JP7452949B2 - Ceramic fiber reinforced ceramic composite material and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、セラミック繊維強化セラミック複合材料及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a ceramic fiber-reinforced ceramic composite material and a method for manufacturing the same.
黒鉛、炭化ケイ素などは、耐熱性、化学的安定性、機械的特性等に優れた材料である。このため、これらのセラミック材料は、原子力分野、航空・宇宙分野、発電分野等の過酷な環境下や、ポンプメカニカルシール等の一般的な分野で使用される材料として開発が進められている。 Graphite, silicon carbide, and the like are materials with excellent heat resistance, chemical stability, mechanical properties, and the like. For this reason, these ceramic materials are being developed as materials for use in harsh environments such as the nuclear power field, aerospace field, and power generation field, as well as in general fields such as pump mechanical seals.
しかしながら、焼結体としての黒鉛、炭化ケイ素はセラミックス材料であるため、破壊靱性が小さく、その弱点を解消するためにセラミック繊維で強化した複合材料が開発されている。炭素繊維、ＳｉＣ繊維などのセラミック繊維からなる骨材の間にセラミックスのマトリックスが充填されたセラミック繊維強化セラミック複合材料は、様々な製造方法がある。 However, since graphite and silicon carbide as sintered bodies are ceramic materials, they have low fracture toughness, and to overcome this weakness, composite materials reinforced with ceramic fibers have been developed. There are various methods of manufacturing ceramic fiber-reinforced ceramic composite materials in which a ceramic matrix is filled between aggregates made of ceramic fibers such as carbon fibers and SiC fibers.
ＣＶＩ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）法ではセラミック繊維の骨材の間に気相成長法でＳｉＣ、炭素などからなるマトリックスを形成する。前駆体法では、セラミック繊維の骨材の間にマトリックスとなる前駆体を含浸したのち、焼成し、セラミック化してマトリックスを形成する。ＳｉＣマトリックスの場合にはＭＩ（Ｍｅｌｔ Ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）法が適用できる。ＭＩ法ではセラミック繊維の隙間に炭素源を含浸したのち、溶融シリコンを含浸し、内部で炭素とシリコンを反応させＳｉＣマトリックスを形成する。 In the CVI (Chemical Vapor Infiltration) method, a matrix made of SiC, carbon, etc. is formed between ceramic fiber aggregates by vapor phase growth. In the precursor method, a precursor serving as a matrix is impregnated between the aggregates of ceramic fibers, and then fired to form a ceramic to form a matrix. In the case of a SiC matrix, the MI (Melt Infiltration) method can be applied. In the MI method, a carbon source is impregnated into the gaps between ceramic fibers, and then molten silicon is impregnated, and the carbon and silicon are reacted inside to form a SiC matrix.
特許文献１には、炭化ケイ素が、丸編みされた炭素繊維構造物で強化されてなる炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材料の製造方法であって、
（１）炭素繊維を丸編みして炭素繊維構造物を製造する工程、
（２）該炭素繊維構造物に炭化ケイ素系粉末を含むスラリーを含浸してプリプレグシートを製造する工程、又は該炭素繊維構造物と炭化ケイ素系粉末を含むグリーンシートを積層してプリプレグシートを製造する工程、
（３）該プリプレグシートを基材に被覆してプリフォームを製造する工程、及び
（４）該プリフォームを加熱処理する工程、を含む製造方法であり、このような方法で、セラミック繊維の骨材の隙間にセラミックスのマトリックスを形成することができることが開示されている。
(1) A process of manufacturing a carbon fiber structure by circularly knitting carbon fibers,
(2) A step of manufacturing a prepreg sheet by impregnating the carbon fiber structure with a slurry containing silicon carbide powder, or manufacturing a prepreg sheet by laminating the carbon fiber structure and a green sheet containing silicon carbide powder. The process of
(3) a step of manufacturing a preform by coating the prepreg sheet on a base material; and (4) a step of heat-treating the preform. It is disclosed that a matrix of ceramics can be formed in the gaps between the materials.
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、炭素繊維の隙間に炭化ケイ素系粉末を含有するスラリーを含浸し、加熱処理してセラミック化しているため、加熱処理によって緻密化と、スラリーの溶媒の揮散、分解ガスの発生が生じ、特に厚さ方向に向かって、剥離や、気泡の発生による膨れが起こりやすくなり内部に欠陥が生じてしまう。このような内部の欠陥によって強度の低下や、熱伝導率の低下の原因となる。
However, in the invention described in
本発明は、上記課題を鑑み、膨れや、気泡の発生を抑制することにより、強度が高く、熱伝導率の高いセラミック繊維強化セラミック複合材料及びその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned problems, an object of the present invention is to provide a ceramic fiber-reinforced ceramic composite material that has high strength and high thermal conductivity by suppressing the generation of blisters and bubbles, and a method for manufacturing the same.
上記課題を解決するための本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料の製造方法は、以下の通りである。 The method for manufacturing a ceramic fiber-reinforced ceramic composite material of the present invention for solving the above problems is as follows.
（１）セラミック繊維が１方向又は２方向に配向した骨材に、セラミック粒子と水とを含有するスラリーを含浸し、スラリー含浸体を得るスラリー含浸工程と、
前記スラリー含浸体を凍結乾燥し乾燥体を得る乾燥工程と、
前記乾燥工程の後に前記セラミック粒子間にマトリックス原料を導入しマトリックスを形成するマトリックス形成工程と、を含む、
セラミック繊維強化セラミック複合材料の製造方法。
(1) A slurry impregnation step in which aggregate in which ceramic fibers are oriented in one or two directions is impregnated with a slurry containing ceramic particles and water to obtain a slurry-impregnated body;
a drying step of freeze-drying the slurry-impregnated body to obtain a dried body;
a matrix forming step of introducing a matrix raw material between the ceramic particles to form a matrix after the drying step;
Method for manufacturing ceramic fiber-reinforced ceramic composite materials.
本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料の製造方法によれば、スラリー含浸工程において、スラリーが水とセラミック粒子を含有しているため、スラリー中の水が揮散しても、濃縮され粘度が高くなる溶質がなく、水蒸気の拡散を妨げる溶質の硬化した被膜が形成されない。このため剥離や膨れを起こりにくくすることができる。なお、スラリーはセラミック粒子と水以外のものを含有しても良い。 According to the method for producing a ceramic fiber-reinforced ceramic composite material of the present invention, in the slurry impregnation step, the slurry contains water and ceramic particles, so even if the water in the slurry evaporates, it becomes concentrated and has a high viscosity. There are no solutes and no hardened film of solutes forms that prevents water vapor diffusion. For this reason, peeling and blistering can be made less likely to occur. Note that the slurry may contain something other than ceramic particles and water.
