JP2000226282A - 金属シリコンの除去方法 - Google Patents
金属シリコンの除去方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超耐熱構造材料、高潤滑性耐摩耗材料等とし
て使用できる、金属シリコンの含浸処理によって作製さ
れるシリコンとカーボンを主成分とする複合材料を、安
価に製造するための金属シリコンの除去方法を提供す
る。 【解決手段】 主にカーボン繊維からなるヤーン２Ａ・
２Ｂを用いて作製された予備成形体に金属シリコンを含
浸処理して得られるシリコンとカーボンを主成分として
なる複合材料７の製造工程において用いられる金属シリ
コンの除去方法である。金属シリコンの含浸処理後に、
予備成形体の表面に残留する金属シリコンをアルカリ水
溶液で処理した。
て使用できる、金属シリコンの含浸処理によって作製さ
れるシリコンとカーボンを主成分とする複合材料を、安
価に製造するための金属シリコンの除去方法を提供す
る。 【解決手段】 主にカーボン繊維からなるヤーン２Ａ・
２Ｂを用いて作製された予備成形体に金属シリコンを含
浸処理して得られるシリコンとカーボンを主成分として
なる複合材料７の製造工程において用いられる金属シリ
コンの除去方法である。金属シリコンの含浸処理後に、
予備成形体の表面に残留する金属シリコンをアルカリ水
溶液で処理した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、超耐熱構造材
料、高潤滑性耐摩耗材料等として使用できる、金属シリ
コンの含浸処理によって作製されるシリコンとカーボン
を主成分とする複合材料を、安価に製造するための金属
シリコンの除去方法に関する。
料、高潤滑性耐摩耗材料等として使用できる、金属シリ
コンの含浸処理によって作製されるシリコンとカーボン
を主成分とする複合材料を、安価に製造するための金属
シリコンの除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】 近年、技術革新が急速に進む中で、宇
宙開発分野では宇宙往還機やスペースプレーン、エネル
ギー分野では高温燃焼ガスタービン、原子力分野では高
温ガス炉や核融合炉等の使用に適する超耐熱構造材料の
実用化が切望されている。このような用途においては、
中高温域（２００℃〜２０００℃）における高強度特性
のみならず、材料としての信頼性を確保すべく、靭性、
耐衝撃性、耐蝕性、耐放射線性等の種々の特性に優れる
ことも、同時に要求される。
宙開発分野では宇宙往還機やスペースプレーン、エネル
ギー分野では高温燃焼ガスタービン、原子力分野では高
温ガス炉や核融合炉等の使用に適する超耐熱構造材料の
実用化が切望されている。このような用途においては、
中高温域（２００℃〜２０００℃）における高強度特性
のみならず、材料としての信頼性を確保すべく、靭性、
耐衝撃性、耐蝕性、耐放射線性等の種々の特性に優れる
ことも、同時に要求される。
【０００３】 このような特性を満足する材料の候補と
して、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化珪素（Ｓｉ3
Ｎ4）等の非酸化物セラミックスが研究開発の主な対象
とされてきたが、セラミックスのもつ「脆さ」という欠
点を解消するには至っていない。そこで、セラミックス
単体のこのような欠点を克服する手段として、セラミッ
クス系繊維を複合化させたセラミックス基複合材料（Ｃ
ＭＣ）が開発された。ＣＭＣは高温でも高強度、高靭性
を有し、優れた耐衝撃性、耐蝕性等を有するために、現
在の超耐熱構造材料に関する研究開発の主流の１つとな
っている。
して、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化珪素（Ｓｉ3
Ｎ4）等の非酸化物セラミックスが研究開発の主な対象
とされてきたが、セラミックスのもつ「脆さ」という欠
点を解消するには至っていない。そこで、セラミックス
単体のこのような欠点を克服する手段として、セラミッ
クス系繊維を複合化させたセラミックス基複合材料（Ｃ
ＭＣ）が開発された。ＣＭＣは高温でも高強度、高靭性
を有し、優れた耐衝撃性、耐蝕性等を有するために、現
在の超耐熱構造材料に関する研究開発の主流の１つとな
っている。
【０００４】 ＣＭＣの形態としては、直径が１０μｍ
前後のセラミックス長繊維を、通常、数百本から数千本
束ねて繊維束（ヤーン）を形成し、ヤーンを二次元又は
三次元方向に配列してシート或いはクロスとしたり、更
にこれらシートやクロスを積層等することにより予備成
形体を作製し、予備成型体の内部にＣＶＩ法（Chemical
