JP2002029846A - セラミック繊維強化セラミックス複合材料の製造方法 - Google Patents
セラミック繊維強化セラミックス複合材料の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 炭化ケイ素系繊維上又は織物上に、炭素と炭
化ケイ素の多層コーティングを簡便に、かつ短時間で形
成させる。 【解決手段】 四塩化ケイ素及び炭化水素を主原料とし
希釈ガスとしての不活性ガスと水素とを交互に用いて炭
素の成膜工程と炭化ケイ素の成膜工程を繰り返すことに
より、炭化ケイ素系繊維上又は炭化ケイ素系織物１０上
に炭素膜１２と炭化ケイ素膜１４とからなる多層コーテ
ィングを形成させた後、炭化ケイ素複合化処理する。
化ケイ素の多層コーティングを簡便に、かつ短時間で形
成させる。 【解決手段】 四塩化ケイ素及び炭化水素を主原料とし
希釈ガスとしての不活性ガスと水素とを交互に用いて炭
素の成膜工程と炭化ケイ素の成膜工程を繰り返すことに
より、炭化ケイ素系繊維上又は炭化ケイ素系織物１０上
に炭素膜１２と炭化ケイ素膜１４とからなる多層コーテ
ィングを形成させた後、炭化ケイ素複合化処理する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック繊維強
化セラミックス複合材料を簡便に製造する方法、例えば
ガスタービン等の高温部材に用いるのに適する炭化ケイ
素系繊維強化炭化ケイ素複合材料の製造方法に関するも
のである。
化セラミックス複合材料を簡便に製造する方法、例えば
ガスタービン等の高温部材に用いるのに適する炭化ケイ
素系繊維強化炭化ケイ素複合材料の製造方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】セラミック繊維強化セラミック複合材
料、特に炭化ケイ素系の繊維で強化された炭化ケイ素マ
トリックス基の複合材料において、高靱性を示すか否か
は繊維とマトリックスの密着性に起因して、密着性が高
いと脆くなり、適度に弱い密着強度であれば、マトリッ
クスに発生した亀裂が繊維界面で偏向し、繊維の引き抜
けが生じるため、複合材料としては高い靱性を示す。こ
のため、従来、化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａ
ｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤと略す）法によ
り、繊維の界面に非常に薄い（１００nm以下）熱分解炭
素を成膜して、マトリックスと繊維との密着性を制御し
ていた。
料、特に炭化ケイ素系の繊維で強化された炭化ケイ素マ
トリックス基の複合材料において、高靱性を示すか否か
は繊維とマトリックスの密着性に起因して、密着性が高
いと脆くなり、適度に弱い密着強度であれば、マトリッ
クスに発生した亀裂が繊維界面で偏向し、繊維の引き抜
けが生じるため、複合材料としては高い靱性を示す。こ
のため、従来、化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａ
ｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤと略す）法によ
り、繊維の界面に非常に薄い（１００nm以下）熱分解炭
素を成膜して、マトリックスと繊維との密着性を制御し
ていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
熱分解炭素膜を有する炭化ケイ素系繊維強化炭化ケイ素
複合材料は、高温での使用中に酸化消耗して、その空隙
に繊維及びマトリックス中の炭化ケイ素が酸化した酸化
シリコンが充填され、繊維とマトリックスの密着強度が
上昇して、脆くなるという問題点があった。
熱分解炭素膜を有する炭化ケイ素系繊維強化炭化ケイ素
複合材料は、高温での使用中に酸化消耗して、その空隙
に繊維及びマトリックス中の炭化ケイ素が酸化した酸化
シリコンが充填され、繊維とマトリックスの密着強度が
上昇して、脆くなるという問題点があった。
【０００４】このような問題を解決するために、例えば
特開平０５−０８５８４２号公報に示されるように、Ｃ
ＶＤ法により繊維に非常に薄い膜を多層にコーティング
する方法があり、この場合、膜と膜とは非結合である必
要がある。このような多層コーティングにより、炭化ケ
イ素系繊維強化炭化ケイ素複合材料において、高温にお
ける耐久性が向上すると考えられる。なお、この公報に
は、成膜方法の詳細な記述はない。
特開平０５−０８５８４２号公報に示されるように、Ｃ
ＶＤ法により繊維に非常に薄い膜を多層にコーティング
