JP2000256064A - Composite material impregnated with highly oxidation resistant si and its production - Google Patents

Composite material impregnated with highly oxidation resistant si and its production

Info

Publication number
JP2000256064A
JP2000256064A JP11059500A JP5950099A JP2000256064A JP 2000256064 A JP2000256064 A JP 2000256064A JP 11059500 A JP11059500 A JP 11059500A JP 5950099 A JP5950099 A JP 5950099A JP 2000256064 A JP2000256064 A JP 2000256064A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon
composite material
carbide
matrix
silicon carbide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP11059500A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4266056B2 (en
Inventor
Shigeru Hanzawa
茂 半澤
Kenji Nakano
健治 中野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP05950099A priority Critical patent/JP4266056B2/en
Publication of JP2000256064A publication Critical patent/JP2000256064A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4266056B2 publication Critical patent/JP4266056B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel composite material impregnated with highly oxidation resistant Si improved on oxidation resistance at an elevated temperature. SOLUTION: This composite material impregnated with the highly oxidation resistant Si consists of a yarn array body, an Si-SiC-base material phase 5 which is formed by melting metal silicon, silicon carbide and boron carbide to impregnate the inside of the open cells of a fired body obtained by molding and firing the yarn array body, etc., by using a binder containing none of the metal silicon, silicon carbide and boron carbide, with the metal silicon, silicon carbide and boron carbide, a skeletal part mainly consisting of carbon fibers and an Si-SiC-base material formed around the skeletal part and a matrix 8 formed of the boron carbide. In this case, the matrix and the skeletal part are integrally formed and have a porosity of <=10%.

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、高温下での耐酸
化性が要求される各種工作用部材、すなわち、金属溶湯
用冶具、研削用部材、各種金型、製造装置用部材等とし
て使用可能な新規な高耐酸化性Si含浸複合材料、およ
びその製造方法に関する。
[0001] The present invention can be used as various working members that require oxidation resistance at high temperatures, that is, jigs for molten metal, members for grinding, various molds, members for manufacturing equipment, and the like. Novel high oxidation resistant Si-impregnated composite material and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】 各産業分野に於ける技術革新に伴い、
より高温条件下で使用可能な各種部材へのニーズが高ま
っている。とくに、急速な昇温、冷却を反復して行うこ
とが求められる金属製品、ガラス製品、セラミック製品
の熱処理用部材、あるいは、これら製品の製造装置用部
材として、軽量で、所望の形に成形でき、かつ、熱衝撃
性において優れた材料の出現が求められているのが現状
である。このような要求を満たす材料としては、各種セ
ラミック製材料、炭素、いわゆるC/Cコンポジットと
称される炭素繊維複合炭素材料等が挙げられる。しか
し、セラミック製材料は、耐熱衝撃性に劣り、比較的簡
単に割れてしまうという欠点がある。一方、炭素や、C
/Cコンポジットは耐熱衝撃性においては優れているも
のの、材料が炭素であるために、使用雰囲気が限定され
ている。即ち、酸素や水分が存在する雰囲気下では、酸
素と反応し燃焼してしまうので全く使用できないという
問題がある。従って、優れた耐熱衝撃性と耐酸化性とを
兼備した材料が存在しないのが現状である。
[Prior art] With technological innovation in various industrial fields,
There is an increasing need for various members that can be used under higher temperature conditions. In particular, as a member for heat treatment of metal products, glass products, and ceramic products that require rapid repetitive heating and cooling, or as a member for manufacturing equipment for these products, it can be formed into a lightweight and desired shape. At present, the appearance of a material excellent in thermal shock resistance has been demanded. Materials satisfying such requirements include various ceramic materials, carbon, and a carbon fiber composite carbon material referred to as a so-called C / C composite. However, ceramic materials have a disadvantage that they are inferior in thermal shock resistance and are relatively easily cracked. On the other hand, carbon and C
Although the / C composite is excellent in thermal shock resistance, its use atmosphere is limited because the material is carbon. In other words, there is a problem that it cannot be used at all because it reacts with oxygen and burns in an atmosphere where oxygen or moisture is present. Therefore, at present, there is no material having both excellent thermal shock resistance and oxidation resistance.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】 より高温条件下で使
用可能な各種工作用部材として使用可能であり、とく
に、急速な昇温、冷却を反復して行うことが求められる
金属製品、ガラス製品、セラミック製品等の熱処理用部
材や、あるいは、これら金属製品、ガラス製品、セラミ
ック製品等の製造装置用部材として、軽量で、所望の形
に容易に成形でき、かつ、高温下での耐酸化性の高く、
耐熱衝撃性にも優れた新規な高耐酸化性Si含浸複合材
料、およびその製造方法を提供することにある。さら
に、超高温下で使用される各種部材としても使用可能な
高い耐酸化性を有する新規な高耐酸化性Si含浸複合材
料、およびその製造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention can be used as various working members which can be used under higher temperature conditions. In particular, metal products, glass products, and the like which are required to be repeatedly heated and cooled rapidly. As a member for heat treatment such as ceramic products, or as a member for manufacturing equipment such as these metal products, glass products, and ceramic products, it is lightweight, can be easily formed into a desired shape, and has high resistance to oxidation at high temperatures. high,
An object of the present invention is to provide a novel high oxidation resistant Si-impregnated composite material having excellent thermal shock resistance, and a method for producing the same. Another object of the present invention is to provide a novel highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material having high oxidation resistance, which can be used as various members used at an ultra-high temperature, and a method for producing the same.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】 本願発明者らは上記の
目的を達成するために種々検討した結果、炭化珪素、金
属珪素、実質的に炭素繊維からなる炭素、および所望に
より含まれていてもよい炭化ホウ素とから構成され、骨
格部と、骨格部の周囲に形成されマトリックスとからな
る構造を有する高耐酸化性Si含浸複合材料であって、
炭化珪素の少なくとも50%はβ型で、骨格部は、炭素
繊維束と、炭素繊維束内または炭素繊維束の周囲に形成
された炭化珪素と金属珪素より構成されるSi−SiC
系材料と、所望により含まれていてもよい炭化ホウ素か
ら形成されており、マトリックスは、炭化珪素と金属珪
素より構成されるSi−SiC系材料と、所望により含
まれていてもよい炭化ホウ素により形成され、前記マト
リックスと前記骨格部とは一体的に形成されており、か
つ、前記複合材料は10%以下の気孔率を有する高耐酸
化性Si含浸複合材料により上記の目的が達成されるこ
とを見出し本発明を完成させたものである。
Means for Solving the Problems As a result of various studies to achieve the above object, the present inventors have found that silicon carbide, metallic silicon, carbon substantially consisting of carbon fibers, and even if desired, A high-oxidation-resistant Si-impregnated composite material having a structure including a skeleton portion and a matrix formed around the skeleton portion, the composite material comprising:
At least 50% of the silicon carbide is β-type, and the skeleton portion is made of Si-SiC composed of a carbon fiber bundle, silicon carbide formed in or around the carbon fiber bundle, and metallic silicon.
The base material is formed from boron carbide which may be optionally contained, and the matrix is made of a Si-SiC-based material composed of silicon carbide and metallic silicon, and boron carbide which may be optionally contained. The matrix and the skeleton are formed integrally with each other, and the composite material achieves the above object by a highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material having a porosity of 10% or less. And completed the present invention.

【0005】 さらに、炭素繊維の束の中に、少なくと
も金属珪素か炭化珪素のいずれかと所望により含まれて
いてもよい炭化ホウ素とが添加されている炭素繊維束か
らなるヤーンとヤーン、および/またはヤーン配列体と
ヤーン配列体を、金属珪素と炭化珪素とから選ばれた少
なくとも一種類の材料と所望により含まれていてもよい
炭化ホウ素を添加したバインダーを使用して成形した成
形体、あるいは、前記金属珪素、炭化珪素、および炭化
ホウ素のいずれも含まないバインダーを使用して成形し
た成形体を、焼成し、焼成体を形成する工程と、得られ
た焼成体中に、所望により金属珪素、炭化珪素および炭
化ホウ素から選ばれた少なくとも一種類の材料を添加
し、ついで、焼成体の重量と、焼成体に含まれる金属珪
素と炭化珪素の合計重量との総合計重量1kg当たり
0.1NL以上の不活性ガスを流しつつ、炉内温度11
00〜1400℃、炉内圧0.1〜10hPaで1時間
以上保持した後、、温度1450〜2500℃に昇温し
て前記焼成体の開気孔内部へ金属珪素および/または炭
化珪素と、所望により含まれいてもよい炭化ホウ素を溶
融、含浸させ、Si−SiC系材料相を形成させると共
に、所望により含まれていてもよい炭化ホウ素をSi−
SiC系材料相に一体的に形成させて、Si−SiC系
材料相と、所望により炭化ホウ素相とからなるマトリッ
クスを形成させる工程と所望により得られた焼成体の最
表面にさらに炭化ホウ素を被覆することからなるにより
上記の高耐酸化性Si含浸複合材料を製造することを見
出して、本発明を完成させたのものである。また、本発
明によれば、少なくとも、同複合材料の一部にシリカ−
酸化ホウ素相が形成されている、高耐酸化性Si含浸複
合材料が提供される。
[0005] Furthermore, a yarn and a yarn comprising a carbon fiber bundle in which at least either metallic silicon or silicon carbide and optionally boron carbide are added to the bundle of carbon fibers, and / or A yarn array and a yarn array, a molded article molded using a binder to which at least one material selected from metallic silicon and silicon carbide and optionally boron carbide added may be contained, or A step of firing a molded body molded using a binder not containing any of the metal silicon, silicon carbide, and boron carbide to form a fired body, and in the obtained fired body, if desired, metallic silicon; At least one material selected from silicon carbide and boron carbide is added, and then the weight of the fired body and the total weight of metallic silicon and silicon carbide contained in the fired body While flowing an inert gas of 0.1 NL or more per kg of the total weight of
After holding at 00 to 1400 ° C. and a furnace pressure of 0.1 to 10 hPa for 1 hour or more, the temperature is raised to 1450 to 2500 ° C. and metal silicon and / or silicon carbide and, if desired, into the open pores of the fired body. The boron carbide which may be contained is melted and impregnated to form a Si-SiC-based material phase, and the boron carbide which may be contained if necessary
A step of forming a matrix composed of the Si-SiC-based material phase and, if desired, the boron carbide phase by being integrally formed with the SiC-based material phase, and further covering the outermost surface of the fired body obtained as desired with boron carbide The present invention has been found to produce the above-mentioned highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material, thereby completing the present invention. Further, according to the present invention, at least a part of the composite material is silica-
A highly oxidation resistant Si-impregnated composite having a boron oxide phase formed is provided.

【0006】 本発明に係る高耐酸化性Si含浸複合材
料は、基本的には、25重量%〜65重量%の炭素と、
1重量%〜10重量%の金属珪素、10重量%〜50重
量%の炭化珪素と、0重量%〜10重量%の炭化ホウ素
から構成され、少なくともSi−SiC系材料と炭化ホ
ウ素相とからなるマトリックスが、三次元的に組み合わ
され互いに分離しないように一体化された炭素繊維から
なるヤーン集合体の間に一体的に形成されている。勿
論、炭化ホウ素は、任意成分ではあるが、耐酸化性をよ
り強化するには、少なくとも0.1重量%含まれている
ことが好ましい。ところで、後述するようにSi−Si
C系材料を形成させるには、その厚さは、少なくとも
0.01mmあることが好ましい。さらに少なくとも
0.05mm以上であることが好ましく、少なくとも
0.1mm以上であることが一層好ましい。
The high oxidation resistant Si-impregnated composite material according to the present invention basically comprises from 25% to 65% by weight of carbon,
It is composed of 1% by weight to 10% by weight of metallic silicon, 10% by weight to 50% by weight of silicon carbide, and 0% by weight to 10% by weight of boron carbide, and comprises at least a Si-SiC-based material and a boron carbide phase. A matrix is integrally formed between the three-dimensionally assembled and non-separated yarn assemblies of carbon fibers. Of course, boron carbide is an optional component, but is preferably contained at least 0.1% by weight in order to further enhance oxidation resistance. By the way, as described later, Si-Si
In order to form a C-based material, the thickness is preferably at least 0.01 mm. Further, it is preferably at least 0.05 mm or more, and more preferably at least 0.1 mm or more.

【0007】 上記の炭素は、実質的に炭素繊維からな
る。実質的に炭素繊維からなるとは、バインダー等の副
原料由来のものや炭素繊維そのものの表面に形成されて
いる黒鉛質の遊離炭素が微量含まれていてもよいが、骨
格部を形成する炭素は、原則として、炭素繊維から構成
されていることを意味する。さらに、本発明に係る新規
な高耐酸化性Si含浸複合材料において、前記マトリッ
クスが前記ヤーンから離れるのに従って、珪素の含有比
率が上昇する傾斜組成を有していることが好ましい。ま
た、上記の高耐酸化性Si含浸複合材料は、気孔率が1
0%以下、好ましくは、0.5%〜3%に制御されてい
る。
[0007] The carbon substantially consists of carbon fibers. Substantially made of carbon fiber may contain trace amounts of graphite-derived free carbon formed on the surface of the carbon fiber itself or derived from an auxiliary material such as a binder. Means, in principle, made of carbon fiber. Furthermore, in the novel highly oxidation resistant Si-impregnated composite material according to the present invention, it is preferable that the matrix has a gradient composition in which the content ratio of silicon increases as the matrix moves away from the yarn. In addition, the above high oxidation resistant Si impregnated composite material has a porosity of 1
It is controlled to 0% or less, preferably 0.5% to 3%.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】 本発明に係る高耐酸化Si含浸
複合材料は、炭素繊維束、炭素繊維束内または炭素繊維
束の周囲に形成された炭化珪素と金属珪素より構成され
るSi−SiC系材料と、所望により含まれていてもよ
い炭化ホウ素から形成されている骨格部と、炭化珪素と
金属珪素より構成されるSi−SiC系材料と、所望に
より含まれていてもよい炭化ホウ素により形成されてい
るマトリックスからなり、前記マトリックスと前記骨格
部とは一体的に形成されており、かつ、10%以下の気
孔率を有するセラミックスと炭素からなる複合材料から
構成される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A highly oxidized Si-impregnated composite material according to the present invention is a Si—SiC formed of silicon carbide and metallic silicon formed in a carbon fiber bundle, in a carbon fiber bundle, or around a carbon fiber bundle. System material, a skeleton formed of boron carbide which may be optionally contained, a Si-SiC-based material composed of silicon carbide and metallic silicon, and boron carbide which may be optionally contained. The matrix and the skeleton portion are formed integrally with each other, and are formed of a composite material composed of ceramic and carbon having a porosity of 10% or less.

