JP2002502346A

JP2002502346A - 繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる内燃機関用排気多岐管

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Publication number: JP2002502346A
Application number: JP50928497A
Authority: JP
Inventors: スティーブンアトムア; エドワードストラッサ
Original assignee: ノースロップグルマンコーポレーション
Priority date: 1995-08-16
Filing date: 1996-07-16
Publication date: 2002-01-22
Also published as: WO1997007079A1; US5687787A; EP0866782A4; TW307810B; US5888641A; MX9801317A; AU6546896A; CA2229455A1; EP0866782A1; IL123304A0; BR9610348A; KR19990036408A

Abstract

(57)【要約】本発明は、内燃機関若しくはそれと同様のものの要素に関するものであり、特に強化セラミックマトリックス複合材料からなる内燃機関の排気多岐管（１０）に関するものである。本発明は熱衝撃による破損、微衝撃による損傷、腐食、エンジンの重量、若しくはそれと同様のものが原因で起こる故障の問題を解決するものである。排気多岐管（１０）を作るための方法は、単一物として鋳造可能であり、気孔を含むセラミックのライナーを成形する工程と、気孔をプレセラミックポリマー樹脂で埋める工程と、界面材料で強化繊維にコーティングを施す工程と、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を成形する工程と、係る混合物を鋳造される材料の少なくとも一部分上に置くことにより、係る混合物から排気多岐管を型取った構造物を成形する工程と、係る構造物を焼成する工程と、それにより強化セラミック複合材料を成形する工程とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる内燃機関用排気多岐管技術分野本発明は、内燃機関等の部品に関するものであり、特に、内燃機関の排気物質を管で送るための装置に関するものである。係る内燃機関の排気物質を管で送るための装置は、係る装置に接続され、複数のエンジン排気ポートから排気ガスを受け取る複数のヘッダパイプと、排気管に接続された排気口とからなる。とりわけ、本発明は耐折損性、耐高温特性、耐腐食性、並びに低い断熱性を特徴とする構造繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる内燃機関用排気多岐管に関する。背景技術何年もの間、内燃機関の排気機関は本質的な変化がない状態が続いていた。排気多岐管は一般的に鋳鉄若しくは鋳鋼、若しくは管状の鉄から作られ、エンジンの排気ポートから排出される排気ガスを集積して唯一の排気管へと排出する。一般的に、マフラー、並びに／若しくは触媒変換装置はエンジン作動時に生成するノイズおよび汚染物を低減するために排気管と一連に管内に配置されている。一般的な従来の排気多岐管の構図を簡易図面で示す。係る多岐管は図１にて一般的に１０として示される。複数のフランジ１２はエンジン（図示されていない）の排気ポート（図示されていない）上にボルト若しくはクランプで取付けられる。フランジ１２は個別のヘッダパイプ１４を共通の排気口１６へ接続する。排気口１６は排気機構（図示されていない）へ誘導し、係る排気機構に１８に示される位置で連結される。エンジン全体の作動には、排気ガスの流量が好ましいこと( 最小絞り)が重要であるので、管の曲がり具合、内側の平滑さ、並びにそれと同様のものが設計者により考慮されるべき因子である。このような因子は本発明の新規性と何らかの関連があるが、本発明では一般的な技法を有する当業者に容易に理解される方法で真の新規性を明確に指摘する簡易図面を用いているため言及しない。初期および現在使用される従来の排気多岐管の大部分は図２に示されるように全体が金属からなる。市販されている多岐管は一般的に鋳鉄若しくは鋳鋼から作られる(作られた)。一方、高性能エンジン若しくはそれと同様のものに用いられる特殊な多岐管は当業者に知られるように「調整された」多岐管を供給するために、溶接鋼若しくはステンレス鋼管から作られる(作られた)。エンジンの設計者は従来の金属製排気多岐管に関して２つの独立した領域で問題を抱え続けている。第１に、エンジンが高負荷で作動している間に排気ガスの温度は１４００°Ｆを超える可能性があるが、多岐管が機械的に接合されるエンジンブロックは水冷機関により温度が３００°Ｆ以下に保たれている。鋳鉄製排気多岐管が熱くなりすぎるのを放置すると、機械的に接合される２つの部品間の熱膨張の大きな差により多岐管に誘導される高負荷が原因で多岐管は湾曲しさらにはクラックが生じる可能性がある。これは多岐管の温度がエンジンブロックの温度より高いことに起因する。多岐管はブロックへの機械的接合部が許容するよりもずっと大きく熱膨張する。この欠点により排気ガスが処理されぬままエンジン区画に入り込む。このため多岐管の交換、若しくは多岐管の撤去並びに修理が通常必要になる。これは一般的にあまり知られている問題ではないが、エンジン設計を行う当業者にとって依然解決されていない問題である。この問題を低減するために現在用いられている技術的解決方法として、コストがかなり高いが鋳鉄よりもかなり低い熱膨張係数を有するステンレス鋼の使用が挙げられる。若しくは、取付けられたフランジでブロックへとはね返される遮断された熱を増加させることにより排気多岐管全体の温度を下げる方法がある。若しくは多岐管が膨張できるように、相互に内部へ滑り込むセグメントへと排気多岐管を分割する方法がある。しかしながら、セグメントに分割した多岐管は接続部に漏れが生じる傾向がある。エンジン設計者にとって第２の主要な問題は主として船舶の設計分野で生じる。この設計分野で船内に適用する際に常に必要とされる条件はエンジン区画の最大許容温度並びにエンジンの「接触」温度を支配する。そのため、技術的制限を充足するために、水冷式多岐管の使用が通常必要となる。この適用とともに生じる主要な問題は金属製多岐管の腐食である。結果として、鋳鉄製の水冷式多岐管は必要以上に頻繁に交換しなければならない。若しくは、はるかにコストが高いステンレス鋼から多岐管を製造しなければならない。ごく最近、より高い作動温度をもつエンジンの使用のために、図３に示すようにセラミックライナー２０の付加が提案された。このために、当業者は単一化したセラミック材料の使用のみを提案している。例として、フォード・モーター・カンパニーのハートソック（５，４０４，７２１）への１９９５年の特許を参照されたい。それゆえ、全体が繊維構造強化セラミックマトリックス複合材料からなる排気多岐管を供給することが本発明の目的である。本発明のその他の目的並びに効果は、添付の図面を参照して以下の説明で明らかにする。発明の概要前述の本発明の目的は内燃機関用排気多岐管によって達成された。係る排気多岐管は、多岐管に接続され、複数のエンジン排出ポートから排気ガスを受け取る複数のヘッダパイプと、排気管若しくは排気機関に接続される唯一の排気口とを有する。係る排気管若しくは排気機関内に繊維構造強化セラミックマトリックス複合材料からなる排気多岐管が存在する。係る繊維構造強化セラミックマトリックス複合材料は、セラミックマトリックス全体に配置される一般的な樹脂構造をもつ繊維からなり、係る繊維は一般的な界面材料でコーティングが施される。セラミックマトリックスを創るのに好ましい樹脂は、珪素−カルボキシル樹脂およびアルミナ珪酸塩樹脂の２種類のポリマー誘導セラミック樹脂のいずれか一方か、若しくはセメント状樹脂からなる。係るセメント状樹脂はリン酸モノアルミニウム（モノアルミノりん酸塩としても知られている）樹脂のような一般的な構造を有する重合複合体加工技術を適用して改良される。好ましい一般的な繊維構造というのは、アルミナ、アルテックス、ネクステル３１２、ネクステル４４０、ネクステル５１０、ネクステル５５０、窒化珪素、炭化珪素、ＨＰＺ、黒鉛、炭素および泥炭からなる。好ましい一般的な界面材料というのは、炭素、窒化珪素、カルボキシル珪素、炭化珪素、窒化ほう素、若しくはこれらの界面材料うち一つ、若しくはそれ以上の層状結合物からなる。本発明の同時係属出願（「セラミックマトリックス複合材料でラインされた自動車部品及び繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる自動車部品の製造方法及びその装置」、出願番号）の中で、改善された繊維構造強化セラミックマトリックス（ＦＲＣＭＣ）複合材料は排気多岐管のような金属部品にライナーを施すために開示されている。係る排気管は熱衝撃による破損、微衝撃による損傷、若しくは単一化したセラミックライナーの腐食が原因で起こる故障の問題から影響を受けない。本発明の第１の態様には、耐折損性セラミックライナーを含む金属部品を作る方法について示されており、ライナーを形成するための連結面を有する金属表面を形成する工程と、気孔を含むセラミック材料からなるライナーを形成する工程と、プレセラミック樹脂を用いて気孔を塞ぐ工程と、ライナーを施したプレセラミック樹脂を所定温度で所定時間（樹脂の製造業者により設定される）焼成させることで、気孔中の樹脂をセラミックへと変換する工程と、金属部品の連結表面とセラミックライナーとを接合する工程とからなる。一実施態様では、気孔を含むセラミック材料からなるライナーを形成するための工程は以下よりなる。その工程は、安価に鋳造できるセメンテイタススラリーをライナーの型を取った鋳型中に流し込む段階と、所定温度で所定時間鋳型に入った懸濁液を焼成することで鋳型に入ったスラリーを扱いやすいプレセラミック樹脂へと変換する段階と、鋳型からプレセラミック樹脂を取り出す段階と、所定時間プレセラミック樹脂を焼成する段階とからなる。そして、ポリマー誘導セラミック樹脂を用いて気孔を塞ぐ段階は、気孔中が樹脂で満たされるまで液状のプレセラミックポリマー樹脂がはいったバスにライナーを浸ける段階からなる。用いる樹脂は珪素−カルボキシル樹脂（アリイド・シグナル社より商標名ブラックグラスで販売されている）が望ましい。第２の実施態様は、気孔を含むセラミック材料からなるライナーを作る次の工程からなる。その工程は、ライナーを形取った鋳型の３０％から６０％の容量まで繊維のプレフォームを配置する段階と、プレフォームを通し液体のプレセラミックポリマー樹脂を鋳型中の残りの容量いっぱいに注入する段階と、所定温度で所定時間鋳型を焼成することで扱いやすいプレセラミック樹脂へと変換する段階と、鋳型からプレセラミック樹脂を取り出す段階と、所定温度で所定時間プレセラミック樹脂を焼成することでプレセラミック樹脂をガス放出により形成される気孔を含むセラミックマトリックス複合材料へと変換する段階とからなる。用いる液状のプレセラミック樹脂は珪素−カルボキシル樹脂（アリイド・シグナル社より商標名ブラックグラスで販売）が望ましい。本発明の第２の態様は、耐折損性セラミックライナーが施された金属部品を形成する方法である。