する方法があり、この場合、膜と膜とは非結合である必
要がある。このような多層コーティングにより、炭化ケ
イ素系繊維強化炭化ケイ素複合材料において、高温にお
ける耐久性が向上すると考えられる。なお、この公報に
は、成膜方法の詳細な記述はない。
【０００５】また、加熱された供試体に原料ガスを急速
に充填し、急速に減圧するパルスＣＶＤ法を用いて、プ
ロパンガス及びＭＴＳ（Ｍｅｔｈｙｌｔｒｉｃｈｌｏｒ
ｏｓｉｌａｎｅ、ＣＨ3 ＳｉＣｌ3 ）と水素の混合ガス
を交互に充填することにより、炭素と炭化ケイ素の多層
コーティングを行う方法が開示されている（ＥＣＣＭ−
８、ＥＵＲＯＰＥＡＮ ＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ ＯＮ
ＣＯＭＰＯＳＩＴＥＭＡＴＥＲＩＡＬＳ、ＳＣＩＥＮＣ
Ｅ，ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ａｎｄ ＡＰＰＬＩＣ
ＡＴＩＯＮＳ、３−６ ＪＵＮＥ １９９８、ＮＡＰＬ
ＥＳ−ＩＴＡＬＹ、ＶＯＬＵＭＥ４、ＷＯＯＤＨＥＡＤ
ＰＵＢＬＩＳＨＩＮＧ ＬＩＭＩＴＥＤ）。
に充填し、急速に減圧するパルスＣＶＤ法を用いて、プ
ロパンガス及びＭＴＳ（Ｍｅｔｈｙｌｔｒｉｃｈｌｏｒ
ｏｓｉｌａｎｅ、ＣＨ3 ＳｉＣｌ3 ）と水素の混合ガス
を交互に充填することにより、炭素と炭化ケイ素の多層
コーティングを行う方法が開示されている（ＥＣＣＭ−
８、ＥＵＲＯＰＥＡＮ ＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ ＯＮ
ＣＯＭＰＯＳＩＴＥＭＡＴＥＲＩＡＬＳ、ＳＣＩＥＮＣ
Ｅ，ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ａｎｄ ＡＰＰＬＩＣ
ＡＴＩＯＮＳ、３−６ ＪＵＮＥ １９９８、ＮＡＰＬ
ＥＳ−ＩＴＡＬＹ、ＶＯＬＵＭＥ４、ＷＯＯＤＨＥＡＤ
ＰＵＢＬＩＳＨＩＮＧ ＬＩＭＩＴＥＤ）。
【０００６】しかしながら、この文献記載の方法におい
ては、大容量の真空排気装置が必要になるなど、高価な
特別の設備を要するとともに、大型部品の製造は困難で
ある。
ては、大容量の真空排気装置が必要になるなど、高価な
特別の設備を要するとともに、大型部品の製造は困難で
ある。
【０００７】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
本発明の目的は、原料ガスとして、四塩化ケイ素（Ｓｉ
Ｃｌ4 ）及び炭化水素、並びに水素及び不活性ガスの希
釈ガスを用いて、９００〜１３００℃、望ましくは１０
００〜１２５０℃の温度範囲で、希釈ガスを不活性ガス
と水素に交互に入れ替えることにより、炭素と炭化ケイ
素の多層コーティングを簡便に、短時間で行うことがで
きるセラミック繊維強化セラミックス複合材料の製造方
法を提供することにある。本発明の方法は、通常の恒温
恒圧ＣＶＤ装置を用いる方法であり、大型部品への適用
も可能である。
本発明の目的は、原料ガスとして、四塩化ケイ素（Ｓｉ
Ｃｌ4 ）及び炭化水素、並びに水素及び不活性ガスの希
釈ガスを用いて、９００〜１３００℃、望ましくは１０
００〜１２５０℃の温度範囲で、希釈ガスを不活性ガス
と水素に交互に入れ替えることにより、炭素と炭化ケイ
素の多層コーティングを簡便に、短時間で行うことがで
きるセラミック繊維強化セラミックス複合材料の製造方
法を提供することにある。本発明の方法は、通常の恒温
恒圧ＣＶＤ装置を用いる方法であり、大型部品への適用
も可能である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のセラミック繊維強化セラミックス複合材
料の製造方法は、四塩化ケイ素及び炭化水素を主原料と
し希釈ガスとしての不活性ガスと水素とを交互に用いて
炭素の成膜工程と炭化ケイ素の成膜工程を繰り返すこと
により、炭化ケイ素系繊維上又は炭化ケイ素系織物上に
多層コーティングを形成させた後、炭化ケイ素複合化処
理するように構成されている。
めに、本発明のセラミック繊維強化セラミックス複合材
料の製造方法は、四塩化ケイ素及び炭化水素を主原料と
し希釈ガスとしての不活性ガスと水素とを交互に用いて
炭素の成膜工程と炭化ケイ素の成膜工程を繰り返すこと
により、炭化ケイ素系繊維上又は炭化ケイ素系織物上に
多層コーティングを形成させた後、炭化ケイ素複合化処
理するように構成されている。
【０００９】この方法において、炭化ケイ素の成膜工程
と炭素の成膜工程との間に希釈ガスの置換工程を設ける
ことが好ましい。また、炭化ケイ素の成膜工程とガス置
換工程とに圧力差を設けることが好ましい。また、炭化
