JP2017119589A - Ceramic composite material and method for producing ceramic composite material - Google Patents

Ceramic composite material and method for producing ceramic composite material Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic composite material of a structure in which the degradation of fibers themselves can be inhibited, and a method for producing a ceramic composite material.SOLUTION: A ceramic composite material 10 production method has an aggregate forming step for gathering SiC fibers 1 containing oxygen to form an aggregate 9, a CVD step P2 for putting the aggregate 9 into a CVD furnace and forming a ceramic coating 2 containing carbon on the surfaces of SiC fibers, and a silicon impregnation step P3 for impregnating the aggregate 9 with silicon.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、セラミック複合材及びセラミック複合材の製造方法に関する。   The present invention relates to a ceramic composite material and a method for producing a ceramic composite material.

SiC/SiC複合材などのセラミック複合材は、耐熱性、耐酸化性を有し、高強度の素材であるので、高温炉用部材、半導体製造装置など様々な分野で使用が期待されている。   Ceramic composite materials such as SiC / SiC composite materials have high heat resistance and oxidation resistance, and are high-strength materials, and therefore are expected to be used in various fields such as high-temperature furnace members and semiconductor manufacturing equipment.

特許文献1には、繊維強化セラミックマトリックス複合材(CMC:Ceramic Matrix Composite)を溶融シリコンで浸漬処理する発明が記載されている。この発明は、プリフォームが溶融シリコンと接触している間にプリフォームが浸食しないようにする技術である。具体的には、(a)プリフォームを溶融シリコン浴中に浸漬するステップと、(b)プリフォームを所定の時間浴内にそのまま置いておくステップと、(c)プリフォームを浴から引き出すステップと、(d)プリフォームを冷却するステップとを含む溶解処理方法である。この方法によれば、この浸漬処理はCMCプリフォームを溶浸するのに必要な時間を著しく短縮するので、溶融シリコンがプリフォームを浸食することになる可能性が減少することが記載されている。   Patent Document 1 describes an invention in which a fiber reinforced ceramic matrix composite (CMC) is immersed in molten silicon. This invention is a technique for preventing the preform from eroding while the preform is in contact with the molten silicon. Specifically, (a) a step of immersing the preform in a molten silicon bath, (b) a step of leaving the preform in the bath for a predetermined time, and (c) a step of drawing the preform out of the bath And (d) a step of cooling the preform. According to this method, it is described that this dipping process significantly reduces the time required to infiltrate the CMC preform, thus reducing the likelihood that molten silicon will erode the preform. .

特開2006−206431号公報JP 2006-206431 A

上記記載された発明は、シリコン浴中へのプリフォームの浸漬時間が短くなったため、プリフォームを溶浸するのに必要な時間を著しく短縮するので、溶融シリコンがプリフォームを浸食することになる可能性が減少することはできるが、プリフォームの侵食は起こっている。このため、プリフォームを構成する繊維の劣化がなくなったわけではない。このため本質的に繊維の浸食を抑制することはできていない。   The invention described above significantly reduces the time required to infiltrate the preform because the immersion time of the preform in the silicon bath is reduced, so that molten silicon will erode the preform. Although the potential can be reduced, preform erosion is occurring. For this reason, the deterioration of the fibers constituting the preform is not eliminated. For this reason, the fiber erosion cannot be essentially suppressed.

本発明では、上記課題を鑑み、繊維自体の劣化が抑制され得る構造のセラミック複合材及びセラミック複合材の製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a ceramic composite material having a structure in which deterioration of the fiber itself can be suppressed and a method for manufacturing the ceramic composite material.

本発明のセラミック複合材の製造方法は、以下のものである。   The manufacturing method of the ceramic composite material of the present invention is as follows.

(1)酸素を含有するSiC繊維を集合させ骨材を形成する骨材形成工程と、前記骨材をCVD炉に入れ、前記SiC繊維の表面に炭素を含有するセラミック被膜を形成するCVD工程と、前記骨材にシリコンを含浸するシリコン含浸工程と、を有する。   (1) Aggregate forming step for collecting SiC fibers containing oxygen to form an aggregate; CVD step for forming the ceramic coating containing carbon on the surface of the SiC fibers by placing the aggregate in a CVD furnace; And a silicon impregnation step of impregnating the aggregate with silicon.

本発明のセラミック複合材の製造方法は、SiC繊維を集合させ骨材を形成したのち、CVD炉に入れ、SiC繊維の表面にセラミック被膜を形成し、シリコン含浸工程で金属シリコンを含浸し、緻密化する。さらに、SiC繊維には、CVD法によって炭素を含有するセラミック被膜が形成されている。もともとSiC繊維には、原料に由来する微量の酸素を含有している。酸素はSiOの形態で含まれている。SiOは製造過程及び使用時に高温で金属シリコンと接すると、SiOに分解し、気体となって散逸し、SiC繊維を劣化させる原因となる。本発明のセラミック複合材は、CVD法によって純度の高い炭素を含有するセラミック被膜が形成されているので、金属シリコンとSiOが直接接触することを防止することができSiC繊維自体の劣化を防止することができる。 In the method for producing a ceramic composite material of the present invention, SiC fibers are aggregated to form an aggregate, and then put into a CVD furnace, a ceramic coating is formed on the surface of the SiC fibers, and silicon silicon is impregnated in a silicon impregnation step. Turn into. Further, a ceramic film containing carbon is formed on the SiC fiber by a CVD method. Originally, SiC fiber contains a trace amount of oxygen derived from raw materials. Oxygen is contained in the form of SiO 2. When SiO 2 comes into contact with metallic silicon at a high temperature during production and use, it decomposes into SiO, dissipates as a gas, and causes deterioration of the SiC fiber. In the ceramic composite of the present invention, since a ceramic film containing high-purity carbon is formed by the CVD method, direct contact between metal silicon and SiO 2 can be prevented, and deterioration of the SiC fiber itself is prevented. can do.

さらに本発明のセラミック複合材の製造方法は、以下の態様であることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the manufacturing method of the ceramic composite material of this invention is the following aspects.

(2)前記セラミック被膜は、前記SiC繊維を覆う熱分解炭素被膜と当該熱分解炭素被膜の外側を覆うSiC被膜とからなる。   (2) The ceramic coating is composed of a pyrolytic carbon coating covering the SiC fiber and a SiC coating covering the outside of the pyrolytic carbon coating.

CVD法で形成されたSiC被膜は、シランと炭化水素の混合ガスまたは有機シランガスなどの高純度の原料ガスを使用できるので、高純度であり、酸素を含有していない。このため金属シリコンと接触してもSiOガスを発生させることが無い。またSiC被膜とSiC繊維との間に熱分解炭素被膜が形成されているので、SiC繊維と、SiC被膜とが一体化せず、SiC繊維の強化作用を維持することができる。   Since the SiC film formed by the CVD method can use a high-purity source gas such as a mixed gas of silane and hydrocarbon or an organic silane gas, it has a high purity and does not contain oxygen. For this reason, SiO gas is not generated even if it contacts with metallic silicon. Further, since the pyrolytic carbon coating is formed between the SiC coating and the SiC fiber, the SiC fiber and the SiC coating are not integrated, and the reinforcing action of the SiC fiber can be maintained.

(3)前記セラミック複合材の製造方法は、前記CVD工程と、前記シリコン含浸工程との間に、前記骨材に炭素前駆体を含浸する炭素前駆体含浸工程と、前記骨材を熱処理し、前記炭素前駆体を炭素化し炭素マトリックスにする熱処理工程と、を更に有する。   (3) The method for producing the ceramic composite material includes a carbon precursor impregnation step of impregnating the aggregate with a carbon precursor between the CVD step and the silicon impregnation step, and heat treating the aggregate. And a heat treatment step of carbonizing the carbon precursor into a carbon matrix.

本発明のセラミック複合材の製造方法は、酸素を含有するSiC繊維を集合させ骨材を形成したのち、CVD炉に入れ、SiC繊維の表面にセラミック被膜を形成し、次に骨材に炭素前駆体を含浸し、熱処理して炭素マトリックスを形成している。シリコンは、凝固する際に10%近く体積膨張する。このため、体積膨張によってSiC繊維に強い張力を発生させやすい。骨材の内部に炭素マトリックスを形成することにより、シリコンの含浸量を少なくすることができ、凝固による体積膨張を抑制し、SiC繊維にかかる張力を小さくしセラミック複合材の強度を高くすることができる。   In the method for producing a ceramic composite material of the present invention, oxygen-containing SiC fibers are aggregated to form an aggregate, and then put into a CVD furnace to form a ceramic coating on the surface of the SiC fiber, and then a carbon precursor is formed on the aggregate. The body is impregnated and heat treated to form a carbon matrix. Silicon expands by nearly 10% as it solidifies. For this reason, it is easy to generate a strong tension on the SiC fiber by volume expansion. By forming a carbon matrix inside the aggregate, the amount of silicon impregnated can be reduced, volume expansion due to solidification can be suppressed, tension applied to SiC fibers can be reduced, and the strength of the ceramic composite can be increased. it can.

(4)前記セラミック複合材の製造方法は、前記シリコン含浸工程の後に、前記骨材を焼成し、前記炭素マトリックスと前記シリコンとを反応させSiC化する焼成工程を更に有する。   (4) The method for manufacturing the ceramic composite further includes a firing step of firing the aggregate and reacting the carbon matrix with the silicon to form SiC after the silicon impregnation step.

焼成によって金属シリコンと炭素マトリックスとを反応させSiC化させているので、耐熱温度が上がり、熱変形が発生しにくく安定して使用可能なセラミック複合材を形成することができる。   Since the silicon silicon and the carbon matrix are reacted to form SiC by firing, the heat-resistant temperature is increased, and a ceramic composite material that can be stably used can be formed with less thermal deformation.

(5)前記焼成工程は、処理温度が1410〜1600℃である。   (5) In the firing step, the processing temperature is 1410 to 1600 ° C.

焼成工程の処理温度が1600℃以下であれば、SiC繊維の劣化を抑制することができ、焼成工程の処理温度が1410℃以上であれば、炭素マトリックスと、金属シリコンとの反応を十分に行うことできる。   If the treatment temperature in the firing step is 1600 ° C. or lower, the deterioration of the SiC fiber can be suppressed, and if the treatment temperature in the firing step is 1410 ° C. or higher, the carbon matrix and the metal silicon are sufficiently reacted. I can.

(6)前記炭素前駆体は、ピッチ、コプナ樹脂、フェノール樹脂、カーボン粉末の分散液から選ばれる少なくとも一つの炭素前駆体である。   (6) The carbon precursor is at least one carbon precursor selected from a dispersion of pitch, copna resin, phenol resin, and carbon powder.

