JP7495280B2 - Manufacturing method of SiC/SiC composite material - Google Patents

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Description

本発明は、SiC繊維により強化されたSiC/SiC複合材及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a SiC/SiC composite reinforced with SiC fibers and a method for manufacturing the same.

SiC/SiC複合材は、耐熱性、強度、靱性を備えているので、高温炉、原子炉、ガスタービンの部材など、様々な分野で利用が期待されている。
SiC/SiC複合材は、SiCからなる母材(マトリックス)と、SiC繊維を含む骨材とを組み合わせた部材である。母材として使用されるSiCは、耐熱性、強度を備えているものの、弾性率が高いという特徴を有しているため、脆い素材である。そこで、セラミックよりなる母材(マトリックス)に、骨材としてセラミック繊維を複合させることにより、セラミックの母材の弱点である脆性を改良した種々のSiC/SiC複合材が提案されている。
SiC/SiC composite materials have heat resistance, strength, and toughness, and are therefore expected to be used in a variety of fields, such as in components for high-temperature reactors, nuclear reactors, and gas turbines.
A SiC/SiC composite is a component that combines a base material (matrix) made of SiC with aggregate containing SiC fibers. Although SiC used as the base material has heat resistance and strength, it is a brittle material due to its high elastic modulus. Therefore, various SiC/SiC composites have been proposed that improve the brittleness of the ceramic base material by combining ceramic fibers as aggregate with the ceramic base material (matrix).

このようなSiC/SiC複合材の製造方法の1つとして、ポリマー含浸法(PIP法:Polymer Infiltration and Pyrolysis)がある。PIP法とは、SiC繊維からなる骨材に、SiC前駆体を含浸し、焼成する方法である。PIP法によると、液状のSiC前駆体を骨材に含浸させるため、厚さがある骨材であっても液状のSiC前駆体を内部まで浸透させることができ、所望の厚さを有するSiC/SiC複合材を得ることができる。 One method for manufacturing such SiC/SiC composites is the polymer infiltration and pyrolysis (PIP) method. The PIP method involves impregnating an aggregate made of SiC fibers with a SiC precursor and then firing it. With the PIP method, the aggregate is impregnated with a liquid SiC precursor, so that even if the aggregate is thick, the liquid SiC precursor can penetrate to the inside, and a SiC/SiC composite with the desired thickness can be obtained.

例えば、特許文献1には、SiC繊維からなる骨材に、水とSiC粒子とからなるスラリーを含浸し、乾燥する第1含浸工程と、前記第1含浸工程の後に、SiC前駆体と有機溶媒とからなるSiC前駆体溶液を含浸し、乾燥、焼成する第2含浸工程と、を有することを特徴とするSiC繊維強化SiC複合材料の製造方法が提案されている。上記特許文献1によると、簡単な方法で緻密なSiC繊維強化SiC複合材料(SiC/SiC複合材)を得ることができることが記載されている。 For example, Patent Document 1 proposes a method for producing a SiC fiber-reinforced SiC composite material, which is characterized by having a first impregnation step in which aggregate made of SiC fibers is impregnated with a slurry made of water and SiC particles and dried, and a second impregnation step in which, after the first impregnation step, the aggregate is impregnated with a SiC precursor solution made of a SiC precursor and an organic solvent, dried, and fired. Patent Document 1 describes that a dense SiC fiber-reinforced SiC composite material (SiC/SiC composite) can be obtained by a simple method.

特開2019-172503号公報JP 2019-172503 A

ところで、SiC/SiC複合材が有する高い耐熱性は、SiC自体が有する耐熱性と、SiC/SiC複合材の表面に形成される薄い酸化膜(SiO膜)の作用によるものである。このため、希薄な酸素雰囲気等のように、SiO膜を形成させることができない環境下で製造されたSiC/SiC複合材については、耐酸化性を向上させるために、SiO膜とは異なる耐環境性被膜を形成することにより性能の向上が図られている。 The high heat resistance of SiC/SiC composites is due to the heat resistance of SiC itself and the action of a thin oxide film ( SiO2 film) formed on the surface of the SiC/SiC composite. For this reason, for SiC/SiC composites manufactured in an environment in which a SiO2 film cannot be formed, such as a dilute oxygen atmosphere, an environmentally resistant coating different from the SiO2 film is formed to improve the oxidation resistance, thereby improving the performance.

しかしながら、上記特許文献1に記載された技術は、簡単な方法で緻密なSiC/SiC複合材が得られるものの、緻密性を向上させているため、その表面が滑らかとなっており、耐環境性被膜を形成した場合に、被膜とSiC/SiC複合材の表面との間で十分な密着性を得ることができない。 However, while the technology described in Patent Document 1 provides a dense SiC/SiC composite material in a simple manner, the increased density results in a smooth surface, and when an environmentally resistant coating is formed, sufficient adhesion cannot be obtained between the coating and the surface of the SiC/SiC composite material.

本発明は、上記課題を鑑み、所望の強度を得ることができるとともに、表面に形成される被膜との密着性が優れたSiC/SiC複合材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 problems, the present invention aims to provide a SiC/SiC composite material that can obtain a desired strength and has excellent adhesion to a coating formed on the surface, and a method for manufacturing the same.

上記の目的は、本発明に係る下記(1)のSiC/SiC複合材により達成される。 The above object is achieved by the SiC/SiC composite material according to the present invention as described below in (1).

(1) SiC繊維を含む骨材と、角部を有するSiC粉砕粒子と、隣り合う前記SiC粉砕粒子同士を結合するSiC前駆体の焼成体と、を有し、
かさ密度が2.0g/cm以上2.8g/cm以下であり、
前記骨材、前記SiC粉砕粒子及び前記SiC前駆体の焼成体を除く領域に空隙部が形成されており、前記空隙部に前記SiC粉砕粒子の角部が突出していることを特徴とするSiC/SiC複合材。
(1) A method for producing a composite material comprising: an aggregate containing SiC fibers; SiC pulverized particles having corners; and a sintered body of a SiC precursor that bonds adjacent SiC pulverized particles to each other;
The bulk density is 2.0 g/cm 3 or more and 2.8 g/cm 3 or less,
A SiC/SiC composite material characterized in that voids are formed in areas other than the aggregate, the SiC crushed particles, and the sintered body of the SiC precursor, and corners of the SiC crushed particles protrude into the voids.

本発明のSiC/SiC複合材によれば、空隙部にSiC粉砕粒子の角部が突出しており、空隙部の表面積が増えるとともに、角部によるアンカー効果が得られるため、SiC/SiC複合材の表面に形成される耐環境性被膜との接合力を高めることができる。
また、かさ密度を適切に設定しているため、所望の強度を得ることができるとともに、空隙部の量も確保することができ、SiC/SiC複合材の表面に形成される耐環境性被膜との接合力を確保することができる。
In the SiC/SiC composite of the present invention, the corners of the SiC crushed particles protrude into the voids, increasing the surface area of the voids and providing an anchor effect due to the corners, thereby increasing the bonding strength with the environmentally resistant coating formed on the surface of the SiC/SiC composite.
In addition, since the bulk density is appropriately set, the desired strength can be obtained and the amount of voids can be secured, thereby ensuring the bonding strength with the environmentally resistant coating formed on the surface of the SiC/SiC composite.

また、本発明に係るSiC/SiC複合材は、下記(2)であることが好ましい。 The SiC/SiC composite material according to the present invention is preferably as follows (2):

(2) 前記空隙部は、断面視で鋭角に窪んだ凹部を有することを特徴とする(1)に記載のSiC/SiC複合材。 (2) The SiC/SiC composite material described in (1) is characterized in that the void portion has a recess that is recessed at an acute angle in a cross-sectional view.

空隙部が、断面視で鋭角に窪んだ凹部を有していると、SiC/SiC複合材の表面に耐環境性被膜を形成した際に、耐環境性被膜の材料が凹部に浸透するため、アンカー効果が得られ、SiC/SiC複合材の表面と耐環境性被膜との接合力をより一層向上させることができる。 If the void has a concave portion that is recessed at an acute angle in cross section, when an environmentally resistant coating is formed on the surface of the SiC/SiC composite, the material of the environmentally resistant coating will penetrate into the concave portion, providing an anchor effect and further improving the bonding strength between the surface of the SiC/SiC composite and the environmentally resistant coating.

上記の目的は、本発明に係る下記(3)のSiC/SiC複合材の製造方法により達成される。 The above object is achieved by the manufacturing method of the SiC/SiC composite material according to the present invention as described below in (3).

(3) SiC繊維を含む骨材を、水と、角部を有するSiC粉砕粒子と、ポリカルボシラン粒子と、を含有するスラリーに含浸させて含浸体を得る含浸工程と、
前記含浸体を乾燥させて乾燥体を得る乾燥工程と、
前記乾燥体を加熱し、焼成する焼成工程と、を有し、
前記焼成工程は、前記ポリカルボシラン粒子を溶融させるとともに重合させた後、隣り合う前記SiC粉砕粒子同士を結合するSiC前駆体の焼成体を得る工程であることを特徴とするSiC/SiC複合材の製造方法。
(3) an impregnation step of impregnating an aggregate containing SiC fibers with a slurry containing water, crushed SiC particles having corners, and polycarbosilane particles to obtain an impregnated body;
A drying step of drying the impregnated body to obtain a dried body;
A firing step of heating and firing the dried body,
The method for producing a SiC/SiC composite material is characterized in that the firing process is a process for obtaining a fired body of a SiC precursor that bonds adjacent SiC crushed particles to each other after melting and polymerizing the polycarbosilane particles.

