JP3134729B2 - 繊維結合型セラミックス及びその製法 - Google Patents
繊維結合型セラミックス及びその製法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高い強度及びきわめて高
い破壊靱性を有し、さらに１０００℃以上の空気中でも
優れた力学的特性を発現する繊維結合型セラミックス及
びその製法に関する。
い破壊靱性を有し、さらに１０００℃以上の空気中でも
優れた力学的特性を発現する繊維結合型セラミックス及
びその製法に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】特開平７−６９７４７号公
報には、Ｓｉ、Ｃ、Ｔｉ又はＺｒ、及びＯを構成元素と
する無機質繊維と、この無機質繊維の間隙を充填するよ
うに存在する、ＳｉＴｉ又はＺｒ、及びＯを構成元素と
する無機物質とから構成され、無機質繊維と無機物質と
の境界層として１〜２００ｎｍの非晶質及び／又は結晶
質の炭素からなる層が存在する無機繊維焼結体が開示さ
れている。
報には、Ｓｉ、Ｃ、Ｔｉ又はＺｒ、及びＯを構成元素と
する無機質繊維と、この無機質繊維の間隙を充填するよ
うに存在する、ＳｉＴｉ又はＺｒ、及びＯを構成元素と
する無機物質とから構成され、無機質繊維と無機物質と
の境界層として１〜２００ｎｍの非晶質及び／又は結晶
質の炭素からなる層が存在する無機繊維焼結体が開示さ
れている。
【０００３】また、上記公報には、Ｓｉ、Ｃ、Ｔｉ又は
Ｚｒ、及びＯを構成元素とする内面層と、Ｓｉ、Ｔｉ又
はＺｒ、及びＯを構成元素とする表面層とからなる無機
繊維の積層物を、不活性ガス中、５０〜１０００ｋｇ／
ｃｍ２の圧力下に、段階的に昇温して加熱焼結する無機
繊維焼結体の製法が開示されている。
Ｚｒ、及びＯを構成元素とする内面層と、Ｓｉ、Ｔｉ又
はＺｒ、及びＯを構成元素とする表面層とからなる無機
繊維の積層物を、不活性ガス中、５０〜１０００ｋｇ／
ｃｍ２の圧力下に、段階的に昇温して加熱焼結する無機
繊維焼結体の製法が開示されている。
【０００４】上記公報に記載の無機繊維焼結体は、高い
破壊エネルギー及び優れた力学的特性を示す一方で、１
３００℃を超える高温下では塑性変形的な挙動を示すこ
とがある。上記の無機繊維焼結体は構造材料として有望
なものであり、構造材料には高温下でも塑性変形的な挙
動を示さないことが望まれる。
破壊エネルギー及び優れた力学的特性を示す一方で、１
３００℃を超える高温下では塑性変形的な挙動を示すこ
とがある。上記の無機繊維焼結体は構造材料として有望
なものであり、構造材料には高温下でも塑性変形的な挙
動を示さないことが望まれる。
【０００５】従って、上記公報の開示されている無機繊
維焼結体における高い破壊エネルギー及び優れた力学的
特性を保持しつつ、同時に、１３００℃を超えるような
きわめて高い温度においても塑性変形的な挙動を示さな
い材料の開発が望まれる。
維焼結体における高い破壊エネルギー及び優れた力学的
特性を保持しつつ、同時に、１３００℃を超えるような
きわめて高い温度においても塑性変形的な挙動を示さな
い材料の開発が望まれる。
【０００６】
【課題を解決する技術的手段】本発明の目的は、上記要
望を満足する繊維結合型セラミックス及びその製法を提
供することにある。
望を満足する繊維結合型セラミックス及びその製法を提
供することにある。
【０００７】本発明によれば、（ａ）Ｓｉ、Ｍ、Ｃ及び
Ｏからなる非晶質物質、（ｂ）β−ＳｉＣ、ＭＣ及びＣ
の結晶質超微粒子と、ＳｉＯ２及びＭＯ２の非晶質物質
との集合体（ＭはＴｉ又はＺｒを示す。）、又は（ｃ）
上記（ａ）の非晶質物質と上記（ｂ）の集合体との混合
物から構成される無機質繊維と、この無機質繊維の間隙
を充填するように存在する、（ｄ）Ｓｉ及びＯ、場合に
よりＭからなる非晶質物質、（ｅ）結晶質のＳｉＯ２及
び／又はＭＯ２からなる結晶質物質、又は（ｆ）上記
（ｄ）の非晶質物質と上記（ｅ）の結晶質物質との混合
物から構成され、かつ１００ｎｍ以下の粒径のＭＣから
なる結晶質微粒子が分散した無機物質とから構成され、
さらに、上記の無機質繊維と上記の無機物質との境界層
として１〜２００ｎｍの非晶質及び／又は結晶質の炭素
