JP2782891B2 - 繊維強化無機系材料の製造方法 - Google Patents
繊維強化無機系材料の製造方法Info
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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、繊維強化無機系材料の製造方法に係り、特
に、緻密な表面組織の繊維強化無機系材料を得る方法に
関するものである。
に、緻密な表面組織の繊維強化無機系材料を得る方法に
関するものである。
「従来の技術」 高温、高強度、高靭性、耐環境安定性が特に必要とさ
れる技術分野である航空機、ロケット、宇宙、核融合、
エネルギ関連技術分野では、ロケット・ジェット・ラム
ジェットエンジン、超高温耐熱壁用の材料として、超耐
熱材料である繊維強化無機系材料が求められている。
れる技術分野である航空機、ロケット、宇宙、核融合、
エネルギ関連技術分野では、ロケット・ジェット・ラム
ジェットエンジン、超高温耐熱壁用の材料として、超耐
熱材料である繊維強化無機系材料が求められている。
かかる用途を完全に満たす材料を提供することは困難
であるが、一部を満足させる材料として、炭素系繊維の
表面に、耐熱性、耐酸化性母材組織層を付着させた耐熱
性複合材料等が検討されている。
であるが、一部を満足させる材料として、炭素系繊維の
表面に、耐熱性、耐酸化性母材組織層を付着させた耐熱
性複合材料等が検討されている。
従来、かかる耐熱性複合材料を製造する場合には、複
数の単繊維を集合させた状態の繊維成形体を目的とする
形状に形成しておき、該繊維成形体にUVI（化学蒸着含
浸法）を用いて気体原料を含浸させ、そして、気体原料
含浸後に焼成を行なう等の熱化学反応を生じさせる工程
を繰り返し実施して、繊維成形体の表面上に耐熱性を有
する母材組織層を必要な厚さに形成する方法が採用され
ている。このCVI法によると、母材組織層の厚さの制御
を比較的容易に行なうことができる等の長所を有してい
る。
数の単繊維を集合させた状態の繊維成形体を目的とする
形状に形成しておき、該繊維成形体にUVI（化学蒸着含
浸法）を用いて気体原料を含浸させ、そして、気体原料
含浸後に焼成を行なう等の熱化学反応を生じさせる工程
を繰り返し実施して、繊維成形体の表面上に耐熱性を有
する母材組織層を必要な厚さに形成する方法が採用され
ている。このCVI法によると、母材組織層の厚さの制御
を比較的容易に行なうことができる等の長所を有してい
る。
「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、繊維成形体の表面に気体原料を蒸着さ
せるようにすると、繊維の表層部分に対しては母材質が
付着し易くなるものの、内層部分に対しては気体原料が
入りにくくなる現象が生じて、繊維成形体の内部の空隙
が母材質によって十分に充填される前に、表層近傍の空
隙が閉塞された状態となって、母材組織層全体の緻密化
が不十分なものとなる難点がある。
せるようにすると、繊維の表層部分に対しては母材質が
付着し易くなるものの、内層部分に対しては気体原料が
入りにくくなる現象が生じて、繊維成形体の内部の空隙
が母材質によって十分に充填される前に、表層近傍の空
隙が閉塞された状態となって、母材組織層全体の緻密化
が不十分なものとなる難点がある。
また、表層近傍の閉塞を避けて、内層部分に母材質を
十分に入り込ませるためには、非常にゆっくりした反応
を行なわせる必要があるため、作業時間が例えば100時
間単位の長時間となり、実用性が著しく低下するものと
なる。
十分に入り込ませるためには、非常にゆっくりした反応
を行なわせる必要があるため、作業時間が例えば100時
間単位の長時間となり、実用性が著しく低下するものと
なる。
本発明は上記事情に鑑みて提案されたもので、緻密な
母材質を有する繊維強化無機系材料を効率良く形成する
ことを目的とするものである。
母材質を有する繊維強化無機系材料を効率良く形成する
