JP2528780B2 - Oxidation resistant carbon fiber reinforced carbon composite material and method for producing the same - Google Patents

Oxidation resistant carbon fiber reinforced carbon composite material and method for producing the same

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JP2528780B2 JP5045825A JP4582593A JP2528780B2 JP 2528780 B2 JP2528780 B2 JP 2528780B2 JP 5045825 A JP5045825 A JP 5045825A JP 4582593 A JP4582593 A JP 4582593A JP 2528780 B2 JP2528780 B2 JP 2528780B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、耐酸化性を有する炭素
繊維強化炭素複合材料及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbon fiber reinforced carbon composite material having oxidation resistance and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭素繊維強化炭素複合材料(C/C材と
略す)は、高温強度や耐熱性の面で非常に優れた材料で
あり、航空宇宙分野及び原子炉部材等の高温部材に適用
され始めており、適用分野の拡大が期待されている。C
/C材は500℃程度から酸化損傷をうけるため、酸素
の存在する雰囲気で使用される高温部品用には、通常C
/C材の表面に化学気相蒸着(Chemical Va
por Deposition,CVD)法により炭化
珪素コーティング(SiC−CVD)したものが用いら
れる。しかしながら、C/C材(室温−1000℃間の
熱膨張率:約1.2×10-6/℃)とSiC−CVD層
(約4.8×10-6/℃)の熱膨張率が異なるため、C
VD処理後にはSiC・CVD層の表面に亀裂が生じる
と共に密着強度の劣化等の問題が生じる。この亀裂を通
じて酸素が浸入し、完全に耐酸化性を付与することはで
きない。また、熱膨張率が小さい窒化珪素コーティング
(Si3 4 ・CVD:約2.8×10-6/℃)が用い
られる場合もあるが、同様な問題を生じる。
2. Description of the Related Art Carbon fiber reinforced carbon composite materials (abbreviated as C / C materials) are extremely excellent in high temperature strength and heat resistance, and are applied to aerospace fields and high temperature members such as reactor members. Are beginning to be implemented, and it is expected that the fields of application will expand. C
Since the / C material suffers from oxidative damage from about 500 ° C, it is usually used for high temperature parts used in an atmosphere containing oxygen.
/ C Material Surface Chemical Vapor Deposition (Chemical Vapor Deposition)
The silicon carbide coating (SiC-CVD) by the por deposition method is used. However, the coefficient of thermal expansion of the C / C material (coefficient of thermal expansion between room temperature and 1000 ° C .: about 1.2 × 10 −6 / ° C.) and the SiC-CVD layer (about 4.8 × 10 −6 / ° C.) Because it is different, C
After the VD treatment, cracks are generated on the surface of the SiC / CVD layer and problems such as deterioration of adhesion strength occur. Oxygen penetrates through these cracks and cannot completely impart oxidation resistance. A silicon nitride coating (Si 3 N 4 · CVD: about 2.8 × 10 −6 / ° C.) having a small coefficient of thermal expansion may be used, but the same problem occurs.

【0003】この亀裂対策として、SiO2 ,Al2
3 ,B2 3 等のガラス質セラミックスを、SiC−C
VD層の亀裂の封孔処理に用いる方法が、まず挙げられ
る。図2は、上記の従来例を示し、炭素繊維強化炭素複
合材料(C/C材)10の表面にSiC層12を設け、
このSiC層12の亀裂14の封孔処理のためにB2
3 層16を設けたものである。
As a countermeasure against this crack, SiO 2 , Al 2 O
Glass-based ceramics such as 3 , B 2 O 3 and SiC-C
The method used for sealing the cracks in the VD layer is first mentioned. FIG. 2 shows the above conventional example, in which a SiC layer 12 is provided on the surface of a carbon fiber reinforced carbon composite material (C / C material) 10,
In order to seal the cracks 14 in the SiC layer 12, B 2 O
The three layers 16 are provided.

