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JP7497172B2 - 複合材、飛翔体及び複合材の製造方法 - Google Patents

複合材、飛翔体及び複合材の製造方法 Download PDF

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JP7497172B2 JP2020033742A JP2020033742A JP7497172B2 JP 7497172 B2 JP7497172 B2 JP 7497172B2 JP 2020033742 A JP2020033742 A JP 2020033742A JP 2020033742 A JP2020033742 A JP 2020033742A JP 7497172 B2 JP7497172 B2 JP 7497172B2
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Description

本発明は、複合材、飛翔体及び複合材の製造方法に関するものである。
特許文献１には、複合材料から作製される部品上に自己修復層を形成するために、組成物を部品に塗布することが開示されている。組成物はコロイドシリカ懸濁液と、粉末形態にあるホウ素またはホウ素化合物と、粉末形態にある炭化ケイ素と、少なくとも１種の超耐熱性酸化物とを含むことが、さらに開示されている。
特表２０１１－５２２０９９号公報
上記の状況に鑑み、複数の特性、例えば耐熱性と強度とを有する複合材の製造方法を提供することを目的の１つとする。他の目的については、以下の記載及び実施の形態の説明から理解することができる。
以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係の一例を示すために、参考として、括弧付きで付加されたものである。よって、括弧付きの記載により、特許請求の範囲は、限定的に解釈されるべきではない。
上記目的を達成するための一実施の形態による複合材の製造方法は、第１繊維クロスに第１スラリー（２１４）を含浸させた第１シート（２１０）と、第２繊維クロスに第２スラリー（２２４）を含浸させた第２シート（２２０）とを積層することと、積層した第１シート（２１０）と第２シート（２２０）とを熱分解によりセラミックスに変化する温度まで加熱し、中間体（３００）を生成することとを含む。製造方法は、さらに中間体（３００）に第３スラリーを含浸させて、熱分解により前記第３スラリーがセラミックスに変化する温度より低い温度で加熱することを含む。上記製造方法において、前記第１スラリーは、融点または分解温度が２７５０℃以上の超耐熱セラミックス粒子を含み、前記第１スラリーの成分は、前記第２スラリーの成分と異なり、前記第２スラリーよりも前記超耐熱セラミックス粒子を多く含む。
上記目的を達成するための一実施の形態による複合材は、第１マトリクス（１１４）を有する第１層（１１０）と、第２マトリクス（１３４）を有し、第１層（１１０）の下に設けられた第２層（１３０）とを備える。第１層（１１０）は、第１マトリクス（１１４）の前駆体を含む。前記第１マトリクスは、融点または分解温度が２７５０℃以上の超耐熱セラミックス粒子を含み、第２マトリクス（１３４）の成分は、第１マトリクスの成分（１１４）と異なり、前記第２マトリクスよりも前記超耐熱セラミックス粒子を多く含む。
上記目的を達成するための一実施の形態による飛翔体は、前述の複合材を空力加熱が加えられる部分に備える。
上記の形態によれば、複合材は複数の特性を有することができる。
一実施の形態における複合材の概略図である。 一実施の形態における第１層の概略断面図である。 図２ＡのＡ－Ａ断面の概略図である。 一実施の形態における第２層の概略断面図である。 一実施の形態における第３層の概略断面図である。 一実施の形態における飛翔体の概略図である。 一実施の形態における複合材の製造方法を表すフローチャートである。 一実施の形態において、複合材の製造に利用されるシートの概略図である。 一実施の形態において、積層体の概略図である。 一実施の形態において、積層体の熱分解を説明するための図である。 一実施の形態における中間体の概略図である。 一実施の形態における複合材の概略図である。
