JPH07102994B2 - Method for producing fiber-reinforced ceramics - Google Patents

Method for producing fiber-reinforced ceramics

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JPH07102994B2
JPH07102994B2 JP62246805A JP24680587A JPH07102994B2 JP H07102994 B2 JPH07102994 B2 JP H07102994B2 JP 62246805 A JP62246805 A JP 62246805A JP 24680587 A JP24680587 A JP 24680587A JP H07102994 B2 JPH07102994 B2 JP H07102994B2
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ceramics
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fiber
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正 佐々
薫 宮原
新 古賀
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石川島播磨重工業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は高温,腐食性,摩耗性等の環境で使用される
機械構造部品等を強度および靭性の高い繊維強化セラミ
ックスで製造する方法の改良に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention is an improvement in a method for producing a mechanical structural component or the like used in an environment of high temperature, corrosiveness, wear resistance, etc., using fiber-reinforced ceramics having high strength and toughness It is about.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

エネルギ,素材,輸送などの分野で使用されるガスター
ビン部品,ディーゼルエンジン部品,過給機部品,熱交
換器部品など高温,腐食性,摩耗性等の環境で強度と靭
性が必要とされるものの新材料としてセラミックスの採
用が考えられて、研究開発が進められている。
Gas turbine parts, diesel engine parts, turbocharger parts, heat exchanger parts used in the fields of energy, materials, transportation, etc. that require strength and toughness in environments with high temperatures, corrosiveness, wear, etc. The use of ceramics as a new material is considered, and research and development is underway.

このような機械構造部品の材料として存在する従来のセ
ラミックスは靭性が低いという欠点があり、靭性強化の
最も有望な方法として繊維強化法、特に短繊維による強
化法が研究されている。
Conventional ceramics existing as materials for such mechanical structural parts have a drawback that they have low toughness, and as a most promising method for strengthening toughness, a fiber reinforced method, particularly a reinforced method using short fibers, has been studied.

現在行なわれている短繊維強化セラミックス(による機
械構造部品等)の製造方法は、マトリックスとなるセラ
ミックス粉とセラミックス短繊維とを混合し、これを成
形した後、マトリックスを焼結などにより緻密化させる
ようにしている。
The method for producing short fiber reinforced ceramics (mechanical structural parts, etc.) that is currently performed is to mix ceramic powder serving as a matrix and ceramic short fibers, form the mixture, and then densify the matrix by sintering or the like. I am trying.

このような従来法ではセラミックス粉とセラミックス短
繊維との混合の際、水や有機溶剤のような液体または、
炭化水素系ワックスや樹脂の溶融物の液体を分散剤とし
て用い、さらに、この液体の流動性を利用して成形を行
なうことで品質の良い成形品を得ることができることが
知られている。
In such a conventional method, when the ceramic powder and the ceramic short fibers are mixed, a liquid such as water or an organic solvent, or
It is known that a molded product of good quality can be obtained by using a liquid of a hydrocarbon wax or a resin melt as a dispersant and performing molding by utilizing the fluidity of this liquid.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

ところが、従来法の混合および成形向上のため使用する
分散剤として水,有機溶剤,溶融ワックス,溶融炭化水
素系樹脂を用いると、これらの分散剤は、いずれも最終
的には蒸発または焼却によって除去されることとなり、
成形体の粉体と短繊維との間に多量の空隙が残ってしま
う。
However, when water, an organic solvent, a molten wax, or a molten hydrocarbon resin is used as a dispersant used for improving mixing and molding in the conventional method, all of these dispersants are finally removed by evaporation or incineration. Will be done,
A large amount of voids remain between the powder of the molded product and the short fibers.

この空隙が多い程、次工程での緻密化が困難となるとと
もに、無理に緻密化を行なうと、短繊維が損傷を受け
て、最終的な製品(繊維強化セラミックス)の繊維強化
法による特性向上が不十分になってしまうという問題が
ある。
The more voids there are, the more difficult it becomes to densify in the next step, and if the densification is forcibly done, the short fibers will be damaged, and the properties of the final product (fiber reinforced ceramics) will be improved by the fiber reinforced method. There is a problem that is insufficient.