からなる層が存在することを特徴とする繊維結合型セラ
ミックスが提供される。
Ｏからなる非晶質物質、（ｂ）β−ＳｉＣ、ＭＣ及びＣ
の結晶質超微粒子と、ＳｉＯ２及びＭＯ２の非晶質物質
との集合体（ＭはＴｉ又はＺｒを示す。）、又は（ｃ）
上記（ａ）の非晶質物質と上記（ｂ）の集合体との混合
物から構成される無機質繊維と、この無機質繊維の間隙
を充填するように存在する、（ｄ）Ｓｉ及びＯ、場合に
よりＭからなる非晶質物質、（ｅ）結晶質のＳｉＯ２及
び／又はＭＯ２からなる結晶質物質、又は（ｆ）上記
（ｄ）の非晶質物質と上記（ｅ）の結晶質物質との混合
物から構成され、かつ１００ｎｍ以下の粒径のＭＣから
なる結晶質微粒子が分散した無機物質とから構成され、
さらに、上記の無機質繊維と上記の無機物質との境界層
として１〜２００ｎｍの非晶質及び／又は結晶質の炭素
からなる層が存在することを特徴とする繊維結合型セラ
ミックスが提供される。
【０００８】さらに、本発明によれば、内面層と表面層
とからなる無機繊維であって、内面層が（ａ）Ｓｉ、
Ｍ、Ｃ及びＯからなる非晶質物質、（ｂ）β−ＳｉＣ、
ＭＣ及びＣの結晶質超微粒子と、ＳｉＯ２及びＭＯ２の
非晶質物質との集合体（ＭはＴｉ又はＺｒを示す。）、
又は（ｃ）上記（ａ）の非晶質物質と上記（ｂ）の集合
体との混合物から構成される無機質物質で構成され、表
面層が、（ｄ）Ｓｉ及びＯ、場合によりＭからなる非晶
質物質、（ｅ）結晶質のＳｉＯ２及び／又はＭＯ２から
なる結晶質物質、又は（ｆ）上記（ｄ）の非晶質物質と
上記（ｅ）の結晶質物質との混合物からなる無機質物質
で構成され、かつ、表面層の厚さＴ（単位μｍ）がＴ＝
ａＤ（ここで、ａは０．０２３〜０．０５３の範囲内の
数値であり、Ｄは無機繊維の直径（単位μｍ）であ
る。）を満足する無機繊維の積層物を、不活性ガス中、
５０〜１０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力下に１５５０〜１８
５０℃の範囲の温度でホットプレスすることを特徴とす
る繊維結合型セラミックスの製造方法が提供される。
とからなる無機繊維であって、内面層が（ａ）Ｓｉ、
Ｍ、Ｃ及びＯからなる非晶質物質、（ｂ）β−ＳｉＣ、
ＭＣ及びＣの結晶質超微粒子と、ＳｉＯ２及びＭＯ２の
非晶質物質との集合体（ＭはＴｉ又はＺｒを示す。）、
又は（ｃ）上記（ａ）の非晶質物質と上記（ｂ）の集合
体との混合物から構成される無機質物質で構成され、表
面層が、（ｄ）Ｓｉ及びＯ、場合によりＭからなる非晶
質物質、（ｅ）結晶質のＳｉＯ２及び／又はＭＯ２から
なる結晶質物質、又は（ｆ）上記（ｄ）の非晶質物質と
上記（ｅ）の結晶質物質との混合物からなる無機質物質
で構成され、かつ、表面層の厚さＴ（単位μｍ）がＴ＝
ａＤ（ここで、ａは０．０２３〜０．０５３の範囲内の
数値であり、Ｄは無機繊維の直径（単位μｍ）であ
る。）を満足する無機繊維の積層物を、不活性ガス中、
５０〜１０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力下に１５５０〜１８
５０℃の範囲の温度でホットプレスすることを特徴とす
る繊維結合型セラミックスの製造方法が提供される。
【０００９】まず、本発明の繊維結合型セラミックスに
ついて説明する。無機質繊維は上記の（ａ）、（ｂ）又
は（ｃ）で構成される。（ｂ）におけるβ−ＳｉＣとＭ
Ｃとはそれらの固溶体として存在することもでき、また
ＭＣは炭素欠損状態であるＭＣ１−ｘ（ｘは０以上で１
未満の数である。）として存在することもできる。無機
質繊維を構成する各元素の割合は、通常、Ｓｉ：３０〜
６０重量％、Ｍ：０．５〜３５重量％、好ましくは１〜
１０重量％、Ｃ：２５〜４０重量％、Ｏ：０．０１〜３
０重量％である。無機質繊維の相当直径は一般に５〜２
０μｍである。
ついて説明する。無機質繊維は上記の（ａ）、（ｂ）又
は（ｃ）で構成される。（ｂ）におけるβ−ＳｉＣとＭ
Ｃとはそれらの固溶体として存在することもでき、また
ＭＣは炭素欠損状態であるＭＣ１−ｘ（ｘは０以上で１
未満の数である。）として存在することもできる。無機
質繊維を構成する各元素の割合は、通常、Ｓｉ：３０〜
６０重量％、Ｍ：０．５〜３５重量％、好ましくは１〜
