JPH0570251A - マイカ−ドープセラミツクマトリツクスを含む繊維強化複合体製品 - Google Patents
マイカ−ドープセラミツクマトリツクスを含む繊維強化複合体製品Info
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- JPH0570251A JPH0570251A JP4053625A JP5362592A JPH0570251A JP H0570251 A JPH0570251 A JP H0570251A JP 4053625 A JP4053625 A JP 4053625A JP 5362592 A JP5362592 A JP 5362592A JP H0570251 A JPH0570251 A JP H0570251A
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- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/16—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay
- C04B35/18—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay rich in aluminium oxide
- C04B35/195—Alkaline earth aluminosilicates, e.g. cordierite or anorthite
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C14/00—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix
- C03C14/002—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix the non-glass component being in the form of fibres, filaments, yarns, felts or woven material
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
- C03C2214/02—Fibres; Filaments; Yarns; Felts; Woven material
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- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
- C03C2214/04—Particles; Flakes
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- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
- C03C2214/20—Glass-ceramics matrix
Abstract
(57)【要約】
【目的】 炭化ケイ素繊維強化セラミック複合体におい
て、高温下で強度を維持するように改善する。 【構成】 セラミックマトリックス内に補強繊維を含
む。このセラミックマトリックスは分散されたマイカク
リスタライトを含み、このマイカクリスタライトは前記
マトリックスの２０重量％以下である。
て、高温下で強度を維持するように改善する。 【構成】 セラミックマトリックス内に補強繊維を含
む。このセラミックマトリックスは分散されたマイカク
リスタライトを含み、このマイカクリスタライトは前記
マトリックスの２０重量％以下である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は概してセラミックマトリ
ックス複合体に関し、さらに詳しくは無機繊維により強
化され、前記マトリックスが分散マイカ結晶の添加を含
むセラミックマトリックス複合体に関するものである。
ックス複合体に関し、さらに詳しくは無機繊維により強
化され、前記マトリックスが分散マイカ結晶の添加を含
むセラミックマトリックス複合体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】無機ウィスカおよび繊維を使用してガラ
ス、ガラスセラミックおよびセラミックを強化すること
が以前より行なわれている。繊維によってガラスまたは
セラミックボディを強化する機構は、せん断による繊維
に対するマトリックスからの荷重移動の機構であると考
えられている。この荷重移動はガラスまたはセラミック
マトリックスから比較的長い高モジュラス繊維に応力を
移す。一方同時に繊維は、マトリックス材料中でクラッ
クが生じるのを妨げるように作用する。ウィスカは類似
の機構によって強度を与えると考えられているが、マト
リックスによるウィスカへの荷重移動はウィスカの限ら
れた長さとアスペクト比のためにより制限されている。
ス、ガラスセラミックおよびセラミックを強化すること
が以前より行なわれている。繊維によってガラスまたは
セラミックボディを強化する機構は、せん断による繊維
に対するマトリックスからの荷重移動の機構であると考
えられている。この荷重移動はガラスまたはセラミック
マトリックスから比較的長い高モジュラス繊維に応力を
移す。一方同時に繊維は、マトリックス材料中でクラッ
クが生じるのを妨げるように作用する。ウィスカは類似
の機構によって強度を与えると考えられているが、マト
リックスによるウィスカへの荷重移動はウィスカの限ら
れた長さとアスペクト比のためにより制限されている。
【０００３】無機マトリックス材料の補強材への使用が
提案されている繊維とウィスカの中に、炭化ケイ素、窒
化ケイ素、アルミナウィスカおよび炭素ウィスカがあ
る。例えば、米国特許第４，３２４，８４３号はガラス
セラミックマトリックスがアルミノシリケート組成物で
あるＳｉＣ繊維強化ガラスセラミック複合ボディについ
て記載している。米国特許第４，４６４，４７５号は、
同様に、主結晶相としてバリウム大隅石を含む強化ガラ
スセラミックマトリックスについて記載しており、一方
米国特許第４，４６４，１９２号は、アルミノシリケー
ト組成物であるウィスカ強化ガラスセラミック複合体に
ついて記載している。
提案されている繊維とウィスカの中に、炭化ケイ素、窒
化ケイ素、アルミナウィスカおよび炭素ウィスカがあ
る。例えば、米国特許第４，３２４，８４３号はガラス
セラミックマトリックスがアルミノシリケート組成物で
あるＳｉＣ繊維強化ガラスセラミック複合ボディについ
て記載している。米国特許第４，４６４，４７５号は、
同様に、主結晶相としてバリウム大隅石を含む強化ガラ
スセラミックマトリックスについて記載しており、一方
米国特許第４，４６４，１９２号は、アルミノシリケー
ト組成物であるウィスカ強化ガラスセラミック複合体に
ついて記載している。
【０００４】高温適応下のガラス、セラミックおよびガ
ラスセラミック中のウィスカ補強材の主目的は、その材
料の靭性を増大させることである。靭性を有するセラミ
ック材料は、使用に際して生じたひびからのクラック発
生に対して改善された抵抗を示し、疲労寿命を延ばす可
能性を示す。米国特許第４，６２６，５１５号に記載さ
れているように、アルカリを含まないアルカリ土類アル
ミノシリケートのようなガラスに対しての繊維補強材の
添加は本質的な強化になる。一方そのようなガラスへの
ウィスカの添加はそのガラスの靭性を増大させる効果が
あることが解った。ガラスセラミックマトリックス材料
を含み繊維補強材およびウィスカタフニング剤（混成複
合体と称する）の両方を用いた複合体が米国特許４，６
５１，９８７号に記載されている。
ラスセラミック中のウィスカ補強材の主目的は、その材
料の靭性を増大させることである。靭性を有するセラミ
ック材料は、使用に際して生じたひびからのクラック発
生に対して改善された抵抗を示し、疲労寿命を延ばす可
能性を示す。米国特許第４，６２６，５１５号に記載さ
れているように、アルカリを含まないアルカリ土類アル
ミノシリケートのようなガラスに対しての繊維補強材の
添加は本質的な強化になる。一方そのようなガラスへの
ウィスカの添加はそのガラスの靭性を増大させる効果が
あることが解った。ガラスセラミックマトリックス材料
を含み繊維補強材およびウィスカタフニング剤（混成複
合体と称する）の両方を用いた複合体が米国特許４，６
５１，９８７号に記載されている。
【０００５】セラミックマトリックス複合体システムに
ある粒子材料の添加を行ないウィスカの添加より優れた
そのマトリックスのタフニング剤として作用させること
が米国特許第４，９１９，９９１号に記載されている。
この特許によると、炭化ケイ素粒子のようなマトリック
ス添加剤が、層状繊維補強材を含むガラスセラミックマ
トリックス中における横方向および中間層せん断強度の
ような特性を改善するのに効果的であることが解った。
ある粒子材料の添加を行ないウィスカの添加より優れた