ことを目的とするものである。
「課題を解決するための手段」 上記目的を達成するため、本発明では、複数の単繊維
を集合させた状態の繊維成形体の形成工程と、該繊維成
形体に気体原料を含浸させた状態で熱化学反応を生じさ
せて繊維成形体の表面上に第１の母材組織層を形成する
工程と、該第１の母材組織層の空隙内に液体原料を含浸
させた状態で熱化学反応を生じさせて第２の母材組織層
を形成する工程とを有する繊維強化無機系材料の製造方
法としている。
を集合させた状態の繊維成形体の形成工程と、該繊維成
形体に気体原料を含浸させた状態で熱化学反応を生じさ
せて繊維成形体の表面上に第１の母材組織層を形成する
工程と、該第１の母材組織層の空隙内に液体原料を含浸
させた状態で熱化学反応を生じさせて第２の母材組織層
を形成する工程とを有する繊維強化無機系材料の製造方
法としている。
「作用」 工程の初期において、繊維成形体に気体原料を含浸さ
せて熱化学反応を生じさせ、単繊維の表面に制御された
状態の母材質を付着形成することにより、複合材料とし
ての性能に関係する部分の母材質の厚さを設定する。
せて熱化学反応を生じさせ、単繊維の表面に制御された
状態の母材質を付着形成することにより、複合材料とし
ての性能に関係する部分の母材質の厚さを設定する。
引き継いで液体原料の含浸と熱化学反応とによる母材
質の付着形成を行なうと、液体原料が毛管現象によって
繊維の内部の空隙に入り込み、内部の空隙部分への母材
質付着形成を促進させて、空隙の閉塞状態を改良する。
そして、液体原料の使用により作業工程時間の低減が図
られるものである。
質の付着形成を行なうと、液体原料が毛管現象によって
繊維の内部の空隙に入り込み、内部の空隙部分への母材
質付着形成を促進させて、空隙の閉塞状態を改良する。
そして、液体原料の使用により作業工程時間の低減が図
られるものである。
「実施例」 本発明に係る繊維強化無機系材料の製造方法の実施工
程例について、第１図ないし第３図に基づいて説明す
る。
程例について、第１図ないし第３図に基づいて説明す
る。
［繊維成形体の形成工程］ 適用される繊維は、無機系母材を強化するために好適
な高温強度を有する繊維であることが必要であり、例え
ば、炭素、炭化硅素、窒化硅素、アルミナ、ジルコニ
ア、ムライトその他の無機系耐熱材料を主成分とする繊
維である。
な高温強度を有する繊維であることが必要であり、例え
ば、炭素、炭化硅素、窒化硅素、アルミナ、ジルコニ
ア、ムライトその他の無機系耐熱材料を主成分とする繊
維である。
このような繊維をフィラメントワインディング、シー
ト積層、多次元織り等の成形方法により、第１図（Ａ）
（Ｂ）に示すように、目的とする形状に成形する。この
成形によって得られる繊維成形体１は、複数の単繊維1a
を集合させたものであるため、各単繊維1aの間等に多く
の空隙1bを有するものとなっている。
ト積層、多次元織り等の成形方法により、第１図（Ａ）
（Ｂ）に示すように、目的とする形状に成形する。この
成形によって得られる繊維成形体１は、複数の単繊維1a
を集合させたものであるため、各単繊維1aの間等に多く
の空隙1bを有するものとなっている。
［気体原料の含浸及び熱化学反応工程］ 前記繊維成形体１に前述したCVI法を用いる等によっ
て、第２図の矢印で示すように、気体原料を含浸させる
とともに、気体原料を含浸させた状態における高温下で
熱化学反応を生じさせて、繊維成形体１の単繊維1aの表
面上に第１の母材組織層（母材質）2aを蒸着させた状態
の中間材２を作製する。第２図において、符号2bは母材
組織層2aの間に介在する空隙である。
て、第２図の矢印で示すように、気体原料を含浸させる
とともに、気体原料を含浸させた状態における高温下で
熱化学反応を生じさせて、繊維成形体１の単繊維1aの表
面上に第１の母材組織層（母材質）2aを蒸着させた状態
の中間材２を作製する。第２図において、符号2bは母材
組織層2aの間に介在する空隙である。
この場合の気体原料は、高温において反応して無機系