ケイ素の成膜時間を調整することにより、炭化ケイ素の
膜厚を変化させることができる。また、原料ガス中の四
塩化ケイ素の濃度を高くすることにより、多層コーティ
ング中の炭素膜にＳｉを含有させることができる。例え
ば、原料ガス中の四塩化ケイ素の濃度を徐々に変化させ
ることにより、炭素膜中のＳｉ含有量を傾斜的に変化さ
せることができる。
と炭素の成膜工程との間に希釈ガスの置換工程を設ける
ことが好ましい。また、炭化ケイ素の成膜工程とガス置
換工程とに圧力差を設けることが好ましい。また、炭化
ケイ素の成膜時間を調整することにより、炭化ケイ素の
膜厚を変化させることができる。また、原料ガス中の四
塩化ケイ素の濃度を高くすることにより、多層コーティ
ング中の炭素膜にＳｉを含有させることができる。例え
ば、原料ガス中の四塩化ケイ素の濃度を徐々に変化させ
ることにより、炭素膜中のＳｉ含有量を傾斜的に変化さ
せることができる。
【００１０】本発明の方法においては、恒温恒圧ＣＶＤ
装置を用いて多層コーティングを形成させる。また、繊
維上又は織物上に直接被覆する初層を、炭化水素と不活
性ガスだけで成膜することが好ましい。希釈ガスとして
の不活性ガスとしてはアルゴン、ヘリウム、窒素等が用
いられる。また、炭化水素としては、メタン、エタン、
ブタン、エチレン、プロパン等が用いられる。多層コー
ティングを形成させる温度は９００〜１３００℃、望ま
しくは１０００〜１２５０℃の範囲、圧力は１Pa〜０．
１MPa 、望ましくは１００Pa〜０．１MPa の範囲であ
る。
装置を用いて多層コーティングを形成させる。また、繊
維上又は織物上に直接被覆する初層を、炭化水素と不活
性ガスだけで成膜することが好ましい。希釈ガスとして
の不活性ガスとしてはアルゴン、ヘリウム、窒素等が用
いられる。また、炭化水素としては、メタン、エタン、
ブタン、エチレン、プロパン等が用いられる。多層コー
ティングを形成させる温度は９００〜１３００℃、望ま
しくは１０００〜１２５０℃の範囲、圧力は１Pa〜０．
１MPa 、望ましくは１００Pa〜０．１MPa の範囲であ
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することができる
ものである。図１は本発明の実施の第１形態によるセラ
ミック繊維強化プラスチックス複合材料の製造方法によ
り製造された炭化ケイ素系繊維強化炭化ケイ素複合材料
を示している。炭化ケイ素系繊維の織物１０等を恒温恒
圧ＣＶＤ装置内にセットして、温度９００〜１３００
℃、望ましくは１０００〜１２５０℃、圧力１Pa〜０．
１MPa 、望ましくは１００Pa〜０．１MPa にて、四塩化
ケイ素、炭化水素及び希釈ガスを流して、繊維表面に炭
素と炭化ケイ素の多層コーティングを施す。１２は炭素
膜、１４は炭化ケイ素膜である。炭化ケイ素系繊維とし
ては、ケイ素、炭素の他に酸素やアルミニウム、ジルコ
ニウム、チタン等の金属を含有する繊維を用いることが
できる。
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することができる
ものである。図１は本発明の実施の第１形態によるセラ
ミック繊維強化プラスチックス複合材料の製造方法によ
り製造された炭化ケイ素系繊維強化炭化ケイ素複合材料
を示している。炭化ケイ素系繊維の織物１０等を恒温恒
圧ＣＶＤ装置内にセットして、温度９００〜１３００
℃、望ましくは１０００〜１２５０℃、圧力１Pa〜０．
１MPa 、望ましくは１００Pa〜０．１MPa にて、四塩化
ケイ素、炭化水素及び希釈ガスを流して、繊維表面に炭
素と炭化ケイ素の多層コーティングを施す。１２は炭素
膜、１４は炭化ケイ素膜である。炭化ケイ素系繊維とし
ては、ケイ素、炭素の他に酸素やアルミニウム、ジルコ
ニウム、チタン等の金属を含有する繊維を用いることが
できる。
【００１２】供給する原料ガス中の四塩化ケイ素、炭化
水素及び希釈ガスの濃度は、各々０．０１〜５０％、好
ましくは０．１％〜２０％、０．０１〜５０％、好まし
くは０．１〜２０％、及び１０〜９９．９８％である。
炭化水素ガスとしてはメタン、エタン、ブタン、エチレ
ン、プロパン等を用いることができる。不活性ガスとし
ては、アルゴン、ヘリウム、窒素等を用いることができ
る。９００〜１３００℃、望ましくは１０００〜１２５
０℃において、希釈ガスとして不活性ガスを用いた場合
には、炭素膜が形成され、希釈ガスに水素を添加すると
炭化ケイ素膜を形成することを見いだした。この特性か
ら原料ガス中の希釈ガスを交互に流すことにより、炭素
と炭化ケイ素の多層コーティングを行うことができる。