【0009】 上述のように、本発明に係る高耐酸化性
Si含浸複合材料は、炭化珪素、金属珪素、実質的に炭
素繊維からなる炭素、および所望により含まれていても
よい炭化ホウ素とから構成され、骨格部と、骨格部の周
囲に形成されマトリックスとからなる構造を有する高耐
酸化性Si含浸複合材料であって、炭素繊維束と、炭素
繊維束内または炭素繊維束の周囲に形成された炭化珪素
と金属珪素より構成されるSi−SiC系材料と、所望
により含まれていてもよい炭化ホウ素から形成された骨
格部と、炭化珪素と金属珪素より構成されるSi−Si
C系材料と、所望により含まれていてもよい炭化ホウ素
により形成されたマトリックスを有しているか、あるい
は、一部にシリカ−酸化ホウ素相が形成されている複合
材料である。
As described above, the highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material according to the present invention comprises silicon carbide, metallic silicon, carbon substantially consisting of carbon fibers, and optionally boron carbide. A highly oxidized Si-impregnated composite material having a structure comprising a skeleton portion, a matrix formed around the skeleton portion, and formed around the carbon fiber bundle and the carbon fiber bundle. Si-SiC-based material composed of silicon carbide and metal silicon, a skeleton formed of boron carbide which may be contained as desired, and Si-Si composed of silicon carbide and metal silicon
A composite material having a matrix formed of a C-based material and optionally contained boron carbide, or a silica-boron oxide phase is partially formed.

【0010】 骨格部は、炭素繊維の束に粉末状のバイ
ンダーと、必要に応じてフェノール樹脂粉末等を含有さ
せ、炭素繊維束を調製し、この炭素繊維束の周囲に、熱
可塑性樹脂等のプラスチックからなる柔軟な被膜を形成
し、柔軟性中間材としてのプレフォームドヤーンを得、
このプレフォームドヤーンを、特開平2−80639号
公報に記載されている方法によりシート状、または、織
布状にし、必要量を積層した後、ホットプレスで成形し
得られた成形体由来のものが好ましい。勿論、この成形
体を焼成して得られる焼成体由来のものでもよい。ここ
で、バインダーとは、金属珪素および/または炭化珪素
を含浸する前の炭素繊維束からなる成形体または焼成体
のマトリックスとして作用する粉末状の材料であって、
焼成後には炭素繊維の束に対して遊離炭素となるピッ
チ、コークス類を包含させたものをいう。
[0010] The skeleton portion is prepared by incorporating a powdery binder and, if necessary, a phenol resin powder or the like into a bundle of carbon fibers to prepare a carbon fiber bundle, and surrounding the carbon fiber bundle with a thermoplastic resin or the like. Form a flexible film made of plastic, obtain a preformed yarn as a flexible intermediate material,
This preformed yarn is formed into a sheet or a woven fabric by the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-80639, and after laminating a required amount, a molded article obtained by molding by hot pressing is obtained. Are preferred. Of course, it may be derived from a fired body obtained by firing this molded body. Here, the binder is a powdery material that acts as a matrix of a formed body or fired body made of a carbon fiber bundle before impregnation with metallic silicon and / or silicon carbide,
It refers to a material containing pitch and coke which become free carbon with respect to the bundle of carbon fibers after firing.

【0011】 本明細書において、C/Cコンポジット
とは、直径が10μm前後の炭素繊維を、通常、数百本
〜数万本束ねて繊維束(ヤーン)を形成し、この繊維束
を熱可塑性樹脂で被覆してプレフォームドヤーンを調製
し、これを特開平2−80639号公報に記載されてい
る方法によりシート状、または、織布状にし、このシー
ト状、または、織布状としたものを二次元または三次元
方向に配列して一方向シート(UDシート)や各種クロ
スとしたり、また上記シートやクロスを積層したりする
ことにより、所定形状の予備成形体(繊維プリフォー
ム)を形成し、該予備成形体の繊維束の外周に形成され
ている有機物からなる熱可塑性樹脂等の被膜を焼成し、
上記の同皮膜を炭化除去することにより得られるものを
いう。なお、本明細書に於いて、参考のために特開平2
−80639号公報の記載を引用する。本発明に係るC
/Cコンポジットにおいては、上記のヤーン中の炭素繊
維以外の炭素成分は、好ましくは炭素粉末であり、とく
に好ましくは黒鉛化した炭素粉末である。
In the present specification, a C / C composite is generally formed by bundling hundreds to tens of thousands of carbon fibers having a diameter of about 10 μm to form a fiber bundle (yarn). A preformed yarn was prepared by coating with a resin, and the preformed yarn was formed into a sheet or a woven fabric by the method described in JP-A-2-80639, and this sheet or woven fabric was formed. By arranging the objects in two-dimensional or three-dimensional directions to form a one-way sheet (UD sheet) or various cloths, or by laminating the above sheets or cloths, a preformed body (fiber preform) having a predetermined shape is formed. Formed and baked a film of a thermoplastic resin or the like made of an organic substance formed on the outer periphery of the fiber bundle of the preformed body,
It is obtained by carbonizing and removing the above film. In this specification, for reference, Japanese Patent Application Laid-Open
Reference is made to the description in JP-A-80639. C according to the present invention
In the / C composite, the carbon component other than the carbon fibers in the yarn is preferably a carbon powder, particularly preferably a graphitized carbon powder.

【0012】 ヤーンの内部にSi−SiC系材料およ
び所望により含まれてもよい炭化ホウ素からなる相を形
成させるには、プレフォームドヤーンの調製時に少なく
とも金属珪素または炭化珪素と、所望により含まれてい
てもよい炭化ホウ素を、所定量混合すればよい。ヤーン
の表面にSi−SiC系材料および所望により含まれて
もよい炭化ホウ素からなる相を形成させるには、プレフ
ォームドヤーンからシート、または、クロスを調製する
ときに、少なくとも金属珪素または炭化珪素とおよび所
望により含まれてもよい炭化ホウ素を所定量混合すれば
よい。混合方法は、直接金属珪素および/または炭化珪
素と所望により炭化ホウ素をヤーンを構成する炭素繊維
と炭素繊維の間、あるいは、ヤーンとヤーンの間に混入
する方法、バインダーやフェノール樹脂等のヤーンや、
ヤーン配列体の調製時、あるいは、ヤーン配列体を積層
してシートまたはクロスを調製するときに使用する各種
助剤に混合し使用する間接混合方法がある。均一に混合
するには、間接混合方法が好ましい。
[0012] In order to form a phase consisting of a Si-SiC-based material and optionally contained boron carbide inside the yarn, at least metallic silicon or silicon carbide is optionally contained during preparation of the preformed yarn. May be mixed in a predetermined amount. In order to form a phase comprising a Si-SiC-based material and optionally contained boron carbide on the surface of the yarn, when preparing a sheet or cloth from a preformed yarn, at least metallic silicon or silicon carbide is required. And a predetermined amount of boron carbide which may be contained if desired. The mixing method is a method of directly mixing metallic silicon and / or silicon carbide and, if desired, boron carbide between carbon fibers constituting the yarn or between the yarns, or a yarn such as a binder or a phenol resin. ,
There is an indirect mixing method in which a yarn array is mixed or used with various auxiliaries used when preparing a sheet or a cloth by laminating the yarn array. For uniform mixing, an indirect mixing method is preferred.

【0013】 金属珪素および/または炭化珪素の使用
量は、設計性能によっても異なるが、通常は、本発明に
係る高耐酸化性Si含浸複合材料の全重量に対して、約
11%〜60%の範囲内で充分である。また、所望によ
り含まれてもよい炭化ホウ素の量としては、高耐酸化性
Si含浸複合材料の全重量に対して、0〜10%の範囲
内である。勿論、Si−SiC系材料および所望により
含まれてもよい炭化ホウ素からなる相は、少なくとも、
マトリックスとして形成されていればよいので、用途毎
の要求性能に応じて、ヤーン内部やヤーン表面のいずれ
にも、これらの材料を含浸させなくともよい。
The amount of silicon metal and / or silicon carbide used depends on the design performance, but is usually about 11% to 60% based on the total weight of the highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material according to the present invention. It is enough in the range of. The amount of boron carbide that may be contained as desired is in the range of 0 to 10% based on the total weight of the high oxidation resistant Si-impregnated composite material. Of course, the phase composed of the Si—SiC-based material and optionally contained boron carbide is at least
As long as it is formed as a matrix, it is not necessary to impregnate these materials into either the inside of the yarn or the surface of the yarn according to the required performance for each application.

【0014】 本発明に係る高耐酸化性Si含浸複合材
料においては、骨格部を構成する材料としては、複数の
炭素繊維から形成されている炭素繊維束、好ましくは、
炭素繊維束が上記のようなC/Cコンポジットとなって
いるものを用いる。その各ヤーンを構成する炭素繊維の
表面および/または内部には、Si−SiC系材料と所
望により形成されていてもよい炭化ホウ素相が形成され
ている。しかし、各炭素繊維束を構成する炭素繊維の少
なくとも一部は、炭素繊維としての構造が、金属珪素お
よび/または炭化珪素との反応により破壊されることな
く保持されていることが必要で、これにより、炭素繊維
が本来有している機械的強度がほぼ保持される。従っ
て、炭素繊維としては、少なくとも一部の炭素繊維が、
炭化珪素化せずに残りやすい構造を有しているC/Cコ
ンポジットが好ましい。しかも、炭素繊維束内におよび
ヤーン集合体中で相隣り合うヤーン同士の間に、Si−
SiC系材料と所望により含まれていてもよい炭化ホウ
素からなるマトリックスが形成された構造を有している
ので、耐酸化性が強化されることとなる。
In the highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material according to the present invention, as a material constituting the skeleton, a carbon fiber bundle formed of a plurality of carbon fibers, preferably
A carbon fiber bundle having a C / C composite as described above is used. On the surface and / or inside of the carbon fiber constituting each yarn, a Si—SiC-based material and a boron carbide phase which may be formed as desired are formed. However, at least a part of the carbon fibers constituting each carbon fiber bundle needs to have a structure as a carbon fiber that is maintained without being destroyed by a reaction with metallic silicon and / or silicon carbide. Thereby, the mechanical strength inherent to the carbon fiber is substantially maintained. Therefore, as the carbon fiber, at least a part of the carbon fiber,
A C / C composite having a structure that easily remains without being converted to silicon carbide is preferable. In addition, Si- in the carbon fiber bundle and between the adjacent yarns in the yarn assembly.
Since it has a structure in which a matrix made of a SiC-based material and optionally boron carbide is formed, the oxidation resistance is enhanced.

【0015】 本発明において、Si−SiC系材料と
は、主成分として珪素と炭化珪素とを含有する材料の総
称である。このSi−SiC系材料は、本発明に係る高
耐酸化性複合材料を製造するときに形成される、炭素繊
維と金属珪素、あるいは、炭化珪素との反応により形成
される。例えば、炭素繊維束から形成されたヤーン配列
体とヤーン配列体とを金属珪素および/または炭化珪素
とを添加したバインダーで結合させて成形体を得、これ
を700〜1200℃で炭化させ、さらに1500〜3
000℃で焼成して、炭素繊維と炭素繊維の表面に存在
する主としてバインダー由来の遊離炭素と、金属珪素お
よび/または炭化珪素とを反応させて形成された、少な
くとも一部に実質的に炭化珪素のみからなる相と金属珪
素が未反応のまま残っている相とが連続的に変化する材
料をいう。
In the present invention, the Si—SiC-based material is a general term for a material containing silicon and silicon carbide as main components. This Si-SiC-based material is formed by a reaction between carbon fiber and metallic silicon or silicon carbide, which is formed when the high oxidation resistant composite material according to the present invention is manufactured. For example, a yarn array formed from a carbon fiber bundle and a yarn array are combined with a binder to which metal silicon and / or silicon carbide has been added to obtain a molded body, which is carbonized at 700 to 1200 ° C. 1500-3
Sintering at 000 ° C. to react at least partially silicon carbide formed by reacting carbon fibers and free carbon mainly derived from a binder present on the surface of the carbon fibers with metallic silicon and / or silicon carbide. It is a material in which a phase composed of only the metal and a phase in which metallic silicon remains unreacted continuously change.

【0016】 すなわち、Si−SiC系材料には、未
反応の状態で残存する珪素からなる珪素相からほぼ純粋
な炭化珪素に至るまでの、いくつかの相異なる相を含
む、典型的には珪素相と炭化珪素相からなるが、炭化珪
素相には、珪素の含有量が傾斜的に変化しているSiC
共存相を含みうる。従って、Si−SiC系材料とは、
このようにSi−SiC系列において、炭素の濃度とし
て、0mol%から50mol%までの範囲以内で含ま
れてる材料の総称である。本発明に係る高耐酸化性複合
部材においては、Si−SiC系材料は、マトリックス
部は勿論のことに、炭素繊維束内および/または炭素繊
維束の表面にも形成されていてもよい。
That is, the Si—SiC-based material includes several different phases ranging from a silicon phase remaining in an unreacted state to almost pure silicon carbide, typically silicon. Phase and a silicon carbide phase.
Coexisting phases may be included. Therefore, the Si-SiC-based material is
As described above, in the Si-SiC series, it is a general term for materials contained in the range of 0 mol% to 50 mol% as the concentration of carbon. In the high oxidation resistant composite member according to the present invention, the Si-SiC-based material may be formed not only in the matrix portion but also in the carbon fiber bundle and / or on the surface of the carbon fiber bundle.

