JP3137371B2 - セラミツク・マトリツクス複合物構造体 - Google Patents

セラミツク・マトリツクス複合物構造体

Info

Publication number
JP3137371B2
JP3137371B2 JP03199814A JP19981491A JP3137371B2 JP 3137371 B2 JP3137371 B2 JP 3137371B2 JP 03199814 A JP03199814 A JP 03199814A JP 19981491 A JP19981491 A JP 19981491A JP 3137371 B2 JP3137371 B2 JP 3137371B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
composite structure
fibers
ceramic
carbon
silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP03199814A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH04231386A (ja
Inventor
ポール・エドワード・グレイ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EI Du Pont de Nemours and Co
Original Assignee
EI Du Pont de Nemours and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EI Du Pont de Nemours and Co filed Critical EI Du Pont de Nemours and Co
Publication of JPH04231386A publication Critical patent/JPH04231386A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3137371B2 publication Critical patent/JP3137371B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24355—Continuous and nonuniform or irregular surface on layer or component [e.g., roofing, etc.]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24942—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including components having same physical characteristic in differing degree
    • Y10T428/2495—Thickness [relative or absolute]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/26—Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension
    • Y10T428/263—Coating layer not in excess of 5 mils thick or equivalent
    • Y10T428/264—Up to 3 mils
    • Y10T428/265—1 mil or less
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/30—Self-sustaining carbon mass or layer with impregnant or other layer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Sealing Material Composition (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、改良されたセラミック・マトリ
ックス複合物に関する。そのような複合物は高温と熱衝
撃に対する安定性を必要とする用途に使用されてきた。
そのような用途の１つは高性能ジェットエンジにおける
セラミック・マトリックス排気系部品の使用である。
【０００２】セラミック・マトリックス複合物製品が金
属よりも高い使用温度に耐えうるとしても、より高温へ
の反復露呈及びより苛酷な熱衝撃に耐える複合物が、絶
えず必要とされている。複合物構造体の苛酷な環境にお
ける劣化の主要な原因の１つは酸化である。他の問題は
熱的変化の間の高温度への反復露呈による性質の悪化で
ある。
【０００３】これらの問題を解決するために多くの試み
がなされてきた。１つの方法は本来酸化に耐える複合物
に対して材料を選別することであった。炭化珪素繊維を
炭素繊維の代りに用いることはこの方法の１つの例であ
る。しかしながら、耐酸化性の材料ほど、容易に酸化さ
れうる材料と同一の程度の強度を有し得ない。更に例え
酸化性の炭素繊維を耐酸化性の繊維で置き換えても、多
くの複合物は一般に熱分解炭素又は他の材料である境界
接合層を用いるが、これも酸化にさらされる。更に繊維
とマトリックス材料間或いはマトリックス材料と外側コ
ーティング間の熱膨張係数の相違は亀裂、酸化、及び降
伏の原因となりうる。基材とコーティング間及び繊維と
マトリックス間の熱膨張係数の相違に基づく問題は、多
くを、繊維とマトリックスが同一の材料である複合物へ
の努力に集中させてきた。
【０００４】複合物の酸化を克服する他の手法は酸化禁
止剤としてガラス形成材を使用することであった。これ
らの材料はマトリックス上の層として、またマトリック
ス自体に対する添加剤として使用されてきた。ホウ素の
ような材料は、酸化された時に酸素が複合物中に入る通
路を満し且つ更なる酸化を防止するシーリング・ガラス
を形成する。多くの特許は炭素−炭素複合物における酸
化禁止剤としてのガラス形成材の使用を教示している。
参照、米国特許第４，７９５，６７７号、第４，８９
４，２８６号、第４，８９２，７９０号、及び第４，５
９９，２５６号。進歩はしているにもかかわらず、高温
と大きい熱衝撃並びに高湿度に耐えうる複合材料に対す
る需要が現存している。本発明は容易に製造でき且つ従
来公知の複合物よりも大きい耐酸化性を示す複合材料を
提供する。この耐酸化性は、繰返しの高温への露呈、高
湿度の条件及び高温低圧条件において示される。
