製品の製造方法は、内部に流路や空間を有するＳｉＣ／ＳｉＣ複合材製品の製造方法において、製品内部の流路や空間に相当する領域を予め黒鉛あるいは炭素繊維材料で作製し、流路や空間以外の部分をＳｉＣ繊維及びＳｉＣセラミックスのマトリックスとして作製し、製品全体を製造した後に酸化雰囲気中で１０００℃以上に昇温し、前記黒鉛あるいは炭素繊維材料を酸化除去して、内部に流路や空間を有するＳｉＣ／ＳｉＣ複合材製品を製造することを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明のＳｉＣ／ＳｉＣ複合材製品の製造方法の一実施形態を、ＳｉＣ／ＳｉＣ複合材容器の場合を図によって説明すると、先ず、図１のａに示すように黒鉛あるいはＣ／Ｃ複合材などの炭素材で、内部流路を確保するための治具１を作製する。次に、この炭素材の治具１の周囲に、ＳｉＣ繊維２により図１のｂに示すように容器形状を付与する。尚、形状は容器でなくとも平板形状や円管形状でもよい。ＳｉＣ繊維２は、平織りや綾織りなどの織物で形状を付与してもよいし、短繊維を組み合わせてフェルト状にして形状を付与してもよい。いずれを採用するかは、目的に合わせて、所要の強度などから選定する。次いで、ＳｉＣ繊維２中にＣＶＩ法あるいは含浸法等でＳｉＣセラミックスのマトリックスを形成する。ＣＶＩ法では、図１のＣに示すように真空／不活性ガス雰囲気炉３中で例えばＳｉＣｌ4 とＣＨ4 の混合ガスなどを用いてＳｉＣ繊維２中を繰り返し通過させることにより、ＳｉＣ繊維２の間隙にＳｉＣセラミックスのマトリックス４を形成させる。また、含浸法では、溶剤（キシレン等）中にポリカルボシランを溶解し、ＳｉＣ繊維２中に含浸させ、不活性ガス炉等で加熱焼成して、ＳｉＣ繊維の間隙にＳｉＣセラミックスを形成させる。マトリックス４の形成プロセスは、所要の密度に到達するまで必要な回数繰り返す。然る後、図１のｄに示すように大気または酸化雰囲気の加熱炉５中で加熱し、炭素材の治具１を酸化させてＣＯ2 ガスとして放出させる。かくして、炭素材の治具１の部分が空隙となり、内部に流路（空隙）６を有するＳｉＣ／ＳｉＣ複合材容器７ができ上がる。以上の工程を要約したものを図２に示す。最後に、製品として必要に応じ仕上げ加工する。
【０００７】
上記の本発明のＳｉＣ／ＳｉＣ複合材製品の製造方法では、ＳｉＣ繊維２中にＳｉＣセラミックスのマトリックスを形成する際、真空炉または不活性ガス雰囲気炉３中で加熱するため、黒鉛あるいはＣ／Ｃ複合材などの炭素材の治具１が損耗することがない。また、容器形状の完成後、大気または酸化雰囲気の加熱炉５中で熱処理（例えば１０００℃以上）することとなるので、酸化性の黒鉛あるいはＣ／Ｃ複合材などの炭素材の治具１はＣＯ2 ガスとなって失われ、一方ＳｉＣ繊維及びＳｉＣマトリックスは酸化しないので、正確な寸法，形状で、滑めらかな内表面の流路を持つＳｉＣ／ＳｉＣ複合材容器７が得られる。前記の黒鉛あるいはＣ／Ｃ複合材などの炭素材の熱膨張率は、ほぼＳｉＣ／ＳｉＣ複合材と等しいので、熱処理によって流路の変形や破損を生じる心配はない。しかもこの熱処理は大気雰囲気の加熱炉５での加熱でよいので、コスト的に安価となる。
【０００８】
以上、内部流路を有する容器の製造方法について説明したが、本発明は容器の製造方法に限らないものである。即ち、炭素材を用いた型は、同じ形状の物を大量かつ容易に精度よく製造できるのであるから、複雑形状のＳｉＣ／ＳｉＣ複合材製品の大量生産に利用できる。また、炭素繊維や小径の黒鉛棒、黒鉛粉末などを用いることにより、空隙を有する多孔質のＳｉＣ複合材やセラミックスを精度よく製造できて、高精度セラミックスフィルターなどに使用できる有用な製品が得られる。
【０００９】
【発明の効果】
以上の説明で判るように本発明のＳｉＣ／ＳｉＣ複合材製品の製造方法によれば、正確な寸法，形状で、滑らかな内表面を有する流路や空間を持つＳｉＣ／ＳｉＣ複合材製品或いは空隙を有する多孔質のＳｉＣ複合材やＳｉＣセラミックスの製品を安定して安価に製造することができて、信頼性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】ａ〜ｄは本発明のＳｉＣ／ＳｉＣ複合材製品の製造方法の一実施例の工程を示す概略図である。
【図２】図１の工程の要約説明図である。
【図３】第一壁／増殖ブランケットの概念図である。
【図４】第一壁／増殖ブランケットの概略断面図である。
【符号の説明】
１  炭素材の治具
２  ＳｉＣ繊維
３  真空／不活性ガス雰囲気炉
４  ＳｉＣセラミックスのマトリックス
５  大気／酸化雰囲気の加熱炉
６  流路（空隙）
７  ＳｉＣ／ＳｉＣ複合材容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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