JP2002211984A - ＳｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ複合材料の製造方法 - Google Patents
ＳｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ複合材料の製造方法Info
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- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
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- C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 苛酷な環境に曝される宇宙航空用部品，原子
炉隔壁，熱交換器用部品等として好適なＳｉＣ又はＣ繊
維／ＳｉＣ複合材料を提供する。 【構成】 ＳｉＣ又はＣ繊維成形体又は繊維プリフォー
ムを反応ガス供給管の出側開口に密着させ、アルキルク
ロロシラン：水素の体積比０．１〜０．５で気体状アル
キルクロロシラン及び水素ガスを繊維成形体に送り込
み、反応温度９００〜１１００℃でアルキルクロロシラ
ンを熱分解し、熱分解反応で生成したＳｉＣ相でＳｉＣ
又はＣ繊維成形体の空隙を充填する。アルキルクロロシ
ランには、メチルクロロシラン，ジメチルクロロシラ
ン，エチルクロロシラン，プロピルクロロシラン等があ
る。
炉隔壁，熱交換器用部品等として好適なＳｉＣ又はＣ繊
維／ＳｉＣ複合材料を提供する。 【構成】 ＳｉＣ又はＣ繊維成形体又は繊維プリフォー
ムを反応ガス供給管の出側開口に密着させ、アルキルク
ロロシラン：水素の体積比０．１〜０．５で気体状アル
キルクロロシラン及び水素ガスを繊維成形体に送り込
み、反応温度９００〜１１００℃でアルキルクロロシラ
ンを熱分解し、熱分解反応で生成したＳｉＣ相でＳｉＣ
又はＣ繊維成形体の空隙を充填する。アルキルクロロシ
ランには、メチルクロロシラン，ジメチルクロロシラ
ン，エチルクロロシラン，プロピルクロロシラン等があ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温雰囲気においても
高度に安定した高強度を示すＳｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ
複合材料を製造する方法に関する。
高度に安定した高強度を示すＳｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ
複合材料を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】原子力，宇宙航空分野等の特殊環境や極
限環境で使用される材料として、耐熱性，耐摩耗性に優
れたセラミックス系材料が注目されている。セラミック
ス系材料は、過酷な条件に曝される熱交換器，メカニカ
ルシール等の部材としても使用されている。なかでも、
ＳｉＣ，Ｓｉ3Ｎ4等の非酸化物系セラミックスは、高温
雰囲気においても優れた強度を維持する材料である。特
に、ＳｉＣやＣは、強度、耐熱性、高熱伝導性、耐摩耗
性に優れていることに加え、中性子照射によっても長寿
命の放射性核種を生じないことを活用し、宇宙航空用か
ら核融合炉の第１隔壁に至るまでの広範な分野において
有望視されている材料である。
限環境で使用される材料として、耐熱性，耐摩耗性に優
れたセラミックス系材料が注目されている。セラミック
ス系材料は、過酷な条件に曝される熱交換器，メカニカ
ルシール等の部材としても使用されている。なかでも、
ＳｉＣ，Ｓｉ3Ｎ4等の非酸化物系セラミックスは、高温
雰囲気においても優れた強度を維持する材料である。特
に、ＳｉＣやＣは、強度、耐熱性、高熱伝導性、耐摩耗
性に優れていることに加え、中性子照射によっても長寿
命の放射性核種を生じないことを活用し、宇宙航空用か
ら核融合炉の第１隔壁に至るまでの広範な分野において
有望視されている材料である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ＳｉＣは、融点が高く
高温特性に優れているが、それ自体では脆い材料であ
る。そこで、Ｃ繊維やＳｉＣ繊維で強化した複合材料の
開発が進められている。ＳｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ複合
材料は反応焼結法，ホットプレス法等、種々の方法で製
造されているが、気相反応浸透法（ＣＶＩ）によると
き、最終製品に近い任意形状で且つ高強度に成形できる