この方法は気孔を含むセラミックの材料で出来たライナーを形成する工程と、プレセラミックポリマー樹脂で飽和したライナーを用いて気孔を塞ぐ工程と、プレセラミックポリマー樹脂で飽和させたライナーを所定温度で所定時間（樹脂の製造業者により設定される）焼成することで気孔中の樹脂をセラミックへと変換する工程と、その部品を形成する金属により占められる鋳型の一部分に面しているライナーの連結面と金属部品とを接合させるように、金属部品用の鋳型の中にライナーを置く工程と、部品を形成するために溶融した金属を鋳型中に流し込む工程とからなる。本発明の第２の様態で示したものと同じように、気孔を含むセラミック材料からなるライナーを形成する工程は、前述した方法を含んでもよい。そして、気孔にポリマー誘導セラミック樹脂を再び充填する工程は、気孔が樹脂で飽和されるまで、所定温度で所定時間プレセラミックポリマー樹脂で飽和させたライナーを焼成することで液状のプレセラミックポリマー樹脂がはいったバスにライナーを浸ける段階と、気孔中の樹脂をセラミックへと変換する段階とからなる。ガス放出によって形成される気孔を埋める工程により気孔を消失させるために、事実上全体的に最終生成物から気孔がなくなるまで気孔を埋める作業と焼成する作業とを何度か繰り返すのが望ましい。本発明の他の態様では、繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる自動車部品を作る方法が開示されている。係る方法は以下に示すように、繊維強化複合セラミックマトリックスを形成するのに有用である一般的な繊維構造をもつ繊維から部品の形をしたプレフォームを成形する工程と、部品の形をした鋳型のキャビティにプレフォームを設置する工程と、液状のポリマー誘導セラミック樹脂をキャビティを通して流し込んでキャビティを埋めるとともにプレフォームを充填させる工程と、ポリマー誘導セラミック樹脂とともに所定温度で所定時間鋳型を加熱する工程（この工程により、液状のポリマー誘導セラミック樹脂で充填させたプレフォームはポリマー複合材料からなる部品へ変換される）と、ポリマー複合材料からなる部品を型から取り出す工程と、ポリマー誘導セラミック樹脂とともに所定温度で所定時間不活性雰囲気下、ポリマー複合材料からなる部品を焼成する工程（この工程によりポリマー誘導セラミック樹脂はセラミックへ変換され、それによりポリマー複合材料からなる部品は繊維強化複合セラミックマトリックス複合材料からなる部品へと変換される）とからなる。好ましくは、この方法は、繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる部品を液状のポリマー誘導セラミック樹脂のはいったバスに浸けることにより焼いている間ガス放出により形成される気孔を液状のポリマー誘導セラミック樹脂で埋める工程と、ポリマー誘導セラミック樹脂とともに所定温度で所定時間、不活性雰囲気下で繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる部品を焼成する工程（この工程により気孔中のポリマー誘導セラミック樹脂はセラミックへ変換される）と、繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる部品に存在する気孔の存在割合が、この部品が最大強度をもつために必要である既知の存在割合よりも小さくなるまでこの工程を繰り返す工程とからなる。エンジン多岐管のような空洞部品を成形するのにより適切な方法は次に示すように、繊維強化セラミックマトリックス複合材料に使用可能である一般的な繊維構造をもつ繊維から、多岐管下部を形取った１番目のプレフォームを成形する工程と、多岐管下部を形取った１番目の鋳型中のキャビティに１番目のプレフォームを置く工程と、液状のポリマー誘導セラミック樹脂をキャビティから流し込んでキャビティを埋めるとともにプレフォームを充満させる工程と、ポリマー誘導セラミック樹脂とともに所定温度で所定時間１番目の鋳型を加熱することで液状のセラミック樹脂を充満させた１番目のプレフォームをポリマー複合体からなる１番目の部品へと変換する工程と、鋳型からポリマー複合材料からなる１番目の部品を取り出す工程と、多岐管上部を形取った２番目の鋳型中のキャビティに２番目のプレフォームを置く工程と、液状のポリマー誘導セラミック樹脂をキャビティから流し込んでキャビティを埋めるとともにプレフォームを充満させる工程と、ポリマー誘導セラミック樹脂とともに所定温度で所定時間２番目の鋳型を加熱することで、液状のセラミック樹脂を充満させた２番目のプレフォームをポリマー複合体からなる２番目の部品へと変換する工程と、ポリマー複合材料からなる２番目の部品を鋳型から取り出す工程と、多岐管を導管状の空洞部品として成形するために、ポリマー複合体からなる１番目の部品と２番目の部品とを連結面に沿って融着させる工程と、ポリマー誘導セラミック樹脂とともに所定温度で所定時間、不活性雰囲気下でポリマー複合材料からなる多岐管を焼く工程（この工程により、ポリマー誘導セラミック樹脂はセラミックへ変換され、それによってポリマー複合材料からなる多岐管は繊維強化複合セラミックマトリックス複合材料からなる多岐管へ変換され、並びに多岐管上部と多岐管下部とが連結面に沿って融着される）とからなる。好ましくは、最終的なマニフォールドに最大強度を付与し並びに連結面のへりに沿って存在する漏れを塞ぐために、上記に記述された方法でガス放出により形成される気孔を塞ぐのが好ましい。排気多岐管が、セラミック海綿状触媒基質組織を内部に充満しているような排気多岐管である場合では、手順並びに必要になる工具は以下に示す方法によって大きく簡易化される。その方法は、多岐管上部を形取った２番目の鋳型のキャビティ内に２番目のプレフォームを置く工程に先立って、付加的に以下の工程を含む。その工程は、２番目の鋳型のキャビティ区画壁の一部として１番目のプレフォームを置く工程と、セラミック海綿状触媒基質組織を１番目のプレフォーム内に入れる工程（この工程により、１番目のプレフォーム並びにセラミック海綿状触媒基質組織がともに２番目のキャビティの壁の一部を形成する）である。このように、エンジンの重量並びにそれと同様のものに着目すると、全体がセラミック材料からなる排気多岐管がより望ましい。図面の簡単な説明図１は、一般的な排気多岐管の構造の簡易平面図である。図２は、図１の排気多岐管が従来の金属製多岐管であるとき、係る排気多岐管のII／III／IV−II／III／IV面での切断面である。図３は、図１の排気多岐管が、その内側面に単一化したセラミックライナーを有する従来の金属製排気多岐管であるとき、係る排気多岐管のII／III／IV−II ／III／IV面での切断面である。図４は、図１の排気多岐管が、多岐管が本発明に従って全体がＦＲＣＭＣ材料からなる多岐管であるとき、係る排気多岐管のII／III／IV−II／III／IV面での切断面である。図５は、本発明の全体がＦＲＣＭＣ材料からなる多岐管に、どのようにして付加的構造の金属部材を鋳造により取付けるかを示す鋳型の部分的切り欠き簡易図面である。発明を実施するための最良の形態本発明により、および前述のエンジン中にも用いられているように、従来の単一化したセラミック製構造物に特有のひずみ不耐性並びに切り欠き感受性をなくすために、図４に図示される多岐管１０'は全体的にＦＲＣＭＣからなる。好ましくは、ＦＲＣＭＣは商業上適用できる幾つかのプレセラミック樹脂（以下に示される「セラミックポリマー樹脂」という語句と交換可能である）のいずれか、若しくはセメント状構造物を用いてもよい。係るプレセラミック樹脂は、珪素−カルボキシル樹脂(アリイド・シグナル社より商標名ブラックグラスとして販売されている)、アルミナ珪酸塩樹脂（アプライド・ポーレラミックス社より商品名デザインネーションＣＯ２として販売されている）のようなものである。係るセメント状構造物は、一般的な構造のポリマー複合材料の加工方法を適用して改良されたものである。係る一般的な構造のポリマー複合材料は、一般的な繊維構造と結合したりん酸モノアルミニウム樹脂（モノアルミノリン酸塩としても知られている）のようなものである。係る一般的な繊維構造（以下に示される「強化繊維」という語句と交換可能である）は、次に挙げるものに限定しないが例えば、アルミナ、アルテックス、ネクステル３１２、ネクステル４４０、ネクステル５１０、ネクステル５５０、窒化珪素、炭化珪素、ＨＰＺ、黒鉛、炭素および泥炭などである。本発明の目的を達成するために、繊維構造をまず０．１から５．０ミクロンの厚さの界面材料でコーティングを施す。係る界面材料は、次に挙げるものに限定しないが例えば、炭素、窒化珪素、珪素−カルボキシル、炭化珪素、窒化ほう素などである。これらの界面材料のうち、一つ、若しくはそれ以上の層状結合物を用いてコーティングを施す。界面材料は樹脂が直接繊維構造中の繊維に吸着するのを防ぐ。このようにして、樹脂がセラミックマトリックスに変換されるとき、セラミックと繊維との間に僅かな非結合層が形成され、この非結合層が最終的なＦＲＣＭＣ材料のもつ望ましい延性を与える原因となる。このように、本発明に従って耐折損性、耐高温特性、耐熱性、耐侵食性、および低い耐熱性を有するセラミック製排気多岐管を形成する工程は、産業上最も優れた方法により繊維構造上に界面材料を施す段階と、界面材料でコーティングを施された繊維構造を樹脂と混合する段階と、構造的にポリマー複合材料からなる装置の加工で用いられる産業上最も優れた方法に従って多岐管を形成する段階と、材料の供給業者の仕様書に従って高温にて最終的な部品を焼成することにより樹脂をセラミックに変換するための段階とからなる。従来の金属製多岐管並びに有用な単一化したセラミックからなる多岐管と比較して、ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管には数多くの明確な利点がある。１）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管はセラミックであるので、係る多岐管は金属製の多岐管よりも優れた断熱性を本来的に有しており、それゆえ係る多岐管はエンジン区画の熱負荷を低減できる。２）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管はセラミックであるので、係る多岐管は金属製の多岐管よりもずっと低い熱膨張係数を本来より有しており、このため係る多岐管はエンジンブロックおよび多岐管の最高温度間の差から多岐管上に熱的に誘導される負荷を低減できる。３）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管はセラミックであるので、係る多岐管は耐腐食性を本来より有している。４）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管はセラミックであるので、係る多岐管は金属製の多岐管よりも優れた耐高温特性を本来より有している。５）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管はセラミックであるので、係る多岐管は本来から金属製の多岐管よりもはるかに軽い(ＦＲＣＭＣはアルミニウムより密度が小さい。例：およそ０．０８ポンド／キュービックインチ)。６）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管は繊維界面コーティングが施された繊維強化複合材料であるので、係る多岐管は単一化したセラミックからなる多岐管よりもはるかに優れたひずみ耐性（延性）を有する。７）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管は繊維界面コーティングが施された繊維強化複合材料であるので、係る多岐管は単一化したセラミックからなる多岐管よりも切欠き感受性がはるかに小さい。