JPH04175283A - 被覆SiC繊維強化セラミックス複合材料 - Google Patents
被覆SiC繊維強化セラミックス複合材料Info
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- JPH04175283A JPH04175283A JP2301617A JP30161790A JPH04175283A JP H04175283 A JPH04175283 A JP H04175283A JP 2301617 A JP2301617 A JP 2301617A JP 30161790 A JP30161790 A JP 30161790A JP H04175283 A JPH04175283 A JP H04175283A
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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、耐酸化性及び耐熱衝撃性に優れた被覆SiC
繊維強化セラミックス複合材料に関する。
繊維強化セラミックス複合材料に関する。
S10やT10などの耐熱性セラミックス、特に周期律
表の4A族元素(T1. Zr、 af)又はBの炭化
物、窒化物又は炭窒化物をマトリックスとし、このマト
リックス中に強化材としてSiC繊維を含むSiC繊維
強化セラミックス複合材料(S1C/セラミツクスフン
ポジツト)は、1000C以上の高温でも優れた強度特
性を示すこと、及び破壊靭性値が大きく信頼性が高い等
の理由により、航空宇宙材料として近年注目を集めてい
る。
表の4A族元素(T1. Zr、 af)又はBの炭化
物、窒化物又は炭窒化物をマトリックスとし、このマト
リックス中に強化材としてSiC繊維を含むSiC繊維
強化セラミックス複合材料(S1C/セラミツクスフン
ポジツト)は、1000C以上の高温でも優れた強度特
性を示すこと、及び破壊靭性値が大きく信頼性が高い等
の理由により、航空宇宙材料として近年注目を集めてい
る。
しかしながら、SiC/セラミックスフンポジットを航
空宇宙材料として用いるためには耐酸化性が不足するた
め、CVD法などにより耐酸化性に優れたS1C被覆層
を表面にコーティングしていた。
空宇宙材料として用いるためには耐酸化性が不足するた
め、CVD法などにより耐酸化性に優れたS1C被覆層
を表面にコーティングしていた。
しかし、基材であるStC/セラミックスフンポジット
とSiC被覆層との間には熱膨張係数の不整合、例えば
s1c/T1cフンゲジットの熱膨張係数は6.4X1
01K”−’であるのに対しS1C被覆層では4.5X
10”K であるという問題があった。
とSiC被覆層との間には熱膨張係数の不整合、例えば
s1c/T1cフンゲジットの熱膨張係数は6.4X1
01K”−’であるのに対しS1C被覆層では4.5X
10”K であるという問題があった。
即ち、CVD法等によりSiCを被覆した後全体を室温
まで冷却すると、基材と被覆層との熱膨張係数の差によ
りSiO被覆層に熱応力が発生し、被覆層の熱亀裂や剥
離が起こりやすかった。
まで冷却すると、基材と被覆層との熱膨張係数の差によ
りSiO被覆層に熱応力が発生し、被覆層の熱亀裂や剥
離が起こりやすかった。
このため、従来の被覆SiO繊維強化セラミックス複合
材料では、高温酸化雰囲気中で被覆層の熱亀裂や剥離個
所を通して基材のマ) IJフックス酸化され、満足す
べき耐酸化性が得られなかった。
材料では、高温酸化雰囲気中で被覆層の熱亀裂や剥離個
所を通して基材のマ) IJフックス酸化され、満足す
べき耐酸化性が得られなかった。
〔発明が解決しようとするWit)
本発明はかかる従来の事情に鑑み、被覆層の熱亀裂や剥
離をなりシ、優れた耐酸化性と耐熱衝撃性を備えた被覆
SiCIR維強化セラミックス複合材料を提供すること
を目的とする。
離をなりシ、優れた耐酸化性と耐熱衝撃性を備えた被覆
SiCIR維強化セラミックス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、本発明の被覆SiC繊維強化
セラミックス複合材においては、周期律表の4A族元素
又はBの炭化物、窒化物又は炭窒化物からなるマトリッ
クス中に、強化材としてSiC繊維を含むSiO繊維強
化セラミックス複合材料の基材と、基材の表面に設けた
被覆層とからなり、該被覆層の組成が基材との界面部で
の4A族元素又はBの炭化物若しくはこれら炭化物とS
iCの複合相から、表面部でのSiCまでほぼ連続的に
変化した傾斜組成をなし、全体の熱膨張係数が前記基材
から被覆層表面までほぼ連続的に減少していることを特
徴とする。
セラミックス複合材においては、周期律表の4A族元素
又はBの炭化物、窒化物又は炭窒化物からなるマトリッ
クス中に、強化材としてSiC繊維を含むSiO繊維強
化セラミックス複合材料の基材と、基材の表面に設けた
被覆層とからなり、該被覆層の組成が基材との界面部で
の4A族元素又はBの炭化物若しくはこれら炭化物とS
iCの複合相から、表面部でのSiCまでほぼ連続的に
変化した傾斜組成をなし、全体の熱膨張係数が前記基材
から被覆層表面までほぼ連続的に減少していることを特
徴とする。
上記の傾斜組成を有する被覆層は、公知のCVD法やP
VD法を用いて形成可能であるが、傾斜組成の制御が容
易なCVD法が好ましい。
VD法を用いて形成可能であるが、傾斜組成の制御が容
易なCVD法が好ましい。
本発明の被覆層は、Ti(i −SiC系、ZrC−S
iCE、HfC−SiC!糸又はBe−3iC系の複合
相であり、外部に露出する表面部の組成を耐酸化性に優
れたSiCとし、基材との界面部の組成は熱膨張係数が
基材とほぼ一致するようにTiC,ZrC,HfC,B
C又はこれらとSiCの複合相から選択し、且つ基材
との界面部から表面部までほぼ連続的に変化した傾斜組
成になっている。
iCE、HfC−SiC!糸又はBe−3iC系の複合
相であり、外部に露出する表面部の組成を耐酸化性に優
れたSiCとし、基材との界面部の組成は熱膨張係数が
基材とほぼ一致するようにTiC,ZrC,HfC,B
C又はこれらとSiCの複合相から選択し、且つ基材
との界面部から表面部までほぼ連続的に変化した傾斜組
成になっている。
例えば、図1に示すようにSiC/TiCコンボジント
の基材にTiG! −SiC系の被N#を設ける場合、
基材の熱膨張係Wi(α)は6.4X10 K で
あるから、被覆層の基材との界面部を熱膨張係数が基材
とほぼ一致するように、例えば75 mo1%Tic
−SiOの組成とし、この界面部の組成から表面部のs
icまでTiCの含有率をほぼ連続的に減少させた傾斜
組成とすれば、全体の熱膨張係数を基材から被覆層表面
までほぼ連続的に減少させることが出来る。尚、基材中
のマトリックスである4A族元素又はBの炭化物、窒化
物又は炭窒化物と、被覆層である4A族元素又はBの炭
化物との組み合わせが上記以外の場合であっても、同様
に熱膨張係数を考慮して被覆層の組成を定めれば良い。
の基材にTiG! −SiC系の被N#を設ける場合、
基材の熱膨張係Wi(α)は6.4X10 K で
あるから、被覆層の基材との界面部を熱膨張係数が基材
とほぼ一致するように、例えば75 mo1%Tic
−SiOの組成とし、この界面部の組成から表面部のs
icまでTiCの含有率をほぼ連続的に減少させた傾斜
組成とすれば、全体の熱膨張係数を基材から被覆層表面
までほぼ連続的に減少させることが出来る。尚、基材中
のマトリックスである4A族元素又はBの炭化物、窒化
物又は炭窒化物と、被覆層である4A族元素又はBの炭
化物との組み合わせが上記以外の場合であっても、同様
に熱膨張係数を考慮して被覆層の組成を定めれば良い。
従って、本発明の被覆SiC繊維強化セラミックス複合
材料では、熱膨張係数が基材から被覆層表面までほぼ連
続的に減少するので、熱サイクル下で被覆層に発生する
熱応力が減少緩和され、被覆層に剥離や熱亀裂が発生す
ることがなくなり、優れた耐酸化性と耐熱衝撃性が得ら
れる。
材料では、熱膨張係数が基材から被覆層表面までほぼ連
続的に減少するので、熱サイクル下で被覆層に発生する
熱応力が減少緩和され、被覆層に剥離や熱亀裂が発生す
ることがなくなり、優れた耐酸化性と耐熱衝撃性が得ら
れる。
実施例1
マトリックスとして平均粒径2μmのTiC粉末を泪い
、これに微量のAI O粉末を混合した後アクリルアマ
イド系樹脂と混練し、SiC繊維の織布上に塗布してS
iC繊維とTiC粉末からなる複合体シートを得た。こ
の複合体シートを30枚積層し、500 t:’で3時
間加熱して揮発物を除去した後、2000 Cにおいて
200 kgAm”の圧力で2時間加圧焼結し、寸法5
0X50X5m、繊維含有率40vo1%のSiG繊維
強化TiC複合材料(SiC/Tieフンポジット)を
製造した。この基材の熱膨張係数は6.4X10K で
あった。
、これに微量のAI O粉末を混合した後アクリルアマ
イド系樹脂と混練し、SiC繊維の織布上に塗布してS
iC繊維とTiC粉末からなる複合体シートを得た。こ
の複合体シートを30枚積層し、500 t:’で3時
間加熱して揮発物を除去した後、2000 Cにおいて
200 kgAm”の圧力で2時間加圧焼結し、寸法5
0X50X5m、繊維含有率40vo1%のSiG繊維
強化TiC複合材料(SiC/Tieフンポジット)を
製造した。この基材の熱膨張係数は6.4X10K で
あった。
次に、上記基材と熱膨張係数がほぼ一致する被覆層界面
部の組成を求めるため、原料ガスとして5ick 、
TiC1、OH、Hを用いたCVD法により被覆温度1
500C及び被覆圧力100 torrで、黒鉛基板上
に種々の組成のTic! −SiC系複合相をそれぞれ
約500μmの厚さに被覆した。基板を除去した後各試
料について、組成並びに試料面と平行方向の熱膨張係数
を測定した。測定結果をCVD法での原料ガス流量と共
に表1に示した。
部の組成を求めるため、原料ガスとして5ick 、
TiC1、OH、Hを用いたCVD法により被覆温度1
500C及び被覆圧力100 torrで、黒鉛基板上
に種々の組成のTic! −SiC系複合相をそれぞれ
約500μmの厚さに被覆した。基板を除去した後各試
料について、組成並びに試料面と平行方向の熱膨張係数
を測定した。測定結果をCVD法での原料ガス流量と共
に表1に示した。
表 1
表1の結果から、熱膨張係数が6.4X10 K
である基材に接する被覆層界面部の組成として試料1−
bの組成を採用し、CVD法の原料ガス流量を次の如く
変化させて、基材上にTie −SiC系傾斜被覆層を
約200μmの厚さに形成した。
である基材に接する被覆層界面部の組成として試料1−
bの組成を採用し、CVD法の原料ガス流量を次の如く
変化させて、基材上にTie −SiC系傾斜被覆層を
約200μmの厚さに形成した。
5tc1(1/m1n) : 0.10→0.40 (
0,15/hrの割合で増加)Tlcl(1/m1n)
: 0.24→O(0,12/hrの割合で減少)C
H(1/m1n) : 0.15 (一定)H(1/
m1n) : 3.00 (一定)得られた被覆層の
断面組成を、エレクトロンプローブ微量分析法(KPM
A)により分析した結果を図2に示した。
0,15/hrの割合で増加)Tlcl(1/m1n)
: 0.24→O(0,12/hrの割合で減少)C
H(1/m1n) : 0.15 (一定)H(1/
m1n) : 3.00 (一定)得られた被覆層の
断面組成を、エレクトロンプローブ微量分析法(KPM
A)により分析した結果を図2に示した。
上記の如く製造した本発明材料(被覆SiC繊維強化T
iC複合材料)について、大気中において1700 C
で2時間加熱した後水中に投入し、加熱前後の重量から
酸化の度合を判断する目安として重量増加を測定し、ま
た被覆層の熱亀裂の有無を調べ、結果を表2に示した。
iC複合材料)について、大気中において1700 C
で2時間加熱した後水中に投入し、加熱前後の重量から
酸化の度合を判断する目安として重量増加を測定し、ま
た被覆層の熱亀裂の有無を調べ、結果を表2に示した。
比較のため、同じ基材にCVD法によりSiC単層を約
200μm被覆した比較材料を製造し、上記と同様の試
験を行った。結果を表2に合わせて示した。
200μm被覆した比較材料を製造し、上記と同様の試
験を行った。結果を表2に合わせて示した。
表 2
実施例2
マトリックスとしてBCを用いた以外、実施例1と同様
