JP2000500112A - 多孔性基体内に溶融したケイ素組成物を送り込む方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 複数の基体（１０）が、金属ベースの組成物の供給源を構成する層（１２）と接するように交互に配列される。各層は、金属ベースの組成物で形成された大部分の相と、溶融した金属ベースの組成物を保持しかつ排出するための構造体を形成可能な小部分の相を含む。バッチは、供給源に隣接した基体もしくは各基体の隣接した面を介して、各供給源から溶融状態した金属ベースの組成物が基体の内部へ向かって移動することができるように、金属ベースの組成物の融点よりも高い温度に加熱する。本発明は、ケイ化物化させる目的で、ケイ素ベースの組成物を、熱構造的な複合材料、特に、炭素−炭素複合材料に送り込むのに特に適している。

Description

【発明の詳細な説明】 多孔性基体内に溶融したケイ素組成物を送り込む方法 本発明は、多孔性基体内に、溶融した金属ベースの組成物を組み込む方法に関 するものである。 本発明において、「金属ベースの（metal-based）」という語は、特に、好ま しくは溶融温度が２０００℃よりも低く、２２００℃よりも高い溶融温度を有す る耐火性の炭化物を形成することが可能な１もしくはそれ以上の金属を含む組成 物を意味するために用いられる。そのような金属は、特に、ケイ素、チタン、ジ ルコニウム、ハフニウム、およびバナジウムである。本発明の用途 適用の特別な分野は、金属ベースの組成物、特に、金属元素のケイ素をベース とする組成物（以後、「Ｓｉベースの」組成物ともいう）を複合材料の基体（ま たは基材）、特に熱構造的な（thermostructural）複合材料（例えば、耐熱性構 造部に用いる複合材料）に組み込むことである。 熱構造的な複合材料の特徴は、それらを構造的なパーツを構成するのに適した ものとする機械的な特性、および高温でもこれらの性質を保持する能力にある。 それらは、耐火性繊維から成る繊維状の補強布で構成され、そして耐火性のマト リックスを含浸させている。よく知られている熱構造的な複合材料は、補強布が 炭素繊維からなり、かつマトリックスが炭素から成る、炭素−炭素（Ｃ−Ｃ）複 合材料、および補強布が炭素繊維もしくはセラミック繊維からなり、かつマトリ ックスがセラミックからなるセラミックマトリックスの複合材料（ＣＭＣｓ）で あり、繊維および／またはマトリックスを構成するセラミック材料がしばしば炭 化ケイ素（ＳｉＣ）である。 熱構造的な複合材料から成るパーツは、一般的に、繊維の予備成形物を作り、 それにマトリックスを含浸させることによって加工される。マトリックスを含浸 させる方法として良く知られている方法には、液状のマトリックス前駆体を予備 成形物に含浸させ、それから熱処理によって前駆体を転換させる過程により行う 液体を含浸させる方法、および化学的蒸気浸透により含浸させる方法、もしくは これら２つの方法を組み合わせたものが含まれる。最後の場合においては、含浸 は、最初に液体を使用し、その後化学的蒸気浸透によって実施され、もしくは逆 の手順で、あるいは実際には２つの方法を交互に複数回繰り返すことによって実 施される。 どのような含浸方法が用いられたとしても、熱構造的な複合材料から成るパー ツは、開いている、すなわちパーツの外側に通じている残留内部小孔空間を必然 的に呈する。 熱構造的な複合材料は、高い温度で非常に優れた機械的強度を維持する能力が 利用される様々な分野、特に航空機、宇宙、摩擦、および原子力の分野で使用さ れている。 航空機および宇宙の分野では、これらの材料は、特に、ジェットエンジンのフ ラップ、ノズル、および大気の濃密部分での加熱から宇宙船を保護するための被 覆材に用いられる。摩擦の分野においては、現在のところ、Ｃ−Ｃ複合材料が、 一般に、航空機のブレーキディスクに使用されており、そして当該材料の自動車 への使用は、目下のところＦ１レーシングカーに限られているが、今後発展する であろう。原子力の分野においては、特に、核融合反応炉におけるプラズマ閉じ 込めチャンバーの壁の保護被覆物を形成するために、Ｃ−Ｃ複合材料のブロック が開発されてきた。 それらの様々な適用において、熱構造的な複合材料から成るパーツの性質は、 金属の組成物、特に、Ｓｉベースの組成物を、パーツの残留内部小孔空間に組み 込むことによって改良され得る。 従って、炭素を含む複合材料から成るパーツに対し、溶融したＳｉベースの組 成物を組み込むことによってケイ化物化または浸ケイ（シリコナイジング）する ことは、酸化に対する内部炭化ケイ素保護をもたらすが、これは、複合材料の炭 素と溶融したケイ素との間の反応によって形成される。炭素を含む複合材料の酸 化に対する耐性を改善することは、航空機および宇宙分野ならびに摩擦の分野に おいて、特に重要である。更に、ブレーキディスクに対しても、ケイ化物化は特 別な摩擦作用を与える。 原子力の分野において、プラズマ閉じ込めチャンバーをライニングするブロッ クのケイ化物化は、Ｃ−Ｃ複合材料の、プラズマによる腐食に対する抵抗能力を 著しく改善する。加えて、ケイ化物化に起因する小孔空間の減少は、その材料中 に保持され得る放射性トリチウムの量を制限する。ＳｉＣの存在はまた中性子の 活性化を制限することを可能にする。 更に、どのような用途であっても、Ｓｉベースの組成物を組み込むことは、小 孔空間を減少させることにより、ケイ化物化が起こっているかいないかにかかわ らず、すなわち、複合材料に含まれていることがある炭素との間で何らかの反応 が有るか無いかにかかわらず、液体もしくは気体の浸透性を制限する。 このように、本発明は、溶融した金属ベースの組成物を、熱構造的な複合材料 から成るパーツ、あるいはより一般には多孔性のパーツもしくは基体に組み込む ことを可能にする方法を提供しようとするものである。技術の現状 溶融した金属組成物、特にＳｉベースの組成物を多孔性パーツに組み込もうと するいくつかの方法が、従来の技術により開示されている。 第一の技術は、パーツを溶融状態にある金属組成物の浴に入れることによって 、もしくはパーツを粉状の金属組成物の中に入れ、それからパーツと組成物双方 をその金属組成物が溶融する温度よりも高い温度に加熱することによって、パー ツを溶融した金属組成物に浸漬することに存する。そのような方法の一つが、特 に、ＧＢ−Ａ−１ ４５７ ７５７の文献で記載されている。それにはいくつか の欠点がある。例えば、温度に耐えることができ、しかも浴と反応しない浴を保 持するるつぼを用意する必要がある。更に、あるパーツ、特にＣ−Ｃ複合材料の パーツは、その密度が浴の密度と異なっているために、浴の表面に浮かぶおそれ がある。更に、冷却時にすべてのパーツが一緒に固まらないように、それらを熱 い間 に取り出す必要があり、その結果、装置をその目的に合うようにする必要がある 。 第二の技術は、ＵＳ−Ａ−３ ４９５ ９３９の文献に記載されているように 、パーツを溶融した金属組成物の浴に部分的に浸漬することに存する。液体の組 成物は、それから、毛管現象によって、パーツ内のアクセス可能なすべての容積 に浸透する。それでもなお、浴のためのるつぼを用意する必要、および熱い間に 浴からパーツを取り出す必要がある。 たとえ部分的な浸漬であってもそれを含む、浴への浸漬を避けるために、多孔 性基体を溶融した金属組成物供給源にドレン結合する方法により、毛管現象効果 が利用され得るという提案がなされてきた。特に、ドレンは、型の中に置かれて いる基体を、基体の外側にある溶融した金属組成物供給源に接続する長いファイ バーを有する芯もしくは布によりで形成されてもよい。同じドレンは、積み重ね て置かれた複数の基体に使用され得る。この方法に関しては、例えば、次の文献 を参照することができる：ＵＳ−Ａ−４ ６２６ ５１６、ＥＰ−Ａ−０ ６３ ６ ７００、およびＥＰ−Ａ−０ ５１９ ６４３。