【０００５】本発明の複合物は構造を強化するために繊
維を用いる。繊維は炭素繊維又はセラミック繊維のいず
れであってもよい。勿論炭素繊維はその優れた性質のた
めに好適である。セラミック繊維の中ではＳｉＣ及びＳ
ｉ3Ｎ4は熱機械的性質及び同様の好適なマトリックス材
料との親和性のために好適である。
【０００６】繊維は境界接合（ｄｅｂｏｎｄｉｎｇ）層
により包囲されている。この層は、各繊維の周囲に又は
繊維束の周囲に位置するということを意味して、繊維と
良く接触している。この層は繊維をマトリックス材料か
ら分離している。層の厚さは０．０５〜２μｍであり、
好ましくは０．２〜１．２μｍである、境界接合層の好
適な材料は熱分解炭素及び窒化ホウ素であるが、炭素は
より好適な材料である。本発明は繊維又は境界層のいず
れか或いは双方が炭素である複合構造に関する。
【０００７】繊維及び境界接合層との共有の広がりは酸
素捕捉シーラント（ｓｅａｌａｎｔ）形成領域である。
この領域はＢ2Ｏ3前駆体、即ち酸素の存在下に酸化され
てＢ2Ｏ3を形成するホウ素又はホウ素化合物を含有す
る。これらの中で金属ホウ素、Ｂ4Ｃ、ＳｉＢ6及びＢＮ
は好適である。酸素捕捉シーラント形成領域の、繊維及
び境界接合層の合計の重量に対する重量比は０．０５〜
０．７、好ましくは０．３５〜０．４５である。好適な
具体例において、酸素捕捉シーラント形成領域も珪素源
を含む。更に好適な具体例において、珪素源はＳｉＯ2
前駆体であり、即ち珪素又は珪素化合物は酸素の存在下
にＳｉＯ2に酸化されうる。これらの具体例において、
酸素捕捉シーラント形成領域におけるホウ素と珪素のモ
ル比は１：１〜１０：１である。
【０００８】本発明の構造体はセラミック材料のマトリ
ックスも含む。好適なものは珪素を含むマトリックスで
ある。耐酸化性マトリックス材料例えばＳｉＣ及びＳｉ
3Ｎ4はより好適である。他のセラミック材料も包含され
るが、好適なマトリックスはホウ素又はホウ素化合物を
実質的に含まない。全セラミック・マトリックスの複合
構造体はマトリックスと同一の材料であってよい外側コ
ーティングに包囲されていてよい。そのようなコーティ
ングはガラス形成層によってマトリックス材料から分離
することができる。
【０００９】好適な構造体において、繊維は炭素であ
り、酸素捕捉シーラント形成領域はホウ素、Ｂ4Ｃ、Ｓ
ｉＢ6又はＢＮであり、マトリックスはＳｉＣである。
他に好適な構造体は、炭素又はＳｉ3Ｎ4を繊維として、
炭素を境界接合層として、ホウ素、Ｂ4Ｃ、ＳｉＢ6又は
ＢＮを酸素捕捉シーラント形成領域として、及びＳｉ3
Ｎ4をマトリックスとして使用しうる。最も好適なもの
は、繊維が炭素であり、境界接合層が炭素であり、酸素
捕捉シーラント形成領域がホウ素、Ｂ4Ｃ、ＳｉＢ6又は
ＢＮであり、そしてマトリックスがＳｉＣである構造体
である。
【００１０】図１は実施例に記述する酸化選別試験にお
ける時間と温度のグラフである。
【００１１】図２は実施例１に記述した試料の、図１に
例示した温度サイクルを含む酸化試験に供した時の重量
変化のプロットである。
【００１２】本発明の複合構造体は、繊維予備成形物に
連続コーティングを適用することによって製造される。
繊維はグラファイトのような炭素繊維であってよく、或
いはセラミック繊維であってもよい。これらは布に織ら
れ、或いは個々の繊維は２又は３次元配列で配列されて
最終構造体の所望の程度の強化を提供することができ
る。
【００１３】好適であるセラミック繊維、ＳｉＣ及びＳ
ｉ3Ｎ4を規定するために用いる術語は、純粋な繊維及び
主にＳｉＣ又はＳｉ3Ｎ4であるが、いくらか他の元素も
含有しうる繊維の双方を包含するものとする。例えばあ
る商業的な「ＳｉＣ」繊維のニカロン（Ｎｉｃａｌｏ
ｎ）（日本カーボンの商品名）はＳｉＣのほかに酸素並
びに過剰の炭素を含有する。
【００１４】予備成形物はコーティングされて、亀裂の
伝播エネルギーを吸収するのに役立ち且つマトリックス
中に亀裂が生じた時の繊維の破断を防止するのに役立つ
境界接合層を形成する。そのような境界接合層及びこれ
を繊維の予備成形物に適用する方法は、本明細書に参考
文献として引用される米国特許第４，７５２，５０３号
に教示されている。適当な境界接合材料、即ち炭素又は
窒化ホウ素は化学的蒸気浸潤法で繊維上に付着せしめら
れて、個々の繊維又は繊維の束を包囲し、これをマトリ
ックス材料から分離する層を形成する。この層は好まし
くは連続している。
【００１５】酸素捕捉シーラント形成領域も適用され
る。本明細書で用いる如き領域とは、酸素捕捉シーラン
ト形成が、繊維の間に分布した不連続的な粒状物充填材
であり且つ繊維及び境界接合層と実質的に共通の広がり
をもつが、マトリックス中に広がっていないということ
を示す。酸素捕捉シーラント形成領域のホウ素は高温下
に存在する酸素に対して高い親和性を有するから、及び
生成するホウ素亜酸化物も酸素に対して高親和性と高拡
散性を有するから、不連続的な領域でさえ、下に存在す
る繊維及び境界接合層に対し、即ち少くとも１つが炭素
であり且つ容易に酸化されるものに対して十分な保護を
提供しうる。
【００１６】酸素捕捉シーラント形成領域のホウ素又は
ホウ素化合物は酸素と容易に反応してガラスを形成し、
これが存在するミクロな亀裂中に広がり、従って酸素の
更なる侵入を遅らせる。Ｂ2Ｏ3前駆体及びＳｉＯ2又は
ＳｉＯ2前駆体の双方を含む領域は酸素の存在下に酸化
されて、高粘度の及びＢ2Ｏ3ガラスによって付与される
よりも大きい耐酸素透過性のボロシリケートガラスを形
成する。しかしながら、例え領域がＳｉＯ2又はＳｉＯ2
前駆体を含有しないとしても、珪素をある形で含有する
本発明の好適なセラミック・マトリックスにおいて、珪
素は取り囲むマトリックスから溶解し且つ酸化を受けて
ボロシリケートガラスを形成し、斯くして改良された保
護を与える。
【００１７】領域に分散した適当な酸素捕捉材料は予備
成形物上に噴霧することができ、或いは予備成形物をそ
のような分散液に浸漬することができる。他に繊維又は
予備成形物を作る繊維トウをそのように処理してもよ
い。次いでコーティングされた予備成形物を加熱して樹
脂を除去する。この樹脂は、マトリックス材料の適用前
にコーティングした予備成形物を加熱した時に炭を残さ
ないものであるべきである。アクリル樹脂はそのような
樹脂の１つの例である。そのような分散液中の粒子は適
用中に容易に懸濁液中に留まるのに十分細かいが、しか
し続く予備成形物のＣＶＩ浸潤を干渉する程細かくある
べきでない。これを境界接合層の適用前に繊維及び／又
は予備成形物に先ず適用することは簡便である。このよ
うに適用される酸素捕捉シーラント形成材料は、それが
続くＣＶＩによる境界接合層の適用を妨害するような程
度まで繊維を被覆しないであろう。更に境界接合層の繊
