JPH07223876A - 繊維強化複合材とその製法およびそれを用いた部材 - Google Patents
繊維強化複合材とその製法およびそれを用いた部材Info
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- JPH07223876A JPH07223876A JP6138533A JP13853394A JPH07223876A JP H07223876 A JPH07223876 A JP H07223876A JP 6138533 A JP6138533 A JP 6138533A JP 13853394 A JP13853394 A JP 13853394A JP H07223876 A JPH07223876 A JP H07223876A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、従来にない強度・靭性及び耐酸化性
に優れた各種高温用構造部材として適用可能な繊維強化
複合材とその製法を提供する。 【構成】本発明に係る繊維強化複合材は、強化繊維であ
る連続無機長繊維数本を炭素などを媒体として束ね、そ
の繊維束が一方向，二方向、あるいは三次元形状に配向
するとともに、セラミックスマトリックスがナノ粒子で
強化されているものである。 【効果】本発明により、所望の繊維配向性を有し、強度
・靭性に優れた繊維強化複合材が得られる。
に優れた各種高温用構造部材として適用可能な繊維強化
複合材とその製法を提供する。 【構成】本発明に係る繊維強化複合材は、強化繊維であ
る連続無機長繊維数本を炭素などを媒体として束ね、そ
の繊維束が一方向，二方向、あるいは三次元形状に配向
するとともに、セラミックスマトリックスがナノ粒子で
強化されているものである。 【効果】本発明により、所望の繊維配向性を有し、強度
・靭性に優れた繊維強化複合材が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービン材料（静
・動翼，燃焼器等），核融合炉壁材，宇宙材料（宇宙往
還機のタイル材等）など耐高温特性が要求される耐熱部
品用材料や、航空機材料や内燃機関部品など強度・剛性
が要求される構造部材、更には各種摺動部材等に適用可
能な繊維強化セラミックスとその製法に関する。
・動翼，燃焼器等），核融合炉壁材，宇宙材料（宇宙往
還機のタイル材等）など耐高温特性が要求される耐熱部
品用材料や、航空機材料や内燃機関部品など強度・剛性
が要求される構造部材、更には各種摺動部材等に適用可
能な繊維強化セラミックスとその製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタ−ビン，核融合炉，航空宇宙機器
等の部材には、高温用構造材料の開発が必要不可欠な技
術的課題となっている。これらの構造部材は大きな熱負
荷，熱衝撃を受けることは必至であり、そのため高温強
度，耐熱衝撃性に優れた材料が求められる。
等の部材には、高温用構造材料の開発が必要不可欠な技
術的課題となっている。これらの構造部材は大きな熱負
荷，熱衝撃を受けることは必至であり、そのため高温強
度，耐熱衝撃性に優れた材料が求められる。
【０００３】高温材料としてセラミックス材料が期待さ
れているが、セラミックス単体では脆性であるため信頼
性も低く、高温用構造材料として上記特性を満足するも
のはなく、実用化に至っていない。
れているが、セラミックス単体では脆性であるため信頼
性も低く、高温用構造材料として上記特性を満足するも
のはなく、実用化に至っていない。
【０００４】この対応策の一つとして、セラミックスマ
トリックス中に強化繊維を分散させた複合材料の開発が
挙げられる。この強化繊維としては、複合材料の用途・
目的から、耐熱性があり軽量な無機繊維（セラミックス
繊維）が適している。これまでに繊維強化セラミックス
の報告例はいくつかみられるが、製造が比較的簡単なこ
とから、ほとんどの場合が原料に短繊維を用い、マトリ
ックス中に短繊維を分散させた複合構造である。しか
し、短繊維は製造工程において散乱しやすく、安全上あ
るいは周辺への環境衛生上、大きな問題となっている。
トリックス中に強化繊維を分散させた複合材料の開発が
挙げられる。この強化繊維としては、複合材料の用途・
目的から、耐熱性があり軽量な無機繊維（セラミックス
繊維）が適している。これまでに繊維強化セラミックス
の報告例はいくつかみられるが、製造が比較的簡単なこ
とから、ほとんどの場合が原料に短繊維を用い、マトリ
ックス中に短繊維を分散させた複合構造である。しか
し、短繊維は製造工程において散乱しやすく、安全上あ
るいは周辺への環境衛生上、大きな問題となっている。
【０００５】一方、セラミックスの強度を改善するため
に、ナノサイズの粒子を分散する技術が注目されてい
る。しかし、ナノサイズ粒子の原料を使用する必要が有
るため、使用原料にも制約が有り、高コストになるとい
う問題が有る。
に、ナノサイズの粒子を分散する技術が注目されてい
る。しかし、ナノサイズ粒子の原料を使用する必要が有
るため、使用原料にも制約が有り、高コストになるとい
う問題が有る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】セラミックスを高温用
構造材料として用いるためには、信頼性を向上させるこ
とが必要不可欠であり、そのためには高強度と高靭性の
両立化が必要である。特に、亀裂の進展を抑制して急激
な破壊に至らないような、非線形的な破壊形態を示す材
料が望まれる。このための手段として、無機短繊維を強
化繊維としてセラミックスマトリックスと複合強化する
方法およびナノサイズの粒子を分散強化する方法が挙げ
られる。
構造材料として用いるためには、信頼性を向上させるこ
とが必要不可欠であり、そのためには高強度と高靭性の
両立化が必要である。特に、亀裂の進展を抑制して急激
な破壊に至らないような、非線形的な破壊形態を示す材
料が望まれる。このための手段として、無機短繊維を強
化繊維としてセラミックスマトリックスと複合強化する
方法およびナノサイズの粒子を分散強化する方法が挙げ
られる。
【０００７】無機繊維を強化繊維としてセラミックスマ
トリックスと複合強化する場合、短繊維のみをセラミッ
クスマトリックス中に分散させる構造では、繊維端にお
ける応力集中などの欠陥を増大させる傾向にあり、強度
特性の低下につながりかねない。従って複合構造として
は、連続長繊維を特定方向に配向した構造が望ましい。
トリックスと複合強化する場合、短繊維のみをセラミッ
クスマトリックス中に分散させる構造では、繊維端にお
ける応力集中などの欠陥を増大させる傾向にあり、強度
特性の低下につながりかねない。従って複合構造として
は、連続長繊維を特定方向に配向した構造が望ましい。
【０００８】基本的に強化繊維の配向性は、得られる複
合材料の特性に大きく影響する。このため、得られる複
合材料の用途や要求特性に応じて、繊維の配向性を考慮
し制御する必要がある。太さ数μｍの短繊維をマトリッ
クス中に均一に分散させることは技術的困難を伴う。さ
らに、太さ数μｍの短繊維は、製造工程において散乱し
やすく、吸引などにより人体に悪影響をおよぼす恐れが
あるため、短繊維を原料に用いない方法が要求とされて
いる。
合材料の特性に大きく影響する。このため、得られる複
合材料の用途や要求特性に応じて、繊維の配向性を考慮
し制御する必要がある。太さ数μｍの短繊維をマトリッ
クス中に均一に分散させることは技術的困難を伴う。さ
らに、太さ数μｍの短繊維は、製造工程において散乱し
やすく、吸引などにより人体に悪影響をおよぼす恐れが
あるため、短繊維を原料に用いない方法が要求とされて
いる。
【０００９】一方、ナノサイズの粒子を分散させるため
には、ナノサイズ粒子の原料を使用する必要が有るた
め、使用原料にも制約が有り、結果として得られる焼結
体中への分散が制約されてしまう。さらに原料の微粒化
が必要なため、高コストになるという問題が有るため、
従来にない方法によるナノサイズ粒子の分散方法が要求
されている。
には、ナノサイズ粒子の原料を使用する必要が有るた
め、使用原料にも制約が有り、結果として得られる焼結
体中への分散が制約されてしまう。さらに原料の微粒化
が必要なため、高コストになるという問題が有るため、
従来にない方法によるナノサイズ粒子の分散方法が要求
されている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、複数本の
連続無機繊維を同一方向に無機化合物を媒体として束
ね、これをセラミックスまたは金属中に均一に配向させ
る方法を考案し、試作した。その結果、媒体により結束
された無機繊維束は、セラミックスまたは金属中に特定
方向に均一に配向させる上で十分な取扱い性を持ち、容
易に繊維の配向性が得られ、繊維とセラミックスまたは
金属との間に発生する応力を低減できることがわかっ
た。この知見を基に、前記の目的を達成するための本発
明に係る繊維強化複合材は、複数本の連続無機繊維を同
一方向に無機化合物を媒体として束ね、それをセラミッ
クスまたは金属中に、特定方向に均一に配向させた複合
構造を有するものである。
連続無機繊維を同一方向に無機化合物を媒体として束
ね、これをセラミックスまたは金属中に均一に配向させ
る方法を考案し、試作した。その結果、媒体により結束
された無機繊維束は、セラミックスまたは金属中に特定
方向に均一に配向させる上で十分な取扱い性を持ち、容
易に繊維の配向性が得られ、繊維とセラミックスまたは
金属との間に発生する応力を低減できることがわかっ
た。この知見を基に、前記の目的を達成するための本発
明に係る繊維強化複合材は、複数本の連続無機繊維を同
一方向に無機化合物を媒体として束ね、それをセラミッ
クスまたは金属中に、特定方向に均一に配向させた複合
構造を有するものである。
【００１１】実施例にも記述するように上記の無機繊維
束は、束ねる繊維の本数（数本から数千本）によって径
の大きさを変えることができ、本発明者らは径の異なる
無機繊維束を用いた数種の繊維束強化複合材を試作し、
それらの室温における強度特性を検討した。その結果、
得られた複合材における繊維束の含有量と径を調整する
ことにより、繊維束と複合材マトリックスとの熱膨張係
数差による残留応力を低減でき、複合材の強度を大きく
できることがわかった。従って、上記の無機繊維束を用
いた本発明に係る繊維束強化複合材の複合構造は、無機
繊維束の径及び含有量を調整することにより、強度特性
の向上に対しても有効に作用するものである。
束は、束ねる繊維の本数（数本から数千本）によって径
の大きさを変えることができ、本発明者らは径の異なる
無機繊維束を用いた数種の繊維束強化複合材を試作し、
それらの室温における強度特性を検討した。その結果、
得られた複合材における繊維束の含有量と径を調整する
ことにより、繊維束と複合材マトリックスとの熱膨張係
数差による残留応力を低減でき、複合材の強度を大きく
できることがわかった。従って、上記の無機繊維束を用
いた本発明に係る繊維束強化複合材の複合構造は、無機
繊維束の径及び含有量を調整することにより、強度特性
の向上に対しても有効に作用するものである。
【００１２】さらに、本発明者らは、無機長繊維がセラ
ミックスあるいは金属マトリックス中に均一に一方向に
配向した繊維強化複合材の作製について検討してきた
が、その過程で、太さ数μｍの無機繊維をマトリックス
中に均一に配列させることは極めて困難であることが製
法上の問題点として摘出された。本発明者らはその対策
として、複数本の無機長繊維を同一方向に無機化合物を
媒体として束ね、これをマトリックス中に均一に配向さ
せる方法を考案し、試作した。その結果、媒体により結
束された無機繊維束は、マトリックス中に特定方向に均
一に配向させる上で十分な取扱い性をもち、容易に繊維
の配向性が得られることがわかった。この知見を基に、
前記の目的を達成するための本発明に係る繊維束強化複
合材は、複数本の無機繊維を同一方向に無機化合物を媒
体として束ね、それをマトリックス中に、特定方向に均
一に配向させた複合構造を有するものである。
ミックスあるいは金属マトリックス中に均一に一方向に
配向した繊維強化複合材の作製について検討してきた
が、その過程で、太さ数μｍの無機繊維をマトリックス
中に均一に配列させることは極めて困難であることが製
法上の問題点として摘出された。本発明者らはその対策
として、複数本の無機長繊維を同一方向に無機化合物を
媒体として束ね、これをマトリックス中に均一に配向さ
せる方法を考案し、試作した。その結果、媒体により結
束された無機繊維束は、マトリックス中に特定方向に均
一に配向させる上で十分な取扱い性をもち、容易に繊維
の配向性が得られることがわかった。この知見を基に、
前記の目的を達成するための本発明に係る繊維束強化複
合材は、複数本の無機繊維を同一方向に無機化合物を媒
体として束ね、それをマトリックス中に、特定方向に均
一に配向させた複合構造を有するものである。
【００１３】上記複合構造について、図を用いて詳しく
説明する。図１は、媒体成分がマトリックス成分と異な