その技術の利用は、組み立 ての複雑さ、および嵩高さに関連した困難を、また、冷却後もドレンが処理後の パーツと融着しているために、ドレンの除去に関連した困難をもたらす。 もう一つの技術は、ＵＳ−Ａ−４ ２７５ ０９５の文献に記載されているよ うに、懸濁液を用いて処理されるパーツの表面に金属組成物を供給し、それから 懸濁液を乾燥させること、あるいは化学的蒸気浸透（ＣＶＩ）もしくは蒸着（Ｃ ＶＤ）によって処理されるパーツの表面に金属組成物を供給し、その後金属組成 物の溶融温度よりも高い温度に加熱することに存する。この技術を利用すること に起因する欠点は、溶融時に流れ出る金属の明らかな損失、バーツの支持体にパ ーツが固着する重大なリスク、および続いてパーツの外側を機械加工する必要が あることである。更に、比較的に大きな寸法のパーツについて、その全体のすみ からすみまでパーツを加工することは、いくつかの連続的な操作を必要とし得る 。金属組成物を化学的蒸気浸透もしくは蒸着によって提供する場合、特に、ケイ 素の融点よりも高い温度でケイ素を化学的蒸着する場合には、上で言及した短所 に加え、その処理に長い時間と費用を要するという短所がある。 ＵＳ−Ａ−４ ０１９ ９１３の文献では、処理されるべきパーツの材料を金 属蒸気と反応させるという提案がなされている。ケイ素については、２０００℃ を超えることが必要である。この技術は、非常に高い温度で作業することについ ての問題、および均一に処理することについての困難をもたらす。更に、その温 度でケイ素を含むことが可能なるつぼを用意する必要がある。 ＧＢ−Ａ−０ ０９３ ５３２では、中に含まれる炭素もしくはグラファイト の粉体を含む有機バインダーの溶液中の懸濁液中のケイ素粉体で形成されたペー ストの層で、処理されるべきパーツの表面を被覆することを教示している。バイ ンダーを熱分解することによって、熱処理は、前記の層を、ケイ素を含む炭素か ら成る開いた連続気泡構造体に変える。溶融ケイ素を使用してケイ化物化するこ とにより、気泡構造体は、開いた小孔をもつ炭化ケイ素骨格に転換される。溶融 ケイ素は、この開いた小孔を通じて、処理されるべきパーツに向かって毛管現象 により移動する。この方法は、パーツ表面上に、炭化ケイ素のもろい構造体のみ を残すという利点を呈する。その構造体は、ブラシで払うことによって容易に取 り除き得る。それにもかかわらず、処理されるべきパーツは、例えば、スパチュ ラによって、それぞれペーストで被覆されなければならない。そのことは、その 方法を労働コストの面で高価なものとし、工業化を困難にしている。更に、処理 は、少なくとも２回、すなわち、各表面につき１回、適用されなければならない が、そのような処理は、最終材料に不均一性を生じさせる。最後に、最初に処理 された表面に隣接した部分は、更に長い時間、ケイ素との反応にさらされること になり、それゆえに、より多くの炭化ケイ素を含む。 最後に、ＧＢ−Ａ−２ １３７ ９７４の文献において、処理されるべきグリ ーン体（green body）の上下に置いた２つのケイ素の供給源の間にグリーン体を 置くことによって、グリーン体を浸ケイすることが提案されている。各ケイ素の 供給源は、溶融ケイ素の浸透によって浸ケイされた炭素フォーム（carbon foam ）のブロックを含む。上に置かれたケイ素の供給源は、ケイ素が浸透しており、 もう一方の下に置かれたケイ素の供給源は、溶融したケイ素を含むるつぼの中に あり、ドレンの役割をする。その方法は、るつぼの使用を必要とし、そして一度 に一つのグリーン体だけを処理することが可能である。発明の目的 本発明の目的は、溶融した金属組成物を工業的スケールで多孔性基体に組み込 む（例えば含ませる、担持させる）ことを可能にする方法を提供することである 。 特に、本発明の目的は、処理後、パーツが個々に容易に分離可能であることを 確保する、すなわち、パーツが、互いに、もしくは支持体に、もしくはドレンに 融着することがないようにするとともに、複数のパーツが均一に同時に処理され ることを可能にする方法を提供することである。 本発明のもう一つの目的は、常用の加熱処理手段を使用することを可能にし、 溶融した金属組成物を入れるためのるつぼを必要としない方法を提供することで ある。発明の一般的な規定と利点 本発明によれば、金属ベースの組成物を同時に複数の多孔性基体に組み込む方 法は、以下の工程によって特徴づけられる： ・金属ベースの組成物の供給源を構成する層と接触させて交互に配置された複 数の多孔性基体を含む少なくとも一つのバッチを構成する工程（ここで、金属ベ ースの組成物の供給源を構成する各層は、金属ベースの組成物で形成された大部 分の相と、溶融状態にある金属ベースの組成物を保持および排出する構造体を形 成するのに適した小部分の相とを含む）；および ・各供給源から溶融状態にある金属ベースの組成物が、供給源に隣接している 基体もしくは各基体の隣接した面を経由して、基体の内部に向かって移動するこ とができるよう、金属ベースの組成物の溶融温度よりも高い温度にバッチを加熱 する工程。 この方法によれば、各基体は、同じ条件の中に置かれることができ、それによ りバッチ全体として均一に処理されることが確保される。 更に、熱処理炉の処理容積は、複数の基体を同時に処理するのに最適の方法で 使用され得る。そして、ある知られた技術における場合のように、液体金属組成 物の補償供給源を有する必要により生じる処理容積の損失がない。 更に、溶融物の保持のためのるつぼが必要とされず、また、１回の操作で、処 理されるべき基体に、所望の方法で、必要かつ十分な量の金属ベースの組成物を 供給することが可能である。従って、特に炭素を含む基体の場合、全ベース金属 を、対応する耐火性の炭化物に変換させることが可能である。 更に、処理された基体を取り出すために、熱い基体を取り出す特別な手段も必 要とされない。金属ベースの組成物の供給源中に保持および排出する構造を提供 する小部分の相を適当に選択することにより、処理後、パーツが容易に分離可能 であることを確保することが可能である。図面の簡単な説明 本発明の実施について、非限定的な説明により、以下に詳しく説明する。添付 した図面を参照する。その図面において、 ・図１は本発明の一実施態様を実施するための多孔性基体と金属ベースの組成 物の供給源とから成る一つのバッチを示したものである； ・図２は、図１のバッチにおける金属ベースの組成物の供給源の平面図である ； ・図３Ａおよび３Ｂは、多孔性基体と金属ベースの組成物の供給源とから成る バッチの異なる実施態様を示す図面である； ・図４および図５は、金属ベースの組成物の供給源の別の実施態様を示す部分 立面図ならびに平面図である； ・図６および図７は、多孔性基体と金属ベースの組成物の供給源とから成るバ ッチの更に別の実施態様を示す図面である；および ・図８は、本発明に従って処理した場合の効果を示すものである。本発明の好ましい実施態様の詳細な説明 簡単のために、以下の説明は、多孔性基体に元素金属ケイ素をベースとする組 成物、すなわち「Ｓｉベースの」組成物を組み込む方法に関連するものである。 「Ｓｉベースの」組成物は、ケイ素のみ、もしくは殆どがケイ素からなり、場合 によりケイ素に加えられた元素を含む組成物である。そのような元素は、例えば 、ホウ素、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、チタン、モリブデン、タ ングステン、タンタル等の中から選ばれる。 ここで述べられた方法は、他の金属ベースの組成物、特に、ケイ素のように、 処理されるべき基体の材料と相容れる融点、すなわち、好ましくは２０００℃よ りも低い融点を有し、そして、炭素と反応して耐火性炭化物、すなわち、２２０ ０℃よりも高い融点をもつ炭化物を形成するのに適した、一もしくはそれ以上の 金属のみから成る組成物、または殆どがそのような金属から成る組成物について も実施され得ることが、当業者には直ちに理解されるであろう。