Vapor Infiltration：化学的気相含浸法）や無機ポリ
マー含浸焼結法等を用いて、異相を析出させたものが挙
げられる。
前後のセラミックス長繊維を、通常、数百本から数千本
束ねて繊維束（ヤーン）を形成し、ヤーンを二次元又は
三次元方向に配列してシート或いはクロスとしたり、更
にこれらシートやクロスを積層等することにより予備成
形体を作製し、予備成型体の内部にＣＶＩ法（Chemical
Vapor Infiltration：化学的気相含浸法）や無機ポリ
マー含浸焼結法等を用いて、異相を析出させたものが挙
げられる。
【０００５】 より具体的には、二次元又は三次元方向
に配列したカーボン繊維の間隙にカーボン粉末が充填さ
れたＣ／Ｃコンポジットや、ＳｉＣ繊維とＳｉＣ粒子を
含む予備成型体に金属シリコン（金属Ｓｉ）を含浸させ
たＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合体等が知られてい
る。また、英国特許第１４５７７５７号明細書には、Ｃ
／Ｃコンポジットを溶融金属Ｓｉ中に浸漬させる処理方
法が開示されており、この方法によれば、Ｃ／Ｃコンポ
ジット中の間隙に金属Ｓｉが含浸された複合材料が作製
されることが推定される。
に配列したカーボン繊維の間隙にカーボン粉末が充填さ
れたＣ／Ｃコンポジットや、ＳｉＣ繊維とＳｉＣ粒子を
含む予備成型体に金属シリコン（金属Ｓｉ）を含浸させ
たＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合体等が知られてい
る。また、英国特許第１４５７７５７号明細書には、Ｃ
／Ｃコンポジットを溶融金属Ｓｉ中に浸漬させる処理方
法が開示されており、この方法によれば、Ｃ／Ｃコンポ
ジット中の間隙に金属Ｓｉが含浸された複合材料が作製
されることが推定される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】 予備成形体を上述し
た溶融金属Ｓｉを用いて含浸処理や浸漬処理して得られ
る処理品の表面には、不要な金属Ｓｉが、処理品内の金
属Ｓｉと結合している状態で残留する場合が殆どであ
る。
た溶融金属Ｓｉを用いて含浸処理や浸漬処理して得られ
る処理品の表面には、不要な金属Ｓｉが、処理品内の金
属Ｓｉと結合している状態で残留する場合が殆どであ
る。
【０００７】 即ち、予備成形体上に所定重量の金属Ｓ
ｉを載置し、高温、減圧、非酸化雰囲気化として金属Ｓ
ｉを溶融させ、予備成形体内に含浸させる方法において
は、一度予備成形体内に含浸した金属Ｓｉが表面から滲
み出たり、過剰な金属Ｓｉが表面に残留することが殆ど
である。また、溶融金属Ｓｉ中に予備成形体を浸漬する
方法にあっても、処理品の表面には金属Ｓｉが残留する
のみならず、極端な場合、浸漬処理を行った後に冷却し
て固まった金属Ｓｉ中に処理品が残留する事態も想定さ
れる。
ｉを載置し、高温、減圧、非酸化雰囲気化として金属Ｓ
ｉを溶融させ、予備成形体内に含浸させる方法において
は、一度予備成形体内に含浸した金属Ｓｉが表面から滲
み出たり、過剰な金属Ｓｉが表面に残留することが殆ど
である。また、溶融金属Ｓｉ中に予備成形体を浸漬する
方法にあっても、処理品の表面には金属Ｓｉが残留する
のみならず、極端な場合、浸漬処理を行った後に冷却し
て固まった金属Ｓｉ中に処理品が残留する事態も想定さ
れる。
【０００８】 こうして処理品の表面に残留した金属Ｓ
ｉは、一般的に、研削や切削等の機械加工により除去さ
れていた。しかしながら、この機械加工に要する費用は
莫大なものであり、この加工工程が製品のコスト上昇の
大きな原因となっている。
ｉは、一般的に、研削や切削等の機械加工により除去さ
れていた。しかしながら、この機械加工に要する費用は
莫大なものであり、この加工工程が製品のコスト上昇の
大きな原因となっている。
【０００９】 そこで、機械加工の前に化学的な処理等
を行い、大部分の残留金属Ｓｉを除去することができれ
ば、機械加工コストの低減が図られ、好ましいと考えら
れる。ここで、例えば、Ｓｉウェハーのエッチングに
は、フッ酸と硝酸の混合溶液等の酸水溶液が使用されて
いるが、この場合のエッチ速度（溶解速度）は６０μｍ
／時間程度と遅く、計算上は高々１ｍｍ厚の金属Ｓｉを
除去するのにも１７時間程度を要することになり、実用
的とは言えない。
を行い、大部分の残留金属Ｓｉを除去することができれ
ば、機械加工コストの低減が図られ、好ましいと考えら
れる。ここで、例えば、Ｓｉウェハーのエッチングに
は、フッ酸と硝酸の混合溶液等の酸水溶液が使用されて
いるが、この場合のエッチ速度（溶解速度）は６０μｍ
