JP2001502290A - セラミックコンポジット材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、マトリックス材と強化材と、中間の弱い境界材とを含むセラミックコンポジット材の製造方法に関し、前記コンポジット材は、特に、１４００℃以上の温度で、更に酸化雰囲気中で使用するのに適しており、該マトリックス材及び強化材は１６００℃以上の融点を有する、同様の又は異なるセラミック酸化物から成り、また境界材は、前記材と組み合さって、マイクロクラックし易い応力領域を提供する。本発明は、強化ファイバ材を、炭素（Ｃ）及びＺｒＯ₂を含有する粉末スラリー中に浸漬して、これにより被覆し、次いで乾燥し、その後該コンポジット材を、公知のグリーン形成工程及び圧縮工程に課し、最後に空気中で熱処理することで、多孔性構造の境界材を得ることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】 セラミックコンポジット材の製造方法 本発明は、マトリックス材と強化材と、中間の弱い境界(interface)材とを含 むセラミックコンポジット材の製造方法に関し、前記コンポジット材は、特に、 １４００℃以上の温度で、更に酸化雰囲気中で使用するのに適しており、該マト リックス材及び強化材は１６００℃以上の融点を有する、同様の又は異なるセラ ミック酸化物から成り、また境界材は、前記材と組み合さって、マイクロクラッ クし易い応力領域を提供する。 かかるセラミックコンポジットが、意図するクラッキング特性を得るために、 種々の提案がされており、例えば本件出願人のＷＯ９３／２２２５８がある。し かし、実際には、ＺｒＯ₂の境界層は、通常極めて強固な接合を有することが明 らかとなっている。他方、炭素は、強化材とマトリックスとの間に、適当な弱い 接合を付与するが、ファイバ材を劣化させてしまう。ＺｒＯ₂以外に、ＨｆＯ₂も 、弱い境界帯域ということに関しては要求を満たすが、多くの場合において、よ り弱い境界面が切望されている。 従って、本発明の主目的は、より弱い界面を得る方法を提供することである。 本発明の特徴の１つは、強化ファイバ材を、炭素及びＺｒＯ₂を含有する粉末ス ラリー中に浸漬して、これにより被覆し、次いで乾燥し、その後該コンポジット 材を、公知のグリーン形成工程及び圧縮工程に課し、最後に空気中で熱処理する ことで、多孔性構造の境界材を得ることである。本発明の他の特徴部分は、強化 ファイバ材をＺｒＯ₂を含有する第１の粉末スラリーに浸漬してこれにより被覆 し、次いで乾燥し、その後炭素を含む第２粉末スラリーに浸漬してこれにより被 覆し、乾燥し、その後該コンポジット材を、公知のグリーン形成及び圧縮工程に 課し、最後に空気中で熱処理することで、強化材とマトリックスとの間にギャッ プを得ることである。粉末スラリ一技術を用いることは有利であり、従って該方 法において、Ｃ／ＺｒＯ₂を含有する被覆を用いる場合に安定な多孔性層を製造 する、より大きい粒子が用いられる。 従って、本発明により、コンポジットが破損する間に、クラック偏差(defledc tion)やファイバプルアウト(pull out)特性を確実にする弱い境界面を得ること を可能にできる。 強化材を構成し、スラリー中に浸漬されるファイバ上に形成される被覆は、グ リーン形成工程及び圧縮工程に十分耐え得る接着性と強度を有することが確かめ られた。圧縮後、Ｃを空気中で熱処理することにより取り除き、酸化物境界面中 にギャップ又は多孔性を生成する。Ｃの容量分は、所望する境界面強度を達成す るために変化させることができる。本発明により得られる境界面は高温で長時間 安定であり、これは孔が適切な大きさ、即ち十分に大きいためである。 本発明の他の特徴においては、十分に弱い境界面を得る他の方法、即ち一時的 な層を付加する他の方法を提供することである。