１０重量％、Ｃ：２５〜４０重量％、Ｏ：０．０１〜３
０重量％である。無機質繊維の相当直径は一般に５〜２
０μｍである。
【００１０】無機質繊維は、本発明の繊維結合型セラミ
ックス中に、８０体積％以上、好ましくは８５〜９１体
積％存在する。それぞれの無機質繊維の表面には、非晶
質及び結晶質の炭素が、１〜２００μｍの範囲の境界層
として層状に偏析している。そして、この無機質繊維の
間隙を充填するように、上記の（ｄ）、（ｅ）又は
（ｆ）の無機質物質が存在している。また、場所によっ
ては、無機質繊維と無機質物質とが、前記の炭素を境界
層として相互に接触していてもよい。
ックス中に、８０体積％以上、好ましくは８５〜９１体
積％存在する。それぞれの無機質繊維の表面には、非晶
質及び結晶質の炭素が、１〜２００μｍの範囲の境界層
として層状に偏析している。そして、この無機質繊維の
間隙を充填するように、上記の（ｄ）、（ｅ）又は
（ｆ）の無機質物質が存在している。また、場所によっ
ては、無機質繊維と無機質物質とが、前記の炭素を境界
層として相互に接触していてもよい。
【００１１】本発明の繊維結合型セラミックスにおいて
重要なことは、無機質繊維が円柱形最密構造にきわめて
近い状態で充填されるに十分な量で存在していること、
それぞれの無機質繊維の間隙には１００ｎｍ以下のＭＣ
からなる結晶質微粒子が分散したＳｉＯ２を主体とする
酸化物が充填されていること、及び無機質繊維の表面に
は１〜２００μｍの範囲の非晶質及び／又は結晶質の炭
素が存在していることである。前述した特開平７−６９
７４７号公報には、本発明の繊維結合型セラミックスの
特徴である、上記の（ｄ）〜（ｆ）の酸化物中にＭＣの
超微粒子が存在することについての記載がないことが理
解される。
重要なことは、無機質繊維が円柱形最密構造にきわめて
近い状態で充填されるに十分な量で存在していること、
それぞれの無機質繊維の間隙には１００ｎｍ以下のＭＣ
からなる結晶質微粒子が分散したＳｉＯ２を主体とする
酸化物が充填されていること、及び無機質繊維の表面に
は１〜２００μｍの範囲の非晶質及び／又は結晶質の炭
素が存在していることである。前述した特開平７−６９
７４７号公報には、本発明の繊維結合型セラミックスの
特徴である、上記の（ｄ）〜（ｆ）の酸化物中にＭＣの
超微粒子が存在することについての記載がないことが理
解される。
【００１２】上記の無機質繊維と酸化物との境界に存在
する炭素層及び酸化物中のＭＣは、後述する製法におけ
るホットプレスの過程で生成するが、こららの生成機構
について説明する。本発明の製法においては、前記
（ｄ）〜（ｆ）の酸化物を有する無機繊維が使用される
が、ホットプレスの過程で無機繊維内部から移動してき
た炭素が、酸化物に含有されているＭと結合することに
よりＭＣが生成すると同時に、内面層の回りに偏析する
ことによって炭素層が生成する。
する炭素層及び酸化物中のＭＣは、後述する製法におけ
るホットプレスの過程で生成するが、こららの生成機構
について説明する。本発明の製法においては、前記
（ｄ）〜（ｆ）の酸化物を有する無機繊維が使用される
が、ホットプレスの過程で無機繊維内部から移動してき
た炭素が、酸化物に含有されているＭと結合することに
よりＭＣが生成すると同時に、内面層の回りに偏析する
ことによって炭素層が生成する。
【００１３】本発明の繊維結合型セラミックスにおける
無機物質中に存在するＭＣは結晶径が１００ｎｍ以下と
微細であるため、無機物質の分散強化に重要な役割を果
たしており、無機物質内部に進展してくる亀裂に伴った
転位を抑制して破壊に対する抵抗力を増大する作用を有
する。また、上記の炭素層は、化学気相蒸着法又は化学
気相含浸法によって形成される炭素層とは異なってい
る。この炭素層は無機質繊維の内部に向かって濃度が減
少する傾斜した組成分布を有しており、繊維結合型セラ
ミックスが破壊する際の滑り層として作用し、直線的な
亀裂の進行を阻止する作用を有する。
無機物質中に存在するＭＣは結晶径が１００ｎｍ以下と
微細であるため、無機物質の分散強化に重要な役割を果
たしており、無機物質内部に進展してくる亀裂に伴った
転位を抑制して破壊に対する抵抗力を増大する作用を有
する。また、上記の炭素層は、化学気相蒸着法又は化学