／時間程度と遅く、計算上は高々１ｍｍ厚の金属Ｓｉを
除去するのにも１７時間程度を要することになり、実用
的とは言えない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】 本発明は、上述した従
来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的
とするところは、金属Ｓｉ含浸処理体の表面に残留する
金属Ｓｉを、安価に除去する方法を提供することにあ
る。即ち、本発明によれば、予備成形体に金属シリコン
を含浸処理して得られるシリコンとカーボンを主成分と
してなる複合材料の製造工程において用いられる金属シ
リコンの除去方法であって、当該金属シリコンの含浸処
理後に、当該予備成形体の表面に残留する金属シリコン
をアルカリ水溶液で処理することを特徴とする金属シリ
コンの除去方法、が提供される。
来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的
とするところは、金属Ｓｉ含浸処理体の表面に残留する
金属Ｓｉを、安価に除去する方法を提供することにあ
る。即ち、本発明によれば、予備成形体に金属シリコン
を含浸処理して得られるシリコンとカーボンを主成分と
してなる複合材料の製造工程において用いられる金属シ
リコンの除去方法であって、当該金属シリコンの含浸処
理後に、当該予備成形体の表面に残留する金属シリコン
をアルカリ水溶液で処理することを特徴とする金属シリ
コンの除去方法、が提供される。
【００１１】 本発明の金属シリコンの除去方法が好適
に適用される予備成形体は、主にカーボン繊維からなる
束の外周を樹脂で被覆したヤーンを用いて成形したシー
ト或いはそのシートを積層して得られた積層体並びに当
該シートを用いた成形品を、非酸化雰囲気で焼成して形
成されたものである。ここで、このような予備成形体の
作製における焼成と、金属シリコンの含浸処理を一工程
で行っても構わない。なお、アルカリ水溶液による処理
前に、フッ酸を含む薬液で処理することも好ましい。ア
ルカリ水溶液は特に限定されるものではないが、水酸化
ナトリウム水溶液若しくは水酸化カリウム水溶液を用い
ることが、処理特性、処理コストの面で好ましい。
に適用される予備成形体は、主にカーボン繊維からなる
束の外周を樹脂で被覆したヤーンを用いて成形したシー
ト或いはそのシートを積層して得られた積層体並びに当
該シートを用いた成形品を、非酸化雰囲気で焼成して形
成されたものである。ここで、このような予備成形体の
作製における焼成と、金属シリコンの含浸処理を一工程
で行っても構わない。なお、アルカリ水溶液による処理
前に、フッ酸を含む薬液で処理することも好ましい。ア
ルカリ水溶液は特に限定されるものではないが、水酸化
ナトリウム水溶液若しくは水酸化カリウム水溶液を用い
ることが、処理特性、処理コストの面で好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】 本発明の金属シリコン（金属Ｓ
ｉ）の除去方法は、金属Ｓｉを溶融させて予備成形体の
内部に含浸させることにより作製される複合材料の製造
工程において採用されるものであり、予備成形体への金
属Ｓｉの含浸処理後に得られる処理体（以下「処理体」
といい、表面に金属Ｓｉが残留しているものを指す。）
の表面に残留する金属Ｓｉ（以下、「残留金属Ｓｉ」と
いう。）をアルカリ水溶液で処理し、除去するものであ
る。
ｉ）の除去方法は、金属Ｓｉを溶融させて予備成形体の
内部に含浸させることにより作製される複合材料の製造
工程において採用されるものであり、予備成形体への金
属Ｓｉの含浸処理後に得られる処理体（以下「処理体」
といい、表面に金属Ｓｉが残留しているものを指す。）
の表面に残留する金属Ｓｉ（以下、「残留金属Ｓｉ」と
いう。）をアルカリ水溶液で処理し、除去するものであ
る。
【００１３】 予備成形体としては、カーボン繊維、Ｓ
ｉＣ繊維、カーボン粉末、ＳｉＣ粉末から選ばれた１以
上の材料から形成されたものが好適に用いられる。例え
ば、Ｃ／Ｃコンポジット成形体や、ＳｉＣ／Ｃコンポジ
ット等である。なお、本発明における「カーボン繊維、
カーボン粉末」におけるカーボンの形態には制限はな
く、一般的な「炭素繊維、炭素粉末」の意味で用いるも
のである。
ｉＣ繊維、カーボン粉末、ＳｉＣ粉末から選ばれた１以
上の材料から形成されたものが好適に用いられる。例え
ば、Ｃ／Ｃコンポジット成形体や、ＳｉＣ／Ｃコンポジ
ット等である。なお、本発明における「カーボン繊維、
カーボン粉末」におけるカーボンの形態には制限はな
く、一般的な「炭素繊維、炭素粉末」の意味で用いるも
のである。
