JP2012201566A - Inorganic fiber-bonded ceramic component and method for producing the same - Google Patents

Inorganic fiber-bonded ceramic component and method for producing the same Download PDF

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Tsutomu Kodama
努 児玉
Kenji Matsunaga
賢二 松永
Hisao Tanaka
久男 田中
Shohei Mizutsu
翔平 水津
Shinji Kajii
紳二 梶井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inorganic fiber-bonded ceramic component capable of including a complex form with high reliability and accuracy, and a method for producing the component which enables a complex form to be formed without defects such as cracks and chips inexpensively in a short period of time.SOLUTION: The method for producing the inorganic fiber-bonded ceramic component includes electric discharge machining of an inorganic fiber-bonded ceramic which comprises inorganic fibers comprising at least one of an amorphous substance containing Si, M, C and O, and an aggregate of crystalline fine particles containing β-SiC, MC and C and an amorphous substance containing SiOand MO; an inorganic substance comprising at least one of an amorphous substance containing Si and O, and a crystalline substance containing crystalline SiOand MO; and boundary layers composed mainly of C, and an inorganic fiber-bonded ceramic which comprises inorganic fibers composed mainly of a sintered structure of SiC and containing 0.01-1 mass% of O and specific metal atoms, and boundary layers composed mainly of C.

Description

本発明は、緻密で耐熱性が高く破壊抵抗の大きい無機繊維結合セラミックス部品及びその製造方法に関し、特に、1200℃以上の高温に曝され、かつ高い緻密性、及び破壊抵抗を要求される薄肉、中空、細穴、及び湾曲などの複雑な形状を有した精密部品、たとえば、航空宇宙産業用の燃焼器部材や高効率発電用のガスタービン部材などに適用出来る無機繊維結合セラミックス部品及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a dense inorganic fiber-bonded ceramic component having high heat resistance and high fracture resistance and a method for producing the same, and in particular, it is exposed to a high temperature of 1200 ° C. or higher and is required to have high density and fracture resistance. Inorganic fiber-bonded ceramic parts applicable to precision parts having complicated shapes such as hollows, narrow holes, and curves, for example, combustor members for aerospace industry and gas turbine members for high-efficiency power generation, and manufacturing method thereof About.

一般的に緻密な耐熱性セラミックス材料は耐摩耗性や高い破壊強度等の特性を有しており、機械構造材料、特に高温機械部材として注目されている。しかしながら、耐熱性セラミックス材料は金属材料に比べ、硬度が高く脆性という特性を有するため、部品形状に加工する方法としては、切削による機械加工が困難であり、ダイヤモンド工具による研削加工が多用されているが、工具摩耗が激しく、高精度な加工が容易ではなく、コストが高いといった問題が多い。   In general, dense heat-resistant ceramic materials have characteristics such as wear resistance and high fracture strength, and are attracting attention as machine structural materials, particularly high-temperature machine members. However, heat-resistant ceramic materials are harder and more brittle than metal materials, and as a method of processing into parts, machining by cutting is difficult, and grinding with diamond tools is often used. However, there are many problems that tool wear is severe, high-precision processing is not easy, and cost is high.

そのため、導電性を有するセラミックスの部品加工に関しては、放電加工法を用いた複雑形状の部品加工が行われている。この放電加工法は、電極と被加工物との間に短い周期で繰り返されるアーク放電によって被加工物表面の一部を除去する加工方法であり、主として、従来の機械加工技術では加工できなかった硬い材料に適用される。また、放電加工の電極は、被加工物に触れないので、被加工物に作用する加工負荷が非常に小さく、これまで機械加工が困難であった微細形状の加工が可能となる。しかしながら、放電加工を行ったセラミックスは、溶融、凝固を繰り返し行う為、加工表面に熱影響層、残留熱応力および微細亀裂が発生し、耐破壊強度が、放電加工前のものに比べ低下するという欠点が知られている。非特許文献1においては、炭化珪素セラミックスをワイヤ放電加工して、曲げ強度の比較を行ったところ、ワイヤ放電加工前に比べ30〜50%の強度低下が認められている。耐熱性構造材料においては、このような強度低下は重要な欠点となることから、セラミックスの部品加工に放電加工法を選択する大きな妨げとなっている。   For this reason, complex parts processing using an electric discharge machining method is performed for parts processing of conductive ceramics. This electric discharge machining method is a machining method for removing a part of the workpiece surface by arc discharge repeated between the electrode and the workpiece at a short cycle, and could not be machined mainly by conventional machining techniques. Applies to hard materials. In addition, since the electrode for electric discharge machining does not touch the workpiece, the machining load acting on the workpiece is very small, and it becomes possible to machine a fine shape that has been difficult to machine until now. However, ceramics that have undergone electric discharge machining are repeatedly melted and solidified, resulting in a heat-affected layer, residual thermal stress, and microcracking on the processed surface, resulting in reduced fracture resistance compared to that before electric discharge machining. Disadvantages are known. In Non-Patent Document 1, when silicon carbide ceramics are wire-discharge processed and the bending strength is compared, a 30-50% strength reduction is recognized compared to before wire-discharge machining. In heat-resistant structural materials, such a decrease in strength is an important drawback, which greatly hinders the selection of an electrical discharge machining method for ceramic parts.

一方、特許文献1には、高い表面精度と高い破壊抵抗を有する無機繊維結合セラミックスが開示されている。これらは、1300℃以上の高温においても優れた力学的特性を有し、且つ、カーボン繊維強化カーボン基複合材料やセラミックス繊維強化セラミックス基複合材料などの超高温材料と比較すると、緻密性が高く表面平滑性に優れ、炭化ケイ素や窒化ケイに代表される一般的な耐熱性セラミックスに比べ、破壊試験において即時破壊せず、応力−変位曲線が非線形挙動を示し、破壊抵抗が大きいという優れた特徴を有している。このような特徴から、高い寸法精度が必要とされる高温部材への適応が期待されている。   On the other hand, Patent Document 1 discloses an inorganic fiber-bonded ceramic having high surface accuracy and high fracture resistance. These have excellent mechanical properties even at a high temperature of 1300 ° C. or higher, and have a high density compared to ultrahigh temperature materials such as carbon fiber reinforced carbon matrix composites and ceramic fiber reinforced ceramic matrix composites. Excellent smoothness and superior characteristics such as non-instantaneous failure in fracture tests, non-linear behavior in stress-displacement curves, and high fracture resistance compared to general heat resistant ceramics represented by silicon carbide and silicon nitride. Have. Due to these features, application to high temperature members that require high dimensional accuracy is expected.

特開2001−181046号公報JP 2001-181046 A

金子健正他、「高強度絶縁性炭化珪素セラミックスのワイヤ放電加工特性(第2報)放電加工による曲げ強度特性への影響」、電気加工学会全国大会(2007)講演論文集、325頁Takemasa Kaneko et al., “Electrical Discharge Machining Characteristics of High-Strength Insulating Silicon Carbide Ceramics (2nd Report) Effect of Electrical Discharge Machining on Bending Strength Properties”, Proceedings of National Conference on Electrical Machining (2007), p. 325

しかしながら、上記の特許文献1に記載された無機繊維結合セラミックスは、無機繊維の織物やシート状の積層物を高温高圧処理して製造されているため、繊維強化方向と繊維積層方向では材料の特性が異なる性質を有しているという特徴がある。特に繊維積層方向の破壊強度は繊維強化方向に比べて十分ではないため、この無機繊維結合セラミックスを中空、薄肉、細穴、及び湾曲などの複雑形状に部品加工するには、無機繊維結合セラミックスの力学的特性の異方性などを始めとする諸性質の十分な理解と高度な機械加工技術が必要であった。   However, since the inorganic fiber-bonded ceramic described in Patent Document 1 is manufactured by processing high-temperature and high-pressure treatment of a woven fabric or a sheet-like laminate of inorganic fibers, the characteristics of the material in the fiber reinforcement direction and the fiber lamination direction Is characterized by having different properties. In particular, since the fracture strength in the fiber lamination direction is not sufficient compared to the fiber reinforcement direction, in order to process parts of this inorganic fiber-bonded ceramic into complex shapes such as hollow, thin-walled, thin holes, and curved shapes, A thorough understanding of various properties including anisotropy of mechanical properties and advanced machining techniques were necessary.

また、部品形状への機械加工は、ダイヤモンド砥粒を埋め込んだ砥石を用いた研削加工法がほとんどであり、平面研削盤、薄切盤、マシニングセンター等の機械を用いて部品加工を行っている。しかしながら、ダイヤモンド砥石を用いた研削加工法では、上述したように、使用する砥石が高価であること、工具摩耗が激しいこと、複雑な形状の部品加工が困難であり、加工負荷が大きいため加工中に部品が破損してしまう、などの問題点が挙げられる。複雑な形状を有した精密な無機繊維結合セラミックス部品を、損傷させることなく寸法精度良く研削加工するには、例えば、薄肉形状部品の製造においては無機繊維結合セラミックスを構成している繊維材の積層方向にクラックの発生を抑制することが重要であり、積層方向にクラックが発生しない研削加工条件の検討が必須であった。このため正規部品を製造する前に、種々の条件で正規部品と同形状、或いはそれに近い形状の部品を予備加工して、積層方向にクラックが発生せず、かつ加工時間のかからない最適条件を選定していた。この条件選定には、予備素材を作製するための費用、及び期間が必要であった。また、選定された条件は部品への加工負担を抑制した条件である為、通常よりも加工時間が長くなり、製造コストに大きく影響した。また、従来の機械加工では製作できない形状の加工が可能になれば無機繊維結合セラミックス部品の適用範囲は大きく広がることになる。   Moreover, most of the machining to the part shape is a grinding method using a grindstone in which diamond abrasive grains are embedded, and the part is machined using a machine such as a surface grinder, a thin cutting machine, or a machining center. However, in the grinding method using the diamond grindstone, as described above, the grindstone to be used is expensive, the tool wear is severe, the machining of parts having a complicated shape is difficult, and the machining load is large, so the machining is in progress. There are problems such as parts being damaged. To grind precise inorganic fiber-bonded ceramic parts with complex shapes with high dimensional accuracy without damaging them, for example, in the production of thin-walled parts, the lamination of fiber materials constituting inorganic fiber-bonded ceramics It was important to suppress the occurrence of cracks in the direction, and it was essential to study grinding conditions that do not cause cracks in the stacking direction. For this reason, before manufacturing a regular part, pre-process a part with the same shape as or close to that of the regular part under various conditions, and select the optimal conditions that do not cause cracks in the stacking direction and do not require processing time. Was. This selection of conditions required costs and a period for preparing the preliminary material. In addition, since the selected condition is a condition that suppresses the processing load on the part, the processing time is longer than usual, which greatly affects the manufacturing cost. In addition, if it becomes possible to process a shape that cannot be manufactured by conventional machining, the application range of the inorganic fiber bonded ceramic parts will be greatly expanded.

