JPH0684267B2 - 繊維強化セラミツク複合体及びその製法 - Google Patents
繊維強化セラミツク複合体及びその製法Info
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- JPH0684267B2 JPH0684267B2 JP61143875A JP14387586A JPH0684267B2 JP H0684267 B2 JPH0684267 B2 JP H0684267B2 JP 61143875 A JP61143875 A JP 61143875A JP 14387586 A JP14387586 A JP 14387586A JP H0684267 B2 JPH0684267 B2 JP H0684267B2
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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複合体（FRC）及びその
製法に関するものである。
製法に関するものである。
（従来の技術） 耐熱性セラミックは、超高温下、超高圧下あるいは腐食
性環境下などの苛酷な条件下で使用されている。一般
に、耐熱性セラミックは機械的衝撃に弱く、高温になる
と機械的強度や耐食性が低下する欠点を有している。こ
れらの欠点を補うため、アルミナ、炭素などからなる連
続繊維もしくは炭化ケイ素などからなる短繊維やウイス
カとセラミックとを複合させた複合体が開発されてい
る。例えば、特開昭52−81309号公報には、有機ケイ素
高分子化合物から得られる炭化ケイ素繊維で補強された
耐熱性セラミック複合体の製法が記載されている。
性環境下などの苛酷な条件下で使用されている。一般
に、耐熱性セラミックは機械的衝撃に弱く、高温になる
と機械的強度や耐食性が低下する欠点を有している。こ
れらの欠点を補うため、アルミナ、炭素などからなる連
続繊維もしくは炭化ケイ素などからなる短繊維やウイス
カとセラミックとを複合させた複合体が開発されてい
る。例えば、特開昭52−81309号公報には、有機ケイ素
高分子化合物から得られる炭化ケイ素繊維で補強された
耐熱性セラミック複合体の製法が記載されている。
（発明が解決すようとする問題点） しかしながら、上記従来の方法では、強化用繊維がマト
リックスであるセラミック中に均一に分散しがたいた
め、得られる複合体は強度及び耐熱性が必ずしも充分で
はない。
リックスであるセラミック中に均一に分散しがたいた
め、得られる複合体は強度及び耐熱性が必ずしも充分で
はない。
本発明は上記従来技術における問題点を解決するための
ものであり、その目的とするところは、マトリックスと
なるセラミック中に連続繊維が均一に分散されたことに
より特性の向上したセラミック複合体、及びその製法を
提供することにある。
ものであり、その目的とするところは、マトリックスと
なるセラミック中に連続繊維が均一に分散されたことに
より特性の向上したセラミック複合体、及びその製法を
提供することにある。
（問題点を解決するための手段） すなわち本発明の繊維強化セラミック複合体は、炭化ケ
イ素，窒化ケイ素，アルミナ，シリカ，アルミナ−シリ
カ，ジルコニア，ベリリア，炭化ボロン，炭化チタン等
のセラミック、炭素、金属、金属間化合物等の耐熱性物
質より選択された少なくとも１種からなる連続繊維、又
は該繊維から作製された織物と該連続繊維の繊維間隙に
介在する炭化ケイ素，窒化ケイ素，アルミナ，シリカ，
アルミナ−シリカ，ジルコニア，ベリリア，炭化ボロ
ン，炭化チタン等のセラミック、炭素、金属、金属間化
合物等の耐熱性物質より選択された少なくとも１種から
なる短繊維、ウイスカ又は粉末とを、マトリックスであ
るセラミック中に均一に分散したことを特徴とする。
イ素，窒化ケイ素，アルミナ，シリカ，アルミナ−シリ
カ，ジルコニア，ベリリア，炭化ボロン，炭化チタン等
のセラミック、炭素、金属、金属間化合物等の耐熱性物
質より選択された少なくとも１種からなる連続繊維、又