さらに、スラリーから凍結乾燥で溶媒である水を除去しているため、乾燥の過程でスラリーは流動化しておらず、スラリーが含浸されたときの形状で固定されたまま乾燥する。このため、乾燥の過程で体積収縮が起こっても、細かく分散して亀裂状に気孔が形成されるので、大きな気泡や剥離を生じることなく水分が除去される。また、このときの細かな気孔は、セラミック繊維との相互作用により、セラミック繊維の配向方向に直交するように配向して形成されやすい。この場合、スラリー含浸工程の後のマトリックス形成工程やＣＶＩ工程などにおいて、セラミック前駆体や原料ガスが複合材内部まで浸透されやすくすることができる。 Furthermore, since water, which is a solvent, is removed from the slurry by freeze-drying, the slurry does not become fluidized during the drying process, and dries while remaining fixed in the shape it was in when the slurry was impregnated. Therefore, even if volume shrinkage occurs during the drying process, the water is finely dispersed and crack-like pores are formed, so that water can be removed without producing large bubbles or peeling. In addition, the fine pores at this time are likely to be oriented orthogonally to the orientation direction of the ceramic fibers due to interaction with the ceramic fibers. In this case, the ceramic precursor and the raw material gas can be easily penetrated into the composite material in the matrix forming step, CVI step, etc. after the slurry impregnation step.
また本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料の製造方法は以下の態様であることが好ましい。 Further, the method for manufacturing the ceramic fiber-reinforced ceramic composite material of the present invention preferably has the following embodiments.
（２）前記セラミック繊維は、炭素繊維又はＳｉＣ繊維である。 (2) The ceramic fibers are carbon fibers or SiC fibers.
炭素繊維やＳｉＣ繊維は、高い耐熱性、強度を有しているので複合材料として好適に利用することができる。 Carbon fibers and SiC fibers have high heat resistance and strength, so they can be suitably used as composite materials.
（３）前記セラミック粒子は、炭素系粒子又はＳｉＣ粒子である。 (3) The ceramic particles are carbon-based particles or SiC particles.
炭素系粒子やＳｉＣ粒子は、高い耐熱性を有しているので複合材料として好適に利用することができる。炭素系粒子としては黒鉛、コークス、カーボンブラック、ガラス状炭素などが利用できる。ＳｉＣ粒子としてはα－ＳｉＣ、β－ＳｉＣなどが利用できる。 Since carbon-based particles and SiC particles have high heat resistance, they can be suitably used as composite materials. Graphite, coke, carbon black, glassy carbon, etc. can be used as carbon-based particles. As the SiC particles, α-SiC, β-SiC, etc. can be used.
（４）前記マトリックス原料は、炭素前駆体又はＳｉＣ前駆体である。 (4) The matrix raw material is a carbon precursor or a SiC precursor.
炭素前駆体としてはフェノール樹脂、コプナ樹脂、ポリイミド樹脂などが利用できる。これらの炭素前駆体は、乾燥工程で形成された気孔に含浸され焼成することによって炭素化し、セラミック粒子とともにマトリックスを形成することができる。 As the carbon precursor, phenol resin, Copna resin, polyimide resin, etc. can be used. These carbon precursors can be impregnated into the pores formed in the drying process and carbonized by firing to form a matrix together with the ceramic particles.
ＳｉＣ前駆体は、焼成によってＳｉＣを形成するものであればよい。ＳｉＣ前駆体としては、ポリカルボシラン及びこの誘導体、シラン系化合物と有機物との混合物などが利用できる。これらのＳｉＣ前駆体は焼成することによりＳｉＣ化し、セラミック粒子とともにマトリックスを形成することができる。 The SiC precursor may be one that forms SiC by firing. As the SiC precursor, polycarbosilane and derivatives thereof, mixtures of silane compounds and organic substances, and the like can be used. These SiC precursors can be converted into SiC by firing and form a matrix together with ceramic particles.
（５）前記マトリックス形成工程の後に、ＣＶＩ法でセラミックスを沈積するＣＶＩ工程を、さらに含む。 (5) After the matrix forming step, the method further includes a CVI step of depositing ceramics using a CVI method.
ＣＶＩ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）法でセラミックスを形成するとマトリックス間に気孔を充填し、緻密で気体不浸透性の高いセラミック繊維強化セラミック複合材料を得ることができる。 When ceramics are formed using the CVI (Chemical Vapor Infiltration) method, pores are filled between the matrices, and a dense ceramic fiber-reinforced ceramic composite material with high gas impermeability can be obtained.
（６）前記セラミック繊維はＳｉＣ繊維であり、前記セラミック粒子は炭素系粒子又はＳｉＣ粒子であり、前記マトリックス原料は溶融シリコンである。 (6) The ceramic fibers are SiC fibers, the ceramic particles are carbon-based particles or SiC particles, and the matrix raw material is molten silicon.
ＳｉＣ系材料の製造方法に、炭素とシリコンとを反応させＳｉＣを得る反応焼結法がある。この方法では、シリコンと炭素との混合物を加熱してシリコンを溶融させて所定の形状のＳｉＣを得ることができる。しかしながら炭素とシリコンの反応に伴う寸法変化が大きいため、所定の形状の部材を得るために、あらかじめ炭素又はＳｉＣを含む骨材を所定の形状に成形しておき、必要最小限のシリコンを溶融し含浸する方法（ＭＩ法：Ｍｅｌｔ Ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ法）がある。ＭＩ法では、骨材として炭素と必要に応じてＳｉＣとを使用する。ＳｉＣと炭素との比率は適宜設定することができる。本発明の製造方法をＭＩ法に適用することにより、熱伝導率の高いセラミック繊維強化セラミック複合材料を得ることができる。 A method for manufacturing SiC-based materials includes a reaction sintering method in which carbon and silicon are reacted to obtain SiC. In this method, SiC in a predetermined shape can be obtained by heating a mixture of silicon and carbon to melt the silicon. However, since there is a large dimensional change due to the reaction between carbon and silicon, in order to obtain a member with a predetermined shape, aggregate containing carbon or SiC is molded into a predetermined shape in advance, and the minimum necessary amount of silicon is melted. There is a method of impregnation (MI method: Melt Infiltration method). In the MI method, carbon and, if necessary, SiC are used as aggregates. The ratio of SiC to carbon can be set as appropriate. By applying the production method of the present invention to the MI method, a ceramic fiber-reinforced ceramic composite material with high thermal conductivity can be obtained.
（７）前記セラミック粒子の粒子径は０．１～１０μｍである。 (7) The particle size of the ceramic particles is 0.1 to 10 μm.