の母材質を形成し得るものを用い、例えば、炭素に対し
てはメタン、プロパン等の炭化水素ガス、炭化硅素に対
しては四塩化硅素、クロロメチルシラン、シラン等の硅
素含有気体と、メタン、プロパン等の炭化水素ガスとの
組み合わせたもの、窒化硅素に対しては、硅素含有気体
とアンモニア等の窒素含有気体、アルミナに対しては、
塩化アルミニウム等のアルミニウム含有気体と水蒸気等
の酸素含有気体等を用いる。
の母材質を形成し得るものを用い、例えば、炭素に対し
てはメタン、プロパン等の炭化水素ガス、炭化硅素に対
しては四塩化硅素、クロロメチルシラン、シラン等の硅
素含有気体と、メタン、プロパン等の炭化水素ガスとの
組み合わせたもの、窒化硅素に対しては、硅素含有気体
とアンモニア等の窒素含有気体、アルミナに対しては、
塩化アルミニウム等のアルミニウム含有気体と水蒸気等
の酸素含有気体等を用いる。
他の金属炭化物、窒化物、酸化物等の無機系材料を母
材組織層2aとして形成させる場合にも、気体原料の選
定、含浸方法、熱化学反応による蒸着を行なって第１の
母材組織層2aを形成する方法等と同様に行なわれる。
材組織層2aとして形成させる場合にも、気体原料の選
定、含浸方法、熱化学反応による蒸着を行なって第１の
母材組織層2aを形成する方法等と同様に行なわれる。
このような第１の母材組織層2aの蒸着形成を繰り返す
と、前述したように、母材質の付着形成の制御を正確に
行ない得ることにより、単繊維1aの表面に同心円状に母
材質が年輪状に付着成長して、繊維の間の空隙2bを徐々
に閉塞していくものとなる。そして、気体原料による母
材質の付着形成は、繊維の表面近傍に蒸着し易いため
に、内部の空隙1bには付着されにくい現象が現れてく
る。
と、前述したように、母材質の付着形成の制御を正確に
行ない得ることにより、単繊維1aの表面に同心円状に母
材質が年輪状に付着成長して、繊維の間の空隙2bを徐々
に閉塞していくものとなる。そして、気体原料による母
材質の付着形成は、繊維の表面近傍に蒸着し易いため
に、内部の空隙1bには付着されにくい現象が現れてく
る。
そこで、空隙1bが閉塞される前で、かつ、第１の母材
組織層2aが複合材料として十分な性能が得られる程度の
厚さまで付着形成して、気体原料による母材質の蒸着を
停止する。
組織層2aが複合材料として十分な性能が得られる程度の
厚さまで付着形成して、気体原料による母材質の蒸着を
停止する。
なお、この第１の母材組織層2aの形成に際しては、最
初から終わりまで、同一材質の母材質を付着形成する方
法と、途中で気体原料の組成を変更して母材質の組成を
変化させるようにする方法とがあり、必要に応じて選択
される。
初から終わりまで、同一材質の母材質を付着形成する方
法と、途中で気体原料の組成を変更して母材質の組成を
変化させるようにする方法とがあり、必要に応じて選択
される。
［液体原料の含浸及び熱化学反応工程］ 上述の工程に引き続いて、残されている空隙2bに、毛
管現象を利用して第３図に矢印で示すように、内部まで
液体原料を含浸させた状態で、焼成等の熱化学反応を生
じさせることによって第２の母材組織層（母材質）3aの
形成とを行なう。
管現象を利用して第３図に矢印で示すように、内部まで
液体原料を含浸させた状態で、焼成等の熱化学反応を生
じさせることによって第２の母材組織層（母材質）3aの
形成とを行なう。
つまり、第２の母材組織層3aを形成させるためには、
熱化学反応によって第２の母材質を生成し得る原料を用
いればよい。
熱化学反応によって第２の母材質を生成し得る原料を用
いればよい。
第２の母材質は、第１の母材質と同一のものとしても
よく、この液体原料は、高温において反応して無機系の
母材質を形成し得るものを用い、例えば、母材質が炭素
の場合には、ピッチ、炭化水素系高分子及びそれらを有
機溶媒に溶解させた溶液を用い、これらのいずれかを第
１の母材組織層2aを形成した中間材２の間隙2bに含浸さ
せた後、アルゴン、窒素等の不活性雰囲気で加熱して、
炭素固体を生成させる。
よく、この液体原料は、高温において反応して無機系の