従って、本発明は、耐熱性が高く破壊抵抗の大きい、信頼性や精度の高い薄肉、中空、細穴、及び湾曲などの複雑な形状も含みうる無機繊維結合セラミックス部品、及び短期間に低コストで且つクラックや欠け等の欠陥がなく、複雑形状の形成も可能な該無機繊維結合セラミックス部品の製造方法を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides an inorganic fiber bonded ceramic component that can include complex shapes such as thin wall, hollow, narrow hole, and curve with high heat resistance, high fracture resistance, high reliability and accuracy, and low cost in a short period of time. In addition, an object of the present invention is to provide a method for producing the inorganic fiber-bonded ceramic part which is free from defects such as cracks and chips and can form a complicated shape.

以上の目的を達成するために、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、無機繊維の表面にCを主成分とする境界層が形成された無機繊維結合セラミックスを放電加工することにより、耐熱性が高く破壊抵抗の大きい、信頼性や精度の高い薄肉、中空、細穴、及び湾曲などの複雑な形状も含みうる無機繊維結合セラミックス部品を製造することができることを見出した。   In order to achieve the above object, as a result of intensive studies, the present inventors have conducted electric discharge machining of inorganic fiber-bonded ceramics in which a boundary layer containing C as a main component is formed on the surface of inorganic fibers. It has been found that inorganic fiber-bonded ceramic parts can be manufactured that can include complex shapes such as thin walls, hollows, narrow holes, and curves with high heat resistance and high fracture resistance, high reliability and accuracy.

すなわち本発明は、
(A1)下記(a1)及び(a2)のうち少なくとも1つからなる無機繊維と、
(a1)Si、M、C及びOを含む非晶質物質(MはTi又はZrを示す。以下同じ。)、
(a2)β−SiC、MC及びCを含む結晶質微粒子と、SiO及びMOを含む非晶質物質との集合体、
(A2)前記無機繊維の間隙を充填する、下記(a3)及び(a4)のうち少なくとも1つからなる無機物質と、
(a3)Si及びOを含む非晶質物質、
(a4)結晶質のSiO及びMOを含む結晶質物質、
(A3)上記無機繊維の表面に形成された、Cを主成分とする1〜100nmの境界層と、
から構成される無機繊維結合セラミックスAを放電加工することを特徴とする無機繊維結合セラミックスA部品の製造方法である。
That is, the present invention
(A1) inorganic fibers comprising at least one of the following (a1) and (a2);
(A1) An amorphous material containing Si, M, C and O (M represents Ti or Zr; the same shall apply hereinafter),
(A2) an aggregate of crystalline fine particles containing β-SiC, MC and C and an amorphous material containing SiO 2 and MO 2 ;
(A2) an inorganic substance consisting of at least one of the following (a3) and (a4), which fills the gap between the inorganic fibers;
(A3) an amorphous material containing Si and O,
(A4) a crystalline material containing crystalline SiO 2 and MO 2 ;
(A3) A boundary layer of 1 to 100 nm mainly composed of C formed on the surface of the inorganic fiber;
An inorganic fiber-bonded ceramics A component, characterized by subjecting the inorganic fiber-bonded ceramics A to electrical discharge machining.

また、本発明は、
(B1)主としてSiCの焼結構造を含む無機繊維であって、0.01〜1質量%のO、及び2A族、3A族及び3B族の金属原子からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属原子を含有する無機繊維と、
(B2)上記無機繊維の表面に形成された、Cを主成分とする1〜100nmの境界層と、
から構成される無機繊維結合セラミックスBを放電加工することを特徴とする無機繊維結合セラミックスB部品の製造方法である。
The present invention also provides:
(B1) An inorganic fiber mainly including a sintered structure of SiC, at least one metal selected from the group consisting of 0.01 to 1% by mass of O, and metal atoms of 2A group, 3A group, and 3B group Inorganic fibers containing atoms;
(B2) a 1 to 100 nm boundary layer mainly composed of C formed on the surface of the inorganic fiber;
An inorganic fiber-bonded ceramic B component produced by subjecting an inorganic fiber-bonded ceramic B to electric discharge machining.

また、本発明は、前記製造方法により得られた無機繊維結合セラミックス部品に関する。   The present invention also relates to an inorganic fiber bonded ceramic part obtained by the above manufacturing method.

以上のように、本発明によれば、無機繊維の表面にCを主成分とする境界層が形成された無機繊維結合セラミックスを放電加工することにより、従来の機械加工法で発生していたクラックや欠け等の欠陥を防止し、信頼性や精度の高い薄肉、中空、細穴、及び湾曲などの複雑な形状の無機繊維結合セラミックス部品を製造することが可能であり、且つ、従来の機械加工法と同等な素材の破壊強度を有することを特徴とする無機繊維結合セラミックス部品の製造方法を提供することができる。   As described above, according to the present invention, the cracks generated in the conventional machining method are produced by electric discharge machining of inorganic fiber-bonded ceramics in which a boundary layer mainly composed of C is formed on the surface of inorganic fibers. It is possible to manufacture inorganic fiber-bonded ceramic parts with complex shapes such as thin wall, hollow, narrow hole, and curved with high reliability and accuracy, and preventing conventional defects such as chipping and chipping. It is possible to provide a method for producing an inorganic fiber-bonded ceramic part, characterized by having a fracture strength of a material equivalent to the above method.

実施例1に係る無機繊維結合セラミックスAの断面を電子顕微鏡で撮影した断面組織写真である。It is the cross-sectional structure | tissue photograph which image | photographed the cross section of the inorganic fiber coupling | bonding ceramics A which concern on Example 1 with the electron microscope. 実施例1及び実施例2に係る無機繊維結合セラミックスA及び無機繊維結合セラミックスBのワイヤ放電加工後の断面を光学顕微鏡で撮影した断面組織写真である。It is the cross-sectional structure | tissue photograph which image | photographed the cross section after the wire electrical discharge machining of the inorganic fiber coupling | bonding ceramics A and the inorganic fiber coupling | bonding ceramics B which concern on Example 1 and Example 2 with the optical microscope. 実施例2に係る無機繊維結合セラミックスBの断面を電子顕微鏡で撮影した断面組織写真である。It is the cross-sectional structure | tissue photograph which image | photographed the cross section of the inorganic fiber coupling | bonding ceramics B which concern on Example 2 with the electron microscope. 実施例2に係る無機繊維結合セラミックスをワイヤ放電加工法によって加工した波板形状部品の写真である。It is a photograph of the corrugated plate-shaped component obtained by processing the inorganic fiber-bonded ceramic according to Example 2 by the wire electric discharge machining method.

本発明において、無機繊維結合セラミックス部品とは、特定の部品に限定される物ではなく、上記無機繊維結合セラミックスを放電加工して形状を持たせた物であり、用途も限定されるものではない。以下、無機繊維結合セラミックスA及びBについてそれぞれ説明する。   In the present invention, the inorganic fiber bonded ceramic component is not limited to a specific component, but is a product obtained by subjecting the inorganic fiber bonded ceramic to electric discharge machining to have a shape, and the application is not limited. . Hereinafter, the inorganic fiber-bonded ceramics A and B will be described.

[無機繊維結合セラミックスA]
まず、本発明に係る無機繊維結合セラミックスA部品に用いられる無機繊維結合セラミックスAについて説明する。無機繊維結合セラミックスAにおいて、(A1)無機繊維を構成する(a1)非晶質物質としては、Si、M、C及びOを含む非晶質物質が挙げられ、実質的にSi、M、C及びOからなる非晶質物質であることが好ましい。以下、MはTi又はZrを示す。
[Inorganic fiber-bonded ceramics A]
First, the inorganic fiber bonded ceramics A used for the inorganic fiber bonded ceramics A part according to the present invention will be described. In the inorganic fiber-bonded ceramic A, (A1) (a1) the amorphous material constituting the inorganic fiber includes an amorphous material containing Si, M, C, and O, and substantially Si, M, C And an amorphous material composed of O and O. Hereinafter, M represents Ti or Zr.

また、(A1)無機繊維を構成する(a2)結晶質微粒子と非晶質物質との集合体としては、β−SiC、MC及びCを含む結晶質微粒子と、SiO及びMOを含む非晶質物質との集合体であることが好ましい。 In addition, (A1) an aggregate of the crystalline fine particles and the amorphous substance constituting the inorganic fiber includes (a2) crystalline fine particles containing β-SiC, MC and C, and non-containing materials containing SiO 2 and MO 2. An aggregate with a crystalline substance is preferable.

(A1)無機繊維は、これら(a1)非晶質物質及び(a2)結晶質微粒子と非晶質物質との集合体の混合物であってもよい。(A1)無機繊維を構成する各元素の割合は、Si:30〜60質量%、M:0.5〜35質量%、好ましくは1〜10質量%、C:25〜40質量%、O:0.01〜30質量%であることが好ましい。(A1)無機繊維の相当直径は一般に5〜20μmである。   The (A1) inorganic fiber may be a mixture of these (a1) amorphous substance and (a2) an aggregate of crystalline fine particles and amorphous substance. (A1) The ratio of each element which comprises an inorganic fiber is Si: 30-60 mass%, M: 0.5-35 mass%, Preferably it is 1-10 mass%, C: 25-40 mass%, O: It is preferable that it is 0.01-30 mass%. (A1) The equivalent diameter of the inorganic fiber is generally 5 to 20 μm.

無機繊維結合セラミックスAにおいて、(A2)無機物質を構成する(a3)非晶質物質としては、Si及びOを含む非晶質物質が挙げられ、実質的にSi及びOからなる非晶質物質であることが好ましく、この非晶質物質には、Mが含まれても良い。   In the inorganic fiber-bonded ceramics A, (A2) (a3) the amorphous material constituting the inorganic material includes an amorphous material containing Si and O, and an amorphous material substantially composed of Si and O Preferably, the amorphous material may contain M.

また、(A2)無機物質を構成する(a4)結晶質物質としては、SiO及びMOを含む結晶質物質が挙げられ、実質的に結晶質のSiO及びMOからなる結晶質物質であることが好ましい。 Further, (A2) the crystalline substance constituting the inorganic substance (a4) includes a crystalline substance containing SiO 2 and MO 2, and is a crystalline substance substantially composed of crystalline SiO 2 and MO 2. Preferably there is.

