JP3143086B2

JP3143086B2 - ＳｉＣ複合材料スリーブおよびその製造方法

Info

Publication number: JP3143086B2
Application number: JP09280927A
Authority: JP
Inventors: 忠司丸山; 庄二小野瀬; 司朗光野
Original assignee: Nippon Carbon Co Ltd
Current assignee: Nippon Carbon Co Ltd
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1997-10-14
Publication date: 2001-03-07
Anticipated expiration: 2017-10-14
Also published as: US6246740B1; JPH11116337A; FR2769621A1; FR2769621B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放射線照射条件下
等の過酷な条件下においても、良好な耐久性を発揮する
ことが可能なＳｉＣ繊維強化円筒状ＳｉＣ複合材料スリ
ーブに関する。本発明の複合材料スリーブは、原子炉内
部品、原子炉用制御棒を構成する部品、核融合炉用高熱
流束部材、高温熱交換器用部材等として、特に好適に使
用可能である。

【０００２】

【従来の技術】セラミックスが耐熱性に優れる材料であ
ることは良く知られているが、セラミックスがこれと同
時に、その「脆い」弱点を克服して高温まで高強度を保
持できるようになったのは、比較的新しいことである。
更には、所望の耐熱性、高強度を有するセラミックス
を、構造材料として用いること、すなわちセラミックス
を所望の形状に精密に加工することは、その「硬くて、
脆い」特性から、特殊な工夫が必要とされて来た。

【０００３】例えば、中空円筒状部材たる「スリーブ」
について見ると、モノリシック・セラミックス材料を用
いた場合では、プロセス中あるいは加工中に該セラミッ
クス材料が脆性破壊を起こしやすいため、厚み０.２〜
０.４ｍｍで長尺（例えば１ｍ）のスリーブを製作する
ことは困難である。

【０００４】カーボン繊維強化カーボン複合材料をスリ
ーブ材料として用いた場合には、上記した長尺のスリー
ブの製作は可能である。しかしながら、このカーボン繊
維強化カーボン複合材料は、ステンレス鋼被覆管との浸
炭反応（ステンレス表面層への炭素の拡散・浸透）を起
こし易いという問題点を有する。

【０００５】耐熱鋼をスリーブ材料として用いた場合に
も、長尺のスリーブの製作は可能であるが、該耐熱鋼
は、中性子吸収材たる「炭化ホウ素（Ｂ₄Ｃ）ペレッ
ト」との浸炭反応を起こし易いという問題点を有する。

【０００６】アルミナ繊維強化ＣＭＣ（ceramic matrix
composite）をスリーブ材料として用いた場合、中性子
照射により体積膨張（swelling）を起こし易いという問
題点を有する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来より、高速増殖炉
を始めとする原子炉の制御棒としては、ステンレス鋼被
覆管にＢ₄Ｃペレットを挿入してなるものが用いられて
いる。

【０００８】原子炉内での制御棒に対する中性子照射に
より、該制御棒は高温となり、上記チューブを構成する
ステンレスはＢ₄Ｃにより浸炭されて脆化し、破損する
恐れがある。加えて、Ｂ₄Ｃが中性子を吸収することに
より、ヘリウムを発生して膨張し、また発熱に伴う熱応
力のためＢ₄Ｃペレットは割れて破片が移動するため、
ステンレス鋼被覆管とのギャップを埋めてしまう。この
ような状態でＢ₄Ｃペレットが中性子照射を受け続ける
と、該膨張したＢ₄Ｃとステンレスチューブの間に応力
が働き、ステンレス鋼被覆管を損傷することがある。

【０００９】このような状況から、炭化ホウ素Ｂ₄Ｃの
破片が被覆管内で移動することを防ぐ目的で、オーステ
ナイトステンレス鋼またはフェライト鋼ステンレス鋼等
からなる薄肉パイプ（通常「シュラウド」と称する）
を、上記したステンレス鋼製被覆管内において、中性子
吸収体ペレットの全長にわたって設ける構造が考案され
ている（特公平６−３１７６９号を参照）。