は該繊維から作製された織物と該連続繊維の繊維間隙に
介在する炭化ケイ素，窒化ケイ素，アルミナ，シリカ，
アルミナ−シリカ，ジルコニア，ベリリア，炭化ボロ
ン，炭化チタン等のセラミック、炭素、金属、金属間化
合物等の耐熱性物質より選択された少なくとも１種から
なる短繊維、ウイスカ又は粉末とを、マトリックスであ
るセラミック中に均一に分散したことを特徴とする。
本発明の繊維強化セラミック複合体は、連続繊維、及び
該連続繊維の間に介在する耐熱性物質の短繊維、ウイス
カ又は粉末からなる強化用繊維でセラミックが強化され
ていることを特徴とする。
該連続繊維の間に介在する耐熱性物質の短繊維、ウイス
カ又は粉末からなる強化用繊維でセラミックが強化され
ていることを特徴とする。
本発明のセラミック複合体に使用する場合においては、
連続繊維をそのまま使用する方法すなわち、繊維そのも
のを単軸方向、多軸方向に配向させる方法、あるいは前
記繊維を平織、繻子織、模紗織、綾織、からみ織、らせ
ん織物、三次元織物等の各種織物にして使用する方法、
あるいはチョップドファイバーとして使用する方法等が
ある。
連続繊維をそのまま使用する方法すなわち、繊維そのも
のを単軸方向、多軸方向に配向させる方法、あるいは前
記繊維を平織、繻子織、模紗織、綾織、からみ織、らせ
ん織物、三次元織物等の各種織物にして使用する方法、
あるいはチョップドファイバーとして使用する方法等が
ある。
連続繊維の繊維間隙に介在させる短繊維、ウイスカ又は
粉末を構成する耐熱性物質としては、炭化ケイ素、窒化
ケイ素、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、ジルコ
ニア、ベリリア、炭化ボロン、炭化チタンのようなセラ
ミック、金属、金属間化合物が挙げられる。耐熱性物質
の短繊維、ウイスカ又は粉末の割合は、連続繊維に対し
て0.5〜500容量％であることが好ましい。
粉末を構成する耐熱性物質としては、炭化ケイ素、窒化
ケイ素、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、ジルコ
ニア、ベリリア、炭化ボロン、炭化チタンのようなセラ
ミック、金属、金属間化合物が挙げられる。耐熱性物質
の短繊維、ウイスカ又は粉末の割合は、連続繊維に対し
て0.5〜500容量％であることが好ましい。
本発明においてマトリックスとして用いるセラミックと
しては、炭化物セラミック、窒化物セラミック、酸化セ
ラミック、ガラスセラミック等が単独又は組合わせて使
用される。
しては、炭化物セラミック、窒化物セラミック、酸化セ
ラミック、ガラスセラミック等が単独又は組合わせて使
用される。
炭化物セラミックの例としては、炭化ケイ素、炭化チタ
ニウム、炭化ジルコニウム、炭化バナジウム、炭化ニオ
ブ、炭化タンタル、炭化ボロン、炭化クロム、炭化タン
グステン、炭化モリブデン、グラファイト等が挙げられ
る。
ニウム、炭化ジルコニウム、炭化バナジウム、炭化ニオ
ブ、炭化タンタル、炭化ボロン、炭化クロム、炭化タン
グステン、炭化モリブデン、グラファイト等が挙げられ
る。
窒化物セラミックの例としては、窒化ケイ素、窒化チタ
ン、窒化ジルコニウム、窒化バナジウム、窒化ニオブ、
窒化タンタル、窒化ボロン、窒化アルミニウム、窒化ハ
フニウム等が挙げられる。
ン、窒化ジルコニウム、窒化バナジウム、窒化ニオブ、
窒化タンタル、窒化ボロン、窒化アルミニウム、窒化ハ
フニウム等が挙げられる。
酸化物セラミックの例としては、アルミナ、シリカ、マ
グネシア、ムライト、コージライト等が挙げられる。
グネシア、ムライト、コージライト等が挙げられる。
ガラスセラミックの例としては、ホウケイ酸塩ガラス、
高シリカ含有ガラス、アルミノケイ酸塩ガラスが挙げら
れる。
高シリカ含有ガラス、アルミノケイ酸塩ガラスが挙げら
れる。
上記の他に、連続繊維、ウイスカ、粉末及び結合剤の１
種又は２種以上と同一の組成を有するセラミックも使用
することができる。
種又は２種以上と同一の組成を有するセラミックも使用
することができる。
本発明における連続繊維と、その間に介在する耐熱性物