炭素前駆体は、熱処理によって炭素化するものであればよい。例えば、ピッチ、コプナ樹脂、フェノール樹脂などの有機物のほか、溶媒とカーボン粉末からなるカーボン粉末の分散液でもよい。有機物は熱処理によって分解して炭素化し、カーボン粉末の分散液は、熱処理によって溶媒が揮発し、カーボン粉末が残留する。いずれの場合も炭素前駆体の一部が除去されるので気孔ができ、シリコン含浸工程でこの気孔にシリコンを取り込むことができる。なお、有機物を使った場合には、炭素マトリックスは互いに一体化している一方、カーボン粉末を用いた場合には、カーボン粉末は互いに結合していないバラバラの粒子で存在する。この場合、後のシリコン含浸工程で含浸する金属シリコンによってバラバラの粒子を固定化させることができる。   The carbon precursor only needs to be carbonized by heat treatment. For example, in addition to organic substances such as pitch, copna resin, and phenol resin, a dispersion of carbon powder made of a solvent and carbon powder may be used. The organic matter is decomposed and carbonized by heat treatment, and in the dispersion of carbon powder, the solvent is volatilized by heat treatment and the carbon powder remains. In either case, since a part of the carbon precursor is removed, pores are formed, and silicon can be taken into the pores in the silicon impregnation step. When organic substances are used, the carbon matrices are integrated with each other, whereas when carbon powder is used, the carbon powder exists as discrete particles that are not bonded to each other. In this case, the separated particles can be fixed by the metallic silicon impregnated in the subsequent silicon impregnation step.

さらに、ピッチ、コプナ樹脂、フェノール樹脂などの有機物とカーボン粉末とを同時に用いてもよい。カーボン粉末と有機物とを同時に用いると炭化の歩留まりが高く残留する金属シリコンの量を少なくすることができる。   Further, an organic substance such as pitch, copna resin, phenol resin, and carbon powder may be used at the same time. When the carbon powder and the organic substance are used at the same time, the yield of carbonization is high, and the amount of remaining metal silicon can be reduced.

カーボン粉末は、どのようなものでもよい。例えば、カーボンクラック、コークス粉末、アモルファスコークス粉末、黒鉛粉末などが利用できる。カーボン粉末の50%体積累積径は、例えば20μm以下であることが好ましい。20μm以下であると、骨材の隙間に容易に含浸することができる。   Any carbon powder may be used. For example, carbon cracks, coke powder, amorphous coke powder, graphite powder and the like can be used. The 50% volume cumulative diameter of the carbon powder is preferably 20 μm or less, for example. When it is 20 μm or less, the gaps in the aggregate can be easily impregnated.

(7)前記熱分解炭素被膜の厚さが50〜800nmである。   (7) The pyrolytic carbon coating has a thickness of 50 to 800 nm.

熱分解炭素被膜の厚さが800nm以下であると、熱分解炭素被膜とSiC繊維とを合わせた太さを小さくすることができるので、曲げられたときに生じる熱分解炭素被膜の表面の張力を小さくし、破断しにくくすることができる。熱分解炭素被膜の厚さが50nm以上であると、SiC繊維と、SiC被膜とを充分に隔てることができるので、SiC繊維と、SiC被膜との一体化によるSiC繊維の強化作用の低減を防止することができる。   If the thickness of the pyrolytic carbon coating is 800 nm or less, the combined thickness of the pyrolytic carbon coating and SiC fiber can be reduced, so the surface tension of the pyrolytic carbon coating generated when bent is reduced. It can be made small and difficult to break. When the thickness of the pyrolytic carbon coating is 50 nm or more, the SiC fiber and the SiC coating can be sufficiently separated from each other, thereby preventing a reduction in the reinforcing action of the SiC fiber by integrating the SiC fiber and the SiC coating. can do.

(8)前記SiC被膜の厚さが0.5〜10μmである。   (8) The thickness of the SiC coating is 0.5 to 10 μm.

SiC被膜の厚さが10μm以下であると、SiC被膜、熱分解炭素被膜及びSiC繊維とを合わせた太さを小さくすることができるので、曲げられたときに生じるSiC被膜の表面の張力を小さくし、破断しにくくすることができる。SiC被膜の厚さが0.5μm以上であると、熱分解炭素被膜と、SiCマトリックスとを充分に隔てることができるので、SiCマトリックスに含まれる金属シリコンと熱分解炭素被膜とを隔てることができ、熱分解炭素被膜がSiC化することを防止することができる。また、製造過程において熱分解炭素被膜と金属シリコンの接触を防ぐことができるので、熱分解炭素被膜がSiC化することを防止することができる。   When the thickness of the SiC coating is 10 μm or less, the combined thickness of the SiC coating, the pyrolytic carbon coating and the SiC fiber can be reduced, so that the tension on the surface of the SiC coating generated when bent is reduced. And it can be made difficult to break. When the thickness of the SiC coating is 0.5 μm or more, the pyrolytic carbon coating and the SiC matrix can be sufficiently separated from each other, so that the metal silicon contained in the SiC matrix and the pyrolytic carbon coating can be separated. It is possible to prevent the pyrolytic carbon coating from becoming SiC. In addition, since the contact between the pyrolytic carbon coating and the metal silicon can be prevented in the manufacturing process, the pyrolytic carbon coating can be prevented from being converted to SiC.

(9)前記SiC繊維は、直径が5〜20μmである。   (9) The SiC fiber has a diameter of 5 to 20 μm.

SiC繊維は内部に酸素を含有している。このため、酸素が反応して欠陥が形成されると、断面積に占有する比率が大きくなり強度を劣化させる。5μm以上であると、この影響を小さくすることができ、破断しにくくすることができる。SiC繊維の直径が20μm以下であると、曲げられたSiC繊維の表面に発生する張力が小さいので、破断しにくくすることができる。   The SiC fiber contains oxygen inside. For this reason, when oxygen reacts and defects are formed, the ratio occupied in the cross-sectional area increases and the strength deteriorates. When the thickness is 5 μm or more, this influence can be reduced, and breakage can be made difficult. When the diameter of the SiC fiber is 20 μm or less, since the tension generated on the surface of the bent SiC fiber is small, it can be made difficult to break.

本発明のセラミック複合材は、以下のものである。   The ceramic composite material of the present invention is as follows.

(10)酸素を含有するSiC繊維が集合した骨材と、前記骨材内部の空間を埋めるSiマトリックスとからなるセラミック複合材であって、前記SiC繊維は、炭素を含有するCVD被膜で覆われている。 (10) A ceramic composite material comprising an aggregate in which SiC fibers containing oxygen are gathered and a Si matrix filling the space inside the aggregate, wherein the SiC fibers are covered with a CVD film containing carbon. ing.

SiC繊維には、CVD法によって炭素を含有するセラミック被膜が形成されている。セラミック被膜は、CVD被膜である。もともとSiC繊維には、原料に由来する微量の酸素を含有している。酸素はSiOの形態で含まれている。SiOは製造過程及び使用時に金属シリコンと接すると、SiOに分解し、気体となって散逸する。本発明のセラミック複合材は、純度の高いセラミックからなる炭素を含有するCVD被膜が形成されているので、金属シリコンとSiOが直接接触することを防止することができる。このため、SiC繊維の劣化を防止することができる。 A SiC-containing ceramic film is formed on the SiC fiber by a CVD method. The ceramic coating is a CVD coating. Originally, SiC fiber contains a trace amount of oxygen derived from raw materials. Oxygen is contained in the form of SiO 2. When SiO 2 comes into contact with metallic silicon during the manufacturing process and use, it is decomposed into SiO and dissipated as a gas. In the ceramic composite material of the present invention, since the CVD coating containing carbon made of high-purity ceramic is formed, it is possible to prevent the metal silicon and SiO 2 from coming into direct contact. For this reason, deterioration of a SiC fiber can be prevented.

また、上記課題を解決するための本発明のセラミック複合材は、
(11)酸素を含有するSiC繊維が集合した骨材と、前記骨材内部の空間を埋めるSiCマトリックスとからなるセラミック複合材であって、前記SiC繊維は、炭素を含有するCVD被膜で覆われ、前記SiCマトリックスは、反応焼結SiCである。
Moreover, the ceramic composite material of the present invention for solving the above problems is
(11) A ceramic composite material comprising an aggregate in which SiC fibers containing oxygen are gathered and a SiC matrix filling the space inside the aggregate, wherein the SiC fibers are covered with a CVD film containing carbon. The SiC matrix is reaction sintered SiC.

反応焼結SiCは、シリコンとカーボンの反応で形成されたSiCであり、金属シリコンを溶融させてシリコンを供給するので、緻密なSiCマトリックスを得ることができる。また、SiC繊維には、セラミックからなるCVD被膜が形成されている。CVD被膜は、セラミック被膜である。もともとSiC繊維には、原料に由来する微量の酸素を含有している。酸素はSiOの形態で含まれている。SiOは製造過程及び使用時に高温で金属シリコンと接すると、SiOに分解し、気体となって散逸し、SiC繊維を劣化させる原因となる。本発明のセラミック複合材は、純度の高いセラミックからなる炭素を含有するCVD被膜が形成されているので、金属シリコンとSiOが直接接触することを防止することができる。このため、SiC繊維の劣化を防止することができる。 Reaction-sintered SiC is SiC formed by the reaction of silicon and carbon. Since silicon is supplied by melting metal silicon, a dense SiC matrix can be obtained. Moreover, the CVD film which consists of ceramics is formed in SiC fiber. The CVD coating is a ceramic coating. Originally, SiC fiber contains a trace amount of oxygen derived from raw materials. Oxygen is contained in the form of SiO 2. When SiO 2 comes into contact with metallic silicon at a high temperature during production and use, it decomposes into SiO, dissipates as a gas, and causes deterioration of the SiC fiber. In the ceramic composite material of the present invention, since the CVD coating containing carbon made of high-purity ceramic is formed, it is possible to prevent the metal silicon and SiO 2 from coming into direct contact. For this reason, deterioration of a SiC fiber can be prevented.

さらに本発明のセラミック複合材は、以下の態様であることが好ましい。   Furthermore, the ceramic composite material of the present invention is preferably in the following manner.

(12)前記SiCマトリックスには、金属シリコンを含有する。   (12) The SiC matrix contains metallic silicon.

SiCマトリックスが金属シリコンを含有しているとは、SiCマトリックスの組成がシリコンリッチであることを示している。この場合、SiCマトリックスは、金属シリコンとSiCで構成され、カーボンはすべてシリコンと結合しSiCとなっている。このため、高温で使用しても酸化消耗するカーボンが無く、安定して使用することができる。   The SiC matrix containing metallic silicon indicates that the composition of the SiC matrix is silicon-rich. In this case, the SiC matrix is composed of metallic silicon and SiC, and all the carbon is bonded to silicon to form SiC. For this reason, there is no carbon that oxidizes and depletes even when used at high temperatures, and can be used stably.

(13)前記CVD被膜は、前記SiC繊維を覆う熱分解炭素被膜と当該熱分解炭素被膜の外側を覆うSiC被膜とからなる。   (13) The CVD coating is composed of a pyrolytic carbon coating covering the SiC fiber and a SiC coating covering the outside of the pyrolytic carbon coating.