【００１０】しかしながら、上記したシュラウド付き制
御棒を長期間使用した場合には、ステンレス鋼製のシュ
ラウドは炭化ホウ素ペレットと反応して、浸炭等により
その延性を失ってしまい、シュラウド管としての機能が
低下するという問題点があった。

【００１１】本発明の目的は、放射線照射等の過酷な条
件下においても、耐熱性、耐食性、高強度性および精密
加工性に優れるという特性を有するスリーブを提供する
ことにある。

【００１２】本発明の他の目的は、原子炉制御棒用のシ
ュラウド管として優れた機能を発揮できるスリーブを提
供することにある。

【００１３】本発明の更に他の目的は、中性子吸収材料
たる炭化ホウ素との両立性に優れたスリーブを提供する
ことにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意研究の
結果、従来は薄肉スリーブ加工が困難とされていた、丸
編みされたＳｉＣ連続繊維により強化されたＳｉＣ繊維
強化ＳｉＣ複合材料を用いることにより、過酷な条件下
でも良好な耐久性を発揮する薄肉スリーブが製造可能で
あることを見出した。

【００１５】本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料ス
リーブは上記知見に基づくものであり、より詳しくは、
ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料（ＳｉＣ／ＳｉＣ）から
なる円筒状薄肉スリーブであって、気孔率が４０％以下
で、かつ、肉厚が５ｍｍ以下であり、前記ＳｉＣ繊維は
丸編みされたＳｉＣ連続繊維であることを特徴とする。

【００１６】本発明によれば、更に、丸編みされたＳｉ
Ｃ連続繊維を３層以下の積層にして、有機ケイ素化合物
を含浸し焼成する緻密化工程を繰り返すことにより、気
孔率が４０％以下で、かつ、肉厚が５ｍｍ以下のＳｉＣ
スリーブを得ることを特徴とする円筒状ＳｉＣ複合材料
スリーブの製造法が提供される。

【００１７】上記したように、ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複
合材料を、特定の気孔率を有する薄肉スリーブに加工す
ることにより、耐熱性、耐食性、高強度性および／又は
精密加工性が要求される環境で使用可能な構造部品ない
し構造部材として、特に優れた特性を有するスリーブが
得られる。

【００１８】特に、本発明のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ基複
合材料からなるスリーブを、シュラウドとしてステンレ
ス被覆管とＢ₄Ｃペレット（中性子吸収材）との間に挿
入した場合には、シュラウド自体の中性子照射損傷が極
めて少なく、また機械損傷許容性（一部が機械的損傷を
受けた場合における耐久性）を有し、ステンレス鋼被覆
管内部でのＢ₄Ｃの移動も防止でき、ステンレス鋼被覆
管が損傷されにくいという優れた特性を有する制御棒が
得られる。本発明のスリーブをシュラウドとして用いた
場合には、ステンレス製のシュラウドを用いた場合と異
なり、本発明のスリーブを構成するＳｉＣ繊維強化Ｓｉ
Ｃ基複合材料の浸炭は極めて低いレベルに抑制される。

【００１９】また、本発明のスリーブは０．５ｍｍ以下
の薄肉スリーブとすることも可能であるため、厚肉スリ
ーブをシュラウドとして用いた場合と異なり、Ｂ₄Ｃペ
レットの挿入量が少なくなって制御棒の中性子吸収能の
低下を招くことはない。

【００２０】下記（表１）〜（表３）に、シュラウド用
途を考慮した場合の、種々のＳｉＣ／ＳｉＣ製法の比
較、種々の無機連続繊維の比較、および種々の材料の比
較を示す。このような比較の元となるデータについて
は、例えば文献（R.H. Jones,D. Steiner, H.L. Heinis
ch et al., Journal of Nuclear Materials, ２４５
(１９９７）８７−１０７；F.W. Clinard, Jr., G.F. H
urley and R.W. Klaffky,Res Mechanica, ８（１９８
３）２０７−２３４）を参照することができる。