る場合の複合構造例の模式図である。
説明する。図１は、媒体成分がマトリックス成分と異な
る場合の複合構造例の模式図である。
【００１４】マトリックスや無機繊維、あるいは媒体を
構成する成分として、ａ，ｂ，ｃの３成分を仮定する
と、図１の構成は、１はａという成分からなるマトリッ
クス、２はｂという成分からなる無機繊維、３はｃとい
う成分からなる媒体、４は無機繊維束、５はｂという成
分からなる媒体、６はａという成分からなる無機繊維で
ある。図１において、無機繊維束は紙面に対し垂直に一
方向に配向している。媒体成分がマトリックス成分と異
なる場合、図１に示す３種類の成分構成が考えられ、い
ずれの場合にも、マトリックスと無機繊維束は媒体によ
って明確に区別できる構造である。これに対し、図２に
は、媒体成分がマトリックス成分と同じ場合の複合構造
例の模式図を示す。
構成する成分として、ａ，ｂ，ｃの３成分を仮定する
と、図１の構成は、１はａという成分からなるマトリッ
クス、２はｂという成分からなる無機繊維、３はｃとい
う成分からなる媒体、４は無機繊維束、５はｂという成
分からなる媒体、６はａという成分からなる無機繊維で
ある。図１において、無機繊維束は紙面に対し垂直に一
方向に配向している。媒体成分がマトリックス成分と異
なる場合、図１に示す３種類の成分構成が考えられ、い
ずれの場合にも、マトリックスと無機繊維束は媒体によ
って明確に区別できる構造である。これに対し、図２に
は、媒体成分がマトリックス成分と同じ場合の複合構造
例の模式図を示す。
【００１５】図２の構成は、７はａという成分からなる
媒体であり、図１と同様、無機繊維束は紙面に対し垂直
に一方向に配向している。媒体成分がマトリックス成分
と同じ場合、無機繊維がマトリックス中に分散して存在
する複合構造と類似するが、本発明に係る繊維束強化複
合材では、図２のように複数本の無機繊維が凝集して繊
維群の状態で存在し、かつ、この繊維群がほぼ均一に分
散している点が特徴となる。なお、図２のような複合構
造は、媒体成分がマトリックス成分と同じであるため、
媒体を用いずに複数本の無機繊維とマトリックス成分を
複合化しても得られるが、実際に作製してみると無機繊
維の間にマトリックス成分が十分充填されない場合が多
く、気孔などの欠陥が残るため、あらかじめ媒体を用い
て繊維束とすることが望ましい。
媒体であり、図１と同様、無機繊維束は紙面に対し垂直
に一方向に配向している。媒体成分がマトリックス成分
と同じ場合、無機繊維がマトリックス中に分散して存在
する複合構造と類似するが、本発明に係る繊維束強化複
合材では、図２のように複数本の無機繊維が凝集して繊
維群の状態で存在し、かつ、この繊維群がほぼ均一に分
散している点が特徴となる。なお、図２のような複合構
造は、媒体成分がマトリックス成分と同じであるため、
媒体を用いずに複数本の無機繊維とマトリックス成分を
複合化しても得られるが、実際に作製してみると無機繊
維の間にマトリックス成分が十分充填されない場合が多
く、気孔などの欠陥が残るため、あらかじめ媒体を用い
て繊維束とすることが望ましい。
【００１６】上記の無機繊維束は、束ねる繊維の本数に
よって径の大きさを変えることができ、本発明者らは径
の異なる無機繊維束を用いた数種の繊維束強化複合材を
試作し、それらの室温における機械的特性を検討した。
その結果、得られた複合材における繊維束の含有量と径
を調整することにより、複合材の強度及び靭性が大きく
なることを見出した。機械的特性の検討結果とこれより
導かれた無機繊維束の適正範囲について、次に詳しく説
明する。
よって径の大きさを変えることができ、本発明者らは径
の異なる無機繊維束を用いた数種の繊維束強化複合材を
試作し、それらの室温における機械的特性を検討した。
その結果、得られた複合材における繊維束の含有量と径
を調整することにより、複合材の強度及び靭性が大きく
なることを見出した。機械的特性の検討結果とこれより
導かれた無機繊維束の適正範囲について、次に詳しく説
明する。
【００１７】まず、マトリックスがセラミックスの場
合、マトリックスと無機長繊維及び媒体の成分を変え
て、繊維束が一方向に配向したいくつかの複合材の作製
を試みた。作製方法については、後の実施例で詳しく述
べるが、作製の過程で、用いる繊維の本数を変えて径の
異なる繊維束を作製したところ、繊維は２０本より少な
いと繊維束の作製上取扱いが不便であるため、繊維本数
は２０本以上が望ましい。また、このときの繊維束の径
は、繊維種あるいは用いる媒体によってもかわるがおよ
そ０.０５mmであり、径が０.０５mm以上であれば複合化
の際の取扱性も十分であることがわかった。つまり、上
記無機繊維束は、アスペクト比が１２００以上で２０本
以上とすることが好ましい。
合、マトリックスと無機長繊維及び媒体の成分を変え
て、繊維束が一方向に配向したいくつかの複合材の作製
を試みた。作製方法については、後の実施例で詳しく述
べるが、作製の過程で、用いる繊維の本数を変えて径の
異なる繊維束を作製したところ、繊維は２０本より少な
いと繊維束の作製上取扱いが不便であるため、繊維本数
は２０本以上が望ましい。また、このときの繊維束の径
は、繊維種あるいは用いる媒体によってもかわるがおよ
そ０.０５mmであり、径が０.０５mm以上であれば複合化
の際の取扱性も十分であることがわかった。つまり、上
記無機繊維束は、アスペクト比が１２００以上で２０本
以上とすることが好ましい。
【００１８】加熱によりＣ，ＳｉＣ，ＴｉＣ，ＢＮ，Ｓ
ｉ3Ｎ4，Ｂ4Ｃ，ＳｉＯ2，ＴｉＯ2,Ａｌ2Ｏ3，Ｂ2Ｏ3，
Ｔａ2Ｏ5となる前駆体、すなわちフェノール樹脂，ボロ
ニルピリジン，アンモニオボラン，ポリシラザン、テト
ラ−ｉ−プロポキシシラン、テトラ−ｉ−プロポキシチ
タン、トリ−ｎ−プロポキシアルミニウム、ペンタ−ｉ
−プロポキシタンタル，ポリカルボシラン，ポリアルミ
ノキサン，ポリポロシロキサン，ポリシラスチレン，ポ
リカルボランシロキサン，ポリシラン，ポリチタノカル
ボシラン，ヘプタメチルビニルトリシラン，ポリボロジ
フェニルシロキサンなどの金属ポリマなどを用いて連続
繊維を束ねることができる。
ｉ3Ｎ4，Ｂ4Ｃ，ＳｉＯ2，ＴｉＯ2,Ａｌ2Ｏ3，Ｂ2Ｏ3，
Ｔａ2Ｏ5となる前駆体、すなわちフェノール樹脂，ボロ
ニルピリジン，アンモニオボラン，ポリシラザン、テト
ラ−ｉ−プロポキシシラン、テトラ−ｉ−プロポキシチ
タン、トリ−ｎ−プロポキシアルミニウム、ペンタ−ｉ
−プロポキシタンタル，ポリカルボシラン，ポリアルミ
ノキサン，ポリポロシロキサン，ポリシラスチレン，ポ
リカルボランシロキサン，ポリシラン，ポリチタノカル
ボシラン，ヘプタメチルビニルトリシラン，ポリボロジ
フェニルシロキサンなどの金属ポリマなどを用いて連続
繊維を束ねることができる。
【００１９】それぞれの前駆体を含浸し加熱することに
より、それぞれを媒体成分とした繊維束が作製できる。
ただし、繊維と媒体の組合せにおいて、非酸化物と酸化
物の組合せでは、繊維束の作製は可能であるものの、後
の焼結などの複合化過程において高温に加熱され、両者
の間での反応が大きく、繊維束の特性が劣化する恐れが
あるため、非酸化物と非酸化物、あるいは酸化物と酸化
物の組合せが望ましい。しかしながら、繊維表面にあら
かじめＢＮなどの反応性の少ない成分をコーティングす
ることにより、ある程度反応を防ぐことができる。また
２種以上の繊維からなる繊維束も同様にして作製でき
る。また繊維束の作製は、上記で示したような前駆体を
含浸し、加熱する方法のほか、媒体成分のスラリー含
浸、あるいは化学気相含浸などの方法でも可能である。
より、それぞれを媒体成分とした繊維束が作製できる。
ただし、繊維と媒体の組合せにおいて、非酸化物と酸化
物の組合せでは、繊維束の作製は可能であるものの、後
の焼結などの複合化過程において高温に加熱され、両者
の間での反応が大きく、繊維束の特性が劣化する恐れが
あるため、非酸化物と非酸化物、あるいは酸化物と酸化
物の組合せが望ましい。しかしながら、繊維表面にあら
かじめＢＮなどの反応性の少ない成分をコーティングす
ることにより、ある程度反応を防ぐことができる。また
２種以上の繊維からなる繊維束も同様にして作製でき
る。また繊維束の作製は、上記で示したような前駆体を
含浸し、加熱する方法のほか、媒体成分のスラリー含
浸、あるいは化学気相含浸などの方法でも可能である。
【００２０】さらに、複合材作製の結果、セラミックス
の熱膨張係数（αm ）が無機繊維束の熱膨張係数
（αf ）より大きいとき、両者の熱膨張係数差から生ず
る焼結後の残留応力により、得られた複合材のマトリッ
クス部分において割れが発生する場合があった。作製し
た何種類かの複合材のうち、αm＞αfの場合の代表的な
複合材の作製結果を図３〜図６に示す。ここで、図３は
ＳｉＣマトリックス−Ｃ繊維束複合材、図４はＳｉ3Ｎ4
マトリックス−Ｃ繊維束複合材、図５はＺｒＢ2 マトリ
ックス−Ｃ繊維束複合材、図６はＭｇＯマトリックス−
Ａｌ2Ｏ3繊維束複合材の作製結果である。これらの図に
おいて、○印で示したものは割れが生じなかったもの、
×印で示したものは割れが発生したものである。
の熱膨張係数（αm ）が無機繊維束の熱膨張係数
（αf ）より大きいとき、両者の熱膨張係数差から生ず
る焼結後の残留応力により、得られた複合材のマトリッ
クス部分において割れが発生する場合があった。作製し
た何種類かの複合材のうち、αm＞αfの場合の代表的な
複合材の作製結果を図３〜図６に示す。ここで、図３は
ＳｉＣマトリックス−Ｃ繊維束複合材、図４はＳｉ3Ｎ4
マトリックス−Ｃ繊維束複合材、図５はＺｒＢ2 マトリ
ックス−Ｃ繊維束複合材、図６はＭｇＯマトリックス−
Ａｌ2Ｏ3繊維束複合材の作製結果である。これらの図に
おいて、○印で示したものは割れが生じなかったもの、
×印で示したものは割れが発生したものである。
【００２１】以上の知見から、マトリックスがセラミッ
クスで、αm＞αfのとき、無機繊維束の径は０.０５mm
以上で、かつ下記（１）式で表される範囲が望ましい。
クスで、αm＞αfのとき、無機繊維束の径は０.０５mm
以上で、かつ下記（１）式で表される範囲が望ましい。
【００２２】 Ｄ′−０.５≦Ｄ≦Ｄ′＋３.０ …（１） （１）式における各記号は、Ｄは無機繊維束の径（m
m）、Ｄ′は下記（２）および（３）式で表わされる値
である。
m）、Ｄ′は下記（２）および（３）式で表わされる値
である。
【００２３】 Ｄ′＝(０.０１１Ｖ−０.０２３)×Δα×１０6 （Ｖ＝３〜３０） …（２） Ｄ′＝(０.０３７５Ｖ−０.８１８)×Δα×１０6 （Ｖ＝３０〜６０） …（３） （２）および（３）式における各記号は、Ｖは無機繊維
束の含有量（vol％)、Δαはマトリックスセラミックス
と無機繊維束との熱膨張係数差（／℃）である。（２）
および（３）式によるＤ′の値は、無機繊維束の含有量
Ｖと無機繊維束／マトリックスの熱膨張差Δαとにより
決まる、複合材が作製可能となる無機繊維束径のおおよ
その臨界値を示すものである。ここで無機繊維束の径Ｄ
の下限Ｄ′−０.５ は、複合材における無機繊維束の径
のばらつきなどを考慮したもので、図３〜図６に示した
ような実験結果から求められた値である。また、無機繊
維束の径Ｄの上限Ｄ′＋３.０ は、作製した何種類かの
複合材の強度を測定し、径に対して強度向上の効果のあ
る範囲から求めた。これを図３に示したＳｉＣマトリッ
クス−Ｃ繊維束複合材を例にとって説明する。図７に
は、ＳｉＣマトリックス−Ｃ繊維束複合材の、室温での
３点曲げ強さ測定結果を示す。
束の含有量（vol％)、Δαはマトリックスセラミックス
と無機繊維束との熱膨張係数差（／℃）である。（２）
および（３）式によるＤ′の値は、無機繊維束の含有量
Ｖと無機繊維束／マトリックスの熱膨張差Δαとにより
決まる、複合材が作製可能となる無機繊維束径のおおよ
その臨界値を示すものである。ここで無機繊維束の径Ｄ
の下限Ｄ′−０.５ は、複合材における無機繊維束の径
のばらつきなどを考慮したもので、図３〜図６に示した
ような実験結果から求められた値である。また、無機繊
維束の径Ｄの上限Ｄ′＋３.０ は、作製した何種類かの
複合材の強度を測定し、径に対して強度向上の効果のあ
る範囲から求めた。これを図３に示したＳｉＣマトリッ
クス−Ｃ繊維束複合材を例にとって説明する。図７に
は、ＳｉＣマトリックス−Ｃ繊維束複合材の、室温での
３点曲げ強さ測定結果を示す。
【００２４】図７から、曲げ強さは繊維束の径と共に大
きくなるが、いずれの繊維束含有量の場合にも、径があ
る値になると曲げ強さはＳｉＣ単体とほぼ等しくなり、
それ以上向上しなくなる。この傾向は、他の成分系の複
合材でも同様で、強度向上がみられなくなる径の臨界値
は、どの成分系の複合材でも、上記（２）あるいは
（３）式で表されるＤ′よりもおよそ３.０mm 大きな値
であった。この知見をもとに、無機繊維束の径Ｄの上限
をＤ′＋３.０ とした。
きくなるが、いずれの繊維束含有量の場合にも、径があ
る値になると曲げ強さはＳｉＣ単体とほぼ等しくなり、
それ以上向上しなくなる。この傾向は、他の成分系の複
合材でも同様で、強度向上がみられなくなる径の臨界値
