JP2021191720A - Manufacturing method of sic/sic composite material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、SiC/SiC複合材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a SiC / SiC composite material.
高強度のセラミック繊維をマトリックスで固定した複合材は、強度を必要とされる種々の分野で広く使用されている。マトリックスとしては、樹脂を用いたもの、前駆体を焼成してセラミック化したものがあり、それぞれの用途に応じて、様々な組み合わせの複合材が存在し、目的の形状に合わせて様々な成形方法が採用されている。 Composites in which high-strength ceramic fibers are fixed with a matrix are widely used in various fields where strength is required. As the matrix, there are those using resin and those using a precursor fired to make ceramics, and there are various combinations of composite materials according to each application, and various molding methods according to the desired shape. Has been adopted.
例えば、特許文献1には、強化繊維基材が積層されてなる複合材を成形する複合材の成形方法が記載されている。上記複合体の成形方法は、まず、複合材を成形するための成形用治具の成形面に、強化繊維基材が積層された積層体を配置する。次に、積層体をフィルムで覆って気密に封止する。次に、積層体のフィルム側に設けられた樹脂供給部から、積層体へ向けて樹脂を供給する。その後、積層体の成形面側に設けられると共に積層体の積層方向に直交する面内の一方向に亘って設けられた脱気防水部から、フィルム内の樹脂の通過を遮断しつつ、フィルム内の雰囲気を吸引して、積層体に樹脂を含浸させる。その後、積層体のフィルム側に設けられた樹脂排出部から、フィルム内の樹脂を排出させる。
上記特許文献1には、複合材の面内における一方向において、複合材の板厚が変化する場合であっても、未含浸領域の形成を抑制することで、複合材を好適に成形することができることが記載されている。
For example, Patent Document 1 describes a method for forming a composite material in which a reinforcing fiber base material is laminated. In the above-mentioned method for forming a composite, first, a laminate in which a reinforcing fiber base material is laminated is placed on a molding surface of a molding jig for molding a composite material. Next, the laminate is covered with a film and hermetically sealed. Next, the resin is supplied to the laminate from the resin supply unit provided on the film side of the laminate. After that, the inside of the film is blocked from the passage of the resin in the film from the degassed and waterproof portion provided on the molding surface side of the laminated body and provided in one direction in the plane orthogonal to the laminated direction of the laminated body. The atmosphere of the above is sucked in, and the laminate is impregnated with the resin. After that, the resin in the film is discharged from the resin discharging portion provided on the film side of the laminated body.
In Patent Document 1, the composite material is suitably molded by suppressing the formation of an unimpregnated region even when the plate thickness of the composite material changes in one direction in the plane of the composite material. It is stated that it can be done.
しかしながら、上記特許文献1に記載の複合材は、強化繊維と樹脂とを組み合わせた複合材であり、その表面は樹脂で覆われた構造となっているため、表面の平滑性が確保されている。 However, the composite material described in Patent Document 1 is a composite material in which reinforcing fibers and a resin are combined, and the surface thereof has a structure covered with a resin, so that the smoothness of the surface is ensured. ..
これに対して、SiC強化繊維を含む骨材とSiCマトリックスとを有するSiC/SiC複合材では、骨材の内部及び表面に付着した有機高分子及び無機高分子等を含有するマトリックス前駆体を焼成する工程が必要となるため、この焼成工程により、マトリックス前駆体が収縮する。ここで、骨材の内部に含浸されたマトリックス前駆体は、SiC強化繊維同士を強固に接合する作用を有しているが、骨材の表面に付着したマトリックス前駆体は、焼成工程後に複合材の表面の凹凸の原因になることがある。
また、焼成工程後のマトリックスに微細なクラックが発生することにより、SiC強化繊維同士を接合する作用が失われ、その結果、複合材の表面に凹凸が形成され、外観や寸法精度が損なわれる。
さらに、SiC/SiC複合材を製造する際に、高価な無機高分子等を含むマトリックス前駆体を使用するため、骨材の表面に付着する不要なマトリックス前駆体が多いと、コストが上昇する原因となる。
On the other hand, in the SiC / SiC composite material having an aggregate containing SiC reinforcing fibers and a SiC matrix, a matrix precursor containing an organic polymer and an inorganic polymer adhering to the inside and the surface of the aggregate is fired. This firing step causes the matrix precursor to shrink. Here, the matrix precursor impregnated inside the aggregate has the function of firmly bonding the SiC reinforcing fibers to each other, but the matrix precursor adhering to the surface of the aggregate is a composite material after the firing step. May cause unevenness on the surface of the surface.
Further, due to the generation of fine cracks in the matrix after the firing step, the action of joining the SiC reinforcing fibers to each other is lost, and as a result, unevenness is formed on the surface of the composite material, and the appearance and dimensional accuracy are impaired.
Further, since a matrix precursor containing an expensive inorganic polymer or the like is used in the production of the SiC / SiC composite material, if there are many unnecessary matrix precursors adhering to the surface of the aggregate, the cost will increase. It becomes.
本発明は、上記課題を鑑み、骨材に必要十分なマトリックス前駆体を含浸させることにより、マトリックス前駆体の使用量を減少させるとともに、SiC/SiC複合材の表面に残存するマトリックス前駆体の焼成物を容易に除去することができ、表面の平滑性を向上させることが可能なSiC/SiC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, the present invention reduces the amount of the matrix precursor used by impregnating the aggregate with the necessary and sufficient matrix precursor, and at the same time, calcining the matrix precursor remaining on the surface of the SiC / SiC composite material. It is an object of the present invention to provide a method for producing a SiC / SiC composite material, which can easily remove an object and improve the smoothness of a surface.