さらに、(A2)無機物質は、(a5)結晶質微粒子を構成要素として含んでいることが好ましく、(A2)無機物質を構成する(a5)結晶質微粒子としては、100nm以下の粒径のMCを含む結晶質微粒子が挙げられ、実質的に100nm以下の粒径のMCからなる結晶質微粒子であることが好ましい。   Further, (A2) the inorganic substance preferably contains (a5) crystalline fine particles as a constituent element, and (A2) the crystalline fine particles constituting the inorganic substance (a5) have a particle diameter of 100 nm or less. In particular, crystalline fine particles consisting essentially of MC having a particle size of 100 nm or less are preferable.

(A2)無機物質を構成する各元素の割合は、Si:20〜65質量%、M:0.3〜40質量%、好ましくは1〜15質量%、C:30〜55質量%、O:0〜5質量%であることが好ましい。(A2)無機物質は、(A1)無機繊維の間隙を充填するように存在し、無機繊維同士を結合するように作用する。   (A2) The ratio of each element which comprises an inorganic substance is Si: 20-65 mass%, M: 0.3-40 mass%, Preferably it is 1-15 mass%, C: 30-55 mass%, O: It is preferable that it is 0-5 mass%. The (A2) inorganic substance is present so as to fill the gaps between the (A1) inorganic fibers and acts to bind the inorganic fibers.

無機繊維結合セラミックスAにおいて、(A1)無機繊維の表面に形成された(A3)境界層は、実質的にCを主成分とする1〜100nmの境界層であり、この境界層には、100nm以下の粒径のMCからなる結晶質微粒子が分散されても良い。この境界層は、無機繊維結合セラミックスAが破壊される際の滑り層として作用し、亀裂を直進的に進行させないための働きをしている。また、放電加工において被加工材にはある程度の導電率が要求される特性であるが、このCを主成分とする境界層が導電性を有していることから、この無機繊維結合セラミックスAを放電加工するにあたり重要な効果を発揮している。   In the inorganic fiber-bonded ceramics A, (A1) the boundary layer formed on the surface of the inorganic fiber (A3) is a boundary layer of 1 to 100 nm substantially comprising C as a main component. Crystalline fine particles made of MC having the following particle diameter may be dispersed. This boundary layer acts as a sliding layer when the inorganic fiber-bonded ceramic A is broken, and serves to prevent the crack from proceeding straight. In addition, it is a characteristic that a certain degree of electrical conductivity is required for a workpiece in electric discharge machining. Since this boundary layer mainly composed of C has conductivity, this inorganic fiber-bonded ceramic A is It has an important effect on electric discharge machining.

この無機繊維結合セラミックスAは、上記に示した構造を反映して、破壊靭性に優れ、かつ非常に緻密であり、1500℃における強度は室温強度の80%以上の極めて高い力学的特性を維持している。   Reflecting the structure shown above, this inorganic fiber-bonded ceramic A is excellent in fracture toughness and very dense. The strength at 1500 ° C. maintains extremely high mechanical properties of 80% or more of room temperature strength. ing.

[無機繊維結合セラミックスA部品の製造方法]
次に、本発明に係る無機繊維結合セラミックスA部品の製造方法について説明する。本発明に係る無機繊維結合セラミックスA部品の製造方法において、原料となる(A0)無機繊維は、例えば、ジメチルジクロロシランを出発原料とし、これに金属ナトリウムで脱塩素縮合して合成されるポリジメチルシランを、450℃以上で加熱重縮合して合成されるポリカルボシランを前駆体とする。このポリカルボシランを溶融紡糸し、空気中100〜200℃で不融化処理し、さらに引き続いて窒素中1000〜1300℃で焼成することによって、(a01)Si、M、C及びOを含む非晶質物質、(a02)β-SiC、MC及びCを含む結晶質微粒子と、SiO及びMOを含む非晶質物質との集合体、又は(a03)上記(a01)の非晶質物質と上記(a02)の集合体との混合物を含有する無機質物質で構成される(A0)無機繊維を得ることができる。
[Method of manufacturing inorganic fiber-bonded ceramics A part]
Next, the manufacturing method of the inorganic fiber bonded ceramic A component according to the present invention will be described. In the method for producing an inorganic fiber-bonded ceramic A part according to the present invention, the raw material (A0) inorganic fiber is, for example, polydimethyl synthesized using dimethyldichlorosilane as a starting material and dechlorinated with metal sodium. Polycarbosilane synthesized by heat polycondensation of silane at 450 ° C. or higher is used as a precursor. This polycarbosilane is melt-spun, infusibilized at 100 to 200 ° C. in air, and subsequently fired at 1000 to 1300 ° C. in nitrogen, whereby (a01) amorphous containing Si, M, C and O An aggregate of a crystalline material, (a02) crystalline fine particles containing β-SiC, MC and C and an amorphous material containing SiO 2 and MO 2 , or (a03) an amorphous material of (a01) above (A0) inorganic fiber comprised with the inorganic substance containing a mixture with the aggregate | assembly of said (a02) can be obtained.

このような(A0)無機繊維は、例えば特開昭62−289614号公報に記載の方法に従って製造することができ、市販品、例えばチラノ繊維(登録商標:宇部興産(株)製)を用いることもできる。この(A0)無機繊維の相当直径は一般に5〜20μmである。   Such (A0) inorganic fiber can be produced, for example, according to the method described in JP-A-62-289614, and a commercially available product such as Tyranno fiber (registered trademark: manufactured by Ube Industries, Ltd.) is used. You can also. The equivalent diameter of this (A0) inorganic fiber is generally 5 to 20 μm.

次に、(A0)無機繊維を酸化性雰囲気下に、500〜1500℃、好ましくは800〜1200℃の温度範囲で加熱する。酸化性雰囲気としては、空気、純酸素、オゾン、水蒸気、及び炭酸ガスが挙げられる。前記加熱によって、(A0)無機繊維の表面が酸化されて、(A0)無機繊維の表面に(a04)Si及びOを含む非晶質物質、(a05)結晶質のSiO及びMOの少なくとも一つを含む結晶質物質、又は(a06)上記(a04)の非晶質物質と上記(a05)の結晶質物質との混合物を含有する無機質物質で構成される(A02)無機物質が形成される。この(A02)無機物質の厚さは一般に10〜600nmである。 Next, (A0) the inorganic fiber is heated in an oxidizing atmosphere at a temperature of 500 to 1500 ° C., preferably 800 to 1200 ° C. Examples of the oxidizing atmosphere include air, pure oxygen, ozone, water vapor, and carbon dioxide gas. By the heating, (A0) the surface of the inorganic fiber is oxidized, (A0) (a04) an amorphous substance containing Si and O on the surface of the inorganic fiber, (a05) at least of crystalline SiO 2 and MO 2 (A02) an inorganic substance composed of a crystalline substance including one or (a06) an inorganic substance containing a mixture of the amorphous substance (a04) and the crystalline substance (a05). The The thickness of this (A02) inorganic substance is generally 10 to 600 nm.

上記酸化工程を経ることにより、原料となる(A0)無機繊維は、内面層が(A0)無機繊維、表面層が(A02)無機物質から構成される(A01)無機繊維となる。得られた(A01)無機繊維は、内面層が、(a01)Si、M、C及びOを含む非晶質物質、(a02)β-SiC、MC及びCを含む結晶質微粒子と、SiO及びMOを含む非晶質物質との集合体、又は(a03)上記(a01)の非晶質物質と上記(a02)の集合体との混合物を含有する無機質物質で構成され、表面層が(a04)Si及びOを含む非晶質物質、(a05)結晶質のSiO及びMOの少なくとも一つを含む結晶質物質、又は(a06)上記(a04)の非晶質物質と上記(a05)の結晶質物質との混合物を含有する無機質物質で構成され、かつ、表面層の厚さT(単位μm)が下記式(1)を満足する(A01)無機繊維である。内面層としては、例えば(a01)実質的にSi、M、C及びOからなる非晶質物質、(a02)実質的にβ−SiC、MC、β−SiCとMCとの固溶体、MC1−x、及びCのうち1以上からなる結晶質微粒子が分散されたSiO及びMOの非晶質物質、並びに(a03)これら(a01)非晶質物質及び(a02)結晶質微粒子が分散された非晶質物質の混合物の少なくとも一つからなるものを用いることができる。また、表面層の前記(a04)非晶質物質は、さらにMを含んでも良い。 By passing through the oxidation step, the (A0) inorganic fiber used as a raw material becomes an (A01) inorganic fiber in which the inner surface layer is composed of (A0) inorganic fiber and the surface layer is composed of (A02) inorganic substance. The obtained (A01) inorganic fiber has an inner layer (a01) amorphous material containing Si, M, C and O, (a02) crystalline fine particles containing β-SiC, MC and C, and SiO 2. And an amorphous material containing MO 2 or (a03) an inorganic material containing a mixture of the amorphous material (a01) and the aggregate (a02). (A04) an amorphous material containing Si and O, (a05) a crystalline material containing at least one of crystalline SiO 2 and MO 2 , or (a06) the amorphous material of (a04) and the above ( (A01) is an inorganic fiber that is composed of an inorganic material containing a mixture of the crystalline material of a05) and the surface layer thickness T (unit: μm) satisfies the following formula (1). As the inner layer, for example, (a01) an amorphous substance substantially composed of Si, M, C and O, (a02) a substantially solid solution of β-SiC, MC, β-SiC and MC, MC 1− An amorphous substance of SiO 2 and MO 2 in which crystalline fine particles consisting of one or more of x and C are dispersed, and (a03) these (a01) amorphous substances and (a02) crystalline fine particles are dispersed. It is possible to use at least one mixture of amorphous materials. The (a04) amorphous material of the surface layer may further contain M.

このように形成された内面層が(A0)無機繊維及び表面層が(A02)無機物質からなる(A01)無機繊維は、無機繊維結合セラミックスを形成する(A1)無機繊維及び(A2)無機物質と構成元素(物質)及びその割合が同じである。   The inner surface layer thus formed is made of (A0) inorganic fibers and the surface layer is made of (A02) inorganic substances. (A01) inorganic fibers form inorganic fiber-bonded ceramics. (A1) inorganic fibers and (A2) inorganic substances And the constituent elements (substances) and their proportions are the same.