８）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管は繊維界面コーティングが施された繊維強化複合材料であるので、係る多岐管は単一化したセラミックからなる多岐管よりもはるかに優れた耐折損性を有する。９）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管は繊維界面材料でコーティングが施された繊維強化複合材料であるので、係る多岐管の強度特性は、繊維、界面コーティング材料並びに繊維の配向性の選択によってうまく調整することができる。１０）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管は繊維界面コーティングが施された繊維強化複合材料であるので、係る多岐管の熱膨張係数は、繊維構造の選択によりエンジンブロックの熱膨張係数により適合するように調整することができる。１１）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管は繊維界面コーティングが施された繊維強化セラミックマトリックス複合材料であるので、係る多岐管の材料特性は、金属製の多岐管よりも多岐管の作動温度範囲内での温度調節機能を劣化させない。１２）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管は繊維界面コーティングが施された繊維強化セラミックマトリックス複合材料であるので、係る多岐管は、単一化したセラミックからなる多岐管よりも熱衝撃による損傷に対して大きな抵抗性を有する。実施例：ＦＲＣＭＣ排気多岐管の加工法１．後の工程で接合する一対の多岐管半分（上部半分並びに下部半分）、若しくは完全な多岐管を織布製マットからレイ−アップする。係る織布製マットは繊維からなり、係る繊維は次に挙げるものに限定しないが例えば、アルミナ、アルテックス、ネクステル３１２、ネクステル４４０、ネクステル５１０、ネクステル５５０、窒化珪素、炭化珪素、ＨＰＺ、黒鉛、炭素および泥炭などである。２．多岐管半分若しくは完全な多岐管を型取った繊維のプレフォームに、産業上最も優れた方法により繊維界面コーティングを施す。繊維の多岐管の型を成形するよりも前に、繊維に界面材料でコーティングを施してよい。この出願の譲受人であるノースロップ・コーポレーションは界面コーティングの適用に関する数多くの特許を取得している。その中には、「プレフォームの製造方法のための装置(特許番号：ＵＳ５，０３４，１８１)」、「セラミック繊維−マトリックス複合材料を強化するために、前もって割目を施したた繊維コーティング剤を形成する方法(特許番号：ＵＳ５，１１０，７７１)」、「セラミック繊維マトリックス複合材料を強化するための非結合性多層の繊維コーティング(特許番号：ＵＳ５，２７５，９８４)」、「非酸素性セラミックマトリックス複合材料を強化するための延性のある繊維コーティング(特許番号：ＵＳ５，１６２，２７１)」、「セラミックマトリックス複合材料を強化するための空の気孔をもつ砕けにくい繊維コーティング(特許番号：ＵＳ５，２２１，５７８)」、並びにこれらの参考文献に記載されている教示も含まれる。また、アリイド・シグナル社並びにシンテリアル社は界面コーティング材料を販売している民間会社である。３．多岐管半分若しくは完全な多岐管は次に樹脂で飽和させる。この工程ではブラックグラス樹脂が用いられる。この工程ではまた、多岐管形状の構造物を形成するためにポリマー誘導セラミック樹脂と界面材料でコーティングが施された一般的な繊維構造の繊維との混合物を加圧下で鋳型中に押し入れる。４．樹脂で飽和させた多岐管半分若しくは完全な多岐管を、次に示したサイクルの通りに加熱させる。Ａ）１分間に２．７°の割合で常温から１５０°Ｆまで昇温するＢ）３０分間１５０°Ｆに保持するＣ）１分間に１．７°の割合で３００°Ｆに昇温するＤ）６０分間３００°Ｆに保持するＥ）部品を鋳型から外すために、温度が１４０°Ｆ以下になるまで１分間に１．２°の割合で冷却するここで触れておきたいのは、使用に適した機器を作るための各種の加熱サイクルがあるということである。前述したものはその中の一例にすぎず例外的なものではない。５．多岐管半分が形成されたら、完全な多岐管を形成するために、係る多岐管はこの時点で連結面に沿ってスナップで留めるか若しくは添い合わせる。合体させた２つの部品は最低５分間ブラックグラス樹脂の中に浸ける。この部品を次に樹脂から取り出し、へり同士を融着させるために前述の昇温速度で加熱する。６．次に、ポリマー複合材料部品を熱分解する。この過程では、標準的な炉の中での熱分解サイクルのためには、１９００°Ｆに耐えることができるステンレス鋼製の箱のような密閉された容器の加工が必要である。あるいは、可能であれば不活性ガス炉を用いてもよい。箱内部に不活性ガスを充填させるために、箱の上部および下部に１つずつの計２つの管を箱に設置する必要がある。ここに一例を示す。まず、多岐管を箱の中に置き、次に箱を標準的な炉の中に置く。そして錆のない鉄製の管を、箱の下部にあるコネクターと、高純度のアルゴンガス供給源とに接続する。アルゴンガスの代わりに同等の不活性ガスを用いてもよい。アルゴンガスを箱の中に注入すると、熱サイクル全体で５−１０標準キュービックインチ／時間の割合で上部のベントからアルゴンガスが排出されることから、多岐管が全体的に不活性ガス雰囲気下にあることが確認できる。炉を閉じて次のように加熱を行う。Ａ）１時間に３０°の割合で３００°Ｆまで昇温するＢ）１時間に４３°の割合で９００°Ｆまで昇温するＣ）１時間に２０°の割合で１４００°Ｆまで昇温するＤ）１時間に５０°の割合で１６００°Ｆまで昇温するＥ）４時間１４００°Ｆに保持するＦ）１時間に１．５°の割合で、７７°Ｆまで冷却するまた、ここで示したもの以外にも有用な機器を作るための数多くの加熱サイクルがあり、ここで示したものはその中の一例にすぎない。７．冷却が終わったらすぐに多岐管を炉および箱から取り出し、多岐管中の空気をすべて除去するために十分な時間多岐管をブラックグラス樹脂のバス中に沈めておく(通常５分若しくはそれ以上)。この工程では真空浸潤を用いてもよい。この工程によって、ガス放出により生じるすべての気孔、若しくはＦＲＣＭＣからなる多岐管中のマトリックスの縮みが樹脂で飽和される。８．気孔の存在割合が完成段階のマニフォールドに最大強度を与える望ましい基準値よりも小さくなるまで工程６並びに７を繰り返す。一般的にはこのサイクルを５回繰り返すことが望ましい。多岐管はこの時点で使用可能な状態になる。図５に本発明の一態様が描かれている。係る実施様態は、好ましくは最終的な多岐管の強度を増すために用いられる。多岐管１０’はセラミック材料であるので、係る多岐管１０’は溶融した金属と接触しても損傷することはない。このようにして、基本的な多岐管１０’は前述の通りに形成することが可能である。このように例として完成されたフランジ１２をもたずに多岐管１０’を形成することが可能である。図５に描かれているように、基本的な多岐管１０’を次に鋳型２２の中に置く。溶融した金属２４を次に鋳型２２の中に注入する。係る金属２４はＦＲＣＭＣからなる多岐管１０’を囲む部分周辺に注入されるため、係る多岐管１０’は周辺部分を金属によって強固に包囲される。その後金属２４は硬化してフランジ１２並びに／若しくは、好ましくは背面補強機構２６を形成する。排気機構並びに／若しくはそれと同様のものからの過度の曲げ力に対抗して多岐管を補強するために、係る背面補強機構２６は自動車にボルトで取付けることが可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成９年３月１４日（１９９７．３．１４）【補正内容】明細書繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる内燃機関用排気多岐管技術分野本発明は、内燃機関等の部品に関するものであり、特に、内燃機関の排気物質を管で送るための装置に関するものである。係る内燃機関の排気物質を管で送るための装置は、係る装置に接続され、複数のエンジン排気ポートから排気ガスを受け取る複数のヘッダパイプと、排気管に接続された排気口とからなる。とりわけ、本発明は耐折損性、耐高温特性、耐腐食性、並びに低い断熱性を特徴とする構造繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる内燃機関用排気多岐管に関する。背景技術何年もの間、内燃機関の排気機関は本質的な変化がない状態が続いていた。排気多岐管は一般的に鋳鉄若しくは鋳鋼、若しくは管状の鉄から作られ、エンジンの排気ポートから排出される排気ガスを集積して唯一の排気管へと排出する。一般的に、マフラー、並びに／若しくは触媒変換装置はエンジン作動時に生成するノイズおよび汚染物を低減するために排気管と一連に管内に配置されている。一般的な従来の排気多岐管の構図を簡易図面で示す。係る多岐管は図１にて一般的に１０として示される。複数のフランジ１２はエンジン（図示されていない）の排気ポート（図示されていない）上にボルト若しくはクランプで取付けられる。フランジ１２は個別のヘッダパイプ１４を共通の排気口１６へ接続する。排気口１６は排気機構（図示されていない）へ誘導し、係る排気機構に１８に示される位置で連結される。エンジン全体の作動には、排気ガスの流量が好ましいこと（最小絞り）が重要であるので、管の曲がり具合、内側の平滑さ、並びにそれと同様のものが設計者により考慮されるべき因子である。このような因子は本発明の新規性と何らかの関連があるが、本発明では一般的な技法を有する当業者に容易に理解される方法で真の新規性を明確に指摘する簡易図面を用いているため言及しない。初期および現在使用される従来の排気多岐管の大部分は図２に示されるように全体が金属からなる。市販されている多岐管は一般的に鋳鉄若しくは鋳鋼から作られる(作られた)。一方、高性能エンジン若しくはそれと同様のものに用いられる特殊な多岐管は当業者に知られるように「調整された」多岐管を供給するために、溶接鋼若しくはステンレス鋼管から作られる(作られた)。エンジンの設計者は従来の金属製排気多岐管に関して２つの独立した領域で問題を抱え続けている。第１に、エンジンが高負荷で作動している間に排気ガスの温度は１４００°Ｆを超える可能性があるが、多岐管が機械的に接合されるエンジンブロックは水冷機関により温度が３００°Ｆ以下に保たれている。鋳鉄製排気多岐管が熱くなりすぎるのを放置すると、機械的に接合される２つの部品間の熱膨張の大きな差により多岐管に誘導される高負荷が原因で多岐管は湾曲しさらにはクラックが生じる可能性がある。これは多岐管の温度がエンジンブロックの温度より高いことに起因する。多岐管はブロックへの機械的接合部が許容するよりもずっと大きく熱膨張する。この欠点により排気ガスが処理されぬままエンジン区画に入り込む。このため多岐管の交換、若しくは多岐管の撤去並びに修理が通常必要になる。これは一般的にあまり知られている問題ではないが、エンジン設計を行う当業者にとって依然解決されていない問題である。この問題を低減するために現在用いられている技術的解決方法として、コストがかなり高いが鋳鉄よりもかなり低い熱膨張係数を有するステンレス鋼の使用が挙げられる。若しくは、取付けられたフランジでブロックへとはね返される遮断された熱を増加させることにより排気多岐管全体の温度を下げる方法がある。若しくは多岐管が膨張できるように、相互に内部へ滑り込むセグメントへと排気多岐管を分割する方法がある。しかしながら、セグメントに分割した多岐管は接続部に漏れが生じる傾向がある。エンジン設計者にとって第２の主要な問題は主として船舶の設計分野で生じる。