この炭素膜はほとんどが層状構造を呈している。層間強
度が低い層状構造が好ましく、繊維の引き抜きに寄与す
ることが知られている。
水素及び希釈ガスの濃度は、各々０．０１〜５０％、好
ましくは０．１％〜２０％、０．０１〜５０％、好まし
くは０．１〜２０％、及び１０〜９９．９８％である。
炭化水素ガスとしてはメタン、エタン、ブタン、エチレ
ン、プロパン等を用いることができる。不活性ガスとし
ては、アルゴン、ヘリウム、窒素等を用いることができ
る。９００〜１３００℃、望ましくは１０００〜１２５
０℃において、希釈ガスとして不活性ガスを用いた場合
には、炭素膜が形成され、希釈ガスに水素を添加すると
炭化ケイ素膜を形成することを見いだした。この特性か
ら原料ガス中の希釈ガスを交互に流すことにより、炭素
と炭化ケイ素の多層コーティングを行うことができる。
この炭素膜はほとんどが層状構造を呈している。層間強
度が低い層状構造が好ましく、繊維の引き抜きに寄与す
ることが知られている。
【００１３】また、供給ガス中の四塩化ケイ素の濃度を
上昇させることにより、炭素中にＳｉを含有させること
ができ、耐酸化性の高い炭素膜を形成することができ
る。なお、四塩化ケイ素濃度を徐々に変化させることに
より、炭素膜中のＳｉ含有率が傾斜的に徐々に変化し
て、炭素膜と炭化ケイ素膜との密着性を向上させること
ができる。僅かな水素の添加も炭化ケイ素を生成させる
原因となるため、炭化ケイ素のコーティング後に織物の
空隙の水素をより完全にアルゴン等の不活性ガスと置換
するためのアルゴン等の不活性ガスだけを充填するガス
置換処理工程を入れることもできる。この際に、織物中
の空隙のガスをより完全に置換するために、炭化ケイ素
成膜時の圧力とガス置換処理時の圧力に差を設けて、例
えば炭化ケイ素成膜時の圧力よりもガス置換処理時の圧
力を低くして、織物の空隙中のガス流れを促進させるこ
ともできる。
上昇させることにより、炭素中にＳｉを含有させること
ができ、耐酸化性の高い炭素膜を形成することができ
る。なお、四塩化ケイ素濃度を徐々に変化させることに
より、炭素膜中のＳｉ含有率が傾斜的に徐々に変化し
て、炭素膜と炭化ケイ素膜との密着性を向上させること
ができる。僅かな水素の添加も炭化ケイ素を生成させる
原因となるため、炭化ケイ素のコーティング後に織物の
空隙の水素をより完全にアルゴン等の不活性ガスと置換
するためのアルゴン等の不活性ガスだけを充填するガス
置換処理工程を入れることもできる。この際に、織物中
の空隙のガスをより完全に置換するために、炭化ケイ素
成膜時の圧力とガス置換処理時の圧力に差を設けて、例
えば炭化ケイ素成膜時の圧力よりもガス置換処理時の圧
力を低くして、織物の空隙中のガス流れを促進させるこ
ともできる。
【００１４】前述の工程において、炭化ケイ素膜の成膜
時間を調整することにより、炭化ケイ素膜の厚さを変化
させることもできる。繊維近傍よりも外側の炭化ケイ素
の膜厚を厚くする方が優れた耐久性を示す。また、炭化
ケイ素の膜厚を繊維側より傾斜的に厚くして、応力を緩
和することもできる。炭化ケイ素の厚さは炭素膜の厚さ
とも関係するが、１０nm〜１mm、好ましくは１０nm〜５
００μm である。炭素膜については、繊維に直接被覆す
る初層は、繊維への塩素による損傷を避けるために、四
塩化ケイ素の使用を避けて、炭化水素と不活性ガスだけ
で成膜するのが好ましい。炭素膜厚さは２００nm以下、
好ましくは１〜１００nmである。
時間を調整することにより、炭化ケイ素膜の厚さを変化
させることもできる。繊維近傍よりも外側の炭化ケイ素
の膜厚を厚くする方が優れた耐久性を示す。また、炭化
ケイ素の膜厚を繊維側より傾斜的に厚くして、応力を緩
和することもできる。炭化ケイ素の厚さは炭素膜の厚さ
とも関係するが、１０nm〜１mm、好ましくは１０nm〜５
００μm である。炭素膜については、繊維に直接被覆す
る初層は、繊維への塩素による損傷を避けるために、四
塩化ケイ素の使用を避けて、炭化水素と不活性ガスだけ
で成膜するのが好ましい。炭素膜厚さは２００nm以下、
好ましくは１〜１００nmである。
【００１５】前述の方法で多層コーティングされた繊維
を有する織物から炭化ケイ素複合材料を製造する。これ
らの方法として、ポリマー含浸焼成法：ＰＩＰ（Ｐｏｌ
ｙｍｅｒ Ｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｉｒ
ｏｌｙｓｉｓ）と、気相含浸法：ＣＶＩ（Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ Ｖａｐｏｒ Ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）が知ら