そのマトリックスのタフニング剤として作用させること
が米国特許第４，９１９，９９１号に記載されている。
この特許によると、炭化ケイ素粒子のようなマトリック
ス添加剤が、層状繊維補強材を含むガラスセラミックマ
トリックス中における横方向および中間層せん断強度の
ような特性を改善するのに効果的であることが解った。
【０００６】米国特許第４，９３５，３８７号は、セラ
ミックマトリックス複合体構造の機能成分としてマイカ
材料の最初の使用を記載している。この特許は、繊維強
化セラミック複合体構造において、この複合体中で繊維
に隣接する少なくとも１層のマイカの薄膜の存在により
このシステムにタフな破壊挙動を与える。この効果は、
マトリックスから繊維を引き抜くことを促進させる材料
中に弱い酸化物繊維／マトリックス界面を提供するマイ
カの能力に帰するものであった。マイカを含まない同様
な複合体において繊維接着および／または脆化そしてそ
れゆえのもろい複合体破壊挙動を生じるほど十分に高い
温度でさえ、良好な引き抜き能力が観察された。
ミックマトリックス複合体構造の機能成分としてマイカ
材料の最初の使用を記載している。この特許は、繊維強
化セラミック複合体構造において、この複合体中で繊維
に隣接する少なくとも１層のマイカの薄膜の存在により
このシステムにタフな破壊挙動を与える。この効果は、
マトリックスから繊維を引き抜くことを促進させる材料
中に弱い酸化物繊維／マトリックス界面を提供するマイ
カの能力に帰するものであった。マイカを含まない同様
な複合体において繊維接着および／または脆化そしてそ
れゆえのもろい複合体破壊挙動を生じるほど十分に高い
温度でさえ、良好な引き抜き能力が観察された。
【０００７】上述したようなセラミックマトリックス複
合体の補強材にしばしば用いられる繊維材料の１つは炭
化ケイ素繊維である。この繊維の商業的に入手できる形
態のほとんどはニカロン繊維として販売されているシリ
コンオキシカーバイド繊維であり、この形態は、灰長石
（カルシウムアルミノシリケート）キン青石（マグネシ
ウムアルミノシリケート）、スポジュメン（リチウムア
ルミノシリケート）、そして多くの他のアルカリおよび
アルカリ土類ケイ酸塩に基づくガラスセラミック複合体
用の補強繊維として広く研究されている。
合体の補強材にしばしば用いられる繊維材料の１つは炭
化ケイ素繊維である。この繊維の商業的に入手できる形
態のほとんどはニカロン繊維として販売されているシリ
コンオキシカーバイド繊維であり、この形態は、灰長石
（カルシウムアルミノシリケート）キン青石（マグネシ
ウムアルミノシリケート）、スポジュメン（リチウムア
ルミノシリケート）、そして多くの他のアルカリおよび
アルカリ土類ケイ酸塩に基づくガラスセラミック複合体
用の補強繊維として広く研究されている。
【０００８】炭化ケイ素繊維は適度な高温（例えば、６
００℃）においてきわめて強く堅い複合体を提供する
が、室温における値の５０％未満の欠陥応力およびひず
みにおける還元がより高温（例えば１０００℃）にて観
察される。この強度の減少は、通常の複合体圧密工程に
対するでき事としてのシリコンオキシカーバイド繊維上
に形成された弱い黒鉛界面層の酸化に帰する。この層の
繊維引抜き特性は、これら繊維複合体の強度と靭性に対
して肝要なことであり、このセラミックマトリックス中
の微小なクラックを通じての空気浸透による高温下にお
ける著しい層酸化を通じて失なわれる。
００℃）においてきわめて強く堅い複合体を提供する
が、室温における値の５０％未満の欠陥応力およびひず
みにおける還元がより高温（例えば１０００℃）にて観
察される。この強度の減少は、通常の複合体圧密工程に
対するでき事としてのシリコンオキシカーバイド繊維上
に形成された弱い黒鉛界面層の酸化に帰する。この層の
繊維引抜き特性は、これら繊維複合体の強度と靭性に対
して肝要なことであり、このセラミックマトリックス中
の微小なクラックを通じての空気浸透による高温下にお
ける著しい層酸化を通じて失なわれる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】この問題を解決するた
めにいくつかの方法が研究されている。最近になって、
米国特許第４，９３５，３８７号および米国特許第４，
９４８，７５８号に記載されているように、テトラシリ
シックフルオマイカと他のマイカマトリックスおよび被
覆システムが、炭素界面よりもより酸化抵抗を有する弱
い酸化物界面を提供する手段として評価されている。し
かしながら、この方法は１０００℃にて繊維状破壊を示
す複合体を提供するけれども、弱いヘキ開強度により制
御されるマイカマトリックスの低いせん断強度により、
これらの複合体の強度は比較的低い（２５℃と１０００
℃にて４０と５０ksi)。また被覆繊維を用いる必要性に
より製造工程は複雑なものとなり、それゆえ製品の価格
を上昇させる。
めにいくつかの方法が研究されている。最近になって、
米国特許第４，９３５，３８７号および米国特許第４，
９４８，７５８号に記載されているように、テトラシリ
シックフルオマイカと他のマイカマトリックスおよび被
覆システムが、炭素界面よりもより酸化抵抗を有する弱
い酸化物界面を提供する手段として評価されている。し
かしながら、この方法は１０００℃にて繊維状破壊を示
す複合体を提供するけれども、弱いヘキ開強度により制
御されるマイカマトリックスの低いせん断強度により、
これらの複合体の強度は比較的低い（２５℃と１０００
℃にて４０と５０ksi)。また被覆繊維を用いる必要性に
より製造工程は複雑なものとなり、それゆえ製品の価格
を上昇させる。
【００１０】したがって、本発明の主な目的は、高温下
において改善された強度維持を供する炭化ケイ素繊維強
化セラミック複合体を提供することにある。
において改善された強度維持を供する炭化ケイ素繊維強
化セラミック複合体を提供することにある。
【００１１】本発明のさらなる目的は、酸化による脆化
に対する改善された抵抗を供する炭化ケイ素繊維強化セ
ラミック複合体および炭化ケイ素補強繊維の被覆を必要
とせずにその複合体を製造する方法を提供することにあ
る。
に対する改善された抵抗を供する炭化ケイ素繊維強化セ
ラミック複合体および炭化ケイ素補強繊維の被覆を必要
とせずにその複合体を製造する方法を提供することにあ
る。
【００１２】本発明の他の目的および利点は後述する記
載により明確なものとなる。
載により明確なものとなる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、クラックタワ
ミがセラミックマトリックス複合体中の酸化可能な繊維
または繊維成分に対する酸素または他の酸化体による還
元導入において作用する役割の新しい概念の一部におい
て見いだされた。ある特定の理論または本発明での操作
方法に制限されることなく、セラミックマトリックス材
料中に小板（ｐｌａｔｅｌｅｔ）／マトリックス境界面
にて微小クラックをたわませる可能性を有する微小板を
含有することにより、繊維／マトリックス境界面区域へ
のクラックの発生を遅らせたり妨げたりするように効果
的に操作できる。作用する場合には、この効果は、上昇
する温度にて繊維強化材料により改善された強度維持に
よるものである。
ミがセラミックマトリックス複合体中の酸化可能な繊維
または繊維成分に対する酸素または他の酸化体による還
元導入において作用する役割の新しい概念の一部におい
て見いだされた。ある特定の理論または本発明での操作
方法に制限されることなく、セラミックマトリックス材
料中に小板（ｐｌａｔｅｌｅｔ）／マトリックス境界面
にて微小クラックをたわませる可能性を有する微小板を
含有することにより、繊維／マトリックス境界面区域へ
のクラックの発生を遅らせたり妨げたりするように効果
的に操作できる。作用する場合には、この効果は、上昇
する温度にて繊維強化材料により改善された強度維持に
よるものである。
【００１４】マイカクリスタライトの形状の小板をガラ
スセラミックのようなセラミックマトリックス材料に含
有することにより、マトリックスを含む小板を含む繊維
強化複合体の酸化抵抗において著しく改善できることを
発見した。それゆえ、操作の方法にかかわらず、小板を
添加することにより高温下において著しく改善された複
合体曲げ強度が得られる。
スセラミックのようなセラミックマトリックス材料に含
有することにより、マトリックスを含む小板を含む繊維
強化複合体の酸化抵抗において著しく改善できることを
発見した。それゆえ、操作の方法にかかわらず、小板を
添加することにより高温下において著しく改善された複
合体曲げ強度が得られる。
【００１５】第１の特徴として、本発明はセラミックマ
トリックス中に配された炭化ケイ素のような補強繊維を
含むセラミックマトリックス複合体製品を含む。この製
品は、セラミックマトリックスが約２０重量％を超えな
い範囲で分散したマイカクリスタライトを含むことを特
徴とするものである。マトリックスの約２〜２０重量％
の範囲内のマイカクリスタライトの濃度により、複合体