セラミック粒子の粒子径が０．１μｍ以上であると、高い濃度のスラリーを得ることができ、効率よくセラミック粒子を骨材間に充填することができる。また、セラミック粒子の粒子径が１０μｍ以下であると、内部までセラミック粒子を充填しやすくすることができる。 When the particle size of the ceramic particles is 0.1 μm or more, a highly concentrated slurry can be obtained, and the ceramic particles can be efficiently filled between the aggregates. Further, when the particle diameter of the ceramic particles is 10 μm or less, it is possible to easily fill the ceramic particles to the inside.
また、上記課題を解決するための本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料は、以下の通りである。 Moreover, the ceramic fiber-reinforced ceramic composite material of the present invention for solving the above problems is as follows.
（８）セラミック繊維が１方向又は２方向に配向した骨材と、
前記セラミック繊維の隙間を充填しセラミック粒子を含有するマトリックスと、を有し、
前記マトリックスは、セラミック粒子を含有する領域と、セラミック粒子を含有しない領域とで構成され、
前記セラミック粒子を含有しない領域は、亀裂状に形成されている、
セラミック繊維強化セラミック複合材料。
(8) aggregate in which ceramic fibers are oriented in one or two directions;
a matrix that fills the gaps between the ceramic fibers and contains ceramic particles;
The matrix is composed of a region containing ceramic particles and a region not containing ceramic particles,
The region not containing ceramic particles is formed in the shape of a crack,
Ceramic fiber reinforced ceramic composite material.
本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料は、セラミック繊維が１方向又は２方向に配向しており、セラミック繊維の配向していない強度、熱伝導の劣る方向を有している。マトリックスにはセラミック粒子を含有する領域と、セラミック粒子を含有しない領域とを有している。セラミック粒子を含有しない領域は、製造段階の乾燥工程において気孔ができセラミック粒子が充填されなかった部分であり、マトリックス形成工程でセラミック前駆体や、溶融シリコンが特に多く充填される部分である。セラミック粒子を含有しない領域は、亀裂状に細かく分散して形成されるので、膨れ、剥離などが大きく成長しにくく、強度、熱伝導率の大きなセラミック繊維強化セラミック複合材料を提供することができる。 The ceramic fiber-reinforced ceramic composite material of the present invention has ceramic fibers oriented in one direction or two directions, and has a direction in which the ceramic fibers are not oriented and have poor strength and thermal conductivity. The matrix has regions containing ceramic particles and regions not containing ceramic particles. The region not containing ceramic particles is a region where pores are formed during the drying process in the manufacturing stage and are not filled with ceramic particles, and is a region where a particularly large amount of ceramic precursor or molten silicon is filled in the matrix forming step. Since the regions that do not contain ceramic particles are formed in finely dispersed cracks, it is difficult for blisters, peeling, etc. to grow significantly, and it is possible to provide a ceramic fiber-reinforced ceramic composite material that has high strength and thermal conductivity.
セラミック粒子を含有する領域とセラミック粒子を含有しない領域とでは、物性が異なり、特にセラミック前駆体を導入してセラミック繊維強化セラミック複合材料を得た場合にはセラミック粒子を含有しない領域には気孔が残りやすく、強度、熱伝導率が他の部分よりも劣るが、本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料は、セラミック粒子を含有しない領域となる細かな気孔が、亀裂状に細かく分散して形成されるので、膨れ、剥離などが大きく成長しにくく、強度、熱伝導率の大きなセラミック繊維強化セラミック複合材料を提供することができる。 The physical properties are different between the region containing ceramic particles and the region not containing ceramic particles, and especially when a ceramic precursor is introduced to obtain a ceramic fiber-reinforced ceramic composite material, the region not containing ceramic particles has pores. Although it tends to remain easily and has inferior strength and thermal conductivity compared to other parts, the ceramic fiber-reinforced ceramic composite material of the present invention is formed by finely dispersed crack-like pores, which are regions that do not contain ceramic particles. Therefore, it is possible to provide a ceramic fiber-reinforced ceramic composite material that is resistant to significant growth of blistering, peeling, etc., and has high strength and thermal conductivity.
また、本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料は、以下の態様であることが好ましい。 Further, the ceramic fiber-reinforced ceramic composite material of the present invention preferably has the following embodiments.
（９）前記セラミック粒子を含有しない領域は、前記セラミック繊維が配向する方向と略直交するように配向して形成されている。 (9) The region not containing ceramic particles is formed to be oriented substantially perpendicular to the direction in which the ceramic fibers are oriented.
本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料では、物性の異なる領域がセラミック繊維の配向方向と略直交するように配向して形成されているので、マトリックスの内部で当該方向での界面の熱抵抗、強度の低下を防止することができる。結果として、セラミック繊維強化セラミック複合材料の特に繊維の配向していない方向に対する強度、熱伝導率を高くすることができる。 In the ceramic fiber-reinforced ceramic composite material of the present invention, regions with different physical properties are oriented substantially perpendicular to the orientation direction of the ceramic fibers, so the thermal resistance and strength of the interface in the direction within the matrix are It is possible to prevent a decrease in As a result, the strength and thermal conductivity of the ceramic fiber-reinforced ceramic composite material can be increased, particularly in the direction in which the fibers are not oriented.
（１０）前記セラミック繊維は、炭素繊維又はＳｉＣ繊維である。 (10) The ceramic fiber is carbon fiber or SiC fiber.
炭素繊維、ＳｉＣ繊維は、高い耐熱性、強度を有しているので複合材料として好適に利用することができる。 Carbon fibers and SiC fibers have high heat resistance and strength, so they can be suitably used as composite materials.
（１１）前記セラミック粒子は、炭素系粒子又はＳｉＣ粒子である。 (11) The ceramic particles are carbon-based particles or SiC particles.
炭素系粒子、ＳｉＣ粒子は、高い耐熱性を有しているので複合材料として好適に利用することができる。炭素系粒子としては黒鉛、コークス、カーボンブラック、ガラス状炭素などが利用できる。ＳｉＣ粒子としてはα－ＳｉＣ、β－ＳｉＣなどが利用できる。 Since carbon-based particles and SiC particles have high heat resistance, they can be suitably used as composite materials. Graphite, coke, carbon black, glassy carbon, etc. can be used as carbon-based particles. As the SiC particles, α-SiC, β-SiC, etc. can be used.
（１２）前記セラミック粒子の粒子径は０．１～１０μｍである。 (12) The particle size of the ceramic particles is 0.1 to 10 μm.