れている。ポリマー含浸焼成法は、例えばポリカルボシ
ラン等の有機ケイ素ポリマーをキシレン等の溶媒に溶解
させてなる溶液に、セラミックス繊維製の補強材を浸し
て、その織糸間にポリマーを含浸させ、乾燥させた後、
高温で焼成して炭化ケイ素の母材を成形させるものであ
る。また、気相含浸法は、補強材であるセラミックス繊
維による織物を炉内で高温に加熱し、減圧雰囲気にて炭
化ケイ素の母材を形成させるものである。例えば炭化ケ
イ素の析出には、前述と同様の四塩化ケイ素と炭化水素
との反応やＭＴＳ（Ｍｅｔｈｙｌｔｒｉｃｈｌｏｒｏｓ
ｉｌａｎｅ、ＣＨ3 ＳｉＣｌ3 ）の熱分解等を用いてい
る。図１における１６はセラミックマトリックスであ
る。
を有する織物から炭化ケイ素複合材料を製造する。これ
らの方法として、ポリマー含浸焼成法：ＰＩＰ（Ｐｏｌ
ｙｍｅｒ Ｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｉｒ
ｏｌｙｓｉｓ）と、気相含浸法：ＣＶＩ（Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ Ｖａｐｏｒ Ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）が知ら
れている。ポリマー含浸焼成法は、例えばポリカルボシ
ラン等の有機ケイ素ポリマーをキシレン等の溶媒に溶解
させてなる溶液に、セラミックス繊維製の補強材を浸し
て、その織糸間にポリマーを含浸させ、乾燥させた後、
高温で焼成して炭化ケイ素の母材を成形させるものであ
る。また、気相含浸法は、補強材であるセラミックス繊
維による織物を炉内で高温に加熱し、減圧雰囲気にて炭
化ケイ素の母材を形成させるものである。例えば炭化ケ
イ素の析出には、前述と同様の四塩化ケイ素と炭化水素
との反応やＭＴＳ（Ｍｅｔｈｙｌｔｒｉｃｈｌｏｒｏｓ
ｉｌａｎｅ、ＣＨ3 ＳｉＣｌ3 ）の熱分解等を用いてい
る。図１における１６はセラミックマトリックスであ
る。
【００１６】
【実施例】以下に実施例及び比較例を示し、本発明の特
徴とするところをより一層明確にする。 実施例１ 約８μm の径を有するＳｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ系繊維を８０
０本束ねた繊維束を恒温恒圧ＣＶＤ装置内にセットし
て、１３．３kPa 、１２００℃にて、メタン０．５L ／
min 、アルゴン１５L ／min 、２０分の炭素成膜の後に
（表１には示していない）、１３．３kPa 、１１００℃
にて表１の条件を４回繰り返した。この結果、初層の約
５０nm炭素層の上に２００nmの炭化ケイ素と約３０nmの
炭素層とを交互に有する多層コーティングを形成させる
ことができた。
徴とするところをより一層明確にする。 実施例１ 約８μm の径を有するＳｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ系繊維を８０
０本束ねた繊維束を恒温恒圧ＣＶＤ装置内にセットし
て、１３．３kPa 、１２００℃にて、メタン０．５L ／
min 、アルゴン１５L ／min 、２０分の炭素成膜の後に
（表１には示していない）、１３．３kPa 、１１００℃
にて表１の条件を４回繰り返した。この結果、初層の約
５０nm炭素層の上に２００nmの炭化ケイ素と約３０nmの
炭素層とを交互に有する多層コーティングを形成させる
ことができた。
【００１７】
【表１】
【００１８】実施例２ Ｓｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ系繊維からなる、厚さ３mmの直交３
次元織物を恒温恒圧ＣＶＤ装置内にセットして、１３．
３kPa 、１２００℃にて、メタン０．５L ／min 、アル
ゴン１５L ／min 、２０分の炭素成膜の後に（表２には
示していない）、１１００℃にて表２の条件を４回繰り
返した。この結果、初層の約５０nm炭素層の上に２００
nmの炭化ケイ素と約２０nmの炭素層とを交互に有する多
層コーティングを形成させることができた。なお、炭化
ケイ素成膜時の圧力を２６．６kPa とし、ガス置換時及
び炭素成膜時の圧力を６．７kPa とした。
次元織物を恒温恒圧ＣＶＤ装置内にセットして、１３．
３kPa 、１２００℃にて、メタン０．５L ／min 、アル
ゴン１５L ／min 、２０分の炭素成膜の後に（表２には
示していない）、１１００℃にて表２の条件を４回繰り
返した。この結果、初層の約５０nm炭素層の上に２００
nmの炭化ケイ素と約２０nmの炭素層とを交互に有する多
