JP2541852B2 - Manufacturing method of fiber-reinforced ceramic composite materials - Google Patents
Manufacturing method of fiber-reinforced ceramic composite materialsInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、繊維強化セラミックス複合材料の製造法に
関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a fiber-reinforced ceramic composite material.
(従来の技術および発明が解決しようとする問題点) 繊維強化セラミックス複合材料は、炭素繊維を用いて
マトリックスとなるセラミックスを強化した材料であ
る。繊維強化セラミックス複合材料は、脆性的な破壊挙
動を示すモノシリックなセラミックスの欠点を補う破壊
靭性値の高い材料であり、比強度、耐熱性の要求される
エンジン部品などへの利用が期待されている。しかしな
がら、その製造法は繊維織物の中へ気相化学蒸着により
セラミックスを沈積させるいわゆるCVI(Chemical Vapo
r Infiltration)法などが中心であり、これはきわめて
長い処理時間を要するため、製造コストがかかってい
る。(Problems to be Solved by Conventional Techniques and Inventions) A fiber-reinforced ceramic composite material is a material in which carbon fibers are used to reinforce a ceramic serving as a matrix. Fiber-reinforced ceramic composite materials are materials with high fracture toughness that compensate for the defects of monolithic ceramics that exhibit brittle fracture behavior, and are expected to be used in engine parts that require specific strength and heat resistance. . However, the manufacturing method is so-called CVI (Chemical Vapo
r Infiltration) method is the main method, which requires an extremely long processing time, resulting in high manufacturing costs.
(問題点を解決するための手段) 本発明者らは、前記問題点を解決し、簡便かつ高性能
な繊維強化セラミックス複合材料の製造プロセスを研究
した結果、本発明の完成に至った。(Means for Solving Problems) The present inventors have completed the present invention as a result of solving the above problems and studying a manufacturing process of a simple and high-performance fiber-reinforced ceramic composite material.
本発明は、(1)炭化物セラミックス、窒化物セラミ
ックスおよび酸化物セラミックスよりなる群から選ばれ
る少なくとも1種のセラミックスの前駆体である有機金
属ポリマーを耐熱繊維の長繊維の繊維束よりなるトウに
含浸し、これを開放型容器にいれ、熱間静水圧加圧装置
において熱処理し、必要に応じてさらに常圧にて熱処理
することを特徴とする繊維強化セラミックス複合材料の
製造法および(2)炭素繊維の長繊維の繊維束からなる
トウを用いて得られた開孔空隙率5〜50%を有する炭素
繊維強化炭素複合材料に対し、炭化物セラミックス、窒
化物セラミックスおよび酸化物セラミックスよりなる群
からなる選ばれる少なくとも1種のセラミックスの前駆
体である有機金属ポリマーを含浸し、これを開放型容器
に入れ、熱間静水圧装置において熱処理し、必要に応じ
てさらに常圧にて熱処理することを特徴とする繊維強化
セラミックス複合材料の製造法である。The present invention comprises (1) impregnating a tow consisting of a fiber bundle of long fibers of heat-resistant fibers with an organometallic polymer that is a precursor of at least one ceramic selected from the group consisting of carbide ceramics, nitride ceramics and oxide ceramics. Then, this is placed in an open container, heat-treated in a hot isostatic press, and if necessary, further heat-treated at normal pressure, and a method for producing a fiber-reinforced ceramic composite material, and (2) carbon. For a carbon fiber reinforced carbon composite material having an open porosity of 5 to 50% obtained by using a tow composed of long fiber bundles, a group consisting of carbide ceramics, nitride ceramics and oxide ceramics It is impregnated with an organometallic polymer that is a precursor of at least one selected ceramics, and this is placed in an open container and hot isostatic pressure is applied. Heat treated at location, a method for producing fiber-reinforced ceramic composite material, characterized by a heat treatment at more normal pressure if necessary.
以下本発明による繊維強化セラミックス複合材料につ
いて詳述する。The fiber-reinforced ceramic composite material according to the present invention will be described in detail below.
本発明でいう有機金属ポリマーとは、炭化物セラミッ
クス、窒化物セラミックスおよび酸化物セラミックスよ
りなる群から選ばれる少なくとも1種のセラミックスの
前駆体である。具体的にはポリカルボシラン、ポリシラ
ザン、ポリシラスチレン、金属アルコキシド、アルキル
メタル等であり、軟化点は−50〜400℃、好ましくは0
〜350℃である。The organometallic polymer as referred to in the present invention is a precursor of at least one ceramic selected from the group consisting of carbide ceramics, nitride ceramics and oxide ceramics. Specifically, it is polycarbosilane, polysilazane, polysilazastyrene, metal alkoxide, alkyl metal, etc., and has a softening point of −50 to 400 ° C., preferably 0.