質の短繊維、ウイスカ又は粉末とからなる強化用繊維
は、懸濁浸漬法により好適に製造することができる。
質の短繊維、ウイスカ又は粉末とからなる強化用繊維
は、懸濁浸漬法により好適に製造することができる。
懸濁浸漬法の一例としては、ボビン等に巻付けた連続繊
維又は適当数の連続繊維を束ねた繊維束を巻戻して、あ
るいは連続繊維の織物を、短繊維、ウイスカ又は粉末を
懸濁した液体中に浸漬し、連続繊維又は織物の繊維の各
々の表面に短繊維、ウイスカ又は粉末を付着させる方法
が挙げられる。
維又は適当数の連続繊維を束ねた繊維束を巻戻して、あ
るいは連続繊維の織物を、短繊維、ウイスカ又は粉末を
懸濁した液体中に浸漬し、連続繊維又は織物の繊維の各
々の表面に短繊維、ウイスカ又は粉末を付着させる方法
が挙げられる。
繊維数の多い連続繊維束又は織物を浸漬する場合には、
超音波により振動を与えて、短繊維、ウイスカ又は粉末
を各繊維に均一に付着させることが好ましい。超音波の
振動数は10〜2000KHz程度が便利である。
超音波により振動を与えて、短繊維、ウイスカ又は粉末
を各繊維に均一に付着させることが好ましい。超音波の
振動数は10〜2000KHz程度が便利である。
懸濁液は水でもよいが、有機溶剤、例えばエタノール、
メタノール、アセトンが好ましく使用される。懸濁液と
して上記有機溶媒を使用すると、無機繊維がサイジング
されている場合には、サイジング剤の溶解により短繊維
等の付着が容易となり、また揮発性が水に比較して高い
ので乾燥が早く、生産性が向上する利点がある。
メタノール、アセトンが好ましく使用される。懸濁液と
して上記有機溶媒を使用すると、無機繊維がサイジング
されている場合には、サイジング剤の溶解により短繊維
等の付着が容易となり、また揮発性が水に比較して高い
ので乾燥が早く、生産性が向上する利点がある。
懸濁液中の短繊維、ウイスカ又は粉末の濃度は特に制限
されないが、過度に小さいと連続繊維に均一に付着せ
ず、過度に多いと付着量が多くなりすぎるため、0.5〜3
0g/であることが好ましい。
されないが、過度に小さいと連続繊維に均一に付着せ
ず、過度に多いと付着量が多くなりすぎるため、0.5〜3
0g/であることが好ましい。
本発明において、複合体製造の際に必要により添加され
る結合剤としては、セラミック母材を高密度に焼結する
ための結合剤と、セラミック粉状母材と繊維の密着性を
高めるための結合剤とがある。前者としては、それぞれ
炭化物、窒化物、酸化物ガラスセラミックを焼結する際
に使用される結合剤が挙げられる。例えば、炭化ケイ素
の結合剤としてはホウ素、炭素、炭化ホウ素があり、窒
化ケイ素の結合剤としてはアルミナ、マグネシア、イッ
トリア、窒化アルミニウムがある。後者としては、ジフ
ェニルシロキサン、ジメチルシロキサン、ポリボロジフ
ェニルシロキサン、ポリボロジメチルシロキサン、ポリ
カルボシラン、ポリジメチルシラザン、ポリチタノカル
ボシラン、ポリジルコノカルボシラン等の有機ケイ素重
合体、及びジフェニルシランジール、ヘキサメチルジシ
ラザン等の有機ケイ素化合物が挙げられる。
る結合剤としては、セラミック母材を高密度に焼結する
ための結合剤と、セラミック粉状母材と繊維の密着性を
高めるための結合剤とがある。前者としては、それぞれ
炭化物、窒化物、酸化物ガラスセラミックを焼結する際
に使用される結合剤が挙げられる。例えば、炭化ケイ素
の結合剤としてはホウ素、炭素、炭化ホウ素があり、窒
化ケイ素の結合剤としてはアルミナ、マグネシア、イッ
トリア、窒化アルミニウムがある。後者としては、ジフ
ェニルシロキサン、ジメチルシロキサン、ポリボロジフ
ェニルシロキサン、ポリボロジメチルシロキサン、ポリ
カルボシラン、ポリジメチルシラザン、ポリチタノカル
ボシラン、ポリジルコノカルボシラン等の有機ケイ素重
合体、及びジフェニルシランジール、ヘキサメチルジシ
ラザン等の有機ケイ素化合物が挙げられる。
これらの結合剤の使用量は通常0.5〜20重量％である。
本発明の繊維強化セラミック複合体は、以下に示す方法
に従って製造することができる。
に従って製造することができる。