【0004】また、別の手法としてC/C材とSiC−
CVD層の間にポーラスSiC層や炭素からSiCに徐
々に組成を傾斜させたCVDコーティング層を設けるこ
とにより、SiC−CVD層の応力集中を緩和し、亀裂
を低減させる方法も検討されている。図3は、上記の従
来例を示し、C/C材10の表面にポーラスSiC層1
8を設け、このポーラスSiC層18の表面にSiC層
12を設け、さらにこのSiC層12の亀裂14の封孔
処理のためにSiO2 ・Al2 3 層20を設けたもの
である。さらに、C/C材の表面のマトリックス炭素を
気相あるいは液相反応により、SiCに変化させ、Si
C−CVD層との密着性を向上させる技術もある。
As another method, C / C material and SiC-
A method of relaxing the stress concentration of the SiC-CVD layer and reducing cracks by providing a porous SiC layer or a CVD coating layer having a composition that gradually changes from carbon to SiC between the CVD layers has also been studied. FIG. 3 shows the above conventional example, in which the porous SiC layer 1 is formed on the surface of the C / C material 10.
8 is provided, the SiC layer 12 is provided on the surface of the porous SiC layer 18, and the SiO 2 .Al 2 O 3 layer 20 is provided for sealing the cracks 14 in the SiC layer 12. Further, the matrix carbon on the surface of the C / C material is changed to SiC by a gas phase or liquid phase reaction,
There is also a technique for improving the adhesion with the C-CVD layer.

【0005】また、特開平2−74668号公報には、
C/C材の表面に、耐酸化皮膜として、多孔質のSiC
皮膜の内層を有し、この内層上に拡散法によるSiC皮
膜の外層を有する耐酸化性C/C材が記載されている。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 2-74668 discloses that
Porous SiC as an oxidation resistant film on the surface of C / C material
An oxidation resistant C / C material is described which has an inner layer of the coating and an outer layer of a SiC coating by the diffusion method on this inner layer.

【0006】また、特開平1−249659号公報に
は、C/C材の開孔空隙部に気相分解により炭素及び/
又はセラミックスを沈積充填し、ついでこの充填物の表
面に気相分解によりセラミックス又はセラミックス及び
炭素の両者を沈積被覆する耐酸化性を有するC/C材の
製造方法が記載されている。
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 1-2496959, carbon and / or
Alternatively, a method for producing a C / C material having oxidation resistance, in which ceramics is deposited by deposition and then the surface of the filling material is deposited by vapor phase decomposition to deposit ceramics or both ceramics and carbon, is described.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】前述のSiO2 ,Al
2 3 ,B2 3 等のガラス質セラミックスを亀裂の封
孔材として用いる方法は、大気中で短時間では非常に効
果があるが、封孔材の揮発や飛散等のために、低圧下あ
るいは高速ガス流下での使用及び長時間使用については
満足できるものではない。また、C/C材とSiC−C
VD層の間にポーラスSiC層や炭素からSiCに徐々
に組成を傾斜させたCVDコーティング層を設ける方法
については、密着性等には非常に効果的と考えられ、S
iC−CVD層の亀裂を若干低減させる効果はあると考
えられるが、未だ耐久性の優れたコーティング方法は確
認されていない。
The object of the invention is to be Solved by the above-mentioned SiO 2, Al
The method of using glassy ceramics such as 2 O 3 and B 2 O 3 as a crack sealing material is very effective in a short time in the atmosphere, but due to volatilization and scattering of the sealing material, low pressure It is not satisfactory for use under high or high-speed gas flow and long-term use. In addition, C / C material and SiC-C
The method of providing a porous SiC layer or a CVD coating layer having a composition gradually graded from carbon to SiC between VD layers is considered to be very effective for adhesion and the like.
Although it is considered to have an effect of slightly reducing the cracks in the iC-CVD layer, a coating method having excellent durability has not been confirmed yet.

【0008】最後にC/C材の表面マトリックスのSi
C化については、コーティング層と基材の密着性の点で
は効果的であるが、SiC−CVD層の亀裂低減には効
果はないと考えられる。また、特開平2−74668号
公報及び特開平1−249659号公報には、本発明の
特徴である「少なくとも2種のセラミックスからなる複
数のコーティング層を、さらに複数層積層する」という
技術的思想は、何も開示されていない。
Finally, Si of the surface matrix of C / C material
Carbonization is effective in terms of adhesion between the coating layer and the base material, but is not effective in reducing cracks in the SiC-CVD layer. Further, in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2-74668 and 1-249659, the technical idea of "a plurality of coating layers made of at least two kinds of ceramics are further laminated" which is a feature of the present invention. Has not disclosed anything.