【0017】 また、この高耐酸化性Si含浸複合材料
は、好ましくは、ヤーンの表面から離れるのに従って珪
素の含有比率が上昇する傾斜組成を有するマトリックス
を有している。また、この高耐酸化性Si含浸複合材料
においては、好ましくは、炭素繊維からなるヤーン集合
体は、複数のヤーン配列体から構成されており、各ヤー
ン配列体はそれぞれ特定本数の炭素繊維を束ねて構成し
たヤーンをほぼ平行に二次元的に配列することによって
形成されており、各ヤーン配列体が積層されることによ
ってヤーン集合体が構成されている。これによって、高
耐酸化性Si含浸複合材料は、複数層のヤーン配列体を
特定方向に積層した積層構造を有することになる。
The highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material preferably has a matrix having a gradient composition in which the silicon content increases as the distance from the yarn surface increases. Further, in this highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material, preferably, the yarn aggregate made of carbon fibers is composed of a plurality of yarn arrays, and each yarn array bundles a specific number of carbon fibers. The yarns thus formed are formed by arranging the two-dimensionally substantially parallel two-dimensionally, and a yarn aggregate is formed by laminating the yarn arrangements. As a result, the highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material has a multilayer structure in which a plurality of yarn arrays are stacked in a specific direction.

【0018】 この場合において、マトリックスの強度
の点から、隣接するヤーン配列体における各ヤーンの長
手方向が互いに交差していることが特に好ましい。これ
によって、一層応力の分散が促進されるからである。隣
り合うヤーン配列体におけるヤーンの長手方向は、とく
に好ましくは、直交している。また、好ましくは、マト
リックスが、高耐酸化性Si含浸複合材料の中で互いに
連続することで三次元網目構造を形成している。この場
合においてとくに好ましくは、マトリックスが各ヤーン
配列体においてほぼ平行に二次元的に配列されており、
隣り合う各ヤーン配列体中に生成しているマトリックス
が互いに連続しており、これによってマトリックスが三
次元格子を形成している。また、隣り合うヤーンの間隙
には、100%マトリックスが充填されていてもよい
が、ヤーンの間隙のうち一部をマトリックスが充填して
いる場合も含む。
In this case, from the viewpoint of the strength of the matrix, it is particularly preferable that the longitudinal directions of the yarns in the adjacent yarn arrays cross each other. Thereby, the dispersion of the stress is further promoted. The longitudinal directions of the yarns in adjacent yarn arrangements are particularly preferably orthogonal. Preferably, the matrix is continuous with each other in the highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material to form a three-dimensional network structure. In this case it is particularly preferred that the matrix is arranged two-dimensionally substantially parallel in each yarn arrangement,
The matrices produced in each adjacent yarn arrangement are continuous with one another, whereby the matrices form a three-dimensional lattice. Further, the gap between adjacent yarns may be filled with 100% matrix, but also includes a case where a part of the gap between yarns is filled with matrix.

【0019】 本発明に係る高耐酸化Si含浸複合材料
は、Si−SiC系材料と所望によって含まれていても
よい炭化ホウ素が、マトリックスとして、図2に模式的
に示したようにヤーンの表面に沿って生成していること
は勿論のこと、炭素繊維束内部および/または同表面に
もSi−SiC系材料と所望により含まれていてもよい
炭化ホウ素からなる相が形成されていてもよい。マトリ
ックス、および/または、炭素繊維束内部および/また
は同表面に、所望により含まれていてもよい炭化ホウ素
は、これらの箇所で、Si−SiC系材料と一体化し、
あるいは、独立して島状にSi−SiC系材料からなる
海に点在していてもよい。上記のように、複合繊維の基
本骨格がSi−SiC系材料と所望により含まれていて
もよい炭化ホウ素によって強化されているので、耐酸化
性が強化されることとなる。炭化ホウ素が含まれている
と、高温時に於ける耐酸化性が飛躍的に増大するので好
ましい。さらに好ましくは、炭化ホウ素の相が本発明に
係る高耐酸化Si含浸複合材料の最表面に形成されてい
ることが、耐酸化性向上の面から好ましい。
The highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material according to the present invention comprises a Si—SiC-based material and optionally a boron carbide as a matrix, as a matrix, as shown in FIG. Of course, a phase composed of a Si—SiC-based material and optionally contained boron carbide may be formed inside and / or on the same surface of the carbon fiber bundle. . Boron carbide, which may be optionally contained inside and / or on the surface of the matrix and / or carbon fiber bundle, is integrated with the Si-SiC-based material at these points,
Alternatively, they may be independently scattered like islands in the sea made of Si-SiC-based material. As described above, the basic skeleton of the composite fiber is reinforced by the Si—SiC-based material and the boron carbide that may be optionally contained, so that the oxidation resistance is enhanced. When boron carbide is contained, the oxidation resistance at high temperatures is drastically increased, which is preferable. More preferably, the phase of boron carbide is preferably formed on the outermost surface of the composite material impregnated with high oxidation resistance Si according to the present invention, from the viewpoint of improving oxidation resistance.

【0020】本発明に係る高耐酸化性Si含浸複合材料
は、炭素繊維束からなる内部および/または表面にSi
−SiC系材料相が形成されていてもよいヤーンを特定
の本数配列した内部および/または表面には、Si−S
iC系材料相が形成されているヤーン配列体を積層して
構成されるヤーン集合体からなる三次元構造を有するC
/Cコンポジットからなる骨格部と、同骨格部を構成す
るとヤーンとヤーンとの間にマトリックスとして三次元
的格子状に形成されたSi−SiC系材料とからなる複
合材料である。本発明に係る高耐酸化性Si含浸複合材
料は、常温での動摩擦係数が0.1〜0.5の範囲内に
あり、また、耐酸化性、耐クリープ性、耐スポーリング
性を有するSi−SiC系材料からなるマトリックス層
を表面に配することにより、C/Cコンポジットの有す
る低耐酸化性を克服することができ、酸素存在下におい
て高温下に余儀なく曝される摺動材、ブレーキ用部材等
として使用が可能である。
The highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material according to the present invention comprises a carbon fiber bundle having an inner surface and / or a surface
A specific number of yarns on which a SiC-based material phase may be formed are arranged inside and / or on the surface.
C having a three-dimensional structure consisting of a yarn aggregate formed by laminating a yarn array in which an iC-based material phase is formed
The composite material is composed of a skeleton portion made of a / C composite and a Si—SiC-based material formed into a three-dimensional lattice as a matrix between the yarns when the skeleton portion is formed. The high oxidation resistant Si-impregnated composite material according to the present invention has a dynamic friction coefficient at room temperature in the range of 0.1 to 0.5, and has oxidation resistance, creep resistance, and spalling resistance. -By arranging a matrix layer made of a SiC-based material on the surface, it is possible to overcome the low oxidation resistance of the C / C composite, and to use it for sliding materials and brakes which are inevitably exposed to high temperatures in the presence of oxygen. It can be used as a member or the like.

【0021】 気孔率は、10%以下、好ましくは、
0.5%〜3%に制御されているので、動摩擦係数の周
囲環境の変化による変動量が極めて少なく、安定したブ
レーキ性能が発揮される。高温条件下での摩耗量は、5
00℃で1.0%/時間以下、より好ましくは0.6%
/時間以下である。また、本来炭化珪素が有する優れた
耐磨耗性を取り入れた耐磨耗性を有している。また、本
発明に係る高耐酸化性Si含浸複合材料は、600℃に
保持された高温雰囲気内でも、極めて優れた耐酸化特性
を示す。すなわち、1%の酸素を含む同高温雰囲気中で
の重量減少量が25%以下、1,000ppmの酸素を
含む同高温雰囲気中での重量減少量が3%以下、100
ppmの酸素を含む同高温雰囲気中での重量減少量は実
質的に零といえる水準であって、極めて高い耐酸化特性
を示すのものである。これは上記のように、マトリック
ス部以外にも、Si−SiC系材料相が、炭素繊維の内
部および/または表面にも形成されていることによるも
のと考えられる。
The porosity is 10% or less, preferably
Since it is controlled to be 0.5% to 3%, the fluctuation amount of the dynamic friction coefficient due to a change in the surrounding environment is extremely small, and stable braking performance is exhibited. The amount of wear under high temperature conditions is 5
1.0% / hour or less at 00 ° C, more preferably 0.6%
/ Hour or less. In addition, it has abrasion resistance that incorporates the excellent abrasion resistance inherent to silicon carbide. Further, the highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material according to the present invention exhibits extremely excellent oxidation resistance even in a high-temperature atmosphere maintained at 600 ° C. That is, the weight loss in the same high temperature atmosphere containing 1% oxygen is 25% or less, and the weight loss in the same high temperature atmosphere containing 1,000 ppm oxygen is 3% or less.
The amount of weight loss in the high-temperature atmosphere containing oxygen of ppm is substantially zero, and shows extremely high oxidation resistance. This is presumably because, as described above, the Si-SiC-based material phase is also formed inside and / or on the surface of the carbon fiber in addition to the matrix portion.

【0022】 本発明に係る高耐酸化性Si含浸複合材
料の場合には、Si−SiC系材料相がマトリックスを
形成しているだけでなく、ヤーンおよび/またはヤーン
配列体の内部および/または表面に形成されているの
で、Si−SiC系材料が溶融してガラスとなり骨格部
を酸素から保護する速度の方が、酸素の骨格部内部への
拡散速度よりも早いため、骨格部として使用された炭素
繊維が拡散してきた酸素により酸化されるような事態を
回避でき、骨格部を酸化から保護することができる。従
って、本発明に係る高耐酸化性Si含浸複合材料の場合
には、自己修復性を示すので、より長期間にわたって使
用が可能となる。この現象は炭化ホウ素が含まれている
とより一層顕著となる。その理由は定かではないが、酸
素と、炭化ホウ素、炭化珪素および/または金属珪素が
同時に酸化されて、酸化ホウ素とシリカとからなるガラ
ス相が炭素繊維表面に形成されて、その表面を覆ういわ
ゆるグレージング現象が起きることによるものと思われ
る。
In the case of the highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material according to the present invention, not only is the Si—SiC-based material phase forming a matrix, but also the interior and / or surface of the yarn and / or the yarn array. Since the Si-SiC-based material is melted into glass to protect the skeleton from oxygen faster than the diffusion rate of oxygen into the skeleton, it was used as the skeleton. The situation where the carbon fiber is oxidized by the diffused oxygen can be avoided, and the skeleton can be protected from oxidation. Therefore, the highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material according to the present invention exhibits self-healing properties and can be used for a longer period of time. This phenomenon becomes more remarkable when boron carbide is contained. Although the reason is not clear, oxygen and boron carbide, silicon carbide and / or metal silicon are simultaneously oxidized, and a glass phase composed of boron oxide and silica is formed on the carbon fiber surface, so-called covering the surface. This is probably due to the glazing phenomenon.

【0023】 炭化珪素および/または金属珪素だけの
ときと異なり、炭化ホウ素があわせ含まれる場合には、
炭化ホウ素が同時に酸化されることにより、グレージン
グ現象が促進されることによるものと推察される。従っ
て、急速な昇温、冷却を反復して行うことが求められる
金属製品、ガラス製品、セラミック製品等の加工の際に
使用される各種金型用部材、あるいは、これら金属製
品、ガラス製品、セラミック製品等の製造装置用部材と
して、使用可能である。
Unlike the case where only silicon carbide and / or metal silicon is used, when boron carbide is also contained,
It is presumed that the simultaneous oxidation of boron carbide promotes the glazing phenomenon. Therefore, it is necessary to repeatedly perform rapid temperature rise and cooling of metal products, glass products, various mold members used when processing ceramic products, etc., or these metal products, glass products, ceramics It can be used as a member for a manufacturing device such as a product.

【0024】 上記のように、グレージングされた結
果、もはや、これ以上グレージングはしない状態となっ
た本発明に係る複合部材は、炭化珪素、金属珪素、実質
的に炭素繊維からなる炭素、シリカ−酸化ホウ素とから
構成され、骨格部と、骨格部の周囲に形成されマトリッ
クスとからなる構造を有する高耐酸化性Si含浸複合材
料であって、炭化珪素の少なくとも50%はβ型で、骨
格部は、炭素繊維束と、炭素繊維束内または炭素繊維束
の周囲に形成された炭化珪素と金属珪素より構成される
Si−SiC系材料と、同材料と一体的に構成されてい
るシリカ−酸化ホウ素相とから形成されており、マトリ
ックスは、炭化珪素と金属珪素より構成されるSi−S
iC系材料と、同材料と一体的に構成されているシリカ
−酸化ホウ素相とから形成され、前記マトリックスと前
記骨格部とは一体的に形成されており、かつ、前記複合
材料は10%以下の気孔率を有すること高耐酸化性Si
含浸複合材料となる。
As described above, as a result of the glazing, the composite member according to the present invention that is no longer glazed is made of silicon carbide, metal silicon, carbon substantially composed of carbon fiber, silica-oxidized A highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material having a structure comprising a skeleton, a matrix formed around the skeleton, and boron, wherein at least 50% of the silicon carbide is β-type, and the skeleton is , A carbon fiber bundle, a Si-SiC-based material composed of silicon carbide and metal silicon formed in or around the carbon fiber bundle, and silica-boron oxide integrally formed with the material And Si-S composed of silicon carbide and metallic silicon
The matrix and the skeleton are formed integrally from an iC-based material and a silica-boron oxide phase integrally formed with the material, and the composite material is 10% or less. High oxidization resistance
It becomes an impregnated composite material.

【0025】 勿論、強制的に、マトリックスが、炭化
珪素と金属珪素より構成されるSi−SiC系材料と、
所望により含まれていてもよい炭化ホウ素により形成さ
れている高耐酸化性Si含浸複合材料を酸化を促進させ
て、製造することも可能である。なお、ここで、一体的
とは、必ずしも、両者が渾然一体となっている場合だけ
でなく、両者の存在が独立して認められている場合も、
両者が弱い機械的衝撃で簡単に分離するような状態にな
い限り、含むものである。従って、Si−SiC系材料
の海に、炭化ホウ素の島が点在している状態をも含むも
のである。
Of course, forcibly, the matrix is made of a Si—SiC-based material composed of silicon carbide and metallic silicon;
It is also possible to manufacture a highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material formed of boron carbide which may be optionally contained by accelerating oxidation. Here, the term “integrally” means not only the case where both are integrally united, but also the case where the existence of both is independently recognized.
It is included unless both are easily separated by a weak mechanical impact. Therefore, this includes a state where islands of boron carbide are scattered in the sea of the Si—SiC-based material.