（実施の形態）
図１に示すように、一実施の形態による複合材１００は、複数の層（例えば第１層１１０、第２層１２０、第３層１３０を含む）を備える。複合材１００は、加熱される外表面１００ａと、外表面１００ａに対向する内表面１００ｂとを備える。複合材１００の外表面１００ａが加熱され、加熱された熱は熱伝導により外表面１００ａから内表面１００ｂに伝達される。第１層１１０は、複合材１００の外表面１００ａを形成し、他の層、例えば第２層１２０、第３層１３０よりも耐熱性が高い材料で形成されてもよい。第２層１２０は、他の層、例えば第１層１１０、第３層１３０よりも断熱性が高い材料で形成されてもよい。第３層１３０は、複合材１００の内表面１００ｂを形成し、他の層、例えば第１層１１０、第２層１２０よりも高い強度、例えば引張強度、高温時の曲げ強度などを有する材料で形成されてもよい。引張強度は、例えば、ＪＩＳ Ｒ １６０６により測定される。高温時の曲げ強度は、例えば、ＪＩＳ Ｒ １６０４により測定され得る。
第１層１１０は強化繊維セラミックスを含む。例えば、第１層１１０は、図２Ａ、２Ｂに示すように、第１強化繊維１１２と、第１マトリクス１１４と、第１前駆体１１６とを備える。第１強化繊維１１２は、例えば、炭素繊維、炭化ケイ素（ＳｉＣ）繊維、ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ２）繊維、又はこれらの組み合わせを含む。第１マトリクス１１４は、多孔質形状に、セラミックスで形成されている。第１マトリクス１１４は、例えば超耐熱セラミックス（Ultra High Temperature Ceramics；ＵＨＴＣ）のうち２７５０℃以上の融点または分解温度を有する素材（例えば、ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ２）、炭化ハフニウム（ＨｆＣ）、ホウ化ハフニウム（ＨｆＢ２））を含む。また、第１マトリクス１１４は、一部ＳｉＣなどの２７５０℃未満の融点または分解温度を有する素材を含んでもよい。第１前駆体１１６は第１マトリクス１１４の孔に含浸されるように形成されている。第１前駆体１１６はセラミックスが生成される前の物質を含む。第１前駆体１１６は、熱分解されるとセラミックスとなる物質、例えばポリカルボシラン（Polycarbosilane；ＰＣＳ）を含んでもよい。超耐熱セラミックスは融点および分解温度が２０００℃より高いセラミックスを含み得る。分解温度は、例えば物質が熱分解される温度を含む。
第２層１２０も、第１層１１０と同様に強化繊維セラミックスを含む。例えば、第２層１２０は、図３に示すように、第２強化繊維１２２と、第２マトリクス１２４と、第２前駆体１２６とを備える。第２強化繊維１２２は、例えば、炭素繊維、炭化ケイ素（ＳｉＣ）繊維、ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ２）繊維、又はこれらの組み合わせを含む。第２マトリクス１２４は、多孔質形状に、セラミックスで形成されている。第２マトリクス１２４は、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）、超耐熱セラミックスのうち２７５０℃以上の融点または分解温度を有する素材（例えば、ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ２）、炭化ハフニウム（ＨｆＣ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２））を含んでもよい。第２前駆体１２６は第２マトリクス１２４の孔に含浸されるように形成されている。第２前駆体１２６はセラミックスが生成される前の物質を含む。第２前駆体１２６は、熱分解されるとセラミックスとなる物質、例えばポリカルボシラン（Polycarbosilane；ＰＣＳ）を含んでもよい。
