(57)【要約】  本発明は、プリプレグの成形及びその後の熱分解により得られる繊維強化セラミック複合材料からなる、ブレーキシステムのコンポーネントを作成するためのプリフォームに関する。そのようなプリプレグは、シロキサン樹脂及びシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択される１つ以上の樹脂に基づく高分子バインダ組成物を含浸させた繊維塊からなり、任意に１つ以上の有機樹脂を含み得る。シロキサン樹脂は、ポリシロキサンを含み、シルセスキオキサン樹脂は、ポリシルセスキオキサンを含む。上記高分子バインダ組成物は、５０℃乃至７０℃の温度で５５０００乃至１００００ｍＰａ・ｓの粘度を有する液体となる。繊維強化セラミック複合材料は、セラミック又は部分的セラミックマトリクスを含む。このセラミック又は部分的セラミックマトリクスは、それ自体が繊維塊の隙間において発達し、炭化ケイ素及びＳｉ−Ｏ−Ｃ鎖からなるアモルファス構造を含む。炭化ケイ素及び上記Ｓｉ−Ｏ−Ｃ鎖は、上記ポリシロキサン及び／又は上記ポリシルセスキオキサンの熱分解プロセスにより生じたものである。繊維強化セラミック複合材料は、プリプレグの高分子バインダ組成物の熱分解により生じた多孔性を有する。本発明はまた、上記プリフォームにより全体又は一部が作成されるブレーキシステムのコンポーネント、及び繊維強化複合セラミック材料のプリフォームを作成する方法に関する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリプレグの成形及びその後の熱分解により得られる繊維強化セラミック複合材料からなる、ブレーキシステムのコンポーネントを作成するためのプリフォームであって、前記プリプレグがシロキサン樹脂及びシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択される１つ以上の樹脂に基づく高分子バインダ組成物を含浸させた繊維塊からなり、任意に１つ以上の有機樹脂を含む得ることを特徴とし、前記シロキサン樹脂は、ポリシロキサンを含み、前記シルセスキオキサン樹脂は、ポリシルセスキオキサンを含み、前記高分子バインダ組成物は、５０℃乃至７０℃の温度で５５０００乃至１００００ｍＰａ・ｓの粘度を有する液体となり、前記繊維強化セラミック複合材料は、セラミック又は部分的セラミックマトリクスを含み、セラミック又は部分的セラミックマトリクスは、それ自体が繊維塊の隙間において発達し、炭化ケイ素及びＳｉ−Ｏ−Ｃ鎖からなるアモルファス構造を含み、前記炭化ケイ素及び前記Ｓｉ−Ｏ−Ｃ鎖は、前記ポリシロキサン及び／又は前記ポリシルセスキオキサンの熱分解プロセスにより生じたものであり、前記繊維強化セラミック複合材料は、プリプレグの高分子バインダ組成物の熱分解により生じた多孔性を有する、プリフォーム。
【請求項２】
前記高分子バインダ組成物は、シロキサン樹脂及びシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択される樹脂のみを含み、有機樹脂を含まない、請求項１記載のプリフォーム。
【請求項３】
前記セラミック又は部分的セラミックマトリクスは、前記繊維強化複合セラミック材料の１５重量％乃至７０重量％を構成し、前記繊維塊は、前記繊維強化複合セラミック材料の３０重量％乃至８５重量％を構成する、請求項１又は２記載のプリフォーム。
【請求項４】
前記セラミック又は部分的セラミックマトリクスは、窒化ホウ素又は高結晶性グラファイト又は金属又はそれらの組み合わせからなる群から選択されることが好ましい粉末の形態の熱伝導性不活性充填剤を含み、好ましくは、前記不活性充填剤は、前記繊維強化複合セラミック材料の１０容量％乃至３０容量％を構成する、請求項１、２又は３記載のプリフォーム。
【請求項５】
前記繊維塊は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、又はそれらの混合物からなる群から選択される繊維からなり、好ましくは、炭素繊維は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）由来の炭素繊維及び／又はピッチ由来の炭素繊維であり、好ましくは、ガラス繊維又はセラミック繊維は、アルミナ、ジルコニア、又は炭化ケイ素からなる、先行請求項の１つ以上に記載のプリフォーム。
【請求項６】
前記プリプレグに含浸する前記高分子バインダ組成物は、
室温で固体となり、融点が４０℃乃至９０℃の範囲である、シロキサン樹脂及びシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択される少なくとも１つの樹脂と、
室温で液体となり、室温で１ｍＰａ・ｓ乃至５０００ｍＰａ・ｓの粘度を有する、シロキサン樹脂及びシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択される少なくとも１つの樹脂と、の混合物を含み、
室温で固体の樹脂と室温で液体の樹脂との間の重量比は、１００／３０乃至１００／５０である、先行請求項の１つ以上に記載のプリフォーム。
【請求項７】
室温で固体の樹脂は、フェニルシロキサン樹脂、メチルシロキサン樹脂、フェニルメチルシルセスキオキサン樹脂、メチルシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択され、前記室温で液体の樹脂は、メチルメトキシシロキサン樹脂及びメチルフェニルビニルシロキサン樹脂からなる群から選択される、請求項６記載のプリフォーム。
【請求項８】
前記高分子バインダ組成物は、
室温で液体となり、室温で１乃至５０００ｍＰａ・ｓの粘度を有する、シロキサン樹脂及びシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択される単一の樹脂と、
粉末の不活性充填剤と、の混合物を含み、
液体のポリマに対する不活性充填剤の室温での体積比は、１０／１００乃至４０／１００である、請求項１又は５の１つ以上に記載のプリフォーム。
【請求項９】
前記高分子バインダ組成物は、更に、シロキサン樹脂及びシルセスキオキサン樹脂を可溶化することができる化合物から選択される少なくとも１つの溶媒を含み、好ましくは、前記溶媒は、ジビニルベンゼンであり、好ましくは、前記溶媒は、前記プリプレグの１重量％未満を構成する、先行請求項の１つ以上に記載のプリフォーム。
【請求項１０】
前記高分子バインダ組成物は、更に、成形ステップ時に１００℃より高い温度で高分子バインダ組成物の前記１つ以上の樹脂の架橋を促進するのに適した少なくとも１つの触媒を含み、好ましくは、前記触媒は、チタン酸塩、金属オクトアート、及びアミンからなる群から選択され、更により好ましくは、前記触媒は、チタンテトラブタノレート、亜鉛オクトアート、及びＮ−３−（トリメトキシシリル）プロピル）エチレンジアミンからなる群から選択され、好ましくは、前記触媒は、前記高分子バインダ組成物の１重量％未満からなる、先行請求項の１つ以上に記載のプリフォーム。
【請求項１１】
