长纤维增强碳化硅构件、其制造方法及核反应堆结构构件技术

本发明专利技术实施方式的长纤维增强碳化硅构件为筒形状，其具有第1复合材料层和第2复合材料层。第1复合材料层是在碳化硅的基体中使碳化硅的长纤维复合化而成的。第2复合材料层是在碳化硅的基体中使碳的长纤维复合化而成的。而且，将第1复合材料层与第2复合材料层进行层叠。

Long Fiber Reinforced Silicon Carbide Components, Their Manufacturing Method and Nuclear Reactor Structural Components

The long fiber reinforced silicon carbide member of the embodiment of the present invention is in the shape of a cylinder, and has a first composite layer and a second composite layer. The first composite layer is composed of long fibers of silicon carbide in the silicon carbide matrix. The second composite layer is composed of long carbon fibers in silicon carbide matrix. Moreover, the first composite layer and the second composite layer are laminated.

【技术实现步骤摘要】
长纤维增强碳化硅构件、其制造方法及核反应堆结构构件
本专利技术的实施方式涉及长纤维增强碳化硅构件、其制造方法及核反应堆(也称为原子反应堆)结构构件。
技术介绍
作为陶瓷(ceramics)材料的碳化硅构件一般在高温环境下强度的降低小。另外，与以往的金属构件相比，碳化硅构件的硬度高，并且耐磨损性、耐热性、耐氧化性、耐腐蚀性和轻质性等特性优异。因此，碳化硅构件在广阔的领域中一直被使用。例如，作为重型电力设备部件、航空器部件、汽车部件、电子设备、精密机械部件、半导体装置的材料，使用了碳化硅构件。但是，就作为碳化硅构件的碳化硅整体(monolithick)构件而言，其拉伸应力相较于压缩应力要弱，在施加了拉伸应力时，有时会发生脆性断裂。因此，为了与碳化硅整体构件相比、提高韧性、增加断裂能量，作为碳化硅构件开发了在碳化硅的基体(matrix)中使碳化硅的长纤维(连续纤维)复合化而成的长纤维增强碳化硅构件。在制造长纤维增强碳化硅构件1时，首先，例如，在通过将500～3000根直径约为10μm的碳化硅的长纤维捆扎而形成了纤维束(纱线，yarn)之后，使用该纤维束形成规定形状的预成型体(纤维预型件)。预成型体除了通过将纤维束在二维方向或三维方向上排列而形成以外，还通过对纤维束进行编织而形成。接着，通过在预成型体的内部形成基体，从而完成长纤维增强碳化硅构件。基体的形成例如采用化学气相渗透(CVI；ChemicalVaporInfiltration)法进行。另外，基体的形成通过采用浇铸成型法将粉末填充到预成型体的内部后进行反应烧结来进行。此外，采用前体(precursor)浸渍烧成法(PIP法)来进行基体的形成。在前体浸渍烧成法中，例如，通过在由陶瓷纤维形成的预成型体中使陶瓷前体(聚碳硅烷等)浸渍后进行烧成并将其反复进行多次(例如，6～7次)，从而形成基体。作为这样的现有技术文献，有美国的专利公报即美国专利第6226342号说明书(以下称为专利文献1)。
技术实现思路
专利技术所要解决的课题如上述那样，在碳化硅构件中，长纤维增强碳化硅构件与碳化硅整体构件相比，其韧性高，断裂能量增大，表观上难以发生脆性断裂。但是，长纤维增强碳化硅构件一般含有5～20体积％的气孔。特别是在采用化学气相渗透法制作长纤维增强碳化硅构件的情况下，虽然化学计量组成的碳化硅陶瓷被以高纯度形成，但含有5～20体积％的气孔。因此，有时难以在要求机械特性、耐环境性的部件和构件中应用上述的长纤维增强碳化硅构件。因此，本专利技术要解决的课题是提供可充分地提高机械特性、耐环境性的长纤维增强碳化硅构件及其制造方法。用于解决课题的手段实施方式的长纤维增强碳化硅构件为筒形状，其具有第1复合材料层和第2复合材料层。就第1复合材料层而言，其在碳化硅的基体中使碳化硅的长纤维复合化。就第2复合材料层而言，其在碳化硅的基体中使碳的长纤维复合化。而且，将第1复合材料层与第2复合材料层进行层叠。专利技术的效果根据本专利技术，能够提供可充分地提高机械特性和耐环境性的长纤维增强碳化硅构件、其制造方法及核反应堆结构构件。附图说明图1是示意地表示第1实施方式的长纤维增强碳化硅构件的立体图。图2是表示第1实施方式的长纤维增强碳化硅构件的断面图。图3是表示第1实施方式的变形例的长纤维增强碳化硅构件的断面图。图4是表示第1实施方式的另一变形例的长纤维增强碳化硅构件的断面图。图5是表示第1实施方式的另一变形例的长纤维增强碳化硅构件的断面图。图6是表示第2实施方式的长纤维增强碳化硅构件的断面图。图7是表示第2实施方式的变形例的长纤维增强碳化硅构件的断面图。图8是表示第2实施方式的变形例的长纤维增强碳化硅构件的断面图。图9是表示第3实施方式的长纤维增强碳化硅构件的断面图。图10是表示第3实施方式的变形例的长纤维增强碳化硅构件的断面图。图11是表示第3实施方式的变形例的长纤维增强碳化硅构件的断面图。图12是表示第4实施方式的长纤维增强碳化硅构件的断面图。图13是表示第4实施方式的变形例的长纤维增强碳化硅构件的断面图。图14是表示第4实施方式的变形例的长纤维增强碳化硅构件的断面图。具体实施方式＜第1实施方式＞[构成]图1是示意地表示第1实施方式的长纤维增强碳化硅构件的立体图。如图1中所示那样，本实施方式的长纤维增强碳化硅构件1例如为圆筒形状的管状体，其是在长纤维增强碳化硅构件1中使长纤维连续地配置而成的结构。图2是表示第1实施方式的长纤维增强碳化硅构件的断面图。图2中，关于长纤维增强碳化硅构件1，针对轴向正交的断面进行表示。如图2中所示那样，长纤维增强碳化硅构件1具有第1复合材料层11和第2复合材料层21，将第1复合材料层11与第2复合材料层21在径向上层叠。第1复合材料层11为圆筒形状的管状体，在碳化硅的基体中使碳化硅的长纤维复合化。第2复合材料层21为圆筒形状的管状体，在碳化硅的基体中使碳的长纤维复合化。本实施方式中，以第2复合材料层21将第1复合材料层11的外周面被覆的方式设置。通过像这样地用在碳化硅的基体中使碳化硅的长纤维复合化而成的第1复合材料层11与在碳化硅的基体中使碳的长纤维复合化而成的第2复合材料层21的层叠结构来形成长纤维增强碳化硅构件1，从而能够实现耐环境性和机械特性的提高。在本实施方式的长纤维增强碳化硅构件1中，第1复合材料层11优选厚度为0.2mm～5mm。另外，第2复合材料层21优选厚度为0.2mm～2mm。从长纤维增强碳化硅构件1中的机械特性、耐环境性的方面出发，第1复合材料层11的厚度和第2复合材料层21的厚度优选为上述范围的下限值以上。另外，为了在损伤时使长纤维产生的增强机构充分地显现，第1复合材料层11的厚度和第2复合材料层21的厚度优选为上述范围的上限值以下。[制造方法]本实施方式中，关于在制造上述的长纤维增强碳化硅构件1时所进行的各工序，依次进行说明。在制造上述的长纤维增强碳化硅构件1时，首先准备第1复合材料层11。本工序中，例如，通过将多个碳化硅的长纤维捆扎，从而形成纤维束(纱线)。然后，使用该纤维束形成圆筒形状的预成型体(纤维预型件)。然后，通过在该预成型体上形成基体，从而完成第1复合材料层11。基体的形成采用化学气相蒸镀法和化学气相渗透法中的至少一种方法来进行。本实施方式是在形成预成型体的纤维之间采用化学气相渗透法来形成基体。然后，根据需要，以基体覆盖预成型体的周围的方式，采用化学气相蒸镀法来形成基体。此外，在采用前体浸渍烧成法(PIP)进行基体的形成的情况下，因烧成引起的收缩等而导致基体产生微细的裂纹。因此，为了在长纤维增强碳化硅构件1中充分地确保密合性和气密性，优选不采用前体浸渍烧成法(PIP)而是采用化学气相蒸镀法、化学气相渗透法进行基体的形成。接着，在第1复合材料层11的外周面形成第2复合材料层21。本工序中，通过在第1复合材料层11的外周面直接捆扎多个碳的长纤维，从而形成纤维束(纱线)。然后，使用该纤维束来形成圆筒形状的预成型体(纤维预型件)。然后，通过在该预成型体上形成基体，从而完成第2复合材料层21。第2复合材料层21的基体的形成采用与第1复合材料层11的情况同样的方法进行。如此操作来完成本实施方式的长纤维增强碳化硅构件1。本实施方式的长纤维增强碳化硅构件1可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种长纤维增强碳化硅构件，其是筒形状的长纤维增强碳化硅构件，其具有：在碳化硅的基体中使碳化硅的长纤维复合化而成的第1复合材料层；和在碳化硅的基体中使碳的长纤维复合化而成的第2复合材料层，其中，将所述第1复合材料层与所述第2复合材料层进行层叠。

