JP2017145181A - METHOD FOR PRODUCING SiC/SiC COMPOSITE MATERIAL - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、SiC/SiC複合材料の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a SiC / SiC composite material.
炭化珪素(SiC)、窒化珪素(Si3N4)等のセラミック材料は、耐熱性、化学的安定性、機械的特性等に優れている。そのため、これらのセラミック材料は、原子力分野、航空・宇宙分野、発電分野等の過酷な環境下や、ポンプメカニカルシール等の一般的な分野で使用される材料として開発が進められている。これらのセラミック材料のうち、SiCは、上記の特性に優れていることから、広範囲な分野において有望視されている構造材料である。 Ceramic materials such as silicon carbide (SiC) and silicon nitride (Si 3 N 4 ) are excellent in heat resistance, chemical stability, mechanical properties, and the like. Therefore, these ceramic materials are being developed as materials used in harsh environments such as the nuclear field, aerospace field, and power generation field, and in general fields such as pump mechanical seals. Of these ceramic materials, SiC is a structural material that is promising in a wide range of fields because of its excellent properties.
ただし、SiC自体は脆い材料であるため、これを改良するため、SiC繊維とSiCマトリックスとからなるSiC繊維/SiC複合材料が提案されている。しかしながら、SiC繊維/SiC複合材料であっても、SiCマトリックスに亀裂が生じると、マトリックス中に亀裂が進展し、SiC繊維にまで亀裂が伝播することがあった。 However, since SiC itself is a brittle material, in order to improve this, a SiC fiber / SiC composite material composed of a SiC fiber and a SiC matrix has been proposed. However, even in the SiC fiber / SiC composite material, when a crack occurs in the SiC matrix, the crack propagates in the matrix and the crack may propagate to the SiC fiber.
特許文献1には、セラミック繊維からなる繊維集合体に、マトリックス前駆体と中空体とを含むスラリーを含浸し、含浸体を得る含浸工程と、上記含浸体を焼成する焼成工程とを含むセラミック複合材料の製造方法、セラミック複合材料が記載されている。
マトリックス中に中空体が存在すると、特許文献1のセラミック複合材料では、マトリックスに亀裂が生じても、マトリックス中に存在する中空体によって亀裂の進展を防止し、その亀裂がセラミック繊維にまで伝播することを防止することができる。
When a hollow body exists in the matrix, in the ceramic composite material of
また、中空体が略球形であると、外部からの衝撃によって発生した亀裂によるエネルギーが周囲に分散され、亀裂の進展を防ぐことができる。このような作用にセラミック複合材料の強度を高めることができることが記載されている。 In addition, when the hollow body is substantially spherical, energy due to cracks generated by external impact is dispersed to the surroundings, and the progress of cracks can be prevented. It is described that the strength of the ceramic composite material can be increased by such an action.
特許文献1に記載の製造方法により製造されるセラミック複合材料では、中空体を含むスラリーを含浸しているので、含浸する過程で中空体が分離され、セラミック複合材の内部側には、マトリックス前駆体のみが浸透し中空体が到達しにくくなる。このため、セラミック複合材の表層側では、中空体が作用して破壊靭性が高まる一方、内部側には中空体が到達しにくく、セラミック繊維とマトリックスとが一体化しやすく、破壊靭性を高める効果が十分にはきできていない。
In the ceramic composite material manufactured by the manufacturing method described in
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、内部まで破壊靱性を高くできるセラミック複合材料の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method for producing a ceramic composite material capable of increasing fracture toughness to the inside.
上記課題を解決するための本発明のSiC/SiC複合材料の製造方法は以下である。 The manufacturing method of the SiC / SiC composite material of the present invention for solving the above problems is as follows.
(1)SiC繊維からなる繊維集合体に、SiC前駆体を含浸し含浸体を得る含浸工程と、前記含浸体を還元性雰囲気下または不活性雰囲気下で加熱し、前記SiC前駆体を熱分解させ焼成体を得る焼成工程と、前記焼成体の表面にCVD−SiC層を形成するCVD工程と、を有するSiC/SiC複合材料の製造方法。 (1) An impregnation step of impregnating a SiC fiber with a SiC precursor to obtain an impregnated body, and heating the impregnated body in a reducing or inert atmosphere to thermally decompose the SiC precursor. A method for producing a SiC / SiC composite material, comprising: a firing step for obtaining a fired body; and a CVD step for forming a CVD-SiC layer on a surface of the fired body.