母材質を形成し得るものを用い、例えば、母材質が炭素
の場合には、ピッチ、炭化水素系高分子及びそれらを有
機溶媒に溶解させた溶液を用い、これらのいずれかを第
１の母材組織層2aを形成した中間材２の間隙2bに含浸さ
せた後、アルゴン、窒素等の不活性雰囲気で加熱して、
炭素固体を生成させる。
母材質を炭化硅素とする場合には、ポリカーボシラ
ン、ポリシラスチレン等の硅素と炭素とを共に含む高分
子、または、シリコーン、ポリシラザン、エチルシリケ
ート等の硅素を含む液体と、炭化水素系高分子等の炭素
を含む液体との混合物、または、それらを有機溶媒に溶
解させた溶液等を用い、これらのいずれかの液体を成形
体空隙内に含浸させ、しかる後に、アルゴン等の不活性
雰囲気中で加熱して、当該液体の熱化学反応により、炭
化硅素を生成させるか、あるいは、シリコーン、ポリシ
ラザン、エチルシリケートまたはそれらを有機溶媒に溶
解させた溶液等の硅素を含有する液体のいずれかを成形
体の空隙に含浸させ、しかる後に、メタン、プロパン等
の炭化水素ガスを含む気体雰囲気中で加熱して、当該液
体との熱化学反応により、炭化硅素を生成させる。
ン、ポリシラスチレン等の硅素と炭素とを共に含む高分
子、または、シリコーン、ポリシラザン、エチルシリケ
ート等の硅素を含む液体と、炭化水素系高分子等の炭素
を含む液体との混合物、または、それらを有機溶媒に溶
解させた溶液等を用い、これらのいずれかの液体を成形
体空隙内に含浸させ、しかる後に、アルゴン等の不活性
雰囲気中で加熱して、当該液体の熱化学反応により、炭
化硅素を生成させるか、あるいは、シリコーン、ポリシ
ラザン、エチルシリケートまたはそれらを有機溶媒に溶
解させた溶液等の硅素を含有する液体のいずれかを成形
体の空隙に含浸させ、しかる後に、メタン、プロパン等
の炭化水素ガスを含む気体雰囲気中で加熱して、当該液
体との熱化学反応により、炭化硅素を生成させる。
母材質を窒化硅素とする場合は、ポリシラザン等の硅
素を含む高分子液体、またはそれを有機溶媒に溶解させ
た溶液を用い、これらのいずれかの液体を成形体の空隙
内に含浸させ、しかる後に、アルゴン等の不活性雰囲気
または窒素、アンモニア等の窒素含有雰囲気で加熱し当
該液体の熱化学反応により、窒化硅素を生成させる。
素を含む高分子液体、またはそれを有機溶媒に溶解させ
た溶液を用い、これらのいずれかの液体を成形体の空隙
内に含浸させ、しかる後に、アルゴン等の不活性雰囲気
または窒素、アンモニア等の窒素含有雰囲気で加熱し当
該液体の熱化学反応により、窒化硅素を生成させる。
母材質をアルミナとする場合には、硝酸アルミニウ
ム、塩化アルミニウム等の可溶性アルミニウム塩、また
は、ステアリン酸アルミニウム、アルミニウムアルコキ
シド等の可溶性有機金属、または、アルミノキサン等の
アルミニウム含有高分子等のいずれかを含む液体を用
い、これらのいずれかを成形体の空隙内に含浸させた後
加熱して、アルミナを生成させる。
ム、塩化アルミニウム等の可溶性アルミニウム塩、また
は、ステアリン酸アルミニウム、アルミニウムアルコキ
シド等の可溶性有機金属、または、アルミノキサン等の
アルミニウム含有高分子等のいずれかを含む液体を用
い、これらのいずれかを成形体の空隙内に含浸させた後
加熱して、アルミナを生成させる。
他の金属炭化物、窒化物、酸化物等の無機系材を第２
の母材質として形成させる場合にも、液体原料の選定、
含浸、熱化学反応によって第２の母材組織層3aを形成さ
せる点で同様である。
の母材質として形成させる場合にも、液体原料の選定、
含浸、熱化学反応によって第２の母材組織層3aを形成さ
せる点で同様である。
また、熱化学反応によって液体原料を固体の母材質に
転化する際には、大きな体積収縮を伴うため、成形体の
空隙中には、さらに空隙が残存する。このような空隙に
対しては、再度、液体原料を含浸、加熱して固体母材質
を形成させる工程を繰り返し、開気孔がほとんど消滅す
るまで、この工程を繰り返す。
転化する際には、大きな体積収縮を伴うため、成形体の