この設計分野で船内に適用する際に常に必要とされる条件はエンジン区画の最大許容温度並びにエンジンの「接触」温度を支配する。そのため、技術的制限を充足するために水冷式多岐管の使用が通常必要となる。この適用とともに生じる主要な問題は金属製多岐管の腐食である。結果として、鋳鉄製の水冷式多岐管は必要以上に頻繁に交換しなければならない。若しくは、はるかにコストが高いステンレス鋼から多岐管を製造しなければならない。ごく最近、より高い作動温度をもつエンジンの使用のために、図３に示すようにセラミックライナー２０の付加が提案された。このために、当業者は単一化したセラミック材料の使用のみを提案している。例として、フォード・モーター・カンパニーのハートソック（５，４０４，７２１）への１９９５年の特許を参照されたい。それゆえ、全体が繊維構造強化セラミックマトリックス複合材料からなる排気多岐管を供給することが本発明の目的である。本発明のその他の目的並びに効果は、添付の図面を参照して以下の説明で明らかにする。発明の概要前述の本発明の目的は内燃機関用排気多岐管によって達成された。係る排気多岐管は、多岐管に接続され、複数のエンジン排出ポートから排気ガスを受け取る複数のヘッダパイプと、排気管若しくは排気機関に接続される唯一の排気口とを有する。係る排気管若しくは排気機関内に繊維構造強化セラミックマトリックス複合材料からなる排気多岐管が存在する。係る繊維構造強化セラミックマトリックス複合材料は、セラミックマトリックス全体に配置される一般的な樹脂構造をもつ繊維からなり、係る繊維は一般的な界面材料でコーティングが施される。セラミックマトリックスを創るのに好ましい樹脂は、珪素−カルボキシル樹脂およびアルミナ珪酸塩樹脂の２種類のポリマー誘導セラミック樹脂のいずれか一方か、若しくはセメント状樹脂からなる。係るセメント状樹脂はリン酸モノアルミニウム（モノアルミノりん酸塩としても知られている）樹脂のような一般的な構造を有する重合複合体加工技術を適用して改良される。好ましい一般的な繊維構造というのは、アルミナ、アルテックス、ネクステル３１２、ネクステル４４０、ネクステル５１０、ネクステル５５０、窒化珪素、炭化珪素、ＨＰＺ、黒鉛、炭素および泥炭からなる。好ましい一般的な界面材料というのは、炭素、窒化珪素、カルボキシル珪素、炭化珪素、窒化ほう素、若しくはこれらの界面材料うち一つ、若しくはそれ以上の層状結合物からなる。本発明の同時係属出願（「セラミックマトリックス複合材料でラインされた自動車部品及び繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる自動車部品の製造方法及びその装置」、出願番号：ＰＣＴ／ＵＳ／１１７７２）の中で、改善された繊維構造強化セラミックマトリックス（ＦＲＣＭＣ）複合材料は排気多岐管のような金属部品にライナーを施すために開示されている。係る排気管は熱衝撃による破損、微衝撃による損傷、若しくは単一化したセラミックライナーの腐食が原因で起こる故障の問題から影響を受けない。本発明の第１の態様には、耐折損性セラミックライナーを含む金属部品を作る方法について示されており、ライナーを形成するための連結面を有する金属表面を形成する工程と、気孔を含むセラミック材料からなるライナーを形成する工程と、プレセラミック樹脂を用いて気孔を塞ぐ工程と、ライナーを施したプレセラミック樹脂を所定温度で所定時間（樹脂の製造業者により設定される）焼成させることで気孔中で樹脂をセラミックへと変換する工程と、金属部品の連結表面とセラミックライナーとを接合する工程とからなる。一実施態様では、気孔を含むセラミック材料からなるライナーを形成するための工程は以下よりなる。その工程は、安価に鋳造できるセメンテイタススラリーをライナーの型を取った鋳型中に流し込む段階と、所定温度で所定時間鋳型に入った懸濁液を焼成することで鋳型に入ったスラリーを扱いやすいプレセラミック樹脂へと変換する段階と、鋳型からプレセラミック樹脂を取り出す段階と、所定時間プレセラミック樹脂を焼成する段階とからなる。そして、ポリマー誘導セラミック樹脂を用いて気孔を塞ぐ段階は、気孔中が樹脂で満たされるまで液状のプレセラミックポリマー樹脂がはいったバスにライナーを浸ける段階からなる。用いる樹脂は珪素−カルボキシル樹脂（アリイド・シグナル社より商標名ブラックグラスで販売されている）が望ましい。第２の実施態様は、気孔を含むセラミック材料からなるライナーを作る次の工程からなる。その工程は、ライナーを形取った鋳型の３０％から６０％の容量まで繊維のプレフォームを配置する段階と、プレフォームを通し液体のプレセラミックポリマー樹脂を鋳型中の残りの容量いっぱいに注入する段階と、所定温度で所定時間鋳型を焼成することで扱いやすいプレセラミック樹脂へと変換する段階と、鋳型からプレセラミック樹脂を取り出す段階と、所定温度で所定時間プレセラミック樹脂を焼成することでプレセラミック樹脂をガス放出により形成される気孔を含むセラミックマトリックス複合材料へと変換する段階とからなる。用いる液状のプレセラミック樹脂は珪素−カルボキシル樹脂（アリイド・シグナル社より商標名ブラックグラスで販売）が望ましい。本発明の第２の態様は、耐折損性セラミックライナーが施された金属部品を形成する方法である。この方法は気孔を含むセラミックの材料で出来たライナーを形成する工程と、プレセラミックポリマー樹脂で飽和したライナーを用いて気孔を塞ぐ工程と、プレセラミックポリマー樹脂で飽和させたライナーを所定温度で所定時間（樹脂の製造業者により設定される）焼成することで気孔中の樹脂をセラミックへと変換する工程と、その部品を形成する金属により占められる鋳型の一部分に面しているライナーの連結面と金属部品とを接合させるように、金属部品用の鋳型の中にライナーを置く工程と、部品を形成するために溶融した金属を鋳型中に流し込む工程とからなる。本発明の第２の様態で示したものと同じように、気孔を含むセラミック材料からなるライナーを形成する工程は、前述した方法を含んでもよい。そして、気孔にポリマー誘導セラミック樹脂を再び充填する工程は、気孔が樹脂で飽和されるまで、所定温度で所定時間プレセラミックポリマー樹脂で飽和させたライナーを焼成することで液状のプレセラミックポリマー樹脂がはいったバスにライナーを浸ける段階と、気孔中の樹脂をセラミックへと変換する段階とからなる。ガス放出によって形成される気孔を埋める工程により気孔を消失させるために、事実上全体的に最終生成物から気孔がなくなるまで気孔を埋める作業と焼成する作業とを何度か繰り返すのが望ましい。本発明の他の態様では、繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる自動車部品を作る方法が開示されている。係る方法は以下に示すように、繊維強化複合セラミックマトリックスを形成するのに有用である一般的な繊維構造をもつ繊維から部品の形をしたプレフォームを成形する工程と、部品の形をした鋳型のキャビティにプレフォームを設置する工程と、液状のポリマー誘導セラミック樹脂をキャビティを通して流し込んでキャビティを埋めるとともにプレフォームを充填させる工程と、ポリマー誘導セラミック樹脂とともに所定温度で所定時間鋳型を加熱する工程（この工程により、液状のポリマー誘導セラミック樹脂で充填させたプレフォームはポリマー複合材料からなる部品へ変換される）と、ポリマー複合材料からなる部品を型から取り出す工程と、ポリマー誘導セラミック樹脂とともに所定温度で所定時間不活性雰囲気下、ポリマー複合材料からなる部品を焼成する工程（この工程によりポリマー誘導セラミック樹脂はセラミックへ変換され、それによりポリマー複合材料からなる部品は繊維強化複合セラミックマトリックス複合材料からなる部品へと変換される）とからなる。好ましくは、この方法は、繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる部品を液状のポリマー誘導セラミック樹脂のはいったバスに浸けることにより焼いている間ガス放出により形成される気孔を液状のポリマー誘導セラミック樹脂で埋める工程と、ポリマー誘導セラミック樹脂とともに所定温度で所定時間、不活性雰囲気下で繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる部品を焼成する工程（この工程により気孔中のポリマー誘導セラミック樹脂はセラミックへ変換される）と、繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる部品に存在する気孔の存在割合が、この部品が最大強度をもつために必要である既知の存在割合よりも小さくなるまでこの工程を繰り返す工程とからなる。エンジン多岐管のような空洞部品を成形するのにより適切な方法は次に示すように、繊維強化セラミックマトリックス複合材料に使用可能である一般的な繊維構造をもつ繊維から、多岐管下部を形取った１番目のプレフォームを成形する工程と、多岐管下部を形取った１番目の鋳型中のキャビティに１番目のプレフォームを置く工程と、液状のポリマー誘導セラミック樹脂をキャビティから流し込んでキャビティを埋めるとともにプレフォームを充満させる工程と、ポリマー誘導セラミック樹脂とともに所定温度で所定時間１番目の鋳型を加熱することで液状のセラミック樹脂を充満させた１番目のプレフォームをポリマー複合体からなる１番目の部品へと変換する工程と、鋳型からポリマー複合材料からなる１番目の部品を取り出す工程と、多岐管上部を形取った２番目の鋳型中のキャビティに２番目のプレフォームを置く工程と、液状のポリマー誘導セラミック樹脂をキャビティから流し込んでキャビティを埋めるとともにプレフォームを充満させる工程と、ポリマー誘導セラミック樹脂とともに所定温度で所定時間２番目の鋳型を加熱することで、液状のセラミック樹脂を充満させた２番目のプレフォームをポリマー複合体からなる２番目の部品へと変換する工程と、ポリマー複合材料からなる２番目の部品を鋳型から取り出す工程と、多岐管を導管状の空洞部品として成形するために、ポリマー複合体からなる１番目の部品と２番目の部品とを連結面に沿って融着させる工程と、ポリマー誘導セラミック樹脂とともに所定温度で所定時間、不活性雰囲気下でポリマー複合材料からなる多岐管を焼く工程（この工程により、ポリマー誘導セラミック樹脂はセラミックへ変換され、それによってポリマー複合材料からなる多岐管は繊維強化複合セラミックマトリックス複合材料からなる多岐管へ変換され、並びに多岐管上部と多岐管下部とが連結面に沿って融着される）とからなる。好ましくは、最終的なマニフォールドに最大強度を付与し並びに連結面のへりに沿って存在する漏れを塞ぐために、上記に記述された方法でガス放出により形成される気孔を塞ぐのが好ましい。排気多岐管が、セラミック海綿状触媒基質組織を内部に充満しているような排気多岐管である場合では、手順並びに必要になる工具は以下に示す方法によって大きく簡易化される。その方法は、多岐管上部を形取った２番目の鋳型のキャビティ内に２番目のプレフォームを置く工程に先立って、付加的に以下の工程を含む。その工程は、２番目の鋳型のキャビティ区画壁の一部として１番目のプレフォームを置く工程と、セラミック海綿状触媒基質組織を１番目のプレフォーム内に入れる工程（この工程により、１番目のプレフォーム並びにセラミック海綿状触媒基質組織がともに２番目のキャビティの壁の一部を形成する）である。このように、エンジンの重量並びにそれと同様のものに着目すると、全体がセラミック材料からなる排気多岐管がより望ましい。図面の簡単な説明図１は、一般的な排気多岐管の構造の簡易平面図である。図２は、図１の排気多岐管が従来の金属製多岐管であるとき、係る排気多岐管のII／III／IV−II／III／IV面での切断面である。