JP2000211977A - Ceramic-based, fiber-reinforced composite material and its production - Google Patents

Ceramic-based, fiber-reinforced composite material and its production

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JP2000211977A
JP2000211977A JP11015900A JP1590099A JP2000211977A JP 2000211977 A JP2000211977 A JP 2000211977A JP 11015900 A JP11015900 A JP 11015900A JP 1590099 A JP1590099 A JP 1590099A JP 2000211977 A JP2000211977 A JP 2000211977A
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JP
Japan
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ceramic
composite material
fiber
oxide layer
fibers
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Japanese (ja)
Inventor
Tsuneji Kameda
常治 亀田
Yoshinori Hayakawa
義則 早川
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Toshiba Corp
Toshiba Development and Engineering Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide ceramic-based, fiber-reinforced composite material capable of preventing the degradation of ceramic fiber in reaction sintering and capable of sufficiently manifesting its strength characteristics, and to provide a method for producing the same composite material. SOLUTION: When this ceramic-based, fiber-reinforced composite material 10 contains ceramic fiber as a reinforcing ingredient in ceramic-based matrix 11, the surface of each ceramic fiber is coated with a boundary layer 14 for weakening a binding force between the matrix and the ceramic fiber, and an oxide layer is made to exist between the ceramic fiber and the layer 14.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン部品
などに適用される材料およびその製造方法に関するもの
であり、強度を有するセラミックス基繊維複合材料およ
びその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a material applied to a gas turbine component or the like and a method for producing the same, and more particularly to a ceramic-based fiber composite material having strength and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、セラミックス焼結体は、高温度
まで強度低下がなく、硬度、電気絶縁性、耐摩耗性、耐
熱性、耐食性および軽量性などの諸特性が従来の金属材
料に比べて優れている。このため、重電設備、航空機部
品、自動車部品、電子機器、精密機器部品および半導体
装置材料などの構造用材料や電子用材料として広い分野
において使用されている。
2. Description of the Related Art In general, a ceramic sintered body does not decrease in strength up to a high temperature and has various properties such as hardness, electric insulation, abrasion resistance, heat resistance, corrosion resistance and light weight as compared with conventional metal materials. Are better. For this reason, they are used in a wide range of fields as structural materials and electronic materials, such as heavy electrical equipment, aircraft parts, automobile parts, electronic equipment, precision equipment parts, and semiconductor device materials.

【0003】しかし、セラミックス焼結体は、圧縮に比
べ引張り応力に対して弱い。特に、欠陥が潜在する場
合、欠陥部分に応力が集中して破壊が一気に進行する、
いわゆる、脆性という欠点を有している。特に、ガスタ
ービン部品等では異物の衝突によるセラミックス部品の
破壊が実用化の大きな妨げとなっている。このようなこ
とから、高信頼性が要求される部位へのセラミックス部
品の適用を可能にするため、セラミックス焼結体の高靭
性化および破壊エネルギの増大を図ることが強く求めら
れている。
[0003] However, ceramic sintered bodies are more vulnerable to tensile stress than compression. In particular, when a defect is latent, stress concentrates on the defect portion and the destruction progresses at a stretch,
It has a so-called brittle defect. In particular, in gas turbine parts and the like, the destruction of ceramic parts due to collision of foreign matter is a major hindrance to practical use. For this reason, in order to enable the application of the ceramic component to a portion where high reliability is required, it is strongly required to increase the toughness and increase the fracture energy of the ceramic sintered body.

【0004】これらの要求に対して、近年、セラミック
ス基複合材料の研究および開発が盛んになされている。
この中でも、特に、連続長繊維を強化素材としたセラミ
ックス基繊維複合材料は、破壊靭性および破壊エネルギ
の増大効果に優れ、信頼性の向上に大きな効果を示す。
また、炭化ケイ素をマトリックスとする複合材料は高い
耐熱性を有することから、高温用構造部材を構成する材
料として有益であることが知られている。
In response to these demands, research and development of ceramic-based composite materials have been actively conducted in recent years.
Among them, a ceramic-based fiber composite material using continuous long fibers as a reinforcing material is particularly excellent in the effects of increasing fracture toughness and fracture energy, and exhibits a great effect in improving reliability.
Further, it is known that a composite material containing silicon carbide as a matrix has high heat resistance, and is therefore useful as a material constituting a high-temperature structural member.