~ 350 ° C.
本発明で言う耐熱繊維とは炭素繊維およびセラミック
ス繊維を示す。炭素繊維とはピッチ系、ポリアクリロニ
トリル系あるいはレーヨン系を示し、特にピッチ系炭素
繊維が好ましい。ここでいうピッチ系炭素繊維とは、炭
素質ピッチを溶融紡糸し、これを不融化、炭化および必
要に応じて黒鉛化することにより得られる繊維である。
セラミックス繊維とは、SiC、TiCなどの炭化物セラミッ
クス、Al2O3などの酸化物セラミックス、Si3N4などの窒
化物セラミックスあるいはこれらの混合物である。さら
には炭素繊維の表面に前記セラミックスを被覆したもの
も含む。The heat resistant fiber referred to in the present invention means carbon fiber and ceramic fiber. Carbon fiber refers to pitch-based, polyacrylonitrile-based or rayon-based, and pitch-based carbon fiber is particularly preferable. The pitch-based carbon fiber here is a fiber obtained by melt-spinning carbonaceous pitch, infusibilizing it, carbonizing it, and graphitizing it if necessary.
The ceramic fibers are carbide ceramics such as SiC and TiC, oxide ceramics such as Al 2 O 3 , nitride ceramics such as Si 3 N 4, or a mixture thereof. Further, a carbon fiber whose surface is coated with the above ceramics is also included.
また耐熱繊維のトウとは、耐熱繊維の直径5〜1000μ
mの500〜100,000本の繊維束を一方向積層物、2次元織
物あるいはその積層物、3次元以上の織物、マット状成
形物、フェルト状成形物など2次元或は3次元に成型し
たものをいう。トウを構成する繊維は長繊維(フィラメ
ント)である。The heat-resistant fiber tow is the diameter of the heat-resistant fiber 5 to 1000μ
One-dimensional laminate of 500 to 100,000 fiber bundles of m, two-dimensional woven fabric or its laminate, three-dimensional or more woven fabric, mat-like molded product, felt-shaped molded product such as two-dimensional or three-dimensional molded product Say. The fibers that make up the tow are filaments.
本発明において、このようにして得られた耐熱繊維の
トウに有機金属ポリマーを含浸し、この含浸物を開放型
容器に入れ、熱間静水圧加圧(HIP)装置、好ましくは
排気機構付HIP装置において加熱処理する。含浸は、有
機金属ポリマーを真空および/または加圧下で加熱、溶
融することにより達成されるが、含浸時の粘度を下げる
ために、溶剤でカット・バックすることもできる。溶剤
としては、芳香族炭化水素、ピリジン、キノリン、テト
ラヒドロフラン、ジオキサンなどが使用できる。In the present invention, the tow of the heat-resistant fiber thus obtained is impregnated with an organometallic polymer, and the impregnated product is placed in an open container, and a hot isostatic press (HIP) device, preferably a HIP with an exhaust mechanism is used. Heat treatment in the device. The impregnation is achieved by heating and melting the organometallic polymer under vacuum and / or pressure, but it can also be cut back with a solvent to reduce the viscosity during impregnation. As the solvent, aromatic hydrocarbon, pyridine, quinoline, tetrahydrofuran, dioxane and the like can be used.
開放型容器とは、シール機能のない容器である。材質
としては、アルミニウム、軟鋼、ステンレスなどの金
属、ガラス、黒鉛あるいはセラミックスなどが使用温度
あるいは使用目的などによって適宜選択できる。開放型
であれば形状はとくに限定されず、蓋つきあるいは蓋な
しのいずれでもよく、金属フォイルで被処理物をつつむ
だけでも良い。An open container is a container that does not have a sealing function. As a material, a metal such as aluminum, mild steel or stainless steel, glass, graphite, ceramics or the like can be appropriately selected according to the use temperature or purpose. The shape is not particularly limited as long as it is an open type, and it may be with or without a lid, and may wrap the object to be treated with a metal foil.