気相含浸法によって形成される炭素層とは異なってい
る。この炭素層は無機質繊維の内部に向かって濃度が減
少する傾斜した組成分布を有しており、繊維結合型セラ
ミックスが破壊する際の滑り層として作用し、直線的な
亀裂の進行を阻止する作用を有する。
【００１４】繊維結合型セラミックスにおける無機物質
を構成する各元素の割合は、通常、Ｓｉ：２０〜６５重
量％、Ｍ：０．３〜４０重量％、好ましくは１〜１５重
量％、Ｏ：３０〜５５重量％であり、場合によっては５
重量％以下の炭素を含むことがある。
を構成する各元素の割合は、通常、Ｓｉ：２０〜６５重
量％、Ｍ：０．３〜４０重量％、好ましくは１〜１５重
量％、Ｏ：３０〜５５重量％であり、場合によっては５
重量％以下の炭素を含むことがある。
【００１５】つきに本発明の繊維結合型セラミックスの
製法について説明する。本発明で原料として使用される
無機繊維は、例えば特開昭６２−２８９６４１号公報に
記載の方法に従って、上記の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）
から構成される無機繊維を、酸化性雰囲気下に５００〜
１６００℃の範囲の温度で加熱することによって調製す
ることができる。この無機繊維（Ｍ：Ｔｉ）は宇部興産
株式会社からチラノ繊維（登録商標）として市販されて
いる。無機繊維の形態については特別の制限はなく、連
続繊維、連続繊維を切断したチョップ状短繊維、あるい
は連続繊維を一方向に引き揃えたシート状物又は織物で
あることができる。
製法について説明する。本発明で原料として使用される
無機繊維は、例えば特開昭６２−２８９６４１号公報に
記載の方法に従って、上記の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）
から構成される無機繊維を、酸化性雰囲気下に５００〜
１６００℃の範囲の温度で加熱することによって調製す
ることができる。この無機繊維（Ｍ：Ｔｉ）は宇部興産
株式会社からチラノ繊維（登録商標）として市販されて
いる。無機繊維の形態については特別の制限はなく、連
続繊維、連続繊維を切断したチョップ状短繊維、あるい
は連続繊維を一方向に引き揃えたシート状物又は織物で
あることができる。
【００１６】上記の酸化性雰囲気での加熱処理によって
無機繊維の表面に形成される前記の（ｄ）、（ｅ）又は
（ｆ）からなる無機質物質の表面層の厚さＴ（μｍ）
が、Ｔ＝ａＤ（ここで、ａは０．０２３〜０．０５３の
範囲内の数値であり、Ｄは無機繊維の直径（単位μｍ）
である。）を満足するように、加熱処理条件を選択する
ことが必要である。表面層の厚さを上記範囲に厳密に制
御することにより、無機繊維の含有率が８０体積％以上
の繊維結合型セラミックスを調製することが可能にな
る。
無機繊維の表面に形成される前記の（ｄ）、（ｅ）又は
（ｆ）からなる無機質物質の表面層の厚さＴ（μｍ）
が、Ｔ＝ａＤ（ここで、ａは０．０２３〜０．０５３の
範囲内の数値であり、Ｄは無機繊維の直径（単位μｍ）
である。）を満足するように、加熱処理条件を選択する
ことが必要である。表面層の厚さを上記範囲に厳密に制
御することにより、無機繊維の含有率が８０体積％以上
の繊維結合型セラミックスを調製することが可能にな
る。
【００１７】ａの値が下限より小さいと、無機繊維表面
に存在する表面層は、最密充填された無機質繊維の間隙
を完全に充填するには不十分であり、結果として、最終
製品である繊維結合型セラミックスにおける無機質繊維
の間隙には欠陥としての空隙が残存することになり、最
終製品の力学的特性に悪影響を及ぼす。ａの値が０．０
５３より大きいと、相対的に無機質繊維間隙に存在する
無機物質の体積％が多くなって無機質繊維の体積含有率
の低下をもたらし、結果として、無機質繊維の最密充填
から遠のくために、最終製品の繊維結合型セラミックス
の高温下でのずり変形が起こりやすくなり、最終製品が
高温下で好ましくない塑性変形的な挙動を示すようにな
る。
に存在する表面層は、最密充填された無機質繊維の間隙
を完全に充填するには不十分であり、結果として、最終
製品である繊維結合型セラミックスにおける無機質繊維
の間隙には欠陥としての空隙が残存することになり、最