【0005】このようなセラミックス基繊維複合材料の
製造方法を以下に示す。
A method for producing such a ceramic-based fiber composite material will be described below.

【0006】まず、炭化ケイ素セラミックス繊維を50
0〜2000本束ね、繊維束の状態とした後、この炭化
ケイ素セラミックス繊維束の繊維表面に、CVD法を用
い窒化ホウ素からなる界面層を形成した。
First, fifty silicon carbide ceramic fibers were added.
After bundling 0 to 2000 fibers into a fiber bundle, an interface layer made of boron nitride was formed on the fiber surface of the silicon carbide ceramic fiber bundle by using a CVD method.

【0007】次に、界面層がコーティングされた繊維束
をブレーディングし、組み糸数24本、中央糸数8本の
ブレーディング体(繊維構造体)とした。
Next, the fiber bundle coated with the interface layer was braided into a braided body (fiber structure) having 24 braids and 8 central yarns.

【0008】その後、スリップキャスト法で用いるスラ
リーを以下のようにして得た。粒径1〜10μmの炭化
ケイ素粉末、粒径0.01〜1μmの炭素粉末、分散
剤、乾燥時に粉体の形態を保持するためのバインダーお
よび純水を用い、これらを所定量投入し10〜20時間
ポットミルで湿式混合し、スラリーを得た。
Thereafter, a slurry used in the slip casting method was obtained as follows. Using a predetermined amount of silicon carbide powder having a particle size of 1 to 10 μm, carbon powder having a particle size of 0.01 to 1 μm, a dispersant, a binder for maintaining the form of the powder when dried, and pure water, The slurry was obtained by wet mixing in a pot mill for 20 hours.

【0009】このスラリーをブレーディング体の繊維間
および繊維周辺に充填し、スリップキャスト法により炭
化ケイ素セラミックス繊維により強化した成形体を得
た。
This slurry was filled between and around the fibers of the braided body, and a molded body reinforced with silicon carbide ceramic fibers by a slip casting method was obtained.

【0010】得られた成形体を、反応焼結法により、真
空中1420〜1500℃に加熱後、溶融ケイ素を含浸
させた。成形体中の炭素成分と溶融ケイ素とを反応焼結
させて、炭化ケイ素基マトリックスを得た。
The obtained molded body was heated to 1420 to 1500 ° C. in a vacuum by a reaction sintering method and then impregnated with molten silicon. The carbon component in the compact and the molten silicon were reacted and sintered to obtain a silicon carbide-based matrix.

【0011】このようにして得られたセラミックス基繊
維複合材料の断面図を図2に示す。
FIG. 2 is a sectional view of the ceramic-based fiber composite material thus obtained.

【0012】図2に示すように、セラミックス基繊維複
合材料1は、セラミックス基マトリックス2中に、断面
がほぼ円形状の炭化ケイ素セラミックス繊維3が複数本
複合化される。そして、この炭化ケイ素セラミックス繊
維3の外周面に、窒化ホウ素からなる界面層4が形成さ
れる。
As shown in FIG. 2, in the ceramic-based fiber composite material 1, a plurality of silicon carbide ceramic fibers 3 having a substantially circular cross section are compounded in a ceramic-based matrix 2. Then, an interface layer 4 made of boron nitride is formed on the outer peripheral surface of the silicon carbide ceramic fiber 3.