【0026】 また、炭素繊維束からなるヤーン集合体
を基本構造として骨格部を構成していることから、軽量
であり、省エネルギーの要請にもかなう材料であるとい
る。とくに、マトリックス形成後においても、炭素繊維
が短繊維化することがないので、機械的強度が維持さ
れ、ヤーン集合体に於いて、各ヤーン配列体の繊維の長
手方向が互いに交差、好ましくは直交しているので、形
状の異方性も生じない。骨格部に形成された遊離炭素か
らなるマトリックスも均一性に富む。従って、これに金
属珪素を含浸させて製造した本発明に係る高耐酸化性S
i含浸複合材料は、均一に金属珪素が分散してゆき、炭
素と反応するので、特定の体積中の構成物質の組成は均
一である。組成が均一であるので、内部応力が偏在する
こともない。従って、焼成しても変形が生じにくく、大
型で複雑な形状の成型品、なかでも複雑な形状を有する
薄肉大型成型品を製造することができるという効果を発
揮する。
[0026] Further, since the skeleton portion is configured by using a yarn aggregate formed of a carbon fiber bundle as a basic structure, the material is light in weight and meets the demand for energy saving. In particular, even after the formation of the matrix, the carbon fibers are not shortened, so that the mechanical strength is maintained, and in the yarn assembly, the longitudinal directions of the fibers of each yarn array cross each other, preferably are orthogonal. Therefore, there is no anisotropy of the shape. The matrix composed of free carbon formed on the skeleton is also rich in uniformity. Therefore, the high oxidation-resistant S according to the present invention produced by impregnating this with metallic silicon
In the i-impregnated composite material, metallic silicon is uniformly dispersed and reacts with carbon, so that the composition of the constituent material in a specific volume is uniform. Since the composition is uniform, there is no uneven distribution of internal stress. Therefore, deformation is less likely to occur even when fired, and an effect of producing a large-sized and complicated-shaped molded product, especially a thin-walled large-sized molded product having a complicated shape can be produced.

【0027】 さらに、骨格部が炭素繊維束であるた
め、靭性に富み、優れた耐衝撃性、高硬度性を有する。
従って、従来使用されている炭素繊維が有している特性
を保持したまま、炭素繊維の欠点である耐高温摩耗性を
克服することが可能となった。また、炭素繊維束からな
るヤーンとヤーンの間には、連続した開気孔が形成され
ているので、この気孔に対して金属珪素および/または
炭化珪素と、所望により炭化ホウ素を含浸させ、形成さ
せるマトリックスとしてのSi−SiC系材料と所望に
より含まれていてもよい炭化ホウ素から形成される相
は、連続構造をとり三次元網目構造をとる。従って、ど
の部分を切り出しても、骨格部となった炭素繊維に比し
て高い耐磨耗性を有し、かつ本来炭素繊維が持っている
高い放熱性、柔軟性などは維持される。
Furthermore, since the skeleton is a carbon fiber bundle, it has high toughness, and has excellent impact resistance and high hardness.
Therefore, it has become possible to overcome the high-temperature abrasion resistance, which is a drawback of carbon fibers, while maintaining the characteristics of carbon fibers used conventionally. In addition, since continuous open pores are formed between the yarns made of carbon fiber bundles, the pores are impregnated with metallic silicon and / or silicon carbide and, if desired, boron carbide to be formed. The phase formed from the Si—SiC-based material as the matrix and optionally contained boron carbide has a continuous structure and a three-dimensional network structure. Therefore, no matter which part is cut out, it has high abrasion resistance as compared with the carbon fiber used as the skeleton part, and the high heat radiation property, flexibility, and the like originally possessed by the carbon fiber are maintained.

【0028】 本発明に係る高耐酸化性Si含浸複合材
料の構造的特徴について、説明の簡略化のためにSi−
SiC系材料のみが形成されてものを例に挙げて、図面
を使用してさらに説明することとする。図1は、本発明
に係る高耐酸化性Si含浸複合材料の骨格部を説明する
ための概略斜視図であり、図2は、本発明に係る高耐酸
化性Si含浸複合材料において、Si−SiC系材料の
形成状況を説明するための、その一態様に係る複合部材
の一部構造を省略した断面構造を示す断面図である。
Regarding the structural characteristics of the high oxidation resistant Si-impregnated composite material according to the present invention, Si-
An example in which only a SiC-based material is formed will be described further with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view for explaining a skeleton portion of a highly oxidized Si-impregnated composite material according to the present invention. FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional structure of a composite member according to one embodiment, with a partial structure omitted, for describing a formation state of a SiC-based material.

【0029】 高耐酸化性Si含浸複合材料7の骨格
は、図1に示したようにヤーン集合体6によって構成さ
れている。ヤーン集合体6は、ヤーン配列体1A、1
B、1C、1D、1E、1Fを上下方向に積層してな
る。各ヤーン配列体においては、各ヤーン3が二次元的
に配列されており、各ヤーンの長手方向がほぼ平行であ
る。上下方向に隣り合う各ヤーン配列体における各ヤー
ンの長手方向は、直交している。すなわち、各ヤーン配
列体1A、1C、1Eの各ヤーン2Aの長手方向は、互
いに平行であり、かつ各ヤーン配列体1B、1D、1F
の各ヤーン2Bの長手方向に対して直交している。各ヤ
ーンは、炭素繊維と、炭素繊維以外の炭素成分とからな
る繊維束3からなる。ヤーン配列体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。各ヤーンは、後述するような加圧成形工程の間に押
しつぶされ、ほぼ楕円形になっている。
The skeleton of the high oxidation resistant Si-impregnated composite material 7 is constituted by a yarn aggregate 6 as shown in FIG. The yarn aggregate 6 includes the yarn arrays 1A, 1
B, 1C, 1D, 1E, and 1F are vertically stacked. In each yarn array, the yarns 3 are two-dimensionally arranged, and the longitudinal directions of the yarns are substantially parallel. The longitudinal direction of each yarn in each vertically arranged yarn array is orthogonal. That is, the longitudinal direction of each yarn 2A of each yarn array 1A, 1C, 1E is parallel to each other, and each yarn array 1B, 1D, 1F.
Are orthogonal to the longitudinal direction of each yarn 2B. Each yarn is composed of a fiber bundle 3 made of carbon fiber and a carbon component other than carbon fiber. The yarn assembly 6 having a three-dimensional lattice shape is formed by stacking the yarn arrays. Each yarn is crushed during a pressing step, as described below, and is substantially oval.

【0030】 各ヤーン配列体1A、1C、1Eにおい
ては、隣り合う各ヤーンの間隙には、マトリックス8が
充填されており、各マトリックス8はヤーン2Aの表面
に沿ってそれと平行に延びている。各ヤーン配列体1
B、1D、1Fにおいては、隣り合う各ヤーンの間隙に
は、別のマトリックス8が形成されており、このマトリ
ックス8は、ヤーン2Bの表面に沿ってそれと平行に延
びている。図2に示したように、Si−SiC系材料か
らなっているマトリックス8は、各ヤーンの表面を被覆
する形で形成されている。また、図2に示した態様にお
いては、複合部材の内部において、炭素繊維束であるヤ
ーン内部にSi−SiC系材料相が形成されている。
In each of the yarn arrangements 1A, 1C, and 1E, a gap between adjacent yarns is filled with a matrix 8, and each matrix 8 extends along the surface of the yarn 2A in parallel with the yarn 2A. Each yarn array 1
In B, 1D and 1F, another matrix 8 is formed in the gap between each adjacent yarn, and this matrix 8 extends along the surface of the yarn 2B and in parallel with it. As shown in FIG. 2, the matrix 8 made of a Si—SiC-based material is formed so as to cover the surface of each yarn. In the embodiment shown in FIG. 2, a Si—SiC-based material phase is formed inside the yarn that is a carbon fiber bundle inside the composite member.

【0031】 各マトリックス8は、それぞれヤーンの
表面に沿って細長く、好ましくは直線状に延びており、
各マトリックス8と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8
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8とは、それぞれヤーン2Aと2Bと
の間隙部分で連続している。この結果、マトリックス8
は、全体として、三次元格子を形成している。Si−S
iC系材料相においては、それぞれ、隣接する炭素繊維
の表面から離れるほど、珪素濃度が高くなる傾斜組成を
有していることが好ましい。ブレーキ用部材用、研削用
部材などの材料としては、高耐酸化性Si含浸複合材料
の表面がSi−SiC系材料相から形成されていること
が好ましい。
Each matrix 8 is elongated, preferably linear, along the surface of the yarn, respectively.
Each matrix 8 is orthogonal to each other. And the matrix 8 in the yarn arrays 1A, 1C, 1E
And the matrix 8 in the yarn arrays 1B, 1D, and 1F orthogonal to the yarn arrays 1B, 1D, and 1F are continuous at the gaps between the yarns 2A and 2B. As a result, matrix 8
Form a three-dimensional lattice as a whole. Si-S
The iC-based material phase preferably has a gradient composition in which the silicon concentration increases as the distance from the surface of the adjacent carbon fiber increases. As a material for a member for a brake, a member for a grinding, or the like, it is preferable that the surface of the highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material is formed from a Si-SiC-based material phase.

【0032】 ここで、Si−SiC系材料を焼成体に
含浸させることにより形成されるマトリックス層の厚さ
は、少なくとも0.01mmあることが好ましい。さら
に少なくとも0.05mm以上あることが好ましく、少
なくとも0.1mm以上であることが一層好ましい。こ
のマトリックス層の厚さが0.01mm未満の場合は、
高酸化条件下において、摺動材として要求される耐久性
を充分に付与することができないからである。
Here, the thickness of the matrix layer formed by impregnating the sintered body with the Si—SiC-based material is preferably at least 0.01 mm. Further, it is preferably at least 0.05 mm, more preferably at least 0.1 mm. When the thickness of the matrix layer is less than 0.01 mm,
This is because the durability required as a sliding material cannot be sufficiently imparted under high oxidation conditions.

【0033】 また、本発明に係る高耐酸化性Si含浸
複合材料において、Si−SiC系材料相において炭素
と結合した状態で存在する珪素の濃度は、隣接する炭素
繊維の表面から内部に向かって小さくなることが好まし
い。マトリックス、およびヤーンおよび/またはヤーン
配列体の内部および/または表面において、珪素濃度に
傾斜を持たせることにより、強酸化腐食環境での耐食性
および強度、表層部および内層部の欠陥へのヒーリング
機能を著しく向上させることができ、さらに熱膨張係数
差による材料の熱応力劣化を防止できる。これは、表層
部の珪素濃度が、内層部の珪素濃度よりも相対的に高い
ため、発生したマイクロクラックが、加熱中にヒーリン
グされ、耐酸化性を保持するからである。とくに、本発
明において、ヤーンおよび/またはヤーン配列体の内部
および/または表面にSi−SiC系材料相が形成され
ている態様を含むが、この態様を含むことにより、仮
に、予想を超える異常な応力が加えられて、炭素繊維の
一部が表面に露出してきても、ヤーンおよび/またはヤ
ーン配列体の内部および/または表面に形成されたSi
−SiC系材料相が自己修復性を示すという効果を発揮
する。
In the high oxidation resistant Si-impregnated composite material according to the present invention, the concentration of silicon present in the Si—SiC-based material phase in a state of being bonded to carbon increases from the surface of the adjacent carbon fiber toward the inside. Preferably, it is smaller. By providing a gradient in the silicon concentration inside and / or on the surface of the matrix and the yarn and / or the yarn array, corrosion resistance and strength in a strong oxidative corrosion environment, and a healing function against defects in the surface layer and the inner layer are improved. It can be significantly improved, and furthermore, the thermal stress deterioration of the material due to the difference in thermal expansion coefficient can be prevented. This is because the silicon concentration in the surface layer portion is relatively higher than the silicon concentration in the inner layer portion, so that the generated microcracks are healed during heating and maintain oxidation resistance. In particular, the present invention includes a mode in which a Si-SiC-based material phase is formed inside and / or on the surface of the yarn and / or the yarn array. By including this mode, an unexpectedly unexpected abnormal Even if a part of the carbon fiber is exposed on the surface due to the application of the stress, the Si formed inside and / or on the surface of the yarn and / or the yarn array is formed.
-Exerts an effect that the SiC-based material phase exhibits self-healing properties.

【0034】 また、本発明の高耐酸化性Si含浸複合
材料に含まれてもよい炭化ホウ素は、潤滑性を有するた
め、炭素繊維からなる骨格部に含有させることにより、
Si−SiC系材料を形成させた骨格部の部分において
も、繊維の潤滑性を維持することができ、靭性の低下を
防ぐことができる。なお、例えば、炭化ホウ素の含有量
は、炭素繊維からなる骨格部100重量%に対し、0.
1〜10重量%であることが好ましい。0.1重量%未
満では炭化ホウ素による潤滑性付与の効果が充分に得ら
れず、10重量%を超える場合は炭化ホウ素の脆さが高
耐酸化性Si含浸複合材料にも現れてくるからである。
The boron carbide that may be contained in the highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material of the present invention has lubricity.
Even in the skeleton portion where the Si-SiC-based material is formed, the lubricity of the fiber can be maintained, and a decrease in toughness can be prevented. In addition, for example, the content of boron carbide is 0.1% with respect to 100% by weight of the skeleton portion made of carbon fiber.
Preferably it is 1 to 10% by weight. If it is less than 0.1% by weight, the effect of imparting lubricity by boron carbide cannot be sufficiently obtained, and if it exceeds 10% by weight, the brittleness of boron carbide also appears in the high oxidation resistant Si-impregnated composite material. is there.

【0035】 このような、本発明の高耐酸化性Si含
浸複合材料は、C/Cコンポジットの耐衝撃性、高硬度
性および軽量性と、Si−SiC系材料の、耐酸化性、
耐スポーリング性、自己潤滑性、耐磨耗性等を併せ持
ち、さらに、自己修復性をも有するため、高温酸化条件
下での使用に長期間耐えることができるので、摺動材、
ブレーキ用部材等として、好適に用いることができる。
As described above, the high oxidation resistant Si-impregnated composite material of the present invention provides the impact resistance, high hardness and light weight of a C / C composite, and the oxidation resistance of a Si—SiC-based material.
It has spalling resistance, self-lubrication, abrasion resistance, etc., and also has self-healing properties, so it can withstand long-term use under high-temperature oxidation conditions.
It can be suitably used as a brake member or the like.