前記成形は、真空バギング及びその後の加熱硬化処理により行われ、好ましくは、前記真空バギングは、２乃至１４ｂａｒの圧力及び１８０℃乃至３００℃の温度で、６０乃至１５０分間に亘り行われる、先行請求項の１つ以上に記載のプリフォーム。
【請求項１２】
前記成形は、圧縮成形により高温で、好ましくは４０ｂａｒ以上の圧力及び２００℃以上の温度で、６０乃至１５０分間に亘り行われる、請求項１乃至１０の１つ以上に記載のプリフォーム。
【請求項１３】
先行請求項の１つ以上に記載のプリフォームにより全体又は一部が作成されることを特徴とするブレーキシステムコンポーネントであって、好ましくは、前記ブレーキシステムコンポーネントは、前記プリフォームに高密度化プロセスを、好ましくはポリマ浸透熱分解（ＰＩＰ）手法を用いて施すことにより得られ、好ましくは、前記コンポーネントは、ディスクブレーキのコンポーネント、好ましくはブレーキバンド、ベル又はブレーキキャリパボディである、ブレーキシステムコンポーネント。
【請求項１４】
繊維強化複合セラミック材料のプリフォームを作成する方法であって、
高分子バインダ組成物を含浸させたプリプレグを配置することと、
前記プリプレグを成形し、前記高分子バインダ組成物を少なくとも部分的に硬化させて、繊維強化複合材料を得ることと、
前記プリフォームを得るために、前記繊維強化複合材料に対して４００℃乃至１，５００℃の温度で熱分解を施すことと、を含み、
前記プリプレグは、シロキサン樹脂及びシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択される１つ以上の樹脂に基づく高分子バインダ組成物を含浸させた繊維塊を含み、任意に１つ以上の有機樹脂を含み得ることを特徴とし、前記シロキサン樹脂は、ポリシロキサンを含み、前記シルセスキオキサン樹脂は、ポリシルセスキオキサンを含み、前記高分子バインダ組成物は、５０℃乃至７０℃の温度で５５０００乃至１００００ｍＰａ・ｓの粘度を有する液体となり、
前記成形により、高分子バインダ組成物の前記１つ以上の樹脂が硬化し、そのため、固体高分子結合マトリクスが形成され、固体高分子結合マトリクスは、それ自体が繊維塊の隙間において発達すると共に、ポリシロキサン及び／又はポリシルセスキオキサンに基づくものであり、高分子バインダ組成物の前記１つ以上の樹脂の硬化により誘発される架橋の結果として互いに架橋され、前記熱分解により、固体高分子結合マトリクスの部分的分解と、前記ポリシロキサン及び／又はポリシルセスキオキサンの炭化ケイ素及びＳｉ−Ｏ−Ｃ鎖からなるアモルファス構造への少なくとも部分的な変換と、による前記固体高分子結合マトリクスにおける多孔性の形成が生じ、これにより前記繊維強化複合材料から繊維強化セラミック複合材料が得られる、方法。
【請求項１５】
前記高分子バインダ組成物は、シロキサン樹脂及びシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択される樹脂のみを含み、有機樹脂を含まない、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記高分子バインダ組成物は、前記プリプレグの２５重量％乃至６０重量％を構成し、前記繊維塊は、前記プリプレグの４０重量％乃至７５重量％を構成する、請求項１４又は１５記載の方法。
【請求項１７】
前記高分子バインダ組成物は、
室温で固体となり、融点が５０℃以上である、シロキサン樹脂及びシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択される少なくとも１つの樹脂と、
室温で液体となり、室温で１ｍＰａ・ｓ乃至１５００ｍＰａ・ｓの粘度を有する、シロキサン樹脂及びシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択される少なくとも１つの樹脂と、の混合物を含み、
室温で固体の樹脂と室温で液体の樹脂との間の重量比は、１００／３０乃至１００／５０である、請求項１４、１５、又は１６記載の方法。
【請求項１８】
室温で固体の樹脂は、フェニルシロキサン樹脂、メチルシロキサン樹脂、フェニルメチルシルセスキオキサン樹脂、メチルシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択され、前記室温で液体の樹脂は、メチルメトキシシロキサン樹脂及びメチルフェニルビニルシロキサン樹脂からなる群から選択される、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記高分子バインダ組成物は、
室温で液体となり、室温で１乃至５０００ｍＰａ・ｓの粘度を有する、シロキサン樹脂及びシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択される単一の樹脂と、
粉末の不活性充填剤と、の混合物を含み、
液体のポリマに対する不活性充填剤の室温での体積比は、１０／１００乃至４０／１００である、請求項１４、１５、又は１６記載の方法。
【請求項２０】
前記高分子バインダ組成物は、更に、シロキサン樹脂及びシルセスキオキサン樹脂を可溶化することができる化合物から選択される少なくとも１つの溶媒を含み、好ましくは、前記溶媒は、ジビニルベンゼンであり、好ましくは、前記溶媒は、前記プリプレグの１重量％未満を構成する、請求項１４乃至１９の１つ以上に記載の方法。
【請求項２１】
前記高分子バインダ組成物は、更に、１００℃より高い温度で高分子バインダ組成物の前記１つ以上の樹脂の架橋を促進するのに適した少なくとも１つの触媒を含み、好ましくは、前記触媒は、チタン酸塩、金属オクトアート、及びアミンからなる群から選択され、更により好ましくは、前記触媒は、チタンテトラブタノレート、亜鉛オクトアート、及びＮ−３−（トリメトキシシリル）プロピル）エチレンジアミンからなる群から選択され、好ましくは、前記触媒は、前記高分子バインダ組成物の１重量％未満からなる、請求項１４乃至２０の１つ以上に記載の方法
【請求項２２】
前記高分子バインダ組成物は、窒化ホウ素又は高結晶性グラファイト又は金属又はそれらの組み合わせからなる群から選択されることが好ましい粉末の形態の熱伝導性不活性充填剤を含み、好ましくは、前記不活性充填剤は、前記プリプレグの１０容量％乃至３０容量％を構成する、請求項１４乃至２１の１つ以上に記載の方法。
【請求項２３】
前記繊維塊は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、又はそれらの混合物からなる群から選択される繊維からなり、好ましくは、炭素繊維は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）由来の炭素繊維及び／又はピッチ由来の炭素繊維であり、好ましくは、ガラス繊維又はセラミック繊維は、アルミナ、ジルコニア、又は炭化ケイ素からなる、請求項１４乃至２２の１つ以上に記載の方法。
【請求項２４】
前記成形は、真空バギング及びその後の加熱硬化処理により行われ、好ましくは、前記真空バギングは、２乃至１４ｂａｒの圧力及び１８０℃乃至３００℃の温度で、６０乃至１５０分間に亘り行われる、請求項１４乃至２３の１つ以上に記載の方法。