【0013】図2に示す窒化ホウ素からなる界面層4
は、実質的に炭化ケイ素セラミックス繊維3とセラミッ
クス基マトリックス2との境界を形成し、繊維とマトリ
ックスとの結合力を弱める。この結合力の低下により複
合材料の破壊挙動時に破壊エネルギを吸収し、セラミッ
クス基マトリックス2のカタストロフィックな破壊を抑
制する。
The interface layer 4 made of boron nitride shown in FIG.
Substantially forms a boundary between the silicon carbide ceramic fibers 3 and the ceramic matrix 2, and weakens the bonding force between the fibers and the matrix. Due to this decrease in the bonding force, the fracture energy of the composite material is absorbed during the fracture behavior, and the catastrophic fracture of the ceramic matrix 2 is suppressed.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、窒化ホ
ウ素からなる界面層4を設けたことでカタストロフィッ
クな破壊を抑制できるものの、セラミックス基マトリッ
クス2を反応焼結法で形成する際、溶融含浸されるケイ
素により炭化ケイ素セラミックス繊維3が反応劣化して
しまうという問題を有していた。
However, although the catastrophic destruction can be suppressed by providing the interface layer 4 made of boron nitride, when the ceramic matrix 2 is formed by the reaction sintering method, it is melt-impregnated. There was a problem that silicon carbide ceramic fibers 3 were degraded by reaction due to silicon.

【0015】反応焼結法において、炭化ケイ素セラミッ
クス繊維3が溶融ケイ素と反応して劣化することによ
り、最終的に得られるセラミックス基繊維複合材料の強
度特性が十分に発揮されないという問題を有していた。
In the reaction sintering method, the silicon carbide ceramic fiber 3 reacts with molten silicon and deteriorates, so that the strength characteristics of the finally obtained ceramic base fiber composite material are not sufficiently exhibited. Was.

【0016】本発明は、この問題を解決するためになさ
れたものであり、反応焼結時にセラミックス繊維の劣化
を防止し、強度特性を十分に発揮できるセラミックス基
繊維複合材料およびその製造方法を提供することを目的
とする。
The present invention has been made to solve this problem, and provides a ceramic-based fiber composite material capable of preventing deterioration of ceramic fibers during reaction sintering and sufficiently exhibiting strength characteristics, and a method for producing the same. The purpose is to do.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
セラミックス基マトリックス中にセラミックス繊維を複
合化して強度を向上させたセラミックス基繊維複合材料
であって、前記マトリックスと前記セラミックス繊維と
の結合力を弱める界面層を前記セラミックス繊維表面に
コーティングしたセラミックス基繊維複合材料におい
て、前記セラミックス繊維と前記界面層との間に、酸化
物層を備えることを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention,
A ceramic-based fiber composite material in which ceramic fibers are combined with a ceramic-based matrix to improve the strength, wherein the ceramic-based fibers are coated on the surface of the ceramic fibers with an interface layer that weakens a bonding force between the matrix and the ceramic fibers. In the composite material, an oxide layer is provided between the ceramic fiber and the interface layer.

【0018】請求項2記載の発明は、請求項1記載のセ
ラミックス基繊維複合材料において、酸化物層は、セラ
ミックス繊維の酸化処理により形成されることを特徴と
する。
According to a second aspect of the present invention, in the ceramic-based fiber composite material according to the first aspect, the oxide layer is formed by oxidizing the ceramic fibers.

【0019】請求項3記載の発明は、請求項1または2
記載のセラミックス基繊維複合材料において、セラミッ
クス繊維は、炭素ケイ素を主成分とし、酸素、チタン、
ホウ素または窒素のいずれかを副成分とすることを特徴
とする。
The third aspect of the present invention is the first or second aspect.
In the ceramic-based fiber composite material described, the ceramic fibers are mainly composed of carbon silicon, oxygen, titanium,
It is characterized in that either boron or nitrogen is used as an auxiliary component.

【0020】本発明において、酸化雰囲気中で炭化ケイ
素セラミックス繊維を熱処理することにより、セラミッ
クス繊維表面に酸化ケイ素層を形成する。この酸化ケイ
素層が溶融ケイ素に対応する反応防止層となり、炭化ケ
イ素セラミックス繊維の反応および劣化を防止できる。
In the present invention, a silicon oxide ceramic fiber is heat-treated in an oxidizing atmosphere to form a silicon oxide layer on the surface of the ceramic fiber. This silicon oxide layer becomes a reaction prevention layer corresponding to the molten silicon, and can prevent reaction and deterioration of the silicon carbide ceramic fibers.

