JP2955748B2 - Composite ceramics and method for producing the same - Google Patents

Composite ceramics and method for producing the same

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JP2955748B2 JP8302880A JP30288096A JP2955748B2 JP 2955748 B2 JP2955748 B2 JP 2955748B2 JP 8302880 A JP8302880 A JP 8302880A JP 30288096 A JP30288096 A JP 30288096A JP 2955748 B2 JP2955748 B2 JP 2955748B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、複合セラミックス
及びその製造方法に係り、特に長繊維強化複合セラミッ
クス及びその製造方法に関するものである。
The present invention relates to a composite ceramic and a method for producing the same, and more particularly to a long fiber reinforced composite ceramic and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】セラミックスは、高強度、高耐摩耗性、
高融点、化学的に安定、高耐食性等の利点を有するが、
脆いという欠点も有している。この脆さを克服するため
に、長繊維と複合化してセラミックスを作製する方法が
各種検討されている。例えば、ポリカルボシラン等の有
機金属高分子化合物から熱処理等により炭化珪素等の無
機長繊維を作製し、この無機長繊維を用いて織られた織
物にセラミックススラリーを含浸焼結する方法、この無
機長繊維からなる織物中にCVI(ケミカル・ヴェーバ
ー・インフィルトレーション)法でセラミックスを埋め
る方法などが提案されている(セラミックス基複合材
料、pp42−60;アグネ承風社)。
2. Description of the Related Art Ceramics have high strength, high wear resistance,
It has advantages such as high melting point, chemical stability, high corrosion resistance, etc.
It also has the disadvantage of being brittle. In order to overcome this brittleness, various methods for producing a ceramic by compounding with a long fiber have been studied. For example, a method in which an inorganic long fiber such as silicon carbide is produced from an organometallic polymer compound such as polycarbosilane by heat treatment or the like, and a ceramic slurry is impregnated and sintered into a woven fabric using the inorganic long fiber. A method of embedding ceramics in a woven fabric composed of long fibers by a CVI (chemical weber infiltration) method or the like has been proposed (ceramic-based composite material, pp42-60; Agne Shofusha).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】炭化珪素等の無機長繊
維は、炭素繊維のような柔軟さが無いため曲げ難く、例
えば、この無機長繊維を結んだりすることは不可能であ
る。そのため、複雑な形状の織物は作製し難いという欠
点を有している。また、上述の方法では、有機金属高分
子化合物を高温加熱により無機化し、無機化した長繊維
とセラミックスを複合化した後、セラミックスを焼結す
るために再度高温加熱するという工程を取るため、製造
コストが大きいという欠点も有している。さらに、無機
長繊維含有のセラミックス成形体を加熱焼結する際に成
形体が収縮するが、このとき無機長繊維が突っ張るため
セラミックマトリックスに引っ張り応力が発生し、クラ
ックが生じてしまうという欠点も有している。
An inorganic long fiber such as silicon carbide is hard to bend because of lack of flexibility like carbon fiber. For example, it is impossible to tie the inorganic long fiber. Therefore, it has a drawback that it is difficult to produce a woven fabric having a complicated shape. In addition, in the above-described method, since the organometallic polymer compound is made inorganic by heating at a high temperature, and the composite of the mineralized long fiber and the ceramic is taken, a step of heating again at a high temperature to sinter the ceramic is performed. It also has the disadvantage of high cost. Furthermore, when the ceramic molded body containing inorganic long fibers is heated and sintered, the molded body shrinks. At this time, the inorganic long fibers are stretched, so that a tensile stress is generated in the ceramic matrix and cracks are generated. doing.

【0004】本発明は、低コストで容易に複雑な形状に
も作製できる複合セラミックス及びその製造方法を提供
することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a composite ceramic which can be easily manufactured at a low cost even in a complicated shape, and a method of manufacturing the same.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明による複合セラミ
ックスは、セラミックマトリックス中に、交差する無機
長繊維間が化学的に結合され、各無機長繊維の曲率半径
が0.5mm以上である無機長繊維の骨格構造を有する
ものである。図1に本発明の複合セラミックスの一例の
模式図を示す。セラミックマトリックス1中に交差する
曲率半径が0.5mm以上の無機長繊維2,3が骨格構
造を形成している。無機長繊維2,3が接するA部で
は、化学的に結合した構造を有する。このように無機長
繊維間が結合してブリッジを形成するために、長繊維束
によるハニカム構造のような形態となり、全体の靭性を
向上させることができ、さらに各無機長繊維の曲率半径
が0.5mm以上であるため、柔軟性を有し、曲げ易く
複雑な形状に作製できる。
According to the composite ceramics of the present invention, an inorganic filament in which intersecting inorganic filaments are chemically bonded in a ceramic matrix and each inorganic filament has a radius of curvature of 0.5 mm or more. It has a fiber skeleton structure. FIG. 1 shows a schematic view of an example of the composite ceramic of the present invention. Inorganic long fibers 2 and 3 having a radius of curvature of 0.5 mm or more intersecting in the ceramic matrix 1 form a skeletal structure. The portion A where the inorganic long fibers 2 and 3 are in contact has a chemically bonded structure. In this way, since the inorganic long fibers are bonded to form a bridge, the shape becomes like a honeycomb structure by long fiber bundles, the overall toughness can be improved, and the radius of curvature of each inorganic long fiber is reduced to 0. Since it is 0.5 mm or more, it has flexibility, can be easily bent, and can be formed into a complicated shape.

【0006】本発明による複合セラミックスは、また、
無機長繊維が、炭化珪素、Si−C−O、窒化珪素、S
i−N−O、Si−Ti−C−O、Si−Ti−N−
O、Si−Ti−N−C−O、窒化アルミニウム、Al
−N−O、Al−Ti−C−O、Al−Ti−N−O、
Al−Ti−N−C−O、Si−Al−O、Si−Al
−C−O、Si−Al−N−O、Si−Al−N−C−
O、窒化クロム、Si−Cr−C−O、Si−Cr−N
−O、Si−Cr−N−C−O、窒化ジルコニウム、S
i−Zr−C−O、Si−Zr−N−O、Si−Zr−
N−C−Oの少なくとも1種からなるものである。これ
らの無機長繊維は、いずれも、0.5mm以上の曲率半
径に形成されているので、柔軟性を有し、曲げ易く複雑
な形状に作製できる。
[0006] The composite ceramics according to the present invention also includes:
The inorganic long fiber is made of silicon carbide, Si-CO, silicon nitride, S
i-NO, Si-Ti-CO, Si-Ti-N-
O, Si-Ti-N-CO, aluminum nitride, Al
-NO, Al-Ti-CO, Al-Ti-NO,
Al-Ti-NCO, Si-Al-O, Si-Al
-CO, Si-Al-NO, Si-Al-NC-
O, chromium nitride, Si-Cr-CO, Si-Cr-N
—O, Si—Cr—N—C—O, zirconium nitride, S
i-Zr-CO, Si-Zr-NO, Si-Zr-
It is composed of at least one of N—C—O. Since these inorganic long fibers are all formed with a radius of curvature of 0.5 mm or more, they have flexibility, can be easily bent, and can be manufactured in a complicated shape.

【0007】本発明による複合セラミックスは、また、
セラミックマトリックスが、Si、Al、Cr、Ti、
Zr、Hf、W、Yの少なくとも1種の窒化物、炭化
物、酸化物、酸窒化物、炭窒化物のいずれかを含むもの
である。これらのマトリックスの原料を、窒化性ガス、
炭化性ガス、酸化性ガス雰囲気と反応させることによ
り、収縮を生じることなく成形体の空隙を埋めることが
できる。なお、これらのマトリックス材料の焼結には、
無加圧焼結、ガス圧焼結、ホットプレス焼結、ホットア
イソスタティックプレス焼結、放電プラズマ焼結、マイ
クロ波プラズマ焼結等の方法を用いることができる。
[0007] The composite ceramics according to the present invention further comprises:
Ceramic matrix is Si, Al, Cr, Ti,
It contains at least one of nitrides, carbides, oxides, oxynitrides, and carbonitrides of Zr, Hf, W, and Y. The raw materials for these matrices are nitriding gas,
By reacting with a carbonizing gas or oxidizing gas atmosphere, it is possible to fill the voids of the molded body without causing shrinkage. For sintering of these matrix materials,
Methods such as pressureless sintering, gas pressure sintering, hot press sintering, hot isostatic press sintering, spark plasma sintering, and microwave plasma sintering can be used.

【0008】本発明の複合セラミックスの製造方法は、
1次元配向、2次元配向、3次元配向、織物の少なくと
も1種から成る有機金属高分子化合物の長繊維とセラミ
ックマトリックスを構成するための原料とを複合化して
成形体とする工程と、この成形体に電子線及びγ線のい
ずれか一方又はその双方を不活性雰囲気中で照射して長
繊維を不融化処理する工程と、成形体を不活性雰囲気中
で加熱してセラミックマトリックスを緻密化する工程と
を備えたものである。図2に本発明の複合セラミックス
の製造方法の一例の工程図を示す。まず、1次元配向、
2次元配向、3次元配向、織物の少なくとも1種から成
る有機金属高分子化合物の長繊維を用意し(ステップS
1)、これから3次元織物等のプリフォーム成形体を作
製し(ステップS2)、このプリフォーム成形体を含浸
等の方法によってセラミックマトリックスを構成するた
めの原料と複合化して(ステップS3)成形体を得る
(ステップS4)。この成形体に電子線及びγ線のいず
れか一方又はその双方を不活性雰囲気中で照射して長繊
維を不融化処理する(ステップS5)。長繊維を不融化
処理した後、有機金属高分子を無機化処理し(ステップ
S6)、成形体を不活性雰囲気中で加熱してセラミック
マトリックスを緻密化して(ステップS7)無機長繊維
強化複合セラミックスを得るか、あるいは、長繊維の不
融化処理後有機金属高分子の無機化処理と成形体の不活
性雰囲気中での加熱とを同時に行ってセラミックマトリ
ックスを緻密化し(ステップS8)無機長繊維強化複合
セラミックスを得る。この本発明による複合セラミック
スの製造方法により、低コストで容易に複雑な形状にも
作製できる複合セラミックスを得ることができる。
The method for producing a composite ceramic of the present invention comprises:
A step of combining a long fiber of an organometallic polymer compound composed of at least one of one-dimensional orientation, two-dimensional orientation, three-dimensional orientation, and woven fabric with a raw material for forming a ceramic matrix to form a molded body; A step of irradiating the body with one or both of an electron beam and a gamma ray in an inert atmosphere to infusibilize the long fiber, and heating the formed body in an inert atmosphere to densify the ceramic matrix And a process. FIG. 2 shows a process chart of an example of the method for producing a composite ceramic of the present invention. First, one-dimensional orientation,
A long fiber of an organometallic polymer compound comprising at least one of two-dimensional orientation, three-dimensional orientation, and woven fabric is prepared (Step S).
1) From this, a preform molded article such as a three-dimensional woven fabric is produced (step S2), and the preform molded article is compounded with a raw material for forming a ceramic matrix by a method such as impregnation (step S3). Is obtained (step S4). The molded body is irradiated with one or both of an electron beam and a γ-ray in an inert atmosphere to make the long fibers infusible (step S5). After infusibilizing the long fibers, the organometallic polymer is mineralized (step S6), and the compact is heated in an inert atmosphere to densify the ceramic matrix (step S7). Alternatively, after the infusibilization treatment of the long fibers, the inorganic matrix treatment of the organometallic polymer and the heating of the molded body in an inert atmosphere are simultaneously performed to densify the ceramic matrix (step S8). Obtain composite ceramics. According to the method for producing a composite ceramic according to the present invention, it is possible to obtain a composite ceramic which can be easily manufactured at a low cost at a complicated shape.