利点がある。
高温特性に優れているが、それ自体では脆い材料であ
る。そこで、Ｃ繊維やＳｉＣ繊維で強化した複合材料の
開発が進められている。ＳｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ複合
材料は反応焼結法，ホットプレス法等、種々の方法で製
造されているが、気相反応浸透法（ＣＶＩ）によると
き、最終製品に近い任意形状で且つ高強度に成形できる
利点がある。
【０００４】気相反応浸透法（ＣＶＩ）は、クロロシラ
ンの熱分解を利用するものであるが、繊維成形体の内部
にある空隙が一定でない場合、たとえば繊維の織り込み
部分等ではＳｉＣが十分に埋まらないことがある。Ｓｉ
Ｃ相で充填されていない内部空隙は、層間剥離や破壊の
起点になり易いが、従来法では最終的な空隙率を２０体
積％以下に低減することは困難である。
ンの熱分解を利用するものであるが、繊維成形体の内部
にある空隙が一定でない場合、たとえば繊維の織り込み
部分等ではＳｉＣが十分に埋まらないことがある。Ｓｉ
Ｃ相で充填されていない内部空隙は、層間剥離や破壊の
起点になり易いが、従来法では最終的な空隙率を２０体
積％以下に低減することは困難である。
【０００５】そこで、本発明者等は、織物積層材を数十
気圧の高圧で加圧した後で加圧を解除することにより、
空隙サイズを可能な限り一定化する方法を特開平１１−
３３５１７１号公報で紹介した。しかし、ＳｉＣ又はＣ
繊維の織り込み状態によっては、加圧条件の制御によっ
ても空隙サイズの一定化が十分でなく、依然としてＳｉ
Ｃの不足部分が生じることがある。
気圧の高圧で加圧した後で加圧を解除することにより、
空隙サイズを可能な限り一定化する方法を特開平１１−
３３５１７１号公報で紹介した。しかし、ＳｉＣ又はＣ
繊維の織り込み状態によっては、加圧条件の制御によっ
ても空隙サイズの一定化が十分でなく、依然としてＳｉ
Ｃの不足部分が生じることがある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題を解消すべく案出されたものであり、ＳｉＣを形成す
るアルキルクロロシランと還元性キャリアガスである水
素との混合比を制御することにより、９０％以上の緻密
度でＳｉＣ又はＣ繊維積層体にＳｉＣ相を充填でき、Ｓ
ｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ系本来の優れた耐熱性，耐摩耗
性等を活用した複合材料を提供することを目的とする。
題を解消すべく案出されたものであり、ＳｉＣを形成す
るアルキルクロロシランと還元性キャリアガスである水
素との混合比を制御することにより、９０％以上の緻密
度でＳｉＣ又はＣ繊維積層体にＳｉＣ相を充填でき、Ｓ
ｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ系本来の優れた耐熱性，耐摩耗
性等を活用した複合材料を提供することを目的とする。
【０００７】本発明の製造方法は、その目的を達成する
ため、ＳｉＣ又はＣ繊維成形体又は繊維プリフォームの
反応ガス供給側を反応ガス供給管に密着し、アルキルク
ロロシラン：水素の体積比０．１〜０．５で気体状アル
キルクロロシラン及び水素ガスを反応域に送り込み、反
応温度９００〜１１００℃でアルキルクロロシランを熱
分解し、熱分解反応で生成したＳｉＣ相でＳｉＣ又はＣ
繊維成形体の空隙を充填することを特徴とする。予め、
気相反応浸透法でＳｉＣを繊維表面に析出させた繊維プ
リフォームを使用することもできる。
ため、ＳｉＣ又はＣ繊維成形体又は繊維プリフォームの
反応ガス供給側を反応ガス供給管に密着し、アルキルク
ロロシラン：水素の体積比０．１〜０．５で気体状アル
キルクロロシラン及び水素ガスを反応域に送り込み、反
応温度９００〜１１００℃でアルキルクロロシランを熱
分解し、熱分解反応で生成したＳｉＣ相でＳｉＣ又はＣ
繊維成形体の空隙を充填することを特徴とする。予め、
気相反応浸透法でＳｉＣを繊維表面に析出させた繊維プ
リフォームを使用することもできる。
【０００８】反応性ガスであるアルキルクロロシランと
しては、メチルクロロシラン，ジメチルクロロシラン，
エチルクロロシラン，プロピルクロロシラン等が使用さ
れる。アルキルクロロシランを水素ガスと共に９００〜
１０００℃の反応域に送り込むと、アルキルクロロシラ
ンの熱分解反応によって複合材料のマトリックスとなる
ＳｉＣが生成する。
しては、メチルクロロシラン，ジメチルクロロシラン，
エチルクロロシラン，プロピルクロロシラン等が使用さ
れる。アルキルクロロシランを水素ガスと共に９００〜
１０００℃の反応域に送り込むと、アルキルクロロシラ