【0009】本発明は、上記の諸点に鑑みなされたもの
で、表面亀裂が少なく、亀裂の幅も狭い、耐酸化性に優
れたC/C材及びその製造方法を提供することを目的と
する。
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a C / C material having few surface cracks, a narrow crack width, and excellent oxidation resistance, and a method for producing the same. .

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の耐酸化性C/C材は、図1に示すよう
に、少なくとも2種のセラミックスからなる複数のコー
ティング層22,24を、さらに複数層積層して形成さ
れた多層コーティング層を、炭素繊維強化炭素複合材料
10の表面に設けたことを特徴としている。
In order to achieve the above object, the oxidation-resistant C / C material of the present invention has a plurality of coating layers 22 made of at least two kinds of ceramics, as shown in FIG. A multilayer coating layer formed by further laminating a plurality of layers 24 is provided on the surface of the carbon fiber reinforced carbon composite material 10.

【0011】この場合、内層のコーティング層22のセ
ラミックスが、他層のコーティング層24のセラミック
スより熱膨張率が高いことが好ましい。また、多層コー
ティング層の構成材料の1つとして、SiC又はSi3
4 を用いるのが好ましい。
In this case, it is preferable that the ceramic of the inner coating layer 22 has a higher coefficient of thermal expansion than the ceramic of the other coating layer 24. Moreover, as one of the constituent materials of the multilayer coating layer, SiC or Si 3 is used.
It is preferred to use N 4 .

【0012】本発明の耐酸化性C/C材の製造方法は、
つぎの(a)〜(c)の工程、すなわち、(a) 炭素
繊維強化炭素複合材料の表面に、少なくとも2種のセラ
ミックスからなる複数のコーティング層を形成する工
程、(b) 前記(a)の工程を少なくとも2回繰り返
して多層コーティング層を形成する工程、(c) 前記
多層コーティング層を施工完了まで300〜3000℃
に保持する工程、とからなることを特徴としている。
The method for producing the oxidation resistant C / C material of the present invention is as follows:
The following steps (a) to (c), that is, (a) a step of forming a plurality of coating layers made of at least two kinds of ceramics on the surface of the carbon fiber reinforced carbon composite material, (b) the (a) Forming a multi-layer coating layer by repeating the above-mentioned step at least twice, (c) 300-3000 ° C. until the completion of the construction of the multi-layer coating layer.
And the step of holding.

【0013】この場合も、内層側に他層のセラミックス
より熱膨張率の高いセラミックスを用いるのが好まし
い。また、多層コーティング層の構成材料の1つとし
て、SiC又はSi3 4 を用いるのが好ましい。
Also in this case, it is preferable to use ceramics having a higher coefficient of thermal expansion than the ceramics of the other layers on the inner layer side. Further, it is preferable to use SiC or Si 3 N 4 as one of the constituent materials of the multilayer coating layer.

【0014】C/C材10の表面に数μm 〜数百μm
(例えば数μm 〜10μm )の厚さの2種以上のセラミ
ックスの複数層22,24を繰り返して多層積層し、そ
の最表面に数十μm 〜1mm(例えば100〜200μm
)の厚さ(上記の層より厚い方が望ましい)の多層コ
ーティングの構成材料の1つであるセラミックスのコー
ティング層12を設けることにより、耐酸化性の優れた
C/C材を得ることができる。なお、これらのコーティ
ング処理は、全工程終了まで炉内にて300〜3000
℃の高温に保ちながら連続して行うものである。コーテ
ィングの方法としては、化学気相蒸着(CVD)法、イ
オンプレーティング法、スパッタリング法、溶射法等が
あるが、これに特定されない。
On the surface of the C / C material 10 several μm to several hundred μm
A plurality of layers 22 and 24 of two or more kinds of ceramics having a thickness (for example, several μm to 10 μm) are repeatedly laminated to form a multilayer, and several tens of μm to 1 mm (for example, 100 to 200 μm) on the outermost surface
By providing the ceramic coating layer 12 which is one of the constituent materials of the multi-layer coating having a thickness of 1) (preferably thicker than the above layers), a C / C material having excellent oxidation resistance can be obtained. . It should be noted that these coating treatments are performed in the furnace for 300 to 3000 until the end of all steps.
It is carried out continuously while maintaining a high temperature of ℃. Examples of the coating method include a chemical vapor deposition (CVD) method, an ion plating method, a sputtering method, and a thermal spraying method, but they are not limited thereto.