上記の目的は、本発明に係る下記(1)のSiC/SiC複合材の製造方法により達成される。 The above object is achieved by the following method (1) for producing a SiC / SiC composite material according to the present invention.
(1) SiC繊維を含む骨材と、前記骨材の隙間に充填されたSiCマトリックスと、を有するSiC/SiC複合材の製造方法であって、
前記骨材の外表面に、複数の孔を有する撥油性被膜を形成し、被膜体を得る被覆工程と、
前記被膜体を、ポリカルボシラン系樹脂からなるSiCマトリックス前駆体を含む含浸液に含浸させて含浸体を得る含浸工程と、
前記含浸体を加熱して、前記SiCマトリックス前駆体を硬化させ、硬化体を得る硬化工程と、
前記硬化体を焼成して、前記SiCマトリックス前駆体をセラミック化し、焼成体を得る焼成工程と、を有し、
前記硬化工程及び前記焼成工程の少なくとも一方の工程の後に、前記硬化工程において前記孔を介して前記骨材の外表面に流出した前記SiCマトリックス前駆体の流出物を除去する表面清掃工程を有することを特徴とするSiC/SiC複合材の製造方法。
(1) A method for producing a SiC / SiC composite material, which comprises an aggregate containing SiC fibers and a SiC matrix filled in the gaps between the aggregates.
A coating step of forming an oil-repellent coating having a plurality of holes on the outer surface of the aggregate to obtain a coating body,
The impregnation step of impregnating the coating body with an impregnating solution containing a SiC matrix precursor made of a polycarbosilane-based resin to obtain an impregnated body.
A curing step of heating the impregnated body to cure the SiC matrix precursor to obtain a cured product,
It has a firing step of firing the cured product to ceramicize the SiC matrix precursor to obtain a fired body.
Having at least one of the curing step and the firing step has a surface cleaning step of removing the effluent of the SiC matrix precursor that has flowed out to the outer surface of the aggregate through the pores in the curing step. A method for manufacturing a SiC / SiC composite material.
本発明のSiC/SiC複合材の製造方法によれば、SiC繊維からなる骨材の外表面に撥油性被膜を形成している。この撥油性被膜は、含浸工程において、孔を通過させて含浸液を骨材の内部に含浸させるため、孔が浸透の抵抗となるものの、骨材の内部に侵入した含浸液は、容易に骨材の全域に浸透される。したがって、含浸工程により得られた含浸体は、骨材の内部に含浸液を保持することができるとともに、その表面に撥油性被膜を有することにより含浸液を付着させないため、必要以上の含浸液が使用されることを防止することができ、製造コストを低減することができる。 According to the method for producing a SiC / SiC composite material of the present invention, an oil-repellent film is formed on the outer surface of an aggregate made of SiC fibers. In the impregnation step, this oil-repellent coating allows the impregnating liquid to pass through the pores and impregnate the inside of the aggregate. It penetrates the entire area of the material. Therefore, the impregnated body obtained by the impregnation step can hold the impregnated liquid inside the aggregate and has an oil-repellent film on the surface thereof so that the impregnated liquid does not adhere to the impregnated body. It can be prevented from being used and the manufacturing cost can be reduced.
また、本発明に係るSiC/SiC複合材の製造方法は、下記(2)〜(8)であることが好ましい。 Further, the method for producing the SiC / SiC composite material according to the present invention is preferably the following (2) to (8).
(2) 前記表面清掃工程は、前記硬化工程と前記焼成工程との間に実施され、前記硬化工程によりドット形状の硬化物となった前記流出物を除去する工程であることを特徴とする(1)に記載のSiC/SiC複合材の製造方法。 (2) The surface cleaning step is performed between the curing step and the firing step, and is characterized in that the effluent that has become a dot-shaped cured product by the curing step is removed (2). The method for producing a SiC / SiC composite material according to 1).
上記製造方法によれば、孔の周囲における外表面に撥油性被膜が存在するため、孔から流出したSiCマトリックス前駆体の流出物は、撥油性被膜との接触角が90°以上となって、ドット形状となりやすい。このドット形状の流出物は硬化工程後にドット形状の硬化物となり、表面清掃工程により硬化体の表面から硬化物を除去しやすくなる。 According to the above manufacturing method, since the oil-repellent coating is present on the outer surface around the pores, the outflow of the SiC matrix precursor flowing out from the pores has a contact angle of 90 ° or more with the oil-repellent coating. It tends to be a dot shape. This dot-shaped outflow product becomes a dot-shaped cured product after the curing step, and it becomes easy to remove the cured product from the surface of the cured product by the surface cleaning step.
(3) 前記表面清掃工程は、前記焼成工程の後に実施され、前記焼成工程によりドット形状の焼成物となった前記流出物を除去する工程であることを特徴とする(1)又は(2)に記載のSiC/SiC複合材の製造方法。 (3) The surface cleaning step is carried out after the firing step, and is characterized in that it is a step of removing the runoff that has become a dot-shaped fired product by the firing step (1) or (2). The method for producing a SiC / SiC composite material according to the above.