セラミック粒子の粒子径が０．１μｍ以上であると、セラミック粒子を含有する領域においてセラミック粒子が高密度で充填され、マトリックスが形成された後、セラミック粒子を含有しない領域が、周囲と明確に区別される。このため、セラミック繊維の配向と略直交する方向に配向性を形成しやすくすることができる。セラミック粒子の粒子径が１０μｍ以下であると、セラミック繊維強化セラミック複合材料の内部まで十分にセラミック粒子を充填させることができる。 When the particle size of the ceramic particles is 0.1 μm or more, the ceramic particles are densely packed in the region containing the ceramic particles, and after a matrix is formed, the region not containing the ceramic particles can be clearly distinguished from the surrounding area. be done. Therefore, it is possible to easily form orientation in a direction substantially perpendicular to the orientation of the ceramic fibers. When the particle size of the ceramic particles is 10 μm or less, the ceramic particles can be sufficiently filled into the inside of the ceramic fiber-reinforced ceramic composite material.
スラリー含浸工程において、スラリーが水とセラミック粒子を含有しているため、スラリー中の水が揮散しても、濃縮され粘度が高くなる溶質がなく、水蒸気の拡散を妨げる溶質の硬化した被膜が形成されない。このため剥離や膨れを起こりにくくすることができる。さらに、スラリーから凍結乾燥で溶媒である水を除去しているため、乾燥の過程でスラリーは流動化しておらず、スラリーが含浸されたときの形状で固定されたまま乾燥する。このため乾燥の過程で体積収縮が起こっても細かく分散して気孔が亀裂状に形成されるので大きな気泡や、剥離を生じることなく水分が除去される。 In the slurry impregnation process, the slurry contains water and ceramic particles, so even if the water in the slurry evaporates, there is no solute that becomes concentrated and viscous, and a hardened film of solute that prevents the diffusion of water vapor is formed. Not done. Therefore, peeling and blistering can be made less likely to occur. Furthermore, since water, which is a solvent, is removed from the slurry by freeze-drying, the slurry does not become fluidized during the drying process, and dries while remaining fixed in the shape it was in when the slurry was impregnated. Therefore, even if volume shrinkage occurs during the drying process, the pores are finely dispersed and cracked, so that water can be removed without creating large bubbles or peeling.
また、このときのセラミック粒子を含有しない領域となる細かな気孔は、亀裂状に細かく分散して形成されるので、膨れ、剥離などが大きく成長しにくく、強度、熱伝導率の大きなセラミック繊維強化セラミック複合材料を提供することができる。 In addition, the fine pores, which are regions that do not contain ceramic particles, are formed in a finely dispersed manner in the form of cracks, making it difficult for blisters and peeling to grow, and ceramic fiber reinforced with high strength and thermal conductivity. Ceramic composite materials can be provided.
（発明の詳細な説明）
上記の通り、本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料の製造方法は、セラミック繊維が１方向又は２方向に配向した骨材に、セラミック粒子と水とを含有するスラリーを含浸し、スラリー含浸体を得るスラリー含浸工程と、前記スラリー含浸体を凍結乾燥し乾燥体を得る乾燥工程と、前記乾燥工程の後に前記セラミック粒子間にマトリックス原料を導入しマトリックスを形成するマトリックス形成工程と、を含む。
(Detailed description of the invention)
As described above, the method for producing a ceramic fiber-reinforced ceramic composite material of the present invention involves impregnating an aggregate in which ceramic fibers are oriented in one or two directions with a slurry containing ceramic particles and water to form a slurry-impregnated body. a drying step of freeze-drying the slurry-impregnated body to obtain a dried body; and a matrix forming step of introducing a matrix raw material between the ceramic particles to form a matrix after the drying process.
本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料の製造方法によれば、スラリー含浸工程において、スラリーが水とセラミック粒子を含有しているため、スラリー中の水が揮散しても、濃縮され粘度が高くなる溶質がなく、水蒸気の拡散を妨げる溶質の硬化した被膜が形成されない。このため剥離や膨れを起こりにくくすることができる。なお、スラリーはセラミック粒子と水以外のものを含有しても良い。 According to the method for producing a ceramic fiber-reinforced ceramic composite material of the present invention, in the slurry impregnation step, the slurry contains water and ceramic particles, so even if the water in the slurry evaporates, it becomes concentrated and has a high viscosity. There are no solutes and no hardened coatings of solutes form that prevent water vapor diffusion. Therefore, peeling and blistering can be made less likely to occur. Note that the slurry may contain something other than ceramic particles and water.
さらに、スラリーから凍結乾燥で溶媒である水を除去しているため、乾燥の過程でスラリーは流動化しておらず、スラリーが含浸されたときの形状で固定されたまま乾燥する。このため乾燥の過程で体積収縮が起こっても、細かく分散して亀裂状に気孔が形成されるので、大きな気泡や、剥離を生じることなく水分が除去される。また、このときの細かな気孔は、セラミック繊維との相互作用により、セラミック繊維の配向方向に略直交するように配向して形成される。このため、スラリー含浸工程の後のマトリックス形成工程、ＣＶＩ工程などにおいて、セラミック前駆体、原料ガスが複合材料内部まで浸透されやすくすることができる。 Furthermore, since water, which is a solvent, is removed from the slurry by freeze-drying, the slurry does not become fluidized during the drying process, and dries while remaining fixed in the shape it was in when the slurry was impregnated. Therefore, even if volume shrinkage occurs during the drying process, the water is finely dispersed and crack-like pores are formed, so that water can be removed without creating large bubbles or peeling. Moreover, the fine pores at this time are formed to be oriented substantially perpendicular to the orientation direction of the ceramic fibers due to interaction with the ceramic fibers. Therefore, in the matrix formation step, CVI step, etc. after the slurry impregnation step, the ceramic precursor and raw material gas can be easily penetrated into the inside of the composite material.
また本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料の製造方法は以下の態様であることが好ましい。 Further, the method for manufacturing the ceramic fiber-reinforced ceramic composite material of the present invention preferably has the following embodiments.
前記セラミック繊維は、炭素繊維又はＳｉＣ繊維である。 The ceramic fibers are carbon fibers or SiC fibers.
炭素繊維やＳｉＣ繊維は、高い耐熱性、強度を有しているので複合材料として好適に利用することができる。 Carbon fibers and SiC fibers have high heat resistance and strength, so they can be suitably used as composite materials.
前記セラミック粒子は、炭素系粒子又はＳｉＣ粒子である。 The ceramic particles are carbon-based particles or SiC particles.
炭素系粒子やＳｉＣ粒子は、高い耐熱性を有しているので複合材として好適に利用することができる。炭素系粒子としては黒鉛、コークス、カーボンブラック、ガラス状炭素などが利用できる。ＳｉＣ粒子としてはα－ＳｉＣ、β－ＳｉＣなどが利用できる。 Since carbon-based particles and SiC particles have high heat resistance, they can be suitably used as composite materials. Graphite, coke, carbon black, glassy carbon, etc. can be used as carbon-based particles. As the SiC particles, α-SiC, β-SiC, etc. can be used.
前記マトリックス原料は、炭素前駆体又はＳｉＣ前駆体である。 The matrix raw material is a carbon precursor or a SiC precursor.