【0015】各層のコーティング毎に300℃未満まで
の降温過程を入れて、多層コーティングを形成する製造
方法の場合には、第1層の降温時においてC/C材との
熱膨張差により、コーティング層に亀裂が発生し、第2
層以降のコーティング層においても応力緩和することな
しに、同じ位置に亀裂が発生し、多層コーティング層を
貫通した、単層コーティングの場合と同様の幅広い亀裂
が生じる。したがって、本発明においては300℃以上
の高温に保つことが必要である。温度の上限は3000
℃で十分である。
In the case of the manufacturing method of forming a multi-layer coating by introducing a temperature lowering process to less than 300 ° C. for each coating of each layer, the coating is caused by the difference in thermal expansion from the C / C material when the first layer is cooled. The layer cracks and the second
In the coating layers after the layer, cracks are generated at the same position without stress relaxation, and wide cracks that penetrate the multilayer coating layer as in the case of the single layer coating are generated. Therefore, in the present invention, it is necessary to maintain a high temperature of 300 ° C. or higher. The upper limit of temperature is 3000
° C is sufficient.

【0016】再び図1において、多層コーティング層の
最表面には、前述のように、多層コーティング層の構成
材料の1つであるセラミックスのコーティング層12
(24)が設けられている。さらに、このコーティング
層12(24)の亀裂14の封孔処理のために、SiO
2 ・Al2 3 層20が設けられる。
Referring again to FIG. 1, on the outermost surface of the multilayer coating layer, as described above, the ceramic coating layer 12 which is one of the constituent materials of the multilayer coating layer.
(24) is provided. Further, in order to seal the cracks 14 in the coating layer 12 (24), SiO 2 is used.
A 2 · Al 2 O 3 layer 20 is provided.

【0017】このSiO2 ・Al2 3 層20は、TE
OS(Tetraethyl Ortho Silic
ate)処理及びMAP(Mono Aluminiu
mPhosphate)処理により形成されたものであ
る。TEOS処理は、酸素を含む有機珪素溶液を例え
ば、炭化珪素コーティング表面に含浸した後、加熱分解
し、石英ガラス(SiO2 )を析出させる処理である。
また、MAP処理は、燐酸アルミニウムをTEOS処理
済の炭化珪素コーティング表面に含浸させ、約1000
℃の加熱分解によって酸化アルミニウム(Al2 3
層を形成させるものである。
The SiO 2 .Al 2 O 3 layer 20 is made of TE.
OS (Tetraethyl Ortho Silic)
ate) processing and MAP (Mono Aluminium)
mPhosphate) treatment. The TEOS treatment is a treatment in which, for example, a surface of a silicon carbide coating is impregnated with an organic silicon solution containing oxygen, and then thermally decomposed to deposit quartz glass (SiO 2 ).
In addition, in the MAP treatment, aluminum phosphate is impregnated on the TEOS-treated silicon carbide coating surface to obtain about 1000
Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) by thermal decomposition at ℃
A layer is formed.