本発明のSiC/SiC複合材料の製造方法によれば、焼成工程において還元性雰囲気または不活性雰囲気下でSiC前駆体を加熱しているので、SiC前駆体は十分に不融化することなくSiC化する。このため、ポーラスな(多孔質の)SiCマトリックスが繊維の周囲を囲み、緩衝層ができるのでCVD−SiC層で発生するクラックがSiC繊維に進展しにくくすることができる。 According to the method for producing a SiC / SiC composite material of the present invention, since the SiC precursor is heated in a reducing atmosphere or an inert atmosphere in the firing step, the SiC precursor is converted into SiC without being sufficiently infusible. To do. For this reason, since a porous (porous) SiC matrix surrounds the periphery of the fiber and a buffer layer is formed, cracks generated in the CVD-SiC layer can be made difficult to progress into the SiC fiber.
(2)前記焼成工程は、前記SiC前駆体を発泡させるとともに熱分解させる。 (2) In the firing step, the SiC precursor is foamed and thermally decomposed.
本発明のSiC/SiC複合材料の製造方法によれば、焼成工程でSiC前駆体を分解ガスなどで発泡させているので、SiC繊維が焼成体の表面に露出しにくく、CVD−SiC層に発生するクラックがSiC繊維により進展しにくくすることができる。 According to the method for producing a SiC / SiC composite material of the present invention, since the SiC precursor is foamed with decomposition gas or the like in the firing step, the SiC fibers are not easily exposed on the surface of the fired body and are generated in the CVD-SiC layer. It is possible to make it difficult for the cracks to be developed by the SiC fiber.
(3)前記SiC前駆体は、ポリカルボシラン系またはポリシラン系である。 (3) The SiC precursor is polycarbosilane-based or polysilane-based.
本発明のSiC/SiC複合材料の製造方法によれば、SiC前駆体としてポリカルボシラン系またはポリシラン系のSiC前駆体を用いている。ポリカルボシラン系またはポリシラン系のSiC前駆体は、熱分解することにより効率よくSiCを得ることができる。また、本発明では、ポリカルボシラン系またはポリシラン系のSiC前駆体に、酸素、電子線照射などの方法を用いて架橋する不融化処理を行っていなので、熱分解によってSiC繊維の周囲に気孔の多いSiCマトリックスを形成することができる。気孔の多いSiCマトリックスが、緩衝層となってクラックの進展を止めるので、CVD−SiC層に発生するクラックがSiC繊維により進展しにくくすることができる。 According to the method for producing a SiC / SiC composite material of the present invention, a polycarbosilane-based or polysilane-based SiC precursor is used as the SiC precursor. A polycarbosilane-based or polysilane-based SiC precursor can efficiently obtain SiC by thermal decomposition. Further, in the present invention, since the polycarbosilane-based or polysilane-based SiC precursor is subjected to infusibilization treatment using a method such as oxygen or electron beam irradiation, pores are formed around the SiC fiber by thermal decomposition. Many SiC matrices can be formed. Since the SiC matrix having many pores serves as a buffer layer and stops the growth of cracks, the cracks generated in the CVD-SiC layer can be made difficult to progress due to the SiC fibers.
ポリカルボシラン系のSiC前駆体としては、ポリカルボシラン、ポリメタロカルボシラン、ヒドリドカルボシランなどが挙げられる。ポリシラン系のSiC前駆体としては、ポリシラン、ポリビニルシランなどが挙げられる。 Examples of the polycarbosilane-based SiC precursor include polycarbosilane, polymetallocarbosilane, and hydridocarbosilane. Examples of the polysilane-based SiC precursor include polysilane and polyvinylsilane.
(4)前記含浸工程では、前記SiC前駆体とともに炭素前駆体を含浸する。 (4) In the impregnation step, a carbon precursor is impregnated together with the SiC precursor.