【0009】このようにして得られた無機長繊維強化複
合セラミックスは図1に示すような構造をしているが、
緻密化する前のセラミックマトリックス成形体は図3に
模式的に示すような構造をしている。すなわち、セラミ
ックマトリックス用原料粉末7中に有機金属高分子長繊
維からなる織物等のプリフォーム8が複合化されてい
る。
The obtained inorganic long fiber reinforced composite ceramics has a structure as shown in FIG.
The ceramic matrix compact before densification has a structure as schematically shown in FIG. That is, a preform 8 such as a woven fabric made of metal organic polymer long fibers is compounded in the ceramic matrix raw material powder 7.

【0010】本発明で用いる無機化する前の前駆体有機
金属高分子から成る長繊維を500本束ねた長繊維束
は、その曲率半径が0.1mm以下まで柔軟性を有して
おり、複雑な形状の3次元織物とすることが可能であ
る。この前駆体有機金属高分子からなる長繊維は、繊維
束の形態でもよく、平織、朱子織、模紗織、綾織、袋
織、からみ織、らせん織、3次元織のような織布の形態
でもよく、不織布の形態でもよい。
The long fiber bundle used in the present invention, in which 500 long fibers composed of a precursor organometallic polymer before being mineralized, are bundled, has a flexibility of a radius of curvature of 0.1 mm or less, and is complicated. It is possible to make a three-dimensional woven fabric of various shapes. The long fiber made of the precursor organometallic polymer may be in the form of a fiber bundle, or may be in the form of a woven fabric such as plain weave, satin weave, mosaic weave, twill weave, woven weave, spiral weave, or three-dimensional weave. And a non-woven fabric.

【0011】本発明の複合セラミックスの製造方法は、
また、1次元配向、2次元配向、3次元配向、織物の少
なくとも1種から成る有機金属高分子化合物の長繊維と
セラミックマトリックスを構成するための原料とを複合
化して成形体とする工程と、この成形体に電子線及びγ
線のいずれか一方又はその双方を不活性雰囲気中で加熱
しながら照射して長繊維を不融化処理すると同時にセラ
ミックマトリックスを緻密化する工程とを備えたもので
ある。これにより、少ない工程で、上述したのと同様
に、低コストで容易に複雑な形状にも作製できる複合セ
ラミックスを得ることができる。
The method for producing a composite ceramic according to the present invention comprises:
A step of combining a long fiber of an organometallic polymer compound comprising at least one of one-dimensional orientation, two-dimensional orientation, three-dimensional orientation, and woven fabric with a raw material for forming a ceramic matrix to form a molded body; An electron beam and γ
A step of irradiating one or both of the wires while heating in an inert atmosphere to infusibilize the long fibers and at the same time densify the ceramic matrix. As a result, it is possible to obtain a composite ceramic which can be easily formed into a complicated shape at a low cost in a small number of steps as described above.

【0012】また、本発明の複合セラミックスの製造方
法は、1次元配向、2次元配向、3次元配向、織物の少
なくとも1種から成る有機金属高分子化合物の長繊維と
セラミックマトリックスを構成するための原料とを複合
化して成形体とする工程と、この成形体に電子線及びγ
線のいずれか一方又はその双方を不活性雰囲気中で照射
して長繊維を不融化処理する工程と、窒化性ガス、炭化
性ガス、珪化性ガスの少なくとも1種を含む雰囲気中で
成形体を加熱して原料からセラミックマトリックスを析
出させてセラミックマトリックスを緻密化する工程とを
備えたものである。窒化性ガス、炭化性ガス、珪化性ガ
スの少なくとも1種を含む雰囲気中で成形体を加熱する
ことにより、収縮を生じることなく成形体の空間を埋め
ることができ、変形を生ぜずに複雑な形状の複合セラミ
ックスを得ることができる。
Further, the method for producing a composite ceramic according to the present invention is a method for forming a long matrix of an organometallic polymer compound comprising at least one of one-dimensional orientation, two-dimensional orientation, three-dimensional orientation and woven fabric, and a ceramic matrix. A step of compounding the raw materials to form a molded body, and applying an electron beam and γ
Irradiating one or both of the wires in an inert atmosphere to infusibilize the long fibers, and subjecting the compact to an atmosphere containing at least one of a nitriding gas, a carbonizing gas, and a silicifying gas. Heating to precipitate the ceramic matrix from the raw material to densify the ceramic matrix. By heating the molded body in an atmosphere containing at least one of a nitriding gas, a carbonizing gas, and a silicidizing gas, the space of the molded body can be filled without shrinkage, and a complicated shape can be obtained without deformation. A composite ceramic having a shape can be obtained.

【0013】また、本発明の複合セラミックスの製造方
法は、1次元配向、2次元配向、3次元配向、織物の少
なくとも1種から成る有機金属高分子化合物の長繊維と
セラミックマトリックスを構成するための原料とを複合
化して成形体とする工程と、この成形体に電子線及びγ
線のいずれか一方又はその双方を窒化性ガス、炭化性ガ
ス、珪化性ガスの少なくとも1種を含む雰囲気中で加熱
しながら照射して長繊維を不融化処理すると同時に原料
からセラミックマトリックスを析出させてセラミックマ
トリックスを緻密化する工程とを備えたものである。こ
れにより、収縮を生じることなく、少ない工程で、複雑
な形状の複合セラミックスを得ることができる。
Further, the method for producing a composite ceramic according to the present invention is a method for forming a long matrix of an organometallic polymer compound comprising at least one of one-dimensional orientation, two-dimensional orientation, three-dimensional orientation, and woven fabric, and a ceramic matrix. A step of compounding the raw materials to form a molded body, and applying an electron beam and γ
One or both of the wires are irradiated while heating in an atmosphere containing at least one of a nitriding gas, a carbonizing gas, and a silicifying gas to infusibilize the long fibers and simultaneously precipitate a ceramic matrix from the raw material. And densifying the ceramic matrix by using this method. Thereby, a composite ceramic having a complicated shape can be obtained in a small number of steps without causing shrinkage.

【0014】また、本発明の複合セラミックスの製造方
法は、有機金属高分子化合物として、シリコン、チタ
ン、ジルコニウム、クロム、アルミニウムの少なくとも
1種を用いるものである。なお、この他に、前駆体有機
金属高分子として、各種ポリシロキサン化合物、各種ポ
リシラン化合物、各種ポリシラザン化合物、各種ポリカ
ルボシラン化合物、各種ポリカルボシラザン化合物など
を使用することができる。
In the method for producing a composite ceramic according to the present invention, at least one of silicon, titanium, zirconium, chromium and aluminum is used as the organometallic polymer compound. In addition, as the precursor organometallic polymer, various polysiloxane compounds, various polysilane compounds, various polysilazane compounds, various polycarbosilane compounds, various polycarbosilazane compounds, and the like can be used.

【0015】また、本発明の複合セラミックスの製造方
法は、有機金属高分子化合物が、セラミックマトリック
スの焼結助剤成分であるボロン、ベリリウム、スカンジ
ウム、バナジウム、鉄、セレニウム、ストロンチウム、
ハフニウム、モリブデン、タングステン、イットリウ
ム、ニオブ、タンタル、希土類元素の少なくとも1種を
更に含むものである。これらを含有せしめることによ
り、セラミックマトリックスの焼結を促進させることが
できる。
Further, in the method for producing a composite ceramic according to the present invention, the organometallic polymer compound comprises boron, beryllium, scandium, vanadium, iron, selenium, strontium, which are sintering aid components of the ceramic matrix.
It further contains at least one of hafnium, molybdenum, tungsten, yttrium, niobium, tantalum, and a rare earth element. By including these, sintering of the ceramic matrix can be promoted.

【0016】また、本発明の複合セラミックスの製造方
法は、加熱の後得られる長繊維が、炭化珪素、Si−C
−O、窒化珪素、Si−N−O、Si−Ti−C−O、
Si−Ti−N−O、Si−Ti−N−C−O、窒化ア
ルミニウム、Al−N−O、Al−Ti−C−O、Al
−Ti−N−O、Al−Ti−N−C−O、Si−Al
−O、Si−Al−C−O、Si−Al−N−O、Si
−Al−N−C−O、窒化クロム、Si−Cr−C−
O、Si−Cr−N−O、Si−Cr−N−C−O、窒
化ジルコニウム、Si−Zr−C−O、Si−Zr−N
−O、Si−Zr−N−C−Oの少なくとも1種である
ものである。これらの長繊維の相互に交差する部分で
は、相互に反応して結合している部分が多い。
Further, in the method for producing a composite ceramic according to the present invention, the long fibers obtained after heating may be made of silicon carbide, Si—C
-O, silicon nitride, Si-NO, Si-Ti-CO,
Si-Ti-NO, Si-Ti-NCO, aluminum nitride, Al-NO, Al-Ti-CO, Al
-Ti-NO, Al-Ti-NCO, Si-Al
-O, Si-Al-CO, Si-Al-NO, Si
-Al-N-C-O, chromium nitride, Si-Cr-C-
O, Si-Cr-NO, Si-Cr-NCO, zirconium nitride, Si-Zr-CO, Si-Zr-N
—O, Si—Zr—N—CO—at least one of them. In the portions where these long fibers intersect with each other, there are many portions that are mutually reacted and bonded.