流出物がドット形状の状態で硬化すると、その後の焼成工程においても形状は変化せず、ドット形状の焼成物が形成される。したがって、焼成体の表面から焼成物を除去しやすくなり、容易に表面の平滑性が優れたSiC/SiC複合材10を製造することができる。
When the effluent is cured in a dot-shaped state, the shape does not change in the subsequent firing step, and a dot-shaped fired product is formed. Therefore, it becomes easy to remove the fired product from the surface of the fired body, and the SiC / SiC
(4) 前記焼成工程は、前記硬化工程により硬化した前記SiCマトリックス前駆体をセラミック化するとともに、前記撥油性被膜を炭化させる工程であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1つに記載のSiC/SiC複合材の製造方法。 (4) The firing step is any one of (1) to (3), which is a step of ceramicizing the SiC matrix precursor cured by the curing step and carbonizing the oil-repellent film. The method for manufacturing a SiC / SiC composite material according to one.
骨材の表面に形成された撥油性被膜は焼成工程において炭化するため、焼成工程後に容易に剥離することができる。 Since the oil-repellent film formed on the surface of the aggregate is carbonized in the firing step, it can be easily peeled off after the firing step.
(5) 前記表面清掃工程は、前記焼成工程の後に実施され、前記流出物を除去するとともに、炭化した前記撥油性被膜の炭化物を除去する工程であることを特徴とする(4)に記載のSiC/SiC複合材の製造方法。 (5) The step according to (4), wherein the surface cleaning step is carried out after the firing step and is a step of removing the effluent and the carbide of the carbonized oil-repellent coating. A method for manufacturing a SiC / SiC composite material.
焼成工程の後に表面清掃工程を実施すると、SiCマトリックス前駆体の流出物を除去すると同時に、炭化した撥油性被膜の炭化物を除去することができ、製造後にSiC/SiC複合材の表面に撥油性被膜が残存することはなく、平滑な表面を得ることができる。 When the surface cleaning step is carried out after the firing step, the effluent of the SiC matrix precursor can be removed and at the same time, the carbide of the carbonized oil-repellent coating can be removed, and the surface of the SiC / SiC composite material can be removed with the oil-repellent coating after production. Does not remain, and a smooth surface can be obtained.
(6) 前記含浸工程は、減圧により前記骨材の内部の気体を除去した後、加圧によって前記骨材の内部に前記含浸液を含浸させる減圧加圧含浸法により実施されることを特徴とする(1)〜(5)のいずれか1つに記載のSiC/SiC複合材の製造方法。 (6) The impregnation step is characterized by a reduced pressure pressure impregnation method in which the gas inside the aggregate is removed by depressurization and then the impregnated liquid is impregnated inside the aggregate by pressurization. The method for producing a SiC / SiC composite material according to any one of (1) to (5).
含浸工程において減圧加圧含浸法を使用すると、減圧時に骨材の内部の気体を除去し、加圧によって骨材の内部に含浸液を含浸させる際に、外表面の撥油性被膜の反発に対抗して、容易に含浸液を骨材の内部に導入することができる。 When the vacuum pressure impregnation method is used in the impregnation step, the gas inside the aggregate is removed during depressurization, and when the impregnating liquid is impregnated inside the aggregate by pressurization, the repulsion of the oil-repellent coating on the outer surface is countered. Then, the impregnating liquid can be easily introduced into the inside of the aggregate.
(7) 前記SiCマトリックス前駆体は、アリルハイドライドポリカルボシランであることを特徴とする(1)〜(6)のいずれか1つに記載のSiC/SiC複合材の製造方法。 (7) The method for producing a SiC / SiC composite material according to any one of (1) to (6), wherein the SiC matrix precursor is an allylhydride polycarbosilane.
アリルハイドライドポリカルボシランは、撥油性被膜との濡れ性が悪く、硬化物又は焼成物を撥油性被膜から剥離しやすくすることができるため、SiCマトリックス前駆体として好適に使用することができる。 Allylhydride polycarbosilane has poor wettability with an oil-repellent film and can easily peel off a cured product or a fired product from the oil-repellent film, so that it can be suitably used as a SiC matrix precursor.
(8) 前記撥油性被膜は、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、アルコキシシラン及びシラノールを含むシリカ系樹脂から選択された少なくとも1種の樹脂を含むことを特徴とする(1)〜(7)のいずれか1つに記載のSiC/SiC複合材の製造方法。 (8) The oil-repellent coating is characterized by containing at least one resin selected from silica-based resins containing polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, alkoxysilane and silanol (1) to (7). The method for producing a SiC / SiC composite material according to one.
撥油性被膜がポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、アルコキシシラン及びシラノールを含むシリカ系樹脂から選択された少なくとも1種の樹脂を含むものであると、ポリカルボシラン系樹脂を含む含浸液との相溶性がなく、特に、SiCマトリックス前駆体として好適に使用されるアリルハイドライドポリカルボシランとの濡れ性が悪いため、硬化工程の後に、硬化物を撥油性被膜から容易に除去することができる。 When the oil-repellent film contains at least one resin selected from silica-based resins containing polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, alkoxysilane and silanol, there is no compatibility with the impregnating solution containing the polycarbosilane-based resin. In particular, since it has poor wettability with allylhydride polycarbosilane, which is preferably used as a SiC matrix precursor, the cured product can be easily removed from the oil-repellent film after the curing step.