空隙中には、さらに空隙が残存する。このような空隙に
対しては、再度、液体原料を含浸、加熱して固体母材質
を形成させる工程を繰り返し、開気孔がほとんど消滅す
るまで、この工程を繰り返す。
なお、成形体中に初めに気体原料から形成された第１
の母材質と、その後において液体原料から形成された第
２の母材質とは、同一の材質であっても異なった材質で
あっても良い。
の母材質と、その後において液体原料から形成された第
２の母材質とは、同一の材質であっても異なった材質で
あっても良い。
第２の母材質の形成は、液体原料の含浸によって行な
われるが、その粘度が低くかつ既に形成されている第１
の母材質との濡れの良い液体原料の選定により、成形体
の微細な空隙中にまで、毛管現象による含浸が行なわ
れ、入口が狭く中が広いような空隙中にも十分な含浸が
行なわれ易く、単に、気体原料からの熱化学反応による
第１の母材質の形成を続けた場合よりも、残留気孔率が
低くなる。
われるが、その粘度が低くかつ既に形成されている第１
の母材質との濡れの良い液体原料の選定により、成形体
の微細な空隙中にまで、毛管現象による含浸が行なわ
れ、入口が狭く中が広いような空隙中にも十分な含浸が
行なわれ易く、単に、気体原料からの熱化学反応による
第１の母材質の形成を続けた場合よりも、残留気孔率が
低くなる。
また、液体の含浸と熱化学反応とによる固体形成は、
工程時間が短いため、同じく気体含浸と熱化学反応とに
よる第１の母材質の形成を続けて緻密化組織を形成する
場合よりも、全体の工程時間を短くすることができる。
工程時間が短いため、同じく気体含浸と熱化学反応とに
よる第１の母材質の形成を続けて緻密化組織を形成する
場合よりも、全体の工程時間を短くすることができる。
＜製作例１＞ 炭素繊維の2D織布にエポキシ樹脂を含浸させたプリプ
レグを積層して加圧することにより、板状成形体を得
た。この成形体を窒素ガス中で1200℃まで加熱し、エポ
キシ樹脂を熱分解・炭化させた後、水素−15％プロパン
の組成の気体原料を用いて1300℃にて30時間の処理を行
ない、炭素繊維成形体の空隙内に、第１の母材質として
炭素を形成させた。気孔率30％まで充填の進んだところ
で、この気相含浸処理を中止し、次ぎに、炭素形成の液
体原料として未硬化フェノール樹脂のエタノール溶液を
用い、同液体原料を室温9.8気圧の空気雰囲気中で、上
記成形体の残留空隙内に含浸させた。この成形体を乾燥
し、エタノールを除去した後、150℃まで加熱して、フ
ェノール樹脂を硬化させ、さらに窒素中で800℃まで加
熱して炭化させた。この炭化過程で再び生成される残存
空隙内にさらに同じフェノール樹脂エタノール溶液を含
浸させる工程を繰り返し、最終的に2000℃まで加熱し
て、開気孔率０、かさ密度1.9g/cm3の緻密な成形体を得
た。この炭素繊維強化炭素母材複合材料の製造に要した
全工程時間は90時間であった。
レグを積層して加圧することにより、板状成形体を得
た。この成形体を窒素ガス中で1200℃まで加熱し、エポ
キシ樹脂を熱分解・炭化させた後、水素−15％プロパン
の組成の気体原料を用いて1300℃にて30時間の処理を行
ない、炭素繊維成形体の空隙内に、第１の母材質として
炭素を形成させた。気孔率30％まで充填の進んだところ
で、この気相含浸処理を中止し、次ぎに、炭素形成の液
体原料として未硬化フェノール樹脂のエタノール溶液を
用い、同液体原料を室温9.8気圧の空気雰囲気中で、上
記成形体の残留空隙内に含浸させた。この成形体を乾燥
し、エタノールを除去した後、150℃まで加熱して、フ
ェノール樹脂を硬化させ、さらに窒素中で800℃まで加
熱して炭化させた。この炭化過程で再び生成される残存
空隙内にさらに同じフェノール樹脂エタノール溶液を含
浸させる工程を繰り返し、最終的に2000℃まで加熱し
て、開気孔率０、かさ密度1.9g/cm3の緻密な成形体を得
た。この炭素繊維強化炭素母材複合材料の製造に要した
全工程時間は90時間であった。
＜製作例２＞ 炭素繊維のフィラメントワインディング法により、円