本願発明者らの検討結果によれば、前記有機金属ポリ
マーを熱間静水圧加圧により熱処理する場合に、開放型
容器を用いて限定された条件で炉内温度あるいは炉内温
度と排気速度を制御すれば、被処理物の形状が維持で
き、また炉内のよごれも極めて軽微に抑えることができ
るため密閉型容器を使用する必要がないことがわかっ
た。しかも開放型容器を用いる場合には、発生ガスの内
圧により、処理物にクラックが入るのを防止できる。
尚、この開放型容器内に生成物を物理的に捕獲するも
の、例えばカーボンフェルト、耐火物フェルト、鉄ある
いはチタンなどの繊維状などとしたものを充填すること
もできる。According to the examination results of the inventors of the present application, in the case of heat-treating the organometallic polymer by hot isostatic pressing, the temperature inside the furnace or the temperature inside the furnace and the exhaust speed are controlled under a limited condition using an open container. It has been found that it is not necessary to use a hermetically sealed container because the shape of the object to be treated can be maintained and dust in the furnace can be suppressed to an extremely small amount if controlled. Moreover, when the open type container is used, it is possible to prevent the processed product from cracking due to the internal pressure of the generated gas.
The open container may be filled with a material for physically capturing the product, for example, carbon felt, refractory felt, fibrous material such as iron or titanium.
排気機構付HIP装置とは、HIP中に被処理物から発生す
るガス成分を連続制御して排出できる機構を有する装置
であり、具体的には、発生するガスをその生成速度およ
び/または拡散速度に応じて除去量を調節できる排気機
構を備えた装置である。このガス排気機構は、炉内圧媒
ガスとの熱交換器および炉外での冷却器、減圧装置、流
量調節弁などよりなる。詳しくは本願出願人の一名がす
でに出願した特願昭62−25317に記載されている装置で
ある。The HIP device with an exhaust mechanism is a device having a mechanism capable of continuously controlling and discharging the gas components generated from the object to be treated during HIP, and specifically, the generation rate and / or diffusion rate of the generated gas. It is an apparatus equipped with an exhaust mechanism capable of adjusting the removal amount according to. This gas exhaust mechanism is composed of a heat exchanger with the pressure medium gas in the furnace, a cooler outside the furnace, a pressure reducing device, a flow rate control valve, and the like. More specifically, it is an apparatus described in Japanese Patent Application No. 62-25317 already filed by one of the applicants of the present application.
HIP装置もしくは排気機構付HIP装置における加圧熱処
理の条件は、不活性ガスにより50〜10000kg/cm2、好ま
しくは200〜2000kg/cm2に加圧し、100〜3000℃、好まし
くは400〜2200℃、さらに好ましくは400〜2000℃におい
て実施することが出来る。圧媒ガスとしては、アルゴ
ン、窒素、ヘリウムなどの不活性ガスが使用出来る。加
圧熱処理に続く常圧下の熱処理は、不活性ガス雰囲気下
400〜2200℃、好ましくは400〜2000℃において実施する
ことが出来る。さらに、排気機構付HIP装置を用いる場
合には、熱処理時に生成するガスを分析しながら操作を
行うことが出来るものも大きな特徴であり、本願発明者
らの検討結果によれば、炭素数2以上のガスが実質上生
成しなくなるまで熱処理を行うのが望ましい。ここでい
う実質上生成しなくなるとは排気ガス中の濃度が10pp
m、好ましくは5ppm以下になることをいう。Conditions of autoclaved at HIP apparatus or HIP apparatus with an exhaust mechanism, 50~10000kg / cm 2 with an inert gas, preferably pressurized to 200~2000kg / cm 2, 100~3000 ℃, preferably from 400 to 2,200 ° C. More preferably, it can be carried out at 400 to 2000 ° C. As the pressure medium gas, an inert gas such as argon, nitrogen or helium can be used. The heat treatment under normal pressure following the pressure heat treatment should be performed in an inert gas atmosphere.
It can be carried out at 400 to 2200 ° C, preferably 400 to 2000 ° C. Further, when the HIP device with an exhaust mechanism is used, it is a great feature that the operation can be performed while analyzing the gas generated during the heat treatment. It is desirable to perform the heat treatment until the above gas is substantially not generated. The term “substantially no generation” means that the concentration in exhaust gas is 10 pp.
m, preferably 5 ppm or less.
本発明において、排気ガス中のH2およびCH4のそれぞ
れの生成速度が有機金属ポリマー100gあたり10mol/時を
超えないような条件、好ましくは5.0mol/時、さらに好
ましくは2.0mol/時、最も好ましくは5.0mol/時を超えな
いような条件に温度プロファイルあるいは温度プロファ
イルと排気速度を制御し、熱間静水圧加圧下で熱処理す
る。In the present invention, the respective production rates of H 2 and CH 4 in the exhaust gas do not exceed 10 mol / hour per 100 g of the organometallic polymer, preferably 5.0 mol / hour, more preferably 2.0 mol / hour, most preferably Preferably, the temperature profile or the temperature profile and the exhaust speed are controlled under conditions not to exceed 5.0 mol / hour, and the heat treatment is performed under hot isostatic pressing.
