JP2003321277A

JP2003321277A - セラミックス基複合材料とその製造方法

Info

Publication number: JP2003321277A
Application number: JP2002128051A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Watanabe; 健一郎渡辺; Takashi Yoshida; 吉田　　隆; Takahito Araki; 隆人荒木; Akitatsu Masaki; 彰樹正木
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2003-11-11

Abstract

(57)【要約】【課題】後工程を必要とすることなく、マトリックス
の表面及び亀裂部をガラスで覆うことができ、従ってク
ラック等の非常に狭い隙間にも確実に処理でき、かつ亀
裂等によりマトリックスの酸化が進行し、インターフェ
ース層まで達した場合でも耐酸化性を保持でき、これに
より約１０００℃以上の高温で従来以上に長時間使用可
能なセラミックス基複合材料及びその製造方法を提供す
る。【解決手段】繊維表面処理工程１０とマトリックス形
成工程２０が、インターフェース層及びマトリックス
に、酸化してガラス質となる酸化防止材４を含有させる
工程１４、２４をそれぞれ有する。また、製品表面処理
工程３０が、酸化防止材４の粒子からなる内層５ａを形
成するコーティング工程３２を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、強靱で耐熱性及び
耐酸化性にすぐれたセラミックス基複合材料とその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックスは耐熱性が高いが脆い欠点
があるため、これをセラミックス繊維で強化したセラミ
ックス基複合材料が開発されている。しかしかかるセラ
ミックス基複合材料のじん性が十分ではないため、これ
を強化する手段として、例えば特開昭６３−１２６７１
号に、繊維表面にＣやＢＮの被膜を設けてじん性の強化
を図る技術が開示されている。

【０００３】しかし、特開昭６３−１２６７１号の技術
において、被膜のＣの耐酸化強度は約５００℃程度まで
であり、ＢＮの耐酸化強度は約９００℃程度までであっ
た。そのため、タービン翼、燃焼器、アフターバーナ部
品等のガスタービン部品に適用した場合、約１０００℃
以上で長時間使用されるため特性の劣化が激しい問題点
があった。

【０００４】この問題点を解決するため、例えば、特開
平５−１２４８８４号及び特開平１０−２５９０７０号
が提案されている。特開平５−１２４８８４号の「炭素
繊維／炭素複合材」は、表面に耐酸化皮膜としてＳｉＣ
被膜を形成して高温での耐酸化抵抗を増大させた炭素繊
維／炭素複合材において、ＳｉＣ被膜のシーリング材と
して高温で半溶融状態となる複合酸化物を設けたもので
ある。

【０００５】また、特開平１０−２５９０７０号の「ガ
ラス含浸繊維強化セラミックスおよびその製造方法」
は、無機繊維と、無機繊維を内包して一体的に形成され
外部空間に開放された空隙を有するセラミックスマトリ
ックスと、マトリックスの空隙を塞いで形成されるガラ
スマトリックスとを含んで構成されるガラス含浸繊維強
化セラミックスを、前記空隙にガラス前駆体溶液を含浸
させ熱処理することにより製造するものである。

【０００６】しかし、上述した従来の手段は、いずれも
セラミックスマトリックスを形成した後の工程であるた
め、クラック等の非常に狭い隙間にコーティング又は含
浸できない場合がある。かかる部分は欠陥となり、長時
間の使用状況では耐酸化性又は強度の低下を招く。また
ガラスコーティングが厚くなり重量が増加してしまうと
いう問題もあった。

【０００７】そこで、本発明の発明者等は、先に、無機
繊維により成形された繊維織物と、該織物の繊維間を埋
めるマトリックスとを備えたセラミックス基複合材料で
あって、該マトリックス内に酸化してガラス質となる添
加剤を有する、ことを特徴とするセラミックス基複合材
料とその製造方法を創案し出願した（特開２０００−２
３９０７３）。

