JP5520872B2 - 複合セラミックスとその製造方法 - Google Patents
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Description
強化材として平均直径10μm、平均長さ6mmのピッチ系炭素繊維と、樹脂材料としてDIC社製レジンを準備する。次に、この炭素繊維が十分に浸る量の樹脂材料に対してこのピッチ系炭素繊維を浸漬し、そのまま1時間放置する。その後、炭素繊維を取り出し乾燥オーブンにて50℃×300分乾燥させる。このようにして、炭素繊維の集合体を得る。
中間層用スラリーの作製工程において、樹脂材料重量部1に対して混合するエタノール重量部の割合を、表2の内容で変化させた各種の、炭素繊維の集合体を作製する。この、炭素繊維の集合体を用いて、実施例1と同様にして、各種の評価用サンプルの作製と評価を実施した。評価結果も表2に示す。
焼成体としたときに中間層12が表3に示す厚さになるように、中間層用スラリーの量を適時調整し、それ以外の作製方法、評価方法は実施例1と同様にして、評価用サンプルの作製と評価を実施した。評価結果も表3に示す。なお、厚さは、炭素繊維、炭化ケイ素等の各種の成型用原料の、重量および充填かさより算出される成形時の厚みに対して、焼成後の評価サンプルの収縮率をかけた値を用いる。
中間層用スラリーの作製工程において、樹脂材料の希釈割合を変更した数種類の中間層用スラリーを積層することで、含浸後炭素繊維の含有率が階段状に変化した中間層領域を形成する。それ以外の作製方法と評価方法は実施例1と同様にして、実施例12の評価用サンプルを得た。また、得られた評価用サンプルから、3×4×40(mm)の試験片を切り出し、日本セラミックス協会規格JCRS−201「シェブロンノッチ試験片の準静的3点曲げ破壊によるセラミック系複合材料の破壊エネルギー試験方法」に準拠した破壊エネルギーの測定も行った。評価内容と結果を合わせて表4に示す。
2 一主表面
3 マトリックス
4 強化材(炭素繊維)
11 基材部
12 中間層
13 表層
Claims (6)
- 炭化ケイ素粉が焼結して生成された炭化ケイ素と溶融シリコンと炭素成分が反応して生成した炭化ケイ素で構成されるマトリックス中に炭素繊維から成る強化材が含まれてなる複合セラミックスであって、
前記強化材の単位体積当たりの含有率が、前記複合セラミックス表面および表面近傍で最小値をとり、続いて表面から深さ方向に対して漸増して、その後一定値に達することを特徴とする複合セラミックス。 - 強化材の含有率が、深さ方向に対して直線状、階段状、漸近曲線状のいずれか1つの形状で漸増することを特徴とする請求項1に記載の複合セラミックス。
- マトリックス中に、シリコンと銅からなる合金がさらに含まれていることを特徴とする請求項2に記載の複合セラミックス。
- 強化材の表面に被膜用材料で被膜を形成した後集合させることで第一の強化材の集合体を得る工程と、
前記第一の強化材の集合体とマトリックス原料と溶剤を混合して基材部用スラリーを調製する工程と、
前記被膜用材料を溶剤で希釈した希釈液で前記強化材の表面に被膜を形成した後に集合させることで第二の強化材の集合体を得る工程と、
前記第二の強化材の集合体とマトリックス原料と溶剤を混合して中間層用スラリーを調製する工程と、
強化材の表面に被膜を形成せずに集合させることで第三の強化材の集合体を得る工程と、
前記第三の強化材の集合体とマトリックス原料と溶剤を混合して表層用スラリーを調製する工程と、
前記基材部用スラリーと前記中間層用スラリーと前記表層用スラリーをこの順に鋳型に投入する工程と、
引き続き成形、固化させた後、脱型することで成形体を得る工程と、前記成形体を還元雰囲気下にて1000℃以上の温度で焼成して前記マトリックス原料が焼結して生成されるマトリックスを有する焼成体を得る焼成工程と、
前記焼成体を減圧下にて溶融金属を含浸させる金属含浸工程と、からなり、
前記中間層用スラリーにおける前記被膜用材料1重量に対する溶剤の重量比を20%以上70%以下とすることを特徴とする複合セラミックスの製造方法。 - 基材部用スラリーと中間層用スラリーと表層用スラリーのそれぞれに対して、さらに少なくとも1種類の補助材料を添加することを特徴とする、請求項4に記載の複合セラミックスの製造方法。
- 強化材は炭素繊維、マトリックス原料は炭化ケイ素、被覆用材料は炭素材料、溶剤は水または有機溶液、含浸金属はシリコン単体またはシリコンと銅からなる合金のいずれかであることを特徴とする、請求項4または5に記載の複合セラミックスの製造方法。
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