【請求項２５】
前記成形は、圧縮成形により高温で、好ましくは４０ｂａｒ以上の圧力及び２００℃以上の温度で、６０乃至１５０分間に亘り行われる、請求項１４乃至２３の１つ以上に記載の方法。
【請求項２６】
前記熱分解ステップ後に行われる前記繊維強化セラミック複合材料の高密度化ステップを含み、好ましくは、前記高密度化ステップは、ポリマ浸透熱分解（ＰＩＰ）手法を用いて行われる、請求項１４乃至２５の１つ以上に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
プリプレグの成形及び熱分解により得られた繊維強化セラミック複合材料からなる、ブレーキシステムのコンポーネントを作成するためのプリフォームが、本発明の対象となる。
【０００２】
本発明によるプリフォームは、例えば、ディスクブレーキのコンポーネント（ブレーキバンド、ベル、ブレーキキャリパ等）又はエンジンの部品といった、高温（４００℃超）で動作するように設計されたコンポーネントの製造において特定の用途を有する。特に、本発明によるプリフォームは、特にディスクブレーキのコンポーネント又はエンジンの部品を作成するための高密度化プロセスを受けるように設計されている。
【背景技術】
【０００３】
公知のように、専門用語では、高分子バインダ組成物を事前に含浸させた繊維強化複合材料を、単に「プリプレグ」と呼ぶ。
【０００４】
プリプレグは、織布又は不織布を形成するように配置され、熱硬化性又は熱可塑性高分子組成物が含浸された繊維、一般的には炭素繊維及び／又はガラス繊維及び／又はセラミック繊維からなる。任意の成形プロセス中において、繊維に含浸させる高分子組成物は、繊維を互いに固定する結合マトリクスを形成する。
【０００５】
熱可塑性マトリクスは、材料固有のガラス遷移温度より高い温度で加熱することにより処理する。これにより、可逆的プロセスにおいて、ポリマ鎖は、温度がガラス遷移温度（Ｔｇ）未満に戻るまで、互いに移動及びスライドする。
【０００６】
熱硬化性マトリクスの場合は、非可逆的プロセスにおけるポリマの硬化を引き起こす、相対移動を妨げるような量の化学結合（架橋又は硬化）が隣接鎖間で形成される前に、処理を実施する。
【０００７】
プリプレグの製造において、使用される熱硬化性高分子組成物は、有機樹脂、一般にエポキシ又はフェノール又はビニルエステル又はシアネートエステル系の樹脂に基づく。そのため、これらの樹脂ファミリ内で、含浸段階において繊維と樹脂との間で所望の統合／含浸レベルが得られるようなレオロジ特性（特に粘度）を有する樹脂が用いられる。
【０００８】
プリプレグの製造において、使用される熱可塑性高分子バインダ組成物は、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、及びポリパラフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）である。
【０００９】
プリプレグの製造中、プリプレグの操作を可能とする一方で、依然としてその加工が可能な状態とするため、熱硬化性高分子マトリクスは架橋しないか、又は部分的にのみ架橋する。このため、プリプレグを低温に保ち、架橋が完了するのを防ぐ。
【００１０】
適切に作用可能に、プリプレグの製造プロセスは、含浸工程を含み、ここで繊維は、平面上に配置され、このような構成で高分子組成物を含浸する。このような工程中、先行技術では、使用する高分子組成物に応じて、熱硬化性高分子組成物の部分的架橋が、様々な温度で起こり得る。その後、材料は、室温で冷却する。したがって、プリプレグは、平坦で加工可能なシートの形態で利用可能となり、その後、例えば、層化又は圧延及びこれに続く成形作業用に、非常に複雑な形状のコンポーネントを得るために処理することができる。
【００１１】
有機樹脂は、部分架橋後も、プリプレグに最適な機械抵抗特性を提供する。
【００１２】
しかしながら、有機樹脂で作成したプリプレグには、プリプレグから得られる材料の特性を条件付ける、又は特定の用途でのプリプレグの使用を不可能とする、一連の制限がある。
【００１３】
例えば、熱分解後、有機樹脂は、炭素質残留物を形成するが、エポキシ樹脂の場合、これは非常に制限されており、複合材の良好な一貫性を確保するには不十分となる。このような炭素質残留物は、酸化環境における高温での用途にも適しておらず、良好な耐摩耗性を確保するには硬度が不十分となる。
【００１４】
例えば、熱分解後のエポキシ樹脂は収率が低いため、エポキシ樹脂に基づくプリプレグは、高密度化プロセス用のプリフォームを作成するのに適していない。
【００１５】
特に、従来の有機樹脂に基づくプリプレグは、以下の制限を示す場合がある。
−樹脂の完全架橋後に得られる複合材の動作温度が低い。優れた機械抵抗特性を有するにもかかわらず、このような複合材は、酸化環境において２００℃超で機能する可能性は少ない。
−得られた複合材内に炭素質マトリクスが存在するため、機械的摩耗に対する耐摩耗性が低い。
−熱分解後に無機アモルファス及び／又は結晶構造を生成することができない。
−複合材の熱伝導率が低いため、例えばディスクブレーキコンポーネントの製造等、放熱用に大きな容量が必要な用途には適さなくなる。
【００１６】
したがって、無機アモルファス及び／又は結晶構造を有する成形及び熱分解後のプリプレグから得られた繊維強化セラミック複合材料を製造する必要があり、無機アモルファス及び／又は結晶構造により、このようにして得られた複合材料は、以下のようなものとなる：
−熱伝導率の上昇を特徴とする。
−高密度化プロセス用のプリフォームを製造するのに適している。
−耐摩耗性の向上が確保されるような、より高い硬度を特徴とする。
【００１７】
これまで、このような必要性は満たされておらず、これは、例えばプレセラミックシリコン有機樹脂（シロキサン樹脂、シラザン樹脂等）といった代替樹脂が、前述した技術的要件を満たす可能性があるにもかかわらず、標準的なプリプレグ製造技術を使用した繊維塊の含浸に適さないようなレオロジ特性を有するためである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
したがって、本発明の目的は、高温で動作するように設計されたコンポーネントの作成に適したものとなるような無機アモルファス及び／又は結晶構造を有する、成形及び熱分解後のプリプレグから得られた繊維強化セラミック複合材料からなる、ブレーキシステムのコンポーネントを作成するためのプリフォームを提供し、先行技術に関連する前述した問題を解消又は少なくとも軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
特に、本発明の目的は、高密度化プロセス用のプリフォームの作成に適したものとなるような無機アモルファス及び／又は結晶構造を有し、且つ、耐摩耗性の向上が確保されるような高熱伝導率及び高硬度を有する、成形及び熱分解後のプリプレグから得られた繊維強化セラミック複合材料からなる、ブレーキシステムのコンポーネントを作成するためのプリフォームを提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明の技術的特徴は、付記した特許請求の範囲の内容から明確に理解することができ、その利点は、純粋に非限定的な例として示した１つ以上の実施形態を表す添付図面を参照して行われる以下の詳細な説明から更に明らかとなる。
