JP2000288950A - 研磨用部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １０００℃を超える高温環境下、例えば、炉
内温度が１０００℃を超える高温の炉内での固着した残
渣の除去に、使用可能であり、かつ大型で可撓性を示す
研磨用部材、および同研磨用部材を装着した各種器具、
各種装置等の表面に付着した付着物除去等の用途に使用
可能な用具の提供。 【解決手段】 表面粗さＲａが１０μｍ〜１００μｍ、
室温および高温時に於ける摩耗量が実質的に零であり、
貧酸素条件下において、１０００℃を超える高温に長期
間暴露されるような使用環境下でも、５％を超える重量
減を示さない、炭素繊維と炭素繊維以外の炭素に、金属
珪素を含浸して得られる、炭素と炭化珪素と金属珪素、
または炭素と炭化珪素とから構成される複合材料からな
る研磨用部材、および同研磨用部材を装着した用具によ
り達成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、高温環境下での
付着物除去、特に、各種部材や各種装置の表面等に付着
した付着物を、研削等より削除するための用具に装着可
能な研磨用部材、および研磨用部材を装着した付着物除
去用用具に関する。

【０００２】

【従来の技術】 各種の有機物を焼成して、各種素材を
製造する際の焼成炉内には、焼成後の残渣が炉内の縁部
や底部等にこびりつき、これを定期的に除去することが
必要である。勿論、炉内温度を室温まで冷却後、炉内を
清掃できる場合には、格別な問題はない。しかし、製造
する素材によっては、炉内温度を室温まで完全に冷却す
ると、製造上各種の障害が生じることがある。従って、
このような焼成炉では、炉内温度を保持したまま、炉内
の縁部や底部等にこびりついた残渣を除去することが求
められている。ある種の分野では、黒鉛系の材料が、炉
内の縁部や底部等にこびりついた残渣の除去に使用され
ている。しかし、炉内温度がしばしば１０００℃を超え
る高温であることもあり、このような炉内での残渣の除
去には、通常１時間程度の使用で、摩耗してしまい、研
磨する、すなわち、残渣を削り取ることができなくな
り、頻繁に交換する必要があるなどの問題がある。

【０００３】 また、研磨対象の種類によっては、大き
な表面積を必要とすると共に、研磨対象の形状に応じ
て、研磨性能を損なわない範囲内で研磨用部材が可撓性
を示すことが必要な場合もある。しかし、このような大
型でしかも１０００℃を超える高温で使用可能な研磨用
部材は、ないのが現状である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】 １０００℃を超える
高温環境下、例えば、炉内温度が１０００℃を超える高
温の炉内での付着した残渣の除去に、使用可能であり、
かつ大型で可撓性を示す研磨用部材、および同研磨用部
材を装着した、各種器具、各種装置等の表面に付着した
付着物除去等の用途に使用可能な用具を提供することを
目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】 本発明者等は、上記の
様な現状に鑑みて種々検討した結果、本発明を完成させ
たものである。すなわち、表面粗さＲａが１０μｍ〜１
００μｍ、室温および高温時に於ける摩耗量が実質的に
零であり、貧酸素条件下において、１０００℃を超える
高温に長期間暴露されるような使用環境下でも、５％を
超える重量減を示さない、炭素繊維と炭素繊維以外の炭
素に、金属珪素を含浸して得られる、炭素と炭化珪素と
金属珪素、または炭素と炭化珪素とから構成される複合
材料からなる研磨用部材により上記課題が解決すること
を見出して本発明を完成させたものである。さらに、炭
素と、珪素と、炭化珪素とから構成され、Ｓｉ−ＳｉＣ
系材料からなる層がその最表面に形成されている表層部
を備えた複合材料、または、炭素と、少なくとも５０％
はβ型である炭化珪素とから構成され、ＳｉＣ系材料か
らなる層がその最表面に形成されている表層部を備えた
複合材料からなる研磨用部材により、上記課題が解決さ
れることを見出したものである。さらにまた、上記の複
合材料からなる研磨用部材を、装着したことを特徴とす
る表面処理用用具により、固着した残渣の除去等を行う
ことにより上記課題が解決されることを見出したもので
ある。