【０００８】この発明により、後工程を必要とすること
なく、マトリックスの表面及び亀裂部をガラスで覆うこ
とができ、従ってクラック等の非常に狭い隙間にも確実
に処理でき、これにより約１０００℃以上の高温で長時
間使用可能なセラミックス基複合材料を製造することが
可能となった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開２０００
−２３９０７３によるセラミックス基複合材料は、マト
リックス自体は耐酸化性を有するが、亀裂等によりマト
リックスの酸化が進行し、この亀裂等がインターフェー
ス層まで達してしまうと、繊維表面のインターフェース
層の耐酸化性が低く、繊維の酸化防止効果が急激に低減
してしまう。そのため、複合材料全体としての耐酸化特
性が依然として不十分であった。

【００１０】すなわち、従来のインターフェース層は耐
酸化性を有さず、高温酸化雰囲気中にてマトリックスに
クラックが発生し、インターフェース層まで進展すると
インターフェースの酸化が進行する。このインターフェ
ース層の酸化の進行により、繊維とマトリックスが固着
し、脆性的な破壊により寿命が低下する問題が生じてい
た。なお、この場合のインターフェース層には、繊維に
適当な処理を施すことにより繊維外周部にインターフェ
ースと同等の効果を有する層を形成している場合も該当
する。

【００１１】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、後工
程を必要とすることなく、マトリックスの表面及び亀裂
部をガラスで覆うことができ、従ってクラック等の非常
に狭い隙間にも確実に処理でき、かつ亀裂等によりマト
リックスの酸化が進行し、インターフェース層まで達し
た場合でも耐酸化性を保持でき、これにより約１０００
℃以上の高温で従来以上に長時間使用可能なセラミック
ス基複合材料とその製造方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴はインター
フェース層（２）とマトリックス（３）に酸化してガラ
ス質となる酸化防止材（４）を含有するセラミックス基
複合材料を製造することにある。

【００１３】すなわち、本発明によれば、無機繊維
（１）により成形された繊維織物と、前記繊維の表面を
覆うインターフェース層（２）と、該繊維間の隙間を埋
めるマトリックス（３）とを備えたセラミックス基複合
材料であって、前記インターフェース層及びマトリック
スは、酸化してガラス質となる酸化防止材（４）を含有
する、ことを特徴とするセラミックス基複合材料が提供
される。

【００１４】上記本発明の構成によれば、インターフェ
ース層及びマトリックスが、酸化してガラス質となる酸
化防止材（４）を含有するので、これを加熱することに
より、耐酸化性に優れたガラス質層を内部のあらゆる隙
間（それがたとえ非常に微細な隙間であっても）に形成
することができる。

【００１５】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
インターフェース層（２）は、ＣＶＩで形成される内層
（２ａ）と、酸化防止材（４）の粒子からなる中間層
（２ｂ）と、ＣＶＩで形成される外層（２ｃ）とからな
る。

【００１６】この構成により、ＣＶＩで形成された２枚
の緻密な内層と外層の間に、酸化防止材（４）の粒子か
らなる中間層（２ｂ）が存在するので、亀裂がインター
フェース層（２）の外層にまで達した場合でも、酸化防
止材（４）が酸化しインターフェース層（２）の表面及
び隙間にガラス質層を形成しているのでインターフェー
ス層（２）の耐酸化性を高め、複合材料全体としての耐
酸化特性を高めることができる。

【００１７】前記繊維及びマトリックスの全外表面を覆
う表面コーティング層（５）を備え、該表面コーティン
グ層は、酸化してガラス質となる酸化防止材（４）を含
有する。前記表面コーティング層（５）は、酸化防止材
（４）の粒子からなる内層（５ａ）と、ＣＶＩで形成さ
れる外層（５ｂ）とからなる。