この発明はかかる従来技術の問題点に鑑みてなされたも
ので、混合および成形性の向上のため分散剤を使用して
も多量の空隙が生じることなく、強度および靭性の優れ
た製品を製造することができる繊維強化セラミックスの
製造方法を提供しようとするものである。
The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and produces a product having excellent strength and toughness without causing a large amount of voids even if a dispersant is used for improving mixing and moldability. An object of the present invention is to provide a method for producing a fiber-reinforced ceramic that can be used.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記問題点を解決するためこの発明の繊維強化セラミッ
クスの製造方法は、セラミックス短繊維,セラミックス
粉および液状高分子セラミックス前駆体を混合したの
ち、成形して成形体を得、この成形体を加熱してセラミ
ックス前駆体をセラミックスに転化させ、こののち成形
体を緻密化するようにしたことを特徴とするものであ
る。
In order to solve the above-mentioned problems, the method for producing a fiber-reinforced ceramics of the present invention comprises: mixing a ceramic short fiber, a ceramic powder and a liquid polymer ceramics precursor, molding the mixture to obtain a molded body, and heating the molded body. It is characterized in that the ceramic precursor is converted into ceramics, and then the compact is densified.

すなわち、セラミックス粉とセラミックス短繊維とを分
散させ、成形性を向上するための分散液に相当するもの
として、液状高分子のセラミックス前駆体を用いるよう
にし、これによって、成形後、セラミックス粉とセラミ
ックス短繊維の間隙の分散液体をセラミックスに転化さ
せて空隙率を小さくし、その後の工程の緻密化を容易と
し、強度と靭性の優れた繊維強化セラミックス(製品)
を得るようにしている。
That is, a ceramic precursor of a liquid polymer is used as a dispersion liquid for dispersing the ceramic powder and the ceramic short fibers to improve the moldability, whereby the ceramic powder and the ceramic powder after molding are used. Fiber-reinforced ceramics (product) that excels in strength and toughness by converting the liquid dispersed in the gaps of short fibers into ceramics to reduce the porosity and facilitates subsequent densification.
Trying to get.

以下、この発明の繊維強化セラミックスの製造方法の一
具体例を第1図に示す工程図によって説明する。
A specific example of the method for producing fiber-reinforced ceramics of the present invention will be described below with reference to the process chart shown in FIG.

(1)セラミックス短繊維とセラミックス粉の混合工程 この繊維強化セラミックスの製造方法の第1工程は、セ
ラミックス短繊維1とセラミックス粉2と液状高分子セ
ラミックス前駆体3とを混合するものである。
(1) Mixing Step of Ceramic Short Fibers and Ceramics Powder The first step of the method for producing the fiber-reinforced ceramics is to mix the ceramic short fibers 1, the ceramic powders 2, and the liquid polymer ceramic precursor 3.

このセラミックス粉2は、繊維強化セラミックスのマト
リックスを主として構成するものであり、最終製品とし
ての強度および靭性等の特性を満足するようにするため
には、炭化けい素,窒化けい素,アルミナ,ムライト,
ジルコニアまたはそのいずれかを70%以上含むものを使
用する。
This ceramic powder 2 mainly constitutes a matrix of fiber reinforced ceramics, and in order to satisfy properties such as strength and toughness as a final product, silicon carbide, silicon nitride, alumina, mullite are required. ,
Use zirconia or one containing at least 70%.

また、これらのセラミックス粉2に対し焼結促進剤を添
加するようにしても良く、例えば炭化けい素に対してほ
う素,アルミニウム,炭素等を添加したり、窒化けい素
に対してアルミナ,イットリア,セリア,窒化アルミニ
ウム等を添加するようにして焼結の促進をはかる。
Further, a sintering accelerator may be added to these ceramic powders 2, for example, boron, aluminum, or carbon is added to silicon carbide, or alumina or yttria is added to silicon nitride. , Seria, aluminum nitride, etc. are added to promote sintering.