【0021】繊維表面に形成した酸化ケイ素層は溶融ケ
イ素との接触に対して非常に安定している。また、酸化
ケイ素層は、炭化ケイ素セラミックス繊維に含まれてい
るケイ素の酸化によって形成される。このため、酸化ケ
イ素層は非常に緻密で欠陥が無く、繊維との付着力に優
れている。従って、マトリックス基を反応焼結法で形成
する際に含浸させる溶融ケイ素のバリアー層として有効
であり、セラミックス繊維の反応および劣化を防止でき
る。
The silicon oxide layer formed on the fiber surface is very stable against contact with molten silicon. The silicon oxide layer is formed by oxidizing silicon contained in silicon carbide ceramic fibers. For this reason, the silicon oxide layer is very dense and free from defects, and has excellent adhesion to fibers. Therefore, it is effective as a barrier layer of molten silicon impregnated when the matrix group is formed by the reaction sintering method, and can prevent reaction and deterioration of the ceramic fiber.

【0022】請求項4記載の発明は、請求項3記載のセ
ラミックス基繊維複合材料において、酸化物層は酸化ケ
イ素からなり、前記酸化物層の厚さは0.05μm以上
であることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the ceramic-based fiber composite material of the third aspect, the oxide layer is made of silicon oxide, and the thickness of the oxide layer is 0.05 μm or more. I do.

【0023】酸化ケイ素層の厚さは、0.05μm以上
であれば溶融ケイ素からセラミックス繊維を守ることが
できる。より好ましい酸化物層の厚さは、0.1μm以
上2.0μm以下とすると良い。
If the thickness of the silicon oxide layer is 0.05 μm or more, the ceramic fibers can be protected from molten silicon. It is more preferable that the thickness of the oxide layer be 0.1 μm or more and 2.0 μm or less.

【0024】通常、酸化処理はヤーン状態(セラミック
ス基繊維を500〜2000本束ねたもの)で行う。ヤ
ーン状態で2.0μmを超える厚さの酸化ケイ素膜を形
成すると、繊維間の酸化ケイ素膜同士が固着する。この
固着した繊維に力が加わると、酸化ケイ素膜の剥離およ
びクラックが生じ、膜欠陥となるために溶融ケイ素に対
するバリアー性が低減してしまう。このため、酸化物層
の厚さを2.0μm以下とするのが好ましい。
Usually, the oxidation treatment is performed in a yarn state (500 to 2,000 ceramic base fibers are bundled). When a silicon oxide film having a thickness of more than 2.0 μm is formed in a yarn state, the silicon oxide films between the fibers adhere to each other. When a force is applied to the fixed fibers, peeling and cracking of the silicon oxide film occur, resulting in a film defect, thereby reducing the barrier property against molten silicon. For this reason, the thickness of the oxide layer is preferably set to 2.0 μm or less.

【0025】請求項5記載の発明は、請求項1から4ま
でのいずれかに記載のセラミックス基繊維複合材料にお
いて、セラミックス基マトリックスは、反応焼結により
形成される炭化ケイ素からなることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the ceramic-based fiber composite material according to any one of the first to fourth aspects, the ceramic-based matrix is made of silicon carbide formed by reaction sintering. I do.

【0026】請求項6記載のセラミックス基繊維複合材
料の製造方法は、セラミックス繊維の酸化処理により前
記セラミックス繊維表面に酸化物層を形成する酸化物層
形成工程と、前記セラミックス繊維とこのセラミックス
繊維に隣接したセラミックス基マトリックスとの結合力
を弱める界面層を前記酸化物層上に形成する界面層形成
工程と、前記酸化物層および前記界面層が形成された前
記セラミックス繊維を製織する製織工程と、製織された
前記セラミックス繊維に溶融セラミックスを含浸させて
反応焼結法によりセラミックス基マトリックスを形成す
るマトリックス形成工程とを備えることを特徴とする。
In a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a ceramic-based fiber composite material, the method comprising: forming an oxide layer on the surface of the ceramic fiber by oxidizing the ceramic fiber; An interface layer forming step of forming an interface layer on the oxide layer to weaken a bonding force between adjacent ceramic base matrices, and a weaving step of weaving the ceramic fibers on which the oxide layer and the interface layer are formed, A matrix forming step of forming a ceramic matrix by a reaction sintering method by impregnating the woven ceramic fibers with molten ceramic.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下において、本発明の実施形態
を図1および表1を用いて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