ケイ素以外に、 そのような金属には、特に、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびバナジウ ムが含まれる。 上で述べたように、本発明の方法は、様々な多孔性基体に適用される。特に、 Ｃ−Ｃ複合材料もしくはＣＭＣｓのような熱構造的な複合材料、および、溶融ケ イ素に対する炭化ケイ素の湿潤性が特に良いことからＣ−ＳｉＣ複合材料（炭素 補強繊維および炭化ケイ素マトリックスから成る）およびＳｉＣ−ＳｉＣ複合材 料（補強繊維およびマトリックスとも実質的に炭化ケイ素から成る）のような熱 構造的な複合材料から成る基体に適用され得るが、これらに限定されるものでは ない。溶融状態のＳｉベースの組成物を組み込む前に、熱構造的な複合材料の残 留小孔空間は、フィラーで部分的に適宜充填されていてもよく、そのフィラーは 、液体によって、例えば懸濁液で小孔空間に組み込まれ、溶融したケイ素と反応 し得るものである。例えば、そのようなフィラーは、炭素／グラファイト粉体、 または金属もしくは耐火性金属組成物、例えばホウ化物である。 Ｃ−Ｃ複合材料について効率的にそれを調製することは、溶融状態にあるＳｉ ベースの組成物の組み込みによって、繊維もしくは繊維補強布に影響を及ぼすこ となく、炭素マトリックスの一部を炭化ケイ素に転換されることを可能にする。 本発明の方法は、液体法、化学的蒸気浸透、もしくはその２つの含浸方法を組 み合わせた方法によって得られる炭素マトリックスの複合材料から成る基体につ いて実施され得る。例えば、本発明の方法は、一部は、第一の段階で化学的蒸気 浸透によって、そしてまた、一部は、第二の段階で液体を使用することによって 、得られた炭素マトリックス複合材料について実施され得る。第一の浸透段階は 、補強繊維布の繊維に形成される割れのない、一定の厚さの、連続した熱分解炭 素の被覆を形成することを可能にする。それにより、Ｓｉベースの組成物が浸透 する間、繊維が保護される。第二の浸透段階は、例えば、樹脂を用いた含浸と炭 化によって、粒子の形態で形成される樹脂のコークスを生成させ、その粒子状の コークスは、化学的蒸気浸透の後に残ったままの残留小孔空間の孔内に受容され る。このことは、Ｓｉベースの組成物と反応し得る炭素の比表面積を増加させ、 そして小孔の内部に受容された樹脂コークスの粒子とＳｉベースの組成物との間 の反応により、小孔空間を塞ぐことをより容易ならしめる。 炭素を含む基体、特に炭素マトリックスの複合材料ついては、炭素が炭化ケイ 素に転換される前端（front）は、Ｓｉベースの組成物が基体内部に浸透するに つれ、前進する。Ｓｉベースの組成物の供給源によって供給され得るケイ素の量 をコントロールすることによって、部分的なケイ化物化を（不足分のケイ素を供 給することによって）より深くもしくはより浅く達成させることが可能であり、 あるいは（過剰のケイ素を供給することによって）基体の中に、所定の濃度で遊 離ケイ素（free silicon）を確実に存在させることができる。 ＣＭＣ材料、特にＳｉＣマトリックスを有する材料について、溶融状態のＳｉ ベースの組成物を組み込むことは、材料の中のアクセス可能な残留小孔空間が単 に充填されるという結果をもたらすだけであり、マトリックスとの間で特別な反 応は起こらない。熱膨張の相違によりＳｉＣマトリックスの割れが避けられない Ｃ−ＳｉＣ材料について、Ｓｉベースの組成物は、そのような割れが塞がれ、炭 素繊維補強材が液体ケイ素と接触しないように保護されるような温度で（すなわ ち、ケイ素の融点である１４１０℃よりも高い温度で）組み込まれる。同様のこ とが、ＥＰ−Ａ−０ １７２ ０８２の文献に記載されているような、繊維補強 繊維が相間熱分解炭素（pyrolytic carbon interphase）で被覆されているＳｉ Ｃ−ＳｉＣ材料に当て嵌まる。 ＳｉＣマトリックスについても、Ｓｉベースの組成物が組み込まれる前に、先 に述べたように、フィラーを先に組み込んでもよく、あるいはケイ素が反応して 炭化ケイ素を形成し得る熱分解炭素の内部被覆を先に形成してよいことが判る。 熱分解炭素の内部被覆は、化学的蒸気浸透によって、または、ケイ素湿潤性の残 留炭素を残すような有機樹脂、例えばフェノール、エポキシ、もしくはポリカル ボシラン樹脂を含浸および炭化させることによって、形成される。 ケイ素ベースの組成物が組み込まれた後に、さまざまな後処理が、特に、基体 の中に組み込まれない残留剰余ケイ素を除去もしくは転換させるために、あるい は表面被覆を形成するために適用され得る。 本発明は、出願人によってなされた知見に基づくものである。その知見とは、 Ｓｉベースの組成物の供給源を固体状態で中間層の形態で２つの多孔性基体の間 に配置し、その組成物の融点よりも高い温度に加熱することにより、供給源が保 持および排出構造体を形成するのに適した相を含むという条件の下で、組成物が 実質的に同じように両方の基体に移動することができる、というものである。こ のことは、特に、基体がＳｉベースの組成物の供給源によって隔てられて上下に 置かれ、それから液体組成物が、同じように、基体うちの一方の中へは重力によ って（下向きに）、また、他方の基体の中へは毛管現象によって（上向きに）移 動したときに、確かめられた。 Ｓｉベースの組成物によって構成された大部分の相と、保持および排出構造体 を形成するのに適した小部分の相とを含む、Ｓｉベースの組成物の供給源は、種 々の方法で実施され得る。 大部分のＳｉベースの相は、例えば粉末のように、細かく分割された形態であ ることが好ましい。それは、ケイ素の粉末のみで、もしくは主にケイ素の粉末で 構成されており、他の成分が、同様に粉体で加えられていてもよい。この他の成 分は、例えば、ホウ素、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、チタン、モ リブデン、タングステン、タンタル等で構成されていてもよい。 ケイ素以外の一もしくは複数の成分を、基体に組み込む前にケイ素の粉末と混 合することによってではなく、ケイ素の前にそれらの成分を基体に組み込むこと によって、加えることも考えられ得る。これらの他の粉末成分はいずれの既知の 手段によって組み込んでもよい。例えば、そのような粉末を含む懸濁液を、場合 によっては圧力および／または真空吸引下で、基体に含浸させることによって組 み込むことができる。 ケイ素と組み合わせるこれらの様々な成分は、ケイ素よりも高い融点を有する 耐火ケイ化物をベースとするアロイ（alloy）の形成に適した組成物を、多孔性 基体に組み込むことを可能にする。それにより、この方法で処理される材料の全 体としての高温安定性を増すことを可能にする。最初の組成物中のケイ素の原子 パーセンテージは、５０％よりもかなり大きいことが好ましい。このように、こ れらの様々な組成物は、例えばホウ素を含めることにより、酸化性雰囲気下の処 理または使用後、ガラスを形成して終わるように選択してよい。 従って、小部分の相がＳｉベースの組成物に対して保持と排出構造体を形成す るのに適しているのあれば、そして、好ましくは、この構造体と基体との間の接 触面積が、処理の後、基体をできるだけ容易に分離できるように小さい限りにお いて、小部分の相の様々な実施態様および様々な成分の材料が、採用され得る。 小部分の相は、例えばハニカム構造体のように、硬質なものであってもよく、 もしくは非硬質なものであってもよい。非硬質な場合において、小部分の相は、 三次元的なアレイ、すなわち、大部分の相の体積の全体にわたって広がっている アレイを形成している。例えば、そのアレイは、多孔度の高いフェルト、ランダ ムに配列した短繊維、もしくは多孔性の気泡状フォームで構成されてもよい。 小部分の相を構成している材料は、溶融状態にあるケイ素によって湿潤され得 、そして溶融状態にあるケイ素によって完全には破壊され得ない材料、もしくは 、ケイ素の融点（約１４１０℃）に達するのに必要な加熱の影響のもとで、その ような材料に転換するのに適した前駆体から選ばれる。