さらに、炭化けい素は、例えば窒化アルミニウムとの間
に、(SiC)1-x(AlN)(X=0〜1)なる組成の固
溶体を、窒化けい素は、例えばアルミナおよび窒化アル
ミニウムとの間に、(Si3N41-x(Al2O3・AlN)x,(x
=0〜0.67)なる組成の固溶体を、ジルコニアは、イッ
トリア,マグネシア,セリアなどとの間に固溶体をそれ
ぞれつくり、それらによって機械的性質や熱的性質,耐
食性などを変化させることができることが知られてお
り、このような炭化けい素,窒化けい素あるいはジルコ
ニアなどを主成分とする固溶体組成のセラミックス粉を
セラミックス粉2として使用しても良い。
Further, silicon carbide is formed of, for example, aluminum nitride and a solid solution having a composition of (SiC) 1-x (AlN) x (X = 0 to 1), and silicon nitride is formed of, for example, alumina and aluminum nitride. In the meantime, (Si 3 N 4 ) 1-x (Al 2 O 3 · AlN) x , (x
= 0 to 0.67), zirconia is known to form a solid solution with yttria, magnesia, ceria, etc., which can change mechanical properties, thermal properties, corrosion resistance, etc. Therefore, a ceramic powder having a solid solution composition containing silicon carbide, silicon nitride, zirconia, or the like as a main component may be used as the ceramic powder 2.

また、炭化けい素に対して炭化チタン,窒化けい素また
はアルミナに対してジルコニアや炭化けい素など他のセ
ラミックス粉を分散することで、同様に機械的性質を向
上することができる場合があることが知られており、こ
のような炭化けい素,窒化けい素,アルミナなどを主成
分として他の分散強化用セラミックス粉を添加したもの
をセラミックス粉2として用いても良い。
Also, mechanical properties may be similarly improved by dispersing other ceramic powder such as titanium carbide in silicon carbide, silicon nitride or alumina in zirconia or silicon carbide. However, it is also possible to use, as the ceramic powder 2, a material containing silicon carbide, silicon nitride, alumina, etc. as a main component and other ceramic powder for dispersion strengthening added thereto.

次に、セラミックス短繊維1は、マトリックスとなる上
記セラミックス粉2と類似のセラミックスからなる短繊
維を用いることが、強度上および熱的化学的安定性の点
から望ましい。
Next, as the ceramic short fibers 1, it is desirable to use short fibers made of a ceramic similar to the ceramic powder 2 serving as a matrix in terms of strength and thermochemical stability.

また、セラミックス短繊維1は、マトリックスと同等ま
たはそれ以上の高い弾性率を有し、応力が負荷された時
に、できるだけマトリックスへの負荷を低減させること
が望ましい。
Further, the ceramic short fibers 1 have a high elastic modulus equal to or higher than that of the matrix, and it is desirable to reduce the load on the matrix as much as possible when stress is applied.

さらに、セラミックス短繊維1は、後工程である焼結で
の加熱に対して十分安定である必要がある。
Furthermore, the ceramic short fibers 1 need to be sufficiently stable against heating in the sintering which is a post-process.

そこで、これらの条件を満足するセラミックス短繊維1
としては、炭化けい素を主成分とするマトリックスに対
しては、炭化けい素または炭素の短繊維を、窒化けい素
を主成分とするマトリックスに対しては炭化けい素また
は窒化けい素の短繊維を、アルミナ,ムライトまたはジ
ルコニアを主成分とするマトリックスに対しては炭化け
い素,窒化けい素またはアルミナの短繊維をそれぞれ使
用することができる。
Therefore, a ceramic short fiber 1 that satisfies these conditions
As for the matrix containing silicon carbide as the main component, silicon carbide or carbon short fiber is used, and for the matrix containing silicon nitride as the main component, silicon carbide or silicon nitride short fiber is used. For the matrix containing alumina, mullite or zirconia as the main component, short fibers of silicon carbide, silicon nitride or alumina can be used, respectively.

このようなセラミックス短繊維1としては、適度な径と
長さを有するウイスカー(単結晶からなるひげ状結晶)
を利用することが最も望ましいが、これに限らず、強度
と熱的安定性の要求が満足されるものであれば、多結晶
から成る短繊維を用いたり、あるいは多結晶から成る長
繊維を適度な長さに切断して短繊維としたものを用いる
ことも可能である。
As such a ceramic short fiber 1, whiskers (whisker-shaped crystals made of a single crystal) having an appropriate diameter and length are used.
However, it is not limited to this, but if the requirements for strength and thermal stability are satisfied, short fibers made of polycrystalline or long fibers made of polycrystalline are suitable. It is also possible to use short fibers cut into various lengths.