セラミック粉状母材と強化用繊維との集合体を得る方法
は種々あり、特にセラミック粉状母材又はセラミックと
結合剤よりなる混和体に繊維を埋没させる方法や、強化
用繊維と上記セラミック粉状母材又は上記混和体を交互
に配設する方法や、予め強化用繊維を設置しておき、そ
の間隙に上記セラミック粉状母材又は上記混和体を充填
する方法等によれば比較的容易に集合体を得ることがで
きる。次に、これらの集合体を焼結する方法としては、
ラバープレス、金型プレス等を用いて前記集合体を50〜
5000kg/cm2の圧力で加圧成形した後、加熱炉で800〜240
0℃の温度範囲で焼結する方法や、50〜5000kg/cm2の圧
力で加圧したままで800〜2400℃の温度範囲でホットプ
レス焼結する方法等がある。
は種々あり、特にセラミック粉状母材又はセラミックと
結合剤よりなる混和体に繊維を埋没させる方法や、強化
用繊維と上記セラミック粉状母材又は上記混和体を交互
に配設する方法や、予め強化用繊維を設置しておき、そ
の間隙に上記セラミック粉状母材又は上記混和体を充填
する方法等によれば比較的容易に集合体を得ることがで
きる。次に、これらの集合体を焼結する方法としては、
ラバープレス、金型プレス等を用いて前記集合体を50〜
5000kg/cm2の圧力で加圧成形した後、加熱炉で800〜240
0℃の温度範囲で焼結する方法や、50〜5000kg/cm2の圧
力で加圧したままで800〜2400℃の温度範囲でホットプ
レス焼結する方法等がある。
上記焼結は、真空中、あるいは窒素、アルゴン、一酸化
炭素、水素等から選ばれる不活性ガスからなる雰囲気下
に行うことができる。
炭素、水素等から選ばれる不活性ガスからなる雰囲気下
に行うことができる。
このようにして得られた繊維強化セラミック複合体は、
以下に述べる一連の処理を少なくとも１回以上施すこと
により、さらにより高密度な焼結体とすることができ
る。即ち、焼結体を減圧下で有機ケイ素化合物又は有機
ケイ素重合体の溶融液、又は必要により該化合物又は該
重合体を有機溶媒に溶解させた溶液に浸漬して、該溶融
液又は該溶液を焼結体の粒界及び気孔に含浸させ、前記
含浸機の焼結体を加熱する一連の処理により、より高密
度の焼結体を得ることができる。加熱処理は800〜2500
℃の温度範囲で、真空中あるいは窒素、アルゴン、一酸
化炭素、水素等から選ばれた不活性ガスからなる雰囲気
下に行われる。
以下に述べる一連の処理を少なくとも１回以上施すこと
により、さらにより高密度な焼結体とすることができ
る。即ち、焼結体を減圧下で有機ケイ素化合物又は有機
ケイ素重合体の溶融液、又は必要により該化合物又は該
重合体を有機溶媒に溶解させた溶液に浸漬して、該溶融
液又は該溶液を焼結体の粒界及び気孔に含浸させ、前記
含浸機の焼結体を加熱する一連の処理により、より高密
度の焼結体を得ることができる。加熱処理は800〜2500
℃の温度範囲で、真空中あるいは窒素、アルゴン、一酸
化炭素、水素等から選ばれた不活性ガスからなる雰囲気
下に行われる。
（実施例） 以下に実施例によって本発明を更に詳しく説明する。な
お、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
お、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
炭化ケイ素ウイスカ（平均直径0.2μ、平均長さ100μ）
5gをエタノール１の入った処理槽に投入した後、超音
波振動を与えて懸濁させ、懸濁液を調整した。
5gをエタノール１の入った処理槽に投入した後、超音
波振動を与えて懸濁させ、懸濁液を調整した。
炭化ケイ素繊維の繊維束（500本糸）をボビンから巻戻
し、浸漬時間が約15秒となるように可動ロールによって
調節し、上記懸濁液中に浸漬し、ついで加圧ロールによ
り押圧した後、ボビンに巻取り、室温、大気中で乾燥し
た。無機繊維束10m当たりウイスカが0.02g付着してい
た。
し、浸漬時間が約15秒となるように可動ロールによって
調節し、上記懸濁液中に浸漬し、ついで加圧ロールによ
り押圧した後、ボビンに巻取り、室温、大気中で乾燥し