ンの熱分解反応によって複合材料のマトリックスとなる
ＳｉＣが生成する。
【０００９】
【作用】アルキルクロロシランの熱分解によってＳｉＣ
繊維，Ｃ繊維等の繊維成形体又は繊維プリフォームの内
部空隙をＳｉＣ相で充填する場合、得られる複合材料の
緻密度が低くなることがある。緻密度の低下は、流路抵
抗の少ない個所をアルキルクロロシランが優先的に流れ
る偏流がＳｉＣ相の生成によって一層加速されることに
起因する。なかでも、平織り材，縮子織り等の織込み材
を積層した繊維成形体では、織込み個所が平らでないた
めに空隙が生じ、アルキルクロロシランが偏流しやす
い。繊維を平行に束ねたような圧力を均一に加えて空隙
の大きさを一定にできればアルキルクロロシランの偏流
が防止されるが、圧力印加だけで織込み材の空隙を均一
な大きさにすることは実際的に不可能である。
繊維，Ｃ繊維等の繊維成形体又は繊維プリフォームの内
部空隙をＳｉＣ相で充填する場合、得られる複合材料の
緻密度が低くなることがある。緻密度の低下は、流路抵
抗の少ない個所をアルキルクロロシランが優先的に流れ
る偏流がＳｉＣ相の生成によって一層加速されることに
起因する。なかでも、平織り材，縮子織り等の織込み材
を積層した繊維成形体では、織込み個所が平らでないた
めに空隙が生じ、アルキルクロロシランが偏流しやす
い。繊維を平行に束ねたような圧力を均一に加えて空隙
の大きさを一定にできればアルキルクロロシランの偏流
が防止されるが、圧力印加だけで織込み材の空隙を均一
な大きさにすることは実際的に不可能である。
【００１０】そこで、本発明では、反応器にセットされ
た繊維成形体又は繊維プリフォームに加わる反応ガスの
ガス流動方向に関する圧力分布を制御することにより、
繊維成形体又は繊維プリフォームの内部にＳｉＣ相を均
一に生成成長させ、空隙の残留を抑え、ＳｉＣ又はＣ繊
維／ＳｉＣ複合材料の緻密度を向上させている。具体的
には、図１（ａ）に示すように、円盤状の繊維成形体１
をカーボンプレート２ａ，２ｂに挟んでネジ３を締め付
けることによって繊維成形体１を加圧する。繊維成形体
１に加わる圧力は、ネジ３の締付け力によって１〜３Ｍ
Ｐａの範囲に調整される。カーボンプレート２ａ，２ｂ
には、繊維成形体１に送り込まれるアルキルクロロシラ
ンの流量分布が均等になるように多数のガス通過孔が穿
設されている。
た繊維成形体又は繊維プリフォームに加わる反応ガスの
ガス流動方向に関する圧力分布を制御することにより、
繊維成形体又は繊維プリフォームの内部にＳｉＣ相を均
一に生成成長させ、空隙の残留を抑え、ＳｉＣ又はＣ繊
維／ＳｉＣ複合材料の緻密度を向上させている。具体的
には、図１（ａ）に示すように、円盤状の繊維成形体１
をカーボンプレート２ａ，２ｂに挟んでネジ３を締め付
けることによって繊維成形体１を加圧する。繊維成形体
１に加わる圧力は、ネジ３の締付け力によって１〜３Ｍ
Ｐａの範囲に調整される。カーボンプレート２ａ，２ｂ
には、繊維成形体１に送り込まれるアルキルクロロシラ
ンの流量分布が均等になるように多数のガス通過孔が穿
設されている。
【００１１】繊維成形体１を挟みこんだカーボンプレー
ト２ａ，２ｂは、繊維成形体１以外の個所が密閉状態と
なるようにしてカーボン製の反応ガス供給管４に接着剤
等で固着される。反応ガス供給管４は、Ｏリング５等を
介して器壁６に密着封止される。反応ガス供給管４のガ
ス供給側開口にシールプレート７が装着され、Ｏリング
５を介してシールプレート７に挿通されたカーボンノズ
ル８が反応ガス供給管４の内部に臨んでいる。繊維成形
体１を９００〜１１００℃に維持してカーボンノズル８
からアルキルクロロシランを送り込み、アルキルクロロ
シランの熱分解で析出した僅かなＳｉＣを繊維成形体１
内部に含浸させることにより、析出したＳｉＣでＳｉＣ
又はＣ繊維が結束され、繊維プリフォーム９となる。繊
維プリフォームの作製時間は、約３時間程度に設定され
る。
ト２ａ，２ｂは、繊維成形体１以外の個所が密閉状態と
なるようにしてカーボン製の反応ガス供給管４に接着剤
等で固着される。反応ガス供給管４は、Ｏリング５等を
介して器壁６に密着封止される。反応ガス供給管４のガ
ス供給側開口にシールプレート７が装着され、Ｏリング
５を介してシールプレート７に挿通されたカーボンノズ
ル８が反応ガス供給管４の内部に臨んでいる。繊維成形
体１を９００〜１１００℃に維持してカーボンノズル８
からアルキルクロロシランを送り込み、アルキルクロロ
シランの熱分解で析出した僅かなＳｉＣを繊維成形体１
内部に含浸させることにより、析出したＳｉＣでＳｉＣ
又はＣ繊維が結束され、繊維プリフォーム９となる。繊
維プリフォームの作製時間は、約３時間程度に設定され