【００１４】 ここで、後に詳述するように、本発明の
金属Ｓｉの除去方法は、基本的にアルカリ水溶液によっ
て金属Ｓｉを溶解するものであるので、残留金属Ｓｉを
除去して得られる内部に金属Ｓｉが含浸された製品の前
駆体（以下、「前駆体」という。）の表面や内部に、金
属Ｓｉの含浸処理によって存在するようになる金属Ｓｉ
の量が多い構造（組織）を有する複合材料にあっては、
処理体の表面のみならず、前駆体内部にまでアルカリ水
溶液による溶解が進行することとなる。
金属Ｓｉの除去方法は、基本的にアルカリ水溶液によっ
て金属Ｓｉを溶解するものであるので、残留金属Ｓｉを
除去して得られる内部に金属Ｓｉが含浸された製品の前
駆体（以下、「前駆体」という。）の表面や内部に、金
属Ｓｉの含浸処理によって存在するようになる金属Ｓｉ
の量が多い構造（組織）を有する複合材料にあっては、
処理体の表面のみならず、前駆体内部にまでアルカリ水
溶液による溶解が進行することとなる。
【００１５】 勿論、アルカリ水溶液の濃度や温度、処
理時間等を制御することにより、一定量の溶解の進行で
反応を止めることは可能ではあるが最適条件の探索等、
種々の課題の解決が必要とされる。
理時間等を制御することにより、一定量の溶解の進行で
反応を止めることは可能ではあるが最適条件の探索等、
種々の課題の解決が必要とされる。
【００１６】 従って、本発明は、前駆体の表面近傍に
含浸した金属Ｓｉの量が少ない組織や金属Ｓｉが溶解を
受け難い組織を有する複合材料に好適に用いられる。前
駆体の一例として、カーボン繊維からなるヤーン集合体
中で隣り合うヤーンの間に、Ｓｉ−ＳｉＣ系材料からな
るマトリックスを有する微構造を有した繊維複合材料が
挙げられる。以下、先ずこの繊維複合材料の構造と、処
理体の作製までの工程について説明する。
含浸した金属Ｓｉの量が少ない組織や金属Ｓｉが溶解を
受け難い組織を有する複合材料に好適に用いられる。前
駆体の一例として、カーボン繊維からなるヤーン集合体
中で隣り合うヤーンの間に、Ｓｉ−ＳｉＣ系材料からな
るマトリックスを有する微構造を有した繊維複合材料が
挙げられる。以下、先ずこの繊維複合材料の構造と、処
理体の作製までの工程について説明する。
【００１７】 繊維複合材料においては、最初に直径が
１０μｍ前後のカーボン繊維を、通常、数百本〜数万本
束ねて繊維束を形成するが、このとき、少なくとも繊維
束の周囲に、熱可塑性樹脂等の樹脂からなる柔軟な被膜
を形成し、柔軟性を有する中間材料（以下、「ヤーン」
という。）とする。
１０μｍ前後のカーボン繊維を、通常、数百本〜数万本
束ねて繊維束を形成するが、このとき、少なくとも繊維
束の周囲に、熱可塑性樹脂等の樹脂からなる柔軟な被膜
を形成し、柔軟性を有する中間材料（以下、「ヤーン」
という。）とする。
【００１８】 ここで、カーボン繊維に対して、粉末状
のバインダーピッチ、コークス類を包含させ、更に必要
に応じてフェノール樹脂粉末等を含有させることによっ
て、カーボン繊維束を作製することも好ましい。また、
カーボン繊維は、石油ピッチ若しくはコールタールピッ
チを原料としたピッチ系カーボン繊維や、アクリロニト
リル繊維を原料としたＰＡＮ系カーボン繊維等が用いら
れる。
のバインダーピッチ、コークス類を包含させ、更に必要
に応じてフェノール樹脂粉末等を含有させることによっ
て、カーボン繊維束を作製することも好ましい。また、
カーボン繊維は、石油ピッチ若しくはコールタールピッ
チを原料としたピッチ系カーボン繊維や、アクリロニト
リル繊維を原料としたＰＡＮ系カーボン繊維等が用いら
れる。
【００１９】 次に、この樹脂被膜を有するヤーンを二
次元方向に配列して一方向シートとしたり、或いはヤー
ンを経糸及び緯糸として編み込んで各種クロスとする等
して、シート状に成形する。得られたシートは、そのま
ま用いることもでき、また種々に加工変形させることで
所定形状の成形体とすることもできる。更にはヤーン又
はシート等を積層して加熱成形し、一体的な積層体を作
製する。この積層体の形成にあたって使用される有機バ
インダーとしては、フェノール樹脂やエポキシ樹脂等の
熱硬化性樹脂及びタール、ピッチ等が挙げられる。
次元方向に配列して一方向シートとしたり、或いはヤー
ンを経糸及び緯糸として編み込んで各種クロスとする等
して、シート状に成形する。得られたシートは、そのま
ま用いることもでき、また種々に加工変形させることで
所定形状の成形体とすることもできる。更にはヤーン又
はシート等を積層して加熱成形し、一体的な積層体を作
製する。この積層体の形成にあたって使用される有機バ
インダーとしては、フェノール樹脂やエポキシ樹脂等の
熱硬化性樹脂及びタール、ピッチ等が挙げられる。
