JP2000313676A - 繊維強化炭化ケイ素複合材の製造方法 - Google Patents
繊維強化炭化ケイ素複合材の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 強化繊維束を樹脂からのガラス状炭素で緻密
に覆い、その強度劣化をもたらさずに、靭性においてす
ぐれ、かつ複雑な形状のものでも容易に製造できる繊維
強化炭化ケイ素複合材の製造方法を提供する。 【解決手段】 シリコン粉末と樹脂を含んだ繊維のプリ
プレグを作製して所要形状に成形し、或いは、樹脂を含
んだ繊維のプリプレグとシリコン粉末と樹脂を含んだ織
布のプリプレグとを交互に積層して成形し、これらの成
形体を不活性雰囲気下で９００〜１３５０℃で炭素化す
る。その後、樹脂を含浸し、再び不活性雰囲気下で９０
０〜１３５０℃で焼成し、この樹脂含浸及び焼成を１〜
５回繰り返す。次に、得られた炭素化複合材を、真空或
いは不活性雰囲気下で１３００℃以上の温度で反応焼結
させることにより開気孔を生成せしめ、最終的には、真
空或いは不活性雰囲気下において１３００〜１８００℃
程度の温度でこの焼成体にシリコンを溶融含浸し、繊維
強化炭化ケイ素複合材を製造する。
に覆い、その強度劣化をもたらさずに、靭性においてす
ぐれ、かつ複雑な形状のものでも容易に製造できる繊維
強化炭化ケイ素複合材の製造方法を提供する。 【解決手段】 シリコン粉末と樹脂を含んだ繊維のプリ
プレグを作製して所要形状に成形し、或いは、樹脂を含
んだ繊維のプリプレグとシリコン粉末と樹脂を含んだ織
布のプリプレグとを交互に積層して成形し、これらの成
形体を不活性雰囲気下で９００〜１３５０℃で炭素化す
る。その後、樹脂を含浸し、再び不活性雰囲気下で９０
０〜１３５０℃で焼成し、この樹脂含浸及び焼成を１〜
５回繰り返す。次に、得られた炭素化複合材を、真空或
いは不活性雰囲気下で１３００℃以上の温度で反応焼結
させることにより開気孔を生成せしめ、最終的には、真
空或いは不活性雰囲気下において１３００〜１８００℃
程度の温度でこの焼成体にシリコンを溶融含浸し、繊維
強化炭化ケイ素複合材を製造する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二段式反応焼結に
より繊維強化炭化ケイ素複合材を製造する方法に関する
ものであり、更に具体的には、航空宇宙用の高温用構造
部材、ガスタービン用部材、核融合炉材、炉内部材、ヒ
ーター材、或いは人工骨等の靭性の向上が求められてい
る多くの用途に適する繊維強化炭化ケイ素複合材の製造
方法に関するものである。
より繊維強化炭化ケイ素複合材を製造する方法に関する
ものであり、更に具体的には、航空宇宙用の高温用構造
部材、ガスタービン用部材、核融合炉材、炉内部材、ヒ
ーター材、或いは人工骨等の靭性の向上が求められてい
る多くの用途に適する繊維強化炭化ケイ素複合材の製造
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、炭化ケイ素セラミックスは、軽
量、耐熱性、耐摩耗性、耐食性などに優れていることか
ら、例えば、高温耐食部材用、ヒーター材用、耐摩耗部
材用や、さらには研削材、砥石などの用途に幅広く用い
られている。しかし、炭化ケイ素セラミックスは破壊靭
性値が低いため、高温用構造部材としての実用化までに
は至っていない。
量、耐熱性、耐摩耗性、耐食性などに優れていることか
ら、例えば、高温耐食部材用、ヒーター材用、耐摩耗部
材用や、さらには研削材、砥石などの用途に幅広く用い
られている。しかし、炭化ケイ素セラミックスは破壊靭
性値が低いため、高温用構造部材としての実用化までに
は至っていない。
【０００３】最近では、このようなセラミックスの靭性
を向上させるために、繊維状の強化材で複合化されたセ
ラミックス複合材の研究が盛んに行われている。繊維強
化炭化ケイ素複合材は、一般に、（１）有機金属ポリマ
ーの含浸、熱分解焼成の繰り返し法、（２）化学蒸着法
（ＣＶＩ法）、（３）シリコン溶融含浸法（反応焼結
法）などにより製造されている。
を向上させるために、繊維状の強化材で複合化されたセ
ラミックス複合材の研究が盛んに行われている。繊維強
化炭化ケイ素複合材は、一般に、（１）有機金属ポリマ
ーの含浸、熱分解焼成の繰り返し法、（２）化学蒸着法
（ＣＶＩ法）、（３）シリコン溶融含浸法（反応焼結
法）などにより製造されている。
【０００４】しかしながら、前記（１）の有機金属ポリ
マーの含浸、熱分解焼成の繰り返しを行う方法は、一回
の含浸では密度も強度特性も低いものしか得られない。
強度特性を上げるには、１０回程度の含浸・焼成を繰り
返し、開気孔率を少なくとも１０％以内に減少する必要
があり、製造期間が長くなって、実用化には大きな問題
点がある。前記（２）の化学蒸着法は、１１００℃程度
の比較的低温で、かつ複雑形状のものも製造し得るが、
充填に数週間という長時間を要する上、使用するガスが
有毒であるなどの欠点がある。しかも、前記（１）また
は（２）の方法のみで開気孔率が５％以下の複合材を得
ることは非常に困難である。
マーの含浸、熱分解焼成の繰り返しを行う方法は、一回
の含浸では密度も強度特性も低いものしか得られない。
強度特性を上げるには、１０回程度の含浸・焼成を繰り
返し、開気孔率を少なくとも１０％以内に減少する必要
があり、製造期間が長くなって、実用化には大きな問題
点がある。前記（２）の化学蒸着法は、１１００℃程度
の比較的低温で、かつ複雑形状のものも製造し得るが、
充填に数週間という長時間を要する上、使用するガスが
有毒であるなどの欠点がある。しかも、前記（１）また
は（２）の方法のみで開気孔率が５％以下の複合材を得
ることは非常に困難である。
【０００５】前記（３）の反応焼結法は、反応時間も短
く、短期間に緻密な複合材が製造できるという長所があ
る。ドイツの航空宇宙研究所（ＤＬＲ）では、ガラス状
炭素とシリコンが殆ど反応しないことを利用して、炭素
繊維強化炭素複合材（Ｃ／Ｃコンポジット）の製造時に
生じる亀裂にシリコンを溶融含浸し、マトリックス炭素
の一部のみを炭化ケイ素化し、炭素繊維とシリコンが反
応しない方法で炭素繊維強化炭素／炭化ケイ素複合材を
作製している。しかし、この方法では複合材の強度特性