第３層１３０も、第１層１１０と同様に強化繊維セラミックスを含む。例えば、第３層１３０は、図４に示すように、第３強化繊維１３２と、第３マトリクス１３４と、第３前駆体１３６とを備える。第３強化繊維１３２は、例えば、炭素繊維、炭化ケイ素（ＳｉＣ）繊維、ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ２）繊維、又はこれらの組み合わせを含む。第３マトリクス１３４は、多孔質形状に、セラミックスで形成されている。第３マトリクス１３４は、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）、超耐熱セラミックスのうち２７５０℃以上の融点または分解温度を有する素材（例えば、ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ２）、炭化ハフニウム（ＨｆＣ））を含んでもよい。第３前駆体１３６は第３マトリクス１３４の孔に含浸されるように形成されている。第３前駆体１３６はセラミックスが生成される前の物質を含む。第３前駆体１３６は、熱分解されるとセラミックスとなる物質、例えばポリカルボシラン（Polycarbosilane；ＰＣＳ）を含んでもよい。
各層の強化繊維、例えば第１強化繊維１１２と、第２強化繊維１２２と、第３強化繊維１３２とは、同じ材料でもよく、異なる材料でもよい。各層の前駆体、例えば第１前駆体１１６と、第２前駆体１２６と、第３前駆体１３６とは、同じ材料でもよい。
第１層１１０の耐熱性は、他の層、例えば第２層１２０、第３層１３０の耐熱性より高くてもよい。例えば、第１マトリクス１１４の成分（例えば、素材と、各素材の割合とを含む）は、他の層のマトリクス、例えば第２マトリクス１２４の成分と、第３マトリクス１３４の成分と異なってもよい。第１マトリクス１１４の素材は、他の層のマトリクスの素材と異なってもよく、他の層のマトリクスの素材と同じでも各素材の割合、例えば質量パーセント濃度が異なってもよい。第１マトリクス１１４に含まれる耐熱性が高い素材、例えばＺｒＢ２、ＨｆＢ２の第１層１１０における割合、例えば質量パーセント濃度は、他の層、例えば第２層１２０、第３層１３０よりも高くてもよい。耐熱性が高い素材は、超耐熱セラミックスを含んでもよい。耐熱性が高い素材は、融点または分解温度がＳｉＣの分解温度より高い素材、例えば融点または分解温度が２７５０℃以上の超耐熱性セラミックスを含んでもよい。耐熱性が高い素材は、空気が高速（例えば音速）に流れている環境に設置されたときに、単位時間に減少する質量（例えば減肉量（g/sec））がＳｉＣより低い素材でもよく、単位時間に表面が損耗する長さ（例えば減耗速度（μｍ/sec））がＳｉＣより低い素材でもよい。ここで、また、単位時間に表面が損耗する長さは、例えば、空気が高速（例えば音速）に流れている環境に所望の厚さの物質が置かれたときに、１秒間に物質の厚さが減少する長さを表す。例えば、第１層１１０において、耐熱性が高い素材の質量パーセント濃度は３％以上でもよい。
第２層１２０の耐熱性は、第２層１２０より内表面１００ｂ方向の層、例えば第３層１３０の耐熱性より高くてもよい。第２マトリクス１２４の成分は、第３マトリクス１３４の成分と異なってもよい。第２マトリクス１２４に含まれる耐熱性が高い素材、例えばＺｒＯ２の第２層１２０における割合、例えば質量パーセント濃度は、第２層１２０より内表面１００ｂ方向の層よりも高くてもよい。
第２層１２０の断熱性は、他の層、例えば第１層１１０、第３層１３０の断熱性より高くてもよい。例えば、第２層１２０の熱伝導率は、第１層１１０、第３層１３０の熱伝導率より低い。熱伝導率は、例えばＪＩＳ Ｒ１６１１、ＪＩＤ Ｒ２２５１などにより測定される。第２マトリクス１２４に含まれる断熱性が高い素材、例えばＺｒＯ２の第２層１２０における割合、例えば質量パーセント濃度は、他の層、例えば第１層１１０、第３層１３０より高くてもよい。断熱性が高い素材は、熱伝導率がＳｉＣより低い素材を含んでもよい。断熱性が高い素材は、所望の温度、例えば常温または高温（例えば、２０００度）における熱伝導率がＳｉＣより低い素材を含んでもよい。
複合材１００は、特性の異なる複数の層を有することで、高い耐熱性と高い強度を有することができる。加熱される外表面１００ａを形成する第１層１１０は高い耐熱性を有する。中間層、例えば第２層１２０は高い断熱性を有する。内表面１００ｂを形成する第３層１３０は高い強度を有する。よって、外表面１００ａが高温に熱せられても内表面１００ｂの温度は外表面１００ａより低いため、第３層１３０は強度の高い材料を用いることができる。