の好ましくない耐火性の減少なくして良好な酸化保護と
室温強度が与えられるように思われる。
トリックス中に配された炭化ケイ素のような補強繊維を
含むセラミックマトリックス複合体製品を含む。この製
品は、セラミックマトリックスが約２０重量％を超えな
い範囲で分散したマイカクリスタライトを含むことを特
徴とするものである。マトリックスの約２〜２０重量％
の範囲内のマイカクリスタライトの濃度により、複合体
の好ましくない耐火性の減少なくして良好な酸化保護と
室温強度が与えられるように思われる。
【００１６】もう１つの特徴として、本発明はマトリッ
クス内に配された補強繊維を含むセラミックマトリック
ス複合体製品の高温酸化抵抗を改善する方法を含むもの
である。この方法は、少なくとも複合体の高温曲げ強度
を改善するのに効果的な割合いでマイカクリスタライト
をセラミックマトリックス中に分散させる工程を含む。
クス内に配された補強繊維を含むセラミックマトリック
ス複合体製品の高温酸化抵抗を改善する方法を含むもの
である。この方法は、少なくとも複合体の高温曲げ強度
を改善するのに効果的な割合いでマイカクリスタライト
をセラミックマトリックス中に分散させる工程を含む。
【００１７】本発明による強度改善は、繊維が酸化劣化
にさらされるどの繊維強化システムにも得られるものと
思われるが、本発明は特に、炭化ケイ素繊維、最も典型
的にはシリコンオキシカーバイド繊維が、供される繊維
強化のある程度または全部を構成する繊維強化複合体に
適応される。
にさらされるどの繊維強化システムにも得られるものと
思われるが、本発明は特に、炭化ケイ素繊維、最も典型
的にはシリコンオキシカーバイド繊維が、供される繊維
強化のある程度または全部を構成する繊維強化複合体に
適応される。
【００１８】本発明の高温複合体性能における改善を達
成することは、使用するマイカクリスタライトの化学組
成に厳密にはよらないと思われる。十分に小さなクリス
タライトサイズで得られるどの非ヒドロキシルマイカも
（すなわち、約５００ミクロンを超えず、より好ましく
は約５０ミクロンを超えない）酸化保護において有効な
改善をもたらすことが予想される。この結晶は十分に耐
火性があり強化中にマトリックスセラミックによる攻撃
に対して抵抗を有し複合体製造に使用される高温圧密工
程を通じて小板分散として存在する。
成することは、使用するマイカクリスタライトの化学組
成に厳密にはよらないと思われる。十分に小さなクリス
タライトサイズで得られるどの非ヒドロキシルマイカも
（すなわち、約５００ミクロンを超えず、より好ましく
は約５０ミクロンを超えない）酸化保護において有効な
改善をもたらすことが予想される。この結晶は十分に耐
火性があり強化中にマトリックスセラミックによる攻撃
に対して抵抗を有し複合体製造に使用される高温圧密工
程を通じて小板分散として存在する。
【００１９】しかしながら、本発明の使用される特に好
ましいマイカは、合成フルオマイカであり、最も好まし
くはガラスからの結晶化により調製され、それゆえ組成
とクリスタライトサイズが制御される合成マイカであ
る。米国特許第３，６８９，２９３号、同第３，７３
２，０８７号および同第３，７５６，８３８号は、結晶
化可能なガラスからマイカ含有ガラスセラミックの合成
を開示している。一方米国特許第４，２３９，５１９号
は、水中で扱かわれマイカゾルまたはゲルを生じる類似
のガラスセラミックを開示している。
ましいマイカは、合成フルオマイカであり、最も好まし
くはガラスからの結晶化により調製され、それゆえ組成
とクリスタライトサイズが制御される合成マイカであ
る。米国特許第３，６８９，２９３号、同第３，７３
２，０８７号および同第３，７５６，８３８号は、結晶
化可能なガラスからマイカ含有ガラスセラミックの合成
を開示している。一方米国特許第４，２３９，５１９号
は、水中で扱かわれマイカゾルまたはゲルを生じる類似
のガラスセラミックを開示している。
【００２０】これらの特許による結晶化可能なガラスに
おいて製造され得るマイカの種類またはいわゆる板状ケ
イ酸塩の中には、標準のホウ素およびサブポタシックフ
ルオフロゴパイト（ｓｕｂｐｏｔａｓｓｉｃ ｆｌｕｏ
ｒｐｈｌｏｇｏｐｉｔｅ）（米国特許第３，６８９，２
９３号）を含むフルオフロゴパイトマイカ、トリシリシ
ックアルカリ土類フルオマイカ（組成式Ｒ0.5-1 Ｍｇ
1.0-2.5 （ＡｌＳｉ3 Ｏ10）Ｆ2、ＲはＢａとＳｒから
なる群より選択されるアルカリ土類金属、米国特許第
３，７５６，８３８号記載）、およびテトラシリシック
フルオマイカ（組成式Ｘ3 Ｍｇ2.5 Ｓｉ4 Ｏ10Ｆ2 、Ｘ
はＫ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｓｒ，ＢａまたはＣｄ、米国特許第
３，７３２，０８７号記載）がある。ＲＭｇ3 （Ａｌ2
Ｓｉ2 Ｏ10）Ｆ2 の組成式を有するジシリシックフルオ
マイカ（ＲはＢａ，ＳｒおよびＣａからなる群より選択
される陽イオンである）もまた有用である。これらの物
質はよく知られ、無機フッ化物金属の結晶化を通じて容
易に製造可能である。
おいて製造され得るマイカの種類またはいわゆる板状ケ
イ酸塩の中には、標準のホウ素およびサブポタシックフ
ルオフロゴパイト（ｓｕｂｐｏｔａｓｓｉｃ ｆｌｕｏ
ｒｐｈｌｏｇｏｐｉｔｅ）（米国特許第３，６８９，２
９３号）を含むフルオフロゴパイトマイカ、トリシリシ
ックアルカリ土類フルオマイカ（組成式Ｒ0.5-1 Ｍｇ
1.0-2.5 （ＡｌＳｉ3 Ｏ10）Ｆ2、ＲはＢａとＳｒから
なる群より選択されるアルカリ土類金属、米国特許第
３，７５６，８３８号記載）、およびテトラシリシック
フルオマイカ（組成式Ｘ3 Ｍｇ2.5 Ｓｉ4 Ｏ10Ｆ2 、Ｘ
はＫ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｓｒ，ＢａまたはＣｄ、米国特許第
３，７３２，０８７号記載）がある。ＲＭｇ3 （Ａｌ2
Ｓｉ2 Ｏ10）Ｆ2 の組成式を有するジシリシックフルオ
マイカ（ＲはＢａ，ＳｒおよびＣａからなる群より選択
される陽イオンである）もまた有用である。これらの物
質はよく知られ、無機フッ化物金属の結晶化を通じて容
易に製造可能である。
【００２１】これらの種々の板状ケイ酸塩の中から、フ
ルオロタルク、フルオロピロフィライトおよび主な中間
層陽イオンがＢａ，ＣａおよびＳｒからなる群より選択
されるジシリシックフルオマイカのようなテトラシリシ
ック板状ケイ酸塩は一般的に、マトリックスの添加物と
しての使用に好まれる。このような用途は、複合体製品
の高耐火性が主な要望事項である時に特に有利である。
ルオロタルク、フルオロピロフィライトおよび主な中間
層陽イオンがＢａ，ＣａおよびＳｒからなる群より選択
されるジシリシックフルオマイカのようなテトラシリシ
ック板状ケイ酸塩は一般的に、マトリックスの添加物と
しての使用に好まれる。このような用途は、複合体製品
の高耐火性が主な要望事項である時に特に有利である。
【００２２】種々のガラスおよびガラスセラミック材料
が、本発明により与えられた複合体製品のマトリックス
を提供するために用いられるが、好ましい材料はアルミ
ノシリケートガラスおよびアルカリ土類アルミノシリケ
ートガラスセラミックからなる群より選択される。最も
好ましくは、この材料は、アルカリ土類酸化物がＢａ
Ｏ，ＣａＯ，ＳｒＯおよびＭｇＯからなる群より選択さ
れ、灰長石、灰長石とアルミナの混合物、重土長石、キ
ン青石およびスタッフドキン青石からなる群より選択さ
れる結晶種が主結晶相を含むアルカリ土類アルミノシリ
ケートガラスセラミックである。主結晶相という単語に
より、ガラスセラミック／添加マトリックのガラスセラ
ミック成分中の結晶相または相群を示すものとする。す
なわち、マイカ添加物以外のガラスセラミック成分の５
０容積％以上を構成する。
が、本発明により与えられた複合体製品のマトリックス
を提供するために用いられるが、好ましい材料はアルミ
ノシリケートガラスおよびアルカリ土類アルミノシリケ
ートガラスセラミックからなる群より選択される。最も
好ましくは、この材料は、アルカリ土類酸化物がＢａ
Ｏ，ＣａＯ，ＳｒＯおよびＭｇＯからなる群より選択さ
れ、灰長石、灰長石とアルミナの混合物、重土長石、キ
ン青石およびスタッフドキン青石からなる群より選択さ
れる結晶種が主結晶相を含むアルカリ土類アルミノシリ
ケートガラスセラミックである。主結晶相という単語に
より、ガラスセラミック／添加マトリックのガラスセラ
ミック成分中の結晶相または相群を示すものとする。す
なわち、マイカ添加物以外のガラスセラミック成分の５
０容積％以上を構成する。
【００２３】これらのガラスセラミック組成物は特許文
献からよく知られている。灰長石（三斜晶ＣａＯ・Ａｌ
2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）およびムライト（３Ａｌ2 Ｏ3 ・
ＳｉＯ2 ）を有する灰長石二凝体、キン青石（２ＭｇＯ
・２Ａｌ2 Ｏ3・５ＳｉＯ2 ）、バリウム大隅石（Ｂａ
