JPH06183847A - 繊維強化複合セラミックス - Google Patents
繊維強化複合セラミックスInfo
- Publication number
- JPH06183847A JPH06183847A JP43A JP33433292A JPH06183847A JP H06183847 A JPH06183847 A JP H06183847A JP 43 A JP43 A JP 43A JP 33433292 A JP33433292 A JP 33433292A JP H06183847 A JPH06183847 A JP H06183847A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramics
- fiber
- reinforced composite
- surface layer
- ceramic
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- Pending
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は内部が繊維により強化されて高い靭性
を有することに加えて、表面層が強化されて容易に亀裂
が生じることがなく全体として高い信頼性を持った繊維
強化複合セラミックスを提供することを目的とする。 【構成】母材となるセラミックス1に繊維2を組合せた
繊維強化複合セラミックスにおいて、母材のセラミック
スの表面層にウィスカー3および/または粒子4が分散
して存在していることを特徴とする。
を有することに加えて、表面層が強化されて容易に亀裂
が生じることがなく全体として高い信頼性を持った繊維
強化複合セラミックスを提供することを目的とする。 【構成】母材となるセラミックス1に繊維2を組合せた
繊維強化複合セラミックスにおいて、母材のセラミック
スの表面層にウィスカー3および/または粒子4が分散
して存在していることを特徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は繊維強化複合セラミック
スに関する。
スに関する。
【0002】
【従来の技術】近時、ファインセラミックスにおいては
繊維の組合せにより複合化を図り高い靭性をもたせるこ
とが行われている。この繊維強化複合セラミックスは、
セラミックスからなる線材を織って形成した繊維と母材
のセラミックスとを組合せて複合強化したものである。
そして、繊維の線材を形成するセラミックスとしては、
SiC、Si3 N4 などの非酸化物や、Al2 O3 、Z
rO2 など酸化物が用いられている。
繊維の組合せにより複合化を図り高い靭性をもたせるこ
とが行われている。この繊維強化複合セラミックスは、
セラミックスからなる線材を織って形成した繊維と母材
のセラミックスとを組合せて複合強化したものである。
そして、繊維の線材を形成するセラミックスとしては、
SiC、Si3 N4 などの非酸化物や、Al2 O3 、Z
rO2 など酸化物が用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが従来の繊維強
化複合セラミックスでは、他の物体と衝突する、あるい
は曲げエネルギーが集中して表面層に外力が加わると、
この表面層に容易に亀裂が生じることある。
化複合セラミックスでは、他の物体と衝突する、あるい
は曲げエネルギーが集中して表面層に外力が加わると、
この表面層に容易に亀裂が生じることある。
【0004】このような繊維強化複合セラミックスは、
たとえ内部が強化されて健全であっても表面層に亀裂が
存在しているために、製品全体としては信頼性の点で問
題があるために廃棄する必要が生じて大変不経済であ
る。
たとえ内部が強化されて健全であっても表面層に亀裂が
存在しているために、製品全体としては信頼性の点で問
題があるために廃棄する必要が生じて大変不経済であ
る。
【0005】本発明は前記事情に基づいてなされたもの
で、内部が繊維によって高い靭性を有することに加え
て、表面層が強化されて容易に亀裂が生じることがなく
全体として高い信頼性を持った繊維強化複合セラミック
スを提供することを目的とする。
で、内部が繊維によって高い靭性を有することに加え
て、表面層が強化されて容易に亀裂が生じることがなく
全体として高い信頼性を持った繊維強化複合セラミック
スを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段と作用】本発明の発明者は
繊維強化複合セラミックスにおいて表面層に亀裂が生じ
る問題について研究を重ねてきた。この結果次のことが
分かった。
繊維強化複合セラミックスにおいて表面層に亀裂が生じ
る問題について研究を重ねてきた。この結果次のことが
分かった。
【0007】繊維強化複合セラミックスは、母材である
セラミックスのみの部分とこのセラミックスの中に繊維
が存在する部分とが交互に層状に重なって構成されてい
る。繊維が存在するセラミックスの部分は強靭で耐破壊
靭性値あるいは耐破壊エネルギー値が大きいが、繊維が
存在しないセラミックスの部分は単なるモノリシック材