複合材１００は、一方の表面が加熱され、他方の表面が加熱されない部分に適用してもよい。例えば、図５に示すように、飛翔体１０（例えばミサイル）の先端部分に複合材１００が設けられてもよい。飛翔体１０が飛行するときに、空力加熱が加えられる部分に複合材１００が設けられてもよい。飛翔体１０は、推進装置１５、例えばロケットモータ、ジェットエンジンを備え、音速以上で飛行してもよい。複合材１００は、飛翔体１０の外表面が複合材１００の外表面１００ａを含むように設けられる。
複合材１００は、高い耐熱性と、高い強度を有することができる。複合材１００の外表面１００ａを形成する第１層１１０は耐熱性が高いため、複合材１００は空力加熱による高温に耐えることができる。また、複合材１００の第３層１３０が高い強度を有し、かつ、第１層１１０を支持しているため、外表面１００ａへの空圧による第１層１１０の変形を抑制することができる。このように、外表面１００ａは、空気の流れ、例えば音速以上の空気の流れの中でも空気の流れを保ち得る。このため、複合材１００は、音速以上の空気の流れの中でも、空力特性に大きな影響を与えずに空気の流れを整えることができる。
（製造方法）
複合材１００は、図６に示す方法により製造することができる。ステップＳ１１０において、繊維クロスにスラリーを含浸させたシートが複数準備される。例えば、第１層１１０に対応する第１シート２１０と、第２層１２０に対応する第２シート２２０と、第３層１３０に対応する第３シート２３０とが準備される。第１シート２１０と、第２シート２２０と、第３シート２３０とは、それぞれ複数準備されてもよい。
例えば、図７に示すように、第１層１１０に対応する第１シート２１０が準備される。第１強化繊維１１２で形成された第１繊維クロス２１２と、第１マトリクス１１４を形成する第１スラリー２１４とが準備される。第１繊維クロス２１２に第１スラリー２１４を含浸して、第１シート２１０が形成される。第１スラリー２１４は、セラミックス粒子（例えばＳｉＣ粒子、融点または分解温度が２７５０℃以上の超耐熱セラミックス粒子）を混ぜた前駆体、例えばセラミックス前駆体を含む。このセラミックス前駆体はポリカルボシランを含んでもよい。複数の第１シート２１０が準備されてもよい。
例えば、第２層１２０に対応する第２シート２２０が準備される。第２強化繊維１２２で形成された第２繊維クロス２２２と、第２マトリクス１２４を形成する第２スラリー２２４とが準備される。第２繊維クロス２２２に第２スラリー２２４を含浸して、第２シート２２０が形成される。第２スラリー２２４は、セラミックス粒子（例えばＳｉＣ粒子、融点または分解温度が２７５０℃以上の超耐熱セラミックス粒子）を混ぜた前駆体、例えばセラミックス前駆体を含む。このセラミックス前駆体はポリカルボシランを含んでもよい。複数の第２シート２２０が準備されてもよい。
例えば、第３層１３０に対応する第３シート２３０が準備される。第３強化繊維１３２で形成された第３繊維クロス２３２と、第３マトリクス１３４を形成する第３スラリー２３４とが準備される。第３繊維クロス２３２に第３スラリー２３４を含浸して、第３シート２３０が形成される。第３スラリー２３４は、セラミックス粒子（例えばＳｉＣ粒子、融点または分解温度が２７５０℃以上の超耐熱セラミックス粒子）を混ぜた前駆体、例えばセラミックス前駆体を含む。このセラミックス前駆体はポリカルボシランを含んでもよい。複数の第３シート２３０が準備されてもよい。
スラリーに含まれるセラミックス粒子の割合の変化に応じて、各層の特性、例えば耐熱性、断熱性、強度が変化する。第１スラリー２１４の成分は、他の層のスラリーの成分、例えば第２スラリー２２４の成分と、第３スラリー２３４の成分とは異なってもよい。第１スラリー２１４の素材は、他の層のスラリーの素材と異なってもよく、他の層のスラリーの素材と同じでも各素材の割合、例えば質量パーセント濃度が異なってもよい。
第１スラリー２１４が熱分解された第１焼結体は、他のスラリーが熱分解された焼結体、例えば、第２スラリー２２４の第２焼結体と、第３スラリー２３４の第３焼結体よりも、耐熱性が高くてもよい。例えば、第１スラリー２１４における耐熱性が高い粒子、例えば、ＺｒＢ２粒子、ＨｆＢ２粒子の全体に対する割合、例えば質量パーセント濃度は、他のスラリー、例えば第２スラリー２２４、第３スラリー２３４より高くてもよい。