【0017】また、本発明の複合セラミックスの製造方
法は、加熱の後得られる複合セラミックス中の長繊維の
セラミックマトリックスに対する比が、20対80乃至
80対20体積%であることを特徴とするものである。
これにより靭性の高い複合セラミックスが得られる。
Further, the method for producing a composite ceramic according to the present invention is characterized in that the ratio of long fibers to the ceramic matrix in the composite ceramic obtained after heating is 20:80 to 80: 20% by volume. It is.
Thereby, a composite ceramic having high toughness is obtained.

【0018】また、本発明の複合セラミックスの製造方
法は、セラミックマトリックスの原料が、Si、Al、
Cr、Ti、Zr、Hf、W、Yの窒化物、炭化物、酸
化物、酸窒化物、炭窒化物の少なくとも1種のセラミッ
ク粉末又はSi、Al、Cr、Ti、Zrの少なくとも
1種の金属粉末を含むものである。これらからセラミッ
クマトリックスを形成し、窒化性ガス、炭化性ガス、珪
化性ガス雰囲気と反応させることにより、収縮を生じる
ことなく成形体の空隙を埋めることができる。
Further, according to the method for producing a composite ceramic of the present invention, the raw material of the ceramic matrix is Si, Al,
At least one ceramic powder of nitride, carbide, oxide, oxynitride, carbonitride of Cr, Ti, Zr, Hf, W, Y or at least one metal of Si, Al, Cr, Ti, Zr It contains powder. By forming a ceramic matrix from these and reacting with a nitriding gas, a carbonizing gas, or a silicidizing gas atmosphere, it is possible to fill the voids of the compact without shrinkage.

【0019】また、本発明の複合セラミックスの製造方
法は、複合セラミックスのセラミックマトリックスが、
Si、Al、Cr、Ti、Zr、Hf、W、Yの少なく
とも1種の窒化物、炭化物、酸化物、酸窒化物、炭窒化
物を含むことを特徴とするものである。これらを窒化性
ガス、炭化性ガス、珪化性ガス雰囲気と反応させること
により、収縮を生じることなく成形体の空隙を埋めるこ
とができる。
Further, in the method for producing a composite ceramic according to the present invention, the ceramic matrix of the composite ceramic may be:
It is characterized by containing at least one kind of nitride, carbide, oxide, oxynitride and carbonitride of Si, Al, Cr, Ti, Zr, Hf, W and Y. By reacting them with a nitriding gas, a carbonizing gas, or a silicidizing gas atmosphere, it is possible to fill the voids of the compact without causing shrinkage.

【0020】また、本発明の複合セラミックスの製造方
法は、加熱中に生成する析出物が、Si、Al、Cr、
Ti、Zr、Hf、W、Yの少なくとも1種の窒化物、
炭化物、酸化物、酸窒化物、炭窒化物からなり、ウイス
カ形状又は直径5nm乃至5μmの粒子形状をしている
ものである。
Further, in the method for producing a composite ceramic according to the present invention, the precipitate generated during heating may be formed of Si, Al, Cr,
At least one nitride of Ti, Zr, Hf, W, Y;
It is made of carbide, oxide, oxynitride or carbonitride and has a whisker shape or a particle shape with a diameter of 5 nm to 5 μm.

【0021】また、本発明の複合セラミックスの製造方
法は、加熱中に生成する析出物が、Si、Al、Cr、
Ti、Zr、Hf、W、Yの少なくとも1種の窒化物、
炭化物、酸化物、酸窒化物、炭窒化物からなり、粒子形
状で前記セラミックマトリックスの粒内及び粒界に分散
しているものである。図1に示すように、これらの粒子
5、ウイスカ6はセラミックマトリックス1中に分散し
ている。これらの粒子、ウイスカを加熱しながらセラミ
ックマトリックス中に分散せしめると、均一に分散せし
めることができ、焼結したセラミックスの靭性を更に高
めることができる。
Further, according to the method for producing a composite ceramic of the present invention, the precipitate generated during heating is formed of Si, Al, Cr,
At least one nitride of Ti, Zr, Hf, W, Y;
It is made of carbide, oxide, oxynitride, and carbonitride, and is dispersed in the form of particles in the grains and the grain boundaries of the ceramic matrix. As shown in FIG. 1, these particles 5 and whiskers 6 are dispersed in the ceramic matrix 1. When these particles and whiskers are dispersed in the ceramic matrix while heating, they can be dispersed uniformly, and the toughness of the sintered ceramic can be further increased.

【0022】本発明の複合セラミックスの製造方法にお
いて、前駆体有機金属高分子長繊維の不融化に電子線を
使用するときは、不活性ガス又は真空中で電子線加速電
圧を20kV乃至100MVの範囲で行うことが望まし
い。加速電圧が小さ過ぎると不融化が不十分であり、大
き過ぎると放射化が起こる可能性があるためである。線
量率は1乃至105Gy/sの範囲で行うことが望まし
い。線量率が小さ過ぎると不融化に長時間を要し、線量
率が大き過ぎると前駆体が溶けてしまい形状を保てなく
なるためである。電子線照射としては、エキシマーレー
ザー光や紫外線などの200nm以下の短波長領域の光
線を利用することができる。
In the method for producing a composite ceramic according to the present invention, when an electron beam is used for infusibilizing the precursor organometallic polymer long fiber, the electron beam acceleration voltage is in the range of 20 kV to 100 MV in an inert gas or vacuum. It is desirable to perform in. If the accelerating voltage is too small, infusibilization is insufficient, and if it is too large, activation may occur. The dose rate is desirably in the range of 1 to 10 5 Gy / s. If the dose rate is too low, it takes a long time for infusibility, and if the dose rate is too high, the precursor is melted and the shape cannot be maintained. As the electron beam irradiation, light in a short wavelength region of 200 nm or less, such as excimer laser light or ultraviolet light, can be used.

【0023】前駆体有機金属高分子長繊維の不融化にγ
線を使用するときは、不活性ガス中あるいは真空中で、
線源には例えば60Coを用いることができる。線量率は
1乃至105Gy/sの範囲で行うことが望ましい。線
量率が小さ過ぎると不融化に長時間を要し、線量率が大
き過ぎると前駆体が溶けてしまい形状を保てなくなるた
めである。
Γ is used to make the precursor organometallic polymer long fiber infusible.
When using wires, in an inert gas or vacuum
For example, 60 Co can be used as the radiation source. The dose rate is desirably in the range of 1 to 10 5 Gy / s. If the dose rate is too low, it takes a long time for infusibility, and if the dose rate is too high, the precursor is melted and the shape cannot be maintained.

【0024】本発明になる複合セラミックス及びその製
造方法によると、今までにない低コストで複雑な形状の
長繊維強化複合セラミックスが得られるので、従来セラ
ミックスを用い難かったエンジン部品、ガスタービン用
動翼、静翼、燃焼器又はシュラウド、原子力部品として
複合セラミックスを用いることが可能となる。
According to the composite ceramics and the method of manufacturing the same according to the present invention, a long fiber reinforced composite ceramic having a complicated shape can be obtained at an unprecedented cost. Composite ceramics can be used for blades, vanes, combustors or shrouds, and nuclear components.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を具体的に説
明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below.

【0026】[0026]

【実施例1】有機金属高分子化合物として、直径15μ
mのポリカルボシラン長繊維を500本束ねたヤーンを
4×4×4cmの大きさの立方体形状に3次元織した。
プリフォームの空隙率は45%である。次に、セラミッ
クマトリックスの原料として、粒径0.5μmのシリコ
ン粉末と水系溶剤とを混合しスラリーとし、プリフォー
ムの空隙に流し込み、成形体を作製した。この成形体に
加速電圧2MV、線量率1kGy/sで線量20MGy
になるまで電子線を照射して、成形体中のポリカルボシ
ラン長繊維を不融化した。ついで、アルゴン雰囲気中で
1300°Cまで加熱後、窒素雰囲気中で1000°C
から1400°Cまで1°C/minの加熱速度で加熱
し、シリコン粉末を窒化して窒化珪素セラミックマトリ
ックスを得た。焼結に伴う収縮率は1%未満であった。
これにより、3次元織のSi−C−O長繊維で強化され
た窒化珪素複合セラミックス(気孔率12vol%)が
得られた。長繊維/窒化珪素マトリックスの比は70/
30vol%である。3次元織のSi−C−O長繊維が
交差する部分では、化学的に結合しており3次元の骨格
を形成していた。得られた複合セラミックスの強度は4
74MPaであり、室温から1500°Cまでこの強度
を保持していた。この複合セラミックスは、破壊仕事が
大きく、カタストロフィックな破壊を生じない破壊形態
を示す。
Example 1 As an organometallic polymer compound, a diameter of 15 μm was used.
The yarn obtained by bundling 500 m long polycarbosilane long fibers was three-dimensionally woven into a cubic shape having a size of 4 × 4 × 4 cm.
The porosity of the preform is 45%. Next, as a raw material of the ceramic matrix, a silicon powder having a particle size of 0.5 μm and an aqueous solvent were mixed to form a slurry, which was poured into the voids of the preform to produce a molded body. An acceleration voltage of 2 MV, a dose rate of 1 kGy / s and a dose of 20 MGy
The polycarbosilane long fiber in the molded article was made infusible by irradiating an electron beam until the temperature became. Then, after heating to 1300 ° C in an argon atmosphere, 1000 ° C in a nitrogen atmosphere.
To 1400 ° C. at a heating rate of 1 ° C./min to nitride the silicon powder to obtain a silicon nitride ceramic matrix. The shrinkage due to sintering was less than 1%.
As a result, a silicon nitride composite ceramics (porosity: 12 vol%) reinforced with three-dimensional woven Si-CO long fibers was obtained. The ratio of long fiber / silicon nitride matrix is 70 /
30 vol%. At the portions where the three-dimensional woven Si-CO long fibers intersect, they are chemically bonded to form a three-dimensional skeleton. The strength of the obtained composite ceramics is 4
It was 74 MPa, and this strength was maintained from room temperature to 1500 ° C. This composite ceramic has a large destructive work and exhibits a destructive form that does not cause catastrophic destruction.

【0027】上述したポリカルボシラン長繊維の代わり
に、ポリシロキサン長繊維、ポリシラン長繊維、ポリシ
ラザン長繊維、ポリカルボシラザン長繊維を用いても同
様に3次元織のセラミック長繊維で強化された窒化珪素
複合セラミックス(気孔率12vol%)が得られた。
When polysiloxane long fibers, polysilane long fibers, polysilazane long fibers, or polycarbosilazane long fibers are used in place of the above-mentioned polycarbosilane long fibers, nitriding reinforced by three-dimensional woven ceramic long fibers is similarly used. Silicon composite ceramics (porosity 12 vol%) was obtained.