図３は、図１の排気多岐管が、その内側面に単一化したセラミツクライナーを有する従来の金属製排気多岐管であるとき、係る排気多岐管のII／III／IV−II ／III／IV面での切断面である。図４は、図１の排気多岐管が、多岐管が本発明に従って全体がＦＲＣＭＣ材料からなる多岐管であるとき、係る排気多岐管のII／III／IV−II／III／IV面での切断面である。図５は、本発明の全体がＦＲＣＭＣ材料からなる多岐管に、どのようにして付加的構造の金属部材を鋳造により取付けるかを示す鋳型の部分的切り欠き簡易図面である。発明を実施するための最良の形態本発明により、および前述のエンジン中にも用いられているように、従来の単一化したセラミック製構造物に特有のひずみ不耐性並びに切り欠き感受性をなくすために、図４に図示される多岐管１０'は全体的にＦＲＣＭＣからなる。好ましくは、ＦＲＣＭＣは商業上適用できる幾つかのプレセラミック樹脂（以下に示される「セラミックポリマー樹脂」という語句と交換可能である）のいずれか、若しくはセメント状構造物を用いてもよい。係るプレセラミック樹脂は、珪素−カルボキシル樹脂(アリイド・シグナル社より商標名ブラツクグラスとして販売されている)、アルミナ珪酸塩樹脂（アプライド・ポーレラミックス社より商品名デザィンネーションＣＯ２として販売されている）のようなものである。係るセメント状構造物は、一般的な構造のポリマー複合材料の加工方法を適用して改良されたものである。係る一般的な構造のポリマー複合材料は、一般的な繊維構造と結合したりん酸モノアルミニウム樹脂（モノアルミノリン酸塩としても知られている）のようなものである。係る一般的な繊維構造(以下に示される「強化繊維」という語句と交換可能である)は、次に挙げるものに限定しないが例えば、アルミナ、アルテックス、ネクステル３１２、ネクステル４４０、ネクステル５１０、ネクステル５５０、窒化珪素、炭化珪素、ＨＰＺ、黒鉛、炭素および泥炭などである。本発明の目的を達成するために、繊維構造をまず０．１から５．０ミクロンの厚さの界面材料でコーティングを施す。係る界面材料は、次に挙げるものに限定しないが例えば、炭素、窒化珪素、珪素−カルボキシル、炭化珪素、窒化ほう素などである。これらの界面材料のうち、一つ、若しくはそれ以上の層状結合物を用いてコーティングを施す。界面材料は樹脂が直接繊維構造中の繊維に吸着するのを防ぐ。このようにして、樹脂がセラミックマトリックスに変換されるとき、セラミックと繊維との間に僅かな非結合層が形成され、この非結合層が最終的なＦＲＣＭＣ材料のもつ望ましい延性を与える原因となる。このように、本発明に従って耐折損性、耐高温特性、耐熱性、耐侵食性、および低い耐熱性を有するセラミック製排気多岐管を形成する工程は、産業上最も優れた方法により繊維構造上に界面材料を施す段階と、界面材料でコーティングを施された繊維構造を樹脂と混合する段階と、構造的にポリマー複合材料からなる装置の加工で用いられる産業上最も優れた方法に従って多岐管を形成する段階と、材料の供給業者の仕様書に従って高温にて最終的な部品を焼成することにより樹脂をセラミックに変換するための段階とからなる。従来の金属製多岐管並びに有用な単一化したセラミックからなる多岐管と比較して、ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管には数多くの明確な利点がある。１）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管はセラミックであるので、係る多岐管は金属製の多岐管よりも優れた断熱性を本来的に有しており、それゆえ係る多岐管はエンジン区画の熱負荷を低減できる。２）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管はセラミックであるので、係る多岐管は金属製の多岐管よりもずっと低い熱膨張係数を本来より有しており、このため係る多岐管はエンジンブロックおよび多岐管の最高温度間の差から多岐管上に熱的に誘導される負荷を低減できる。３）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管はセラミックであるので、係る多岐管は耐腐食性を本来より有している。４）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管はセラミックであるので、係る多岐管は金属製の多岐管よりも優れた耐高温特性を本来より有している。５）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管はセラミックであるので、係る多岐管は本来から金属製の多岐管よりもはるかに軽い(ＦＲＣＭＣはアルミニウムより密度が小さい。例：およそ０．０８ポンド／キュービックインチ)。６）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管は繊維界面コーティングが施された繊維強化複合材料であるので、係る多岐管は単一化したセラミックからなる多岐管よりもはるかに優れたひずみ耐性（延性）を有する。７）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管は繊維界面コーティングが施された繊維強化複合材料であるので、係る多岐管は単一化したセラミックからなる多岐管よりも切欠き感受性がはるかに小さい。８）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管は繊維界面コーティングが施された繊維強化複合材料であるので、係る多岐管は単一化したセラミックからなる多岐管よりもはるかに優れた耐折損性を有する。９）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管は繊維界面材料でコーティングが施された繊維強化複合材料であるので、係る多岐管の強度特性は、繊維、界面コーテイング材料並びに繊維の配向性の選択によってうまく調整することができる。１０）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管は繊維界面コーティングが施された繊維強化複合材料であるので、係る多岐管の熱膨張係数は、繊維構造の選択によりエンジンブロックの熱膨張係数により適合するように調整することができる。１１）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管は繊維界面コーティングが施された繊維強化セラミックマトリックス複合材料であるので、係る多岐管の材料特性は、金属製の多岐管よりも多岐管の作動温度範囲内での温度調節機能を劣化させない。１２）ＦＲＣＭＣからなる内燃機関用排気多岐管は繊維界面コーティングが施された繊維強化セラミックマトリックス複合材料であるので、係る多岐管は、単一化したセラミックからなる多岐管よりも熱衝撃による損傷に対して大きな抵抗性を有する。実施例：ＦＲＣＭＣ排気多岐管の加工法１．後の工程で接合する一対の多岐管半分(上部半分並びに下部半分)、若しくは完全な多岐管を織布製マットからレイ−アップする。係る織布製マットは繊維からなり、係る繊維は次に挙げるものに限定しないが例えば、アルミナ、アルテックス、ネクステル３１２、ネクステル４４０、ネクステル５１０、ネクステル５５０、窒化珪素、炭化珪素、ＨＰＺ、黒鉛、炭素および泥炭などである。２．多岐管半分若しくは完全な多岐管を型取った繊維のプレフォームに、産業上最も優れた方法により繊維界面コーティングを施す。繊維の多岐管の型を成形するよりも前に、繊維に界面材料でコーティングを施してよい。この出願の譲受人であるノースロップ・コーポレーションは界面コーティングの適用に関する数多くの特許を取得している。その中には、「プレフォームの製造方法のための装置(特許番号：ＵＳ５，０３４，１８１)」、「セラミック繊維−マトリックス複合材料を強化するために、前もって割目を施したた繊維コーティング剤を形成する方法(特許番号：ＵＳ５，１１０，７７１)」、「セラミック繊維マトリックス複合材料を強化するための非結合性多層の繊維コーティング(特許番号：ＵＳ５，２７５，９８４)」、「非酸素性セラミックマトリックス複合材料を強化するための延性のある繊維コーティング(特許番号：ＵＳ５，１６２，２７１)」、「セラミックマトリックス複合材料を強化するための空の気孔をもつ砕けにくい繊維コーティング(特許番号：ＵＳ５，２２１，５７８)」、並びにこれらの参考文献に記載されている教示も含まれる。また、アリイド・シグナル社並びにシンテリアル社は界面コーティング材料を販売している民間会社である。３．多岐管半分若しくは完全な多岐管は次に樹脂で飽和させる。この工程ではブラックグラス樹脂が用いられる。この工程ではまた、多岐管形状の構造物を形成するためにポリマー誘導セラミック樹脂と界面材料でコーティングが施された一般的な繊維構造の繊維との混合物を加圧下で鋳型中に押し入れる。４．樹脂で飽和させた多岐管半分若しくは完全な多岐管を、次に示したサイクルの通りに加熱させる。Ａ）１分間に２．７°の割合で常温から１５０°Ｆまで昇温するＢ）３０分間１５０°Ｆに保持するＣ）１分間に１．７°の割合で３００°Ｆに昇温するＤ）６０分間３００°Ｆに保持するＥ）部品を鋳型から外すために、温度が１４０°Ｆ以下になるまで１分間に１．２°の割合で冷却するここで触れておきたいのは、使用に適した機器を作るための各種の加熱サイクルがあるということである。前述したものはその中の一例にすぎず例外的なものではない。５．多岐管半分が形成されたら、完全な多岐管を形成するために、係る多岐管はこの時点で連結面に沿ってスナップで留めるか若しくは添い合わせる。合体させた２つの部品は最低５分間ブラックグラス樹脂の中に浸ける。この部品を次に樹脂から取り出し、へり同士を融着させるために前述の昇温速度で加熱する。６．次に、ポリマー複合材料部品を熱分解する。この過程では、標準的な炉の中での熱分解サイクルのためには、１９００°Ｆに耐えることができるステンレス鋼製の箱のような密閉された容器の加工が必要である。あるいは、可能であれば不活性ガス炉を用いてもよい。箱内部に不活性ガスを充填させるために、箱の上部および下部に１つずつの計２つの管を箱に設置する必要がある。ここに一例を示す。まず、多岐管を箱の中に置き、次に箱を標準的な炉の中に置く。そして錆のない鉄製の管を、箱の下部にあるコネクターと、高純度のアルゴンガス供給源とに接続する。アルゴンガスの代わりに同等の不活性ガスを用いてもよい。アルゴンガスを箱の中に注入すると、熱サイクル全体で５−１０標準キュービックインチ／時間の割合で上部のベントからアルゴンガスが排出されることから、多岐管が全体的に不活性ガス雰囲気下にあることが確認できる。炉を閉じて次のように加熱を行う。Ａ）１時間に３０°の割合で３００°Ｆまで昇温するＢ）１時間に４３°の割合で９００°Ｆまで昇温するＣ）１時間に２０°の割合で１４００°Ｆまで昇温するＤ）１時間に５０°の割合で１６００°Ｆまで昇温するＥ）４時間１４００°Ｆに保持するＦ）１時間に１．５°の割合で、７７°Ｆまで冷却するまた、ここで示したもの以外にも有用な機器を作るための数多くの加熱サイクルがあり、ここで示したものはその中の一例にすぎない。７．冷却が終わったらすぐに多岐管を炉および箱から取り出し、多岐管中の空気をすべて除去するために十分な時間多岐管をブラックグラス樹脂のバス中に沈めておく(通常５分若しくはそれ以上)。この工程では真空浸潤を用いてもよい。この工程によって、ガス放出により生じるすべての気孔、若しくはＦＲＣＭＣからなる多岐管中のマトリックスの縮みが樹脂で飽和される。８．