終製品の力学的特性に悪影響を及ぼす。ａの値が０．０
５３より大きいと、相対的に無機質繊維間隙に存在する
無機物質の体積％が多くなって無機質繊維の体積含有率
の低下をもたらし、結果として、無機質繊維の最密充填
から遠のくために、最終製品の繊維結合型セラミックス
の高温下でのずり変形が起こりやすくなり、最終製品が
高温下で好ましくない塑性変形的な挙動を示すようにな
る。
【００１８】前記の酸化性雰囲気の具体例としては、空
気、純酸素、オゾン、水蒸気、炭酸ガスが挙げられる。
選択する酸化性雰囲気の種類により原料無機繊維の酸化
速度は異なるが、いずれの雰囲気においても、上記した
ように、表面層の厚さを制限を満足する酸化時間内で処
理を行うことが重要である。
気、純酸素、オゾン、水蒸気、炭酸ガスが挙げられる。
選択する酸化性雰囲気の種類により原料無機繊維の酸化
速度は異なるが、いずれの雰囲気においても、上記した
ように、表面層の厚さを制限を満足する酸化時間内で処
理を行うことが重要である。
【００１９】本発明においては、上記の無機繊維からな
る積層物を作成し、ついで所望の形状に成形した後に、
不活性ガス中でホットプレスすることにより、最終製品
である繊維結合型セラミックスが得られる。ホットプレ
スする際の圧力は５０〜１０００ｋｇ／ｃｍ２であり、
温度は１５５０〜１８５０℃の範囲である。
る積層物を作成し、ついで所望の形状に成形した後に、
不活性ガス中でホットプレスすることにより、最終製品
である繊維結合型セラミックスが得られる。ホットプレ
スする際の圧力は５０〜１０００ｋｇ／ｃｍ２であり、
温度は１５５０〜１８５０℃の範囲である。
【００２０】Ｓｉ、Ｍ及びＯを含有する無機繊維の表面
層は１５５０〜１６００℃の範囲の温度で液相を形成す
るが、無機繊維の内部から出てくる炭素を液相中に存在
するＭと効果的に反応させてＭＣを生成させるために、
少なくとも１５５０℃以上のホットプレス温度が必要で
ある。ホットプレス温度が１８５０℃より高くなると、
上記の液相の粘性がきわめて低くなり、生成したＭＣの
移動度が大きくなってＭＣ同士の衝突頻度が増大して、
ＭＣの異常粒成長が起こると共に、ＭＣが無機質繊維と
無機物質との境界部に偏析し、粒子分散機能を果たせな
い状態になる。
層は１５５０〜１６００℃の範囲の温度で液相を形成す
るが、無機繊維の内部から出てくる炭素を液相中に存在
するＭと効果的に反応させてＭＣを生成させるために、
少なくとも１５５０℃以上のホットプレス温度が必要で
ある。ホットプレス温度が１８５０℃より高くなると、
上記の液相の粘性がきわめて低くなり、生成したＭＣの
移動度が大きくなってＭＣ同士の衝突頻度が増大して、
ＭＣの異常粒成長が起こると共に、ＭＣが無機質繊維と
無機物質との境界部に偏析し、粒子分散機能を果たせな
い状態になる。
【００２１】
【実施例】以下に実施例及び比較例を示す。以下におい
て、最終製品の力学的特性はつぎのようにして測定し
た。 層間剪断強度 幅６ｍｍ、高さ３ｍｍ、長さ２１ｍｍの一方向強化材を
用い、スパン間距離１０ｍｍで、ＪＩＳ Ｋ７０５７に
準じて測定した。 室温４点曲げ強度 島津製オートグラフ（ＤＳＳ−５００）を用いて測定し
た。試験片は、幅４ｍｍ、高さ３ｍｍ、長さ４０ｍｍの
一方向強化材を用い、上部支点間距離１０ｍｍ、下部支
点間距離３０ｍｍで行った。 準静的破壊エネルギー ＪＩＳ Ｒ１６０７に準じて、シェブロンノッチ試験片
を用いた３点曲げ試験により測定した。なお、支点間距
離は３０プラス・マイナス０．５ｍｍとした。
て、最終製品の力学的特性はつぎのようにして測定し
た。 層間剪断強度 幅６ｍｍ、高さ３ｍｍ、長さ２１ｍｍの一方向強化材を
用い、スパン間距離１０ｍｍで、ＪＩＳ Ｋ７０５７に
準じて測定した。 室温４点曲げ強度 島津製オートグラフ（ＤＳＳ−５００）を用いて測定し
た。試験片は、幅４ｍｍ、高さ３ｍｍ、長さ４０ｍｍの
一方向強化材を用い、上部支点間距離１０ｍｍ、下部支
点間距離３０ｍｍで行った。 準静的破壊エネルギー ＪＩＳ Ｒ１６０７に準じて、シェブロンノッチ試験片
を用いた３点曲げ試験により測定した。なお、支点間距
離は３０プラス・マイナス０．５ｍｍとした。
【００２２】実施例１ 繊維径１０μｍのチラノ繊維（登録商標：宇部興産株式