であるから耐破壊靭性値あるいは耐破壊エネルギー値が
小さく、物体が衝突するあるいは曲げモーメントが集中
すると容易に亀裂が生じる。
セラミックスのみの部分とこのセラミックスの中に繊維
が存在する部分とが交互に層状に重なって構成されてい
る。繊維が存在するセラミックスの部分は強靭で耐破壊
靭性値あるいは耐破壊エネルギー値が大きいが、繊維が
存在しないセラミックスの部分は単なるモノリシック材
であるから耐破壊靭性値あるいは耐破壊エネルギー値が
小さく、物体が衝突するあるいは曲げモーメントが集中
すると容易に亀裂が生じる。
【0008】ところで、繊維強化複合セラミックスで
は、母材のセラミックスの表面層に繊維が直接露出させ
るわけにはいかないので、セラミックスの表面層は繊維
が存在しない単なるモノリシック材となっている。
は、母材のセラミックスの表面層に繊維が直接露出させ
るわけにはいかないので、セラミックスの表面層は繊維
が存在しない単なるモノリシック材となっている。
【0009】一般に構造部材が破壊する場合、何等かの
物体が衝突する表面層、あるいは曲げモーメントが集中
する表面層を起点として破壊が発生している。繊維強化
複合セラミックスでは表面層が単なるモノリシック材で
ある。
物体が衝突する表面層、あるいは曲げモーメントが集中
する表面層を起点として破壊が発生している。繊維強化
複合セラミックスでは表面層が単なるモノリシック材で
ある。
【0010】このため、繊維強化複合セラミックスの表
面層においても何等かの物体が衝突する表面層、あるい
は曲げモーメントが集中すると、この表面層に容易に亀
裂が発生することになる。
面層においても何等かの物体が衝突する表面層、あるい
は曲げモーメントが集中すると、この表面層に容易に亀
裂が発生することになる。
【0011】従って、繊維強化複合セラミックスの表面
層を、繊維が存在する部分と同様に容易に亀裂が生じる
ことがないように強化することにより、繊維強化複合セ
ラミックスを全体として高い信頼性を持たせることがで
きる。
層を、繊維が存在する部分と同様に容易に亀裂が生じる
ことがないように強化することにより、繊維強化複合セ
ラミックスを全体として高い信頼性を持たせることがで
きる。
【0012】そして、発明者は、繊維強化複合セラミッ
クスの表面層を強化するためには、表面層の組織を改良
して組織の中にウィスカーや粒子を分散させることが最
も適切であること見出した。本発明はこのような知見に
基づいてなされたものである。
クスの表面層を強化するためには、表面層の組織を改良
して組織の中にウィスカーや粒子を分散させることが最
も適切であること見出した。本発明はこのような知見に
基づいてなされたものである。
【0013】本発明の繊維強化複合セラミックスは、母
材となるセラミックスに繊維を組合せた繊維強化複合セ
ラミックスにおいて、前記母材のセラミックスの表層部
にウィスカーおよび/または粒子が分散して存在してい
ることを特徴とする。本発明の繊維強化複合セラミック
スの基本的な形態を図1を参照して説明する。
材となるセラミックスに繊維を組合せた繊維強化複合セ
ラミックスにおいて、前記母材のセラミックスの表層部
にウィスカーおよび/または粒子が分散して存在してい
ることを特徴とする。本発明の繊維強化複合セラミック
スの基本的な形態を図1を参照して説明する。
【0014】図中1は母材となるセラミックス、2は母
材のセラミックス1の内部に並んで存在する多数の繊
維、3は母材のセラミックス1の表面層に分散して存在
するウィスカー、4は母材のセラミックス1の表面層に
分散して存在する粒子である。
材のセラミックス1の内部に並んで存在する多数の繊
維、3は母材のセラミックス1の表面層に分散して存在
するウィスカー、4は母材のセラミックス1の表面層に
分散して存在する粒子である。
【0015】ここでは、母材のセラミックス1の表面層
にウィスカー3と粒子4の両方が存在しているが、ウィ
スカー3または粒子4のみが存在している形態でも良
い。ウィスカー3と粒子4の両方が存在している場合に
は、いずれか一方のみの場合に比較してより表面層が強
化される効果が一層高い。
にウィスカー3と粒子4の両方が存在しているが、ウィ
スカー3または粒子4のみが存在している形態でも良
い。ウィスカー3と粒子4の両方が存在している場合に
は、いずれか一方のみの場合に比較してより表面層が強
化される効果が一層高い。
【0016】本発明の繊維強化複合セラミックスにおい
て、母材となるセラミックスは種々選択できる。例え
ば、Al2 O3 、ZrO2 などの酸化物系セラミック
ス、あるいはSi3 N4 、SiCなどの非酸化物系セラ
ミックスが挙げられる。
て、母材となるセラミックスは種々選択できる。例え
ば、Al2 O3 、ZrO2 などの酸化物系セラミック
ス、あるいはSi3 N4 、SiCなどの非酸化物系セラ
ミックスが挙げられる。
【0017】母材に組合せる繊維はセラミックスなどか
らなるもので、種々の材料を選択できる。例えば、Si
3 N4 、SiCなどの非酸化物系セラミックスやカーボ
ンなどが挙げられる。
らなるもので、種々の材料を選択できる。例えば、Si