【００２０】 積層体或いはシート（以下、「積層体
等」という。）上に所定量の金属Ｓｉを載置し、不活性
ガス雰囲気下にて１１００℃〜１４００℃（シリコンの
融点以下）の温度に保持して有機成分を炭化させ、次い
で１４５０℃〜２５００℃の温度に昇温させることによ
り、金属Ｓｉを溶融させ、有機成分の炭化によって生じ
た積層体等の内部空隙へ、金属Ｓｉを含浸させる。こう
して、積層体等の金属Ｓｉ含浸処理体（以下、「処理
体」という。）を得ることができる。
等」という。）上に所定量の金属Ｓｉを載置し、不活性
ガス雰囲気下にて１１００℃〜１４００℃（シリコンの
融点以下）の温度に保持して有機成分を炭化させ、次い
で１４５０℃〜２５００℃の温度に昇温させることによ
り、金属Ｓｉを溶融させ、有機成分の炭化によって生じ
た積層体等の内部空隙へ、金属Ｓｉを含浸させる。こう
して、積層体等の金属Ｓｉ含浸処理体（以下、「処理
体」という。）を得ることができる。
【００２１】 なお、積層体等を単独で、不活性ガス雰
囲気下にて炭化処理して焼結体を得て、その後に、焼結
体上に金属Ｓｉを載置して金属Ｓｉの含浸処理を行って
も構わない。上述した処理体の作製方法は、あくまで一
例に過ぎず、各工程の趣旨を逸脱しない範囲で、種々に
製造方法を変更することができる。
囲気下にて炭化処理して焼結体を得て、その後に、焼結
体上に金属Ｓｉを載置して金属Ｓｉの含浸処理を行って
も構わない。上述した処理体の作製方法は、あくまで一
例に過ぎず、各工程の趣旨を逸脱しない範囲で、種々に
製造方法を変更することができる。
【００２２】 上述のように、周囲を樹脂で被覆したヤ
ーンを使用した炭化工程と、金属Ｓｉの含浸とを組み合
わせることにより、積層体等の焼結体においては、ヤー
ンの間隙に細長い開気孔が残り、この細長い開気孔に沿
って金属Ｓｉが積層体等の奥まで浸透する。この浸透の
過程で、金属Ｓｉがヤーンのカーボンと反応してヤーン
表面側から徐々に炭化し、繊維複合材料が得られる。
ーンを使用した炭化工程と、金属Ｓｉの含浸とを組み合
わせることにより、積層体等の焼結体においては、ヤー
ンの間隙に細長い開気孔が残り、この細長い開気孔に沿
って金属Ｓｉが積層体等の奥まで浸透する。この浸透の
過程で、金属Ｓｉがヤーンのカーボンと反応してヤーン
表面側から徐々に炭化し、繊維複合材料が得られる。
【００２３】 つまり、高温の溶融金属Ｓｉは、カーボ
ン繊維束に添加したカーボン粒子や有機バインダー、樹
脂被膜が熱分解して生成される活性度の高いカーボンと
まず接触反応し、カーボン繊維束には直接に接触し難
く、その結果、カーボン繊維の構造が破壊され難い。こ
うして、繊維構造が維持されたカーボン繊維束の間に、
金属ＳｉとＳｉＣからなるマトリックスを有する繊維複
合材料が得られる。なお、処理体においては、ほぼ純粋
に金属Ｓｉが残留しているＳｉ相から、ほぼ純粋なＳｉ
Ｃ相に至るまで、いくつかの中間相を含み得る。
ン繊維束に添加したカーボン粒子や有機バインダー、樹
脂被膜が熱分解して生成される活性度の高いカーボンと
まず接触反応し、カーボン繊維束には直接に接触し難
く、その結果、カーボン繊維の構造が破壊され難い。こ
うして、繊維構造が維持されたカーボン繊維束の間に、
金属ＳｉとＳｉＣからなるマトリックスを有する繊維複
合材料が得られる。なお、処理体においては、ほぼ純粋
に金属Ｓｉが残留しているＳｉ相から、ほぼ純粋なＳｉ
Ｃ相に至るまで、いくつかの中間相を含み得る。
【００２４】 図１に、前駆体、即ちの繊維複合材料の
概念を説明するための概略斜視図を示す。また、図２
（ａ）には、図１のＩＩａ−ＩＩａ線断面図を、図２
（ｂ）には図１のＩＩｂ−ＩＩｂ線断面図をそれぞれ示
す。図３は図２（ａ）の一部拡大図である。
概念を説明するための概略斜視図を示す。また、図２
（ａ）には、図１のＩＩａ−ＩＩａ線断面図を、図２
（ｂ）には図１のＩＩｂ−ＩＩｂ線断面図をそれぞれ示
す。図３は図２（ａ）の一部拡大図である。
【００２５】 繊維複合材料７の骨格は、ヤーン集合体
６によって構成されており、ヤーン集合体６は、ヤーン
配列体１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆを上下方向
に積層した構造となっている。ヤーン配列体１Ａ〜１Ｆ
においては、ヤーン２Ａ・２Ｂが二次元的に配列されて
おり、ヤーン２Ａ・２Ｂの長手方向はそれぞれ略平行で
ある。ヤーン配列体１Ａ〜１Ｆの上下方向に隣り合うも
のどうしにおけるヤーン２Ａ・２Ｂの長手方向は直交し
ている。即ち、ヤーン配列体１Ａ・１Ｃ・１Ｅのヤーン
２Ａの長手方向は互いに平行であり、ヤーン配列体１Ｂ
・１Ｄ・１Ｆのヤーン２Ｂの長手方向に対して直交して