【００２１】

【表１】

【表２】

【表３】

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、必要に応じて図面を参照し
つつ本発明を更に具体的に説明する。以下の記載におい
て量比を表す「部」および「％」は、特に断らない限り
重量基準とする。

【００２３】（スリーブ）本発明のスリーブは、ＳｉＣ
繊維強化ＳｉＣ基複合材料からなり、その気孔率が４０
％以下で、且つ、肉厚が５ｍｍ以下のスリーブである。

【００２４】（気孔率）本発明のスリーブにおいて、気
孔率は４０％以下であるが、該気孔率は５〜３５％（更
には５〜１５％）であることが好ましい。

【００２５】本発明において、上記気孔率ｐは、以下の
ように定義される。

【００２６】ｐ＝（真比重−かさ比重）／（真比重）上記した「かさ比重」および「真比重」は、以下の方法
により好適に測定可能である。

【００２７】＜かさ比重の測定方法＞かさ比重は試料の
体積を寸法から算出し、試料を秤量して、下記計算式か
ら求める。

【００２８】かさ比重＝重量／体積＜真比重の測定方法＞真比重の測定原理はアルキメデス
法に従う。ＪｌＳによる試験方法では、例えば、ＪＩＳ
Ｒ−７２１２があり、液体としてブタノールを使用
し、試料は粉砕し１４９ミクロン以下として測定する。

【００２９】（肉厚）本発明のスリーブの肉厚は、５ｍ
ｍ以下である。この肉厚が５ｍｍを越えると、該スリー
ブの熱伝達性が低下し、また、該スリーブの内容積の減
少（例えば、スリーブ内に配置すべき中性子吸収材等の
「他の材料」の収容性の低下）を招く。

【００３０】スリーブに要求される機械的強度を満たす
限り、不均一な熱伝達の防止およびスリーブ自体による
占有空間の低減（中性子吸収材等の「他の材料」用の空
間の確保）の点からは、この肉厚はより薄い方が好まし
い。具体的には、肉厚は３〜１ｍｍ程度、更には１〜
０．５ｍｍ程度（特に０．３〜０．２ｍｍ程度）である
ことが好ましい。

【００３１】（ＳｉＣ繊維）本発明において使用可能な
ＳｉＣ（炭化ケイ素）繊維は特に制限されないが、純度
の点からは、電子線不融化の方法（例えば、特開平４−
１９４０２８号公報を参照）によって得られるＳｉＣ繊
維であることが好ましい。

【００３２】上記ＳｉＣ繊維の組成も特に制限されない
が、耐熱性の点からは、Ｓｉと、Ｃと、Ｏとを少なくと
も含むＳｉＣ繊維であることが好ましく、更には、下記
の組成範囲を有するＳｉＣ繊維であることが好ましい。

【００３３】Ｓｉ：５０〜７０％（更には、６０〜７０％）Ｃ：３０〜４０％（更には、３０〜３８％）Ｏ：０．０１〜１４％（更には、０．０１〜１％）上記ＳｉＣ繊維の表面に対しては、必要に応じてコーテ
ィングを施してもよい。このようなコーティングを施す
ことにより、機械的損傷に対する許容性を増大させるこ
とができる。緻密で均一な界面の形成が容易な点から
は、例えば、ＣＶＤ（化学的気相堆積法）-カーボンコ
ーティング、ＣＶＤ-ＢＮコーティング、ＣＶＤ-ＳｉＣ
コーティングの１種あるいは２種以上の組合せのコーテ
ィングを用いることが好ましい。