Ｏ・２Ｍｇ・３Ａｌ2 Ｏ3 ・９ＳｉＯ2 ）およびスタッ
フドキン青石（例えば、Ｓｒ，Ｂａ，ＣｓまたはＫから
選択されたオンを有するキン青石）からなる群より選択
された主結晶相を有するガラスセラミックが複合体製造
に用いられ、また米国特許第４，６１５，９８７号に記
載されている。それらは典型的に、酸化物基準の重量％
で表した次に示す範囲の組成を有する。
献からよく知られている。灰長石（三斜晶ＣａＯ・Ａｌ
2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）およびムライト（３Ａｌ2 Ｏ3 ・
ＳｉＯ2 ）を有する灰長石二凝体、キン青石（２ＭｇＯ
・２Ａｌ2 Ｏ3・５ＳｉＯ2 ）、バリウム大隅石（Ｂａ
Ｏ・２Ｍｇ・３Ａｌ2 Ｏ3 ・９ＳｉＯ2 ）およびスタッ
フドキン青石（例えば、Ｓｒ，Ｂａ，ＣｓまたはＫから
選択されたオンを有するキン青石）からなる群より選択
された主結晶相を有するガラスセラミックが複合体製造
に用いられ、また米国特許第４，６１５，９８７号に記
載されている。それらは典型的に、酸化物基準の重量％
で表した次に示す範囲の組成を有する。
【００２４】 ＣａＯ ： ０〜２５ ＭｇＯ ：０〜１５ ＳｒＯ ： ０〜３０ Ｎａ2 Ｏ ：０〜４ ＢａＯ ： ０〜４５ Ｋ2 Ｏ ：０〜６ Ａｌ2 Ｏ3 ：２５〜３８ ＴｉＯ2 ：０〜１２ ＳｉＯ2 ：３５〜６０ ＺｒＯ2 ：０〜１５ ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ：１０〜４５ Ａｓ2 Ｏ3 ：０〜３ Ｎａ2 Ｏ＋Ｋ2 Ｏ＋ＴｉＯ2 ＋ＺｒＯ2 ＋Ａｓ2 Ｏ3 ：０〜１５ 本発明による複合体製造に好ましい組成的に見たガラス
セラミックは、過剰のＡｌ2 Ｏ3 を有する灰長石を含
み、主結晶相が少なくともムライトとアルファアルミナ
の１つと結合した灰長石を含むものである。米国特許第
４，７５５，４８９号に記載してあるように、これらの
ガラスセラミックは典型的に、約１６〜２０％のＣａ
Ｏ、約３８．５〜４６％のＡｌ2 Ｏ3 、約３５〜４２％
のＳｉＯ2 、約０．２５〜１．５％のＡｓ2 Ｏ3 および
合計が１０％までの０．１〜３％のＣｒ2 Ｏ3 、０．２
５〜３％のＨｆＯ2 、２〜５％のＭｏＯ3 、０．２５〜
３％のＮｂ2 Ｏ5 、０．２５〜３％のＴａ2 Ｏ5 、０．
２５〜３％のＷＯ3 および１〜１０％のＺｒＯ2 からな
る群より指示された割合いで選択された少なくとも１つ
の核剤、の範囲内の組成を有する。この組成は化学量論
的な三斜晶灰長石において一般的に、実質的にＴｉＯ2
を有さず、少なくとも１０モルパーセントの、過剰の場
合も５０モルパーセントまでの、Ａｌ2 Ｏ3 を含む。
セラミックは、過剰のＡｌ2 Ｏ3 を有する灰長石を含
み、主結晶相が少なくともムライトとアルファアルミナ
の１つと結合した灰長石を含むものである。米国特許第
４，７５５，４８９号に記載してあるように、これらの
ガラスセラミックは典型的に、約１６〜２０％のＣａ
Ｏ、約３８．５〜４６％のＡｌ2 Ｏ3 、約３５〜４２％
のＳｉＯ2 、約０．２５〜１．５％のＡｓ2 Ｏ3 および
合計が１０％までの０．１〜３％のＣｒ2 Ｏ3 、０．２
５〜３％のＨｆＯ2 、２〜５％のＭｏＯ3 、０．２５〜
３％のＮｂ2 Ｏ5 、０．２５〜３％のＴａ2 Ｏ5 、０．
２５〜３％のＷＯ3 および１〜１０％のＺｒＯ2 からな
る群より指示された割合いで選択された少なくとも１つ
の核剤、の範囲内の組成を有する。この組成は化学量論
的な三斜晶灰長石において一般的に、実質的にＴｉＯ2
を有さず、少なくとも１０モルパーセントの、過剰の場
合も５０モルパーセントまでの、Ａｌ2 Ｏ3 を含む。
【００２５】米国特許第４，４８５，１７９号により知
られているように、Ｎｂ2 Ｏ5 および／またはＴａ2 Ｏ
5 はセラミックマトリックス複合体において核剤として
だけでなく使用に際しての劣化からＳｉＣ繊維を保護す
る点で有用である。それゆえ、本発明によるマトリック
スガラスセラミックはある場合において、付加的な成分
としてこれらの酸化物を含み、典型的にはＴａ2 Ｏ5 ま
たはＮｂ2 Ｏ5 の合計が１〜１０％を超えない量を含
む。同様に、０．５〜３％のＡｓ2 Ｏ3 を含むこともこ
れらのマトリックスにおいて有用であり、このことによ
り繊維を酸化から保護することを助ける。
られているように、Ｎｂ2 Ｏ5 および／またはＴａ2 Ｏ
5 はセラミックマトリックス複合体において核剤として
だけでなく使用に際しての劣化からＳｉＣ繊維を保護す
る点で有用である。それゆえ、本発明によるマトリック
スガラスセラミックはある場合において、付加的な成分
としてこれらの酸化物を含み、典型的にはＴａ2 Ｏ5 ま
たはＮｂ2 Ｏ5 の合計が１〜１０％を超えない量を含
む。同様に、０．５〜３％のＡｓ2 Ｏ3 を含むこともこ
れらのマトリックスにおいて有用であり、このことによ
り繊維を酸化から保護することを助ける。
【００２６】本発明への使用に適したガラスセラミック
マトリックス材料の組成物の特定な例を下記の表Ｉに示
した。表Ｉの例ＡとＢは熱的に結晶化し主結晶相として
バリウムスタッフドキン青石となるガラス組成を示し、
一方組成ＥとＦは、主結晶相として灰長石／キン青石混
合物を形成する。組成ＧとＨは熱的に結晶化してガラス
セラミック材料となるガラスを示し、この主結晶相はム
ライトおよび／またはアルミナの一方または両方を有す
る固溶体の三斜晶灰長石である。表Ｉに示した組成はバ
ッチから計算した重量％で示してある。
マトリックス材料の組成物の特定な例を下記の表Ｉに示
した。表Ｉの例ＡとＢは熱的に結晶化し主結晶相として
バリウムスタッフドキン青石となるガラス組成を示し、
一方組成ＥとＦは、主結晶相として灰長石／キン青石混
合物を形成する。組成ＧとＨは熱的に結晶化してガラス
セラミック材料となるガラスを示し、この主結晶相はム
ライトおよび／またはアルミナの一方または両方を有す
る固溶体の三斜晶灰長石である。表Ｉに示した組成はバ
ッチから計算した重量％で示してある。
【００２７】
【表１】
【００２８】セラミック複合体製造に最もひんぱんに用
いられる製造工程では微細粉の形状でマトリックスと他
の粒子添加物を使用する。最も好ましくは、このマトリ
ックスは結晶化可能なガラスの粉体として与えられ、こ
の粉末は均一な粒径の完全な微粉砕を行なうあらゆる技
術により実質的に調製される。
いられる製造工程では微細粉の形状でマトリックスと他
の粒子添加物を使用する。最も好ましくは、このマトリ
ックスは結晶化可能なガラスの粉体として与えられ、こ
の粉末は均一な粒径の完全な微粉砕を行なうあらゆる技
術により実質的に調製される。
【００２９】マトリックス材料の好ましい粉末形成工程
は、ドライゲージングのような技術により粒の粗い粉末
ガラスを製造し、次いでボールミル粉砕により粉末ガラ
スに粉砕して微細な均一粉末を製造する工程である。好
ましくはミル粉砕されたガラス粒子は大きさが３２５メ
ッシュ（米国のふるい）を超えず、平均粒径が５０ミク
ロンを超えないものである。
は、ドライゲージングのような技術により粒の粗い粉末
ガラスを製造し、次いでボールミル粉砕により粉末ガラ
スに粉砕して微細な均一粉末を製造する工程である。好
ましくはミル粉砕されたガラス粒子は大きさが３２５メ
ッシュ（米国のふるい）を超えず、平均粒径が５０ミク
ロンを超えないものである。
【００３０】マトリックスの場合と対照的に、マトリッ
クス添加物を構成するマイカ小板は、アモルファスガラ
スまたは別のマイカ前駆材料の形状というよりはむしろ
完全に結晶化された材料として最も好ましく用いられ
る。合成フルオマイカの場合には、所望の小板は完全に
結晶化されたガラスセラミック材料を微粉砕することに
よりマイカガラスセラミックから都合よく製造される。
クス添加物を構成するマイカ小板は、アモルファスガラ
スまたは別のマイカ前駆材料の形状というよりはむしろ
完全に結晶化された材料として最も好ましく用いられ
る。合成フルオマイカの場合には、所望の小板は完全に
結晶化されたガラスセラミック材料を微粉砕することに
よりマイカガラスセラミックから都合よく製造される。
【００３１】これらの合成マイカにおいて、マイカ小板
の大きさはガラスセラミック結晶化熱処理により制御さ
れ、必要であれば製造される特定の複合体システムに適
した粒径を提供するためにさらなるミル粉砕によりさら
に調整される。適切に大きさの調整されたマイカクリス
タライトは粉末添加物としてマトリックスガラス粉末へ
単に取り入れられ、この粉末混合物は従来の加工工程に
より選択された補強繊維と結合する。
の大きさはガラスセラミック結晶化熱処理により制御さ
れ、必要であれば製造される特定の複合体システムに適
した粒径を提供するためにさらなるミル粉砕によりさら
に調整される。適切に大きさの調整されたマイカクリス
タライトは粉末添加物としてマトリックスガラス粉末へ
単に取り入れられ、この粉末混合物は従来の加工工程に
より選択された補強繊維と結合する。
【００３２】繊維にとって本発明のマイカ添加により与