にして繊維含有率45 vo1%のS1a繊維強化B4
C複合材料を製造した。この基材の熱膨張係次に、原料
ガスとして5ill 、 HfC1、CH、Hを用いた
CVD法により被覆温度1600 C及び被覆圧力80
torrで、黒鉛基板上に種々の組成のHfO−Si
O系復合相をそれぞれ約500μmの厚さに被覆し、基
板を除去した各試料について実施例1と同様に、組成並
びに試料面と平行方向の熱膨張係数を測定し、結果を原
料ガス流量と共に表3に示した。
にして繊維含有率45 vo1%のS1a繊維強化B4
C複合材料を製造した。この基材の熱膨張係次に、原料
ガスとして5ill 、 HfC1、CH、Hを用いた
CVD法により被覆温度1600 C及び被覆圧力80
torrで、黒鉛基板上に種々の組成のHfO−Si
O系復合相をそれぞれ約500μmの厚さに被覆し、基
板を除去した各試料について実施例1と同様に、組成並
びに試料面と平行方向の熱膨張係数を測定し、結果を原
料ガス流量と共に表3に示した。
表3の結果から、熱膨張係数が5.6X10 K
である基材に接する被覆層界面部の組成として試料2−
cの組成を採用し、CVD法の原料ガス流量を次の如く
変化させて、基材上にHfC−SiC系傾斜被覆層を約
200μmの厚さに形成した。
である基材に接する被覆層界面部の組成として試料2−
cの組成を採用し、CVD法の原料ガス流量を次の如く
変化させて、基材上にHfC−SiC系傾斜被覆層を約
200μmの厚さに形成した。
5ill (4/m1n) : 0.2.3”0.4
0 (0,085/hrの割合で増加)arcl(1/
mtn) :0.20→O(0,1/hrの割合で減少
)OH(1/mtn) :0.15 (一定)H(1
/m1n) : 3.00 (一定)得られた被覆層
の断面組成を、エレクトロンプローブ微量分析法(g
P M A)により分析した結果を図3に示した。
0 (0,085/hrの割合で増加)arcl(1/
mtn) :0.20→O(0,1/hrの割合で減少
)OH(1/mtn) :0.15 (一定)H(1
/m1n) : 3.00 (一定)得られた被覆層
の断面組成を、エレクトロンプローブ微量分析法(g
P M A)により分析した結果を図3に示した。
上記の如く製造した本発明材料(被覆SiC繊維強化H
fO複合材料)について、大気中において1300 C
で10時間加熱後水中で急冷するサイクルを10回繰返
し、加熱前後の重量から酸化の度合を判断する目安とし
て重量増加を測定し、又被覆層の剥離の有無を調べ、結
果を表4に示した。
fO複合材料)について、大気中において1300 C
で10時間加熱後水中で急冷するサイクルを10回繰返
し、加熱前後の重量から酸化の度合を判断する目安とし
て重量増加を測定し、又被覆層の剥離の有無を調べ、結
果を表4に示した。
比較のため、同じ基材にCVD法によりSiC単層を約
200μm被覆した比較材料を製造し、上記と同様の試
験を行った。結果を表4に合わせて示した。
200μm被覆した比較材料を製造し、上記と同様の試
験を行った。結果を表4に合わせて示した。
表 4
尚、炭化物以外のマトリックスの場合においても、実施
例1又は2と同様にして基材とほぼ等しい熱膨張係数を
有する被覆層界面部の組成を選択することが出来る。例
えば、繊維含有率40 vow%のTiNをマトリック
スとする熱膨張係W1.7.4×10K のs1a/T
urフンポジットの場合、表1の結果から試料1− a
(Tie 100 mo1%)を界面部組成として選
択し、被覆層をTiC! 100 mob%から表面部
のSiCZoo mob%まで傾斜組成とすれば良い。
例1又は2と同様にして基材とほぼ等しい熱膨張係数を
有する被覆層界面部の組成を選択することが出来る。例
えば、繊維含有率40 vow%のTiNをマトリック
スとする熱膨張係W1.7.4×10K のs1a/T
urフンポジットの場合、表1の結果から試料1− a
(Tie 100 mo1%)を界面部組成として選
択し、被覆層をTiC! 100 mob%から表面部
のSiCZoo mob%まで傾斜組成とすれば良い。
本発明によれば、SiC!被覆層の熱亀裂や剥離がなく