【００３４】製織性の点からは、ＳｉＣで複合化する前
のＳｉＣ繊維の直径は、５〜２０μｍ程度、更には、８
〜１５μｍ程度であることが好ましい。

【００３５】（ＳｉＣ／ＳｉＣ複合材料）本発明に規定
する物性を有するスリーブを与える限り、該スリーブを
構成するＳｉＣ／ＳｉＣ複合材料（繊維）の製法は特に
制限されないが、スリーブの機械的損傷許容性の点から
は、ＣＶＤ法（原料ガス中で、高温において化学蒸着を
行う方法）、ＣＶＩ法（原料ガス中で、高温において化
学蒸着ガスを浸透させる方法）、ＲＢ法（反応焼結
法）、ＰＩＰ法（ポリマー含浸焼成法）が好適に使用可
能である。中でも、ＳｉＣ／ＳｉＣ複合材料を用いた薄
肉スリーブの作製が容易な点からは、ＰＩＰ法が特に好
適に使用可能である。

【００３６】上記したＣＶＤ法、ＣＶＩ法、ＲＢ法およ
びＰＩＰ法は、必要に応じて、２種以上組み合わせて用
いてもよい。

【００３７】（スリーブの製造方法）本発明のＳｉＣ複
合材料スリーブは、例えば、ＳｉＣからなる連続繊維を
丸編みした後、ＰＩＰ法等を用いて、該スリーブを構成
する連続繊維をＳｉＣ複合化（ＳｉＣ／ＳｉＣ複合化）
することにより、得ることができる。

【００３８】（製織方法）所望の物性を有する本発明の
スリーブを与えることが可能である限り、上記した連続
繊維をスリーブに製織する方法は特に制限されず、公知
の製織方法を使用することが可能である。厚みの均一性
の点からは、上記製織方法として、「丸編み」を用いる
ことが好ましい。この「丸編み」の詳細については、例
えば、繊維便覧の加工編（繊維学会編、第５０２頁以
下、１９６９年（昭和４４年５月３０日発行）、発行
所：丸善株式会社）を参照することができる。

【００３９】上記連続繊維の丸編みに、例えば芯材（例
えば、チタン、鉄等の金属からなる棒状体）を挿入し
て、必要に応じて、丸編みした繊維体の両端から引っ張
ることにより、所望のスリーブ状とすることが好まし
い、この際、繊維体を挿入する前に芯材の表面に、雛型
剤、雛型紙等を必要に応じて予め配置しておいてもよ
い。

【００４０】上記により得られたスリーブは、必要に応
じて、２枚以上重ねた後、次の工程に使用してもよい。
厚みの点からは、該スリーブを構成する連続繊維の「層
数」は、３以下であることが好ましい。

【００４１】この際、（必要に応じて）第１層目に重ね
るべき第２層目も、この第１層目と同様にスリーブ状と
することができる。この場合には、該第２層目を構成す
べき連続繊維をスリーブ状とした後、スリーブ状とした
連続繊維の両端を少し（スリーブの軸方向に沿って）圧
縮して、上記「第１層目」より、やや大きい外径とした
後に、前記した「第１層目」にかぶせることが好まし
い。

【００４２】本発明においては、緻密な構造が容易に得
られる点からは、例えば、下記の織構造が好適に使用可
能である。

【００４３】打込本数：２０〜３０本／インチ織角度（軸方向）：３０〜６０゜積層数：１〜２層外径（直径）：１２．１〜１２．３ｍｍ気孔率（含浸前）：４０〜６０％上記した「織角度」とは、丸編みの軸方向と該丸編みを
構成する連続繊維の方向とがなす角（鋭角側）をいう。

【００４４】上記により得られた丸編みは、必要に応じ
て、所望の長さに切断してもよい。この際、該切断は公
知の切断手段（例えば、ダイヤモンド・カッター）によ
り行うことができる。該切断の際の繊維の「ほつれ」を
防止する点からは、例えば、図１の模式断面図に示すよ
うに、スリーブ１に適当な芯材２（スリーブ１の内径と
同寸法の外径を有する）を挿入し、該スリーブ１の外側
周囲に離型紙３（厚さ２００μｍ）を巻き付けた後に、
該離型紙３および芯材２ごとスリーブ１を切断すること
が好ましい。雛型性の点からは、上記離型紙３の厚さ
は、１００〜３００μｍ程度であることが好ましい。