【0018】本発明において使用するセラミック材料と
しては、耐熱性及び耐酸化性の優れたものが好ましい。
具体的にはSiC,TiC,HfC,ZrC,NbC等
の炭化物系、Si3 4 ,TiN,HfN,ZrN等の
窒化物系Al2 3 ,ZrO2 等の酸化物系及びTiB
2 等のホウ化物系等を用いることができる。上記のよう
な多層コーティングを有するC/C材では、単層のSi
C−CVD層あるいはSi3 4 ・CVD層を有するC
/C材と比較して、最表面コーティング層の亀裂が著し
く低減される。
The ceramic material used in the present invention is preferably one having excellent heat resistance and oxidation resistance.
Specifically, carbide-based materials such as SiC, TiC, HfC, ZrC and NbC, nitride-based materials such as Si 3 N 4 , TiN, HfN and ZrN, oxides such as Al 2 O 3 and ZrO 2 and TiB.
Borides such as 2 can be used. In the C / C material having the above multi-layer coating, a single layer of Si is used.
C-CVD layer or C having Si 3 N 4 · CVD layer
Compared with the / C material, cracking of the outermost surface coating layer is significantly reduced.

【0019】以下に、2種類のセラミックスの交互積層
による多層コーティングを例とした改善の理由の推測を
示す。コーティング終了後の降温過程において最も基材
側のコーティング層(第1層)より、まず亀裂が発生す
る。第1層で発生した亀裂が次層(第2層)に達する
と、第1層と第2層では応力状態が異なるため、界面に
おいて亀裂伝播が鈍化する。このことが繰り返されて、
表面に近くなるほど亀裂伝播が鈍化し、最表面の主コー
ティング層の亀裂が相当低減される結果となると考えら
れる。なお、上記の多層コーティングを有するC/C材
に、前述のガラス質セラミックス等の封孔処理を施すこ
とも可能である。また、耐エロージョン・高温化対策と
して検討が進められているZrO2 やAl2 3 等のコ
ーティングを施すことも可能である。さらに、C/C材
の表面炭素マトリックスをSiC化する技術等との併用
も可能である。
The reason for the improvement will be shown below by taking a multilayer coating by alternately laminating two kinds of ceramics as an example. In the temperature decreasing process after coating, cracks are first generated in the coating layer (first layer) closest to the substrate. When the crack generated in the first layer reaches the next layer (second layer), the stress state is different between the first layer and the second layer, so that the crack propagation slows at the interface. This is repeated,
It is considered that the closer to the surface, the slower the crack propagation, resulting in a considerable reduction of cracks in the outermost main coating layer. It is also possible to subject the C / C material having the above-mentioned multilayer coating to the sealing treatment with the above-mentioned glassy ceramics or the like. It is also possible to apply a coating such as ZrO 2 or Al 2 O 3 which is being studied as a measure against erosion resistance and high temperature. Further, it can be used in combination with a technique for converting the surface carbon matrix of the C / C material into SiC.

【0020】本発明においては、前述のように、内層の
セラミックスが、他層のセラミックスより熱膨張率が高
い場合に、とくに優れた効果を発揮する。例えば、内層
をTiC層とし、このTiC層の表面の層をSiC層と
する場合である。以下、TiC/SiCの多層コーティ
ングを採用した場合に強度上有利となる理由について説
明する。
In the present invention, as described above, when the ceramics of the inner layer has a higher coefficient of thermal expansion than the ceramics of the other layer, a particularly excellent effect is exhibited. For example, this is a case where the inner layer is a TiC layer and the surface layer of this TiC layer is a SiC layer. Hereinafter, the reason why it is advantageous in strength when the TiC / SiC multilayer coating is adopted will be described.

【0021】まず、C/C、SiC及びTiCの物性値
を表1に示す。
First, Table 1 shows the physical property values of C / C, SiC and TiC.

【表1】 [Table 1]

【0022】 C/CへSiCを、従来のように、1
層コーティングした場合には、冷却時の熱膨張の差によ
ってSiC層に比較的大きな引張り応力が生じる(熱膨
張率がC/CよりSiCの方が大きく、また層厚がC/
Cに比べSiCが薄いため)。このため、SiC層には
引張り応力による割れが生じる。 C/CへTiC,SiCの順でそれぞれ1層コーテ
ィングした場合には、冷却時の熱膨張の差によってTi
C層に大きな引張り応力が生じる(熱膨張率がSiCよ
りTiCの方が大きいため)。このため、SiC層に生
じる引張り応力は、の場合よりも緩和され、SiC層
の割れは発生しにくくなるものと期待される。
SiC to C / C, 1
In the case of layer coating, a relatively large tensile stress is generated in the SiC layer due to the difference in thermal expansion during cooling (the coefficient of thermal expansion of SiC is larger than that of C / C, and the layer thickness is C / C).
SiC is thinner than C). Therefore, the SiC layer is cracked by tensile stress. When C / C is coated with one layer each of TiC and SiC in this order, Ti due to the difference in thermal expansion during cooling
A large tensile stress occurs in the C layer (because the coefficient of thermal expansion of TiC is larger than that of SiC). Therefore, it is expected that the tensile stress generated in the SiC layer will be more relaxed than in the case of, and cracking of the SiC layer will be less likely to occur.