次に、この発明で最も重要な混合物である液状高分子の
セラミックス前駆体3について説明する。
Next, the liquid polymer ceramics precursor 3, which is the most important mixture in the present invention, will be described.

この液状高分子のセラミックス前駆体3は、加熱するこ
とにより熱分解または反応を起こしてセラミックスに転
化し得る物質の中で液状で高分子のものである。
The ceramic precursor 3 of the liquid polymer is a liquid and polymeric substance among substances that can be thermally decomposed or reacted to be converted into ceramics by heating.

このような液状高分子セラミックス前駆体3としては、
炭化けい素に転化させ得るものとして、ポリカーボシラ
ン,ポリシラン,ポリシロキサンと炭化水素系高分子の
混合物などがあり、非酸化性雰囲気で加熱することによ
り炭化けい素に転化する。
As such a liquid polymer ceramics precursor 3,
Examples of substances that can be converted into silicon carbide include polycarbosilane, polysilane, and a mixture of a polysiloxane and a hydrocarbon-based polymer, which are converted into silicon carbide by heating in a non-oxidizing atmosphere.

また、窒化けい素に転化させ得る液状高分子セラミック
ス前駆体3としては、ポリシラザン,ポリシラン,ポリ
シロキサンと炭化水素系高分子の混合物などがあり、窒
素やアンモニア雰囲気での加熱により窒化けい素に転化
する。
The liquid polymer ceramics precursor 3 that can be converted into silicon nitride includes polysilazane, polysilane, a mixture of polysiloxane and a hydrocarbon polymer, etc., which can be converted into silicon nitride by heating in a nitrogen or ammonia atmosphere. To do.

さらに、アルミナに転化し得るものとしては、ポリアル
ミノキサンなどが、シリカに転化し得るものとしては、
ポリシロキサンなどが、ムライトに転化させ得るものと
しては、ポリアルミノキサンとポリシロキサンの混合物
などがある。
Further, as those that can be converted to alumina, polyaluminoxane and the like can be converted to silica,
A mixture of polyaluminoxane and polysiloxane is one that polysiloxane or the like can be converted to mullite.

このような液状高分子セラミックス前駆体3は、一般
に、重合度が進むと非常に粘性が高くなり、流動性を失
ってセラミックス粉2およびセラミックス短繊維1と均
一に混合することが非常に困難になり、その後の成形も
困難になってしまう。
Such a liquid polymer ceramics precursor 3 generally has a very high viscosity as the degree of polymerization progresses and loses fluidity, making it very difficult to uniformly mix it with the ceramic powder 2 and the ceramic short fibers 1. And subsequent molding becomes difficult.

このため液状高分子セラミックス前駆体3としては、セ
ラミックス粉2およびセラミックス短繊維1との混合の
温度および成形の温度において、少なくとも10,000pois
e以下の粘性、望ましくは、1,000poise以下の粘性を有
する液状であるものを使用する。
Therefore, the liquid polymer ceramics precursor 3 should be at least 10,000 pois at the mixing temperature of the ceramic powder 2 and the ceramic short fibers 1 and the molding temperature.
Use a liquid having a viscosity of e or less, preferably 1,000 poise or less.

このような低い粘性範囲とするためには、液状高分子セ
ラミックス前駆体3自体の重合度を低い範囲とするか、
あるいは液状高分子セラミックス前駆体3と相溶性を有
する低分子量化合物を可塑剤として添加するようにす
る。
In order to obtain such a low viscosity range, the degree of polymerization of the liquid polymer ceramic precursor 3 itself is set to a low range,
Alternatively, a low molecular weight compound having compatibility with the liquid polymer ceramics precursor 3 is added as a plasticizer.