【００４５】（含浸および焼成）本発明において、上記
したＰＩＰ法によりＳｉＣ繊維の複合化を行う際の好ま
しい態様について説明する。

【００４６】先ず、有機シラン化合物を含浸すべき、Ｓ
ｉＣ連続繊維で製織した丸編みに、所定の芯材を挿入す
る。この含浸および焼成工程において「しわ」の発生、
および損傷（破ける等）を防止する点からは、１〜７×
１０^-6／℃程度の熱膨張係数を有するものであることが
好ましい。このような熱膨張係数を有する材料の例とし
ては、チタン棒、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチッ
ク）棒等が挙げられる。

【００４７】また、「しわ」の発生防止の点からは、上
記芯材の外径は、スリーブの内径より大きいことが焼成
時の収縮を見込む上で好ましく、更には、スリーブの内
径を基準として、２〜１０％程度芯材の外径が大きいこ
とが好ましい。

【００４８】上記スリーブ内に挿入すべき芯材には、予
め離型剤をコーティングするか、あるいは離型紙を巻き
付けておくことが好ましい。この際の「離型紙」として
は、紙製で芯材との接着面側に接着剤が配置されている
「離型テープ」が好適に使用可能である。このような離
型テープは、焼成時の加熱により容易に炭化して、容易
に除去可能であるため、上記目的に好適に使用可能であ
る。

【００４９】（有機ケイ素化合物）本発明のＰＩＰ法に
おいて使用可能な有機ケイ素化合物は、ＳｉＣを合成可
能なものである限り特に制限されないが、炭化ケイ素を
形成する点からは、ポリカルボシラン（−（Ｒ）Ｓｉ−
Ｃ−）_n（Ｒはアルキル基）、ポリビニルシランＣＨ₃−
Ｓｉ｛（ＣＨ₂＝ＣＨ）（ＣＨ₃）Ｓｉ｝_n−Ｓｉ−Ｃ
Ｈ₃、ポリシラスチレン｛（ＣＨ₆Ｈ₅）（ＣＨ₃）Ｓｉ｝
_n等が好適に使用可能である。中でも、焼成残存率の点
からは、ポリカルボシランが特に好適に使用可能であ
る。

【００５０】含浸性の点からは、上記有機ケイ素化合物
の平均分子量は、５００〜１００，０００（更には、５
００〜３０００）程度であることが好ましい。

【００５１】（含浸）含浸に際しては、必要に応じて、
溶媒を使用してもよい。このような目的に使用すべき溶
媒は、上記有機ケイ素化合物を溶解可能なものであれ
ば、特に制限されない。工業性の点からは、キシレン、
ヘキサン、トルエン等の有機溶媒が好適に使用可能であ
る。含浸に用いる溶液の濃度は、浸透性の点からは、５
０〜１００％（更には、５０〜７０）％程度であること
が好ましい。

【００５２】上記有機ケイ素化合物の含浸を効率的に行
う点からは、真空−加圧含浸の手法を用いることが好ま
しい。この際の真空度は０．１〜２０ｍｍＨｇ程度が好
ましく、加圧（ゲージ圧）は５〜１０ｋｇ／ｃｍ²程度
が好ましい。

【００５３】薄肉化と厚みの均一化の点からは、上記有
機ケイ素化合物の含浸の後に。テーピング加圧をも行う
ことが好ましい。この際のテーピングは、ポリエチレン
等からなる樹脂テープを用い、荷重１〜ｌ０ｋｇｆ程度
のカで引張りつつ、上記テープを含浸後のスリーブ表面
に巻き付けることが好ましい。この際、上記テープの荷
重は、ばね秤等の公知の手段を用いて測定することが可
能である、強度の点からは、上記テーピング用のテープ
の厚さは、１０〜３０μｍ程度であることが好ましく、
幅は５〜２０ｍｍ程度であることが好ましい。