本発明のSiC/SiC複合材の製造方法によれば、SiC前駆体であるポリカルボシラン粒子がスラリーに溶解されていないため、含浸工程において、粒子の形態のまま、隣り合うSiC粉砕粒子同士が近接する接点において選択的に保持される。その後、焼成工程において、ポリカルボシラン粒子は粒子状のまま溶融し、重合してセラミック化する。そして、焼成後のSiC/SiC複合材においては、隣り合うSiC粉砕粒子同士をSiC前駆体の焼成体が強固に結合し、表面及び内部には複数の空隙部が生成される。また、空隙部には、ポリカルボシラン粒子によって覆われていないSiC粉砕粒子の角部が突出している。したがって、空隙部の表面積が増えるとともに、角部によるアンカー効果が得られるため、耐環境性被膜との接合力が優れたSiC/SiC複合材を製造することができる。 According to the method for producing a SiC/SiC composite of the present invention, since the polycarbosilane particles, which are the SiC precursor, are not dissolved in the slurry, in the impregnation process, adjacent SiC crushed particles are selectively held at the contact points close to each other while remaining in particulate form. Then, in the firing process, the polycarbosilane particles are melted while remaining in particulate form, polymerized, and converted into ceramics. In the SiC/SiC composite after firing, the fired body of the SiC precursor firmly bonds adjacent SiC crushed particles, and multiple voids are generated on the surface and inside. In addition, the corners of the SiC crushed particles that are not covered by the polycarbosilane particles protrude into the voids. Therefore, the surface area of the voids is increased, and an anchor effect is obtained by the corners, so that a SiC/SiC composite with excellent bonding strength with the environmental resistance coating can be produced.

また、本発明に係るSiC/SiC複合材の製造方法は、下記(4)~(8)であることが好ましい。 The manufacturing method of the SiC/SiC composite material according to the present invention is preferably the following (4) to (8).

(4) 前記ポリカルボシラン粒子を構成するポリカルボシランの数平均分子量は、800以上3500以下であることを特徴とする(3)に記載のSiC/SiC複合材の製造方法。 (4) The method for producing a SiC/SiC composite material described in (3) is characterized in that the number average molecular weight of the polycarbosilane constituting the polycarbosilane particles is 800 or more and 3500 or less.

ポリカルボシランの数平均分子量が上記範囲に調整されていると、流動性を制御することができるため、SiC前駆体の歩留まりを高められるとともに、SiCの粉砕粒子との接点部分を選択的に接合することができ、SiC/SiC複合材の強度を高めることができる。 When the number-average molecular weight of polycarbosilane is adjusted to the above range, the fluidity can be controlled, increasing the yield of the SiC precursor and selectively bonding the contact points with the crushed SiC particles, thereby increasing the strength of the SiC/SiC composite.

(5) 前記ポリカルボシラン粒子の平均粒子径は、1μm以上100μm以下であることを特徴とする(3)又は(4)に記載のSiC/SiC複合材の製造方法。 (5) The method for producing a SiC/SiC composite material according to (3) or (4), characterized in that the average particle size of the polycarbosilane particles is 1 μm or more and 100 μm or less.

ポリカルボシラン粒子の平均粒子径が上記範囲に調整されていると、水に分散させやすくすることができ、均一なスラリーを容易に得ることができるとともに、含浸工程において、骨材の内部までスラリーを含浸させやすくすることができる。 When the average particle size of the polycarbosilane particles is adjusted to fall within the above range, they can be easily dispersed in water, making it easy to obtain a uniform slurry, and also making it easier to impregnate the slurry into the interior of the aggregate during the impregnation process.

(6) 前記SiC粉砕粒子の平均粒子径は、0.1μm以上5.0μm以下であることを特徴とする(3)~(5)のいずれか1つに記載のSiC/SiC複合材の製造方法。 (6) A method for producing a SiC/SiC composite material according to any one of (3) to (5), characterized in that the average particle size of the SiC crushed particles is 0.1 μm or more and 5.0 μm or less.

スラリーに含有されるSiC粉砕粒子の平均粒子径が上記範囲に調整されていると、少量の水で、骨材に含浸させやすい粘度のスラリーを得ることができ、焼成工程後の歩留まりを高めることができるとともに、含浸工程において、骨材の内部までスラリーを含浸させやすくすることができる。 When the average particle size of the crushed SiC particles contained in the slurry is adjusted to the above range, a small amount of water can be used to obtain a slurry with a viscosity that is easy to impregnate into the aggregate, which increases the yield after the firing process and makes it easier to impregnate the slurry into the inside of the aggregate during the impregnation process.

(7) 前記スラリーの質量に対する前記ポリカルボシラン粒子の含有量は、5質量%以上30質量%以下であることを特徴とする(3)~(6)のいずれか1つに記載のSiC/SiC複合材の製造方法。 (7) A method for producing a SiC/SiC composite material according to any one of (3) to (6), characterized in that the content of the polycarbosilane particles relative to the mass of the slurry is 5 mass% or more and 30 mass% or less.

スラリーの質量に対するポリカルボシラン粒子の含有量が上記範囲に調整されていると、隣り合うSiC粉砕粒子同士を充分な接合力で結合することができるとともに、SiCの粉砕粒子の角部を確実に露出させることができ、空隙部に向けて突出した角部が形成されやすくすることができる。 When the content of polycarbosilane particles relative to the mass of the slurry is adjusted to the above range, adjacent crushed SiC particles can be bonded with sufficient bonding strength, and the corners of the crushed SiC particles can be reliably exposed, making it easier to form corners that protrude toward the voids.

(8) 前記スラリーの質量に対する前記SiC粉砕粒子の含有量は、10質量%以上70質量%以下であることを特徴とする(3)~(7)のいずれか1つに記載のSiC/SiC複合材の製造方法。 (8) A method for producing a SiC/SiC composite material according to any one of (3) to (7), characterized in that the content of the SiC crushed particles relative to the mass of the slurry is 10 mass% or more and 70 mass% or less.

スラリーの質量に対するSiC粉砕粒子の含有量が上記範囲に調整されていると、スラリーの粘度を下げることができ、骨材の内部までスラリーを含浸させやすくすることができるとともに、相対的にポリカルボシラン粒子の含有量を調整することができるので、マトリックス前駆体の歩留まりを高めることができるとともに、空隙部に突出する角部を十分に形成することができる。 When the content of SiC crushed particles relative to the mass of the slurry is adjusted to the above range, the viscosity of the slurry can be reduced, making it easier to impregnate the inside of the aggregate with the slurry, and the content of polycarbosilane particles can be adjusted relatively, so that the yield of the matrix precursor can be increased and corners protruding into the voids can be sufficiently formed.

本発明に係るSiC/SiC複合材によれば、空隙部にSiC粉砕粒子の角部が突出しており、空隙部の表面積が増えるとともに、角部によるアンカー効果が得られるため、SiC/SiC複合材の表面に形成される耐環境性被膜との接合力を高めることができる。
また、かさ密度を適切に設定しているため、所望の強度を得ることができるとともに、空隙部の量も確保することができ、SiC/SiC複合材の表面に形成される耐環境性被膜との接合力を確保することができる。
また、本発明に係るSiC/SiC複合材の製造方法によれば、ポリカルボシラン粒子が、粒子の形態のまま焼成され、隣り合うSiC粉砕粒子同士を強固に結合し、表面及び内部には複数の空隙部が生成される。また、空隙部には、ポリカルボシラン粒子によって覆われていないSiC粉砕粒子の角部が突出しているため、空隙部の表面積が増えるとともに、角部によるアンカー効果が得られ、耐環境性被膜との接合力が優れたSiC/SiC複合材を製造することができる。
In the SiC/SiC composite material of the present invention, the corners of the SiC crushed particles protrude into the voids, increasing the surface area of the voids and providing an anchor effect due to the corners, thereby increasing the bonding strength with the environmental resistant coating formed on the surface of the SiC/SiC composite material.
In addition, since the bulk density is appropriately set, the desired strength can be obtained and the amount of voids can be secured, thereby ensuring the bonding strength with the environmentally resistant coating formed on the surface of the SiC/SiC composite.
According to the method for producing a SiC/SiC composite material of the present invention, the polycarbosilane particles are fired while still in the form of particles, and adjacent crushed SiC particles are firmly bonded to each other, and a plurality of voids are generated on the surface and inside. In addition, the corners of the SiC crushed particles that are not covered by the polycarbosilane particles protrude into the voids, so that the surface area of the voids is increased and an anchor effect is obtained by the corners, making it possible to produce a SiC/SiC composite material with excellent bonding strength with the environmental resistant coating.

図1は、本発明の実施形態に係るSiC/SiC複合材の製造方法を模式的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view that typically illustrates a method for producing a SiC/SiC composite material according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1の骨材における隙間の様子を工程順に拡大して示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the state of gaps in the aggregate of FIG. 1 in an enlarged manner in the order of steps. 図3は、従来のSiC/SiC複合材の製造方法において、骨材における隙間の様子を工程順に拡大して示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing, in enlarged scale, the state of gaps in aggregate in the order of steps in a conventional method for producing a SiC/SiC composite material. 図4は、実施例1に係る製造方法により得られたSiC/SiC複合材の断面を示す図面代用写真である。FIG. 4 is a photograph showing a cross section of the SiC/SiC composite material obtained by the manufacturing method according to Example 1. 図5は、比較例1に係る製造方法により得られたSiC/SiC複合材の断面を示す図面代用写真である。FIG. 5 is a photograph showing a cross section of a SiC/SiC composite material obtained by the manufacturing method according to Comparative Example 1. 図6は、比較例2のSiC/SiC複合材の製造方法において、骨材における隙間の様子を工程順に拡大して示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing, in enlarged scale, the state of gaps in the aggregate in the order of steps in the manufacturing method of the SiC/SiC composite material of Comparative Example 2. 図7は、比較例2に係る製造方法により得られたSiC/SiC複合材の断面を示す図面代用写真である。FIG. 7 is a photograph showing a cross section of a SiC/SiC composite material obtained by the manufacturing method according to Comparative Example 2.

本発明者は、所望の強度を得ることができるとともに、表面に形成される被膜との密着性が優れたSiC/SiC複合材及びその製造方法を得るために鋭意検討を行った。その結果、SiC/SiC複合材の骨材を除くマトリックスの領域に空隙部を有し、この空隙部にSiC粉砕粒子の角部が突出していると、表面に被膜を形成した際に角部によりアンカー効果が得られ、被膜とSiC/SiC複合材の表面との密着性を向上させることができることを見出した。また、SiC/SiC複合材においては、かさ密度を適切に設定することにより、所望の強度を得ることができることを見出した。 The inventors conducted extensive research to obtain a SiC/SiC composite material and a method for producing the same that can obtain the desired strength and have excellent adhesion to the coating formed on the surface. As a result, they discovered that if the matrix region of the SiC/SiC composite material excluding the aggregate has voids and the corners of the SiC crushed particles protrude into these voids, an anchor effect is obtained by the corners when a coating is formed on the surface, improving adhesion between the coating and the surface of the SiC/SiC composite material. They also discovered that the desired strength can be obtained in the SiC/SiC composite material by appropriately setting the bulk density.