【0028】[0028]

【実施例2】有機金属高分子化合物として、直径15μ
mのポリシラザン長繊維を500本束ねたヤーンをガス
タービンの動翼形状に3次元織したプリフォームを作製
した。次に、セラミックマトリックスの原料として、粒
径0.3μmのシリコン粉末と水系溶剤とを混合しスラ
リーとし、プリフォームの空隙に流し込み、成形体を作
製した。この成形体に加速電圧20MV、線量率1kG
y/sで線量40MGyになるまで電子線を照射して、
成形体中のポリシラザン長繊維を不融化した。ついで、
窒素雰囲気中で1400°Cまで1°C/minの加熱
速度で加熱し、シリコン粉末を窒化して窒化珪素セラミ
ックマトリックスを得た。焼結に伴う収縮率は1%未満
であった。これにより、3次元織のSi−N−O長繊維
で強化された窒化珪素複合セラミックス(気孔率11v
ol%)が得られた。長繊維/窒化珪素マトリックスの
比は60/40vol%である。3次元織のSi−N−
O長繊維が交差する部分では、化学的に結合した結合部
が存在していた。得られた複合セラミックスの強度は5
22MPaであり、室温から1500°Cまでこの強度
を保持していた。この複合セラミックスは、破壊仕事が
大きく、カタストロフィックな破壊を生じない破壊形態
を示す。この複合セラミックスを1300°C級ガスタ
ービン設備に組み込み、1000時間運転を行った結果
損傷を生じていないことが確認された。
Example 2 As an organometallic polymer compound, a diameter of 15 μm was used.
A preform was manufactured by three-dimensionally weaving a yarn in which 500 polysilazane long fibers were bundled into a moving blade shape of a gas turbine. Next, as a raw material of the ceramic matrix, a silicon powder having a particle diameter of 0.3 μm and an aqueous solvent were mixed to form a slurry, which was poured into the voids of the preform to produce a molded body. An acceleration voltage of 20 MV and a dose rate of 1 kG
irradiate an electron beam at a dose of 40 MGy at y / s,
The polysilazane long fibers in the molded article were made infusible. Then
Heating was performed at a heating rate of 1 ° C./min to 1400 ° C. in a nitrogen atmosphere to nitride the silicon powder to obtain a silicon nitride ceramic matrix. The shrinkage due to sintering was less than 1%. Thereby, silicon nitride composite ceramics (porosity 11v) reinforced with three-dimensional woven Si-NO long fibers
ol%) was obtained. The ratio of long fiber / silicon nitride matrix is 60/40 vol%. Three-dimensional woven Si-N-
At the portions where the O long fibers intersect, there were chemically bonded portions. The strength of the obtained composite ceramics is 5
22 MPa, and maintained this strength from room temperature to 1500 ° C. This composite ceramic has a large destructive work and exhibits a destructive form that does not cause catastrophic destruction. This composite ceramic was assembled in a 1300 ° C. class gas turbine facility and operated for 1000 hours. As a result, no damage was confirmed.

【0029】上述したポリシラザン長繊維の代わりに、
ポリシロキサン長繊維、ポリシラン長繊維、ポリカルボ
シラン長繊維、ポリカルボシラザン長繊維を用いても同
様に3次元織のセラミック長繊維で強化された窒化珪素
複合セラミックス(気孔率12vol%)が得られた。
Instead of the above-mentioned polysilazane filaments,
Silicon nitride composite ceramics (porosity: 12 vol%) reinforced with three-dimensional woven ceramic long fibers can be obtained similarly using polysiloxane long fibers, polysilane long fibers, polycarbosilane long fibers, and polycarbosilazane long fibers. Was.

【0030】同様に、火力プラントシステムの中の燃焼
ガスによってタービンを回転させる1300°C級ガス
タービン試験設備の、ガスタービンを構成する燃焼器内
張り、燃焼器用トランジッションピース、バイパス弁、
タービン動翼、タービン静翼、タービンディスク、スピ
ンドルボルト、タービンケーシング、シュラウド、ディ
フーザーコーン、タービン排気車室、排気ダクトを本実
施例の方法で作製した。この試験設備で1000時間の
運転試験を行った結果、何ら異常は発見されなかった。
本実施例の複合セラミックスを用いることにより、冷却
空気量を低減することが可能となり、金属を用いた場合
に比べて効率を5%以上向上させることができた。ま
た、コジェネレーション用再生式1軸ガスタービン、コ
ジェネレーション用再生式2軸ガスタービン、可搬式発
電用再生式2軸ガスタービン、航空機用ガスタービン、
自動車用ガスタービンなどに本発明の複合セラミックス
を設けることにより高効率化を図ることができることを
確認した。
Similarly, in a 1300 ° C. class gas turbine test facility for rotating a turbine by combustion gas in a thermal power plant system, a lining of a combustor constituting a gas turbine, a transition piece for a combustor, a bypass valve,
A turbine rotor blade, a turbine vane, a turbine disk, a spindle bolt, a turbine casing, a shroud, a diffuser cone, a turbine exhaust casing, and an exhaust duct were manufactured by the method of this embodiment. As a result of a running test for 1,000 hours using this test facility, no abnormality was found.
By using the composite ceramics of this example, it was possible to reduce the amount of cooling air, and it was possible to improve the efficiency by 5% or more as compared with the case where metals were used. Also, a regenerative single-shaft gas turbine for cogeneration, a regenerative two-shaft gas turbine for cogeneration, a regenerative two-shaft gas turbine for portable power generation, a gas turbine for aircraft,
It has been confirmed that high efficiency can be achieved by providing the composite ceramics of the present invention in an automobile gas turbine or the like.

【0031】[0031]

【実施例3】有機金属高分子化合物として、直径15μ
mのポリシラザン長繊維を500本束ねたヤーンをガス
タービンの静翼形状に3次元織したプリフォームを作製
した。次に、セラミックマトリックスの原料として、粒
径0.3μmのシリコン粉末と水系溶剤とを混合しスラ
リーとし、プリフォームの空隙に流し込み、成形体を作
製した。この成形体に加速電圧20MV、線量率1kG
y/sで線量40MGyになるまで電子線を照射して、
成形体中のポリシラザン長繊維を不融化した。ついで、
100気圧の熱間静水圧圧縮成形(HIP)で窒素雰囲
気中で1400°Cまで1°C/minの加熱速度で加
熱し、ポリシラザン長繊維を無機化すると共に、シリコ
ン粉末を窒化して窒化珪素セラミックマトリックスを得
た。この窒化珪素セラミックマトリックスを1750°
Cで5時間焼結して窒化珪素複合セラミックスを得た。
焼結に伴う収縮率は12%であった。これにより、3次
元織のSi−N−O長繊維で強化された窒化珪素複合セ
ラミックス(気孔率11vol%)が得られた。長繊維
/窒化珪素マトリックスの比は60/40vol%であ
る。3次元織のSi−N−O長繊維が交差する部分で
は、化学的に結合した結合部が存在していた。得られた
複合セラミックスの強度は748MPaであり、室温か
ら1500°Cまでこの強度を保持していた。この複合
セラミックスは、破壊仕事が大きく、カタストロフィッ
クな破壊を生じない破壊形態を示す。この複合セラミッ
クスを1500°C級ガスタービン設備に組み込み、1
000時間運転を行った結果損傷を生じていないことが
確認された。
Example 3 As an organometallic polymer compound, a diameter of 15 μm was used.
A preform was manufactured by three-dimensionally weaving a yarn in which 500 m of polysilazane long fibers were bundled into a stationary blade shape of a gas turbine. Next, as a raw material of the ceramic matrix, a silicon powder having a particle diameter of 0.3 μm and an aqueous solvent were mixed to form a slurry, which was poured into the voids of the preform to produce a molded body. An acceleration voltage of 20 MV and a dose rate of 1 kG
irradiate an electron beam at a dose of 40 MGy at y / s,
The polysilazane long fibers in the molded article were made infusible. Then
Heating at a heating rate of 1 ° C./min to 1400 ° C. in a nitrogen atmosphere by hot isostatic pressing (HIP) at 100 atm to mineralize the polysilazane filaments and nitridize silicon powder to silicon nitride A ceramic matrix was obtained. 1750 °
C was sintered for 5 hours to obtain a silicon nitride composite ceramic.
The shrinkage due to sintering was 12%. As a result, a silicon nitride composite ceramics (porosity 11 vol%) reinforced with three-dimensional woven Si-NO long fibers was obtained. The ratio of long fiber / silicon nitride matrix is 60/40 vol%. At the portions where the three-dimensional woven Si-NO long fibers intersect, there were chemically bonded bonding parts. The strength of the obtained composite ceramics was 748 MPa, and this strength was maintained from room temperature to 1500 ° C. This composite ceramic has a large destructive work and exhibits a destructive form that does not cause catastrophic destruction. This composite ceramic is installed in a 1500 ° C class gas turbine facility,
After operation for 000 hours, it was confirmed that no damage occurred.