は亀裂の形状に強く依存し、しかもこの亀裂の形状は炭
素繊維の種類や複合材を作製する前の炭素繊維の熱処理
温度等に依存しており、高い強度特性を得るためには、
使用する繊維に適した特殊な製造条件が必要であるとい
う問題点がある。また、アメリカのＧＥ社や日本の東芝
が行っている炭素粉末と繊維との複合体にシリコンを溶
融含浸する方法もあるが、この方法では、シリコンが多
量に入るので、１５％程度のフリーシリコンが残存した
り、繊維をＢＮ等でコーティングしなければ、繊維とシ
リコンが反応するという欠点を有している。
く、短期間に緻密な複合材が製造できるという長所があ
る。ドイツの航空宇宙研究所（ＤＬＲ）では、ガラス状
炭素とシリコンが殆ど反応しないことを利用して、炭素
繊維強化炭素複合材（Ｃ／Ｃコンポジット）の製造時に
生じる亀裂にシリコンを溶融含浸し、マトリックス炭素
の一部のみを炭化ケイ素化し、炭素繊維とシリコンが反
応しない方法で炭素繊維強化炭素／炭化ケイ素複合材を
作製している。しかし、この方法では複合材の強度特性
は亀裂の形状に強く依存し、しかもこの亀裂の形状は炭
素繊維の種類や複合材を作製する前の炭素繊維の熱処理
温度等に依存しており、高い強度特性を得るためには、
使用する繊維に適した特殊な製造条件が必要であるとい
う問題点がある。また、アメリカのＧＥ社や日本の東芝
が行っている炭素粉末と繊維との複合体にシリコンを溶
融含浸する方法もあるが、この方法では、シリコンが多
量に入るので、１５％程度のフリーシリコンが残存した
り、繊維をＢＮ等でコーティングしなければ、繊維とシ
リコンが反応するという欠点を有している。
【０００６】本発明者らも、同様なセラミックス複合材
を得るための研究において、先に、シリコン粉末とフェ
ノール樹脂の混合物をマトリックスに用いて炭素繊維と
複合化し、それを不活性雰囲気中で焼成することによ
り、反応焼結で生成した炭化ケイ素をマトリックスに
し、開気孔率が３０％と大きくとも曲げ強度が約２００
〜３００ＭＰａの一方向配向炭素繊維強化炭化ケイ素複
合材が製造できることを見いだした（特許第２０４５８
２５号）。しかし、この反応では、マトリックスの体積
が約３８％減少するので、開気孔率の大きいポーラスな
複合材しか得られないという問題点が本質的に存在す
る。また、シリコン粉末の粒径を５μｍ程度以下に小さ
くすることと有機金属ポリマーを添加することにより、
開気孔率が２０％と大きくとも曲げ強度が５００〜６０
０ＭＰａの一方向配向炭素繊維強化炭化ケイ素複合材が
製造できることを見出した（特許第２７３５１５１
号）。さらに、繊維織布を用いて、シリコンが炭素と反
応しない温度で熱処理後、フェノール樹脂の含浸・炭素
化を繰り返し、最終的に炭化ケイ素を生成させた２次元
繊維強化炭化ケイ素／炭素複合材としては、開気孔率が
１５％と高いにもかかわらず、曲げ強度が３００ＭＰａ
程度の２次元の繊維強化複合材が得られることを見出し
た（特許第２８７９６７５号）。
を得るための研究において、先に、シリコン粉末とフェ
ノール樹脂の混合物をマトリックスに用いて炭素繊維と
複合化し、それを不活性雰囲気中で焼成することによ
り、反応焼結で生成した炭化ケイ素をマトリックスに
し、開気孔率が３０％と大きくとも曲げ強度が約２００
〜３００ＭＰａの一方向配向炭素繊維強化炭化ケイ素複
合材が製造できることを見いだした（特許第２０４５８
２５号）。しかし、この反応では、マトリックスの体積
が約３８％減少するので、開気孔率の大きいポーラスな
複合材しか得られないという問題点が本質的に存在す
る。また、シリコン粉末の粒径を５μｍ程度以下に小さ
くすることと有機金属ポリマーを添加することにより、
開気孔率が２０％と大きくとも曲げ強度が５００〜６０
０ＭＰａの一方向配向炭素繊維強化炭化ケイ素複合材が
製造できることを見出した（特許第２７３５１５１
号）。さらに、繊維織布を用いて、シリコンが炭素と反
応しない温度で熱処理後、フェノール樹脂の含浸・炭素
化を繰り返し、最終的に炭化ケイ素を生成させた２次元
繊維強化炭化ケイ素／炭素複合材としては、開気孔率が
１５％と高いにもかかわらず、曲げ強度が３００ＭＰａ
程度の２次元の繊維強化複合材が得られることを見出し
た（特許第２８７９６７５号）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来のシリコンの溶融含浸法による繊維強化炭化ケイ素
系複合材の製造における各種欠点を克服し、繊維束部分
は樹脂からのガラス状炭素で緻密に覆い、マトリックス
の特定部分のみに、シリコンと樹脂からの炭素との体積
減少を伴った炭化ケイ素生成反応により生じるポーラス
な部分を生成させ、このポーラスな部分にシリコンの溶
融含浸を行い、繊維強化炭化ケイ素複合材を、繊維表面
にＢＮ等のコーティングを施すことなく、強度劣化をも
たらさずに、靭性においてすぐれ、かつ複雑な形状のも
のでも容易に製造可能にする方法を提供するものであ
る。
従来のシリコンの溶融含浸法による繊維強化炭化ケイ素
系複合材の製造における各種欠点を克服し、繊維束部分
は樹脂からのガラス状炭素で緻密に覆い、マトリックス
の特定部分のみに、シリコンと樹脂からの炭素との体積
減少を伴った炭化ケイ素生成反応により生じるポーラス
な部分を生成させ、このポーラスな部分にシリコンの溶
融含浸を行い、繊維強化炭化ケイ素複合材を、繊維表面
にＢＮ等のコーティングを施すことなく、強度劣化をも
たらさずに、靭性においてすぐれ、かつ複雑な形状のも
のでも容易に製造可能にする方法を提供するものであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、繊維で強化
した炭化ケイ素系複合材の製造について、鋭意研究を重
ねた結果、シリコン粉末と炭素源としての樹脂と繊維か
ら成るプリプレグを作製し、それを成形した後、或い
は、樹脂を含んだ繊維のプリプレグとシリコン粉末と樹
脂を含んだ繊維のプリプレグとを交互に積層して成形し
た後、不活性雰囲気下で９００〜１３５０℃程度の温度
で炭素化し、望ましくは、得られた複合材料に樹脂を含
浸し、再び不活性雰囲気下で９００〜１３５０℃程度の
温度で炭素化し、この樹脂含浸及び炭素化を繰り返した
後、真空或いは不活性雰囲気下１３００℃以上の温度で
反応焼結して、最終的には真空或いは不活性雰囲気下に