3 N4 、SiCなどの非酸化物系セラミックスやカーボ
ンなどが挙げられる。
【0018】母材の表面層に分散されるウィスカーはセ
ラミックスなどからなるもので、種々の材料からなるも
のを選択できる。例えば、Al2 O3 などの酸化物系セ
ラミックス、あるいはSi3 N4 、SiCなどの非酸化
物系セラミックス、さらにカーボンが挙げられる。ウィ
スカーの直径の大きさは、50〜200μm 、好ましく
は70〜150μm である。
ラミックスなどからなるもので、種々の材料からなるも
のを選択できる。例えば、Al2 O3 などの酸化物系セ
ラミックス、あるいはSi3 N4 、SiCなどの非酸化
物系セラミックス、さらにカーボンが挙げられる。ウィ
スカーの直径の大きさは、50〜200μm 、好ましく
は70〜150μm である。
【0019】粒子はセラミックスの製造工程において焼
結後にそれ自身で存在するものでありる。粒子は、セラ
ミックスなどからなるもので、種々の材料からなるもの
を選択できる。
結後にそれ自身で存在するものでありる。粒子は、セラ
ミックスなどからなるもので、種々の材料からなるもの
を選択できる。
【0020】例えば、Al2 O3 などの酸化物系セラミ
ックス、あるいはSi3 N4 、SiCなどの非酸化物系
セラミックス、さらにカーボンが挙げられる。粒子はま
た、タングステン、モリブデンなどの高い融点をを有す
る金属で形成することも可能である。粒子の大きさは、
0.1〜100μm 、好ましくは1〜50μm である。
ックス、あるいはSi3 N4 、SiCなどの非酸化物系
セラミックス、さらにカーボンが挙げられる。粒子はま
た、タングステン、モリブデンなどの高い融点をを有す
る金属で形成することも可能である。粒子の大きさは、
0.1〜100μm 、好ましくは1〜50μm である。
【0021】ウィスカーおよび粒子は少くとも一方が母
材の表面層に分散される。母材の表面層に分散されるウ
ィスカーおよび粒子の分散密度は3〜50vol%であ
り、なかでも5〜20vol% が好ましい。ウィスカ
ーおよび粒子が分散される表面層の深さは1〜500μ
m である。
材の表面層に分散される。母材の表面層に分散されるウ
ィスカーおよび粒子の分散密度は3〜50vol%であ
り、なかでも5〜20vol% が好ましい。ウィスカ
ーおよび粒子が分散される表面層の深さは1〜500μ
m である。
【0022】本発明の繊維強化複合セラミックスを製造
するためには、ホットプレスを採用する方法、あるいは
CVI法を採用する方法、さらには繊維にプリカーサを
含浸させた後に焼結する方法などの方法が挙げられる。
するためには、ホットプレスを採用する方法、あるいは
CVI法を採用する方法、さらには繊維にプリカーサを
含浸させた後に焼結する方法などの方法が挙げられる。
【0023】本発明の繊維強化複合セラミックスは、母
材となるセラミックスが繊維によって強化されて高い靭
性を有していて大きな外力によっても破損することがな
い。また、母材となるセラミックスの表面層は、ウィス
カーおよび/または粒子によって強化されているため
に、物体が衝突するあるいは曲げモーメントが集中して
加わるなどのように外力が加わった場合でも、亀裂が生
じることがない。従って、本発明の繊維強化複合セラミ
ックスは全体として高い信頼性を有している。
材となるセラミックスが繊維によって強化されて高い靭
性を有していて大きな外力によっても破損することがな
い。また、母材となるセラミックスの表面層は、ウィス
カーおよび/または粒子によって強化されているため
に、物体が衝突するあるいは曲げモーメントが集中して
加わるなどのように外力が加わった場合でも、亀裂が生
じることがない。従って、本発明の繊維強化複合セラミ
ックスは全体として高い信頼性を有している。
【0024】
【実施例】Si3 N4 からなる母材のセラミックスにカ
ーボンからなる繊維を組合せて複合化する。次いで、母
材のセラミックスの表面層に表1に示す各種の材料から
なるウィスカーまたは粒子を分散して複合化して成形体
を成形した。
ーボンからなる繊維を組合せて複合化する。次いで、母
材のセラミックスの表面層に表1に示す各種の材料から
なるウィスカーまたは粒子を分散して複合化して成形体
を成形した。
【0025】得られた成形体を1800℃、400Kg
/cm2 の条件でホットプレス処理を行って焼結体を得
た。なお、焼結助剤はY2 O3 、Al2 O3 である。
/cm2 の条件でホットプレス処理を行って焼結体を得
た。なお、焼結助剤はY2 O3 、Al2 O3 である。
【0026】同様にして母材のセラミックスがSiN、
繊維がSiCからなる組合せ、母材のセラミックスがS
iC、繊維がカーボンからなる組合せ、母材のセラミッ
クスがSiC、繊維がSiCからなる組合せ、母材のセ
ラミックスがAl2 O3 、繊維がカーボンからなる組合
せ、母材のセラミックスがZrO2 、繊維がSiCから
なる組合せをなすとともに、表面層にウィスカーまたは
粒子を分散させた複数の本発明例の繊維強化複合セラミ
ックスを製造した。このようにして得た各本発明例の繊
維強化複合セラミックスに対して3点曲げ試験を行い曲