【図１】図１は、プリプレグの（圧縮成形による）加熱成形により得られ、熱分解により繊維強化セラミック複合材料が得られた、繊維強化複合材料の成形圧力に応じた密度の傾向のグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、プリプレグの成形及び熱分解により得られる、繊維強化セラミック複合材料からなる、ブレーキシステムのコンポーネントを作成するためのプリフォームに関する。
【００２２】
一般に、「繊維強化セラミック複合材料」とは、内部に強化繊維が配置されたセラミック又は部分的セラミックマトリクスを含む材料を意味する。
【００２３】
「セラミックマトリクス」という用語は、プレセラミック樹脂のファミリに属するシロキサン及び／又はシルセスキオキサン樹脂の熱分解により得られるマトリクスを意味する。マトリクスの部分的又は完全セラミック化は、熱分解温度を調整することで得られる。低温（４００乃至９００℃）での熱分解処理により、部分的に熱分解された熱分解残留物を、依然として有機構造が多い状態で得ることができる。より高温での熱分解により、熱分解残留物の完全なセラミック化が生じ、無機アモルファス又は結晶構造を形成することができる（後者は約１３００℃を超える熱分解温度）。
【００２４】
セラミック又は部分的セラミックマトリクスの組成は、材料の作成に使用されるセラミック前駆体の種類に応じて決まる。
【００２５】
以下の説明のように、特定の場合において、使用されるセラミック前駆体は、ポリシロキサン又はポリシルセスキオキサンである。セラミック又は部分的セラミックマトリクスは、オキシ炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）及び／又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含む。特に、オキシ炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）は、長さの異なるＳｉ−Ｏ−Ｃ鎖により構成されるアモルファス構造を形成することができる。
【００２６】
本発明によれば、プリフォームを構成する、成形及び熱分解により繊維強化セラミック複合材料が得られるプリプレグは、シロキサン樹脂及びシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択される１つ以上の樹脂に基づく高分子バインダ組成物を含浸させた繊維塊を含む。
【００２７】
「．．．に基づく」という表現は、シロキサン樹脂及びシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択される樹脂が、高分子バインダ組成物の少なくとも７０重量％を構成することを意味する。
【００２８】
任意に、前述した高分子バインダ組成物は、有機樹脂、好ましくはエポキシ樹脂、フェノール樹脂、及び／又はビニルエステル又はシアネートエステル系樹脂を含むことができる。しかしながら、有機樹脂は、存在する場合、高分子バインダ組成物の３０重量％以下を構成する。
【００２９】
好ましくは、前述した高分子バインダ組成物は、シロキサン樹脂及びシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択される樹脂のみを含み、有機樹脂を含まない。
【００３０】
シロキサン樹脂は、ポリシロキサンを含む又はポリシロキサンに基づく高分子樹脂であり、シロキサン樹脂は、ポリシルセスキオキサンを含む又はポリシルセスキオキサンに基づく高分子樹脂である。
【００３１】
公知のように、ポリシロキサン及びポリシルセスキオキサンは、主鎖のケイ素−酸素結合の存在を特徴とする化合物である。ポリシロキサンは、以下の基本構造を有する。
【化１】
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【００３２】
一方、ポリシルセスキオキサンは、以下の基本構造を有する。
【化２】
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【００３３】
本発明によれば、前述したプリプレグの繊維塊に含浸される高分子バインダ組成物は、５０℃乃至７０℃の温度で５５０００乃至１００００ｍＰａ・ｓの粘度を有する液体となる。
【００３４】
このようなレオロジ特性により、前述した高分子バインダ組成物は、プリプレグを作成するプロセスにおける繊維塊の含浸に適合するものとなり、これまでプリプレグの製造におけるシロキサン樹脂及び／又はシルセスキオキサン樹脂の使用を妨げてきた制限が克服される。
【００３５】
本発明による繊維強化セラミック複合材料は、セラミック又は部分的セラミックマトリクスを含み、セラミック又は部分的セラミックマトリクスは、それ自体が繊維塊の隙間において発達し、炭化ケイ素及びＳｉ−Ｏ−Ｃ鎖からなるアモルファス構造を含む。炭化ケイ素及びＳｉ−Ｏ−Ｃ鎖は、ポリシロキサン及び／又はポリシルセスキオキサンの熱分解プロセスにより生じたものである。本発明による、熱分解され繊維強化されたセラミック複合材料は、プリプレグの高分子バインダ組成物の熱分解により生じた多孔性を有する。
【００３６】
本明細書の以下の部分では、簡潔にするため、「セラミックマトリクス」という用語を、「セラミック又は部分的セラミックマトリクス」という用語の代わりに用いる。
【００３７】
したがって、本発明により使用されるプリプレグは、有機樹脂（特に、フェノール若しくはエポキシ樹脂、又はビニルエステル若しくはシアネートエステル系樹脂）が含浸されていない、又は少なくとも単独では含浸されていないが、シロキサン樹脂及びシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択される１つ以上の樹脂に基づく高分子バインダ組成物が含浸されているという点で、従来のプリプレグとは異なる。
【００３８】
シロキサン樹脂とシルセスキオキサン樹脂は、プリプレグ、特に炭素繊維又はセラミック若しくはガラス繊維に基づくプリプレグの作成に通常使用される有機樹脂（主にエポキシ）とは異なる特性を有する。
【００３９】
第一に、シロキサン及びシルセスキオキサン樹脂は、酸化環境と不活性雰囲気との両方において、重量の減少が少ないため、温度の安定性が遙かに高い。
【００４０】
シロキサン及びシルセスキオキサン樹脂の第２の特定の特徴は、Ｓｉ−Ｏ−Ｃ鎖からなる、４００乃至９００℃の温度での熱分解後のアモルファス構造を形成する能力である。このような構造は、更に高温の約１３００乃至１５００℃で熱処理することにより結晶化させることができる。このようにして、樹脂から開始して、非常に高い硬度、高い弾性率、高い融解温度及び熱安定性、高い熱伝導率等、技術的に有益な特性を有する複合材である炭化ケイ素を形成することができる。