【０００６】

【発明の実施の形態】 本発明に係る、表面粗さＲａが
１０μｍ〜１００μｍ、室温および高温時に於ける摩耗
量が実質的に零であり、貧酸素条件下において、１００
０℃を超える高温に長期間暴露されるような使用環境下
でも、５％を超える重量減を示さない、炭素繊維と炭素
繊維以外の炭素に、金属珪素を含浸して得られる、炭素
と炭化珪素と金属珪素、または炭素と炭化珪素とから構
成される複合材料からなる研磨用部材としては、通常、
表層部に上記の要件を充たす複合材料が形成されていれ
ばよく、全体が炭素と炭化珪素と金属珪素、または炭素
と炭化珪素とから構成されている必要はない。

【０００７】 このような表層部としては、通常、０．
５ｍｍ〜５ｍｍの厚さを有すればよい。勿論、用途に応
じて、全体が炭素と炭化珪素と金属珪素、または炭素と
炭化珪素とから構成されていても、差し支えないことは
いうまでもない。なお、本発明に係る研磨用部材の場合
には、表面粗さＲａが１０μｍ〜１００μｍであること
から、研磨後の被研磨部材の表面状態は極めて良好で、
製造する製品に悪影響を与えない。また、表面の硬度
は、室温でも７００℃という高温でもともに高く、か
つ、室温および高温時に於ける摩耗量も実質的に零であ
る。さらに、１０００℃を超える高温に長期間暴露され
るような使用環境下でも、５％を超える重量減を示さな
い。従って、交換することなく１ヶ月以上連続して使用
することも可能である。

【０００８】 本発明に係る研磨用部材は、特に、少な
くともその表層部は、以下のようにして製造される。先
ず、要求される表面粗さＲａが形成でき、かつ所望の厚
さとなるように、適当な番手の炭素繊維を選択し、これ
を縦糸と横糸とが、互いに直角に交差するようにクロス
織りして、いわゆる２Ｄ材を製造する。この２Ｄ材を、
基体部として使用するＣ／Ｃコンポジットに積層し、所
望の形状に成形し、焼成するか、焼成せずに、金属珪素
を少なくとも２Ｄ材の部分に添加し、それを焼成するこ
とにより、少なくとも２Ｄ材から構成される表層部にＳ
ｉ−ＳｉＣ系材料、またはＳｉＣ系材料を最表面に形成
させることにより製造することができる。以下、本発明
に係る研磨用部材の構造について詳述することとする。

【０００９】 Ｓｉ−ＳｉＣ系材料から形成された最表
面を有する表層部は、炭素と、珪素と、炭化珪素とから
構成され、所望の表面粗さＲａが形成できるように、適
当な番手の炭素繊維をクロス織りした、いわゆる２Ｄ材
を原材料とするものであり、その最表面にＳｉ−ＳｉＣ
系材料からなる層が形成されたものをいう。この表層部
は、表面粗さＲａが１０μｍ〜１００μｍ、室温および
高温時に於ける摩耗量が実質的に零であり、１０００℃
を超える高温に長期間暴露されるような使用環境下で
も、５％を超える重量減を示さない、という特性を有す
る。表層部として、炭化珪素を含む層が形成されている
ので、耐摩耗性に優れ、また、表層部内部は、いわゆる
２Ｄ材を織るのに使用した炭素繊維の束から構成されて
おり、また、基体部もＣ／Ｃコンポジット、あるいは、
同コンポジットにＳｉ−ＳｉＣ系材料層または、ＳｉＣ
系材料層からなるマトリックスが形成されたものを使用
しているので可撓性を示す。また、２Ｄ材をその基本構
造とするために、自由に大きさを選択できるので、大き
なサイズの研磨用部材を比較的容易に作成するとも可能
である。

【００１０】 また、炭素繊維と炭素繊維以外の炭素
に、金属珪素を含浸して得られる、炭化珪素と炭素から
構成され、その最表面にはＳｉＣ系材料から形成された
表層部は、炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分により形
成される骨格部とマトリックスを形成する炭化珪素から
なり、マトリックスと、場合によっては、骨格部の一部
分に存在していてもよい炭化珪素の少なくとも５０％は
β型で、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、二山型の平均気孔径の分布を有し、所望
の表面粗さＲａが形成できるように、適当な番手の炭素
繊維をクロス織りした、いわゆる２Ｄ材に、その最表面
にＳｉＣ系材料からなるマトリックスが形成されたもの
をいう。このものは、最表面にＳｉＣ系材料からなるマ
トリックスが形成されているために、耐酸化性、耐摩耗
性において、より優れた特性を有するので、研磨用部材
としてより好ましい。さらに、表面に炭化珪素からなる
小突起部が形成されているので、より研磨性能が高い。