SiC前駆体とともに炭素前駆体を含浸するとは、SiC前駆体に炭素前駆体を混合して含浸することが好ましい。炭素前駆体は、還元性雰囲気または不活性雰囲気下で加熱することにより炭素となり、SiC前駆体の分解生成物に炭素を混入させる。この異質材料である炭素がCVD−SiC層に発生するクラックがSiC繊維により進展しにくくすることができる。 The impregnation of the carbon precursor together with the SiC precursor is preferably performed by mixing the SiC precursor with the carbon precursor. The carbon precursor is heated to carbon in a reducing atmosphere or an inert atmosphere, and carbon is mixed into the decomposition product of the SiC precursor. The crack which the carbon which is this extraneous material generate | occur | produces in a CVD-SiC layer can be made hard to progress by SiC fiber.
(5)前記還元性雰囲気または前記不活性雰囲気は、希ガス、窒素、水素、炭化水素ガスから選択される1以上のガスの雰囲気下である。 (5) The reducing atmosphere or the inert atmosphere is an atmosphere of one or more gases selected from a rare gas, nitrogen, hydrogen, and a hydrocarbon gas.
本発明のSiC/SiC複合材料の製造方法によれば、SiC前駆体の含浸された含浸体の焼成工程が、希ガス、窒素、水素、炭化水素ガスのいずれかの還元性雰囲気また不活性雰囲気下で加熱して行われるので、SiC前駆体の架橋反応が起こりにくく、気孔の多いSiCマトリックスをSiC繊維の周囲に形成することができる。還元性雰囲気または不活性雰囲気とは、水素、炭化水素などの還元性ガスと、窒素、希ガスなどの不活性ガスのいずれかの雰囲気またはそれらの混合ガスの雰囲気であればよく、特に限定されない。 According to the method for producing a SiC / SiC composite material of the present invention, the firing step of the impregnated body impregnated with the SiC precursor is performed in a reducing atmosphere or inert atmosphere of any of rare gas, nitrogen, hydrogen, and hydrocarbon gas. Since it is carried out under heating, a crosslinking reaction of the SiC precursor hardly occurs, and a SiC matrix having many pores can be formed around the SiC fiber. The reducing atmosphere or the inert atmosphere may be an atmosphere of a reducing gas such as hydrogen or hydrocarbon and an inert gas such as nitrogen or a rare gas, or a mixed gas atmosphere thereof, and is not particularly limited. .
本発明のSiC/SiC複合材料の製造方法によれば、焼成工程において還元性雰囲気または不活性雰囲気下でSiC前駆体を加熱しているので、SiC前駆体は十分に不融化することなくSiC化する。このため、ポーラスなSiCマトリックスが繊維の周囲を囲み、緩衝層を形成する。このためCVD−SiC層で発生するクラックがSiC繊維に進展しにくくすることができる。 According to the method for producing a SiC / SiC composite material of the present invention, since the SiC precursor is heated in a reducing atmosphere or an inert atmosphere in the firing step, the SiC precursor is converted into SiC without being sufficiently infusible. To do. For this reason, a porous SiC matrix surrounds the fiber and forms a buffer layer. For this reason, the crack which generate | occur | produces in a CVD-SiC layer can be made hard to progress to a SiC fiber.
(発明の詳細な説明)
図1に示すように、本発明のSiC/SiC複合材料の製造方法は、SiC繊維からなる繊維集合体に、SiC前駆体を含浸し含浸体を得る含浸工程(ステップS1)と、含浸体を還元性雰囲気または不活性雰囲気下で加熱し、SiC前駆体を熱分解させ焼成体を得る焼成工程(ステップS2)と、焼成体の表面にCVD−SiC層を形成するCVD工程(ステップS3)と、を有する。
(Detailed description of the invention)
As shown in FIG. 1, the SiC / SiC composite material manufacturing method of the present invention includes an impregnation step (step S1) of impregnating an SiC precursor by impregnating a fiber assembly made of SiC fibers with an impregnated body. A baking process (step S2) for heating in a reducing atmosphere or an inert atmosphere to thermally decompose the SiC precursor to obtain a fired body, and a CVD process for forming a CVD-SiC layer on the surface of the fired body (step S3) Have.