は、どの成分系の複合材でも、上記（２）あるいは
（３）式で表されるＤ′よりもおよそ３.０mm 大きな値
であった。この知見をもとに、無機繊維束の径Ｄの上限
をＤ′＋３.０ とした。
【００２５】なお、αm≦αfの場合には、焼結後のマト
リックスの残留応力は圧縮応力となり、割れが生ずるこ
とはなかった。繊維束には引張応力が残ることになる
が、各種無機繊維はマトリックスセラミックスに比べて
大きな強度を持っており、欠陥につながる恐れはない。
従って、αm≦αfの場合には、無機繊維束の径は0.05mm
以上であれば良い。
リックスの残留応力は圧縮応力となり、割れが生ずるこ
とはなかった。繊維束には引張応力が残ることになる
が、各種無機繊維はマトリックスセラミックスに比べて
大きな強度を持っており、欠陥につながる恐れはない。
従って、αm≦αfの場合には、無機繊維束の径は0.05mm
以上であれば良い。
【００２６】また、マトリックスが金属の場合にも、同
様に何種類かの複合材を作製した。代表的な作製例を図
８と図９に示す。作製方法については、後の実施例で詳
しく述べる。ここで、図８はＣｕマトリックス−Ｃ繊維
束複合材、図９はＴｉマトリックス−ＳｉＣ繊維束複合
材の作製結果である。
様に何種類かの複合材を作製した。代表的な作製例を図
８と図９に示す。作製方法については、後の実施例で詳
しく述べる。ここで、図８はＣｕマトリックス−Ｃ繊維
束複合材、図９はＴｉマトリックス−ＳｉＣ繊維束複合
材の作製結果である。
【００２７】金属は熱膨張係数が大きく、ほとんどの場
合αm＞αfとなり、金属マトリックスには無機繊維束と
の熱膨張係数差から生ずる引張残留応力が発生するが、
延性があるため、金属マトリックスに割れが生ずること
はなかった。また、作製した何種類かの複合材の室温に
おける引張強さを測定してみた。例として、図８で示し
たＣｕマトリックス−Ｃ繊維束複合材の引張強さ測定結
果を図１０に示す。図１０から、引張強さは繊維束含有
量によって大きく変わるが、繊維束の径に対しては、径
の大きさと共にわずかに向上する傾向がみられた。これ
は、金属は延性があり、残留応力は小さいものの、ある
程度の応力は残っており、それが繊維束の径を大きくす
ることによって緩和され、わずかではあるが、強度の向
上につながったものと考えられる。しかし、径がある値
以上になると、強度はほとんど向上しなくなる。この傾
向は、他の成分系の複合材でも同様で、下記（５）及び
（６）式で表すＤ′よりもおよそ５.０mm 大きな値であ
る。また、繊維束の径は０.０５mm 以上で１０mm以下で
あれば、取扱い性も良好で、強度もマトリックス成分単
体よりも大きくなっていることから、無機繊維束の径は
下記（４）式で表される範囲が望ましいことがわかっ
た。
合αm＞αfとなり、金属マトリックスには無機繊維束と
の熱膨張係数差から生ずる引張残留応力が発生するが、
延性があるため、金属マトリックスに割れが生ずること
はなかった。また、作製した何種類かの複合材の室温に
おける引張強さを測定してみた。例として、図８で示し
たＣｕマトリックス−Ｃ繊維束複合材の引張強さ測定結
果を図１０に示す。図１０から、引張強さは繊維束含有
量によって大きく変わるが、繊維束の径に対しては、径
の大きさと共にわずかに向上する傾向がみられた。これ
は、金属は延性があり、残留応力は小さいものの、ある
程度の応力は残っており、それが繊維束の径を大きくす
ることによって緩和され、わずかではあるが、強度の向
上につながったものと考えられる。しかし、径がある値
以上になると、強度はほとんど向上しなくなる。この傾
向は、他の成分系の複合材でも同様で、下記（５）及び
（６）式で表すＤ′よりもおよそ５.０mm 大きな値であ
る。また、繊維束の径は０.０５mm 以上で１０mm以下で
あれば、取扱い性も良好で、強度もマトリックス成分単
体よりも大きくなっていることから、無機繊維束の径は
下記（４）式で表される範囲が望ましいことがわかっ
た。
【００２８】 ０.０５≦Ｄ≦Ｄ′＋５.０ …（４） （４）式における各記号は、Ｄは無機繊維束の径（m
m）、Ｄ′は下記（５）および（６）式で表わされる値
である。
m）、Ｄ′は下記（５）および（６）式で表わされる値
である。
【００２９】 Ｄ′＝(０.００８Ｖ−０.１)×Δα×１０6 （Ｖ＝３〜４０） …（５） Ｄ′＝(０.０２６Ｖ−０.７７６)×Δα×１０6 （Ｖ＝４０〜６０） …（６） さらに本発明者らは、上記（１）式、及び（４）式に従
って繊維束の径を大きくすることに伴い、複合材の破壊
靭性が向上することを見出した。一例として、図３で示
したＳｉＣマトリックス−Ｃ繊維束複合材の、繊維束含
有量Ｖが約５vol％ の試料の破壊靭性測定結果を、図１
１に示す。
って繊維束の径を大きくすることに伴い、複合材の破壊
靭性が向上することを見出した。一例として、図３で示
したＳｉＣマトリックス−Ｃ繊維束複合材の、繊維束含
有量Ｖが約５vol％ の試料の破壊靭性測定結果を、図１
１に示す。
【００３０】図１１からわかるように、上記（１）式の
繊維束の範囲で、径の大きさと共に靭性が向上している
ことがわかる。この傾向は、他の成分系の複合材でも同
様にみられた。
繊維束の範囲で、径の大きさと共に靭性が向上している
ことがわかる。この傾向は、他の成分系の複合材でも同
様にみられた。
【００３１】以上のことから、上記の無機繊維束を用い
た本発明に係る繊維束強化複合材の複合構造は、無機繊
維束の径及び含有量を調整することにより、強度，靭性
の向上に対しても有効に作用するものであり、本発明に
係る無機繊維束は、マトリックスがセラミックスの場合
と金属の場合に、それぞれ上記（１）および（４）式で
表わされる範囲の径の大きさに制御することが望まし
い。なお、繊維束の径が上記範囲より大きくなると、製
造上の問題はないものの、マトリックスに対する繊維束
の存在がまばらになり、靭性向上などの繊維束強化の効
果が薄れるため、上記（１）および（４）式の範囲が望
ましい。また同様に、繊維束含有量は３vol％ 未満であ
ると繊維束の存在がまばらになり、繊維束強化の効果が
薄れるため、含有量は３〜６０vol％ が望ましい。無機
繊維束は、マトリックス成分との反応などによる損傷が
ないことが望ましい。無機繊維束とマトリックスとの反
応は、両者の間に反応性のない中間層を設けることによ
り回避できる。
た本発明に係る繊維束強化複合材の複合構造は、無機繊
維束の径及び含有量を調整することにより、強度，靭性
の向上に対しても有効に作用するものであり、本発明に
係る無機繊維束は、マトリックスがセラミックスの場合
と金属の場合に、それぞれ上記（１）および（４）式で
表わされる範囲の径の大きさに制御することが望まし
い。なお、繊維束の径が上記範囲より大きくなると、製
造上の問題はないものの、マトリックスに対する繊維束
の存在がまばらになり、靭性向上などの繊維束強化の効
果が薄れるため、上記（１）および（４）式の範囲が望
ましい。また同様に、繊維束含有量は３vol％ 未満であ
ると繊維束の存在がまばらになり、繊維束強化の効果が
薄れるため、含有量は３〜６０vol％ が望ましい。無機
繊維束は、マトリックス成分との反応などによる損傷が
ないことが望ましい。無機繊維束とマトリックスとの反
応は、両者の間に反応性のない中間層を設けることによ
り回避できる。
【００３２】他方、前記の目的を達成するための本発明
に係る繊維束強化複合材の製法の構成は、マトリックス
がセラミックスの場合、マトリックス成分をグリーンシ
ート化し、その上に無機繊維束を配列した後、焼結する
ようにしたことである。無機繊維束の結束は、一方向に
配向する複数本の無機繊維の束に無機化合物の前駆体を
含浸した後、加熱することにより得られる。得られた無
機繊維束をマトリックス中に一方向あるいは二方向に配
向させるには、マトリックス成分をグリーンシート化
し、その上に繊維束を一方向に均一に配列し、それらを
繊維束が同一方向に配向するように、あるいは繊維束が
交互に交差して配向するように数段積層することによっ
て可能となる。マトリックスが金属の場合、マトリック
ス成分をもつ板状の金属板を用い、その上に繊維束を配
列し、数段積層したものを加熱溶融後、冷却固化するこ
とにより同様の複合構造が得られる。また、繊維束を成
形したプリフォームに、マトリックス成分のスラリーま
たは溶融金属を含浸させても可能となる。さらに、繊維
束の長さが比較的短い場合には、マトリックス成分のス
ラリーまたは溶融金属に繊維束を混合し、これを押出し
成形することによって、所望の繊維配向性をもつ複合構
造が得られる。
に係る繊維束強化複合材の製法の構成は、マトリックス
がセラミックスの場合、マトリックス成分をグリーンシ
ート化し、その上に無機繊維束を配列した後、焼結する
ようにしたことである。無機繊維束の結束は、一方向に
配向する複数本の無機繊維の束に無機化合物の前駆体を
含浸した後、加熱することにより得られる。得られた無
機繊維束をマトリックス中に一方向あるいは二方向に配
向させるには、マトリックス成分をグリーンシート化
し、その上に繊維束を一方向に均一に配列し、それらを
繊維束が同一方向に配向するように、あるいは繊維束が
交互に交差して配向するように数段積層することによっ
て可能となる。マトリックスが金属の場合、マトリック
ス成分をもつ板状の金属板を用い、その上に繊維束を配
列し、数段積層したものを加熱溶融後、冷却固化するこ
とにより同様の複合構造が得られる。また、繊維束を成
形したプリフォームに、マトリックス成分のスラリーま
たは溶融金属を含浸させても可能となる。さらに、繊維
束の長さが比較的短い場合には、マトリックス成分のス
ラリーまたは溶融金属に繊維束を混合し、これを押出し
成形することによって、所望の繊維配向性をもつ複合構
造が得られる。
【００３３】本発明の連続繊維は、ＳｉＣ繊維，Ｃ繊
維，Ｓｉ3Ｎ4繊維，Ｂ繊維，Ｂ(Ｗ芯)繊維，ＳｉＣ(Ｗ
芯)繊維，ＳｉＣ(Ｃ芯)繊維，Ａｌ2Ｏ3繊維の少なくと
も１種以上を用いることができる。該連続繊維は、その
径が１０μｍから２０００μｍであることが好ましい。
連続繊維の含有量は、少ないと高靭性化に寄与しない、
多いと強度低下を招くため、３〜６０vol％ であること
が好ましい。そして、連続繊維は、マトリックス中にお
いて一次元以上に配向している。さらに、連続繊維とマ
トリックスとの反応を防ぐために、繊維表面に、Ｓｉ
Ｃ，Ｃ，ＴｉＣ,Ｂ4Ｃ，ＢＮ，ＴｉＮ，Ｓｉ3Ｎ4，Ａｌ
Ｎ，ＳｉＯ2，ＴｉＯ2，ＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＺｎＯ，
ＭｇＯ，Ｂ2Ｏ3，Ｔａ2Ｏ5からなる成分がコーティング
されていても良い。無機繊維束は、セラミックスマトリ
ックス成分との反応などによる損傷がないことが望まし
い。無機繊維束とセラミックスマトリックスとの反応
は、コーティング等により反応性のない中間層を設ける
ことにより回避できる。また、この中間層により、セラ
ミックスマトリックスと無機繊維束との反応を防ぎ、滑
りを生じさせ、両者の熱膨張係数差から生ずる残留応力
を緩和することもできる。
維，Ｓｉ3Ｎ4繊維，Ｂ繊維，Ｂ(Ｗ芯)繊維，ＳｉＣ(Ｗ
芯)繊維，ＳｉＣ(Ｃ芯)繊維，Ａｌ2Ｏ3繊維の少なくと
も１種以上を用いることができる。該連続繊維は、その
径が１０μｍから２０００μｍであることが好ましい。
連続繊維の含有量は、少ないと高靭性化に寄与しない、
多いと強度低下を招くため、３〜６０vol％ であること
が好ましい。そして、連続繊維は、マトリックス中にお
いて一次元以上に配向している。さらに、連続繊維とマ
トリックスとの反応を防ぐために、繊維表面に、Ｓｉ
Ｃ，Ｃ，ＴｉＣ,Ｂ4Ｃ，ＢＮ，ＴｉＮ，Ｓｉ3Ｎ4，Ａｌ
Ｎ，ＳｉＯ2，ＴｉＯ2，ＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＺｎＯ，
ＭｇＯ，Ｂ2Ｏ3，Ｔａ2Ｏ5からなる成分がコーティング
されていても良い。無機繊維束は、セラミックスマトリ
ックス成分との反応などによる損傷がないことが望まし
い。無機繊維束とセラミックスマトリックスとの反応
は、コーティング等により反応性のない中間層を設ける
ことにより回避できる。また、この中間層により、セラ
ミックスマトリックスと無機繊維束との反応を防ぎ、滑
りを生じさせ、両者の熱膨張係数差から生ずる残留応力
を緩和することもできる。
【００３４】一方、本発明者らは、連続無機繊維強化セ
ラミックスの該セラミックスマトリックス中の粒子内お
よび粒界に粒子が分散した複合構造体からなり、粒界に
介在する該粒子は球状，擬球状，針状，ウイスカ状，柱
状，板状のいずれかからなる粒子を分散させる方法につ
いて鋭意検討した結果、焼結過程で原料粉末を反応させ
て該粒子を析出，分散させる自己析出技術を見出した。
これにより、複合セラミックスにおいて、該セラミック
スマトリックスの粒子内および粒界に粒子が分散した複
合構造体からなり、該セラミックスマトリックス中の全
ての組成を出発原料と異なる組成で構成させることがで
きる。
ラミックスの該セラミックスマトリックス中の粒子内お