筒形部品の成形を行なった後、水素−20％メタンの組成
の気体原料を用いて、50時間の処理を行ない、炭素繊維
成形後体の空隙内に第１の母材質として炭素を形成し
た。気孔率25％まで充填が進んだところで、この処理を
中止し、次ぎに、炭化硅素の原料となる高分子であるポ
リカーボシランを真空中300℃にて低粘性液体とした
後、9.8気圧のアルゴンガスにより上記成形体の残留空
隙内に含浸させ、さらに、アルゴン中にて1400℃まで加
熱し、ポリカーボシランを第２の母材質としての炭化硅
素に転化させた。ここで、再び生成される残存空隙内に
さらにポリカーボシランを含浸させる工程を繰り返し、
開気孔率を０とした。
筒形部品の成形を行なった後、水素−20％メタンの組成
の気体原料を用いて、50時間の処理を行ない、炭素繊維
成形後体の空隙内に第１の母材質として炭素を形成し
た。気孔率25％まで充填が進んだところで、この処理を
中止し、次ぎに、炭化硅素の原料となる高分子であるポ
リカーボシランを真空中300℃にて低粘性液体とした
後、9.8気圧のアルゴンガスにより上記成形体の残留空
隙内に含浸させ、さらに、アルゴン中にて1400℃まで加
熱し、ポリカーボシランを第２の母材質としての炭化硅
素に転化させた。ここで、再び生成される残存空隙内に
さらにポリカーボシランを含浸させる工程を繰り返し、
開気孔率を０とした。
こうして得られた繊維強化無機系複合材料は、強度70
0MPaを有し、また、1200℃及び10時間の耐酸化試験にお
いてもほとんど重量変化を生じない優れた耐酸化性を示
した。そして、この複合材料製造に要した全工程時間は
90時間であった。
0MPaを有し、また、1200℃及び10時間の耐酸化試験にお
いてもほとんど重量変化を生じない優れた耐酸化性を示
した。そして、この複合材料製造に要した全工程時間は
90時間であった。
［製作例３］ 炭化硅素繊維の2D織布を巻き付けて、ガスタービンエ
ンジン燃焼筒と同様形状のモデルを製作し、水素−四塩
化硅素−メタン混合気体を気体原料として用い、1400℃
にて30時間の処理を行ない、上記炭化硅素繊維成形体の
空隙内に、第１の母材質として炭化硅素を形成した。開
気孔率30％まで充填が進んだところで、この気相含浸処
理を中止した。
ンジン燃焼筒と同様形状のモデルを製作し、水素−四塩
化硅素−メタン混合気体を気体原料として用い、1400℃
にて30時間の処理を行ない、上記炭化硅素繊維成形体の
空隙内に、第１の母材質として炭化硅素を形成した。開
気孔率30％まで充填が進んだところで、この気相含浸処
理を中止した。
ここで、炭化硅素の原料となる高分子であるポリカー
ボシランを真空中300℃にて液体とし、この液体原料を
上記成形体の残存空隙内に加圧含浸させ、アルゴン中に
て1300℃まで加熱して、第２の母材質として炭化硅素を
主成分とし、若干の炭素を含む無機材質に転化させた。
ボシランを真空中300℃にて液体とし、この液体原料を
上記成形体の残存空隙内に加圧含浸させ、アルゴン中に
て1300℃まで加熱して、第２の母材質として炭化硅素を
主成分とし、若干の炭素を含む無機材質に転化させた。
次ぎに、さらに、窒化硅素の原料となる高分子ポリシ
ラザンのテトラヒドロフラン溶液を、液体原料として用
いて、上記成形体の残存空隙内に加圧含浸させ、アルゴ
ン雰囲気中で1400℃まで加熱して、空隙内のポリシラザ
ンを第２の母材質の一部として窒化硅素を主成分とする
無機材質に転化させた。これらの処理工程によって得ら
れた炭化硅素繊維強化炭化硅素／窒化硅素系母材複合材
料は、強度500MPa、破壊靭性20MPa・m1/2を有し、1500
℃、100時間の酸化試験においてもほとんど特性の変化
を示さず、優れた材料であることを確認した。
ラザンのテトラヒドロフラン溶液を、液体原料として用
いて、上記成形体の残存空隙内に加圧含浸させ、アルゴ
ン雰囲気中で1400℃まで加熱して、空隙内のポリシラザ
ンを第２の母材質の一部として窒化硅素を主成分とする
無機材質に転化させた。これらの処理工程によって得ら