【００１８】この構成により、ＣＶＩで形成された緻密
な外層（５ｂ）の内側に、酸化防止材（４）の粒子から
なる内層（５ａ）が存在し、使用状態において酸化防止
材（４）が酸化して表面コーティング層（５）の表面及
び隙間にガラス質層を形成しているので表面コーティン
グ層（５）の耐酸化性を高め、マトリックスの亀裂の発
生を遅らせることができる。

【００１９】前記酸化防止材（４）は、Ｂ又はＢ₄Ｃの
微粒子である。この構成により、Ｂ又はＢ₄Ｃの微粒子
を酸化雰囲気中で高温焼成して、隙間にガラス質層を形
成することができる。

【００２０】また本発明によれば、繊維織物を構成する
無機繊維の表面にインターフェース層（２）を形成する
繊維表面処理工程（１０）と、前記繊維間にマトリック
ス（３）を形成するマトリックス形成工程（２０）とを
有するセラミックス基複合材料の製造方法において、前
記繊維表面処理工程とマトリックス形成工程は、インタ
ーフェース層及びマトリックスに、酸化してガラス質と
なる酸化防止材（４）を含有させる工程（１４、２４）
をそれぞれ有する、ことを特徴とするセラミックス基複
合材料の製造方法が提供される。

【００２１】上記本発明の方法によれば、酸化してガラ
ス質となる酸化防止材（４）を含有させる工程（１４、
２４）により、インターフェース層及びマトリックス
が、酸化してガラス質となる酸化防止材（４）を含有す
るので、これを加熱することにより、耐酸化性に優れた
ガラス質層を内部のあらゆる隙間（それがたとえ非常に
微細な隙間であっても）に形成することができる。

【００２２】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
繊維表面処理工程（１０）は、ＣＶＩによりインターフ
ェース層（２）の内層（２ａ）を形成する第１ＣＶＩ工
程（１２）と、酸化防止材（４）の粒子からなる中間層
（２ｂ）を形成するコーティング工程（１４）と、ＣＶ
Ｉにより外層（２ｃ）を形成する第２ＣＶＩ工程（１
６）とからなる。

【００２３】この方法により、第１ＣＶＩ工程（１２）
と第２ＣＶＩ工程（１６）で形成された２枚の緻密な内
層と外層の間に、コーティング工程（１４）で形成され
た酸化防止材（４）の粒子からなる中間層（２ｂ）が存
在するので、亀裂がインターフェース層（２）の外層に
まで達した場合でも、酸化防止材（４）が酸化しインタ
ーフェース層（２）の表面及び隙間にガラス質層を形成
しているのでインターフェース層（２）の耐酸化性を高
め、複合材料全体としての耐酸化特性を高めることがで
きる。

【００２４】前記マトリックス形成工程（２０）は、酸
化してガラス質となる酸化防止材（４）を加えた有機ポ
リマーを基材として含浸し焼成する工程（２４、２６）
を有する。

【００２５】この方法によれば、酸化してガラス質とな
る酸化防止材（４）を基材として含浸させるので、含浸
工程（２４）により繊維の間に含浸したマトリックス中
に酸化防止材（４）をほぼ均一に分散させることができ
る。

【００２６】また、焼成工程（２６）において、不活性
ガス中で（例えば約１２００℃以上）の高温焼成により
例えば有機珪素ポリマーの主成分であるＳｉＣマトリッ
クスに転化することができる。この際、マトリックスが
収縮するので、その内部はポーラスになる。

【００２７】前記繊維及びマトリックスの全外表面を覆
う製品表面処理工程（３０）を有し、該製品表面処理工
程は、酸化防止材（４）の粒子からなる内層（５ａ）を
形成するコーティング工程（３２）と、ＣＶＩにより外
層（５ｂ）を形成するＣＶＩ工程（３４）とからなる。