次に、予備成形体(I)を作製する。まず、前述のように製造された内面層及び表面層が(A02)無機物質からなる(A01)無機繊維を織物、繊維を一方向に配向したシート、繊維束、又は連続繊維を切断したチョップ状短繊維の少なくとも1種類の形状に裁断加工し、その形状物を積層して、予備成形体(I)を形成する。   Next, a preform (I) is produced. First, the inner surface layer and the surface layer manufactured as described above are (A02) made of an inorganic substance. (A01) Woven inorganic fibers, sheets in which fibers are oriented in one direction, fiber bundles, or chopped shapes obtained by cutting continuous fibers The short fiber is cut into at least one shape, and the shapes are laminated to form the preform (I).

次に、予備成形体(I)を不活性ガス雰囲気下において加圧焼結することによって、本発明に用いられる無機繊維結合セラミックスAを構成する(A1)無機繊維、(A2)無機物質、及び1〜100nmの(A3)境界層が形成される。不活性ガスとしては、アルゴン及び窒素が挙げられる。焼結温度は、1400〜2000℃、好ましくは1500〜1900℃の範囲の温度である。焼結温度が1400℃より低いと、無機繊維同士の結合が不十分であり、優れた力学的特性を発現することができない。一方、焼結温度が2000℃を超えると、無機繊維の熱分解反応が進行し、均質な無機繊維結合セラミックスAを得ることが困難になる。   Next, the preform (I) is sintered under pressure in an inert gas atmosphere to constitute the inorganic fiber-bonded ceramic A used in the present invention (A1) inorganic fibers, (A2) inorganic substances, and A (A3) boundary layer of 1 to 100 nm is formed. Examples of the inert gas include argon and nitrogen. The sintering temperature is a temperature in the range of 1400 to 2000 ° C, preferably 1500 to 1900 ° C. When the sintering temperature is lower than 1400 ° C., the bonding between the inorganic fibers is insufficient, and excellent mechanical properties cannot be expressed. On the other hand, if the sintering temperature exceeds 2000 ° C., the thermal decomposition reaction of the inorganic fibers proceeds and it becomes difficult to obtain a homogeneous inorganic fiber-bonded ceramic A.

加圧焼結方法としては、成形と焼結を同時に行うホットプレス法、及び熱間等方加圧処理法(HIP法)が挙げられる。   Examples of the pressure sintering method include a hot press method in which molding and sintering are performed simultaneously, and a hot isostatic pressing method (HIP method).

ホットプレス法で焼結を行う場合には、カーボンからなる押型に、離型剤としてカーボン製のシート又は窒化ホウ素をスプレーしたものを用い、不活性ガス雰囲気中において20〜60MPa、好ましくは30〜50MPaの圧力で予備成形体(I)を加圧しながら、同時に加熱し無機繊維結合セラミックスAを得ることができる。   When sintering is performed by a hot press method, a carbon sheet or boron nitride sprayed as a mold release agent is used for the mold made of carbon, and 20 to 60 MPa, preferably 30 to 20 in an inert gas atmosphere. The inorganic fiber-bonded ceramics A can be obtained by simultaneously heating the preformed body (I) at a pressure of 50 MPa and heating it.

HIP法で焼結を行う場合は、ガラス製、又は金属製のカプセル中に予備成形体(I)をセットし、そのカプセル内を真空封入して、不活性ガス雰囲気中において20〜80MPa、好ましくは30〜70MPaの圧力で予備成形体(I)を封入したカプセルに等方圧をかけながら、同時に加熱することによって無機繊維結合セラミックスAを得ることができる。ガラス製のカプセルは、特に限定はないが、耐熱性に優れた溶融石英が好ましい。金属製のカプセルとしては、融点が1400℃以上の金属であり、タンタル、ニオブ等の高融点金属が好ましい。   When sintering by the HIP method, the preform (I) is set in a glass or metal capsule, the inside of the capsule is vacuum-sealed, and 20 to 80 MPa in an inert gas atmosphere, preferably The inorganic fiber-bonded ceramics A can be obtained by simultaneously heating an encapsulated preform (I) at a pressure of 30 to 70 MPa while applying isotropic pressure. The glass capsule is not particularly limited, but fused quartz having excellent heat resistance is preferable. The metal capsule is a metal having a melting point of 1400 ° C. or higher, and a high melting point metal such as tantalum or niobium is preferable.

加圧焼結処理により得られた無機繊維結合セラミックスAを素材から最終部品形状に近い形状まで加工する粗加工は、平面研削盤、薄切盤、又はマシニングセンターによって行う。そして、無機繊維結合セラミックスA素材、又はその素材を最終部品形状に近い形状まで加工した粗加工材の薄肉、中空、細穴、及び湾曲などの複雑形状部の仕上げ加工を、放電加工法によって加工する。もちろん、放電加工法を必要としない単純形状部の加工は、従来の機械加工法で行ってもかまわない。放電加工法には形彫放電加工、ワイヤ放電加工、及び細穴放電加工があり、部品形状によって選択する。この放電加工法を用いることにより、クラックや欠け等の欠陥が発生していない精密な無機繊維結合セラミックスA部品を製造することができる。   Roughing for processing the inorganic fiber-bonded ceramics A obtained by the pressure sintering process from a raw material to a shape close to the final part shape is performed by a surface grinding machine, a thin cutting machine, or a machining center. Then, finish processing of complex shaped parts such as thin, hollow, fine holes, and curved parts of inorganic fiber-bonded ceramics A material or rough processed material that has been processed to a shape close to the shape of the final part by electrical discharge machining To do. Of course, the machining of the simple shape portion that does not require the electric discharge machining method may be performed by a conventional machining method. The electric discharge machining methods include sculpting electric discharge machining, wire electric discharge machining, and fine hole electric discharge machining, which are selected according to the part shape. By using this electric discharge machining method, it is possible to manufacture a precise inorganic fiber-bonded ceramic A part free from defects such as cracks and chips.

[無機繊維結合セラミックスB]
次に、本発明に係る無機繊維結合セラミックスB部品に用いられる無機繊維結合セラミックスBについて説明する。無機繊維結合セラミックスBにおいて、(B1)無機繊維としては、主としてSiCの焼結構造からなる無機繊維が挙げられ、実質的に0.01〜1質量%のO、及び2A族、3A族及び3B族の金属原子からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属原子を含有し、最密充填に極めて近い構造に結合していることが好ましい。
[Inorganic fiber-bonded ceramics B]
Next, the inorganic fiber bonded ceramic B used for the inorganic fiber bonded ceramic B component according to the present invention will be described. In the inorganic fiber-bonded ceramic B, (B1) inorganic fibers include inorganic fibers mainly composed of a sintered structure of SiC, and are substantially 0.01 to 1% by mass of O, 2A group, 3A group, and 3B. Preferably, it contains at least one metal atom selected from the group consisting of group metal atoms and is bonded to a structure very close to closest packing.

SiCの焼結構造からなる無機繊維は、主としてβ−SiCの多結晶焼結構造からなり、β−SiC及びCの結晶質微粒子を含むことが好ましい。Cの微結晶及び/又は極微量のOを含有するβ−SiC結晶粒子同士が粒界第2相を介すことなく焼結した領域ではSiC結晶間の強固な結合が得られる。仮に繊維中で破壊が起こる場合は、少なくとも30%以上の領域でSiCの結晶粒内で進行する。場合によっては、SiC結晶間の粒界破壊領域と粒内破壊領域が混在する。   The inorganic fiber having a sintered structure of SiC mainly has a polycrystalline sintered structure of β-SiC, and preferably contains β-SiC and C crystalline fine particles. In a region where β-SiC crystal particles containing C crystallites and / or a very small amount of O are sintered without intergranular second phase, a strong bond between SiC crystals is obtained. If the fracture occurs in the fiber, it proceeds in the SiC crystal grains in a region of at least 30% or more. In some cases, intergranular fracture regions and intergranular fracture regions between SiC crystals coexist.

(B1)無機繊維は、2A族、3A族及び3B族の金属元素からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属原子を含有する。2A族、3A族及び3B族の金属元素の中では、特にBe、Mg、Y、Ce、B、Alが好ましく、これらはいずれもSiCの焼結助剤として知られているもので、また有機ケイ素ポリマーのSi−H結合と反応し得るキレート化合物やアルコキシド化合物が存在するものである。この金属の割合が過度に少ないと繊維材の十分な結晶性が得られず、その割合が過度に高くなると、粒界破壊が多くなり力学的特性の低下を招くことになる。(B1)無機繊維を構成する元素の割合は、通常、Si:55〜70質量%、C:30〜45質量%、O:0.01〜1質量%、2A族、3A族及び3B族の金属元素:0.05〜4.0質量%、好ましくは、0.1〜2.0質量%である。   (B1) The inorganic fiber contains at least one metal atom selected from the group consisting of 2A group, 3A group, and 3B group metal elements. Among the metal elements of Group 2A, Group 3A and Group 3B, Be, Mg, Y, Ce, B, and Al are particularly preferable, and these are all known as SiC sintering aids, and are organic. There are chelates and alkoxide compounds that can react with Si-H bonds of silicon polymers. If the proportion of this metal is excessively small, sufficient crystallinity of the fiber material cannot be obtained, and if the proportion is excessively high, the grain boundary fracture increases and the mechanical properties are deteriorated. (B1) The ratio of the elements constituting the inorganic fiber is usually Si: 55 to 70% by mass, C: 30 to 45% by mass, O: 0.01 to 1% by mass, 2A group, 3A group, and 3B group. Metal element: 0.05 to 4.0 mass%, preferably 0.1 to 2.0 mass%.

また、無機繊維結合セラミックスBにおいて、(B1)無機繊維の表面に形成された(B2)境界層としては、実質的にCを主成分とする1〜100nmの境界層であることが好ましい。この境界層は、無機繊維結合セラミックスが破壊される際の滑り層として作用し、亀裂を直進的に進行させないための働きをしている。また、放電加工において被加工材にはある程度の導電率が要求される特性であるが、このCを主成分とする境界層が導電性を有しているため、この無機繊維結合セラミックスBを放電加工するにあたり重要な効果を発揮している。   In the inorganic fiber-bonded ceramic B, (B1) the boundary layer formed on the surface of the inorganic fiber (B2) is preferably a boundary layer of 1 to 100 nm substantially containing C as a main component. This boundary layer acts as a sliding layer when the inorganic fiber-bonded ceramic is broken, and serves to prevent the crack from proceeding straight. In addition, it is a characteristic that a certain degree of electrical conductivity is required for the workpiece in electric discharge machining, but since the boundary layer mainly composed of C has conductivity, the inorganic fiber bonded ceramic B is discharged. It has an important effect on processing.