れた炭化硅素繊維強化炭化硅素／窒化硅素系母材複合材
料は、強度500MPa、破壊靭性20MPa・m1/2を有し、1500
℃、100時間の酸化試験においてもほとんど特性の変化
を示さず、優れた材料であることを確認した。
＜比較例１＞ 従来方法で説明したCVI法のみによる炭素母材を、製
作例２と同じ炭素繊維織布積層成形体に対して行なっ
た。気体原料として、水素−15％プロパンを用いたが、
1300℃での処理では100時間程で成形体空隙の表面部分
が閉塞状態となった。この場合の炭素繊維強化材料のか
さ密度は1.6g/cm3であった。
作例２と同じ炭素繊維織布積層成形体に対して行なっ
た。気体原料として、水素−15％プロパンを用いたが、
1300℃での処理では100時間程で成形体空隙の表面部分
が閉塞状態となった。この場合の炭素繊維強化材料のか
さ密度は1.6g/cm3であった。
＜比較例２＞ そこで、新たな織布積層成形体を用いて、温度を1150
℃まで下げて、比較例１と同様の含浸を行なったとこ
ろ、400時間の処理で開気孔率０、かさ密度1.8g/cm3を
得た。
℃まで下げて、比較例１と同様の含浸を行なったとこ
ろ、400時間の処理で開気孔率０、かさ密度1.8g/cm3を
得た。
これらの製作例１〜３及び比較例１・２を検討する
と、製作例１〜３のものは、開気孔率が小さい点、
かさ密度が大きい点、製造時間を短くできる点で、比
較例と比べて満足できる結果が得られ、優位性が明らか
である。
と、製作例１〜３のものは、開気孔率が小さい点、
かさ密度が大きい点、製造時間を短くできる点で、比
較例と比べて満足できる結果が得られ、優位性が明らか
である。
「発明の効果」 以上の説明で明らかなように、本発明に係る繊維強化
無機系材料の製造方法によれば、複数の単繊維を集合さ
せた状態の繊維成形体に、気体原料を含浸させた後の熱
化学反応によって、繊維成形体の表面上に第１の母材組
織層を形成する工程と、第１の母材組織層の空隙内に液
体原料を含浸させた状態で熱化学反応により第２の母材
組織層を形成する工程とを組み合わせているから、単繊
維に直接付着させる母材質を制御の容易な気体原料含浸
等の手段によって形成して、複合材料としての強度、品
質を向上させることができ、また、その後に液体原料を
使用することにより、毛管現象の利用による繊維の内部
の空隙部分への原料の供給がなされ、残存気孔率を低
く、全体の靭性を向上させ、かさ密度の大きな緻密な母
材質のものが得られ、かつ、製造時間を短くすることが
できる等の効果を奏する。
無機系材料の製造方法によれば、複数の単繊維を集合さ
せた状態の繊維成形体に、気体原料を含浸させた後の熱
化学反応によって、繊維成形体の表面上に第１の母材組
織層を形成する工程と、第１の母材組織層の空隙内に液
体原料を含浸させた状態で熱化学反応により第２の母材
組織層を形成する工程とを組み合わせているから、単繊
維に直接付着させる母材質を制御の容易な気体原料含浸
等の手段によって形成して、複合材料としての強度、品
質を向上させることができ、また、その後に液体原料を
使用することにより、毛管現象の利用による繊維の内部
の空隙部分への原料の供給がなされ、残存気孔率を低
く、全体の靭性を向上させ、かさ密度の大きな緻密な母
材質のものが得られ、かつ、製造時間を短くすることが
できる等の効果を奏する。
第１図ないし第３図は本発明に係る繊維強化無機系材料
の製造方法の実施工程例を示すもので、第１図（Ａ）は
繊維成形体の正断面図、第１図（Ｂ）は繊維成形体の側
面図、第２図は第１の母材組織層を形成した状態の正断
面図、第３図は第２の母材組織層を形成した状態の正断
面図である。 １……繊維成形体、 1a……単繊維、 1b……空隙、 ２……中間材、 2a……第１の母材組織層（母材質）、 2b……空隙、 ３……繊維強化無機系材料、 3a……第２の母材組織層（母材質）。
の製造方法の実施工程例を示すもので、第１図（Ａ）は
繊維成形体の正断面図、第１図（Ｂ）は繊維成形体の側