気孔の存在割合が完成段階のマニフォールドに最大強度を与える望ましい基準値よりも小さくなるまで工程６並びに７を繰り返す。一般的にはこのサイクルを５回繰り返すことが望ましい。多岐管はこの時点で使用可能な状態になる。図５に本発明の一態様が描かれている。係る実施様態は、好ましくは最終的な多岐管の強度を増すために用いられる。多岐管１０’はセラミック材料であるので、係る多岐管１０’は溶融した金属と接触しても損傷することはない。このようにして、基本的な多岐管１０’は前述の通りに形成することが可能である。このように例として完成されたフランジ１２をもたずに多岐管１０’を形成することが可能である。図５に描かれているように、基本的な多岐管１０’を次に鋳型２２の中に置く。溶融した金属２４を次に鋳型２２の中に注入する。係る金属２４はＦＲＣＭＣからなる多岐管１０’を囲む部分周辺に注入されるため、係る多岐管１０’は周辺部分を金属によって強固に包囲される。その後金属２４は硬化してフランジ１２並びに／若しくは、好ましくは背面補強機構２６を形成する。排気機構並びに／若しくはそれと同様のものからの過度の曲げ力に対抗して多岐管を補強するために、係る背面補強機構２６は自動車にボルトで取付けることが可能である。請求の範囲請求項１耐高温特性を有する繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる内燃機関用排気多岐管を形成する方法であって、ａ）気孔を含み、鋳造される単一化したセラミック材料からなるライナーを形成する工程と、ｂ）気孔を含み、鋳造される単一化したセラミック材料に存在する気孔をプレセラミックポリマー樹脂で満たす工程と、ｃ）プレセラミックポリマー樹脂が強化繊維に強固に付着するのを妨げるために、界面材料で強化繊維にコーティングを施す工程と、ｄ）界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を形成する工程と、ｅ）界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を、鋳造される単一化したセラミック材料の少なくとも一部分上に置くことにより、係る混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程と、ｆ）プレセラミックポリマー樹脂をセラミックへと変換することによって強化セラミック複合材料を形成するのに十分な所定温度で所定時間、排気機関の構成要素を型取った構造物を焼成する工程と、を含む方法。請求項２請求項１に記載の方法であって、界面材料で強化繊維にコーティングを施す上記工程を含み、炭素、窒化珪素、カルボキシル珪素、炭化珪素、若しくは窒化ほう素のうち１つ以上の界面材料を用いて厚さが０．１から５．０ミクロンの層で強化繊維にコーティングを施す工程を含む方法。請求項３請求項１に記載の方法であって、界面材料で強化繊維にコーティングを施す上記工程を含み、アルミナ、高純度アルミナ、アルミナボロシリケイトムライト、アルミナシリケイト、窒化珪素、炭化珪素、炭素若しくは泥炭のうち１つ以上の強化繊維に界面材料でコーティングを施す工程を含む方法。請求項４請求項１に記載の方法であって、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を形成する上記工程を含み、珪素−カルボキシル樹脂、アルミナ珪酸塩樹脂、若しくはりん酸モノアルミニウム樹脂のように商業上適用できるプレセラミックポリマー樹脂からなる一群より選択される材料とともに、界面材料でコーティングが施された強化繊維を混合する工程を含む方法。請求項５請求項１に記載の方法であって、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物から、排気多岐管を型取った構造物を形成する上記工程を含み、焼成するのに先立って多岐管を型取った構造物を形成するために、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を加圧下で鋳型中に押し入れる工程を含む方法。請求項６請求項１に記載の方法であって、上記工程（ｆ）の後に焼成する工程を含み、ａ）セラミック製多岐管を鋳型の中に置く工程と、ｂ）金属製の付加構造的構成要素をセラミック製多岐管へ付加するために、セラミック製多岐管部分周辺の鋳型中に溶融した金属を流し込む工程と、を含む方法。請求項７耐高温特性を有する繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる内燃機関用排気多岐管を形成する方法であって、ａ）気孔を含み、鋳造される単一化したセラミック材料からなるライナーを形成する工程と、ｂ）鋳造される単一化したセラミック材料に存在する気孔をプレセラミックポリマー樹脂で満たす工程と、ｃ）プレセラミックポリマー樹脂が強化繊維に強固に付着するのを妨げるために、界面材料で強化繊維にコーティングを施す工程であって、上記強化繊維が、アルミナ、高純度アルミナ、アルミナボロシリケイト、ムライト、アルミナシリケイト、窒化珪素、炭化珪素、ＨＰＺ、黒鉛、炭素若しくは泥炭のうち１つの以上の繊維からなる強化繊維であり、上記界面材料が、炭素、窒化珪素、カルボキシル珪素、炭化珪素、若しくは窒化ほう素のうち１つ以上を数ミクロンの厚さに堆積させた界面材料であり、上記強化繊維および上記界面材料か用いられる上記工程と、ｄ）珪素−カルボキシル樹脂、りん酸モノアルミニウム樹脂、若しくはアルミナ−珪酸塩樹脂のように商業上適用できるプレセラミックポリマー樹脂からなる一群より選択される材料と、界面材料でコーティングが施された強化繊維との混合物を形成する工程と、ｅ）界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を、鋳造される単一化したセラミック材料の少なくとも一部分上に置くことにより、上記混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程と、ｆ）プレセラミックポリマー樹脂をセラミックへと変換することによって強化セラミック複合材料を形成するのに十分な所定温度で所定時間、排気多岐管を型取った構造物を焼成する工程と、を含む方法。請求項８請求項７に記載の方法であって、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維の織布製マットおよびプレセラミックポリマー樹脂を飽和する工程を含む方法。請求項９請求項８に記載の方法であって、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維の織布製マットを焼成するのに先立って、加圧下で上記強化繊維の織布製マットにプレセラミックポリマー樹脂を飽和させ鋳型の中で圧縮する工程を上記工程に含む方法。請求項１０請求項７に記載の方法であって、上記工程（ｆ）の後に焼成する工程を含み、ａ）セラミック製多岐管を鋳型の中に置く工程と、ｂ）金属製の付加的構造構成要素を多岐管へ付加するために、多岐管部分周辺の鋳型中に溶融した金属を流し込む工程と、を含む方法。請求項１１耐高温特性を有する繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる内燃機関用排気多岐管を形成する方法であって、ａ）気孔を含み、鋳造される単一化したセラミック材料からなるライナーを形成する工程と、ｂ）鋳造される単一化したセラミック材料に存在する気孔にプレセラミックポリマー樹脂で充填する工程と、ｃ）プレセラミックポリマー樹脂が強化繊維に強固に付着するのを妨げるために、界面材料で強化繊維にコーティングを施す工程であって、上記強化繊維が、アルミナ、高純度アルミナ、アルミナボロシリケイト、ムライト、アルミナシリケイト、窒化珪素、炭化珪素、ＨＰＺ、黒鉛、炭素若しくは泥炭のうち１つの以上の繊維からなる強化繊維であり、上記界面材料が、炭素、窒化珪素、カルボキシル珪素、炭化珪素、若しくは窒化ほう素のうち１つ以上を０．１から５．０ミクロンの厚さに堆積させた界面材料であり、上記強化繊維および上記界面材料が用いられる上記工程と、ｄ）珪素−カルボキシル樹脂と界面材料でコーティングが施された強化繊維との混合物を形成する工程と、ｅ）界面材料でコーティングが施された強化繊維と珪素−カルボキシル樹脂との混合物を、鋳造される単一化したセラミック材料の少なくとも一部分上に置くことにより、上記混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程と、ｆ）珪素−カルボキシルをセラミックへと変換するのに十分な所定温度で所定時間、排気多岐管を型取った構造物を焼成する工程と、を含む方法。請求項１２請求項１１に記載の方法であって、界面材料でコーティングが施された強化繊維と珪素−カルボキシル樹脂との混合物を形成する工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維の織布製マットを珪素 −カルボキシル樹脂で飽和する工程を含む方法。請求項１３請求項１２に記載の方法であって、界面材料でコーティングが施された強化繊維と珪素−カルボキシル樹脂との混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維の織布製マットを焼成するのに先立って、加圧下で上記強化繊維の織布製マットに珪素−カルボキシル樹脂を飽和させ鋳型の中で圧縮する工程を上記工程に含む方法。請求項１４請求項１１に記載の方法であって、上記工程（ｆ）の後に焼成する工程を含み、ａ）ガス放出により形成した気孔を珪素−カルボキシル樹脂で埋めるために、焼成した多岐管を珪素−カルボキシル樹脂の入ったバスに浸ける工程と、ｂ）珪素−カルボキシルをセラミックへと変換するのに十分な所定温度で所定時間多岐管を再焼成する工程と、ｃ）ガス放出により形成した気孔の残存する容積が、多岐管の強度を最大にする値を下回るまで、工程（ａ）および（ｂ）を繰り返す工程と、を含む方法。請求項１５請求項１１に記載の方法であって、上記工程（ｆ）の後に焼成する工程を含み、ａ）セラミック製多岐管を鋳型の中に置く工程と、ｂ）金属製の付加的構造構成要素を多岐管へ付加するために、多岐管部分周辺の鋳型中に溶融した金属を流し込む工程と、を含む方法。請求項１６請求項１５に記載の方法であって、上記工程（ｅ）の後に、ａ）セラミック製多岐管を鋳型の中に置く工程と、ｂ）金属製の付加的構造構成要素を多岐管へ付加するために、多岐管部分周辺の鋳型中に溶融した金属を流し込む工程と、を含む方法。請求項１７請求項１に記載の方法であって、界面材料で強化繊維にコーティングを施す上記工程を含み、界面材料で強化繊維にコーティングを施す工程であって、不活性雰囲気下でプレセラミックポリマー樹脂がセラミックマトリックスへと変換されるのに伴う高い動作温度に耐えることが可能なセラミック繊維からなる上記強化繊維を用いる上記工程を含む方法。請求項１８請求項４に記載の方法であって、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維と、改良されたセメント状プレセラミックポリマー樹脂とを混合する工程を含む方法。請求項１９請求項１に記載の方法であって、排気多岐管を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を、鋳造される単一化したセラミック材料の内側部分上に置くことにより、係る混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程を含む方法。