この無機繊維結合セラミックスBは、上記に示した構造を反映して、破壊靭性に優れ、かつ非常に緻密であり、1600℃においても室温強度と同等の極めて高い力学的特性を維持している。   Reflecting the structure shown above, this inorganic fiber-bonded ceramic B is excellent in fracture toughness and very dense, and maintains extremely high mechanical properties equivalent to room temperature strength even at 1600 ° C.

[無機繊維結合セラミックスB部品の製造方法]
次に、本発明に係る無機繊維結合セラミックスB部品の製造方法について説明する。本発明に係る無機繊維結合セラミックスB部品の製造方法において、原料となる(B0)無機繊維は、ケイ素原子に対する炭素原子の割合がモル比で1.5以上であるポリシラン或いはその加熱反応物に、2A族、3A族及び3B族の金属元素からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含有する金属元素含有有機ケイ素重合体を調製する第1行程、金属元素含有有機ケイ素重合体を溶融紡糸して紡糸繊維を得る第2行程、紡糸繊維を酸素含有雰囲気中50〜170℃で加熱して不融化繊維を調製する第3行程、不融化繊維を不活性ガス中で無機化する第4行程によって得ることができる。
それぞれの工程について詳しく説明する。
[Method for producing inorganic fiber-bonded ceramic B part]
Next, the manufacturing method of the inorganic fiber bonded ceramic B component according to the present invention will be described. In the method for producing an inorganic fiber-bonded ceramic B component according to the present invention, the inorganic fiber (B0) used as a raw material is polysilane having a molar ratio of carbon atoms to silicon atoms of 1.5 or more, or a heated reaction product thereof. First step of preparing a metal element-containing organosilicon polymer containing at least one metal element selected from the group consisting of 2A group, 3A group, and 3B group metal elements, melt spinning the metal element-containing organosilicon polymer The second step of obtaining a spun fiber, the third step of preparing the infusible fiber by heating the spun fiber at 50 to 170 ° C. in an oxygen-containing atmosphere, and the fourth step of mineralizing the infusible fiber in an inert gas Can be obtained by:
Each step will be described in detail.

第1工程
第1工程では、前駆重合体である金属含有有機ケイ素重合体を調整する。
ポリシランは、例えば「有機ケイ素化合物の化学」化学同人(1972年)に記載の方法に従い、1種類以上のジクロロシランを、ナトリウムを用いた脱塩素反応させることにより得られる、鎖状又は環状の重合体であり、その数平均分子量は通常300〜1000である。本発明においてポリシランは、ケイ素の側鎖として、水素原子、低級アルキル基、フェニル基又はシリル基を有することができるが、何れの場合も、ケイ素原子に対する炭素原子の割合がモル比で1.5以上であることが必要である。この条件を満足しないと、繊維中の炭素の全てが不融化の際に導入された酸素と共に、焼結に至るまでの昇温過程で炭酸ガスとして脱離し、繊維間の境界炭素層が形成されないので好ましくない。
First Step In the first step, a metal-containing organosilicon polymer that is a precursor polymer is prepared.
Polysilane is a linear or cyclic heavy compound obtained by dechlorinating one or more kinds of dichlorosilane using sodium, for example, according to the method described in “Chemistry of Organosilicon Compounds” Chemistry (1972). The number average molecular weight is usually 300 to 1,000. In the present invention, the polysilane can have a hydrogen atom, a lower alkyl group, a phenyl group or a silyl group as a silicon side chain. In any case, the ratio of carbon atoms to silicon atoms is 1.5 by mole. That is necessary. If this condition is not satisfied, all of the carbon in the fiber is desorbed as carbon dioxide in the temperature rising process until sintering, together with the oxygen introduced during infusibilization, and no boundary carbon layer between the fibers is formed. Therefore, it is not preferable.

本発明においてポリシランは、上記の鎖状又は環状のポリシランを加熱して得られる、ポリシラン結合単位に加えて一部にカルボシラン結合を含む有機ケイ素重合体を包含する。このような有機ケイ素重合体はそれ自体公知の方法で調製することができる。調製法の例としては、鎖状又は環状のポリシランを400〜700℃の比較的高い温度で加熱反応する方法、このポリシランにフェニル基含有ポリボロシロキサンを加えて250〜500℃の比較的低い温度で加熱反応する方法を挙げることができる。こうして得られる有機ケイ素重合体の数平均分子量は通常1000〜5000である。   In the present invention, the polysilane includes an organosilicon polymer partially containing a carbosilane bond, in addition to the polysilane bond unit, obtained by heating the above-mentioned chain or cyclic polysilane. Such an organosilicon polymer can be prepared by a method known per se. Examples of the preparation method include a method in which a linear or cyclic polysilane is heated and reacted at a relatively high temperature of 400 to 700 ° C., a phenyl group-containing polyborosiloxane is added to the polysilane, and a relatively low temperature of 250 to 500 ° C. The method of heating reaction can be mentioned. The number average molecular weight of the organosilicon polymer thus obtained is usually 1000 to 5000.

フェニル基含有ポリボロシロキサンは、特開昭53−42300号公報及び同53−50299号公報に記載の方法に従って調製することができる。例えば、フェニル基含有ポリボロシロキサンは、ホウ酸と1種類以上のジオルガノクロロシランとの脱塩酸縮合反応によって調製することができ、その数平均分子量は通常500〜10000である。フェニル基含有ポリボロシロキサンの添加量は、ポリシラン100重量部に対して通常15重量部以下である。   The phenyl group-containing polyborosiloxane can be prepared according to the method described in JP-A Nos. 53-42300 and 53-50299. For example, a phenyl group-containing polyborosiloxane can be prepared by a dehydrochlorination condensation reaction between boric acid and one or more types of diorganochlorosilane, and the number average molecular weight is usually 500 to 10,000. The addition amount of the phenyl group-containing polyborosiloxane is usually 15 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the polysilane.

ポリシランに対して、2A族、3A族及び3B族の金属元素を含有する化合物の所定量を添加し、不活性ガス中、通常250〜350℃の範囲の温度で1〜10時間反応することにより、金属元素含有有機ケイ素重合体を調製することができる。上記金属元素は、最終的に得られる無機繊維結合セラミックスBを構成する(B1)無機繊維中の金属元素の含有割合が0.05〜4.0質量%になる割合で使用され、具体的割合は本発明の教示に従って当業者が適宜に決定することができる。また、上記の金属元素含有有機ケイ素重合体は、ポリシランのケイ素原子の少なくとも一部が、金属原子と酸素原子を介してあるいは介さずに結合された構造を有する、橋かけ重合体である。   By adding a predetermined amount of a compound containing a metal element of 2A group, 3A group and 3B group to polysilane and reacting in an inert gas at a temperature usually in the range of 250 to 350 ° C. for 1 to 10 hours A metal element-containing organosilicon polymer can be prepared. The above-mentioned metal element is used in such a ratio that the content ratio of the metal element in the inorganic fibers constituting the finally obtained inorganic fiber-bonded ceramic B (B1) is 0.05 to 4.0% by mass, and the specific ratio Can be appropriately determined by one skilled in the art according to the teachings of the present invention. The metal element-containing organosilicon polymer is a crosslinked polymer having a structure in which at least a part of silicon atoms of polysilane are bonded with or without metal atoms and oxygen atoms.

第1工程で添加される2A族、3A族及び3B族の金属元素を含有する化合物としては、前記金属元素のアルコキシド、アセチルアセトキシド化合物、カルボニル化合物、シクロペンタジエニル化合物等を用いることができ、例えば、ベリリウムアセチルアセトナート、マグネシウムアセチルアセトナート、イットリウムアセチルアセトナート、セリウムアセチルアセトナート、ほう酸ブトキシド、アルミニウムアセチルアセトナート等を挙げることができる。これらはいずれも、ポリシラン或いはその加熱反応物との反応時に生成する有機ケイ素ポリマー中のSi−H結合と反応して、それぞれの金属元素がSiと直接あるいは他の元素を介して結合した構造を生成し得るものである。   As the compound containing a metal element of Group 2A, Group 3A, and Group 3B added in the first step, an alkoxide, acetylacetoxide compound, carbonyl compound, cyclopentadienyl compound, or the like of the metal element can be used. Examples include beryllium acetylacetonate, magnesium acetylacetonate, yttrium acetylacetonate, cerium acetylacetonate, butanoic acid borate, and aluminum acetylacetonate. These all react with the Si-H bond in the organosilicon polymer produced during the reaction with polysilane or its heated reaction product, and each metal element is bonded to Si directly or via other elements. It can be generated.

第2工程
第2工程においては、金属元素含有有機ケイ素重合体の紡糸繊維を得る。前駆重合体である金属元素含有有機ケイ素重合体を溶融紡糸及び乾式紡糸のようなそれ自体公知の方法によって紡糸し、紡糸繊維を得ることができる。
Second Step In the second step, a spun fiber of a metal element-containing organosilicon polymer is obtained. The metal element-containing organosilicon polymer as a precursor polymer can be spun by a method known per se such as melt spinning and dry spinning to obtain a spun fiber.

第3工程
第3工程においては、紡糸繊維を酸素含有雰囲気中50〜170℃で加熱して不融化繊維を調製する。不融化の目的は、紡糸繊維を構成するポリマー間に酸素原子による橋かけ点を形成させて、後続の無機化工程において不融化繊維が溶融せず、かつ隣接する繊維同士が融着しないようにすることである。酸素含有雰囲気を構成するガスとしては、空気、酸素、オゾンが例示される。不融化時間は不融化温度に依存するが、通常、数分〜30時間である。不融化繊維中の酸素の含有量は8〜16質量%になるようにコントロールすることが望ましい。この酸素の大部分は、次工程の無機化後も繊維中に残存し、最終の焼結に至るまでの昇温過程において、無機繊維中の余剰炭素をCOガスとして脱離させる重要な働きをする。なお、酸素含有量が8質量%より少ない場合は、無機繊維中の余剰炭素が必要以上に残存し、昇温過程においてSiC結晶の回りに偏析して安定化するためβ−SiC結晶同士が粒界第2相を介すことなく焼結することを阻害し、また、16質量%よりも多い時は、無機繊維中の余剰炭素が完全に脱離して繊維間の境界炭素層が生成しない。これらは、いずれも得られる材料の力学的特性に悪影響を及ぼす。
Third Step In the third step, the infusible fiber is prepared by heating the spun fiber at 50 to 170 ° C. in an oxygen-containing atmosphere. The purpose of infusibilization is to form a bridging point by oxygen atoms between the polymers constituting the spun fiber so that the infusible fiber does not melt in the subsequent mineralization step and adjacent fibers do not fuse. It is to be. Examples of the gas constituting the oxygen-containing atmosphere include air, oxygen, and ozone. The infusibilization time depends on the infusibilization temperature, but is usually several minutes to 30 hours. It is desirable to control the oxygen content in the infusible fiber so as to be 8 to 16% by mass. Most of this oxygen remains in the fiber even after mineralization in the next step, and plays an important role in desorbing excess carbon in the inorganic fiber as CO gas in the temperature rising process until the final sintering. To do. When the oxygen content is less than 8% by mass, excess carbon in the inorganic fiber remains more than necessary, and segregates around the SiC crystal in the temperature rising process and stabilizes, so that the β-SiC crystals are separated from each other. Sintering without intervening through the second phase of the interface is inhibited, and when the amount is more than 16% by mass, surplus carbon in the inorganic fiber is completely desorbed and a boundary carbon layer between the fibers is not generated. Both of these adversely affect the mechanical properties of the resulting material.

