JP3060589B2 - 高温耐熱強度部材 - Google Patents
高温耐熱強度部材Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高温耐熱強度部材に係
り、特に、耐熱性、耐酸化性、耐水素劣化性に著しく優
れた高温耐熱強度部材に関する。
り、特に、耐熱性、耐酸化性、耐水素劣化性に著しく優
れた高温耐熱強度部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭素繊維／炭素複合材料（以下「ＣＣコ
ンポジット」と称す。）は、極めて優れた耐熱性を有す
る反面、耐酸化性が全くなく、また、水素劣化性もある
ことから、その利用分野が限定されるという欠点があ
る。例えば、ロケットエンジンのノズルのような高温酸
化雰囲気にさらされる用途には不適である。また、炉心
管や熱処理用、焼結用セッタでは、不活性雰囲気中、特
に水素による炭素劣化の問題がある。更に、ＣＣコンポ
ジットは、ガスや液の浸透性があるため、この点からも
用途が限定される。
ンポジット」と称す。）は、極めて優れた耐熱性を有す
る反面、耐酸化性が全くなく、また、水素劣化性もある
ことから、その利用分野が限定されるという欠点があ
る。例えば、ロケットエンジンのノズルのような高温酸
化雰囲気にさらされる用途には不適である。また、炉心
管や熱処理用、焼結用セッタでは、不活性雰囲気中、特
に水素による炭素劣化の問題がある。更に、ＣＣコンポ
ジットは、ガスや液の浸透性があるため、この点からも
用途が限定される。
【０００３】このため、ＣＣコンポジットの熱酸化性等
を向上させる目的で、従来、各種の表面処理方法が提案
されている。例えば、次の〜の方法がある。 Ｓ
ｉ蒸気又は溶融Ｓｉの含浸による表面の珪化。即ち、表
面にＳｉＣを形成する。 表面にＣＶＤ法によりＳｉ
Ｃコーティングを施す。 上記の処理後、クラックを
シールするために各種の溶融ガラス（例えば、硼珪酸ガ
ラス）を含浸する。
を向上させる目的で、従来、各種の表面処理方法が提案
されている。例えば、次の〜の方法がある。 Ｓ
ｉ蒸気又は溶融Ｓｉの含浸による表面の珪化。即ち、表
面にＳｉＣを形成する。 表面にＣＶＤ法によりＳｉ
Ｃコーティングを施す。 上記の処理後、クラックを
シールするために各種の溶融ガラス（例えば、硼珪酸ガ
ラス）を含浸する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＣＣコ
ンポジットとＳｉＣとでは熱膨張係数が大きく異なるこ
とから、前記、のように、表面にＳｉＣ層を形成し
たものでは、熱膨張差に起因するクラックが生じ、ＣＣ
コンポジットを十分に保護し得ない。の処理を施すこ
とによりクラックをシールすることができるが、クラッ
クを根本的に解決することはできない。
ンポジットとＳｉＣとでは熱膨張係数が大きく異なるこ
とから、前記、のように、表面にＳｉＣ層を形成し
たものでは、熱膨張差に起因するクラックが生じ、ＣＣ
コンポジットを十分に保護し得ない。の処理を施すこ
とによりクラックをシールすることができるが、クラッ
クを根本的に解決することはできない。
【０００５】本発明は上記従来の問題点を解決し、基材
表面に、クラック発生の少ないＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 層
を形成し、その耐酸化性及び耐水素劣化性を改善した高
温耐熱強度部材を提供することを目的とする。
表面に、クラック発生の少ないＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 層
を形成し、その耐酸化性及び耐水素劣化性を改善した高
温耐熱強度部材を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の高温耐熱強度
部材は、炭素繊維／ＳｉＣ複合材料（以下「Ｃ／ＳｉＣ
複合材料」と称す。）よりなる基材の表面に被覆層が形
成されてなる高温耐熱強度部材であって、該被覆層は、
セラミック及び耐熱金属よりなる群から選ばれる少なく
とも１種の粉末及び／又は短繊維を含み、該粉末及び／
又は短繊維同志の間隙に気相蒸着法によりＳｉＣ又はＳ
ｉ3Ｎ4 を含浸してなる表側層と、ＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4
の長繊維及び／又は短繊維を含み、該繊維同志の間隙
に気相蒸着法によりＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 を含浸してな
