JPH0218364A - 粒子分散強化した繊維強化ムライト複合材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、１１維強化ムライト複合材を粒子分散により
さらに強化した１ＩＡＩ！！強化ムライト複合材および
その製造方法に関し、特に破壊靭性値を驚異的に向上さ
せることができるので、レシプロエンジンのシリンダラ
イナー、ピストンリングあるいはガスタービンエンジン
のタービン動翼等への応用が期待されるムライト複合材
を製造することのできる製造方法に関する。

［従来の技術］ セラミックスは金属材料よりも優れた耐熱性、耐酸化性
を有し、さらに断熱性にも優れているので、金属に代わ
る耐熱構造材料として注目されてきた。しかしながら、
セラミックスは共有結合やイオン結合で構成されており
、金属材料のように転位によって変形したり伸びること
が出来ず、材料内部の微少な欠陥や表面のきすに応力の
集中が起こり、容易に破壊されるので、非常に脆く、破
壊靭性に劣るという欠点がある。

ムライト（３Ａ　１２０　ｓ・２　Ｓ　ｉｏ　２）も耐
熱性があり、熱衝撃抵抗も優れており、均一な熱膨張を
示し、機械的性質の温度による変化が少なく、１３５０
℃では炭化珪素とほぼ同じ強度を持つが、他のセラミッ
クスと同様に破壊靭性に劣る。

脆性破壊に対する材料の抵抗性は、一般に破壊靭性値に
１゜により示されるが、例えば窒化珪素材料のＫＩＣは
５〜７ＭＮ／Ｎ”であり、金属材料の中で比較的脆いと
言われるアルミニウム合金の３４　Ｍ　Ｎ　／　ｍ”に
比べても極めて低い、セラミックスをエンジニアリング
セラミックスとしてレシプロエンジンあるいはガスター
ビンエンジンに応用していくためには、少なくとも破壊
靭性値を１０ＭＮ／ｍ”以上にする必要がある。

そのために、この構造用セラミックスの脆さを改善する
ために、種々の手法が研究されてきたが、その中でもセ
ラミックスマトリックス中にいろいろの粒子を混合分散
させる粒子分散強化法および各種繊維をセラミックスマ
トリックス中に分散させる繊維強化法が注目されている
。

繊維強化セラミックス（以下ＦＲＣという、）用繊維は
大きく分けて、短繊維系と長ｌ＆維系がある。

長繊維にはガラス帽り金属繊維、炭素側Ｌセラミック繊
維などがあり、炭素繊維は強度が高く、弾性率も高いの
で複合材に適しているが、酸化に弱いという欠点がある
。また、炭化珪素やアルミナなどのセラミック＃ＪｊＩ
維は有機系原料を紡糸して熱処理したもので、高融点で
あり最も多用されている。短繊維は針状の単結晶である
ウィスカーあるいは長繊維のチョップ品を意味するが、
ウィスカーはＦＲＣ用繊維として理想的な強度を示すが
、マトリックス中に均一に分散させることが難しく、価
格が高いという欠点がある。

マトリックスとなるセラミックスについては、Ａ　Ｉ２
０　、、ムライト、Ｚ　ｒ　Ｏ２、Ｓｉ、Ｎ、、ＳｉＣ
、ガラス等の酸化物から非酸化物まで多くのセラミック
スに対してｗＩｉＩｉとの複合化が試みられている。

繊維強化セラミックス材料についての特許については、
スピネル（ＭｇＯ・ＡｌｔＯａ）に炭化珪素短繊維を混
ぜた焼結体（特開昭６２−１１９１７５）、アルミナに
炭化珪素短１！維を混ぜた焼結体く特開昭６２−１１９
１７４）、炭素連続ａｉｍ強化ＳｉＣ複合体（特開昭６
ｌ−２４７６６３）、金属酸化物または金属炭化物に炭
素繊維を添加して加圧と同時に焼結するセラミックス複
合材（特開昭５Ｏ−１３６３０６）、炭化珪素＃Ｒ維強
化セラミックス複合材（特公昭６２−３５９９６）など
がある。