おいて１３００〜１８００℃程度の温度でシリコンを溶
融含浸することにより、非線形破壊を示す緻密な繊維強
化炭化ケイ素系複合体を製造し得ることを見出し、本発
明を完成するに至った。
した炭化ケイ素系複合材の製造について、鋭意研究を重
ねた結果、シリコン粉末と炭素源としての樹脂と繊維か
ら成るプリプレグを作製し、それを成形した後、或い
は、樹脂を含んだ繊維のプリプレグとシリコン粉末と樹
脂を含んだ繊維のプリプレグとを交互に積層して成形し
た後、不活性雰囲気下で９００〜１３５０℃程度の温度
で炭素化し、望ましくは、得られた複合材料に樹脂を含
浸し、再び不活性雰囲気下で９００〜１３５０℃程度の
温度で炭素化し、この樹脂含浸及び炭素化を繰り返した
後、真空或いは不活性雰囲気下１３００℃以上の温度で
反応焼結して、最終的には真空或いは不活性雰囲気下に
おいて１３００〜１８００℃程度の温度でシリコンを溶
融含浸することにより、非線形破壊を示す緻密な繊維強
化炭化ケイ素系複合体を製造し得ることを見出し、本発
明を完成するに至った。
【０００９】すなわち、本発明の繊維強化炭化ケイ素系
複合体の製造方法は、シリコン粉末と炭素源としての樹
脂及び強化材としての繊維から成る混合物を不活性雰囲
気中で炭素化後、樹脂を含浸して炭素化等を行い、或い
は、シリコン粉末と炭素源としての樹脂及びこれらの保
持材としてのポーラスな繊維等からなるマトリックス
部、並びに、炭素源としての樹脂を含む強化材としての
繊維からなる混合物を不活性雰囲気中で炭化後、樹脂を
含浸して炭素化等を行い、これらにより、強化材として
の繊維束部分の炭素を緻密化して、繊維が溶融シリコン
と反応しないようにしてから、反応焼結で開気孔をマト
リックス部中に生成させて、真空或いは不活性雰囲気下
でこのマトリックスの開気孔部分にのみシリコン溶浸を
することを特徴とするものである。このような本発明の
方法によれば、緻密な繊維強化炭化ケイ素系複合材を繊
維の強度劣化をもたらすことなく、かつ複雑形状のもの
でも容易に製造することができる。
複合体の製造方法は、シリコン粉末と炭素源としての樹
脂及び強化材としての繊維から成る混合物を不活性雰囲
気中で炭素化後、樹脂を含浸して炭素化等を行い、或い
は、シリコン粉末と炭素源としての樹脂及びこれらの保
持材としてのポーラスな繊維等からなるマトリックス
部、並びに、炭素源としての樹脂を含む強化材としての
繊維からなる混合物を不活性雰囲気中で炭化後、樹脂を
含浸して炭素化等を行い、これらにより、強化材として
の繊維束部分の炭素を緻密化して、繊維が溶融シリコン
と反応しないようにしてから、反応焼結で開気孔をマト
リックス部中に生成させて、真空或いは不活性雰囲気下
でこのマトリックスの開気孔部分にのみシリコン溶浸を
することを特徴とするものである。このような本発明の
方法によれば、緻密な繊維強化炭化ケイ素系複合材を繊
維の強度劣化をもたらすことなく、かつ複雑形状のもの
でも容易に製造することができる。
【００１０】本発明の方法において、炭素源としての樹
脂は、フェノール樹脂、フラン樹脂、ピッチ或いはポリ
カルボシラン等の有機金属ポリマーなどが好ましいもの
として挙げられる。これらの樹脂類は、その１種類を用
いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよく、
更に炭素粉末、黒鉛粉末、カーボンブラック等や、骨材
或いは酸化防止剤として炭化ケイ素、窒化ケイ素、ムラ
イト、二ケイ化モリブデン、モリブデン、炭化ホウ素、
ホウ素粉末等を添加してもよい。また、シリコンは、純
シリコン金属でもよいし、マグネシウム、アルミニウ
ム、チタニウム、クロミウム、マンガン、鉄、コバル
ト、ニッケル、銅、亜鉛、ジルコニウム、ニオビウム、
モリブデン等のシリコン合金でもよい。
脂は、フェノール樹脂、フラン樹脂、ピッチ或いはポリ
カルボシラン等の有機金属ポリマーなどが好ましいもの
として挙げられる。これらの樹脂類は、その１種類を用
いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよく、
更に炭素粉末、黒鉛粉末、カーボンブラック等や、骨材
或いは酸化防止剤として炭化ケイ素、窒化ケイ素、ムラ
イト、二ケイ化モリブデン、モリブデン、炭化ホウ素、
ホウ素粉末等を添加してもよい。また、シリコンは、純
シリコン金属でもよいし、マグネシウム、アルミニウ
ム、チタニウム、クロミウム、マンガン、鉄、コバル
ト、ニッケル、銅、亜鉛、ジルコニウム、ニオビウム、
モリブデン等のシリコン合金でもよい。
【００１１】更に、本発明方法においては、繊維織布強
化材が用いられ、この繊維強化材を構成する繊維織布と
しては、例えば、炭素繊維、炭化ケイ素系繊維、窒化ケ
イ素系繊維、酸化物系繊維などの織布が適している。該
炭素繊維は、ピッチ系、ポリアクリロニトリル系のいず
れであってもよく、また、これらの繊維織布は１種の繊
維からなるもの用いてもよいし、２種以上の繊維を組み
合わせたものを用いてもよい。また、繊維織布でなくと
も、不織布やシート状の一方向繊維プリプレグを斜交し
た積層状態で用いてもよい。マトリックス部のシリコン
粉末及び樹脂を保持する繊維は、炭素繊維、炭化ケイ素
系繊維、窒化ケイ素系繊維、酸化物系繊維などから成る
ポーラスな織布或いは不織布が適している。不織布でな
くとも、炭素、炭化ケイ素、或いは樹脂やプラスチック
などから成るポーラスなシート状のものでもよい。ま
た、樹脂含浸繊維織布プリプレグの上に、更にシリコン
粉末と炭素源としての樹脂を塗布することにより、この
保持材を省略してもよい。
化材が用いられ、この繊維強化材を構成する繊維織布と
しては、例えば、炭素繊維、炭化ケイ素系繊維、窒化ケ
イ素系繊維、酸化物系繊維などの織布が適している。該
炭素繊維は、ピッチ系、ポリアクリロニトリル系のいず
れであってもよく、また、これらの繊維織布は１種の繊
維からなるもの用いてもよいし、２種以上の繊維を組み
合わせたものを用いてもよい。また、繊維織布でなくと
も、不織布やシート状の一方向繊維プリプレグを斜交し
た積層状態で用いてもよい。マトリックス部のシリコン
粉末及び樹脂を保持する繊維は、炭素繊維、炭化ケイ素
系繊維、窒化ケイ素系繊維、酸化物系繊維などから成る