【0028】実施例(試料No.1〜試料No.2) 本実施例においては、セラミックス繊維と界面層との間
に形成した酸化物層の厚さを本発明の範囲内の厚さとし
た。
Example (Sample Nos. 1 and 2) In this example, the thickness of the oxide layer formed between the ceramic fibers and the interface layer was set to a thickness within the range of the present invention.

【0029】まず、炭化ケイ素セラミックス繊維(日本
カーボン社製ハイニカロン)を500〜2000本束ね
て繊維束の状態とした。この炭化ケイ素セラミックス繊
維束を、酸化雰囲気中、800〜1200℃の温度で3
0分から8時間熱処理を実施し、繊維表面に厚さ0.0
5μmの酸化ケイ素層を形成した。
First, 500 to 2,000 silicon carbide ceramic fibers (Hinicalon manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.) were bundled to form a fiber bundle. This silicon carbide ceramic fiber bundle is placed in an oxidizing atmosphere at a temperature of 800 to 1200 ° C. for 3 hours.
Perform heat treatment from 0 minutes to 8 hours and apply a thickness of 0.0
A 5 μm silicon oxide layer was formed.

【0030】その後、化学蒸着法(CVD; Chemical V
apor Deposition ) を用い、酸化ケイ素膜の表面に窒化
ホウ素からなる界面層を形成した。
Thereafter, a chemical vapor deposition method (CVD; Chemical V)
An interface layer made of boron nitride was formed on the surface of the silicon oxide film using apor deposition.

【0031】次に、界面層がコーティングされた繊維束
を用いて、組み糸数24本、中央糸数8本のブレーディ
ング(繊維構造体)とした。
Next, using the fiber bundle coated with the interface layer, a braiding (fiber structure) having 24 braids and 8 central yarns was formed.

【0032】その後、スリップキャストに用いるスラリ
ーとして、粒径1〜10μmの炭化ケイ素粉末、粒径
0.01〜1μmの炭素粉末、分散剤、乾燥時に粉体の
形態を保持するためのバインダーおよび純水を所定量投
入し、15時間から40時間ポットミルで湿式混合した
ものを用いた。
Thereafter, as a slurry used for slip casting, a silicon carbide powder having a particle size of 1 to 10 μm, a carbon powder having a particle size of 0.01 to 1 μm, a dispersant, a binder for maintaining the powder form during drying, and a pure powder A predetermined amount of water was charged, and the mixture was wet-mixed with a pot mill for 15 to 40 hours.

【0033】このスラリーをブレーディング体の繊維間
および繊維周辺に充填し、スリップキャスト法により、
炭化ケイ素セラミックス繊維により強化した成形体を作
製した。
This slurry is filled between and around the fibers of the braiding body, and is subjected to a slip casting method.
A molded body reinforced with silicon carbide ceramic fibers was produced.

【0034】その後、成形体を真空中、1420〜15
00℃の温度で加熱し、溶融ケイ素を含浸させた。成形
体中の炭素成分と溶融ケイ素とを反応および焼結させる
ことで、セラミックス基繊維複合材料を得た。これを試
料No.1とした。
Thereafter, the compact is placed in a vacuum at 1420 to 15
It was heated at a temperature of 00 ° C. to impregnate the molten silicon. By reacting and sintering the carbon component in the molded body with the molten silicon, a ceramic-based fiber composite material was obtained. This was designated as Sample No. It was set to 1.

【0035】上述した手順により得られたセラミックス
基繊維複合材料の断面図を図1に示す。
FIG. 1 shows a sectional view of the ceramic-based fiber composite material obtained by the above-described procedure.