【0032】[0032]

【実施例4】有機金属高分子化合物として、直径15μ
mのポリカルボシラン長繊維を500本束ねたヤーンを
4×4×4cmの大きさの立方体形状に3次元織した。
このようにして作製したプリフォームの空隙率は45%
であった。次に、セラミックマトリックスの原料とし
て、粒径0.5μmのシリコン粉末と水系溶剤とを混合
しスラリーとし、プリフォームの空隙に流し込み、成形
体を作製した。この成形体に加速電圧2MV、線量率1
kGy/sで線量20MGyになるまで電子線を照射し
て、成形体中のポリカルボシラン長繊維を不融化した。
ついで、100気圧の熱間静水圧圧縮成形(HIP)で
アルゴン雰囲気中で1300°Cまで加熱後、窒素雰囲
気中で1000°Cから1400°Cまで1°C/mi
nの加熱速度で加熱し、シリコン粉末を窒化して窒化珪
素セラミックマトリックスを得た。この窒化珪素セラミ
ックマトリックスを1750°Cで10時間焼結して窒
化珪素複合セラミックスを得た。これにより、3次元織
のSi−C−O長繊維で強化された窒化珪素複合セラミ
ックス(気孔率0.5vol%)が得られた。長繊維/
窒化珪素マトリックスの比は70/30vol%であ
る。3次元織のSi−C−O長繊維が交差する部分で
は、化学的に結合した結合部が存在していた。得られた
複合セラミックスの強度は674MPaであり、室温か
ら1500°Cまでこの強度を保持していた。この複合
セラミックスは、破壊仕事が大きく、カタストロフィッ
クな破壊を生じない破壊形態を示す。
Example 4 As an organometallic polymer compound, a diameter of 15 μm was used.
The yarn obtained by bundling 500 m long polycarbosilane long fibers was three-dimensionally woven into a cubic shape having a size of 4 × 4 × 4 cm.
The porosity of the preform thus manufactured was 45%.
Met. Next, as a raw material of the ceramic matrix, a silicon powder having a particle size of 0.5 μm and an aqueous solvent were mixed to form a slurry, which was poured into the voids of the preform to produce a molded body. An acceleration voltage of 2 MV and a dose rate of 1
An electron beam was irradiated at a dose of 20 MGy at kGy / s to infusify the polycarbosilane long fibers in the molded product.
Then, after heating to 1300 ° C. in an argon atmosphere by hot isostatic pressing (HIP) at 100 atm, 1 ° C./mi from 1000 ° C. to 1400 ° C. in a nitrogen atmosphere.
Heated at a heating rate of n, the silicon powder was nitrided to obtain a silicon nitride ceramic matrix. This silicon nitride ceramic matrix was sintered at 1750 ° C. for 10 hours to obtain a silicon nitride composite ceramic. As a result, a silicon nitride composite ceramics (porosity 0.5 vol%) reinforced with three-dimensionally woven Si-CO long fibers was obtained. Long fiber /
The ratio of the silicon nitride matrix is 70/30 vol%. At the portions where the three-dimensional woven Si-CO long fibers intersect, there were chemically bonded bonding portions. The strength of the obtained composite ceramics was 674 MPa, and this strength was maintained from room temperature to 1500 ° C. This composite ceramic has a large destructive work and exhibits a destructive form that does not cause catastrophic destruction.

【0033】[0033]

【実施例5】実施例1と同様な製法により、Si粉末に
無機化合物粒子としてSiC,AlN,TiN,BN,
ZrN,Al23,ZrO2を10vol%添加したス
ラリーを用いて同様に含浸、加熱処理を行い長繊維強化
複合セラミックスを製作した。その結果、実施例1と同
様に気孔率が12%以下、1500°Cでの強度が室温
と同等以上の高強度の複合セラミックスが得られた。無
機粒子を添加することにより、セラミックマトリックス
の靭性を向上させることができると共に、耐摩耗性、導
電性、耐酸化性などを改善することができた。
Embodiment 5 By the same manufacturing method as in Embodiment 1, SiC, AlN, TiN, BN,
Using a slurry containing 10 vol% of ZrN, Al 2 O 3 , and ZrO 2 , a similar impregnation and heat treatment were performed to produce a long fiber reinforced composite ceramic. As a result, similarly to Example 1, a high-strength composite ceramic having a porosity of 12% or less and a strength at 1500 ° C. equal to or higher than room temperature was obtained. By adding the inorganic particles, the toughness of the ceramic matrix can be improved, and the wear resistance, conductivity, oxidation resistance, and the like can be improved.

【0034】[0034]

【実施例6】実施例1と同様な製法により、Si粉末に
無機化合物ウイスカ(直径10μm、長さ100μm)
としてSiC,AlN,TiN,BN,ZrN,Al2
3,ZrO2を10vol%添加したスラリーを用いて
同様に含浸、加熱処理を行い長繊維強化複合セラミック
スを製作した。その結果、実施例1と同様に気孔率が1
2%以下、1500°Cでの強度が室温と同等以上の高
強度の複合セラミックスが得られた。セラミックマトリ
ックス中にウイスカを分散することにより、セラミック
マトリックス自身の靭性を改善することができた。ま
た、実施例5の方法と実施例6の方法を組み合わせるこ
とにより、無機化合物粒子と無機化合物ウイスカとをセ
ラミックマトリックスに分散させることができた。
Embodiment 6 An inorganic compound whisker (diameter 10 μm, length 100 μm) was added to Si powder by the same manufacturing method as in Embodiment 1.
As SiC, AlN, TiN, BN, ZrN, Al 2
The same impregnation and heat treatment were performed using a slurry containing 10 vol% of O 3 and ZrO 2 to produce a long fiber reinforced composite ceramic. As a result, the porosity was 1 as in Example 1.
High-strength composite ceramics having a strength at 1500 ° C. of 2% or less and equal to or higher than room temperature were obtained. By dispersing the whiskers in the ceramic matrix, the toughness of the ceramic matrix itself could be improved. Also, by combining the method of Example 5 and the method of Example 6, the inorganic compound particles and the inorganic compound whiskers could be dispersed in the ceramic matrix.

【0035】[0035]

【実施例7】セラミックマトリックス中に長繊維が2方
向に配向した繊維強化複合セラミックスの作製例につい
て示す。ここでは、窒化珪素マトリックス中に、SiC
繊維が2方向に配向した窒化珪素/SiC繊維強化複合
セラミックスの作製方法を中心に説明する。
Example 7 An example of producing a fiber-reinforced composite ceramic in which long fibers are oriented in two directions in a ceramic matrix will be described. Here, SiC is used in a silicon nitride matrix.
A method for producing a silicon nitride / SiC fiber reinforced composite ceramic in which fibers are oriented in two directions will be mainly described.

【0036】まず、反応焼結窒化珪素マトリックス成分
のSi粉末+SiC粉末からなるグリーンシートを作製
する。得られたグリーンシート上にポリカルボシラン繊
維500本束をできるだけ均一に一方向に配向し、それ
をポリカルボシラン繊維が交互に直交するように数段積
層し、積層方向に98MPaで加圧して成形体とした。
この成形体に加速電圧3MV、線量率2kGy/sで線
量30MGyになるまでγ線を照射して、成形体中のポ
リカルボシラン長繊維を不融化した。ついで、アルゴン
雰囲気中で1300°Cまで加熱後、窒素雰囲気中で1
000°Cから1400°Cまで1°C/minの加熱
速度で加熱し、シリコン粉末を窒化し、SiC長繊維と
SiC粒子とが分散した窒化珪素セラミックマトリック
スを得た。焼結に伴う収縮率は1%未満であった。本発
明による製造方法では、焼結時の線収縮率が小さいた
め、繊維束とセラミックマトリックスとの間に応力が殆
ど発生せず、それにより高強度の複合セラミックスが得
られる。
First, a green sheet composed of a reaction sintered silicon nitride matrix component Si powder + SiC powder is prepared. On the obtained green sheet, a bundle of 500 polycarbosilane fibers is oriented as uniformly as possible in one direction, and several layers of the polycarbosilane fibers are laminated so that the polycarbosilane fibers are alternately orthogonal to each other, and pressed at 98 MPa in the laminating direction. A molded article was obtained.
The molded article was irradiated with γ-rays at an acceleration voltage of 3 MV and a dose rate of 2 kGy / s until a dose of 30 MGy was obtained, so that the polycarbosilane long fibers in the molded article were made infusible. Then, after heating to 1300 ° C. in an argon atmosphere,
Heating was performed at a heating rate of 1 ° C./min from 000 ° C. to 1400 ° C. to nitride the silicon powder to obtain a silicon nitride ceramic matrix in which SiC long fibers and SiC particles were dispersed. The shrinkage due to sintering was less than 1%. In the production method according to the present invention, since the linear shrinkage ratio during sintering is small, almost no stress is generated between the fiber bundle and the ceramic matrix, and thereby a high-strength composite ceramic is obtained.

【0037】同様の方法により、Si以外の金属粉末C
r,Ti,Zr,Alを用いて、他のマトリックス成分
窒化Cr,窒化Ti,窒化Zr,窒化Alの場合にも、
また他の有機金属前駆体の場合にも、セラミックマトリ
ックス中に繊維束が2方向に直行する繊維強化複合セラ
ミックスを作製することができる。
According to the same method, metal powder C other than Si
Using r, Ti, Zr, and Al, other matrix components such as Cr nitride, Ti nitride, Zr nitride, and Al nitride also
In the case of other organometallic precursors as well, a fiber-reinforced composite ceramic in which the fiber bundles are perpendicular to the ceramic matrix in two directions can be produced.

【0038】本実施例によれば、反応焼結法を用いるこ
とにより、収縮させることなく高強度、高靭性の複合セ
ラミックスを得ることができる。したがって、3次元織
物以外の2次元織物、フェルト、ペーパー、ウイスカ、
不織布などから成るプリフォーム成形体を用いて収縮さ
せることなく緻密な高強度、高靭性の複合セラミックス
を得ることができる。
According to this embodiment, by using the reaction sintering method, a high-strength, high-toughness composite ceramic can be obtained without shrinkage. Therefore, two-dimensional fabrics other than three-dimensional fabrics, felts, papers, whiskers,
A dense, high-strength, high-toughness composite ceramic can be obtained without shrinking by using a preform molded body made of a nonwoven fabric or the like.

【0039】[0039]

【実施例8】上記実施例において、Siを窒化焼結する
際の雰囲気を窒化性ガスでなく、COガスなどの炭化性
ガス雰囲気、シランなどの珪化性ガス雰囲気などに変え
ることにより、窒化物以外の炭化物、珪化物などの単体
あるいは複合体を作製することができた。
[Embodiment 8] In the above-described embodiment, the nitrided sintering of Si is changed from a nitriding gas to a carbonizing gas atmosphere such as a CO gas atmosphere or a silicidizing gas atmosphere such as silane. Simple substances or composites of carbides, silicides, etc. other than those described above could be produced.

【0040】[0040]

【実施例9】実施例7において、繊維含有量の異なる長
繊維強化複合セラミックスを作製した。その結果、繊維
含有量が20vol%未満では破壊靭性値が大きく向上
せず、また含有量が80vol%を超えるとセラミック
マトリックスの結合強度低下をもたらすことが判明し
た。したがって、繊維含有量は20乃至80vol%、
特に40乃至70vol%が強度、靭性の両特性の両立
の点で好ましい。
Example 9 In Example 7, long fiber reinforced composite ceramics having different fiber contents were produced. As a result, it was found that when the fiber content was less than 20 vol%, the fracture toughness value was not significantly improved, and when the content exceeded 80 vol%, the bonding strength of the ceramic matrix was reduced. Therefore, the fiber content is 20 to 80 vol%,
In particular, 40 to 70 vol% is preferable in terms of achieving both the strength and toughness characteristics.

【0041】[0041]

【実施例10】本発明による繊維束強化複合セラミック
スを適用した部品としてガスタービン動翼の作製例につ
いて説明する。
Embodiment 10 An example of manufacturing a gas turbine rotor blade as a part to which the fiber bundle reinforced composite ceramics according to the present invention is applied will be described.