ポーラスな織布或いは不織布が適している。不織布でな
くとも、炭素、炭化ケイ素、或いは樹脂やプラスチック
などから成るポーラスなシート状のものでもよい。ま
た、樹脂含浸繊維織布プリプレグの上に、更にシリコン
粉末と炭素源としての樹脂を塗布することにより、この
保持材を省略してもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】次に、本発明方法の好適な実施形
態について説明する。本発明の第１の方法では、まず、
溶解した樹脂に繊維強化材としての長繊維織布を浸し、
乾燥後、更に樹脂とシリコン粉末を混合したスラリーに
浸し、それを乾燥してプリプレグを作製し、所要の形状
に成形する。この成形は、例えば、樹脂を適当な溶剤に
溶解し、長繊維織布を浸せき処理し、溶剤を乾燥してか
ら、樹脂とシリコン粉末と溶剤を加えたスラリーを調整
し、この長繊維織布を再び浸せき処理し、溶剤を乾燥除
去し、適当な金型を用いて、通常１００〜２５０℃の温
度で所要の形状に成形することによって行うことができ
る。このとき、樹脂は液状なので繊維束間に容易に入り
込むが、シリコン粉末は通常１０μｍと大きいので、繊
維織布間に偏在する。
態について説明する。本発明の第１の方法では、まず、
溶解した樹脂に繊維強化材としての長繊維織布を浸し、
乾燥後、更に樹脂とシリコン粉末を混合したスラリーに
浸し、それを乾燥してプリプレグを作製し、所要の形状
に成形する。この成形は、例えば、樹脂を適当な溶剤に
溶解し、長繊維織布を浸せき処理し、溶剤を乾燥してか
ら、樹脂とシリコン粉末と溶剤を加えたスラリーを調整
し、この長繊維織布を再び浸せき処理し、溶剤を乾燥除
去し、適当な金型を用いて、通常１００〜２５０℃の温
度で所要の形状に成形することによって行うことができ
る。このとき、樹脂は液状なので繊維束間に容易に入り
込むが、シリコン粉末は通常１０μｍと大きいので、繊
維織布間に偏在する。
【００１３】また、次のような第２の方法も極めて有効
である。すなわち、この第２の方法では、溶解した樹脂
に繊維強化材としての長繊維織布を浸し、乾燥して繊維
プリプレグを作成し、次いで、樹脂とシリコン粉末を混
合したスラリーに不織布を浸し、乾燥してマトリックス
・プリプレグを作製し、繊維プリプレグとマトリックス
・プリプレグを交互に積層して、所要の形状に成形す
る。上記積層は、各々の層を複数枚ごとにしてもよい。
この成形は、例えば、樹脂を適当な溶剤に溶解し、長繊
維織布を浸せき処理し、溶剤を乾燥し、それとは別に、
樹脂とシリコン粉末と溶剤を加えたスラリーを調整し、
不織布を浸せき処理し、溶剤を乾燥除去して、これらの
プリプレグを適当な枚数ごとに交互に積層し、適当な金
型を用いて、通常１００〜２５０℃の温度で所要の形状
に成形することによって行うことができる。
である。すなわち、この第２の方法では、溶解した樹脂
に繊維強化材としての長繊維織布を浸し、乾燥して繊維
プリプレグを作成し、次いで、樹脂とシリコン粉末を混
合したスラリーに不織布を浸し、乾燥してマトリックス
・プリプレグを作製し、繊維プリプレグとマトリックス
・プリプレグを交互に積層して、所要の形状に成形す
る。上記積層は、各々の層を複数枚ごとにしてもよい。
この成形は、例えば、樹脂を適当な溶剤に溶解し、長繊
維織布を浸せき処理し、溶剤を乾燥し、それとは別に、
樹脂とシリコン粉末と溶剤を加えたスラリーを調整し、
不織布を浸せき処理し、溶剤を乾燥除去して、これらの
プリプレグを適当な枚数ごとに交互に積層し、適当な金
型を用いて、通常１００〜２５０℃の温度で所要の形状
に成形することによって行うことができる。
【００１４】本発明方法において炭化ケイ素の形成に用
いるシリコン粉末は、微粉末が適しており、特に、平均
粒径が２０μｍ以下の微粉末が好適である。粒径が大き
なものは、ボールミル等により粉砕して微粉末化すれば
よい。
いるシリコン粉末は、微粉末が適しており、特に、平均
粒径が２０μｍ以下の微粉末が好適である。粒径が大き
なものは、ボールミル等により粉砕して微粉末化すれば
よい。
【００１５】次に、このようにして得られた成形体は、
アルゴンなどの不活性雰囲気下で、９００〜１３５０℃
程度の温度において炭素化し、樹脂から生成する炭素と
シリコンとが反応しないようにする。この炭素化複合体
においては、樹脂のみの部分とシリコン粉末と樹脂から
の炭素が混ざりあっている部分があるが、樹脂が熱分解
して炭素になるので、気孔率が高い。
アルゴンなどの不活性雰囲気下で、９００〜１３５０℃
程度の温度において炭素化し、樹脂から生成する炭素と
シリコンとが反応しないようにする。この炭素化複合体
においては、樹脂のみの部分とシリコン粉末と樹脂から
の炭素が混ざりあっている部分があるが、樹脂が熱分解
して炭素になるので、気孔率が高い。
【００１６】この焼成体に樹脂を溶かした溶液を真空或
いは加圧含浸し、アルゴンなどの不活性雰囲気下で、９
００〜１３５０℃程度の温度において炭素化し、樹脂か
ら生成する炭素とシリコンとが反応しないようにする。
この樹脂含浸と炭素化を所定の回数、望ましくは１〜５
回繰り返した後、真空或いはアルゴンなどの不活性雰囲
気下で１３００℃以上の温度において焼成処理し、樹脂
類からの炭素とシリコンとを反応させて気孔率の高い炭
化ケイ素を繊維織布間に形成させる。このようにして、
繊維束は緻密な炭素で覆われて溶融シリコンとは反応し
ない状態になり、繊維織布層間には気孔率の高い炭化ケ
イ素のマトリックスが存在する複合材が得られる。
いは加圧含浸し、アルゴンなどの不活性雰囲気下で、９
００〜１３５０℃程度の温度において炭素化し、樹脂か
ら生成する炭素とシリコンとが反応しないようにする。
この樹脂含浸と炭素化を所定の回数、望ましくは１〜５
回繰り返した後、真空或いはアルゴンなどの不活性雰囲
気下で１３００℃以上の温度において焼成処理し、樹脂
類からの炭素とシリコンとを反応させて気孔率の高い炭
化ケイ素を繊維織布間に形成させる。このようにして、
繊維束は緻密な炭素で覆われて溶融シリコンとは反応し
ない状態になり、繊維織布層間には気孔率の高い炭化ケ
イ素のマトリックスが存在する複合材が得られる。
【００１７】この複合材を、真空、或いは不活性雰囲気
下において１３００〜１８００℃程度の温度に加熱し、