本発明のSiC/SiC複合材料の製造方法は、焼成工程において還元性雰囲気または不活性雰囲気下でSiC前駆体を加熱しているので、SiC前駆体は十分に不融化することなくSiC化する。このため、ポーラスなSiCマトリックスが繊維の周囲を囲み、緩衝層を形成する。このためCVD−SiC層で発生するクラックがSiC繊維に進展しにくくすることができる。 In the method for producing a SiC / SiC composite material of the present invention, the SiC precursor is heated in a reducing atmosphere or an inert atmosphere in the firing step, so that the SiC precursor is converted to SiC without being sufficiently infusible. For this reason, a porous SiC matrix surrounds the fiber and forms a buffer layer. For this reason, the crack which generate | occur | produces in a CVD-SiC layer can be made hard to progress to a SiC fiber.
本発明のSiC/SiC複合材料の製造方法は、焼成工程において、SiC前駆体を発泡させるとともに熱分解することが望ましい。 In the method for producing a SiC / SiC composite material of the present invention, it is desirable that the SiC precursor is foamed and thermally decomposed in the firing step.
焼成工程でSiC前駆体を分解ガスなどで発泡させると、SiC繊維が焼成体の表面に露出しにくく、CVD−SiC層に発生するクラックがSiC繊維により進展しにくくすることができる。 When the SiC precursor is foamed with decomposition gas or the like in the firing step, the SiC fibers are hardly exposed on the surface of the fired body, and cracks generated in the CVD-SiC layer can be made difficult to progress due to the SiC fibers.
本発明のSiC/SiC複合材料の製造方法においては、SiC前駆体が、ポリカルボシラン系またはポリシラン系であるであることが望ましい。 In the method for producing a SiC / SiC composite material of the present invention, the SiC precursor is preferably a polycarbosilane-based or polysilane-based material.
ポリカルボシラン系またはポリシラン系のSiC前駆体は、熱分解することにより効率よくSiCを得ることができる。また、本発明では、ポリカルボシラン系またはポリシラン系のSiC前駆体に、酸素、電子線照射などの方法を用いて架橋する不融化処理を行っていなので、熱分解によってSiC繊維の周囲に気孔の多いSiCマトリックスを形成することができる。気孔の多いSiCマトリックスが、緩衝層となってクラックの進展を止めるので、CVD−SiC層に発生するクラックがSiC繊維により進展しにくくすることができる。
ポリカルボシラン系のSiC前駆体としては、ポリカルボシラン、ポリメタロカルボシラン、ヒドリドカルボシランなどが挙げられる。ポリシラン系のSiC前駆体としては、ポリシラン、ポリビニルシランなどが挙げられる。
A polycarbosilane-based or polysilane-based SiC precursor can efficiently obtain SiC by thermal decomposition. Further, in the present invention, since the polycarbosilane-based or polysilane-based SiC precursor is subjected to infusibilization treatment using a method such as oxygen or electron beam irradiation, pores are formed around the SiC fiber by thermal decomposition. Many SiC matrices can be formed. Since the SiC matrix having many pores serves as a buffer layer and stops the growth of cracks, the cracks generated in the CVD-SiC layer can be made difficult to progress due to the SiC fibers.
Examples of the polycarbosilane-based SiC precursor include polycarbosilane, polymetallocarbosilane, and hydridocarbosilane. Examples of the polysilane-based SiC precursor include polysilane and polyvinylsilane.
本発明のSiC/SiC複合材料の製造方法は、含浸工程では、SiC前駆体とともに炭素前駆体を含浸する。 In the method for producing a SiC / SiC composite material of the present invention, the carbon precursor is impregnated with the SiC precursor in the impregnation step.
SiC前駆体とともに炭素前駆体を含浸するとは、SiC前駆体に炭素前駆体を混合して含浸することが好ましい。炭素前駆体は、還元性雰囲気または不活性雰囲気下で加熱することにより炭素となり、SiC前駆体の分解生成物に炭素を混入させる。この異質材料である炭素がCVD−SiC層に発生するクラックがSiC繊維により進展しにくくすることができる。 The impregnation of the carbon precursor together with the SiC precursor is preferably performed by mixing the SiC precursor with the carbon precursor. The carbon precursor is heated to carbon in a reducing atmosphere or an inert atmosphere, and carbon is mixed into the decomposition product of the SiC precursor. The crack which the carbon which is this extraneous material generate | occur | produces in a CVD-SiC layer can be made hard to progress by SiC fiber.