請求項２０請求項１に記載の方法であって、排気多岐管を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を、鋳造される単一化したセラミック材料の外側部分上に置くことにより、係る混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程含む方法。請求項２１請求項１に記載の方法であって、排気多岐管を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を、鋳造される単一化したセラミック材料の周辺に置くことにより、係る混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程を含む方法。請求項２２請求項７に記載の方法であって、排気多岐管を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を鋳造される単一化したセラミック材料の内側部分上に置くことにより、係る混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程を含む方法。請求項２３請求項７に記載の方法であって、排気多岐管を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を、鋳造される単一化したセラミック材料の外側部分上に置くことにより、係る混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程を含む方法。請求項２４請求項７に記載の方法であって、排気多岐管を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を、鋳造される単一化したセラミック材料の周辺に置くことにより、係る混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程を含む方法。請求項２５請求項１１に記載の方法であって、排気多岐管を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を、鋳造される単一化したセラミック材料の内側部分上に置くことにより、係る混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程を含む方法。請求項２６請求項１１に記載の方法であって、排気多岐管を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を、鋳造される単一化したセラミック材料の外側部分上に置くことにより、係る混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程を含む方法。請求項２７請求項１１に記載の方法であって、排気多岐管を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を、鋳造される単一化したセラミック材料の周辺に置くことにより、係る混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程を含む方法。請求項２８耐高温特性を有する繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる内燃機関用排気多岐管であって、セラミック状の１番目のプレセラミックポリマー樹脂で飽和された気孔を含み、鋳造される単一化したセラミックライナーと、プレセラミックポリマー樹脂が強化繊維に強固に付着するのを妨げるために界面材料でコーティングが施された強化繊維と、界面材料でコーティングが施された強化繊維と、プレセラミックポリマー樹脂とからなる混合物から形成される排気多岐管を型取った構造物とを含み、上記構造物が、鋳造される単一化したセラミック材料の少なくとも一部分に混合物が配置される上記構造物であるような上記排気多岐管。請求項２９耐高温特性を有する繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる内燃機関用排気多岐管であって、セラミック状の１番目のプレセラミックポリマー樹脂で飽和された気孔を含み、鋳造される単一化したセラミックライナーと、２番目のプレセラミックポリマー樹脂と、２番目のプレセラミックポリマー樹脂が強化繊維に強固に吸着するのを防ぐために界面材料を用いてコーティングが施された強化繊維とを含む混合物から形成される排気多岐管を型どった構造物と、上記構造物が、鋳造される単一化したセラミック材料の少なくとも一部分に混合物が配置される上記構造物であるような上記排気多岐管。請求項３０請求項２９に提示される発明であって、上記強化繊維が炭素、窒化珪素、炭化珪素、カルボキシル珪素、若しくは窒化ほう素のような上記界面材料のうち少なくとも１つを用いて少なくとも１つの層でコーティングが施される上記強化繊維である発明。請求項３１請求項２９に提示される発明であって、上記強化繊維が界面材料とともに、アルミナ、アルテックス、ネクステル３１２、ネクステル４４０、ネクステル５１０、ネクステル５５０、窒化珪素、炭化珪素、炭素、若しくは泥炭のような上記界面材料のうち少なくとも１つを用いて少なくとも１つの層でコーティングを施される上記強化繊維である発明。請求項３２請求項２９に提示される発明であって、上記混合物が珪素−カルボキシル樹脂、アルミナ珪酸塩樹脂、若しくはりん酸モノアルミニウム樹脂のようなプレセラミックポリマー樹脂材料からなる一群から選択される材料をさらに含むような上記混合物であって、さらに上記材料が、適用されるポリマー構造複合機構からなる改良されたセメンテイタス樹脂である発明。請求項３３請求項２９に提示される発明であって、上記混合物が、界面材料でコーティングが施された強化繊維からなる飽和された織布製マットと、プレセラミックポリマー樹脂とを含む上記混合物である発明。請求項３４請求項２９に提示される発明であって、上記強化繊維が、不活性雰囲気環境下でプレセラミックポリマー樹脂をセラミックに変換する際に想定される高い加工温度に耐えることが可能であるセラミック繊維を含む強化繊維である発明。請求項３５請求項２９に提示される発明であって、上記混合物が、ポリマー構造複合機構の適用される加工法から作られる改良されたセメンテイタスプレセラミックポリマー樹脂をさらに含む上記混合物である発明。請求項３６請求項２９に提示される発明であって、上記混合物が、鋳造される単一化したセラミック材料の内側部分上に配置される上記混合物である発明。請求項３７請求項２９に提示される発明であって、上記混合物が、鋳造される単一化したセラミック材料の外側部分上に配置される上記混合物である発明。請求項３８請求項２９に提示される発明であって、上記混合物が、鋳造される単一化したセラミック材料の周辺部分上に配置される上記混合物である発明。請求項３９耐高温特性を有する繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる内燃機関用排気多岐管であって、鋳造される単一化したセラミックライナーに存在する気孔中にセラミック状の１番目のプレセラミックポリマー樹脂を配置させた上記の鋳造され、単一化したセラミックライナーと、２番目のプレセラミックポリマー樹脂と、界面材料を用いてコーティングが施された強化繊維とを含む混合物から形成される排気多岐管を型どった構造物とを含み、上記界面材料が上記２番目のプレセラミックポリマー樹脂による強化繊維への強固な吸着を防ぐ上記界面材料であるとき、鋳造される単一化したセラミック材料の少なくとも一部分上に上記混合物が配置されるような上記排気多岐管。請求項４０請求項３９に提示される発明であって、上記混合物が珪素−カルボキシル樹脂、アルミナ珪酸塩樹脂、若しくはりん酸モノアルミニウム樹脂のようなプレセラミックポリマー樹脂材料からなる一群から選択される材料をさらに含むような上記混合物であって、さらに上記材料が、適用されるポリマー構造複合機構からなる改良されたセメンテイタス樹脂である発明。請求項４１請求項３９に提示される発明であって、上記混合物が、鋳造される単一化したセラミック材料の内側部分上に配置される上記混合物である発明。請求項４２請求項３９に提示される発明であって、上記混合物が、鋳造される単一化したセラミック材料の外側部分上に配置される上記混合物である発明。請求項４３請求項３９に提示される発明であって、上記混合物が、鋳造される単一化したセラミック材料の周辺部分上に配置される上記混合物である発明。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＥＥ，ＧＢ，ＨＵ，ＩＬ，ＪＰ，ＫＲ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＸ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＫ，ＵＡ，ＶＮ (72)発明者ストラッサエドワードアメリカ合衆国カリフォルニア州 91720 コロナインディペンデントウェイ 2593

Claims

【特許請求の範囲】請求項１耐高温特性を有する繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる内燃機関用排気多岐管を形成する方法であって、ａ）気孔を含み、鋳造可能であり単一化したセラミック材料からなるライナーを形成する工程と、ｂ）鋳造可能であり単一化したセラミック材料に存在する気孔をプレセラミックポリマー樹脂で満たす工程と、ｃ）プレセラミックポリマー樹脂が強化繊維に強固に付着するのを妨げるために、界面材料で強化繊維にコーティングを施す工程と、ｄ）界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を形成する工程と、ｅ）界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を、鋳造可能であり単一化したセラミック材料の少なくとも一部分上に置くことにより、上記混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程と、ｆ）プレセラミックポリマー樹脂をセラミックへと変換するのに十分な所定温度で所定時間、排気機関の構成要素を型取った構造物を焼成し、それによって強化セラミック複合材料を形成する工程と、を含む方法。請求項２請求項１に記載の方法であって、界面材料で強化繊維にコーティングを施す上記工程を含み、炭素、窒化珪素、カルボキシル珪素、炭化珪素、若しくは窒化ほう素のうち１つ以上の界面材料を用いて厚さが０．１から５．０ミクロンの層で強化繊維にコーティングを施す工程を含む方法。請求項３請求項１に記載の方法であって、界面材料で強化繊維にコーティングを施す上記工程を含み、アルミナ、アルテックス、ネクステル３１２、ネクステル４４０、ネクステル５１０、ネクステル５５０、窒化珪素、炭化珪素、炭素若しくは泥炭のうち１つ以上の強化繊維に界面材料でコーティングを施す工程を含む方法。請求項４請求項１に記載の方法であって、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を形成する上記工程を含み、珪素−カルボキシル樹脂、アルミナ珪酸塩樹脂、若しくはりん酸モノアルミニウム樹脂のように商業上適用できるプレセラミックポリマー樹脂からなる一群より選択される材料とともに、界面材料でコーティングが施された強化繊維を混合する工程を含む方法。請求項５請求項１に記載の方法であって、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物から、排気多岐管を型取った構造物を形成する上記工程を含み、焼成するのに先立って多岐管を型取った構造物を形成するために、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を加圧下で鋳型中に押し入れる工程を含む方法。