維へのＣＶＩ適用も、酸素捕捉シーラント形成粒子の境
界接合層でのコーティングをもたらすけれど、これは酸
素捕捉シーラント形成領域によって与えられる酸化に対
する保護を妨害しないし又はこれを減じない。これがＣ
ＶＩ技術による多層の適用を必要とする方法と比べて経
済的な製造という利点を与える粒状懸濁液としての酸素
捕捉シーラント形成材料の適用である。
【００１８】マトリックス材料は技術的に良く知られた
技術によるＣＶＩを用いて予備成形物／境界接合層／酸
素捕捉シーラント形成領域上に適用される。同様に、セ
ラミック材料の外部コーティング、又はセラミック・コ
ーティングで被覆されたガラス形成層は、技術的に良く
知られた技術によって適用することができる。最も酸化
されがちである構造体の成分、即ち繊維及び／又は境界
接合層は酸素捕捉シーラント形成領域によって保護され
るから、マトリックス中にガラス形成ホウ素化合物を分
散させることは必ずしも必要でない。これは中断されて
ない結晶構造を有するマトリックス生成を可能にする。
【００１９】マトリックスはいずれかのセラミック材料
であってよい。本発明に有用である好適なマトリックス
材料は「珪素含有セラミックス」として記述される。こ
れは珪素の純粋な化合物例えばＳｉＣ及び珪素に基づく
化合物の、珪素化合物を含まない他のセラミック材料と
の混合物を包含するものとする。
【００２０】
【実施例】
【００２１】
【実施例Ｉ】本実施例は酸素の侵入に対する障壁を形成
する外側セラミック・コーティングも有する複合物にお
いて粒状の酸素捕捉シーラント形成充填剤を使用する。
【００２２】セラミック・マトリックスの複合物試験ク
ーポンを、２つの異なる酸素捕捉シーラント形成材料を
用いて行った。それらを粒状充填材料としてアクリル樹
脂中に導入した。第１の充填剤は、Ｂ4Ｃ ４０重量％
及びＳｉＢ6 ６０％からなった。第２の充填剤はＳｉ
Ｂ6であった。アクリル樹脂１部を溶解することによっ
て樹脂混合物を調製した。この混合物に粒状充填剤１部
を添加した。得られた樹脂混合物をアモコＴ−３００パ
ン（ＰＡＮ）に基づく炭素繊維からなる炭素布として適
用した。適用した樹脂の量は、樹脂と充填剤の重量が溶
媒を除去した後に残る物質の重量の約８０％に相当する
ような量であった。
【００２３】次いでコーティングした板を、通常の低温
積層法を用いて平らなパネルの形に形成した。樹脂は熱
可塑性であるから、１２１℃（２５０°Ｆ）程度の温度
を用いた。次いで成形した積層物を、アクリル樹脂を焼
失した後に板を保持するグラファイト道具内に置いた。
この道具は表面に孔が開いていて化学的蒸発法による浸
潤法を可能にした。次いでこの板及び道具の一体をＣＶ
Ｉ反応器中に置き、この部品を熱分解する炭素境界の分
解温度まで真空下にゆっくり加熱した。加熱中、アクリ
ル樹脂は燃焼で消失し、道具内に保持された有孔予備成
形物を残した。低圧のメタンを約１０００℃、７０ｍｍ
Ｈｇ（７０トール）以下において反応器に導入し、約
０．５μｍの熱分解境界コーティング層を繊維上に形成
させた。次いで炉を冷却し、道具中の部品を調べた。
【００２４】今やコーティングされた予備成形物を、続
いてＣＶＩ反応器内に置き、炭素繊維上の炭素コーティ
ングの周囲にＳｉＣを付着させた。この板を、約１０％
の開孔が残るまで内部空隙をコーティングするのに十分
長い期間反応器内に置いた。ＳｉＣを浸潤させた板をク
ーポンに切断し、次いで試験クーポンの外側に０．２５
ｃｍ（０．０１０インチ）のＳｉＣ層をＣＶＤにより適
用して外側の孔を密閉した。ＳｉＣでコーティングした
クーポンのいくつかを、４点曲げ、スパン対長さ１３：
１、３分の１で適用する負荷の条件で曲げ強度を試験し
た。他のクーポンを１０００及び２０００時間の間、図
１に示す傾向に従う熱サイクルに供し、次いで破壊して
保持された強度を測定した。図１に示す熱サイクルはそ
れぞれ１４００℃までの加熱及び室温までの冷却を含
む。試料を最高温度に８分間保ち、そして８１５℃の中
間温度に３０分間保持した。これは加熱時及び冷却時の
双方において行った。これらの加熱／冷却サイクルに続
いて、試料を終夜６５０℃の温度に保った。これらの曲
げ強度試験の結果を下表に示す。すべてのデータは３つ
の試料に対する結果の平均である。
【００２５】
【表１】 酸化サイクルに露呈後の曲げ強度［kpsi／(MPa)] 試料中の 露 呈 時 間 充填剤 0 1000 2000 B4C/SiC 58.0(400) 56.0(386) - B4C/SiC 58.0(400) - 56.8(392) SiB6 42.3(292) 45.3(313) - SiB6 58.0(400) - 56.2(388) 酸化試験における個々のクーポンに対する重量の変化
を図２に示す。一番上及び下の曲線は充填剤がＢ4Ｃ／
ＳｉＣであるクーポンに対するデータを示す。残りの２
つの曲線は充填剤がＳｉＢ6のクーポンに対するデータ
を示す。一番下の曲線は熱サイクルに約１５００時間露
呈した後に切断したクーポンに対する重量変化のデータ
を示す。興味あることに、内部酸素捕捉シーラント形成
充填剤によって与えられる保護は、酸化に対する唯一の
保護が内部層であるならば起ったと予想されるクーポン
の残りの部分の迅速な酸化を防止した。
【００２６】本発明の特徴及び態様は以下の通りであ
る： １．炭素繊維及びセラミック繊維の群から選択される強
化繊維；繊維がセラミックであるならば層が炭素でなら
なければいけないという条件下に該繊維と良く接触する
境界接合層；該繊維及び該境界接合層と共有の広がりを
もつＢ2Ｏ3前駆物質を含む酸素捕捉シーラント形成領
域；及びセラミック・マトリックス材料、を含んでなる
耐酸化性セラミック・マトリックス複合物構造体。 ２．繊維を炭素、窒化珪素及び炭化珪素の群から選択す
る上記１の複合物構造体。
【００２７】３．境界接合層が炭素及び窒化ホウ素の群
から選択され、且つ０．０５〜２μｍの厚さを有する上
記１の複合物構造体。
【００２８】４．境界接合層が炭素及び窒化ホウ素の群
から選択され、且つ０．２〜１．２μｍの厚さを有する
上記１の複合物構造体。
【００２９】５．セラミック・マトリックス材料がホウ
素化合物を実質的に含まない上記１の複合物構造体。
【００３０】６．セラミック・マトリックス材料を珪素
含有セラミックの群から選択する上記１の複合物構造
体。
【００３１】７．セラミック・マトリックス材料を珪素
含有セラミックの群から選択する上記５の複合物構造
体。
【００３２】８．外部耐火コーティングを有する上記１
の複合物構造体。
【００３３】９．セラミック・マトリックス材料と同一
の材料の外部耐火コーティングを有する上記１の複合物
構造体。
【００３４】１０．セラミック・マトリックス材料から