この可塑剤としては、液状高分子セラミックス前駆体3
と同様の組成の低分子量液体を用いても良く、フタール
酸類やフラン類などの通常の炭化水素系液体を用いても
良い。
As the plasticizer, a liquid polymer ceramic precursor 3
A low-molecular-weight liquid having the same composition as the above may be used, or a normal hydrocarbon liquid such as phthalic acids and furans may be used.

なお、粘性を下げる方法としては、温度を上げることも
有効であるが、この加熱温度の範囲は、液状高分子セラ
ミックス前駆体3の分解がほとんど起こらない範囲とす
る必要がある。
It should be noted that raising the temperature is also effective as a method for lowering the viscosity, but this heating temperature range needs to be set to a range in which the liquid polymer ceramic precursor 3 is hardly decomposed.

また、このような液状高分子セラミックス前駆体3の中
にセラミックス粉2およびセラミックス短繊維1を混合
し、できる限り均一に分散させるためには、シランカッ
プリング剤,ステアリン酸等、液体とセラミックス表面
の湿潤性を改善し、分散性を向上させる物質の添加が望
ましい。
Further, in order to mix the ceramic powder 2 and the ceramic short fibers 1 into the liquid polymer ceramic precursor 3 and to disperse them as uniformly as possible, a liquid such as a silane coupling agent, stearic acid and the surface of the ceramic should be used. It is desirable to add a substance that improves the wettability and the dispersibility.

また、混合に当っては、加圧ニーダー等を用いて高い剪
断応力を負荷しつつ混練を行ないセラミックス粉2やセ
ラミックス短繊維1の凝集等を十分解砕させ、均一な分
散を行なわせることが望ましい。
In addition, upon mixing, kneading is performed while applying a high shear stress using a pressure kneader or the like to sufficiently disintegrate the agglomeration of the ceramic powder 2 and the ceramic short fibers 1 and to perform uniform dispersion. desirable.

(2)混合物の成形工程 第2工程では、第1工程で調合されたセラミックス短繊
維1,セラミックス粉2および液状高分子セラミックス前
駆体3の混合物を、液状高分子セラミックス前駆体3が
十分低い粘性を示し、かつその分解が起こらない温度に
おいて、加圧下で成形を行なう。
(2) Molding step of mixture In the second step, the mixture of the ceramic short fibers 1, the ceramic powder 2 and the liquid polymer ceramic precursor 3 prepared in the first step is mixed with the liquid polymer ceramic precursor 3 having a sufficiently low viscosity. And molding under pressure at a temperature at which decomposition does not occur.

この成形法としては、管などの断面形状が一定の部品に
成形する場合は、押し出し成形法が適しており、3次元
形状の部品に成形する場合は、トランスファー成形法や
射出成形法などが適している。
As this molding method, the extrusion molding method is suitable for molding into a part having a constant cross-sectional shape such as a pipe, and the transfer molding method or the injection molding method is suitable for molding into a three-dimensional shape part. ing.

(3)成形体の加熱工程 第3公定では、所望の形状に成形された成形体を適度な
雰囲気中にて必要な温度まで加熱し、成形体中の液状高
分子セラミックス前駆体3をセラミックス4へ転化させ
る。
(3) Step of heating molded body In the third official determination, the molded body molded into a desired shape is heated to a required temperature in an appropriate atmosphere, and the liquid polymer ceramic precursor 3 in the molded body is heated to the ceramic 4 Convert to.

このため必要とされる条件は、例えば、液状高分子セラ
ミックス前駆体3としてポリカーボシランを使用した場
合には、高純度アルゴン雰囲気中で1200℃以上に加熱す
れば良く、加熱によって成形体に割れや変形等が発生し
ないよう昇温速度を十分制御する。
For this reason, for example, when polycarbosilane is used as the liquid polymer ceramics precursor 3, it may be heated to 1200 ° C. or higher in a high-purity argon atmosphere. Sufficiently control the rate of temperature rise so that deformation or the like does not occur.

こうして加熱することにより、液状高分子セラミックス
前駆体3をセラミックス4に転化すると、体積が収縮
し、成形体中に空隙5が生成されることになるが、この
成形体の空隙率は従来の成形法による場合より格段に低
い値である。
When the liquid polymer ceramics precursor 3 is converted to the ceramics 4 by heating in this way, the volume is contracted and the voids 5 are generated in the molded body. It is a much lower value than that by the law.