繊維織布層間にある気孔率の高い炭化ケイ素のマトリッ
クス部等の焼成体の開気孔部分に、シリコンを溶融含浸
することにより、繊維強化炭化ケイ素複合材が得られ
る。シリコンと炭素の反応焼結処理とシリコンの溶融含
浸を同じ熱処理で行っても良い。
下において１３００〜１８００℃程度の温度に加熱し、
繊維織布層間にある気孔率の高い炭化ケイ素のマトリッ
クス部等の焼成体の開気孔部分に、シリコンを溶融含浸
することにより、繊維強化炭化ケイ素複合材が得られ
る。シリコンと炭素の反応焼結処理とシリコンの溶融含
浸を同じ熱処理で行っても良い。
【００１８】本発明方法において用いるシリコン粉末と
樹脂からの炭素との使用割合は、シリコンと炭素との原
子比が、Ｓｉ／Ｃ＝０．１〜４になるように選ぶのが望
ましい。プリプレグ作製時には、前述したように、最初
にフェノール樹脂のみを塗布した後に、シリコン粉末と
フェノール樹脂を含んだスラリーを再び塗布してもよ
く、シリコンと炭素の比が均一でなくてもよい。繊維強
化複合セラミックスにおける炭化ケイ素系マトリックス
と繊維織布強化材との含有割合については、特に制限は
なく、該複合材の用途に応じて適宜選ばれるが、通常、
繊維が１５〜６５容積％の範囲内で選ばれる。
樹脂からの炭素との使用割合は、シリコンと炭素との原
子比が、Ｓｉ／Ｃ＝０．１〜４になるように選ぶのが望
ましい。プリプレグ作製時には、前述したように、最初
にフェノール樹脂のみを塗布した後に、シリコン粉末と
フェノール樹脂を含んだスラリーを再び塗布してもよ
く、シリコンと炭素の比が均一でなくてもよい。繊維強
化複合セラミックスにおける炭化ケイ素系マトリックス
と繊維織布強化材との含有割合については、特に制限は
なく、該複合材の用途に応じて適宜選ばれるが、通常、
繊維が１５〜６５容積％の範囲内で選ばれる。
【００１９】本発明においては、上述したところから明
らかなように、強化用繊維織布は、最初から樹脂を用い
てプリプレグを作製してもよいが、シリコン粉末と樹脂
或いはシリコン粉末と骨材粉末を含む保持材と、樹脂を
含まない繊維織布を積層してから、樹脂をこの成形体に
含浸してプリフォームを作製してもよい。或いは、シリ
コンと樹脂を含まない保持材と、樹脂を含む強化用繊維
織布を積層してから、シリコン粉末と樹脂を含むスラリ
ーをこの成形体に含浸してもよい。本発明においては、
１３００℃以上の温度で終了するフェノール樹脂からの
炭素とシリコン粉末の反応焼結処理後に、更に樹脂含浸
を行ってもよい。また、この反応焼結はシリコンの溶融
含浸処理の前に行ってもよいし、シリコンの溶融含浸時
に同時に行ってもよい。
らかなように、強化用繊維織布は、最初から樹脂を用い
てプリプレグを作製してもよいが、シリコン粉末と樹脂
或いはシリコン粉末と骨材粉末を含む保持材と、樹脂を
含まない繊維織布を積層してから、樹脂をこの成形体に
含浸してプリフォームを作製してもよい。或いは、シリ
コンと樹脂を含まない保持材と、樹脂を含む強化用繊維
織布を積層してから、シリコン粉末と樹脂を含むスラリ
ーをこの成形体に含浸してもよい。本発明においては、
１３００℃以上の温度で終了するフェノール樹脂からの
炭素とシリコン粉末の反応焼結処理後に、更に樹脂含浸
を行ってもよい。また、この反応焼結はシリコンの溶融
含浸処理の前に行ってもよいし、シリコンの溶融含浸時
に同時に行ってもよい。
【００２０】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定される
ものではない。
明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定される
ものではない。
【００２１】［実施例１］エチルアルコールでフェノー
ル樹脂を溶解してスラリーを調製し、炭化ケイ素系繊維
織布に含浸後、乾燥させた。次いで、フェノール樹脂の
炭素化による炭素とシリコンとの原子比が１０：８にな
る割合にフェノール樹脂とシリコン粉末を設定して、エ
チルアルコールでフェノール樹脂を溶解してスラリーを
調製し、シリコンの粒径を小さくするために１日間ボー
ルミル混合した後、このシリコンを混合したスラリーを
繊維織布に含浸させた。
ル樹脂を溶解してスラリーを調製し、炭化ケイ素系繊維
織布に含浸後、乾燥させた。次いで、フェノール樹脂の
炭素化による炭素とシリコンとの原子比が１０：８にな
る割合にフェノール樹脂とシリコン粉末を設定して、エ
チルアルコールでフェノール樹脂を溶解してスラリーを
調製し、シリコンの粒径を小さくするために１日間ボー
ルミル混合した後、このシリコンを混合したスラリーを
繊維織布に含浸させた。
【００２２】次に、このスラリー含浸繊維織布を乾燥し
たのち、約１３０℃で金型成形後、この成形体をアルゴ
ン雰囲気下で１０００℃、１時間焼成し、炭素化した。
得られた焼成体にエチルアルコールで溶解したフェノー
ル樹脂溶液を真空含浸し、アルゴン雰囲気下で１０００
℃、１時間焼成し、炭素化した。この複合材を、真空
中、１４５０℃、１時間で反応焼結とシリコン溶融含浸
を同時に行い、嵩密度が２．２０ｇ／ｃｍ３ 、開気孔
率３．２％の緻密な複合材を得た。この複合材の曲げ強
度は、１１７ＭＰａであり、破壊挙動は脆性的でなく、
０．１３％の歪で最高荷重に到達し、その後、荷重は緩
やかに減少した。
たのち、約１３０℃で金型成形後、この成形体をアルゴ
ン雰囲気下で１０００℃、１時間焼成し、炭素化した。
得られた焼成体にエチルアルコールで溶解したフェノー
ル樹脂溶液を真空含浸し、アルゴン雰囲気下で１０００
℃、１時間焼成し、炭素化した。この複合材を、真空
中、１４５０℃、１時間で反応焼結とシリコン溶融含浸
を同時に行い、嵩密度が２．２０ｇ／ｃｍ３ 、開気孔
率３．２％の緻密な複合材を得た。この複合材の曲げ強
度は、１１７ＭＰａであり、破壊挙動は脆性的でなく、
０．１３％の歪で最高荷重に到達し、その後、荷重は緩
やかに減少した。
【００２３】［実施例２］実施例１と同様に操作して作
製した成形体をアルゴン雰囲気下で１０００℃、１時間
焼成し、炭素化した。得られた焼成体にエチルアルコー
ルで溶解したフェノール樹脂溶液を真空含浸し、アルゴ
ン雰囲気下で１０００℃、１時間焼成し、炭素化した。
この複合材を再びエチルアルコールで溶解したフェノー
ル樹脂溶液を真空含浸し、アルゴン雰囲気下で１０００