CVD法で形成されたSiC被膜は、シランと炭化水素の混合ガスまたは有機シランガスなどの高純度の原料ガスを使用できるので、高純度であり、酸素を含有していない。このため金属シリコンと接触してもSiOガスを発生させることが無い。またSiC被膜とSiC繊維との間に熱分解炭素被膜が形成されているので、SiC繊維と、SiC被膜とが一体化せず、SiC繊維の強化作用を維持することができる。   Since the SiC film formed by the CVD method can use a high-purity source gas such as a mixed gas of silane and hydrocarbon or an organic silane gas, it has a high purity and does not contain oxygen. For this reason, SiO gas is not generated even if it contacts with metallic silicon. Further, since the pyrolytic carbon coating is formed between the SiC coating and the SiC fiber, the SiC fiber and the SiC coating are not integrated, and the reinforcing action of the SiC fiber can be maintained.

(14)前記熱分解炭素被膜の厚さが50〜800nmである。   (14) The pyrolytic carbon coating has a thickness of 50 to 800 nm.

熱分解炭素被膜の厚さが800nm以下であると、熱分解炭素被膜とSiC繊維とを合わせた太さを小さくすることができるので、曲げられたときに生じる熱分解炭素被膜の表面の張力を小さくし、破断しにくくすることができる。熱分解炭素被膜の厚さが50nm以上であると、SiC繊維と、SiC被膜とを充分に隔てることができるので、SiC繊維と、SiC被膜との一体化よるSiC繊維の強化作用の低減を防止することができる。   If the thickness of the pyrolytic carbon coating is 800 nm or less, the combined thickness of the pyrolytic carbon coating and SiC fiber can be reduced, so the surface tension of the pyrolytic carbon coating generated when bent is reduced. It can be made small and difficult to break. When the thickness of the pyrolytic carbon coating is 50 nm or more, the SiC fiber and the SiC coating can be sufficiently separated from each other, thereby preventing the reduction of the reinforcing action of the SiC fiber due to the integration of the SiC fiber and the SiC coating. can do.

(15)前記SiC被膜の厚さが0.5〜10μmである。   (15) The thickness of the SiC coating is 0.5 to 10 μm.

SiC被膜の厚さが10μm以下であると、SiC被膜、熱分解炭素被膜及びSiC繊維とを合わせた太さを小さくすることができるので、曲げられたときに生じるSiC被膜の表面の張力を小さくし、破断しにくくすることができる。SiC被膜の厚さが0.5μm以上であると、熱分解炭素被膜と、SiCマトリックスとを充分に隔てることができるので、SiCマトリックスに含まれる金属シリコンと熱分解炭素被膜とを隔てることができ、熱分解炭素被膜がSiC化することを防止することができる。また、製造過程において熱分解炭素被膜と金属シリコンの接触を防ぐことができるので、熱分解炭素被膜がSiC化することを防止することができる。   When the thickness of the SiC coating is 10 μm or less, the combined thickness of the SiC coating, the pyrolytic carbon coating and the SiC fiber can be reduced, so that the tension on the surface of the SiC coating generated when bent is reduced. And it can be made difficult to break. When the thickness of the SiC coating is 0.5 μm or more, the pyrolytic carbon coating and the SiC matrix can be sufficiently separated from each other, so that the metal silicon contained in the SiC matrix and the pyrolytic carbon coating can be separated. It is possible to prevent the pyrolytic carbon coating from becoming SiC. In addition, since the contact between the pyrolytic carbon coating and the metal silicon can be prevented in the manufacturing process, the pyrolytic carbon coating can be prevented from being converted to SiC.

(16)前記SiC繊維は、直径が5〜20μmである。   (16) The SiC fiber has a diameter of 5 to 20 μm.

SiC繊維は内部に酸素を含有している。このため、酸素が反応して欠陥が形成されると、断面積に占有する比率が大きくなり強度を劣化させる。5μm以上であると、この影響を小さくすることができ、破断しにくくすることができる。SiC繊維の直径が20μm以下であると、曲げられたSiC繊維の表面に発生する張力が小さいので、破断しにくくすることができる。   The SiC fiber contains oxygen inside. For this reason, when oxygen reacts and defects are formed, the ratio occupied in the cross-sectional area increases and the strength deteriorates. When the thickness is 5 μm or more, this influence can be reduced, and breakage can be made difficult. When the diameter of the SiC fiber is 20 μm or less, since the tension generated on the surface of the bent SiC fiber is small, it can be made difficult to break.

本発明のセラミック複合材の製造方法によれば、酸素を含有するSiC繊維を集合させ骨材を形成したのち、CVD炉に入れ、SiC繊維の表面に炭素を含有するセラミック被膜を形成し、シリコン含浸工程で含浸し、緻密化されている。さらに、SiC繊維には、CVD法によってセラミック被膜が形成されている。もともとSiC繊維には、原料に由来する微量の酸素を含有している。酸素はSiOの形態で含まれている。SiOは製造過程及び使用時に金属シリコンと接すると、SiOに分解し、気体となって散逸する。本発明のセラミック複合材は、CVD法によって純度の高いセラミック被膜が形成されているので、金属シリコンとSiOが直接接触することを防止することができ繊維自体の劣化を防止することができる。 According to the method for producing a ceramic composite material of the present invention, an SiC fiber containing oxygen is aggregated to form an aggregate, and then placed in a CVD furnace to form a ceramic coating containing carbon on the surface of the SiC fiber, and silicon Impregnated and densified in the impregnation step. Further, a ceramic film is formed on the SiC fiber by a CVD method. Originally, SiC fiber contains a trace amount of oxygen derived from raw materials. Oxygen is contained in the form of SiO 2. When SiO 2 comes into contact with metallic silicon during the manufacturing process and use, it is decomposed into SiO and dissipated as a gas. In the ceramic composite of the present invention, since a high-purity ceramic film is formed by the CVD method, the metal silicon and SiO 2 can be prevented from coming into direct contact with each other, and the fiber itself can be prevented from deteriorating.

本発明のセラミック複合材によれば、酸素を含有するSiC繊維が集合した骨材と、骨材内部の空間を埋めるSiマトリックスとからなるセラミック複合材であって、SiC繊維は、炭素を含有するCVD被膜で覆われている。SiC繊維には、CVD法によって炭素を含有するセラミック被膜が形成されている。もともとSiC繊維には、原料に由来する微量の酸素を含有している。酸素はSiOの形態で含まれている。SiOは製造過程及び使用時に金属シリコンと接すると、SiOに分解し、気体となって散逸する。本発明のセラミック複合材は、CVD法によって純度の高い炭素を含有するセラミック被膜が形成されているので、金属シリコンとSiOが直接接触することを防止することができる。このため、SiC繊維の劣化を防止することができる。 According to the ceramic composite material of the present invention, the ceramic composite material includes an aggregate in which SiC fibers containing oxygen are aggregated and a Si matrix that fills the space inside the aggregate, and the SiC fibers contain carbon. Covered with CVD coating. A SiC-containing ceramic film is formed on the SiC fiber by a CVD method. Originally, SiC fiber contains a trace amount of oxygen derived from raw materials. Oxygen is contained in the form of SiO 2. When SiO 2 comes into contact with metallic silicon during the manufacturing process and use, it is decomposed into SiO and dissipated as a gas. Since the ceramic film containing high purity carbon is formed by the CVD method, the ceramic composite of the present invention can prevent direct contact between the metal silicon and SiO 2 . For this reason, deterioration of a SiC fiber can be prevented.

本発明のセラミック複合材によれば、酸素を含有するSiC繊維が集合した骨材と、骨材内部の空間を埋めるSiCマトリックスとからなるセラミック複合材であって、SiC繊維は、炭素を含有するCVD被膜で覆われ、SiCマトリックスは、反応焼結SiCである。反応焼結SiCは、シリコンとカーボンの反応で形成されたSiCであり、金属シリコンを溶融させてシリコンを供給するので、緻密なSiCマトリックスを得ることができる。また、SiC繊維には、CVD法によって炭素を含有するセラミック被膜が形成されている。もともとSiC繊維には、原料に由来する微量の酸素を含有している。酸素はSiOの形態で含まれている。SiOは製造過程及び使用時に金属シリコンと接すると、SiOに分解し、気体となって散逸する。本発明のセラミック複合材は、CVD法によって純度の高い炭素を含有するセラミック被膜が形成されているので、金属シリコンとSiOが直接接触することを防止することができる。このため、SiC繊維の劣化を防止することができる。 According to the ceramic composite material of the present invention, the ceramic composite material includes an aggregate in which SiC fibers containing oxygen are gathered and a SiC matrix that fills the space inside the aggregate, and the SiC fibers contain carbon. Covered with a CVD coating, the SiC matrix is reactively sintered SiC. Reaction-sintered SiC is SiC formed by the reaction of silicon and carbon. Since silicon is supplied by melting metal silicon, a dense SiC matrix can be obtained. In addition, a ceramic film containing carbon is formed on the SiC fiber by a CVD method. Originally, SiC fiber contains a trace amount of oxygen derived from raw materials. Oxygen is contained in the form of SiO 2. When SiO 2 comes into contact with metallic silicon during the manufacturing process and use, it is decomposed into SiO and dissipated as a gas. Since the ceramic film containing high purity carbon is formed by the CVD method, the ceramic composite of the present invention can prevent direct contact between the metal silicon and SiO 2 . For this reason, deterioration of a SiC fiber can be prevented.

本発明のセラミック複合材の実施の形態1の製造工程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacturing process of Embodiment 1 of the ceramic composite material of this invention. 本発明のセラミック複合材の実施の形態2の製造工程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacturing process of Embodiment 2 of the ceramic composite material of this invention. 本発明のセラミック複合材の実施の形態3の製造工程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacturing process of Embodiment 3 of the ceramic composite material of this invention. 本発明のセラミック複合材の実施の形態1の製造工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing process of Embodiment 1 of the ceramic composite material of this invention. 本発明のセラミック複合材の実施の形態2の製造工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing process of Embodiment 2 of the ceramic composite material of this invention. 本発明のセラミック複合材の実施の形態3の製造工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing process of Embodiment 3 of the ceramic composite material of this invention. 実施例のセラミック複合材の断面の走査電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph of the cross section of the ceramic composite material of an Example. 比較例のセラミック複合材の断面の走査電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph of the cross section of the ceramic composite material of a comparative example.

(発明の詳細な説明)
本明細書において、「金属シリコン」とは、シリコンどうしで結合した単体のシリコンを意味する。
(Detailed description of the invention)
In this specification, “metal silicon” means single silicon bonded with silicon.