【0042】まず、ポリチタノカルボシラン長繊維を用
いて動翼のプリフォーム成形体を作製する。この成形体
中にSi粉末(0.3μm)と炭化チタン粉末(1μ
m)(Si/炭化チタン=80/20mass%)及び
有機溶媒からなるスラリーを含浸する。この成形体に加
速電圧4MV、線量率2KGy/sで線量30MGyに
なるまで、γ線を照射して、成形体中のポリチタノカル
ボシラン長繊維を不融化した。ついで、アルゴン雰囲気
中で1300°Cまで加熱後、窒素+CO雰囲気中で1
000°Cから1400°Cまで1°C/minの加熱
速度で加熱し、シリコン粉末を窒化し、Si−Ti−C
−N長繊維と10nm乃至1μmのTiN粒子とが窒化
珪素セラミックマトリックスの粒内・粒界に分散した複
合セラミックス(気孔率8%)を得た。焼結に伴う収縮
率は1%未満であった。本発明による製造方法では、焼
結時の線収縮率が小さいため、繊維束とセラミックマト
リックスとの間に応力が殆ど発生せず、それにより高強
度の複合セラミックスが得られる。
First, a preform molded article for a rotor blade is produced using polytitanocarbosilane long fibers. Si powder (0.3 μm) and titanium carbide powder (1 μm)
m) Impregnated with a slurry consisting of (Si / titanium carbide = 80/20 mass%) and an organic solvent. The molded body was irradiated with γ-rays at an acceleration voltage of 4 MV and a dose rate of 2 KGy / s until a dose of 30 MGy to infusify the polytitanocarbosilane long fibers in the molded body. Then, after heating to 1300 ° C. in an argon atmosphere, 1 hour in a nitrogen + CO atmosphere.
Heating from 000 ° C. to 1400 ° C. at a heating rate of 1 ° C./min to nitride the silicon powder and form Si—Ti—C
A composite ceramic (porosity: 8%) in which -N long fibers and TiN particles of 10 nm to 1 µm were dispersed in the silicon nitride ceramic matrix within the grains and at the grain boundaries was obtained. The shrinkage due to sintering was less than 1%. In the production method according to the present invention, since the linear shrinkage ratio during sintering is small, almost no stress is generated between the fiber bundle and the ceramic matrix, and thereby a high-strength composite ceramic is obtained.

【0043】また、CVI法などにより気孔中に窒化珪
素を埋め、更に緻密化することもできる。例えば、上記
複合セラミックスを1500°Cに加熱し、CVIの原
料としてSiCl及びNH3ガスを流し、Si34を気
孔中に生成させた。得られた長繊維強化複合セラミック
スの気孔率は2%であった。得られた複合セラミックス
の繊維/粒子間、粒子/粒子間の界面は殆どが介在物を
有することなく結合していた。以上に示した方法は、本
実施例以外のマトリックス成分の場合にも、また、他の
繊維、媒体を用いる場合にも適用でき、形状はタービン
の動翼に限らず、静翼、燃焼器などプリフォーム成形可
能な様々の形状を作製できる。
The pores may be filled with silicon nitride by a CVI method or the like to further densify. For example, the above composite ceramics was heated to 1500 ° C., and SiCl and NH 3 gas were flowed as CVI raw materials to generate Si 3 N 4 in pores. The porosity of the obtained long fiber reinforced composite ceramics was 2%. Most of the interfaces between fibers / particles and between particles / particles of the obtained composite ceramics were bonded without any inclusions. The method described above can be applied to the case of matrix components other than the present embodiment, and also to the case of using other fibers and media, and the shape is not limited to the moving blade of the turbine, but may be a stationary blade, a combustor, Various shapes that can be preform molded can be manufactured.

【0044】上述した工程ではTiを含有する有機金属
高分子を使用したが、同様に、クロム、ジルコニウム、
アルミニウムを含有する有機金属高分子長繊維を用いて
も無機長繊維強化複合セラミックスを得ることができ
た。
In the above-described process, an organometallic polymer containing Ti was used. Similarly, chromium, zirconium,
Inorganic long fiber reinforced composite ceramics could be obtained even when using organometallic polymer long fibers containing aluminum.

【0045】本実施例において得られる無機長繊維は、
出発の有機金属高分子及び加熱雰囲気によって制御可能
であり、炭化珪素,Si−C−O,窒化珪素,Si−N
−O,Si−T−C−O,Si−Ti−N−O,Si−
Ti−N−C−O,窒化アルミ,Al−N−O,Al−
Ti−C−O,Al−Ti−N−O,Al−Ti−N−
C−O,Si−Al−O,Si−Al−C−O,Si−
Al−N−O,Si−Al−N−C−O,窒化クロム,
Si−Cr−C−O,Si−Cr−N−O,Si−Cr
−N−C−O,窒化ジルコニウム,Si−Zr−C−
O,Si−Zr−N−O,Si−Zr−N−C−O等の
無機長繊維をセラミックマトリックス中に焼結中に配向
可能である。
The inorganic filaments obtained in this example are:
Controllable by the starting organometallic polymer and heating atmosphere, silicon carbide, Si—CO, silicon nitride, Si—N
—O, Si—T—C—O, Si—Ti—N—O, Si—
Ti-NCO, aluminum nitride, Al-NO, Al-
Ti-CO, Al-Ti-NO, Al-Ti-N-
CO, Si-Al-O, Si-Al-CO, Si-
Al-NO, Si-Al-NCO, chromium nitride,
Si-Cr-CO, Si-Cr-NO, Si-Cr
—N—C—O, zirconium nitride, Si—Zr—C—
Inorganic long fibers such as O, Si-Zr-NO, and Si-Zr-NCO can be oriented in a ceramic matrix during sintering.

【0046】炭化チタンの代わりに、Si,Al,C
r,Ti,Zr,Hf,W,Yの少なくとも1種の窒化
物、炭化物、酸化物、酸窒化物、炭窒化物を添加し加熱
中に雰囲気と反応させることにより、加熱中にSi,A
l,Cr,Ti,Zr,Hf,W,Yの少なくとも1種
の窒化物、炭化物、酸化物、酸窒化物、炭窒化物からな
り、ウイスカ形状あるいは直径5nm乃至5μmの粒子
形状からなる析出物を生成させることができる。
Instead of titanium carbide, Si, Al, C
By adding at least one kind of nitride, carbide, oxide, oxynitride, and carbonitride of r, Ti, Zr, Hf, W, and Y and reacting with the atmosphere during heating, Si, A during heating is added.
a precipitate composed of at least one of nitride, carbide, oxide, oxynitride and carbonitride of l, Cr, Ti, Zr, Hf, W and Y, and having a whisker shape or a particle shape having a diameter of 5 nm to 5 μm. Can be generated.

【0047】[0047]

【実施例11】実施例1で得られた窒化珪素/Si−C
−O長繊維複合セラミックスをポンプ用の軸受材に使用
した。速度10m/s、面圧50kg/cm2で摺動試
験した結果、繊維が潤滑効果をもたらし、優れた摺動特
性を発揮することが判明した。このように、本発明にな
る複合セラミックスは繊維を添加されているので、摺動
特性にも優れていることが分かった。
Embodiment 11 Silicon nitride / Si—C obtained in Embodiment 1
-O long fiber composite ceramics was used as a bearing material for a pump. As a result of a sliding test at a speed of 10 m / s and a surface pressure of 50 kg / cm 2 , it was found that the fiber provided a lubricating effect and exhibited excellent sliding characteristics. As described above, it was found that the composite ceramics according to the present invention had excellent sliding characteristics because the fibers were added.

【0048】[0048]

【実施例12】有機金属高分子化合物として、直径20
μmの側鎖にイットリウムを5%含有するポリカルボシ
ラン長繊維を500本束ねたヤーンを4×4×4cmの
大きさの立方体形状に3次元織した。次に、セラミック
マトリックスの原料として、粒径0.5μmのシリコン
粉末と水系溶剤とを混合しスラリーとし、プリフォーム
の空隙に流し込み、成形体を作製した。この成形体に加
速電圧5MV、線量率2kGy/sで線量50MGyに
なるまで電子線を照射して、成形体中のポリカルボシラ
ン長繊維を不融化した。ついで、アルゴン雰囲気中で1
300°Cまで加熱後、窒素雰囲気中で1000°Cか
ら1400°Cまで1°C/minの加熱速度で加熱
し、シリコン粉末を窒化して窒化珪素セラミックマトリ
ックスを得た。この窒化珪素セラミックマトリックスを
1750°Cで5時間焼結して複合セラミックスを得
た。側鎖のイットリウムが窒化珪素の焼結助材となり、
緻密化することができた。これにより、3次元織のSi
−C−O長繊維で強化された窒化珪素複合セラミックス
(気孔率1.5vol%)が得られた。長繊維/窒化珪
素マトリックスの比は80/20vol%である。3次
元織のSi−C−O長繊維が交差する部分では、化学的
に結合していた。得られた複合セラミックスの強度は6
20MPaであり、室温から1500°Cまでこの強度
を保持していた。この複合セラミックスは、破壊仕事が
大きく、カタストロフィックな破壊を生じない破壊形態
を示した。
Example 12 As an organometallic polymer compound, a diameter of 20
A yarn obtained by bundling 500 long polycarbosilane fibers containing 5% yttrium in the side chain of μm was three-dimensionally woven into a cube having a size of 4 × 4 × 4 cm. Next, as a raw material of the ceramic matrix, a silicon powder having a particle size of 0.5 μm and an aqueous solvent were mixed to form a slurry, which was poured into the voids of the preform to produce a molded body. The molded article was irradiated with an electron beam at an acceleration voltage of 5 MV and a dose rate of 2 kGy / s until a dose of 50 MGy to infusify the polycarbosilane long fibers in the molded article. Then, in an argon atmosphere,
After heating to 300 ° C., heating was performed at a heating rate of 1 ° C./min from 1000 ° C. to 1400 ° C. in a nitrogen atmosphere, and the silicon powder was nitrided to obtain a silicon nitride ceramic matrix. This silicon nitride ceramic matrix was sintered at 1750 ° C. for 5 hours to obtain a composite ceramic. Yttrium in the side chain becomes a sintering aid for silicon nitride,
It could be densified. Thereby, three-dimensional woven Si
A silicon nitride composite ceramics (porosity 1.5 vol%) reinforced with -CO long fibers was obtained. The ratio of long fiber / silicon nitride matrix is 80/20 vol%. At the portions where the three-dimensional weave Si-CO long fibers intersect, they were chemically bonded. The strength of the obtained composite ceramics is 6
It was 20 MPa, and this strength was maintained from room temperature to 1500 ° C. This composite ceramic had a large destructive work and exhibited a fracture mode in which no catastrophic fracture occurred.