【００２８】この方法により、ＣＶＩ工程（３４）で形
成された緻密な外層（５ｂ）の内側に、コーティング工
程（３２）で形成された酸化防止材（４）の粒子からな
る内層（５ａ）が存在し、使用状態において酸化防止材
（４）が酸化して表面コーティング層（５）の表面及び
隙間にガラス質層を形成しているので表面コーティング
層（５）の耐酸化性を高め、マトリックスの亀裂の発生
を遅らせることができる。

【００２９】前記ＣＶＩは、ＢＮ-ＣＶＩ、Ｃ-ＣＶＩ、
又はＳｉＣ-ＣＶＩである。この方法により、ＢＮ、Ｃ
又はＳｉＣの緻密な層を繊維の表面、インターフェース
層の内部、マトリックスの内部、及び／又は繊維及びマ
トリックスの全外表面に形成できる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。

【００３１】図１は、本発明のセラミックス基複合材料
の製造方法を示すフロー図である。この図に示すよう
に、本発明の方法は、繊維織物成形工程６、繊維表面処
理工程１０、マトリックス形成工程２０、機械加工工程
７及び製品表面処理工程３０からなる。

【００３２】繊維織物成形工程６では、ＳｉＣ繊維１を
用いて所定の形状の繊維織物を成形する。この工程で成
形する形状は、適用するタービン翼、燃焼器、アフター
バーナ部品等のガスタービン部品に適した立体形状であ
るのがよいが、平面形状であってもよい。

【００３３】繊維表面処理工程１０は、この例ではＣ-
ＣＶＩによりＣ（カーボン）の内層２ａを形成する第１
ＣＶＩ工程１２と、Ｂコーティングにより酸化防止材４
（この例でＢ）の粒子からなる中間層２ｂを形成するコ
ーティング工程１４と、Ｃ-ＣＶＩによりＣ（カーボ
ン）の外層２ｃを形成する第２ＣＶＩ工程１６とからな
り、繊維織物を構成する無機繊維１の表面にインターフ
ェース層２を形成する。

【００３４】第１ＣＶＩ工程１２は、ＢＮ−Ｃ-ＣＶＩ
によりＢＮ（窒化ボロン）の内層を形成するようにして
もよい。なお、ＣＶＩとは気相含浸法（Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌＶａｐｏｒＩｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）を意味す
る。

【００３５】コーティングの厚さは、０．１〜１．０μ
ｍ程度であるのがよい。かかるコーティング層は、特開
昭６３−１２６７１号公報に開示されるように、マトリ
ックスと繊維とを分離し繊維のじん性を強化する役割を
果たす。

【００３６】また、コーティング工程１４では、好まし
くは非結晶Ｂ（ボロン）をエタノールで分散させた溶液
内に超音波で振動を与えながら繊維織物を浸し、これを
乾燥させて、表面にＢ粒子のコーティング層を形成す
る。Ｂ粒子のコーティング層はＢＮ（窒化ボロン）の内
層２ａとＣ（カーボン）の外層２ｃとの間にサンドイッ
チされた状態となる。

【００３７】図１に示すように、マトリックス形成工程
２０は、気相含浸工程２２、ポリマー含浸工程２４、及
び不活性焼成工程２６からなる。

【００３８】気相含浸工程２２は、ＣＶＩ法（Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌＶａｐｏｒＩｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ：気
相含浸法）で処理する工程であり、炉内に専用治具で固
定された織物を加熱し、減圧雰囲気にて原料ガスを流入
させてＳｉＣを合成させる。

【００３９】次いで、ポリマー含浸工程２４において、
例えばＢ又はＢ₄Ｃの微粒子を含む有機珪素ポリマーを
キシレン等の溶剤に溶かして気相含浸後の織物に含浸さ
せる。有機珪素ポリマーの主成分はポリカルボシランで
あるのがよい。

【００４０】次いで、これを乾燥させ、更に不活性焼成
工程２６において、不活性ガス（例えば窒素ガス）中で
約１２００℃で高温焼成して有機珪素ポリマーをＳｉＣ
に転化させる。ポリマー含浸工程２４と不活性焼成工程
２６は交互に繰り返して行い、織物の繊維間がＳｉＣで
充填されるまで、例えば４回程度行うのがよい。