【００５４】（焼成）焼成は、不活性ガス（窒素、アル
ゴン等）の雰囲気、常圧、高温で行い、上記によりＳｉ
Ｃ繊維間に含浸させた有機ケイ素化合物からＳｉＣを生
成させることが好ましい。最終熱処理温度は８００〜１
６００℃（更には、１３００〜１５００℃）程度である
ことが好ましい。

【００５５】この焼成の際に、スリーブに生ずる（芯材
に生じる「そり」等に基づく）可能性のある「そり」を
防止する点からは、例えば、該スリーブの外側を「プレ
ス型」で保持することが好ましい。スリーブへの着脱が
容易な点からは、このプレス型は、「割り型」（軸に垂
直な方向の断面が、半円形状）であることが好ましい。

【００５６】上記プレス型を構成する材料は、この焼成
工程における「そり」の発生を効果的に防止する点から
は、１〜７×１０^-6／℃程度の熱膨張係数を有するもの
であることが好ましい。このような熱膨張係数を有する
材料の例としては、黒鉛材等が挙げられる。

【００５７】（シュラウドの態様）本発明のスリーブ
を、原子炉制御棒用のシュラウド（薄肉管）として用い
た態様の一例を図２の模式断面図に示す。図３は、図２
の拡大図である。

【００５８】図２を参照して、Ｂ₄Ｃ等からなる中性子
吸収材ペレット１０が、本発明のスリーブからなる中空
円筒状のシュラウド１１内に配置され、更に、該シュラ
ウド１１とは所定のギャップ１２を置いて、中空円筒状
の被覆管１３（ステンレス等からなる）が配置されてい
る。

【００５９】上記シュラウド１１内の中性子吸収材ペレ
ット１０の両端は、ペレット押さえ１４ａおよび１４ｂ
によって保持され、更に、被覆管１３内の中性子吸収材
ペレット１０およびシュラウド１１は、該被覆管１３の
両端に配置された端栓１５ａおよび１５ｂによって保持
されている。該端栓の一方１５ａと、ペレット押さえの
一方１４ａとの間には、シュラウド１１を好適な状態で
保持するためのペレット押さえスプリング１６が配置さ
れている。

【００６０】以下、実施例により本発明を更に具体的に
説明する。

【００６１】

【実施例】実施例１（スリーブの形成）ＳｉＣからなる直径１４μｍの連続
繊維（日本カーボン（株）社製、商品名：ハイニカロ
ン）を丸網みして外径１２．０ｍｍφ（直径）、打込み
本数２０〜３０本／インチ、織角度（軸方向）を３０〜
６０°、肉厚が０．２ｍｍの丸編みスリーブを得た。

【００６２】図１を参照して、上記により得た丸網みの
スリーブ１に外径１２ｍの芯材２を挿入した後、該スリ
ーブの外周に、糸のほつれを防止する目的で、厚さ２０
０μｍの雛型紙３を巻き付けて該スリーブを保持した。
このようにして雛型紙３を巻き付けて該スリープをダイ
ヤモンドカッターにて、所定の長さ（１ｍ）に切断し
た、得られたスリーブの気孔率は５５％であった。

【００６３】別に、外径１１.４ｍｍφ、長さ１２００
ｍｍのチタン棒に、有機物で炭化する紙タイプの離型紙
を巻き付けた。該離型紙を巻き付けたチタン棒を、上記
で得た切断後のＳｉＣ繊維スリーブに挿入した。

【００６４】上記スリーブを気密容器内に入れ、該容器
内を真空（１ｍｍＨｇ）に引いて１０分間保持させた
後、平均分子量２０００の有機ケイ素化合物ポリカルボ
シラン（Ｓｉ（ＣH₃）ＣH₂-)n（日本カーボン（株）社
製、商品名：ニプシ）の５０％溶液（溶剤：キシレン）
１８０ｍｌを、上記容器内に加えた。更に、該容器内を
加圧（１０kg／ｃｍ²）して、１８０分間保持すること
により、上記樹脂溶液をスリーブ内に含浸させた。