【００１１】 上記のような炭素繊維と炭素繊維以外の
炭素に、金属珪素を含浸して得られる、炭素と炭化珪素
と金属珪素、または炭素と炭化珪素とから構成される複
合材料を表面に表層部として形成する基体としては、い
わゆるＣ／Ｃコンポジットを母材とするものが好適に使
用される。本明細書において、このＣ／Ｃコンポジット
とは、炭素繊維の束のマトリックスとして作用する粉末
状のバインダーであって、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、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
ンを得る。このプレフォームドヤーンを、特開平２−８
０６３９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、または、この成形体を焼成して
得られる焼成体をいう。

【００１２】 基本素材として使用するＣ／Ｃコンポジ
ットとしては、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調製した柔軟性糸
状中間材を得、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にし、このシート状と
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し
たものを使用すればよい。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。本発明に於いて使用するＣ／Ｃコンポジットは、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、特に好ましくは黒鉛化した炭素粉末で
ある。

【００１３】 特別な場合を除き、本発明に係る研磨用
部材は、上述したＣ／Ｃコンポジット、あるいは、同コ
ンポジットに炭素繊維と炭素繊維以外の炭素に、金属珪
素を含浸して得られる、炭素と炭化珪素と金属珪素から
構成され、マトリックスとしてＳｉ−ＳｉＣ系材料が形
成された複合部材、または、炭素繊維と炭素繊維以外の
炭素に、金属珪素を含浸して得られる、炭素と炭化珪素
から構成され、マトリックスとしてＳｉＣ系材料が形成
された複合部材を基体部として使用して、製造される。
通常は、２Ｄ材を適当なバインダーを介してＣ／Ｃコン
ポジットに積層し、焼成するか、または、焼成すること
なく、少なくとも２Ｄ材部に金属珪素を含ませ、焼成し
て、含浸させ、少なくとも表層部である２Ｄ材の最表面
にＳｉ−ＳｉＣ系材料、または、ＳｉＣ系材料から形成
された層を形成することにより製造してもよい。その際
に、基体部にも、金属珪素を同様に含浸させて、Ｓｉ−
ＳｉＣ系材料、または、ＳｉＣ系材料からなるマトリッ
クスを基体部にも形成してもよい。勿論、Ｃ／Ｃコンポ
ジットに代えて、マトリックスとしてＳｉ−ＳｉＣ系材
料層が形成された複合部材、または、マトリックスとし
てＳｉＣ系材料層が形成された複合部材を基体部として
使用してもよい。通常は、２Ｄ材を原材料とする表層部
は、基体部のいずれか一方の表面に形成されていれば充
分である。勿論、用途により、両面に形成されていても
差し支えないことはいうまでもない。

【００１４】 本発明における表層部の一つの態様とし
ては、５５重量％〜７５重量％の炭素と、１重量％〜１
０重量％の珪素と、１０重量％〜５０重量％の炭化珪素
とから構成され、所望の表面粗さＲａが形成できるよう
に選択された、適当な番手の炭素繊維をクロス織りし
た、いわゆる２Ｄ材を原材料とし、Ｓｉ−ＳｉＣ系材料
層を、その最表面に形成したものをいう。表層部を構成
する２Ｄ材の製造は、所望の表面粗さＲａが形成できる
ように、適当な番手の炭素繊維をクロス織りすること以
外は、平成１０年９月４日付の出願に係る特願平１０−
２６７４０２号に開示された方法を使用することにより
製造することができる。従って、特願平１０−２６７４
０２号の内容をここに引用する。勿論、基体部に、５５
重量％〜７５重量％の炭素と、１重量％〜１０重量％の
珪素と、１０重量％〜５０重量％の炭化珪素とから構成
され、炭素繊維と炭素繊維との間隙にＳｉ−ＳｉＣ系材
料からなるマトリックスを形成する場合にも同様であ
る。