【００４１】
一方、熱分解後、有機樹脂は、エポキシ樹脂の場合、非常に制限され、且つ複合材の良好な一貫性を確保するには不十分な、炭素質残留物を形成する。このような炭素質残留物は、酸化環境における高温での用途にも適しておらず、良好な耐摩耗性を確保するには硬度が不十分となる。
【００４２】
このため、前述したように、好ましくは、本発明によれば、高分子バインダ組成物は、有機樹脂を含まない。いずれの場合も、有機樹脂の含有量は、高分子バインダ組成物の３０重量％を超えないようにして、有機樹脂の存在により生じる悪影響を制限する。
【００４３】
熱分解後の重量損失の減少と炭化ケイ素を形成する可能性とを考慮すると、シロキサン又はシルセスキオキサン樹脂は、高密度化の対象となるプリフォームの作成に適している。高密度化という用語は、ポリマ含浸及び熱分解（ＰＩＰ）又は液体シリコン浸透（ＬＳＩ）等のプロセスを意味する。
【００４４】
以下に更に説明するように、成形及び熱分解並び任意の高密度化後の、本発明によるプリプレグから得られた繊維強化セラミック複合材料が示す特性は、次の通りである。
−中程度の機械的特性（最大約３００乃至３５０ＭＰａの破断応力、繊維並びに高密度化の種類及びレベル等、多くの要因に影響される値）
−熱伝導率（＞１Ｗ／（ｍ・°Ｋ））、
−摩損に対する良好な耐性。
−高密度化プロセスにより異なるものの、最大１０００℃の動作温度は。
【００４５】
このようにして得られた複合材料が有益となる用途には、ディスクブレーキのコンポーネント（ブレーキバンド、ベル、ブレーキキャリパボディ等）又はエンジンの部品が含まれる。
【００４６】
上記の利点は、プリフォームがＰＩＰ手法を用いた高密度化プロセスを経る場合に明らかである。実際、シリコンを含む樹脂の使用は、プリフォームにおいて直接マトリクス内で炭化ケイ素を生成する唯一の方法となる。プリフォームが有機樹脂のみに基づいたプリプレグから製造された場合、これは如何なる形でも不可能である。この態様のため、同じ手法を有機樹脂のみから得られた炭素質プリフォームに適用して得られた複合材と比較してマトリクス内の炭化ケイ素の含有量が有意に高い複合材を、ＰＩＰ手法により作成することができる。
【００４７】
一方、ＬＳＩ手法を用いた高密度化の場合、このような利点は、それほど明らかではない。実際、シリコンの浸透により、有機系プリプレグ（例えば、フェノールプリプレグ等）から開始しても、マトリクス内には大量の炭化ケイ素が形成されることに留意されたい。
【００４８】
本発明によるプリフォームを構成する、成形及び熱分解により繊維強化セラミック複合材料が得られるプリフォームは、使用する高分子バインダ組成物の種類を除き、従来のプリプレグの製造プロセスに従って製造することが有利となり得る。
【００４９】
具体的には、特に、前述したプリプレグの製造プロセスは、以下の動作ステップを含む：
−繊維塊を層状に配置すること、
−高分子バインダ組成物による繊維塊の含浸が生じ、最終的に高分子バインダ組成物自体の部分的架橋が生じる、特に６０℃乃至１００℃の温度での含浸工程、及び
−このようにして得られた材料の室温での冷却。
【００５０】
特に、繊維塊での高分子バインダ組成物の付与は、高分子組成物を移送支持体（例えば紙）上に事前に堆積させることにより達成することができる。移送支持体が存在することで、繊維塊上での高分子バインダ組成物の堆積が容易になる。移送支持体上での高分子組成物の堆積は、高分子バインダ組成物のいわゆるフィルムキャスティングステップにおいて実施される。
【００５１】
又は、高分子バインダ組成物は、繊維塊に直接付与することができる。
【００５２】
このようにして得られたプリプレグでは、従来のプリプレグと同様に、高分子バインダ組成物は、架橋しない又は部分的にのみ架橋（又は硬化）する結合マトリクスを形成し、繊維塊の隙間を充填する。このように、プリプレグは、操作が可能である一方、他方では柔軟性を有する。実際、プリプレグ内の高分子バインダ組成物の固化は、その硬化をもたらし、結果的に加工性の特性を失わせる。
【００５３】
特に、こうして得られたプリプレグは、平坦で加工可能なシートの形態で作成することが可能であり、その後、例えば、層化又は圧延及びこれに続く成形作業用に、非常に複雑な形状のコンポーネントを得るために処理される。このようなコンポーネントには、更なる処理（完全架橋、熱分解、高密度化）を施し、特定の特性を有する最終製品を得る。
【００５４】
好適な実施形態によれば、セラミックマトリクスは、繊維強化セラミック複合材料の１５重量％乃至７０重量％を構成する一方、繊維塊は、こうした材料の３０重量％乃至８５重量％を構成する。
【００５５】
繊維及びセラミックマトリクスの含有量は、本発明による繊維強化複合材料において達成すべき特性に応じて変化させることができる。
【００５６】
高い機械的特性を必要とする用途には、繊維含有量の高い材料の方が適している。代わりに、セラミックマトリクスの割合を増やすことが、更に高い動作温度又は耐機械的摩耗性を必要とする用途に対して、より好適となる場合もある。
【００５７】
特に、繊維塊は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、又はそれらの混合物からなる群から選択される繊維により構成し得る。特に、炭素繊維は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）由来の炭素繊維及び／又はピッチ由来の炭素繊維であり、ガラス繊維又はセラミック繊維は、アルミナ、ジルコニア、又は炭化ケイ素により構成される。
【００５８】
好適な実施形態によれば、繊維塊は、炭素繊維、ＰＡＮ、又はピッチのみからなる。
【００５９】
好ましくは、繊維塊は、布又は不織布の１つ以上の層を形成する連続繊維からなる。
【００６０】
又は、繊維塊は、固体結合高分子マトリクス中に分散させたチョップドファイバにより構成することができる。
【００６１】
前述したセラミックマトリクスは、窒化ホウ素又は高結晶性グラファイト又は金属又はそれらの組み合わせからなる群から選択されることが好ましい粉末の形態の熱伝導性不活性充填剤を含むことが有利となり得る。
【００６２】
好ましくは、前述した熱伝導性不活性充填剤は、含浸前の繊維強化セラミック複合材料の１０容量％乃至３０容量％を構成する。
【００６３】
セラミックマトリクス内の熱伝導性不活性充填剤の存在は、繊維強化セラミック複合材料が熱伝導率の向上が不可欠な用途、例えばディスクブレーキのコンポーネント（ブレーキバンド、ベル、ブレーキキャリパボディ等）又はエンジンの部品を目的としたものである場合に特に有利となる。
【００６４】
好適な実施形態によれば、プリプレグに含浸する前述した高分子バインダ組成物は、以下の混合物を含む：
−室温で固体となり、融点が４０℃乃至９０℃の範囲である、シロキサン樹脂及びシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択される少なくとも１つの樹脂、及び