一般には、そのような材 料は、炭素もしくはそれの前駆体、炭化ケイ素もしくは窒化ケイ素またはそれら の前駆体である。 Ｓｉベースの組成物の供給源は、その大部分の相および小部分の相の両方とも がそれぞれ、できる限り、均一に分布されているように構成される。小部分の相 によって占められる体積は、好ましくは、保持および排出機能を損なわない限り において可能な限り、小さくなるよう選択される。一つの目安として、Ｓｉベー スの組成物の供給源における小部分の相の体積パーセンテージは、２０％よりも 小さくなるよう選択され、０．５〜５％の範囲にあることが好ましい。 粉体の大部分の相とハニカム形態の小部分の相は、ハニカム構造体のセルをＳ ｉベースの組成物の粉末で満たすことによって、かなり簡単に組み合わせること ができる。 粉体の大部分の相を、非常に目のあらい小孔を有するフェルト形態の小部分の の相と組み合わせることは、例えば、フェルトに、水のような液体ビヒクルにＳ ｉベースの組成物の粉体を分散させた懸濁液を含浸させ、そして乾燥させること によって行われ得る。含浸は、フェルトの片側に懸濁液を供給し、フェルトの中 に粉末が保持されるようにそれを反対側に濾過することによって実施され得る。 懸濁液がフェルトを通過することは、フェルトの両側の間に圧力差を設けること によって強制的に行うことができる。フェルトを構成する繊維は、例えば、炭素 もしくは炭化ケイ素、または有機化合物（ピッチ、ビスコース、セルロース、.. .）もしくは有機金属化合物（カルボシラザン（carbosilazane）、...）のよう なそれらの前駆体であってよい。 粉末の形態の大部分の相は、Ｓｉベースの組成物の懸濁液に小部分の相を均質 に混合し、成形し、そして乾燥することによって、短繊維の形態もしくは粉末の 形態の小部分の相と組み合わされる。成形は、型で成形することによってなし得 る。型で成形することにより、処理されるべき２つの基体の間に組み入れるため に、Ｓｉベースの組成物の供給源を、固体の形態で、所望の形およびサイズにす ることが可能になる。型で成形された後、成形物は、乾燥器内で乾燥される。繊 維もしくは粉末は、炭素もしくは炭化ケイ素、またはそれらの有機もしくは有機 金属前駆体である。 粉末の形態の大部分の相は、フェルトについて上で示したのと同じ方法で、発 泡体を含浸させ、それから乾燥させることによって、発泡体の形態の小部分の相 と組み合わされ得る。例えば、発泡体は、炭素もしくはフェノール樹脂のような 発泡炭素前駆体材料であり得る。一つの変形例において、Ｓｉベースの組成物の 懸濁液とコークスにできる（cokefiable）樹脂、例えばエポキシ樹脂、フェノー ル樹脂等を均質に混合することからはじめることが可能である。混合物は、型で 成形して加熱してよく、樹脂を架橋し、かつ予め決めておいた形とサイズを有す る固体で構成されるＳｉベースの組成物の供給源を得ることができる。 Ｓｉベースの組成物の供給源と組み合わされた処理されるべき多孔性基体を含 むバッチの一例を図１に示す。直方体の形をした同じような多孔性基体１０は、 中間層を形成する固体状態のＳｉベースの組成物の供給源１２と交互に、それら の大きな面が水平となるように、垂直方向に積み重ねられる。 図示された例では、層１２のそれぞれが、粉体であるＳｉベースの組成物１２ ｂで満たされたセルを有する、小部分の相を構成する一定の厚さのハニカム構造 体１２ａによって形成されている（図２）。 例えば、ハニカム構造体は、Ｃ−フェノール複合体、すなわち炭素繊維の補強 構造物とフェノール樹脂のマトリックスとを含む複合体から作られる。ハニカム 構造体を形成するために、ＥＰ−Ａ−０ ５７３ ３５３の文献に記載された方 法と同様の方法を使うことが可能である。 ハニカム構造体１２ａのセルの壁は、その間に各構造体１２が配置されるとこ ろの基体１０の対向する面に垂直である。この方向における構造体の剛性は、最 小限の面積で基体と接触しながらも、構造体が、基体間のセパレータとして作用 することを可能にする。 このようにして作られたバッチは、熱処理の炉１４に配置される。それは、ス タック（stack、重ね体）の最下部に位置する基体１０₁の下面に隣接した、Ｓｉ ベースの組成物の供給源として作用する層１２₁を介して支持体１６に置かれる 。層１２₂は、スタックの最上部に位置する基体１０₂の上側表面に隣接する、Ｓ ｉベースの組成物の供給源として作用するよう、バッチの最上部に置かれる。層 １２₁および１２₂は、中間層１２と同じ方法で作られる。しかしながら、それら が一つの基体の一方の面にのみＳｉベースの組成物を供給する必要があることを 考 慮すれば、それらは、例えば、厚さをより小さくすることによって、より少ない Ｓｉベースの組成物を含んでいてもよい。基体１０と供給源１２から成る一つの スタックが図１に示されているが、炉の寸法がそれを可能にするならば、複数の 同じようなスタックを炉の中に並べて入れることが可能であることは容易に理解 されるであろう。 基体は、ケイ素の溶融温度よりも高いが、その蒸発温度よりも低くなるように 選ばれる温度、すなわち１４１０℃から２０００℃の間の範囲にある温度で処理 される。処理温度は、好ましくは、１４１０℃から１６００℃の範囲にある。処 理は、低圧で、例えば、０．５バールよりも低い圧力で、不活性雰囲気下で、例 えばアルゴン雰囲気下で、もしくは真空下で、実施される。 層１２に含まれるＳｉベースの組成物がその融点に達したとき、それは、層１ ２と接触している基体の面を介して、隣接する基体に向かって移動する。各々の 層１２から、層の下に置かれた基体の方へは重力によって、層の上に置かれた基 体の方へは毛管現象によって、この移動は起こる。驚いたことには、以下で説明 する実施例からも判るように、上側への移動は、下側への移動と、実際には同じ である。ハニカム構造体１２ａは、ケイ素ベースの液体組成物を保持するのに役 立つとともに、毛管現象によって移動が起こることを可能にするために、液体組 成物を排出するのにも役立つ。処理の終わりには、非常に限られた領域で基体と 接触している弱くなった構造体１２ａは、特に、層１２中のＳｉベースの組成物 の残留量が最小であることを確保できるので、処理された個々の基体を分離する ことを容易ならしめる。この方法の長所のひとつは、実施されるべき処理の度合 いに応じて、基体に組み込まれるＳｉベースの組成物の量を制御することが、容 易に行えることである。この制御は、構造体１２ａにおけるセルの体積、すなわ ち構造体の厚さを適当に選択することによって実施される。 処理された基体の分離を更に容易にするために、基体と接触することになる構 造体１２ａの表面に、予め離型剤（unmolding agent）を適用することが考えら れ得る。そのような離型剤は、グラファイトもしくは窒化ホウ素であってよく、 例えば、セルの端の縁に粉末の懸濁液をスプレーし、その後乾燥することによっ て適用してもよい。 図３Ａおよび３Ｂは、本発明の方法の別の実施形態を示している。 これらの異なった形態において、直方体の形をした同じような多孔性基体２０ は、Ｓｉベースの組成物の供給源２２と交互に、垂直に、積み重ねられる。供給 源において、保持と排出構造体を形成するのに適した小部分の相は、Ｓｉベース の組成物２２ｂ全体にランダムかつ均一に分布された短繊維２２ａによって構成 されている。供給源２２は、基体の間に置かれ、スタックの最上部と最下部にも 置かれる。 供給源２２は、均一な厚さの固体部材である。これは、粉末の形態のＳｉベー スの組成物の懸濁液中に、場合により少量の有機バインダーとともに、短繊維２ ２ａを均質に混合し、その混合物を型で成形し、そしてそれを乾燥器の中で乾燥 することによって得られる。繊維２２ａは、例えば、好ましくは長さが１０mm以 下の炭素繊維もしくは炭化ケイ素繊維である。部材２２中の繊維２２ａの体積の パーセンテージは、溶融状態にあるＳｉベースの組成物を保持および排出するた めの構造体を構成する能力を損ねない限りにおいて、小さいものであり得る。