会社製）を１１００℃の空気中で１７時間加熱処理して
原料の無機繊維を得た。繊維表面にはａ＝０．０２７に
相当する平均約２７０ｎｍの均一な表面層が形成されて
いた。この無機繊維を一方向に引き揃えた厚さ１５０μ
ｍのシート状物１５０枚を積層した後、９０×９０ｍｍ
角に切断し、ホットプレスのカーボンダイス中にセット
し、アルゴン気流下に５００ｋｇ／ｃｍ２の圧力下に、
１７５０℃まで昇温し、同温度に１時間保持して繊維結
合型セラミックスを得た。
会社製）を１１００℃の空気中で１７時間加熱処理して
原料の無機繊維を得た。繊維表面にはａ＝０．０２７に
相当する平均約２７０ｎｍの均一な表面層が形成されて
いた。この無機繊維を一方向に引き揃えた厚さ１５０μ
ｍのシート状物１５０枚を積層した後、９０×９０ｍｍ
角に切断し、ホットプレスのカーボンダイス中にセット
し、アルゴン気流下に５００ｋｇ／ｃｍ２の圧力下に、
１７５０℃まで昇温し、同温度に１時間保持して繊維結
合型セラミックスを得た。
【００２３】得られた繊維結合型セラミックスの無機質
繊維の含有率は８９体積％であった。無機質繊維の間隙
に存在する無機物質を透過型電子顕微鏡、制限視野電子
線回折装置及びエネルギー分散型Ｘ線分析装置で観察し
た結果、無機物質中には粒径１００ｎｍ以下のＴｉＣ粒
子の分散が認められた。また、無機質繊維と無機物質と
の界面には薄い境界炭素層の生成が認められた。図１は
上記の透過型電子顕微鏡像であり、上述のＴｉＣの分散
状態並びに境界炭素層の生成状態が分かる。
繊維の含有率は８９体積％であった。無機質繊維の間隙
に存在する無機物質を透過型電子顕微鏡、制限視野電子
線回折装置及びエネルギー分散型Ｘ線分析装置で観察し
た結果、無機物質中には粒径１００ｎｍ以下のＴｉＣ粒
子の分散が認められた。また、無機質繊維と無機物質と
の界面には薄い境界炭素層の生成が認められた。図１は
上記の透過型電子顕微鏡像であり、上述のＴｉＣの分散
状態並びに境界炭素層の生成状態が分かる。
【００２４】この繊維結合型セラミックスの層間剪断強
度は約１００ＭＰａ、室温４点曲げ強度は７８０ＭＰ
ａ、準静的破壊エネルギーは約８８００Ｊ／ｍ２であっ
た。準静的破壊エネルギーの値は炭素繊維で強化された
炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）の値に匹敵し、ま
た、層間剪断強度及び室温４点曲げ強度は、いずれも、
Ｃ／Ｃコンポジットのそれらを大幅に上回っている。こ
の繊維結合型セラミックスの１４００℃の空気中におけ
る４点曲げ試験の測定結果を図２に示す。図２から、こ
の繊維結合型セラミックスは１４００℃の空気中におい
ても塑性変形的な挙動を示しておらず、室温強度を保持
していることが分かる。
度は約１００ＭＰａ、室温４点曲げ強度は７８０ＭＰ
ａ、準静的破壊エネルギーは約８８００Ｊ／ｍ２であっ
た。準静的破壊エネルギーの値は炭素繊維で強化された
炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）の値に匹敵し、ま
た、層間剪断強度及び室温４点曲げ強度は、いずれも、
Ｃ／Ｃコンポジットのそれらを大幅に上回っている。こ
の繊維結合型セラミックスの１４００℃の空気中におけ
る４点曲げ試験の測定結果を図２に示す。図２から、こ
の繊維結合型セラミックスは１４００℃の空気中におい
ても塑性変形的な挙動を示しておらず、室温強度を保持
していることが分かる。
【００２５】比較例１ 繊維径１０μｍのチラノ繊維（登録商標：宇部興産株式
会社製）を１１５０℃の空気中で２３時間加熱処理して
原料の無機繊維を得た。繊維表面にはａ＝０．０７２に
相当する平均約７２０ｎｍの均一な表面層が形成されて
いた。この無機繊維を使用した以外は実施例１における
と同様にして、繊維結合型セラミックスを得た。
会社製）を１１５０℃の空気中で２３時間加熱処理して
原料の無機繊維を得た。繊維表面にはａ＝０．０７２に
相当する平均約７２０ｎｍの均一な表面層が形成されて
いた。この無機繊維を使用した以外は実施例１における
と同様にして、繊維結合型セラミックスを得た。
【００２６】この繊維結合型セラミックスの無機質繊維