前記不融化繊維は、さらに不活性雰囲気中で予備加熱することが好ましい。不活性雰囲気を構成するガスとしては、窒素、アルゴンなどを例示することができる。加熱温度は通常150〜800℃であり、加熱時間は数分〜20時間である。不融化繊維を不活性雰囲気中で予備加熱することによって、繊維への酸素の取り込みを防止しつつ、繊維を構成するポリマーの橋かけ反応をより進行させ、前駆重合体からの不融化繊維の優れた伸びを維持しつつ、強度をより向上させることができる、これにより、次工程の無機化を作業性よく安定に行うことができる。   The infusible fiber is preferably preheated in an inert atmosphere. Nitrogen, argon, etc. can be illustrated as gas which comprises inert atmosphere. The heating temperature is usually 150 to 800 ° C., and the heating time is several minutes to 20 hours. By preheating the infusible fiber in an inert atmosphere, while preventing oxygen uptake into the fiber, the cross-linking reaction of the polymer constituting the fiber is further advanced, and the infusible fiber from the precursor polymer is excellent. Thus, the strength can be further improved while maintaining the elongation, whereby the mineralization in the next step can be performed stably with good workability.

第4工程
第4工程においては、不融化繊維を、連続式又は回分式で、アルゴンのような不活性ガス雰囲気中、1000〜1700℃の範囲内の温度で加熱処理して、無機化する。
Fourth Step In the fourth step, the infusible fiber is mineralized by heat treatment at a temperature in the range of 1000 to 1700 ° C. in an inert gas atmosphere such as argon in a continuous or batch manner.

次に、第1工程〜第4工程により得られた(B0)無機繊維より予備成形体(II)を作製する。(B0)無機繊維を織物、繊維を一方向に配向したシート、繊維束、又は連続繊維を切断したチョップ状短繊維の少なくとも1種類の形状に裁断加工し、その形状物を積層して、予備成形体(II)を形成する。   Next, a preform (II) is prepared from the (B0) inorganic fiber obtained in the first to fourth steps. (B0) Inorganic fiber is cut into at least one shape of a woven fabric, a sheet in which the fibers are oriented in one direction, a fiber bundle, or a chopped short fiber obtained by cutting continuous fibers, and the shape is laminated to prepare Formed body (II) is formed.

次に、予備成形体(II)を不活性ガス雰囲気下において加圧焼結することによって、本発明に用いられる無機繊維結合セラミックスBを構成する(B1)無機繊維、1〜100nmの(B2)境界層が形成される。不活性ガスとしては、アルゴン及び窒素が挙げられる。焼結温度は、1500〜2200℃、好ましくは、1700〜2000℃の範囲の温度である。   Next, the preform (II) is sintered under pressure in an inert gas atmosphere to constitute inorganic fiber-bonded ceramics B used in the present invention (B1) inorganic fibers, 1 to 100 nm (B2) A boundary layer is formed. Examples of the inert gas include argon and nitrogen. Sintering temperature is 1500-2200 degreeC, Preferably, it is the temperature of the range of 1700-2000 degreeC.

加圧焼結方法としては、成形と焼結を同時に行うホットプレス法、及び熱間等方加圧処理法(HIP法)が挙げられる。   Examples of the pressure sintering method include a hot press method in which molding and sintering are performed simultaneously, and a hot isostatic pressing method (HIP method).

ホットプレス法で焼結を行う場合には、カーボンからなる押型に、離型剤としてカーボン製のシート又は窒化ホウ素をスプレーしたものを用い、不活性ガス雰囲気中において20〜70MPa、好ましくは30〜60MPaの圧力で予備成形体(II)を加圧しながら同時に加熱し、無機繊維結合セラミックスBを得ることができる。   When sintering is performed by a hot press method, a carbon sheet or boron nitride sprayed as a release agent is used as a mold made of carbon, and 20 to 70 MPa in an inert gas atmosphere, preferably 30 to 30 MPa. The preform (II) is simultaneously heated while being pressurized at a pressure of 60 MPa, whereby the inorganic fiber-bonded ceramic B can be obtained.

HIP法で焼結を行う場合は、ガラス製、又は金属製のカプセル中に予備成形体(II)をセットし、そのカプセル内を真空封入して、不活性ガス雰囲気中において20〜100MPa、好ましくは30〜80MPaの圧力で予備成形体(II)を封入したカプセルに等方圧をかけながら、同時に加熱することによって無機繊維結合セラミックスBを得ることができる。ガラス製のカプセルは、特に限定はないが、耐熱性に優れた溶融石英が好ましい。金属製のカプセルとしては、融点が1400℃以上の金属であり、タンタル、ニオブ等の高融点金属が好ましい。   When sintering by the HIP method, the preform (II) is set in a glass or metal capsule, the inside of the capsule is vacuum-sealed, and 20 to 100 MPa in an inert gas atmosphere, preferably Inorganic fiber-bonded ceramics B can be obtained by simultaneously heating an encapsulated preform (II) at a pressure of 30 to 80 MPa while applying isotropic pressure. The glass capsule is not particularly limited, but fused quartz having excellent heat resistance is preferable. The metal capsule is a metal having a melting point of 1400 ° C. or higher, and a high melting point metal such as tantalum or niobium is preferable.

加圧焼結処理により得られた無機繊維結合セラミックスBを素材から最終部品形状に近い形状まで加工する粗加工は、平面研削盤、薄切盤、又はマシニングセンターによって行う。そして、無機繊維結合セラミックスB素材、又はその素材を最終部品形状に近い形状まで加工した粗加工材の薄肉、中空、細穴、及び湾曲などの複雑形状部の仕上げ加工を、放電加工法によって加工する。もちろん、放電加工法を必要としない単純形状部の加工は、従来の機械加工法で行ってもかまわない。放電加工法には形彫放電加工、ワイヤ放電加工、及び細穴放電加工があり、部品形状によって選択する。この放電加工法を用いることにより、クラックや欠け等の欠陥が発生していない精密な無機繊維結合セラミックスB部品を製造することができる。   Roughing for processing the inorganic fiber-bonded ceramic B obtained by the pressure sintering process from a raw material to a shape close to the final part shape is performed by a surface grinding machine, a thin cutting machine, or a machining center. Then, finish processing of complex shaped parts such as thin, hollow, fine holes, and curved parts of inorganic fiber-bonded ceramic B materials or rough processed materials that have been processed to a shape close to the shape of the final part using the electrical discharge machining method To do. Of course, the machining of the simple shape portion that does not require the electric discharge machining method may be performed by a conventional machining method. The electric discharge machining methods include sculpting electric discharge machining, wire electric discharge machining, and fine hole electric discharge machining, which are selected according to the part shape. By using this electric discharge machining method, it is possible to manufacture a precise inorganic fiber-bonded ceramic B component free from defects such as cracks and chips.

本発明の無機繊維結合セラミックス部品は、前記のようにして得られた耐熱性が高く破壊抵抗の大きく、信頼性や精度の高い、薄肉、中空、細穴、及び湾曲などの複雑な形状も含みうるセラミック部品である。   The inorganic fiber bonded ceramic parts of the present invention include complex shapes such as thin walls, hollows, narrow holes, and curvatures that are obtained as described above, have high heat resistance, high fracture resistance, and high reliability and accuracy. Ceramic parts.

以下に本発明を更に詳しく説明するために実施例を示す。実施例に係る力学的特性は、次のように測定した。
[力学的特性の評価]
テンシロン万能試験機(オリエンテック製:RTC−1310A)を用いて、上部及び下部支点間距離をそれぞれ10mm及び30mmとして4点曲げ強度を求めた。曲げ試験片の形状は、幅4mm、厚さ3mm、長さ40mmとした。曲げ試験におけるクロスヘッドの移動速度は0.5mm/minとした。
Examples are given below to explain the present invention in more detail. The mechanical properties according to the examples were measured as follows.
[Evaluation of mechanical properties]
Using a Tensilon universal testing machine (Orientec: RTC-1310A), the distance between the upper and lower fulcrums was 10 mm and 30 mm, respectively, and the 4-point bending strength was determined. The shape of the bending test piece was 4 mm in width, 3 mm in thickness, and 40 mm in length. The moving speed of the cross head in the bending test was 0.5 mm / min.

(実施例1)
繊維径10μmのチラノ繊維(登録商標:宇部興産(株)製)を1000℃の空気中で15時間加熱処理し表面層と内面層からなる無機繊維を作製した。繊維表面には上記式(1)でa=0.030に相当する平均約300nmの均一な表面層が形成されていた。次に、この無機繊維の繻子織物シートを作製し、90mm×90mmに切断した後、150枚を積層して、カーボンダイス中にセットし、アルゴン雰囲気下、温度1800℃、圧力40MPaでホットプレス成形し、無機繊維結合セラミックスAを得た。得られた無機繊維結合セラミックスAの断面を電子顕微鏡で観察したところ、ボイドや層間クラックがなく非常に緻密であり、Cを主成分とする境界層が繊維表面に均一に生成していた。図1に実施例1に係る無機繊維結合セラミックスAの断面を電子顕微鏡で撮影した断面組織写真を示す。
Example 1
A Tyranno fiber (registered trademark: manufactured by Ube Industries, Ltd.) having a fiber diameter of 10 μm was heat-treated in air at 1000 ° C. for 15 hours to produce inorganic fibers composed of a surface layer and an inner surface layer. A uniform surface layer having an average of about 300 nm corresponding to a = 0.030 in the above formula (1) was formed on the fiber surface. Next, this inorganic fiber insulator woven fabric sheet is prepared, cut into 90 mm × 90 mm, 150 sheets are laminated, set in a carbon die, and hot press molded at a temperature of 1800 ° C. and a pressure of 40 MPa in an argon atmosphere. As a result, an inorganic fiber-bonded ceramic A was obtained. When the cross section of the obtained inorganic fiber-bonded ceramics A was observed with an electron microscope, it was very dense with no voids or interlayer cracks, and a boundary layer composed mainly of C was uniformly formed on the fiber surface. FIG. 1 shows a cross-sectional structure photograph obtained by photographing a cross section of the inorganic fiber-bonded ceramic A according to Example 1 with an electron microscope.