−室温で液体となり、室温で１ｍＰａ・ｓ乃至５０００ｍＰａ・ｓの粘度を有する、シロキサン樹脂及びシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択される少なくとも１つの樹脂。
【００６５】
一般に、室温で固体の樹脂と室温で液体の樹脂との間の重量比は、２つの樹脂の混合物から得られる高分子バインダ組成物が５０℃乃至７０℃の温度で５５，０００乃至１０，０００ｍＰａ・ｓの粘度を有する液体となるように選択される。
【００６６】
好ましくは、室温で固体の樹脂と室温で液体の樹脂との間の重量比は、１００／３０乃至１００／５０である。
【００６７】
前述した高分子バインダ組成物は、全体が前述した室温で固体の樹脂と液体の樹脂との混合物からなることが有利となり得る。
【００６８】
好ましくは、室温で固体の樹脂は、フェニルシロキサン樹脂、メチルシロキサン樹脂、フェニルメチルシルセスキオキサン樹脂、メチルシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択され、前記室温で液体の樹脂は、メチルメトキシシロキサン樹脂及びメチルフェニルビニルシロキサン樹脂からなる群から選択される。
【００６９】
好ましくは、室温で固体の樹脂は、フェニルシロキサン樹脂（例えば、市販品のＳｉｌｒｅｓ  ６０１又はＲＳＮ−０２１７）、メチルシロキサン、フェニルメチルシルセスキオキサン（例えば、市販品のＳｉｌｒｅｓ  Ｈ４４）、メチルシルセスキオキサン（例えば、市販品のＳｉｌｒｅｓ  ＭＫ）からなる群から選択される。
【００７０】
好ましくは、室温で液体の樹脂は、メチルメトキシシロキサン樹脂（例えば、市販品のＳｉｌｒｅｓ  ＭＳＥ１００）及びメチルフェニルビニルシロキサン（例えば、市販品のＳｉｌｒｅｓ  Ｈ６２Ｃ）からなる群から選択される。
【００７１】
液体樹脂は、溶媒を含まない、又は溶媒含有量が２重量％未満である、液体シロキサン樹脂から選択することが有利となり得る。
【００７２】
本発明の好適な実施形態によれば、固体樹脂は、フェニルシロキサン樹脂であり、液体樹脂は、メチルメトキシシロキサン樹脂である。
【００７３】
他の実施形態によれば、プリプレグに含浸する前述した高分子バインダ組成物は、以下の混合物を含むことができる：
−室温で液体となり、室温で１ｍＰａ・ｓ乃至５０００ｍＰａ・ｓの粘度を有する、シロキサン樹脂及びシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択される単一の樹脂、
−繊維塊の含浸を可能にするのに必要なレオロジ特性を高分子バインダ組成物に付与するのに適した粉末の不活性充填剤。
【００７４】
特に、粉末の不活性充填剤は、室温で液体の樹脂の粘度を高めるために導入される。
【００７５】
一般に、粉末の不活性充填剤と室温で液体のポリマとの体積比は、その混合物から得られる高分子バインダ組成物が、５０℃乃至７０℃の温度で粘度５５，０００乃至１０，０００ｍＰａ・ｓの粘度を有する液体となるように選択される。
【００７６】
好ましくは、粉末の不活性充填剤と液体のポリマとの室温での体積比は、１０／１００乃至４０／１００である。
【００７７】
好ましくは、プリプレグに含浸する高分子バインダ組成物は、ポリシロキサン及びポリシルセスキオキサンを可溶化することができる化合物から選択される少なくとも１つの溶媒を更に含むことができる。
【００７８】
溶媒は、樹脂のレオロジ特性を長期間に亘り保持する役割を果たし、その結果、プリプレグは、より長期に亘り操作可能となり、より容易に処理し、より長く維持することができる。
【００７９】
好ましくは、前述した溶媒は、ジビニルベンゼンであり、ジビニルベンゼンは、例えばトルエン又はアセトン等、この目的で使用可能な他の溶媒とは異なり、蒸気圧が低く（蒸発しにくく）、引火性ではないという利点を有する。
【００８０】
好ましくは、溶媒（存在する場合）は、含浸前の繊維強化セラミック複合材料の１重量％未満を構成する。
【００８１】
高分子バインダ組成物は、１００℃より高い温度で高分子組成物のポリマ（ポリシロキサン及び／又はポリシルセスキオキサン）の架橋を促進するのに適した少なくとも１つの触媒を更に含むことが有利となり得る。
【００８２】
触媒の存在は、個々の物品の形成に必要な時間と温度を減少させるため、工業生産により適したプロセスとする役割を果たす。
【００８３】
特に、触媒は、１００℃未満の温度で、高分子バインダ組成物に直接挿入すること又はプリプレグ調製中に高分子バインダ組成物に添加することができるため、これらのステップ中に潜在状態を保ち、高分子バインダ組成物の架橋を生成しない。したがって、触媒は、その後に複合材が形成される温度（例えば１５０乃至１８０℃）で、その機能を発揮する必要がある。
【００８４】
好ましくは、触媒は、チタン酸塩、金属オクトアート、及びアミン、又はそれらの組み合わせからなる群から選択される。
【００８５】
更により好ましくは、触媒は、チタンテトラブタノレート（例えば、商品名「Ｃａｔａｌｙｓｔ  ＴＣ４４」としてＷａｃｋｅｒが供給）、亜鉛オクトアート、及びＮ−３−（トリメトキシシリル）プロピル）エチレンジアミン（例えば、商品名「Ｇｅｎｉｏｓｉｌ  ＧＦ９１」としてＷａｃｋｅｒが供給）からなる群から選択される。
【００８６】
触媒（存在する場合）は、プリプレグの高分子結合マトリクスの１重量％未満を構成する。
【００８７】
上述したように、繊維及び高分子結合マトリクスの含有量は、本発明による繊維強化複合材料において達成すべき特性に応じて変化させることができる。
【００８８】
高い機械的特性を必要とする用途には、繊維含有量の高い材料の方が適している。代わりに、樹脂の割合を増やすことが、更に高い動作温度又は耐機械的摩耗性を必要とする用途に対して、より好適となる場合もある。
【００８９】
次の２つの表１及び２は、有機樹脂を含まない、本発明による含浸前の繊維強化複合材料の幾つかの配合を示す。
【表１】
2020529382.tif 000005
【表２】
2020529382.tif 000006
【００９０】
次の表３は、少なくとも１種類の有機樹脂を更に含む、本発明による含浸前の繊維強化複合材料の幾つかの配合を示す。
【００９１】
【表３】
2020529382.tif 000007
【００９２】
本発明による、繊維強化複合材料の特性に影響を与える一態様は、プリプレグを形成する手法であり、このようにして得られた複合材の最終密度、更に結果として、機械抵抗の特性に影響を与える。
【００９３】
２つの成形手法を評価した。
−圧縮成形
−真空バギング及びその後のオートクレーブでの硬化
【００９４】
通常、異なる成形手法は、異なる圧力で機能する。圧力を大きくすることで、「硬化時に」（即ち、成形後、熱分解前に）複合材料の密度が高くなり、結果として、優れた機械的特性が得られる。
【００９５】
圧縮成形の場合、約２０から８０乃至１００ｂａｒの圧力を加えることができ、真空バギング（及びその後のオートクレーブでの硬化）の場合、２乃至１４ｂａｒの圧力を加えることができる。
【００９６】