【0023】なお、TiC層には、の場合のSiC層
に生じる引張り応力より高い引張り応力が生じることに
なり、割れが生じるが、この割れの進展に対しTiCと
SiCの界面は阻止する効果があるものと期待され、T
iC層に生じた割れは表面までは進展しにくくなると考
えられる。また、TiC層に生じる割れを少なくするた
めには、TiC層のかわりに引張り強度が高く、延性に
富んだ材料にすれば良い(この場合、表面にSiC層が
存在するので耐酸化性に問題のある金属材料でも良
い)。 C/CへTiC,SiCの順でそれぞれ多層コーテ
ィングした場合には、C/Cに最も近いTiC層には冷
却時の熱膨張の差によって、の場合と同程度の大きな
引張り応力が生じる。このため、C/Cに最も近いTi
C層には割れが生じる。TiC層に生じた割れは、Ti
CとSiCの多層コーティングのそれぞれの界面で進展
が阻止されることになる。他のTiC層はC/C層と直
接接合しておらず、またC/Cに最も近いTiC層に割
れが生じると応力が開放されるので、生じる引張り応力
はC/Cに最も近いTiC層に比べて小さくなり、割れ
は生じにくいと考えられる。
In the TiC layer, a tensile stress higher than the tensile stress generated in the SiC layer in the case of occurs, and a crack occurs, but the interface between TiC and SiC has an effect of preventing the crack from progressing. Expected to be, T
It is considered that the cracks generated in the iC layer do not easily propagate to the surface. Further, in order to reduce cracks generated in the TiC layer, a material having high tensile strength and high ductility may be used instead of the TiC layer (in this case, since the SiC layer is present on the surface, there is a problem in oxidation resistance. It may be a metallic material). When C / C is multilayer-coated in the order of TiC and SiC, the TiC layer closest to C / C has a large tensile stress due to the difference in thermal expansion during cooling. Therefore, Ti closest to C / C
The C layer is cracked. The cracks in the TiC layer are
Propagation will be stopped at each interface of the C and SiC multilayer coatings. The other TiC layer is not directly bonded to the C / C layer, and the stress is released when the TiC layer closest to the C / C is cracked, so the tensile stress generated is the TiC layer closest to the C / C. It is considered to be smaller than that of, and cracking is unlikely to occur.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるも
のではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変
更して実施することが可能なものである。 実施例1 C/C材の表面に5μm のTiC層とSiC層の交互積
層を2回繰返した後、この層の表面に5μm のTiC層
を形成し、さらに100μm のSiC層をCVDにより
連続で積層させた。施工温度は、TiC層積層時800
℃に、SiC層積層時1200℃に保持した。図4は、
この試料の走査型電子顕微鏡写真(倍率500倍)であ
り、表面観察の結果、後述の比較例1に示す従来法と比
較して、極めて表面亀裂が少なく、亀裂の幅もせまいこ
とが確認された。本試料の大気中、1500℃、1時間
保持の10回繰返し酸化試験後の重量変化はほとんどな
く、表面状況の変化は全く見られなかった。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail based on the following examples, but the invention is not intended to be limited to the following examples, and various modifications may be made without departing from the scope of the invention. Is possible. Example 1 After alternately laminating a 5 μm TiC layer and a SiC layer on the surface of a C / C material twice, a 5 μm TiC layer was formed on the surface of this layer, and a 100 μm SiC layer was continuously formed by CVD. Laminated. Construction temperature is 800 when TiC layers are laminated
The temperature was kept at 1,200 ° C. when the SiC layer was laminated. FIG.
It is a scanning electron micrograph (magnification: 500 times) of this sample. As a result of surface observation, it was confirmed that surface cracks were extremely small and the width of the cracks was small as compared with the conventional method shown in Comparative Example 1 described later. It was There was almost no change in the weight of this sample after 10 times repeated oxidation tests of 1500 ° C. for 1 hour in the air, and no change in the surface condition was observed.