【0036】 本発明に係る高耐酸化性Si含浸複合材
料は、好ましくは以下詳述する方法により製造可能であ
る。炭素繊維内に金属珪素と炭化珪素とから選ばれた少
なくとも一種類の材料と所望により含まれていてもよい
炭化ホウ素が添加されていてもよい炭素繊維の炭素繊維
束からなるヤーンとヤーン、および/またはヤーン配列
体とヤーン配列体を金属珪素と炭化珪素とから選ばれた
少なくとも一種類の材料と所望により含まれていてもよ
い炭化ホウ素を添加したバインダーを、あるいは、前記
金属珪素、炭化珪素、および炭化ホウ素のいずれも含ま
ないバインダーを使用して成形した成形体を焼成し、焼
成体を形成する工程と、得られた焼成体に、所望により
金属珪素、炭化珪素および炭化ホウ素から選ばれた少な
くとも一種類の材料を添加し、ついで、焼成体の重量
と、焼成体に含まれる金属珪素と炭化珪素の合計重量と
の総合計重量1kg当たり0.1NL以上の不活性ガス
を流しつつ、炉内温度1100〜1400℃、炉内圧
0.1〜10hPaで1時間以上保持して、前記焼成体
の開気孔内部へ金属珪素、炭化珪素を溶融、含浸させて
Si−SiC系材料相を形成させると共に、Si−Si
C系材料相に所望により炭化ホウ素を分散させるなどに
より、Si−SiC系材料相と所望により含まれていて
もよい炭化ホウ素とからなるマトリックスを形成させる
工程と所望により得られた焼成体にさらに炭化ホウ素を
被覆することにより、高耐酸化性Si含浸複合材料を製
造する。
The highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material according to the present invention can be preferably manufactured by a method described in detail below. A yarn and a yarn comprising a carbon fiber bundle of carbon fibers in which at least one kind of material selected from metallic silicon and silicon carbide and optionally boron carbide may be added, and And / or a binder obtained by adding at least one material selected from metal silicon and silicon carbide to the yarn array and the yarn array and a boron carbide that may be optionally contained, or And a step of firing a molded body molded using a binder not containing any of boron carbide, and a step of forming a fired body, the resulting fired body, if desired, selected from silicon metal, silicon carbide and boron carbide Then, at least one kind of material was added, and then a total weight of 1 kg of the weight of the fired body and the total weight of metal silicon and silicon carbide contained in the fired body was applied. While flowing an inert gas of 0.1 NL or more, the furnace temperature is maintained at 1100 to 1400 ° C. and the furnace pressure is 0.1 to 10 hPa for 1 hour or more to melt metal silicon and silicon carbide into the open pores of the fired body. , To form a Si-SiC-based material phase,
A step of forming a matrix composed of the Si-SiC-based material phase and optionally contained boron carbide by, for example, dispersing boron carbide in the C-based material phase if desired; By coating with boron carbide, a highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material is produced.

【0037】 第1に、本発明に係る高耐酸化性Si含
浸複合材料は、炭素繊維内に金属珪素と炭化珪素とから
選ばれた少なくとも一種類の材料と所望により含まれて
いてもよい炭化ホウ素が添加された炭素繊維の炭素繊維
束からなるヤーンとヤーン、および/またはヤーンを配
列して構成したヤーン配列体とヤーン配列体を、金属珪
素と炭化珪素とから選ばれた少なくとも一種類の材料と
所望により含まれていてもよい炭化ホウ素が添加された
バインダーを使用して、成形した成形体を焼成すること
により、炭素繊維内、および/またはヤ−ンの表面に、
金属珪素と炭化珪素とから選ばれた少なくとも一種類の
材料と、所望により含まれていてもよい炭化ホウ素とを
含む焼成体を形成する工程によっても製造可能である。
First, the highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material according to the present invention contains at least one material selected from metallic silicon and silicon carbide in carbon fiber, and carbon dioxide which may be optionally contained. A yarn and a yarn composed of a carbon fiber bundle of carbon fibers to which boron is added, and / or a yarn array and a yarn array configured by arranging the yarns, at least one kind selected from metallic silicon and silicon carbide By sintering the molded article using a material and a binder to which boron carbide optionally contained is added, carbon fibers and / or the surface of the yarn can be formed.
It can also be manufactured by a step of forming a fired body containing at least one kind of material selected from metallic silicon and silicon carbide and optionally containing boron carbide.

【0038】 第2に、本発明に係る高耐酸化性Si含
浸複合材料は、炭素繊維内に金属珪素と炭化珪素とから
選ばれた少なくとも一種類の材料と所望により含まれて
いてもよい炭化ホウ素が添加された炭素繊維の炭素繊維
束からなるヤーンとヤーン、および/またはヤーン配列
体とヤーン配列体を金属珪素、炭化珪素、および炭化ホ
ウ素のいずれも含まないバインダーを使用して成形した
成形体を焼成し、焼成体を形成する工程と、得られた焼
成体に、金属珪素および/または炭化珪素と所望により
炭化ホウ素を添加し、ついで、焼成体の重量と、焼成体
に含まれる金属珪素と炭化珪素の重量との合計重量1k
g当たり0.1NL以上の不活性ガスを流しつつ、炉内
温度1100〜1400℃、炉内圧0.1〜10hPa
で1時間以上保持した後、温度を1450〜2500℃
に昇温して、前記焼成体の開気孔内部へ金属珪素および
/または炭化珪素と、所望により含まれいてもよい炭化
ホウ素を溶融、含浸させてSi−SiC系材料相を形成
させると共に、Si−SiC系材料相に所望により含ま
れていてもよい炭化ホウ素を分散させるなどにより、S
i−SiC系材料相と所望により含まれていてもよい炭
化ホウ素とからなるマトリックスを形成させる工程から
製造することも可能である。炭化ホウ素を含まない場合
には、溶融、含浸させる温度は、1700〜1800℃
が好ましい。
Second, the highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material according to the present invention includes at least one material selected from metallic silicon and silicon carbide in a carbon fiber, and a carbonized material that may be optionally contained. Molding in which a yarn and a yarn, and / or a yarn array and a yarn array, each formed of a carbon fiber bundle of boron-added carbon fibers are formed using a binder not containing any of silicon metal, silicon carbide, and boron carbide. Firing the body to form a fired body, adding metallic silicon and / or silicon carbide and, if desired, boron carbide to the obtained fired body, and then adding the weight of the fired body and the metal contained in the fired body Total weight of silicon and silicon carbide 1k
While flowing an inert gas of 0.1 NL or more per g, furnace temperature 1100 to 1400 ° C., furnace pressure 0.1 to 10 hPa
After holding for 1 hour or more at a temperature of 1450-2500 ° C
To form an Si-SiC-based material phase by melting and impregnating metallic silicon and / or silicon carbide and optionally boron carbide into the open pores of the fired body. -By dispersing boron carbide optionally contained in the SiC-based material phase,
It can also be produced from a step of forming a matrix composed of an i-SiC-based material phase and optionally contained boron carbide. When boron carbide is not contained, the temperature for melting and impregnating is 1700 to 1800 ° C.
Is preferred.

【0039】 第3に、本発明に係る高耐酸化性Si含
浸複合材料は、第1の方法により焼成体を形成する工程
と、ついで、得られた焼成体に、第2の方法と同様に、
金属珪素および/または炭化珪素と所望により炭化ホウ
素を添加し、ついで、焼成体の重量と、焼成体に含まれ
る全金属珪素と全炭化珪素の重量との合計重量1kg当
たり0.1NL以上の不活性ガスを流しつつ、炉内温度
1100〜1400℃、炉内圧0.1〜10hPaで1
時間以上保持した後、、温度を1450〜2500℃に
昇温して前記焼成体の開気孔内部へ金属珪素および/ま
たは炭化珪素と、所望により含まれいてもよい炭化ホウ
素を溶融、含浸させ、Si−SiC系材料相を形成させ
ると共に、Si−SiC系材料相に所望により含まれて
いてもよい炭化ホウ素を分散させるなどにより、Si−
SiC系材料相と所望により含まれていてもよい炭化ホ
ウ素とからなるマトリックスを形成せる工程から製造す
ることも可能である。炭化ホウ素を含まない場合には、
溶融、含浸させる温度は、1700〜1800℃が好ま
しい。
Third, the highly oxidized Si-impregnated composite material according to the present invention comprises a step of forming a fired body by the first method, and then, the obtained fired body is subjected to the same method as in the second method. ,
Metallic silicon and / or silicon carbide and, if desired, boron carbide are added. Then, the weight of the fired body and the total weight of all metal silicon and silicon carbide contained in the fired body are not less than 0.1 NL per kg. While flowing the active gas, 1 at a furnace temperature of 1100 to 1400 ° C. and a furnace pressure of 0.1 to 10 hPa.
After holding for at least one hour, the temperature is raised to 1450 to 2500 ° C. to melt and impregnate metal silicon and / or silicon carbide and optionally boron carbide into the open pores of the fired body, By forming a Si—SiC-based material phase and dispersing boron carbide that may be optionally contained in the Si—SiC-based material phase,
It can also be produced from a step of forming a matrix composed of a SiC-based material phase and optionally contained boron carbide. If it does not contain boron carbide,
The temperature for melting and impregnating is preferably 1700 to 1800 ° C.

【0040】 第4に、本発明に係る高耐酸化性Si含
浸複合材料は、上記にいずれかの方法により得られたも
のの最表面に炭化ホウ素を溶射して、被覆することによ
り製造することも可能である。さらに、炭素繊維束を特
開平2−80639号に記載の方法により熱可塑性樹脂
等のプラスチックで被覆し、プレフォームドヤーンを
得、これからシート状または織布状にして、これから積
層体を製造し、これから成形された成形体、あるいは、
同成形体の焼成体、すなわち、C/Cコンポジットを使
用したものでもよい。C/Cコンポジットの場合には、
金属珪素および/または炭化珪素と所望により炭化ホウ
素とを、炭素繊維内に添加しても、バインダーに添加し
てもよい。さらに、焼成体にも添加してもよい。添加方
法には、いずれの方法を採用する場合でも、とくに制限
はなく、その添加時期に応じて、適切であると考えられ
る方法により、添加すればよい。
Fourth, the high oxidation resistant Si-impregnated composite material according to the present invention can be produced by spraying boron carbide on the outermost surface of the composite material obtained by any of the above methods and coating the outermost surface. It is possible. Further, the carbon fiber bundle is coated with a plastic such as a thermoplastic resin by the method described in JP-A-2-80639 to obtain a preformed yarn, which is then formed into a sheet or a woven fabric, and a laminate is produced therefrom. , A molded body to be molded from now, or
A fired body of the molded body, that is, a body using a C / C composite may be used. In the case of C / C composite,
Metallic silicon and / or silicon carbide and, if desired, boron carbide may be added to the carbon fibers or to the binder. Further, it may be added to the fired body. There is no particular limitation on the method of addition, regardless of which method is employed. The addition may be performed by a method considered appropriate according to the timing of the addition.

【0041】 次に、上記の第2の製造方法において、
C/Cコンポジットを用いた場合を例にとり、さらに説
明することとする。炭素繊維の束に対して、最終的にマ
トリックスとなる粉末状のバインダーピッチ、コークス
類を包含させ、さら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、炭素繊維束を作製する。
炭素繊維束の周囲に、熱可塑性樹脂等のプラスチックか
らなる柔軟な被膜を形成し、プレフォームドヤーンを得
る。このプレフォームドヤーンを、ヤーン状にし、必要
量を積層した後、ホットプレスで300〜2000℃、
常庄〜500kg/cm2の条件下で成形することによ
って、成形体を得る。または、この成形体を、必要に応
じて700〜1200℃で炭化させ、1500〜300
0℃で黒鉛化して、焼結体を得る。
Next, in the above second manufacturing method,
The case where the C / C composite is used will be described further as an example. A carbon fiber bundle is produced by incorporating a powdery binder pitch and coke finally serving as a matrix into the carbon fiber bundle and further including a phenol resin powder or the like as necessary.
A flexible film made of a plastic such as a thermoplastic resin is formed around the carbon fiber bundle to obtain a preformed yarn. After making this preformed yarn into a yarn and laminating a required amount, the hot press is performed at 300 to 2000 ° C.
A molded article is obtained by molding under the conditions of Josho to 500 kg / cm 2 . Alternatively, the molded body is carbonized at 700 to 1200 ° C. as necessary,
It is graphitized at 0 ° C. to obtain a sintered body.

【0042】 炭素繊維は、石油ピッチ若しくはコール
タールピッチを原料とし、紡糸用ピッチの調製、溶融紡
糸、不融化及び炭素化して得られるピッチ系炭素繊維並
びにアクリロニトリル(共)重合体繊維を炭素化して得
られるPAN系炭素繊維のいずれのものでもよい。マト
リックスの形成に必要な炭素前駆体としては、フェノー
ル樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂およびタール、
ピッチ等が用いられるが、コークス類や各種有機化合物
等を含んでいてもよい。当然のことながら、上記の方法
のうち、第3の方法においては、これらに少なくとも金
属珪素または炭化珪素と、所望により炭化ホウ素を添加
混合して使用してもよいことはいうまでもない。
The carbon fiber is obtained by preparing pitch for spinning, melt-spinning, infusibilizing and carbonizing pitch-based carbon fiber and acrylonitrile (co) polymer fiber by using petroleum pitch or coal tar pitch as a raw material. Any of the obtained PAN-based carbon fibers may be used. The carbon precursor necessary for the formation of the matrix includes thermosetting resins such as phenolic resins and epoxy resins and tar,
A pitch or the like is used, but may contain cokes or various organic compounds. Of course, in the third method of the above methods, it is needless to say that at least metal silicon or silicon carbide and, if desired, boron carbide may be added and used.