り、該表側層と基材との間に介在する中間層と、を備え
てなり、該被覆層は、その表面側が緻密質であり基材側
が多孔質であることを特徴とするものである。
部材は、炭素繊維／ＳｉＣ複合材料（以下「Ｃ／ＳｉＣ
複合材料」と称す。）よりなる基材の表面に被覆層が形
成されてなる高温耐熱強度部材であって、該被覆層は、
セラミック及び耐熱金属よりなる群から選ばれる少なく
とも１種の粉末及び／又は短繊維を含み、該粉末及び／
又は短繊維同志の間隙に気相蒸着法によりＳｉＣ又はＳ
ｉ3Ｎ4 を含浸してなる表側層と、ＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4
の長繊維及び／又は短繊維を含み、該繊維同志の間隙
に気相蒸着法によりＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 を含浸してな
り、該表側層と基材との間に介在する中間層と、を備え
てなり、該被覆層は、その表面側が緻密質であり基材側
が多孔質であることを特徴とするものである。
【０００７】請求項２の高温耐熱強度部材は、請求項１
の高温耐熱強度部材において、表側層を構成する粉末及
び／又は短繊維が酸化によりＢ2 Ｏ3 を生じさせるボロ
ン含有物質よりなることを特徴とする。
の高温耐熱強度部材において、表側層を構成する粉末及
び／又は短繊維が酸化によりＢ2 Ｏ3 を生じさせるボロ
ン含有物質よりなることを特徴とする。
【０００８】以下に本発明を図面を参照して詳細に説明
する。第１図は本発明の高温耐熱強度部材の一実施例を
示す模式的な断面図である。
する。第１図は本発明の高温耐熱強度部材の一実施例を
示す模式的な断面図である。
【０００９】本発明において、基材となるＣ／ＳｉＣ複
合材料１は、例えば、炭素繊維割合が３５〜６０体積
％、マトリックスであるＳｉＣの割合が２５〜４０体積
％、空孔率が１０〜３０体積％のものが好ましい。
合材料１は、例えば、炭素繊維割合が３５〜６０体積
％、マトリックスであるＳｉＣの割合が２５〜４０体積
％、空孔率が１０〜３０体積％のものが好ましい。
【００１０】このようなＣ／ＳｉＣ複合材料は、例え
ば、次のようにして製造することができる。 炭素繊
維を少量の樹脂を用いて成形した後無機化して得られる
多孔質体（プレフォーム）の空孔内へ、ＣＶＤ法等によ
りＳｉＣを蒸着させる。 焼結法。 ＳｉＣ繊維用
原料樹脂（ポリカルボシラン等）を用いて成形した後無
機化する操作を繰り返す。場合によって、更に空孔内に
ＣＶＤ法等によりＳｉＣを蒸着させる。
ば、次のようにして製造することができる。 炭素繊
維を少量の樹脂を用いて成形した後無機化して得られる
多孔質体（プレフォーム）の空孔内へ、ＣＶＤ法等によ
りＳｉＣを蒸着させる。 焼結法。 ＳｉＣ繊維用
原料樹脂（ポリカルボシラン等）を用いて成形した後無
機化する操作を繰り返す。場合によって、更に空孔内に
ＣＶＤ法等によりＳｉＣを蒸着させる。
【００１１】このようなＣ／ＳｉＣ複合材料１の表面に
形成される被覆層２は、ＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 の長繊維
及び／又は短繊維を含み、該繊維同志の間隙に気相蒸着
法によりＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 が含浸された中間層３
と、該中間層３上に形成された、セラミック及び耐熱金
属よりなる群から選ばれる少なくとも１種の粉末及び／
又は短繊維を含み、該粉末及び／又は短繊維同志の間隙
に気相蒸着法によりＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 を含浸した表
側層４とを有するものである。
形成される被覆層２は、ＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 の長繊維
及び／又は短繊維を含み、該繊維同志の間隙に気相蒸着
法によりＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 が含浸された中間層３
と、該中間層３上に形成された、セラミック及び耐熱金
属よりなる群から選ばれる少なくとも１種の粉末及び／
又は短繊維を含み、該粉末及び／又は短繊維同志の間隙
に気相蒸着法によりＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 を含浸した表
側層４とを有するものである。