本発明のSiC/SiC複合材料の製造方法においては、還元性雰囲気または不活性雰囲気は、希ガス、窒素、水素、炭化水素ガスからなる群より選択される少なくとも一つのガスの雰囲気下であることが望ましい。 In the method for producing a SiC / SiC composite material of the present invention, the reducing atmosphere or the inert atmosphere is an atmosphere of at least one gas selected from the group consisting of a rare gas, nitrogen, hydrogen, and a hydrocarbon gas. Is desirable.
本発明のSiC/SiC複合材料の製造方法は、SiC前駆体の含浸された含浸体の焼成工程が、希ガス、窒素、水素、炭化水素ガスのいずれかの還元性雰囲気または不活性雰囲気下で加熱して行われることにより、SiC前駆体の架橋反応が起こりにくく、歩留まりを下げることができるので、気孔の多いSiCマトリックスをSiC繊維の周囲に形成することができる。還元性雰囲気または不活性雰囲気とは、水素、炭化水素などの還元性ガスと、窒素、希ガスなどの不活性ガスのいずれかの雰囲気またはそれらの混合ガスの雰囲気であればよく、特に限定されない。 In the method for producing a SiC / SiC composite material according to the present invention, the firing step of the impregnated body impregnated with the SiC precursor is performed under a reducing atmosphere or inert atmosphere of any of rare gas, nitrogen, hydrogen, and hydrocarbon gas By carrying out the heating, a crosslinking reaction of the SiC precursor hardly occurs and the yield can be lowered, so that a SiC matrix having many pores can be formed around the SiC fiber. The reducing atmosphere or the inert atmosphere may be an atmosphere of a reducing gas such as hydrogen or hydrocarbon and an inert gas such as nitrogen or a rare gas, or a mixed gas atmosphere thereof, and is not particularly limited. .
本発明のSiC/SiC複合材料の製造方法において、使用するSiC繊維の太さは、特に限定されない。例えばSiC繊維の直径は、3μm以上であることが好ましい。また、SiC繊維の直径は、20μm以下であることが好ましい。SiC繊維は、複数本束ねられてSiC繊維糸として用いることができる。1本のSiC繊維糸を構成するSiC繊維の本数は、例えば100本以上であることが好ましい。また、1本のSiC繊維糸を構成するSiC繊維の本数は、例えば5000本以下であることが好ましい。 In the manufacturing method of the SiC / SiC composite material of the present invention, the thickness of the SiC fiber to be used is not particularly limited. For example, the diameter of the SiC fiber is preferably 3 μm or more. Moreover, it is preferable that the diameter of a SiC fiber is 20 micrometers or less. A plurality of SiC fibers can be bundled and used as SiC fiber yarns. It is preferable that the number of SiC fibers constituting one SiC fiber yarn is, for example, 100 or more. Moreover, it is preferable that the number of the SiC fiber which comprises one SiC fiber yarn is 5000 or less, for example.
本発明のSiC/SiC複合材料の製造方法において、使用するSiC繊維からなる繊維集合体は特に限定されない。繊維集合体としては、織布、マット、フィラメントワインディング体、ブレーディング体、などが使用でき、またこれらを組み合わせて使用してもよい。 In the manufacturing method of the SiC / SiC composite material of the present invention, the fiber assembly made of SiC fibers to be used is not particularly limited. As the fiber assembly, a woven fabric, a mat, a filament winding body, a braiding body, or the like can be used, or a combination thereof may be used.
織布とは、SiC繊維糸を用いて形成されている。織り方は特に限定されず、例えば平織り、綾織りなどが利用できる。マットは、SiC繊維またはSiC繊維糸を積層し形成される。 The woven fabric is formed using SiC fiber yarn. The weaving method is not particularly limited, and for example, a plain weave or a twill weave can be used. The mat is formed by laminating SiC fibers or SiC fiber yarns.