【0043】 ついで、上記のように作製された焼成体
と少なくとも金属珪素または炭化珪素と、所望により添
加されることもある炭化ホウ素とを、1100〜140
0℃の温度域、炉内圧0.1〜10hPaで1時間以上
保持する。保持時間は、種々の要因により変動しうる
が、無機ポリマーないし無機物のセラミックス化への変
化に伴うCO等の発生ガスを焼成雰囲気より除去し、ま
た大気中のO2等による外部からの焼成雰囲気の汚染を
防止するに充分な時間であればよい。また、この際、成
形体または焼成体と珪素の合計重量1kg当たり0.1
NL(ノルマルリットル:1200℃、圧力0.1hP
aの場合、5065リットルに相当)以上の不活性ガス
を流しつつ、焼成体表面にSi−SiC系材料と所望に
より含まれていてもよい炭化ホウ素からなる相を形成す
ることが好ましい。ついで、温度1450〜2500℃
に昇温して前記焼成体の開気孔内部へ珪素および/また
は炭化珪素と、所望により含まれていてもよい炭化ホウ
素を溶融、含浸させ、Si−SiC系材料を形成すると
共に、所望により含まれていてもよい炭化ホウ素をSi
−SiC系材料相に一体的に形成させて、Si−SiC
系材料と所望により含まれていてもよい炭化ホウ素とか
らなる相を形成させる。なお、炭化ホウ素を含まない場
合には、溶融、含浸させる温度は、1700〜1800
℃が好ましい。
Next, the fired body produced as described above, at least metal silicon or silicon carbide, and boron carbide that may be added as desired are mixed with 1100 to 140
The temperature is maintained at 0 ° C. and the furnace pressure is 0.1 to 10 hPa for 1 hour or more. The holding time may vary depending on various factors. However, the generated gas such as CO accompanying the change of the inorganic polymer or the inorganic substance into ceramics is removed from the firing atmosphere. It suffices if the time is long enough to prevent contamination. At this time, 0.1 kg / kg of the total weight of the molded body or the fired body and silicon is used.
NL (normal liter: 1200 ° C, pressure 0.1 hP
In the case of a, it is preferable to form a phase composed of a Si—SiC-based material and optionally contained boron carbide on the surface of the fired body while flowing an inert gas of 5065 liters or more. Then, temperature 1450-2500 ° C
To form an Si-SiC-based material, if necessary, by melting and impregnating silicon and / or silicon carbide and optionally boron carbide into the open pores of the fired body. Boron carbide which may be
-SiC is formed integrally with the SiC-based material phase.
A phase consisting of the base material and optionally contained boron carbide is formed. When boron carbide is not contained, the temperature for melting and impregnating is 1700 to 1800.
C is preferred.

【0044】 焼成体と少なくとも金属珪素または炭化
珪素と所望により添加される炭化ホウ素とを、1100
〜1400℃の温度、0.1〜10hPaの圧力に1時
間以上保持し、かつその際、焼成体と、金属珪素と炭化
珪素の合計重量1kg当たり不活性ガスを0.1NL以
上、好ましくは1NL以上、さらに好ましくは10NL
以上流すように制御することが望ましい。このような、
焼成時(すなわち、少なくとも金属珪素または炭化珪素
と所望により添加される炭化ホウ素の溶融、含浸前の段
階)不活性ガス雰囲気にすることにより、無機ポリマー
ないし無機物のセラミックス化への変化に伴うCO等の
発生ガスを焼成雰囲気より除去し、また大気中のO2等
による外部からの焼成雰囲気の汚染を防止することによ
りその後に上記金属珪素、炭化珪素等の材料を溶融、含
浸して得られる複合材料の気孔率を低く維持することが
できる。
The fired body, at least metallic silicon or silicon carbide and optionally added boron carbide were mixed with 1100
At a temperature of 1400 ° C. and a pressure of 0.1 to 10 hPa for 1 hour or more, and at that time, 0.1 NL or more, preferably 1 NL of an inert gas per 1 kg of the total weight of the fired body, metal silicon and silicon carbide. Above, more preferably 10NL
It is desirable to control so as to flow as described above. like this,
During the firing (that is, at least the stage before melting and impregnation of metallic silicon or silicon carbide and optionally added boron carbide), an inert gas atmosphere is provided to allow CO or the like accompanying the change of the inorganic polymer or inorganic substance into ceramics. The composite material obtained by melting and impregnating the above-mentioned materials such as metal silicon and silicon carbide by removing the generated gas from the firing atmosphere and preventing contamination of the firing atmosphere from the outside by O2 and the like in the atmosphere. Can be kept low.

【0045】 また、焼成体へ金属珪素および/または
炭化珪素と所望により含まれていてもよい炭化ホウ素を
溶融、含浸する際には、雰囲気温度を1450〜250
0℃に昇温する。この場合、焼成炉内圧は0.1〜10
hPaの範囲が好ましい。炭化ホウ素を含まない場合に
は、溶融、含浸させる温度は、1700〜1800℃が
好ましい。
When melting and impregnating the sintered body with metallic silicon and / or silicon carbide and optionally boron carbide, the ambient temperature is set to 1450 to 250.
Heat to 0 ° C. In this case, the firing furnace internal pressure is 0.1 to 10
The hPa range is preferred. When boron carbide is not contained, the temperature for melting and impregnating is preferably 1700 to 1800 ° C.

【0046】 上記のように、熱可塑性樹脂等の柔軟性
材料での炭素繊維束(ヤーン)の被覆、および珪素およ
び/または炭化珪素の含浸、溶融との組み合わせによ
り、焼成体において、該柔軟性材料が熱分解してヤーン
とヤーンと間隙には細長い開気孔が残り、この細長い開
気孔に沿って珪素および/または炭化珪素が焼成体の奥
まで浸透しやすくなる。この浸透の過程で、珪素および
/または炭化珪素がヤーンの炭素と反応してヤーン表面
側から徐々に炭化し、本発明で使用する高耐酸化性Si
含浸複合材料を生成させることとなる。なお、用途に応
じて、このような構成を有する高耐酸化性Si含浸複合
材料をC/Cコンポジットからなる骨格部の表層部の一
部にのみいわゆる高耐酸化性Si含浸複合材料層として
形成してもよい。勿論、炭化ホウ素からなる層を最表面
に溶射により形成してもよい。
As described above, in combination with the coating of the carbon fiber bundle (yarn) with a flexible material such as a thermoplastic resin, and the impregnation and melting of silicon and / or silicon carbide, the fired body has the flexibility. When the material is thermally decomposed, elongated open pores remain in the gap between the yarns, and silicon and / or silicon carbide easily penetrates deep into the fired body along the elongated open pores. During this infiltration process, silicon and / or silicon carbide reacts with the carbon of the yarn to gradually carbonize from the yarn surface side, and the high oxidation resistant Si used in the present invention is used.
This will produce an impregnated composite. In addition, depending on the application, a highly oxidized Si-impregnated composite material having such a configuration is formed as a so-called highly oxidized Si-impregnated composite material layer only on a part of the surface layer of the skeleton portion made of the C / C composite. May be. Of course, a layer made of boron carbide may be formed on the outermost surface by thermal spraying.

【0047】 マトリックス層を形成するSi−SiC
系材料と所望により含まれていてもよい炭化ホウ素とか
らなる相の厚さの調節は、成形体または焼成体の開気孔
率およびその細孔径により行う。例えば、Si−SiC
系材料と所望により含まれていてもよい炭化ホウ素とか
らなる相の厚さを0.01〜10mmとする場合には、
少なくとも成形体または焼成体の表面近傍における開気
孔率を5〜50%、平均細孔径を1μm以上とする。成
形体または焼成体の開気孔率は10〜50%であること
が好ましく、平均細孔径は10μm以上とすることが好
ましい。開気孔率を5%未満とすると、成形体または焼
成体中のバインダーを除去しきれず、50%より大きく
すると、骨格部の内部深くにまでSi−SiC系材料が
含浸形成し、複合材料の耐衝撃性が低下するからであ
る。
Si—SiC forming a matrix layer
The thickness of the phase composed of the system material and optionally contained boron carbide is adjusted according to the open porosity and the pore diameter of the molded or fired body. For example, Si-SiC
When the thickness of the phase composed of the system material and optionally contained boron carbide is 0.01 to 10 mm,
The open porosity at least in the vicinity of the surface of the molded or fired body is 5 to 50%, and the average pore diameter is 1 μm or more. The open porosity of the molded or fired body is preferably 10 to 50%, and the average pore diameter is preferably 10 μm or more. If the open porosity is less than 5%, the binder in the molded body or the fired body cannot be completely removed, and if it is more than 50%, the Si-SiC-based material is impregnated and formed deep inside the skeleton, and the resistance of the composite material This is because the impact properties decrease.

【0048】 また、高耐酸化性Si含浸複合材料層を
炭素繊維束の表面にのみ形成するには、少なくとも表面
近傍の開気孔率が焼成中に0.1〜30%になるように
調整した成形体を用いることが好ましい。すなわち、熱
分解する有機物からなる柔軟性中間材の被膜の炭素繊維
束に対する厚さを調整すればよい。
In order to form the high oxidation-resistant Si-impregnated composite material layer only on the surface of the carbon fiber bundle, the open porosity at least near the surface was adjusted to be 0.1 to 30% during firing. It is preferable to use a molded body. That is, the thickness of the coating of the flexible intermediate material made of the thermally decomposable organic substance with respect to the carbon fiber bundle may be adjusted.

【0049】 成形体または焼成体の開気孔率を、表面
から内部に向かって小さくなるようにするには、バイン
ダーピッチの異なるプリフォームドヤーンからなる複数
のプリフォームドシートを、内側から表層側に向かって
バインダーピッチが大きくなるように配置して成形する
ことにより行う。
In order to reduce the open porosity of the molded body or the fired body from the surface toward the inside, a plurality of preformed sheets made of preformed yarns having different binder pitches are provided from the inside to the surface layer side. It is performed by arranging and molding such that the binder pitch becomes larger toward it.

【0050】 また、上記のSi−SiC系材料と所望
により含まれていてもよい炭化ホウ素とからなる相にお
ける珪素濃度に傾斜を設ける場合には、表面近傍の開気
孔率が表面から内部に向かって小さくなるように調整し
た焼成体、または少なくとも表面近傍の開気孔率が焼成
中に表面から内部に向かって小さくなるように調整した
成形体を用いて、複合材料の製造を行う。高耐酸化性S
i含浸複合材料の気孔率を10%以下に制御するには、
少なくとも金属珪素または炭化珪素と所望により含まれ
ていてもよい炭化ホウ素を焼成体に含浸させる際に、焼
成体の開気孔率に応じて金属珪素、炭化珪素、および炭
化ホウ素の量を調整することにより容易に行うことがで
きる。
When a gradient is provided in the silicon concentration in the phase composed of the above Si—SiC-based material and optionally contained boron carbide, the open porosity near the surface increases from the surface toward the inside. A composite material is manufactured using a fired body adjusted to be smaller by heating or a molded body adjusted so that the open porosity at least near the surface decreases from the surface toward the inside during firing. High oxidation resistance S
To control the porosity of the i-impregnated composite material to 10% or less,
When impregnating the fired body with at least metal silicon or silicon carbide and optionally boron carbide, the amounts of metal silicon, silicon carbide, and boron carbide are adjusted according to the open porosity of the fired body. Can be performed more easily.

【0051】 本発明に於いて、上記の新規な高耐酸化
性Si含浸複合材料を使用して摺動材、ブレーキ用部材
等を製造するに際しては、上記のように製造した複合材
料を平面研削盤等により適宜な寸法に切断加工し、平面
研削仕上げすることにより製造すればよい。特定形状の
大型部材の場合には、炭素繊維束から構成されるヤーン
を積層するなどして、先ず所望の形に成形し、これを焼
成することによりSi−SiC系材料と所望により含ま
れていてもよい炭化ホウ素とからなる相をヤーンおよび
/またはヤーン配列体の内部および/または表面に形成
させると共に、焼成体を形成し、この焼成体に少なくと
も金属珪素または炭化珪素と、所望により含まれていて
もよい炭化ホウ素とを含浸、溶融させてSi−SiC系
材料と所望により含まれていてもよい炭化ホウ素とから
なるマトリックスを形成させることにより製造すること
ができる。本発明の高耐酸化性Si含浸複合材料は、と
くに、高温下での耐酸化性の要求される金型部材、摺動
材、ブレーキ用部材等として、好適に使用できる。
In the present invention, when manufacturing a sliding material, a member for a brake or the like using the above-mentioned novel high oxidation resistant Si-impregnated composite material, the composite material manufactured as described above is subjected to surface grinding. What is necessary is just to manufacture by cutting | disconnecting to an appropriate dimension with a board etc., and carrying out surface grinding finish. In the case of a large-sized member having a specific shape, a yarn formed of a carbon fiber bundle is laminated and the like, first formed into a desired shape, and then fired to contain the Si-SiC-based material and, if desired, the material. And / or a surface of the yarn array, and a fired body is formed, and the fired body contains at least metallic silicon or silicon carbide, if desired. And boron carbide which may be impregnated and melted to form a matrix composed of a Si—SiC-based material and optionally contained boron carbide. The highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material of the present invention can be suitably used particularly as a mold member, a sliding material, a brake member, etc., which require oxidation resistance at high temperatures.

【0052】[0052]

【実施例】 次に、本発明を実施例を用いてさらに詳し
く説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもの
ではない。なお、本発明に係る高耐酸化性Si含浸複合
材料の耐酸化性は、以下に示す方法より評価した。
EXAMPLES Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. The oxidation resistance of the highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material according to the present invention was evaluated by the following method.

【0053】(耐酸化性の評価方法)雰囲気中の酸素濃
度が10ppm、100ppm、1,000ppm、1
%または21%に調整した一連のチャンバーを用意し、
それぞれのチャンバー内の温度を600℃に設定した。
このように準備したチャンバー内に、それぞれ試験用試
料を入れ、その状態で100時間試料を保持した。10
0時間経過後、試料をそれぞれ取り出し、その重量を測
定し、重量減少率(%)を次式によりに求めた。 重量減少率(%)=〔(W1−W0)/(W0)]×1
00 (ただし、式中、W1はチャンバー内に100時間保持
した後の試料重量を、W0は試験開始前の試料の重量を
示す)。
(Oxidation resistance evaluation method) The oxygen concentration in the atmosphere was 10 ppm, 100 ppm, 1,000 ppm,
Prepare a series of chambers adjusted to% or 21%,
The temperature in each chamber was set at 600 ° C.
Each test sample was placed in the thus prepared chamber, and the sample was held for 100 hours in that state. 10
After a lapse of 0 hour, each sample was taken out, its weight was measured, and the weight loss rate (%) was determined by the following equation. Weight loss rate (%) = [(W1-W0) / (W0)] × 1
00 (where W1 represents the weight of the sample after being kept in the chamber for 100 hours, and W0 represents the weight of the sample before the start of the test).