た。無機繊維束10m当たりウイスカが0.02g付着してい
た。
この処理した繊維束を一軸方向に揃えたシート状物と、
炭化ホウ素３重量％及びポリチタノカルボシラン10重量
％とが混合されたβ−炭化ケイ素粉末（平均粒径:0.2
μ）とを交互に積層させ、金型プレスを用い、500kg/cm
2でプレス成形した。この成形体をアルゴン雰囲気下で2
00℃／分の昇温速度で1550℃にまで加熱して、強化され
た炭化ケイ素複合焼結体を得た。
炭化ホウ素３重量％及びポリチタノカルボシラン10重量
％とが混合されたβ−炭化ケイ素粉末（平均粒径:0.2
μ）とを交互に積層させ、金型プレスを用い、500kg/cm
2でプレス成形した。この成形体をアルゴン雰囲気下で2
00℃／分の昇温速度で1550℃にまで加熱して、強化され
た炭化ケイ素複合焼結体を得た。
この複合焼結体の繊維含量は40重量％であった。複合体
の断面を走査型電子顕微鏡で調べたところ、マトリック
スである炭化ケイ素中に強化用繊維が互いに接すること
なく分散していることが認められた。複合体に室温抗折
強度は65kg/mm2であり、1400℃における抗折強度は42kg
/mm2であった。
の断面を走査型電子顕微鏡で調べたところ、マトリック
スである炭化ケイ素中に強化用繊維が互いに接すること
なく分散していることが認められた。複合体に室温抗折
強度は65kg/mm2であり、1400℃における抗折強度は42kg
/mm2であった。
なお、炭化ケイ素ウイスカを付着させなかった以外は上
記と同様にして得られた複合体の室温抗折強度は40kg/m
m2であった。
記と同様にして得られた複合体の室温抗折強度は40kg/m
m2であった。
（発明の効果） 本発明の複合体は、連続繊維、耐熱性物質の短繊維ウイ
スカ又は粉末、及びマトリックスとなるセラミックの種
々の組合せが可能であり、広い範囲にわたる要求特性を
満たすことができる。又、複合体中に繊維が均一に分散
し、かつ複合体中での連続繊維同志の接触が極めて少な
いので、連続繊維の繊維軸に直角方向の強度が著しく改
善される。
スカ又は粉末、及びマトリックスとなるセラミックの種
々の組合せが可能であり、広い範囲にわたる要求特性を
満たすことができる。又、複合体中に繊維が均一に分散
し、かつ複合体中での連続繊維同志の接触が極めて少な
いので、連続繊維の繊維軸に直角方向の強度が著しく改
善される。
更に本発明の製法は前記の優れた特性を有する複合体を
容易に得ることができるので実用上優れた方法である。
容易に得ることができるので実用上優れた方法である。
フロントページの続き (72)発明者 山村 武民 山口県宇部市大字小串1978番地の５ 宇部 興産株式会社宇部研究所内 (72)発明者 石川 敏弘 山口県宇部市大字小串1978番地の５ 宇部 興産株式会社宇部研究所内 (72)発明者 渋谷 昌樹 山口県宇部市大字小串1978番地の５ 宇部 興産株式会社宇部研究所内 (56)参考文献 特公 昭39−24459（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (4)
- 【請求項１】炭化ケイ素，窒化ケイ素，アルミナ，シリ
カ，アルミナ−シリカ，ジルコニア，ベリリア，炭化ボ
ロン，炭化チタン等のセラミック、炭素、金属、金属間
化合物等の耐熱性物質より選択された少なくとも１種か
らなる連続繊維、又は該繊維から作製された織物と、 該連続繊維の繊維間隙に介在する炭化ケイ素，窒化ケイ
素，アルミナ，シリカ，アルミナ−シリカ，ジルコニ
ア，ベリリア，炭化ボロン，炭化チタン等のセラミッ
ク、炭素、金属、金属間化合物等の耐熱性物質より選択
された少なくとも１種からなる短繊維、ウイスカ又は粉
末とを、 マトリックスであるセラミック中に均一に分散したこと
を特徴とする繊維強化セラミック複合体。 - 【請求項２】連続繊維に対する耐熱性物質の短繊維、ウ
イスカ又は粉末の体積率が0.5〜500％であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の繊維強化セラミック