炭素前駆体としてはフェノール樹脂、コプナ樹脂、ポリイミド樹脂などが利用できる。これらの炭素前駆体は焼成することによって炭素化し、セラミック粒子とともにマトリックスを形成することができる。 As the carbon precursor, phenol resin, Copna resin, polyimide resin, etc. can be used. These carbon precursors can be carbonized by firing and form a matrix together with ceramic particles.
ＳｉＣ前駆体としては、ポリカルボシラン及びこの誘導体、シラン系化合物と有機物との混合物などが利用できる。これらのＳｉＣ前駆体は焼成することによりＳｉＣ化し、セラミック粒子とともにマトリックスを形成することができる。 As the SiC precursor, polycarbosilane and derivatives thereof, mixtures of silane compounds and organic substances, and the like can be used. These SiC precursors can be converted into SiC by firing and form a matrix together with ceramic particles.
前記マトリックス形成工程の後に、ＣＶＩ法でセラミックスを沈積するＣＶＩ工程を、さらに含む。 After the matrix forming step, the method further includes a CVI step of depositing ceramics using a CVI method.
ＣＶＩ法でセラミックスを形成するとマトリックス間に気孔を充填し、緻密で気体不浸透性の高いセラミック繊維強化セラミック複合材料を得ることができる。 When ceramics are formed using the CVI method, pores are filled between the matrices, and a dense ceramic fiber-reinforced ceramic composite material with high gas impermeability can be obtained.
前記セラミック繊維はＳｉＣ繊維であり、前記セラミック粒子は炭素系粒子又はＳｉＣ粒子であり、前記マトリックス原料は溶融シリコンである。 The ceramic fibers are SiC fibers, the ceramic particles are carbon-based particles or SiC particles, and the matrix raw material is molten silicon.
ＳｉＣ系材料の製造方法に、炭素とシリコンとを反応させＳｉＣを得る反応焼結法がある。この方法では、シリコンと炭素との混合物を加熱してシリコンを溶融させて所定の形状のＳｉＣを得ることができる。しかしながら炭素とシリコンの反応に伴う寸法変化が大きいため、所定の形状の部材を得るために、あらかじめ炭素又はＳｉＣを含む骨材を所定の形状に成形しておき、必要最小限のシリコンを溶融し含浸する方法（ＭＩ法）がとられる。ＭＩ法では骨材としてＳｉＣ及び／又は炭素とを使用する。ＳｉＣと炭素との比率は適宜設定することができる。本発明の製造方法をＭＩ法に適用することにより、特にセラミック繊維の配向と直交する方向に剥離しにくく、熱伝導率の高いセラミック繊維強化セラミック複合材料を得ることができる。 A method for manufacturing SiC-based materials includes a reaction sintering method in which carbon and silicon are reacted to obtain SiC. In this method, SiC in a predetermined shape can be obtained by heating a mixture of silicon and carbon to melt the silicon. However, since there is a large dimensional change due to the reaction between carbon and silicon, in order to obtain a member with a predetermined shape, aggregate containing carbon or SiC is molded into a predetermined shape in advance, and the minimum necessary amount of silicon is melted. An impregnating method (MI method) is used. The MI method uses SiC and/or carbon as aggregate. The ratio of SiC to carbon can be set as appropriate. By applying the manufacturing method of the present invention to the MI method, it is possible to obtain a ceramic fiber-reinforced ceramic composite material that is difficult to peel off, particularly in a direction perpendicular to the orientation of ceramic fibers, and has high thermal conductivity.
前記セラミック粒子の粒子径は０．１～１０μｍである。 The particle size of the ceramic particles is 0.1 to 10 μm.
セラミック粒子の粒子径が０．１μｍ以上であると、高い濃度のスラリーを得ることができ、効率よくセラミック粒子を骨材間に充填することができる。また、セラミック粒子の粒子径が１０μｍ以下であると、内部までセラミック粒子を充填しやすくすることができる。 When the particle size of the ceramic particles is 0.1 μm or more, a highly concentrated slurry can be obtained, and the ceramic particles can be efficiently filled between the aggregates. Further, when the particle diameter of the ceramic particles is 10 μm or less, it is possible to easily fill the ceramic particles to the inside.
また上記の通り、本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料は、セラミック繊維が１方向又は２方向に配向した骨材と、前記セラミック繊維の隙間を充填し、セラミック粒子を含有する領域と、セラミック粒子を含有しない領域とで構成されるマトリックスとからなり、前記セラミック粒子を含有しない領域は、亀裂状に形成されている。セラミック粒子を含有しない領域は、亀裂状に細かく分散して形成されるので、膨れ、剥離などが大きく成長しにくく、強度、熱伝導率の大きなセラミック繊維強化セラミック複合材料を提供することができる。 Further, as described above, the ceramic fiber-reinforced ceramic composite material of the present invention fills the gaps between the aggregate in which ceramic fibers are oriented in one or two directions, and the ceramic fibers, and has a region containing ceramic particles, and a region containing ceramic particles. and a matrix consisting of a region not containing ceramic particles, and the region not containing ceramic particles is formed in the shape of a crack. Since the regions that do not contain ceramic particles are formed in finely dispersed cracks, it is difficult for blisters, peeling, etc. to grow significantly, and it is possible to provide a ceramic fiber-reinforced ceramic composite material that has high strength and thermal conductivity.
セラミック粒子を含有する領域とセラミック粒子を含有しない領域とでは、物性が異なり、特にセラミック前駆体を導入してセラミック繊維強化セラミック複合材料を得た場合には、セラミック粒子を含有しない領域には気孔が残りやすく、強度、熱伝導率が他の部分よりも劣るが、本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料は、セラミック粒子を含有しない領域となる細かな気孔は、細かく分散して亀裂状に形成されるので、剥離、膨れが発生しにくく、高い強度、熱伝導率を得ることができる。 The physical properties are different between the region containing ceramic particles and the region not containing ceramic particles, and especially when a ceramic precursor is introduced to obtain a ceramic fiber-reinforced ceramic composite material, the region not containing ceramic particles has pores. However, in the ceramic fiber-reinforced ceramic composite material of the present invention, the fine pores, which are areas that do not contain ceramic particles, are finely dispersed and formed in the form of cracks. As a result, peeling and blistering are less likely to occur, and high strength and thermal conductivity can be obtained.
また、本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料は、以下の態様であることが好ましい。 Further, the ceramic fiber-reinforced ceramic composite material of the present invention preferably has the following embodiments.
前記セラミック粒子を含有しない領域は、前記セラミック繊維が配向する方向と略直交するように配向している。 The region not containing the ceramic particles is oriented substantially perpendicular to the direction in which the ceramic fibers are oriented.