請求項６請求項１に記載の方法であって、上記工程（ｄ）の後に焼成する工程を含み、ａ）セラミック製多岐管を鋳型の中に置く工程と、ｂ）金属製の付加的構造構成要素をセラミック製多岐管へ付加するために、セラミック製多岐管部分周辺の鋳型中に溶融した金属を流し込む工程と、を含む方法。請求項７耐高温特性を有する繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる内燃機関用排気多岐管を形成する方法であって、ａ）気孔を含み、鋳造可能であり単一化したセラミック材料からなるライナーを形成する工程と、ｂ）鋳造可能であり単一化したセラミック材料に存在する気孔をプレセラミックポリマー樹脂で満たす工程と、ｃ）プレセラミックポリマー樹脂が強化繊維に強固に付着するのを妨げるために、界面材料で強化繊維にコーティングを施す工程であって、上記強化繊維が、アルミナ、アルテックス、ネクステル３１２、ネクステル４４０、ネクステル５１０、ネクステル５５０、窒化珪素、炭化珪素、ＨＰＺ、黒鉛、炭素若しくは泥炭のうち１つの以上の繊維からなる強化繊維であり、上記界面材料が、炭素、窒化珪素、カルボキシル珪素、炭化珪素、若しくは窒化ほう素のうち１つ以上を数ミクロンの厚さに堆積させた界面材料であり、上記強化繊維および上記界面材料が用いられる上記工程と、ｄ）珪素−カルボキシル樹脂、りん酸モノアルミニウム樹脂、若しくはアルミナ珪酸塩樹脂のように商業上適用できるプレセラミックポリマー樹脂からなる一群より選択される材料と、界面材料でコーティングが施された強化繊維との混合物を形成する工程と、ｅ）界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を、鋳造可能であり単一化したセラミック材料の少なくとも一部分上に置くことにより、上記混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程と、ｆ）プレセラミックポリマー樹脂をセラミックへと変換するのに十分な所定温度で所定時間、排気多岐管を型取った構造物を焼成し、それによって強化セラミック複合材料を形成する工程と、を含む方法。請求項８請求項７に記載の方法であって、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維の織布製マットおよびプレセラミックポリマー樹脂を飽和する工程を含む方法。請求項９請求項８に記載の方法であって、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングか施された強化繊維の織布製マットを焼成するのに先立って、加圧下で上記強化繊維の織布製マットにプレセラミックポリマー樹脂を飽和させ鋳型の中で圧縮する工程を上記工程に含む方法。請求項１０請求項７に記載の方法であって、上記工程（ｄ）の後に焼成する工程を含み、ａ）多岐管を鋳型の中に置く工程と、ｂ）金属製の付加的構造構成要素を多岐管へ付加するために、多岐管部分周辺の鋳型中に溶融した金属を流し込む工程と、を含む方法。請求項１１耐高温特性を有する繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる内燃機関用排気多岐管を形成する方法であって、ａ）気孔を含み、鋳造可能であり単一化したセラミック材料からなるライナーを形成する工程と、ｂ）鋳造可能であり単一化したセラミック材料に存在する気孔にプレセラミックポリマー樹脂を充填する工程と、ｃ）プレセラミックポリマー樹脂が強化繊維に強固に付着するのを妨げるために、界面材料で強化繊維にコーティングを施す工程であって、上記強化繊維が、アルミナ、アルテックス、ネクステル３１２、ネクステル４４０、ネクステル５１０、ネクステル５５０、窒化珪素、炭化珪素、ＨＰＺ、黒鉛、炭素若しくは泥炭のうち１つ以上の繊維からなる強化繊維であり、上記界面材料が、炭素、窒化珪素、カルボキシル珪素、炭化珪素、若しくは窒化ほう素のうち１つ以上を０．１から５．０ミクロンの厚さに堆積させた界面材料であり、上記強化繊維および上記界面材料が用いられる上記工程と、ｄ）珪素−カルボキシル樹脂と界面材料でコーティングが施された強化繊維との混合物を形成する工程と、ｅ）界面材料でコーティングが施された強化繊維と珪素−カルボキシル樹脂との混合物を、鋳造可能であり単一化したセラミック材料の少なくとも一部分上に置くことにより、上記混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程と、ｆ）珪素−カルボキシルをセラミックへと変換するのに十分な所定温度で所定時間、排気多岐管を型取った多岐管を焼成する工程と、を含む方法。請求項１２請求項１１に記載の方法であって、界面材料でコーティングが施された強化繊維と珪素−カルボキシル樹脂との混合物を形成する工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維の織布製マットを珪素 −カルボキシル樹脂で飽和する工程を含む方法。請求項１３請求項１２に記載の方法であって、界面材料でコーティングが施された強化繊維と珪素−カルボキシル樹脂との混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維の織布製マットを焼成するのに先立って、加圧下で上記強化繊維の織布製マットに珪素−カルボキシル樹脂を飽和させ鋳型の中で圧縮する工程を上記工程に含む方法。請求項１４請求項１１に記載の方法であって、上記工程（ｄ）の後に焼成する工程を含み、ａ）ガス放出により形成した気孔を珪素−カルボキシル樹脂で埋めるために、焼成した多岐管を珪素−カルボキシル樹脂の入ったバスに浸ける工程と、ｂ）珪素−カルボキシルをセラミックへと変換するのに十分な所定温度で所定時間多岐管を再焼成する工程と、ｃ）ガス放出により形成した気孔の残存する容積が、多岐管の強度を最大にする値を下回るまで、工程（ａ）および（ｂ）を繰り返す工程と、を含む方法。請求項１５請求項１１に記載の方法であって、上記工程（ｄ）の後に焼成する工程を含み、ａ）セラミック製多岐管を鋳型の中に置く工程と、ｂ）金属製の付加的構造構成要素を多岐管へ付加するために、多岐管部分周辺の鋳型の中に溶融した金属を流し込む工程と、を含む方法。請求項１６請求項１５に記載の方法であって、上記工程（ｃ）の後に、ａ）多岐管を鋳型の中に置く工程と、ｂ）金属製の付加的構造構成要素を多岐管へ付加するために、多岐管部分周辺の鋳型中に溶融した金属を流し込む工程と、を含む方法。請求項１７請求項１に記載の方法であって、界面材料で強化繊維にコーティングを施す上記工程を含み、界面材料で強化繊維にコーティングを施す工程であって、不活性雰囲気下でプレセラミックポリマー樹脂がセラミックマトリックスへと変換されるのに伴う高い加工温度に耐えることが可能なセラミック繊維からなる上記強化繊維を用いる上記工程を含む方法。請求項１８請求項４に記載の方法であって、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維と、構造的なポリマー複合材料組織の加工法を適用して改良されたセメント状プレセラミックポリマー樹脂とを混合する工程を含む方法。請求項１９請求項１に記載の方法であって、排気多岐管を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を、鋳造可能であり単一化したセラミック材料の内側部分上に置くことにより、係る混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程を含む方法。請求項２０請求項１に記載の方法であって、排気多岐管を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を、鋳造可能であり単一化したセラミック材料の外側部分上に置くことにより、係る混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程を含む方法。請求項２１請求項１に記載の方法であって、排気多岐管を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を、鋳造可能であり単一化したセラミック材料の周辺に置くことにより、係る混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程を含む方法。請求項２２請求項７に記載の方法であって、排気多岐管を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を、鋳造可能であり単一化したセラミック材料の内側部分上に置くことにより、係る混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程を含む方法。請求項２３請求項７に記載の方法であって、排気多岐管を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を、鋳造可能であり単一化したセラミック材料の外側部分上に置くことにより、係る混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程を含む方法。請求項２４請求項７に記載の方法であって、排気多岐管を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を、鋳造可能であり単一化したセラミック材料の周辺に置くことにより、係る混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程を含む方法。請求項２５請求項１１に記載の方法であって、排気多岐管を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を、鋳造可能であり単一化したセラミック材料の内側部分上に置くことにより、係る混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程を含む方法。請求項２６請求項１１に記載の方法であって、排気多岐管を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を、鋳造可能であり単一化したセラミック材料の外側部分上に置くことにより、係る混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程を含む方法。請求項２７請求項１１に記載の方法であって、排気多岐管を形成する上記工程を含み、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂との混合物を、鋳造可能であり単一化したセラミック材料の周辺に置くことにより、係る混合物から排気多岐管を型取った構造物を形成する工程を含む方法。請求項２８耐高温特性を有する繊維強化セラミックマトリックス複合材料からなる内燃機関用排気多岐管であって、セラミック状のプレセラミックポリマー樹脂を飽和させた気孔を含み、鋳造可能であり単一化したセラミックライナーと、プレセラミックポリマー樹脂が強化繊維に強固に付着するのを妨げるために界面材料でコーティングが施された強化繊維と、界面材料でコーティングが施された強化繊維とプレセラミックポリマー樹脂とからなる混合物から形成される排気多岐管を型取った構造物と、鋳造可能であり単一化したセラミック材料の少なくとも一部分に混合物が配置される上記構造物と、を含む上記排気多岐管。