フィラメントワインディング体は、SiC繊維糸をマンドレルに巻回して得ることができる。マンドレルへの巻回の方法は、マンドレルの軸線と垂直になるように巻くフープ巻き、マンドレルの軸線の周囲を回転しながら併進するヘリカル巻きなどが利用でき、フープ巻き、ヘリカル巻きを組み合わせてフィラメントワインディング体の繊維集合体を形成してもよい。 The filament winding body can be obtained by winding a SiC fiber yarn around a mandrel. For winding around the mandrel, hoop winding that is perpendicular to the mandrel axis and helical winding that rotates around the mandrel axis can be used. Filament winding is a combination of hoop winding and helical winding. A body fiber assembly may be formed.
ブレーディング体は、SiC繊維糸を編んで形成される。ブレーディング体は、円筒表面をそれぞれ右方向、左方向にヘリカル巻きで伸びるSiC繊維糸が交互に組み合わさる構造である。さらに軸線方向にSiC繊維糸が配置された三軸織構造も利用することができる。 The braiding body is formed by knitting SiC fiber yarn. The braided body is a structure in which SiC fiber yarns that extend helically in the right direction and the left direction on the cylindrical surface are alternately combined. Furthermore, a triaxial woven structure in which SiC fiber yarns are arranged in the axial direction can also be used.
(発明を実施するための形態)
以下、本発明のSiC/SiC複合材料の製造方法の実施形態について、図2を用いて説明する。図2(a)に示す実施の形態の繊維集合体10は、SiC繊維糸2の織布である。本例では、経糸に相当するSiC繊維糸2Aと緯糸に相当するSiC繊維糸2Bが編み込まれて織布が構成される。SiC繊維糸2は複数のSiC繊維1が束ねられて構成される。
(Mode for carrying out the invention)
Hereinafter, an embodiment of a method for producing a SiC / SiC composite material of the present invention will be described with reference to FIG. The
次に図2(b)に示すように、繊維集合体10に、SiC前駆体3を含浸し含浸体20を得る。含浸とは、加圧含浸、真空含浸、真空加圧含浸、浸漬など様々な方法を利用することができる。SiC繊維とSiC前駆体との濡れ性がよければ繊維集合体10をSiC前駆体3に浸漬しただけでも内部にSiC前駆体が浸透し含浸体20を得ることができる。繊維集合体10のSiC繊維1の隙間にはSiC前駆体3の溶液が含浸される。
Next, as shown in FIG. 2B, the
次に図2(c)に示すように、還元性雰囲気または不活性雰囲気下で含浸体20を加熱し、焼成体30を得る。加熱を開始するとともに含浸されたSiC前駆体3は、熱分解し粘度が高まり、分解ガス等で発泡するようになる。さらに加熱し温度を高めることによって、ポーラスなSiC前駆体分解生成物4がSiC繊維1の周囲を取り囲んだ構造となっている。
Next, as shown in FIG. 2C, the impregnated
次に図2(d)に示すように、焼成体30は、CVD炉に入れられ表面にCVD−SiC層5が形成され、新たに形成されたCVD−SiC層5と、SiC前駆体3が熱分解して得られたSiC前駆体分解生成物4とがSiC/SiC複合材料40のSiCマトリックス6となる。
Next, as shown in FIG. 2 (d), the fired
以下、本発明のSiC/SiC複合材料の製造方法について、実施例を用いて説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the SiC / SiC composite material of this invention is demonstrated using an Example.
実施例は、SiC繊維からなる繊維集合体として、フィラメントワインディング体を用いた筒状のSiC/SiC複合材料の製造方法について説明する。 In the embodiment, a method for producing a cylindrical SiC / SiC composite material using a filament winding body as a fiber assembly made of SiC fibers will be described.
φ100mm、長さ300の黒鉛製のマンドレルにSiC繊維糸を巻回し、SiC繊維からなる繊維集合体を形成する。マンドレルにはあらかじめ樹脂のシートを巻回しておく。SiC繊維糸はφ7μmのSiC繊維を1600本束ねて構成されている。 A SiC fiber thread is wound around a graphite mandrel having a diameter of 100 mm and a length of 300 to form a fiber assembly made of SiC fibers. A resin sheet is wound around the mandrel in advance. The SiC fiber yarn is configured by bundling 1600 SiC fibers having a diameter of 7 μm.