℃、１時間焼成し、炭素化した後、真空中、１４５０
℃、１時間で、反応焼結とシリコン溶融含浸を同時に行
い、嵩密度２．２９ｇ／ｃｍ３ 、開気孔率１．２％の
緻密な複合材を得た。この複合材の曲げ強度は１５６Ｍ
Ｐａであり、破壊挙動は非線形破壊を示し、０．２１％
の歪で最高荷重に到達し、その後、荷重は緩やかに減少
した。
製した成形体をアルゴン雰囲気下で１０００℃、１時間
焼成し、炭素化した。得られた焼成体にエチルアルコー
ルで溶解したフェノール樹脂溶液を真空含浸し、アルゴ
ン雰囲気下で１０００℃、１時間焼成し、炭素化した。
この複合材を再びエチルアルコールで溶解したフェノー
ル樹脂溶液を真空含浸し、アルゴン雰囲気下で１０００
℃、１時間焼成し、炭素化した後、真空中、１４５０
℃、１時間で、反応焼結とシリコン溶融含浸を同時に行
い、嵩密度２．２９ｇ／ｃｍ３ 、開気孔率１．２％の
緻密な複合材を得た。この複合材の曲げ強度は１５６Ｍ
Ｐａであり、破壊挙動は非線形破壊を示し、０．２１％
の歪で最高荷重に到達し、その後、荷重は緩やかに減少
した。
【００２４】［比較例１］実施例１と同様に成形して、
フェノール樹脂含浸を行っていない成形体をアルゴン雰
囲気下で１４５０℃、１時間焼成した複合材の嵩密度
は、約１．６６ｇ／ｃｍ３ 、開気孔率は約３２．７％
であった。この複合材を真空中、１４５０℃、１時間の
シリコン溶融含浸を行い、嵩密度２．４６ｇ／ｃｍ
３ 、開気孔率２．４％の緻密な複合材を得た。この複
合材の曲げ強度は１０３ＭＰａであったが、破壊挙動は
脆性的であり、０．０６％の歪で最高荷重到達後に、急
激に荷重が減少して破壊した。
フェノール樹脂含浸を行っていない成形体をアルゴン雰
囲気下で１４５０℃、１時間焼成した複合材の嵩密度
は、約１．６６ｇ／ｃｍ３ 、開気孔率は約３２．７％
であった。この複合材を真空中、１４５０℃、１時間の
シリコン溶融含浸を行い、嵩密度２．４６ｇ／ｃｍ
３ 、開気孔率２．４％の緻密な複合材を得た。この複
合材の曲げ強度は１０３ＭＰａであったが、破壊挙動は
脆性的であり、０．０６％の歪で最高荷重到達後に、急
激に荷重が減少して破壊した。
【００２５】［実施例３］エチルアルコールでフェノー
ル樹脂を溶解してスラリーを調製し、炭化ケイ素系繊維
織布に含浸後、乾燥させた。次いで、フェノール樹脂の
炭素化による炭素とシリコンとの原子比が２：３になる
割合にフェノール樹脂とシリコン粉末を設定して、エチ
ルアルコールでフェノール樹脂を溶解してスラリーを調
製し、シリコンの粒径を小さくするために１日間ボール
ミル混合した後、このスラリーを炭素繊維の不織布に含
浸、乾燥させた。
ル樹脂を溶解してスラリーを調製し、炭化ケイ素系繊維
織布に含浸後、乾燥させた。次いで、フェノール樹脂の
炭素化による炭素とシリコンとの原子比が２：３になる
割合にフェノール樹脂とシリコン粉末を設定して、エチ
ルアルコールでフェノール樹脂を溶解してスラリーを調
製し、シリコンの粒径を小さくするために１日間ボール
ミル混合した後、このスラリーを炭素繊維の不織布に含
浸、乾燥させた。
【００２６】次に、スラリー含浸不織布を２枚、スラリ
ー含浸炭化ケイ素繊維織布を２枚、交互に積層し、両端
がスラリー含浸不織布になるようにして、約１３０℃で
金型成形後、この成形体をアルゴン雰囲気下で１０００
℃、１時間焼成し、炭素化した。得られた焼成体にエチ
ルアルコールで溶解したフェノール樹脂溶液を真空含浸
し、アルゴン雰囲気下で１０００℃、１時間焼成し、炭
素化した。この複合材を、真空中、１４５０℃、１時間
で反応焼結とシリコン溶融含浸を同時に行い、嵩密度が
２．２９ｇ／ｃｍ３ 、開気孔率０．８％の緻密な複合
材を得た。この複合材の曲げ強度は、１４２ＭＰａであ
り、破壊挙動は、０．１１％の歪まで直線的に荷重が増
加して最高荷重に到達し、その後、荷重は緩やかに減少
した。
ー含浸炭化ケイ素繊維織布を２枚、交互に積層し、両端
がスラリー含浸不織布になるようにして、約１３０℃で
金型成形後、この成形体をアルゴン雰囲気下で１０００
℃、１時間焼成し、炭素化した。得られた焼成体にエチ
ルアルコールで溶解したフェノール樹脂溶液を真空含浸
し、アルゴン雰囲気下で１０００℃、１時間焼成し、炭
素化した。この複合材を、真空中、１４５０℃、１時間
で反応焼結とシリコン溶融含浸を同時に行い、嵩密度が
２．２９ｇ／ｃｍ３ 、開気孔率０．８％の緻密な複合
材を得た。この複合材の曲げ強度は、１４２ＭＰａであ
り、破壊挙動は、０．１１％の歪まで直線的に荷重が増
加して最高荷重に到達し、その後、荷重は緩やかに減少
した。
【００２７】［実施例４］実施例３と同様に操作して作
製した成形体をアルゴン雰囲気下で１０００℃、１時間
焼成し、炭素化した。得られた焼成体にエチルアルコー
ルで溶解したフェノール樹脂溶液を真空含浸し、アルゴ
ン雰囲気下で１０００℃、１時間焼成し、炭素化した。
この複合材を再びエチルアルコールで溶解したフェノー
ル樹脂溶液で真空含浸し、アルゴン雰囲気下で１０００
℃、１時間焼成し、炭素化した後、真空中、１４５０
℃、１時間で、反応焼結とシリコン溶融含浸を同時に行
い、嵩密度２．２１ｇ／ｃｍ３ 、開気孔率３．１％の
緻密な複合材を得た。この複合材の曲げ強度は１３３Ｍ
Ｐａであり、破壊挙動は、０．０８％の歪まで直線的に
荷重が増加して最高荷重に到達し、その後、荷重が僅か
に減少し、再び荷重が穏やかに増加して、０．１６％の
歪みまで増加した。
製した成形体をアルゴン雰囲気下で１０００℃、１時間
焼成し、炭素化した。得られた焼成体にエチルアルコー
ルで溶解したフェノール樹脂溶液を真空含浸し、アルゴ
ン雰囲気下で１０００℃、１時間焼成し、炭素化した。
この複合材を再びエチルアルコールで溶解したフェノー
ル樹脂溶液で真空含浸し、アルゴン雰囲気下で１０００
℃、１時間焼成し、炭素化した後、真空中、１４５０
℃、１時間で、反応焼結とシリコン溶融含浸を同時に行
い、嵩密度２．２１ｇ／ｃｍ３ 、開気孔率３．１％の
緻密な複合材を得た。この複合材の曲げ強度は１３３Ｍ
Ｐａであり、破壊挙動は、０．０８％の歪まで直線的に
荷重が増加して最高荷重に到達し、その後、荷重が僅か
に減少し、再び荷重が穏やかに増加して、０．１６％の
歪みまで増加した。
【００２８】［実施例５］エチルアルコールでフェノー