ガラス形成層によって分離されているセラミック・マト
リックス材料と同一の材料の外部コーティングを有する
上記１の複合物構造体。
【００３５】１１．酸素捕捉シーラント形成領域と繊維
＋境界接合層との重量比が０．０５〜０．７である上記
１の複合物構造体。
【００３６】１２．酸素捕捉シーラント形成領域と繊維
＋境界接合層との重量比が０．３５〜０．４５である上
記１の複合物構造体。
【００３７】１３．酸素捕捉シーラント形成領域が、ホ
ウ素と珪素のモル比が１：１〜１０：１であるように珪
素源を含有する上記１の複合物構造体。
【００３８】１４．珪素源がＳｉＯ2前駆物質である上
記１３のセラミック構造体。
【００３９】１５．セラミック・マトリックス材料がホ
ウ素化合物を実質的に含有せず且つ珪素含有セラミック
スの群から選択される上記４の複合物構造体。
【００４０】１６．外部耐火コーティングを有する上記
４の複合物構造体。
【００４１】１７．セラミック・マトリックス材料と同
一の材料の外部耐火コーティングを有する上記４の複合
物構造体。
【００４２】１８．セラミック・マトリックス材料から
ガラス形成層によって分離されているセラミック・マト
リックス材料と同一の材料の外部コーティングを有する
上記１５の複合物構造体。
【００４３】１９．酸素捕捉シーラント形成領域と繊維
＋境界接合層との重量比が０．０５〜０．７である上記
４の複合物構造体。
【００４４】２０．酸素捕捉シーラント形成領域と繊維
＋境界層との重量比が０．３５〜０．４５である上記４
の複合物構造体。
【００４５】２１．酸素捕捉シーラント形成領域と繊維
＋境界接合層との重量比が０．３５〜０．４５である上
記１８の複合物構造体。
【００４６】２２．酸素捕捉シーラント形成領域が、ホ
ウ素と珪素のモル比が１：１〜１０：１であるように珪
素源を含有する上記４の複合物構造体。
【００４７】２３．セラミック・マトリックス材料がホ
ウ素化合物を実質的に含まない上記２２の複合物構造
体。
【００４８】２４．複合物構造体がセラミック・マトリ
ックス材料からガラス形成層によって分離されているセ
ラミック・マトリックス材料と同一の材料の外部コーテ
ィングを有する上記２３の複合物構造体。
【００４９】２５．酸素捕捉シーラント形成領域と繊維
＋境界接合層との重量比が０．３５〜０．４５である上
記２４の複合物構造体。
【００５０】２６．繊維を炭素、ＳｉＣ、及びＳｉ3Ｎ4
の群から選択する上記１〜２５のいずれか１つの複合物
構造体。
【００５１】２７．セラミック・マトリックス材料をＳ
ｉＣ及びＳｉ3Ｎ4の群から選択する上記１〜２５のいず
れか１つの複合物構造体。
【００５２】２８．界面接合層を炭素及び窒化ホウ素の
群から選択する上記１〜２５のいずれか１つの複合物構
造体。
【００５３】２９．酸素捕捉シーラント形成領域がホウ
素、Ｂ4Ｃ、ＳｉＢ6、及び窒化ホウ素からなる群から選
択される一員である上記１〜２５のいずれか１つの複合
物構造体。
【００５４】３０．繊維が炭素及びＳｉＣの群から選択
され、セラミック・マトリックス材料がＳｉＣであり、
境界接合層が炭素であり、そして酸素捕捉シーラント形
成領域がホウ素、Ｂ4Ｃ、ＳｉＢ6及び窒化ホウ素からな
る群から選択される一員を含んでなる上記１〜２５のい
ずれか１つの複合物構造体。
【００５５】３１．繊維が炭素及びＳｉ3Ｎ4の群から選
択され、セラミック・マトリックス材料がＳｉ3Ｎ4であ
り、境界接合層が炭素であり、そして酸素捕捉シーラン
ト形成領域がホウ素、Ｂ4Ｃ、ＳｉＢ6及び窒化ホウ素か
らなる群から選択される一員を含んでなる上記１〜２５
のいずれか１つの複合物構造体。
【００５６】３２．繊維が炭素であり、セラミック・マ
トリックス材料がＳｉＣであり、境界接合層が炭素であ
り、そして酸素捕捉シーラント形成領域がホウ素、Ｂ4
Ｃ、ＳｉＢ6及び窒化ホウ素からなる群から選択される
一員を含んでなる上記１〜２５のいずれか１つの複合物
構造体。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は実施例に記述する酸化選別試験における
時間と温度のグラフである。
【図２】図２は実施例１に記述した試料の、図１に例示
した温度サイクルを含む酸化試験に供した時の重量変化
のプロットである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−242400（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−223175（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−115140（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−152270（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/80 - 35/83

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 炭素繊維及びセラミック繊維の群から選
    択される強化繊維；該繊維と良く接触する炭素からなる
    境界接合層；該繊維及び該境界接合層と実質的に共有の
    広がりをもつ金属ホウ素からなる酸素捕捉シーラント形
    成領域；及びセラミック・マトリックス材料、を含んで
    なる耐酸化性セラミック・マトリックス複合物構造体。
  2. 【請求項２】 繊維を炭素、窒化珪素及び炭化珪素の群
    から選択する請求項１の複合物構造体。
  3. 【請求項３】 境界接合層が０．０５〜２μｍの厚さを
    有する請求項１の複合物構造体。
  4. 【請求項４】 セラミック・マトリックス材料がホウ素
    化合物を実質的に含まない請求項１の複合物構造体。
  5. 【請求項５】 セラミック・マトリックス材料を珪素含
    有セラミックの群から選択する請求項１の複合物構造
    体。
  6. 【請求項６】 セラミック・マトリックス材料からガラ
    ス形成層によって分離されているセラミック・マトリッ
    クス材料と同一の材料の外部コーティングを有する請求
    項１の複合物構造体。
  7. 【請求項７】 酸素捕捉シーラント形成領域と繊維＋境
    界接合層との重量比が０．０５〜０．７である請求項１
    の複合物構造体。
  8. 【請求項８】 酸素捕捉シーラント形成領域が、ホウ素
    と珪素のモル比が１：１〜１０：１であるように珪素源
    を含有する請求項１の複合物構造体。
  9. 【請求項９】 珪素源がＳｉＯ 2 前駆物質である請求項
    ８のセラミック構造体。