第２スラリー２２４が熱分解された第２焼結体は、他のスラリーが熱分解された焼結体、例えば第１スラリー２１４の第１焼結体と、第３スラリー２３４の第３焼結体よりも、断熱性が高くてもよい。第２スラリー２２４における断熱性が高い粒子、例えば、ＺｒＯ２粒子の全体に対する割合、例えば質量パーセント濃度は、他のスラリー、例えば第１スラリー２１４、第３スラリー２３４より高くてもよい。
第３スラリー２３４が熱分解された第３焼結体は、他のスラリーが熱分解された焼結体、例えば第１スラリー２１４の第１焼結体と、第２スラリー２２４の第２焼結体よりも、強度が高くてもよい。第３スラリー２３４における強度が高い粒子、例えばＳｉＣ粒子の全体に対する割合、例えば質量パーセント濃度は、他のスラリー、例えば第１スラリー２１４、第２スラリー２２４より高くてもよい。
ステップＳ１２０において、準備されたシートが積層されて、積層体２００が形成される。例えば、図８に示すように、第１シート２１０は第２シート２２０の上に配置され、第２シート２２０は第３シート２３０の上に配置されてもよい。また、第２シート２２０は、第１シート２１０と第３シート２３０との間に配置される。複数の第１シート２１０が第１層１１０を形成し、複数の第２シート２２０が第２層１２０を形成し、複数の第３シート２３０が第３層１３０を形成してもよい。複数の第２シート２２０は、複数の第１シート２１０と、複数の第３シート２３０との間に配置されてもよい。
ステップＳ１３０において、積層体２００が真空雰囲気または不活性雰囲気（例えば窒素雰囲気、アルゴン雰囲気を含む）での加熱により熱分解されて、中間体３００が形成される。図９に示すように、積層されたシートは、成形型２０、３０に挟まれた状態で加熱される。成形型２０、３０は積層されたシートに圧力を加えてもよい。シートは熱分解によりセラミックスに変化する温度、例えば８００℃～１０００℃まで加熱される。成形型２０、３０は、例えば金型、カーボン型などを含む。
ステップＳ１４０において、熱分解された中間体３００にスラリーが含浸される。中間体３００は、図１０に示すように、セラミックス収率（ceramic yield）に応じて、複数の孔３１０が形成される。中間体３００の孔３１０を埋めるように、スラリーは中間体３００に含浸される。中間体３００は真空雰囲気に調整された真空チャンバー内で含浸されてもよい。中間体３００に含浸されるスラリーは、第１スラリー２１４と、第２スラリー２２４と、第３スラリー２３４とのいずれでもよい。中間体３００に含浸されるスラリーは、第１スラリー２１４と第２スラリー２２４と第３スラリー２３４と異なるスラリーでもよい。なお、セラミックス収率は、セラミックス前駆体の質量と、そのセラミックス前駆体を加熱して得られるセラミックスの質量との比率を含んでもよい。
ステップＳ１５０において、加熱した回数が所望の回数と比較される。加熱した回数が所望の回数に達していないとき（ステップＳ１５０；ＮＯ）、ステップＳ１３０の処理に戻る。加熱した回数が所望の回数に達したとき（ステップＳ１５０；ＹＥＳ）、ステップＳ１６０の処理に移行する。所望の回数は、製造する複合材１００の特性に応じて決定される。例えば、所望の回数は、例えば３以下の数を含み、１を含んでもよい。なお、２回目以降のステップＳ１３０の処理では、成形型２０、３０は使用されなくてもよい。
ステップＳ１６０において、スラリーを含浸した中間体３００が低温で加熱される。中間体３００を加熱する温度は、スラリーが熱分解によりセラミックスに変化する温度よりも低い。加熱する温度は、熱分解挙動により質量減少が加熱前の質量に対する所望の割合になる温度より小さくてもよい。この所望の割合は、例えば１０％以下を含み、５％以下でもよい。この質量減少の割合は、熱重量分析（thermal gravimetric analysis；ＴＧ）、熱重量・示差熱分析（thermal gravimetric analysis ‐ differential thermal analysis；ＴＧ－ＤＴＡ）などを用いて測定される。例えば、ポリカルボシランの場合、加熱する温度は４００℃未満でもよい。