【００１２】本発明において、表側層４と中間層３の粉
末と繊維とは次の〜の組み合せが可能である。
表側層が粉末のみからなる場合。この場合、中間層とし
ては、短繊維のみ；長繊維のみ；及び、短繊維と長繊
維；のいずれをも採用できる。
末と繊維とは次の〜の組み合せが可能である。
表側層が粉末のみからなる場合。この場合、中間層とし
ては、短繊維のみ；長繊維のみ；及び、短繊維と長繊
維；のいずれをも採用できる。
【００１３】 表側層が短繊維のみからなる場合。こ
の場合、中間層としては、長繊維のみ；短繊維と長繊
維；及び、短繊維のみ（ただし、表側層の短繊維とは材
質、径及び長さの少なくとも一特性が相違する。）；の
いずれをも採用できる。
の場合、中間層としては、長繊維のみ；短繊維と長繊
維；及び、短繊維のみ（ただし、表側層の短繊維とは材
質、径及び長さの少なくとも一特性が相違する。）；の
いずれをも採用できる。
【００１４】 表側層が短繊維と粉末からなる場合。
この場合、中間層としては、短繊維のみ；長繊維のみ；
及び、短繊維と長繊維；のいずれをも採用できる。
この場合、中間層としては、短繊維のみ；長繊維のみ；
及び、短繊維と長繊維；のいずれをも採用できる。
【００１５】本発明において、中間層３を構成するＳｉ
Ｃ又はＳｉ3 Ｎ4 の長繊維としては平均繊維径５〜３０
μｍのものが好ましい。また、中間層３の短繊維として
は平均繊維径０．２〜３０μｍ、平均繊維長さ２０〜２
００μｍのものが好ましい。
Ｃ又はＳｉ3 Ｎ4 の長繊維としては平均繊維径５〜３０
μｍのものが好ましい。また、中間層３の短繊維として
は平均繊維径０．２〜３０μｍ、平均繊維長さ２０〜２
００μｍのものが好ましい。
【００１６】このような中間層３は、薄過ぎると十分な
クラック防止効果が得られず、厚過ぎるとコスト高とな
って経済的ではない。従って、中間層３の厚さは０．０
５〜１．０ｍｍ程度とするのが好ましい。なお、この中
間層３は、繊維含有率が（ＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 含浸前
の割合）２〜７０体積％であることが好ましい。この繊
維含有率が２体積％未満であると、十分なクラック防止
効果が得られず、７０体積％を超えると、基材表面まで
ＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 が蒸着含浸できず、中間層３と基
材との結合が不十分になり、被覆層が剥離・脱落しやす
くなる。
クラック防止効果が得られず、厚過ぎるとコスト高とな
って経済的ではない。従って、中間層３の厚さは０．０
５〜１．０ｍｍ程度とするのが好ましい。なお、この中
間層３は、繊維含有率が（ＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 含浸前
の割合）２〜７０体積％であることが好ましい。この繊
維含有率が２体積％未満であると、十分なクラック防止
効果が得られず、７０体積％を超えると、基材表面まで
ＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 が蒸着含浸できず、中間層３と基
材との結合が不十分になり、被覆層が剥離・脱落しやす
くなる。
【００１７】このような中間層は、例えば、次の又は
の方法により形成することができる。 短繊維又は
長繊維からなる布（マット、平織、綾織等）を、Ｃ／Ｓ
ｉＣ複合材料の表面に樹脂で接着した後、無機化する。
短繊維又は長繊維を混入した樹脂をＣ／ＳｉＣ複合
材料の表面に塗布し、プレス、ヘラ等により所定の厚さ
に成形した後、無機化する。
の方法により形成することができる。 短繊維又は
長繊維からなる布（マット、平織、綾織等）を、Ｃ／Ｓ
ｉＣ複合材料の表面に樹脂で接着した後、無機化する。
短繊維又は長繊維を混入した樹脂をＣ／ＳｉＣ複合
材料の表面に塗布し、プレス、ヘラ等により所定の厚さ
に成形した後、無機化する。
【００１８】また、本発明において、表側層４を構成す
るセラミック及び耐熱金属としては、黒鉛、炭素、Ｓｉ
Ｃ、Ｂ4 Ｃ、ＡｌＮ、ＴｉＢ2、ＭｏＳｉ2 、ＴａＮ、
ＷＣ、Ｗ2 Ｃ等のセラミック、及びＷ、Ｍｏ等の耐熱金
属よりなる群から選ばれる１種又は２種以上の粉末及び
／又は短繊維が挙げられる。なお、粉末の場合、その平
均粒径は０．２〜１００μｍ程度とするのが好ましい。
また、短繊維の場合、その平均繊維径は０．２〜３０μ
ｍ、平均繊維長さは２０〜２００μｍであることが好ま
しい。
るセラミック及び耐熱金属としては、黒鉛、炭素、Ｓｉ
Ｃ、Ｂ4 Ｃ、ＡｌＮ、ＴｉＢ2、ＭｏＳｉ2 、ＴａＮ、