よび粒界に粒子が分散した複合構造体からなり、粒界に
介在する該粒子は球状，擬球状，針状，ウイスカ状，柱
状，板状のいずれかからなる粒子を分散させる方法につ
いて鋭意検討した結果、焼結過程で原料粉末を反応させ
て該粒子を析出，分散させる自己析出技術を見出した。
これにより、複合セラミックスにおいて、該セラミック
スマトリックスの粒子内および粒界に粒子が分散した複
合構造体からなり、該セラミックスマトリックス中の全
ての組成を出発原料と異なる組成で構成させることがで
きる。
【００３５】本発明では、出発原料を反応させて複合構
造を析出させるために、該マトリックス粒子間の結合に
おいて、３０％以上が直接結合した組織にすることが可
能である。これにより、粒界部分でのガラス相あるいは
合金相を低減化できるため、高温での強度特性に優れた
複合材が得られる。なお、ここで原料表面に存在した酸
化膜は不可避成分であり、３０％の計算には含んでいな
い。さらに、該析出反応を窒素等のガスを利用して無機
粒子／短繊維を析出させると体積膨張を伴うため、無収
縮で緻密化を図ることができる。これにより、本発明で
は繊維強化セラミックス中にセラミックスマトリックス
を結合させるためのガラス相あるいは合金相が３vol％
未満にすることが可能である。
造を析出させるために、該マトリックス粒子間の結合に
おいて、３０％以上が直接結合した組織にすることが可
能である。これにより、粒界部分でのガラス相あるいは
合金相を低減化できるため、高温での強度特性に優れた
複合材が得られる。なお、ここで原料表面に存在した酸
化膜は不可避成分であり、３０％の計算には含んでいな
い。さらに、該析出反応を窒素等のガスを利用して無機
粒子／短繊維を析出させると体積膨張を伴うため、無収
縮で緻密化を図ることができる。これにより、本発明で
は繊維強化セラミックス中にセラミックスマトリックス
を結合させるためのガラス相あるいは合金相が３vol％
未満にすることが可能である。
【００３６】さらに、本発明の反応析出方法において、
焼結助剤を含有させることにより、さらに緻密な焼結体
を得ることもできる。この場合、セラミックスマトリッ
クスを結合させるためのガラス相あるいは合金相が３か
ら２０vol％ 含有された構造となる。なお、この助剤に
よる緻密化は、析出反応が終了した後に行われる。
焼結助剤を含有させることにより、さらに緻密な焼結体
を得ることもできる。この場合、セラミックスマトリッ
クスを結合させるためのガラス相あるいは合金相が３か
ら２０vol％ 含有された構造となる。なお、この助剤に
よる緻密化は、析出反応が終了した後に行われる。
【００３７】他方、前記の目的を達成するための本発明
に係る繊維強化複合材の製法の構成は、セラミックスマ
トリックスが、Ｓｉ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｍｇ，
Ｂ，Ｙの窒化物，炭化物，酸化物，炭窒化物，酸窒化
物，硼化物の少なくとも１種以上からなり、セラミック
スマトリックスの粒子内および粒界に分散した粒子が、
Ｓｉ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｂ，Ｙ，Ｗ，Ｎ
ｂ，Ｖ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｅｒ，
Ｈｏ，Ｄｙの窒化物，炭化物，酸化物，炭窒化物，酸窒
化物，硼化物，金属間化合物の少なくとも１種以上のセ
ラミックスマトリックスと異なる組成からなる。該セラ
ミックスマトリックスは、Ｓｉ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚ
ｒ，Ｍｇ，Ｂ，Ｙ，Ｗ，Ｎｂ，Ｖ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｈｆ，
Ｍｏ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｅｒ，Ｈｏ，Ｄｙの少なくとも１種
以上の金属粉末あるいは金属粉末とＳｉ，Ａｌ，Ｃｒ，
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｂ，Ｙ，Ｗ，Ｎｂ，Ｖ，Ｓｃ，Ｌ
ａ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｅｒ，Ｈｏ，Ｄｙ単体，
窒化物，炭化物，酸化物，炭窒化物，酸窒化物，硼化
物，金属間化合物の少なくとも１種以上のセラミック粒
子からなる混合粉末からなる成形体を窒化性，炭化性，
炭窒化性，酸化性，酸窒化性，不活性の少なくとも１種
以上の反応性ガス雰囲気中で加熱し、自己析出反応させ
ることにより得られる。
に係る繊維強化複合材の製法の構成は、セラミックスマ
トリックスが、Ｓｉ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｍｇ，
Ｂ，Ｙの窒化物，炭化物，酸化物，炭窒化物，酸窒化
物，硼化物の少なくとも１種以上からなり、セラミック
スマトリックスの粒子内および粒界に分散した粒子が、
Ｓｉ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｂ，Ｙ，Ｗ，Ｎ
ｂ，Ｖ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｅｒ，
Ｈｏ，Ｄｙの窒化物，炭化物，酸化物，炭窒化物，酸窒
化物，硼化物，金属間化合物の少なくとも１種以上のセ
ラミックスマトリックスと異なる組成からなる。該セラ
ミックスマトリックスは、Ｓｉ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚ
ｒ，Ｍｇ，Ｂ，Ｙ，Ｗ，Ｎｂ，Ｖ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｈｆ，
Ｍｏ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｅｒ，Ｈｏ，Ｄｙの少なくとも１種
以上の金属粉末あるいは金属粉末とＳｉ，Ａｌ，Ｃｒ，
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｂ，Ｙ，Ｗ，Ｎｂ，Ｖ，Ｓｃ，Ｌ
ａ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｅｒ，Ｈｏ，Ｄｙ単体，
窒化物，炭化物，酸化物，炭窒化物，酸窒化物，硼化
物，金属間化合物の少なくとも１種以上のセラミック粒
子からなる混合粉末からなる成形体を窒化性，炭化性，
炭窒化性，酸化性，酸窒化性，不活性の少なくとも１種
以上の反応性ガス雰囲気中で加熱し、自己析出反応させ
ることにより得られる。
【００３８】特に、セラミックスマトリックスが、Ｓｉ
Ｃ，ＴｉＣ，ＺｒＣ，Ｓｉ3Ｎ4，ＡｌＮ，ＴｉＮ，Ｂ
Ｎ，ＺｒＮ，ＺｒＢ2，ＴｉＢ2，ＣｒＢ2,Ａｌ2Ｏ3,Ｍ
ｇＯ,ムライト，ＺｒＯ2 の少なくとも１種以上からな
る。金属としては、Ａｌ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ａｌ系合
金，Ｃｕ系合金，Ｃｒ系合金，Ｎｉ系合金，ＴｉＡｌ合
金，ＮｂＡｌ合金，ＮｉＡｌ合金，ＭｏＡｌ合金，Ｚｒ
Ａｌ合金，ＴｉＳｉ合金，ステンレス鋼の少なくとも１
種からなる。
Ｃ，ＴｉＣ，ＺｒＣ，Ｓｉ3Ｎ4，ＡｌＮ，ＴｉＮ，Ｂ
Ｎ，ＺｒＮ，ＺｒＢ2，ＴｉＢ2，ＣｒＢ2,Ａｌ2Ｏ3,Ｍ
ｇＯ,ムライト，ＺｒＯ2 の少なくとも１種以上からな
る。金属としては、Ａｌ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ａｌ系合
金，Ｃｕ系合金，Ｃｒ系合金，Ｎｉ系合金，ＴｉＡｌ合
金，ＮｂＡｌ合金，ＮｉＡｌ合金，ＭｏＡｌ合金，Ｚｒ
Ａｌ合金，ＴｉＳｉ合金，ステンレス鋼の少なくとも１
種からなる。
【００３９】本発明において、マトリックス中に分散さ
せた粒子含有量は、５から３０vol％であることが好ま
しい。金属の場合、溶湯中への分散法，メカニカルアロ
イング法により粒子を分散できる。
せた粒子含有量は、５から３０vol％であることが好ま
しい。金属の場合、溶湯中への分散法，メカニカルアロ
イング法により粒子を分散できる。
【００４０】さらに、本発明に係る繊維強化複合材の製
法の構成は、マトリックスとなるＳｉ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｔ
ｉ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｂ，Ｙの窒化物，炭化物，酸化物，炭
窒化物，酸窒化物，硼化物の少なくとも１種以上のセラ
ミックスをグリーンシート化等し、その上に無機繊維束
を配列した後、反応析出処理するようにしたことであ
る。
法の構成は、マトリックスとなるＳｉ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｔ
ｉ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｂ，Ｙの窒化物，炭化物，酸化物，炭
窒化物，酸窒化物，硼化物の少なくとも１種以上のセラ
ミックスをグリーンシート化等し、その上に無機繊維束
を配列した後、反応析出処理するようにしたことであ
る。
【００４１】無機繊維束の結束は、一方向に配向する複
数本の連続無機繊維の束に無機化合物の前駆体を含浸し
た後、前駆体がセラミックス化する温度まで加熱するこ
とにより得られる。得られた無機繊維束をマトリックス
中に一方向あるいは二方向に配向させるには、上述のマ
トリックス成分をグリーンシート化し、その上に繊維束
を一方向に均一に配列し、それらを繊維束が同一方向に
配向するように、あるいは繊維束が交互に交差して配向
するように数段積層することによって可能となる。ま
た、繊維束を成形したプリフォームに、上述のマトリッ
クス成分のスラリーを含浸させても可能となる。
数本の連続無機繊維の束に無機化合物の前駆体を含浸し
た後、前駆体がセラミックス化する温度まで加熱するこ
とにより得られる。得られた無機繊維束をマトリックス
中に一方向あるいは二方向に配向させるには、上述のマ
トリックス成分をグリーンシート化し、その上に繊維束
を一方向に均一に配列し、それらを繊維束が同一方向に
配向するように、あるいは繊維束が交互に交差して配向
するように数段積層することによって可能となる。ま
た、繊維束を成形したプリフォームに、上述のマトリッ
クス成分のスラリーを含浸させても可能となる。
【００４２】また、得られた複合材は使用環境下におい
て化学的に安定していることが求められる。マトリック
スや無機繊維は、その成分によっては、特に高温大気中
において酸化損耗する恐れがあるが、これは複合材表面
に耐熱性を有する酸化物セラミックスをあらかじめコー
ティングすることにより防止できる。
て化学的に安定していることが求められる。マトリック
スや無機繊維は、その成分によっては、特に高温大気中
において酸化損耗する恐れがあるが、これは複合材表面
に耐熱性を有する酸化物セラミックスをあらかじめコー
ティングすることにより防止できる。
【００４３】
【作用】本発明では、繊維束とセラミックスマトリック
スとの熱膨張係数差による残留応力を低減でき、複合材
の強度および破壊エネルギを大きくできる。出発原料を
反応焼結させるために、セラミックスマトリックスの粒
子内および粒界に組成の異なる任意の形状の粒子を分散
でき、マトリックスの強度および靭性を高めることがで
きる。反応析出のため、出発原料粉末の大きさに関係な
く微細化でき、さらに出発原料に短繊維を用いないため
公害上の問題を解決できる。そして、粒子間の結合にお
いて、３０％以上が直接結合した組織となるために高温
特性（強度・クリープ特性）に優れた繊維強化複合材が
得られる。セラミックスマトリックスを反応析出複合材
とすることにより、焼結時の収縮が小さく、複雑形状品
の製法に適しており、ほとんど加工することなく製品を
得ることができ、加工による残留歪を小さく抑えること
もできる。これにより、セラミックス部品の信頼性が向
上し、ガスタービン，内燃機関，核融合炉，航空機，宇
宙機器種プラントの部品，エンジンなどの機構部品，特
にガスタービン部品，内燃機関部品，核融合炉部品，摺
動部材，耐熱部材，構造部材への適用が容易に可能とな
る。
スとの熱膨張係数差による残留応力を低減でき、複合材
の強度および破壊エネルギを大きくできる。出発原料を
反応焼結させるために、セラミックスマトリックスの粒
子内および粒界に組成の異なる任意の形状の粒子を分散
でき、マトリックスの強度および靭性を高めることがで
きる。反応析出のため、出発原料粉末の大きさに関係な
く微細化でき、さらに出発原料に短繊維を用いないため
公害上の問題を解決できる。そして、粒子間の結合にお
いて、３０％以上が直接結合した組織となるために高温
特性（強度・クリープ特性）に優れた繊維強化複合材が
得られる。セラミックスマトリックスを反応析出複合材
とすることにより、焼結時の収縮が小さく、複雑形状品
の製法に適しており、ほとんど加工することなく製品を
得ることができ、加工による残留歪を小さく抑えること