【００４１】またこの４回のポリマー含浸工程２４にお
いて、最初は非結晶Ｂ（ボロン）を用い、次いでＢ₄Ｃ
の微粒子を用い、３回と４回は微粒子を含まず有機珪素
ポリマーのみを織物に含浸させるのが特に好ましい。

【００４２】機械加工工程７は、マトリックス形成工程
２０で完成したセラミックス基複合材料を機械加工や表
面研削して、所望のガスタービン部品を製造する工程で
ある。この工程では、例えばダイヤモンド砥石を用いて
所定の形状に加工する。

【００４３】本発明の方法は、更に繊維及びマトリック
スの全外表面を覆う製品表面処理工程３０を有する。図
１において、この製品表面処理工程３０は、酸化防止材
４（この例でＢ₄Ｃ）の粒子からなる内層５ａを形成す
るコーティング工程３２と、ＳｉＣ-ＣＶＩによりＳｉ
Ｃの外層５ｂを形成するＣＶＩ工程３４とからなる。

【００４４】コーティング工程３２では、好ましくはＢ
₄Ｃをエタノールで分散させた溶液内に超音波で振動を
与えながら繊維織物を浸し、これを乾燥させて、表面に
Ｂ₄Ｃ粒子のコーティング層を形成する。

【００４５】ＣＶＩ工程３４ではＳｉＣ-ＣＶＩを実施
し、Ｂ₄Ｃ粒子のコーティング層と密着した緻密なＢ₄Ｃ
のコーティング層を形成する。

【００４６】上記本発明の方法によれば、酸化してガラ
ス質となる酸化防止材４を含有させる工程１４、２４に
より、インターフェース層及びマトリックスが、酸化し
てガラス質となる酸化防止材４を含有するので、これを
加熱することにより、耐酸化性に優れたガラス質層を内
部のあらゆる隙間（それがたとえ非常に微細な隙間であ
っても）に形成することができる。

【００４７】また、ＣＶＩ工程３４で形成された緻密な
外層５ｂの内側に、コーティング工程３２で形成された
酸化防止材４の粒子からなる内層５ａが存在し、使用状
態において酸化防止材４が酸化して表面コーティング層
５の表面及び隙間にガラス質層を形成しているので表面
コーティング層５の耐酸化性を高め、マトリックスの亀
裂の発生を遅らせることができる。

【００４８】図２と図３は、本発明と従来のセラミック
ス基複合材料の組織（Ａ）と耐酸化作用（Ｂ）の模式図
である。

【００４９】図２（Ａ）に示すように、本発明のセラミ
ックス基複合材料は、繊維織物を構成する繊維１の表面
を覆うインターフェース層２と、繊維１間の隙間を埋め
るマトリックス３と、繊維及びマトリックスの全外表面
を覆う表面コーティング層５を備える。

【００５０】インターフェース層２は、ＣＶＩで形成さ
れる内層２ａと、酸化防止材４の粒子からなる中間層２
ｂと、ＣＶＩで形成される外層２ｃとからなる。また、
表面コーティング層５は、酸化防止材４の粒子からなる
内層５ａと、ＣＶＩで形成される外層５ｂとからなる。
更に、マトリックス３も、酸化してガラス質となる酸化
防止材４を含有している。なお酸化防止材４は、Ｂ又は
Ｂ₄Ｃの微粒子であるのがよい。

【００５１】図３（Ａ）に示すように、従来は、繊維と
マトリックスの間には単層のインターフェース層がある
だけであった。マトリックス内に酸化してガラス質とな
る添加剤を有する先行出願（特開２０００−２３９０７
３）の場合、マトリックス自体は耐酸化性を有するが、
亀裂等によりマトリックスの酸化が進行し、インターフ
ェース層まで達すると繊維表面のインターフェース層の
耐酸化性が低く、繊維の酸化防止効果が急激に低減して
しまう。