一 つの目安として、その体積パーセンテージは、２０％よりも小さいものであり得 、例えば、０．５〜５％の範囲にあり得る。適宜加えられる有機バインダーは、 混合物の重量の５％よりも少ないことが好ましい。 ひとたびＳｉベースの組成物が溶融状態になれば、繊維２２ａで構成されてい る構造体は、処理の間、スタックにおいて作用する圧縮力に耐えるほどには十分 に自体を支持しない（自立性でない）。従って、バッチは、基体の間に配置され た硬質のスペーサー、例えば、部材２２の中の穴に配置されるスタッド（stud） ２８を更に含む。スタッド２８の高さは、成形体２２の厚みよりも大きいもので はなく（図３Ａ）、組成物が溶融状態にあるときに、基体とＳｉベースの組成物 の供給源の間で接触が維持されることを保証するために、わずかに小さいもので あってもよい（図３Ｂ）。上側の基体に向う排出を確実にするために、繊維２２ ａと基体の下側の表面との間の接触が処理の間中ずっと維持されることが必要で ある。更に、図３Ｂの実施態様において、圧縮力は単に成形体だけを介して作用 し、それにより、成形体を一定の厚さに保つことが可能になる。更に、上の基体 とスペーサーとの間で、必然的に上の基体と接触するＳｉベースの組成物の供給 源を介する間接的な接触がある。スタッド２８は、好ましくは、溶融したケイ素 に対して、かなり不活性である材料、例えば、窒化ケイ素、炭化ケイ素、もしく は窒化ホウ素で被覆された炭素から成る。 処理の終わりに、基体は、容易に互いから分離される。繊維２２ａは、ケイ化 物化されているので、それらは、脆くなっており、そしてブラシをかけることに よって除去されうる。基体に組み込まれるＳｉベースの組成物の量は、供給源２ ２の体積によって決まり、従って、成形体２２の厚みを選択することによって、 容易に制御され得る。 別の形態において、スタッド２８は、部材２２を囲む硬質のフレームで置き換 えてもよいことが、認められる場合がある。更に、スペーサーの使用はまた、保 持および排出構造体が、図１および２のハニカム構造体を使用するときのように 、自立性であるときでも、安全策として考えられ得る。 また別の形態において、基体に隣接するＳｉベースの組成物の各供給源は、複 数のユニット供給源もしくは要素で作られる、モジュールの形態で供給されても よい。 このように、図４および５は、二つの基体３０の間の間隙に分配した複数の要 素３２’から成るＳｉベースの組成物の供給源３２を示している。例えば、要素 ３２’は、同じ寸法の輪の形をした円筒形の要素である。この方式は、標準的な 要素を使用しながらも、種々の領域を有する供給源を形成することを可能にする 。供給源要素３２’は必ずしも隣合わせに配置しておく必要のないことが理解さ れよう。複数のスタッド３８を、供給源要素３２’の中に入れてもよい。このス タッド３８は、図３におけるスタッド２８の役割と同様の役割を果たす。 上記の説明において、スタックは、直方体の形をした同じような基体から形成 されると仮定している。明らかに、この方法は、他の形から成る基体、例えば、 円筒状、環状等の基体を、それに応じて採用される形をした、基体の間におかれ るＳｉベースの組成物の供給源とともに使用して実施され得る。 また、すべての基体が同一である必要もない。従って、同じ外側形状を有する が、異なる厚さを有する基体を、同時に処理することができる。よって、基体に 組み込まれるＳｉベースの組成物の量は、その厚さの関数として変わり得る。従 って、供給源２２のそれぞれにおけるＳｉベースの組成物の量、すなわち、それ ら各々の厚さは、隣接する基体に応じて、従って、その関数として適合しなけれ ばならない。 また、処理されるべきすべての基体が同じ外部形状を有する必要もない。従っ て、図６は、下から上に行くにつれて、同じ直径を有する第一の組のディスク４ ０、より小さな直径を有する第二の組のディスク４０’および更に小さな直径を 有する第三の組のディスク４０”を含むバッチを示している。ディスクの間に置 かれるＳｉベースの組成物の供給源４２、４２’、４２”は、供給源の直径が、 常に少なくとも両側に接する基体の直径と同じであるか、もしくはそれらよりも 大きくなるように、隣接する基体の寸法によって変化する寸法を有するものであ る。 本発明の方法は、例えば、相補的な形の表面を有するＳｉベースの組成物の供 給源を用いることによって、平らでない表面を有する基体を使用して実施され得 ることもまた理解されよう。これを、図７に示している。図７では、中心部分の 厚さが、周辺部分の厚さよりも大きい環状の基体５０を含むバッチを示している 。これらの基体は、例えば、Ｃ−Ｃ複合体のブレーキディスクであってもよい。 基体の間に置かれ、かつスタックの両端に置かれたＳｉベースの組成物の供給 源は、少量のアクリルバインダーが加えられた粉末の形のＳｉベースの組成物の 懸濁液の中に短い炭素繊維を均質に混合したものから型で成形された固体の環状 体によって有利に構成される。成形体５２は、それらが接触することになる基体 の表面の凹凸に対して相補的な凹凸を呈する表面を有する。従って、２つの基体 の間に置かれる各成形体は、中心部分の厚さが周辺部分の厚さよりも小さいもの である。スタッドの形のスペーサー５８は、Ｓｉベースの組成物が溶融状態であ るときに成形体５２が押しつぶされるのを防止するために、基体の間に置かれる 。 図示した例では、成形体５２は、単一のピースとして作られている。しかしな がら、そのことは必須ではく、Ｓｉベースの組成物の各供給源は、複数のユニッ ト供給源もしくは要素から構成されることも可能である。 最後に、本発明の方法は、基体とＳｉベースの組成物の供給源を垂直に積み重 ねたスタックについて実施されることが好ましいが、基体および供給源を垂直以 外の方向に、例えば、水平に並べて、配置することは不可能ではない。 Ｓｉベースの組成物の供給源が、供給源の両側に隣接するように置かれた両方 の基体の中に、たとえ、その基体のうち一つが供給源の上方にあり一つが下方に あるときでも、その組成物を実質的に均等に同じように分配する能力を有するこ とを立証するために、様々な試験を実施した。実施例１ 厚さが２５mmの直方体の形状をしており、体積で約１３％に相当する残留小孔 空間を有する、Ｃ−Ｃ複合材料から成る２つのサンプルを、上下に積み重ねて配 置した。ケイ素の供給源は、それら２つの基体の間に置かれ、その供給源は、ケ イ素の粉末で満たされたセルを有するＣ−フェノール複合材料から成るハニカム 構造体で構成されていた。ハニカム構造体は１０mmの厚さを有しており、それは ケイ素の供給源の体積の３％に相当していた。 このように形成したアッセンブリを、炉の中に配置し、圧力１０ミリバールの アルゴン下で、１時間、温度１５００℃で加熱した。冷却後、溶融したケイ素が 、下側のサンプルへは重力によって、上側のサンプルへは毛管現象によって、そ れぞれのサンプルに移動したことが認められた。ケイ素供給源に最初に含まれて いたケイ素のうち、９３％がサンプルの中に移動していた。そして、移動した量 のうち、４６％は上側サンプルに、５４％は下側のサンプルにあることが認めら れた。処理されたサンプルは、ハニカムとの接触面積が小さかったために容易に 分離され、そして、そのハニカムは実際に再利用可能であった。 このテストは、驚くべきことに、一方向への移動がもう一方の方向への移動と 殆ど同じ程度に起こり、同時にそしてほとんど対称的に、ケイ素の供給源の上側 および下側に置かれた２つのパーツを処理することが可能であることを示してい る。実施例２ 直方体の形状をしたＣ−Ｃ複合材料のサンプルを３つ積み重ね、その間にケイ 素の供給源を２つ置いた以外は、処理手順は、実施例１における手順と同じであ った。サンプルは、残留する開いた小孔空間が体積の約１３％を構成する、２２ mmの厚みを有するブロックであり、ケイ素の供給源は、１０mmの厚みを有し、か つケイ素の粉末で満たされたハニカム構造体により構成されていた。 