ＷＣ、Ｗ2 Ｃ等のセラミック、及びＷ、Ｍｏ等の耐熱金
属よりなる群から選ばれる１種又は２種以上の粉末及び
／又は短繊維が挙げられる。なお、粉末の場合、その平
均粒径は０．２〜１００μｍ程度とするのが好ましい。
また、短繊維の場合、その平均繊維径は０．２〜３０μ
ｍ、平均繊維長さは２０〜２００μｍであることが好ま
しい。
【００１９】本発明においては、特に、表側層４を構成
する粉末及び／又は短繊維が酸化によりＢ2 Ｏ3 を生じ
させるボロン（Ｂ）含有物質よりなることが好ましい。
即ち、かかるＢ含有物質よりなる表側層であれば、万が
一クラックが発生した場合でも、含有されるＢが酸素に
より酸化されてＢ2 Ｏ3 となり（２Ｂ＋２／３Ｏ2 →Ｂ
2 Ｏ3 ）、このＢ2 Ｏ3 が周囲物質と反応することによ
り生成した硼珪酸ガラスがクラックをシールする。この
ため、Ｃ／ＳｉＣ複合材料の耐酸化性、耐水素劣化性は
より確実に向上する。このようなことから、表側層を構
成する物質はＢを含有することが好ましいが、Ｂの含有
割合が過度に高いと耐熱性が低下する。従って、本発明
においては、表側層のＢ含有率（ＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4
含浸前の割合）は１〜３０重量％であることが好まし
い。なお、このようなＢを含む物質としては、ボロン、
ボロンカーバイド（Ｂ4 Ｃ）、ボロンナイトライド（Ｂ
Ｎ）等が挙げられる。
する粉末及び／又は短繊維が酸化によりＢ2 Ｏ3 を生じ
させるボロン（Ｂ）含有物質よりなることが好ましい。
即ち、かかるＢ含有物質よりなる表側層であれば、万が
一クラックが発生した場合でも、含有されるＢが酸素に
より酸化されてＢ2 Ｏ3 となり（２Ｂ＋２／３Ｏ2 →Ｂ
2 Ｏ3 ）、このＢ2 Ｏ3 が周囲物質と反応することによ
り生成した硼珪酸ガラスがクラックをシールする。この
ため、Ｃ／ＳｉＣ複合材料の耐酸化性、耐水素劣化性は
より確実に向上する。このようなことから、表側層を構
成する物質はＢを含有することが好ましいが、Ｂの含有
割合が過度に高いと耐熱性が低下する。従って、本発明
においては、表側層のＢ含有率（ＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4
含浸前の割合）は１〜３０重量％であることが好まし
い。なお、このようなＢを含む物質としては、ボロン、
ボロンカーバイド（Ｂ4 Ｃ）、ボロンナイトライド（Ｂ
Ｎ）等が挙げられる。
【００２０】本発明において、表側層の粉末及び／又は
短繊維の集積層は、その空孔率が低過ぎると十分なＳｉ
Ｃ又はＳｉ3 Ｎ4 の含浸がなされない。従って、この粉
末及び／又は短繊維の集積層の空孔率（ＳｉＣ又はＳｉ
3 Ｎ4 含浸前の割合）は５０〜９９％であることが好ま
しい。また、表側層の厚さは薄過ぎると十分なクラック
防止効果及び防食効果が得られず、厚過ぎると基材表面
までＳｉＣ又はＳｉ3Ｎ4 が蒸着含浸できず、中間層３
と基材との結合が不十分になり、被覆層が剥離・脱落し
やすくなり、また、コスト高である。従って、表側層の
粉末及び／又は短繊維の集積層の厚さは０．０２〜０．
５ｍｍ程度が好ましい。
短繊維の集積層は、その空孔率が低過ぎると十分なＳｉ
Ｃ又はＳｉ3 Ｎ4 の含浸がなされない。従って、この粉
末及び／又は短繊維の集積層の空孔率（ＳｉＣ又はＳｉ
3 Ｎ4 含浸前の割合）は５０〜９９％であることが好ま
しい。また、表側層の厚さは薄過ぎると十分なクラック
防止効果及び防食効果が得られず、厚過ぎると基材表面
までＳｉＣ又はＳｉ3Ｎ4 が蒸着含浸できず、中間層３
と基材との結合が不十分になり、被覆層が剥離・脱落し
やすくなり、また、コスト高である。従って、表側層の
粉末及び／又は短繊維の集積層の厚さは０．０２〜０．
５ｍｍ程度が好ましい。
【００２１】このような被覆層を形成するには、例え
ば、Ｃ／ＳｉＣ複合材料の表面へフェノール樹脂等の接
着剤をスプレーガン又はハケにて付着した後、中間層を
形成する短繊維及び／又は長繊維を載せ、さらに同様に
接着剤を付着した後、表側層を形成する粉末及び／又は
短繊維をふりかけ、ハケ又はヘラで余分の粉末又は短繊
維を除去し、次いで、接着剤を硬化させ、更に無機化す
る（以下、この方法を「接着法」と称す。）。
ば、Ｃ／ＳｉＣ複合材料の表面へフェノール樹脂等の接
着剤をスプレーガン又はハケにて付着した後、中間層を
形成する短繊維及び／又は長繊維を載せ、さらに同様に
接着剤を付着した後、表側層を形成する粉末及び／又は
短繊維をふりかけ、ハケ又はヘラで余分の粉末又は短繊