【００５２】これに対して本発明では、図２に示すよう
に、インターフェース層２及びマトリックス３が、酸化
してガラス質となる酸化防止材４を含有するので、これ
を加熱することにより、耐酸化性に優れたガラス質層を
内部のあらゆる隙間（それがたとえ非常に微細な隙間で
あっても）に形成することができる。

【００５３】また、表面コーティング層５のＣＶＩで形
成された緻密な外層５ｂの内側に、酸化防止材４の粒子
からなる内層５ａが存在し、使用状態において酸化防止
材４が酸化して表面コーティング層５の表面及び隙間に
ガラス質層を形成しているので表面コーティング層５の
耐酸化性を高め、マトリックスの亀裂の発生を遅らせる
ことができる。

【００５４】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００５５】図４は、上述した各工程での耐酸化添加剤
が高温大気中でのクリープ寿命に及ぼす効果を比較した
図である。この図において、は耐酸化インターフェー
ス、はマトリックスへの耐酸化材の添加、は機械加
工後のマトリックス外層に耐酸化材をコーティングする
工程である。すなわち、は本発明のインターフェース
層２のみの効果、は本発明のマトリックス３のみの効
果、は本発明の表面コーティング層５のみの効果であ
り、＋で表示したものは、２つ以上の組み合わせであ
る。また縦軸は、同一条件（１２００℃、大気中）にお
けるクリープ寿命（Ｈｒ）である。

【００５６】図５は、の全ての工程を入れて製造
したＣＭＣ（ガラスＣＭＣ）と、ののどの工程も
含まない従来のＣＭＣのクリープ寿命の比較図である。
ガラスＣＭＣは本発明によるセラミックス基複合材料で
あり、従来のＣＭＣは図３に例示したものである。なお
この図で縦軸は応力、横軸はクリープ寿命（Ｈｒ）であ
る。

【００５７】図５から、従来のＣＭＣは１２００℃、大
気中において、７０ＭＰａの応力で０．１時間しかクリ
ープ寿命がなかった。これに対して、本発明のガラスＣ
ＭＣは、７０ＭＰａの同一応力では１００時間を超える
クリープ寿命に達しており、寿命が大幅に増大している
ことがわかる。

【００５８】また、図４から、のインターフェース層
２のみでも、７０ＭＰａの応力で０．２時間にクリープ
寿命が倍増しており、のマトリックス３のみでも、約
１．５時間に１０倍以上伸びている。さらに、＋で
は約１０時間以上（１００倍以上）、＋では１００
時間以上（１０００倍以上）に達しており、本発明のイ
ンターフェース層２、マトリックス３及び表面コーティ
ング層５は、単独でも組み合わせても大きな効果が得ら
れることがわかる。

【００５９】図６は、ＢとＢ₄Ｃをマトリックスに含む
ＣＭＣの耐酸化試験結果である。この図において横軸は
暴露温度、縦軸は重量増加率である。

【００６０】この図から、Ｂの重量増加が大きく、Ｂ₄
Ｃは少ないことがわかる。従って、ＢはＢ₄Ｃに比べて
ガラス化（酸化）しやすいといえる。この特性を利用し
て、上述した実施例では、試験片の外側にはガラス化し
にくいＢ₄Ｃをコーティングしてガラス化による流出に
より耐酸化効果が低減するまでの時間の延長を図った。
また、内部はガラス化しやすいＢをコーティングしてク
ラックシールを確実に十分に行うようにした。

【００６１】上述したように、本発明は酸素と結合して
ガラスを形成する元素または化合物をマトリックス外
層、マトリックス中およびインターフェース層の３箇所
に分散させることにより、クラックをシールする効果を
与えたものである。