なお、使用する液状高分子セラミックス前駆体3の分子
量が低すぎる場合には、蒸発や熱分解によって失われる
重量の割合が大きくなって空隙率の増大を招いてしまう
ことから、ある程度高い重合度を有し、粘性が1poise以
上であるものを使用することが望ましい。
If the molecular weight of the liquid polymer ceramics precursor 3 to be used is too low, the proportion of the weight lost due to evaporation or thermal decomposition increases, which leads to an increase in porosity. It is desirable to use one that has a viscosity of 1 poise or more.

(4)成形体の緻密化工程 最終工程であるこの工程は、加熱により成形体中に生成
された空隙5を除去し、セラミックス粉2および液状高
分子セラミックス前駆体3から転化したセラミックス4
からなるマトリックスを緻密化することで、所望の製品
である繊維強化セラミックス6を完成するものである。
(4) Densification Step of Formed Body This step, which is the final step, removes voids 5 generated in the formed body by heating, and ceramics 4 converted from ceramic powder 2 and liquid polymer ceramics precursor 3
By densifying the matrix made of, the fiber-reinforced ceramics 6 which is a desired product is completed.

この緻密化のためには、マトリックスを加圧焼結等によ
り、焼結収縮させて緻密化させるようにしたり、より望
ましくは、成形段階で用いた液状高分子セラミックス前
駆体3を再びこの空隙5に含浸させ、加熱によるセラミ
ックス4への転化を繰り返して緻密化をはかる。そし
て、必要であれば、さらにこの後、熱間等方圧プレスに
よる緻密化処理を加えて、残留する空孔を完全に除去す
る。
For this densification, the matrix is sinter-shrunk by pressure sintering or the like so as to be densified, and more desirably, the liquid polymer ceramic precursor 3 used in the molding step is again provided with the voids 5. And densification by repeating the conversion into ceramics 4 by heating. Then, if necessary, after this, a densification treatment by hot isostatic pressing is further applied to completely remove the remaining pores.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上、具体的に説明したようにこの発明の繊維強化セラ
ミックスの製造方法によれば、次のような効果が得られ
た。
As described above, according to the method for producing a fiber-reinforced ceramics of the present invention, the following effects are obtained.

液状高分子のセラミックス前駆体を用いて、その中
にセラミックス短繊維およびセラミックス粉を混合する
ようにしたので、分散および混合が均一にできる。
Since the ceramic precursor of liquid polymer is used and the ceramic short fibers and the ceramic powder are mixed therein, the dispersion and the mixing can be made uniform.

液状高分子セラミックス前駆体により、セラミック
ス短繊維とセラミックス粉の混合物の流動性が向上する
ので、成形に際し、押出成形,トランスファー成形,射
出成形などの成形法を採用することができ、複雑で精密
な形状への成形が可能となるとともに、効率良く成形す
ることもできる。
Since the liquid polymer ceramics precursor improves the fluidity of the mixture of ceramics short fibers and ceramics powder, molding methods such as extrusion molding, transfer molding, and injection molding can be adopted for molding, which is complicated and precise. It becomes possible to form the shape and also to form it efficiently.

分散および成形性向上のため混合された液状高分子
セラミックス前駆体を加熱によってセラミックスに転化
することができるので、セラミックス短繊維とセラミッ
クス粉からなる成形体の間隙にも転化されたセラミック
スが配置され、従来の製造方法に比べ、緻密で特性の優
れた繊維強化セラミックスを得ることができる。
Since the mixed liquid polymer ceramics precursor for improving dispersion and moldability can be converted into ceramics by heating, the converted ceramics are arranged also in the gap between the compacts made of ceramic short fibers and ceramic powder, It is possible to obtain a fiber-reinforced ceramic that is dense and has excellent characteristics as compared with the conventional manufacturing method.

以下、実施例により本発明の特徴をさらに詳しく説明す
る。
Hereinafter, the features of the present invention will be described in more detail with reference to examples.