圧縮成形による成形の場合、成形圧力の増加に伴い、成形後（但し熱分解前）の複合材の密度がどのように増加するかが明らかとなっている。図１のグラフは、ＰＡＮ繊維（上記の表２記載の特性を有する）に基づいたプリプレグから圧縮成形による成形により材料が得られた場合の、成形圧力に応じた繊維強化複合材料の密度の傾向を示している。複合材の最大の高密度化と、その結果の最適な機械的特性は、約５０ｂａｒ超で得られる。
【００９７】
圧縮成形は、以下に適していると言える。
−優れた機械的特性を有する複合材の形成。
−簡素で平坦な形状の物品の製造。
−処理時間の短縮。
【００９８】
一方、真空バギングは、例えばディスクブレーキのブレーキバンド、ベル、又はキャリパボディ等の複雑な形状の物品を形成するのにより適している。
【００９９】
好ましくは、本発明による繊維強化セラミック複合材料は、真空バギング手法と、その後の加熱硬化処理とによる成形をプリプレグに施すことにより得られる。
【０１００】
好ましくは、真空バギングプロセスは、２乃至１４ｂａｒの圧力、１８０℃乃至３００℃の温度で、６０乃至１５０分間に亘り行われる。
【０１０１】
又は、本発明による繊維強化セラミック複合材料は、圧縮成形手法による加熱成形をプリプレグに施すことにより得られる。
【０１０２】
好ましくは、圧縮成形手法による加熱成形は、４０ｂａｒ以上の圧力、２００℃以上の温度で、６０乃至１５０分間に亘り行われる。
【０１０３】
成形は、その後の硬化後処理を含め、３００℃より低い温度、好ましくは約１８０℃で行うことができる。しかしながら、最良の機械的特性は、３００℃での成形により得られることが実験的に分かっている。
【０１０４】
真空バギングの手法及び圧縮成形の手法は、共に当業者に周知であるため、ここでは詳細に説明しない。
【０１０５】
本発明によるプリフォームにより全体又は一部が、特に前述したように作成されたブレーキシステムのコンポーネントは、本発明の対象となる。
【０１０６】
好ましくは、前述したコンポーネントは、ディスクブレーキのコンポーネント、特にブレーキバンド、ベル、又はキャリパボディである。
【０１０７】
好ましくは、ブレーキシステムの前記コンポーネントは、前述したプリフォームに高密度化プロセスを、好ましくはポリマ浸透熱分解（ＰＩＰ）の手法を用いて施すことにより得られる。
【０１０８】
又は、前述したプリフォームが既に（高密度化プロセスを施すことなく）ディスクブレーキのブレーキバンド、ベル、又はキャリパボディを構成することができる。
【０１０９】
プリフォームは（高密度化プロセスを経るかに関係なく）、ディスクブレーキのブレーキバンドの一部、ベルの一部、又はキャリパボディの一部のみとなる場合もある。
【０１１０】
特に本発明による、更に特に上記のような、繊維強化セラミック複合材料により作成したプリフォームを製造する方法も、本発明の対象となる。
【０１１１】
一般的な実施の形態によれば、このような方法は、次の動作ステップを含む：
−高分子バインダ組成物を含浸させたプリプレグを配置すること、及び
−プリプレグを成形し、前記高分子バインダ組成物を少なくとも部分的に硬化させて、繊維強化複合材料を得ること、
−前述した繊維強化複合材料に対して４００℃乃至１，５００℃の温度で熱分解を施すこと。
【０１１２】
本発明によれば、前述したプリプレグは、シロキサン樹脂及びシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択される１つ以上の樹脂に基づく高分子バインダ組成物を含浸させた繊維塊を含む。
【０１１３】
前述したように、「．．．に基づく」という表現は、シロキサン樹脂及びシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択される樹脂が、高分子バインダ組成物の少なくとも７０重量％を構成することを意味する。
【０１１４】
任意に、前述した高分子バインダ組成物は、有機樹脂、好ましくはエポキシ樹脂、フェノール樹脂、及び／又はビニルエステル又はシアネートエステル系樹脂を含むことができる。しかしながら、有機樹脂は、存在する場合、高分子バインダ組成物の３０重量％以下を構成する。
【０１１５】
好ましくは、前述した高分子バインダ組成物は、シロキサン樹脂及びシルセスキオキサン樹脂からなる群から選択される樹脂のみを含み、有機樹脂を含まない。
【０１１６】
シロキサン樹脂は、ポリシロキサンを含む又はポリシロキサンに基づく高分子樹脂であり、シロキサン樹脂は、ポリシルセスキオキサンを含む又はポリシルセスキオキサンに基づく高分子樹脂である。
【０１１７】
本発明によれば、前述したプリプレグの繊維塊に含浸される高分子バインダ組成物は、５０℃乃至７０℃の温度で５５０００乃至１００００ｍＰａ・ｓの粘度を有する液体となる。
【０１１８】
本発明によれば、成形により、高分子バインダ組成物の前記１つ以上の樹脂が硬化し、その結果、固体高分子結合マトリクスが形成され、固体高分子結合マトリクスは、それ自体が繊維塊の隙間において発達すると共に、ポリシロキサン及び／又はポリシルセスキオキサンに基づくものであり、高分子バインダ組成物の前述した１つ以上の樹脂の硬化により誘発される架橋後に互いに架橋される。
【０１１９】
好ましくは、成形は、真空バギングと、その後の加熱硬化処理とにより行われる。
【０１２０】
好ましくは、真空バギングプロセスは、２乃至１４ｂａｒの圧力、１８０℃乃至３００℃の温度で、６０乃至１５０分間に亘り行われる。
【０１２１】
又は、成形は、圧縮成形手法を用いて、高温で行われる。
【０１２２】
好ましくは、圧縮成形手法による加熱成形は、４０ｂａｒ以上の圧力、２００℃以上の温度で、６０乃至１５０分間に亘り行われる。
【０１２３】
成形は、その後の硬化後処理を含め、２００℃より低い温度、好ましくは約１８０℃で行うことができる。しかしながら、最良の機械的特性は、３００℃での成形により得られることが実験的に分かっている。
【０１２４】
本発明によれば、熱分解は、固体高分子結合マトリクスの部分的分解と、ポリシロキサン及び／又はポリシルセスキオキサンの炭化ケイ素及びＳｉ−Ｏ−Ｃ鎖からなるアモルファス構造への少なくとも部分的な変換と、による固体高分子結合マトリクスにおける多孔性の形成を決定し、これにより前記繊維強化複合材料から繊維強化セラミック複合材料が得られる。
【０１２５】
熱分解処理は、例えば窒素又はアルゴン等の不活性雰囲気又は真空中で行うことができる。一般に、処理は、０．２乃至１℃／分の上昇傾斜を用いて行われる。熱分解温度は、通常４００乃至１５００℃となる。
【０１２６】
この方法は、繊維強化セラミック複合材料の高密度化ステップを含むことが有利となり得る。このような高密度化ステップは、その後、熱分解ステップにおいて実行される。
【０１２７】
好ましくは、高密度化ステップは、ポリマ浸透熱分解（ＰＩＰ）の手法を用いて行われる。
【０１２８】
又は、高密度化ステップは、液体シリコン浸透（ＬＳＩ）を用いて行われる。
【０１２９】
好ましくは、高分子バインダ組成物は、プリプレグの２５重量％乃至６０重量％を構成し、繊維塊は、プリプレグの４０重量％乃至７５重量％を構成する。
【０１３０】
