JPH02289338A - 被覆耐熱性炭素複合材料 - Google Patents
被覆耐熱性炭素複合材料Info
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- JPH02289338A JPH02289338A JP11085789A JP11085789A JPH02289338A JP H02289338 A JPH02289338 A JP H02289338A JP 11085789 A JP11085789 A JP 11085789A JP 11085789 A JP11085789 A JP 11085789A JP H02289338 A JPH02289338 A JP H02289338A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/52—Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
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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。
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、炭素繊維−炭素複合材料の表面に耐酸化性被
覆を施した被覆耐熱性炭素複合材料に関する。
覆を施した被覆耐熱性炭素複合材料に関する。
炭素繊維−炭素複合材料はＣ／Ｃコンポジットとも呼ば
れ、炭素繊維上に化学気相蒸着法で炭素を沈積させたり
、炭素繊維に樹脂を含浸後炭化させる等の方法により製
造され、１００ＯＣ’以上の高温下においても優れた比
強度と耐熱性を示し、航空機用材料や耐熱材料等に応用
されつつある。
れ、炭素繊維上に化学気相蒸着法で炭素を沈積させたり
、炭素繊維に樹脂を含浸後炭化させる等の方法により製
造され、１００ＯＣ’以上の高温下においても優れた比
強度と耐熱性を示し、航空機用材料や耐熱材料等に応用
されつつある。
しかし、炭素繊維−炭素複合材料は炭素を原料としてい
るため、高温での耐酸化性に欠ける欠点がある。この欠
点を補なうため材料表面に高温下で優れた耐酸化性を有
するＳｉＣやＳｉ Ｎ を化学蒸着法等により被覆す
ることが行なわれている。
るため、高温での耐酸化性に欠ける欠点がある。この欠
点を補なうため材料表面に高温下で優れた耐酸化性を有
するＳｉＣやＳｉ Ｎ を化学蒸着法等により被覆す
ることが行なわれている。
ところが、化学蒸着法等により形成されたｓｉｃ又はＳ
ｉ Ｎ の被覆層は、形成後に室温まで冷却する間に
多数の亀裂が発生することが避けられなかった。この為
、上記耐酸化性の被覆層を形成した炭素繊維−炭素複合
材料であっても、実際に高温酸化性雰囲気にさらすと被
ツ層の亀裂を通して内部の炭素が酸化され、酸化が進む
と被覆層が剥離するという問題があった。
ｉ Ｎ の被覆層は、形成後に室温まで冷却する間に
多数の亀裂が発生することが避けられなかった。この為
、上記耐酸化性の被覆層を形成した炭素繊維−炭素複合
材料であっても、実際に高温酸化性雰囲気にさらすと被
ツ層の亀裂を通して内部の炭素が酸化され、酸化が進む
と被覆層が剥離するという問題があった。
本発明はかかる従来の事情に鑑み、炭素繊維−炭素複合
材料の表面に設ける耐酸化性の被覆層に亀裂が発生する
のを防止し、高温下での耐熱性及び耐酸化性に優れた被
覆耐熱性炭素複合材料を提供することを目的とする。
材料の表面に設ける耐酸化性の被覆層に亀裂が発生する
のを防止し、高温下での耐熱性及び耐酸化性に優れた被
覆耐熱性炭素複合材料を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の炭素繊維−炭素複合
材料においては、炭素繊維−炭素複合材料の表面に２層
以上の被覆層を有し、最外層が炭化珪素又は窒化珪素か
らなる被覆層であって、炭化珪素又は窒化珪素からなる
被覆層と、炭化−珪素又は窒化珪素より熱膨張係数が大
きな耐熱性セラミックスからなる被覆層とが交互に形成
されていることを特徴とする。
材料においては、炭素繊維−炭素複合材料の表面に２層
以上の被覆層を有し、最外層が炭化珪素又は窒化珪素か
らなる被覆層であって、炭化珪素又は窒化珪素からなる
被覆層と、炭化−珪素又は窒化珪素より熱膨張係数が大
きな耐熱性セラミックスからなる被覆層とが交互に形成
されていることを特徴とする。
炭化珪素（ＳｉＣ）又は窒化珪素（ＳｉＮ）より熱膨張
係数が大きな耐熱性セラミックスとしては、耐熱性に優
れたもの、例えば炭化チタン（Ｔｉ（１！ ）窒化チタ
ン（ＴｉＮ）、又は炭窒化チタン（Ｔｉ（Ｃ。
係数が大きな耐熱性セラミックスとしては、耐熱性に優
れたもの、例えば炭化チタン（Ｔｉ（１！ ）窒化チタ
ン（ＴｉＮ）、又は炭窒化チタン（Ｔｉ（Ｃ。
Ｎ） ）等が好ましい。
上記各被覆層は公知の化学蒸着法等を用いて、通常の条
件により形成出来る。
件により形成出来る。
被覆層を形成する炭化珪素又は窒化珪素の線膨張係数は
炭素繊維の線膨張係数よりも大きいので、被覆層形成温
度から室温まで冷却する際に被覆層に大きな引張応力が
発生し、この引張応力により被覆層に熱亀裂が発生する
。
炭素繊維の線膨張係数よりも大きいので、被覆層形成温
度から室温まで冷却する際に被覆層に大きな引張応力が
発生し、この引張応力により被覆層に熱亀裂が発生する
。
そこで、被覆層の熱亀裂を防止するためには被覆層に圧
縮応力を発生させれば良く、その手段としてＳｉＯ又は
Ｓｉ Ｎ より熱膨張係数が大きな耐熱性セラミック
ス（ＴｉＣ，ＴｉＮ、 Ｔｉ （Ｃ！ＳＮ）等）からな
る被覆層を、ＳｉＣ又はＳｉ Ｎ からなる被覆層と
交互に形成することとした。但し、最外層には耐酸化性
被覆としてＳＩＣ又はＳｉ Ｎ からなる被覆層を配
置する必要がある。
縮応力を発生させれば良く、その手段としてＳｉＯ又は
Ｓｉ Ｎ より熱膨張係数が大きな耐熱性セラミック
ス（ＴｉＣ，ＴｉＮ、 Ｔｉ （Ｃ！ＳＮ）等）からな
る被覆層を、ＳｉＣ又はＳｉ Ｎ からなる被覆層と
交互に形成することとした。但し、最外層には耐酸化性
被覆としてＳＩＣ又はＳｉ Ｎ からなる被覆層を配
置する必要がある。
ＳＩＣ又はＳｉ Ｎ からなる被覆層と、これより熱
膨張係数が大きなＴＩＣ等の耐熱性セラミックスからな
る被覆層とは、少なくとも各１層ずつ（合計２層）あれ
ば隣接するｓｉｃ又はＳｉ Ｎ からなる被覆層に圧
縮応力を生じさせることができ、熱亀裂を防止して耐酸
化性を改善出来る。但し、被覆層の数が多いほど耐酸化
性の向上効果があり、例えば最外層にＳＩＣ被覆層、そ
の下にＴｉＣ被覆層、最内層にＳ１Ｃ被覆層の合計３層
を形成すれば、最外層と最内層のＳ１Ｃ被覆層に圧縮応
力が生じるので熱亀裂のない両ＳｉＣ被覆層によって酸
化の律速段階が２段階となって、耐酸化性が一層向上す
る。
膨張係数が大きなＴＩＣ等の耐熱性セラミックスからな
る被覆層とは、少なくとも各１層ずつ（合計２層）あれ
ば隣接するｓｉｃ又はＳｉ Ｎ からなる被覆層に圧
縮応力を生じさせることができ、熱亀裂を防止して耐酸
化性を改善出来る。但し、被覆層の数が多いほど耐酸化
性の向上効果があり、例えば最外層にＳＩＣ被覆層、そ
の下にＴｉＣ被覆層、最内層にＳ１Ｃ被覆層の合計３層
を形成すれば、最外層と最内層のＳ１Ｃ被覆層に圧縮応
力が生じるので熱亀裂のない両ＳｉＣ被覆層によって酸
化の律速段階が２段階となって、耐酸化性が一層向上す
る。
しかしながら、被覆層の合計が約７層を超えると耐酸化
性の向上効果も飽和する。
性の向上効果も飽和する。
実施例１
２次元織り炭素繊維を主体とする炭素繊維−炭素複合材
料の表面上に、化学蒸着法により５ｉＣ１ＴｉＣ，又は
Ｔｉ （Ｃ，Ｎ）からなる被覆層を、下記第１表の如く
組合せて第１層から順次形成した。
料の表面上に、化学蒸着法により５ｉＣ１ＴｉＣ，又は
Ｔｉ （Ｃ，Ｎ）からなる被覆層を、下記第１表の如く
組合せて第１層から順次形成した。
得られた各試料を、大気中において１３００ Ｃ’で１
時間加熱し、加熱前後の重量から酸化による重量減少を
求め、耐酸化性を評価した。
時間加熱し、加熱前後の重量から酸化による重量減少を
求め、耐酸化性を評価した。
結果を第１表に併せて示した。
第 １ 表
（注）表中の※印は従来例を示す（以下同じ）従来例で
あるＳｉＣ！ｖｌ覆層のみの試料屋６及び７に比較して
、本発明例の各試料は耐酸化性が著しく改善向上してい
ることが判る。
あるＳｉＣ！ｖｌ覆層のみの試料屋６及び７に比較して
、本発明例の各試料は耐酸化性が著しく改善向上してい
ることが判る。
実施例２
実施例１と同様の炭素繊維−炭素複合材料の表面に、化
学蒸着法により第１層としてＴｉＣ被覆層を、第２層（
最外層）としてＳｉ Ｎ 被覆層を夫々膜厚を変えて
形成した。但し、従来例の試料＆１）は最外層のＳｉ
Ｎ 層のみである。
学蒸着法により第１層としてＴｉＣ被覆層を、第２層（
最外層）としてＳｉ Ｎ 被覆層を夫々膜厚を変えて
形成した。但し、従来例の試料＆１）は最外層のＳｉ
Ｎ 層のみである。
得られた各試料について、Ｘ線回折（ｓｉｎ２Ｖｆ−２
θ法）により最外層であるＳｉ Ｎ 被覆層の残留応
力を測定した後、大気中において１４００ Ｃ’で１時
間加熱し、加熱前後の重量から酸化による重量減少を求
め、耐酸化性を評価した。結果を第２表に併せて示した
。
θ法）により最外層であるＳｉ Ｎ 被覆層の残留応
力を測定した後、大気中において１４００ Ｃ’で１時
間加熱し、加熱前後の重量から酸化による重量減少を求
め、耐酸化性を評価した。結果を第２表に併せて示した
。
第 ２ 表
実施例３
実施例１と同様の炭素繊維−炭素複合材料の表面上に、
化学蒸着法によりＴｉＮ又はＳｉＣからなる被覆層を、
下記第３表の如く組合せて第１層から順次形成した。
化学蒸着法によりＴｉＮ又はＳｉＣからなる被覆層を、
下記第３表の如く組合せて第１層から順次形成した。
得られた各試料について、実施例２と同じ条件下での酸
化重量減少により耐酸化性を評価した。
化重量減少により耐酸化性を評価した。
結果を第３表に併せて示した。
（注）酸化応力において、＋は引張応力を、−は圧縮応
力を表わす。
力を表わす。
第２表から、ＳｉＮ 被覆層の下にＴｉＯ被覆層を設け
ることによってＳｉ Ｎ 被覆層に圧縮応力が生じ、
これにより熱亀裂がなくなり耐酸化性が向上することが
判る。
ることによってＳｉ Ｎ 被覆層に圧縮応力が生じ、
これにより熱亀裂がなくなり耐酸化性が向上することが
判る。
本発明によれば、はぼ同じ膜厚の従来例よりも耐酸化性
が著しく勝ることが判る。又、被覆層の数が増えるほど
耐酸化性も向上するが、７層以上ではもはや耐酸化性の
改善は見られなかった。
が著しく勝ることが判る。又、被覆層の数が増えるほど
耐酸化性も向上するが、７層以上ではもはや耐酸化性の
改善は見られなかった。
本発明によれば、炭素繊維−炭素複合材料の表面の耐酸
化性の被覆層に圧縮応力を生じさせることによって、当
該被覆層に亀裂が発生するのを防止し、高温下での耐熱
性及び耐酸化性に優れた被覆耐熱性炭素複合材料を提供
することが出来る。
化性の被覆層に圧縮応力を生じさせることによって、当
該被覆層に亀裂が発生するのを防止し、高温下での耐熱
性及び耐酸化性に優れた被覆耐熱性炭素複合材料を提供
することが出来る。
従って、この被覆耐熱炭素複合材料は、高温での耐酸化
性と耐熱性を兼ね備え、航空機や宇宙往還機の機体壁等
として特に有用である。
性と耐熱性を兼ね備え、航空機や宇宙往還機の機体壁等
として特に有用である。
手
続
補
正
士
（自発）
明細書２頁５行、
５頁下から４
行、
７頁３行
の各行中の
「σ」
を
［ＣＪ
と訂正する。
１゜
事件の表示
平成
年
特
許
願
第１）０８５７
号
λ
発明の名称
被覆耐熱性炭素複合材料
３、 補正をする者
事件との関係
Claims (2)
- （１）炭素繊維−炭素複合材料の表面に２層以上の被覆
層を有し、最外層が炭化珪素又は窒化珪素からなる被覆
層であつて、炭化珪素又は窒化珪素からなる被覆層と、
炭化珪素又は窒化珪素より熱膨張係数が大きな耐熱性セ
ラミックスからなる被覆層とが交互に形成されているこ
とを特徴とする被覆耐熱性炭素複合材料。 - （２）耐熱性セラミックスが、炭化チタン、窒化チタン
、又は炭窒化チタンのいずれかであることを特徴とする
、請求項（１）記載の被覆耐熱性炭素複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11085789A JPH02289338A (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 被覆耐熱性炭素複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11085789A JPH02289338A (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 被覆耐熱性炭素複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02289338A true JPH02289338A (ja) | 1990-11-29 |
Family
ID=14546431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11085789A Pending JPH02289338A (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 被覆耐熱性炭素複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02289338A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109608208A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-04-12 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种多层界面涂层及其制备方法和应用 |
-
1989
- 1989-04-28 JP JP11085789A patent/JPH02289338A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109608208A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-04-12 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种多层界面涂层及其制备方法和应用 |
| CN109608208B (zh) * | 2018-12-17 | 2021-12-31 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种多层界面涂层及其制备方法和应用 |
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