本発明はこのような知見に基づくものであり、以下において、まず、本発明の実施形態に係るSiC/SiC複合材の製造方法について詳細に説明する。
なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。また、本願明細書において、数値範囲を示す「~」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
The present invention is based on these findings, and first, a method for producing a SiC/SiC composite material according to an embodiment of the present invention will be described in detail below.
The present invention is not limited to the embodiments described below, and can be modified as desired without departing from the scope of the present invention. In addition, in this specification, the term "to" indicating a range of values is used to mean that the values before and after the range are included as the lower and upper limits.

〔SiC/SiC複合材の製造方法〕
図1は、本発明の実施形態に係るSiC/SiC複合材の製造方法を模式的に示す断面図である。図2は図1の骨材における隙間の様子を工程順に拡大して示す模式図である。なお、図2(a)~図2(d)に示す模式図は、それぞれ図1(a)~図1(d)における骨材を除く領域に対応している。
[Method of manufacturing SiC/SiC composite material]
Fig. 1 is a cross-sectional view showing a method for producing a SiC/SiC composite according to an embodiment of the present invention. Fig. 2 is a schematic diagram showing the state of gaps in the aggregate in Fig. 1 in an enlarged manner in the order of steps. The schematic diagrams shown in Fig. 2(a) to Fig. 2(d) correspond to the regions in Fig. 1(a) to Fig. 1(d) excluding the aggregate, respectively.

<骨材の準備>
図1(a)に示すように、骨材2を準備する。骨材2は、複数本のSiC繊維4を束ねたストランド5を、縦糸及び横糸として織り込むことにより織布6を形成し、得られた織布6を複数枚積層することにより構成されている。なお、図2(a)に示すように、骨材2の内部には隙間2aを有する。
<Preparation of aggregate>
As shown in Fig. 1(a), an aggregate 2 is prepared. The aggregate 2 is constructed by weaving strands 5, which are bundles of a plurality of SiC fibers 4, as warp and weft threads to form a woven fabric 6, and then stacking a plurality of the obtained woven fabrics 6. Note that, as shown in Fig. 2(a), there are gaps 2a inside the aggregate 2.

<含浸工程>
次に、図1(b)及び図2(b)に示すように、骨材2をスラリー1aに含浸させ、隙間2aにスラリー1aが充填された含浸体3を得る。スラリー1aは、SiC粉砕粒子11と、粉末状のポリカルボシラン粒子12と、を水13に分散させてスラリー状にしたものである。なお、SiC粉砕粒子11はSiC粒子を粉砕することにより得られるものであり、粉砕によって角部11aが形成されている。また、ポリカルボシラン粒子12は、ポリカルボシランを主成分とし、アルミナ、SiO等を含有する粒子でも、ポリカルボシランのみからなる粒子でもよい。
本実施形態において、スラリー1aの質量に対するSiC粉砕粒子11の含有量は、例えば60質量%とし、その平均粒子径は、例えば0.6μmである。また、スラリー1aの質量に対するポリカルボシラン粒子12の含有量は、例えば20質量%とし、その平均粒子径は、例えば10μmであり、ポリカルボシランの数平均分子量は、例えば3500である。
<Impregnation process>
Next, as shown in Fig. 1(b) and Fig. 2(b), the aggregate 2 is impregnated with the slurry 1a to obtain an impregnated body 3 in which the gaps 2a are filled with the slurry 1a. The slurry 1a is obtained by dispersing SiC crushed particles 11 and powdered polycarbosilane particles 12 in water 13 to form a slurry. The SiC crushed particles 11 are obtained by crushing SiC particles, and the corners 11a are formed by the crushing. The polycarbosilane particles 12 may be particles containing polycarbosilane as the main component and containing alumina, SiO2 , etc., or may be particles consisting of only polycarbosilane.
In this embodiment, the content of the SiC pulverized particles 11 relative to the mass of the slurry 1a is, for example, 60 mass%, the average particle diameter is, for example, 0.6 μm, and the content of the polycarbosilane particles 12 relative to the mass of the slurry 1a is, for example, 20 mass%, the average particle diameter is, for example, 10 μm, and the number average molecular weight of polycarbosilane is, for example, 3,500.

スラリー1aを骨材2の内部まで含浸させる方法としては、骨材2を真空雰囲気下に配置し、骨材2の内部のガスを除いた後、加圧によりスラリー1aを骨材2の内部まで浸透させる減圧加圧含浸法を使用することが好ましい。減圧加圧含浸法を適用することにより、骨材2の内部に容易に隙間なくスラリー1aを含浸させることができる。 As a method for impregnating the slurry 1a into the inside of the aggregate 2, it is preferable to use the reduced pressure pressure impregnation method, in which the aggregate 2 is placed in a vacuum atmosphere, the gas inside the aggregate 2 is removed, and then the slurry 1a is permeated into the inside of the aggregate 2 by applying pressure. By applying the reduced pressure pressure impregnation method, the slurry 1a can be easily impregnated into the inside of the aggregate 2 without leaving any gaps.

<乾燥工程>
次に、図1(c)及び図2(c)に示すように、得られた含浸体3を、例えば1℃/分の昇温速度で昇温した後、80℃の温度で3時間加熱することにより、骨材2に含浸されたスラリー1a中の水13を蒸発させて乾燥体7を得る。乾燥体7における骨材2を除く領域は、SiC粉砕粒子11とポリカルボシラン粒子12の混合体1bが存在し、その他の領域には空隙部14となっている。
乾燥工程における加熱条件としては、水13を蒸発させることができる温度であれば特に限定されず、例えば、80~150℃の温度で1~10時間の加熱温度とすることできる。
<Drying process>
1(c) and 2(c), the obtained impregnated body 3 is heated at a heating rate of, for example, 1° C./min, and then heated at a temperature of 80° C. for 3 hours to evaporate the water 13 in the slurry 1a impregnated in the aggregate 2, thereby obtaining a dried body 7. In the region of the dried body 7 other than the aggregate 2, a mixture 1b of SiC crushed particles 11 and polycarbosilane particles 12 exists, and voids 14 are formed in the other regions.
The heating conditions in the drying step are not particularly limited as long as the temperature is such that the water 13 can be evaporated. For example, the heating temperature may be 80 to 150° C. for 1 to 10 hours.

<焼成工程>
次に、図1(d)及び図2(d)に示すように、乾燥体7を、例えば200℃/時間の昇温速度で1200℃まで昇温させた後、1時間保持し、ポリカルボシラン粒子12を焼成することにより、SiC/SiC複合材8を製造することができる。この焼成工程により、ポリカルボシラン粒子12は溶融するとともに重合し、隣り合うSiC粉砕粒子11同士を結合するSiC前駆体の焼成体12aとなって、空隙部14を有するSiCマトリックス1cが形成される。また、この焼成工程により得られたSiC/SiC複合材8には、空隙部14が形成される。更に、空隙部14においては、SiC粉砕粒子11の角部11aが露出して突出しており、断面視で鋭角に窪んだ凹部14aが形成されている。
<Firing process>
Next, as shown in Fig. 1(d) and Fig. 2(d), the dried body 7 is heated to 1200°C at a heating rate of, for example, 200°C/hour, and then held for 1 hour to sinter the polycarbosilane particles 12, thereby producing a SiC/SiC composite material 8. This sintering process melts and polymerizes the polycarbosilane particles 12, forming a sintered body 12a of the SiC precursor that bonds adjacent SiC pulverized particles 11, and a SiC matrix 1c having voids 14 is formed. In addition, the voids 14 are formed in the SiC/SiC composite material 8 obtained by this sintering process. Furthermore, in the voids 14, the corners 11a of the SiC pulverized particles 11 are exposed and protrude, forming recesses 14a that are recessed at acute angles in cross-sectional view.

続いて、本実施形態に係るSiC/SiC複合材の製造方法による効果をより詳細に説明するため、従来のSiC/SiC複合材の製造方法について、図3を参照して以下に説明する。なお、図3は、従来のSiC/SiC複合材の製造方法において、骨材における隙間の様子を工程順に拡大して示す模式図である。図3において、上記図2に示す実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略又は簡略化する。 Next, in order to explain in more detail the effects of the manufacturing method for the SiC/SiC composite material according to this embodiment, a conventional manufacturing method for the SiC/SiC composite material will be described below with reference to FIG. 3. FIG. 3 is a schematic diagram showing the gaps in the aggregate in the order of process steps in the conventional manufacturing method for the SiC/SiC composite material. In FIG. 3, parts that are the same as or equivalent to the embodiment shown in FIG. 2 above are given the same reference numerals in the drawing, and their description will be omitted or simplified.

<骨材の準備>
骨材を準備する。骨材の構成については、上記実施形態と同様であり、図3(a)に示すように、隙間2aを有している。
<Preparation of aggregate>
The structure of the aggregate is the same as that of the above embodiment, and has gaps 2a as shown in FIG.

<含浸工程>
次に、図3(b)に示すように、真空加圧含浸によって、スラリーを骨材に含浸させて、含浸体を得る。なお、スラリーとしては、キシレンにポリカルボシランを溶解させた溶解液23と、SiC粉砕粒子11とを混合させたものを使用する。上記実施形態と同様に、SiC粉砕粒子11は角部11aを有している。
<Impregnation process>
Next, as shown in Fig. 3(b), the aggregate is impregnated with the slurry by vacuum pressure impregnation to obtain an impregnated body. The slurry used is a mixture of a solution 23 in which polycarbosilane is dissolved in xylene and the SiC crushed particles 11. As in the above embodiment, the SiC crushed particles 11 have corners 11a.

<乾燥工程>
次に、図3(c)に示すように、含浸体を上記実施形態と同様の方法にて乾燥させる。この乾燥工程において、骨材の内部からキシレンガスからなる気泡24が発生し、これに伴って高粘度の溶解液23aが生成され、これが骨材の外部に噴出する。
<Drying process>
Next, as shown in Fig. 3(c), the impregnated body is dried in the same manner as in the above embodiment. During this drying process, bubbles 24 made of xylene gas are generated from inside the aggregate, and a highly viscous dissolving liquid 23a is generated and ejected to the outside of the aggregate.