冷却後、スタックを、炉から取り出した。そして、サンプルが、ケイ素がその ときには空になっていたハニカム構造体から、容易に分離されたことが認められ た。下側、中間および上側のサンプル中の最終的な残留小孔空間の量は、それぞ れ体積で８％、３％および９％であった。それぞれの面を介してケイ素の供給源 と接触していることを考慮すれば、実施例１で認められたことと一致して、もっ とも多くケイ素を取り込んだのは、中間のサンプルであった。実施例３ 使用されたケイ素の供給源が、１５mmの厚みを有し、かつケイ素の粉末で満た されたハニカム構造体であることを除いて、実施例２の処理手順と同じ手順で処 理した。 最終的な残留小孔空間の量は、測定したところ、下側、中間および上側のサン プルについて、それぞれ７％、３％および６％であった。この実施例は、実施例 ２と比較して、ハニカム構造体の厚みを変化させることによって、すなわち、ケ イ素の供給源のキャパシティを変化させることによって、サンプルに組み込むケ イ素の量を変えることが可能であることを示している。実施例４ Ｃ−Ｃ複合材料から成る３つの固体のディスクを、隣接する一対のディスクの 間にケイ素の供給源を置くようにして、上下に積み重ねた。この供給源は、ケイ 素で満たされたセルを有するハニカム構造体によって構成されていた。ディスク は、１００mmの直径と、２２mmの厚みを有し、ハニカム構造体は、１５mmの厚さ であった。スタックは、スタックの中に介在するケイ素の供給源と同じケイ素の 供給源の上に置かれた状態で、炉の中に置いた。そして、同種類のもう一つのケ イ素の供給源を、スタックの上に置いた。その結果、処理されるべき各ディスク は、２つのケイ素の供給源の間に位置していた。 炉の中の温度を、１時間の間、圧力１０ミリバールのアルゴン下で、１５００ ℃に上昇させた。処理および冷却の後、ディスクは容易に分離された。これは、 ハニカム構造体を使用したことによる。最初の残留小孔空間の量１３％と比較し て、ディスクの残留小孔空間の量を測定すると、スタックの下から上にいくにつ れて、それぞれ３％、２％および４％であることがわかった。 実施例２および３と比較して、スタックの両端にケイ素の供給源が存在するた めに、スタックの両端に置かれたディスクは、中間にあるディスクと実質的に同 じように処理されたことが認められ得る。 この実施例は、本発明の方法が、積み重ねられた複数の多孔性基体を、実質的 に均一に処理することを可能にすることを示している。実施例５ 実施例２に記載したように、スタックを形成した。しかしながら、小部分の相 としてハニカムを有するケイ素の供給源を、ケイ素の粉末の懸濁液の中に炭素繊 維を均質に混合させたものを型で成形した成形体で置きかえた。炭素繊維の平均 長は３mmであった。それは、例えば、日本の企業である「東レ」の「Ｔ３００」 タイプの繊維である。ケイ素に対する炭素繊維の体積パーセンテージは、約１％ であった。 実施例２と同様に加熱処理を実施し、それから放冷した後、サンプルの間に残 っていたものがすべて、もろいかたまりになっていることが認められた。これは 、炭素繊維がケイ化物化された結果である。従って、サンプルを容易に分離する ことができた。それらの表面を適度にブラシがけすることにより、それらを、そ れ らのもとの形に実質的に戻すことができた。 ３つのサンプルのそれぞれの残留小孔空間の測定値は、下側、中間および上側 のサンプル、それぞれについて、３％、２％および５％であった。 実施例２と５の比較は、ケイ素中に分散された短繊維によって構成された三次 元的な構造体が、ハニカム構造体と同様に、保持および排出構造体の役割を果た すことを示している。 また、スタックの最下部にてより大きな圧縮力が作用して、スタックの最下部 にある成形体の残りが、最上部にある成形体の残りよりも、かなり圧縮されてい ることが認められた。それが、図３を参照して説明したように、処理されるべき 多孔性パーツを多数有するスタックにおいて、パーツの間にスペーサーを供給す ることが有利であることの理由である。実施例６ サンプルがＣ−ＳｉＣ複合材料で構成されており、かつその中に含まれる炭素 繊維が高強力繊維であり、ＳｉＣマトリックスが化学的蒸気浸透によって得られ たものであることを除いては、実施例２と同様にしてスタックを形成した。 スタックを、実施例２と同様にして処理した。処理後、サンプルは容易に分離 することができた。サンプル中の最終的な残留小孔空間の量は、下側、中間およ び上側のサンプル、それぞれについて、体積で１０％、７％および１２％であっ た。一方、Ｃ−ＳｉＣ複合材料の中の残留小孔空間は、当初、体積で２０％であ った。 曲げ破壊試験を、中間のサンプルから得られる、６０mm×１０mm×５mmの寸法 を有する試験片について実施した。破壊は１００ｄａＮの力で記録された。一方 、初めの材料から得られた同じ寸法を有する試験片は、１１０ｄａＮで破壊した 。このことは、Ｃ−ＳｉＣ複合材料の炭素繊維が、処理によって劣化しなかった ことを示している。実施例７ 実施例２と同様にしてスタックを形成した。しかし、使用されたサンプルは、 ＳｉＣ−ＳｉＣ複合材料から成るものであって、日本の会社である「日本カーボ ン」によって「ＮＩＣＡＬＯＮ」（登録商標）の名称で販売されている炭化ケイ 素をベースとする繊維から成る繊維補強材を含んでおり、そしてＳｉＣマトリッ クスは化学的蒸気浸透によって得られたものである。サンプル中の初めの残留小 孔空間は５％であり、そして厚みは４mmであった。一方、ケイ素の供給源は６mm の厚みを有するハニカム構造体を含んでいた。 処理後、そしてパーツを分離した後、中間のサンプルの中の小孔空間は、もは や測定できなかった（１％よりもかなり小さかった）。 中間のサンプルから得られた試験片について、引張破壊試験を実施した。初め のＳｉＣ−ＳｉＣ材料については破壊応力が２５０ＭＰａであったのに対して、 処理された試験片は１８５ＭＰａの破壊応力を有することが認められた。破壊形 態（モード）は、非脆性的な（non-brittle）ままであった。処理温度が高かっ たにもかかわらず、材料の強度は、わずかに低下しただけであった。 実施例６および７は、この方法が、炭素基体を使用して実施され得るのみなら ず、炭素以外の、ケイ素湿潤性のある材料、特にＳｉＣから成る基体についても また実施され得ることを示している。 更に、実施例７は、利用し得るＳｉベースの組成物の量を調節することによっ て、本発明の方法が、多孔性材料をシールする目的のために使用され得ることを 示している。実施例８ 初めの残留小孔空間が２０％であるＣ−ＳｉＣ材料から成るサンプルを使用し て、実施例６と同様の試験を実施した。 しかしながら、積み重ねて処理する前に、重合されたフェノール樹脂をサンプ ルに含浸させ、炭化させたので、その結果、材料中の小孔空間は１４％まで減少 した。 処理後、中間のサンプルの残留小孔空間は４％であったことが認められた。 この実施例は、この方法が、マトリックスの一つの成分が溶融ケイ素によって 湿潤しやすいものであれば、均一でないマトリックスを含む複合材料、特にＳｉ Ｃ／Ｃマトリックスを有する複合材料を処理するために用いられ得ることを示し ている。実施例９ ケイ素の代わりに、ケイ素とホウ素からなり、組成物中のホウ素の割合が８原 子％であるＳｉベースの組成物を使用したことを除いては、実施例４と同様にし て試験を実施した。そのようなアロイは知られている。その融点は１３８５℃で ある。 処理後、各ディスクの残留小孔空間は、スタックの下側から順番に、それぞれ 、３％、２％および３％であった。 この実施例は、この方法が、ケイ素が組成物の大部分を占めていることを条件 として、純粋なケイ素以外の組成物についても実施され得ることを示している。 Ｓｉ＋Ｂ系は、ケイ素のもろい層の代わりに、治癒性質を有するホウケイ酸ガラ スを生じさせるので、Ｓｉ＋Ｂ系システムの使用は、この方法で処理されるＣ− Ｃ材料の酸化に対する耐性を向上させることを可能にする。