【0036】図1に示すように、セラミックス基繊維複
合材料10は、セラミックス基マトリックス11中に、
断面がほぼ円形状の炭化ケイ素セラミックス繊維12が
複数本複合化される。そして、この炭化ケイ素セラミッ
クス繊維12の外周面には、酸化物層である酸化ケイ素
層13が形成されており、さらに、この酸化ケイ素層1
3の外周面に窒化ホウ素からなる界面層14が形成され
る。
As shown in FIG. 1, a ceramic-based fiber composite material 10 is embedded in a ceramic-based matrix 11.
A plurality of silicon carbide ceramic fibers 12 having a substantially circular cross section are composited. On the outer peripheral surface of the silicon carbide ceramic fiber 12, a silicon oxide layer 13 as an oxide layer is formed.
An interface layer 14 made of boron nitride is formed on the outer peripheral surface of No. 3.

【0037】次に、試料No.2として、まず、炭化ケ
イ素セラミックス繊維(日本カーボン社製ハイニカロ
ン)を500〜2000本束ねて繊維束の状態とした。
この炭化ケイ素セラミックス繊維束を酸化雰囲気中、8
00〜1200℃で、30分から8時間熱処理を実施
し、繊維表面に厚さ2.0μmの酸化ケイ素層を形成し
た。以下の工程は、試料No.1と同様の手順とし、セ
ラミックス基繊維複合材料を得た。
Next, the sample No. As No. 2, first, 500 to 2,000 silicon carbide ceramic fibers (Hinicalon manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.) were bundled to form a fiber bundle.
This silicon carbide ceramic fiber bundle is placed in an oxidizing atmosphere for 8 hours.
Heat treatment was performed at 00 to 1200 ° C. for 30 minutes to 8 hours to form a 2.0 μm thick silicon oxide layer on the fiber surface. The following steps were performed for sample No. By the same procedure as in Example 1, a ceramic-based fiber composite material was obtained.

【0038】このようにして得られた試料No.1およ
び試料No.2の焼結体を、所定のサイズに加工して試
験片とした。
The thus obtained sample No. 1 and sample no. The sintered body of No. 2 was processed into a predetermined size to obtain a test piece.

【0039】この試験片を用いて、引張り試験を行い、
試験後の試験片破面をSEMの反射電子像で観察した。
その結果を表1に示す。
Using this test piece, a tensile test was performed.
The test piece fracture surface after the test was observed with a SEM backscattered electron image.
Table 1 shows the results.

【表1】 [Table 1]

【0040】表1に示すように、引張り試験による強度
試験では、繊維が強度負担している最大強度で、600
MPaを超える値が得られた。また、試験後の試験片破
面をSEMの反射電子像で観察したところ、繊維が溶融
ケイ素と反応および劣化しているとみられる部分はほと
んど確認されなかった。
As shown in Table 1, in the strength test by the tensile test, the maximum strength at which the fiber bears the strength was 600
Values above MPa were obtained. Further, when the fracture surface of the test piece after the test was observed with a SEM backscattered electron image, almost no portion where the fiber was considered to have reacted with the molten silicon and deteriorated was confirmed.

【0041】比較例(試料No.3〜試料No.4) 本比較例においては、酸化ケイ素層の厚さを本発明の範
囲以外とした。
Comparative Example (Sample Nos. 3 to 4) In this comparative example, the thickness of the silicon oxide layer was outside the range of the present invention.

【0042】試料No.3として、まず、炭化ケイ素セ
ラミックス繊維(日本カーボン社製ハイニカロン)を5
00〜2000本束ねて繊維束の状態とした。この炭化
ケイ素セラミックス繊維束を酸化雰囲気中、800〜1
200℃で、30分から8時間熱処理を実施し、繊維表
面に厚さ0.01μmの酸化ケイ素層を形成した。以下
の工程は、試料No.1と同様の手順とし、セラミック
ス基繊維複合材料を得た。
Sample No. First, silicon carbide ceramic fiber (Hinicalon manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.)
00 to 2,000 fibers were bundled to form a fiber bundle. This silicon carbide ceramic fiber bundle is placed in an oxidizing atmosphere at 800 to 1
Heat treatment was performed at 200 ° C. for 30 minutes to 8 hours to form a 0.01 μm thick silicon oxide layer on the fiber surface. The following steps were performed for sample No. By the same procedure as in Example 1, a ceramic-based fiber composite material was obtained.