維を除去し、次いで、接着剤を硬化させ、更に無機化す
る（以下、この方法を「接着法」と称す。）。
【００２２】本発明の高温耐熱強度部材では、このよう
な粉末や繊維よりなる層に、ＣＶＤ法又はＣＶＩ等の気
相蒸着法によりＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 を、被覆層表面側
が緻密質、基材側が多孔質となるように、含浸、蒸着さ
せる。ここで、ＣＶＩ法又はＣＶＤ法の好適なＳｉＣの
蒸着条件の一例を下記表１に示す。
な粉末や繊維よりなる層に、ＣＶＤ法又はＣＶＩ等の気
相蒸着法によりＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 を、被覆層表面側
が緻密質、基材側が多孔質となるように、含浸、蒸着さ
せる。ここで、ＣＶＩ法又はＣＶＤ法の好適なＳｉＣの
蒸着条件の一例を下記表１に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】粉末や繊維よりなる層の表面側から、この
ような条件にてＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 を蒸着することに
より、自ずと、表面側に多量のＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 が
蒸着されて緻密質となり、基材側に少量のＳｉＣ又はＳ
ｉ3 Ｎ4 が蒸着されて多孔質となる。この結果、ＳｉＣ
又はＳｉ3 Ｎ4 含有率がその厚さ方向で表面側ほど高く
なるように変化する被覆層２が得られる。
ような条件にてＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 を蒸着することに
より、自ずと、表面側に多量のＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 が
蒸着されて緻密質となり、基材側に少量のＳｉＣ又はＳ
ｉ3 Ｎ4 が蒸着されて多孔質となる。この結果、ＳｉＣ
又はＳｉ3 Ｎ4 含有率がその厚さ方向で表面側ほど高く
なるように変化する被覆層２が得られる。
【００２５】被覆層２のうち表側層４の表面部分のＳｉ
Ｃ又はＳｉ3 Ｎ4 含浸率が小さ過ぎると、ＳｉＣ又はＳ
ｉ3 Ｎ4による耐酸化性等の改善効果が十分に得られな
いので、少なくとも表面部分は気孔がないように緻密に
する。表側層４に万が一クラックが発生した場合、表側
層４のＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 含浸率が小さ過ぎると、Ｓ
ｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 による耐酸化性等の改善効果が十分
に得られない。従って、表側層４においては、ＳｉＣ又
はＳｉ3 Ｎ4 は、体積％で１〜５０％となるように含浸
させるのが好ましい。
Ｃ又はＳｉ3 Ｎ4 含浸率が小さ過ぎると、ＳｉＣ又はＳ
ｉ3 Ｎ4による耐酸化性等の改善効果が十分に得られな
いので、少なくとも表面部分は気孔がないように緻密に
する。表側層４に万が一クラックが発生した場合、表側
層４のＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 含浸率が小さ過ぎると、Ｓ
ｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 による耐酸化性等の改善効果が十分
に得られない。従って、表側層４においては、ＳｉＣ又
はＳｉ3 Ｎ4 は、体積％で１〜５０％となるように含浸
させるのが好ましい。
【００２６】本発明において、被覆層２は、更に、表面
にＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 の気相蒸着膜６が形成されたも
のであっても良い。このような気相蒸着膜６を形成する
ことにより、耐酸化性、耐水素劣化性はより一層向上す
る。
にＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 の気相蒸着膜６が形成されたも
のであっても良い。このような気相蒸着膜６を形成する
ことにより、耐酸化性、耐水素劣化性はより一層向上す
る。
【００２７】このような本発明の高温耐熱強度部材は、
次のような用途等に極めて有用である。高温部材 ロケットエンジンのノズル等の高温部材 炉心管 熱処理用、焼結用セッタ（被処理物を置く台） ガスタービン、ジェットエンジンの燃焼器内筒、遷