明細書中、「治癒」 （healing）性質という用語は、割れが、処理温度で、半固体状態に変化しなが らその材料によってふさがれ得ることを意味するために使用している。実施例１０ 実施例４と同様にして試験を実施した。しかしながら、各Ｃ−Ｃ複合材料のデ ィスクは、それぞれ１０mmの厚みを有する２つのディスクが境を接してなるディ スクに置きかえられ、ケイ素の供給源については小部分の相が４mmの厚みを有す るハニカム構造の形態のものを使用して、試験を実施した。後の分離を容易にす るために、隣接しているディスクの各組における２つのディスクは、ドイツの会 社であるＳＩＧＲＩ社から商品名「ＳＩＧＲＡＦＬＥＸ」（登録商標）の名称で 販売されている再圧縮された膨張グラファイト（expanded graphite）から成る 薄いシートによって隔てられた。 処理後、サンプルは分離され、横方向の断面が分かるように切断され、そして 酸化に対して耐性があるケイ化物化されたゾーンを明らかにするため、８００℃ にて空気中で酸化した。スタックの中で初め隣接していた一組のディスクにおい て、ケイ化物化されたゾーンは、図８において影を付けた部分で示すように現れ た。２枚のディスクは、初め上側にあったディスクがその上側の面からケイ化物 化され、一方、下側にあったディスクがその下側の面を経てケイ化物化されて、 部分的にケイ化物化されたことが理解され得る。 この実施例は、この方法が、複数のパーツの局部的な制御された処理を、１サ イクルで実施するために用いられ得ることを示している。 基体表面のある部分への局所的なアクセスが達成され得ることもまた認められ るであろう。そのようなアクセスは、例えば、溶融したケイ素を通さないバリヤ ーを、基体とＳｉベースの組成物の供給源との間に置き、表面の他の部分をマス キングすることによって、達成され得る。このことは、例えば、処理後、再度そ れらを機械加工する必要がないように、表面の一部を処理されないままにしてお くことを可能にする。バリヤーは、再圧縮された膨張グラファイト（expanded g raphite）から成るシート、もしくは窒化ホウ素の層で構成され得る。非常に局 在化されている、すなわち、処理されるべき基体の全表面を均一に被覆していな いＳｉベースの組成物の供給源を使用し、連続的もしくは不連続的に処理するこ とが可能であることもまた考えられ得る。実施例１１ 外径４００mm、内径２５０mm、中心部分における厚さが４０mm、周辺部分にお ける厚さが３０mmであるＣ−Ｃ複合材料から成る環状のブレーキディスクを用い て、図４に示すスタックを形成した。ケイ素の供給源は、体積割合が９５％のケ イ素の粉末、体積割合が１％の短い炭素繊維、および体積割合が４％のアクリル バインダーを有するケイ素の粉末の混合物を型で成形した成形体であった。 ディスクの残留する開いた小孔空間は、初めは体積で約１３％であった。そし て、ケイ素の供給源は、前記の小孔空間を完全に満たすのに必要なケイ素の量の 約２．２倍を含む寸法を有していた。 熱処理は１５５０℃で１時間、８０ミリバールのアルゴン下で実施された。 処理後、ディスクは容易に分離され得たこと、そしてその表面を適度にブラシ がけすることにより、その初めの形に戻り得たことが認められた。 ディスクを断面が分かるように切断し、ケイ化物化されたゾーンを明らかにす るため、８００℃にて空気中で酸化した後、Ｃ−Ｃ材料がその全体積を通じて均 一にケイ化物化されていたことが認められた。実施例１２ Ｃ−Ｃ複合材料から成る環状のブレーキディスクを用いて、図４のスタックを 形成した。このＣ−Ｃ複合材料は、熱分解炭素の第一のマトリックス層を与える よう、化学的蒸気浸透によって、そして樹脂コークスから成る第二のマトリック ス相を与えるよう、フェノール樹脂を用いる液体手段によって、連続的に繊維補 強構造体に浸透させた。ディスクは、外径４００mm、内径２５０mm、中心部分に おける厚さが４０mm、周辺部分における厚さが３０mmであって、残留小孔空間は 体積で２３％であった。 ケイ素の供給源は、体積割合が９５％のケイ素の粉末、体積割合が１％の短い 炭素繊維、および体積割合が４％のアクリルバインダーの混合物を型で成形した 成形体であった。この供給源は、基体の初めの残留小孔空間を完全に満たすのに 必要な量の約１．５倍を含むような寸法を有していた。 熱処理は１５５０℃で１時間、８０ミリバールのアルゴン下で実施された。 処理後、ディスクは容易に分離され得たこと、そしてそれらの表面を適度にブ ラシがけすることにより、それらを、それらの初めの形に戻すことができたこと が認められた。 ディスクを断面が分かるように切断し、ケイ化物化されたゾーンを明らかにす るため、８００℃にて空気中で酸化した。そして、Ｃ−Ｃ材料がその全体積を通 じて均一にケイ化物化されていたことが認められた。実施例１３ 化学的蒸気浸透によって得られた炭素マトリックスを含むＣ−Ｃ複合材料を使 用して、図４に示すスタックを形成した。サンプルは、３０mmの厚さを有し、そ れらの初めの残留小孔空間は体積で１０％であった。 ケイ素の供給源は、体積の９５％を占めるケイ素の粉末、体積割合が１％の短 い炭素繊維、および体積割合が４％のアクリルバインダーの混合物を型で成形し た成形体であった。この供給源は、基体の初めの残留小孔空間を完全に満たすの に必要な量の約１．５倍を含むような寸法を有していた。 熱処理は１５５０℃で１時間、８０ミリバールのアルゴン下で実施した。 ケイ化物化されたサンプル中に存在する遊離ケイ素を除去するために、後処理 を実施して、そのような遊離ケイ素を炭化ケイ素に転換させた。遊離ケイ素の転 換は、１３００℃にて、体積割合で２％のメタンが加えられた８０ミリバールの アルゴン下で実施された。 後処理の後、パーツの中の最終的な残留小孔空間は、４％よりも小さいもので あった。 パーツを、断面が分かるように切断し、炭素を除去するために２４時間、８０ ０℃にて空気中で酸化し、ケイ素が蒸発することが判っている第二真空条件下で 、１８００℃で熱処理を実施した。パーツの質量が変わらなかったので、後処理 後、遊離ケイ素は残らなかったものと推定され得る。 この実施例は、繊維補強構造体の中の熱分解炭素のマトリックスと炭素繊維を 過度に損なうことなく、残留小孔空間が小さくなっていて、遊離ケイ素を含まな い、遊離ケイ素の転換に由来する実質量のＳｉＣを含むケイ化物化されたＣ−Ｃ 複合材料から成るパーツを得ることが可能であることを示している。 そのようなパーツは、原子力の分野において核融合反応炉におけるプラズマ閉 じ込めチャンバーの壁の保護被覆物を形成するために、有利に適用できる。 実質量の炭化ケイ素の存在は、熱分解炭素のマトリックスおよび炭素繊維が大 量に変質することなく、浸食に対する耐性を向上させ、その結果、寿命を向上さ せる。なぜならば、そのような変質は、パーツの熱伝導率を悪化させるからであ る。更に、遊離ケイ素が存在しないことは、ケイ素の融点よりも高い温度で処理 しているときに、プラズマが汚染されるのを防止する。最後に、残留小孔空間が 小さいことは、放射性トリチウムを保持する能力を減少させる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年５月２１日（１９９７．５．２１） 【補正内容】 ＵＳ−Ａ−４ ０１９ ９１３の文献では、処理されるべきパーツの材料を金 属蒸気と反応させるという提案がなされている。ケイ素については、２０００℃ を超えることが必要である。この技術は、非常に高い温度で作業することについ ての問題、および均一に処理することについての困難をもたらす。更に、その温 度でケイ素を含むことが可能なるつぼを用意する必要がある。 ＥＰ−Ａ−０ ０９３ ５３２では、中に含まれる炭素もしくはグラファイト の粉体を含む有機バインダーの溶液中の懸濁液中のケイ素粉体で形成されたペー ストの層で、処理されるべきパーツの表面を被覆することを教示している。