【００１５】 なお、ここで、Ｓｉ−ＳｉＣ系材料と
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Ｓ
ｉＣ共存相を含みうるものをいう。従って、Ｓｉ−Ｓｉ
Ｃ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。従って、本発
明に使用するＳｉ−ＳｉＣ系複合材料からなる基体部の
マトリックス部は、Ｓｉ−ＳｉＣ系材料により形成され
ていることとなる。

【００１６】 また、最表面に形成されるＳｉ−ＳｉＣ
系層は、表層部の内部に行くに従って、珪素の含有比率
が上昇する傾斜組成を有することが好ましい。勿論、本
発明に係る研磨用部材の基体部に形成されるＳｉ−Ｓｉ
Ｃ系層も同様である。すなわち、同相において、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ことが好ま
しい。また、基体部においては、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とが好まし
い。これによって、基体部は、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。

【００１７】 図４は、ヤーン集合体の概念を説明する
ための概略斜視図であり、図５（ａ）は図４のＩＩａ−
ＩＩａ線断面図であり、図５（ｂ）は図４のＩＩｂ−Ｉ
Ｉｂ線断面図である。基体部７の骨格は、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、１Ｂ、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１
Ｂ、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、略楕円形になっている。

【００１８】 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８Ａ
が充填されており、各マトリックス８Ａはヤーン２Ａの
表面に沿ってそれと平行に延びている。各ヤーン配列体
１Ｂ、１Ｄ、１Ｆにおいては、隣り合う各ヤーンの間隙
には、マトリックス８Ｂが充填されており、各マトリッ
クス８Ｂは、ヤーン２Ｂの表面に沿ってそれと平行に延
びている。本例では、マトリックス８Ａ、８Ｂは、それ
ぞれ、各ヤーンの表面を被覆する炭化珪素相４Ａ、４Ｂ
と、炭化珪素相４Ａ、４Ｂよりも炭素の含有割合が少な
いＳｉ−ＳｉＣ系材料相５Ａ、５Ｂからなっている。炭
化珪素相中にも珪素を一部含有していてよい。また、本
例では、上下方向に隣接するヤーン２Ａと２Ｂとの間に
も、炭化珪素相４Ａ、４Ｂが生成している。

【００１９】 各マトリックス８Ａと８Ｂとは、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８Ａと８Ｂ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８Ａと、これに直交するヤーン配列体１
Ｂ、１Ｄ、１Ｆにおけるマトリックス８Ｂ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８Ａ、８Ｂは、全体として、三次元
格子を形成している。

【００２０】 本発明における表層部の別の態様として
は、炭素と、炭化珪素とから構成され、所望の表面粗さ
Ｒａが形成できるように選択された、適当な番手の炭素
繊維をクロス織りした、いわゆる２Ｄ材を原材料とし、
ＳｉＣ系材料層を、その最表面に形成したものをいう。
すなわち、ＳｉＣ系材料層が最表面に形成された表層部
とは、２Ｄ材を織るのに使用した炭素繊維と同炭素繊維
の表面に付着している炭素繊維以外の炭素成分により形
成される骨格部とマトリックスを形成する炭化珪素から
なり、マトリックスと、場合によっては、骨格部の一部
分に存在していてもよい炭化珪素は、その少なくとも５
０％はβ型で、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、二山型の平均気孔径の分布を有
し、かつ、所望の表面粗さＲａが形成できるように、選
択されて適当な番手の炭素繊維をクロス織りした、いわ
ゆる２Ｄ材の少なくとも最表面にＳｉＣ系材料からなる
層が形成されたものをいう。