JP03199814A 1990-07-19 1991-07-16 セラミツク・マトリツクス複合物構造体 Expired - Fee Related JP3137371B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/554,475 US5094901A (en) 1990-07-19 1990-07-19 Oxidation resistant ceramic matrix composites
US554475 1990-07-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04231386A JPH04231386A (ja) 1992-08-20
JP3137371B2 true JP3137371B2 (ja) 2001-02-19

Family

ID=24213480

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP03199814A Expired - Fee Related JP3137371B2 (ja) 1990-07-19 1991-07-16 セラミツク・マトリツクス複合物構造体

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5094901A (ja)
EP (1) EP0467686B1 (ja)
JP (1) JP3137371B2 (ja)
CA (1) CA2047294C (ja)
DE (1) DE69115149T2 (ja)

Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5202059A (en) * 1987-06-12 1993-04-13 Lanxide Technology Company, Lp Coated ceramic filler materials
US5682594A (en) * 1987-06-12 1997-10-28 Lanxide Technology Company, Lp Composite materials and methods for making the same
US5389450A (en) * 1987-06-12 1995-02-14 Lanxide Technology Company, Lp Composite materials and methods for making the same
US5585165A (en) * 1987-06-12 1996-12-17 Lanxide Technology Company, Lp Composite materials and methods for making the same
FR2668477B1 (fr) * 1990-10-26 1993-10-22 Propulsion Ste Europeenne Materiau composite refractaire protege contre la corrosion, et procede pour son elaboration.
FR2669622B1 (fr) * 1990-11-28 1993-11-19 Aerospatiale Ste Nat Indle Materiau composite a renfort fibreux refractaire et son procede de fabrication.
DE69215930T2 (de) * 1991-03-06 1997-04-03 Oowada Carbon Kogyo Kk Mit Kohlefaser und anorganischer Faser armierter Kohlenstoffverbundwerkstoff
US5221578A (en) * 1991-03-13 1993-06-22 Northrop Corporation Weak frangible fiber coating with unfilled pores for toughening ceramic fiber-matrix composites
US5441762A (en) * 1991-03-22 1995-08-15 E. I. Du Pont De Nemours And Company Coating a composite article by applying a porous particulate layer and densifying the layer by subsequently applying a ceramic layer
WO1994015887A1 (en) * 1993-01-11 1994-07-21 E.I. Du Pont De Nemours And Company Thermostructural composite articles and method for making same
US6228453B1 (en) 1995-06-07 2001-05-08 Lanxide Technology Company, Lp Composite materials comprising two jonal functions and methods for making the same
DE59703176D1 (de) * 1996-11-11 2001-04-26 Bayer Ag Silizium-, Bor- und Stickstoff-enthaltende amorphe Fasern, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung sowie Komposite, enthaltend diese Fasern und deren Herstellung
US5962103A (en) * 1997-01-13 1999-10-05 General Electric Company Silicon carbide-silicon composite having improved oxidation resistance and method of making
US5989013A (en) 1997-01-28 1999-11-23 Alliedsignal Composites Inc. Reverberatory screen for a radiant burner
US6517341B1 (en) * 1999-02-26 2003-02-11 General Electric Company Method to prevent recession loss of silica and silicon-containing materials in combustion gas environments