粒子分散によるセラミックスの破壊靭性向上の機構は、
クラックの先端がさらに進もうとするエネルギーを何等
かの形で強化用粒子が分散しまたは吸収し、応力緩和現
象が起こるためと考えられる。破壊靭性緩和の例として
、５ｉｓＮ＜にＴｉＣ粒子を分散させた例がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前記の複合材を作るに際しては、焼結温
度において繊維がマトリックスと反応せずに所望の強度
を保つかどうかという化学的適合性、および膨張係数の
差が繊維を損傷するがどうかの物理的適合性が、複合材
料の破壊靭性等の特性を左右するので、繊維強化あるい
は粒子分散強化のみでは期待通りの破壊靭性値が得られ
ないのが実情である。ムライトについても他のセラミッ
クスと同様にマトリックス中に繊維を分散させる繊維強
化が試みられているが、満足すべき結果は得られていな
い。

本発明は繊維強化ムライト複合材の前記のごとき問題点
に鑑みてなされたもので、破壊靭性値の優れた繊維強化
ムライＩ−複合材およびその製造方法を提供することを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ 発明者は前記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果
、繊維強化と粒子分散強化を兼ね備えた強化材料を想到
するに至った。

粒子分散の破壊靭性向上の機構としては、クラック・デ
フレクションが挙げられている。すなわちマトリックス
と分散相の靭性や熱！Ｏｊ張率など各種の性質の違いや
、両者の界面状態などが原因で、クラックが分散相の回
りをジグザグに折れ曲がつて進む、これによりクラック
進行に必要なエネルギーが消費されるので破壊靭性が向
上する。

また、繊維強化による破壊靭性向上の機構は、プルアウ
トとディフレクションが生ずるためであるとされる。す
なわち、分散相としてウィスカーを混合した場合、クラ
ックがウィスカーのある場所を通過する際に、クラック
により隙間が生ずる分だけ、ウィスカーがマトリックス
から引き抜かれる。ウィスカーが引き抜かれる仕事分だ
け、エネルギーが消費されて靭性が向上する。

ここの述べたクラック・ディフレクションとプルアウト
が同時に効果的に起こるようにすれば、破壊エネルギー
は驚異的に増加して、破壊靭性値が著しく増加に至るこ
とに想到し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の粒子分散強化した繊維強化ムライト
複合材は、ムライトマトリックスと、ムライトマトリッ
クス中に分散された繊維と、ムライトマトリックス中に
分散された同種または異種のセラミックマトリックス微
粒子とからなり、加圧焼結により焼結され、破壊靭性値
ＫＩＣがＩＯＭＮ／ｍ”以上であることを要旨とする。

また、本発明の製造方法は、有機金属高分子を溶解した
溶液中にマトリックスとなるムライト粒子を分散させ含
浸液を調製する工程と、繊維を連続的に前記含浸液の中
を通過させて繊維に前記含浸液を均一に含浸させる工程
と、前記ｍＭ１をｆ？Ｉｍして積層体とする工程と、前
記積層体中の有機金属高分子を不融化する工程と、前記
積層体をアルゴンガスまたは窒素ガス中で加圧焼結する
工程とからなることを要旨とする。

ムライトマリクス中に分散される強化繊維は、短ＩＪ！
雄でも長繊維でも良い、長繊維にはガラス繊維、金属繊
維、炭素帽Ｌセラミック繊維を用いることができる。こ
れら繊維の耐酸化性を改善しあるいはマトリックスとの
界面接合を制御するため、繊維表面にセラミックス等を
ＣＶＤコーティングをして用いると良い。

強化繊維をムライトマトリクス中に分散させる方法は公
知の方法によって行う０例えば長繊維の場合、スラリー
状にしたセラミック粉末中へ繊維を浸漬し、順次ドラム
に巻き取る方法（フィラメント・ワインディング法）、
あるいは繊維をシート状にし、マトリクス粉末を交互に
積層する方法（積層法）により、未焼成積層体を作り、
この積層体を押し型に合わせて成形してホットプレスす
る方法などがとられる。

第１図はフィラメント・ワインディング法を模式的に示
した図である。スプール１０がら巻き戻された長線１１
ｔ１２は含浸液層１４に収容したマトリックス粉末を混
合したスラリー状の含浸液１６の中に浸漬して通過させ
、長１１維１２の表面に含浸液１６を付着させ巻き取り
ドラム１８に巻き取る。ドラムに巻き取られた積層体２
０は適当な箇所を切り開いてドラム１８から取り外し、
所望の大きさに裁断し、適宜の厚さに積層する。積層し
たＴＯ！ｔＭ体２０は必要に応じて脱脂した後、押し型
に合わせて成形してホットプレスする。