<硬化工程>
次に、図3(d)に示すように、骨材内部に含浸された溶解液23中のポリカルボシランを硬化させ、硬化体を得る。これにより、ポリカルボシランは硬化したSiC前駆体23bとなる。
<Curing process>
3D, the polycarbosilane in the solution 23 impregnated in the aggregate is hardened to obtain a hardened body, whereby the polycarbosilane becomes a hardened SiC precursor 23b.

<焼成工程>
次に、図3(e)に示すように、上記実施形態における焼成工程と同様にして、硬化体を焼成する。これにより、SiC前駆体23bはセラミック化し、SiCマトリックス25が形成され、SiC/SiC複合材を得る。
<Firing process>
3(e), the hardened body is fired in the same manner as in the firing step in the above embodiment, whereby the SiC precursor 23b is converted into a ceramic, a SiC matrix 25 is formed, and a SiC/SiC composite material is obtained.

このように、従来の製造方法では、スラリーとしてキシレンにポリカルボシランを溶解させた溶解液23と、SiC粉砕粒子11とを混合させたものを使用している。そして、この溶解液23はSiC粉砕粒子11の角部11aを覆った状態で、硬化工程においてゲル化するため、得られるSiC/SiC複合材において、SiC粉砕粒子11の角部11aは、SiCマトリックス25に覆われている。
また、乾燥工程において発生した気泡24は、その後の硬化工程及び焼成工程において残存した状態でマトリックス化するため、得られたSiC/SiC複合材において、気泡24は略球面になっている。
As described above, in the conventional manufacturing method, a slurry is used in which the solution 23 in which polycarbosilane is dissolved in xylene is mixed with the SiC pulverized particles 11. The solution 23 is gelled in the curing step while covering the corners 11a of the SiC pulverized particles 11, so that in the obtained SiC/SiC composite material, the corners 11a of the SiC pulverized particles 11 are covered with the SiC matrix 25.
Furthermore, the bubbles 24 generated in the drying process remain in the subsequent hardening and firing processes to form a matrix, so that in the obtained SiC/SiC composite material, the bubbles 24 have an approximately spherical surface.

その結果、得られたSiC/SiC複合材の表面はほぼ平滑になっており、この表面に耐環境性被膜を形成した際に、SiC/SiC複合材と耐環境性被膜との密着性は悪く、被膜が剥離しやすい状態となっている。
本発明において、耐環境性被膜とは、耐熱性を有する被膜や、耐酸化性を有する被膜など、種々の機能を有する被膜をいい、その機能は特に限定されない。
As a result, the surface of the obtained SiC/SiC composite is almost smooth, and when an environmentally resistant coating is formed on this surface, the adhesion between the SiC/SiC composite and the environmentally resistant coating is poor, resulting in the coating being easily peeled off.
In the present invention, the environmentally resistant coating refers to a coating having various functions, such as a coating having heat resistance or a coating having oxidation resistance, and the functions are not particularly limited.

これに対し、本実施形態では、水13と、角部11aを有するSiC粉砕粒子11と、ポリカルボシラン粒子12と、を含有するスラリー1aを使用しており、ポリカルボシラン粒子12はスラリー1aに溶解されていない。したがって、SiCマトリックスの前駆体であるポリカルボシラン粒子12は、粒子の形態のまま骨材2の隙間2aに含浸された後、隣り合うSiC粉砕粒子11同士が近接する接点において選択的に保持される。
すなわち、従来の製造方法によると、ポリカルボシランがキシレンに溶解された状態で骨材に含浸されるので、ポリカルボシランがSiC粉砕粒子11の表面全体を覆うが、本実施形態では、ポリカルボシラン粒子12がSiC粉砕粒子11の表面全体を濡らすことがない。
In contrast, in the present embodiment, a slurry 1a containing water 13, SiC crushed particles 11 having corners 11a, and polycarbosilane particles 12 is used, and the polycarbosilane particles 12 are not dissolved in the slurry 1a. Therefore, the polycarbosilane particles 12, which are precursors of the SiC matrix, are impregnated into the gaps 2a of the aggregate 2 while remaining in the form of particles, and then selectively held at the contact points where adjacent SiC crushed particles 11 are close to each other.
That is, according to the conventional manufacturing method, polycarbosilane is dissolved in xylene and impregnated into the aggregate, so that the polycarbosilane covers the entire surface of the SiC crushed particles 11, but in this embodiment, the polycarbosilane particles 12 do not wet the entire surface of the SiC crushed particles 11.

そして、乾燥工程後の焼成工程において、SiC粉砕粒子11同士が近接する接点で保持された粒子状のポリカルボシラン粒子12は、粒子状のまま溶融し、重合してセラミック化することにより、SiC前駆体の焼成体12aとなる。その結果、焼成後のSiC/SiC複合材8においては、隣り合うSiC粉砕粒子11同士をSiC前駆体の焼成体12aが強固に結合し、表面及び内部には複数の空隙部14が生成される。また、空隙部14には、ポリカルボシラン粒子12によって覆われていないSiC粉砕粒子11の角部11aが突出しており、表面積が広くなっている。 Then, in the firing process after the drying process, the particulate polycarbosilane particles 12, which are held at the contact points where the SiC crushed particles 11 are close to each other, melt while still in particulate form and polymerize to form a ceramic, thereby forming a fired SiC precursor body 12a. As a result, in the fired SiC/SiC composite material 8, the fired SiC precursor body 12a firmly bonds adjacent SiC crushed particles 11, and multiple voids 14 are generated on the surface and inside. In addition, the corners 11a of the SiC crushed particles 11 that are not covered by the polycarbosilane particles 12 protrude from the voids 14, increasing the surface area.

このように構成されたSiC/SiC複合材8においては、その表面に耐環境性被膜を形成した際に、SiC/SiC複合材8の表面及び表面近傍における空隙部14に耐環境性被膜の材料が侵入する。このとき、空隙部14の内表面と耐環境性被膜との間で広い接触面積を得ることができるとともに、空隙部14の内部における角部11aによるアンカー効果が得られる。したがって、SiC/SiC複合材8の表面と耐環境性被膜との密着性を向上させることができる。 When an environmentally resistant coating is formed on the surface of the SiC/SiC composite 8 configured in this manner, the material of the environmentally resistant coating penetrates into the surface of the SiC/SiC composite 8 and the voids 14 near the surface. At this time, a wide contact area can be obtained between the inner surface of the voids 14 and the environmentally resistant coating, and an anchor effect can be obtained by the corners 11a inside the voids 14. Therefore, the adhesion between the surface of the SiC/SiC composite 8 and the environmentally resistant coating can be improved.

また、本実施形態では、空隙部14において、断面視で鋭角に窪んだ凹部14aが形成される。
このような凹部14aが形成されていると、SiC/SiC複合材8の表面に耐環境性被膜を形成した際に、耐環境性被膜の材料が空隙部14の凹部14aに浸透するため、角部11aと同様に、凹部14aによるアンカー効果が得られ、SiC/SiC複合材8の表面と耐環境性被膜との接合力を向上させることができる。
In this embodiment, the gap 14 has a recess 14a that is recessed at an acute angle in cross section.
When such recesses 14a are formed, when an environmentally resistant coating is formed on the surface of the SiC/SiC composite 8, the material of the environmentally resistant coating penetrates into the recesses 14a of the voids 14, and as with the corners 11a, an anchor effect is obtained by the recesses 14a, thereby improving the bonding strength between the surface of the SiC/SiC composite 8 and the environmentally resistant coating.

続いて、本実施形態の製造方法において使用することができるスラリー1a、スラリー1a中のSiC粉砕粒子11及びポリカルボシラン粒子12、骨材2を構成するSiC繊維4並びに骨材2の形態について、以下に詳細に説明する。 Next, the slurry 1a that can be used in the manufacturing method of this embodiment, the SiC crushed particles 11 and polycarbosilane particles 12 in the slurry 1a, the SiC fibers 4 that make up the aggregate 2, and the shape of the aggregate 2 will be described in detail below.

(スラリー1a)
スラリー1aは、水13と、SiC粉砕粒子11と、ポリカルボシラン粒子12と、を混合し、分散させることによって得られるものである。ポリカルボシラン粒子12を水に分散させスラリー状にしているため、分子量の大きなポリカルボシランを使用してもスラリー1aの粘度が上がりにくいうえに、温度や濃度による粘度への影響が小さく、骨材2にスラリー1aを安定して含浸させることができる。
(Slurry 1a)
The slurry 1a is obtained by mixing and dispersing water 13, crushed SiC particles 11, and polycarbosilane particles 12. Since the polycarbosilane particles 12 are dispersed in water to form a slurry, the viscosity of the slurry 1a does not increase easily even if a polycarbosilane with a large molecular weight is used, and the effect of temperature and concentration on the viscosity is small, so that the slurry 1a can be stably impregnated into the aggregate 2.

本実施形態において、スラリー1aの質量に対するSiC粉砕粒子11の含有量は特に限定されないが、例えば10質量%以上70質量%以下とすることが好ましい。
スラリー1aの質量に対するSiC粉砕粒子11の含有量を70質量%以下とすることにより、スラリー1aの粘度を下げることができ、骨材2の内部までスラリー1aを含浸させやすくすることができる。一方、スラリー1aの質量に対するSiC粉砕粒子11の含有量を10質量%以上とすることにより、焼成により重量が減少するポリカルボシラン粒子12の含有量を減らすことができるので、マトリックス前駆体の歩留まりを高めることができるとともに、空隙部14に突出する角部11aを十分に形成することができる。
In this embodiment, the content of the SiC pulverized particles 11 relative to the mass of the slurry 1a is not particularly limited, but is preferably, for example, 10 mass % or more and 70 mass % or less.
By setting the content of the SiC crushed particles 11 relative to the mass of the slurry 1a to 70 mass % or less, the viscosity of the slurry 1a can be reduced, and the slurry 1a can be easily impregnated into the inside of the aggregate 2. On the other hand, by setting the content of the SiC crushed particles 11 relative to the mass of the slurry 1a to 10 mass % or more, the content of the polycarbosilane particles 12, the weight of which is reduced by firing, can be reduced, so that the yield of the matrix precursor can be increased and the corners 11a protruding into the voids 14 can be sufficiently formed.