JP3096716B1 (ja) * 1999-03-01 2000-10-10 工業技術院長 繊維強化炭化ケイ素複合材の製造方法
US7104177B1 (en) 2000-01-11 2006-09-12 Aghajanian Michael K Ceramic-rich composite armor, and methods for making same
US6609452B1 (en) * 2000-01-11 2003-08-26 M Cubed Technologies, Inc. Silicon carbide armor bodies, and methods for making same
CA2428958A1 (en) * 2000-11-21 2002-09-06 M Cubed Technologies, Inc. Boron carbide composite bodies, and methods for making same
DE10133635A1 (de) * 2001-07-11 2003-02-06 Sgl Carbon Ag Mehrschichtiger Keramik-Verbund
US7687016B1 (en) 2004-02-13 2010-03-30 The United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration Methods for producing silicon carbide architectural preforms
DE102004062082A1 (de) * 2004-12-23 2006-07-06 Audi Ag Bremsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
US7223465B2 (en) 2004-12-29 2007-05-29 General Electric Company SiC/SiC composites incorporating uncoated fibers to improve interlaminar strength
US7597838B2 (en) * 2004-12-30 2009-10-06 General Electric Company Functionally gradient SiC/SiC ceramic matrix composites with tailored properties for turbine engine applications
US20060284338A1 (en) * 2005-01-24 2006-12-21 The Brown Idea Group, Llc Ballistics panel, structure, and associated methods
US20060286883A1 (en) * 2005-01-24 2006-12-21 The Brown Idea Group, Llc Ballistics panel, structure, and associated methods
US20070054103A1 (en) * 2005-09-07 2007-03-08 General Electric Company Methods and apparatus for forming a composite protection layer
FR2907117B1 (fr) * 2006-10-17 2010-09-24 Snecma Propulsion Solide Procede de fabrication de piece en materiau composite a matrice ceramique contenant des phases de matrice cicatrisante et deviatrice de fissures
US9446989B2 (en) 2012-12-28 2016-09-20 United Technologies Corporation Carbon fiber-reinforced article and method therefor
US10087101B2 (en) 2015-03-27 2018-10-02 Goodrich Corporation Formulations for oxidation protection of composite articles
US10377675B2 (en) 2016-05-31 2019-08-13 Goodrich Corporation High temperature oxidation protection for composites
US10465285B2 (en) 2016-05-31 2019-11-05 Goodrich Corporation High temperature oxidation protection for composites
US10508206B2 (en) 2016-06-27 2019-12-17 Goodrich Corporation High temperature oxidation protection for composites
US10767059B2 (en) 2016-08-11 2020-09-08 Goodrich Corporation High temperature oxidation protection for composites
US10526253B2 (en) 2016-12-15 2020-01-07 Goodrich Corporation High temperature oxidation protection for composites
JP6702345B2 (ja) * 2018-02-20 2020-06-03 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン二次電池
US11046619B2 (en) 2018-08-13 2021-06-29 Goodrich Corporation High temperature oxidation protection for composites
US11634213B2 (en) 2018-11-14 2023-04-25 Goodrich Corporation High temperature oxidation protection for composites

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3895084A (en) * 1972-03-28 1975-07-15 Ducommun Inc Fiber reinforced composite product