本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料では、物性の異なる領域がセラミック繊維の配向方向と略直交するように配向して形成されているので、マトリックスの内部で当該方向での界面の熱抵抗、強度の低下を防止することができる。結果として、セラミック繊維強化セラミック複合材料における、特に繊維の配向していない方向に対する強度、熱伝導率を高くすることができる。
本発明において、略直交とは、厳密な直交（９０°）に加えて、例えば７５～１０５°の範囲である。
In the ceramic fiber-reinforced ceramic composite material of the present invention, regions with different physical properties are oriented substantially perpendicular to the orientation direction of the ceramic fibers, so the thermal resistance and strength of the interface in the direction within the matrix are It is possible to prevent a decrease in As a result, the strength and thermal conductivity of the ceramic fiber-reinforced ceramic composite material can be increased, particularly in the direction in which the fibers are not oriented.
In the present invention, "substantially orthogonal" means, in addition to exact orthogonality (90°), for example, in the range of 75 to 105°.
前記セラミック繊維は、炭素繊維又はＳｉＣ繊維である。 The ceramic fibers are carbon fibers or SiC fibers.
炭素繊維やＳｉＣ繊維は、高い耐熱性、強度を有しているので複合材料として好適に利用することができる。 Carbon fibers and SiC fibers have high heat resistance and strength, so they can be suitably used as composite materials.
前記セラミック粒子は、炭素系粒子又はＳｉＣ粒子である。 The ceramic particles are carbon-based particles or SiC particles.
炭素系粒子やＳｉＣ粒子は、高い耐熱性を有しているので複合材料として好適に利用することができる。炭素系粒子としては黒鉛、コークス、カーボンブラック、ガラス状炭素などが利用できる。ＳｉＣ粒子としてはα－ＳｉＣ、β－ＳｉＣなどが利用できる。 Since carbon-based particles and SiC particles have high heat resistance, they can be suitably used as composite materials. Graphite, coke, carbon black, glassy carbon, etc. can be used as carbon-based particles. As the SiC particles, α-SiC, β-SiC, etc. can be used.
前記セラミック粒子の粒子径は０．１～１０μｍである。 The particle size of the ceramic particles is 0.1 to 10 μm.
セラミック粒子の粒子径が０．１μｍ以上であると、セラミック粒子を含有する領域においてセラミック粒子が高密度に充填され、マトリックスが形成された後、セラミック粒子を含有しない領域が周囲と明確に区別される。このため、セラミック繊維の配向と略直交する方向に配向性を形成しやすくすることができる。セラミック粒子の粒子径が１０μｍ以下であると、セラミック繊維強化セラミック複合材料の内部まで十分にセラミック粒子を充填させることができる。 When the particle size of the ceramic particles is 0.1 μm or more, the ceramic particles are densely packed in the region containing the ceramic particles, and after a matrix is formed, the region not containing the ceramic particles is clearly distinguished from the surrounding area. Ru. Therefore, it is possible to easily form orientation in a direction substantially perpendicular to the orientation of the ceramic fibers. When the particle size of the ceramic particles is 10 μm or less, the ceramic particles can be sufficiently filled into the inside of the ceramic fiber-reinforced ceramic composite material.
（発明を実施するための形態）
本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料の特徴が明確になるよう、従来技術のセラミック繊維強化セラミック複合材料と対比しながら記載する。
(Form for carrying out the invention)
In order to clarify the characteristics of the ceramic fiber-reinforced ceramic composite material of the present invention, the description will be made in comparison with the ceramic fiber-reinforced ceramic composite material of the prior art.
［実施例１、比較例１］
図１は、本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料７Ａ（実施例１）と、従来技術のセラミック繊維強化セラミック複合材料７Ｂ（比較例１）を対比して示した表である。左側に本発明（Ａ）のセラミック繊維強化セラミック複合材料７Ａを示し、右側に従来技術（Ｂ）のセラミック繊維強化セラミック複合材料７Ｂを示している。
[Example 1, Comparative Example 1]
FIG. 1 is a table showing a comparison between a ceramic fiber-reinforced ceramic
また、項目の（１）は、セラミック繊維１からなる骨材２、（２）は、水とセラミック粒子３とからなるスラリーを含浸したスラリー含浸体４、（３）は、水分を除去した乾燥体５Ａ，５Ｂ、（４）は、マトリックスを形成したセラミック繊維強化セラミック複合材料７Ａ，７Ｂを示している。なお、図１中の各図は、各部材の断面写真をイラスト化したものである。
In addition, item (1) is the aggregate 2 made of
本実施の形態では、セラミック繊維としてＳｉＣ繊維、セラミック粒子として黒鉛、セラミック前駆体として炭素前駆体であるフェノール樹脂を用い、セラミック繊維はＳｉＣ、セラミックマトリックスは炭素からなる。 In this embodiment, SiC fibers are used as the ceramic fibers, graphite is used as the ceramic particles, phenol resin which is a carbon precursor is used as the ceramic precursor, the ceramic fibers are made of SiC, and the ceramic matrix is made of carbon.
まず、本発明の変化を説明する。 First, changes in the present invention will be explained.