本発明に係るSiC/SiC複合材の製造方法によれば、SiC繊維からなる骨材の外表面に、複数の孔を有する撥油性被膜を形成しているので、SiCマトリックス前駆体を含む含浸液を骨材の内部に含侵させる際に、骨材の内部に侵入した含浸液は、容易に骨材の全域に浸透されるとともに、骨材の内部に保持される。また、骨材の外表面では含浸液を付着させないため、必要以上の含浸液が使用されることを防止することができ、製造コストを低減することができる。さらに、硬化工程後及び焼成工程後におけるSiC前駆体の流出物は、撥油性被膜上で硬化・焼成されるため、容易に流出物を除去することができ、表面の平滑性を向上させることができるSiC/SiC複合材を製造することができる。 According to the method for producing a SiC / SiC composite material according to the present invention, an oil-repellent film having a plurality of pores is formed on the outer surface of an aggregate made of SiC fibers, and therefore an impregnated liquid containing a SiC matrix precursor is formed. The impregnating liquid that has penetrated into the inside of the aggregate is easily permeated into the entire area of the aggregate and is retained inside the aggregate when the impregnated liquid is impregnated into the inside of the aggregate. Further, since the impregnating liquid does not adhere to the outer surface of the aggregate, it is possible to prevent the impregnating liquid from being used more than necessary, and it is possible to reduce the manufacturing cost. Further, since the effluent of the SiC precursor after the curing step and the firing step is cured and fired on the oil-repellent film, the effluent can be easily removed and the smoothness of the surface can be improved. It is possible to manufacture a possible SiC / SiC composite material.
本発明者は、マトリックス前駆体の使用量を減少させることができるとともに、得られるSiC/SiC複合材の表面の平滑性を向上させることができる製造方法を得るため、鋭意検討を行った。その結果、SiCマトリックス前駆体を含む含浸液を適切に選択するとともに、骨材の外表面にあらかじめ撥油性被膜を形成しておくことにより、含浸工程において骨材の表面に含浸液が付着しにくく、硬化工程及び焼成工程の後に表面の流出物を容易に除去することができることを見出した。 The present inventor has made diligent studies in order to obtain a manufacturing method capable of reducing the amount of the matrix precursor used and improving the smoothness of the surface of the obtained SiC / SiC composite material. As a result, by appropriately selecting the impregnating liquid containing the SiC matrix precursor and forming an oil-repellent coating on the outer surface of the aggregate in advance, the impregnating liquid is less likely to adhere to the surface of the aggregate in the impregnation step. , It has been found that surface runoff can be easily removed after the curing and firing steps.
本発明はこのような知見に基づくものであり、以下において本発明の実施形態に係るSiC/SiC複合材の製造方法について詳細に説明する。
なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。
また、本願明細書において、数値範囲を示す「〜」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
The present invention is based on such findings, and the method for producing a SiC / SiC composite material according to an embodiment of the present invention will be described in detail below.
The present invention is not limited to the embodiments described below, and can be arbitrarily modified and implemented without departing from the gist of the present invention.
Further, in the specification of the present application, "~" indicating a numerical range is used to mean that the numerical values described before and after the numerical range are included as the lower limit value and the upper limit value.
[SiC/SiC複合材の製造方法]
図1(a)〜図1(g)は、本発明の実施形態に係るSiC/SiC複合材の製造方法を模式的に示す断面図である。
[Manufacturing method of SiC / SiC composite material]
1 (a) to 1 (g) are cross-sectional views schematically showing a method for producing a SiC / SiC composite material according to an embodiment of the present invention.
<骨材の準備>
図1(a)に示すように、骨材2は、SiC繊維4を束ねたストランド5を、縦糸及び横糸として織り込むことにより織布6を形成し、得られた織布6を複数枚積層することにより構成されている。なお、本実施形態においては、例えば8枚の織布6が積層された状態でそれぞれが剥がれることがないように接合されている。接合の方法は特に限定されないが、織布6を束ねた状態で縫製する方法、有機バインダーで一時的に固定する方法、又はSiC繊維の表面に、化学気相含浸法(CVI:Chemical Vapor Infiltration)により、熱分解炭素若しくはSiC等からなる表面層を形成し、SiC繊維同士を結合する方法等を採用することができる。
<Preparation of aggregate>
As shown in FIG. 1A, the
<被覆工程>
次に、図1(b)に示すように、上記のようにして得られた所定の厚みを有する骨材2の表面に、撥油性被膜20を形成することにより、被膜体3を作成する。撥油性被膜20の形成の方法は特に限定されないが、ペースト状に調整したポリビニルアルコールからなる撥油性被膜樹脂を表面に塗布し、乾燥するなどの塗布法、撥油性樹脂を含有するシートを貼り付ける貼付け法を採用することができる。
<Coating process>
Next, as shown in FIG. 1 (b), the coating body 3 is formed by forming the oil-