複合体。 - 【請求項３】連続繊維の配合割合が、複合体に対して10
〜70容量％であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の繊維強化セラミック複合体。 - 【請求項４】炭化ケイ素，窒化ケイ素，アルミナ，シリ
カ，アルミナ−シリカ，ジルコニア，ベリリア，炭化ボ
ロン，炭化チタン等のセラミック、炭素、金属、金属間
化合物等の耐熱性物質より選択された少なくとも１種か
らなる連続繊維と、 該連続繊維の繊維間隙に介在する炭化ケイ素，窒化ケイ
素，アルミナ，シリカ，アルミナ−シリカ，ジルコニ
ア，ベリリア，炭化ボロン，炭化チタン等のセラミッ
ク、炭素、金属、金属間化合物等の耐熱性物質より選択
された少なくとも１種からなる短繊維、ウイスカ又は粉
末とからなる強化用繊維、又は該繊維から作製された織
物とを、セラミック粉末に埋設して、しかる後焼成する
ことを特徴とする繊維強化セラミック複合体の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61143875A JPH0684267B2 (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | 繊維強化セラミツク複合体及びその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61143875A JPH0684267B2 (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | 繊維強化セラミツク複合体及びその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS632864A JPS632864A (ja) | 1988-01-07 |
| JPH0684267B2 true JPH0684267B2 (ja) | 1994-10-26 |
Family
ID=15349036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61143875A Expired - Lifetime JPH0684267B2 (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | 繊維強化セラミツク複合体及びその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0684267B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5737271B2 (ja) | 2012-11-08 | 2015-06-17 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料ポンプの遮熱構造 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5850196A (ja) * | 1981-09-18 | 1983-03-24 | Service Res:Kk | 脱水方法 |
| JPS5895647A (ja) * | 1981-11-30 | 1983-06-07 | トヨタ自動車株式会社 | 窒化ケイ素／窒化ホウ素複合材の製造方法 |
| JPS5930778A (ja) * | 1982-08-09 | 1984-02-18 | 日本特殊陶業株式会社 | 繊維強化ＳｉＣ焼結体の製造法 |
| JPS62299568A (ja) * | 1986-06-17 | 1987-12-26 | 宇部興産株式会社 | 複合材用無機繊維 |
-
1986
- 1986-06-19 JP JP61143875A patent/JPH0684267B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS632864A (ja) | 1988-01-07 |
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