本発明の範囲内で用いられるべき高分子バインダ組成物と、本発明によるセラミック複合材料においてプリフォームを作成する方法とは、本発明による繊維強化セラミック複合材料により構成されたプリフォームに関連して既に説明している。説明を簡単にするため、このような特性は再度提示しないが、これらも本発明による方法を示すものとして理解される。
［適用例］
【０１３１】
上述したように、本発明による繊維強化セラミック複合材料のプリフォームは、例えばディスクブレーキのコンポーネント（ブレーキバンド、ベル、ブレーキキャリパ等）又はエンジンの部品といった、高温（４００℃超）で動作するように設計されたコンポーネントの製造において特定の用途を有する。特に、本発明によるプリフォームは、特にディスクブレーキのコンポーネント又はエンジンの部品を作成するための高密度化プロセスを受けるように設計されている。
【０１３２】
有機樹脂を含まない、又は少なくとも有機樹脂を単独では含まないが、１つ以上のシロキサン樹脂及び／又はシルセスキオキサン樹脂を含浸させたプリプレグの成形及び熱分解により得られ、本発明によりプリフォームを作成するのに用いられる繊維強化セラミック複合材料が、炭化ケイ素及びＳｉ−Ｏ−Ｃ鎖からなる無機アモルファス構造を有し、これらにより、複合材料が高密度化プロセス用のプリフォームを製造するのに適したものとなり、伝導率の上昇と、より高い耐摩耗性が確保されるような、硬度の向上を特徴とすることは、実験的に検証することができた。
【０１３３】
本発明により作成した繊維強化セラミック複合材料の試験は、有機樹脂を含まない高分子バインダ組成物を２種類の配合で含浸させたプリプレグから開始した。２つの配合は、一方がピッチ由来の炭素繊維で作成され、他方がポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）由来の炭素繊維で作成された点において本質的に異なる。
【０１３４】
両方の配合で同じ樹脂を使用し、重量比を変化させて、樹脂と繊維の体積比を一定に保った。これは、繊維の種類により密度が異なるため必要となった。
【０１３５】
２つの配合は、上記の表２に記載の２つの配合に対応する。
【０１３６】
具体的には、一方が室温で固体、他方が室温で液体である２つのシロキサン樹脂の混合物を高分子バインダ組成物として使用した。固体樹脂と液体樹脂との重量比は、１００／３０乃至１００／５０である。
【０１３７】
樹脂ＲＳＮ−０２１７（Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇが販売）を固体樹脂として使用し、これは、融点が約８０℃で、室温において固体のフェニルシロキサン樹脂である。
【０１３８】
樹脂Ｓｉｌｒｅｓ  ＭＳＥ１００（Ｗａｃｋｅｒが販売）を液体樹脂として使用し、これは、室温で約２５乃至４０ｍＰａ・ｓの低粘度を特徴とする、室温で液体のメチルメトキシシロキサン樹脂である。
【０１３９】
固体樹脂は液体樹脂に可溶であり、固体と液体との重量比がそれぞれ１００／３０乃至１００／５０の溶液は、プリプレグの製造に最適な特性を示す。特に、２つの樹脂の混合物は、室温では粘着性の半固体の外観を有し、５０乃至７０℃では、繊維の含浸にとって最良の特性である高粘度（５５，０００乃至１０，０００ｍＰａ・ｓ）を有する液体となる。
【０１４０】
炭素繊維は、一方向の積層物の形態、即ち、単方向に配向された繊維からなるものとして使用した。
【０１４１】
繊維積層物（ピッチ又はＰＡＮ繊維）に７０乃至７５℃の温度で高分子バインダ組成物を含浸させ、プリプレグを得た。
【０１４２】
このようにして得られたプリプレグに、その後、加熱成形を施し、樹脂の硬化（架橋）を誘発して、繊維強化複合材料を得た。
【０１４３】
特に、加熱成形は、圧縮成形手法を用いて行った。試験は、５１ｂａｒ及び２６ｂａｒの２種類の圧力で行った。成形は、後硬化のステップを実行せずに、最短１５０分間に亘り、３００℃で行った。
【０１４４】
本発明による繊維強化複合材料の試料は、ピッチ繊維（一方向積層物の形態）を含む配合から得られ、成形（５０バールでの圧縮成形）及び樹脂の完全な架橋の後、ＰＩＰプロセスによる熱分解及び高密度化（ポリマ浸透熱分解、３サイクル）を施した。
【０１４５】
熱分解処理は、真空下において１５００℃で行った。高密度化は、液体シロキサン樹脂を用いて実行した。含浸プロセスは、室温において、約４０ｍｂａｒの真空レベルで行った。
【０１４６】
試料は、熱伝導率及び機械抵抗特性のプロファイルを元に特性評価した。
【０１４７】
表４は、ＰＩＰプロセス（３サイクル）による熱分解及び高密度化後の繊維強化セラミック複合材料試料の熱伝導率の値を示す。特性評価は、レーザフラッシュ手法を用いて、ＡＳＴＭ  Ｅ−１４６１規格に従い、プリプレグの平面に直交する方向において、４００℃で行った。
【表４】
2020529382.tif 000008
【０１４８】
４Ｗ／（ｍ・°Ｋ）より高い複合材の導電性レベルは、炭化ケイ素内で部分的に結晶化したマトリクスの導電性に由来する。
【０１４９】
表５は、熱特性評価を行った同じ複合材の機械抵抗の幾つかの特性値を示す。特性評価は、ＡＳＴＭ−Ｃ１３４１規格に従って３点での曲げ試験により行い、０°の繊維配向で複合材を試験した。測定は、１つの試料のみで行った。
【表５】
2020529382.tif 000009
【０１５０】
試験により、本発明による繊維強化セラミック複合材料は、成形並びにその後の熱分解及び高密度化後、例えばディスクブレーキのコンポーネント（ブレーキバンド、ベル、ブレーキキャリパ等）又はエンジンの部品といった、高温（４００℃超）で動作するように設計されたコンポーネントの製造を可能にすることが確認された。
【０１５１】
高分子バインダ組成物は、シロキサン樹脂及び／又はシルセスキオキサン樹脂に基づいていることから、４００乃至１，５００℃での熱分解後、複合材料は、炭化ケイ素及びＳｉ−Ｏ−Ｃ鎖からなるアモルファス構造を有し、１０００℃（高密度化プロセスに報じて可変）までの動作温度が確保される。１５００℃までの温度での熱分解処理後の炭化ケイ素の少なくとも一部の形成により、硬度の上昇、高い弾性率、高い熱安定性、高い熱伝導率等、技術的に有益な複合特性が得られる。
【０１５２】
特に、高い熱伝導率は、１Ｗ／（ｍ・°Ｋ）を遙かに超えており、注目に値する。
【０１５３】
機械抵抗値は、平均である。特に、破断応力（ＭＯＲ）は、約３００乃至３５０ＭＰａの値（繊維、高密度化の種類、レベル等、様々な要因に影響を受ける値）に達しており、注目に値する。
【０１５４】
最後に、マトリクス内の炭化ケイ素の存在により、摩損に対する良好な耐性が確保される。
【０１５５】
結果として、上述した発明により、意図した目的が達成される。
【０１５６】
実際に実施においては、保護の範囲を超えることなく、上に例示したものとは異なる形態及び構成をとり得ることは明らかである。
【０１５７】
更に、詳細は、全て技術的に同等の構成要素に置き換え可能であり、任意の大きさ、形状、材料を必要に応じて使用することができる。
【図１】
2020529382.tif 000010
【国際調査報告】
2020529382.tif 000011
2020529382.tif 000012