〔実施例 1〕 炭素繊維上に炭化けい素をCVDによりコーティングし、
さらにその上に炭素をコーティングした径約100μmの
長繊維を長さ約3mmに切断したものをセラミックス短繊
維として用いる。
Example 1 A carbon fiber was coated with silicon carbide by CVD,
Further, a long fiber having a diameter of about 100 μm coated with carbon and cut into a length of about 3 mm is used as a ceramic short fiber.

このセラミックス短繊維に対してほう素を0.5重量%含
む平均粒径0.7μmの炭化けい素粉をセラミックス粉と
して用いる。
Silicon carbide powder containing 0.5% by weight of boron and having an average particle size of 0.7 μm is used as the ceramic powder.

これらのセラミックス短繊維とセラミックス粉の混合比
を40:60とした混合物に、さらに液状高分子の炭化けい
素系セラミックス前駆体として、150℃での粘性が約100
0poiseであるポリシラスチレンを17重量%加え、これら
に可塑剤としてジブチルフタレートを2重量%を加えた
のち、アルゴンを封入した混練機で150℃として混練を
行なった。
A mixture of these ceramic short fibers and ceramic powder with a mixing ratio of 40:60 was further added, and as a liquid polymer silicon carbide based ceramics precursor, the viscosity at 150 ° C was about 100.
After adding 17% by weight of polysilastyrene, which is 0 poise, and 2% by weight of dibutyl phthalate as a plasticizer, the mixture was kneaded at 150 ° C. in a kneading machine filled with argon.

この混練物を押出成形機を用いて外径40mm,内厚3mmの熱
交換器用円管形状に成形した。
This kneaded product was formed into a circular tube shape for a heat exchanger having an outer diameter of 40 mm and an inner thickness of 3 mm by using an extruder.

この成形体を9.8気圧のアルゴン雰囲気中にて、1500℃
まで加熱し、成形体中のポリシラスチレンを炭化けい素
に転化させた。
This molded product was heated to 1500 ° C in an argon atmosphere at 9.8 atm.
Was heated to convert the polysilastyrene in the molded body into silicon carbide.

このポリシラスチレンを炭化けい素に転化させた成形体
の空隙率を調べたところ、38%であった。
The porosity of the molded body obtained by converting this polysilastyrene into silicon carbide was 38%.

この成形体を緻密化して繊維強化セラミックスとするた
め、液状高分子セラミックス前駆体として用いたポリシ
ラスチレンを加圧含浸させ、加熱により炭化けい素セラ
ミックスに転化する緻密化工程を3回繰り返した。
In order to densify this molded body into a fiber reinforced ceramics, the polysilastyrene used as the liquid polymer ceramics precursor was pressure-impregnated, and the densification step of converting it into silicon carbide ceramics by heating was repeated three times.

その結果、開気孔率がほとんどなく、炭化けい素短繊維
により強化された緻密な強化セラミックスが得られた。
As a result, a dense reinforced ceramic having almost no open porosity and reinforced with silicon carbide short fibers was obtained.

一方、比較のために、上記の製造方法において、ポリシ
ラスチレンの代わりに、通常の炭化水素系高分子である
ポリスチレンを用いて、同じプロセスにより炭化けい素
短繊維と炭化けい素粉との混合および押出成形を行なっ
た。
On the other hand, for the purpose of comparison, in the above production method, polystyrene, which is an ordinary hydrocarbon-based polymer, is used in place of polysilastyrene, and silicon carbide short fibers and silicon carbide powder are mixed by the same process. And extrusion.

こうして成形された成形体をアルゴン気流中にて、600
℃まで加熱した所、成形体中のポリスチレンのほとんど
は熱分解し、好ましくない遊離炭素が残渣として残り、
かつ空隙率は、45%と高い値を示した。
The molded body molded in this way is heated to 600 in an argon stream.
When heated to ℃, most of the polystyrene in the molded body is pyrolyzed, undesired free carbon remains as a residue,
In addition, the porosity was as high as 45%.

この後、成形体に上記と同様にポリシラスチレンの加圧
含浸と加熱による緻密化工程を行なったが、3回の処理
の後にも、残留開気孔率の存在が認められ、緻密化が完
全になされなかった。
After this, the compact was subjected to the densification step by pressure impregnation of polysilastyrene and heating in the same manner as above, but the presence of residual open porosity was observed even after three times of treatment, indicating that the densification was complete. It wasn't done.