層コーティングを形成させることができた。なお、炭化
ケイ素成膜時の圧力を２６．６kPa とし、ガス置換時及
び炭素成膜時の圧力を６．７kPa とした。
【００１９】
【表２】
【００２０】実施例３、比較例１ 実施例２で多層コーティングを施した織物と、比較例と
して、繊維上に５０nmの炭素単層皮膜を有する織物との
２種類の織物を用いて、２６．６kPa 、１１００℃、四
塩化ケイ素１．２L ／min 、水素１５L ／min の条件下
で２０h の炭化ケイ素のＣＶＩ処理を施した後に、ポリ
カルボシランの真空加圧含浸及び窒素雰囲気下での１０
００℃の熱分解処理を５回繰り返して炭化ケイ素繊維強
化炭化ケイ素複合材料を試作した。試作した複合材料を
大気中で１３００℃、３０分保持の加熱・空冷を１００
回繰り返す熱サイクルを与えた後に、曲げ試験を行っ
た。多層コーティングを施工した複合材料では繊維の引
き抜きが生じたが、比較例としての炭素単層コーティン
グの複合材料では繊維の引き抜きが見られず、脆くなっ
た。
して、繊維上に５０nmの炭素単層皮膜を有する織物との
２種類の織物を用いて、２６．６kPa 、１１００℃、四
塩化ケイ素１．２L ／min 、水素１５L ／min の条件下
で２０h の炭化ケイ素のＣＶＩ処理を施した後に、ポリ
カルボシランの真空加圧含浸及び窒素雰囲気下での１０
００℃の熱分解処理を５回繰り返して炭化ケイ素繊維強
化炭化ケイ素複合材料を試作した。試作した複合材料を
大気中で１３００℃、３０分保持の加熱・空冷を１００
回繰り返す熱サイクルを与えた後に、曲げ試験を行っ
た。多層コーティングを施工した複合材料では繊維の引
き抜きが生じたが、比較例としての炭素単層コーティン
グの複合材料では繊維の引き抜きが見られず、脆くなっ
た。
【００２１】実施例４ 実施例２で用いたものと同じ織物を恒温恒圧ＣＶＤ装置
内にセットして、１３．３kPa 、１１００℃にて、メタ
ン０．５L ／min 、アルゴン１５L ／min 、２０分の炭
素成膜の後に、１１００℃にて表２の条件を２回繰り返
し、さらに表３の条件を２回繰り返した。この結果、織
物内の繊維において初層の約５０nm炭素層の上に約２０
nmの炭素層と２００nmの炭化ケイ素の４層と、約２０nm
の炭素層と４００nmの炭化ケイ素の４層からなる多層コ
ーティングを形成させることができた。すなわち、表３
に示すように、炭化ケイ素成膜時間を表２の場合より５
分間長くして２０分間とし、この結果、炭化ケイ素膜の
厚さが４００nmと厚くなるようにした。
内にセットして、１３．３kPa 、１１００℃にて、メタ
ン０．５L ／min 、アルゴン１５L ／min 、２０分の炭
素成膜の後に、１１００℃にて表２の条件を２回繰り返
し、さらに表３の条件を２回繰り返した。この結果、織
物内の繊維において初層の約５０nm炭素層の上に約２０
nmの炭素層と２００nmの炭化ケイ素の４層と、約２０nm
の炭素層と４００nmの炭化ケイ素の４層からなる多層コ
ーティングを形成させることができた。すなわち、表３
に示すように、炭化ケイ素成膜時間を表２の場合より５
分間長くして２０分間とし、この結果、炭化ケイ素膜の
厚さが４００nmと厚くなるようにした。
【００２２】
【表３】
【００２３】実施例５ 実施例２で多層コーティングを施した織物と実施例４の
多層コーティングを有する織物の２種類の織物を用い
て、２６．６kPa 、１１００℃、四塩化ケイ素１．２L
／min 、水素１５L ／min の条件下で２０h の炭化ケイ
素のＣＶＩ処理を施した後に、ポリカルボシランの真空
加圧含浸及び窒素雰囲気下での１０００℃の熱分解処理
を５回繰り返して炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素複合材
料を試作した。試作した複合材料を大気中で１３００
℃、３０分保持の加熱・空冷を３００回繰り返す熱サイ
クルを与えた後に、曲げ試験を行った。この結果、いず
れの場合も繊維の引き抜きが生じなかった。実施例４の
炭化ケイ素の膜厚を繊維側より外側を厚くした複合材料
では、繊維の引き抜きがより円滑に行われて、脆性がよ
り向上していた。
多層コーティングを有する織物の２種類の織物を用い
て、２６．６kPa 、１１００℃、四塩化ケイ素１．２L
／min 、水素１５L ／min の条件下で２０h の炭化ケイ
素のＣＶＩ処理を施した後に、ポリカルボシランの真空
加圧含浸及び窒素雰囲気下での１０００℃の熱分解処理
を５回繰り返して炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素複合材
料を試作した。試作した複合材料を大気中で１３００