の含有率は７２体積％と低かった。但し、実施例１で得
られたものと同様に、無機質繊維の間隙に存在する無機
物質中には粒径１００ｎｍ以下のＴｉＣ粒子の分散が認
められ、無機質繊維と無機物質との界面には薄い均一な
境界炭素層の生成が認められた。
の含有率は７２体積％と低かった。但し、実施例１で得
られたものと同様に、無機質繊維の間隙に存在する無機
物質中には粒径１００ｎｍ以下のＴｉＣ粒子の分散が認
められ、無機質繊維と無機物質との界面には薄い均一な
境界炭素層の生成が認められた。
【００２７】この繊維結合型セラミックスの室温４点曲
げ強度は７２０ＭＰａであり、準静的破壊エネルギーも
約８３０Ｊ／ｍ２と高かったが、１４００℃における４
点曲げ試験の測定結果は、図３に示すように、塑性変形
的な挙動を示し、強度も低下していた。
げ強度は７２０ＭＰａであり、準静的破壊エネルギーも
約８３０Ｊ／ｍ２と高かったが、１４００℃における４
点曲げ試験の測定結果は、図３に示すように、塑性変形
的な挙動を示し、強度も低下していた。
【００２８】比較例２ ホットプレス温度を１９００℃に変更した以外は実施例
１を繰り返して、繊維結合型セラミックスを得た。得ら
れた繊維結合型セラミックスの室温４点曲げ強度を準静
的破壊エネルギーは、それぞれ、７６５ＭＰａ及び８７
２０Ｊ／ｍ２と良好であった。しかし、透過型電子顕微
鏡像観察の結果、無機質繊維間の無機物質中に存在する
ＴｉＣ結晶は、食い合いによる異常粒成長を起こしてお
り、また、無機質繊維近傍に存在していることから、粒
子分散の効果を示さず、層間剪断強度は４０ＭＰａ程度
であった。
１を繰り返して、繊維結合型セラミックスを得た。得ら
れた繊維結合型セラミックスの室温４点曲げ強度を準静
的破壊エネルギーは、それぞれ、７６５ＭＰａ及び８７
２０Ｊ／ｍ２と良好であった。しかし、透過型電子顕微
鏡像観察の結果、無機質繊維間の無機物質中に存在する
ＴｉＣ結晶は、食い合いによる異常粒成長を起こしてお
り、また、無機質繊維近傍に存在していることから、粒
子分散の効果を示さず、層間剪断強度は４０ＭＰａ程度
であった。
【図１】図１は、実施例１で得られた繊維結合型セラミ
ックスの粒子構造を示す図面に代わる透過電子顕微鏡写
真である。
ックスの粒子構造を示す図面に代わる透過電子顕微鏡写
真である。
【図２】図２は、実施例１で得られた繊維結合型セラミ
ックスの１４００℃における４点曲げ試験結果を示す図
である。
ックスの１４００℃における４点曲げ試験結果を示す図
である。
【図３】図３は、比較例１で得られた繊維結合型セラミ
ックスの１４００℃における４点曲げ試験結果を示す図
である。
ックスの１４００℃における４点曲げ試験結果を示す図
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神徳 泰彦 山口県宇部市大字小串1978番地の５ 宇 部興産株式会社宇部研究所内 審査官 三崎 仁 (56)参考文献 特開 平７−69747（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−172949（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−87657（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/80
Claims (2)
- 【請求項１】（ａ）Ｓｉ、Ｍ、Ｃ及びＯからなる非晶質
物質、（ｂ）β−ＳｉＣ、ＭＣ及びＣの結晶質超微粒子
と、ＳｉＯ２及びＭＯ２の非晶質物質との集合体（Ｍは
Ｔｉ又はＺｒを示す。）、又は（ｃ）上記（ａ）の非晶
質物質と上記（ｂ）の集合体との混合物を含有する無機
質繊維と、この無機質繊維の間隙を充填するように存在
する、（ｄ）Ｓｉ及びＯ、場合によりＭからなる非晶質
物質、（ｅ）結晶質のＳｉＯ２及び／又はＭＯ２からな
る結晶質物質、又は（ｆ）上記（ｄ）の非晶質物質と上
記（ｅ）の結晶質物質との混合物を含有し、かつ１００
ｎｍ以下の粒径のＭＣからなる結晶質微粒子が分散した
無機物質とからなり、上記無機質繊維の含有量が８０体
積％以上であり、さらに、上記の無機質繊維と上記の無
機物質との境界層として１〜２００ｎｍの非晶質及び／
