JP2812019B2 - 炭素繊維/炭素複合材 - Google Patents
炭素繊維/炭素複合材Info
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Description
化性等が要求される部分,部品,製品等の素材として用
いられる炭素繊維/炭素複合材に関するものである。
果、従来の金属系の材料からさらに発展して、セラミッ
クス系(酸化物系,窒化物系,炭化物系,複合系等)の
材料が開発され、繊維強化金属(FRM)や繊維強化セ
ラミックス(FRC)が開発され、さらには炭素繊維/
炭素複合材(C/C材)も開発されている。
耐食性および耐酸化性が良好であって熱による損耗や強
度低下が従来の金属材料に比べてかなり少ないため、例
えば、飛翔体の大気圏突入時に空気抵抗を受ける部分や
ロケットのノズル部分などのような苛酷な熱負荷を受け
る用途に適している。
の表面での高温耐酸化抵抗をさらに増大させるために、
表面に耐酸化被膜としてSiC被膜を形成させることも
ある。
蒸着法(CVD)を用いてコーティング処理する方法も
あるが、この耐酸化被膜であるCVD−SiC被膜の熱
膨張係数(4.5×10−6 1/℃)と母材である炭
素繊維/炭素複合材の熱膨張係数(0.5×10−6
1/℃)とが異なるため、熱処理過程においてSiC被
膜に微小なクラックが生じ、耐酸化被膜としての特性を
著しく劣化させるものとなる。
クラックを封じるために、シーリング材として高温で半
溶融状態となるシリカ(SiO2)をゾル・ゲル法など
によって前記CVD−SiC被膜の上にシール処理する
ことも行われていた(例えば、CERAMIC BUL
LETIN,VOl.67,No.21988 369
〜374頁や、第1回超耐環境先進材料シンポジウム予
稿集 1990 107〜117頁)。
の表面に形成した耐酸化被膜であるCVD−SiC被膜
の微小なクラックを密封するためにシリカ(SiO2)
でシール処理した場合には、このシリカ(SiO2)が
高温で半溶融状態となるためにシーリング作用は優れた
ものとなるが、1400℃以上の高温になるとシリカ
(SiO2)が下地のCVD−SiC被膜のSiCや炭
素繊維/炭素複合材のCと反応して、例えば、 SiO2+SiC→SiO(気体)+CO(気体)+S
i(固体または液体) SiO2+2SiC→2CO(気体)+3Si(固体ま
たは液体) の反応を生じてSiC被膜を損傷し、その結果高温耐酸
化抵抗を低下させてしまうことがあるという問題点があ
り、このような1400℃以上の高温におけるSiC耐
酸化皮膜の損傷を防止して高温耐酸化抵抗の維持向上を
はかることが課題となっていた。
みてなされたもので、表面にSiC被膜を形成して高温
での耐酸化抵抗を増大させた炭素繊維/炭素複合材にお
いて、SiC被膜による高温、とくに1400℃以上の
高温での耐酸化抵抗を従来以上に維持ないしは向上させ
ることができるようにすることを目的としている。
/炭素複合材は、表面に耐酸化被膜としてSiC被膜を
該表面に直接設けた状態で形成して高温での耐酸化抵抗
を増大させた炭素繊維/炭素複合材において、前記Si
C被膜のシーリング材として高温で半溶融状態となる複
合酸化物を設けた構成としたことを特徴としており、こ
のような炭素繊維/炭素複合材に係わる発明の構成をも
って前述した従来の課題を解決するための手段としてい
る。
いて、この製造方法はとくに限定されないものであり、
カーボン繊維/フェノール,グラファイト繊維/フェノ
ールなどといった繊維強化樹脂状素材を一次焼成によっ
て炭化あるいは黒鉛化し、さらに高密度化するためにピ
ッチ含浸と焼成を繰り返すレジン・チャー法や、カーボ
ンまたはグラファイト繊維で編んだ骨材に炭化水素を熱
分解して生成する炭素を蒸着する蒸着法や、これらの組
み合わせ法などによって製造されたものが適用され、ま
た、繊維配向を2次元としたものだけでなく、3次元,
4次元と多次元としたものに対しても適用することがで
きる。
に、高温での耐酸化性を増大させるために耐酸化被膜と
してSiC被膜を該表面に直接設けた状態で形成する
が、このSiC被膜の形成に際しては気相蒸着法などの
蒸着法や拡散法などを採用することができ、とくに限定
はされない。
接設けた状態で形成されたSiC蒸着膜やSiC拡散膜
には、その冷却過程において炭素繊維/炭素複合材との
間での熱膨張係数差により微小なクラックを生じるの
で、この微細なクラックを密封するために、シーリング
材として高温で半溶融状態となる複合酸化物を設ける。
酸化物としては、ムライト(3Al2O3・2Si
O2,融点;1810℃),スピネル(MgO・Al2
O3,融点;2135℃),ジルコン(ZrO2・Si
O2,融点;1775℃)などが用いられる。
化物をSiC被膜のシーリング材として設けるに際して
は、ゾル・ゲル法や粉末の直接塗布法などを採用するこ
とができる。
の高温での耐酸化抵抗を増大させるSiC被膜のシーリ
ング材として、高温で半溶融状態となる複合酸化物を設
けることによって、図1に示すように炭素繊維/炭素複
合材1の表面に直接設けた状態で形成したSiC被膜2
に生じたクラック幅が数μm程度のクラック2aには、