【0025】比較例1 C/C材の表面に100μm のSiC単層をCVDによ
り施工した。図5は、この試料の走査型電子顕微鏡写真
(倍率500倍)であり、この試料の表面観察の結果、
多数の幅の広い表面亀裂の存在が確認された。本試料の
大気中、1500℃、1時間保持の2回繰返し酸化試験
後の重量減少量は100mg/cm2 であり、C/C材が激
しい酸化損傷を受けていた。
Comparative Example 1 A 100 μm SiC single layer was applied to the surface of a C / C material by CVD. FIG. 5 is a scanning electron microscope photograph (magnification: 500 times) of this sample. As a result of observing the surface of this sample,
The presence of numerous wide surface cracks was confirmed. The weight loss of this sample was 100 mg / cm 2 after two repeated oxidation tests of 1500 ° C. for 1 hour, and the C / C material was severely damaged by oxidation.

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 (1) 2種類以上のセラミックスの交互積層を2回以
上繰り返して多層コーティングを行うものであるから、
第1層と第2層とでは応力状態が異なり、界面において
亀裂伝播が鈍化する。このことが繰り返されて、表面に
近くなる程、亀裂伝播が鈍化し、最表面の主コーティン
グ層の亀裂が低減される。 (2) 内層のセラミックスが、他層のセラミックスよ
り熱膨張率が高い場合は、さらに効果的である。
As described above, the present invention has the following effects. (1) Since multilayer coating is performed by repeating alternating lamination of two or more types of ceramics two or more times,
The stress state differs between the first layer and the second layer, and crack propagation slows down at the interface. By repeating this, the closer to the surface, the slower the crack propagation, and the cracks in the outermost main coating layer are reduced. (2) It is more effective when the inner layer ceramics has a higher coefficient of thermal expansion than the other layer ceramics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の耐酸化性炭素繊維強化炭素複合材料
(C/C材)の一実施例を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an oxidation resistant carbon fiber reinforced carbon composite material (C / C material) of the present invention.

【図2】 従来の耐酸化性C/C材の一例を示す断面図
である。
FIG. 2 is a sectional view showing an example of a conventional oxidation resistant C / C material.

【図3】 従来の耐酸化性C/C材の他の例を示す断面
図である。
FIG. 3 is a sectional view showing another example of a conventional oxidation resistant C / C material.

【図4】 本発明の実施例1における耐酸化性C/C材
の表面におけるセラミック材料の組織を示す走査型電子
顕微鏡写真(倍率500倍)である。
FIG. 4 is a scanning electron micrograph (magnification: 500 times) showing the structure of the ceramic material on the surface of the oxidation resistant C / C material in Example 1 of the present invention.

【図5】 比較例1における耐酸化性C/C材の表面
おけるセラミック材料の組織を示す走査型電子顕微鏡写
真(倍率500倍)である。
[5] on the surface of the oxidation resistant C / C material in Comparative Example 1
3 is a scanning electron micrograph (magnification: 500 times) showing the structure of the ceramic material in the sample.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 炭素繊維強化炭素複合材料(C/C材) 12 SiC層 14 亀裂 16 B層 18 ポーラスSiC層 20 SiO・Al層 22 コーテイング層(TiC層) 24 コーテイング層(SiC層)10 carbon fiber reinforced carbon composite material (C / C material) 12 SiC layer 14 crack 16 B 2 O 5 layer 18 porous SiC layer 20 SiO 2 · Al 2 O 3 layer 22 coating layer (TiC layer) 24 coating layer (SiC layer) )