もできる。これにより、セラミックス部品の信頼性が向
上し、ガスタービン，内燃機関，核融合炉，航空機，宇
宙機器種プラントの部品，エンジンなどの機構部品，特
にガスタービン部品，内燃機関部品，核融合炉部品，摺
動部材，耐熱部材，構造部材への適用が容易に可能とな
る。
【００４４】
【実施例】本発明に係る実施例について、以下に具体的
に説明する。
に説明する。
【００４５】（実施例１）まず、Ｃ繊維束の作製方法に
ついて説明する。ピッチ系連続Ｃ繊維数本を一方向に配
列し、フェノール樹脂とエタノールを重量比で１：１に
混合した溶液を含浸させ、それを真空中において２００
０℃で１時間加熱し、フェノール樹脂を固化させること
により、Ｃを媒体としたＣ繊維束を得た。この際、用い
るＣ繊維の本数を変えることで、Ｃ繊維束の径を変える
ことができる。この方法で得られた繊維束のＣ媒体含有
量は、径の大きさに係らず約６０vol％ である。
ついて説明する。ピッチ系連続Ｃ繊維数本を一方向に配
列し、フェノール樹脂とエタノールを重量比で１：１に
混合した溶液を含浸させ、それを真空中において２００
０℃で１時間加熱し、フェノール樹脂を固化させること
により、Ｃを媒体としたＣ繊維束を得た。この際、用い
るＣ繊維の本数を変えることで、Ｃ繊維束の径を変える
ことができる。この方法で得られた繊維束のＣ媒体含有
量は、径の大きさに係らず約６０vol％ である。
【００４６】次に、複合材の作製方法について説明す
る。平均粒径０.５μｍ のＳｉ粉末８０重量部，平均粒
径０.５μｍのＭｏＳｉ2粉末２０重量部を所定量の有機
溶媒に混合してスラリー状にし、これをドクターブレー
ド法によりグリーンシート化した。上記で得られたＣ繊
維束を、乾燥したグリーンシートの上にできるだけ均一
に一方向に配列した。Ｃ繊維束を配列したグリーンシー
トを、繊維束が同一方向に配向するように数段積層し、
積層方向に９８ＭＰａで加圧して成形体とした。得られ
た成形体を窒素中で１５００℃まで加熱し、３Ｓｉ＋２
Ｎ2→Ｓｉ3Ｎ4,３／２Ｍｏ＋３Ｓｉ＋２Ｎ2→Ｓｉ3Ｎ4
＋３／２Ｍｏ の析出反応させ、ミクロンサイズのＳｉ3
Ｎ4マトリックス中にナノサイズのＭｏ粒子をＳｉ3Ｎ4
粒子内部／粒界に析出させたＣ繊維束強化Ｍｏ粒子分散
Ｓｉ3Ｎ4複合材が作製できた。このときの焼結時の収縮
率は０.２％ であった。得られた焼結体の模式図を図２
０に示す。
る。平均粒径０.５μｍ のＳｉ粉末８０重量部，平均粒
径０.５μｍのＭｏＳｉ2粉末２０重量部を所定量の有機
溶媒に混合してスラリー状にし、これをドクターブレー
ド法によりグリーンシート化した。上記で得られたＣ繊
維束を、乾燥したグリーンシートの上にできるだけ均一
に一方向に配列した。Ｃ繊維束を配列したグリーンシー
トを、繊維束が同一方向に配向するように数段積層し、
積層方向に９８ＭＰａで加圧して成形体とした。得られ
た成形体を窒素中で１５００℃まで加熱し、３Ｓｉ＋２
Ｎ2→Ｓｉ3Ｎ4,３／２Ｍｏ＋３Ｓｉ＋２Ｎ2→Ｓｉ3Ｎ4
＋３／２Ｍｏ の析出反応させ、ミクロンサイズのＳｉ3
Ｎ4マトリックス中にナノサイズのＭｏ粒子をＳｉ3Ｎ4
粒子内部／粒界に析出させたＣ繊維束強化Ｍｏ粒子分散
Ｓｉ3Ｎ4複合材が作製できた。このときの焼結時の収縮
率は０.２％ であった。得られた焼結体の模式図を図２
０に示す。
【００４７】ここで、水素ガスなどの還元性ガスを混合
することにより、窒化反応を促進させることができる。
することにより、窒化反応を促進させることができる。
【００４８】上記と同様の製法により、ＭoＳｉ2 粉末
に変えてＴｉ，Ｚｒ，Ｗ，Ｈｆ，Ａｌ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔ
ａ，Ｃｒの珪化物を用いてＣ繊維束強化複合材の作製を
試みた。その結果、ミクロンサイズのＳｉ3Ｎ4マトリッ
クス中に焼結中に生成したナノサイズのＴｉＮ，Ｚｒ
Ｎ，Ｗ，ＷＮ，ＨｆＮ，ＡｌＮ，ＶＮ，ＮｂＮ，Ｔａ
Ｎ，ＣｒＮ粒子あるいは繊維をＳｉ3Ｎ4粒子内部／粒界
に析出させた各種Ｃ繊維束強化複合材が作製できた。
に変えてＴｉ，Ｚｒ，Ｗ，Ｈｆ，Ａｌ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔ
ａ，Ｃｒの珪化物を用いてＣ繊維束強化複合材の作製を
試みた。その結果、ミクロンサイズのＳｉ3Ｎ4マトリッ
クス中に焼結中に生成したナノサイズのＴｉＮ，Ｚｒ
Ｎ，Ｗ，ＷＮ，ＨｆＮ，ＡｌＮ，ＶＮ，ＮｂＮ，Ｔａ
Ｎ，ＣｒＮ粒子あるいは繊維をＳｉ3Ｎ4粒子内部／粒界
に析出させた各種Ｃ繊維束強化複合材が作製できた。
【００４９】また、同様にＭｏＳｉ2 粉末に変えてＴ
ｉ，Ｚｒ，Ｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｈｆ，Ａｌ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔ
ａ，Ｃｒの炭化物、あるいはＴｉ，Ｚｒ，Ｂ，Ｍｏ，
Ｗ，Ｈｆ，Ａｌ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒの硼化物を用い
てＣ繊維束強化複合材の作製を試みた。その結果、ミク
ロンサイズのＳｉ3Ｎ4マトリックス中に焼結中に生成し
たナノサイズのＴｉＮ，ＺｒＮ，ＢＮ，Ｍｏ，Ｗ，Ｗ
Ｎ，ＨｆＮ，ＡｌＮ，ＶＮ，ＮｂＮ，ＴａＮ，ＣｒＮ，
ＳｉＣ粒子あるいは繊維をＳｉ3Ｎ4粒子内部／粒界に析
出させた各種Ｃ繊維束強化複合材が作製できた。
ｉ，Ｚｒ，Ｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｈｆ，Ａｌ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔ
ａ，Ｃｒの炭化物、あるいはＴｉ，Ｚｒ，Ｂ，Ｍｏ，
Ｗ，Ｈｆ，Ａｌ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒの硼化物を用い
てＣ繊維束強化複合材の作製を試みた。その結果、ミク
ロンサイズのＳｉ3Ｎ4マトリックス中に焼結中に生成し
たナノサイズのＴｉＮ，ＺｒＮ，ＢＮ，Ｍｏ，Ｗ，Ｗ
Ｎ，ＨｆＮ，ＡｌＮ，ＶＮ，ＮｂＮ，ＴａＮ，ＣｒＮ，
ＳｉＣ粒子あるいは繊維をＳｉ3Ｎ4粒子内部／粒界に析
出させた各種Ｃ繊維束強化複合材が作製できた。
【００５０】（実施例２）複合材の作製方法について説
明する。平均粒径０.５μｍ のＳｉ粉末８０重量部，平
均粒径０.５μｍ のＴｉＣ粉末２０重量部を所定量の有
機溶媒に混合してスラリー状にし、これをドクターブレ
ード法によりグリーンシート化した。直径１００μｍの
ＳｉＣ繊維を、乾燥したグリーンシートの上にできるだ
け均一に一方向に配列した。ＳｉＣ繊維を配列したグリ
ーンシートを、繊維が同一方向に配向するように数段積
層し、積層方向に９８ＭＰａで加圧して成形体とした。
SiC繊維のマトリックス中の含有量が２０vol％ となる
ように配向した。得られた成形体を窒素中で１６００℃
まで加熱し、３Ｓｉ＋２Ｎ2→Ｓｉ3Ｎ4，ＴiＣ＋１／２
Ｎ2→ＴｉＮ＋Ｃ，Ｓｉ＋Ｃ→ＳｉＣの析出反応によ
り、ミクロンサイズのＳｉ3Ｎ4マトリックス中にナノサ
イズのＴiＮ粒子およびＳｉＣ粒子をＳｉ3Ｎ4粒子内部
／粒界に、アスペクト比３から７のミクロンサイズのＳ
ｉＣ短繊維を粒界に析出させた。このときの焼結時の収
縮率は０.３％ であった。得られた焼結体の粒子間の結
合のほとんどが直接結合しており、ガラス層は２％以下
であった。これにより、曲げ強度６１０ＭＰａ，破壊靭
性値１５ＭＰａ√ｍの特性を有する気孔率１５％のＳｉ
Ｃ繊維強化Ｓｉ3Ｎ4セラミックスが得られた。特に、マ
トリックスとなる反応析出複合材は焼結時に収縮しない
ため、複雑形状品の製法に適しており、ほとんど加工す
ることなく製品を得ることができる。これにより、加工
による残留歪を小さく抑えることができる。
明する。平均粒径０.５μｍ のＳｉ粉末８０重量部，平
均粒径０.５μｍ のＴｉＣ粉末２０重量部を所定量の有
機溶媒に混合してスラリー状にし、これをドクターブレ
ード法によりグリーンシート化した。直径１００μｍの
ＳｉＣ繊維を、乾燥したグリーンシートの上にできるだ
け均一に一方向に配列した。ＳｉＣ繊維を配列したグリ
ーンシートを、繊維が同一方向に配向するように数段積
層し、積層方向に９８ＭＰａで加圧して成形体とした。
SiC繊維のマトリックス中の含有量が２０vol％ となる
ように配向した。得られた成形体を窒素中で１６００℃
まで加熱し、３Ｓｉ＋２Ｎ2→Ｓｉ3Ｎ4，ＴiＣ＋１／２
Ｎ2→ＴｉＮ＋Ｃ，Ｓｉ＋Ｃ→ＳｉＣの析出反応によ
り、ミクロンサイズのＳｉ3Ｎ4マトリックス中にナノサ
イズのＴiＮ粒子およびＳｉＣ粒子をＳｉ3Ｎ4粒子内部
／粒界に、アスペクト比３から７のミクロンサイズのＳ
ｉＣ短繊維を粒界に析出させた。このときの焼結時の収
縮率は０.３％ であった。得られた焼結体の粒子間の結
合のほとんどが直接結合しており、ガラス層は２％以下
であった。これにより、曲げ強度６１０ＭＰａ，破壊靭
性値１５ＭＰａ√ｍの特性を有する気孔率１５％のＳｉ
Ｃ繊維強化Ｓｉ3Ｎ4セラミックスが得られた。特に、マ
トリックスとなる反応析出複合材は焼結時に収縮しない
ため、複雑形状品の製法に適しており、ほとんど加工す
ることなく製品を得ることができる。これにより、加工
による残留歪を小さく抑えることができる。
【００５１】上記Ｓｉ粉末の変わりに、Ａｌ，Ｃｒ，Ｔ
ｉ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｂ，Ｙ，Ｗ，Ｎｂ，Ｖ，Ｓｃ，Ｌａ，
Ｈｆ，Ｍｏ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｅｒ，Ｈｏ，Ｄｙ金属粉末を
用いることにより、同様に焼結中に窒化物，炭化物，酸
化物，炭窒化物，酸窒化物，硼化物，金属間化合物の少
なくとも１種からなる繊維及び粒子を析出させることが
できる。
ｉ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｂ，Ｙ，Ｗ，Ｎｂ，Ｖ，Ｓｃ，Ｌａ，
Ｈｆ，Ｍｏ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｅｒ，Ｈｏ，Ｄｙ金属粉末を
用いることにより、同様に焼結中に窒化物，炭化物，酸
化物，炭窒化物，酸窒化物，硼化物，金属間化合物の少
なくとも１種からなる繊維及び粒子を析出させることが
できる。
【００５２】上記Ｓｉ粉末の変わりにＳｉＯ2 粉末を用
いて、窒素／水素混合ガス中で1600℃まで加熱すること
により、同様にミクロンサイズのＳｉ3Ｎ4マトリックス
中にナノサイズのＴｉＮ粒子およびＳｉＣ粒子をＳｉ3
Ｎ4粒子内部／粒界に、アスペクト比３から７のミクロ
ンサイズのＳｉＣ短繊維を粒界に析出させた複合材が得
られる。他の金属酸化物を用いて窒化・還元処理するこ
とにより、焼結中に複合析出反応をさせることができ
る。
いて、窒素／水素混合ガス中で1600℃まで加熱すること
により、同様にミクロンサイズのＳｉ3Ｎ4マトリックス
中にナノサイズのＴｉＮ粒子およびＳｉＣ粒子をＳｉ3
Ｎ4粒子内部／粒界に、アスペクト比３から７のミクロ
ンサイズのＳｉＣ短繊維を粒界に析出させた複合材が得
られる。他の金属酸化物を用いて窒化・還元処理するこ
とにより、焼結中に複合析出反応をさせることができ
る。
【００５３】表１，表２及び表３にマトリックスを構成
するための出発原料と析出反応により得られた焼結体の
組成を示す。本発明では、焼結中に任意の粒子，短繊維
を反応析出させることができる。
するための出発原料と析出反応により得られた焼結体の
組成を示す。本発明では、焼結中に任意の粒子，短繊維
を反応析出させることができる。
【００５４】
【表１】
【００５５】
【表２】
【００５６】
【表３】
【００５７】（実施例３）平均粒径０.５μｍのＳｉ粉
末８０重量部，平均粒径０.５μｍのＴiＣ粉末２０重量
部に緻密化させるための焼結助剤Ｙ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3を各
２重量部，所定量の有機溶媒に混合してスラリー状に
し、これをドクターブレード法によりグリーンシート化
した。直径１００μｍのＳｉＣ長繊維を、乾燥したグリ
ーンシートの上にできるだけ均一に一方向に配列した。
ＳｉＣ長繊維を配列したグリーンシートを、繊維が同一
方向に配向するように数段積層し、積層方向に９８ＭＰ
ａで加圧して成形体とした。ＳｉＣ繊維のマトリックス
中の含有量が２０vol％ となるように配向した。得られ
た成形体を窒素中で１６００℃まで加熱し、３Ｓｉ＋２
Ｎ2→Ｓｉ3Ｎ4，ＴiＣ＋１／２Ｎ2→ＴｉＮ＋Ｃ，Ｓｉ
＋Ｃ→ＳｉＣ の析出反応させた後、１７５０℃で５時
間緻密化処理し、ミクロンサイズのＳｉ3Ｎ4マトリック
ス中にナノサイズのＴｉＮ粒子およびＳｉＣ粒子をＳｉ
3Ｎ4粒子内部／粒界に、アスペクト比３から７のミクロ
ンサイズのＳｉＣ短繊維を粒界に析出させた。このとき
の焼結時の収縮率は４.２％ であった。得られた焼結体
の粒子間の結合の８２％が直接結合であり、残り１８％