℃、３０分保持の加熱・空冷を３００回繰り返す熱サイ
クルを与えた後に、曲げ試験を行った。この結果、いず
れの場合も繊維の引き抜きが生じなかった。実施例４の
炭化ケイ素の膜厚を繊維側より外側を厚くした複合材料
では、繊維の引き抜きがより円滑に行われて、脆性がよ
り向上していた。
【００２４】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 （１） 原料ガスとして四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4 ）及
び炭化水素を用い、希釈ガスとして水素及び不活性ガス
を用いて、希釈ガスを不活性ガスと水素とに交互に入れ
替えることにより、炭化ケイ素系繊維上又は織物上に、
炭素と炭化ケイ素の多層コーティングを簡便に、かつ短
時間で形成させることができ、セラミック繊維強化セラ
ミックス複合材料の脆性を改善することができる。 （２） 通常の恒温恒圧ＣＶＤ装置を用いて実施するこ
とができ、大型部品への適用も容易である。
で、つぎのような効果を奏する。 （１） 原料ガスとして四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4 ）及
び炭化水素を用い、希釈ガスとして水素及び不活性ガス
を用いて、希釈ガスを不活性ガスと水素とに交互に入れ
替えることにより、炭化ケイ素系繊維上又は織物上に、
炭素と炭化ケイ素の多層コーティングを簡便に、かつ短
時間で形成させることができ、セラミック繊維強化セラ
ミックス複合材料の脆性を改善することができる。 （２） 通常の恒温恒圧ＣＶＤ装置を用いて実施するこ
とができ、大型部品への適用も容易である。
【図１】本発明の実施の第１形態によるセラミック繊維
強化プラスチックス複合材料の製造方法により製造され
た炭化ケイ素系繊維強化炭化ケイ素複合材料を示す断面
図である。
強化プラスチックス複合材料の製造方法により製造され
た炭化ケイ素系繊維強化炭化ケイ素複合材料を示す断面
図である。
１０ 炭化ケイ素系繊維の織物 １２ 炭素膜 １４ 炭化ケイ素膜 １６ セラミックマトリックス
フロントページの続き (72)発明者 秋川 尚史 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 松田 喜宏 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 Ｆターム(参考） 4G001 BA75 BA82 BA86 BB22 BB60 BB86 BC22 BC32 BC45 BC47 BD01 BD04 BE32 4L031 AA24 AA29 AB01 AB32 BA06 CB13
Claims (11)
- 【請求項１】 四塩化ケイ素及び炭化水素を主原料とし
希釈ガスとしての不活性ガスと水素とを交互に用いて炭
素の成膜工程と炭化ケイ素の成膜工程を繰り返すことに
より、炭化ケイ素系繊維上又は炭化ケイ素系織物上に多
層コーティングを形成させた後、炭化ケイ素複合化処理
することを特徴とするセラミック繊維強化セラミックス
複合材料の製造方法。 - 【請求項２】 炭化ケイ素の成膜工程と炭素の成膜工程
との間に希釈ガスの置換工程を設ける請求項１記載のセ
ラミック繊維強化セラミックス複合材料の製造方法。 - 【請求項３】 炭化ケイ素の成膜工程とガス置換工程と
に圧力差を設ける請求項２記載のセラミック繊維強化セ
ラミックス複合材料の製造方法。 - 【請求項４】 炭化ケイ素の成膜時間を調整することに
より、炭化ケイ素の膜厚を変化させる請求項１、２又は
３記載のセラミック繊維強化セラミックス複合材料の製
造方法。 - 【請求項５】 原料ガス中の四塩化ケイ素の濃度を高く
することにより、多層コーティング中の炭素膜にＳｉを
含有させる請求項１〜４のいずれかに記載のセラミック
繊維強化セラミックス複合材料の製造方法。 - 【請求項６】 原料ガス中の四塩化ケイ素の濃度を徐々
に変化させることにより、炭素膜中のＳｉ含有量を傾斜
的に変化させる請求項１〜５のいずれかに記載のセラミ
ック繊維強化セラミックス複合材料の製造方法。 - 【請求項７】 恒温恒圧ＣＶＤ装置を用いて多層コーテ
ィングを形成させる請求項１〜６のいずれかに記載のセ
ラミック繊維強化セラミックス複合材料の製造方法。 - 【請求項８】 繊維上又は織物上に直接被覆する初層
を、炭化水素と不活性ガスだけで成膜する請求項１〜７
のいずれかに記載のセラミック繊維強化セラミックス複
合材料の製造方法。 - 【請求項９】 希釈ガスとしての不活性ガスがアルゴ
ン、ヘリウム及び窒素のいずれかである請求項１〜８の