このように、最後にスラリーを含浸した中間体３００を低温で加熱して、第１層１１０の成分と、第２層１２０の成分と、第３層１３０の成分とが異なる複合材１００を製造することができる。また、加熱する温度が低温に抑えられることで、複合材１００に占める孔３１０の割合を抑制することができる。
加熱処理の回数を制限することで、複合材１００は特性の異なる層を有することができる。ステップＳ１４０において、中間体３００の各層に生じた孔３１０に同じスラリーが含浸される。このため、各層の孔３１０には同じ成分のマトリクスが焼結される。加熱処理とスラリーの含浸とを繰り返すことで、各層のマトリクスの成分が類似する。加熱処理の回数を制限することで、各層は異なる特性を有することができる。
さらに、加熱処理の回数を制限することで、緻密な構造体を少ない工程で製造することができる。この結果、製造コストが抑制される。
複合材１００が前駆体１１６、１２６、１３６を含むことで、複合材１００は高い耐熱性を有し得る。複合材１００が加熱されると前駆体１１６、１２６、１３６が熱分解し吸熱し得る。また、前駆体１１６、１２６、１３６が気化することにより、空力加熱による複合材１００への入熱が抑制され得る。
（変形例）
複合材１００は、２層でもよく、３層以上でもよい。例えば、複合材１００は、高い耐熱性を有する第１層１１０と、高い強度を有する第３層１３０とから構成されてもよい。複合材１００は、第１層１１０と第２層１２０との間に、第１層１１０より耐熱性が低く、第２層１２０より耐熱性が高い層が設けられてもよい。
複合材１００は、図１１に示すように、吸湿防止コーティング１４０を備えてもよい。吸湿防止コーティング１４０は、撥水性を高めるコーティング、例えばポリマーコーティングを含んでもよい。吸湿防止コーティング１４０は、複合材１００が備える前駆体、例えば第１前駆体１１６、第２前駆体１２６、第３前駆体１３６の劣化、例えば酸化、分解などを抑制することができる。
以上において説明した実施の形態および変形例は一例であり、機能を阻害しない範囲で変更してもよい。また、各実施の形態および変形例で説明した構成は、機能を阻害しない範囲で、任意に変更してもよく、または／および、任意に組み合わせてもよい。
各実施の形態に記載の複合材の製造方法は、例えば以下のように把握される。
第１の態様に係る複合材の製造方法は、第１スラリー（２１４）を有する第１シート（２１０）と、第２スラリー（２３４）を有する第２シート（２３０）とを積層することと、積層した第１シート（２１０）と第２シート（２３０）とを熱分解によりセラミックスに変化する温度まで加熱し、中間体（３００）を生成することとを含む。製造方法は、さらに中間体（３００）に第３スラリーを含浸させて、熱分解によりセラミックスに変化する温度より低い温度で加熱することを含む。
中間体（３００）を熱分解によりセラミックスに変化する温度より低い温度で加熱することで、複合材（１００）は、異なる特性を有する複数の層を備えることができる。この結果、複合材は、複数の特性、例えば高い耐熱性と高い強度とを有し得る。
第２の態様に係る複合材の製造方法は、第１の態様に係る複合材の製造方法であって、中間体（３００）を加熱する際の低い温度が第３スラリーの加熱による質量減少が加熱前の質量に対する所望の割合になる温度を含むように構成されている。
第３の態様に係る複合材の製造方法は、第２の態様に係る複合材の製造方法であって、第３スラリーの加熱による質量減少が加熱前の質量に対する所望の割合が１０％以下を含むように構成されている。
中間体（３００）を加熱する温度が第３スラリーの質量減少が所望の割合になる温度までであることで、製造される複合材（１００）は前駆体（１１６、１２６、１３６）を含み得る。これにより、複合材（１００）を占める孔（３１０）の割合は抑制され得る。
第４の態様に係る複合材の製造方法は、第１の態様に係る複合材の製造方法であって、第１スラリー（２１４）が熱分解された第１焼結体の耐熱性が、第２スラリー（２３４）が熱分解された第２焼成体よりも、高くなるように構成されている。
これにより、第１スラリー（２１４）を含む第１シート（２１０）が熱分解された第１層（１１０）が高い耐熱性を有することで、複合材（１００）は第１層（１１０）の表面（１００ａ）からの加熱に対する高い耐熱性を有する。