また、いわゆる化学蒸着法により、繊維のプリフォーム
の間隙にセラミックマトリックス相を生成させるＣＶＤ
法、あるいは金属アルコキシドのゲル状高分子を１＃！
維に含浸させた後熱分解して金ｍ酸化物を得るゾル−ゲ
ルなども利用できる。短繊維の場合は、ムライト粉末ス
ラリー中へ繊維を分散させ、石膏型に流し込み、型通り
の雌型を取り出して焼成するスリップキャスト法が効果
的である。繊維の複合量は容量％で３０〜４０％が適当
である。

ムライトマトリックス中に分散される微粒子は、ムライ
トマトリックスと異種の粒子でも同種の粒子でも良い６
粒子分散によりマトリックスの強化は、Ｓ　ｉ　、Ｎ　
４　　Ｔ　ｉ　Ｃの知見から予測されるように、２０〜
２５容景％において最大の効果が得られる。

分散される粒子の粒径はクラック・デフレクションの考
え方からすれば、マトリックスの粒界に均一に微細な状
懸で存在することが有効である０粒子分散の手法は、粉
末混合法では均一分散が困難であり、微細な粒子の作成
が困難であるため、有機金属高分子の熱分解を利用する
方法が最も適切である。すなわち、珪素などセラミック
を形作る金属元素を含む有機金属高分子を不活性雰囲気
中で熱分解すると、有機成分が離脱し、炭化物あるいは
窒化物が得られる。有機金属高分子には、例えばポリシ
ロキサン、ポリシラザン、ポリカルボシラン、ボ・リシ
ラスチレンなとがあり、ポリカルボシランは（１）式の
ように炭化珪素を生成し、ポリシラザンからは（２）式
のように窒化珪素が得られる。

（ＳｉＨ（ＣＨ，）・ＣＩ、）ｎ　　−＋　ＳｉＣ（１
）（ＳｉＲＲ’ＮＩＩｚ）＋＋　　→　Ｓ　ｉ　３　Ｎ
　４　　　　　　（２）有機金属高分子はマトリックス
となるセラミックス粒子表面にコーティングし、ついで
熱化学反応によりセラミックス化し微粒子を分散させる
手法をとる。そのため、有機金属高分子を溶剤（トルエ
ン、キシレン等）に溶解させ、その中にマトリックスと
なるムライト粒子を混合しムライト粒子表面に有機金属
高分子をコーティングする。

ムライトマトリックス中に均一に繊維を分散させるには
、この有機金属高分子を溶解した溶液中にムライト粒子
を混合した液を含浸液とし、その中に繊維を連続的に通
過させ繊維表面に含浸液を均一に付着させるフィラメン
ト・ワインディング法による。ムライトマトリックス中
に分散される繊維の欧は、含浸液の粘度および繊維の通
過速度により調節することができるが、含有ｉｎ　雌は
容量％で３０〜４０％程度が最も好ましい。

フィラメント・ワインディング法で巻き取られた素材は
、本焼結を行う前に、窒素ガスあるいはアルゴンガス、
あるいは窒素ガスとアンモニアガスの混合ガス気流中７
００〜８００℃にて、有機金属高分子を不融化し、マト
リックスとなるムライト粒子表面にＶ＆細ｆ１′１子の
前段階となるガラス化されたセラミック層を生成させる
。

有機金属高分子を不融化した後、成形品はアルゴンガス
あるいは窒素ガス中で１．加圧焼結する。

加圧焼結は成形体を窒化硼素でマスキングした後カーボ
ン等の耐熱素材型に入れ加圧焼結（ホットプレス）する
。

［作用］ 本発明方法により製造される粒子分散強化した繊維強化
ムライト複合体は、マトリックスセラミックスと同種ま
たは異種の微細粒子が粒界に分散しているのでクラック
・ディフレクションが起こり、破壊靭性が向上する。す
なわちマトリックスと微粒子の分散相の靭性や熱膨張率
など各種の性質の違いや、両者の界面状態などが原因で
、クラックが分散相の回りをジグザグに折れ曲がって進
む。