【００６２】すなわち、マトリックス中に酸化防止材を
添加するだけでなく、マトリックスと従来のインターフ
ェースの間に酸化防止層を繊維の周囲に形成させ、さら
に従来のインターフェースを外側に１層形成させること
により耐酸化機能を有するインターフェース層を形成さ
せた。また、マトリックスの外側にも、酸化防止材より
なる層を形成した。

【００６３】この構成により、マトリックス外周部に酸
化防止材よりなる耐酸化インターフェース層を追加して
シール性を高めるとともに、酸化防止材添加マトリック
ス層でトラップしきれずに侵入した酸素は耐酸化インタ
ーフェースでさらにストップさせる３段階の耐酸化シス
テムとなっている。この３段階のシステムをとることに
より、耐酸化特性の大幅な向上が可能となる。

【００６４】また、マトリックスクラックを通じて侵入
した酸素をインターフェース部で酸化防止材と反応さ
せ、ガラスを形成させる。形成したガラスはクラックを
シールし、酸素が繊維表面へ侵入することを防止する。
この機構により、素材の脆性的な破壊を防止し、素材寿
命を延長する効果を付与する。

【００６５】さらに酸化防止材は粒状であるため、酸化
防止材の層の上に直接マトリックス層を形成するとクラ
ックが酸化防止材の存在しない部位を伝播する場合があ
るが、本発明では酸化防止材の層の上にインターフェー
スコーティングをさらに実施し、クラックをこの層内で
偏向させることでクラックを通じて侵入した酸素が必ず
酸化防止材に接触するように工夫したことにより、耐酸
化特性を向上する効果を有することが確認された。

【００６６】なお、本発明は上述した実施の形態に限定
されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更でき
ることは勿論である。

【００６７】

【発明の効果】上述したように、本発明のセラミックス
基複合材料とその製造方法は、後工程を必要とすること
なく、マトリックスの表面及び亀裂部をガラスで覆うこ
とができ、従ってクラック等の非常に狭い隙間にも確実
に処理でき、かつ亀裂等によりマトリックスの酸化が進
行し、インターフェース層まで達した場合でも耐酸化性
を保持でき、これにより約１０００℃以上の高温で従来
以上に長時間使用できる、等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミックス基複合材料の製造方法を
示すフロー図である。

【図２】本発明のセラミックス基複合材料の組織と耐酸
化作用の模式図である。

【図３】従来のセラミックス基複合材料の組織と耐酸化
作用の模式図である。

【図４】セラミックス基複合材料のクリープ寿命の比較
図である。

【図５】セラミックス基複合材料のクリープ寿命の別の
比較図である。

【図６】ＢとＢ₄Ｃをマトリックスに含むＣＭＣの耐酸
化試験結果である。

【符号の説明】

１無機繊維、２インターフェース層、２ａ内層、
２ｂ中間層、２ｃ外層、３マトリックス、４酸
化防止材、５表面コーティング層、５ａ内層、５ｂ
外層、６繊維織物成形工程、７機械加工工程、１
０繊維表面処理工程、１２第１ＣＶＩ工程（Ｃ-Ｃ
ＶＩ又はＢ-ＣＶＩ）、１４コーティング工程（Ｂコ
ーティング）、１６第２ＣＶＩ工程（Ｃ-ＣＶＩ）、
２０マトリックス形成工程、２４ポリマー含浸工
程、２６不活性焼成工程、３０製品表面処理工程、
３２コーティング工程（Ｂ₄Ｃコーティング）、３４
ＣＶＩ工程（ＳｉＣ-ＣＶＩ）