US3991248A (en) * 1972-03-28 1976-11-09 Ducommun Incorporated Fiber reinforced composite product
US4397901A (en) * 1979-07-31 1983-08-09 Warren James W Composite article and method of making same
US4275095A (en) * 1979-07-31 1981-06-23 Warren Consultants, Inc. Composite article and method of making same
US4442165A (en) * 1981-03-26 1984-04-10 General Electric Co. Low-density thermally insulating carbon-carbon syntactic foam composite
US4429003A (en) * 1981-10-05 1984-01-31 Norton Co. Protective coating for porous refractories
US4515860A (en) * 1982-09-10 1985-05-07 Dart Industries Inc. Self protecting carbon bodies and method for making same
US4613522A (en) * 1982-09-29 1986-09-23 Avco Corporation Oxidation resistant carbon-carbon composites
US4599256A (en) * 1982-09-29 1986-07-08 Avco Corporation Self-healing oxidation-resistant carbon structure
US4766013A (en) * 1983-03-15 1988-08-23 Refractory Composites, Inc. Carbon composite article and method of making same
US4668579A (en) * 1984-02-01 1987-05-26 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Interstitially protected oxidation resistant carbon-carbon composite
FR2567874B1 (fr) * 1984-07-20 1987-01-02 Europ Propulsion Procede de fabrication d'un materiau composite a renfort fibreux refractaire et matrice ceramique, et structure telle qu'obtenue par ce procede
US4515847A (en) * 1984-08-22 1985-05-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Erosion-resistant nosetip construction
US4582751A (en) * 1984-09-04 1986-04-15 Avco Corporation Oxidation protection for carbon composite materials
US4892790A (en) * 1984-11-30 1990-01-09 General Atomics Oxidation-inhibited carbonous materials
CA1287711C (en) * 1984-11-30 1991-08-20 Paul E. Gray Oxidation-inhibited carbon-carbon composites
US4869943A (en) * 1985-01-17 1989-09-26 Norton Company Fiber-reinforced silicon nitride ceramics
US4642271A (en) * 1985-02-11 1987-02-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy BN coating of ceramic fibers for ceramic fiber composites
US4605588A (en) * 1985-03-14 1986-08-12 The Boeing Company Barrier coated ceramic fiber and coating method
US4948662A (en) * 1985-03-14 1990-08-14 The Boeing Company Boron nitride coated ceramic fibers and coating method
US4735850A (en) * 1985-10-31 1988-04-05 Science Applications International Corporation Refractory composite articles
DE3623786A1 (de) * 1985-11-13 1987-05-14 Man Technologie Gmbh Verfahren zur herstellung von russfiltern
US4885199A (en) * 1986-08-06 1989-12-05 Norton Company Fiber-reinforced silicon nitride composite ceramics
FR2611198B1 (fr) * 1987-02-25 1991-12-06 Aerospatiale Materiau composite a matrice et fibres de renforcement carbonees et son procede de fabrication
US4944904A (en) * 1987-06-25 1990-07-31 General Electric Company Method of obtaining a fiber-containing composite
US4902563A (en) * 1988-03-04 1990-02-20 The Dow Chemical Company Carbonaceous fiber or fiber assembly with inorganic coating