ル樹脂を溶解してスラリーを調製し、炭化ケイ素系繊維
織布に含浸後、乾燥させた。次いで、フェノール樹脂の
炭素化による炭素とシリコンとの原子比が１０：８にな
る割合にフェノール樹脂とシリコン粉末を設定して、エ
チルアルコールでフェノール樹脂を溶解してスラリーを
調製し、シリコンの粒径を小さくするために１日間ボー
ルミル混合した後、このスラリーを炭素繊維の不織布に
含浸、乾燥させた。
ル樹脂を溶解してスラリーを調製し、炭化ケイ素系繊維
織布に含浸後、乾燥させた。次いで、フェノール樹脂の
炭素化による炭素とシリコンとの原子比が１０：８にな
る割合にフェノール樹脂とシリコン粉末を設定して、エ
チルアルコールでフェノール樹脂を溶解してスラリーを
調製し、シリコンの粒径を小さくするために１日間ボー
ルミル混合した後、このスラリーを炭素繊維の不織布に
含浸、乾燥させた。
【００２９】次に、スラリー含浸不織布を１枚、スラリ
ー含浸炭化ケイ素繊維織布を２枚、交互に積層し、両端
がスラリー含浸不織布になるようにして、約１３０℃で
金型成形後、この成形体をアルゴン雰囲気下で１０００
℃、１時間焼成し、炭素化した。得られた焼成体にエチ
ルアルコールで溶解したフェノール樹脂溶液を真空含浸
し、アルゴン雰囲気下で１０００℃、１時間焼成し、炭
素化した。この複合材を、再びエチルアルコールで溶解
したフェノール樹脂溶液で真空含浸し、アルゴン雰囲気
下で１０００℃、１時間焼成し、炭化した後、真空中、
１４５０℃、１時間で反応焼結とシリコン溶融含浸を同
時に行い、嵩密度が２．１６ｇ／ｃｍ３、開気孔率３．
２％の緻密な複合材を得た。この複合材の曲げ強度は、
１６８ＭＰａであり、破壊挙動は、０．０８％の歪まで
直線的に荷重が増加して、その後は非直線的に荷重が増
加し、０．２７％の歪みで最高荷重に到達し、その後、
荷重は緩やかに減少した。
ー含浸炭化ケイ素繊維織布を２枚、交互に積層し、両端
がスラリー含浸不織布になるようにして、約１３０℃で
金型成形後、この成形体をアルゴン雰囲気下で１０００
℃、１時間焼成し、炭素化した。得られた焼成体にエチ
ルアルコールで溶解したフェノール樹脂溶液を真空含浸
し、アルゴン雰囲気下で１０００℃、１時間焼成し、炭
素化した。この複合材を、再びエチルアルコールで溶解
したフェノール樹脂溶液で真空含浸し、アルゴン雰囲気
下で１０００℃、１時間焼成し、炭化した後、真空中、
１４５０℃、１時間で反応焼結とシリコン溶融含浸を同
時に行い、嵩密度が２．１６ｇ／ｃｍ３、開気孔率３．
２％の緻密な複合材を得た。この複合材の曲げ強度は、
１６８ＭＰａであり、破壊挙動は、０．０８％の歪まで
直線的に荷重が増加して、その後は非直線的に荷重が増
加し、０．２７％の歪みで最高荷重に到達し、その後、
荷重は緩やかに減少した。
【００３０】［比較例２］エチルアルコールでフェノー
ル樹脂の炭素化による炭素とシリコンとの原子比が５：
３になる割合にフェノール樹脂とシリコン粉末を設定し
て、エチルアルコールでフェノール樹脂を溶解してスラ
リーを調製し、シリコンの粒径を小さくするために１日
間ボールミル混合した後、このスラリーを繊維織布含浸
させた。
ル樹脂の炭素化による炭素とシリコンとの原子比が５：
３になる割合にフェノール樹脂とシリコン粉末を設定し
て、エチルアルコールでフェノール樹脂を溶解してスラ
リーを調製し、シリコンの粒径を小さくするために１日
間ボールミル混合した後、このスラリーを繊維織布含浸
させた。
【００３１】次に、スラリー含浸繊維織布を乾燥した
後、約１３０℃で金型成形し、その後この成形体をアル
ゴン雰囲気下で１０００℃、１時間焼成し、炭素化し
た。得られた焼成体にエチルアルコールで溶解したフェ
ノール樹脂溶液を真空含浸し、アルゴン雰囲気下で１０
００℃、１時間焼成し、炭素化した。この複合材を、ア
ルゴン雰囲気下で１４５０℃、１時間焼成し、反応焼結
後、真空中、１５００℃、１時間でシリコン溶融含浸を
行い、嵩密度が２．６９ｇ／ｃｍ３ 、開気孔率１．１
％の緻密な複合材を得た。この複合材の曲げ強度は、１
２１ＭＰａであり、破壊挙動は脆性的であり、０．０６
％の歪で最高荷重到達後に急激に荷重が減少して破壊し
た。
後、約１３０℃で金型成形し、その後この成形体をアル
ゴン雰囲気下で１０００℃、１時間焼成し、炭素化し
た。得られた焼成体にエチルアルコールで溶解したフェ
ノール樹脂溶液を真空含浸し、アルゴン雰囲気下で１０
００℃、１時間焼成し、炭素化した。この複合材を、ア
ルゴン雰囲気下で１４５０℃、１時間焼成し、反応焼結
後、真空中、１５００℃、１時間でシリコン溶融含浸を
行い、嵩密度が２．６９ｇ／ｃｍ３ 、開気孔率１．１
％の緻密な複合材を得た。この複合材の曲げ強度は、１
２１ＭＰａであり、破壊挙動は脆性的であり、０．０６
％の歪で最高荷重到達後に急激に荷重が減少して破壊し
た。
【００３２】
【発明の効果】以上に詳述した本発明の繊維強化炭化ケ
イ素複合材の製造方法によれば、２次元繊維強化炭化ケ
イ素複合材を、繊維束部分は樹脂含浸でアモルファス炭
素で覆い緻密化し、繊維間或いは繊維織布間はフェノー
ル樹脂とシリコン粉末との反応焼結法を利用して開気孔
を生成せしめ、この開気孔部分にシリコンを溶融含浸し
て、緻密な繊維強化炭化ケイ素複合材を容易に製造する
ことができる。本発明の製造方法によると、ホットプレ
ス法等を用いる必要がないので、複雑形状の成形体を容
易に製造しうる上、最後にシリコンを溶融含浸するため
緻密な複合材が得られ、しかも繊維に損傷を与えること
がない複合材が得られる。
イ素複合材の製造方法によれば、２次元繊維強化炭化ケ
イ素複合材を、繊維束部分は樹脂含浸でアモルファス炭
素で覆い緻密化し、繊維間或いは繊維織布間はフェノー
ル樹脂とシリコン粉末との反応焼結法を利用して開気孔
を生成せしめ、この開気孔部分にシリコンを溶融含浸し
て、緻密な繊維強化炭化ケイ素複合材を容易に製造する
ことができる。本発明の製造方法によると、ホットプレ
ス法等を用いる必要がないので、複雑形状の成形体を容
易に製造しうる上、最後にシリコンを溶融含浸するため
緻密な複合材が得られ、しかも繊維に損傷を与えること
がない複合材が得られる。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年４月２０日（２０００．４．２