【0043】また、試料No.4として、まず、炭化ケ
イ素セラミックス繊維(日本カーボン社製ハイニカロ
ン)を500〜2000本束ねて繊維束の状態とした。
この炭化ケイ素セラミックス繊維束を酸化雰囲気中、8
00〜1200℃で、30分から8時間熱処理を実施
し、繊維表面に厚さ3.0μmの酸化ケイ素層を形成し
た。以下の工程は、試料No.1と同様の手順とし、セ
ラミックス基繊維複合材料を得た。
The sample No. As No. 4, first, 500 to 2,000 silicon carbide ceramic fibers (Hinicalon manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.) were bundled to form a fiber bundle.
This silicon carbide ceramic fiber bundle is placed in an oxidizing atmosphere for 8 hours.
Heat treatment was performed at 00 to 1200 ° C. for 30 minutes to 8 hours to form a silicon oxide layer having a thickness of 3.0 μm on the fiber surface. The following steps were performed for sample No. By the same procedure as in Example 1, a ceramic-based fiber composite material was obtained.

【0044】このようにして得られた試料No.3およ
び試料No.4の焼結体を、所定のサイズに加工して試
験片とした。
The thus obtained sample No. 3 and sample no. The sintered body of No. 4 was processed into a predetermined size to obtain a test piece.

【0045】この試験片を用いて、引張り試験を行い、
試験後の試験片破面をSEMの反射電子像で観察した。
その結果を表1に示す。
Using this test piece, a tensile test was performed.
The test piece fracture surface after the test was observed with a SEM backscattered electron image.
Table 1 shows the results.

【0046】表1に示すように、引張り試験による強度
試験では、繊維が強度負担している最大強度で、250
MPa程度であった。また、試験後の試験片破面をSE
Mの反射像で観察したところ、繊維が溶融ケイ素と反応
および劣化しているとみられる部分が多数確認された。
As shown in Table 1, in the strength test by the tensile test, the maximum strength at which the fiber bears the strength is 250.
It was about MPa. Also, the fracture surface of the test piece after the test was
Observation with a reflection image of M revealed that many portions of the fiber seemed to have reacted with and deteriorated with the molten silicon.

【0047】さらに、試料No.4では、酸化処理直後
の繊維をSEMで観察したところ、酸化膜に剥離および
クラックと見られる欠陥が多数確認された。
Further, the sample No. In No. 4, when the fiber immediately after the oxidizing treatment was observed by SEM, many defects such as peeling and cracks were confirmed in the oxide film.

【0048】本実施形態によれば、セラミックス繊維と
界面層との間に酸化ケイ素からなる酸化物層を形成し、
また、この酸化物層の厚さを0.1μm以上2.0μm
以下の範囲とすることで、反応焼結時におけるケイ素の
溶融によるセラミックス基繊維複合材料の反応および劣
化を防止でき、繊維強度の大きいセラミックス基繊維複
合材料を得ることができる。
According to this embodiment, an oxide layer made of silicon oxide is formed between the ceramic fiber and the interface layer,
Further, the thickness of this oxide layer is 0.1 μm or more and 2.0 μm or more.
When the content is within the following range, the reaction and deterioration of the ceramic-based fiber composite material due to the melting of silicon during the reaction sintering can be prevented, and a ceramic-based fiber composite material having high fiber strength can be obtained.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上で説明したように、本発明のセラミ
ックス基繊維複合材料の製造方法によれば、反応焼結時
におけるセラミックス繊維の反応劣化を防止して、繊維
強度が大きく信頼性の高いセラミックス基繊維複合材料
を得ることができる。
As described above, according to the method for producing a ceramic-based fiber composite material of the present invention, the deterioration of the ceramic fibers during the reaction sintering is prevented, and the fiber strength is high and the reliability is high. A ceramic-based fiber composite material can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態における、セラミックス基繊
維複合材料の構造を示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a ceramic-based fiber composite material according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来における、セラミックス基繊維複合材料の
構造を示す断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional ceramic-based fiber composite material.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 セラミックス基繊維複合材料 11 セラミックス基マトリックス 12 炭化ケイ素セラミックス繊維 13 酸化ケイ素層 14 界面層 Reference Signs List 10 ceramic-based fiber composite material 11 ceramic-based matrix 12 silicon carbide ceramic fiber 13 silicon oxide layer 14 interface layer