いる。
６によって構成されており、ヤーン集合体６は、ヤーン
配列体１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆを上下方向
に積層した構造となっている。ヤーン配列体１Ａ〜１Ｆ
においては、ヤーン２Ａ・２Ｂが二次元的に配列されて
おり、ヤーン２Ａ・２Ｂの長手方向はそれぞれ略平行で
ある。ヤーン配列体１Ａ〜１Ｆの上下方向に隣り合うも
のどうしにおけるヤーン２Ａ・２Ｂの長手方向は直交し
ている。即ち、ヤーン配列体１Ａ・１Ｃ・１Ｅのヤーン
２Ａの長手方向は互いに平行であり、ヤーン配列体１Ｂ
・１Ｄ・１Ｆのヤーン２Ｂの長手方向に対して直交して
いる。
【００２６】 ヤーン２Ａ・２Ｂは、カーボン繊維と、
カーボン繊維以外のカーボン成分を添加した場合にはそ
のカーボン成分とからなる繊維束３からなる。ヤーン配
列体１Ａ〜１Ｆが積層されることによって、三次元格子
形状のヤーン集合体６が構成される。ヤーン２Ａ・２Ｂ
は、ヤーン集合体１Ａ〜１Ｆの積層方向に加圧されてい
るため、押し潰されて断面略楕円形となっている。
カーボン繊維以外のカーボン成分を添加した場合にはそ
のカーボン成分とからなる繊維束３からなる。ヤーン配
列体１Ａ〜１Ｆが積層されることによって、三次元格子
形状のヤーン集合体６が構成される。ヤーン２Ａ・２Ｂ
は、ヤーン集合体１Ａ〜１Ｆの積層方向に加圧されてい
るため、押し潰されて断面略楕円形となっている。
【００２７】 ヤーン配列体１Ａ・１Ｃ・１Ｅにおいて
は、隣り合うヤーン２Ａの間隙にはマトリックス８Ａが
形成され、マトリックス８Ａはヤーン２Ａの表面に沿っ
てそれと平行に延びている。ヤーン配列体１Ｂ・１Ｄ・
１Ｆにおいては、隣り合うヤーン２Ｂの間隙には、マト
リックス８Ｂが形成されており、コンポジット８Ｂはヤ
ーン２Ｂの表面に沿ってそれと平行に延びている。
は、隣り合うヤーン２Ａの間隙にはマトリックス８Ａが
形成され、マトリックス８Ａはヤーン２Ａの表面に沿っ
てそれと平行に延びている。ヤーン配列体１Ｂ・１Ｄ・
１Ｆにおいては、隣り合うヤーン２Ｂの間隙には、マト
リックス８Ｂが形成されており、コンポジット８Ｂはヤ
ーン２Ｂの表面に沿ってそれと平行に延びている。
【００２８】 本例では、マトリックス８Ａ・８Ｂは、
それぞれ、ヤーン２Ａ・２Ｂの表面を被覆するＳｉＣ相
４Ａ・４Ｂと、ＳｉＣ相４Ａ・４Ｂよりもカーボンの含
有割合が少ないＳｉ−ＳｉＣ系コンポジット相５Ａ・５
Ｂからなっている。ＳｉＣ相中にも金属Ｓｉを一部含有
していてもよい。また、本例では上下方向に隣接するヤ
ーン２Ａ・２Ｂとの間にも、ＳｉＣ相４Ａ・４Ｂが形成
されている。
それぞれ、ヤーン２Ａ・２Ｂの表面を被覆するＳｉＣ相
４Ａ・４Ｂと、ＳｉＣ相４Ａ・４Ｂよりもカーボンの含
有割合が少ないＳｉ−ＳｉＣ系コンポジット相５Ａ・５
Ｂからなっている。ＳｉＣ相中にも金属Ｓｉを一部含有
していてもよい。また、本例では上下方向に隣接するヤ
ーン２Ａ・２Ｂとの間にも、ＳｉＣ相４Ａ・４Ｂが形成
されている。
【００２９】 マトリックス８Ａ・８Ｂは、それぞれヤ
ーン２Ａ・２Ｂの表面に沿って細長く、好ましくは直線
状に延びており、マトリックス８Ａ・８Ｂは互いに直交
している。そして、ヤーン配列体１Ａ・１Ｃ・１Ｅにお
けるマトリックス８Ａと、これに直交するヤーン配列体
１Ｂ・１Ｄ・１Ｆにおけるマトリックス８Ｂとは、それ
ぞれヤーン２Ａとヤーン２Ｂとの間隙部分で連続してい
る。この結果、マトリックス８Ａ・８Ｂは、全体として
三次元格子を形成している。このような繊維複合材料７
においては、表面に露出している金属Ｓｉが少ないため
に、後述するようにアルカリ水溶液処理を行っても、繊
維複合材料７内部に溶解が進むことが抑制される。
ーン２Ａ・２Ｂの表面に沿って細長く、好ましくは直線
状に延びており、マトリックス８Ａ・８Ｂは互いに直交
している。そして、ヤーン配列体１Ａ・１Ｃ・１Ｅにお
けるマトリックス８Ａと、これに直交するヤーン配列体
１Ｂ・１Ｄ・１Ｆにおけるマトリックス８Ｂとは、それ
ぞれヤーン２Ａとヤーン２Ｂとの間隙部分で連続してい
る。この結果、マトリックス８Ａ・８Ｂは、全体として
三次元格子を形成している。このような繊維複合材料７
においては、表面に露出している金属Ｓｉが少ないため
に、後述するようにアルカリ水溶液処理を行っても、繊
維複合材料７内部に溶解が進むことが抑制される。
【００３０】 上述した前駆体を得る前段階での処理体
においては、金属Ｓｉの含浸に不要であった金属Ｓｉ等
がその表面に存在する。本発明は、このような残留金属
Ｓｉを、アルカリ水溶液で処理するものである。以下、
例を挙げて説明する。
においては、金属Ｓｉの含浸に不要であった金属Ｓｉ等