【００２１】 従って、この表層部は、骨格部として、
２Ｄ織りに使用した各炭素繊維の束から構成されてお
り、そのため、その一部にＳｉＣが形成されていても、
各炭素繊維としては炭素繊維としての構造が、破壊され
ることなく保持されているために炭素繊維が炭化珪素化
により短繊維化することがないので、原料である炭素繊
維の有する機械的強度がほぼ保持されるか、炭化珪素化
により増大するという大きな特徴を有している。しか
も、炭素繊維と炭素繊維と間隙部には、ＳｉＣ系材料か
らなるマトリックスが形成された複合構造を有してい
る。この点で、上記のＳｉ−ＳｉＣ系材料層からなる表
層部とは異なる。なお、表層部を構成する２Ｄ材の製造
は、所望の表面粗さＲａが形成できるように、適当な番
手の炭素繊維をクロス織りすること以外は、平成１１年
２月９日付の出願に係る特願平１１−３１９７９号に開
示された方法により製造することができる。従って、特
願平１１−３１９７９号の内容をここに引用する。勿
論、基体部としては、ＳｉＣ系材料からなるマトリック
スが形成された複合構造を有する複合材料を使用しても
よい。

【００２２】 本発明において、ＳｉＣ系材料とは、炭
素との結合度を異にする炭化珪素を含有する材料をい
い、このＳｉＣ系材料は以下のようにして製造されるも
のをいう。本発明では、少なくとも２Ｄ材、所望によっ
ては、基体部を構成するＣ／Ｃコンポジットに対して、
金属珪素を含浸させるが、その際、金属珪素は、２Ｄ材
を構成する炭素繊維、または、Ｃ／Ｃコンポジット内の
炭素繊維を構成する炭素原子および／または炭素繊維の
表面に残存している遊離炭素原子と反応し、一部が炭化
されるために、２Ｄ材を構成する炭素繊維、または、Ｃ
／Ｃコンポジットの最表面や炭素繊維からなるヤーンと
ヤーンとの間には、一部炭化された珪素が生成し、かく
して、少なくとも２Ｄ材を構成する炭素繊維の表面、ま
たは、上記のヤーンとヤーンとの間には、炭化珪素から
なるマトリックスが形成される。

【００２３】 このマトリックスにおいては、極微量の
珪素と炭素とが結合したが炭化珪素質の相から、純粋な
炭化珪素結晶相に至るまで、いくつかの相異なる相を含
みうる。しかし、このマトリックスには、Ｘ線による検
出限界（０．３重量％）以下の金属珪素しか含まれな
い。つまり、このマトリックスは、典型的には炭化珪素
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質相を含みうる。従って、ＳｉＣ
系材料とは、このようなＳｉＣ系列において、炭素の濃
度として、少なくとも０．０１ｍｏｌ％以上から５０ｍ
ｏｌ％までの範囲以内で含まれてる材料の総称である。
なお、炭素濃度が、０．０１ｍｏｌ％未満に制御するに
は、Ｃ／Ｃコンポジット中の遊離炭素の量とに関係で、
添加する金属珪素の量の厳密な計量が要求されること
と、最終工程での温度管理が複雑になるので実質的でな
い。従って、理論的には、炭素濃度を０．００１ｍｏｌ
％程度まで制御することは可能である。

【００２４】 また、最表面に形成されるＳｉＣ系材料
層は、表層部の内部に行くに従って、珪素の含有比率が
上昇する傾斜組成を有することが好ましい。勿論、本発
明に係る研磨用部材の基体部に形成されるＳｉＣ系材料
層も同様である。この基体部に形成されるＳｉ系材料層
について、図面を使用してさらに説明することとする。
このＳｉＣ系材料層をマトリックスとして含む基体部の
骨格部も、基本的には図４に示したものと同じである。
本発明に使用するＳｉＣ系材料をマトリックスとする基
体部を、図４においてのＩＩａ−ＩＩａ線で切断した場
合の断面図は、図６（ａ）、同じく図４においてのＩＩ
ｂ−ＩＩｂ線で切断した場合の断面図は、図６（ｂ）と
して示す。基体部として使用するＳｉＣ系複合材料１７
の骨格は、同じく基体部として使用可能なＳｉ−ＳｉＣ
系複合材料７の骨格と同様に、ヤーン集合体１６によっ
て構成されている。ヤーン集合体１６は、ヤーン配列体
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆ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１３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１１Ａ、１１Ｃ、１１Ｅの各
ヤーン１２Ａの長手方向は、互いに平行であり、かつ各
ヤーン配列体１１Ｂ、１１Ｄ、１１Ｆの各ヤーン１２Ｂ
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１３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１６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、
やや楕円形になっている。