いずれかに記載のセラミック繊維強化セラミックス複合
材料の製造方法。 - 【請求項１０】 炭化水素がメタン、エタン、ブタン、
エチレン及びプロパンの少なくともいずれかである請求
項１〜９のいずれかに記載のセラミック繊維強化セラミ
ックス複合材料の製造方法。 - 【請求項１１】 多層コーティングを形成させる温度が
９００〜１３００℃の範囲、圧力が１Pa〜０．１MPa の
範囲である請求項１〜１０のいずれかに記載のセラミッ
ク繊維強化セラミックス複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000218187A JP3663118B2 (ja) | 2000-07-19 | 2000-07-19 | セラミック繊維強化セラミックス複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000218187A JP3663118B2 (ja) | 2000-07-19 | 2000-07-19 | セラミック繊維強化セラミックス複合材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002029846A true JP2002029846A (ja) | 2002-01-29 |
| JP3663118B2 JP3663118B2 (ja) | 2005-06-22 |
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ID=18713169
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|---|---|---|---|
| JP2000218187A Expired - Fee Related JP3663118B2 (ja) | 2000-07-19 | 2000-07-19 | セラミック繊維強化セラミックス複合材料の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3663118B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101122696B1 (ko) * | 2010-09-29 | 2012-03-09 | 한국에너지기술연구원 | 섬유강화 탄화규소 복합체의 제조방법 |
| WO2019230958A1 (ja) * | 2018-06-01 | 2019-12-05 | 株式会社Ihi | 複合材料の製造方法 |
| WO2023234264A1 (ja) * | 2022-05-31 | 2023-12-07 | 株式会社Ｉｈｉエアロスペース | セラミックス基複合材料とその製造方法 |
-
2000
- 2000-07-19 JP JP2000218187A patent/JP3663118B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
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|---|---|---|---|---|
| KR101122696B1 (ko) * | 2010-09-29 | 2012-03-09 | 한국에너지기술연구원 | 섬유강화 탄화규소 복합체의 제조방법 |
| WO2019230958A1 (ja) * | 2018-06-01 | 2019-12-05 | 株式会社Ihi | 複合材料の製造方法 |
| JP2019210172A (ja) * | 2018-06-01 | 2019-12-12 | 株式会社Ihi | 複合材料の製造方法 |
| JP7052570B2 (ja) | 2018-06-01 | 2022-04-12 | 株式会社Ihi | 複合材料の製造方法 |
| US11718569B2 (en) | 2018-06-01 | 2023-08-08 | Ihi Corporation | Production method for composite material |
| WO2023234264A1 (ja) * | 2022-05-31 | 2023-12-07 | 株式会社Ｉｈｉエアロスペース | セラミックス基複合材料とその製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3663118B2 (ja) | 2005-06-22 |
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