本発明のセラミック複合材の製造方法は、酸素を含有するSiC繊維を集合させ骨材を形成する骨材形成工程と、骨材をCVD炉に入れ、SiC繊維の表面に炭素を含有するセラミック被膜を形成するCVD工程と、骨材にシリコンを含浸するシリコン含浸工程と、を有する。   The method for producing a ceramic composite material according to the present invention includes an aggregate forming step of assembling oxygen-containing SiC fibers to form an aggregate, and a ceramic coating containing carbon on the surface of the SiC fibers by placing the aggregate in a CVD furnace. And a silicon impregnation step of impregnating the aggregate with silicon.

本発明のセラミック複合材の製造方法は、酸素を含有するSiC繊維を集合させ骨材を形成したのち、CVD炉に入れ、SiC繊維の表面に炭素を含有するセラミック被膜を形成し、シリコン含浸工程で金属シリコンを含浸し、緻密化する。酸素を含有するSiC繊維には、CVD法によって炭素を含有するセラミック被膜が形成されている。もともとSiC繊維は、原料に由来する微量の酸素を含有している。酸素はSiOの形態で含まれている。SiOは製造過程及び使用時に金属シリコンと接すると、SiOに分解し、気体となって散逸し、SiC繊維を劣化させる原因となる。本発明のセラミック複合材は、CVD法によって純度の高い炭素を含有するセラミック被膜が形成されているので、金属シリコンとSiOが直接接触することを防止することができ、繊維自体の劣化を防止することができる。 In the method for producing a ceramic composite material of the present invention, an SiC fiber containing oxygen is aggregated to form an aggregate, and then put into a CVD furnace to form a ceramic coating containing carbon on the surface of the SiC fiber, and a silicon impregnation step Impregnate with metal silicon and densify. A ceramic film containing carbon is formed on the SiC fiber containing oxygen by a CVD method. Originally, SiC fiber contains a trace amount of oxygen derived from raw materials. Oxygen is contained in the form of SiO 2. When SiO 2 comes into contact with metallic silicon during the manufacturing process and use, it is decomposed into SiO, dissipates as a gas, and causes deterioration of the SiC fiber. In the ceramic composite of the present invention, a ceramic coating containing high-purity carbon is formed by the CVD method, so that direct contact between metal silicon and SiO 2 can be prevented, and deterioration of the fiber itself is prevented. can do.

炭素を含有するセラミック被膜とは、SiC、TaC、WCなど炭化物系のセラミック被膜のほか熱分解炭素のセラミック被膜も挙げられる。また炭素を含有するセラミック被膜は、炭化物系セラミック、熱分解炭素など、耐熱性の高いセラミックであるとともにCVD法で形成されているので、緻密な被膜を得ることができる。このため、溶融シリコンと反応しにくく酸素を含有するSiC繊維の劣化を防止することができる。特にセラミック被膜の最表面は、炭化物系セラミックであることが好ましい。炭化物系セラミックは特に溶融シリコンとの反応性が低いので好適に利用することができる。   The ceramic coating containing carbon includes a ceramic coating of pyrolytic carbon in addition to a carbide-based ceramic coating such as SiC, TaC, and WC. In addition, since the carbon-containing ceramic coating is a ceramic having high heat resistance, such as a carbide-based ceramic and pyrolytic carbon, and is formed by a CVD method, a dense coating can be obtained. For this reason, it is difficult to react with molten silicon, and deterioration of SiC fiber containing oxygen can be prevented. In particular, the outermost surface of the ceramic coating is preferably a carbide ceramic. Carbide-based ceramics can be suitably used because of their low reactivity with molten silicon.

本発明のセラミック複合材の製造方法においては、炭素を含有するセラミック被膜が、SiC繊維を覆う熱分解炭素被膜とさらに熱分解炭素被膜の外側を覆うSiC被膜とからなる。   In the method for producing a ceramic composite of the present invention, the carbon-containing ceramic coating is composed of a pyrolytic carbon coating covering SiC fibers and a SiC coating covering the outside of the pyrolytic carbon coating.

本発明のセラミック複合材の製造方法のCVD法で形成されたSiC被膜は、シランと炭化水素の混合ガスまたは有機シランガスなどの高純度の原料ガスを使用できるので、高純度であり、酸素を含有していない。このため金属シリコンと接触してもSiOガスを発生させることが無い。またSiC被膜とSiC繊維との間に熱分解炭素被膜が形成されているので、SiC繊維と、SiC被膜とが一体化せず、SiC繊維の強化作用を維持することができる。   The SiC coating formed by the CVD method of the method for producing a ceramic composite of the present invention can use a high-purity source gas such as a mixed gas of silane and hydrocarbons or an organic silane gas, and thus has a high purity and contains oxygen. Not done. For this reason, SiO gas is not generated even if it contacts with metallic silicon. Further, since the pyrolytic carbon coating is formed between the SiC coating and the SiC fiber, the SiC fiber and the SiC coating are not integrated, and the reinforcing action of the SiC fiber can be maintained.

本発明のセラミック複合材の製造方法は、CVD工程と、シリコン含浸工程との間に、骨材に炭素前駆体を含浸する炭素前駆体含浸工程と、骨材を熱処理し、炭素前駆体を炭素化し炭素マトリックスにする熱処理工程と、を更に有する。   The method for producing a ceramic composite material according to the present invention includes a carbon precursor impregnation step in which an aggregate is impregnated with a carbon precursor and a heat treatment of the aggregate between the CVD step and the silicon impregnation step. And a heat treatment step for forming a carbon matrix.

本発明のセラミック複合材の製造方法は、酸素を含有するSiC繊維を集合させ骨材を形成したのち、CVD炉に入れ、SiC繊維の表面に炭素を含有するセラミック被膜を形成し、次に骨材に炭素前駆体を含浸し、熱処理して炭素マトリックスを形成している。シリコンは、凝固する際に10%近く体積膨張する。このため、体積膨張によってSiC繊維に強い張力を発生させやすい。骨材の内部に炭素マトリックスを形成することにより、シリコンの含浸量を少なくすることができ、凝固による体積膨張を抑制し、SiC繊維にかかる張力を小さくしセラミック複合材の強度を高くすることができる。   In the method for producing a ceramic composite material of the present invention, oxygen-containing SiC fibers are aggregated to form an aggregate, and then put into a CVD furnace to form a ceramic coating containing carbon on the surface of the SiC fiber, and then the bone The material is impregnated with a carbon precursor and heat treated to form a carbon matrix. Silicon expands by nearly 10% as it solidifies. For this reason, it is easy to generate a strong tension on the SiC fiber by volume expansion. By forming a carbon matrix inside the aggregate, the amount of silicon impregnated can be reduced, volume expansion due to solidification can be suppressed, tension applied to SiC fibers can be reduced, and the strength of the ceramic composite can be increased. it can.

本発明のセラミック複合材の製造方法は、シリコン含浸工程の後に、骨材を焼成し、炭素マトリックスとシリコンとを反応させSiC化する焼成工程を更に有する。   The method for producing a ceramic composite of the present invention further includes a firing step of firing the aggregate and reacting the carbon matrix with silicon to form SiC after the silicon impregnation step.

本発明のセラミック複合材の製造方法は、焼成によって金属シリコンと炭素マトリックスとを反応させSiC化させているので、耐熱温度が上がり、熱変形が発生しにくく安定して使用可能なセラミック複合材を形成することができる。   In the method for producing a ceramic composite material of the present invention, since the silicon silicon and the carbon matrix are reacted to form SiC by firing, a heat-resistant temperature is increased, and a ceramic composite material that can be stably used is resistant to thermal deformation. Can be formed.

本発明のセラミック複合材の製造方法においては、焼成工程の処理温度が1410〜1600℃である。   In the manufacturing method of the ceramic composite material of this invention, the processing temperature of a baking process is 1410-1600 degreeC.

本発明のセラミック複合材の製造方法においては、焼成工程の処理温度が1600℃以下であるので、SiC繊維の劣化を抑制することができ、焼成工程の処理温度が1410℃以上であるので、炭素マトリックスと、金属シリコンとの反応を十分に行うことできる。   In the method for producing a ceramic composite material of the present invention, since the treatment temperature in the firing step is 1600 ° C. or less, the deterioration of the SiC fiber can be suppressed, and the treatment temperature in the firing step is 1410 ° C. or more. The reaction between the matrix and the metal silicon can be sufficiently performed.

本発明のセラミック複合材の製造方法においては、炭素前駆体が、ピッチ、コプナ樹脂、フェノール樹脂、カーボン粉末の分散液から選ばれる少なくとも一つの炭素前駆体である。   In the method for producing a ceramic composite of the present invention, the carbon precursor is at least one carbon precursor selected from pitch, a copna resin, a phenol resin, and a carbon powder dispersion.

本発明のセラミック複合材の製造方法の炭素前駆体は、熱処理によって炭素化するものであればよい。例えば、ピッチ、コプナ樹脂、フェノール樹脂などの有機物のほか、溶媒とカーボン粉末からなるカーボン粉末の分散液でもよい。有機物は熱処理によって分解して炭素化し、カーボン粉末の分散液は、熱処理によって溶媒が揮発し、カーボン粉末が残留する。いずれの場合も炭素前駆体の一部が除去されるので気孔ができ、シリコン含浸工程でこの気孔にシリコンを取り込むことができる。なお、有機物を使った場合には、炭素マトリックスは互いに一体化している一方、カーボン粉末を用いた場合には、カーボン粉末は互いに結合していないバラバラの粒子で存在する。この場合、後のシリコン含浸工程で含浸するシリコンによってバラバラの粒子を固定化させることができる。   The carbon precursor of the method for producing a ceramic composite of the present invention may be any carbon precursor that can be carbonized by heat treatment. For example, in addition to organic substances such as pitch, copna resin, and phenol resin, a dispersion of carbon powder made of a solvent and carbon powder may be used. The organic matter is decomposed and carbonized by heat treatment, and in the dispersion of carbon powder, the solvent is volatilized by heat treatment and the carbon powder remains. In either case, since a part of the carbon precursor is removed, pores are formed, and silicon can be taken into the pores in the silicon impregnation step. When organic substances are used, the carbon matrices are integrated with each other, whereas when carbon powder is used, the carbon powder exists as discrete particles that are not bonded to each other. In this case, the separated particles can be fixed by the silicon impregnated in the subsequent silicon impregnation step.

さらに、ピッチ、コプナ樹脂、フェノール樹脂などの有機物と、カーボン粉末とを同時に用いてもよい。カーボン粉末と有機物とを同時に用いると炭化の歩留まりが高く残留する金属シリコンの量を少なくすることができる。   Further, organic substances such as pitch, copna resin, phenol resin, and carbon powder may be used at the same time. When the carbon powder and the organic substance are used at the same time, the yield of carbonization is high, and the amount of remaining metal silicon can be reduced.