る。
【００１２】次いで、繊維プリフォーム９からカーボン
プレート２ａ，２ｂを取り外し、カーボンペースト等の
接着剤１０を用い反応ガス供給管４に繊維プリフォーム
９を直接固着する（図１ｂ）。このとき、ガスリークの
原因となる隙間が反応ガス供給管４と繊維プリフォーム
９との間に生じないように、繊維プリフォーム９を反応
ガス供給管４に密着させる。或いは、比較的均一な内部
空隙をもつ繊維成形体１では、繊維プリフォーム９を経
ることなく、反応ガス供給管４に直接密着させてもよ
い。
プレート２ａ，２ｂを取り外し、カーボンペースト等の
接着剤１０を用い反応ガス供給管４に繊維プリフォーム
９を直接固着する（図１ｂ）。このとき、ガスリークの
原因となる隙間が反応ガス供給管４と繊維プリフォーム
９との間に生じないように、繊維プリフォーム９を反応
ガス供給管４に密着させる。或いは、比較的均一な内部
空隙をもつ繊維成形体１では、繊維プリフォーム９を経
ることなく、反応ガス供給管４に直接密着させてもよ
い。
【００１３】この状態でカーボンノズル８からアルキル
クロロシランを反応ガス供給管４に送り込み、９００〜
１１００℃に加熱された繊維プリフォーム９を通過させ
る。アルキルクロロシランの熱分解によって生成したＳ
ｉＣが繊維プリフォーム９の内部空隙を充填してＳｉＣ
又はＣ繊維／ＳｉＣ複合材料が製造される。ＳｉＣを生
成する気相反応浸透法（ＣＶＩ）を９００〜１１００℃
で２０時間以上継続し、上流側圧力Ｐinと下流側圧力Ｐ
outとの圧力差が６ｋＰａ以上になった時点で気相反応
を終了する。
クロロシランを反応ガス供給管４に送り込み、９００〜
１１００℃に加熱された繊維プリフォーム９を通過させ
る。アルキルクロロシランの熱分解によって生成したＳ
ｉＣが繊維プリフォーム９の内部空隙を充填してＳｉＣ
又はＣ繊維／ＳｉＣ複合材料が製造される。ＳｉＣを生
成する気相反応浸透法（ＣＶＩ）を９００〜１１００℃
で２０時間以上継続し、上流側圧力Ｐinと下流側圧力Ｐ
outとの圧力差が６ｋＰａ以上になった時点で気相反応
を終了する。
【００１４】気相反応の反応温度が低いほど繊維プリフ
ォーム９がＳｉＣで均一に含浸されるが、反応時間が長
くなる。そこで、実用的な観点から気相反応を終了させ
るため、反応温度の下限を９００℃に設定する。他方、
１１００℃を超える反応温度では、ＳｉＣ析出反応が過
度に活発化して上流側と下流側との間でＳｉＣ析出量が
不均一になり、ＳｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ複合材料の平
均密度が低下しやすくなる。
ォーム９がＳｉＣで均一に含浸されるが、反応時間が長
くなる。そこで、実用的な観点から気相反応を終了させ
るため、反応温度の下限を９００℃に設定する。他方、
１１００℃を超える反応温度では、ＳｉＣ析出反応が過
度に活発化して上流側と下流側との間でＳｉＣ析出量が
不均一になり、ＳｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ複合材料の平
均密度が低下しやすくなる。
【００１５】気相反応中、反応ガス供給管４に繊維プリ
フォーム９が密着しているため、繊維プリフォーム９の
各部にアルキルクロロシランが均等な流量分布で送り込
まれ、アルキルクロロシランの偏流が防止される。その
結果、緻密度の高いＳｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ複合材料
が得られる。他方、不充分な密閉構造では上流側圧力Ｐ
inと下流側圧力Ｐoutとの間に圧力差が発生せず、繊維
プリフォーム９の上流側に多量のＳｉＣが析出し、上流
側で閉塞が生じやすくなる。したがって、ＳｉＣは上流
側で多く下流側で少ない析出分布となり、均一な密度の
複合材料が得られがたい。
フォーム９が密着しているため、繊維プリフォーム９の
各部にアルキルクロロシランが均等な流量分布で送り込
まれ、アルキルクロロシランの偏流が防止される。その
結果、緻密度の高いＳｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ複合材料
が得られる。他方、不充分な密閉構造では上流側圧力Ｐ
inと下流側圧力Ｐoutとの間に圧力差が発生せず、繊維
プリフォーム９の上流側に多量のＳｉＣが析出し、上流
側で閉塞が生じやすくなる。したがって、ＳｉＣは上流
側で多く下流側で少ない析出分布となり、均一な密度の
複合材料が得られがたい。
【００１６】反応ガス供給管４に送り込まれるガスは、
アルキルクロロシラン：水素の体積比を０．１〜０．５
に調整した混合気体が使用される。体積比０．１未満で