この無機繊維結合セラミックスA素材から薄切盤及び平面研削盤を用いた研削加工法により採取した曲げ試験片の室温強度を測定したところ、平均260MPaであり、更に、1400℃における曲げ強度を測定したところ、室温強度とほぼ同等の平均245MPaであった。   When the room temperature strength of a bending test piece taken from this inorganic fiber-bonded ceramics A material by a grinding method using a thin cutting machine and a surface grinding machine was measured, the average was 260 MPa, and the bending strength at 1400 ° C. was further measured. However, the average was 245 MPa, which was almost equivalent to the room temperature strength.

次に、ワイヤ放電加工による無機繊維結合セラミックスAの強度に及ぼす影響を調べるために、ホットプレス後の無機繊維結合セラミックスAからワイヤ放電加工機(三菱電機(株)製:DWC90SZ)を用いて曲げ試験片を採取した。ワイヤ電極線には直径0.2mmの真鍮ワイヤを使用し、加工送り速度を0.5mm/min、平均加工電圧を64Vとしてワイヤ放電加工を行った。ワイヤ放電加工後の無機繊維結合セラミックスAの断面を光学顕微鏡で観察し、層間クラックの有無を調べたが、クラックは確認されなかった。図2に、実施例1に係る無機繊維結合セラミックスAのワイヤ放電加工後の断面を工学顕微鏡で撮影した断面組織写真を示す。また、ワイヤ放電加工により採取した曲げ試験片の室温での4点曲げ強度を測定したところ、その平均強度は255MPaであり、研削加工法により採取した無機繊維結合セラミックスAの素材強度と同等であり、ワイヤ放電加工による強度変化がないことを確認した。   Next, in order to investigate the effect of wire electric discharge machining on the strength of inorganic fiber-bonded ceramics A, bending is performed from the inorganic fiber-bonded ceramics A after hot pressing using a wire electric discharge machine (DWC90SZ manufactured by Mitsubishi Electric Corporation). Test specimens were collected. Wire electric discharge machining was performed using a brass wire having a diameter of 0.2 mm as the wire electrode wire, a machining feed rate of 0.5 mm / min, and an average machining voltage of 64V. The cross section of the inorganic fiber-bonded ceramic A after wire electric discharge machining was observed with an optical microscope to examine the presence or absence of interlayer cracks, but no cracks were confirmed. In FIG. 2, the cross-sectional structure | tissue photograph which image | photographed the cross section after the wire electric discharge machining of the inorganic fiber bond ceramics A which concern on Example 1 with the engineering microscope is shown. Moreover, when the 4-point bending strength at room temperature of the bending test piece collected by wire electric discharge machining was measured, the average strength was 255 MPa, which is equivalent to the material strength of the inorganic fiber bonded ceramic A collected by the grinding method. It was confirmed that there was no change in strength due to wire electric discharge machining.

(実施例2)
まず、窒素ガス気流下にナトリウム400gを含有する無水キシレンを加熱環流させながら、ジメチルジクロロシラン1Lを滴下し、引き続き10時間加熱環流し沈殿物を生成させた。この沈殿をろ過し、メタノール、次いで水で洗浄して、白色のポリジメチルシラン420gを得た。次に、ジフェニルジクロロシラン750g、及びホウ酸124gを窒素ガス雰囲気下にn−ブチルエーテル中、100〜120℃で加熱し、生成した白色樹脂状物をさらに真空中400℃で1時間加熱処理することによって、フェニル基含有ポリボロシキサン530gを得た。前述で得られたポリジメチルシラン100部にこのフェニル基含有ポリボロシロキサン4部を添加し、窒素ガス雰囲気中、350℃で5時間熱縮合して、高分子量の有機ケイ素重合体を得た。この有機ケイ素重合体100部を溶解したキシレン溶液にアルミニウム−トリ−(sec−ブトキシド)を7部加え、窒素ガス気流下、310℃で架橋反応させることによって、ポリアルミノカルボシランを合成した。これを245℃で溶融紡糸し、空気中140℃で5時間加熱処理した後、更に窒素中300℃で10時間加熱して不融化繊維を得た。この不融化繊維を窒素中1500℃で連続焼成し、炭化ケイ素系連続無機繊維を合成した。次に、この無機繊維の繻子織物シートを作製し、90mm×90mmに切断した後、150枚を積層して、カーボンダイス中にセットし、アルゴン雰囲気下、温度1900℃、圧力50MPaでホットプレス成形し、無機繊維結合セラミックスBを得た。得られた無機繊維結合セラミックスB素材の断面を電子顕微鏡で観察したところ、繊維が最密充填構造の6角柱に近い形まで変形し、ボイドや層間クラックがなく非常に緻密であった。また、Cを主成分とする境界層が繊維表面に均一に生成していた。図3に、実施例2に係る無機結合セラミックスBの断面を電子顕微鏡で撮影した組織写真を示す。
(Example 2)
First, 1 L of dimethyldichlorosilane was dropped while heating and refluxing anhydrous xylene containing 400 g of sodium under a nitrogen gas stream, followed by heating and refluxing for 10 hours to generate a precipitate. This precipitate was filtered and washed with methanol and then with water to obtain 420 g of white polydimethylsilane. Next, 750 g of diphenyldichlorosilane and 124 g of boric acid are heated in n-butyl ether at 100 to 120 ° C. in a nitrogen gas atmosphere, and the resulting white resinous material is further heat-treated at 400 ° C. in vacuum for 1 hour. As a result, 530 g of a phenyl group-containing polyborosiloxane was obtained. 4 parts of this phenyl group-containing polyborosiloxane was added to 100 parts of the polydimethylsilane obtained above and subjected to thermal condensation at 350 ° C. for 5 hours in a nitrogen gas atmosphere to obtain a high molecular weight organosilicon polymer. Polyaluminocarbosilane was synthesized by adding 7 parts of aluminum-tri- (sec-butoxide) to a xylene solution in which 100 parts of this organosilicon polymer was dissolved, and causing a crosslinking reaction at 310 ° C. in a nitrogen gas stream. This was melt-spun at 245 ° C., heat-treated in air at 140 ° C. for 5 hours, and further heated in nitrogen at 300 ° C. for 10 hours to obtain infusible fibers. This infusible fiber was continuously fired at 1500 ° C. in nitrogen to synthesize a silicon carbide-based continuous inorganic fiber. Next, this inorganic fiber insulator woven fabric sheet is prepared, cut into 90 mm × 90 mm, 150 sheets are laminated, set in a carbon die, and hot press molded at a temperature of 1900 ° C. and a pressure of 50 MPa in an argon atmosphere. As a result, an inorganic fiber-bonded ceramic B was obtained. When the cross section of the obtained inorganic fiber-bonded ceramic B material was observed with an electron microscope, the fiber was deformed to a shape close to a hexagonal column with a close-packed structure, and there was no void or interlayer crack and it was very dense. Moreover, the boundary layer which has C as a main component was producing | generating uniformly on the fiber surface. In FIG. 3, the structure | tissue photograph which image | photographed the cross section of the inorganic coupling | bonding ceramics B which concern on Example 2 with the electron microscope is shown.

この無機繊維結合セラミックスB素材から薄切盤及び平面研削盤を用いた研削加工法により採取した曲げ試験片の室温強度を測定したところ、平均300MPaであり、更に、1500℃における曲げ強度を測定したところ、室温強度とほぼ同等の平均290MPaであった。   When the room temperature strength of a bending test piece taken from this inorganic fiber-bonded ceramic B material by a grinding method using a thin cutting machine and a surface grinding machine was measured, the average was 300 MPa, and the bending strength at 1500 ° C. was further measured. However, the average was 290 MPa, which was almost the same as the room temperature strength.

次に、ワイヤ放電加工による無機繊維結合セラミックスBの強度に及ぼす影響を調べるために、ホットプレス後の無機繊維結合セラミックスBからワイヤ放電加工機(三菱電機(株)製:DWC90SZ)を用いて曲げ試験片を採取した。ワイヤ電極線には直径0.2mmの真鍮ワイヤを使用し、加工送り速度を2.0mm/min、平均加工電圧を55Vとしてワイヤ放電加工を行った。ワイヤ放電加工後の無機繊維結合セラミックスBの表面を光学顕微鏡で観察し、層間クラックの有無を調べたが、クラックは確認されなかった。図2に、実施例2に係る無機繊維結合セラミックスBのワイヤ放電加工後の断面を工学顕微鏡で撮影した断面組織写真を示す。また、ワイヤ放電加工により採取した曲げ試験片の室温での4点曲げ強度を測定したところ、その平均強度は295MPaであり、研削加工法により採取した無機繊維結合セラミックスBの素材強度と同等であり、ワイヤ放電加工による強度変化がないことを確認した。   Next, in order to investigate the influence of wire electric discharge machining on the strength of inorganic fiber-bonded ceramic B, bending is performed from the inorganic fiber-bonded ceramic B after hot pressing using a wire electric discharge machine (DWC90SZ, manufactured by Mitsubishi Electric Corporation). Test specimens were collected. As the wire electrode wire, a brass wire having a diameter of 0.2 mm was used, and wire electric discharge machining was performed at a machining feed rate of 2.0 mm / min and an average machining voltage of 55V. The surface of the inorganic fiber-bonded ceramic B after wire electric discharge machining was observed with an optical microscope to examine the presence or absence of interlayer cracks, but no cracks were confirmed. In FIG. 2, the cross-sectional structure | tissue photograph which image | photographed the cross section after the wire electric discharge machining of the inorganic fiber joint ceramic B which concerns on Example 2 with an engineering microscope is shown. Moreover, when the 4-point bending strength at room temperature of the bending specimen obtained by wire electric discharge machining was measured, the average strength was 295 MPa, which is equivalent to the material strength of the inorganic fiber-bonded ceramic B collected by the grinding method. It was confirmed that there was no change in strength due to wire electric discharge machining.