えられた酸化保護が有益である場合、本発明の複合材強
化に用いられる繊維は、セラミックマトリックス補強繊
維としての使用に知られているどの繊維からも選択され
る。このような繊維の例は、炭素、Ｂ4 Ｃ，ＢＮまたは
窒化ケイ素またはオキシニトライド繊維と同様に炭化ケ
イ素またはオキシカーバイド繊維を含む。
えられた酸化保護が有益である場合、本発明の複合材強
化に用いられる繊維は、セラミックマトリックス補強繊
維としての使用に知られているどの繊維からも選択され
る。このような繊維の例は、炭素、Ｂ4 Ｃ，ＢＮまたは
窒化ケイ素またはオキシニトライド繊維と同様に炭化ケ
イ素またはオキシカーバイド繊維を含む。
【００３３】本目的に特に好ましい繊維強化材料は炭化
ケイ素繊維およびシリコンオキシカーバイド繊維からな
る群より選択される。これらの繊維は、そして特にシリ
コンオキシカーバイド繊維は、複合材料の靭性を著しく
高めるセラミック複合体圧密中に機能的中間面を生じさ
せることが知られている。
ケイ素繊維およびシリコンオキシカーバイド繊維からな
る群より選択される。これらの繊維は、そして特にシリ
コンオキシカーバイド繊維は、複合材料の靭性を著しく
高めるセラミック複合体圧密中に機能的中間面を生じさ
せることが知られている。
【００３４】あるいは繊維材料はまた、特に炭素、カー
バイドまたは窒化物被覆のような機能的中間面が人工的
にほどこされた繊維として用いられる場合に、セラミッ
ク複合体に良好な靭性を与えることができる。そしてほ
どこされた被覆が高温酸化劣化にさらされた場合、本発
明によるマイカ添加物の使用からの同様な利点が認識さ
れる。
バイドまたは窒化物被覆のような機能的中間面が人工的
にほどこされた繊維として用いられる場合に、セラミッ
ク複合体に良好な靭性を与えることができる。そしてほ
どこされた被覆が高温酸化劣化にさらされた場合、本発
明によるマイカ添加物の使用からの同様な利点が認識さ
れる。
【００３５】シリコンオキシカーバイド繊維は、選択さ
れたマトリックス材料に都合よく含浸されて、巻取り等
により繊維強化プリプレグシートに形成される連続繊維
トウまたはヤーンの形状のニカロンR 繊維として容易に
商業的に入手可能である。得られたシートは積層され、
あらゆる有機成分を燃焼させるために加熱され、最後に
圧密と結晶化を行なう処理が施され、密度の大きい実質
的にボイドがないガラスセラミックマトリックス複合材
料となる。圧密は焼成、ホットプレス、ホットイソスタ
チックプレス、または類似の既知の圧密工程により行な
われる。
れたマトリックス材料に都合よく含浸されて、巻取り等
により繊維強化プリプレグシートに形成される連続繊維
トウまたはヤーンの形状のニカロンR 繊維として容易に
商業的に入手可能である。得られたシートは積層され、
あらゆる有機成分を燃焼させるために加熱され、最後に
圧密と結晶化を行なう処理が施され、密度の大きい実質
的にボイドがないガラスセラミックマトリックス複合材
料となる。圧密は焼成、ホットプレス、ホットイソスタ
チックプレス、または類似の既知の圧密工程により行な
われる。
【００３６】上述した工程により得られた特別な繊維強
化セラミックマトリックス複合体の最終的な特性は、も
ちろん多くの制御変化要因による。そのような変化要因
は、マトリックスの組成、そのマトリックス中に存在す
るマイカ小板の組成と大きさ、使用するマイカ添加物の
割合いおよびその小板とマトリックスガラスセラミック
との相対的相溶性を含む。言うまでもなく、優れた室温
強度と高温酸化条件下での強度維持が上述した本発明の
視野内でこれらの変化要因を通常に能率的に活用するこ
とにより容易に達成される。
化セラミックマトリックス複合体の最終的な特性は、も
ちろん多くの制御変化要因による。そのような変化要因
は、マトリックスの組成、そのマトリックス中に存在す
るマイカ小板の組成と大きさ、使用するマイカ添加物の
割合いおよびその小板とマトリックスガラスセラミック
との相対的相溶性を含む。言うまでもなく、優れた室温
強度と高温酸化条件下での強度維持が上述した本発明の
視野内でこれらの変化要因を通常に能率的に活用するこ
とにより容易に達成される。
【００３７】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。後述する例は、制限というよりむしろ説明を目的
としたものであり、さらに本発明のセラミックマトリッ
クス複合体製品の製造を実証するものであり、これらの
製品を従来技術による複合体と比較するものである。
する。後述する例は、制限というよりむしろ説明を目的
としたものであり、さらに本発明のセラミックマトリッ
クス複合体製品の製造を実証するものであり、これらの
製品を従来技術による複合体と比較するものである。
【００３８】（例１〜５）熱的に結晶化され主結晶相と
して灰長石とアルミナの混合物を生成するアルカリ土類
アルミノシリケートガラスを複合体マトリックス材料と
しての使用に選択する。このガラスは酸化物基準の重量
％で、約１６．５％のＣａＯ、約４５％のＡｌ2 Ｏ3 、
約３５．４％のＳｉＯ2 、約３％のＺｒＯ2 および約
０．５％のＡｓ2 Ｏ3 の組成を有するものである。この
組成物の溶融物をドライゲージングし、このドライゲー
ジを平均粒径約１０μｍにミル粉砕することにより、マ
トリックスのガラス粉末を製造する。
して灰長石とアルミナの混合物を生成するアルカリ土類
アルミノシリケートガラスを複合体マトリックス材料と
しての使用に選択する。このガラスは酸化物基準の重量
％で、約１６．５％のＣａＯ、約４５％のＡｌ2 Ｏ3 、
約３５．４％のＳｉＯ2 、約３％のＺｒＯ2 および約
０．５％のＡｓ2 Ｏ3 の組成を有するものである。この
組成物の溶融物をドライゲージングし、このドライゲー
ジを平均粒径約１０μｍにミル粉砕することにより、マ
トリックスのガラス粉末を製造する。
【００３９】次に主に合成フルオマイカ結晶からなるマ
イカ粉末を、選択したマイカ前駆ガラスの結晶化と微粉
砕により調製する。このガラスは重量％で、約５８．６
％のＳｉＯ2 、約１３．４％のＭｇＯ、約１７．３％の
ＭｇＦ2 、約１．０％のＡｓ2 Ｏ3 および約１１．５％
のＫ2 Ｏのバッチ組成を有する。この溶融ガラスはるつ
ぼ溶融物から注型されガラスパテを形成し、次いでこの
ガラスパテは徐冷され最終的に８００℃で４時間熱結晶
化され、主結晶としてテトラシリシックフルオマイカ
（Ｋ3 Ｍｇ2.5 Ｓｉ4 Ｏ10Ｆ2 ）を含む高結晶性ガラス
セラミックに変わる。このガラスセラミックパテは砕か
れ、粉砕されて約１０ミクロンの平均粒径を有するテト
ラシリシックフルオマイカ粉末となる。
イカ粉末を、選択したマイカ前駆ガラスの結晶化と微粉
砕により調製する。このガラスは重量％で、約５８．６
％のＳｉＯ2 、約１３．４％のＭｇＯ、約１７．３％の
ＭｇＦ2 、約１．０％のＡｓ2 Ｏ3 および約１１．５％
のＫ2 Ｏのバッチ組成を有する。この溶融ガラスはるつ
ぼ溶融物から注型されガラスパテを形成し、次いでこの
ガラスパテは徐冷され最終的に８００℃で４時間熱結晶
化され、主結晶としてテトラシリシックフルオマイカ
（Ｋ3 Ｍｇ2.5 Ｓｉ4 Ｏ10Ｆ2 ）を含む高結晶性ガラス
セラミックに変わる。このガラスセラミックパテは砕か
れ、粉砕されて約１０ミクロンの平均粒径を有するテト
ラシリシックフルオマイカ粉末となる。
【００４０】このマイカマトリックスを含むセラミック
マトリックス複合体を製造するために、約５〜２０重量
パーセントの範囲のマイカ粉末添加物をアルミノシリケ
ートガラスマトリックス粉末の試料とする。この得られ
た粉末混合物をウェアリング（Ｗａｒｉｎｇ）ブレンダ
ー中のイソプロパノール溶媒中で５分間完全に混合し、
ろ過によって溶媒から分離し、乾燥させた。
マトリックス複合体を製造するために、約５〜２０重量
パーセントの範囲のマイカ粉末添加物をアルミノシリケ
ートガラスマトリックス粉末の試料とする。この得られ
た粉末混合物をウェアリング（Ｗａｒｉｎｇ）ブレンダ
ー中のイソプロパノール溶媒中で５分間完全に混合し、
ろ過によって溶媒から分離し、乾燥させた。
【００４１】このようにして得られた各混合粉末バッチ
を粉末含包シリコンオキシカーバイド繊維を含むプリプ
レグの調製に用いる。最初に各バッチをロプレックス
（Ｒｈｏｐｌｅｘ）アクリル結合剤を含む水溶性スラリ
ー中に分散させ、ニカロン繊維トウの形状の繊維をこの
スラリーを通じて移送し、このトウを粉末に浸透させ
る。次いでこの粉末含浸トウをドラム上に集積して連続
した巻き物とし、乾燥し、そしてプリプレグマットの形
状にドラムから切断する。
を粉末含包シリコンオキシカーバイド繊維を含むプリプ
レグの調製に用いる。最初に各バッチをロプレックス
（Ｒｈｏｐｌｅｘ）アクリル結合剤を含む水溶性スラリ
ー中に分散させ、ニカロン繊維トウの形状の繊維をこの
スラリーを通じて移送し、このトウを粉末に浸透させ
る。次いでこの粉末含浸トウをドラム上に集積して連続
した巻き物とし、乾燥し、そしてプリプレグマットの形
状にドラムから切断する。