かかる方法においては、まず強 化材をＣ粉末スラリー中に浸漬し、乾燥し、次いで酸化物（ＺｒＯ₂）粉末スラ リー中に浸漬して、二重の又は逐次的な被覆を形成する。かかる被覆もまた、グ リーン形成又は圧縮に十分耐え得る強度と接着性を有する。圧縮後、Ｃを熱処理 により取り除いて、該強化材と該酸化物境界面間にギャップを形成する。強化材 及びマトリックス材の表面粗さは、強化材とマトリックス材との間に負荷（load ）トランスファーを与えるのに十分なものである。酸化物境界面と強化材との間 に接合がないことで、有効なクラック偏差を可能とする。ファイバプルアウト特 性をコントロールする、強化材とマトリトックスとの間の滑り摩擦抵抗及び負荷 トランスファーの度合いは、一時的なＣ層の厚みを変化させることにより、変え ることができる。 酸化物境界面を存在させることにより、発生した欠陥により機械的特性を低下 させる、単一の結晶Ａｌ₂Ｏ₃ファイバーの強化ファイバ材の表面の起こり得るカ ーボサマール（carbothermal reduetion）（Ａｌ₂Ｃ₃に）を回避する。 酸化物境界面の存在により（特にＣ／ＺｒＯ₂混合物の場合）、酸素の部分圧 が局所的に発生し、従ってカーボサーマル減少が起こることを回避する。例１ Ａｌ₂Ｏ₃から成る単一の結晶ファイバ（米国、サフィコン（Saphikon）社製） を、Ｃ／ＺｒＯ₂混合物から成る薄い層で被覆した。このことは、該ファイバを 、 Ｃ／ＺｒＯ₂粉末を水に入れたスラリー中に浸漬することにより実施した。Ｚｒ Ｏ₂に対するＣの容量比は１／Ｌであった。乾燥した後、被覆したファイバを、 石こう型中にファイバプリフォームに堆積した。Ａｌ₂Ｏ₃粉末スラリーをこの上 に注入して、圧力勾配をかけて、ファイバプリフォームの良好な浸透（infiltra tion）を付与した。 乾燥した後、該グリーン体を１４００℃、１０ＭＰａで７０分間高温圧縮した 。Ｃを、１２５０℃で１０時間熱処理することにより燃焼させて、多孔性ＺｒＯ₂ 層とした。焼結及び熱処理後、該多孔性ＺｒＯ₂は約３μｍの厚みを有した。該 多孔性ＺｒＯ₂層は、クラック偏差とファイバプルアウトを有し、これは曲げ試 験により確かめられた。更に、該多孔性ＺｒＯ₂層は１４００℃で１０００時間 安定であり、かかる熱処理後においてもやはり、クラック偏差とファイバプルア ウトを有しており、これも曲げ試験により確かめられた。例２ ＺｒＯ₂の代わりにＨｆＯ₂を用いた以外は、例１を繰り返した。例３ Ａｌ₂Ｏ₃から成る単一の結晶ファイバ（米国、サフィコン（Saphikon）社製） を、Ｃ及びＺｒＯ₂の二重の薄い層で被覆した。このことは、まず最初に該ファ イバを、ＺｒＯ₂粉末を水に入れたスラリー中に浸漬し、次いで該ファイバを、 Ｃ粉末を水に入れたスラリー中に浸漬することにより実施した。乾燥した後、被 覆したファイバを、石こう型中にファイバプリフォームに堆積した。Ａｌ₂Ｏ₃粉 末スラリーをこの上に注入して、圧力勾配をかけて、ファイバプリフォームの良 好な浸透を付与した。 乾燥した後、該グリーン体を１４００℃、１０ＭＰａで７０分間高温圧縮した 。該Ｃを、１２５０℃で１０時間熱処理することにより燃焼させて、ジルコニア 層とＡｌ₂Ｏ₃マトリックスとの間に約１μｍのギャップを生成した。焼結及び熱 処理後、該ＺｒＯ₂層は約３μｍの厚みを有し、マトリックスには接合されてな かった。ファイバとＺｒＯ₂層との間のギャップは、クラック偏差とファイバプ ルアウトをもたらし、これは曲げ試験により確かめられた。（更に、該ＺｒＯ₂ 層は１４００℃で１０００時間安定であり、かかる熱処理後においてもやはり、 クラック偏差とファイバプルアウトをもたらし、これも曲げ試験により確かめら れた。）例４ ＺｒＯ₂の代わりにＨｆＯ₂を用いた以外は、例３を繰り返した。例５ まず最初にファイバを、Ｃ粉末を水に入れたスラリー中に浸漬し、次いでＺｒ Ｏ₂粉末のスラリーに浸漬するというように、例３の工程を若干逆の順番にして 実施した以外は、例３を繰り返した。