げ強度を測定した。この試験結果を表1および表2に示
す。
繊維がSiCからなる組合せ、母材のセラミックスがS
iC、繊維がカーボンからなる組合せ、母材のセラミッ
クスがSiC、繊維がSiCからなる組合せ、母材のセ
ラミックスがAl2 O3 、繊維がカーボンからなる組合
せ、母材のセラミックスがZrO2 、繊維がSiCから
なる組合せをなすとともに、表面層にウィスカーまたは
粒子を分散させた複数の本発明例の繊維強化複合セラミ
ックスを製造した。このようにして得た各本発明例の繊
維強化複合セラミックスに対して3点曲げ試験を行い曲
げ強度を測定した。この試験結果を表1および表2に示
す。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】また、比較例として本発明例の繊維強化複
合セラミックスと同様な母材のセラミックスの材質と繊
維の材質との組合せとし、表面層にウィスカーまたは粒
子を分散させる点を除いて本発明例と同じ条件で複数の
比較例の繊維強化複合セラミックスを製作した。得られ
た各比較例に対して3点曲げ試験法を行い最初にクラッ
クが導入された強度を測定した。この試験結果を表3に
示す。
合セラミックスと同様な母材のセラミックスの材質と繊
維の材質との組合せとし、表面層にウィスカーまたは粒
子を分散させる点を除いて本発明例と同じ条件で複数の
比較例の繊維強化複合セラミックスを製作した。得られ
た各比較例に対して3点曲げ試験法を行い最初にクラッ
クが導入された強度を測定した。この試験結果を表3に
示す。
【0030】
【表3】
【0031】この表1、表2および表3によれば各本発
明例は、各比較例に比べて母材となるセラミックスの表
面層が強化されて外部からの力により亀裂が生じにくい
ことが分かる。
明例は、各比較例に比べて母材となるセラミックスの表
面層が強化されて外部からの力により亀裂が生じにくい
ことが分かる。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、内
部が繊維によって高い靭性を有することに加えて、表面
層が強化されて容易に亀裂が生じることがなく全体とし
て高い信頼性を持った健全な焼結体からなる繊維強化複
合セラミックスを得ることができる。
部が繊維によって高い靭性を有することに加えて、表面
層が強化されて容易に亀裂が生じることがなく全体とし
て高い信頼性を持った健全な焼結体からなる繊維強化複
合セラミックスを得ることができる。
【図1】本発明の繊維強化複合セラミックスの一実施例
を示す断面図。
を示す断面図。
1…母材のセラミックス、2…繊維、3…ウィスカー、
4…粒子。
4…粒子。
Claims (1)
- 【請求項1】 母材となるセラミックスに繊維を組合せ
た繊維強化複合セラミックスにおいて、前記母材のセラ
ミックスの表面層にウィスカーおよび/または粒子が分
散して存在していることを特徴とする繊維強化複合セラ
ミックス。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP43A JPH06183847A (ja) | 1992-12-15 | 1992-12-15 | 繊維強化複合セラミックス |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP43A JPH06183847A (ja) | 1992-12-15 | 1992-12-15 | 繊維強化複合セラミックス |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06183847A true JPH06183847A (ja) | 1994-07-05 |
Family
ID=18276177
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP43A Pending JPH06183847A (ja) | 1992-12-15 | 1992-12-15 | 繊維強化複合セラミックス |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06183847A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0796929A1 (en) * | 1996-03-21 | 1997-09-24 | United Technologies Corporation | Abrasive Seal coatings |
-
1992
- 1992-12-15 JP JP43A patent/JPH06183847A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0796929A1 (en) * | 1996-03-21 | 1997-09-24 | United Technologies Corporation | Abrasive Seal coatings |
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