はアルキルクロロシランの濃度が低すぎ、気相反応が円
滑に進まず実用的でない。反応温度を上げることによっ
て気相反応を促進させることも考えられるが、気相反応
は温度依存性が極めて高く、上流側と下流側とでＳｉＣ
の析出量に差がつきやすくなる。逆に０．５を超える体
積比ではアルキルクロロシランが過剰に供給されること
から、上流側と下流側とでＳｉＣの析出量に差がつきや
すくなる。反応ガス流動方向に関するＳｉＣの析出分布
に大きな差が生じることは、上流側で閉塞が生じやすく
なることを意味し、ＳｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ複合材料
の緻密度を低下させる原因となる。
アルキルクロロシラン：水素の体積比を０．１〜０．５
に調整した混合気体が使用される。体積比０．１未満で
はアルキルクロロシランの濃度が低すぎ、気相反応が円
滑に進まず実用的でない。反応温度を上げることによっ
て気相反応を促進させることも考えられるが、気相反応
は温度依存性が極めて高く、上流側と下流側とでＳｉＣ
の析出量に差がつきやすくなる。逆に０．５を超える体
積比ではアルキルクロロシランが過剰に供給されること
から、上流側と下流側とでＳｉＣの析出量に差がつきや
すくなる。反応ガス流動方向に関するＳｉＣの析出分布
に大きな差が生じることは、上流側で閉塞が生じやすく
なることを意味し、ＳｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ複合材料
の緻密度を低下させる原因となる。
【００１７】
【実施例１】平織りのＳｉＣ繊維織物を７層重ね合わせ
ることにより、厚さ２ｍｍのＳｉＣ繊維積層体を用意し
た。ＳｉＣ繊維積層体を直径４０ｍｍの円盤状に成形し
た後、反応ガス供給管４（図１ａ）に装着し、反応ガス
供給管４を０．１Ｐａまで真空吸引した後、１２００℃
に１時間加熱することによりＳｉＣ繊維に付着している
樹脂を除去した。脱脂された繊維成形体１にカーボンノ
ズル８からメチルトリクロロシランを送り込み、１００
０℃でメチルトリクロロシランの熱分解反応を３時間継
続した後、生成したＳｉＣを含浸させた繊維プリフォー
ム９を作製した。
ることにより、厚さ２ｍｍのＳｉＣ繊維積層体を用意し
た。ＳｉＣ繊維積層体を直径４０ｍｍの円盤状に成形し
た後、反応ガス供給管４（図１ａ）に装着し、反応ガス
供給管４を０．１Ｐａまで真空吸引した後、１２００℃
に１時間加熱することによりＳｉＣ繊維に付着している
樹脂を除去した。脱脂された繊維成形体１にカーボンノ
ズル８からメチルトリクロロシランを送り込み、１００
０℃でメチルトリクロロシランの熱分解反応を３時間継
続した後、生成したＳｉＣを含浸させた繊維プリフォー
ム９を作製した。
【００１８】次いで、繊維プリフォーム９を反応ガス供
給管４に密着し（図１ｂ）、メチルトリクロロシラン
（反応ガス）及び水素（還元性キャリアガス）の混合気
体を流速１リットル／分で真空チャンバに送り込んだ。
このとき、繊維プリフォーム９の上流側圧力Ｐinは１
３．３ｋＰａであり、反応温度は１０００℃であった。
ＳｉＣ繊維積層体の内部に送り込まれたメチルトリクロ
ロシランが熱分解反応し、生成したＳｉＣがＳｉＣ繊維
積層体の内部空隙に析出することにより内部空隙がＳｉ
Ｃ繊維で充填された。気相反応を２０時間継続した後、
作製したＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材料の平均密度を重量
法で測定した。図２の調査結果にみられるように、Ｓｉ
Ｃ繊維／ＳｉＣ複合材料の平均密度は、メチルトリクロ
ロシランと水素ガスとの体積比ＶMTS／ＶHの上昇に伴っ
て上昇しており、ＶMTS／ＶH≒０．１５〜０．２５で９
０％以上の高い密度であった。なかでも、ＶMTS／ＶH＝
０．２３の体積比でメチルトリクロロシラン及び水素ガ
スを流したとき、９２％に達する高緻密度のＳｉＣ繊維
／ＳｉＣ複合材料が得られた。
給管４に密着し（図１ｂ）、メチルトリクロロシラン
（反応ガス）及び水素（還元性キャリアガス）の混合気
体を流速１リットル／分で真空チャンバに送り込んだ。
このとき、繊維プリフォーム９の上流側圧力Ｐinは１
３．３ｋＰａであり、反応温度は１０００℃であった。
ＳｉＣ繊維積層体の内部に送り込まれたメチルトリクロ
ロシランが熱分解反応し、生成したＳｉＣがＳｉＣ繊維
積層体の内部空隙に析出することにより内部空隙がＳｉ
Ｃ繊維で充填された。気相反応を２０時間継続した後、
作製したＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材料の平均密度を重量