【００２５】 各ヤーン配列体１１Ａ、１１Ｃ、１１Ｅ
においては、隣り合う各ヤーンの間隙には、マトリック
ス１８Ａが充填されており、各マトリックス１８Ａはヤ
ーン１２Ａ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１１Ｂ、１１Ｄ、１１Ｆにおいては、隣り
合う各ヤーンの間隙には、マトリックス１８Ｂが充填さ
れており、各マトリックス１８Ｂは、ヤーン１２Ｂの表
面に沿ってそれと平行に延びている。図６（ａ）および
図６（ｂ）に示したように、マトリックス１８Ａ、１８
Ｂは、それぞれ、各ヤーンの表面を被覆する炭化珪素相
１４からなっている。炭化珪素相の一部は、小突起部１
９として表面に突出するか、あるいは、複合部材の内部
においては、炭素繊維層に突出していてもよい。この様
な小突起部の内部には、中央値が約１００μｍの孔径を
有する気孔（空隙：１５）が形成されている。なお、こ
の小突起部１９は、殆どが原料のＣ／Ｃコンポジットの
炭素繊維以外の炭素成分からなるマトリックスの跡に沿
って形成されるので、ヤーンとヤーンとの間隔および／
またはヤーン配列体とヤーン配列体との間隔を適宜選択
することにより、単位面積当たりの小突起部１９の密度
を調整することが可能である。隣接するヤーン１２Ａと
１２Ｂとの間にも、炭化珪素相１４が形成されていても
よい。

【００２６】 各マトリックス１８Ａと１８Ｂとは、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１８Ａと１８Ｂとは互い
に直交している。そして、ヤーン配列体１１Ａ、１１
Ｃ、１１Ｅにおけるマトリックス１８Ａと、これに直交
するヤーン配列体１１Ｂ、１１Ｄ、１１Ｆにおけるマト
リックス１８Ｂとは、それぞれヤーン１２Ａと１２Ｂと
の間隙部分で連続している。この結果、マトリックス１
８Ａ、１８Ｂは、全体として、三次元格子を形成してい
る。

【００２７】 本発明に係る研磨用部材は、通常は、図
１として示した様に、表層部を形成する２Ｄ材（２０）
と、同２Ｄ材が積層されたＣ／Ｃコンポジット等の基体
部（２７）とから構成されている。通常は、表層部を形
成するために使用する２Ｄ材は、基体部の片面のみに搭
載すればよい。２Ｄ材と基体部の固着には、Ｃ／Ｃコン
ポジットの積層時に使用するバインダーが好適に使用さ
れる。表層部に形成されるＳｉ−ＳｉＣ系材料層、また
は、ＳｉＣ系材料層は、表層部の最表面に形成されるこ
とが必要である。従って、金属珪素は、少なくとも、２
Ｄ材には、添加することが必要である。添加は、２Ｄ材
の焼成前でも、焼成後でもよい。表層部の断面構造を模
式的に示したのが、図２である。２Ｄ材の長手方向に平
行である２１ａと２１ｂは横糸を、２Ｄ材の長手方向に
垂直である２２は縦糸を示す。２５は、少なくとも最表
面に形成されているＳｉ−ＳｉＣ系材料層、または、Ｓ
ｉＣ系材料層を模式的に示す。勿論、縦糸、横糸の表面
部にもＳｉ−ＳｉＣ系材料層、または、ＳｉＣ系材料層
の一部が形成されていてもよい。使用態様によっては、
基体部の４つの側面の全て、または、その一部もＳｉを
添加して、焼成し、Ｓｉ−ＳｉＣ系材料層、またはＳｉ
Ｃ系材料層を側面の表面に形成させてもよい。

【００２８】 本発明に係る研磨用部材は、通常は、各
種器具、各種装置等の表面に付着した付着物除去用用具
等に、その使用態様に基づき、装着すればよい。装着に
際しては、ボルトやナット等を使用し、使用する用具に
固定すればよい。勿論、装着方法は、これらに限定され
ず、用途、使用状況等に応じて適切な方法を採用すれば
よい。、図６は、付着した付着物除去用用具に装着した
例である。すなわち、図６（ａ）に示したように本体２
８と握手２９から構成される用具の表面部に、本発明に
係る研磨用部材２７を装着した例である。勿論、付着し
た付着物を掻き取る際に、条件次第では、付着物および
／または炉の表面に当接する部分のみに、装着してよ
い。