がその表面に存在する。本発明は、このような残留金属
Ｓｉを、アルカリ水溶液で処理するものである。以下、
例を挙げて説明する。
【００３１】 上述したヤーンを用いて作製した積層体
（１０ｍｍ×１０ｍｍ×５０ｍｍ）に金属Ｓｉを載置
し、１４００℃、アルゴン雰囲気、圧力４０Ｈｐａで含
浸処理を行い、結果的に積層体上に４ｍｍ厚みの金属Ｓ
ｉが残留した処理体を得た。ビーカーに２５％の水酸化
ナトリウム水溶液（ＮａＯＨａｑ）３００ｍｌを取り、
作製した処理体を２４時間浸漬した。その結果、残留金
属Ｓｉが脱粒するかたちで、残留金属Ｓｉのみを簡単に
除去することができた。そして前駆体の表面や内部に溶
解等の異常は観察されなかった。
（１０ｍｍ×１０ｍｍ×５０ｍｍ）に金属Ｓｉを載置
し、１４００℃、アルゴン雰囲気、圧力４０Ｈｐａで含
浸処理を行い、結果的に積層体上に４ｍｍ厚みの金属Ｓ
ｉが残留した処理体を得た。ビーカーに２５％の水酸化
ナトリウム水溶液（ＮａＯＨａｑ）３００ｍｌを取り、
作製した処理体を２４時間浸漬した。その結果、残留金
属Ｓｉが脱粒するかたちで、残留金属Ｓｉのみを簡単に
除去することができた。そして前駆体の表面や内部に溶
解等の異常は観察されなかった。
【００３２】 ここで、残留金属Ｓｉの除去の様子か
ら、残留金属Ｓｉの溶解は金属Ｓｉの全表面で起こるの
ではなく、粒界における部分的溶解によって進行するも
のと推測された。即ち、粒界腐食によって残留金属Ｓｉ
相にクラックが入り、金属Ｓｉが脱粒するものと考えら
れた。このような粒界腐食が起こる原因としては、金属
Ｓｉの表面が酸化され、二酸化珪素（ＳｉＯ2）が形成
されていることが考えられる。そこで、実際にＮａＯＨ
ａｑ処理を行う前に希フッ酸水溶液（ＨＦａｑ）への浸
漬処理を行い、その後にＮａＯＨａｑ処理を行ったとこ
ろ、残留金属Ｓｉは全表面で溶解するようになった。
ら、残留金属Ｓｉの溶解は金属Ｓｉの全表面で起こるの
ではなく、粒界における部分的溶解によって進行するも
のと推測された。即ち、粒界腐食によって残留金属Ｓｉ
相にクラックが入り、金属Ｓｉが脱粒するものと考えら
れた。このような粒界腐食が起こる原因としては、金属
Ｓｉの表面が酸化され、二酸化珪素（ＳｉＯ2）が形成
されていることが考えられる。そこで、実際にＮａＯＨ
ａｑ処理を行う前に希フッ酸水溶液（ＨＦａｑ）への浸
漬処理を行い、その後にＮａＯＨａｑ処理を行ったとこ
ろ、残留金属Ｓｉは全表面で溶解するようになった。
【００３３】 このように、本発明においては、処理体
のＮａＯＨａｑ処理の前に、ＨＦａｑ処理を行うことも
好ましい。ＨＦａｑの濃度は、０．５％程度で十分であ
り、浸漬時間は数分あれば足りる。なお、アルカリ水溶
液は、ＮａＯＨａｑに限定されるものではなく、水酸化
カリウム（ＫＯＨ）水溶液を用いることもできる。アル
カリ水溶液の種類や濃度は、金属Ｓｉの溶解速度に応じ
て、適宜好適に設定すればよく、工業的に量産されてい
る水溶液を用いると、安価であり、また至便である。
のＮａＯＨａｑ処理の前に、ＨＦａｑ処理を行うことも
好ましい。ＨＦａｑの濃度は、０．５％程度で十分であ
り、浸漬時間は数分あれば足りる。なお、アルカリ水溶
液は、ＮａＯＨａｑに限定されるものではなく、水酸化
カリウム（ＫＯＨ）水溶液を用いることもできる。アル
カリ水溶液の種類や濃度は、金属Ｓｉの溶解速度に応じ
て、適宜好適に設定すればよく、工業的に量産されてい
る水溶液を用いると、安価であり、また至便である。
【００３４】 なお、前駆体の表面がアルカリ水溶液に
よる溶解を受け難い場合であっても、得られた前駆体の
表面を薄く研削加工することは、前駆体の表面形態を一
定のものとし、製品の形状精度を確保する点から、好ま
しい。
よる溶解を受け難い場合であっても、得られた前駆体の
表面を薄く研削加工することは、前駆体の表面形態を一
定のものとし、製品の形状精度を確保する点から、好ま
しい。
【００３５】
【発明の効果】 上述の通り、金属Ｓｉを含浸させた複
合材料における残留金属Ｓｉの除去に本発明を適用する
ことにより、従来の研削加工等による機械加工と比較し
て、除去加工コストを著しく低減することが可能とな
る。また、アルカリ水溶液に浸漬して放置するだけよ
く、処理が簡単である。これらによって、製品の低コス
ト化が実現されるという顕著な効果を奏する。
合材料における残留金属Ｓｉの除去に本発明を適用する
ことにより、従来の研削加工等による機械加工と比較し
て、除去加工コストを著しく低減することが可能とな
る。また、アルカリ水溶液に浸漬して放置するだけよ
く、処理が簡単である。これらによって、製品の低コス
ト化が実現されるという顕著な効果を奏する。