法で測定した。図２の調査結果にみられるように、Ｓｉ
Ｃ繊維／ＳｉＣ複合材料の平均密度は、メチルトリクロ
ロシランと水素ガスとの体積比ＶMTS／ＶHの上昇に伴っ
て上昇しており、ＶMTS／ＶH≒０．１５〜０．２５で９
０％以上の高い密度であった。なかでも、ＶMTS／ＶH＝
０．２３の体積比でメチルトリクロロシラン及び水素ガ
スを流したとき、９２％に達する高緻密度のＳｉＣ繊維
／ＳｉＣ複合材料が得られた。
【００１９】
【実施例２】ＳｉＣ繊維（Hi−Nicalon，日本カーボン
株式会社製）の平織り材を繊維プリフォーム９として真
空チャンバにセットした後、実施例１と同様に脱脂し、
種々の体積比ＶMTS／ＶHでメチルトリクロロシラン及び
水素ガスを反応ガス供給管４に送り込み、圧力１３．３
ｋＰａ，反応温度１０００℃，反応時間２０時間でメチ
ルトリクロロシランを熱分解反応し、析出したＳｉＣ相
でプリフォームの内部空隙を充填した。
株式会社製）の平織り材を繊維プリフォーム９として真
空チャンバにセットした後、実施例１と同様に脱脂し、
種々の体積比ＶMTS／ＶHでメチルトリクロロシラン及び
水素ガスを反応ガス供給管４に送り込み、圧力１３．３
ｋＰａ，反応温度１０００℃，反応時間２０時間でメチ
ルトリクロロシランを熱分解反応し、析出したＳｉＣ相
でプリフォームの内部空隙を充填した。
【００２０】作製されたＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材料の
断面を観察し、体積比ＶMTS／ＶH＝０．１２，０．２
３，０．５０の場合をそれぞれ結果を図３（ａ）〜
（ｃ）に示す。密度９２％のＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材
料が得られた体積比ＶMTS／ＶH＝０．２３では、ＳｉＣ
繊維の内部空隙にＳｉＣ相が均一に充填された組織（図
３ｂ）が観察された。このＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材料
から短冊状試験片を切り出して曲げ試験した結果、図４
に示すように再現性の高い曲げ特性を呈する材料である
ことが判った。以上の実施例では、ＳｉＣ繊維を使用し
たが、ＳｉＣ繊維に代えてＣ繊維を用いた場合でも、同
様に緻密度の高いＣ繊維／ＳｉＣ複合材料が作製され
た。
断面を観察し、体積比ＶMTS／ＶH＝０．１２，０．２
３，０．５０の場合をそれぞれ結果を図３（ａ）〜
（ｃ）に示す。密度９２％のＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材
料が得られた体積比ＶMTS／ＶH＝０．２３では、ＳｉＣ
繊維の内部空隙にＳｉＣ相が均一に充填された組織（図
３ｂ）が観察された。このＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材料
から短冊状試験片を切り出して曲げ試験した結果、図４
に示すように再現性の高い曲げ特性を呈する材料である
ことが判った。以上の実施例では、ＳｉＣ繊維を使用し
たが、ＳｉＣ繊維に代えてＣ繊維を用いた場合でも、同
様に緻密度の高いＣ繊維／ＳｉＣ複合材料が作製され
た。
【００２１】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、ＳｉＣ又はＣ繊維成形体又は繊維プリフォームを反
応ガス供給管の出側開口に密着させた状態で所定体積比
でアルキルクロロシラン及び水素の混合気体を送り込む
ことにより、熱分解反応で生成したＳｉＣ相によってＳ
ｉＣ又はＣ繊維の内部空隙を効率よく充填している。こ
の方法によるとき９０％以上の高い緻密度で内部空隙が
充填されるため、ＳｉＣ不足に起因した層間剥離や破断
等の発生が抑制され、優れた耐熱性，耐摩耗性等に優れ
たＳｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ系本来の特性が発現され
る。このようにして得られたＳｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ
複合材料は，従来法による複合材料に比較して緻密度が
極めて高く、曲げ強度に優れ、しかも軽量なことから、
苛酷な環境に曝される宇宙航空用部品，原子炉隔壁，熱
交換器用部品等として広範な分野で使用される。
は、ＳｉＣ又はＣ繊維成形体又は繊維プリフォームを反
応ガス供給管の出側開口に密着させた状態で所定体積比
でアルキルクロロシラン及び水素の混合気体を送り込む
ことにより、熱分解反応で生成したＳｉＣ相によってＳ
ｉＣ又はＣ繊維の内部空隙を効率よく充填している。こ