【0049】本実施例のように、有機金属高分子長繊維
にセラミックマトリックスの焼結助材成分を含有させる
ことにより、緻密体の作製に有効であることが分かる。
As shown in this example, it can be seen that the inclusion of the sintering aid component of the ceramic matrix in the organometallic polymer long fiber is effective in producing a dense body.

【0050】[0050]

【実施例13】有機金属高分子化合物として、直径15
μmのポリカルボシラン長繊維を500本束ねたヤーン
を4×4×4cmの大きさの立方体形状に3次元織し
た。プリフォームの空隙率は55%であった。次に、セ
ラミックマトリックスの原料として、粒径0.5μmの
シリコン粉末と20nmのC粉末(1:1モル比)水系
溶剤とを混合しスラリーとし、プリフォームの空隙に流
し込み、成形体を作製した。この成形体に加速電圧2M
V、線量率1kGy/sで線量20MGyになるまで電
子線を照射して、成形体中のポリカルボシラン長繊維を
不融化した。ついで、アルゴン雰囲気中で1450°C
まで1°C/minの加熱速度で加熱し、ポリカルボシ
ラン長繊維を無機化するとともに、炭化珪素セラミック
マトリックスを得た。焼結に伴う収縮率は3%未満であ
った。これにより、3次元織のSi−C−O長繊維で強
化された炭化珪素複合セラミックス(気孔率5vol
%)が得られた。長繊維/炭化珪素マトリックスの比は
75/25vol%である。3次元織のSi−C−O長
繊維が交差する部分では、化学的に結合していた。得ら
れた複合セラミックスの強度は412MPaであり、室
温から1500°Cまでこの強度を保持していた。
Example 13 As an organometallic polymer compound, a diameter of 15
A yarn obtained by bundling 500 μm long polycarbosilane long fibers was three-dimensionally woven into a cubic shape having a size of 4 × 4 × 4 cm. The porosity of the preform was 55%. Next, as a raw material of the ceramic matrix, a silicon powder having a particle diameter of 0.5 μm and an aqueous solvent of C powder (1: 1 molar ratio) of 20 nm were mixed to form a slurry, which was then poured into the voids of the preform to produce a molded body. . An acceleration voltage of 2 M
V, an electron beam was irradiated at a dose rate of 1 kGy / s until a dose of 20 MGy to infusify the polycarbosilane long fibers in the molded body. Then, at 1450 ° C in an argon atmosphere
At a heating rate of 1 ° C./min to mineralize the polycarbosilane long fibers and obtain a silicon carbide ceramic matrix. The shrinkage due to sintering was less than 3%. Thereby, silicon carbide composite ceramics (porosity of 5 vol.) Reinforced with three-dimensional woven Si-CO long fibers
%)was gotten. The ratio of long fiber / silicon carbide matrix is 75/25 vol%. At the portions where the three-dimensional weave Si-CO long fibers intersect, they were chemically bonded. The strength of the obtained composite ceramics was 412 MPa, and this strength was maintained from room temperature to 1500 ° C.

【0051】[0051]

【実施例14】有機金属高分子化合物として、直径25
μmのポリカルボシラン長繊維を500本束ねたヤーン
を4×4×4cmの大きさの立方体形状に3次元織し
た。プリフォームの空隙率は35%である。次に、セラ
ミックマトリックスの原料として、粒径0.5μmの窒
化珪素粉末焼結助材として酸化イットリウム(3mas
s%)、酸化アルミニウム(3mass%)及び水系溶
剤を混合しスラリーとし、プリフォームの空隙に流し込
み、成形体を作製した。この成形体に加速電圧5MV、
線量率4kGy/sで線量20MGyになるまで電子線
を照射して、成形体中のポリカルボシラン長繊維を不融
化した。ついで、アルゴン雰囲気中で1300°Cまで
加熱後、窒素雰囲気中で1750°Cで5時間保持し、
3次元織のSiC長繊維強化窒化珪素複合セラミックス
を得た。長繊維/窒化珪素マトリックスの比は70/3
0vol%である。得られた複合セラミックスの強度は
680MPaであり、室温から1100°Cまでこの強
度を保持していた。この複合セラミックスは、破壊仕事
が大きく、カタストロフィックな破壊を生じない破壊形
態を示す。
Example 14 As an organometallic polymer compound, a diameter of 25 was used.
A yarn obtained by bundling 500 μm long polycarbosilane long fibers was three-dimensionally woven into a cubic shape having a size of 4 × 4 × 4 cm. The porosity of the preform is 35%. Next, as a raw material for the ceramic matrix, yttrium oxide (3mas
s%), aluminum oxide (3 mass%) and an aqueous solvent were mixed to form a slurry, which was poured into the voids of the preform to produce a molded body. An acceleration voltage of 5 MV is applied to this compact.
An electron beam was irradiated at a dose rate of 4 kGy / s until a dose of 20 MGy to infusify the polycarbosilane long fibers in the molded body. Then, after heating to 1300 ° C. in an argon atmosphere, the mixture was maintained at 1750 ° C. for 5 hours in a nitrogen atmosphere.
A three-dimensional woven SiC long fiber reinforced silicon nitride composite ceramics was obtained. Long fiber / silicon nitride matrix ratio is 70/3
0 vol%. The strength of the obtained composite ceramics was 680 MPa, and this strength was maintained from room temperature to 1100 ° C. This composite ceramic has a large destructive work and exhibits a destructive form that does not cause catastrophic destruction.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明においては、柔軟性のある有機金
属高分子繊維を用いることにより、複雑な形状のプリフ
ォーム成形体を作製することができ、この成形体中にセ
ラミックマトリックスと成る原料を複合化し、有機金属
高分子繊維を無機化して0.5mm以上の曲率半径の無
機長繊維とすることと、セラミックマトリックスの焼結
とを同時に行うことができる。これにより、低コストで
高温強度に優れるとともに靭性、高熱衝撃性、耐異物衝
突性などの信頼性に優れた複合セラミックスが得られ
る。このようにして得られた複合セラミックスは、従来
適用できなかった過酷な条件下で使用することができ
る。例えば、ガスタービン用動翼部品、静翼部品、燃焼
器部品、シュラウド部品、原子力用部品などに耐食性、
耐摩耗性の高い部品として適用できる。
According to the present invention, a preform molded article having a complicated shape can be produced by using a flexible organometallic polymer fiber, and a raw material for forming a ceramic matrix is contained in the molded article. It is possible to simultaneously form the composite and inorganicize the organometallic polymer fiber to obtain an inorganic long fiber having a radius of curvature of 0.5 mm or more and sinter the ceramic matrix. As a result, a composite ceramic having excellent low-cost, high-temperature strength, and excellent reliability such as toughness, high thermal shock resistance, and foreign matter impact resistance can be obtained. The composite ceramics thus obtained can be used under severe conditions that could not be applied conventionally. For example, corrosion resistance for rotor blade parts for gas turbines, vane parts, combustor parts, shroud parts, nuclear parts, etc.
It can be applied as a part with high wear resistance.

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

【図1】図1は、本発明の複合セラミックスの一例の構
造を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic view showing a structure of an example of a composite ceramic of the present invention.

【図2】図2は、本発明の複合セラミックスの製造方法
の一例を示す工程図である。
FIG. 2 is a process chart showing an example of a method for producing a composite ceramic of the present invention.

【図3】図3は、図1の複合セラミックスの焼結前の成
形体の一例を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic view showing an example of a formed body of the composite ceramics shown in FIG. 1 before sintering.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 セラミックマトリックス 2,3 無機長繊維 5 粒子 6 ウイスカ 7 セラミックマトリックス用原料粉末 8 プリフォーム Reference Signs List 1 ceramic matrix 2, 3 inorganic long fiber 5 particle 6 whisker 7 raw material powder for ceramic matrix 8 preform

フロントページの続き (72)発明者 千葉 秋雄 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 金井 恒行 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 前田 邦裕 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 平2−275758(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 35/80 Continuing from the front page (72) Inventor Akio Chiba 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Tsuneyuki Kanai 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Kunihiro Maeda 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory (56) References JP-A-2-275758 (JP, A) ( 58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) C04B 35/80