第５の態様に係る複合材の製造方法は、第４の態様に係る複合材の製造方法であって、第２焼結体の強度が第１焼結体の強度よりも高くなるように構成されている。
これにより、第２スラリー（２３４）を含む第２シート（２３０）が熱分解された第２層（１３０）が高い強度を有することで、第２層（１３０）が第１層（１１０）を支持し、複合材（１００）は高い強度を有する。
第６態様に係る複合材の製造方法は、第１の態様に係る複合材の製造方法であって、積層することが、第４スラリー（２２４）を有する第３シート（２２０）を、第１シート（２１０）と第２シート（２３０）との間に積層することを含む。また、第４スラリー（２２４）の成分は、第１スラリー（２１４）の成分と、第２スラリー（２３４）の成分と異なる。
これにより、製造される複合材は、特性の異なる３以上の層を有することができる。
第７の態様に係る複合材の製造方法は、第６の態様に係る複合材の製造方法であって、第４スラリー（２２４）が熱分解された第３焼結体の断熱性は、第１スラリー（２１４）が熱分解された第１焼結体の断熱性よりも高くなるように構成されている。
第８の態様に係る複合材の製造方法は、第６の態様に係る複合材の製造方法であって、第４スラリー（２２４）が熱分解された第３焼結体の断熱性は、第２スラリー（２３４）が熱分解された第２焼結体の断熱性よりも高くなるように構成されている。
製造される複合材は、第１層（１１０）と、第２層（１３０）との間に断熱性の高い第３層（１２０）を有するため、加熱された第１層（１１０）の熱が第２層（１３０）に伝わるのを抑制することができる。
各実施の形態の複合材は、例えば以下のように把握される。
第９の形態に係る複合材は、第１マトリクス（１１４）を有する第１層（１１０）と、第２マトリクス（１３４）を有し、第１層（１１０）の下に設けられた第２層（１３０）とを備える。第１層（１１０）は、第１マトリクス（１１４）の前駆体を含む。第２マトリクス（１３４）の成分は、第１マトリクスの成分（１１４）と異なる。
複合材は、異なる特性を有する複数の層を備えることができる。この結果、複合材は、複数の特性、例えば高い耐熱性と高い強度とを有し得る。また、第１層（１１０）が第１マトリクス（１１４）の前駆体を含むため、複合材（１００）を占める孔（３１０）の割合は抑制され得る。
第１０の態様に係る複合材は、第９の態様に係る複合材であって、第１層（１１０）の耐熱性が第２層（１３０）の耐熱性よりも高くなるように構成されている。
複合材は第１層（１１０）の表面（１００ａ）からの加熱に対する高い耐熱性を有する。
第１１の態様に係る複合材は、第９の態様に係る複合材であって、第２層（１３０）の強度が第１層（１１０）の強度より高くなるように構成されている。
第２層（１３０）が高い強度を有することで、第２層（１３０）が第１層（１１０）を支持し、複合材は高い強度を有する。
第１２の態様に係る複合材は、第９の態様に係る複合材であって、第３マトリクス（１３４）を有し、第１層（１１０）と第２層（１３０）との間に設けられた第３層（１２０）をさらに備える。第３層（１２０）の断熱性は、第１層（１１０）の断熱性より高い。
第１３の態様に係る複合材は、第１２の態様に係る複合材であって、第３層（１２０）の断熱性が第２層（１３０）の断熱性よりも高くなるように構成されている。
複合材は、第１層（１１０）と、第２層（１３０）との間に断熱性の高い第３層（１２０）を有するため、加熱された第１層（１１０）の熱が第２層（１３０）に伝わるのを抑制することができる。
第１４の態様に係る複合材は、第９の態様に係る複合材であって、第１層（１１０）が外表面（１００ａ）を形成し、外表面（１００ａ）が空気の流れを整えるように構成されている。
第１５の態様に係る複合材は、第１４の態様に係る複合材であって、外表面（１００ａ）が音速以上の空気の流れを整えるように構成されている。
各実施の形態の飛翔体は、例えば以下のように把握される。
第１６の形態に係る飛翔体は、第９の態様に係る複合材を空力加熱が加えられる部分に備える。
１０ ：飛翔体
１５ ：推進装置
２０ ：成形型
３０ ：成形型
１００ ：複合材
１００ａ ：外表面
１００ｂ ：内表面
１１０ ：第１層
１１２ ：第１強化繊維