カーボン粉末は、どのようなものでもよい。例えば、カーボンクラック、コークス粉末、アモルファスコークス粉末、黒鉛粉末などが利用できる。カーボン粉末の50%体積累積径は、例えば20μm以下であることが好ましい。20μm以下であると、骨材の隙間に容易に含浸することができる。   Any carbon powder may be used. For example, carbon cracks, coke powder, amorphous coke powder, graphite powder and the like can be used. The 50% volume cumulative diameter of the carbon powder is preferably 20 μm or less, for example. When it is 20 μm or less, the gaps in the aggregate can be easily impregnated.

本発明のセラミック複合材の製造方法においては、熱分解炭素被膜の厚さが50〜800nmである。   In the method for producing a ceramic composite of the present invention, the pyrolytic carbon coating has a thickness of 50 to 800 nm.

本発明のセラミック複合材の製造方法においては、熱分解炭素被膜の厚さが800nm以下であるので、熱分解炭素被膜とSiC繊維とを合わせた太さを小さくすることができる。したがって、曲げられたときに生じる熱分解炭素被膜の表面の張力を小さくし、破断しにくくすることができる。熱分解炭素被膜の厚さが50nm以上であるので、SiC繊維と、SiC被膜とを充分に隔てることができるので、SiC繊維と、SiC被膜とが一体化することによるSiC繊維の強化作用の低減を防止することができる。   In the method for producing a ceramic composite material of the present invention, since the pyrolytic carbon coating has a thickness of 800 nm or less, the combined thickness of the pyrolytic carbon coating and SiC fibers can be reduced. Accordingly, it is possible to reduce the surface tension of the pyrolytic carbon film that is generated when bent, and to make it difficult to break. Since the thickness of the pyrolytic carbon coating is 50 nm or more, the SiC fiber and the SiC coating can be sufficiently separated from each other, so that the SiC fiber and the SiC coating are integrated to reduce the reinforcing action of the SiC fiber. Can be prevented.

本発明のセラミック複合材の製造方法においては、SiC被膜の厚さが0.5〜10μmである。   In the manufacturing method of the ceramic composite material of this invention, the thickness of a SiC film is 0.5-10 micrometers.

本発明のセラミック複合材の製造方法においては、SiC被膜の厚さが10μm以下であるので、SiC被膜、熱分解炭素被膜及びSiC繊維とを合わせた太さを小さくすることができ、曲げられたときに生じるSiC被膜の表面の張力を小さくし、破断しにくくすることができる。SiC被膜の厚さが0.5μm以上であるので、熱分解炭素被膜と、SiCマトリックスとを充分に隔てることができ、SiCマトリックスに含まれる金属シリコンと熱分解炭素被膜とを隔てることができ、熱分解炭素被膜がSiC化することを防止することができる。また、製造過程において熱分解炭素被膜と金属シリコンとの接触を防ぐことができるので、熱分解炭素被膜がSiC化することを防止することができる。   In the method for producing a ceramic composite of the present invention, since the thickness of the SiC coating is 10 μm or less, the combined thickness of the SiC coating, the pyrolytic carbon coating, and the SiC fiber can be reduced and bent. It is possible to reduce the tension of the surface of the SiC coating that is sometimes generated and to make it difficult to break. Since the thickness of the SiC coating is 0.5 μm or more, the pyrolytic carbon coating and the SiC matrix can be sufficiently separated, and the metal silicon contained in the SiC matrix and the pyrolytic carbon coating can be separated, It is possible to prevent the pyrolytic carbon coating from becoming SiC. In addition, since the contact between the pyrolytic carbon coating and the metal silicon can be prevented in the manufacturing process, the pyrolytic carbon coating can be prevented from becoming SiC.

本発明のセラミック複合材の製造方法においては、SiC繊維の直径が5〜20μmである。   In the manufacturing method of the ceramic composite material of this invention, the diameter of a SiC fiber is 5-20 micrometers.

SiC繊維は内部に酸素を含有している。このため、酸素が反応して欠陥が形成されると、断面積に占有する比率が大きくなり強度を劣化させる。本発明のセラミック複合材の製造方法においては、SiC繊維は、直径5μm以上であるので、この影響を小さくすることができ、破断しにくくすることができる。SiC繊維の直径が20μm以下であるので、曲げられたSiC繊維の表面に発生する張力が小さいので、破断しにくくすることができる。   The SiC fiber contains oxygen inside. For this reason, when oxygen reacts and defects are formed, the ratio occupied in the cross-sectional area increases and the strength deteriorates. In the method for producing a ceramic composite material of the present invention, since the SiC fiber has a diameter of 5 μm or more, this influence can be reduced and it is difficult to break. Since the diameter of the SiC fiber is 20 μm or less, since the tension generated on the surface of the bent SiC fiber is small, it can be made difficult to break.

本発明のセラミック複合材は、酸素を含有するSiC繊維が集合した骨材と、骨材内部の空間を埋めるSiマトリックスとからなるセラミック複合材であって、SiC繊維は、炭素を含有するCVD被膜で覆われている。   The ceramic composite material of the present invention is a ceramic composite material composed of an aggregate in which SiC fibers containing oxygen are aggregated and a Si matrix that fills the space inside the aggregate, and the SiC fiber is a CVD coating containing carbon. Covered with.

SiC繊維には、CVD法によって炭素を含有するセラミック被膜が形成されている。もともとSiC繊維には、原料に由来する微量の酸素を含有している。酸素はSiOの形態で含まれている。SiOは製造過程及び使用時に金属シリコンと接すると、SiOに分解し、気体となって散逸する。本発明のセラミック複合材は、純度の高いセラミックからなる炭素を含有するCVD被膜が形成されているので、金属シリコンとSiOが直接接触することを防止することができる。このため、SiC繊維の劣化を防止することができる。 A SiC-containing ceramic film is formed on the SiC fiber by a CVD method. Originally, SiC fiber contains a trace amount of oxygen derived from raw materials. Oxygen is contained in the form of SiO 2. When SiO 2 comes into contact with metallic silicon during the manufacturing process and use, it is decomposed into SiO and dissipated as a gas. In the ceramic composite material of the present invention, since the CVD coating containing carbon made of high-purity ceramic is formed, it is possible to prevent the metal silicon and SiO 2 from coming into direct contact. For this reason, deterioration of a SiC fiber can be prevented.

本発明のセラミック複合材は、酸素を含有するSiC繊維が集合した骨材と、骨材内部の空間を埋めるSiCマトリックスとからなるセラミック複合材であって、SiC繊維は、炭素を含有するCVD被膜で覆われ、SiCマトリックスは、反応焼結SiCである。   The ceramic composite of the present invention is a ceramic composite comprising an aggregate in which SiC fibers containing oxygen are gathered and a SiC matrix that fills the space inside the aggregate, the SiC fibers being a CVD coating containing carbon And the SiC matrix is reaction-sintered SiC.

反応焼結SiCは、金属シリコンとカーボンの反応で形成されたSiCであり、シリコンを溶融させてシリコンを供給するので、緻密なSiCマトリックスを得ることができる。また、SiC繊維には、セラミックからなる炭素を含有するCVD被膜が形成されている。もともとSiC繊維には、原料に由来する微量の酸素を含有している。酸素はSiOの形態で含まれている。SiOは製造過程及び使用時に金属シリコンと接すると、SiOに分解し、気体となって散逸しSiC繊維を劣化させる原因となる。本発明のセラミック複合材は、純度の高いセラミックからなる炭素を含有するCVD被膜が形成されているので、金属シリコンとSiOが直接接触することを防止することができる。このため、SiC繊維の劣化を防止することができる。 Reaction-sintered SiC is SiC formed by the reaction of metal silicon and carbon. Since silicon is supplied by melting silicon, a dense SiC matrix can be obtained. Further, a CVD film containing carbon made of ceramic is formed on the SiC fiber. Originally, SiC fiber contains a trace amount of oxygen derived from raw materials. Oxygen is contained in the form of SiO 2. When SiO 2 comes into contact with metallic silicon during the manufacturing process and use, it is decomposed into SiO, dissipates as a gas, and causes deterioration of the SiC fiber. In the ceramic composite material of the present invention, since the CVD coating containing carbon made of high-purity ceramic is formed, it is possible to prevent the metal silicon and SiO 2 from coming into direct contact. For this reason, deterioration of a SiC fiber can be prevented.

さらに本発明のセラミック複合材は、SiCマトリックスに、金属シリコンを含有する。   Furthermore, the ceramic composite of the present invention contains metallic silicon in the SiC matrix.

SiCマトリックスが金属シリコンを含有しているとは、SiCマトリックスの組成がシリコンリッチであることを示している。この場合、SiCマトリックスは、金属シリコンとSiCで構成され、カーボンはすべてシリコンと結合しSiCとなっている。このため、高温で使用しても酸化消耗するカーボンが無く、安定して使用することができる。   The SiC matrix containing metallic silicon indicates that the composition of the SiC matrix is silicon-rich. In this case, the SiC matrix is composed of metallic silicon and SiC, and all the carbon is bonded to silicon to form SiC. For this reason, there is no carbon that oxidizes and depletes even when used at high temperatures, and can be used stably.

本発明のセラミック複合材は、CVD被膜が、SiC繊維を覆う熱分解炭素被膜とさらに熱分解炭素被膜の外側を覆うSiC被膜とからなる。   In the ceramic composite of the present invention, the CVD coating is composed of a pyrolytic carbon coating covering the SiC fiber and a SiC coating covering the outside of the pyrolytic carbon coating.

本発明のセラミック複合材のCVD法で形成されたSiC被膜は、シランと炭化水素の混合ガスまたは有機シランガスなどの高純度の原料ガスを使用できるので、高純度であり、酸素を含有していない。このため金属シリコンと接触してもSiOガスを発生させることが無い。またSiC被膜とSiC繊維との間に熱分解炭素被膜が形成されているので、SiC繊維と、SiC被膜とが一体化せず、SiC繊維の強化作用を維持することができる。   Since the SiC film formed by the CVD method of the ceramic composite material of the present invention can use a high-purity raw material gas such as a mixed gas of silane and hydrocarbon or an organic silane gas, it has a high purity and does not contain oxygen. . For this reason, SiO gas is not generated even if it contacts with metallic silicon. Further, since the pyrolytic carbon coating is formed between the SiC coating and the SiC fiber, the SiC fiber and the SiC coating are not integrated, and the reinforcing action of the SiC fiber can be maintained.

本発明のセラミック複合材は、熱分解炭素被膜の厚さが50〜800nmである。   In the ceramic composite of the present invention, the pyrolytic carbon coating has a thickness of 50 to 800 nm.

本発明のセラミック複合材の熱分解炭素被膜の厚さが800nm以下であるので、熱分解炭素被膜とSiC繊維とを合わせた太さを小さくすることができ、曲げられたときに生じる熱分解炭素被膜の表面の張力を小さくし、破断しにくくすることができる。熱分解炭素被膜の厚さが50nm以上であるので、SiC繊維と、SiC被膜とを充分に隔てることができ、SiC繊維と、SiC被膜との一体化によるSiC繊維の強化作用の低減を防止することができる。   Since the thickness of the pyrolytic carbon coating of the ceramic composite of the present invention is 800 nm or less, the combined thickness of the pyrolytic carbon coating and SiC fibers can be reduced, and pyrolytic carbon generated when bent. The tension on the surface of the coating can be reduced, making it difficult to break. Since the thickness of the pyrolytic carbon coating is 50 nm or more, the SiC fiber and the SiC coating can be sufficiently separated, and the reduction of the reinforcing action of the SiC fiber due to the integration of the SiC fiber and the SiC coating is prevented. be able to.

本発明のセラミック複合材は、SiC被膜の厚さが0.5〜10μmである。   In the ceramic composite of the present invention, the thickness of the SiC coating is 0.5 to 10 μm.

本発明のセラミック複合材は、SiC被膜の厚さが10μm以下であるので、SiC被膜、熱分解炭素被膜及びSiC繊維とを合わせた太さを小さくすることができ、曲げられたときに生じるSiC被膜の表面の張力を小さくし、破断しにくくすることができる。SiC被膜の厚さが0.5μm以上であるので、熱分解炭素被膜と、SiCマトリックスとを充分に隔てることができ、SiCマトリックスに含まれる金属シリコンと熱分解炭素被膜とを隔てることができ、熱分解炭素被膜がSiC化することを防止することができる。また、製造過程において熱分解炭素被膜と金属シリコンとの接触を防ぐことができるので、熱分解炭素被膜がSiC化することを防止することができる。   Since the thickness of the SiC coating of the present invention is 10 μm or less, the combined thickness of the SiC coating, the pyrolytic carbon coating, and the SiC fiber can be reduced, and the SiC produced when bent The tension on the surface of the coating can be reduced, making it difficult to break. Since the thickness of the SiC coating is 0.5 μm or more, the pyrolytic carbon coating and the SiC matrix can be sufficiently separated, and the metal silicon contained in the SiC matrix and the pyrolytic carbon coating can be separated, It is possible to prevent the pyrolytic carbon coating from becoming SiC. In addition, since the contact between the pyrolytic carbon coating and the metal silicon can be prevented in the manufacturing process, the pyrolytic carbon coating can be prevented from becoming SiC.

本発明のセラミック複合材は、SiC繊維の直径が5〜20μmである。   The ceramic composite material of the present invention has a SiC fiber diameter of 5 to 20 μm.

SiC繊維は内部に酸素を含有している。このため、酸素が反応して欠陥が形成されると、断面積に占有する比率が大きくなり強度を劣化させる。本発明のセラミック複合材は、SiC繊維の直径が5μm以上であるので、この影響を小さくすることができ、破断しにくくすることができる。SiC繊維の直径が20μm以下であるので、曲げられたSiC繊維の表面に発生する張力が小さいので、破断しにくくすることができる。   The SiC fiber contains oxygen inside. For this reason, when oxygen reacts and defects are formed, the ratio occupied in the cross-sectional area increases and the strength deteriorates. In the ceramic composite material of the present invention, since the SiC fiber has a diameter of 5 μm or more, this influence can be reduced and it can be made difficult to break. Since the diameter of the SiC fiber is 20 μm or less, since the tension generated on the surface of the bent SiC fiber is small, it can be made difficult to break.

本発明のセラミック複合材に用いられるSiC繊維は、原材料として酸素を含有するポリカルボシランを用いて製造される。製造の過程で、架橋反応が必要であり、電子線、酸素などを用いて架橋される。酸素架橋を行った場合には、さらにSiC繊維に含まれる酸素の含有量が多くなる。酸素架橋を行わない電子線架橋によるSiC繊維では、例えば酸素含有量が0.5〜1.0重量%、酸素架橋によるSiC繊維では、例えば酸素含有量が1.0〜20重量%となる。本発明のセラミック複合材およびセラミック複合材の製造方法のSiC繊維における酸素の含有量は、例えば0.5〜20重量%である。酸素は、SiOの形態で含まれている。いずれの架橋処理を行ったSiC繊維を用いても、SiOは溶融シリコンと反応しやすく、反応によってSiC繊維が浸食される。 The SiC fiber used for the ceramic composite of the present invention is manufactured using polycarbosilane containing oxygen as a raw material. In the process of production, a crosslinking reaction is required, and crosslinking is performed using an electron beam, oxygen, or the like. When oxygen cross-linking is performed, the content of oxygen contained in the SiC fiber is further increased. In the SiC fiber by electron beam crosslinking without oxygen crosslinking, for example, the oxygen content is 0.5 to 1.0% by weight, and in the SiC fiber by oxygen crosslinking, for example, the oxygen content is 1.0 to 20% by weight. The oxygen content in the SiC fiber of the ceramic composite of the present invention and the method for producing the ceramic composite is, for example, 0.5 to 20% by weight. Oxygen is contained in the SiO 2 form. Whichever cross-linked SiC fiber is used, SiO 2 easily reacts with molten silicon, and the SiC fiber is eroded by the reaction.

これに対し、CVD法によるセラミック被膜では、原材料に焼結助剤等を必要としないので、高純度のセラミック被膜を得ることができる。高純度のセラミック被膜は、溶融シリコンと反応しにくいので、浸食されにくくすることができる。特にCVD法によるSiC被膜は、原材ガスに酸素を含有せず、酸素の混入経路は装置からのコンタミネーションなどしかないので酸素の含有量は極めて少ない。このためSiOの含有量は極めて少なく、浸食へ及ぼす影響はほとんど無い。例えばCVD法よるSiC被膜の酸素含有量は、混入していたとしても10重量ppm以下である。 On the other hand, the ceramic coating by the CVD method does not require a sintering aid or the like as a raw material, so that a high purity ceramic coating can be obtained. A high-purity ceramic coating does not easily react with molten silicon, and therefore can be less likely to be eroded. In particular, the SiC film formed by the CVD method does not contain oxygen in the raw material gas, and the oxygen mixing path has only contamination from the apparatus, so the oxygen content is extremely small. For this reason, the content of SiO 2 is extremely small, and there is almost no influence on erosion. For example, the oxygen content of the SiC film formed by the CVD method is 10 ppm by weight or less even if mixed.

本発明のセラミック複合材に用いられる骨材の形態は、特に限定されない。例えば、クロス、抄造体、フィラメントワインディング体、ブレーディング体などが利用できる。   The form of the aggregate used for the ceramic composite of the present invention is not particularly limited. For example, cloths, papermaking bodies, filament winding bodies, braiding bodies, etc. can be used.

クロスは、SiC繊維を束ねたストランドを用いて製織される。抄造体は、SiC繊維の短繊維、長繊維などを用いて製造される。フィラメントワインディング体は、SiC繊維を束ねたストランドをマンドレルに巻回して形成される。マンドレルに巻回するときの角度は、巻回するごとにストランドが接触あるいは隣り合うように巻回するフープ巻き、大きく間隔をあけて斜めに巻回するヘリカル巻きなどどのような方法で巻回してもよい。
ブレーディング体は、互いに対向する方向にストランドを編んで円筒形状の骨材を形成する。
The cloth is woven using a strand in which SiC fibers are bundled. The papermaking body is manufactured using SiC short fibers and long fibers. The filament winding body is formed by winding a strand in which SiC fibers are bundled around a mandrel. The angle of winding around the mandrel can be determined by any method such as hoop winding where the strands are in contact with or adjacent to each other, helical winding winding diagonally at large intervals. Also good.
The braided body forms a cylindrical aggregate by knitting strands in opposite directions.

本発明のセラミック複合材の1本のストランドに用いるSiC繊維の本数は特に限定されないが、例えば100〜5000本である。   Although the number of SiC fiber used for one strand of the ceramic composite material of this invention is not specifically limited, For example, it is 100-5000 pieces.

(発明を実施するための形態)
本発明の実施の形態1〜3について、図面を用いて順に説明する。
(Mode for carrying out the invention)
Embodiments 1 to 3 of the present invention will be described in order with reference to the drawings.

<実施の形態1>
図1は本発明のセラミック複合材の実施の形態1の製造工程を示すフロー図である。図4は本発明のセラミック複合材の実施の形態1の製造工程を示す説明図である。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a flowchart showing the manufacturing process of the first embodiment of the ceramic composite material of the present invention. FIG. 4 is an explanatory view showing a manufacturing process of the first embodiment of the ceramic composite material of the present invention.

実施の形態1のセラミック複合材10の製造方法は、酸素を含有するSiC繊維1を集合させ骨材9を形成する骨材形成工程(P1)と、骨材9をCVD炉に入れ、SiC繊維1の表面にセラミック被膜2を形成するCVD工程(P2)と、骨材9にシリコンを含浸するシリコン含浸工程(P3)と、を有する。   The manufacturing method of the ceramic composite material 10 according to the first embodiment includes an aggregate forming step (P1) in which the SiC fibers 1 containing oxygen are aggregated to form the aggregate 9, and the aggregate 9 is placed in a CVD furnace. 1 includes a CVD process (P2) for forming the ceramic coating 2 on the surface of 1 and a silicon impregnation process (P3) for impregnating the aggregate 9 with silicon.

このような製造方法によって酸素を含有するSiC繊維1が集合した骨材9と、骨材内部の空間を埋めるSiマトリックス3とからなるセラミック複合材10であって、SiC繊維1は、炭素を含有するCVD被膜(セラミック被膜)2で覆われている本発明のセラミック複合材を得ることができる。   A ceramic composite material 10 comprising an aggregate 9 in which SiC fibers 1 containing oxygen are gathered by such a manufacturing method and an Si matrix 3 filling a space inside the aggregate, the SiC fiber 1 containing carbon The ceramic composite material of the present invention covered with the CVD film (ceramic film) 2 can be obtained.

本実施の形態では、酸素を含有するSiC繊維1とSiマトリックス3が直接接することがないので、製造及び使用の際にSiC繊維1がシリコンによる浸食を受けることがなく、劣化しないので高強度のセラミック複合材10を得ることができる。   In the present embodiment, since the SiC fiber 1 containing oxygen and the Si matrix 3 are not in direct contact with each other, the SiC fiber 1 is not subject to erosion by silicon and is not deteriorated during manufacture and use, and thus has high strength. A ceramic composite material 10 can be obtained.

<実施の形態2>
図2は本発明のセラミック複合材の実施の形態2の製造工程を示すフロー図である。図5は本発明のセラミック複合材の実施の形態2の製造工程を示す説明図である。
<Embodiment 2>
FIG. 2 is a flowchart showing the manufacturing process of the second embodiment of the ceramic composite material of the present invention. FIG. 5 is an explanatory view showing a manufacturing process of the second embodiment of the ceramic composite material of the present invention.