面図、第２図は第１の母材組織層を形成した状態の正断
面図、第３図は第２の母材組織層を形成した状態の正断
面図である。 １……繊維成形体、 1a……単繊維、 1b……空隙、 ２……中間材、 2a……第１の母材組織層（母材質）、 2b……空隙、 ３……繊維強化無機系材料、 3a……第２の母材組織層（母材質）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮原 薫 東京都江東区豊洲３丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社技術研究所内 (56)参考文献 特開 平２−164781（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−87581（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−28177（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C04B 35/71 - 35/84 C04B 38/00 - 38/10 C04B 41/80 - 41/91
Claims (1)
- 【請求項１】複数の単繊維を集合させた状態の繊維成形
体の形成工程と、該繊維成形体に気体原料を含浸させた
状態で熱化学反応を生じさせて繊維成形体の表面上に第
１の母材組織層を形成する工程と、該第１の母材組織層
の空隙内に液体原料を含浸させた状態で熱化学反応を生
じさせて第２の母材組織層を形成する工程とを有するこ
とを特徴とする繊維強化無機系材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017440A JP2782891B2 (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | 繊維強化無機系材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017440A JP2782891B2 (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | 繊維強化無機系材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03223179A JPH03223179A (ja) | 1991-10-02 |
| JP2782891B2 true JP2782891B2 (ja) | 1998-08-06 |
Family
ID=11944086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017440A Expired - Lifetime JP2782891B2 (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | 繊維強化無機系材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2782891B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3722188B2 (ja) * | 1999-01-28 | 2005-11-30 | 石川島播磨重工業株式会社 | セラミックス基複合部材及びその製造方法 |
| JP7372448B2 (ja) * | 2020-03-27 | 2023-10-31 | 東ソー株式会社 | セラミックスマトリックス複合材料及びその製造方法 |
-
1990
- 1990-01-26 JP JP2017440A patent/JP2782891B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03223179A (ja) | 1991-10-02 |
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