１１４ ：第１マトリクス
１１６ ：第１前駆体
１２０ ：第２層
１２２ ：第２強化繊維
１２４ ：第２マトリクス
１２６ ：第２前駆体
１３０ ：第３層
１３２ ：第３強化繊維
１３４ ：第３マトリクス
１３６ ：第３前駆体
１４０ ：吸湿防止コーティング
２００ ：積層体
２１０ ：第１シート
２１２ ：第１繊維クロス
２１４ ：第１スラリー
２２０ ：第２シート
２２２ ：第２繊維クロス
２２４ ：第２スラリー
２３０ ：第３シート
２３２ ：第３繊維クロス
２３４ ：第３スラリー
３００ ：中間体
３１０ ：孔

Claims (16)

  1. 第１繊維クロスに第１スラリーを含浸させた第１シートと、第２繊維クロスに第２スラリーを含浸させた第２シートとを積層することと、
    積層した前記第１シートと前記第２シートとを熱分解によりセラミックスに変化する温度まで加熱し、中間体を生成することと、
    前記中間体に第３スラリーを含浸させて、熱分解により前記第３スラリーがセラミックスに変化する温度より低い温度で加熱することと、
    を含み、
    前記第１スラリーは、融点または分解温度が２７５０℃以上の超耐熱セラミックス粒子を含み、前記第１スラリーの成分は、前記第２スラリーの成分と異なり、前記第２スラリーよりも前記超耐熱セラミックス粒子を多く含む複合材の製造方法。
  2. 前記低い温度は、前記第３スラリーの加熱による質量減少が加熱前の質量に対する所望の割合になる温度を含む
    請求項１に記載の複合材の製造方法。
  3. 前記所望の割合は、１０％以下を含む
    請求項２に記載の複合材の製造方法。
  4. 前記第１スラリーが熱分解された第１焼結体の耐熱性は、前記第２スラリーが熱分解された第２焼結体の耐熱性よりも高い
    請求項１から３のいずれか１項に記載の複合材の製造方法。
  5. 前記第２焼結体の強度は、前記第１焼結体の強度よりも高い
    請求項４に記載の複合材の製造方法。
  6. 前記積層することは、第３繊維クロスに第４スラリーを含浸させた第３シートを、前記第１シートと前記第２シートとの間に積層することを含み、
    前記第４スラリーの成分は、前記第１スラリーの成分と、前記第２スラリーの成分と異なる
    請求項１から５のいずれか１項に記載の複合材の製造方法。
  7. 前記第４スラリーが熱分解された第３焼結体の断熱性は、前記第１スラリーが熱分解された第１焼結体の断熱性よりも高い
    請求項６に記載の複合材の製造方法。
  8. 前記第４スラリーが熱分解された第３焼結体の断熱性は、前記第２スラリーが熱分解された第２焼結体の断熱性よりも高い
    請求項６または７に記載の複合材の製造方法。
  9. 第１マトリクスを有する第１層と、
    第２マトリクスを有し、前記第１層の下に設けられた第２層と、
    を備え、
    前記第１層は、前記第１マトリクスの前駆体を含み、
    前記第１マトリクスは、融点または分解温度が２７５０℃以上の超耐熱セラミックス粒子を含み、前記第２マトリクスの成分は、前記第１マトリクスの成分と異なり、前記第２マトリクスよりも前記超耐熱セラミックス粒子を多く含む複合材。
  10. 前記第１層の耐熱性は、前記第２層の耐熱性よりも高い
    請求項９に記載の複合材。
  11. 前記第２層の強度は、前記第１層の強度よりも高い
    請求項９または１０に記載の複合材。
  12. 第３マトリクスを有し、前記第１層と前記第２層との間に設けられた第３層をさらに備え、
    前記第３層の断熱性は、前記第１層の断熱性よりも高い
    請求項９から１１のいずれか１項に記載の複合材。
  13. 前記第３層の断熱性は、前記第２層の断熱性よりも高い
    請求項１２に記載の複合材。
  14. 前記第１層は、外表面を形成し、
    前記外表面は、空気の流れを整える
    請求項９から１３のいずれか１項に記載の複合材。
  15. 前記空気の流れは、音速以上である
    請求項１４に記載の複合材。
  16. 請求項９から１５のいずれか１項に記載の複合材を空力加熱が加えられる部分に備える飛翔体
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