、優れた耐酸化性と耐熱衝撃性を備え、航空宇宙材料と
して好適な被N SiC繊維強化セラミックス複合材料
を提供することが出来る。
、優れた耐酸化性と耐熱衝撃性を備え、航空宇宙材料と
して好適な被N SiC繊維強化セラミックス複合材料
を提供することが出来る。
図1は本発明の被覆SiOIc維強化セラミックス複合
材料の具体例について、基材と被覆層の組成と熱膨張係
数の関係を説明するための模式図であり、図2は実施例
1の及び図3は実施例2の本発明材料における被覆層の
EPMA組成分析図である。 出願人 住友電気工業株式会社 図2 図3 暴枢 HfC+SjC5LC (SLC/B4C)
材料の具体例について、基材と被覆層の組成と熱膨張係
数の関係を説明するための模式図であり、図2は実施例
1の及び図3は実施例2の本発明材料における被覆層の
EPMA組成分析図である。 出願人 住友電気工業株式会社 図2 図3 暴枢 HfC+SjC5LC (SLC/B4C)
Claims (1)
- (1)周期律表の4A族元素又はBの炭化物、窒化物又
は炭窒化物からなるマトリツクス中に、強化材としてS
iC繊維を含むSiC繊維強化セラミツクス複合材料の
基材と、基材の表面に設けた被覆層とからなり、該被覆
層の組成が基材との界面部での4A族元素又はBの炭化
物若しくはこれら炭化物とSiCの複合相から、表面部
でのSiCまでほぼ連続的に変化した傾斜組成をなし、
全体の熱膨張係数が前記基材から被覆層表面までほぼ連
続的に減少していることを特徴とする被覆SiC繊維強
化セラミツクス複合材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2301617A JPH04175283A (ja) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | 被覆SiC繊維強化セラミックス複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2301617A JPH04175283A (ja) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | 被覆SiC繊維強化セラミックス複合材料 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04175283A true JPH04175283A (ja) | 1992-06-23 |
Family
ID=17899102
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2301617A Pending JPH04175283A (ja) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | 被覆SiC繊維強化セラミックス複合材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04175283A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006528126A (ja) * | 2003-07-18 | 2006-12-14 | スネクマ・プロピュルシオン・ソリド | 組成勾配のある熱構造複合材料構造体およびその製造のための方法 |
-
1990
- 1990-11-07 JP JP2301617A patent/JPH04175283A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2006528126A (ja) * | 2003-07-18 | 2006-12-14 | スネクマ・プロピュルシオン・ソリド | 組成勾配のある熱構造複合材料構造体およびその製造のための方法 |
JP4903563B2 (ja) * | 2003-07-18 | 2012-03-28 | スネクマ・プロピュルシオン・ソリド | 組成勾配のある熱構造複合材料構造体およびその製造のための方法 |
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