ほぼ同様の結果を得た。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 ソシエテ ナシオナル デテュード エ ドゥ コンストリュクシオン ドゥ モテ ュール ダヴィアシオン（エス エヌ ウ セ エム ア) フランス国 75724 パリ セデクス 15 ブールヴァール デュ ジェネラル マ ーシャル ヴァラン ２ (71)出願人 オフィス ナシオナル デテュード エ ドゥ ルシェルシュ アエロスパシアル （オ エヌ ウ エール ア) フランス国 93320 シャティヨン アヴ ニュ ドゥ ラ ディヴィジョン レクレ ルク 29 (72)発明者 ルンベルク ロベルト スウェーデン国 461 30 トロールヘッ タン エステルロンガタン 41 (72)発明者 ホルムキスト マグナス スウェーデン国 461 59 トロールヘッ タン グリニングスヴェイゲン 47 (72)発明者 ラッツェル アンソニー ゴードン イギリス国 ダービーシャー ディーイー 72 ２ビーエイ アストン オントレント ウェストン ロード 96 (72)発明者 リュドヴィク モリエ フランス国 75013 パリ リュ ポンス カルム ２ビス (72)発明者 オリヴィエ シュドル フランス国 94110 アルキュエイユ リ ュ ヴォルテール 12 (72)発明者 ミシェル パリエ フランス国 78960 ポワザン―ル―ブル トニュー リュ セルパンティーヌ 46 (72)発明者 ファブリス ロシニョル フランス国 36140 ルールドゥエ―サン ―ミッシエル モルトグト（番地なし) (72)発明者 ジュリアン パルマンティエ フランス国 68000 コルマール リュ スタニスラ 14 オールド フォージュ ビルディング

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．マトリックス材と強化材と、中間の弱い境界材とを含むセラミックコンポジ ット材の製造方法であって、前記コンポジット材は、特に、１４００℃以上の 温度で、更に酸化雰囲気中で使用するのに適しており、該マトリックス材及び 強化材は１６００℃以上の融点を有する、同様の又は異なるセラミック酸化物 から成り、また境界材は、前記材と組み合さって、マイクロクラックし易い応 力領域を提供する、マトリックス材と強化材と、中間の弱い境界材とを含むセ ラミックコンポジット材の製造方法において、強化ファイバ材を、炭素（Ｃ） 及びＺｒＯ₂を含有する粉末スラリー中に浸漬して、これにより被覆し、次い で乾燥し、その後該コンポジット材を、公知のグリーン形成工程及び圧縮工程 に課し、最後に空気中で熱処理することで、多孔性構造の境界材を得ることを 特徴とするセラミックコンポジット材の製造方法。 ２．マトリックス材と強化材と、中間の弱い境界材とを含むセラミックコンポジ ット材の製造方法であって、前記コンポジット材は、特に、１４００℃以上の 温度で、更に酸化雰囲気中で使用するのに適しており、該マトリックス材及び 強化材は１６００℃以上の融点を有する、同様の又は異なるセラミック酸化物 から成り、また境界材は、前記材と組み合さって、マイクロクラックし易い応 力領域を提供する、マトリックス材と強化材と、中間の弱い境界材とを含むセ ラミックコンポジット材の製造方法において、強化ファイバ材を、ＺｒＯ₂を 含有する第１の粉末スラリーに浸漬してこれにより被覆し、次いで乾燥し、そ の後炭素を含む第２粉末スラリーに浸漬してこれにより被覆し、乾燥し、その 後該コンポジット材を、公知のグリーン形成工程及び圧縮工程に課し、最後に 空気中で熱処理することで、強化材とマトリックスとの間にギャップを得るこ とを特徴とするセラミックコンポジットの製造方法。 ３．強化材を、炭素で被覆した後、再び第１のスラリーに浸漬して、最外ＺｒＯ ₂被覆を設けることを特徴とする請求項２記載の方法。