JP2013136483A - 複合材料の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】炭化ホウ素の強化材と金属ケイ素のマトリックスとからなる複合材料の製造方法であって、金属ケイ素を含む溶融材料を、1450℃以上1500℃以下で2時間以上6時間以下の間、炭化ホウ素のプリフォームに含浸させる工程と、含浸により作製された複合材料を冷却して取り出す工程とを含む。1450℃以上で含浸工程を行なうことで短時間でも含浸を完了でき、1500℃以下で含浸工程を行なうことで膨張による割れの可能性を低減できる。これにより、含浸の温度を低い範囲内に維持し、含浸工程を短時間化して、含浸による複合材料の膨張を防止することができる。
【選択図】なし
Description
本発明に係るB4C/Si複合材料(複合材料)は、炭化ホウ素の強化材と金属ケイ素のマトリックスとから形成されている。B4C/Siは、炭化ホウ素(B4C、ボロンカーバイド)のプリフォームに金属ケイ素を含浸することで得られる。用いられる浸透材は、金属ケイ素の単体でも合金でもよい。なお、B4C/Si複合材料は、実質的に炭化ホウ素の強化材と金属ケイ素のマトリックスとからなるものであり、若干の不純物を含んでいてもよい。
上記のように構成される複合材料の製造方法を説明する。まず、炭化ホウ素のセラミック多孔質体からなるプリフォームを作製する。例えば、セディメント成形による成形体を脱脂し、プリフォームを作製することができる。また、炭化ホウ素の粒体を加圧しつつ加熱し、ネットワーク構造を有する多孔体の炭化ホウ素のプリフォームを作製することもできる。
一方、金属ケイ素を含む溶融材料を準備する。その際には、炭化ホウ素含有材料を溶融金属ケイ素に混合し、事前に溶解(ドープ)させて準備することもできる。その場合には、金属ケイ素に対して6重量%以上12重量%以下の炭化ホウ素が含有されるように、炭化ホウ素含有材料を溶融金属ケイ素に混合し、溶融材料を準備することが好ましい。
このようにして得られた溶融材料を低温の1450℃以上1500℃以下で2時間以上6時間以下の間、プリフォームへ含浸させる。その際には、容器を1450℃以上1500℃以下に維持しつつ、溶融材料を容器に投入する。
含浸工程を行なった後は、容器内を自然冷却し、室温まで冷却する。このようにして冷却された複合材料を容器から分離して取り出す。取り出された複合材料の炭化ホウ素のプリフォームに対する膨張率は、1%未満である。このように膨張率が低減されているため、溶融材料の含浸時に生じうるクラックやメタルベインによる割れを防止できる。また、局所的な膨張率のバラツキを低減でき、得られた複合材料の設計通りの加工を容易にできる。
一辺100mmの立方体状の炭化ホウ素プリフォームを、時間、温度および炭化ホウ素ドープ量の条件を変えて複合材料を作製した。複合材料は、各条件につき10個作製した。表1は、各試料の含浸条件とその結果得られた複合材料の状態をまとめた表である。表1で、Noは試料番号を示しており、本発明の実施例に該当する試料は、太枠で示している。なお、プリフォームに対する複合材料の膨張率は、未含浸の試料やクラックの生じた試料以外で測定した。
Claims (3)
- 炭化ホウ素の強化材と金属ケイ素のマトリックスとからなる複合材料の製造方法であって、
金属ケイ素を含む溶融材料を、1450℃以上1500℃以下で2時間以上6時間以下の間、炭化ホウ素のプリフォームに含浸させる工程と、
前記含浸により作製された複合材料を冷却して取り出す工程と、を含むことを特徴とする複合材料の製造方法。 - 前記炭化ホウ素のプリフォームに対する前記取り出された複合材料の膨張率が1%未満であることを特徴とする請求項1記載の複合材料の製造方法。
- 金属ケイ素に対して6重量%以上12重量%以下の炭化ホウ素が含有されるように、炭化ホウ素含有材料を溶融金属ケイ素に混合し、前記溶融材料を準備する工程を更に含むことを特徴とする請求項1または請求項2記載の複合材料の製造方法。
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