実施の形態2のセラミック複合材10の製造方法は、酸素を含有するSiC繊維1を集合させ骨材9を形成する骨材形成工程(P1)と、骨材9をCVD炉に入れ、SiC繊維1の表面に炭素を含有するセラミック被膜2を形成するCVD工程(P2)と、骨材9に炭素前駆体7を含浸する炭素前駆体含浸工程(P4)と、骨材9を熱処理し、炭素前駆体7を炭素化し炭素マトリックス5にする熱処理工程(P5)と、骨材9にシリコンを含浸するシリコン含浸工程(P3)と、を有する。   The method for manufacturing ceramic composite material 10 of the second embodiment includes an aggregate forming step (P1) in which SiC fibers 1 containing oxygen are aggregated to form aggregate 9, and aggregate 9 is placed in a CVD furnace, and SiC fibers CVD process (P2) for forming a ceramic coating 2 containing carbon on the surface of 1, carbon precursor impregnation process (P4) for impregnating aggregate 9 with carbon precursor 7, heat treatment of aggregate 9, carbon It includes a heat treatment step (P5) for carbonizing the precursor 7 to make the carbon matrix 5, and a silicon impregnation step (P3) for impregnating the aggregate 9 with silicon.

このような製造方法によって、酸素を含有するSiC繊維1が集合した骨材9と、骨材内部の空間を埋めるSiマトリックス3とからなるセラミック複合材10であって、SiC繊維1は、炭素を含有するCVD被膜2で覆われているセラミック複合材10を得ることができる。このようにして本発明のセラミック複合材10を得ることができる。なお、Siマトリックス3中には、炭素を含有している。   By such a manufacturing method, the ceramic composite material 10 is composed of the aggregate 9 in which the SiC fibers 1 containing oxygen are gathered and the Si matrix 3 that fills the space inside the aggregate, and the SiC fiber 1 contains carbon. The ceramic composite material 10 covered with the contained CVD film 2 can be obtained. In this way, the ceramic composite material 10 of the present invention can be obtained. The Si matrix 3 contains carbon.

本実施の形態では、さらに、Siマトリックス3中にカーボンをあらかじめ含有させているので金属シリコンの含有量を少なくすることができる。このためシリコンを凝固させたときのSiマトリックス3の体積膨張の影響を小さくすることができ、SiC繊維1の損傷を小さくすることができ、高強度のセラミック複合材10を提供することができる。   In the present embodiment, since the Si matrix 3 contains carbon in advance, the content of metal silicon can be reduced. For this reason, the influence of volume expansion of the Si matrix 3 when silicon is solidified can be reduced, damage to the SiC fiber 1 can be reduced, and a high-strength ceramic composite material 10 can be provided.

<実施の形態3>
図3は本発明のセラミック複合材の実施の形態3の製造工程を示すフロー図である。図6は本発明のセラミック複合材の実施の形態3の製造工程を示す説明図である。
<Embodiment 3>
FIG. 3 is a flowchart showing the manufacturing process of the third embodiment of the ceramic composite material of the present invention. FIG. 6 is an explanatory view showing the manufacturing process of the third embodiment of the ceramic composite material of the present invention.

実施の形態3のセラミック複合材10の製造方法は、酸素を含有するSiC繊維1を集合させ骨材9を形成する骨材形成工程(P1)と、骨材9をCVD炉に入れ、SiC繊維1の表面に炭素を含有するセラミック被膜2を形成するCVD工程(P2)と、骨材9に炭素前駆体7を含浸する炭素前駆体含浸工程(P4)と、骨材9を熱処理し、炭素前駆体7を炭素化し炭素マトリックス5にする熱処理工程(P5)と、骨材9にシリコンを含浸するシリコン含浸工程(P3)と、骨材9を焼成し、炭素マトリックス5と金属シリコンとを反応させSiC化する焼成工程(P6)と、を有する。   The method for manufacturing ceramic composite material 10 according to the third embodiment includes an aggregate formation step (P1) in which SiC fibers 1 containing oxygen are aggregated to form aggregate 9, and aggregate 9 is placed in a CVD furnace. CVD process (P2) for forming a ceramic coating 2 containing carbon on the surface of 1, carbon precursor impregnation process (P4) for impregnating aggregate 9 with carbon precursor 7, heat treatment of aggregate 9, carbon A heat treatment step (P5) for carbonizing the precursor 7 to make the carbon matrix 5, a silicon impregnation step (P3) for impregnating the aggregate 9 with silicon, and firing the aggregate 9 to react the carbon matrix 5 with metallic silicon And a baking step (P6) for converting to SiC.

骨材形成工程(P1)では、例えばSiC繊維1を100〜5000本束ねたストランドをマンドレルに巻回し、フィラメントワインディング体の骨材9が得られる。   In the aggregate forming step (P1), for example, a strand in which 100 to 5000 SiC fibers 1 are bundled is wound around a mandrel, and an aggregate 9 of a filament winding body is obtained.

CVD工程(P2)においては、例えばはじめにメタンを導入し、次にメタンとトリクロロシランを原料ガスとして導入し、SiC繊維1を覆う炭素を含有するCVD被膜(セラミック被膜)2は内側が熱分解炭素、熱分解炭素の外側がSiCの2層構造のCVD被膜2を得ることができる。   In the CVD process (P2), for example, methane is first introduced, and then methane and trichlorosilane are introduced as source gases, and the CVD coating (ceramic coating) 2 containing carbon covering the SiC fiber 1 has pyrolytic carbon inside. Further, a CVD film 2 having a two-layer structure of SiC on the outside of pyrolytic carbon can be obtained.

次にマンドレルからフィラメントワインディング体を取り外し、炭素前駆体含浸工程(P4)で例えばフェノール樹脂を含浸する。フェノール樹脂は、有機溶媒あるいは水に溶解したもの、熱で溶融させたものなどが利用できる。   Next, the filament winding body is removed from the mandrel, and impregnated with, for example, a phenol resin in the carbon precursor impregnation step (P4). As the phenol resin, those dissolved in an organic solvent or water, those melted by heat, and the like can be used.

熱処理工程(P5)では、炭素前駆体7を含浸した骨材9を、熱処理炉に入れ加熱する。熱処理炉は、不活性雰囲気または真空下で処理する。溶媒を含有する場合は、最初に溶媒を揮発させる。このため溶媒の揮発が完了した後で昇温の速度を上昇させると効率よく熱処理を行うことができる。望ましい熱処理の温度は、600〜1200℃である。熱処理の温度が600℃以上であれば、炭素前駆体7の炭素化を充分に行うことができ、熱処理温度が1200℃以下であれば、熱処理工程におけるSiC繊維1の劣化を少なくすることができる。   In the heat treatment step (P5), the aggregate 9 impregnated with the carbon precursor 7 is placed in a heat treatment furnace and heated. The heat treatment furnace is processed in an inert atmosphere or in a vacuum. When a solvent is contained, the solvent is first volatilized. Therefore, heat treatment can be efficiently performed by increasing the rate of temperature rise after the volatilization of the solvent is completed. A desirable heat treatment temperature is 600 to 1200 ° C. If the heat treatment temperature is 600 ° C. or higher, the carbon precursor 7 can be sufficiently carbonized, and if the heat treatment temperature is 1200 ° C. or lower, the deterioration of the SiC fiber 1 in the heat treatment step can be reduced. .

熱処理工程(P5)では、炭素前駆体7の分解の過程で大量の分解ガスを生成するとともに分解ガスの流出経路を確保するため、炭素マトリックス5に形成される気孔の容積が大きくなる。シリコン含浸工程では、シリコンはこの気孔に浸透する。このため、炭素マトリックスに対しシリコンの方が余剰になり、反応後に余剰なシリコンが残留するようになる。   In the heat treatment step (P5), a large amount of decomposition gas is generated in the process of decomposition of the carbon precursor 7 and an outflow path of the decomposition gas is secured, so that the volume of pores formed in the carbon matrix 5 is increased. In the silicon impregnation process, silicon penetrates into the pores. For this reason, silicon becomes surplus with respect to the carbon matrix, and surplus silicon remains after the reaction.

次にシリコン含浸工程(P3)で、得られた骨材を溶融シリコンに浸漬する。あらかじめシリコンを溶融させておき、浸漬させることによって短時間でシリコン含浸を行うことができる。溶融シリコンの温度は、特に限定されないが例えば1410〜1600℃である。   Next, in the silicon impregnation step (P3), the obtained aggregate is immersed in molten silicon. Silicon can be impregnated in a short time by previously melting and immersing silicon. Although the temperature of molten silicon is not specifically limited, For example, it is 1410-1600 degreeC.

次に焼成工程(P6)で、次にシリコンの含浸された骨材9を焼成し、炭素とシリコンとを反応させ、反応焼結SiCを形成させ、SiCマトリックス4を得ることができる。焼成の温度は1410〜1600℃である。   Next, in the firing step (P6), the aggregate 9 impregnated with silicon is fired, carbon and silicon are reacted to form reactive sintered SiC, and the SiC matrix 4 can be obtained. The temperature of baking is 1410-1600 degreeC.

このような製造方法によって、酸素を含有するSiC繊維1が集合した骨材9と、骨材内部の空間を埋めるSiCマトリックス4とからなるセラミック複合材10であって、SiC繊維1は、炭素を含有するCVD被膜(セラミック被膜)2で覆われ、SiCマトリックス4は、反応焼結SiCである本発明のセラミック複合材10を得ることができる。   By such a manufacturing method, the ceramic composite material 10 is composed of the aggregate 9 in which the SiC fibers 1 containing oxygen are gathered and the SiC matrix 4 that fills the space inside the aggregate, and the SiC fiber 1 contains carbon. The ceramic composite material 10 of the present invention, which is covered with the contained CVD film (ceramic film) 2 and the SiC matrix 4 is reaction-sintered SiC, can be obtained.

本実施の形態では、炭素マトリックス5を形成し、さらにシリコンを含浸したのち焼成しているので、炭素マトリックス5とシリコンとが反応し、反応焼結SiCからなるSiCマトリックス4が得られている。   In the present embodiment, since the carbon matrix 5 is formed and further impregnated with silicon and then baked, the carbon matrix 5 and silicon react to obtain a SiC matrix 4 made of reactively sintered SiC.

本実施の形態では、酸素を含有するSiC繊維1の表面に熱分解炭素被膜とSiC被膜とからなる炭素を含有するCVD被膜(セラミック被膜)2が形成されているので、シリコン含浸工程(P3)、焼成工程(P6)でSiC繊維1がシリコンによって劣化させられることが無い。また、SiC繊維1とSiC被膜との間に熱分解炭素被膜を有しているので、SiC繊維1とSiC被膜とが一体化することなく、SiC繊維による繊維強化の効果を充分に発揮することができる。   In the present embodiment, since the CVD coating (ceramic coating) 2 containing carbon composed of the pyrolytic carbon coating and the SiC coating is formed on the surface of the SiC fiber 1 containing oxygen, the silicon impregnation step (P3) In the firing step (P6), the SiC fiber 1 is not deteriorated by silicon. In addition, since the pyrolytic carbon coating is provided between the SiC fiber 1 and the SiC coating, the effect of fiber reinforcement by the SiC fiber is sufficiently exhibited without the SiC fiber 1 and the SiC coating being integrated. Can do.