０）
０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、繊維で強化
した炭化ケイ素系複合材の製造について、鋭意研究を重
ねた結果、樹脂を含んだ繊維を樹脂とシリコン粉末を混
合したスラリーに浸すことによりシリコン粉末と炭素源
としての樹脂と繊維から成るプリプレグを作製し、それ
を成形した後、或いは、樹脂を含んだ繊維のプリプレグ
とシリコン粉末と樹脂を含んだ繊維のプリプレグとを交
互に積層して成形した後、不活性雰囲気下で９００〜１
３５０℃程度の温度で炭素化し、得られた複合材料に樹
脂を含浸し、再び不活性雰囲気下で９００〜１３５０℃
程度の温度で炭素化し、この樹脂含浸及び炭素化を１〜
５回繰り返した後、真空或いは不活性雰囲気下１３００
℃以上の温度で反応焼結して、最終的には真空或いは不
活性雰囲気下において１３００〜１８００℃程度の温度
でシリコンを溶融含浸することにより、非線形破壊を示
す緻密な繊維強化炭化ケイ素系複合体を製造し得ること
を見出し、本発明を完成するに至った。
した炭化ケイ素系複合材の製造について、鋭意研究を重
ねた結果、樹脂を含んだ繊維を樹脂とシリコン粉末を混
合したスラリーに浸すことによりシリコン粉末と炭素源
としての樹脂と繊維から成るプリプレグを作製し、それ
を成形した後、或いは、樹脂を含んだ繊維のプリプレグ
とシリコン粉末と樹脂を含んだ繊維のプリプレグとを交
互に積層して成形した後、不活性雰囲気下で９００〜１
３５０℃程度の温度で炭素化し、得られた複合材料に樹
脂を含浸し、再び不活性雰囲気下で９００〜１３５０℃
程度の温度で炭素化し、この樹脂含浸及び炭素化を１〜
５回繰り返した後、真空或いは不活性雰囲気下１３００
℃以上の温度で反応焼結して、最終的には真空或いは不
活性雰囲気下において１３００〜１８００℃程度の温度
でシリコンを溶融含浸することにより、非線形破壊を示
す緻密な繊維強化炭化ケイ素系複合体を製造し得ること
を見出し、本発明を完成するに至った。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】すなわち、本発明の繊維強化炭化ケイ素系
複合体の製造方法は、シリコン粉末と炭素源としての樹
脂及び炭素源としての樹脂を含む強化材としての繊維か
ら成る混合物を不活性雰囲気中で炭素化後、樹脂を含浸
して炭素化等を行い、或いは、シリコン粉末と炭素源と
しての樹脂及びこれらの保持材としてのポーラスな繊維
等からなるマトリックス部、並びに、炭素源としての樹
脂を含む強化材としての繊維からなる混合物を不活性雰
囲気中で炭化後、樹脂を含浸して炭素化等を行い、これ
らにより、強化材としての繊維束部分の炭素を緻密化し
て、繊維が溶融シリコンと反応しないようにしてから、
反応焼結で開気孔をマトリックス部中に生成させて、真
空或いは不活性雰囲気下でこのマトリックスの開気孔部
分にのみシリコン溶浸をすることを特徴とするものであ
る。このような本発明の方法によれば、緻密な繊維強化
炭化ケイ素系複合材を繊維の強度劣化をもたらすことな
く、かつ複雑形状のものでも容易に製造することができ
る。
複合体の製造方法は、シリコン粉末と炭素源としての樹
脂及び炭素源としての樹脂を含む強化材としての繊維か
ら成る混合物を不活性雰囲気中で炭素化後、樹脂を含浸
して炭素化等を行い、或いは、シリコン粉末と炭素源と
しての樹脂及びこれらの保持材としてのポーラスな繊維
等からなるマトリックス部、並びに、炭素源としての樹
脂を含む強化材としての繊維からなる混合物を不活性雰
囲気中で炭化後、樹脂を含浸して炭素化等を行い、これ
らにより、強化材としての繊維束部分の炭素を緻密化し
て、繊維が溶融シリコンと反応しないようにしてから、
反応焼結で開気孔をマトリックス部中に生成させて、真
空或いは不活性雰囲気下でこのマトリックスの開気孔部
分にのみシリコン溶浸をすることを特徴とするものであ
る。このような本発明の方法によれば、緻密な繊維強化
炭化ケイ素系複合材を繊維の強度劣化をもたらすことな
く、かつ複雑形状のものでも容易に製造することができ
る。
Claims (5)
- 【請求項１】シリコン粉末と樹脂を含んだ繊維のプリプ
レグを作製、成形し、この成形体を不活性雰囲気下で９
００〜１３５０℃で炭素化し、得られた炭素化複合材
を、真空、或いは不活性雰囲気下において、１３００℃
以上の温度で反応焼結させることにより開気孔を生成せ
しめ、最終的には、真空或いは不活性雰囲気下におい
て、１３００〜１８００℃の温度で、この焼成体の開気
孔部分にシリコンを溶融含浸することを特徴とする繊維
強化炭化ケイ素複合材の製造方法。 - 【請求項２】樹脂を含んだ繊維のプリプレグとシリコン
粉末と樹脂を含んだ繊維のプリプレグとを交互に積層し
て成形し、この成形体を不活性雰囲気下で９００〜１３
５０℃で炭素化し、得られた炭素化複合材を、真空、或
いは不活性雰囲気下において、１３００℃以上の温度で
反応焼結させることにより、シリコン粉末を含んだ繊維
部分に開気孔を生成せしめ、最終的には、真空或いは不
活性雰囲気下において、１３００〜１８００℃の温度
で、この焼成体の開気孔部分にシリコンを溶融含浸する
ことを特徴とする繊維強化炭化ケイ素複合材の製造方
法。 - 【請求項３】成形体の炭素化後、或いは反応焼結後に、
樹脂の含浸及び炭素化の繰り返しを１から５回行うこと
により炭素化複合材を得ることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の繊維強化炭化ケイ素複合材の製造方法。 - 【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の方法
において用いる樹脂が、フェノール樹脂、フラン樹脂、
ピッチ、或いは有機金属ポリマーから選ばれた少なくと
も１種である繊維強化炭化ケイ素複合材の製造方法。 - 【請求項５】プリプレグを形成する繊維強化材が、炭素
繊維、炭化ケイ素系繊維、窒化ケイ素系繊維及び酸化物
系繊維の中から選ばれた少なくとも１種の長繊維或いは
短繊維である請求項１ないし４のいずれかに記載の繊維
強化炭化ケイ素複合材の製造方法。
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