SiC繊維糸は、傾斜角度が45°となるようヘリカル巻きでマンドレルの表面を全面覆うまで巻回した後、同様にフープ巻きで全面を覆うまで巻回し、さらに全面を覆うまでヘリカル巻きを繰り返す。以上の工程で内径φ100mm、外径105mm、長さ250mmの繊維集合体を得ることができる。得られた繊維集合体を用いてSiC/SiC複合材料を製造する。 The SiC fiber yarn is wound until the entire surface of the mandrel is covered by helical winding so that the inclination angle becomes 45 °, and then similarly wound by hoop winding until the entire surface is covered, and then helical winding is repeated until the entire surface is covered. Through the above steps, a fiber assembly having an inner diameter of 100 mm, an outer diameter of 105 mm, and a length of 250 mm can be obtained. A SiC / SiC composite material is manufactured using the obtained fiber assembly.
(含浸工程)
上記SiC繊維からなる繊維集合体に、SiC前駆体を含浸し含浸体を得る。SiC前駆体は、ポリカルボシランのキシレン溶液を使用する。ポリカルボシランの濃度は45質量%である。繊維集合体をポリカルボシランのキシレン溶液に浸漬し含浸体を得ることができる。繊維集合体のSiC繊維の隙間にはポリカルボシランのキシレン溶液が含浸される。含浸工程では、含浸が完了した後、自然乾燥または乾燥器を用いて溶媒を除去してもよい。
(Impregnation process)
The fiber assembly made of the SiC fibers is impregnated with a SiC precursor to obtain an impregnated body. As the SiC precursor, a xylene solution of polycarbosilane is used. The concentration of polycarbosilane is 45% by mass. The fiber assembly can be immersed in a xylene solution of polycarbosilane to obtain an impregnated body. A gap between the SiC fibers of the fiber assembly is impregnated with a xylene solution of polycarbosilane. In the impregnation step, after the impregnation is completed, the solvent may be removed by natural drying or using a dryer.
(焼成工程)
焼成工程では、還元性雰囲気または不活性雰囲気下で加熱し上記ポリカルボシランのキシレン溶液が含浸された含浸体を加熱し、焼成体を得る。不活性ガスとしてアルゴンを用いる。加熱を開始するとともに残留するキシレンが蒸発し徐々にポリカルボシランの濃度が高まっていく。ポリカルボシランは、還元性雰囲気または不活性雰囲気下で加熱しているので不融化反応は起こりにくくなる。ポリカルボシランはキシレンの含有量が減り、徐々に沸点が上昇するとともに、粘度が高まり、分解ガスの生成、キシレンの蒸発によって、発泡するようになる。さらに加熱し温度を高めることによって、ポリカルボシランは発泡したままSiC化する。
(Baking process)
In the firing step, the impregnated body impregnated with the xylene solution of polycarbosilane is heated in a reducing atmosphere or an inert atmosphere to obtain a fired body. Argon is used as an inert gas. As heating is started, the remaining xylene evaporates and the concentration of polycarbosilane gradually increases. Since polycarbosilane is heated in a reducing atmosphere or an inert atmosphere, the infusibilization reaction hardly occurs. Polycarbosilane decreases in xylene content, gradually increases in boiling point, increases in viscosity, and foams due to generation of decomposition gas and evaporation of xylene. By further heating and raising the temperature, the polycarbosilane is converted to SiC while being foamed.
含浸体の焼成温度は1100℃であり、500℃まで5℃/h、500〜1100℃の範囲を20℃/hの昇温速度で加熱する。焼成によって、マンドレルの周囲に巻回されていた樹脂シートは熱分解し消失する。樹脂シートが消失するので、含浸体が焼成された焼成体とマンドレルとの間に隙間ができ、焼成体をマンドレルから分離することができる。 The calcination temperature of the impregnated body is 1100 ° C., and is heated up to 500 ° C. at 5 ° C./h and in the range of 500 to 1100 ° C. at a temperature rising rate of 20 ° C./h. By baking, the resin sheet wound around the mandrel is thermally decomposed and disappears. Since the resin sheet disappears, a gap is formed between the fired body obtained by firing the impregnated body and the mandrel, and the fired body can be separated from the mandrel.