US4863798A (en) * 1988-07-21 1989-09-05 Refractory Composites, Inc. Refractory composite material and method of making such material
US4894286A (en) * 1988-11-07 1990-01-16 Rohr Industries, Inc. Oxidation resistant refractory coated carbon-carbon composites
US4873353A (en) * 1989-02-06 1989-10-10 Ethyl Corporation Preceramic compositions and ceramic products
US4889686A (en) * 1989-02-17 1989-12-26 General Electric Company Composite containing coated fibrous material

Also Published As

Publication number Publication date
JPH04231386A (ja) 1992-08-20
EP0467686A2 (en) 1992-01-22
CA2047294A1 (en) 1992-01-20
US5094901A (en) 1992-03-10
DE69115149D1 (de) 1996-01-18
EP0467686A3 (en) 1992-07-08
EP0467686B1 (en) 1995-12-06
CA2047294C (en) 2003-01-14
DE69115149T2 (de) 1996-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3137371B2 (ja) セラミツク・マトリツクス複合物構造体
McKee Oxidation protection of carbon materials
US5441762A (en) Coating a composite article by applying a porous particulate layer and densifying the layer by subsequently applying a ceramic layer
US4752503A (en) Process for the manufacture of a composite material with refractory fibrous reinforcement and ceramic matrix
US6291058B1 (en) Composite material with ceramic matrix and SiC fiber reinforcement, method for making same
CA2127243C (en) Process for protecting products made of composite material containing carbon against oxydation, and products obtained by said process
JP2721765B2 (ja) 耐食性の耐火性複合材料の製造方法
EP0375537B1 (fr) Procédé pour la protection antioxydation de produits en matériau composite contenant du carbone, et produits obtenus par le procédé
US20090069169A1 (en) Method of making Carbon/Ceramic matrix composites
US5134020A (en) Composite material with multiple interphases between refractory reinforcing fibers and ceramix matrix
EP0202314A1 (en) CARBON-CARBON COMPOSITES PROTECTED FROM OXYDATION.
JPH08507744A (ja) 炭素−炭化ケイ素複合材料製品の製造方法及び炭素−炭化ケイ素複合材料
JP2000327441A (ja) 複合炭素質断熱材及びその製造方法
GB2130567A (en) Oxidation resistant carbon-carbon composites
US5476685A (en) Process for the manufacture of a fiber reinforced composite material having a ceramic matrix and preheated carbon fibers
CA2061312C (en) Process for anti-oxidation protection of a material of which at least a surface is made of a ceramic formed from a silicon compound, and a material obtained by said process
IE71921B1 (en) Carbon-containing composite material part protected against oxidation and its production process
JPH05339056A (ja) ＳｉＣをドープしたマトリックスを有するカーボン・カーボン型複合材料から成る耐酸化性部材およびその製造法
KR101095201B1 (ko) 탄소함유 복합재 부품의 항산화 보호 및 이와 같이 보호된부품
JPH0283276A (ja) 多孔質の熱バリヤ複合構造物
JPH0585841A (ja) セラミツク繊維マトリツクス複合材を強化するためのプリクラツク繊維コーテイングの製造方法
US5736232A (en) High temperature composite and method
KR100727639B1 (ko) 탄소/탄소 복합체의 내산화성 다층 코팅막 및 그 제조방법
AU659666B2 (en) Coatings for composite articles
JPH05124884A (ja) 炭素繊維／炭素複合材

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees