JPH0226876A - 粒子分散強化した繊維強化セラミックス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、繊維強化セラミックス複合材を粒子分散によ
りさらに強化した繊維強化セラミックス複合材およびそ
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セラミックス複合
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。

脆性破壊に対する材料の抵抗性は、一般に破壊靭性値Ｋ
Ｉｃにより示されるが、例えば窒化珪素材料のに１゜は
５〜７ＭＮ／ｍ”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。

長繊維にはガラス繊維、金属繊維、炭素ｍｔ’ｔ−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
繊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　Ｉ　
２０　’ｓ、ムライト、ＺｒＯ２，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
スに対して繊維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・Ａ　Ｉ　２０３＞に炭化珪素短繊維
を混ぜた焼結体く特開昭６２−１１９１７５）、アルミ
ナに炭化珪素短繊維を混ぜた焼結体（特開昭６２−１１
９１７４）、炭素連続繊維強化ＳｉＣ複合体（特開昭６
ｌ−２４７６６３）、ｉＩＬ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５０１３６３０６）、炭化珪素繊維強
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ｖｌｎ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、Ｓｉ、Ｎ、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３［］ 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ｍ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、ｍＨＩ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。

本発明は繊維強化セラミックス複合材の前記のごとき問
題点に鑑みてなされたもので、破壊靭性値の優れなｍ維
強化セラミックス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ｗＩＩ！強化セラ
ミックス複合材は、セラミックマトリックスと、セラミ
ックマトリックス中に分散された繊維と、セラミックマ
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セラミックス粒子を分散さ
せ含浸液を調製する工程と、ｌｌ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ｍ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要旨とする。

マトリックスとなるセラミックスには、Ａ　１．０１、
ムライト、Ｚ　ｒ　Ｏ２、Ｓ　ｉ３Ｎ　、、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を
用いることができる。セラミックマトリックス中に分散
される強化繊維は、短繊維でも長繊維でも良い、長繊維
にはガラス繊維、金属引り炭素側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。

強化繊維をセラミック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６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から巻き戻された長繊維１
２は含浸液Ｊ１１１４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
、長繊維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２０
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
積層体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、ａｉｔｉ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Ｃ
ＶＤ法、あるいは金属アルコキシドのゲル状高分子を繊
維に含浸させた後熱分解して金属酸化物を得るゾル−ゲ
ルなども利用できる。短繊維の場合は、セラミック粉末
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。

セラミックマトリックス中に分散される微粒子は、セラ
ミックマトリックスと異種の粒子でも同種の粒子でも良
い０粒子分散によりマトリックスの強化は、５ｉｓＮ、
−ＴｉＣの知見から予測されるように、２０〜２５容量
％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
態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、ポリシラ
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（ＣＨｓ）・ＣＨｚ）ｎ　　−ＳｉＣ（１）（
ＳｉＲＲ’ＮＨｚ）ｎ　　４５ｉｚＮ＋　　　　　　（
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、ついで熱化学反力によりセ
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セラミックス粒
子を混合しマトリックス粒子表面に有機金属高分子をコ
ーティングする。

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マトリックス粒子を混
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。セラミックマトリックス中に
分散される繊維の量は、含浸液の粘度およびｗ１維の通
過速度により調節することができるが、含ｎＭＩ維は容
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
リックスとなるセラミック粒子表面に微細粒子の前段階
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、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
セラミックス複合体は、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復合体は、
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、ｖａ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セラミックス複合
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、１１１維強化による破壊靭性の向上が
、同時に効果的に起こり、破壊靭性が著しく増加するこ
とである。

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セラミックス粒子を混合して含浸
液とし、この含浸液を！Ｉ！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、Ａｌ１雄の電
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
は窒化物がマトリックス粒界に析出し、粒子分散強化さ
れたｕＩｉ維強化セラミックス複合体を得ることができ
る。また、加圧焼結によりセラミックマトリックス中に
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］ 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
の記載によって何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積５００ｃｃの
ポリエチレン製ポットに入れ、窒化珪素粉末（宇部興産
（株）製　商品名；ＣＣ−０Ａ）９８を添加した４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、ポット蓋を閉じ、ポットを５０ｒｐ＋
＊にて回転し、１６時間混合して含浸液を調製しな。

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、３ｃｍ／秒の巻き取り速度にて含浸層の含
浸液の中を通し、カーボン繊維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１！雑
を巻き取った。

なお、カーボンｍｕは巻き取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りた。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１！雑の積層
体は任意の形状に切断後、二輪加圧プレス、あるいは冷
間若しくは熱間等方圧プレス（Ｃ・■・ＰまたはＨ・■
・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ースチレンの不融
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／ｃｍ’Ｇ
）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／　ｅ＋ａ”Ｇ加圧下１時間焼結を行った。

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℃／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質ＫＩ０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３倍、比較例の約、２倍、破壊
靭性値は従来例の約４倍、比較例の約３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４倍、比
較例の約２倍、破壊靭性値は従来例の約４倍、比較例の
約３倍に向上しており、これにより本発明の効果が確認
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なめ、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、比軟のた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繊維を含浸させた積層体２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
じ条件で不敵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２表に示した
。

（以下余白） 第 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２，８倍、比較例の約２倍、破
壊靭性値は従来例の約４倍、比較例の約２．８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３
倍、比較′例の約２倍、破壊靭性値は従来例の約４．２
倍、比較例の約３倍に向上しており、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）６４．６ｇを溶解させた。

この溶液を別に用意した内容積５００ｃｃのポリエチレ
ン製ポットに入れ、窒化珪素粉末（宇部興産（株）製、
商品名；ＣＣ−０Ａ）９８を添加した９次いでこれに１
２．５ｍｍφの高アルミナ質シリンダ型玉石を３００ｇ
入れ、ボット塁を閉じ、ポットを５０　ｒｐｍにて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、３ｃｍ／秒の巻き取り速度にて含浸層の含
浸液の中を通し、カーボン繊維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と同様の条件で積層、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
じ条件で不敵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３．２倍、比較例の約２，２倍
、破壊靭性値は従来例の約３．８倍、比較例の約２．６
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３，２倍、比°較例の約２．２倍、破壊靭性値は
従来例の約４倍、比較例の約２．８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、実施例３と同じ含浸液組成、実施例
１と同じ巻き取り条件、脱脂および焼結条件にして焼結
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／ｅｍ’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
件で不敵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３倍、比較例の約２．１倍、破
壊靭性値は従来例の約３．８倍、比較例の約２．６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３倍、比較例の約２゜１倍、破壊靭性値は従来例の約
４倍、比較例の約２．８倍に向上しており、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
についての試験結果を示したが、本実施例では強度、弾
性率、触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（ＴｂＯ□）を２
．５％ドーピングして、加熱により粒成長を起こさない
繊維を使用した： 使用したタングステン繊維は日本タングステン（株）製
のもので繊維径５０μ輪であって、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窒化珪素混合
した系および実施例３のポリシラザンに窒化珪素を混合
した系の２調合を使用した１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
得な。

なお、比較のために同じ成形体をアルゴンガス加圧下（
２ｋｇ／ｃ鋤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
件で不敵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
。

（以下余白） 第 表 第４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３．５倍
、比較例の約２．２倍、破壊靭性値は従来例の約４．４
倍、比較例の約２．８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３．２
倍、比較例の約２゜２倍、破壊靭性値は従来例の約４倍
、比較例の約２．８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ｍＦ１強
化セラミックス複合材は以上説明したように、セラミッ
クマトリックスと、セラミックマトリックス中に分散さ
れた繊維と、セラミック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・デフレクションが起こり破壊
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、本発明方法によるセラミックス複
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１０ＭＮ／ｗａ３′２以上のものが得
られるので、レシプロ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セラミックス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、有機金属高分子の不融化の後、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、微細な炭化物あるいは窒化物が
マトリックス粒界に析出し、粒子分散強化された繊維強
化セラミックス複合体を得ることができる。また、加圧
焼結によりセラミック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、
２０・・ 積層体。 特許出願人　工　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）セラミックマトリックスと、セラミックマトリッ
   クス中に分散された繊維と、セラミックマトリックス中
   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
   となるセラミックス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セラミックス複合材
   の製造方法。