これによりクラック進行に必要なエネルギーが消費され
て破壊エネルギーが増加し破壊靭性が向上する。

また、本発明により製造されたセラミックス複合体は、
繊維が分散されて強化されているので、繊維強化により
破壊靭性が向上する。すなわち、分散相として繊維を混
合した場合、クラックが繊維のある場所を通過する際に
、クラックにより隙間が生ずる分だけ、繊維がマトリッ
クスから引き抜かれる。繊維が引き抜かれる仕事分だけ
、エネルギーが消費されて破壊エネルギーが増加し破壊
靭性が向上する。

本発明の粒子分散強化された繊維強化ムライト複合体の
最も特徴とするところは、前記の粒子分散による破壊靭
性の向上と、繊維強化による破壊靭性の向上が、同時に
効果的に起こり、破壊靭性が芹しく増加することである
。

本発明の調造方法では、有機金属高分子を溶解した溶液
にマトリックスとなるムライト粒子を混合して含浸液と
し、この含浸液を繊維に含浸させる手法をとったので、
有機金属高分子を不融化した後、繊維の積層体を不活性
雰囲気中で焼結すると、有機金属高分子の熱分解により
、有機成分が離脱し、ｖ＆細な炭化物あるいは窒化物が
ノ＼ライト粒界に析出し、粒子分散強化された繊維強化
ムライト複合体を得ることができる。また、加圧焼結に
よりムライトマトリックス中に繊維が充分に充填される
ので、内部欠陥が減少し破壊靭性が著しく向上する。

［実施例コ 本発明の好適な実施例を以下に説明し、本発明をさらに
具体的に明らかにするが、本発明が以下に述べる実施例
の記載によって同等限定解釈されるものではない。

（実施例１） 溶剤としてトルエン１１０ｇ中に日本曹達（株）製のポ
リシラスチレン（商品名；ＰＳＳ−４００）４２ｇを溶
解させた。この溶液を別に用意した内容ｆｆｆ５００ｃ
ｃのポリエチレン製ポットに入れ、ムライト粉末（共立
窯業原料（株）製　商品名、ＫＭムライト）９８ｇを添
加した０次いでこれに１２．５＋＊…φの高アルミナτ
丁シリンダ型玉石を３００ｇ入れ、ボッ１へ蓋を閉じ、
ポットを５０ｒｐｍにて回転し、１６時間混合して含浸
液を調製した。

この含浸液を含浸層に流し込み、カーボン繊維（（株）
ペトカ製ＨＭ６０．２に品、ピッチ系、あるいは東邦レ
ーヨン製ＩＭ４０．６に品、パン系）をスプール台に取
り付け、３Ｃ１ｌｌ／秒の巻き取り速度にて含浸層の含
浸液の中を通し、カーボン！ｊ！Ｉｆｆに含浸液を均一
に含浸させ、巻き取りドラムに含浸液を保持したカーボ
ン繊維を巻き取った。

なお、カーボン繊維は巻き収りドラムに巻き取る前に４
０〜５０℃に加熱した熱風を供給し、トルエンをカーボ
ン繊維より揮発させて、ポリシラスチレンに接着性を持
たせた状態にして巻き取った。また、巻き取りドラムに
は、接着性の有るカーボン繊維が巻き取られるため、カ
ーボン繊維の積層体を容易に取り外すことができるよう
に、積層体と接する箇所には弗素処理等を施しておくと
良い。

巻き取りドラムより取り外されたカーボン繊維のｆ？Ｉ
ＷＩ体は任意の形状に切断後、二軸加圧プレス、あるい
は冷間若しくは温間等方圧プレス（Ｃ−ＩＰまたはＷ・
■・Ｐ）にて成形加圧して成形体とし、然る後５０℃に
保持されているオーブン中に入れ、２４時間放置し、完
全にトルエンを揮発させた。

続いてこの成形体に含まれるポリシラスチレンの不融化
処理を行った。不融化処理は成形体を３゜５℃／時間の
温度勾配のもとＮ２ガス加圧下（〜５ｋｇ／ｃｍ２Ｇ）
にて、６００℃まで処理し、完全にガラス化させた。

この成形体の焼結に当たっては、脱脂処理された成形体
の表面に窒化硼素の微粉を付着させ、マスキングを施し
た。この成形体をカーボン型中に入れ、アルゴン気流中
６００℃／時間の温度勾配にて１６５０℃に昇温し、３
５０　ｋｇ／ｅｍ２Ｇ加圧下１時間加圧全１時間焼 結お、比較のなめに同じ成形体をアルゴンガス加圧下（
２ｋｇ／　ｃｍ２Ｇ　）で、２００℃／時間の温度勾配
にて、１６５０℃まで加熱し１時間保持して比較例の焼
結体を焼成した。また、従来例として有機金属高分子を
使用しない含浸液を調製し、前記と同じ方法でピッチ系
とパン系のカーボン１！維を含浸させたＹ！を層像を作
成し、前記と同様に切断し加圧成形して、成形体とし前
記と同じ条件で不融化した後アルゴンガス加圧下焼結し
て焼結体を得た。

得られた本発明例と比較例および従来例の焼結体につい
て曲げ強度および破壊靭性質Ｋｉｏを測定し結果を第１
表に示した。

（以下余白） 第　　　　　１　　　　　表 第１表から明らかなように、本発明例はピッチ系におい
て曲げ強度は従来例の約６．８倍、比較例の約４．７倍
、破壊靭性値は従来例の約６．５ｆΔ、比較例の約４．
５倍に向上している。またパン系において曲げ強度は従
来例の約６゜４倍、比較例の約４．５倍、破壊靭性値は
従来例の約６．８倍、比較例の約４．６倍に向上してお
り、これにより本発明の効果がＩ！認された。

（実施例２） 実施例１で用いたと同じカーボン繊維（ピッチ系および
パン系）に表面酸化を防止するため、繊維表面に化学的
蒸着（ＣＶ　Ｄ　）により炭化珪素を蒸着した。このカ
ーボン繊維を用い、含浸液組成、巻き取り条件、脱脂お
よび焼結条件は実施例１と全く同じにして焼結体を得た
。

なお、比較のために同じ成形体をアルゴンガス加圧下（
２ｋｇ／　ｃｍ２Ｇ　）で、２００°Ｃ／時間の温度勾
配にて、１６５０℃まで加熱し１時間保持して比較例の
焼結体を焼成した。また、従来例として有機金属高分子
を使用しない含浸液を調製し、前記と同じ方法でピッチ
系とパン系のカーボン繊維を含浸させた積層体を作成し
、前記と同様に切断し加圧成形して、成形体とし前記と
同じ条件で不融化した後アルゴンガス加圧下焼結して焼
結体を得た６ 得られた本発明例と比較例および従来例の焼結体につい
て曲げ強度および破壊靭性値を測定して第２表に示した
。

（以　　下　　余　　白　　） 第 り 表 第２表から明らかなように、本発明例はピッチ系におい
て曲げ強度は従来例の約６．８倍、比較例の約４．７倍
、破壊靭性値は従来例の約７．５倍、比較例の約５．４
ｍに向上している。またパン系において曲げ強度は従来
例の約６．４倍、比較例の約４．５倍、破壊靭性値は従
来例の約６．３倍、比較例の約４．４（？ｉに向上して
おり、本発明の効果が確認された。

（実施例３） 溶剤としてトルエン８７．４ｇ中に、チッソ（株）製の
ポリシラザン（商品名；ＮＣＰ−２００、トルエン溶液
６５％含有品）６４．６　ｇを溶解させた。

この溶液を別に用意した内容ｆ７？５００ｃｃのポリエ
チレン製ポットに入れ、ムライト粉末（共立窯業原料（
株）製、商品名、ＫＭムライト）９８ｇを添加した６次
いでこれに１２．５ｍ−φの高アルミナ質シリンダ型玉
石を３００ｇ入れ、ポット塁を閉じ、ポットを５０　ｒ
ｐｍにて１６時間混合して含浸液を：Ａ製した。

この含浸液を含浸層に流し込み、カーボン繊維（（株）
ペトカ製ＨＭ　−６０，２に品、ピッチ系、あるいは東
邦レーヨン製ＩＭ４０．６に品、パン系）をスプール台
に取り付け、３ｃ−／秒の巻き取り速度にて含浸層の含
浸液の中を通し、カーボンｉｎ　Ｍｌに含浸液を均一に
含浸させ、巻き取りドラムに含浸液を保持したカーボン
繊維を巻き取った。

以下実施例１と同様の条件でｆａ層、脱脂、焼結して本
発明例の焼結体を得た。

なお、比較のために同じ成形体をアルゴンガス加圧下（
２ｋｇ／　ｃｍ”Ｇ　）で、２００℃／時間の温度勾配
にて、１６５０℃まで加熱し１時間保持して比＄２ＰＡ
の力ｌ枯木を焼成した。また、従来例として有機金属高
分子を使用しない含浸液をｙＪ！ＩＪＬ、前記と同じ方
法でピッチ系とパン系のカーボン繊維を含浸させた積層
体を作成し、前記と同様に切断し加圧成形して、成形体
とし前記と同じ条件で不磁化した後アルゴンガス加圧下
焼結して焼結体を得た。

得られた本発明例と比較例および従来例の焼結体につい
て曲げ強度およびｌＩＩ！２壊靭性鎮を測定して第３表
に示した。

第　　　　　３　　　　　表 第３表から明らかなように、本発明例はピッチ系におい
て曲げ強度は従来例の約６．８倍、比較例の約４，８倍
、破壊靭性値は従来例の約６．５倍、比較例の約４．５
倍に向上している。またパン系において曲げ強度は従来
例の約６．４倍、比較例の約４．５倍、破壊靭性値は従
来例の約６．８倍、比較例の約４．６倍に向上しており
、本発明の効果が確認された。

（実施例４） 実１ｕｖｔで用いたと同じカーボン繊維（ピッチ系およ
びパン系）に表面酸化を防止するため、繊Ｉｔ表面に化
学的蒸着（ＣＶ　Ｄ　）により炭化珪素を蒸着した。こ
のカーボン繊維を用い、実施例３と同じ含浸漬組成、実
施例１と同じ巻き取り条件、脱脂および焼結条イ↑にし
て焼結体を得た。

なお、比較のなめに同じ成形体をアルゴンガス加圧下（
２ｋｇ／ｃ繭２Ｑ）で、２００℃／時間の温度勾配にて
、１６５０℃まで加熱し１時間保持して比較例の焼結体
を焼成した。また、従来例として有機金属高分子を使用
しない含浸液を調製し、前記と同じ方法でピッチ系とパ
ン系のカーボン繊維を含浸させた積層体を作成し、前記
と同様に切断し加圧成形して、成形体とし前記と同じ条
件で不融化した後アルゴンガス加圧下焼結して焼結体を
得た。

得られた本発明例と比較例および従来例の焼結体につい
て曲げ強度および破壊靭性値を測定して第４表に示した
。

第　　　　　４　　　　　表 第４表から明らかなように、本発明例はピッチ系におい
て曲げ強度は従来例の約６．８倍、比軸例の約４．８ｆ
ｎ、破壊靭性値は従来例の約６　、５　（ｒ’ｔ、比較
例の約４，４倍に向上している。またパン系において曲
げ強度は従来例の約６．５倍、比較例の約４，５倍、破
壊靭性値は従来例の約６．５倍、比較例の約４．４ｔ＊
に向上しており、本発明の効果が確認された。

（実施例５） 実施例１〜４においてはカーボン繊維を使用した複合材
についての試駆結果を示したが、本実施例では強度、弾
性率、融点あるいは分解点がカーボン繊維より優秀なタ
ングステン繊維を使用した。

タングステン繊維は１３００℃以上に加熱すると粒成長
を起こし切断し易くなるので、ドリア（Ｔｈ０２）を２
．５％ドーピングして、加熱により粒成長を起こさない
繊（ｉｔを使用した。

使用したタングステン繊維は日本タングステン（株）製
のものでｍ維径５０μ−であって、繊維を一本一本フィ
ラメント・ワインディング法で巻き取ると時間を要する
ため、５０本を集束して含浸液の入った含浸層を通過さ
せて巻き取りドラムに巻き取った。

含浸液には実施例１のポリシラスチレンにムライトを混
合した系および実施ｒＩＡ３のポリシラザンにムライト
を混合した系の２調合を使用した６巻き取り条件、脱脂
、焼結条件は実施例１あるいは実施例３と同一にして焼
結体を得た。

なお、比較のために同じ成形体をアルゴンガス加圧下（
２ｋｇ／ｅ輪２Ｑ）で、２００℃／時間の温度勾配にて
、１６５０℃まで加熱し１時間保持して比較例の焼結体
を焼成した。また、従来例として有機金属高分子を使用
しない含浸液を調製し、前記と同じ方法でピッチ系とパ
ン系のカーボン繊維を含浸させた積層体を作成し、前記
と同様に切断し加圧成形して、成形体とし前記と同じ条
件で不融化した後アルゴンガス加圧下焼結して焼結体を
得た。

得られた本発明例と比較例および従来例の焼結体につい
て曲げ強度および破壊靭性値を測定して第４Ｒに示した
。

（以　　下　　余　　白　　） 第 表 第５表から明らかなように、本発明例は実施例１のポリ
シラスチレン系において曲げ強度は従来例の約７．２（
Ａ、比較例の約４．９倍、破壊靭性値は従来例の約６．
６倍、比較例の約４．６倍に向上している。また実施例
３のポリシラザン系において曲げ強度は従来例の約６．
８倍、比較例の約４゜７倍、破壊靭性値は従来例の約６
．３倍、比較例の約４．５倍に向上しており、本発明の
効果が確認された。

［発明の効果］ 本発明方法により製造された粒子分散強化した繊維強化
ムライト複合材は以上説明したように、１１ライトマト
リツクスと、ムライトマトリックス中に分散された繊維
と、ムライトマトリックスに分散された同種または異種
のセラミックス微粒子とからなることを特徴とするもの
であり、マトリックス粒界に分散している微粒子によっ
てクラック・デフレクシ９ンが起こり破壊靭性が向上す
ると共に、マトリックス中に分散された繊維が引き抜か
れるプルアウトにより破壊エネルギーを増加するので、
曲げ強度と共に破壊靭性値を著しく改善することが出来
た。

従来のセラミックスでは各種の優れた特性を有している
が、衝撃等急激な強度変化に弱く脆性材料とされその用
途に制限が有ったが、本発明方法によるムライト複合材
では脆さの指標である破壊靭性値に１。が著しく改善さ
れ、いずれも１　０ＭＮ／鋤７以上のものが得られるの
で、レジ１０エンジンではシリンダライナ、ピストンリ
ング等への応用、ガスタービンエンジンではタービン動
翼への応用が充分可能となる。

本発明の製造方法では、有機金属高分子を溶解した溶液
にマトリックスとなるムライト粒子を混合して含浸漬と
し、この含浸液を１！維に含浸させる手法をとったので
、有機金属高分子の不融化の後、４ｔ！維の積層体を不
活性雰囲気中で焼結すると、有機金属高分子の熱分解に
より、有機成分が離脱し、微細な炭化物あるいは窒化物
がムライト粒界に析出し、粒子分散強化された繊維強化
ムライト複合体を得ることができる．また、加圧焼結に
よりムライトマトリックス中に繊維が充分に充填される
ので、内部欠陥が減少し破壊靭性が著しく向上する．さ
らに、カーボン繊維を使用した場合、有機金属高分子が
コーティングされ、熱化学反応で炭化珪素、窒化珪素の
薄膜コート処理が行なわれるので、カーボン繊維の耐酸
化性を向上させるといった副次的な効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はフィラメント・ワインディング法を模式的に示
した図である。 １０・・・スプール、１２・・・長繊維、１４・・含浸
層、１６・・・含浸液、１８・・・巻き取りドラム、２
０・・ Ｔ？ｔＷＩ体。 特許出願人　Ｔ　業　技　術　院　長 岡　　　上　株式会社 ノリタケカンパニーリミテド

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ムライトマトリックスと、ムライトマトリック
   ス中に分散された繊維と、ムライトマトリックス中に分
   散された同種または異種のセラミックマトリックス微粒
   子とからなり、加圧焼結により焼結され、破壊靭性値Ｋ
   ＿Ｉ＿Ｃが１０ＭＮ／ｍ＾３＾／＾２以上であることを
   特徴とする粒子分散強化した繊維強化セラミックス複合
   材。
2. （２）　有機金属高分子を溶解した溶液中にマトリック
   スとなるムライト粒子を分散させ含浸液を調製する工程
   と、繊維を連続的に前記含浸液の中を通過させて繊維に
   前記含浸液を均一に含浸させる工程と、前記繊維を積層
   して積層体とする工程と、前記積層体中の有機金属高分
   子を不融化する工程と、前記積層体をアルゴンガスまた
   は窒素ガス中で加圧焼結する工程とからなることを特徴
   とする粒子分散強化した繊維強化ムライト複合材の製造
   方法。