塗布法では、SiC繊維4からなるストランド5のある部分にのみペーストが付着し、ストランド5のない開口部分にはペーストが残らないので、孔20aを形成する工程が不要であり、乾燥するのみで容易に孔20aを有する撥油性被膜20を骨材2の表面に形成することができる。なお、塗布法では、骨材2の内部に浸透させることなく表面にのみ撥油性被膜20を形成することを目的とするため、SiC繊維4の内部に撥油性樹脂が浸透しないように、ペースト状にして塗布することが好ましい。
また、貼付け法では、あらかじめ孔20aを有する撥油性樹脂を含有するシートを貼り付けるため、容易に骨材2の表面に撥油性被膜20を形成することができる。
いずれの方法を使用した場合であっても、後述する含浸工程において、孔20aが含浸液の通り道となるため、含浸液21の骨材2の内部への含浸を妨げることはなく、含浸後においては、骨材2の表面の不要な含浸液21をはじき、SiCマトリックスの流出物が骨材2の表面に付着することを防止することができる。
In the coating method, the paste adheres only to the portion having the
Further, in the pasting method, since the sheet containing the oil-repellent resin having the
Regardless of which method is used, in the impregnation step described later, since the
<含浸工程>
次に、図1(c)に示すように、上記被覆工程により得られた被膜体3を、ポリカルボシラン系樹脂からなるSiCマトリックス前駆体を含む含浸液21に含浸させて、含浸液21を骨材2の内部まで浸透させることにより、含浸体7を得る。SiC繊維4はポリカルボシラン系樹脂を含む含浸液21との濡れ性が良好であるため、含浸工程により含浸液21は骨材2の内部に速やかに浸透する。これに対し、骨材2の表面には、例えばポリビニルアルコールを含む撥油性被膜20が形成されているため、含浸液21がはじかれて、含浸液21がほとんど残らない。
なお、含浸液21を骨材2の内部まで含浸させる方法としては、撥油性被膜20の孔20aを経由するため、浸透させやすい方法を選択することができる。例えば、撥油性被膜20が形成された被膜体3を真空雰囲気下に配置し、骨材2の内部のガスを除いた後、加圧により含浸液21を骨材2の内部まで浸透させる減圧加圧含浸法を使用することが好ましい。
<Immersion process>
Next, as shown in FIG. 1 (c), the coating body 3 obtained by the above coating step is impregnated with an impregnating
As a method of impregnating the inside of the
<硬化工程>
次に、図1(d)に示すように、含浸体7を加熱して、SiCマトリックス前駆体を硬化させ、硬化体8を得る。硬化工程は、後述する焼成工程において、含浸液21が骨材2の外部に流出しないように、含浸液21中のSiCマトリックス前駆体を一旦硬化させる工程である。具体的には、含浸液21の粘度の低下による流出が生じないように、ゲル化を進行させながらゆっくりと温度を上昇させる。
硬化工程における昇温速度は、例えば10〜60℃/minであることが好ましく、処理温度は150〜400℃であることが好ましい。これらの条件で実施することにより、含浸液21の流出をおさえつつ、骨材内部に固定化することができる。また、硬化工程における温度の上昇速度を調整することにより、上記硬化工程と後述する焼成工程とを連続的に行うこともできる。
<Curing process>
Next, as shown in FIG. 1 (d), the impregnated
The rate of temperature rise in the curing step is preferably, for example, 10 to 60 ° C./min, and the treatment temperature is preferably 150 to 400 ° C. By carrying out under these conditions, it is possible to fix the impregnated
なお、上記のとおり、硬化工程における温度を適切に調整することにより、含浸液21の粘度の低下による流出を抑制することができる。ただし、加熱により含浸液21に含まれる溶媒又は低分子成分等が分解ガス12となって発生するため、分解ガス12に伴って骨材2の内部から孔20aを介して、ある程度の量の含浸液21が流出する。そして、流出した含浸液21は、撥油性被膜20の表面においてはじかれて、例えば、硬化体8の表面にドット形状のSiCマトリックス前駆体の硬化物(流出物)21aが形成される。
As described above, by appropriately adjusting the temperature in the curing step, it is possible to suppress the outflow due to the decrease in the viscosity of the impregnating
<表面清掃工程(1回目)>
次に、図1(e)に示すように、上記硬化工程において形成された硬化体8の表面におけるSiCマトリックス前駆体の硬化物21aを除去する。このとき、硬化体8の表面には撥油性被膜20が形成されているため、SiCマトリックス前駆体の硬化物21aは硬化体8表面に密着しておらず、容易に硬化物21aを除去することができる。
<Surface cleaning process (1st time)>
Next, as shown in FIG. 1 (e), the cured
<焼成工程>
次に、図1(f)に示すように、硬化体8を焼成することにより、上記硬化工程により硬化したポリカルボシラン系樹脂からなるSiCマトリックス前駆体をセラミック化して、SiCマトリックス22を形成し、焼成体9を得る。このとき、硬化体8の表面にわずかに残存していたSiCマトリックス前駆体の硬化物21aもドット形状のまま焼成され、焼成物(流出物)22aとなる。また、硬化体8の表面における撥油性被膜20は炭化し、剥離されやすい状態となっている。
<Baking process>
Next, as shown in FIG. 1 (f), by firing the cured
焼成工程における焼成温度は1000〜1500℃であることが好ましい。焼成温度が1000℃以上であると、SiCマトリックス前駆体が充分に焼成されるため、マトリックスの耐熱性が高まり、高温でも変形しにくくなる。また、焼成温度が1500℃以下であると、SiC繊維4中に含まれる酸素がSiCと反応するため、SiC繊維の内部に強度を低下させる空洞が生成されることを防止することができ、高い強度のSiC/SiC複合材を得ることができる。
The firing temperature in the firing step is preferably 1000 to 1500 ° C. When the firing temperature is 1000 ° C. or higher, the SiC matrix precursor is sufficiently fired, so that the heat resistance of the matrix is increased and the matrix is less likely to be deformed even at a high temperature. Further, when the firing temperature is 1500 ° C. or lower, the oxygen contained in the
<表面清掃工程(2回目)>
その後、図1(g)に示すように、焼成体9の表面に残留するSiCマトリックス前駆体の焼成物22aおよび撥油性被膜20の炭化物を除去することにより、SiC/SiC複合材10を得る。なお、撥油性被膜20は上記焼成工程により炭化しており、剥離されやすい状態となっているため、表面清掃工程により、SiCマトリックス前駆体の焼成物22a及び撥油性被膜20の炭化物を容易に除去することができる。これにより、平滑な表面のSiC/SiC複合材10を製造することができる。
<Surface cleaning process (second time)>
Then, as shown in FIG. 1 (g), the SiC / SiC
なお、一連の被覆工程から表面清掃工程(2回目)までのプロセスは、1回に限定されず、複数回繰り返してもよい。複数回繰り返すことにより、より高密度化することができる。 The process from the series of coating steps to the surface cleaning step (second time) is not limited to one time, and may be repeated a plurality of times. By repeating it a plurality of times, the density can be further increased.