(実施例3)
実施例1及び実施例2で得られた無機繊維結合セラミックスA素材及び無機繊維結合セラミックスB素材より、薄切盤及び平面研削盤を用いて、幅13mm、高さ13mm、長さ25mmに粗加工した後、ワイヤ放電加工によって薄肉部、及び湾曲部を有した幅0.4mm、高さ13mmの波板形状の部品採取を実施した。図4に、実施例2に係る無機繊維結合セラミックスBをワイヤ放電加工法により加工した波板形状部品の写真を示す。なお、実施例1に係る無機繊維結合セラミックスAを放電加工法により加工した部品も同様であり写真は省略する。この様な薄肉、湾曲形状の部品は従来の機械加工法では加工中の負荷が大きく、部品にクラックや欠け等の欠陥が生じる可能性が高いため非常に困難であったが、放電加工を用いることで信頼性や精度の高い無機繊維結合セラミックス部品を製造することが可能であることを確認した。
(Example 3)
From the inorganic fiber-bonded ceramic A material and the inorganic fiber-bonded ceramic B material obtained in Example 1 and Example 2, rough cutting was performed to a width of 13 mm, a height of 13 mm, and a length of 25 mm using a thin cutting machine and a surface grinder. After that, corrugated plate-shaped parts having a width of 0.4 mm and a height of 13 mm having thin portions and curved portions were collected by wire electric discharge machining. In FIG. 4, the photograph of the corrugated plate-shaped component which processed the inorganic fiber joint ceramic B which concerns on Example 2 by the wire electric discharge machining method is shown. The same applies to parts obtained by processing the inorganic fiber-bonded ceramics A according to Example 1 by the electric discharge machining method, and the photos are omitted. Such thin-walled and curved parts are very difficult because conventional machining methods have a large load during machining, and there is a high possibility that defects such as cracks and chips will occur in the parts, but electrical discharge machining is used. It was confirmed that it is possible to manufacture inorganic fiber bonded ceramic parts with high reliability and accuracy.

(比較例1)
実施例1及び実施例2で得られた無機繊維結合セラミックスA素材及び無機繊維結合セラミックスB素材より、ダイヤモンド砥石を使用した研削加工法を用いて、実施例3と同一の波板形状の部品採取を実施したが、研削加工中の負荷により、無機繊維結合セラミックスA素材及びB素材が層間方向に破損した。
(Comparative Example 1)
From the inorganic fiber-bonded ceramic A material and the inorganic fiber-bonded ceramic B material obtained in Example 1 and Example 2, using the grinding method using a diamond grindstone, the same corrugated component collection as in Example 3 was obtained. However, due to the load during grinding, the inorganic fiber-bonded ceramic A material and B material were damaged in the interlayer direction.

本発明は、緻密で耐熱性が高く破壊抵抗の大きい無機繊維結合セラミックスを、短期間に低コストで且つクラックや欠け等の欠陥がなく、更に従来の機械加工法と同等な素材の破壊強度を有し、信頼性や精度の高い薄肉、中空、細穴、及び湾曲などの複雑な形状に放電加工することを特徴とする無機繊維結合セラミックス部品の製造方法に関する。   The present invention is a dense, heat-resistant and high fracture resistance inorganic fiber-bonded ceramic that has low cost in a short period of time and is free from defects such as cracks and chips, and has the same fracture strength as that of conventional machining methods. The present invention relates to a method for manufacturing an inorganic fiber-bonded ceramic part, characterized by performing electrical discharge machining into a complicated shape such as thin, hollow, thin hole, and curved with high reliability and accuracy.

本発明に係る無機繊維結合セラミックス部品は、特に、1200℃以上の高温に曝され、かつ高い緻密性、及び破壊抵抗を要求される薄肉、中空、細穴、及び湾曲などの複雑な形状を有した精密部品、たとえば、航空宇宙産業用の燃焼器部材や高効率発電用のガスタービン部材などに適用できる。   The inorganic fiber-bonded ceramic component according to the present invention has a complicated shape such as a thin wall, a hollow, a fine hole, and a curve, which are particularly exposed to a high temperature of 1200 ° C. or more and require high density and fracture resistance. The present invention can be applied to precision parts such as a combustor member for the aerospace industry and a gas turbine member for high-efficiency power generation.

1 無機繊維結合セラミックスAを構成する無機繊維
2 無機繊維結合セラミックスAを構成する無機物質
3 無機繊維結合セラミックスA及びBを構成する繊維境界層
4 無機繊維結合セラミックスBを構成する無機繊維
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inorganic fiber which comprises inorganic fiber bond ceramics A 2 Inorganic substance which comprises inorganic fiber bond ceramics A 3 Fiber boundary layer which comprises inorganic fiber bond ceramics A and B 4 Inorganic fiber which comprises inorganic fiber bond ceramics B

Claims (6)

(A1)下記(a1)及び(a2)のうち少なくとも1つからなる無機繊維と、
(a1)Si、M、C及びOを含む非晶質物質(MはTi又はZrを示す。以下同じ。)、
(a2)β−SiC、MC及びCを含む結晶質微粒子と、SiO及びMOを含む非晶質物質との集合体、
(A2)前記無機繊維の間隙を充填する、下記(a3)及び(a4)のうち少なくとも1つからなる無機物質と、
(a3)Si及びOを含む非晶質物質、
(a4)結晶質のSiO及びMOを含む結晶質物質、
(A3)上記無機繊維の表面に形成された、Cを主成分とする1〜100nmの境界層と、
から構成される無機繊維結合セラミックスを放電加工することを特徴とする無機繊維結合セラミックス部品の製造方法。
(A1) inorganic fibers comprising at least one of the following (a1) and (a2);
(A1) An amorphous material containing Si, M, C and O (M represents Ti or Zr; the same shall apply hereinafter),
(A2) an aggregate of crystalline fine particles containing β-SiC, MC and C and an amorphous material containing SiO 2 and MO 2 ;
(A2) an inorganic substance consisting of at least one of the following (a3) and (a4), which fills the gap between the inorganic fibers;
(A3) an amorphous material containing Si and O,
(A4) a crystalline material containing crystalline SiO 2 and MO 2 ;
(A3) A boundary layer of 1 to 100 nm mainly composed of C formed on the surface of the inorganic fiber;
A method for producing an inorganic fiber-bonded ceramic component, comprising subjecting an inorganic fiber-bonded ceramic material to electrical discharge machining.
前記(a3)は、さらにMを含む非晶質物質であることを特徴とする請求項1記載の無機繊維結合セラミックス部品の製造方法。   The method for producing an inorganic fiber-bonded ceramic component according to claim 1, wherein (a3) is an amorphous substance further containing M. 前記(A2)は、さらに(a5)100nm以下の粒径のMCを含む結晶質微粒子が分散されていることを特徴とする請求項1又は2記載の無機繊維結合セラミックス部品の製造方法。   The method for producing an inorganic fiber-bonded ceramic part according to claim 1 or 2, wherein (A2) further includes (a5) crystalline fine particles containing MC having a particle size of 100 nm or less. 前記(A3)は、さらに100nm以下の粒径のMCを含む結晶質微粒子が分散されていることを特徴とする請求項1乃至3いずれか記載の無機繊維結合セラミックス部品の製造方法。   The method for producing an inorganic fiber-bonded ceramic part according to any one of claims 1 to 3, wherein (A3) further includes crystalline fine particles containing MC having a particle diameter of 100 nm or less. (B1)主としてSiCの焼結構造からなる無機繊維であって、0.01〜1質量%のO、及び2A族、3A族及び3B族の金属原子からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属原子を含有する無機繊維と、
(B2)上記無機繊維の表面に形成された、Cを主成分とする1〜100nmの境界層と、
から構成される無機繊維結合セラミックスを放電加工することを特徴とする無機繊維結合セラミックス部品の製造方法。
(B1) An inorganic fiber mainly composed of a sintered structure of SiC, and at least one metal selected from the group consisting of 0.01 to 1% by mass of O and metal atoms of 2A group, 3A group, and 3B group Inorganic fibers containing atoms;
(B2) a 1 to 100 nm boundary layer mainly composed of C formed on the surface of the inorganic fiber;
A method for producing an inorganic fiber-bonded ceramic component, comprising subjecting an inorganic fiber-bonded ceramic material to electrical discharge machining.
請求項1乃至5いずれか記載の製造方法により得られた無機繊維結合セラミックス部品。
An inorganic fiber bonded ceramic part obtained by the manufacturing method according to claim 1.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59102862A (en) * 1982-12-03 1984-06-14 工業技術院長 Composite sintered ceramics
JPH01286968A (en) * 1988-05-11 1989-11-17 Agency Of Ind Science & Technol Production of silicon carbide fiber-reinforced group iv and v transition metal boride and carbide composition sintered form
JPH01314730A (en) * 1988-06-15 1989-12-19 Nippon Carbon Co Ltd Silicon carbide fiber and production thereof
JPH1026150A (en) * 1996-07-12 1998-01-27 Nissan Motor Co Ltd Electric control movement transmission gear
JP2001181046A (en) * 1999-12-21 2001-07-03 Ube Ind Ltd Inorganic fiber bound ceramics, method for producing the same and high-surface accuracy member using the same
JP2004131365A (en) * 2002-08-09 2004-04-30 Ube Ind Ltd Highly heat resistant inorganic fiber-bonded type ceramic member, and its producing method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59102862A (en) * 1982-12-03 1984-06-14 工業技術院長 Composite sintered ceramics
JPH01286968A (en) * 1988-05-11 1989-11-17 Agency Of Ind Science & Technol Production of silicon carbide fiber-reinforced group iv and v transition metal boride and carbide composition sintered form
JPH01314730A (en) * 1988-06-15 1989-12-19 Nippon Carbon Co Ltd Silicon carbide fiber and production thereof
JPH1026150A (en) * 1996-07-12 1998-01-27 Nissan Motor Co Ltd Electric control movement transmission gear
JP2001181046A (en) * 1999-12-21 2001-07-03 Ube Ind Ltd Inorganic fiber bound ceramics, method for producing the same and high-surface accuracy member using the same
JP2004131365A (en) * 2002-08-09 2004-04-30 Ube Ind Ltd Highly heat resistant inorganic fiber-bonded type ceramic member, and its producing method

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