移筒、静翼等の高温部材 熱電対保護管 バーナノズル耐食部材 弗化水素、王水等の容器 高温の弗化水素、王水、塩化水素等の蒸気用の炉心
管、容器耐摩耗部材 粉体噴射ノズル
次のような用途等に極めて有用である。高温部材 ロケットエンジンのノズル等の高温部材 炉心管 熱処理用、焼結用セッタ（被処理物を置く台） ガスタービン、ジェットエンジンの燃焼器内筒、遷
移筒、静翼等の高温部材 熱電対保護管 バーナノズル耐食部材 弗化水素、王水等の容器 高温の弗化水素、王水、塩化水素等の蒸気用の炉心
管、容器耐摩耗部材 粉体噴射ノズル
【００２８】
【作用】本発明の高温耐熱強度部材は、Ｃ／ＳｉＣ複合
材料の表面に、ＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 の長繊維又は短繊
維を含むＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 よりなる多孔質の中間層
を介して、セラミック及び耐熱金属よりなる群から選ば
れる少なくとも１種の粉末及び／又は短繊維とＳｉＣ又
はＳｉ3 Ｎ4 よりなり、少なくとも表面が緻密な表側層
で被覆されている。
材料の表面に、ＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 の長繊維又は短繊
維を含むＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 よりなる多孔質の中間層
を介して、セラミック及び耐熱金属よりなる群から選ば
れる少なくとも１種の粉末及び／又は短繊維とＳｉＣ又
はＳｉ3 Ｎ4 よりなり、少なくとも表面が緻密な表側層
で被覆されている。
【００２９】Ｃ／ＳｉＣ複合材料表面の中間層は、基材
のＣ／ＳｉＣ複合材料に対して応力緩和層、割れ進展防
止層として作用し、また、ＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 濃度が
傾斜し、空孔率が厚さ方向に徐々に変化する被覆層も、
基材のＣ／ＳｉＣ複合材料に対して応力緩和層として作
用するため、Ｃ／ＳｉＣ複合材料とＳｉＣ又はＳｉ3Ｎ4
との熱膨張係数の差に起因する被覆層のクラック発生
は防止される。このため、Ｃ／ＳｉＣ複合材料は、Ｓｉ
Ｃ又はＳｉ3 Ｎ4 が含浸された被覆層により、確実に保
持され、良好な耐酸化性、耐水素劣化性、気密性、水密
性が得られる。
のＣ／ＳｉＣ複合材料に対して応力緩和層、割れ進展防
止層として作用し、また、ＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 濃度が
傾斜し、空孔率が厚さ方向に徐々に変化する被覆層も、
基材のＣ／ＳｉＣ複合材料に対して応力緩和層として作
用するため、Ｃ／ＳｉＣ複合材料とＳｉＣ又はＳｉ3Ｎ4
との熱膨張係数の差に起因する被覆層のクラック発生
は防止される。このため、Ｃ／ＳｉＣ複合材料は、Ｓｉ
Ｃ又はＳｉ3 Ｎ4 が含浸された被覆層により、確実に保
持され、良好な耐酸化性、耐水素劣化性、気密性、水密
性が得られる。
【００３０】なお、Ｃ／ＳｉＣ複合材料は、ＣＣコンポ
ジットに比べて表面被覆層とのなじみが良く、クラック
が発生し難く、本発明に有効である。
ジットに比べて表面被覆層とのなじみが良く、クラック
が発生し難く、本発明に有効である。
【００３１】特に、表側層を構成する物質がＢを含む場
合には、万が一被覆層にクラックが入った場合において
も、Ｂのガラス化による目詰め作用で、基材の劣化は防
止される。
合には、万が一被覆層にクラックが入った場合において
も、Ｂのガラス化による目詰め作用で、基材の劣化は防
止される。
【００３２】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。 実施例１，比較例１ 炭素繊維含有率：４０体積％、マトリックスＳｉＣ（Ｃ
ＶＩ法ＳｉＣ）含有率：４０体積％、空孔率：２０体積
％のＣ／ＳｉＣ複合材料の表面に、ＳｉＣウィスカを混
入した樹脂を塗布し、プレスにより所定厚さに成形した
後、無機化することにより、厚さ０．３ｍｍ、ＳｉＣウ
ィスカ体積含有率２０％の短繊維層を形成した。次い
で、接着法にて、平均粒径２μｍのＡｌＮ粉末を用い
て、厚さ０．１５ｍｍ、空孔率６０体積％の粉末層を形
成した。次いで、この短繊維層及び粉末層に前記表１の
ＣＶＩ法の条件にて、ＳｉＣを含浸させた。ＳｉＣの含
浸率は、粉末層及び短繊維層に対して３０体積％とし、
更に、表面に厚さ５０μｍのＳｉＣ蒸着膜を形成した。