また、本実施形態において、スラリー1aの質量に対するポリカルボシラン粒子12の含有量は特に限定されないが、例えば5質量%以上30質量%以下とすることが好ましい。
スラリー1aの質量に対するポリカルボシラン粒子12の含有量を5質量%以上とすることにより、隣り合うSiC粉砕粒子11同士を充分な接合力で結合することができる。一方、スラリー1aの質量に対するポリカルボシランの含有量が30質量%以下であると、SiC粉砕粒子11の角部11aを確実に露出させることができ、空隙部14に向けて突出した角部11aが形成されやすくすることができる。
In this embodiment, the content of the polycarbosilane particles 12 relative to the mass of the slurry 1a is not particularly limited, but is preferably, for example, 5 mass % or more and 30 mass % or less.
By making the content of the polycarbosilane particles 12 to be 5% by mass or more relative to the mass of the slurry 1a, it is possible to bond adjacent SiC crushed particles 11 with sufficient bonding strength. On the other hand, if the content of the polycarbosilane to the mass of the slurry 1a is 30% by mass or less, it is possible to reliably expose the corners 11a of the SiC crushed particles 11, and it is possible to easily form the corners 11a protruding toward the voids 14.

(SiC粉砕粒子11)
スラリー1aに含有されるSiC粉砕粒子11の平均粒子径は特に限定されないが、例えば0.1μm以上10.0μm以下の平均粒子径を有するSiC粉砕粒子11を使用することが好ましい。SiC粉砕粒子11の平均粒子径が0.1μm以上であると、その比表面積を小さくすることができるため、少量の水13で、骨材2に含浸させやすい粘度のスラリー1aを得ることができ、焼成工程後の歩留まりを高めることができる。
一方、SiC粉砕粒子11の平均粒子径が10.0μm以下であると、含浸工程において、骨材2を構成するSiC繊維4にトラップされることなく、骨材2の内部までスラリー1aを含浸させやすくすることができる。
なお、SiC粉砕粒子11の平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定器を用いて測定することができる。
(SiC pulverized particles 11)
The average particle size of the SiC crushed particles 11 contained in the slurry 1a is not particularly limited, but it is preferable to use SiC crushed particles 11 having an average particle size of, for example, 0.1 μm or more and 10.0 μm or less. If the average particle size of the SiC crushed particles 11 is 0.1 μm or more, the specific surface area can be reduced, so that a small amount of water 13 can be used to obtain a slurry 1a with a viscosity that allows easy impregnation into the aggregate 2, and the yield after the firing process can be increased.
On the other hand, when the average particle diameter of the SiC crushed particles 11 is 10.0 μm or less, the slurry 1 a can be easily impregnated into the inside of the aggregate 2 without being trapped by the SiC fibers 4 constituting the aggregate 2 in the impregnation process.
The average particle size of the SiC pulverized particles 11 can be measured by using a laser diffraction type particle size distribution measuring device.

(ポリカルボシラン粒子12)
スラリー1a中のポリカルボシラン粒子12を構成するポリカルボシランの数平均分子量は特に限定されないが、例えば800以上3500以下の数平均分子量を有するポリカルボシランを使用することが好ましい。ポリカルボシランの数平均分子量が800以上であると、加熱してポリカルボシランが流動し始めても、骨材2の外部に流出するほど流動性が発現しないので、SiC前駆体の歩留まりを高められるとともに、SiC粉砕粒子11との接点部分を選択的に接合することができる。
一方、ポリカルボシランの数平均分子量が3500以下であると、加熱して溶融した際に、隣り合うSiC粉砕粒子11を接合するのに十分な流動性を確保できるため、SiC粉砕粒子11同士を強固に接合し、SiC/SiC複合材8の強度を高めることができる。
なお、数平均分子量は、キシレンを溶媒としてゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いて分析することができる。
(Polycarbosilane Particles 12)
The number average molecular weight of the polycarbosilane constituting the polycarbosilane particles 12 in the slurry 1a is not particularly limited, but it is preferable to use, for example, polycarbosilane having a number average molecular weight of 800 to 3500. When the number average molecular weight of the polycarbosilane is 800 or more, even if the polycarbosilane starts to flow when heated, it does not become so fluid that it flows out of the aggregate 2, so that the yield of the SiC precursor can be increased and the contact parts with the SiC crushed particles 11 can be selectively bonded.
On the other hand, if the number average molecular weight of polycarbosilane is 3,500 or less, sufficient fluidity can be ensured to bond adjacent SiC crushed particles 11 when heated and melted, so that the SiC crushed particles 11 can be firmly bonded to each other and the strength of the SiC/SiC composite material 8 can be increased.
The number average molecular weight can be analyzed by gel permeation chromatography (GPC) using xylene as a solvent.

また、本実施形態において、ポリカルボシラン粒子12の平均粒子径は特に限定されないが、例えば1μm以上100μm以下の平均粒子径を有するポリカルボシラン粒子12を使用することが好ましい。ポリカルボシラン粒子12の平均粒子径が1μm以上であると、水13に分散させやすくすることができ、均一なスラリー1aを容易に得ることができる。一方、ポリカルボシラン粒子12の平均粒子径が100μm以下であると、含浸工程において、骨材2を構成するSiC繊維4にトラップされることなく、骨材2の内部までスラリー1aを含浸させやすくすることができる。
なお、ポリカルボシラン粒子12の平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定器を用いて測定することができる。
In this embodiment, the average particle diameter of the polycarbosilane particles 12 is not particularly limited, but it is preferable to use polycarbosilane particles 12 having an average particle diameter of, for example, 1 μm or more and 100 μm or less. When the average particle diameter of the polycarbosilane particles 12 is 1 μm or more, the polycarbosilane particles 12 can be easily dispersed in the water 13, and a uniform slurry 1a can be easily obtained. On the other hand, when the average particle diameter of the polycarbosilane particles 12 is 100 μm or less, the slurry 1a can be easily impregnated into the inside of the aggregate 2 without being trapped by the SiC fibers 4 constituting the aggregate 2 in the impregnation step.
The average particle size of the polycarbosilane particles 12 can be measured using a laser diffraction particle size distribution measuring device.

なお、本発明において使用することができるスラリー1aは、SiC粉砕粒子11とポリカルボシラン粒子12と水13のみによって構成されていてもよいが、更に分散剤を含有していてもよい。スラリー1aが分散剤を含有することにより、SiC粉砕粒子11及びポリカルボシラン粒子12を水13に混合したときに、均一に分散させることができる。
分散剤としては、例えば、ポリカルボン酸ナトリウム、ポリカルボン酸アンモニウム、ポリリン酸アミノアルコール、縮合ナフタレンスルホン酸アンモニウム、ポリエチレングリコール等のほかポリウレタン系、アクリル系分散剤等が挙げられる。
The slurry 1a that can be used in the present invention may be composed only of the SiC pulverized particles 11, the polycarbosilane particles 12, and the water 13, but may further contain a dispersant. When the slurry 1a contains a dispersant, the SiC pulverized particles 11 and the polycarbosilane particles 12 can be uniformly dispersed when mixed with the water 13.
Examples of the dispersant include sodium polycarboxylate, ammonium polycarboxylate, amino alcohol polyphosphate, condensed ammonium naphthalenesulfonate, polyethylene glycol, as well as polyurethane-based and acrylic-based dispersants.

また、スラリー1aには、水13以外の液体が含有されていてもよいが、本発明においては、空隙部14にSiC粉砕粒子11の角部11aを突出させることが重要であり、角部11aがSiCマトリックスによって覆われないようにするため、ポリカルボシラン粒子12を溶解させない液体を選択することができる。 The slurry 1a may contain liquids other than water 13, but in the present invention, it is important that the corners 11a of the SiC crushed particles 11 protrude into the voids 14, and a liquid that does not dissolve the polycarbosilane particles 12 can be selected to prevent the corners 11a from being covered by the SiC matrix.

(SiC繊維)
SiC繊維4の太さは、特に限定されないが、例えば平均径が7.5~15μmのものを使用することができる。SiC繊維4の太さが7.5μm以上であると、表面に傷又は欠陥等があっても、強度の低下を防止することができ、高い強度のSiC繊維4が得られる。一方、SiC繊維4の太さが15μm以下であると、曲げたときに表面に発生する引張応力を小さくすることができるため、高い強度のSiC繊維4を得ることができる。
(SiC fiber)
The thickness of the SiC fibers 4 is not particularly limited, but for example, those having an average diameter of 7.5 to 15 μm can be used. If the thickness of the SiC fibers 4 is 7.5 μm or more, even if there are scratches or defects on the surface, a decrease in strength can be prevented, and a high-strength SiC fiber 4 can be obtained. On the other hand, if the thickness of the SiC fibers 4 is 15 μm or less, the tensile stress generated on the surface when the fibers are bent can be reduced, and a high-strength SiC fiber 4 can be obtained.

さらに、本発明においては、骨材2を形成する繊維として、上記SiC繊維4だけでなく、表面にコーティング層を有するSiC繊維を使用してもよい。コーティング層としては、炭素層、BN層などのように、SiCと異なる成分からなるコーティング層のほか、SiCと異なる成分からなるコーティング層の上に更にSiCからなるコーティング層がSiC繊維の表面に形成されていてもよい。 Furthermore, in the present invention, in addition to the above-mentioned SiC fibers 4, SiC fibers having a coating layer on the surface may be used as the fibers forming the aggregate 2. The coating layer may be a coating layer made of a component different from SiC, such as a carbon layer or a BN layer, or a coating layer made of SiC may be formed on the surface of the SiC fiber on top of a coating layer made of a component different from SiC.

これらのコーティング層は、どのような方法で形成されていてもよく、特に限定されないが、例えばCVI(気相成長含浸)法や、SiC繊維を溶媒で薄められた希薄な前駆体に含浸させた後、乾燥、硬化、焼成する方法により形成することができる。コーティング層を形成するために前駆体を用いる場合は、マトリックスを形成するほどの含浸量を確保する必要はない。このようなコーティング層を用いると、骨材の形状をあらかじめ固定することができる。また、異なる成分のコーティング層を形成すると、SiC繊維とマトリックスとの一体化を防止することができる。 These coating layers may be formed by any method, including, but not limited to, CVI (vapor phase impregnation) or a method in which the SiC fibers are impregnated with a dilute precursor diluted with a solvent, followed by drying, curing, and firing. When using a precursor to form the coating layer, it is not necessary to ensure an amount of impregnation sufficient to form a matrix. By using such a coating layer, the shape of the aggregate can be fixed in advance. Furthermore, forming a coating layer of a different component can prevent the SiC fibers from integrating with the matrix.