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 セラミックマトリックス中に、交差する
無機長繊維間が化学的に結合され、各無機長繊維の曲率
半径が0.5mm以上である該無機長繊維の骨格構造を
有する複合セラミックス。
1. A composite ceramic having a skeleton structure of inorganic long fibers in which a crossing inorganic long fibers are chemically bonded in a ceramic matrix and each inorganic long fiber has a radius of curvature of 0.5 mm or more.
【請求項2】 前記無機長繊維が、炭化珪素、Si−C
−O、窒化珪素、Si−N−O、Si−Ti−C−O、
Si−Ti−N−O、Si−Ti−N−C−O、窒化ア
ルミニウム、Al−N−O、Al−Ti−C−O、Al
−Ti−N−O、Al−Ti−N−C−O、Si−Al
−O、Si−Al−C−O、Si−Al−N−O、Si
−Al−N−C−O、窒化クロム、Si−Cr−C−
O、Si−Cr−N−O、Si−Cr−N−C−O、窒
化ジルコニウム、Si−Zr−C−O、Si−Zr−N
−O、Si−Zr−N−C−Oの少なくとも1種からな
ることを特徴とする請求項1記載の複合セラミックス。
2. The method according to claim 1, wherein the inorganic long fibers are silicon carbide, Si—C
-O, silicon nitride, Si-NO, Si-Ti-CO,
Si-Ti-NO, Si-Ti-NCO, aluminum nitride, Al-NO, Al-Ti-CO, Al
-Ti-NO, Al-Ti-NCO, Si-Al
-O, Si-Al-CO, Si-Al-NO, Si
-Al-N-C-O, chromium nitride, Si-Cr-C-
O, Si-Cr-NO, Si-Cr-NCO, zirconium nitride, Si-Zr-CO, Si-Zr-N
2. The composite ceramic according to claim 1, comprising at least one of -O, Si-Zr-NCO.
【請求項3】 前記セラミックマトリックスが、Si、
Al、Cr、Ti、Zr、Hf、W、Yの少なくとも1
種の窒化物、炭化物、酸化物、酸窒化物、炭窒化物のい
ずれかを含むことを特徴とする請求項1記載の複合セラ
ミックス。
3. The method according to claim 2, wherein the ceramic matrix is Si,
At least one of Al, Cr, Ti, Zr, Hf, W and Y
2. The composite ceramic according to claim 1, wherein the composite ceramic contains one of a kind of nitride, carbide, oxide, oxynitride, and carbonitride.
【請求項4】 1次元配向、2次元配向、3次元配向、
織物の少なくとも1種から成る有機金属高分子化合物の
長繊維とセラミックマトリックスを構成するための原料
とを複合化して成形体とする工程と、該成形体に電子線
及びγ線のいずれか一方又はその双方を不活性雰囲気中
で照射して前記長繊維を不融化処理する工程と、前記成
形体を不活性雰囲気中で加熱して前記セラミックマトリ
ックスを緻密化する工程とを備えたことを特徴とする複
合セラミックスの製造方法。
4. One-dimensional orientation, two-dimensional orientation, three-dimensional orientation,
A step of combining a long fiber of an organometallic polymer compound composed of at least one kind of woven fabric with a raw material for forming a ceramic matrix to form a molded body, and forming the molded body with one of an electron beam and a γ ray or A step of irradiating both in an inert atmosphere to infusibilize the long fibers, and a step of heating the molded body in an inert atmosphere to densify the ceramic matrix, Manufacturing method of composite ceramics.
【請求項5】 1次元配向、2次元配向、3次元配向、
織物の少なくとも1種から成る有機金属高分子化合物の
長繊維とセラミックマトリックスを構成するための原料
とを複合化して成形体とする工程と、該成形体に電子線
及びγ線のいずれか一方又はその双方を不活性雰囲気中
で加熱しながら照射して前記長繊維を不融化処理すると
同時に前記セラミックマトリックスを緻密化する工程と
を備えたことを特徴とする複合セラミックスの製造方
法。
5. One-dimensional orientation, two-dimensional orientation, three-dimensional orientation,
A step of combining a long fiber of an organometallic polymer compound composed of at least one kind of woven fabric with a raw material for forming a ceramic matrix to form a molded body, and forming the molded body with one of an electron beam and a γ ray or A step of irradiating both the fibers with heating in an inert atmosphere to infusibilize the long fibers and at the same time densify the ceramic matrix.
【請求項6】 1次元配向、2次元配向、3次元配向、
織物の少なくとも1種から成る有機金属高分子化合物の
長繊維とセラミックマトリックスを構成するための原料
とを複合化して成形体とする工程と、該成形体に電子線
及びγ線のいずれか一方又はその双方を不活性雰囲気中
で照射して前記長繊維を不融化処理する工程と、窒化性
ガス、炭化性ガス、珪化性ガスの少なくとも1種を含む
雰囲気中で前記成形体を加熱して前記原料からセラミッ
クマトリックスを析出させて該セラミックマトリックス
を緻密化する工程とを備えたことを特徴とする複合セラ
ミックスの製造方法。
6. One-dimensional orientation, two-dimensional orientation, three-dimensional orientation,
A step of combining a long fiber of an organometallic polymer compound composed of at least one kind of woven fabric with a raw material for forming a ceramic matrix to form a molded body, and forming the molded body with one of an electron beam and a γ ray or Irradiating them both in an inert atmosphere to infusibilize the long fibers, and heating the molded body in an atmosphere containing at least one of a nitriding gas, a carbonizing gas, and a silicifying gas. Depositing a ceramic matrix from a raw material to densify the ceramic matrix.
【請求項7】 1次元配向、2次元配向、3次元配向、
織物の少なくとも1種から成る有機金属高分子化合物の
長繊維とセラミックマトリックスを構成するための原料
とを複合化して成形体とする工程と、該成形体に電子線
及びγ線のいずれか一方又はその双方を窒化性ガス、炭
化性ガス、珪化性ガスの少なくとも1種を含む雰囲気中
で加熱しながら照射して前記長繊維を不融化処理すると
同時に前記原料からセラミックマトリックスを析出させ
て該セラミックマトリックスを緻密化する工程とを備え
たことを特徴とする複合セラミックスの製造方法。
7. One-dimensional orientation, two-dimensional orientation, three-dimensional orientation,
A step of combining a long fiber of an organometallic polymer compound composed of at least one kind of woven fabric with a raw material for forming a ceramic matrix to form a molded body, and forming the molded body with one of an electron beam and a γ ray or Both are irradiated while heating in an atmosphere containing at least one of a nitriding gas, a carbonizing gas, and a silicifying gas to infusibilize the long fibers and simultaneously precipitate a ceramic matrix from the raw material to form the ceramic matrix. And a step of densifying the composite.
【請求項8】 前記有機金属高分子化合物が、シリコ
ン、チタン、ジルコニウム、クロム、アルミニウムの少
なくとも1種を含むことを特徴とする請求項4乃至7の
いずれか1項記載の複合セラミックスの製造方法。
8. The method according to claim 4, wherein the organometallic polymer compound contains at least one of silicon, titanium, zirconium, chromium, and aluminum. .
【請求項9】 前記有機金属高分子化合物が、セラミッ
クマトリックスの焼結助剤成分であるボロン、ベリリウ
ム、スカンジウム、バナジウム、鉄、セレニウム、スト
ロンチウム、ハフニウム、モリブデン、タングステン、
イットリウム、ニオブ、タンタル、希土類元素の少なく
とも1種を更に含むことを特徴とする請求項8記載の複
合セラミックスの製造方法。
9. The method according to claim 9, wherein the organometallic polymer is boron, beryllium, scandium, vanadium, iron, selenium, strontium, hafnium, molybdenum, tungsten, which is a sintering aid component of a ceramic matrix.
The method according to claim 8, further comprising at least one of yttrium, niobium, tantalum, and a rare earth element.
【請求項10】 前記加熱の後得られる前記長繊維が、
炭化珪素、Si−C−O、窒化珪素、Si−N−O、S
i−Ti−C−O、Si−Ti−N−O、Si−Ti−
N−C−O、窒化アルミニウム、Al−N−O、Al−
Ti−C−O、Al−Ti−N−O、Al−Ti−N−
C−O、Si−Al−O、Si−Al−C−O、Si−
Al−N−O、Si−Al−N−C−O、窒化クロム、
Si−Cr−C−O、Si−Cr−N−O、Si−Cr
−N−C−O、窒化ジルコニウム、Si−Zr−C−
O、Si−Zr−N−O、Si−Zr−N−C−Oの少
なくとも1種であることを特徴とする請求項4乃至7の
いずれか1項記載の複合セラミックスの製造方法。
10. The long fiber obtained after the heating,
Silicon carbide, Si-CO, silicon nitride, Si-NO, S
i-Ti-CO, Si-Ti-NO, Si-Ti-
N-C-O, aluminum nitride, Al-NO, Al-
Ti-CO, Al-Ti-NO, Al-Ti-N-
CO, Si-Al-O, Si-Al-CO, Si-
Al-NO, Si-Al-NCO, chromium nitride,
Si-Cr-CO, Si-Cr-NO, Si-Cr
—N—C—O, zirconium nitride, Si—Zr—C—
The method for producing a composite ceramic according to any one of claims 4 to 7, wherein the method is at least one of O, Si-Zr-NO, and Si-Zr-NCO.
【請求項11】 前記加熱の後得られる前記複合セラミ
ックス中の前記長繊維の前記セラミックマトリックスに
対する比が、20対80乃至80対20体積%であるこ
とを特徴とする請求項4乃至7のいずれか1項記載の複
合セラミックスの製造方法。
11. The method according to claim 4, wherein the ratio of the long fibers to the ceramic matrix in the composite ceramic obtained after the heating is 20:80 to 80: 20% by volume. The method for producing a composite ceramic according to claim 1.
【請求項12】 前記セラミックマトリックスの原料
が、Si、Al、Cr、Ti、Zr、Hf、W、Yの窒
化物、炭化物、酸化物、酸窒化物、炭窒化物の少なくと
も1種のセラミック粉末又はSi、Al、Cr、Ti、
Zrの少なくとも1種の金属粉末を含むことを特徴とす
る請求項4乃至7のいずれか1項記載の複合セラミック
スの製造方法。
12. The ceramic powder according to claim 1, wherein said ceramic matrix is made of at least one of Si, Al, Cr, Ti, Zr, Hf, W and Y nitrides, carbides, oxides, oxynitrides and carbonitrides. Or Si, Al, Cr, Ti,
The method for producing a composite ceramic according to any one of claims 4 to 7, comprising at least one kind of metal powder of Zr.
【請求項13】 前記複合セラミックスのセラミックマ
トリックスが、Si、Al、Cr、Ti、Zr、Hf、
W、Yの少なくとも1種の窒化物、炭化物、酸化物、酸
窒化物、炭窒化物を含むことを特徴とする請求項4乃至
7のいずれか1項記載の複合セラミックスの製造方法。
13. The ceramic matrix of the composite ceramic, wherein Si, Al, Cr, Ti, Zr, Hf,
The method for producing a composite ceramic according to any one of claims 4 to 7, further comprising at least one of nitrides, carbides, oxides, oxynitrides, and carbonitrides of W and Y.
【請求項14】 前記加熱中に生成する析出物が、S
i、Al、Cr、Ti、Zr、Hf、W、Yの少なくと
も1種の窒化物、炭化物、酸化物、酸窒化物、炭窒化物
からなり、ウイスカ形状又は直径5nm乃至5μmの粒
子形状をしていることを特徴とする請求項6又は7に記
載の複合セラミックスの製造方法。
14. The method according to claim 1, wherein the precipitate formed during heating is S
It is made of at least one kind of nitride, carbide, oxide, oxynitride and carbonitride of i, Al, Cr, Ti, Zr, Hf, W and Y, and has a whisker shape or a particle shape having a diameter of 5 nm to 5 μm. The method for producing a composite ceramic according to claim 6, wherein:
【請求項15】 前記加熱中に生成する析出物が、S
i、Al、Cr、Ti、Zr、Hf、W、Yの少なくと
も1種の窒化物、炭化物、酸化物、酸窒化物、炭窒化物
からなり、粒子形状で前記セラミックマトリックスの粒
内及び粒界に分散していることを特徴とする請求項6又
は7に記載の複合セラミックスの製造方法。
15. A deposit generated during the heating is formed by S
i, Al, Cr, Ti, Zr, Hf, W, and at least one of nitrides, carbides, oxides, oxynitrides, and carbonitrides, in the form of particles, within the grains and at the grain boundaries of the ceramic matrix. The method for producing a composite ceramic according to claim 6, wherein the composite ceramics are dispersed.
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