得られた焼成体は、ポーラスなSiCマトリックスがSiC繊維の周囲を取り囲んだ構造となっている。 The obtained fired body has a structure in which a porous SiC matrix surrounds the periphery of the SiC fiber.
(CVD工程)
マンドレルから分離された焼成体は、CVD炉に入れられ表面にCVD−SiC層が形成される(図1のステップS3)。新たに形成されたCVD−SiC層と、SiC前駆体の分解生成物であるSiCの多孔体(SiCマトリックス)とがSiC/SiC複合材料のSiCマトリックスとなる。
(CVD process)
The fired body separated from the mandrel is placed in a CVD furnace to form a CVD-SiC layer on the surface (step S3 in FIG. 1). The newly formed CVD-SiC layer and the SiC porous body (SiC matrix), which is a decomposition product of the SiC precursor, become the SiC matrix of the SiC / SiC composite material.
こうして得られたSiC/SiC複合材料は、SiC繊維の周囲が多孔質のSiCマトリックスとなるので、CVD−SiC層でクラックが発生しても、SiC繊維の周囲のSiCマトリックスでクラックの進展が止まり、SiC繊維の破断を防止することができる。 The SiC / SiC composite material thus obtained has a porous SiC matrix around the SiC fiber. Therefore, even if a crack occurs in the CVD-SiC layer, the development of the crack stops at the SiC matrix around the SiC fiber. The breakage of the SiC fiber can be prevented.
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 SiC繊維糸
3 SiC前駆体
4 SiC前駆体分解生成物
5 CVD−SiC層
6 SiCマトリックス
10 繊維集合体
20 含浸体
30 焼成体
40 SiC/SiC複合材料
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記含浸体を還元性雰囲気下または不活性雰囲気下で加熱し、前記SiC前駆体を熱分解させ焼成体を得る焼成工程と、
前記焼成体の表面にCVD−SiC層を形成するCVD工程と、
を有するSiC/SiC複合材料の製造方法。 An impregnation step of impregnating an SiC precursor into a fiber assembly composed of SiC fibers to obtain an impregnated body;
A firing step of heating the impregnated body in a reducing atmosphere or an inert atmosphere to thermally decompose the SiC precursor to obtain a fired body;
A CVD step of forming a CVD-SiC layer on the surface of the fired body;
The manufacturing method of the SiC / SiC composite material which has this.
前記焼成工程は、前記SiC前駆体を発泡させるとともに熱分解させるSiC/SiC複合材料の製造方法。 A method for producing a SiC / SiC composite material according to claim 1,
The baking step is a method for producing a SiC / SiC composite material in which the SiC precursor is foamed and thermally decomposed.
前記SiC前駆体は、ポリカルボシラン系またはポリシラン系である、SiC/SiC複合材料の製造方法。 The manufacturing method of the SiC / SiC composite material of Claim 1 or 2.
The SiC precursor is a polycarbosilane-based or polysilane-based manufacturing method of a SiC / SiC composite material.
前記含浸工程では、前記SiC前駆体とともに炭素前駆体を含浸する、SiC/SiC複合材料の製造方法。 A method for producing the SiC / SiC composite material according to any one of claims 1 to 3,
In the impregnation step, a SiC / SiC composite material manufacturing method in which a carbon precursor is impregnated together with the SiC precursor.
前記還元性雰囲気または前記不活性雰囲気は、希ガス、窒素、水素、炭化水素ガスからなる群より選択される少なくとも一つのガスの雰囲気である、SiC/SiC複合材料の製造方法。 A method for producing a SiC / SiC composite material according to any one of claims 1 to 4,
The method for producing a SiC / SiC composite material, wherein the reducing atmosphere or the inert atmosphere is an atmosphere of at least one gas selected from the group consisting of a rare gas, nitrogen, hydrogen, and a hydrocarbon gas.
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