＜骨材＞
Ａ（１）は、骨材２を示している。
<Aggregate>
A(1) indicates
骨材２として、セラミック繊維１を束ねたストランドを使用し、平織りに織った織布を積層して使用する。図１の横方向（左右方向）及び紙面の垂直方向にセラミック繊維１がそれぞれ配向している。一方、２方向と直交する図１の上下方向にはセラミック繊維１が配向していない。なお、骨材２である織布は８層に積層されている。
As the
＜スラリー含浸工程＞
Ａ（２）は、上記骨材２の間にマトリックス形成の際の充填材となるセラミック粒子３を水とともに含浸したスラリー含浸体４を示している。
<Slurry impregnation process>
A(2) shows a slurry-impregnated
あらかじめ真空引きしたのちディップして全方向含浸するか、骨材２の内部の空気が排出されるよう出口を確保し一方向から含浸することにより、内部までセラミック粒子３を含浸することができる。なお、スラリーの濃度は特に限定されないが、流動性が確保さえすれば濃度が高い方が好ましい。
The
＜乾燥工程＞
Ａ（３）は、乾燥体５Ａを示している。
<Drying process>
A(3) indicates the dried
得られたスラリー含浸体４を一旦凍結させ、形状を固定したまま凍結乾燥する。この際、本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料７Ａでは、スラリーには流動性がないので、大きな気孔が成長することはない。また、乾燥段階で液状でないので、表面張力の作用により気孔が一体化することもない。
スラリー含浸体４から乾燥体５Ａに至るにあたって、大きな気孔が成長せず、細かな亀裂状の気孔６が数多く形成される。また、セラミック繊維１の配向方向には収縮が起きにくいので、セラミック繊維１の配向方向と略直交する方向（図１中の上下方向）に細かな亀裂状の気孔が形成される。
なお、凍結乾燥の条件としては、上記スラリー含浸体４中の水分を凍結乾燥により除去でいるものであれば特に制限されないが、例えば、温度：－７０～０℃、圧力：０～１００Ｐａ、時間：２～７２ｈｒとすることができる。
The obtained slurry-impregnated
From the slurry-impregnated
Note that the freeze-drying conditions are not particularly limited as long as the moisture in the slurry-impregnated
＜マトリックス形成工程＞
Ａ（４）は、マトリックスを形成したセラミック繊維強化セラミック複合材料７Ａを示している。
<Matrix formation process>
A(4) shows a ceramic fiber-reinforced ceramic
乾燥工程で得られた乾燥体５Ａに炭素前駆体からなるマトリックス原料８を含浸する。炭素前駆体は、液状のフェノール樹脂を用いる。マトリックス原料８は、骨材２の間に含浸される。骨材２の間には、セラミック粒子３が存在する領域と存在しない領域（気孔６）とがあり、いずれにもマトリックス原料８が含浸される。この際、セラミック粒子３が存在しない領域は、セラミック繊維と略直交するよう厚み方向に配向しているので、マトリックス原料８の浸透を促進させる。含浸されたマトリックス原料８は、焼成されセラミック化する。このため、マトリックスには、セラミック粒子３が存在する領域と存在しない領域がセラミック繊維と略直交するように形成される。
The dried
以上の製造工程によって本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料７Ａを得ることができる。
The ceramic fiber-reinforced ceramic
次に比較のため、従来技術のセラミック繊維強化セラミック複合材料７Ｂについて説明する。なお、骨材（１）、スラリー含浸工程（２）までは、実施例１と同様に実施する。したがって、図１のＢ（３）、（４）について説明する。
Next, for comparison, a conventional ceramic fiber-reinforced ceramic
＜乾燥工程＞
Ｂ（３）は、従来技術のセラミック繊維強化セラミック複合材料７Ｂを得るための乾燥工程により得られる乾燥体５Ｂを示している。
<Drying process>
B(3) shows a dried
従来技術のセラミック繊維強化セラミック複合材料７Ｂの乾燥工程では、凍結乾燥を用いることなく（例えば自然乾燥又は熱風乾燥により）、水分を除去する。スラリーは流動性を有しているので、乾燥とともに体積が小さくなり、また乾燥に伴って発生する水蒸気によって内部に気泡が形成されてしまう。また、スラリーは乾燥過程で液体であるので、表面張力の作用により気孔を一体化させるよう作用する。
In the drying process of the prior art ceramic fiber-reinforced ceramic
従来技術と比較して、本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料７Ａの乾燥工程では、凍結して形状が保持されているので、乾燥に伴う体積収縮は小さいこと、水蒸気の発生に伴う気孔６ができにくいこと、また、スラリーの表面張力の作用による気孔の一体化が起こりにくいことが、従来技術のセラミック繊維強化セラミック複合材料７Ｂとの相違点である。この違いによって、乾燥体５Ａ，５Ｂの内部にできるセラミック粒子３の存在しない領域（気孔６）は、本発明では、図２中の気孔６で示すように、セラミック繊維１の配向と略直交する方向（図２中の上下方向）に亀裂状になってできるが、従来技術のセラミック繊維強化セラミック複合材料７Ｂでは、図３中の気孔６で示すように、セラミック繊維１の配向と同じ方向（図３中の左右方向）に大きく成長してできる。
Compared to the conventional technology, in the drying process of the ceramic fiber-reinforced ceramic
＜マトリックス形成工程＞
Ｂ（４）は、従来技術のマトリックスを形成したセラミック繊維強化セラミック複合材料７Ｂを示している。
<Matrix formation process>
B(4) shows a matrix-formed ceramic fiber-reinforced ceramic
本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料７Ａと同様に、乾燥工程で得られた乾燥体５Ｂに炭素前駆体からなるマトリックス原料８を含浸する。炭素前駆体は、液状のフェノール樹脂を用いる。マトリックス原料８は、骨材２の間に含浸される。骨材２の間には、セラミック粒子３が存在する領域と存在しない領域（気孔６）とがあり、いずれにもマトリックス原料８が含浸される。含浸されたマトリックス原料８は、焼成されセラミック化する。このため、マトリックスには、セラミック粒子３が存在する領域と存在しない領域が形成される。
Similarly to the ceramic fiber-reinforced ceramic
以上のプロセスによって従来技術のセラミック繊維強化セラミック複合材料７Ｂを得ることができる。
The ceramic fiber-reinforced ceramic
従来技術のセラミック繊維強化セラミック複合材料７Ｂにおいて、マトリックスの中のセラミック粒子３が存在しない領域は、厚み方向に収縮しやすく、セラミック繊維１の配向方向に沿って形成されやすい。
In the ceramic fiber-reinforced ceramic
これに対し、本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料７Ａでは、セラミック粒子３の存在しない領域は、セラミック繊維１に対し略直交する方向に配向する。このため、本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料７Ａでは、セラミック繊維１に直交する方向に沿って２つの領域の界面が配向するので、セラミック繊維に直交する方向の強度、熱伝導率を強くすることができる。
In contrast, in the ceramic fiber-reinforced ceramic
［実施例２］
図４は、セラミック粒子として実施例１の黒鉛粒子に代えてＳｉＣ粒子を含浸した実施例２の乾燥体の断面写真である。乾燥は、実施例１と同様、得られたスラリー含浸体を一旦凍結させ、形状を固定したまま凍結乾燥するものであり、具体的な凍結乾燥の条件は、温度：－５０℃、圧力：８．９Ｐａ、時間：２４ｈｒとした。図４より、乾燥工程では、セラミック繊維の配向方向と略直交する方向にセラミック粒子の存在しない領域（気孔）が亀裂状に形成されているのが確認できる。なお、断面写真は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて撮影した。
[Example 2]
FIG. 4 is a cross-sectional photograph of a dried body of Example 2 impregnated with SiC particles instead of the graphite particles of Example 1 as ceramic particles. As in Example 1, drying was carried out by once freezing the obtained slurry-impregnated body and freeze-drying it while keeping the shape fixed.The specific freeze-drying conditions were: temperature: -50°C, pressure: 8 .9 Pa, time: 24 hr. From FIG. 4, it can be seen that in the drying process, regions (pores) where no ceramic particles are present are formed in the shape of cracks in a direction substantially perpendicular to the orientation direction of the ceramic fibers. Note that the cross-sectional photograph was taken using a SEM (scanning electron microscope).