また緻密化のため、含浸とHIP処理とのサイクルを必
要回数行うことが出来る。複合材料における耐熱繊維の
体積含有率は、目的によって任意に決定されるが、通常
は5〜75mol%、好ましくは35〜65mol%である。Further, for the densification, the cycle of impregnation and HIP treatment can be performed as many times as necessary. The volume content of the heat-resistant fiber in the composite material is arbitrarily determined depending on the purpose, but is usually 5 to 75 mol%, preferably 35 to 65 mol%.
本発明により得られた繊維強化セラミックス複合材料
の耐酸化性をさらに向上させるため、その表面にセラミ
ックスを被覆させることもできる。被覆材料としては、
炭化物セラミックス、窒化物セラミックスおよび酸化物
セラミックスよりなる群から選ばれる少なくとも1種の
セラミックスが好ましく、また被覆法としてはCVD、PVD
等が好ましい。In order to further improve the oxidation resistance of the fiber-reinforced ceramic composite material obtained by the present invention, its surface can be coated with ceramics. As the coating material,
At least one ceramic selected from the group consisting of carbide ceramics, nitride ceramics and oxide ceramics is preferable, and the coating method is CVD or PVD.
Etc. are preferred.
実施例 以下に実施例をあげ、本発明を具体的に説明するが、
本発明はこれらに限定されるものではない。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples.
The present invention is not limited to these.
(実施例1) 直径10μmのピッチ系炭素繊維の2000本束の2次元織
物(平織)を積層し、これに軟化点220℃のポリシラス
チレンを含浸した。含浸物をカーボンフエルトで包含
し、HIP装置においてアルゴンガスにより1000kg/cm2に
加圧し、800℃において加圧転化処理した。含浸したポ
リシラスチレンの転化収率は約70%であり、通常の常圧
転化処理のものの約25%に比べ著しく向上した。加圧転
化に続き、常圧、不活性雰囲気下で1700℃の熱処理を行
った。炭素繊維強化セラミックス複合材料を走査型電子
顕微鏡で観察したところ、繊維束内および繊維束間には
割れなどは認められず、セラミックス・マトリックスが
よく充填されていた。また炭素繊維の織物の変形、損傷
も見られなかった。(Example 1) Two-dimensional woven fabric (plain weave) of 2000 bundles of pitch-based carbon fibers having a diameter of 10 µm was laminated and impregnated with polysilastyrene having a softening point of 220 ° C. The impregnated material was included in carbon felt, pressurized to 1000 kg / cm 2 with argon gas in a HIP apparatus, and pressure-converted at 800 ° C. The conversion yield of the impregnated polysilastyrene was about 70%, which was significantly higher than that of the normal atmospheric conversion treatment of about 25%. Following the pressure conversion, heat treatment was performed at 1700 ° C. under an atmospheric pressure and an inert atmosphere. When the carbon fiber reinforced ceramics composite material was observed with a scanning electron microscope, no cracks were found in the fiber bundles or between the fiber bundles, and the ceramics matrix was well filled. In addition, neither deformation nor damage of the carbon fiber fabric was observed.
(実施例2) 直径10μmのピッチ系炭素繊維の2000本束の2次元織
物(平織)を積層し、これに軟化点220℃のポリシラス
チレンを含浸した。含浸物をカーボンフエルトで包含
し、排気機構付熱間静水圧装置においてアルゴンガスに
より1000kg/cm2に加圧し、800℃において加圧転化処理
した。排気速度は1.0Nm2/時とした。含浸したポリシラ
スチレンの軟化収率は約70%であり、通常の常圧転化処
理のものの約25%に比べ著しく向上した。運転後、装置
を開放点検したところ、炉内の汚れはきわめて軽微であ
った。加圧転化に続き、常圧、不活性雰囲気下で1700℃
の熱処理を行った。炭素繊維強化セラミックス複合材料
を走査型電子顕微鏡で観察したところ、繊維束内および
繊維束間には割れなどは認められず、セラミックス・マ
トリックスがよく充填されていた。また炭素繊維の織物
の変形、損傷も見られなかった。(Example 2) Two-dimensional woven fabric (plain weave) of 2000 bundles of pitch-based carbon fibers having a diameter of 10 µm was laminated and impregnated with polysilastyrene having a softening point of 220 ° C. The impregnated material was included in carbon felt, pressurized to 1000 kg / cm 2 with argon gas in a hot isostatic device with an exhaust mechanism, and pressure-converted at 800 ° C. The pumping speed was 1.0 Nm 2 / hour. The softening yield of the impregnated polysilastyrene was about 70%, which was much higher than that of about 25% of that of the normal pressure conversion treatment. When the equipment was opened and inspected after operation, the inside of the furnace was found to be extremely slight. Following pressure conversion, atmospheric pressure, 1700 ° C under inert atmosphere
Was heat treated. When the carbon fiber reinforced ceramics composite material was observed with a scanning electron microscope, no cracks were found in the fiber bundles or between the fiber bundles, and the ceramics matrix was well filled. In addition, neither deformation nor damage of the carbon fiber fabric was observed.
(実施例3) 直径10μmのピッチ系炭素繊維の2000本束の2次元織
物(平織)を積層し、これに軟化点220℃のポリシラス
チレンを含浸した。含浸物をカーボンフエルトで包含
し、排気機構付熱間静水圧装置においてアルゴンガスに
より1000kg/cm2に加圧し、800℃まで2℃/分で昇温し
て800℃において加圧転化処理した。排気速度は1.0Nm2/
時とした。生成ガス中のH2およびCH4のそれぞれの生成
速度はポリシラスチレン100gあたり0.58mol/時および0.
96mol/時であった。得られた転化物は、亀裂が少くなか
つた。運転後、装置を開放点検したところ、炉内の汚れ
はきわめて軽微であった。加圧転化に続き、常圧、不活
性雰囲気下で1700℃の熱処理を行った。炭素繊維強化セ
ラミックス複合材料を走査型電子顕微鏡で観察したとこ
ろ、繊維束内および繊維束間には割れなどは認められ
ず、セラミックス・マトリックスがよく充填されてい
た。また炭素繊維の織物の変形、損傷も見られなかっ
た。Example 3 Two-dimensional woven fabric (plain weave) of 2000 bundles of pitch-based carbon fibers having a diameter of 10 μm was laminated and impregnated with polysilastyrene having a softening point of 220 ° C. The impregnated material was included in carbon felt, pressurized to 1000 kg / cm 2 with argon gas in a hot isostatic device with an exhaust mechanism, heated up to 800 ° C at 2 ° C / min, and pressure-converted at 800 ° C. Pumping speed is 1.0 Nm 2 /
It was time. The respective production rates of H 2 and CH 4 in the produced gas were 0.58 mol / hr and 0.
It was 96 mol / hour. The conversion product obtained had few cracks. When the equipment was opened and inspected after operation, the inside of the furnace was found to be extremely slight. Following the pressure conversion, heat treatment was performed at 1700 ° C. under an atmospheric pressure and an inert atmosphere. When the carbon fiber reinforced ceramics composite material was observed with a scanning electron microscope, no cracks were found in the fiber bundles or between the fiber bundles, and the ceramics matrix was well filled. In addition, neither deformation nor damage of the carbon fiber fabric was observed.
(実施例4) 表面をSiCで被覆した炭素繊維(米国AVCO社製、SCS−
6、直径14μm)を一方向に積層し、これに軟化点220
℃のポリシラスチレンをキシレンに溶解して含浸した。
含浸物をカーボンフエルトで包含し、HIP装置において
アルゴンガスにより1000kg/cm2に加圧し、1000℃におい
て加圧転化処理した。含浸したポリシラスチレンの転化
収率は約70%であり、通常の常圧転化処理のものの約25
%に比べ著しく向上した。加圧転化に続き、常圧、不活
性雰囲気下で1200℃の熱処理を行った。繊維強化セラミ
ックス複合材料を走査型電子顕微鏡で観察したところ、
繊維束内および繊維束間には割れなどは認められず、セ
ラミックス・マトリックスがよく充填されていた。また
炭素繊維の織物の変形、損傷も見られなかった。(Example 4) Carbon fiber whose surface was coated with SiC (US AVCO, SCS-
6 、 diameter 14μm) is laminated in one direction and the softening point 220
The polysilastyrene at ℃ was dissolved in xylene and impregnated.
The impregnated material was included in carbon felt, pressurized to 1000 kg / cm 2 with argon gas in a HIP apparatus, and pressure-converted at 1000 ° C. The conversion yield of impregnated polysilastyrene is about 70%, which is about 25% of that of ordinary atmospheric pressure conversion treatment.
Markedly improved compared to%. Following the pressure conversion, heat treatment was performed at 1200 ° C. in an inert atmosphere at normal pressure. When observing the fiber-reinforced ceramic composite material with a scanning electron microscope,
No cracks were found in the fiber bundles and between the fiber bundles, and the ceramic matrix was well filled. In addition, neither deformation nor damage of the carbon fiber fabric was observed.
(実施例5) 直径11μmのセラミックス繊維(Si−C−Ti−O系、
宇部興産(株)製、チラノ繊維)の1600本束および直径
15μmのセラミックス繊維(SiC系、日本カーボン
(株)製、ニカロン)の800本束について実施例4と同
様の処理を行った。得られた繊維強化セラミックス複合
材料を走査型電子顕微鏡で観察したところ、繊維束およ
び繊維束間には割れなどは認められず、セラミックス・
マトリックスがよく充填されていた。また炭素繊維の織
物の変形、損傷も見られなかった。Example 5 Ceramic fiber having a diameter of 11 μm (Si—C—Ti—O system,
Ube Industries, Ltd., Tyranno fiber) 1600 bundles and diameter
The same process as in Example 4 was performed on 800 bundles of 15 μm ceramic fibers (SiC-based, Nicalon manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.). When the obtained fiber-reinforced ceramic composite material was observed with a scanning electron microscope, no cracks were found between the fiber bundles and between the fiber bundles.
The matrix was well packed. In addition, neither deformation nor damage of the carbon fiber fabric was observed.
(実施例6) 直径10μmのピッチ系炭素繊維の2000本束の3次元直
交織物軟化点280℃の光学的異方性ピッチを含浸した。
含浸物をステンレス製フオイルで包含し、排気機構付HI
P装置において窒素ガスにより1000kg/cm2に加圧し、1.5
Nm3/時で排気しながら、400℃まで0.5℃/分、1000℃ま
で2℃/分で昇温して加圧炭化処理した。得られた炭素
/炭素複合材料は空隙率20%であつた。これに軟化点22
0℃ポリシラスチレンを含浸し、HIP装置においてアルゴ
ンガスにより1000kg/cm2に加圧し、1000℃において加圧
転化処理した。得られた炭素繊維強化セラミックス複合
材料を走査型電子顕微鏡で観察したところ、炭素/炭素
複合材料は空隙にセラミックス・マトリックスがよく充
填されており、マトリックスの剥離などは観察されなか
った。Example 6 2000 bundles of pitch-based carbon fibers having a diameter of 10 μm were impregnated with an optically anisotropic pitch having a softening point of 280 ° C. of a three-dimensional orthogonal woven fabric.
HI with an exhaust system that contains the impregnated material with stainless steel oil.
In equipment P, pressurize to 1000 kg / cm 2 with nitrogen gas and
While evacuation was performed at Nm 3 / hour, the temperature was raised to 400 ° C. at 0.5 ° C./min and to 1000 ° C. at 2 ° C./min for carbonization under pressure. The obtained carbon / carbon composite material had a porosity of 20%. Softening point 22
It was impregnated with 0 ° C polysilastyrene, pressurized to 1000 kg / cm 2 with argon gas in a HIP device, and pressure-converted at 1000 ° C. When the obtained carbon fiber reinforced ceramics composite material was observed with a scanning electron microscope, the carbon / carbon composite material had well-filled voids with the ceramics matrix, and no separation of the matrix was observed.
(実施例7) 直径10μmのピッチ系炭素繊維の2000本束の3次元直
交織物軟化点280℃の光学的異方性ピッチを含浸した。
含浸物をステンレス製フオイルで包含し、排気機構付HI
P装置において1000kg/cm2に加圧し、1000℃において加
圧炭化処理した。得られた炭素/炭素複合材料は空隙率
20%であつた。これに軟化点232℃ポリカルボシランを
含浸し、HIP装置においてアルゴンガスにより1000kg/cm
2に加圧し、1000℃において加圧転化処理した。加圧転
化に続き、常圧、不活性雰囲気下で1350℃の熱処理を行
った。得られた炭素繊維強化セラミックス複合材料を走
査型電子顕微鏡で観察したところ、炭素/炭素複合材料
は空隙にセラミックス・マトリックスがよく充填されて
おり、マトリックスの剥離などは観察されなかった。Example 7 2000 bundles of pitch-based carbon fibers having a diameter of 10 μm were impregnated with an optically anisotropic pitch having a softening point of 280 ° C. of a three-dimensional orthogonal woven fabric.
HI with an exhaust system that contains the impregnated material with stainless steel oil.
It was pressurized to 1000 kg / cm 2 in a P apparatus and pressure carbonized at 1000 ° C. Porosity of the obtained carbon / carbon composite material
It was 20%. This is impregnated with polycarbosilane having a softening point of 232 ° C, and 1000 kg / cm 2 is applied by argon gas in a HIP device.
It was pressurized to 2 and pressure-converted at 1000 ° C. Following the pressure conversion, heat treatment was carried out at 1350 ° C. under normal pressure and an inert atmosphere. When the obtained carbon fiber reinforced ceramics composite material was observed with a scanning electron microscope, the carbon / carbon composite material had well-filled voids with the ceramics matrix, and no separation of the matrix was observed.
(実施例8) 直径10μmのピッチ系炭素繊維の2000本束の3次元直
交織物軟化点280℃の光学的異方性ピッチを含浸した。
含浸物をステンレス製フオイルで包含し、排気機構付HI
P装置において1000kg/cm2に加圧し、1000℃において加
圧炭化処理した。得られた炭素/炭素複合材料は空隙率
20%であつた。これに軟化点87℃ポリシラザンを含浸
し、HIP装置においてアルゴンガスにより1000kg/cm2に
加圧し、1000℃において加圧転化処理した。Example 8 2000 bundles of pitch-based carbon fibers having a diameter of 10 μm were impregnated with an optically anisotropic pitch having a softening point of 280 ° C. of a three-dimensional orthogonal woven fabric.
HI with an exhaust system that contains the impregnated material with stainless steel oil.
It was pressurized to 1000 kg / cm 2 in a P apparatus and pressure carbonized at 1000 ° C. Porosity of the obtained carbon / carbon composite material
It was 20%. This was impregnated with polysilazane having a softening point of 87 ° C, pressurized to 1000 kg / cm 2 with argon gas in a HIP device, and pressure-converted at 1000 ° C.
加圧転化に続き、常圧、不活性雰囲気下で1350℃の熱
処理を行った。得られた炭素繊維強化セラミックス複合
材料を走査型電子顕微鏡で観察したところ、炭素/炭素
複合材料は空隙にセラミックス・マトリックスがよく充
填されており、マトリックスの剥離などは観察されなか
った。Following the pressure conversion, heat treatment was carried out at 1350 ° C. under normal pressure and an inert atmosphere. When the obtained carbon fiber reinforced ceramics composite material was observed with a scanning electron microscope, the carbon / carbon composite material had well-filled voids with the ceramics matrix, and no separation of the matrix was observed.
(実施例9) 直径10μmのピッチ系炭素繊維の2000本束の2次元平
織にフェノール樹脂を含浸した。含浸物を乾燥させた
後、150℃においてキュアし、CFRP一次成形体を得た。
この一次成形体を窒素中、1500℃で1時間炭化処理し、
空隙率25%の炭素/炭素複合材料を得た。これに軟化点
232℃のポリカルボシランを含浸し、これをステンレス
製フォイルで包含し、排気機構付HIP装置において1000k
g/cm2に加圧し、1000℃において加圧転化処理した。得
られた炭素/炭素複合材料は空隙率20%であつた。加圧
転化に続き、常圧、不活性雰囲気下で1350℃の熱処理を
行った。得られた炭素繊維強化セラミックス複合材料を
走査型電子顕微鏡で観察したところ、炭素/炭素複合材
料は空隙にセラミックス・マトリックスがよく充填され
ており、マトリックスの剥離などは観察されなかった。Example 9 A two-dimensional plain weave of 2000 bundles of pitch-based carbon fibers having a diameter of 10 μm was impregnated with a phenol resin. After the impregnated product was dried, it was cured at 150 ° C. to obtain a CFRP primary molded body.
This primary molded body was carbonized in nitrogen at 1500 ° C. for 1 hour,
A carbon / carbon composite material having a porosity of 25% was obtained. Softening point
Impregnated with polycarbosilane at 232 ° C and included with a stainless steel foil, 1000k in HIP device with exhaust mechanism
It was pressurized to g / cm 2 and pressure-converted at 1000 ° C. The obtained carbon / carbon composite material had a porosity of 20%. Following the pressure conversion, heat treatment was carried out at 1350 ° C. under normal pressure and an inert atmosphere. When the obtained carbon fiber reinforced ceramics composite material was observed with a scanning electron microscope, the carbon / carbon composite material had well-filled voids with the ceramics matrix, and no separation of the matrix was observed.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 敏則 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工 業株式会社技術研究所内 (72)発明者 末光 毅 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工 業株式会社技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−288974(JP,A) 特開 昭57−27746(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Toshinori Nakamura 1-1 Kawasaki-cho, Akashi-shi, Hyogo, Kawasaki Heavy Industries, Ltd. Technical Research Institute (72) Takeshi Suemitsu 1-1 Kawasaki-cho, Akashi-shi, Hyogo Kawasaki (56) Reference JP-A-63-288974 (JP, A) JP-A-57-27746 (JP, A)
Claims (6)
および酸化物セラミックスよりなる群から選ばれる少な
くとも1種のセラミックスの前駆体である有機金属ポリ
マーを耐熱繊維の長繊維の繊維束よりなるトウに含浸
し、これを開放型処理物容器に入れ、熱間静水圧加圧装
置において熱処理して該ポリマーをセラミックス化する
ことを特徴とする繊維強化セラミックス複合材料の製造
法。1. A tow consisting of a bundle of heat-resistant long fibers is impregnated with an organometallic polymer which is a precursor of at least one ceramic selected from the group consisting of carbide ceramics, nitride ceramics and oxide ceramics, A method for producing a fiber-reinforced ceramics composite material, which comprises placing this in an open-type treated product container and heat-treating it in a hot isostatic press to turn the polymer into a ceramic.
特徴とする請求項第1項記載の繊維強化セラミックス複
合材料の製造法。2. The method for producing a fiber-reinforced ceramic composite material according to claim 1, wherein the hot isostatic device has an exhaust mechanism.
成ガス中のH2およびCH4のそれぞれの生成速度が有機金
属ポリマー100gあたり10mol/時を超えないような条件で
行われることを特徴とする請求項第1項記載の繊維強化
セラミックス複合材料の製造法。3. The heat treatment in the hot isostatic press is carried out under the condition that the production rates of H 2 and CH 4 in the produced gas do not exceed 10 mol / hour per 100 g of the organometallic polymer. A method for producing a fiber-reinforced ceramic composite material according to claim 1.
用いて得られた開孔空隙率5〜30%を有する炭素繊維強
化炭素複合材料に対し、炭化物セラミックス、窒化物セ
ラミックスおよび酸化物セラミックスよりなる群からな
る選ばれる少なくとも1種のセラミックスの前駆体であ
る有機金属ポリミーを含浸し、これを開放型処理物容器
に入れ、熱間静水圧装置において熱処理して該ポリマー
をセラミックス化することを特徴とする繊維強化セラミ
ックス複合材料の製造法。4. A carbon fiber-reinforced carbon composite material having an open porosity of 5 to 30% obtained by using a tow composed of long fiber bundles of carbon fibers, in addition to carbide ceramics, nitride ceramics and oxides. At least one kind of ceramics selected from the group consisting of ceramics is impregnated with organometallic polymy, which is a precursor of the ceramics, and this is placed in an open-type processed material container and heat-treated in a hot isostatic device to convert the polymer into a ceramic A method for producing a fiber-reinforced ceramic composite material, comprising:
特徴とする請求項第4項記載の繊維強化セラミックス複
合材料の製造法。5. The method for producing a fiber-reinforced ceramic composite material according to claim 4, wherein the hot isostatic device has an exhaust mechanism.
ス中のH2およびCH4のそれぞれの生成速度が有機金属ポ
リマー100gあたり10mol/時を超えないような条件で行わ
れることを特徴とする請求項第4項記載の繊維強化セラ
ミックス複合材料の製造法。6. The heat treatment in a hot hydrostatic pressure device is performed under conditions such that the production rates of H 2 and CH 4 in the produced gas do not exceed 10 mol / hour per 100 g of the organometallic polymer. The method for producing the fiber-reinforced ceramic composite material according to claim 4.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1163642A JP2541852B2 (en) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | Manufacturing method of fiber-reinforced ceramic composite materials |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0333070A JPH0333070A (en) | 1991-02-13 |
JP2541852B2 true JP2541852B2 (en) | 1996-10-09 |
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ID=15777826
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JP1163642A Expired - Lifetime JP2541852B2 (en) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | Manufacturing method of fiber-reinforced ceramic composite materials |
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JPS5727746A (en) * | 1980-07-25 | 1982-02-15 | Toho Beslon Co | Three dimensional fiber reinforcing composite material and its manufacture |
JPS63248777A (en) * | 1987-04-06 | 1988-10-17 | 三菱重工業株式会社 | Manufacture of fiber reinforced ceramics |
JPH0822782B2 (en) * | 1987-05-22 | 1996-03-06 | 石川島播磨重工業株式会社 | Method for producing fiber-reinforced ceramics |
-
1989
- 1989-06-28 JP JP1163642A patent/JP2541852B2/en not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
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