の方法によるとき９０％以上の高い緻密度で内部空隙が
充填されるため、ＳｉＣ不足に起因した層間剥離や破断
等の発生が抑制され、優れた耐熱性，耐摩耗性等に優れ
たＳｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ系本来の特性が発現され
る。このようにして得られたＳｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ
複合材料は，従来法による複合材料に比較して緻密度が
極めて高く、曲げ強度に優れ、しかも軽量なことから、
苛酷な環境に曝される宇宙航空用部品，原子炉隔壁，熱
交換器用部品等として広範な分野で使用される。
【図１】 カーボンプレートに挟みこんだ繊維成形体
（ａ）に反応ガスを透過させて作製した繊維プリフォー
ムをカーボンホルダに密着させ（ｂ）、繊維プリフォー
ムの内部空隙をＳｉＣで充填したＳｉＣ又はＣ繊維／Ｓ
ｉＣ複合材料を製造する説明図
（ａ）に反応ガスを透過させて作製した繊維プリフォー
ムをカーボンホルダに密着させ（ｂ）、繊維プリフォー
ムの内部空隙をＳｉＣで充填したＳｉＣ又はＣ繊維／Ｓ
ｉＣ複合材料を製造する説明図
【図２】 メチルトリクロロシランと水素ガスとの体積
比が作製されたＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材料の密度に及
ぼす影響を表したグラフ
比が作製されたＳｉＣ繊維／ＳｉＣ複合材料の密度に及
ぼす影響を表したグラフ
【図３】 異なる体積比ＶMTS／ＶHで作製されたＳｉＣ
繊維／ＳｉＣ複合材料の緻密度を示す断面顕微鏡写真
繊維／ＳｉＣ複合材料の緻密度を示す断面顕微鏡写真
【図４】 体積比ＶMTS／ＶH＝０．２３で作製したＳｉ
Ｃ繊維／ＳｉＣ複合材料の曲げ特性を示すグラフ
Ｃ繊維／ＳｉＣ複合材料の曲げ特性を示すグラフ
１：繊維成形体 ２ａ，２ｂ：カーボンプレート
３：ネジ ４：反応ガス供給管 ５：Ｏリング
６：器壁 ７：シールプレート ８：カーボンノズ
ル ９：繊維プリフォーム １０：接着剤 Ｐin：反応ガスの上流側圧力 Ｐout：反応ガスの下
流側圧力
３：ネジ ４：反応ガス供給管 ５：Ｏリング
６：器壁 ７：シールプレート ８：カーボンノズ
ル ９：繊維プリフォーム １０：接着剤 Ｐin：反応ガスの上流側圧力 Ｐout：反応ガスの下
流側圧力
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０４Ｂ 35/56 １０１Ｌ 35/80 Ｂ Ｃ (72)発明者 加藤 雄大 京都府宇治市五ヶ庄 京都大学エネルギー 理工学研究所内 (72)発明者 荒木 弘 茨城県つくば市千現一丁目２番１号 文部 科学省金属材料技術研究所内 (72)発明者 野田 哲二 茨城県つくば市千現一丁目２番１号 文部 科学省金属材料技術研究所内 Ｆターム(参考） 4G001 BA22 BA60 BA77 BA86 BB22 BB86 BC72 BD01 BD12 BE31 4G032 AA52 BA02 GA08
Claims (2)
- 【請求項１】 ＳｉＣ又はＣ繊維成形体又は繊維プリフ
ォームの反応ガス供給側を反応ガス供給管に密着し、ア
ルキルクロロシラン：水素の体積比０．１〜０．５で気
体状アルキルクロロシラン及び水素ガスを反応域に送り
込み、反応温度９００〜１１００℃でアルキルクロロシ
ランを熱分解し、熱分解反応で生成したＳｉＣ相でＳｉ
Ｃ又はＣ繊維成形体の空隙を充填することを特徴とする
ＳｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ複合材料の製造方法。 - 【請求項２】 ＳｉＣ又はＣ繊維の表面にＳｉＣを気相
反応浸透法で析出させた繊維プリフォームを使用する請
求項１記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001007140A JP2002211984A (ja) | 2001-01-16 | 2001-01-16 | ＳｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001007140A JP2002211984A (ja) | 2001-01-16 | 2001-01-16 | ＳｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ複合材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002211984A true JP2002211984A (ja) | 2002-07-31 |
Family