これらの繊維強化セラミックスの比較により、この発明
の製造方法が、従来法に比べ、非常に優れていることが
確認された。
By comparing these fiber-reinforced ceramics, it was confirmed that the production method of the present invention is much superior to the conventional method.

〔実施例 2〕 炭化けい素ウイスカーをセラミックス短繊維とし、窒化
けい素粉をセラミックス粉として前者:後者の比を35:6
5とした混合物を得た。
[Example 2] Using silicon carbide whiskers as ceramic short fibers and silicon nitride powder as ceramic powder, the ratio of the former to the latter was 35: 6.
A mixture of 5 was obtained.

そして、液状高分子セラミックス前駆体としてヘキサメ
チルトリシクロシラザンの重合度を制御し、150℃にお
ける粘度を約500poiseとしたポリシラザンを、上記の炭
化けい素ウイスカーと窒化けい素粉との混合物に対し
て、体積で45%加え、密閉型混練機で窒素を満たしなが
ら、加熱混練を行った。
And, controlling the degree of polymerization of hexamethyltricyclosilazane as a liquid polymer ceramics precursor, polysilazane having a viscosity at 150 ° C. of about 500 poise, with respect to a mixture of the above silicon carbide whiskers and silicon nitride powder. , 45% by volume, and kneading with heating was performed while filling nitrogen with a closed kneader.

これを予備成形物とした後、170℃に加熱したモールド
内にて加圧することにより流動化させ、トランスファー
成形でガスタービン静翼形状に成形した。
This was made into a preformed product, which was then fluidized by pressurizing it in a mold heated to 170 ° C., and formed into a gas turbine stationary blade shape by transfer molding.

この成形により、炭化けい素ウイスカーと窒化けい素粉
とがポリシラザンによって結合された成形体を得た。
By this molding, a molded body was obtained in which the silicon carbide whiskers and the silicon nitride powder were bonded by polysilazane.

こののち、成形体を水素を含む窒素中にて1400℃まで加
熱し、ポリシラザンを窒化けい素に転化させた。
After that, the molded body was heated to 1400 ° C. in nitrogen containing hydrogen to convert the polysilazane into silicon nitride.

次いで、この成形体上にバイコールガラスを主成分とす
るカプセルを形成し、1800℃にて、1500気圧で熱間等方
圧プレスにより、加圧焼結させた。
Next, a capsule containing Vycor glass as a main component was formed on this molded body, and pressure-sintered by a hot isostatic press at 1800 ° C. and 1500 atm.

この結果、炭化けい素ウイスカーで強化された窒化けい
素をマトリックスとする緻密で強度および靭性の高い繊
維強化セラミックスであるガスタービン静翼を得た。
As a result, a gas turbine stationary blade, which is a dense, high-strength and high-strength fiber-reinforced ceramics having a silicon nitride matrix reinforced with silicon carbide whiskers as a matrix, was obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の繊維強化セラミックスの製造方法の
一例にかかる工程図である。 1……セラミックス短繊維、2……セラミックス粉、3
……液状高分子セラミックス前駆体、4……転化したセ
ラミックス、5……空隙、6……繊維強化セラミック
ス。
FIG. 1 is a process drawing according to an example of the method for producing fiber-reinforced ceramics of the present invention. 1 ... Ceramic short fibers, 2 ... Ceramic powder, 3
...... Liquid polymer ceramics precursor, 4 …… Inverted ceramics, 5 …… Voids, 6 …… Fiber-reinforced ceramics.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】セラミックス短繊維,セラミックス粉およ
び液状高分子セラミックス前駆体を混合したのち、成形
体を成形し、次いでこの成形体を加熱してセラミックス
前駆体をセラミックスに転化させ、こののち成形体を緻
密化するようにしたことを特徴とする繊維強化セラミッ
クスの製造方法。
Claims: 1. Ceramic short fibers, ceramic powder, and liquid polymer ceramics precursor are mixed, a molded body is molded, and then this molded body is heated to convert the ceramics precursor into ceramics, and then the molded body. A method for producing a fiber-reinforced ceramics, characterized in that:
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