以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。
(実施例)
Examples of the present invention and comparative examples will be described below.
(Example)

<骨材形成工程>
SiC繊維1からなる織布を5枚重ね骨材9とする。織布は、酸素を含有するSiC繊維1を2000本束ねたストランドが織られて形成されている。
<Aggregate formation process>
Five woven fabrics made of SiC fiber 1 are used as aggregate 9. The woven fabric is formed by weaving strands of 2000 bundles of SiC fibers 1 containing oxygen.

<CVD工程>
次に上記骨材9をCVD炉に入れ、1100℃の処理温度でメタンを導入し、SiC繊維1の表面に熱分解炭素被膜を形成し、次いで1200℃の処理温度でメタンとトリクロロシランを導入しSiC被膜を形成する。
<CVD process>
Next, the aggregate 9 is put into a CVD furnace, methane is introduced at a treatment temperature of 1100 ° C., a pyrolytic carbon film is formed on the surface of the SiC fiber 1, and then methane and trichlorosilane are introduced at a treatment temperature of 1200 ° C. Then, an SiC film is formed.

<シリコン含浸工程>
上記骨材にシリコンを含浸する。シリコンは石英ルツボの中で溶融されており温度は1450℃である。溶融したシリコンは、SiCとの濡れ性が高く、接触角が小さいので速やかに内部に浸透することができる。浸漬時間は10分である。
<Silicon impregnation process>
The aggregate is impregnated with silicon. Silicon is melted in a quartz crucible and the temperature is 1450 ° C. Molten silicon has high wettability with SiC and a small contact angle, so that it can quickly penetrate into the interior. The immersion time is 10 minutes.

得られたセラミック複合材10を切断し、断面を観察した。図7は得られたセラミック複合材断面図である。   The obtained ceramic composite material 10 was cut and the cross section was observed. FIG. 7 is a cross-sectional view of the obtained ceramic composite material.

得られたセラミック複合材10は、酸素を含有するSiC繊維1が集合した骨材と、骨材内部の空間を埋めるSiマトリックス3とからなり、SiC繊維1は、炭素を含有するCVD被膜2で覆われているセラミック複合材であることが確認された。   The obtained ceramic composite material 10 is composed of an aggregate in which SiC fibers 1 containing oxygen are gathered and an Si matrix 3 filling the space inside the aggregate, and the SiC fibers 1 are made of a CVD film 2 containing carbon. It was confirmed to be a covered ceramic composite.

使用したSiC繊維1の酸素含有量は、0.7%であったが、セラミック被膜2によって金属シリコンと接することが無く、SiC繊維1はシリコンによって浸食することはなかった。   Although the oxygen content of the SiC fiber 1 used was 0.7%, the ceramic coating 2 did not contact the metal silicon, and the SiC fiber 1 was not eroded by the silicon.

(比較例)
CVD工程が無い以外、実施例と同様の方法でセラミック複合材を作成した。すなわち、セラミック複合材を構成するSiC繊維には、炭素を含有するCVD被膜を有していない。使用したSiC繊維の酸素含有量は、同様に0.7%であった。
(Comparative example)
A ceramic composite material was prepared in the same manner as in the example except that there was no CVD process. That is, the SiC fiber constituting the ceramic composite material does not have a CVD film containing carbon. The oxygen content of the SiC fiber used was similarly 0.7%.

得られたセラミック複合材を切断し、断面を観察した。図8は得られたセラミック複合材断面図である。   The obtained ceramic composite was cut and the cross section was observed. FIG. 8 is a sectional view of the obtained ceramic composite material.

得られたセラミック複合材は、SiC繊維が集合した骨材と、骨材内部の空間を埋めるSiマトリックスとからなるセラミック複合材であるが、SiC繊維にはCVD被膜はない。   The obtained ceramic composite is a ceramic composite composed of an aggregate in which SiC fibers are aggregated and an Si matrix that fills the space inside the aggregate, but the SiC fibers do not have a CVD coating.

SiC繊維は溶融シリコンと接触し、断面が円形であるSiC繊維の断面形状が変わり、個々のSiC繊維ごとに異なる断面形状になり、シリコンによる浸食が確認された。   The SiC fiber was in contact with the molten silicon, the cross-sectional shape of the SiC fiber having a circular cross section was changed, the cross-sectional shape was different for each SiC fiber, and erosion by silicon was confirmed.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態において示された事項に限定されず、特許請求の範囲及び明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者がその変更又は応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the matters shown in the above embodiments, and those skilled in the art will understand the scope of the claims and the description, and based on well-known techniques. Modifications or applications are also contemplated by the present invention and are within the scope of seeking protection.

1 SiC繊維
2 CVD被膜(セラミック被膜)
3 Siマトリックス
4 SiCマトリックス
5 炭素マトリックス
7 炭素前駆体
9 骨材
10 セラミック複合材
1 SiC fiber 2 CVD coating (ceramic coating)
3 Si matrix 4 SiC matrix 5 Carbon matrix 7 Carbon precursor 9 Aggregate 10 Ceramic composite material

Claims (16)

セラミック複合材の製造方法であって、
酸素を含有するSiC繊維を集合させ骨材を形成する骨材形成工程と、
前記骨材をCVD炉に入れ、前記SiC繊維の表面に炭素を含有するセラミック被膜を形成するCVD工程と、
前記骨材にシリコンを含浸するシリコン含浸工程と、
を有するセラミック複合材の製造方法。
A method for producing a ceramic composite, comprising:
An aggregate forming step of forming an aggregate by assembling SiC fibers containing oxygen;
CVD step of placing the aggregate in a CVD furnace and forming a ceramic coating containing carbon on the surface of the SiC fiber;
A silicon impregnation step of impregnating the aggregate with silicon;
A method for producing a ceramic composite material comprising:
前記セラミック被膜は、前記SiC繊維を覆う熱分解炭素被膜と当該熱分解炭素被膜の外側を覆うSiC被膜とからなる請求項1に記載のセラミック複合材の製造方法。   2. The method for producing a ceramic composite material according to claim 1, wherein the ceramic coating includes a pyrolytic carbon coating covering the SiC fiber and a SiC coating covering the outside of the pyrolytic carbon coating. 前記CVD工程と、前記シリコン含浸工程との間に、
前記骨材に炭素前駆体を含浸する炭素前駆体含浸工程と、
前記骨材を熱処理し、前記炭素前駆体を炭素化し炭素マトリックスにする熱処理工程と、
を更に有する請求項1または2に記載のセラミック複合材の製造方法。
Between the CVD step and the silicon impregnation step,
A carbon precursor impregnation step of impregnating the aggregate with a carbon precursor;
A heat treatment step of heat treating the aggregate and carbonizing the carbon precursor into a carbon matrix;
The method for producing a ceramic composite material according to claim 1, further comprising:
前記シリコン含浸工程の後に、
前記骨材を焼成し、前記炭素マトリックスと前記シリコンとを反応させSiC化する焼成工程を更に有する請求項3に記載のセラミック複合材の製造方法。
After the silicon impregnation step,
The method for producing a ceramic composite material according to claim 3, further comprising a firing step of firing the aggregate and reacting the carbon matrix with the silicon to form SiC.
前記焼成工程は、処理温度が1410〜1600℃である請求項4に記載のセラミック複合材の製造方法。   The method for producing a ceramic composite material according to claim 4, wherein the firing step has a processing temperature of 1410 to 1600 ° C. 前記炭素前駆体は、ピッチ、コプナ樹脂、フェノール樹脂、カーボン粉末の分散液から選ばれる少なくとも一つの炭素前駆体である請求項3から5のいずれか1項に記載のセラミック複合材の製造方法。   The method for producing a ceramic composite material according to any one of claims 3 to 5, wherein the carbon precursor is at least one carbon precursor selected from a dispersion of pitch, copna resin, phenol resin, and carbon powder. 前記熱分解炭素被膜の厚さが50〜800nmである請求項2に記載のセラミック複合材の製造方法。   The method for producing a ceramic composite according to claim 2, wherein the pyrolytic carbon coating has a thickness of 50 to 800 nm. 前記SiC被膜の厚さが0.5〜10μmである請求項2に記載のセラミック複合材の製造方法。   The method for producing a ceramic composite material according to claim 2, wherein the SiC coating has a thickness of 0.5 to 10 μm. 前記SiC繊維は、直径が5〜20μmである請求項1から8のいずれか1項に記載のセラミック複合材の製造方法。   The method for producing a ceramic composite material according to claim 1, wherein the SiC fiber has a diameter of 5 to 20 μm. 酸素を含有するSiC繊維が集合した骨材と、前記骨材内部の空間を埋めるSiマトリックスとを含むセラミック複合材であって、
前記SiC繊維は、炭素を含有するCVD被膜で覆われているセラミック複合材。
A ceramic composite material including an aggregate in which SiC fibers containing oxygen are aggregated, and an Si matrix filling a space inside the aggregate,
The SiC fiber is a ceramic composite material covered with a CVD film containing carbon.
酸素を含有するSiC繊維が集合した骨材と、前記骨材内部の空間を埋めるSiCマトリックスとを含むセラミック複合材であって、
前記SiC繊維は、炭素を含有するCVD被膜で覆われ、
前記SiCマトリックスは、反応焼結SiCであるセラミック複合材。
A ceramic composite material including an aggregate in which SiC fibers containing oxygen are aggregated, and a SiC matrix filling a space inside the aggregate,
The SiC fiber is covered with a CVD film containing carbon;
The SiC matrix is a ceramic composite material in which reaction-sintered SiC is used.
前記SiCマトリックスは、金属シリコンを含有する請求項11に記載のセラミック複合材。   The ceramic composite according to claim 11, wherein the SiC matrix contains metallic silicon. 前記CVD被膜は、前記SiC繊維を覆う熱分解炭素被膜と当該熱分解炭素被膜の外側を覆うSiC被膜とからなる請求項10から12のいずれか1項に記載のセラミック複合材。   The ceramic composite material according to any one of claims 10 to 12, wherein the CVD coating includes a pyrolytic carbon coating that covers the SiC fiber and a SiC coating that covers the outside of the pyrolytic carbon coating. 前記熱分解炭素被膜の厚さが50〜800nmである請求項13に記載のセラミック複合材。   The ceramic composite material according to claim 13, wherein the pyrolytic carbon coating has a thickness of 50 to 800 nm. 前記SiC被膜の厚さが0.5〜10μmである請求項13または14に記載のセラミック複合材。   The ceramic composite material according to claim 13 or 14, wherein the SiC coating has a thickness of 0.5 to 10 µm. 前記SiC繊維は、直径が5〜20μmである請求項10から15のいずれか1項に記載のセラミック複合材。   The ceramic composite material according to any one of claims 10 to 15, wherein the SiC fiber has a diameter of 5 to 20 µm.
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