高温において半溶融状態となる複合酸化物3が浸入して
いくことにより、このクラック2aが密封されることと
なる。
いてこのSiC被膜2にクラック2aを生じるとして
も、炭素繊維/炭素複合材1が外気に直接触れることが
ないので、高温での耐酸化抵抗が維持ないしはさらに向
上したものとなる。
来のシーリング材であるSiO2に比べてはるかに化学
的に不活性なものであるので、高温においてもSiC被
膜2を浸食しないものとなり、長時間にわたってシーリ
ング材として有効に作用するものとなる。
によって、厚さ約100μmのSiC被膜を該表面に直
接設けた状態で形成させた。このとき、SiC被膜には
炭素繊維/炭素複合材との間での熱膨脹係数差によって
微小なクラックが発生していた。
チルシリケート,エタノールを添加したのち、前記Si
C被膜の表面に溶液を濡らした。
し、さらに100°Cまで徐々に加熱して乾燥し、続い
て真空中において1500〜1750°Cに加熱するこ
とにより、SiC被膜の表面でムライト(3Al2O3
・2SiO2)を半溶融状態とし、SiC被膜の表面で
均一に濡らした状態にすると共に、SiC被膜に形成さ
れている微小なクラックの隙間を埋めて封入した。
によって、厚さ約100μmのSiC被膜を該表面に直
接設けた状態で形成させた。このとき、SiC被膜には
炭素繊維/炭素複合材との間での熱膨脹係数差により微
小なクラックが発生していた。
タノールと混合して泥漿を作成したのち、前記SiC被
膜の表面に噴霧した。
500〜1750°Cに加熱することにより、SiC被
膜の表面でムライト(3Al2O3・2SiO2)を半
溶融状態とし、SiC被膜の表面で均一に濡らした状態
にすると共に、SiC被膜に形成されている微小なクラ
ックの隙間を埋めて封入した。
によって、厚さ約100μmのSiC被膜を該表面に直
接設けた状態で形成させた。このとき、SiC被膜には
炭素繊維/炭素複合材との間での熱膨脹係数差によって
微小なクラックが発生していた。
珪酸塩四エチル(TEOS)中に180°Cで4時間浸
積した。次いで、315°Cで6時間加熱して硬化処理
を行って、SiC被膜に生じている微小なクラックにS
iO2を含浸封入させた。
炭素繊維/炭素複合材の表面をバーナー加熱温度165
0°Cで加熱したのちのSiC被膜の損傷状況を調べ
た。この結果を表1に示す。
合酸化物を設けた実施例1,2の場合には、1650°
Cの照射温度でもSiC被膜に損傷がなかったのに対し
て、SiC被膜の表面にSiO2を設けた比較例1の場
合には、1650°Cの照射温度でSiC被膜の損傷が
認められ、1400°C以上の高温ではSiCやCとの
反応を生じてしまうことが認められた。
は、表面に耐酸化被膜としてSiC被膜を該表面に直接
設けた状態で形成して高温での耐酸化抵抗を増大させた
炭素繊維/炭素複合材において、前記SiC被膜のシー
リング材として高温で半溶融状態となる複合酸化物を設
けた構成としたものであるから、高温において複合酸化
物が半溶融状態となることにより、SiC被膜に形成さ
れた微小なクラックに浸入して封入することによって、
SiC被膜および炭素繊維/炭素複合材に対するシーリ
ング効果が十分なものとなり、複合酸化物は従来のSi
O2に比べて著しく化学的に不活性であるから、SiO
2の場合に比べてさらに高温の状態となったときでもS
iC被膜や炭素繊維/炭素複合材のSiCやCと反応し
がたいものとなり、炭素繊維/炭素複合材の高温での耐
酸化抵抗が従来以上に維持ないしはさらに向上したもの
にすることが可能であるという著しく優れた効果がもた
らされる。
断面説明図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 表面に耐酸化被膜としてSiC被膜を該
表面に直接設けた状態で形成して高温での耐酸化抵抗を
増大させた炭素繊維/炭素複合材において、前記SiC
被膜のシーリング材として高温で半溶融状態となる複合
酸化物を設けたことを特徴とする炭素繊維/炭素複合
材。 - 【請求項2】 高温で半溶融状態となる複合酸化物が、
ムライト(3Al2O3・2SiO2),スピネル(M
gO・Al2O3),ジルコン(ZrO2・SiO2)
より選ばれたものである請求項1に記載の炭素繊維/炭
素複合材。
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JPH05124884A JPH05124884A (ja) | 1993-05-21 |
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JP3287532A Expired - Fee Related JP2812019B2 (ja) | 1991-11-01 | 1991-11-01 | 炭素繊維/炭素複合材 |
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-
1991
- 1991-11-01 JP JP3287532A patent/JP2812019B2/ja not_active Expired - Fee Related
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