【技术特征摘要】
2017.05.15 JP 2017-0961471.一种长纤维增强碳化硅构件，其是筒形状的长纤维增强碳化硅构件，其具有：在碳化硅的基体中使碳化硅的长纤维复合化而成的第1复合材料层；和在碳化硅的基体中使碳的长纤维复合化而成的第2复合材料层，其中，将所述第1复合材料层与所述第2复合材料层进行层叠。2.根据权利要求1所述的长纤维增强碳化硅构件，其中，所述第1复合材料层的厚度为0.2mm～5mm。3.根据权利要求1或2所述的长纤维增强碳化硅构件，其中，所述第2复合材料层的厚度为0.2mm～2mm。4.根据权利要求1～3中任一项所述的长纤维增强碳化硅构件，其中，进一步具有中间层，其介入于所述第1复合材料层与所述第2复合材料层之间，所述中间层由选自碳、氮化硼、碳化钛铝、碳化钒铝、碳化铬铝、碳化铌铝、碳化钽铝、碳化钛硅中的材料的单质所形成。5.根据权利要求4所述的长纤维增强碳化硅构件，其中，所述中间层的结晶形态为六方晶。6.根据权利要求4所述的长纤维增强碳化硅构件，其中，所述中间层的厚度为0.01mm～0.2mm。7.根据权利要求1所述的长纤维增强碳化硅构件，其具有涂覆材料层，所述涂覆材料层形成于所述第1复合材料层与所述第2复合材料层中的至少一者的表面，所述涂覆材料层由选自碳、碳化钛、氮化铬、氮化铬铝、硅酸钇、硅酸镱、硅酸钪、锆合金中的材料的单质所形成。8.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：须山章子，鹈饲胜，内桥正幸，垣内一雄，日置秀明，
申请(专利权)人：株式会社东芝，东芝能源系统株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP