JP2013014445A - 強化用繊維材料と強化用繊維材料を用いた繊維強化セラミックス複合材料及びこれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】炭素を含む複数本の繊維束と、繊維束の表層の繊維間に形成され、層状構造の炭素からなる層状構造炭素組織と、層状構造炭素組織の内部を充填するように形成され、樹脂を含有する炭素からなる樹脂由来炭素組織と、層状構造炭素組織と樹脂由来炭素組織との間に存在する少なくとも一つの界面と、を備えることを特徴とする強化用繊維材料。
【選択図】図1
Description
図1に示すように、本発明の実施形態に係る繊維強化セラミックス複合材料1は、セラミックスマトリックス2の内部に形成された強化用繊維材料4を備えている。この強化用繊維材料4は、炭素繊維束3と、炭素繊維束3の内部を層状構造炭素組織32と樹脂由来炭素組織33との異なる種類の炭素組織で構成することによって、少なくとも一つの界面34を有し、かつ、炭素繊維束3の炭素単繊維31が分散される構造を備えている。
次に、本発明の実施形態に係る繊維強化セラミックス複合材料1における強化用繊維材料の製造方法について図2〜図12を参照して説明する。図2〜図12に示すように、本発明の実施形態に係る繊維強化セラミックス複合材料1における強化用繊維材料の製造方法は、炭素繊維束3の表面近傍に層状構造の炭素を浸透、配置し、さらに、層状構造の炭素の内部に樹脂由来の炭素で充填することによって、強化用繊維材料4の内部に2層の異なる炭素組織の界面34を形成する。強化用繊維材料4の内部に界面34を形成することによって、微細な繊維一本一本の表面へのコーティングや、強化用繊維材料4の表面への多層のコーティングを必要とせずに、破壊エネルギーを向上させることができる。
コバレントマテリアル(株)製のSiCセラミックスを3×3×40(mm)の試験片に加工し、破壊エネルギーを計測したところ、20J/m2であった。
東レ(株)製の炭素繊維6mmとSiCと混合後、加圧成形した後、Ar雰囲気2000℃で焼成した。得られた複合セラミックスから3×3×40(mm)の試験片を作製し、破壊エネルギーを計測したところ、40J/m2であった。
Claims (12)
- 炭素を含む複数本の繊維束と、
前記繊維束の表層の繊維間に形成され、層状構造の炭素からなる層状構造炭素組織と、
前記層状構造炭素組織の内部を充填するように形成され、樹脂を含有する炭素からなる樹脂由来炭素組織と、
前記層状構造炭素組織と前記樹脂由来炭素組織との間に存在する少なくとも一つの界面と、
を備えることを特徴とする強化用繊維材料。 - 前記繊維束は、さらにセラミックスを含むことを特徴とする請求項1に記載の強化用繊維材料。
- 前記層状構造炭素組織は、前記炭素繊維束の表層から前記界面までの距離が5μm以上200μm以下の範囲であることを特徴とする請求項1または2に記載の強化用繊維材料。
- 前記層状構造炭素組織は、異方性の構造を有する炭素であり、前記樹脂由来炭素組織は、等方性の構造を有する炭素であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の強化用繊維材料。
- 前記層状構造炭素組織は、黒鉛質であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の強化用繊維材料。
- 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の前記強化用繊維材料を、セラミックスマトリックス中に配したことを特徴とする繊維強化セラミックス複合材料。
- 炭素を含む複数本の繊維束とフェノール樹脂とピッチ及びメソフェーズピッチとを溶媒を用いて混合し炭化処理して炭素繊維束を形成し、
前記炭素繊維束を第1の混合液に含浸させて含浸処理し、
さらに、前記炭素繊維束を第2の混合液に含浸させて含浸処理することを特徴とする強化用繊維材料の製造方法。 - 前記第1の混合液及び前記第2の混合液は、同じ溶質及び溶解からなり、前記第1の混合液及び前記第2の混合液の濃度は、同一または異なることを特徴とする請求項7に記載の強化用繊維材料の製造方法。
- 前記繊維束は、さらにセラミックスを含むことを特徴とする請求項7に記載の強化用繊維材料の製造方法。
- 前記第1の混合液及び前記第2の混合液は、溶媒にフェノール樹脂、粉末状のピッチ及びメソフェーズピッチを混合したものであることを特徴とする請求項7または8に記載の強化用繊維材料の製造方法。
- 前記溶媒は、水または有機溶媒であることを特徴とする請求項9に記載の強化用繊維材料の製造方法。
- 請求項7乃至請求項11のいずれか一項に記載の前記強化用繊維材料を、前記強化用繊維材料中の炭素繊維の体積含有率が10%以上60%以下になるようにセラミックス材料中に混合することを特徴とする繊維強化セラミックス複合材料の製造方法。
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