(骨材)
本実施形態において使用することができる骨材2の形態としては特に限定されず、種々の形態の骨材2を用いることができる。例えば、SiC繊維4を複数本束ねて形成されたストランドを織り込むことにより得られるクロス(織布6)、上記ストランドをマンドレルに巻回することにより得られるフィラメントワインディング体、及び上記ストランドを組紐状に編んだブレーディング体等の連続繊維を使用した骨材のほか、短繊維を積層させることにより得られる抄造体、不織布及びマット等を骨材として利用することができる。
織布6は、どのような織り方であってもよく、平織、綾織、朱子織、3D織など特に限定されない。
(aggregate)
The form of the aggregate 2 that can be used in this embodiment is not particularly limited, and various forms of aggregate 2 can be used. For example, aggregates using continuous fibers such as a cloth (woven fabric 6) obtained by weaving a strand formed by bundling a plurality of SiC fibers 4, a filament winding body obtained by winding the above-mentioned strand around a mandrel, and a braiding body in which the above-mentioned strand is woven into a braided cord can be used as the aggregate, as well as a paper body, a nonwoven fabric, a mat, and the like obtained by laminating short fibers.
The woven fabric 6 may be of any weaving type, including, but not limited to, plain weave, twill weave, satin weave, and 3D weave.

ストランド1本あたりのSiC繊維4の本数は特に限定されないが、例えば100~10000本とすることができる。上記範囲であると、適度なストランドの太さとなるので、これを使用して、例えば織布6を形成した場合に、所望の厚さにすることができる。 The number of SiC fibers 4 per strand is not particularly limited, but can be, for example, 100 to 10,000. Within the above range, the strands will have an appropriate thickness, so when they are used to form, for example, a woven fabric 6, the desired thickness can be achieved.

〔SiC/SiC複合材〕
本発明は、上記実施形態に係るSiC/SiC複合材の製造方法により得られるSiC/SiC複合材にも関する。
上述の通り、SiC/SiC複合材8は、SiC繊維を含む骨材2と、角部11aを有するSiC粉砕粒子11と、隣り合うSiC粉砕粒子11同士を結合するSiC前駆体の焼成体12aと、を有する。また、SiC粉砕粒子11及びSiC前駆体の焼成体12aを除く領域に空隙部14が形成されており、この空隙部14にSiC粉砕粒子11の角部11aが突出している。
[SiC/SiC composite material]
The present invention also relates to a SiC/SiC composite obtained by the method for producing a SiC/SiC composite according to the above embodiment.
As described above, the SiC/SiC composite material 8 includes the aggregate 2 containing SiC fibers, the SiC crushed particles 11 having corners 11a, and the sintered bodies 12a of the SiC precursor that bond adjacent SiC crushed particles 11. Also, voids 14 are formed in the regions excluding the SiC crushed particles 11 and the sintered bodies 12a of the SiC precursor, and the corners 11a of the SiC crushed particles 11 protrude into the voids 14.

上記SiC/SiC複合材8の構成により得られる効果については、上記SiC/SiC複合材8の製造方法において記載した効果と同様である。すなわち、空隙部14に角部11aが露出しており、空隙部14に向かって角部11aが突出していることにより、空隙部14の表面積が増えるとともに、角部11aによるアンカー効果が得られるため、SiC/SiC複合材8の表面に形成される耐環境性被膜との接合力を高めることができる。 The effects obtained by the configuration of the SiC/SiC composite material 8 are the same as those described in the manufacturing method of the SiC/SiC composite material 8. That is, the corners 11a are exposed in the voids 14, and the corners 11a protrude toward the voids 14, increasing the surface area of the voids 14 and providing an anchor effect due to the corners 11a, thereby increasing the bonding strength with the environmentally resistant coating formed on the surface of the SiC/SiC composite material 8.

また、本発明においては、SiC/SiC複合材8のかさ密度を適切に設定することが重要である。SiC/SiC複合材8のかさ密度とSiCの真密度との差は、SiC/SiC複合材8の空隙部14の量に相当する。すなわち、かさ密度が大きいほど、緻密なSiC/SiC複合材であることを表す。
SiC/SiC複合材のかさ密度が2.0g/cm未満であると、緻密性が低下することによって強度が低下し、高温用の炉部材、構造材料として使用することが困難となる。一方、かさ密度が2.8g/cmを超えると、空隙部14の量が減少し、SiC/SiC複合材の表面への耐環境性被膜の接合力を高める効果が得られなくなる。
したがって、SiC/SiC複合材8のかさ密度は2.0g/cm以上2.8g/cm以下とする。
In the present invention, it is important to appropriately set the bulk density of the SiC/SiC composite 8. The difference between the bulk density of the SiC/SiC composite 8 and the true density of SiC corresponds to the amount of voids 14 in the SiC/SiC composite 8. In other words, a higher bulk density indicates a denser SiC/SiC composite.
If the bulk density of the SiC/SiC composite is less than 2.0 g/ cm3 , the strength is reduced due to a decrease in denseness, making it difficult to use as a high-temperature furnace component or structural material. On the other hand, if the bulk density exceeds 2.8 g/ cm3 , the amount of voids 14 is reduced, and the effect of increasing the bonding strength of the environmentally resistant coating to the surface of the SiC/SiC composite cannot be obtained.
Therefore, the bulk density of the SiC/SiC composite material 8 is set to be 2.0 g/cm 3 or more and 2.8 g/cm 3 or less.

なお、SiC/SiC複合材8のかさ密度を上記範囲に調整する方法としては、スラリー1a中におけるSiC粉砕粒子11の含有量、及びポリカルボシランの含有量を調整する方法等を利用することができる。 In addition, the bulk density of the SiC/SiC composite material 8 can be adjusted to the above range by adjusting the content of the SiC crushed particles 11 and the content of polycarbosilane in the slurry 1a, etc.

更に、本実施形態において、SiC/SiC複合材8に形成された空隙部14は、断面視で鋭角に窪んだ凹部14aを有していることが好ましい。凹部14aにより得られる効果は上述の通りであり、SiC/SiC複合材8の表面に耐環境性被膜を形成した際に、耐環境性被膜の材料が凹部14aに浸透するため、アンカー効果が得られ、SiC/SiC複合材8の表面と耐環境性被膜との接合力を向上させることができる。 Furthermore, in this embodiment, the void 14 formed in the SiC/SiC composite 8 preferably has a recess 14a recessed at an acute angle in cross section. The effect obtained by the recess 14a is as described above, and when an environmentally resistant coating is formed on the surface of the SiC/SiC composite 8, the material of the environmentally resistant coating penetrates into the recess 14a, providing an anchor effect and improving the bonding strength between the surface of the SiC/SiC composite 8 and the environmentally resistant coating.

上述した本実施形態に係るSiC/SiC複合材を製造する方法としては、上述の本実施形態に係る製造方法を利用することができるが、所望の構造を得ることができれば、製造条件は特に限定されない。 The manufacturing method according to the present embodiment described above can be used to manufacture the SiC/SiC composite material according to the present embodiment described above, but there are no particular limitations on the manufacturing conditions as long as the desired structure can be obtained.

以下に、本実施形態に係るSiC/SiC複合材の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Below, examples of the SiC/SiC composite material according to this embodiment are described, but the present invention is not limited to these examples.

図1及び図2に示す実施形態に係る製造方法により実施例1のSiC/SiC複合材を製造するとともに、従来の製造方法により比較例1及び比較例2のSiC/SiC複合材を製造した。実施例1、比較例1及び比較例2の製造方法及び製造条件を下記表1に示す。
なお、下記表1において、乾燥工程、硬化工程及び焼成工程の欄には、それぞれの工程の条件と、その工程後に得られる部材の構成を示している。
1 and 2, a SiC/SiC composite material of Example 1 was produced, and a SiC/SiC composite material of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 was produced by a conventional production method. The production methods and production conditions of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 are shown in Table 1 below.
In Table 1 below, the columns for the drying step, hardening step, and firing step show the conditions for each step and the structure of the member obtained after each step.

Figure 0007495280000001
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<実施例1>
(骨材の準備)
図1(a)に示すように、SiC繊維4を束ねたストランド5を織り込むことにより織布6を作製し、得られた織布6を8枚積層して、70mm×70mm×2mmである骨材2を形成した。SiC繊維4としては、平均径が10μmのものを使用し、1本のストランド5は800本のSiC繊維4を束ねることにより作製した。
なお、SiC繊維4の表面には、SiCからなるコーティング層をCVI法により形成した。これらのコーティング層は、積層した後に形成されているため、織布6は8枚重なった状態でバラバラにならないように接合され、板状の形状が保持されている。
Example 1
(Preparation of aggregate)
As shown in Fig. 1(a), strands 5 each made of bundled SiC fibers 4 were woven together to produce a woven fabric 6, and eight sheets of the resulting woven fabric 6 were laminated to form an aggregate 2 measuring 70 mm x 70 mm x 2 mm. The SiC fibers 4 used had an average diameter of 10 µm, and one strand 5 was produced by bundling 800 SiC fibers 4 together.
A coating layer made of SiC was formed by CVI on the surface of the SiC fiber 4. Since these coating layers were formed after lamination, the eight layers of the woven fabric 6 were bonded together so as not to fall apart, and the plate shape was maintained.

(含浸工程)
図1(b)及び図2(b)に示すように、真空加圧含浸法を使用し、得られた骨材2に、表1に示すスラリーAを含浸させ、骨材2の隙間に充填し、含浸体を得た。分散剤としては、アニオン系分散剤を使用した。また、SiC粉砕粒子の平均粒子径は0.6μmであり、ポリカルボシラン粒子の平均粒子径は10μm、数平均分子量は3500であった。更に、真空加圧含浸法における加圧力は0.9MPaとした。
(Impregnation process)
As shown in Fig. 1(b) and Fig. 2(b), the obtained aggregate 2 was impregnated with the slurry A shown in Table 1 using the vacuum pressure impregnation method, and the gaps in the aggregate 2 were filled to obtain an impregnated body. An anionic dispersant was used as the dispersant. The average particle size of the SiC crushed particles was 0.6 µm, the average particle size of the polycarbosilane particles was 10 µm, and the number average molecular weight was 3500. Furthermore, the pressure in the vacuum pressure impregnation method was 0.9 MPa.