【００４２】このようにして得られたプリプレグマット
を次いで積層して数層の複合体の予備形成体とし、そし
てこの積層体に約４５０℃の空気中での結合剤燃焼熱処
理を施し、さらに約１２００〜１３４０℃の範囲の温度
における窒素雰囲気下で黒鉛ダイによるホットプレス圧
密処理を施す。圧密による製品は密度が大きく、実質的
にボイドのないセラミックマトリックス複合体バーであ
る。
を次いで積層して数層の複合体の予備形成体とし、そし
てこの積層体に約４５０℃の空気中での結合剤燃焼熱処
理を施し、さらに約１２００〜１３４０℃の範囲の温度
における窒素雰囲気下で黒鉛ダイによるホットプレス圧
密処理を施す。圧密による製品は密度が大きく、実質的
にボイドのないセラミックマトリックス複合体バーであ
る。
【００４３】このようにして得られたセラミックマトリ
ックス複合体バーに、マイカを有さないマトリックスを
含むが各別の組成と工程の経歴を有する類似のバーとと
もに４点曲げの曲げ試験を行なう。曲げ試験は環境温度
（２５℃）と１０００〜１２００℃の範囲の高温下にて
行なう。これらの試験により強度と複合体試料の酸化劣
化に対する抵抗を決定する。
ックス複合体バーに、マイカを有さないマトリックスを
含むが各別の組成と工程の経歴を有する類似のバーとと
もに４点曲げの曲げ試験を行なう。曲げ試験は環境温度
（２５℃）と１０００〜１２００℃の範囲の高温下にて
行なう。これらの試験により強度と複合体試料の酸化劣
化に対する抵抗を決定する。
【００４４】表IIは、環境温度と高温下の両方におい
て、セラミックマトリックス中のマイカ小板の濃度（マ
イカ％）と各複合体に圧密が施されたホットプレス温度
（ＨＰ温度）の関数として複合体の曲げ試験結果を示す
ものである。各マトリックス組成と試験温度が示された
表２には、試料のマイクロクラックを生じさせる応力
（σＭＣＹ）とひずみ（εＭＣＹ）をksi と％で示し
た。それぞれ、マイカドープマトリックス材料中に最初
にマイクロクラックが生じた時に記録された応力値およ
びひずみ（試料の伸び）値を示すものである。また、極
限応力（σＵＬＴ）と極限ひずみ（εＵＬＴ）をksi と
％で示し、これらはそれぞれ試料の極限曲げ欠陥点にて
記録される。複合体例１はマトリックス中にマイカを含
まず、一方例２〜５はテトラシリシックフルオマイカ添
加物を５〜２０重量％含むものであった。
て、セラミックマトリックス中のマイカ小板の濃度（マ
イカ％）と各複合体に圧密が施されたホットプレス温度
（ＨＰ温度）の関数として複合体の曲げ試験結果を示す
ものである。各マトリックス組成と試験温度が示された
表２には、試料のマイクロクラックを生じさせる応力
（σＭＣＹ）とひずみ（εＭＣＹ）をksi と％で示し
た。それぞれ、マイカドープマトリックス材料中に最初
にマイクロクラックが生じた時に記録された応力値およ
びひずみ（試料の伸び）値を示すものである。また、極
限応力（σＵＬＴ）と極限ひずみ（εＵＬＴ）をksi と
％で示し、これらはそれぞれ試料の極限曲げ欠陥点にて
記録される。複合体例１はマトリックス中にマイカを含
まず、一方例２〜５はテトラシリシックフルオマイカ添
加物を５〜２０重量％含むものであった。
【００４５】
【表２】
【００４６】表２のデータによると、高温（１０００
℃）と同様室温下での試料の極限強度と欠陥ひずみは、
マトリックスに対するマイカ添加の水準が５重量％から
１０重量％に増加するにしたがって増加している。１０
重量％ドーピング水準にて得られた強度は、２５℃と１
０００℃において、それぞれ１１１ksiと８０ksi であ
る。
℃）と同様室温下での試料の極限強度と欠陥ひずみは、
マトリックスに対するマイカ添加の水準が５重量％から
１０重量％に増加するにしたがって増加している。１０
重量％ドーピング水準にて得られた強度は、２５℃と１
０００℃において、それぞれ１１１ksiと８０ksi であ
る。
【００４７】改良していないセラミックマトリックスを
含む試料において、環境温度下での高強度（１１０〜１
２０ksi)が０．３〜０．４％のオーダーの極限欠陥ひず
みと共に、４０〜４５ksi の範囲の値に著しく劣化する
ことが観察される。これらの結果は、採用した高試験温
度にて改善されていないマトリックスの複合体に生じる
繊維脆化の実質的な水準に帰するものである。
含む試料において、環境温度下での高強度（１１０〜１
２０ksi)が０．３〜０．４％のオーダーの極限欠陥ひず
みと共に、４０〜４５ksi の範囲の値に著しく劣化する
ことが観察される。これらの結果は、採用した高試験温
度にて改善されていないマトリックスの複合体に生じる
繊維脆化の実質的な水準に帰するものである。
【００４８】これらのデータにより示したように、マイ
カ結晶を有するドーピングマトリックスは実質的に複合
体の極限曲げ強度と伸びを高める。そして、例４と５に
おいてドーピング水準は１５〜２０重量％のマイカまで
増大するにつれ、極限特性におけるある減少が観察され
るが、ドープした複合体の極限特性は実質的に改良して
いない材料の特性よりもまだ優れている。
カ結晶を有するドーピングマトリックスは実質的に複合
体の極限曲げ強度と伸びを高める。そして、例４と５に
おいてドーピング水準は１５〜２０重量％のマイカまで
増大するにつれ、極限特性におけるある減少が観察され
るが、ドープした複合体の極限特性は実質的に改良して
いない材料の特性よりもまだ優れている。
【００４９】１０００℃にて強度維持が素晴しく改善さ
れたのは上記例２〜５のテトラシリシックフルオマイカ
マトリックス添加物または変性剤の添加により達成され
るものであるが、１２００℃でのある程度より良い曲げ
性能が望まれる。このような改善は実際に、マトリック
ス添加物としてより耐火性の良いマイカ結晶を用いるこ
とにより達成される。本発明のマイカドープ複合体の製
造のさらなる例においてこのような使用を説明する。
れたのは上記例２〜５のテトラシリシックフルオマイカ
マトリックス添加物または変性剤の添加により達成され
るものであるが、１２００℃でのある程度より良い曲げ
性能が望まれる。このような改善は実際に、マトリック
ス添加物としてより耐火性の良いマイカ結晶を用いるこ
とにより達成される。本発明のマイカドープ複合体の製
造のさらなる例においてこのような使用を説明する。
【００５０】（例６〜１１）上述した例２〜５のセラミ
ックマトリックス複合体を含むマイカの製造に用いた製
造工程を繰り返し行なうが、複合体製品へのマトリック
ス添加物としてより耐火性の良いバリウムジシリシック
マイカを選択することが異なっている。例２〜５のよう
に、バリウムジシリシックフルオマイカをマイカ前駆体
溶融物を結晶化し微粉砕することにより調製した。この
溶融物は重量％で、約２３．２％のＳｉＯ2 、約１９．
７％のＡｌ2 Ｏ3 、約１４．５％のＭｇＯ、約１３．６
％のＭｇＦ2 および約２９．６％のＢａＯの組成を有す
るものである。
ックマトリックス複合体を含むマイカの製造に用いた製
造工程を繰り返し行なうが、複合体製品へのマトリック
ス添加物としてより耐火性の良いバリウムジシリシック
マイカを選択することが異なっている。例２〜５のよう
に、バリウムジシリシックフルオマイカをマイカ前駆体
溶融物を結晶化し微粉砕することにより調製した。この
溶融物は重量％で、約２３．２％のＳｉＯ2 、約１９．
７％のＡｌ2 Ｏ3 、約１４．５％のＭｇＯ、約１３．６
％のＭｇＦ2 および約２９．６％のＢａＯの組成を有す
るものである。
【００５１】最初に記載した組成のバッチを１４００℃
の白金るつぼ内で溶融させる。その後、この溶融物を１
２００℃に冷却し、この温度で４時間保持して、るつぼ
の全成分を主結晶相としてバリウムジシリシックフルオ
マイカ（ＢａＭｇ3 （Ａｌ2 Ｓｉ2 Ｏ10）Ｆ2 ）を含む
高結晶性塊に変える。この結晶化した溶融物をるつぼか
ら掘り出して砕き、ミル粉砕して約１０ミクロンの平均
粒径を有するバリウムジシリシックフルオマイカ粉末に
する。
の白金るつぼ内で溶融させる。その後、この溶融物を１
２００℃に冷却し、この温度で４時間保持して、るつぼ
の全成分を主結晶相としてバリウムジシリシックフルオ
マイカ（ＢａＭｇ3 （Ａｌ2 Ｓｉ2 Ｏ10）Ｆ2 ）を含む
高結晶性塊に変える。この結晶化した溶融物をるつぼか
ら掘り出して砕き、ミル粉砕して約１０ミクロンの平均
粒径を有するバリウムジシリシックフルオマイカ粉末に
する。
【００５２】セラミックマトリックス複合体をこのマイ
カ粉末と例２〜５のアルミノシリケートガラス粉末を含
むガラス粉末バッチから調製する。このマイカ粉末をマ
イカ添加物５および１０重量％の割合でマトリックス粉
末と混合し、得られた粉末混合物を記載した水溶性溶媒
と供にスラリーする。同様なニカロン炭化ケイ素繊維ト
ウを用いて、含浸、燃焼、積層、そして最終的な圧密工
程を行なう。
カ粉末と例２〜５のアルミノシリケートガラス粉末を含
むガラス粉末バッチから調製する。このマイカ粉末をマ
イカ添加物５および１０重量％の割合でマトリックス粉
末と混合し、得られた粉末混合物を記載した水溶性溶媒