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｃ０４Ｂ 35/56 １０１Ｌ (72)発明者荒木隆人東京都西東京市向台町３丁目５番１号石川島播磨重工業株式会社田無工場内 (72)発明者正木彰樹東京都西東京市向台町３丁目５番１号石川島播磨重工業株式会社田無工場内Ｆターム(参考） 3G002 EA05 EA08 EA09 4G001 BA22 BA23 BA33 BA60 BA68 BA77 BA86 BB04 BB22 BB23 BB33 BB60 BB68 BB86 BC32 BC33 BC44 BC45 BC47 BC52 BC54 BC72 BD15 BD16 BE15 BE31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無機繊維（１）により成形された繊維織
物と、前記繊維の表面を覆うインターフェース層（２）
と、該繊維間の隙間を埋めるマトリックス（３）とを備
えたセラミックス基複合材料であって、前記インターフ
ェース層及びマトリックスは、酸化してガラス質となる
酸化防止材（４）を含有する、ことを特徴とするセラミ
ックス基複合材料。
【請求項２】前記インターフェース層（２）は、ＣＶ
Ｉで形成される内層（２ａ）と、酸化防止材（４）の粒
子からなる中間層（２ｂ）と、ＣＶＩで形成される外層
（２ｃ）とからなる、ことを特徴とする請求項１に記載
のセラミックス基複合材料。
【請求項３】前記繊維及びマトリックスの全外表面を
覆う表面コーティング層（５）を備え、該表面コーティ
ング層は、酸化してガラス質となる酸化防止材（４）を
含有する、ことを特徴とする請求項１に記載のセラミッ
クス基複合材料。
【請求項４】前記表面コーティング層（５）は、酸化
防止材（４）の粒子からなる内層（５ａ）と、ＣＶＩで
形成される外層（５ｂ）とからなる、ことを特徴とする
請求項３に記載のセラミックス基複合材料。
【請求項５】前記酸化防止材（４）は、Ｂ又はＢ₄Ｃ
の微粒子である、ことを特徴とする請求項１乃至４のい
ずれかに記載のセラミックス基複合材料。
【請求項６】繊維織物を構成する無機繊維の表面にイ
ンターフェース層（２）を形成する繊維表面処理工程
（１０）と、前記繊維間にマトリックス（３）を形成す
るマトリックス形成工程（２０）とを有するセラミック
ス基複合材料の製造方法において、前記繊維表面処理工程とマトリックス形成工程は、イン
ターフェース層及びマトリックスに、酸化してガラス質
となる酸化防止材（４）を含有させる工程（１４、２
４）をそれぞれ有する、ことを特徴とするセラミックス
基複合材料の製造方法。
【請求項７】前記繊維表面処理工程（１０）は、ＣＶ
Ｉによりインターフェース層（２）の内層（２ａ）を形
成する第１ＣＶＩ工程（１２）と、酸化防止材（４）の
粒子からなる中間層（２ｂ）を形成するコーティング工
程（１４）と、ＣＶＩにより外層（２ｃ）を形成する第
２ＣＶＩ工程（１６）とからなる、ことを特徴とする請
求項６に記載のセラミックス基複合材料の製造方法。
【請求項８】前記マトリックス形成工程（２０）は、
酸化してガラス質となる酸化防止材（４）を加えた有機
ポリマーを基材として含浸し焼成する工程（２４、２
６）を有する、ことを特徴とする請求項６に記載のセラ
ミックス基複合材料の製造方法。
【請求項９】前記繊維及びマトリックスの全外表面を
覆う製品表面処理工程（３０）を有し、該製品表面処理
工程は、酸化防止材（４）の粒子からなる内層（５ａ）
を形成するコーティング工程（３２）と、ＣＶＩにより
外層（５ｂ）を形成するＣＶＩ工程（３４）とからな
る、ことを特徴とする請求項６に記載のセラミックス基
複合材料の製造方法。
【請求項１０】前記ＣＶＩは、ＢＮ-ＣＶＩ、Ｃ-ＣＶ
Ｉ、又はＳｉＣ-ＣＶＩである、ことを特徴とする請求
項６乃至９のいずれかに記載のセラミックス基複合材
料。