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高島 顕 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工 業株式会社 明石工場内 (72)発明者 田畑 仁 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工 業株式会社 明石工場内 (72)発明者 吉川 孝男 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工 業株式会社 明石工場内 (72)発明者 西川 弘泰 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工 業株式会社 明石工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Ken Takashima 1-1 Kawasakicho, Akashi-shi, Hyogo Kawasaki Heavy Industries Ltd. Akashi factory (72) Inventor Hitoshi Tabata 1-1 Kawasakicho, Akashi-shi, Hyogo Kawasaki Heavy Industry Co., Ltd. Akashi Plant (72) Inventor Takao Yoshikawa 1-1 Kawasaki-cho, Akashi City, Hyogo Prefecture Kawasaki Heavy Industries Ltd. Akashi Plant (72) Inventor Hiroyasu Nishikawa 1-1, Kawasaki-cho, Akashi City, Hyogo Prefecture Kawasaki Heavy industry Co., Ltd. Akashi factory

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 少なくとも2種のセラミックスからなる
複数のコーティング層(22),(24)を、さらに複
数層積層して形成された多層コーティング層を、炭素繊
維強化炭素複合材料(10)の表面に設けたことを特徴
とする耐酸化性炭素繊維強化炭素複合材料。
1. A surface of a carbon fiber reinforced carbon composite material (10) comprising a multi-layer coating layer formed by laminating a plurality of coating layers (22), (24) made of at least two kinds of ceramics. An oxidation resistant carbon fiber reinforced carbon composite material.
【請求項2】 内層のセラミックスが、他層のセラミッ
クスより熱膨張率が高いことを特徴とする請求項1記載
の耐酸化性炭素繊維強化炭素複合材料。
2. The oxidation resistant carbon fiber reinforced carbon composite material according to claim 1, wherein the ceramics of the inner layer has a higher coefficient of thermal expansion than the ceramics of the other layer.
【請求項3】 多層コーティング層の構成材料の1つと
して、炭化珪素及び窒化珪素のいずれかが用いられたこ
とを特徴とする請求項1又は2記載の耐酸化性炭素繊維
強化炭素複合材料。
3. The oxidation resistant carbon fiber reinforced carbon composite material according to claim 1, wherein one of silicon carbide and silicon nitride is used as one of constituent materials of the multi-layer coating layer.
【請求項4】 つぎの(a)〜(c)の工程、すなわ
ち、(a) 炭素繊維強化炭素複合材料の表面に、少な
くとも2種のセラミックスからなる複数のコーティング
層を形成する工程、(b) 前記(a)の工程を少なく
とも2回繰り返して多層コーティング層を形成する工
程、(c) 前記多層コーティング層を施工完了まで3
00〜3000℃に保持する工程、とからなることを特
徴とする耐酸化性炭素繊維強化炭素複合材料の製造方
法。
4. The following steps (a) to (c), namely, (a) a step of forming a plurality of coating layers made of at least two kinds of ceramics on the surface of the carbon fiber reinforced carbon composite material, (b) ) A step of forming the multi-layer coating layer by repeating the step (a) at least twice, and (c) a step of completing the multi-layer coating layer until the construction is completed.
The method for producing an oxidation resistant carbon fiber reinforced carbon composite material, which comprises a step of maintaining the temperature at 00 to 3000 ° C.
【請求項5】 内層側に他層のセラミックスより熱膨張
率の高いセラミックスを用いることを特徴とする請求項
4記載の耐酸化性炭素繊維強化炭素複合材料及びその製
造方法。
5. The oxidation resistant carbon fiber reinforced carbon composite material according to claim 4, wherein a ceramic having a higher coefficient of thermal expansion than the ceramic of the other layer is used on the inner layer side, and the method for producing the same.
【請求項6】 多層コーティング層の構成材料の1つと
して、炭化珪素及び窒化珪素のいずれかを用いることを
特徴とする請求項4又は5記載の耐酸化性炭素繊維強化
炭素複合材料及びその製造方法。
6. The oxidation resistant carbon fiber reinforced carbon composite material according to claim 4 or 5, wherein one of silicon carbide and silicon nitride is used as a constituent material of the multilayer coating layer. Method.
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