と供にスラリーする。同様なニカロン炭化ケイ素繊維ト
ウを用いて、含浸、燃焼、積層、そして最終的な圧密工
程を行なう。
【００５３】バリウムジシリシックフルオマイカマトリ
ックスを含むセラミックマトリックス複合体試料の試験
を前述したように行なう。再び４点曲げの曲げ試験を環
境温度、１０００℃および１２００℃にて行なった。マ
イクロクラック応力とひずみの性能のデータおよび観察
された極限応力とひずみ値を表に示した。
ックスを含むセラミックマトリックス複合体試料の試験
を前述したように行なう。再び４点曲げの曲げ試験を環
境温度、１０００℃および１２００℃にて行なった。マ
イクロクラック応力とひずみの性能のデータおよび観察
された極限応力とひずみ値を表に示した。
【００５４】表III は、灰長石ガラスセラミックマトリ
ックスに対するバリウムジシリシックフルオマイカ結晶
の５重量％の添加物を含む試料群の試験結果を示すもの
である。試験された各複合体試料に関する表III は、複
合体の圧密に採用されたホットプレス温度（ＨＰ温度）
を示すデータと各試験が行なわれた試験温度（曲げ試験
温度）を示すデータを示すものである。極限応力（σＵ
ＬＴ）とひずみ（εＵＬＴ）と同様各マイクロクラック
イールド応力とひずみ（εＭＣＹ）もまた記載する。
ックスに対するバリウムジシリシックフルオマイカ結晶
の５重量％の添加物を含む試料群の試験結果を示すもの
である。試験された各複合体試料に関する表III は、複
合体の圧密に採用されたホットプレス温度（ＨＰ温度）
を示すデータと各試験が行なわれた試験温度（曲げ試験
温度）を示すデータを示すものである。極限応力（σＵ
ＬＴ）とひずみ（εＵＬＴ）と同様各マイクロクラック
イールド応力とひずみ（εＭＣＹ）もまた記載する。
【００５５】
【表３】
【００５６】表III に示すように、高温強度維持（繊維
脆化に対する）における最良の結果は、約１２５０℃の
圧密温度にて達成された。しかしながら、前述した例２
の５％テトラシリシックフルオマイカ添加に観察された
結果を超えた１２００℃の極限強度と試料の伸びにおけ
る著しい改善は試みた圧密処理の全てを基になされたも
のである。
脆化に対する）における最良の結果は、約１２５０℃の
圧密温度にて達成された。しかしながら、前述した例２
の５％テトラシリシックフルオマイカ添加に観察された
結果を超えた１２００℃の極限強度と試料の伸びにおけ
る著しい改善は試みた圧密処理の全てを基になされたも
のである。
【００５７】マトリックスに１０重量％のバリウムジシ
リシックフルオマイカを含む複合体の対応する曲げ試験
結果を下記の表IVに示す。
リシックフルオマイカを含む複合体の対応する曲げ試験
結果を下記の表IVに示す。
【００５８】
【表４】
【００５９】このマトリックスに５％のマイカ添加した
場合のように、表IVのセラミック複合体の中で高温（１
２００℃）極限強度およびひずみ許容の点からの最良の
結果が１２５０℃で圧密した試料において得られる。し
かしながら、この場合、１０００℃におけるより良好な
応力とひずみ性能の維持が観察される。より耐火性の良
いジシリシックマイカのかわりに等重量のテトラシリシ
ックマイカの添加を含む例３の複合体と比較して最も顕
著に実質的な改善がここにおいて得られる。
場合のように、表IVのセラミック複合体の中で高温（１
２００℃）極限強度およびひずみ許容の点からの最良の
結果が１２５０℃で圧密した試料において得られる。し
かしながら、この場合、１０００℃におけるより良好な
応力とひずみ性能の維持が観察される。より耐火性の良
いジシリシックマイカのかわりに等重量のテトラシリシ
ックマイカの添加を含む例３の複合体と比較して最も顕
著に実質的な改善がここにおいて得られる。
【００６０】前記したデータが示すように、本発明のガ
ラスセラミックマトリックスへのマイカ結晶の添加は、
酸化雰囲気中の高温下でＳｉＣ繊維強化ガラスセラミッ
クマトリックス複合体の酸化脆化を減少させる優れた方
法を提供する。再び、操作の方法に関する制限なくし
て、この方法の有効性は、存在するマイカ結晶の任意に
延伸された弱い裂け目平面により促進されるマトリック
ス内のクラックゆがみや枝分かれを含み、脆化させる酸
化効果に対して繊維／マトリックス界面の露出を妨げた
り遅らせたりすると仮定する。極めて明確に、このよう
な機構は炭化ケイ素繊維のみに限られるものではなく、
酸化保護を受けられる機能的な繊維／マトリックス境界
面を含むどの繊維強化セラミックマトリックス複合体シ
ステムにおいても作用する。このような複合体の特定例
は炭化ケイ素繊維以外を含むものをも含むが、その繊維
は炭素、カーバイドまたは窒化物の機能的な酸化可能な
被覆とともに提供される。
ラスセラミックマトリックスへのマイカ結晶の添加は、
酸化雰囲気中の高温下でＳｉＣ繊維強化ガラスセラミッ
クマトリックス複合体の酸化脆化を減少させる優れた方
法を提供する。再び、操作の方法に関する制限なくし
て、この方法の有効性は、存在するマイカ結晶の任意に
延伸された弱い裂け目平面により促進されるマトリック
ス内のクラックゆがみや枝分かれを含み、脆化させる酸
化効果に対して繊維／マトリックス界面の露出を妨げた
り遅らせたりすると仮定する。極めて明確に、このよう
な機構は炭化ケイ素繊維のみに限られるものではなく、
酸化保護を受けられる機能的な繊維／マトリックス境界
面を含むどの繊維強化セラミックマトリックス複合体シ
ステムにおいても作用する。このような複合体の特定例
は炭化ケイ素繊維以外を含むものをも含むが、その繊維
は炭素、カーバイドまたは窒化物の機能的な酸化可能な
被覆とともに提供される。
【００６１】それゆえ、本発明は特に特定材料と特定工
程に関して上述のごとく記載されたものであるが、それ
らの材料と工程は説明のみを目的としたものであり、限
定を目的とするものではない。このように、ここに明白
に記載された組成物と工程への数多くの改良と変更が、
添付した請求項の範囲内において可能であることは言う
までもない。
程に関して上述のごとく記載されたものであるが、それ
らの材料と工程は説明のみを目的としたものであり、限
定を目的とするものではない。このように、ここに明白
に記載された組成物と工程への数多くの改良と変更が、
添付した請求項の範囲内において可能であることは言う
までもない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケネス チヤン アメリカ合衆国 ニユーヨーク州 14870 ペインテツド ポスト テインバーレー ン 16 (72)発明者 キシヨー プルシヨツタム ガツカリー アメリカ合衆国 ニユーヨーク州 14814 ビツグ フラツツ オーチヤード ドラ イヴ 273
Claims (14)
- 【請求項１】 セラミックマトリックス内に配された補
強繊維を含むセラミックマトリックス複合体製品であっ
て、該セラミックマトリックスが分散したマイカクリス
タライトを含み、該マイカクリスタライトが前記マトリ
ックスの２０重量％以下であることを特徴とするセラミ
ックマトリックス複合体製品。 - 【請求項２】 前記繊維が炭化ケイ素繊維およびシリコ
ンオキシカーバイド繊維よりなる群から選択されること
を特徴とする請求項１記載のセラミックマトリックス複
合体製品。 - 【請求項３】 前記マイカクリスタライトが合成フルオ
マイカであり、前記マトリックスの２〜２０重量％を構
成することを特徴とする請求項１記載のセラミックマト
リックス複合体製品。 - 【請求項４】 前記マイカクリスタライトがカリウムテ
トラシリシックフルオマイカクリスタライト、アルカリ
土類トリシリシックフルオマイカクリスタライトおよび
アルカリ土類ジシリシックフルオマイカクリスタライト
よりなる群から選択されることを特徴とする請求項３記
載のセラミックマトリックス複合体製品。 - 【請求項５】 前記セラミックマトリックスがガラスセ
ラミックからなることを特徴とする請求項１記載のセラ
ミックマトリックス複合体製品。 - 【請求項６】 前記ガラスセラミックがアルカリ土類ア
ルミノシリケートガラスセラミックであることを特徴と
する請求項５記載のセラミックマトリックス複合体製
品。 - 【請求項７】 前記ガラスセラミックがキン青石、灰長
石、灰長石とアルミナの混合物、灰長石とキン青石の混
合物およびスタッフドキン青石よりなる群から選択され
た主結晶相を含むことを特徴とする請求項６記載のセラ
ミックマトリックス複合体製品。 - 【請求項８】 セラミックマトリックス内に配された補
強繊維を含むセラミックマトリックス複合体製品の高温
酸化抵抗を改善する方法であって、該方法がマイカクリ
スタライトの分散を前記マトリックスの２〜２０重量％
の割合で該セラミックマトリックス中に含む工程を含む
ことを特徴とする方法。 - 【請求項９】 前記繊維が炭化ケイ素繊維およびシリコ
ンオキシカーバイド繊維よりなる群から選択されること
を特徴とする請求項８記載の方法。 - 【請求項１０】 前記マイカクリスタライトが合成フル
オマイカであり、前記マトリックスの５〜２０重量％を