【００２９】

【実施例】 以下、実施例を挙げて本発明をさらに説明
するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるも
のではない。なお、得られた研磨用部材は、以下に示す
方法よりその特性を評価した。

【００３０】（磨耗量の測定方法）テストピースをジグ
にセットして１００ｒｐｍで１０分間回転させ、相手材
（ＳＵＪ、１０ｍｍ球）を２ｋｇの荷重Ｐでテストピー
スに押し付け、試験前の重量Ｗａ（ｍｇ）と試験後の重
量Ｗｂ（ｍｇ）を測定した。テストピースの密度ρ（ｇ
／ｃｍ³）より、磨耗量Ｖ（ｍｍ³）を下式により算出し
た。なお、測定の際の周囲温度は、室温（２２℃）と７
００℃との二つの温度条件を採用した。 Ｖ＝（Ｗａ−Ｗｂ）／ρ

【００３１】（耐酸化性の測定試験）試験試料を１００
０℃に昇温した貧酸素条件下（２％水蒸気含有アルゴン
雰囲気下）に１００時間試料を保持した後、重量を測定
し、試験前の重量と比較して、その重量の増減率Ｗ_2'を
下記式により求めた。 Ｗ_2'＝（Ｗ₀−Ｗ₁）／Ｗ₀×１００ 但し、式中Ｗ₀は、耐酸化性試験前の重量を、Ｗ₁は耐酸
化性試験後の重量を、Ｗ_2'は重量の増減率を表す（減少
は、数字の前に−記号を付け区別した）。

【００３２】（表面粗さの測定）ＪＩＳＢ ０６０１に
より測定する。

【００３３】（製造例）図１には、表層部を形成させる
ために使用する２Ｄ材を基体部であるＣ／Ｃコンポジッ
トの上に積層した状態を示す。炭素繊維を一方向に引き
揃えたものにフェノール樹脂を含浸させ、直径１０μｍ
の炭素長繊維を約１万本束ね、繊維束（ヤーン）を得、
このヤーンを使用してクロス織りして、６４０ｍｍ×１
１００ｍｍ×１．２ｍｍの大きさを有する２Ｄ材を得
た。一方、同一のヤーンを使用して、簾状にしたヤーン
配列体（プレプリグシート）を作り、これを図１の２３
と２４で示すように配列し、プリプレグシート積層体を
得た。かくして得たプリプレグシート積層体を所定形状
を有する型に収納し、炭素系接着剤を塗布し、ヤーン同
士を固着した。固着後、型から固着体を離型し、図１に
示すように離型したプリプレグシート積層体の一方の表
面に、上記のように調製した２Ｄ材を炭素系接着剤を使
用して積層、圧着し、かくして得られた積層体をオーブ
ン中に入れ、含浸させたフェノール樹脂を１８０℃、常
圧で硬化させた後、窒素雰囲気中で２０００℃で焼成し
た。得られた焼成体を外周加工して、６４０ｍｍ×１１
００ｍｍ×１．２ｍｍの焼成した積層体を得た。この２
Ｄ材から構成されている表層部と基体部の４つの側面の
表面部に、純度９９．９％、平均粒径１ｍｍのＳｉ粉末
を添加し、このものを炉内温度１３００℃、炉内圧１ｈ
Ｐａの焼成炉内に入れ、炉内に毎分アルゴンガスを２０
ＮＬの割合で流しながら、４時間保持した。次いで、炉
内圧はそのままとし、炉内温度を１６００℃に昇温させ
て、Ｓｉを含浸させた。かくして、Ｓｉ−ＳｉＣ系材料
層が最表面に形成された研磨用部材を得た。このもの
を、図３に示した様に付着した付着物除去用用具に装着
し、付着物除去用用具を製造した。

【００３４】 この残渣除去用用具を使用して、炉内温
度１０００℃の炉の底部と両側面との近傍に形成されて
いる残渣を削り取ったが、累計で約２０時間連続使用し
たが、依然として使用可能であった。また、同一の材料
から切り出した試験片を使用して、摩耗量と耐酸化性の
試験を行ったが、摩耗量は、室温、７００℃ともに、実
質的に零であり、また、耐酸化試験後の、試験片の重量
変動は、僅かに０．２％減であった。また、表面粗さ
は、１２μｍであった。