ID=18874928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001007140A Pending JP2002211984A (ja) | 2001-01-16 | 2001-01-16 | ＳｉＣ又はＣ繊維／ＳｉＣ複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002211984A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005306625A (ja) * | 2004-04-16 | 2005-11-04 | Denso Corp | セラミック多孔質板、その製造方法、および製造装置 |
| JP2005320236A (ja) * | 2004-05-03 | 2005-11-17 | Snecma Propulsion Solide | 不透過性耐熱構造複合材料から部品を製造する方法 |
| KR20190068323A (ko) * | 2017-12-08 | 2019-06-18 | 한국세라믹기술원 | 화학 기상 침착 장치 |
| KR20190068316A (ko) * | 2017-12-08 | 2019-06-18 | 한국세라믹기술원 | 화학 기상 침착 장치 |
| KR102024217B1 (ko) * | 2018-09-18 | 2019-09-24 | 한국세라믹기술원 | 화학 기상 침착 장치 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03223180A (ja) * | 1990-01-26 | 1991-10-02 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 複合材料の製造方法 |
| JPH0524956A (ja) * | 1991-07-25 | 1993-02-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 高密度繊維強化複合材料の製造装置および製造方法 |
| JPH0578172A (ja) * | 1991-09-20 | 1993-03-30 | Sekiyu Sangyo Kasseika Center | 超耐環境性炭素繊維強化複合材料及びその製造方法 |
| JPH08198679A (ja) * | 1995-01-18 | 1996-08-06 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | ３次元繊維強化複合材料部品の製造方法 |
| JPH11335171A (ja) * | 1998-05-25 | 1999-12-07 | Natl Res Inst For Metals | セラミックス繊維／ＳｉＣ複合材料の製造方法 |
-
2001
- 2001-01-16 JP JP2001007140A patent/JP2002211984A/ja active Pending
Patent Citations (5)
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| JP4534565B2 (ja) * | 2004-04-16 | 2010-09-01 | 株式会社デンソー | セラミック多孔質の製造方法 |
| JP2005320236A (ja) * | 2004-05-03 | 2005-11-17 | Snecma Propulsion Solide | 不透過性耐熱構造複合材料から部品を製造する方法 |
| KR20190068323A (ko) * | 2017-12-08 | 2019-06-18 | 한국세라믹기술원 | 화학 기상 침착 장치 |
| KR20190068316A (ko) * | 2017-12-08 | 2019-06-18 | 한국세라믹기술원 | 화학 기상 침착 장치 |
| KR102063220B1 (ko) | 2017-12-08 | 2020-01-07 | 한국세라믹기술원 | 화학 기상 침착 장치 |
| KR102063219B1 (ko) | 2017-12-08 | 2020-01-07 | 한국세라믹기술원 | 화학 기상 침착 장치 |
| KR102024217B1 (ko) * | 2018-09-18 | 2019-09-24 | 한국세라믹기술원 | 화학 기상 침착 장치 |
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