又は結晶質の炭素からなる層が存在することを特徴とす
る繊維結合型セラミックス。 - 【請求項２】内面層と表面層とからなる無機繊維であっ
て、内面層が（ａ）Ｓｉ、Ｍ、Ｃ及びＯからなる非晶質
物質、（ｂ）β−ＳｉＣ、ＭＣ及びＣの結晶質超微粒子
と、ＳｉＯ２及びＭＯ２の非晶質物質との集合体（Ｍは
Ｔｉ又はＺｒを示す。）、又は（ｃ）上記（ａ）の非晶
質物質と上記（ｂ）の集合体との混合物を含有する無機
質物質で構成され、表面層が、（ｄ）Ｓｉ及びＯ、場合
によりＭからなる非晶質物質、（ｅ）結晶質のＳｉＯ２
及び／又はＭＯ２からなる結晶質物質、又は（ｆ）上記
（ｄ）の非晶質物質と上記（ｅ）の結晶質物質との混合
物を含有する無機質物質で構成され、かつ、表面層の厚
さＴ（単位μｍ）がＴ＝ａＤ（ここで、ａは０．０２３
〜０．０５３の範囲内の数値であり、Ｄは無機繊維の直
径（単位μｍ）である。）を満足する無機繊維の積層物
を、不活性ガス中、５０〜１０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力
下に１５５０〜１８５０℃の範囲の温度でホットプレス
することを特徴とする繊維結合型セラミックスの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07242262A JP3134729B2 (ja) | 1995-08-17 | 1995-08-17 | 繊維結合型セラミックス及びその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07242262A JP3134729B2 (ja) | 1995-08-17 | 1995-08-17 | 繊維結合型セラミックス及びその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0952776A JPH0952776A (ja) | 1997-02-25 |
| JP3134729B2 true JP3134729B2 (ja) | 2001-02-13 |
Family
ID=17086655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07242262A Expired - Lifetime JP3134729B2 (ja) | 1995-08-17 | 1995-08-17 | 繊維結合型セラミックス及びその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3134729B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69819086T2 (de) | 1997-07-22 | 2004-05-13 | Ube Industries, Ltd., Ube | Gesinterter Werkstoff aus verbundenen Siliciumcarbidfasern |
| JP2001072475A (ja) * | 1999-08-31 | 2001-03-21 | Ube Ind Ltd | 高温構造体用締結構造要素 |
| JP4239684B2 (ja) * | 2002-08-09 | 2009-03-18 | 宇部興産株式会社 | 高耐熱性無機繊維結合型セラミックス部材及びその製造方法 |
| JP5549314B2 (ja) * | 2009-03-27 | 2014-07-16 | 宇部興産株式会社 | 無機繊維質セラミックス多孔体及びその複合体、並びにそれらの製造方法 |
| JP5910728B2 (ja) | 2012-03-29 | 2016-04-27 | 宇部興産株式会社 | 無機繊維結合型セラミックスの製造方法 |
-
1995
- 1995-08-17 JP JP07242262A patent/JP3134729B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0952776A (ja) | 1997-02-25 |
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