【００３５】

【発明の効果】 本発明に係る研磨用部材は、少なくと
も表層部の最表面にＳｉ−ＳｉＣ系材料層、または、Ｓ
ｉＣ系材料層が形成されているので、、高温に於ける耐
酸化性に優れ、また、摩耗量も実質的に零であり、１０
００℃を超える高温環境で使用しても、摩耗量が少な
い。また、表面粗さが１０μｍ〜１００μｍであるの
で、研磨後、研削後の被研磨部材や被研削部材の表面状
態が極めて良好である。従って、長期間、例えば、１ヶ
月以上の連続使用も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の研磨用部材の表層部を構成する２Ｄ
材と基体部との積層状態を模式的に示す断面図である。

【図２】 本発明の研磨用部材の表層部構造を模式的に
示す断面図である。

【図３】 （ａ）は本発明の研磨用部材を残渣除去用用
具の装着した状態を模式的に示す横断面図、（ｂ）は、
その正面図である。

【図４】 本発明の研磨用部材の基体部として使用する
複合材料の基本構造をなすヤーン集合体の構造を模式的
に示す斜視図である。

【図５】 （ａ）は、基体部として使用するＳｉ−Ｓｉ
Ｃ系複合材料を図４のＩＩａ−ＩＩａ線で切断した場合
の断面図であり、（ｂ）は、同材料を図４のＩＩｂ−Ｉ
Ｉｂ線で切断した場合の断面図である。

【図６】 （ａ）は、基体部として使用するＳｉＣ系複
合材料を図４のＩＩａ−ＩＩａ線で切断した場合の断面
図であり、（ｂ）は、同材料を図４のＩＩｂ−ＩＩｂ線
で切断した場合の断面図である。

【符号の説明】

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）、４Ａ…炭化珪素相、４Ｂ…炭化珪素相、４Ｃ…炭
化珪素相、５Ａ…Ｓｉ−ＳｉＣ系材料相、５Ｂ…Ｓｉ−
ＳｉＣ系材料相、５Ｃ…Ｓｉ−ＳｉＣ系材料相、６…ヤ
ーン集合体、７…複合材料、８Ａ…マトリックス、８Ｂ
…マトリックス、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１
１Ｅおよび１１Ｆ…ヤーン配列体、１２Ａ…ヤーン、１
２Ｂ…ヤーン、１３…繊維束（ヤーン）、１４…炭化珪
素相、１５…空隙、１６…ヤーン集合体、１７…複合材
料、１８Ａ…マトリックス、１８Ｂ…マトリックス、１
９…小突起部、２０…２Ｄ材、２１ａ…２Ｄ材の横糸、
２１ｂ…２Ｄ材の横糸、２２…２Ｄ材の縦糸、２３…プ
レプレグシート、２４…プレプレグシート、２５…Ｓｉ
−ＳｉＣ系材料層またはＳｉＣ系材料層、２７…本発明
に係る研磨用部材、２８…付着物除去用用具本体、２９
…握手。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面粗さＲａが１０μｍ〜１００μｍ、
   室温および高温時に於ける摩耗量が実質的に零であり、
   貧酸素条件下において、１０００℃を超える高温に長期
   間暴露されるような使用環境下でも、５％を超える重量
   減を示さない、炭素繊維と炭素繊維以外の炭素に、金属
   珪素を含浸して得られる、炭素と炭化珪素と金属珪素、
   または炭素と炭化珪素とから構成される複合材料からな
   る研磨用部材。
2. 【請求項２】 該複合材料が、炭素と、珪素と、炭化珪
   素とから構成され、Ｓｉ−ＳｉＣ系材料からなる層がそ
   の最表面に形成されている表層部を備えた複合材料、ま
   たは、炭素と、少なくとも５０％はβ型である炭化珪素
   とから構成され、ＳｉＣ系材料からなる層がその最表面
   に形成されている表層部を備えた複合材料である請求項
   １に記載の研磨用部材。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の研磨用部材を
   装着したことを特徴とする付着物除去用用具。