続いて、本実施形態に係るSiC/SiC複合材の製造方法による効果をより詳細に説明するため、上記被覆工程及び表面清掃工程を実施しない場合のSiC/SiC複合材の製造方法について、図2(a)〜図2(d)を参照して以下に説明する。なお、図2において、上記図1に示す実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略又は簡略化する。 Subsequently, in order to explain in more detail the effect of the method for producing the SiC / SiC composite material according to the present embodiment, FIG. 2 shows a method for producing the SiC / SiC composite material when the above-mentioned coating step and surface cleaning step are not performed. This will be described below with reference to (a) to FIG. 2 (d). In FIG. 2, the same or equivalent parts as those of the embodiment shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
<骨材の準備>
図2(a)に示すように、骨材2は、SiC繊維4を束ねたストランド5を、縦糸及び横糸として織り込むことにより織布6を形成し、得られた織布6を複数枚積層することにより構成されている。
<Preparation of aggregate>
As shown in FIG. 2A, the
<含浸工程>
次に、図2(b)に示すように、骨材2を、SiCマトリックス前駆体を含む含浸液21に含浸させて、含浸液21を骨材2の内部まで浸透させることにより含浸体7を得る。
<Immersion process>
Next, as shown in FIG. 2B, the impregnated
<硬化工程>
次に、図2(c)に示すように、含浸体7を加熱して、SiCマトリックス前駆体を硬化させ、硬化体8を得る。硬化工程は、後述する焼成工程において、含浸液21が骨材2の外部に流出しないように、含浸液21中のSiCマトリックス前駆体を一旦硬化させる工程である。具体的には、含浸液21の粘度の低下による流出が生じないように、ゲル化を進行させながらゆっくりと温度を上昇させる。
なお、この加熱により、含浸液21に含まれる溶媒又は低分子成分等が分解ガス12となって発生するため、分解ガス12に伴って骨材2の外部にある程度の量の含浸液21が流出し、SiCマトリックス前駆体の硬化物21aとなって硬化体8の表面に付着する。
<Curing process>
Next, as shown in FIG. 2C, the impregnated
Since the solvent or low molecular weight component contained in the impregnating
<焼成工程>
次に、図2(d)に示すように、硬化体8を焼成することにより、SiCマトリックス前駆体をセラミック化して、SiCマトリックス22を形成し、SiC/SiC複合材10を得る。このとき、硬化体8の表面に付着していた、残存するSiCマトリックス前駆体の硬化物21aも、硬化体8の表面に付着したまま焼成され、焼成物22aが形成される。
<Baking process>
Next, as shown in FIG. 2D, the cured
上記従来のSiC/SiC複合材の製造方法によると、骨材2の外部に流出して焼成された焼成物22aが、SiC/SiC複合材10の表面で凹凸を形成し、平滑性を阻害する。また、焼成物22aに微細なクラックが発生することがあり、これにより、SiC/SiC複合材10の表面に欠陥ができ強度を低下させ、SiC/SiC複合材10の表面に凹凸が形成される。
According to the conventional method for manufacturing a SiC / SiC composite material, the fired
また、従来の製造方法によると、含浸工程において、含浸液21を骨材2の内部に含浸させたときに、含浸液21は骨材2の表面に多く付着する。これらは、上記のとおり、硬化工程及び焼成工程により不要な焼成物22aとなるため、高価な無機高分子等を含むマトリックス前駆体を必要以上に使用することになる。
Further, according to the conventional manufacturing method, when the impregnating
さらに、従来の製造方法では、平滑性を得ることを目的として、例えば焼成後に得られたSiC/SiC複合材10の表面を研磨又は切削しようとしても、不要な焼成物22aとSiC繊維4との密着性が高いため、容易に焼成物22aを除去することができない。その結果、SiC繊維4が断裂し、強度が低下するとともに、表面の平滑性も低下する。
Further, in the conventional manufacturing method, for the purpose of obtaining smoothness, for example, even if the surface of the SiC / SiC
これに対して、図1に示す本実施形態に係るSiC/SiC複合材の製造方法では、SiC繊維4からなる骨材2の外表面に撥油性被膜20を形成している。この撥油性被膜20は、含浸工程において、孔20aを通過させて含浸液21を骨材2の内部に含浸させるため、孔20aが浸透の抵抗となるものの、骨材2の内部に侵入した含浸液21は、容易に骨材2の全域に浸透される。
したがって、本実施形態における含浸工程により得られた含浸体7は、骨材2の内部に含浸液21を保持することができるとともに、表面は撥油性被膜20により含浸液21を付着させないため、必要以上の含浸液21が使用されることを防止することができ、製造コストを低減することができる。
On the other hand, in the method for producing a SiC / SiC composite material according to the present embodiment shown in FIG. 1, an oil-
Therefore, the impregnated
また、本実施形態の製造方法においては、硬化工程において孔20aを介して骨材2の外表面にSiCマトリックス前駆体が流出し、硬化物21aとなるが、骨材2の表面における撥油性被膜20の存在により、容易に硬化物21aを除去することができる。
Further, in the manufacturing method of the present embodiment, the SiC matrix precursor flows out to the outer surface of the