［比較例２］
図５は、セラミック粒子として比較例１の黒鉛粒子に代えてＳｉＣ粒子を含浸した比較例２の乾燥体の断面写真である。乾燥は、比較例１と同様、得られたスラリー含浸体を、凍結乾燥を用いることなく水分を除去するものである。具体的な乾燥の条件は、温度：８０℃、圧力：常圧、時間：２４ｈｒとした。図５より、乾燥工程では、セラミック繊維の配向方向と同じ方向にセラミック粒子の存在しない領域（気孔）が形成されているのが確認できる。なお、断面写真は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて撮影した。
[Comparative example 2]
FIG. 5 is a cross-sectional photograph of a dried body of Comparative Example 2 impregnated with SiC particles instead of the graphite particles of Comparative Example 1 as ceramic particles. As in Comparative Example 1, drying was carried out by removing moisture from the obtained slurry-impregnated body without using freeze-drying. The specific drying conditions were temperature: 80°C, pressure: normal pressure, and time: 24 hours. From FIG. 5, it can be seen that in the drying process, regions (pores) where no ceramic particles are present are formed in the same direction as the orientation direction of the ceramic fibers. Note that the cross-sectional photograph was taken using a SEM (scanning electron microscope).
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は、本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。 Note that the present invention is not limited to the embodiments described above, and can be modified, improved, etc. as appropriate. In addition, the material, shape, size, numerical value, form, number, arrangement location, etc. of each component in the above-described embodiments are arbitrary as long as they can achieve the present invention, and are not limited.
本発明のセラミック繊維強化セラミック複合材料及びその製造方法は、強度が高く、熱伝導率の高いセラミック繊維強化セラミック複合材料を要望する分野に適合可能である。 The ceramic fiber-reinforced ceramic composite material and the manufacturing method thereof of the present invention can be applied to fields requiring ceramic fiber-reinforced ceramic composite materials with high strength and high thermal conductivity.
１ セラミック繊維
２ 骨材
３ セラミック粒子
４ スラリー含浸体
５Ａ，５Ｂ 乾燥体
６ 気孔
７Ａ，７Ｂ セラミック繊維強化セラミック複合材料
８ マトリックス原料
1
Claims (10)
前記スラリー含浸体を凍結乾燥し乾燥体を得る乾燥工程と、
前記乾燥工程の後に、前記乾燥体における前記骨材の間に、炭素前駆体又はＳｉＣ前駆体であるマトリックス原料を含浸させ、続いて、焼成することで、炭素又はＳｉＣにセラミック化されたマトリックスを形成するマトリックス形成工程と、を含むことにより、
前記マトリックスが、
セラミック粒子が亀裂状の気孔を形成するように集まってできる前記気孔に相当する前記セラミック粒子を含有しない領域と、
前記気孔以外の領域に相当する前記セラミック粒子を含有する領域とで構成され、
前記気孔に相当する前記セラミック粒子を含有しない領域が、前記セラミック繊維の配向方向と略直交するように配向するように形成する、
セラミック繊維強化セラミック複合材料の製造方法。 A slurry impregnation step in which aggregate in which ceramic fibers are oriented in one or two directions is impregnated with a slurry containing ceramic particles and water to obtain a slurry-impregnated body;
a drying step of freeze-drying the slurry-impregnated body to obtain a dried body;
After the drying step, a matrix raw material that is a carbon precursor or a SiC precursor is impregnated between the aggregates in the dried body, and then fired to form a ceramicized matrix of carbon or SiC. By including a matrix forming step of forming,
The matrix is
a region not containing the ceramic particles corresponding to the pores formed by ceramic particles gathering to form crack-like pores;
and a region containing the ceramic particles corresponding to a region other than the pores,
A region not containing the ceramic particles corresponding to the pores is formed so as to be oriented substantially perpendicular to the orientation direction of the ceramic fibers.
Method for manufacturing ceramic fiber-reinforced ceramic composite materials.
前記スラリー含浸体を凍結乾燥し乾燥体を得る乾燥工程と、
前記乾燥工程の後に、前記乾燥体における前記骨材の間に、炭素前駆体又はＳｉＣ前駆体であるマトリックス原料を含浸させ、続いて、焼成することで、炭素又はＳｉＣにセラミック化されたマトリックスを形成するマトリックス形成工程と、
前記マトリックス形成工程の後に、ＣＶＩ法でセラミックスを沈積するＣＶＩ工程と、を含むことにより、
前記マトリックスが、
セラミック粒子が亀裂状の気孔を形成するように集まってできる前記気孔に相当する前記セラミック粒子を含有しない領域と、
前記気孔以外の領域に相当する前記セラミック粒子を含有する領域とで構成され、
前記気孔に相当する前記セラミック粒子を含有しない領域が、前記セラミック繊維の配向方向と略直交するように配向するように形成する、
セラミック繊維強化セラミック複合材料の製造方法。 A slurry impregnation step in which aggregate in which ceramic fibers are oriented in one or two directions is impregnated with a slurry containing ceramic particles and water to obtain a slurry-impregnated body;
a drying step of freeze-drying the slurry-impregnated body to obtain a dried body;
After the drying step, a matrix raw material that is a carbon precursor or a SiC precursor is impregnated between the aggregates in the dried body, and then fired to form a ceramicized matrix of carbon or SiC. a matrix forming step of forming;
By including a CVI step of depositing ceramics by a CVI method after the matrix forming step,
The matrix is
a region not containing the ceramic particles corresponding to the pores formed by ceramic particles gathering to form crack-like pores;
and a region containing the ceramic particles corresponding to a region other than the pores,
A region not containing the ceramic particles corresponding to the pores is formed so as to be oriented substantially perpendicular to the orientation direction of the ceramic fibers.
Method for manufacturing ceramic fiber-reinforced ceramic composite materials.
前記セラミック繊維の隙間を充填し、炭素またはＳｉＣにセラミック粒子を含有して構成されるマトリックスと、を有し、
前記マトリックスは、
セラミック粒子が亀裂状の気孔を形成するように集まってできる前記気孔に相当する前記セラミック粒子を含有しない領域と、
前記気孔以外の領域に相当する前記セラミック粒子を含有する領域とで構成され、
前記気孔に相当する前記セラミック粒子を含有しない領域は、前記セラミック繊維の配向方向と略直交するように配向して形成されている、セラミック繊維強化セラミック複合材料。 an aggregate in which ceramic fibers are oriented in one or two directions;
a matrix that fills the gaps between the ceramic fibers and is composed of carbon or SiC containing ceramic particles;
The matrix is
a region not containing the ceramic particles corresponding to the pores formed by ceramic particles gathering to form crack-like pores;
and a region containing the ceramic particles corresponding to a region other than the pores,
A ceramic fiber-reinforced ceramic composite material, wherein a region not containing the ceramic particles corresponding to the pores is oriented substantially perpendicular to an orientation direction of the ceramic fibers.
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