(乾燥工程)
図1(c)及び図2(c)に示すように、得られた含浸体を乾燥器に入れ、上記表1に示す条件で乾燥させることにより、骨材の内部にSiC粉砕粒子と、ポリカルボシラン粒子とが充填された乾燥体を得た。なお、このとき、骨材内部からの吹き出しは確認されなかった。
(Drying process)
As shown in Fig. 1(c) and Fig. 2(c), the obtained impregnated body was placed in a dryer and dried under the conditions shown in Table 1 to obtain a dried body in which the inside of the aggregate was filled with crushed SiC particles and polycarbosilane particles. At this time, no blowing out from inside the aggregate was confirmed.

(焼成工程)
図1(d)及び図2(d)に示すように、得られた乾燥体を上記表1に示す条件で焼成した後、室温まで自然放冷し、かさ密度が2.32g/cmであるSiC/SiC複合材を得た。
(Firing process)
As shown in FIG. 1(d) and FIG. 2(d), the obtained dried body was fired under the conditions shown in Table 1 above and then allowed to cool naturally to room temperature to obtain a SiC/SiC composite material having a bulk density of 2.32 g/ cm3 .

図4は、実施例1に係る製造方法により得られたSiC/SiC複合材の断面を示す図面代用写真であり、スケールの10目盛りが5μmである。図4に示すように、実施例1のSiC/SiC複合材においては、隣り合うSiC粉砕粒子11同士をSiC前駆体の焼成体12aが結合し、空隙部14が形成されており、空隙部14にはSiC粉砕粒子11の角部11aが突出していた。また、空隙部14には、鋭角に窪んだ凹部14aも形成されていた。
これは、SiC前駆体であるポリカルボシラン粒子が粉状であり、溶媒などで希釈されていないため、SiC前駆体が焼成された際に、その焼成体がSiC粉砕粒子11の表面を覆うように形成されなかったからであると考えられる。
実施例1のSiC/SiC複合材は、上記のような構成を有しているため、表面に耐環境性被膜等を形成した場合に、SiC/SiC複合材と耐環境性被膜との間に強固な接合力を得ることができると考えられる。
Fig. 4 is a drawing substitute photograph showing a cross section of the SiC/SiC composite material obtained by the manufacturing method according to Example 1, where 10 divisions of the scale are 5 μm. As shown in Fig. 4, in the SiC/SiC composite material of Example 1, adjacent SiC pulverized particles 11 are bonded to each other by sintered bodies 12a of the SiC precursor, forming voids 14, and the corners 11a of the SiC pulverized particles 11 protrude into the voids 14. In addition, the voids 14 also have recesses 14a recessed at acute angles.
This is thought to be because the polycarbosilane particles, which are the SiC precursor, are in powder form and are not diluted with a solvent or the like, and therefore when the SiC precursor was sintered, the sintered body was not formed to cover the surface of the SiC crushed particles 11.
Since the SiC/SiC composite of Example 1 has the configuration described above, it is believed that when an environmentally resistant coating or the like is formed on the surface, a strong adhesive strength can be obtained between the SiC/SiC composite and the environmentally resistant coating.

<比較例1>
比較例1では、実施例1の水に代えて、キシレンを使用し、SiC前駆体であるポリカルボシランを溶液の形態で骨材内部に含浸させている。また、実施例1の乾燥工程と焼成工程との間に、ポリカルボシランの流動性を低下させ、ゲル化させる硬化工程を実施している。以下、実施例1との相違点を中心に、比較例1の製造条件について図3を参照して説明する。
<Comparative Example 1>
In Comparative Example 1, xylene is used instead of the water in Example 1, and polycarbosilane, which is a SiC precursor, is impregnated into the aggregate in the form of a solution. In addition, a hardening process is carried out between the drying process and the firing process in Example 1 to reduce the fluidity of polycarbosilane and gel it. The manufacturing conditions of Comparative Example 1 will be described below with reference to FIG. 3, focusing on the differences from Example 1.

(含浸工程)
図3(a)及び図3(b)に示すように、実施例1と同じ骨材2に、上記表1に示す含浸液Aを含浸させ、含浸体を得た。なお、含浸液はポリカルボシランがキシレンに溶解しており、SiC粉砕粒子が分散したものを使用した。SiC粉砕粒子の平均粒子径は0.6μmであった。
(Impregnation process)
As shown in Figures 3(a) and 3(b), the same aggregate 2 as in Example 1 was impregnated with the impregnating liquid A shown in Table 1 to obtain an impregnated body. The impregnating liquid used was one in which polycarbosilane was dissolved in xylene and in which crushed SiC particles were dispersed. The average particle size of the crushed SiC particles was 0.6 μm.

(乾燥工程)
次に、図3(c)に示すように、含浸体を実施例1と同様の方法で乾燥させ、乾燥体を得た。乾燥の際に、骨材2の内部から発生したキシレンのガスからなる気泡24が生成されるとともに、気泡24に押し出されて、吹き出しが確認された。これは、乾燥に伴ってキシレン溶液中のポリカルボシランの濃度が上昇し、粘度が上がることによって気泡24が壊れにくくなり、ガスの圧力で押し出されやすくなったと考えられる。また、この乾燥工程により、高濃度の溶解液23aが生成され、ポリカルボシランがバインダ状となった。
(Drying process)
Next, as shown in Fig. 3(c), the impregnated body was dried in the same manner as in Example 1 to obtain a dried body. During drying, bubbles 24 consisting of xylene gas generated from inside the aggregate 2 were generated, and the bubbles 24 were pushed out and blown out. This is thought to be because the concentration of polycarbosilane in the xylene solution increased with drying, and the viscosity increased, making the bubbles 24 less likely to break and more likely to be pushed out by the gas pressure. Furthermore, this drying process produced a highly concentrated solution 23a, and the polycarbosilane became binder-like.

(硬化工程)
次に、図3(d)に示すように、上記表1に示す条件で骨材内部に含浸されたポリカルボシランを硬化させ、硬化体を得た。硬化工程では、ゲル化の進行と軟化が拮抗して起こるプロセスであるが、最終的にはゲル化が進行し、硬化したSiC前駆体23bが生成されることにより完結する。軟化の方が先に進んでしまうと、溶媒から発生するガスの圧力で骨材内部から押し出されてしまうので、軟化とゲル化のバランスを見ながらゆっくり加熱し、吹き出さないように硬化させた。
(Curing process)
Next, as shown in Fig. 3(d), the polycarbosilane impregnated inside the aggregate was hardened under the conditions shown in Table 1 above to obtain a hardened body. In the hardening process, gelation and softening occur in opposition to each other, but the process is completed when gelation progresses and hardened SiC precursor 23b is generated. If softening proceeds too quickly, the SiC precursor will be pushed out from inside the aggregate by the pressure of the gas generated from the solvent, so the SiC precursor was slowly heated while observing the balance between softening and gelation, and hardened so as not to blow out.

(焼成工程)
次に、図3(e)に示すように、得られた硬化体を実施例1と同様の条件で焼成することにより、SiCマトリックス25を形成した後、室温まで自然放冷し、かさ密度が2.25g/cmであるSiC/SiC複合材を得た。
(Firing process)
Next, as shown in FIG. 3( e ), the obtained hardened body was fired under the same conditions as in Example 1 to form a SiC matrix 25, and then the hardened body was allowed to cool naturally to room temperature to obtain a SiC/SiC composite material having a bulk density of 2.25 g/cm 3 .

図5は、比較例1に係る製造方法により得られたSiC/SiC複合材の断面を示す図面代用写真である。図5に示すように、比較例1のSiC/SiC複合材においては、乾燥工程において発生した気泡24は、その後の硬化工程及び焼成工程において残存した状態でマトリックス化するため、得られたSiC/SiC複合材において、略球面状の気泡24が形成された。また、SiC粉砕粒子11の角部11aはSiCマトリックス25で覆われており、気泡24において、実施例1に示すような角部11aは突出していない。
これは、SiC前駆体であるポリカルボシランがキシレンに溶解された溶液として骨材に含浸されており、溶液がSiC粉砕粒子の表面を覆った状態を経て、焼成されたからであると考えられる。
そして、このようにして得られた比較例1のSiC/SiC複合材は、表面が滑らかであるため、表面に耐環境性被膜等を形成した場合に、SiC/SiC複合材と耐環境性被膜との間で十分な接着性を得ることができない。
Fig. 5 is a drawing substitute photograph showing a cross section of a SiC/SiC composite material obtained by the manufacturing method according to Comparative Example 1. As shown in Fig. 5, in the SiC/SiC composite material of Comparative Example 1, bubbles 24 generated in the drying process remain in the subsequent hardening and firing processes and are turned into a matrix, so that in the obtained SiC/SiC composite material, bubbles 24 having a substantially spherical shape are formed. In addition, the corners 11a of the SiC pulverized particles 11 are covered with a SiC matrix 25, and the corners 11a of the bubbles 24 do not protrude as in Example 1.
This is believed to be because the aggregate was impregnated with the SiC precursor polycarbosilane in the form of a solution dissolved in xylene, and the aggregate was fired after the solution had covered the surfaces of the crushed SiC particles.
Furthermore, the SiC/SiC composite material of Comparative Example 1 obtained in this manner had a smooth surface, and therefore when an environmentally resistant coating or the like was formed on the surface, sufficient adhesion could not be obtained between the SiC/SiC composite material and the environmentally resistant coating.

<比較例2>
比較例2では、含浸工程を2回に分けて行った点で、実施例1と異なる。1回目の含浸工程では、骨材に水とSiCの粉砕粒子とを含むスラリーを含浸させ、2回目の含浸工程では、乾燥体に、SiC前駆体であるポリカルボシランを有機溶媒に溶解させた含浸液を含浸させている。また、比較例2は、2回目の乾燥工程と焼成工程との間に、ポリカルボシランの流動性を低下させ、ゲル化させる硬化工程を実施している。以下、実施例1との相違点を中心に、比較例2の製造条件について、図6を参照して説明する。
<Comparative Example 2>
Comparative Example 2 differs from Example 1 in that the impregnation step was performed twice. In the first impregnation step, the aggregate was impregnated with a slurry containing water and crushed SiC particles, and in the second impregnation step, the dried body was impregnated with an impregnation liquid in which polycarbosilane, a SiC precursor, was dissolved in an organic solvent. In addition, in Comparative Example 2, a hardening step was performed between the second drying step and the firing step to reduce the fluidity of polycarbosilane and gel it. Hereinafter, the manufacturing conditions of Comparative Example 2 will be described with reference to FIG. 6, focusing on the differences from Example 1.