【図１】 本発明に好適に用いられる繊維複合材料の概
略構造を模式的に示す斜視図である。
略構造を模式的に示す斜視図である。
【図２】 本発明に好適に用いられる繊維複合材料の要
部の構造を模式的に示す断面図であり、（ａ）は図１の
ＩＩａ−ＩＩａ線断面図を示し、（ｂ）は図１のＩＩｂ
−ＩＩｂ線断面図を示す。
部の構造を模式的に示す断面図であり、（ａ）は図１の
ＩＩａ−ＩＩａ線断面図を示し、（ｂ）は図１のＩＩｂ
−ＩＩｂ線断面図を示す。
【図３】 図２（ａ）の一部拡大図である。
１Ａ〜１Ｆ…ヤーン配列体、２Ａ・２Ｂ…ヤーン、３…
繊維束、４Ａ・４Ｂ…ＳｉＣ相、５Ａ・５Ｂ…金属Ｓｉ
−ＳｉＣコンポジット相、６…ヤーン集合体、７…繊維
複合材料、８Ａ・８Ｂ…マトリックス。
繊維束、４Ａ・４Ｂ…ＳｉＣ相、５Ａ・５Ｂ…金属Ｓｉ
−ＳｉＣコンポジット相、６…ヤーン集合体、７…繊維
複合材料、８Ａ・８Ｂ…マトリックス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｄ０６Ｍ 11/77 // Ｄ０６Ｍ 101:40
Claims (5)
- 【請求項１】 予備成形体に金属シリコンを含浸処理し
て得られるシリコンとカーボンを主成分としてなる複合
材料の製造工程において用いられる金属シリコンの除去
方法であって、 当該金属シリコンの含浸処理後に、当該予備成形体の表
面に残留する金属シリコンをアルカリ水溶液で処理する
ことを特徴とする金属シリコンの除去方法。 - 【請求項２】 当該予備成形体が、主にカーボンからな
る束の外周を樹脂で被覆したヤーンを用いて成形したシ
ート或いは当該シートを積層して得られた積層体並びに
当該シートを用いた成形品を非酸化雰囲気で焼成して形
成されたものであることを特徴とする請求項１記載の金
属シリコンの除去方法。 - 【請求項３】 当該予備成形体の焼成と、当該金属シリ
コンの含浸処理を一工程で行うことを特徴とする請求項
１又は２記載の金属シリコンの除去方法。 - 【請求項４】 当該アルカリ水溶液による処理前に、フ
ッ酸を含む薬液で処理することを特徴とする請求項１〜
３のいずれか一項に記載の金属シリコンの除去方法。 - 【請求項５】 当該アルカリ水溶液が、水酸化ナトリウ
ム水溶液若しくは水酸化カリウム水溶液であることを特
徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属シリ
コンの除去方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2913699A JP2000226282A (ja) | 1999-02-05 | 1999-02-05 | 金属シリコンの除去方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2913699A JP2000226282A (ja) | 1999-02-05 | 1999-02-05 | 金属シリコンの除去方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000226282A true JP2000226282A (ja) | 2000-08-15 |
Family
ID=12267878
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2913699A Withdrawn JP2000226282A (ja) | 1999-02-05 | 1999-02-05 | 金属シリコンの除去方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000226282A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002317335A (ja) * | 2001-04-20 | 2002-10-31 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 炭素繊維およびその製造方法 |
-
1999
- 1999-02-05 JP JP2913699A patent/JP2000226282A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002317335A (ja) * | 2001-04-20 | 2002-10-31 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 炭素繊維およびその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060509 |