が焼結助剤からなる合金相である。これにより、曲げ強
度１５６０ＭＰａ，破壊靭性値２７ＭＰａ√ｍの特性を
有する気孔率０.５％のＳｉＣ繊維強化Ｓｉ3Ｎ4セラミ
ックスが得られた。
末８０重量部，平均粒径０.５μｍのＴiＣ粉末２０重量
部に緻密化させるための焼結助剤Ｙ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3を各
２重量部，所定量の有機溶媒に混合してスラリー状に
し、これをドクターブレード法によりグリーンシート化
した。直径１００μｍのＳｉＣ長繊維を、乾燥したグリ
ーンシートの上にできるだけ均一に一方向に配列した。
ＳｉＣ長繊維を配列したグリーンシートを、繊維が同一
方向に配向するように数段積層し、積層方向に９８ＭＰ
ａで加圧して成形体とした。ＳｉＣ繊維のマトリックス
中の含有量が２０vol％ となるように配向した。得られ
た成形体を窒素中で１６００℃まで加熱し、３Ｓｉ＋２
Ｎ2→Ｓｉ3Ｎ4，ＴiＣ＋１／２Ｎ2→ＴｉＮ＋Ｃ，Ｓｉ
＋Ｃ→ＳｉＣ の析出反応させた後、１７５０℃で５時
間緻密化処理し、ミクロンサイズのＳｉ3Ｎ4マトリック
ス中にナノサイズのＴｉＮ粒子およびＳｉＣ粒子をＳｉ
3Ｎ4粒子内部／粒界に、アスペクト比３から７のミクロ
ンサイズのＳｉＣ短繊維を粒界に析出させた。このとき
の焼結時の収縮率は４.２％ であった。得られた焼結体
の粒子間の結合の８２％が直接結合であり、残り１８％
が焼結助剤からなる合金相である。これにより、曲げ強
度１５６０ＭＰａ，破壊靭性値２７ＭＰａ√ｍの特性を
有する気孔率０.５％のＳｉＣ繊維強化Ｓｉ3Ｎ4セラミ
ックスが得られた。
【００５８】Ｓｉ3Ｎ4の焼結において、緻密化のための
焼結助剤は上記のＹ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3に限らず、Ｚｒ，Ｓ
ｉ，Ｙｂ，Ｅｒ，Ｈｆなどの希土類、などの酸化物を使
用出来る。そして、マトリックスとなる組成により焼結
助剤の種類が異なり、一般に知られている助剤を使用出
来る。例えば、ＳｉＣの場合は、Ｂ，Ｃ，Ａｌ2Ｏ3など
が使用できる。
焼結助剤は上記のＹ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3に限らず、Ｚｒ，Ｓ
ｉ，Ｙｂ，Ｅｒ，Ｈｆなどの希土類、などの酸化物を使
用出来る。そして、マトリックスとなる組成により焼結
助剤の種類が異なり、一般に知られている助剤を使用出
来る。例えば、ＳｉＣの場合は、Ｂ，Ｃ，Ａｌ2Ｏ3など
が使用できる。
【００５９】上記Ｓｉ粉末の変わりに、Ａｌ，Ｃｒ，Ｔ
ｉ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｂ，Ｙ，Ｗ，Ｎｂ，Ｖ，Ｓｃ，Ｌａ，
Ｈｆ，Ｍｏ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｅｒ，Ｈｏ，Ｄｙ金属粉末を
用いることにより、同様に焼結中に窒化物，炭化物，酸
化物，炭窒化物，酸窒化物，硼化物，金属間化合物の少
なくとも１種からなる粒子又は／及び繊維を析出させる
ことができる。
ｉ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｂ，Ｙ，Ｗ，Ｎｂ，Ｖ，Ｓｃ，Ｌａ，
Ｈｆ，Ｍｏ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｅｒ，Ｈｏ，Ｄｙ金属粉末を
用いることにより、同様に焼結中に窒化物，炭化物，酸
化物，炭窒化物，酸窒化物，硼化物，金属間化合物の少
なくとも１種からなる粒子又は／及び繊維を析出させる
ことができる。
【００６０】（実施例４）本発明に係る実施例４とし
て、数種の無機繊維束の作製例を示す。
て、数種の無機繊維束の作製例を示す。
【００６１】まず、Ｃを媒体としたＣ繊維束の作製方法
を説明する。図１２には、作製方法の概略図を示す。ピ
ッチ系の連続Ｃ繊維数千本を一方向に配列し、フェノー
ル樹脂とエタノールを重量比で１：１に混合した溶液を
含浸させ、それを大気中において３００℃で１時間加熱
し、フェノール樹脂を固化させることにより、Ｃを媒体
としたＣ繊維束を得た。この際、用いるＣ繊維の本数を
変えることで、Ｃ繊維束の径を変えることができる。本
実施例では、一束あたり１,０００本から ４８,００
０ 本のＣ繊維を用いた。この方法で得られた繊維束の
Ｃ媒体の含有量は、径の大きさに係らず約５０〜６０vo
l％ である。なお、用いるＣ繊維としては、ピッチ系の
ほか、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系やセルロース
系でも同様に作製できる。
を説明する。図１２には、作製方法の概略図を示す。ピ
ッチ系の連続Ｃ繊維数千本を一方向に配列し、フェノー
ル樹脂とエタノールを重量比で１：１に混合した溶液を
含浸させ、それを大気中において３００℃で１時間加熱
し、フェノール樹脂を固化させることにより、Ｃを媒体
としたＣ繊維束を得た。この際、用いるＣ繊維の本数を
変えることで、Ｃ繊維束の径を変えることができる。本
実施例では、一束あたり１,０００本から ４８,００
０ 本のＣ繊維を用いた。この方法で得られた繊維束の
Ｃ媒体の含有量は、径の大きさに係らず約５０〜６０vo
l％ である。なお、用いるＣ繊維としては、ピッチ系の
ほか、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系やセルロース
系でも同様に作製できる。
【００６２】次に、上記以外の方法による、Ｃを媒体と
したＣ繊維束の作製方法を説明する。ここでは、Ｃ媒体
の前駆体として、ポリビニールアルコールを用いた。ピ
ッチ系の連続Ｃ繊維数千本を一方向に配列し、ポリビニ
ールアルコールと温水を重量比で１：５に混合した溶液
を含浸し、それを大気中において８０℃で２〜３時間乾
燥した後、さらに３００℃で１時間加熱し、ポリビニー
ルアルコールを固化させることにより、Ｃを媒体とした
Ｃ繊維束を得た。この方法で得られた繊維束のＣ媒体の
含有量は、径の大きさに係らず２０〜３０vol％ であ
る。なお、以上の２つの方法では、加熱温度が３００℃
であり、前駆体の炭化は不完全であるが、複合化の際の
焼結，加熱過程で充分に炭化できる。また、媒体の含有
量は、前駆体溶液の濃度、あるいは含浸回数を変えるこ
とにより調整することができる。
したＣ繊維束の作製方法を説明する。ここでは、Ｃ媒体
の前駆体として、ポリビニールアルコールを用いた。ピ
ッチ系の連続Ｃ繊維数千本を一方向に配列し、ポリビニ
ールアルコールと温水を重量比で１：５に混合した溶液
を含浸し、それを大気中において８０℃で２〜３時間乾
燥した後、さらに３００℃で１時間加熱し、ポリビニー
ルアルコールを固化させることにより、Ｃを媒体とした
Ｃ繊維束を得た。この方法で得られた繊維束のＣ媒体の
含有量は、径の大きさに係らず２０〜３０vol％ であ
る。なお、以上の２つの方法では、加熱温度が３００℃
であり、前駆体の炭化は不完全であるが、複合化の際の
焼結，加熱過程で充分に炭化できる。また、媒体の含有
量は、前駆体溶液の濃度、あるいは含浸回数を変えるこ
とにより調整することができる。
【００６３】次に、ＳｉＣを媒体としたＣ繊維束の作製
方法を示す。ピッチ系の連続Ｃ繊維数千本を一方向に配
列し、ポリカルボシランを含浸し、それを大気中におい
て３５０℃で１時間加熱し、ポリカルボシランを炭化さ
せることにより、ＳｉＣを媒体としたＣ繊維束を得た。
３５０℃の加熱では、ポリカルボシランの熱分解が不十
分で完全なＳｉＣには変化しないが、複合化の際の焼
結，加熱過程でＳｉＣに変化させることができる。この
方法で得られた繊維束のＳｉＣ媒体の含有量は、径の大
きさに係らず約５０vol％ である。なお、媒体の含有量
は、前駆体溶液の濃度、あるいは含浸回数を変えること
により調整することができる。
方法を示す。ピッチ系の連続Ｃ繊維数千本を一方向に配
列し、ポリカルボシランを含浸し、それを大気中におい
て３５０℃で１時間加熱し、ポリカルボシランを炭化さ
せることにより、ＳｉＣを媒体としたＣ繊維束を得た。
３５０℃の加熱では、ポリカルボシランの熱分解が不十
分で完全なＳｉＣには変化しないが、複合化の際の焼
結，加熱過程でＳｉＣに変化させることができる。この
方法で得られた繊維束のＳｉＣ媒体の含有量は、径の大
きさに係らず約５０vol％ である。なお、媒体の含有量
は、前駆体溶液の濃度、あるいは含浸回数を変えること
により調整することができる。
【００６４】次に、ＴｉＣ・ＳｉＣを媒体としたＣ繊維
束の作製方法を示す。ピッチ系の連続Ｃ繊維数千本を一
方向に配列し、ポリチタノカルボシランを含浸し、それ
を真空中において１４００℃で１時間加熱し、ＴｉＣ・
ＳｉＣを媒体としたＣ繊維束を得た。この方法で得られ
た繊維束のＴｉＣ・ＳｉＣ媒体の含有量は、径の大きさ
に係らず約３０vol％ である。
束の作製方法を示す。ピッチ系の連続Ｃ繊維数千本を一
方向に配列し、ポリチタノカルボシランを含浸し、それ
を真空中において１４００℃で１時間加熱し、ＴｉＣ・
ＳｉＣを媒体としたＣ繊維束を得た。この方法で得られ
た繊維束のＴｉＣ・ＳｉＣ媒体の含有量は、径の大きさ
に係らず約３０vol％ である。
【００６５】さらに、Ｂ2Ｏ3を媒体としたＡｌ2Ｏ3繊維
束の作製方法を示す。連続Ａｌ2Ｏ3繊維数千本を一方向
に配列し、式 Ｂ(Ｏ−ｎＣ4Ｈ9)3 で表されるＢのアル
コキシドに浸漬した。
束の作製方法を示す。連続Ａｌ2Ｏ3繊維数千本を一方向
に配列し、式 Ｂ(Ｏ−ｎＣ4Ｈ9)3 で表されるＢのアル
コキシドに浸漬した。
【００６６】これをアルコール中で水と反応させ、その
後１００℃で１０時間熱処理し、Ｂ2Ｏ3を媒体としたＡ
ｌ2Ｏ3繊維束を作製した。この方法で得られた繊維束の
Ｂ2Ｏ3媒体の含有量は、径の大きさに係らず約１０vol
％ である。但し、媒体の含有量は、アルコキシドへの
浸漬及び熱処理の回数を変えることにより調整すること
ができる。
後１００℃で１０時間熱処理し、Ｂ2Ｏ3を媒体としたＡ
ｌ2Ｏ3繊維束を作製した。この方法で得られた繊維束の
Ｂ2Ｏ3媒体の含有量は、径の大きさに係らず約１０vol
％ である。但し、媒体の含有量は、アルコキシドへの
浸漬及び熱処理の回数を変えることにより調整すること
ができる。
【００６７】この他上記と同様に、Ｂ4Ｃ，ＢＮ，Ｓｉ3
Ｎ4，ＳｉＯ2，ＴｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3,Ｔａ2Ｏ5それぞれの
前駆体を含浸し加熱することにより、それぞれを媒体成
分としたＣ繊維以外の無機繊維束、すなわちＳｉＣ，
Ｂ，Ｂ（Ｗ芯），ＳｉＣ(Ｗ芯)，ＳｉＣ（Ｃ芯），Ａｌ
2Ｏ3繊維の繊維束が作製できる。ただし、繊維と媒体の
組合せにおいて、非酸化物と酸化物の組合せでは、繊維
束の作製は可能であるものの、後の焼結などの複合化過
程において高温に加熱され、両者の間での反応が大き
く、繊維束の特性が劣化する恐れがあるため、非酸化物
と非酸化物、あるいは酸化物と酸化物の組合せが望まし
い。しかしながら、繊維表面にあらかじめＢＮなどの反
応性の少ない成分をコーティングすることにより、ある
程度反応を防ぐことができる。
Ｎ4，ＳｉＯ2，ＴｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3,Ｔａ2Ｏ5それぞれの
前駆体を含浸し加熱することにより、それぞれを媒体成
分としたＣ繊維以外の無機繊維束、すなわちＳｉＣ，
Ｂ，Ｂ（Ｗ芯），ＳｉＣ(Ｗ芯)，ＳｉＣ（Ｃ芯），Ａｌ
2Ｏ3繊維の繊維束が作製できる。ただし、繊維と媒体の
組合せにおいて、非酸化物と酸化物の組合せでは、繊維
束の作製は可能であるものの、後の焼結などの複合化過
程において高温に加熱され、両者の間での反応が大き
く、繊維束の特性が劣化する恐れがあるため、非酸化物
と非酸化物、あるいは酸化物と酸化物の組合せが望まし
い。しかしながら、繊維表面にあらかじめＢＮなどの反
応性の少ない成分をコーティングすることにより、ある
程度反応を防ぐことができる。
【００６８】なお、２種以上の繊維からなる繊維束も同
様にして作製できる。また繊維束の作製は、上記で示し
たような前駆体を含浸し、加熱する方法のほか、媒体成
分のスラリ−含浸、あるいは化学気相含浸などの方法で
も可能である。
様にして作製できる。また繊維束の作製は、上記で示し
たような前駆体を含浸し、加熱する方法のほか、媒体成
分のスラリ−含浸、あるいは化学気相含浸などの方法で
も可能である。
【００６９】本実施例で作製した上記以外の繊維束の無
機繊維と媒体との代表的な組合せの例を表４に示す。
機繊維と媒体との代表的な組合せの例を表４に示す。
【００７０】
【表４】
【００７１】（実施例５）本発明に係る実施例５とし
て、実施例４で作製した無機繊維束を用い、セラミック
スをマトリックスとした繊維束強化複合材の作製例を示
す。
て、実施例４で作製した無機繊維束を用い、セラミック
スをマトリックスとした繊維束強化複合材の作製例を示
す。
【００７２】まず、ＳｉＣセラミックスをＣ繊維束で一