さらに、本実施形態の製造方法によると、孔20aの周囲における外表面に撥油性被膜20が存在するため、孔20aから流出したSiCマトリックス前駆体の流出物は、撥油性被膜20との接触角が90°以上となって、ドット形状になりやすい。このように、流出物がドット形状であると、硬化工程後にドット形状の硬化物21aとなり、表面清掃工程により硬化体8の表面から硬化物21aを除去しやすくなる。
Further, according to the manufacturing method of the present embodiment, since the oil-
また、硬化工程後に表面清掃工程を実施しない場合であっても、流出物がドット形状の状態で硬化し、硬化物21aとなると、その後の焼成工程においても形状は変化せず、ドット形状の焼成物22aが形成される。したがって、焼成体9の表面から焼成物22aを除去しやすくなり、表面清掃工程は硬化工程と焼成工程との間に実施しても、焼成工程後に実施しても、容易に表面の平滑性が優れたSiC/SiC複合材10を製造することができる。
Further, even if the surface cleaning step is not performed after the curing step, when the outflow material is cured in a dot-shaped state and becomes a cured
さらにまた、本実施形態においては、従来の製造方法と異なり、骨材の表面に撥油性被膜20が形成されているが、この撥油性被膜20は焼成工程において炭化するため、焼成工程後に容易に剥離することができる。したがって、製造後にSiC/SiC複合材10の表面に撥油性被膜20が残存することはなく、所望の品質を得ることができる。
なお、撥油性被膜20は骨材2の外表面全面に形成されている必要はなく、少なくとも骨材2の厚さ方向に直交する2面に形成されていればよい。骨材2の厚さ方向に直交する2面は、骨材2の全表面積の大部分を占めるため、上記2面における不純物の付着を防止することができると、所望の平滑性を得ることができるとともに、製造コストを低減することができる。
Furthermore, in the present embodiment, unlike the conventional manufacturing method, the oil-
The oil-
また、本実施形態の製造方法においては、硬化工程及び焼成工程の少なくとも一方の工程の後に、上記SiCマトリックス前駆体の流出物を除去する表面清掃工程を実施すればよいが、特に一連のプロセスを繰り返して含浸する場合、硬化工程と焼成工程との間及び焼成工程後の両方において、表面清掃工程を実施することが、焼成物22aが蓄積せず、より平滑性のあるSiC/SiC複合材を得られる点から好ましい。
Further, in the production method of the present embodiment, after at least one of the curing step and the firing step, a surface cleaning step for removing the effluent of the SiC matrix precursor may be carried out, and in particular, a series of steps may be carried out. In the case of repeated impregnation, it is possible to carry out the surface cleaning step both between the curing step and the firing step and after the firing step, so that the
また、本実施形態の製造方法において、骨材の内部に含浸液21を含浸させる方法については特に限定されないが、減圧加圧含浸法を使用すると、減圧時に骨材2の内部の気体を除去し、加圧によって骨材2の内部に含浸液21を含浸させる際に、外表面の撥油性被膜の反発に対抗して、容易に含浸液を骨材の内部に導入することができる。
Further, in the manufacturing method of the present embodiment, the method of impregnating the inside of the aggregate with the impregnating
続いて、本実施形態の製造方法において使用することができる含浸液21、SiCマトリックス前駆体、撥油性被膜20、SiC繊維4及び骨材2の形態について、以下に説明する。
Subsequently, the forms of the impregnating
(含浸液)
本実施形態において使用することができるSiCマトリックス前駆体を含む含浸液21としては、特に限定されないが、アリルハイドライドポリカルボシラン、ポリカルボシラン等を使用することができる。これらの含浸液は高い収率でSiCを形成することができるので、本実施形態に係るSiC/SiC複合材の製造方法において好適に利用できる。また、SiCマトリックス前駆体としてのポリカルボシラン系樹脂は、ポリマーやオリゴマーをそのまま使用して含浸液21としてもよいし、溶媒で希釈し、粘度を調整して含浸液21としてもよい。
(Impregnated liquid)
The impregnating
(SiCマトリックス前駆体)
SiCマトリックス前駆体として使用されるポリカルボシラン系樹脂は、後述する焼成工程によりSiCマトリックスとなる前駆体である。本実施形態において、SiCマトリックス前駆体としては、ポリカルボシラン系樹脂であれば特に限定されないが、例えば、アリルハイドライドポリカルボシラン、ポリカルボシラン等を使用することができる。
また、アリルハイドライドポリカルボシランは、撥油性被膜20との濡れ性が悪く、硬化物21a又は焼成物22aを撥油性被膜20から剥離しやすくすることができるため、SiCマトリックス前駆体として好適に使用することができる。
(SiC matrix precursor)
The polycarbosilane-based resin used as a SiC matrix precursor is a precursor that becomes a SiC matrix by a firing step described later. In the present embodiment, the SiC matrix precursor is not particularly limited as long as it is a polycarbosilane-based resin, and for example, allylhydride polycarbosilane, polycarbosilane, and the like can be used.