【0054】(実施例1)一方向に引き揃えた直径7μ
mの炭素繊維の束にフェーノル樹脂を含浸させながら、
一万2千本炭素繊維を束ね、このものと金属珪素、マト
リックス炭素の前駆体であるフェノール樹脂、バインダ
ーを一緒にして、熱可塑性樹脂であるポリエチレン樹脂
製のチューブに入れ、骨格部の構成の最小単位であるヤ
ーンを調製した。このときのヤーンの組成は、40重量
%の炭素繊維と、30重量%のマトリックス炭素の前駆
体であるフェノール樹脂と、30重量%の金属珪素とか
ら構成されていた。このようにして調製した一連のヤー
ンを用いてプレプレグシートを織り上げた。このように
して調製した一連のプレプレグシートを必要量積層し
て、この積層体をホットプレスで600℃、100kg
/cm2で成形した。この成形体を窒素雰囲気中、温度
2,000℃で焼成して、厚さ20mmのC/Cコンポ
ジットを得た。得られたC/Cコンポジットを用いて、
アルキメデス法により測定した密度は、1.7g/cm
3で、また同じくアルキメデス法により測定した開気孔
率は、10%であった。
(Example 1) 7 μm diameter aligned in one direction
while impregnating the bundle of m carbon fibers with phenol resin,
Bundle 12,000 carbon fibers, put this together with metal silicon, phenolic resin, a precursor of matrix carbon, and binder, put them in a tube made of thermoplastic resin, polyethylene resin, and minimize the structure of the skeleton. A unit yarn was prepared. The yarn composition at this time was composed of 40% by weight of carbon fiber, 30% by weight of a phenol resin which is a precursor of matrix carbon, and 30% by weight of metallic silicon. A prepreg sheet was woven using the series of yarns thus prepared. A required amount of a series of prepreg sheets prepared as described above is laminated, and the laminate is hot-pressed at 600 ° C. and 100 kg.
/ Cm 2 . This molded body was fired at a temperature of 2,000 ° C. in a nitrogen atmosphere to obtain a C / C composite having a thickness of 20 mm. Using the obtained C / C composite,
The density measured by the Archimedes method is 1.7 g / cm
3 , and the open porosity, also measured by the Archimedes method, was 10%.

【0055】 次に、得られたC/Cコンポジットを、
気孔率が5%となるのに充分な量からなる、純度99.
8%、平均粒径1mmの金属珪素粉末で充填されたカー
ボンるつぼ内に立設した。ついで、焼成炉内にカーボン
るつぼを移動した。焼成炉内の温度を1300℃、不活
性ガスとしてアルゴンガス流量を20NL/分、焼成炉
内圧を1hPa、その保持時間を4時間として処理した
後、焼成炉内の圧力をそのまま保持しつつ、炉内温度を
1600℃に昇温することにより、C/Cコンポジット
に金属珪素を含浸させて、気孔率5%の高耐酸化性Si
含浸複合材料を製造した。
Next, the obtained C / C composite was
A purity of 99.000, consisting of an amount sufficient to give a porosity of 5%.
It was erected in a carbon crucible filled with 8% metallic silicon powder having an average particle size of 1 mm. Next, the carbon crucible was moved into the firing furnace. The temperature in the firing furnace was 1300 ° C., the flow rate of argon gas as an inert gas was 20 NL / min, the pressure in the firing furnace was 1 hPa, and the holding time was 4 hours. By raising the internal temperature to 1600 ° C., the C / C composite is impregnated with metallic silicon to obtain a highly oxidized silicon having a porosity of 5%.
An impregnated composite was produced.

【0056】 得られた高耐酸化性Si含浸複合材料を
用いて耐酸化性の測定に供したところ、図3に示すよう
に1%の酸素を含む雰囲気中での重量減少量はほぼ25
%、1,000ppmの酸素を含む雰囲気中での重量減
少量は約3%で、100ppmの酸素を含む雰囲気中で
の重量減少量は極めて僅かで、実質的に零ということが
できる程度のものであった。同時に試験したC/Cコン
ポジットと比較したとき、1,000ppmにおける減
少率は約10分の1以下であり、また、従来法で製造し
たSi含浸複合材料と比較しても1%の酸素存在下で
は、2分に1以下、1,000ppmの酸素の存在下で
は約3分に1以下であった。このことから本願発明に係
る高耐酸化性Si含浸複合材料は、極めて優れた耐酸化
特性を示すことが分かる。
When the oxidation resistance was measured using the obtained high oxidation resistance Si-impregnated composite material, the weight loss in an atmosphere containing 1% oxygen was almost 25 as shown in FIG.
%, The amount of weight loss in an atmosphere containing 1,000 ppm of oxygen is about 3%, and the amount of weight loss in an atmosphere containing 100 ppm of oxygen is extremely small and can be reduced to substantially zero. Met. The reduction at 1,000 ppm is less than about 1/10 when compared to the C / C composites tested at the same time, and also in the presence of 1% oxygen compared to the Si-impregnated composites produced by the conventional method. Was less than 1 in 2 minutes and less than 1 in 3 minutes in the presence of 1,000 ppm of oxygen. This indicates that the highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material according to the present invention exhibits extremely excellent oxidation resistance.

【0057】(実施例2)一方向に引き揃えた直径7μ
mの炭素繊維の束にフェーノル樹脂を含浸させながら、
一万2千本炭素繊維を束ね、このものと金属珪素、マト
リックス炭素の前駆体であるフェノール樹脂、バインダ
ーを一緒にして、熱可塑性樹脂であるポリエチレン樹脂
製のチューブに入れ、骨格部の構成の最小単位であるヤ
ーンを調製した。このときのヤーンの組成は、40重量
%の炭素繊維と、30重量%のマトリックス炭素の前駆
体であるフェノール樹脂と、30重量%の金属珪素とか
ら構成されていた。このようにして調製した一連のヤー
ンを用いてプレプレグシートを織り上げた。このように
して調製した一連のプレプレグシートを必要量積層し
て、この積層体をホットプレスで600℃、100kg
/cm2で成形した。この成形体を窒素雰囲気中、温度
2,000℃で焼成して、厚さ20mmのC/Cコンポ
ジットを得た。得られたC/Cコンポジットを用いて、
アルキメデス法により測定した密度は、1.7g/cm
3で、また同じくアルキメデス法により測定した開気孔
率は、10%であった。
(Embodiment 2) Diameter 7 μ aligned in one direction
while impregnating the bundle of m carbon fibers with phenol resin,
Bundle 12,000 carbon fibers, put this together with metal silicon, phenolic resin, a precursor of matrix carbon, and binder, put them in a tube made of thermoplastic resin, polyethylene resin, and minimize the structure of the skeleton. A unit yarn was prepared. The yarn composition at this time was composed of 40% by weight of carbon fiber, 30% by weight of a phenol resin which is a precursor of matrix carbon, and 30% by weight of metallic silicon. A prepreg sheet was woven using the series of yarns thus prepared. A required amount of a series of prepreg sheets prepared as described above is laminated, and the laminate is hot-pressed at 600 ° C. and 100 kg.
/ Cm 2 . This molded body was fired at a temperature of 2,000 ° C. in a nitrogen atmosphere to obtain a C / C composite having a thickness of 20 mm. Using the obtained C / C composite,
The density measured by the Archimedes method is 1.7 g / cm
3 , and the open porosity, also measured by the Archimedes method, was 10%.

【0058】 次に、得られたC/Cコンポジットを、
気孔率が5%となるのに充分な量からなる、純度99.
8%、平均粒径1mmの金属珪素粉末と炭化ホウ素とで
充填されたカーボンるつぼ内に立設した。ついで、焼成
炉内にカーボンるつぼを移動した。焼成炉内の温度を1
300℃、不活性ガスとしてアルゴンガス流量を20N
L/分、焼成炉内圧を1hPa、その保持時間を4時間
として処理した後、焼成炉内の圧力をそのまま保持しつ
つ、炉内温度を1600℃に昇温することにより、C/
Cコンポジットに金属珪素と炭化ホウ素とを含浸させ
て、気孔率5%の高耐酸化性Si含浸複合材料を製造し
た。
Next, the obtained C / C composite was
A purity of 99.000, consisting of an amount sufficient to give a porosity of 5%.
It was set up in a carbon crucible filled with 8%, metal silicon powder having an average particle size of 1 mm and boron carbide. Next, the carbon crucible was moved into the firing furnace. Set the temperature in the firing furnace to 1
300 ° C, 20N argon gas flow rate as inert gas
L / min, the internal pressure of the firing furnace was 1 hPa, and the holding time was 4 hours. Then, while maintaining the pressure in the firing furnace, the temperature in the furnace was raised to 1600 ° C.
The C composite was impregnated with metallic silicon and boron carbide to produce a high oxidation resistant Si-impregnated composite material having a porosity of 5%.

【0059】 得られた高耐酸化性Si含浸複合材料を
用いて耐酸化性の測定に供したところ、図3に示すよう
に1%の酸素を含む雰囲気中での重量減少量はほぼ2
%、1,000ppmの酸素を含む雰囲気中での重量減
少量は0.3%で、100ppmの酸素を含む雰囲気中
での重量減少量は極めて僅かで、実質的に零ということ
ができる程度のものであった。同時に試験したC/Cコ
ンポジットと比較したとき、1,000ppmにおける
減少率は約10分の1以下であり、また、従来法で製造
したSi含浸複合材料と比較しても1%の酸素存在下で
は、2分に1以下、1,000ppmの酸素の存在下で
は約3分に1以下であった。このことから本願発明に係
る高耐酸化性Si含浸複合材料は、極めて優れた耐酸化
特性を示すことが分かる。
When the oxidation resistance was measured using the obtained high oxidation resistant Si-impregnated composite material, as shown in FIG. 3, the weight loss in an atmosphere containing 1% oxygen was almost 2%.
%, The weight loss in an atmosphere containing 1,000 ppm of oxygen is 0.3%, and the weight loss in an atmosphere containing 100 ppm of oxygen is extremely small and substantially zero. Was something. The reduction at 1,000 ppm is less than about 1/10 when compared to the C / C composites tested at the same time, and also in the presence of 1% oxygen compared to the Si-impregnated composites produced by the conventional method. Was less than 1 in 2 minutes and less than 1 in 3 minutes in the presence of 1,000 ppm of oxygen. This indicates that the highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material according to the present invention exhibits extremely excellent oxidation resistance.

【0060】[0060]

【発明の効果】 本発明の新規な高耐酸化性Si含浸複
合材料は、耐酸化性が著しく強化されたものである。従
って、高温下での耐酸化性が高度に要求される金型用部
材、摺動材、航空機用等の大型輸送用機関のブレーキ用
部材として極めて優れた性質を有しているということが
できる。高い耐高温特性を有しているので、高温に曝さ
れる条件下で使用される金属溶湯用部材としても好適に
使用される。
EFFECT OF THE INVENTION The novel high oxidation resistant Si-impregnated composite material of the present invention has significantly enhanced oxidation resistance. Therefore, it can be said that it has extremely excellent properties as a member for a mold, a sliding member, and a member for a brake of a large-sized transportation engine such as an aircraft for which oxidation resistance at a high temperature is highly required. . Since it has high resistance to high temperatures, it is also suitably used as a member for molten metal used under conditions exposed to high temperatures.

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

【図1】 本発明に係る高耐酸化性Si含浸複合材料の
骨格部の構造を模式的に示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a structure of a skeleton portion of a high oxidation resistant Si-impregnated composite material according to the present invention.

【図2】 本発明に係る高耐酸化性Si含浸複合材料の
一態様であるSi−SiC系材料が形成された複合部材
において、Si−SiC系材料の形成状況を説明するた
めに、一部構造を省略した断面構造を示す断面図であ
る。
FIG. 2 is a view partially illustrating a formation state of a Si—SiC-based material in a composite member formed with a Si—SiC-based material, which is one embodiment of the highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material according to the present invention. It is sectional drawing which shows the cross-section structure which omitted the structure.

【図3】 本発明に係る高耐酸化性Si含浸複合材料の
一態様であるSi−SiC系材料が形成された高耐酸化
性Si含浸複合材料の耐酸化性を試験したときの重量減
少の状態を示す図である。
FIG. 3 shows a decrease in weight when the oxidation resistance of a high oxidation-resistant Si-impregnated composite material formed with a Si—SiC-based material, which is one embodiment of the high oxidation-resistant Si-impregnated composite material according to the present invention, is tested. It is a figure showing a state.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1A、1B、1C、1D、1Eおよび1F…ヤーン配列
体、2A…ヤーン、2B…ヤーン、3…繊維束(ヤー
ン)、4…炭化珪素相、4A…炭化珪素相、5…Si−
SiC系材料相、5A…Si−SiC系材料相、6…ヤ
ーン集合体、7…高耐酸化性Si含浸複合材料、8…マ
トリックス。
1A, 1B, 1C, 1D, 1E and 1F: yarn array, 2A: yarn, 2B: yarn, 3: fiber bundle (yarn), 4: silicon carbide phase, 4A: silicon carbide phase, 5: Si-
SiC-based material phase, 5A: Si-SiC-based material phase, 6: Yarn aggregate, 7: High oxidation resistant Si-impregnated composite material, 8: Matrix.