方向に強化したＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材の作製方法につ
いて説明する。なお、Ｃ繊維束の媒体はＣである。図１
３には、ＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材の作製方法の概略図を
示す。
方向に強化したＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材の作製方法につ
いて説明する。なお、Ｃ繊維束の媒体はＣである。図１
３には、ＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材の作製方法の概略図を
示す。
【００７３】焼結助剤であるＢｅＯ粉末２ｗｔ％をあら
かじめ乾式混合したＳｉＣ粉末を、所定量の有機溶媒
（バインダー）に混合してスラリ−状にし、これをドク
ターブレード法によりグリーンシート化した。上記Ｃ繊
維束を、乾燥したグリーンシートの上にできるだけ均一
に一方向に配列した。Ｃ繊維束を配列したグリーンシー
トを、繊維束が同一方向に配向するように数段積層し、
それを大気中において１００℃で１分間、積層方向に１
５ＭＰａの加圧をして成形体とした。得られた成形体を
ホットプレスにより真空中、２１００℃で１時間の加
熱、グリーンシートの積層方向に３０ＭＰａの加圧で焼
結を行い、ＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材が作製できた。作製
した複合材のＣ繊維束の含有量と径との関係は、先に示
した図３のとおりである。
かじめ乾式混合したＳｉＣ粉末を、所定量の有機溶媒
（バインダー）に混合してスラリ−状にし、これをドク
ターブレード法によりグリーンシート化した。上記Ｃ繊
維束を、乾燥したグリーンシートの上にできるだけ均一
に一方向に配列した。Ｃ繊維束を配列したグリーンシー
トを、繊維束が同一方向に配向するように数段積層し、
それを大気中において１００℃で１分間、積層方向に１
５ＭＰａの加圧をして成形体とした。得られた成形体を
ホットプレスにより真空中、２１００℃で１時間の加
熱、グリーンシートの積層方向に３０ＭＰａの加圧で焼
結を行い、ＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材が作製できた。作製
した複合材のＣ繊維束の含有量と径との関係は、先に示
した図３のとおりである。
【００７４】次に、Ｓｉ3Ｎ4セラミックスをＣ繊維束で
一方向に強化したＳｉ3Ｎ4−Ｃ繊維束複合材の作製方法
について説明する。なお、Ｃ繊維束の媒体はＳｉＣであ
る。金属Ｓｉ粉末とＳｉＣ粉末を重量比で２：３に混合
し、これに純水ほか所定量のバインダーを添加後、ポッ
トミルにより２４時間混合しスラリーとした。吸水性を
もつ石膏型内にあらかじめ上記Ｃ繊維束を一方向に配
列，固定しておき、石膏型にこのスラリーを鋳込み乾燥
させて成形体とした。この成形体を０.８８ＭＰaの窒素
ガス雰囲気中で加熱焼結後、炉冷した。加熱温度と保持
時間は、１１００℃×１０ｈｒ，１２００℃×２０ｈ
ｒ，１３００℃×１０ｈｒ，１３５０℃×５ｈｒと多段
にし、金属ＳｉがＳｉ3Ｎ4に変化するのを制御した。こ
れにより、Ｃ繊維束が一方向に配向したＳｉ3Ｎ4−Ｃ繊
維束複合材が作製できた。作製した複合材のＣ繊維束の
含有量と径との関係は、先に示した図４のとおりであ
る。
一方向に強化したＳｉ3Ｎ4−Ｃ繊維束複合材の作製方法
について説明する。なお、Ｃ繊維束の媒体はＳｉＣであ
る。金属Ｓｉ粉末とＳｉＣ粉末を重量比で２：３に混合
し、これに純水ほか所定量のバインダーを添加後、ポッ
トミルにより２４時間混合しスラリーとした。吸水性を
もつ石膏型内にあらかじめ上記Ｃ繊維束を一方向に配
列，固定しておき、石膏型にこのスラリーを鋳込み乾燥
させて成形体とした。この成形体を０.８８ＭＰaの窒素
ガス雰囲気中で加熱焼結後、炉冷した。加熱温度と保持
時間は、１１００℃×１０ｈｒ，１２００℃×２０ｈ
ｒ，１３００℃×１０ｈｒ，１３５０℃×５ｈｒと多段
にし、金属ＳｉがＳｉ3Ｎ4に変化するのを制御した。こ
れにより、Ｃ繊維束が一方向に配向したＳｉ3Ｎ4−Ｃ繊
維束複合材が作製できた。作製した複合材のＣ繊維束の
含有量と径との関係は、先に示した図４のとおりであ
る。
【００７５】次に、ＺｒＢ2セラミックスをＣ繊維束で
一方向に強化したＺｒＢ2−Ｃ繊維束複合材の作製方法
について説明する。なお、Ｃ繊維束の媒体はＳｉＣであ
る。
一方向に強化したＺｒＢ2−Ｃ繊維束複合材の作製方法
について説明する。なお、Ｃ繊維束の媒体はＳｉＣであ
る。
【００７６】ＺｒＢ2 粉末に所定量のバインダーを混合
してスラリー状にし、これをドクターブレード法により
グリーンシート化した。上記Ｃ繊維束を乾燥したグリー
ンシートの上にできるだけ均一に一方向に配列した。Ｃ
繊維束を配列したグリーンシートを繊維束が同一方向に
配向するように数段積層し、それを大気中において100
℃で１分間、積層方向に１５ＭＰａの加圧をして成形体
とした。得られた成形体をホットプレスにより真空中、
１９００℃で１時間の加熱、グリーンシートの積層方向
に３０ＭＰａの加圧で焼結を行い、ＺｒＢ2−Ｃ 繊維束
複合材が作製できた。作製した複合材のＣ繊維束の含有
量と径との関係は、先に示した図５のとおりである。
してスラリー状にし、これをドクターブレード法により
グリーンシート化した。上記Ｃ繊維束を乾燥したグリー
ンシートの上にできるだけ均一に一方向に配列した。Ｃ
繊維束を配列したグリーンシートを繊維束が同一方向に
配向するように数段積層し、それを大気中において100
℃で１分間、積層方向に１５ＭＰａの加圧をして成形体
とした。得られた成形体をホットプレスにより真空中、
１９００℃で１時間の加熱、グリーンシートの積層方向
に３０ＭＰａの加圧で焼結を行い、ＺｒＢ2−Ｃ 繊維束
複合材が作製できた。作製した複合材のＣ繊維束の含有
量と径との関係は、先に示した図５のとおりである。
【００７７】次に、ＭｇＯセラミックスをＡｌ2Ｏ3繊維
束で一方向に強化したＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3繊維束複合材の
作製方法について説明する。なお、Ａｌ2Ｏ3繊維束の媒
体はＢ2Ｏ3である。ＭｇＯ粉末に所定量のバインダーを
混合してスラリー状にし、これをドクターブレード法に
よりグリーンシート化した。上記Ａｌ2Ｏ3繊維束を、乾
燥したグリーンシートの上にできるだけ均一に一方向に
配列した。Al2O3繊維束を配列したグリーンシートを、
繊維束が同一方向に配向するように数段積層し、それを
大気中において１００℃で５分間、積層方向に２０ＭＰ
ａの加圧をして成形体とした。得られた成形体をホット
プレスにより大気中、１２５０℃で１時間の加熱、グリ
ーンシートの積層方向に３０ＭＰａの加圧で焼結を行
い、ＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3繊維束複合材が作製できた。作製
した複合材のＡｌ2Ｏ3繊維束の含有量と径との関係は、
先に示した図６のとおりである。なお、以上示したいず
れの方法においても、マトリックス成分のグリーンシー
トの厚さあるいは配列する繊維束の間隔を変えることに
よって繊維束の含有量を調整できる。
束で一方向に強化したＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3繊維束複合材の
作製方法について説明する。なお、Ａｌ2Ｏ3繊維束の媒
体はＢ2Ｏ3である。ＭｇＯ粉末に所定量のバインダーを
混合してスラリー状にし、これをドクターブレード法に
よりグリーンシート化した。上記Ａｌ2Ｏ3繊維束を、乾
燥したグリーンシートの上にできるだけ均一に一方向に
配列した。Al2O3繊維束を配列したグリーンシートを、
繊維束が同一方向に配向するように数段積層し、それを
大気中において１００℃で５分間、積層方向に２０ＭＰ
ａの加圧をして成形体とした。得られた成形体をホット
プレスにより大気中、１２５０℃で１時間の加熱、グリ
ーンシートの積層方向に３０ＭＰａの加圧で焼結を行
い、ＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3繊維束複合材が作製できた。作製
した複合材のＡｌ2Ｏ3繊維束の含有量と径との関係は、
先に示した図６のとおりである。なお、以上示したいず
れの方法においても、マトリックス成分のグリーンシー
トの厚さあるいは配列する繊維束の間隔を変えることに
よって繊維束の含有量を調整できる。
【００７８】上記と同様の製法により、他の成分のマト
リックス、あるいは他の成分の繊維束の組合せによる数
種の繊維束強化複合材の作製を試みた。その結果、いず
れの場合も繊維束が一方向に配向した複合材を容易に作
製することができた。但し、マトリックスあるいは繊維
束の成分によっては、両者の間で反応が生じ、繊維束の
特性劣化につながる場合があるので、マトリックスと繊
維束の成分の組合せは、酸化物と酸化物、あるいは非酸
化物と非酸化物が望ましい。しかしながら、繊維束表面
にあらかじめ、実施例で示すようなコーティングを施せ
ば反応を抑制することができる。
リックス、あるいは他の成分の繊維束の組合せによる数
種の繊維束強化複合材の作製を試みた。その結果、いず
れの場合も繊維束が一方向に配向した複合材を容易に作
製することができた。但し、マトリックスあるいは繊維
束の成分によっては、両者の間で反応が生じ、繊維束の
特性劣化につながる場合があるので、マトリックスと繊
維束の成分の組合せは、酸化物と酸化物、あるいは非酸
化物と非酸化物が望ましい。しかしながら、繊維束表面
にあらかじめ、実施例で示すようなコーティングを施せ
ば反応を抑制することができる。
【００７９】なお、繊維束の長さが比較的短い場合に
は、マトリックス成分のスラリーに繊維束を混合し、押
出し口に格子を設けて型内に押出し成形したものを焼結
することによって、繊維束が一方向に配向した複合材を
作製することができる。
は、マトリックス成分のスラリーに繊維束を混合し、押
出し口に格子を設けて型内に押出し成形したものを焼結
することによって、繊維束が一方向に配向した複合材を
作製することができる。
【００８０】以上より、繊維束を用いることによって、
セラミックスマトリックス中に繊維束が一方向に配向し
た複合材が比較的簡単に作製できることが実証された。
本実施例で作製した上記以外の代表的な複合材のマトリ
ックスと繊維束との組合せを表５に示す。表５には、そ
れらの複合材の３点曲げ強度と破壊靭性値を併記する。
セラミックスマトリックス中に繊維束が一方向に配向し
た複合材が比較的簡単に作製できることが実証された。
本実施例で作製した上記以外の代表的な複合材のマトリ
ックスと繊維束との組合せを表５に示す。表５には、そ
れらの複合材の３点曲げ強度と破壊靭性値を併記する。
【００８１】
【表５】
【００８２】（実施例６）本発明に係る実施例６とし
て、実施例４で作製した無機繊維束を用い、金属をマト
リックスとした繊維束強化複合材の作製例を示す。
て、実施例４で作製した無機繊維束を用い、金属をマト
リックスとした繊維束強化複合材の作製例を示す。
【００８３】まず、ＣｕをＣ繊維束で一方向に強化した
Ｃｕ−Ｃ繊維束複合材の作製方法について説明する。な
お、Ｃ繊維束の媒体はＣである。Ｃｕ板の上にＣ繊維束
をできるだけ均一に一方向に配列し、これを繊維束が同
一方向に配向するように数段積層し、型に入れた状態で
真空中、９００℃に加熱して溶融軟化させた。この際、
ＣｕはＣ繊維束に濡れないので、Ｃ繊維束表面にあらか
じめＣｕメッキを施しておくとよく、また積層方向に加
圧することにより、ＣｕとＣ繊維束との密着性がよくな
る。加熱後、冷却固化することにより、Ｃｕ−Ｃ繊維束
複合材が作製できた。作製した複合材のＣ繊維束の含有
量と径との関係は、先に示した図８のとおりである。
Ｃｕ−Ｃ繊維束複合材の作製方法について説明する。な
お、Ｃ繊維束の媒体はＣである。Ｃｕ板の上にＣ繊維束
をできるだけ均一に一方向に配列し、これを繊維束が同
一方向に配向するように数段積層し、型に入れた状態で
真空中、９００℃に加熱して溶融軟化させた。この際、
ＣｕはＣ繊維束に濡れないので、Ｃ繊維束表面にあらか
じめＣｕメッキを施しておくとよく、また積層方向に加
圧することにより、ＣｕとＣ繊維束との密着性がよくな
る。加熱後、冷却固化することにより、Ｃｕ−Ｃ繊維束
複合材が作製できた。作製した複合材のＣ繊維束の含有
量と径との関係は、先に示した図８のとおりである。
【００８４】次に、ＴｉをＳｉＣ繊維束で一方向に強化
したＴｉ−ＳｉＣ繊維束複合材の作製方法について説明
する。なお、ＳｉＣ繊維束の媒体はＴｉＣ・ＳｉＣであ
る。Ｔｉ板の上にＳｉＣ繊維束をできるだけ均一に一方
向に配列し、これを繊維束が同一方向に配向するように
数段積層し、型に入れた状態で真空中、１６００℃に加
熱して溶融軟化させた。ここで、Ｔｉは表面が極めて活
性で酸化されやすいため、以上の操作は不活性雰囲気下
で取り扱うなど、酸化防止のための工夫が必要である。