【００６５】この後、上記スリーブの外周に、ポリエチ
レンテープ（厚み１５μｍ、幅１５ｍｍを荷重２ｋｇｆ
でテーピング加圧した。

【００６６】上記によりテーピングした含浸スリーブの
外周に、該スリーブ外径と同寸法内径を有する「割型」
の円筒形状（軸方向に沿って２つに割れる）の黒鉛型を
配置し、該形状が保持される程度の荷重（約２ｋｇｆ）
をかけつつ、不活性ガス（アルゴンガス）により１３５
０℃、６０分問で焼結させ、薄肉ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ
複合材料スリーブを作製した（ＰＩＰ法）。

【００６７】焼結後、スリーブから上記Ｔｉ棒を脱芯
し、該スリーブの内側および外側への付着物を、サンド
ペーパー＃１００を用いて、ＳｉＣ繊維を傷つけないよ
うに注意しつつ、除去した。

【００６８】上記緻密化後のスリーブの端面を切断し
て、所定の長さ（１００ｃｍ）に仕上げた。

【００６９】上記により得られたスリーブは、気孔率が
３０％で、且つ目視にて光の透過がなかった。該スリー
ブを平坦な表面上に乗せ、該平坦面とスリーブとの間の
最大の間隔を「隙間ゲージ」で測定したところ、該「ソ
リ」は、スリーブ長さ１ｍ当たり０．１ｍｍ程度であっ
た。

【００７０】実施例２（ＣＶＩ法およびＲＢ法によるスリーブの作製）実施例
１で用いたＰＩＰ法（ポリマー含浸焼成法）に代えて、
下記条件のＣＶＩ法（化学蒸着ガス浸透法）またはＲＢ
法（反応焼結法）をそれぞれ用いた以外は、実施例１と
同様にして、ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料（ＳｉＣ／
ＳｉＣ）からなる薄肉スリーブを得た。

【００７１】＜ＣＶＩ法の条件＞４塩化ケイ素ＳｉＣｌ
₄とメタンＣＨ₄、水素ガスキャリヤー下で１０ｔｏｒ
ｒ、１３００℃で基材スリーブ中にガスを浸透蒸着させ
る。

【００７２】＜ＲＢ法の条件＞カーボンブラック、フェ
ノール樹脂とβ一ＳｉＣ粉を水に分散させたスラリー
を、基材ＳｉＣスリーブに含浸し、乾燥させ、１４５０
℃の温度で真空中溶融シリコンを含浸させる。

【００７３】実施例３（セラミックス複合材料（ＣＭＣ）の機械的特性の評
価）スリーブ形状のＣＭＣ機械特性評価規格が無いため
「ＰＥＣ−ＴＳＣＭＣ０１長繊維強化セラミック基複
合材料の室温及び高温引張応力−ひずみ挙動試験方
法」、および「ＰＥＣ−ＴＳＣＭＣ０４長繊維強化セ
ラミックス基複合材料の室温及び高温曲げ強さ試験方
法」の規格に従って、種々のセラミックス複合材料（Ｃ
ＭＣ）からなる平板を作成し、高温引張試験と高温曝露
後の室温曲げ試験を行った。これらのＰＥＣ−ＴＳ規格
の詳細については、例えば文献（ＰＥＣ−ＴＳＣＭＣ
０１，０９）を参照することができる。

【００７４】上記により得られた高温引張試験結果、お
よび高温耐久性結果を、下記の（表４）〜（表７）に示
す。

【００７５】［表４］大気中、各温度での高温引張強度（界面：ホ゛ロンナイトライト
゛、強化繊維ハイニカロン、製法：PIP法）［表５］大気中、各温度での高温引張強度（界面：カーボン、強
化繊維ニカロン、製法：PIP法）［表６］大気中、１４００℃で高温曝露した後の室温の曲げ強度
（界面：ホ゛ロンナイトライト゛、強化繊維ハイニカロン、製法：
PIP法）［表７］大気中、１４００℃で高温曝露した後の室温曲げ強度
（界面：カーボン、強化繊維ニカロン、製法：PIP法）