構成することを特徴とする請求項８記載の方法。 - 【請求項１１】 前記マイカクリスタライトがカリウム
テトラシリシックフルオマイカクリスタライト、アルカ
リ土類トリシリシックフルオマイカクリスタライトおよ
びアルカリ土類ジシリシックフルオマイカクリスタライ
トよりなる群から選択されることを特徴とする請求項１
０記載の方法。 - 【請求項１２】 前記セラミックマトリックスがガラス
セラミックからなることを特徴とする請求項８記載の方
法。 - 【請求項１３】 前記ガラスセラミックがアルカリ土類
アルミノシリケートガラスセラミックであることを特徴
とする請求項１２記載の方法。 - 【請求項１４】 前記ガラスセラミックがキン青石、灰
青石、灰長石とアルミナの混合物、灰青石とキン青石の
混合物およびスタッフドキン青石から選択される主結晶
相を含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/674,891 US5132256A (en) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | Fiber-reinforced composite comprising mica-doped ceramic matrix |
| US674891 | 1991-03-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0570251A true JPH0570251A (ja) | 1993-03-23 |
Family
ID=24708305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4053625A Withdrawn JPH0570251A (ja) | 1991-03-26 | 1992-03-12 | マイカ−ドープセラミツクマトリツクスを含む繊維強化複合体製品 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5132256A (ja) |
| EP (1) | EP0505644A1 (ja) |
| JP (1) | JPH0570251A (ja) |
| CA (1) | CA2057328A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007084399A (ja) * | 2005-09-26 | 2007-04-05 | Shinshu Univ | 炭素繊維複合スピネルセラミックスおよびその製造方法 |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5281559A (en) * | 1992-04-16 | 1994-01-25 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Method of producing a ceramic fiber-reinforced glass-ceramic matrix composite |
| FR2699226B1 (fr) * | 1992-12-16 | 1995-01-13 | Snecma | Ensemble de post-combustion d'une turbine à gaz. |
| EP0609792A1 (en) * | 1993-02-03 | 1994-08-10 | Basf Corporation | Modified nylon fibers |
| US5547749A (en) * | 1994-02-24 | 1996-08-20 | Asahi Glass Company Ltd. | Colored ceramic composition and method for producing glass plate using the same |
| US5652188A (en) | 1994-08-08 | 1997-07-29 | Corning Incorporated | Fiber-reinforced composite with sheet silicate interlayer |
| US5858893A (en) * | 1997-08-12 | 1999-01-12 | Motorola Inc. | Ceramic composition with low dielectric constant and method of making same |
| WO2000064827A1 (en) * | 1999-04-23 | 2000-11-02 | Corning Incorporated | Method of making stabilized negative thermal expansion optical waveguide substrate and a glass-ceramic substrate |
| DE19950622A1 (de) * | 1999-10-20 | 2001-05-31 | Schott Glas | Reibbelag für Bauelemente in Bremssystemen |
| US20060043628A1 (en) * | 2004-08-11 | 2006-03-02 | General Electric Company | CMC process using a water-based prepreg slurry |
| ATE509002T1 (de) * | 2006-07-21 | 2011-05-15 | Dow Global Technologies Llc | Verbessertes dieselpartikelfilter |
| JP5158040B2 (ja) * | 2008-09-26 | 2013-03-06 | Ｔｄｋ株式会社 | ガラスセラミックス基板 |
| CN102452790B (zh) * | 2010-12-24 | 2014-06-04 | 江苏奥米建材科技有限公司 | 一种亲水性矿物复合纤维及其制备方法 |
| CN104909752A (zh) * | 2015-05-19 | 2015-09-16 | 铜陵宏正网络科技有限公司 | 一种氧化铝纤维增强石膏陶瓷基复合材料及其制备方法 |
| CN113637478B (zh) * | 2021-08-13 | 2023-06-13 | 河北师范大学 | 一种铕掺杂钡四硅云母荧光粉及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4919991A (en) * | 1988-05-23 | 1990-04-24 | Corning Incorporated | Hybrid ceramic matrix composite articles comprising particulate additives and method |
| US4935387A (en) * | 1988-10-24 | 1990-06-19 | Corning Incorporated | Fiber-reinforced composite comprising mica matrix or interlayer |
| US4948758A (en) * | 1988-10-24 | 1990-08-14 | Corning Incorporated | Fiber-reinforced composite comprising mica matrix or interlayer |
-
1991
- 1991-03-26 US US07/674,891 patent/US5132256A/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-12-10 CA CA002057328A patent/CA2057328A1/en not_active Abandoned
- 1991-12-12 EP EP91311582A patent/EP0505644A1/en not_active Withdrawn
-
1992
- 1992-03-12 JP JP4053625A patent/JPH0570251A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007084399A (ja) * | 2005-09-26 | 2007-04-05 | Shinshu Univ | 炭素繊維複合スピネルセラミックスおよびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5132256A (en) | 1992-07-21 |
| EP0505644A1 (en) | 1992-09-30 |
| CA2057328A1 (en) | 1992-09-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990518 |