説明する。 実施例１，比較例１ 炭素繊維含有率：４０体積％、マトリックスＳｉＣ（Ｃ
ＶＩ法ＳｉＣ）含有率：４０体積％、空孔率：２０体積
％のＣ／ＳｉＣ複合材料の表面に、ＳｉＣウィスカを混
入した樹脂を塗布し、プレスにより所定厚さに成形した
後、無機化することにより、厚さ０．３ｍｍ、ＳｉＣウ
ィスカ体積含有率２０％の短繊維層を形成した。次い
で、接着法にて、平均粒径２μｍのＡｌＮ粉末を用い
て、厚さ０．１５ｍｍ、空孔率６０体積％の粉末層を形
成した。次いで、この短繊維層及び粉末層に前記表１の
ＣＶＩ法の条件にて、ＳｉＣを含浸させた。ＳｉＣの含
浸率は、粉末層及び短繊維層に対して３０体積％とし、
更に、表面に厚さ５０μｍのＳｉＣ蒸着膜を形成した。
【００３３】得られた高温耐熱強度部材を大気中で１３
００℃に１００時間加熱したときのＣ／ＳｉＣ複合材料
の重量減少率を調べたところ、重量減少率は０．０％で
あった。
００℃に１００時間加熱したときのＣ／ＳｉＣ複合材料
の重量減少率を調べたところ、重量減少率は０．０％で
あった。
【００３４】また、この高温耐熱強度部材について、下
記方法にて表面被覆層の緻密性を調べたところ、緻密性
は極めて良好であることが確認された。試験方法 第２図に示す如く、Ｎ2 導入管２１と圧力計２２及
び排気バルブ２７とを備えるＳＵＳ円筒２０の一端のＳ
ＵＳフランジ２３にＳＵＳ蓋２４をボルトとナット２５
を用いて取り付けて密封し、他端に被覆層２６Ａが形成
された試料２６を挿入して蓋着する。試料２６は、エポ
キシ系接着剤でＳＵＳ円筒２０に接着した後室温、常圧
で乾燥し、更に室温、１Ｔｏｒｒで２４時間乾燥する。
Ｎ2 導入管２１よりＳＵＳ円筒２０内に０．１ｋｇ
ｆ／ｃｍ2 のＮ2 を封入する。 圧力変化を調べる。
圧力低下の有無から、緻密性を評価する。即ち、圧
力低下がある場合は、緻密性に若干問題があり、圧力低
下がない場合には、緻密性良好と評価できる。一方、中
間層（短繊維層）及び表側層（粉末層）を形成せず、Ｃ
／ＳｉＣ複合材料に直接５０μｍ厚さのＣＶＤ−ＳｉＣ
コーティング膜を形成したもの（比較例１）について、
前記と同様に加熱試験を行なったところ、Ｃ／ＳｉＣ複
合材料中の炭素繊維はほぼ完全に燃焼した。
記方法にて表面被覆層の緻密性を調べたところ、緻密性
は極めて良好であることが確認された。試験方法 第２図に示す如く、Ｎ2 導入管２１と圧力計２２及
び排気バルブ２７とを備えるＳＵＳ円筒２０の一端のＳ
ＵＳフランジ２３にＳＵＳ蓋２４をボルトとナット２５
を用いて取り付けて密封し、他端に被覆層２６Ａが形成
された試料２６を挿入して蓋着する。試料２６は、エポ
キシ系接着剤でＳＵＳ円筒２０に接着した後室温、常圧
で乾燥し、更に室温、１Ｔｏｒｒで２４時間乾燥する。
Ｎ2 導入管２１よりＳＵＳ円筒２０内に０．１ｋｇ
ｆ／ｃｍ2 のＮ2 を封入する。 圧力変化を調べる。
圧力低下の有無から、緻密性を評価する。即ち、圧
力低下がある場合は、緻密性に若干問題があり、圧力低
下がない場合には、緻密性良好と評価できる。一方、中
間層（短繊維層）及び表側層（粉末層）を形成せず、Ｃ
／ＳｉＣ複合材料に直接５０μｍ厚さのＣＶＤ−ＳｉＣ
コーティング膜を形成したもの（比較例１）について、
前記と同様に加熱試験を行なったところ、Ｃ／ＳｉＣ複
合材料中の炭素繊維はほぼ完全に燃焼した。
【００３５】実施例２ 実施例１において、粉末層として、ＳｉＣ粉末（平均粒
径２μｍ）及びＢ4 Ｃ粉末（平均粒径２μｍ）の混合粉
末を用いて、接着法にて、厚さ０．１５ｍｍ、空孔率７
０体積％、Ｂ元素含有率２０重量％の粉末層を形成した
こと以外は同様にして高温耐熱強度部材を得た。
径２μｍ）及びＢ4 Ｃ粉末（平均粒径２μｍ）の混合粉
末を用いて、接着法にて、厚さ０．１５ｍｍ、空孔率７
０体積％、Ｂ元素含有率２０重量％の粉末層を形成した
こと以外は同様にして高温耐熱強度部材を得た。
【００３６】得られた高温耐熱強度部材（板材）に曲げ
荷重を負荷して被覆層の一部にクラックを発生させた
後、実施例１と同条件にて加熱して重量変化を調べたと
ころ、重量減少率は０．０％であった。なお、Ｂ4 Ｃ粉
末を用いないで同一厚さ、同一空孔率の粉末層を形成し
たこと以外は同様にして行なった場合の重量減少率は８
％であり、Ｂ4 Ｃ粉末によりより一層の耐酸化性の改善
が図れることが確認された。また、実施例１と同様にし
て表面被覆層の緻密性を調べたところ、緻密性は極めて
良好であることが確認された。
荷重を負荷して被覆層の一部にクラックを発生させた
後、実施例１と同条件にて加熱して重量変化を調べたと