【００７６】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、ＳｉＣ
繊維強化ＳｉＣ複合材料（ＳｉＣ／ＳｉＣ）からなる円
筒状薄肉スリーブであって、気孔率が４０％以下で、か
つ、肉厚が５ｍｍ以下であり、前記ＳｉＣ繊維は丸編み
されたＳｉＣ連続繊維であることを特徴とする円筒状Ｓ
ｉＣ複合材料スリーブが提供される。

【００７７】更に、本発明によれば、丸編みされたＳｉ
Ｃ連続繊維を３層以下の積層にして、有機ケイ素化合物
を含浸し、焼成する緻密化工程を繰り返すことにより、
気孔率が４０％以下で、かつ、肉厚が５ｍｍ以下のＳｉ
Ｃスリーブを得ることを特徴とする円筒状ＳｉＣ複合材
料スリーブの製造法が提供される。

【００７８】本発明のＳｉＣ複合材料スリーブは、薄肉
であるのみならず、放射線照射等の過酷な条件下におけ
る耐熱性、強度性および精密加工性に優れるという特性
を有する。

【００７９】本発明のスリーブは、原子炉制御棒用のシ
ュラウド管として優れた機能を発揮するのみならず、中
性子吸収材料たる炭化ホウ素との両立性にも優れたスリ
ーブとなる。

【００８０】本発明のスリーブは、原子炉制御棒用のシ
ュラウド管以外にも、その耐熱性、強度性および精密加
工性を活かして、核融合関連の第１壁（ダイバータ）あ
るいは高温で腐食性ガスに晒される部材（例えば、石油
クラッキングにおける熱交換器、１３００℃程度の高温
となる）等としても好適に使用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】製織した後のスリーブをカッターで切断する際
の、芯材、スリーブおよび離型紙の積層状態を示す模式
断面図である。

【図２】本発明のスリーブを原子炉制御棒のシュラウド
として用いる際の一態様を示す模式断面図である。

【図３】図２の一部拡大図である。

【符号の説明】

１…スリーブ、２…芯材、３…離型紙、１０…中性子吸
収体、１１…シュラウド、１２…ギャップ、１３…被覆
管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小野瀬庄二茨城県東茨城郡大洗町成田町4002 動力炉・核燃料開発事業団大洗工学センター内 (72)発明者光野司朗神奈川県横浜市神奈川区新浦島町１−１ −１日本カーボン株式会社研究所内 (56)参考文献特開平６−159004（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 35/565 - 35/577 C04B 35/80 G21C 5/00,7/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料（ＳｉＣ
／ＳｉＣ）からなる円筒状薄肉スリーブであって、気孔
率が４０％以下で、かつ、肉厚が５ｍｍ以下であり、前
記ＳｉＣ繊維は丸編みされたＳｉＣ連続繊維であること
を特徴とする円筒状ＳｉＣ複合材料スリーブ。
【請求項２】前記円筒状ＳｉＣ複合材料スリーブが、
前記丸編みされたＳｉＣ連続繊維に有機ケイ素化合物を
含浸した後、焼成してなるＳｉＣ／ＳｉＣである請求項
１記載の円筒状ＳｉＣ複合材料スリーブ。
【請求項３】前記丸編みされたＳｉＣ連続繊維の３層
以下の積層からなる請求項１記載の円筒状ＳｉＣ複合材
料スリーブ。
【請求項４】丸編みされたＳｉＣ連続繊維を３層以下
の積層にして、有機ケイ素化合物を含浸し焼成する緻密
化工程を繰り返すことにより、気孔率が４０％以下で、
かつ、肉厚が５ｍｍ以下のＳｉＣスリーブを得ることを
特徴とする円筒状ＳｉＣ複合材料スリーブの製造法。