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セラミックス基マトリックス中にセラミ
ックス繊維を複合化して強度を向上させたセラミックス
基繊維複合材料であって、前記マトリックスと前記セラ
ミックス繊維との結合力を弱める界面層を前記セラミッ
クス繊維表面にコーティングしたセラミックス基繊維複
合材料において、前記セラミックス繊維と前記界面層と
の間に、酸化物層を備えることを特徴とするセラミック
ス基繊維複合材料。
1. A ceramic-based fiber composite material in which ceramic fibers are compounded in a ceramic-based matrix to improve strength, and an interface layer for weakening a bonding force between the matrix and the ceramic fibers is provided on the surface of the ceramic fibers. A coated ceramic-based fiber composite material, comprising an oxide layer between the ceramic fiber and the interface layer.
【請求項2】 請求項1記載のセラミックス基繊維複合
材料において、酸化物層は、セラミックス繊維の酸化処
理により形成されることを特徴とするセラミックス基繊
維複合材料。
2. The ceramic-based fiber composite material according to claim 1, wherein the oxide layer is formed by oxidizing the ceramic fibers.
【請求項3】 請求項1または2記載のセラミックス基
繊維複合材料において、セラミックス繊維は、炭素ケイ
素を主成分とし、酸素、チタン、ホウ素または窒素のい
ずれかを副成分とすることを特徴とするセラミックス基
繊維複合材料。
3. The ceramic-based fiber composite material according to claim 1, wherein the ceramic fibers have carbon silicon as a main component and any one of oxygen, titanium, boron and nitrogen as a sub-component. Ceramic based fiber composite material.
【請求項4】 請求項3記載のセラミックス基繊維複合
材料において、酸化物層は酸化ケイ素からなり、前記酸
化物層の厚さは0.05μm以上であることを特徴とす
るセラミックス基繊維複合材料。
4. The ceramic-based fiber composite material according to claim 3, wherein the oxide layer is made of silicon oxide, and the thickness of the oxide layer is 0.05 μm or more. .
【請求項5】 請求項1から4までのいずれかに記載の
セラミックス基繊維複合材料において、セラミックス基
マトリックスは、反応焼結により形成される炭化ケイ素
からなることを特徴とするセラミックス基繊維複合材
料。
5. The ceramic-based fiber composite material according to claim 1, wherein the ceramic-based matrix is made of silicon carbide formed by reaction sintering. .
【請求項6】 セラミックス繊維の酸化処理により前記
セラミックス繊維表面に酸化物層を形成する酸化物層形
成工程と、前記セラミックス繊維とこのセラミックス繊
維に隣接したセラミックス基マトリックスとの結合力を
弱める界面層を前記酸化物層上に形成する界面層形成工
程と、前記酸化物層および前記界面層が形成された前記
セラミックス繊維を製織する製織工程と、製織された前
記セラミックス繊維に溶融セラミックスを含浸させて反
応焼結法によりセラミックス基マトリックスを形成する
マトリックス形成工程とを備えることを特徴とするセラ
ミックス基繊維複合材料の製造方法。
6. An oxide layer forming step of forming an oxide layer on the surface of the ceramic fiber by oxidizing the ceramic fiber, and an interface layer for weakening a bonding force between the ceramic fiber and a ceramic matrix adjacent to the ceramic fiber. Forming an interface layer on the oxide layer, weaving the ceramic fibers on which the oxide layer and the interface layer are formed, and impregnating the woven ceramic fibers with molten ceramic. A matrix forming step of forming a ceramic matrix by a reaction sintering method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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