バイ ンダーを熱分解することによって、熱処理は、前記の層を、ケイ素を含む炭素か ら成る開いた連続気泡構造体に変える。溶融ケイ素を使用してケイ化物化するこ とにより、気泡構造体は、開いた小孔をもつ炭化ケイ素骨格に転換される。溶融 ケイ素は、この開いた小孔を通じて、処理されるべきパーツに向かって毛管現象 により移動する。この方法は、パーツ表面上に、炭化ケイ素のもろい構造体のみ を残すという利点を呈する。その構造体は、ブラシで払うことによって容易に取 り除き得る。それにもかかわらず、処理されるべきパーツは、例えば、スパチュ ラによって、それぞれペーストで被覆されなければならない。そのことは、その 方法を労働コストの面で高価なものとし、工業化を困難にしている。更に、処理 は、少なくとも２回、すなわち、各表面につき１回、適用されなければならない が、そのような処理は、最終材料に不均一性を生じさせる。最後に、最初に処理 された表面に隣接した部分は、更に長い時間、ケイ素との反応にさらされること になり、それゆえに、より多くの炭化ケイ素を含む。 最後に、ＧＢ−Ａ−２ １３７ ９７４の文献において、処理されるべきグリ ーン体（green body）の上下に置いた２つのケイ素の供給源の間にグリーン体を 置くことによって、グリーン体を浸ケイすることが提案されている。各ケイ素の 供給源は、溶融ケイ素の浸透によつて浸ケイされた炭素フォーム（carbon foam ）のブロックを含む。上に置かれたケイ素の供給源は、ケイ素が浸透しており、 もう一方の下に置かれたケイ素の供給源は、溶融したケイ素を含むるつぼの中に あり、ドレンの役割をする。その方法は、るつぼの使用を必要とし、そして一度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベルナール，ブリューノ フランス、エフ−33600ペサック、トクト ゥコ、アレ・ドゥ・ラ・ピネドゥ５番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．金属ベースの組成物を、同時に複数の多孔性基体に組み込む方法であって 、以下の工程： ・金属ベースの組成物の供給源を構成する層と接触させて交互に配置された複 数の多孔性基体を含む少なくとも一つのバッチを構成する（金属ベースの組成物 の供給源を構成する各層は、金属ベースの組成物で形成された大部分の相と、溶 融状態にある金属ベースの組成物を保持および排出する構造体を形成するのに適 した小部分の相とを含む）工程；および ・各供給源から溶融状態にある金属ベースの組成物が、供給源に隣接している 基体もしくは各基体の隣接した面を介して、基体の内部に向かって移動すること ができるよう、バッチを金属ベースの組成物の溶融温度よりも高い温度に加熱す る工程 を含むことを特徴とする方法。 ２．バッチが、金属ベースの組成物の供給源と多孔性基体が交互に垂直に積み 重ねられたスタックにより形成されていることを特徴とする請求の範囲１に記載 の方法。 ３．金属ベースの組成物の供給源を含んでいる、基体の間の間隙に、硬質のス ペーサーが配列されていることを特徴とする請求の範囲２に記載の方法。 ４．金属ベースの組成物が、ケイ素、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、お よびバナジウムから選ばれる一もしくはそれ以上の金属を含むことを特徴とする 請求の範囲１〜３のいずれかに記載の方法。 ５．金属ベースの組成物が、５０％以上のケイ素原子を含み、残りが、ホウ素 、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、チタン、モリブデン、タングステ ン、およびタンタルを含む元素の中の少なくとも一つによって構成されている、 ケイ素ベースの組成物であることを特徴とする請求の範囲４に記載の方法。 ６．金属ベースの組成物が、粉末の形態で、金属ベースの組成物の供給源に挿 入されていることを特徴とする請求の範囲１〜５のいずれかに記載の方法。 ７．金属ベースの組成物の供給源を形成するために用いられる小部分の相が、 硬質の気泡状構造体であることを特徴とする請求の範囲１〜６のいずれかに記載 の方法。 ８．小部分の相がハニカム構造体であることを特徴とする請求の範囲７に記載 の方法。 ９．金属ベースの組成物の供給源が、小部分の相のセルを粉末の金属ベースの 組成物で満たすことによって形成されていることを特徴とする請求の範囲７もし くは８に記載の方法。 １０．金属ベースの組成物の供給源を形成するために用いられる小部分の相が 、三次元的なアレイを構成していることを特徴とする請求の範囲１〜６のいずれ かに記載の方法。 １１．小部分の相が、三次元的なアレイを形成する分割され、かつ、金属ベー スの組成物中に分布している要素で作られていることを特徴とする請求の範囲１ ０に記載の方法。 １２．分割された要素が、金属ベースの組成物の供給源中、好ましくは体積割 合で２０％よりも少ない割合で存在することを特徴とする請求の範囲１１に記載 の方法。 １３．三次元的なアレイが、繊維で形成されていることを特徴とする請求の範 囲１１もしくは１２に記載の方法。 １４．三次元的なアレイが、短繊維で形成されていることを特徴とする請求の 範囲１３に記載の方法。 １５．金属ベースの組成物の供給源が、金属ベースの組成物の懸濁液の中にて 分割された形態の要素を混合することによって形成されることを特徴とする請求 の範囲１０〜１４のいずれかに記載の方法。 １６．混合物が、更に有機バインダーを含むことを特徴とする請求の範囲１５ に記載の方法。 １７．有機バインダーが、混合物中、重量割合で５％よりも少ない割合で存在 することを特徴とする請求の範囲１６に記載の方法。 １８．金属ベースの組成物の供給源を構成する各層が、複数のユニット供給源 で構成されていることを特徴とする請求の範囲９〜１７のいずれかに記載の方法 。 １９．金属ベースの組成物の供給源が、型で成形された成形体から成ることを 特徴とする請求の範囲９〜１８のいずれかに記載の方法。 ２０．基体と接することになる成形体の面が、バッチの中において基体の隣接 する面の形に対して相補的である形を与えられていることを特徴とする請求の範 囲１９に記載の方法。 ２１．小部分の相が、炭素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ならびに、加熱工程の 間に炭素、炭化ケイ素、もしくは窒化ケイ素に転換されるのに適した炭素、炭化 ケイ素、および窒化ケイ素の前駆体から選ばれる材料から成ることを特徴とする 請求の範囲１〜２０のいずれかに記載の方法。 ２２．炭素を含む多孔性基体のケイ化物化処理のための請求の範囲５〜２１の いずれかに記載の方法。 ２３．多孔性基体が、炭素−炭素複合材料から成ることを特徴とする請求の範 囲２２に記載の方法。 ２４．多孔性基体が、化学的蒸気浸透により得られた熱分解炭素で構成された 第一のマトリックス相と、樹脂コークスで構成された第二のマトリックス相を含 む炭素マトリックスを有する炭素−炭素複合材料から成ることを特徴とする請求 の範囲２３に記載の方法。 ２５．ケイ化物化された基体の中の残留遊離ケイ素を転換させるために、後処 理を実施することを特徴とする請求の範囲２２もしくは２３に記載の方法。 ２６．後処理をメタンの存在下で実施することを特徴とする請求の範囲２５に 記載の方法。 ２７．多孔性基体の小孔空間を充填するための請求の範囲１〜２１のいずれか に記載の方法。 ２８．基体が処理される度合いが、金属ベースの組成物の供給源の厚さを選択 することによって調節されることを特徴とする請求の範囲２２〜２７のいずれか に記載の方法。 ２９．金属ベースの組成物を組み込む前に、フィラーを基体に組み込むことを 特徴とする請求の範囲２２〜２８のいずれかに記載の方法。 ３０．基体のある部分を選択的に処理することを特徴とする請求の範囲２２〜 ２９のいずれかに記載の方法。