Further, allylhydride polycarbosilane has poor wettability with the oil-
(撥油性被膜)
本実施形態において使用することができる撥油性被膜(すなわち、親水性被膜)としては、特に限定されないが、ヒドロキシル基、アミノ基、カルボキシル基などの親水基を有する樹脂を含む被膜を使用することができる。このような親水基を有する樹脂として、例えば、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、アルコキシシラン及びシラノールを含むシリカ系樹脂から選択された少なくとも1種の樹脂を使用することが好ましい。これらの樹脂を含む撥油性被膜は、ポリカルボシラン系樹脂を含む含浸液との相溶性がなく、特に、SiCマトリックス前駆体として好適に使用されるアリルハイドライドポリカルボシランとの濡れ性が悪い。したがって、硬化工程の後に、硬化物21aを撥油性被膜20から容易に除去することができる。
(Oil-repellent coating)
The oil-repellent film (that is, the hydrophilic film) that can be used in the present embodiment is not particularly limited, but a film containing a resin having a hydrophilic group such as a hydroxyl group, an amino group, or a carboxyl group may be used. can. As the resin having such a hydrophilic group, for example, it is preferable to use at least one resin selected from silica-based resins containing polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, alkoxysilane and silanol. The oil-repellent coating containing these resins is incompatible with the impregnating liquid containing the polycarbosilane-based resin, and in particular, has poor wettability with allylhydride polycarbosilane, which is suitably used as a SiC matrix precursor. Therefore, after the curing step, the cured
(SiC繊維)
SiC繊維4の太さは、特に限定されないが、例えば平均径が7.5〜15μmのものを使用することができる。SiC繊維4の太さが7.5μm以上であると、表面に傷があっても影響を受けにくいので、高い強度のSiC繊維4が得られる。一方、SiC繊維4の太さが15μm以下であると、曲げても折れにくいので、複雑な形状や、曲率の小さな部分を有するSiC/SiC複合材を得ることができる。
(SiC fiber)
The thickness of the
(骨材)
本実施形態において使用することができる骨材2の形態としては特に限定されず、種々の形態の骨材2を用いることができるが、例えば、クロス(織布)、フィラメントワインディング体、ブレーディング体、抄造体及び不織布等を利用することができる。なお、クロス、フィラメントワインディング体及びブレーディング体は、SiC繊維を複数本束ねたストランドを用いて形成されることが望ましい。ストランド1本あたりのSiC繊維4の本数は、例えば100〜10000本とすることができる。
(aggregate)
The form of the
2 骨材
3 被膜体
4 SiC繊維
6 織布
7 含浸体
8 硬化体
9 焼成体
10 SiC/SiC複合材
20 撥油性被膜
20a 孔
21 含浸液
22 SiCマトリックス
2 Aggregate 3
Claims (8)
前記骨材の外表面に、複数の孔を有する撥油性被膜を形成し、被膜体を得る被覆工程と、
前記被膜体を、ポリカルボシラン系樹脂からなるSiCマトリックス前駆体を含む含浸液に含浸させて含浸体を得る含浸工程と、
前記含浸体を加熱して、前記SiCマトリックス前駆体を硬化させ、硬化体を得る硬化工程と、
前記硬化体を焼成して、前記SiCマトリックス前駆体をセラミック化し、焼成体を得る焼成工程と、を有し、
前記硬化工程及び前記焼成工程の少なくとも一方の工程の後に、前記硬化工程において前記孔を介して前記骨材の外表面に流出した前記SiCマトリックス前駆体の流出物を除去する表面清掃工程を有することを特徴とするSiC/SiC複合材の製造方法。 A method for producing a SiC / SiC composite material, which comprises an aggregate containing SiC fibers and a SiC matrix filled in the gaps between the aggregates.
A coating step of forming an oil-repellent coating having a plurality of holes on the outer surface of the aggregate to obtain a coating body,
An impregnation step of impregnating the coating body with an impregnating solution containing a SiC matrix precursor made of a polycarbosilane-based resin to obtain an impregnated body.
A curing step of heating the impregnated body to cure the SiC matrix precursor to obtain a cured product,
It has a firing step of firing the cured product to ceramicize the SiC matrix precursor to obtain a fired body.
Having at least one of the curing step and the firing step has a surface cleaning step of removing the effluent of the SiC matrix precursor that has flowed out to the outer surface of the aggregate through the pores in the curing step. A method for manufacturing a SiC / SiC composite material.
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CN115160572A (en) * | 2022-06-30 | 2022-10-11 | 航天材料及工艺研究所 | SiC ceramic precursor capable of being cured by ultraviolet light, preparation method and ceramic coating repairing method |
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CN115160572B (en) * | 2022-06-30 | 2024-02-09 | 航天材料及工艺研究所 | Ultraviolet-curable SiC ceramic precursor, preparation method and ceramic coating repair method |
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