フロントページの続き Fターム(参考) 3J011 LA01 QA11 SA05 SD01 SD02 SE10 4G001 BA23 BA62 BA78 BA86 BB04 BB22 BB23 BB62 BB86 BC22 BC31 BC32 BC33 BC46 BC47 BC52 BC54 BC57 BD07 BD12 BD36 BE03 BE11 BE15 BE33Continued on the front page F term (reference) 3J011 LA01 QA11 SA05 SD01 SD02 SE10 4G001 BA23 BA62 BA78 BA86 BB04 BB22 BB23 BB62 BB86 BC22 BC31 BC32 BC33 BC46 BC47 BC52 BC54 BC57 BD07 BD12 BD36 BE03 BE11 BE15 BE33

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭化珪素、金属珪素、実質的に炭素繊維
からなる炭素、および所望により含まれていてもよい炭
化ホウ素とから構成され、骨格部と、骨格部の周囲に形
成されマトリックスとからなる構造を有する高耐酸化性
Si含浸複合材料であって、 炭化珪素の少なくとも50%はβ型で、 骨格部は、炭素繊維束と、炭素繊維束内または炭素繊維
束の周囲に形成された炭化珪素と金属珪素より構成され
るSi−SiC系材料と、所望により含まれていてもよ
い炭化ホウ素から形成されており、 マトリックスは、炭化珪素と金属珪素より構成されるS
i−SiC系材料と、所望により含まれていてもよい炭
化ホウ素により形成され、 前記マトリックスと前記骨格部とは一体的に形成されて
おり、かつ、 前記複合材料は10%以下の気孔率を有することを特徴
とする高耐酸化性Si含浸複合材料。
1. A skeleton comprising: silicon carbide, metallic silicon, carbon substantially consisting of carbon fibers, and optionally boron carbide; and a matrix formed around the skeleton. A high oxidation resistant Si-impregnated composite material having a structure comprising: at least 50% of the silicon carbide is β-type; and the skeleton portion is formed in the carbon fiber bundle and in or around the carbon fiber bundle. It is formed of a Si-SiC-based material composed of silicon carbide and metal silicon, and boron carbide which may be contained as required. The matrix is composed of S composed of silicon carbide and metallic silicon.
The matrix and the skeleton are formed integrally with an i-SiC-based material and boron carbide that may be contained as desired, and the composite material has a porosity of 10% or less. A highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material characterized by having:
【請求項2】前記マトリックスが、骨格部表面に沿って
形成されていることを特徴とする請求項1に記載の高耐
酸化性Si含浸複合材料。
2. The high oxidation resistant Si-impregnated composite material according to claim 1, wherein the matrix is formed along the surface of a skeleton.
【請求項3】 前記マトリックスを形成するSi−Si
C系材料および/または炭素繊維束内および/または炭
素繊維束の周囲に形成されたSi−SiC系材料中の珪
素の含有比率が、前記骨格部表面から離れるに従って上
昇する傾斜組成を有していることを特徴とする請求項1
または2に記載の高耐酸化性Si含浸複合材料。
3. Si-Si forming the matrix
A gradient composition in which the content ratio of silicon in the Si-SiC-based material formed in the C-based material and / or the carbon fiber bundle and / or around the carbon fiber bundle increases as the distance from the skeleton surface increases. 2. The method according to claim 1, wherein
Or the high oxidation resistant Si-impregnated composite material according to 2.
【請求項4】 前記骨格部は、炭素繊維と炭素繊維以外
の炭素成分と、金属珪素および/または炭化珪素と、さ
らに所望により含まれていてもよい炭化ホウ素を含む炭
素繊維束から構成されたヤーンを、少なくとも複数本ほ
ぼ並行に二次元的に配列して作製したヤーン配列体を、
交互に直交するように必要数積層して作製されたもので
あるヤーン集合体から構成されている成形体から製造し
たものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか
1項に記載の高耐酸化性Si含浸複合材料。
4. The skeleton portion is constituted by a carbon fiber bundle containing carbon fibers, carbon components other than carbon fibers, metallic silicon and / or silicon carbide, and optionally boron carbide. A yarn array produced by arranging at least a plurality of yarns almost two-dimensionally in parallel,
4. The molded product according to claim 1, wherein the molded product is manufactured from a formed body made of a yarn assembly that is manufactured by laminating a required number of layers so as to be orthogonal to each other. 5. High oxidation resistance Si-impregnated composite material.
【請求項5】 前記マトリックスが、前記高耐酸化性S
i含浸複合材料の中で互いに連続することで三次元網目
構造を形成していることを特徴とする請求項1〜4のい
ずれか1項に記載の高耐酸化性Si含浸複合材料。
5. The high oxidation resistant S
The high oxidation resistant Si-impregnated composite material according to any one of claims 1 to 4, wherein the three-dimensional network structure is formed by being continuous with each other in the i-impregnated composite material.
【請求項6】 600℃に保持された高温雰囲気内での
25%重量減少が生じる酸素濃度が1%以下である請求
項1〜5のいずれか1項に記載の高耐酸化性Si含浸複
合材料。
6. The high oxidation resistant Si-impregnated composite according to claim 1, wherein the oxygen concentration causing a 25% weight loss in a high temperature atmosphere maintained at 600 ° C. is 1% or less. material.
【請求項7】 炭化珪素、金属珪素、実質的に炭素繊維
からなる炭素、シリカ−酸化ホウ素とから構成され、骨
格部と、骨格部の周囲に形成されマトリックスと、から
なる構造を有する高耐酸化性Si含浸複合材料であっ
て、 炭化珪素の少なくとも50%はβ型で、 骨格部は、炭素繊維束と、炭素繊維束内または炭素繊維
束の周囲に形成された炭化珪素と金属珪素より構成され
るSi−SiC系材料と、同材料と一体的に構成されて
いるシリカ−酸化ホウ素相とから形成されており、 マトリックスは、炭化珪素と金属珪素より構成されるS
i−Si系材料と、同材料と一体的に構成されているシ
リカ−酸化ホウ素相とから形成され、 前記マトリックスと前記骨格部とは一体的に形成されて
おり、かつ、 前記複合材料は10%以下の気孔率を有することを特徴
とする高耐酸化性Si含浸複合材料。
7. A highly acid-resistant structure comprising silicon carbide, metallic silicon, carbon substantially consisting of carbon fibers, and silica-boron oxide, and having a structure comprising a skeleton and a matrix formed around the skeleton. At least 50% of the silicon carbide is β-type, and the skeleton portion is formed of a carbon fiber bundle and silicon carbide and metal silicon formed in or around the carbon fiber bundle. And a silica-boron oxide phase integrally formed with the material. The matrix is made of silicon carbide and metal silicon.
The matrix is formed from an i-Si-based material and a silica-boron oxide phase integrally formed with the material, the matrix and the skeleton are formed integrally, and the composite material is 10 %. A highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material having a porosity of not more than 0.1%.
【請求項8】 炭素繊維の束の中に、少なくとも金属珪
素か炭化珪素のいずれかと所望により含まれていてもよ
い炭化ホウ素とが添加されている炭素繊維束からなるヤ
ーンとヤーン、および/またはヤーン配列体とヤーン配
列体を、金属珪素と炭化珪素とから選ばれた少なくとも
一種類の材料と所望により含まれていてもよい炭化ホウ
素を添加したバインダーを使用して成形した成形体、あ
るいは、前記金属珪素、炭化珪素、および炭化ホウ素の
いずれも含まないバインダーを使用して成形した成形体
を、焼成し、焼成体を形成する工程と、 得られた焼成体中に、所望により金属珪素、炭化珪素お
よび炭化ホウ素から選ばれた少なくとも一種類の材料を
添加し、ついで、焼成体の重量と、焼成体に含まれる金
属珪素と炭化珪素の合計重量との総合計重量1kg当た
り0.1NL以上の不活性ガスを流しつつ、炉内温度1
100〜1400℃、炉内圧0.1〜10hPaで1時
間以上保持した後、、温度1450〜2500℃に昇温
して前記焼成体の開気孔内部へ金属珪素および/または
炭化珪素と、所望により含まれいてもよい炭化ホウ素を
溶融、含浸させ、Si−SiC系材料相を形成させると
共に、所望により含まれていてもよい炭化ホウ素をSi
−SiC系材料相に一体的に形成させて、Si−SiC
系材料相と、所望により炭化ホウ素相とからなるマトリ
ックスを形成させる工程と所望により得られた焼成体の
最表面にさらに炭化ホウ素を被覆することからなること
を特徴とする、 炭化珪素、金属珪素、実質的に炭素繊維からなる炭素、
および所望により含まれていてもよい炭化ホウ素とから
構成され、骨格部と、骨格部の周囲に形成されマトリッ
クスとからなる構造を有する高耐酸化性Si含浸複合材
料であって、 炭化珪素の少なくとも50%はβ型で、 骨格部は、炭素繊維束と、炭素繊維束内または炭素繊維
束の周囲に形成された炭化珪素と金属珪素より構成され
るSi−SiC系材料と、所望により含まれていてもよ
い炭化ホウ素から形成されており、 マトリックスは、炭化珪素と金属珪素より構成されるS
i−SiC系材料と、所望により含まれていてもよい炭
化ホウ素により形成され、 前記マトリックスと前記骨格部とは一体的に形成されて
おり、かつ、 前記複合材料は10%以下の気孔率を有することを特徴
とする高耐酸化性Si含浸複合材料の製造方法。
8. A yarn and a yarn comprising a carbon fiber bundle in which at least either metallic silicon or silicon carbide and optionally boron carbide are added in a bundle of carbon fibers, and / or A yarn array and a yarn array, a molded article molded using a binder to which at least one material selected from metallic silicon and silicon carbide and optionally boron carbide added may be contained, or A step of calcining a molded body molded using a binder not containing any of the metal silicon, silicon carbide, and boron carbide to form a calcined body; At least one material selected from silicon carbide and boron carbide is added, and then the weight of the fired body and the total weight of metallic silicon and silicon carbide contained in the fired body While flowing the total weight 1kg per 0.1NL more inert gases, the furnace temperature 1
After holding for 1 hour or more at 100 to 1400 ° C. and a furnace pressure of 0.1 to 10 hPa, the temperature is increased to 1450 to 2500 ° C. and metal silicon and / or silicon carbide and, if desired, into the open pores of the fired body. The boron carbide that may be contained is melted and impregnated to form a Si—SiC-based material phase, and the boron carbide that is optionally contained is
-SiC is formed integrally with the SiC-based material phase.
A step of forming a matrix composed of a base material phase and, if desired, a boron carbide phase, and further comprising, if desired, further coating boron carbide on the outermost surface of the obtained fired body; silicon carbide, silicon metal , Carbon substantially consisting of carbon fiber,
And a boron oxide that may be optionally contained, a high oxidation resistant Si-impregnated composite material having a structure formed of a skeleton and a matrix formed around the skeleton, and at least silicon carbide. 50% is β-type, and the skeleton portion includes a Si-SiC-based material composed of silicon carbide and metallic silicon formed in or around the carbon fiber bundle and optionally around the carbon fiber bundle. The matrix is composed of silicon carbide and metallic silicon.
The matrix and the skeleton are formed integrally with an i-SiC-based material and boron carbide that may be contained as desired, and the composite material has a porosity of 10% or less. A method for producing a highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material, comprising:
【請求項9】 使用する炭素繊維束が熱可塑性樹脂で被
覆されたものであるを特徴とする請求項8に記載の高耐
酸化性Si含浸複合材料の製造方法。
9. The method for producing a highly oxidation-resistant Si-impregnated composite material according to claim 8, wherein the carbon fiber bundle to be used is coated with a thermoplastic resin.
JP05950099A 1999-03-05 1999-03-05 High oxidation resistance Si impregnated composite material and method for producing the same Expired - Lifetime JP4266056B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP05950099A JP4266056B2 (en) 1999-03-05 1999-03-05 High oxidation resistance Si impregnated composite material and method for producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP05950099A JP4266056B2 (en) 1999-03-05 1999-03-05 High oxidation resistance Si impregnated composite material and method for producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000256064A true JP2000256064A (en) 2000-09-19
JP4266056B2 JP4266056B2 (en) 2009-05-20

Family

ID=13115074

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP05950099A Expired - Lifetime JP4266056B2 (en) 1999-03-05 1999-03-05 High oxidation resistance Si impregnated composite material and method for producing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4266056B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004108631A3 (en) * 2003-06-02 2005-07-14 Goodrich Corp Boron carbide based ceramic matrix composites
JP7012911B1 (en) * 2021-01-26 2022-01-28 三菱電機株式会社 Manufacturing method of composite ceramic material

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7378362B2 (en) 2000-09-29 2008-05-27 Goodrich Corporation Boron carbide based ceramic matrix composites
WO2004108631A3 (en) * 2003-06-02 2005-07-14 Goodrich Corp Boron carbide based ceramic matrix composites
JP7012911B1 (en) * 2021-01-26 2022-01-28 三菱電機株式会社 Manufacturing method of composite ceramic material
WO2022162727A1 (en) * 2021-01-26 2022-08-04 三菱電機株式会社 Composite ceramic material and method for manufacturing composite ceramic material

Also Published As

Publication number Publication date
JP4266056B2 (en) 2009-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6355206B1 (en) Sic-C/C composite material, uses thereof, and method for producing the same
KR100624094B1 (en) The method of producing carbon fiber reinforced ceramic matrix composites
KR100447840B1 (en) Manufacturing method for carbon-carbon composites
US6472058B2 (en) Fiber-composite material and method for producing the same
KR100458023B1 (en) Fibrous composite material and process for producing the same
JP2019501849A (en) Carbon fiber reinforced carbide-ceramic composite
JP2000081062A (en) Brake member
JP4374339B2 (en) Brake member manufacturing method
JP2001192270A (en) Carbon fiber composite material
JP2000256064A (en) Composite material impregnated with highly oxidation resistant si and its production
JP3562989B2 (en) Composite having thermal sprayed layer and method for producing the same
KR101467665B1 (en) THE MANUFACTURING METHOD FOR C-SiC COMPOSITES
JP5052803B2 (en) Composite brake and method of manufacturing the same
JP4616442B2 (en) Carbonaceous material having oxidation-resistant protective layer and method for producing the same
JP2000288916A (en) Jig for polishing treatment
EP1088804A2 (en) Carbonaceous materials having an oxidation-resistant protective layer and method for producing the same
RU2780174C1 (en) Method for manufacturing a two-dimensionally reinforced carbon-carbide composite material based on a carbon fibrous filler with a mixed carbon-carbide matrix
JP3574583B2 (en) Heat radiating material and method of manufacturing the same
JP4437617B2 (en) Method for producing carbon fiber reinforced SiC composite material
JP2001146485A (en) Tray for firing powder
JP2002137978A (en) Method of manufacturing carbon material having oxidation proof protected layer
JP2000203971A (en) Helix insert mounting body and composite bonded by the same
JPH03177358A (en) Carbon fiber-reinforced carbon composite material and its production
JPH03350B2 (en)
JP2001261137A (en) Conveying chain

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040713

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20061205

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070731

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070926

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080115

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080303

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080624

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080711

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080826

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20081001

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090210

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090213

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120227

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130227

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130227

Year of fee payment: 4

EXPY Cancellation because of completion of term