ころ、重量減少率は０．０％であった。なお、Ｂ4 Ｃ粉
末を用いないで同一厚さ、同一空孔率の粉末層を形成し
たこと以外は同様にして行なった場合の重量減少率は８
％であり、Ｂ4 Ｃ粉末によりより一層の耐酸化性の改善
が図れることが確認された。また、実施例１と同様にし
て表面被覆層の緻密性を調べたところ、緻密性は極めて
良好であることが確認された。
【００３７】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の高温耐熱強
度部材によれば、耐熱性、耐酸化性、耐水素劣化性及び
ガス、液不透性が大幅に改善された高温耐熱強度部材が
提供される。特に、請求項２の高温耐熱強度部材であれ
ば、より優れた効果が奏される。
度部材によれば、耐熱性、耐酸化性、耐水素劣化性及び
ガス、液不透性が大幅に改善された高温耐熱強度部材が
提供される。特に、請求項２の高温耐熱強度部材であれ
ば、より優れた効果が奏される。
【図１】第１図は本発明の高温耐熱強度部材の一実施例
を示す模式的な断面図である。
を示す模式的な断面図である。
【図２】第２図は実施例１で用いた試験装置を示す概略
断面図である。
断面図である。
１ Ｃ／ＳｉＣ複合材料 ２ 被覆層 ３ 中間層 ４ 表側層
Claims (2)
- 【請求項１】 炭素繊維／ＳｉＣ複合材料よりなる基材
の表面に被覆層が形成されてなる高温耐熱強度部材であ
って、該被覆層は、セラミック及び耐熱金属よりなる群
から選ばれる少なくとも１種の粉末及び／又は短繊維を
含み、該粉末及び／又は短繊維同志の間隙に気相蒸着法
によりＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 を含浸してなる表側層と、
ＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 の長繊維及び／又は短繊維を含
み、該繊維同志の間隙に気相蒸着法によりＳｉＣ又はＳ
ｉ3 Ｎ4 を含浸してなり、該表側層と基材との間に介在
する中間層と、を備えてなり、該被覆層は、その表面側
が緻密質であり基材側が多孔質であることを特徴とする
高温耐熱強度部材。 - 【請求項２】 表側層を構成する粉末及び／又は短繊維
が酸化によりＢ2Ｏ3 を生じさせるボロン含有物質より
なることを特徴とする請求項１に記載の高温耐熱強度部
材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3104220A JP3060589B2 (ja) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | 高温耐熱強度部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3104220A JP3060589B2 (ja) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | 高温耐熱強度部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04332636A JPH04332636A (ja) | 1992-11-19 |
| JP3060589B2 true JP3060589B2 (ja) | 2000-07-10 |
Family
ID=14374880
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3104220A Expired - Fee Related JP3060589B2 (ja) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | 高温耐熱強度部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3060589B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104456052B (zh) * | 2014-11-27 | 2017-02-22 | 吉林大学 | 一种能提高抗扭能力的仿生复合管 |
-
1991
- 1991-05-09 JP JP3104220A patent/JP3060589B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04332636A (ja) | 1992-11-19 |
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