(含浸工程)
図6(a)及び図6(b)に示すように、実施例1と同じ骨材2を準備し、骨材2の隙間2aに、上記表1に示す比率で水13とSiC粉砕粒子11とが混合されたスラリーBを含浸させ、含浸体を得た。分散剤としてはアニオン系分散剤を使用した。また、SiC粉砕粒子の平均粒子径は0.6μmであった。
(Impregnation process)
As shown in Fig. 6(a) and Fig. 6(b), the same aggregate 2 as in Example 1 was prepared, and the gaps 2a of the aggregate 2 were impregnated with slurry B, which was a mixture of water 13 and crushed SiC particles 11 in the ratio shown in Table 1, to obtain an impregnated body. An anionic dispersant was used as the dispersant. The average particle size of the crushed SiC particles was 0.6 µm.

(乾燥工程)
次に、図6(c)に示すように、含浸体を実施例1と同様の方法で乾燥させ、乾燥体を得た。乾燥の際に、骨材2に含浸されたスラリーB中の水分だけを取り除くことができ、骨材からスラリーが噴き出すことはなかった。なお、SiC粉砕粒子11を除く領域に空隙部14が形成された。
(Drying process)
Next, as shown in Fig. 6(c), the impregnated body was dried in the same manner as in Example 1 to obtain a dried body. During drying, only the water in the slurry B impregnated in the aggregate 2 could be removed, and the slurry did not erupt from the aggregate. Note that voids 14 were formed in the area excluding the SiC crushed particles 11.

(含浸工程(2回目))
次に、図6(d)に示すように、上記乾燥体に、上記表1に示す含浸液B(溶解液23)を含浸させ、含浸体を得た。
(Impregnation process (second time))
Next, as shown in FIG. 6(d), the above-mentioned dried body was impregnated with the impregnation liquid B (dissolving liquid 23) shown in Table 1 to obtain an impregnated body.

(乾燥工程(2回目))
次に、図6(e)に示すように、2回目の含浸工程により得られた含浸体を実施例1と同様の条件で乾燥させ、乾燥体を得た。このとき、溶解液23中のキシレンがガスとなり、気泡24が生成されるとともに、高濃度の溶解液23aが生成され、ポリカルボシランがバインダ状となった。また、骨材2に含浸された含浸液Bの吹き出しが少量発生した。
(Drying process (second time))
Next, as shown in Fig. 6(e), the impregnated body obtained by the second impregnation step was dried under the same conditions as in Example 1 to obtain a dried body. At this time, the xylene in the dissolving solution 23 became gas, generating bubbles 24, and a highly concentrated dissolving solution 23a was generated, causing polycarbosilane to become binder-like. Also, a small amount of the impregnating solution B impregnated in the aggregate 2 was blown out.

(硬化工程)
次に、図6(f)に示すように、上記表1に示す条件で骨材内部に含浸されたポリカルボシランを硬化させ、硬化体を得た。硬化工程では、ゲル化の進行と軟化が拮抗して起こるプロセスであるが、最終的にはゲル化が進行し、硬化したSiC前駆体23bが生成されることにより完結する。軟化の方が先に進んでしまうと、溶媒から発生するガスの圧力で骨材内部から押し出されてしまうので、軟化とゲル化のバランスを見ながらゆっくり加熱し、吹き出さないように硬化させた。
(Curing process)
Next, as shown in Fig. 6(f), the polycarbosilane impregnated inside the aggregate was hardened under the conditions shown in Table 1 above to obtain a hardened body. In the hardening process, gelation and softening occur in opposition to each other, but the process is completed when gelation eventually progresses and hardened SiC precursor 23b is produced. If softening proceeds too quickly, the SiC precursor will be pushed out of the aggregate by the pressure of the gas generated from the solvent, so the SiC precursor was slowly heated while observing the balance between softening and gelation, and hardened so as not to blow out.

(焼成工程)
次に、図6(g)に示すように、得られた硬化体を実施例1と同様の条件で焼成することにより、SiCマトリックス25を形成した後、室温まで自然放冷し、かさ密度が2.31g/cmであるSiC/SiC複合材を得た。
(Firing process)
Next, as shown in FIG. 6( g ), the obtained hardened body was fired under the same conditions as in Example 1 to form a SiC matrix 25, and then the hardened body was allowed to cool naturally to room temperature to obtain a SiC/SiC composite material having a bulk density of 2.31 g/cm 3 .

図7は、比較例2に係る製造方法により得られたSiC/SiC複合材の断面を示す図面代用写真である。図7に示すように、比較例2のSiC/SiC複合材においても、比較例1と同様に、略球面状の気泡24が形成された。また、SiC粉砕粒子11の角部11aはSiCマトリックス25で覆われており、気泡24において、実施例1に示すような角部11aは突出していない。
これは、SiC前駆体であるポリカルボシランがキシレンに溶解された溶液として骨材に含浸されており、溶液がSiC粉砕粒子11の表面を覆った状態を経て、焼成されたからであると考えられる。
そして、このようにして得られた比較例2のSiC/SiC複合材についても、表面が滑らかであるため、表面に耐環境性被膜等を形成した場合に、SiC/SiC複合材と耐環境性被膜との間で十分な接着性を得ることができない。
Fig. 7 is a drawing substitute photograph showing a cross section of a SiC/SiC composite material obtained by the manufacturing method according to Comparative Example 2. As shown in Fig. 7, in the SiC/SiC composite material of Comparative Example 2, as in Comparative Example 1, approximately spherical bubbles 24 were formed. In addition, the corners 11a of the SiC pulverized particles 11 are covered with a SiC matrix 25, and the corners 11a of the bubbles 24 do not protrude as in Example 1.
This is believed to be because the aggregate is impregnated with the SiC precursor polycarbosilane in the form of a solution dissolved in xylene, and the aggregate is fired after the solution has covered the surfaces of the SiC crushed particles 11.
Furthermore, the SiC/SiC composite material of Comparative Example 2 obtained in this manner also has a smooth surface, so when an environmentally resistant coating or the like is formed on the surface, sufficient adhesion cannot be obtained between the SiC/SiC composite material and the environmentally resistant coating.

なお、実施例1のSiC/SiC複合材のかさ密度は2.32g/cmであり、比較例1及び比較例2のSiC/SiC複合材のかさ密度とほとんど変わらない値となった。このことから、本発明の製造方法により得られたSiC/SiC複合材は、従来のSiC/SiC複合材と同様に緻密性が高く、優れた強度を有していることがわかった。 The bulk density of the SiC/SiC composite material of Example 1 was 2.32 g/ cm3 , which was almost the same as the bulk density of the SiC/SiC composite materials of Comparative Examples 1 and 2. This shows that the SiC/SiC composite material obtained by the manufacturing method of the present invention has high density and excellent strength, similar to conventional SiC/SiC composite materials.

1a スラリー
2 骨材
3 含浸体
4 SiC繊維
5 ストランド
6 織布
7 乾燥体
8 SiC/SiC複合材
9,24 気泡
11 SiC粉砕粒子
11a 角部
12 ポリカルボシラン粒子
12a SiC前駆体の焼成体
13 水
14 空隙部
14a 凹部
25 SiCマトリックス
Reference Signs List 1a Slurry 2 Aggregate 3 Impregnated body 4 SiC fiber 5 Strand 6 Woven fabric 7 Dried body 8 SiC/SiC composite 9, 24 Air bubbles 11 SiC crushed particles 11a Corner 12 Polycarbosilane particles 12a Sintered body of SiC precursor 13 Water 14 Void 14a Recess 25 SiC matrix

Claims (3)

SiC繊維を含む骨材を、水と、角部を有するSiC粉砕粒子と、ポリカルボシラン粒子のみによって構成されるスラリー、又は、水と、角部を有するSiC粉砕粒子と、ポリカルボシラン粒子と、分散剤のみによって構成されるスラリーに含浸させて含浸体を得る含浸工程と、
前記含浸体を乾燥させて乾燥体を得る乾燥工程と、
前記乾燥体を加熱し、焼成する焼成工程と、を有し、
前記焼成工程は、前記ポリカルボシラン粒子を溶融させるとともに重合させた後、隣り合う前記SiC粉砕粒子同士を結合するSiC前駆体の焼成体を得る工程であり、
前記ポリカルボシラン粒子の平均粒子径は、1μm以上100μm以下であり、
前記スラリーの質量に対する前記ポリカルボシラン粒子の含有量は、5質量%以上30質量%以下であり、
前記スラリーの質量に対する前記SiC粉砕粒子の含有量は、10質量%以上70質量%以下であることを特徴とするSiC/SiC複合材の製造方法。
an impregnation step of impregnating an aggregate containing SiC fibers with a slurry consisting of only water, crushed SiC particles having corners, and polycarbosilane particles, or with a slurry consisting of only water, crushed SiC particles having corners, polycarbosilane particles, and a dispersant to obtain an impregnated body;
A drying step of drying the impregnated body to obtain a dried body;
A firing step of heating and firing the dried body,
The firing step is a step of melting and polymerizing the polycarbosilane particles, and then obtaining a fired body of the SiC precursor in which adjacent SiC pulverized particles are bonded to each other,
The average particle size of the polycarbosilane particles is 1 μm or more and 100 μm or less,
The content of the polycarbosilane particles relative to the mass of the slurry is 5 mass% or more and 30 mass% or less,
A method for producing a SiC/SiC composite material, characterized in that the content of the SiC crushed particles relative to the mass of the slurry is 10 mass% or more and 70 mass% or less .
前記ポリカルボシラン粒子を構成するポリカルボシランの数平均分子量は、800以上3500以下であることを特徴とする請求項に記載のSiC/SiC複合材の製造方法。 2. The method for producing a SiC/SiC composite material according to claim 1 , wherein the number average molecular weight of the polycarbosilane constituting the polycarbosilane particles is 800 or more and 3,500 or less. 前記SiC粉砕粒子の平均粒子径は、0.1μm以上5.0μm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のSiC/SiC複合材の製造方法。 3. The method for producing a SiC/SiC composite material according to claim 1 , wherein the average particle size of the SiC crushed particles is 0.1 μm or more and 5.0 μm or less.
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