またこの際、積層方向に加圧することにより、ＴｉとＳ
ｉＣ繊維束との密着性がよくなる。加熱後、冷却固化す
ることにより、Ｔｉ−ＳｉＣ繊維束複合材が作製でき
た。作製した複合材のＳｉＣ繊維束の含有量と径との関
係は、先に示した図９のとおりである。
したＴｉ−ＳｉＣ繊維束複合材の作製方法について説明
する。なお、ＳｉＣ繊維束の媒体はＴｉＣ・ＳｉＣであ
る。Ｔｉ板の上にＳｉＣ繊維束をできるだけ均一に一方
向に配列し、これを繊維束が同一方向に配向するように
数段積層し、型に入れた状態で真空中、１６００℃に加
熱して溶融軟化させた。ここで、Ｔｉは表面が極めて活
性で酸化されやすいため、以上の操作は不活性雰囲気下
で取り扱うなど、酸化防止のための工夫が必要である。
またこの際、積層方向に加圧することにより、ＴｉとＳ
ｉＣ繊維束との密着性がよくなる。加熱後、冷却固化す
ることにより、Ｔｉ−ＳｉＣ繊維束複合材が作製でき
た。作製した複合材のＳｉＣ繊維束の含有量と径との関
係は、先に示した図９のとおりである。
【００８５】上記と同様の製法により、マトリックスが
他の成分の純金属や合金あるいは金属間化合物で、他の
成分の繊維束を用いた数種の繊維束強化複合材の作製を
試みた。その結果、いずれの場合も繊維束が一方向に配
向した複合材を容易に作製することができた。但し、マ
トリックスあるいは繊維束の成分によっては、両者の間
で反応が生じ、繊維束の特性劣化につながる場合がある
ので、繊維束表面にはあらかじめ、実施例で示すような
コーティングを施すことが望ましい。
他の成分の純金属や合金あるいは金属間化合物で、他の
成分の繊維束を用いた数種の繊維束強化複合材の作製を
試みた。その結果、いずれの場合も繊維束が一方向に配
向した複合材を容易に作製することができた。但し、マ
トリックスあるいは繊維束の成分によっては、両者の間
で反応が生じ、繊維束の特性劣化につながる場合がある
ので、繊維束表面にはあらかじめ、実施例で示すような
コーティングを施すことが望ましい。
【００８６】なお、繊維束の長さが比較的短い場合に
は、マトリックス成分の溶融金属に繊維束を混合し、押
出し口に格子を設けて型内に押出し成形し、冷却固化す
ることによって、繊維束が一方向に配向した複合材を作
製することができる。
は、マトリックス成分の溶融金属に繊維束を混合し、押
出し口に格子を設けて型内に押出し成形し、冷却固化す
ることによって、繊維束が一方向に配向した複合材を作
製することができる。
【００８７】以上より、繊維束を用いることによって、
金属マトリックス中に繊維束が一方向に配向した複合材
が、比較的簡単に作製できることが実証された。本実施
例で作製した上記以外の代表的な複合材のマトリックス
と繊維束との組合せを表６に示す。
金属マトリックス中に繊維束が一方向に配向した複合材
が、比較的簡単に作製できることが実証された。本実施
例で作製した上記以外の代表的な複合材のマトリックス
と繊維束との組合せを表６に示す。
【００８８】
【表６】
【００８９】（実施例７）実施例５及び６で作製した複
合材の機械的特性について検討した。まずセラミックス
がマトリックスである複合材として、Ｃ繊維束が一方向
に配向したＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材について、室温及び
高温（真空中、１５００℃）において３点曲げ強さを測
定した。繊維束の径と室温における曲げ強さとの関係
は、先に示した図７のとおりである。比較のため、Ｓｉ
Ｃ単体の３点曲げ強さを併せて示す。図７からわかるよ
うに、Ｃ繊維束の径を大きくすることによって複合材の
強度を向上させることができ、ＳｉＣ単体と同等の強度
が得られる。これは、Ｃ繊維束とＳｉＣマトリックスと
の熱膨張差により焼結後は残留応力(ＳｉＣに引張応力)
が残るが、繊維束の径が大きいほど間に存在するマトリ
ックス量は多くなり、上記の引張残留応力を緩和する効
果が大きくなるためと考えられる。これより、室温にお
いては繊維束の径及び含有量の調整により、強度を向上
させることができる。
合材の機械的特性について検討した。まずセラミックス
がマトリックスである複合材として、Ｃ繊維束が一方向
に配向したＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材について、室温及び
高温（真空中、１５００℃）において３点曲げ強さを測
定した。繊維束の径と室温における曲げ強さとの関係
は、先に示した図７のとおりである。比較のため、Ｓｉ
Ｃ単体の３点曲げ強さを併せて示す。図７からわかるよ
うに、Ｃ繊維束の径を大きくすることによって複合材の
強度を向上させることができ、ＳｉＣ単体と同等の強度
が得られる。これは、Ｃ繊維束とＳｉＣマトリックスと
の熱膨張差により焼結後は残留応力(ＳｉＣに引張応力)
が残るが、繊維束の径が大きいほど間に存在するマトリ
ックス量は多くなり、上記の引張残留応力を緩和する効
果が大きくなるためと考えられる。これより、室温にお
いては繊維束の径及び含有量の調整により、強度を向上
させることができる。
【００９０】なお、マトリックスに他のセラミックスを
用いた場合にも、またＣ繊維束以外の無機繊維束を用い
た場合にも、繊維束の径の大きさと得られた複合材の強
度との関係は、上記のＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材の場合と
同様の傾向になった。この場合も同様に、繊維束の径が
大きい方が、繊維束とマトリックスとの熱膨張差による
残留応力を緩和する効果が大きくなることと、マトリッ
クス／繊維束界面の面積が小さくなり欠陥が少なくなる
ためと考える。
用いた場合にも、またＣ繊維束以外の無機繊維束を用い
た場合にも、繊維束の径の大きさと得られた複合材の強
度との関係は、上記のＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材の場合と
同様の傾向になった。この場合も同様に、繊維束の径が
大きい方が、繊維束とマトリックスとの熱膨張差による
残留応力を緩和する効果が大きくなることと、マトリッ
クス／繊維束界面の面積が小さくなり欠陥が少なくなる
ためと考える。
【００９１】次に、ＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材の高温（真
空中、１５００℃）において３点曲げ強さを測定した結
果を図１４に示す。Ｃ繊維束の径の大きさに係らず、Ｓ
ｉＣ単体と同等あるいはそれ以上の高温強度が得られ
た。これは、高温においてはマトリックスに生ずる引張
残留応力が緩和されるため、高温強度は室温よりも比較
的高くなったものと考えられる。このように、高温にな
るにつれて繊維束の径の大きさに係らず強度が高くな
り、本材料が高温用構造材料として適した特性を持つ複
合材料である。
空中、１５００℃）において３点曲げ強さを測定した結
果を図１４に示す。Ｃ繊維束の径の大きさに係らず、Ｓ
ｉＣ単体と同等あるいはそれ以上の高温強度が得られ
た。これは、高温においてはマトリックスに生ずる引張
残留応力が緩和されるため、高温強度は室温よりも比較
的高くなったものと考えられる。このように、高温にな
るにつれて繊維束の径の大きさに係らず強度が高くな
り、本材料が高温用構造材料として適した特性を持つ複
合材料である。
【００９２】さらに、ＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材の破壊靭
性を測定した結果、先に示した図１１のようになった。
図１１から、上記（１）式に示す繊維束の径の範囲で、
径の大きさと共に靭性が向上していることがわかる。こ
れは、マトリックスからの繊維束の引き抜けと共に、繊
維束自体の中で繊維の引き抜けや段階的な破断が生じて
いるためと考える。
性を測定した結果、先に示した図１１のようになった。
図１１から、上記（１）式に示す繊維束の径の範囲で、
径の大きさと共に靭性が向上していることがわかる。こ
れは、マトリックスからの繊維束の引き抜けと共に、繊
維束自体の中で繊維の引き抜けや段階的な破断が生じて
いるためと考える。
【００９３】以上示した特徴は、他の成分からなるセラ
ミックスマトリックスまたは繊維束をもつ複合材でも同
様にみられ、上記（１）式に示す範囲の繊維束の径をも
つ複合材が、本発明の目的に即した材料である。
ミックスマトリックスまたは繊維束をもつ複合材でも同
様にみられ、上記（１）式に示す範囲の繊維束の径をも
つ複合材が、本発明の目的に即した材料である。
【００９４】次に、金属がマトリックスである複合材と
して、Ｃ繊維束が一方向に配向したＣｕ−Ｃ繊維束複合
材について、室温において引張強さを測定した。繊維束
の径と引張強さとの関係は、先に示した図１０のとおり
である。比較のため、Ｃｕ単体の引張強さを併せて示
す。引張強さは繊維束含有量に大きく依存し、繊維束の
径に対しては大きな変化はない。しかしながら、径の大
きさと共にわずかに強度が向上する傾向がみられ、径が
ある値以上になると強度はほとんど変化しなくなる。
して、Ｃ繊維束が一方向に配向したＣｕ−Ｃ繊維束複合
材について、室温において引張強さを測定した。繊維束
の径と引張強さとの関係は、先に示した図１０のとおり
である。比較のため、Ｃｕ単体の引張強さを併せて示
す。引張強さは繊維束含有量に大きく依存し、繊維束の
径に対しては大きな変化はない。しかしながら、径の大
きさと共にわずかに強度が向上する傾向がみられ、径が
ある値以上になると強度はほとんど変化しなくなる。
【００９５】これは、他の成分からなる金属マトリック
スまたは繊維束をもつ複合材でも同様にみられ、上記
（４）式に示す範囲の繊維束の径をもつ複合材が、本発
明の目的に即した材料である。
スまたは繊維束をもつ複合材でも同様にみられ、上記
（４）式に示す範囲の繊維束の径をもつ複合材が、本発
明の目的に即した材料である。
【００９６】（実施例８）実施例４で作製した繊維束に
対して、マトリックスとの反応を抑制するための表面コ
ーティングを施した例を示す。
対して、マトリックスとの反応を抑制するための表面コ
ーティングを施した例を示す。
【００９７】コーティング法とコーティングの効果につ
いて、Ｃを媒体としたＣ繊維束にＳｉＣをコーティング
した場合を例に説明する。コーティング法としては、化
学気相蒸着法，ゾル−ゲル法，スラリー含浸法などが挙
げられるが、ここではゾル−ゲル法により行った。すな
わち、Ｃを媒体としたＣ繊維束をポリシラン中に浸漬，
乾燥し、これを数回繰り返した後熱処理（真空中、１２
００℃）して表面にＳｉＣをコーティングした。コーテ
ィング層の厚さは約５０μｍである。
いて、Ｃを媒体としたＣ繊維束にＳｉＣをコーティング
した場合を例に説明する。コーティング法としては、化
学気相蒸着法，ゾル−ゲル法，スラリー含浸法などが挙
げられるが、ここではゾル−ゲル法により行った。すな
わち、Ｃを媒体としたＣ繊維束をポリシラン中に浸漬，
乾燥し、これを数回繰り返した後熱処理（真空中、１２
００℃）して表面にＳｉＣをコーティングした。コーテ
ィング層の厚さは約５０μｍである。
【００９８】このＣ繊維束を用いてＳｉＣをマトリック
スとした複合材（Ｃ繊維束の含有量：約５vol％）を作
製し、室温での３点曲げ強さを測定した。繊維束の径が
０.６mmのとき、コーティングがない場合に曲げ強さは
３２０ＭＰａであるのに対し、コーティングした場合に
は３９０ＭＰａであった。また、繊維束の径が１.２mm
のとき、コーティングがない場合に曲げ強さは４６０Ｍ
Ｐａであるのに対し、コーティングした場合には４９５
ＭＰａであった。いずれの場合も、コーティングを施し
た方が曲げ強さの値は大きくなっている。これは、あら
かじめ繊維束表面にコーティング層を設けることによ
り、焼結時のマトリックスと繊維束との反応を抑制する
ことができ、繊維束の損傷あるいはマトリックス／繊維
束界面の欠陥を少なくする効果によるものと考えられ
る。
スとした複合材（Ｃ繊維束の含有量：約５vol％）を作
製し、室温での３点曲げ強さを測定した。繊維束の径が
０.６mmのとき、コーティングがない場合に曲げ強さは
３２０ＭＰａであるのに対し、コーティングした場合に
は３９０ＭＰａであった。また、繊維束の径が１.２mm
のとき、コーティングがない場合に曲げ強さは４６０Ｍ
Ｐａであるのに対し、コーティングした場合には４９５
ＭＰａであった。いずれの場合も、コーティングを施し
た方が曲げ強さの値は大きくなっている。これは、あら
かじめ繊維束表面にコーティング層を設けることによ
り、焼結時のマトリックスと繊維束との反応を抑制する
ことができ、繊維束の損傷あるいはマトリックス／繊維
束界面の欠陥を少なくする効果によるものと考えられ
る。
【００９９】上記と同様の方法により、他の繊維束に対
するＳｉＣ以外のコーティング、すなわちＣ，ＴｉＣ，
Ｂ4Ｃ，ＢＮ，ＴｉＮ，Ｓｉ3Ｎ4，ＡｌＮ，ＳｉＯ2,Ｔ
ｉＯ2，ＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＺｎＯ，ＭｇＯ，Ｂ2Ｏ3，
Ｔａ2Ｏ5 のコーティングも可能であった。また、コー
ティング方法としては、化学気相蒸着法，スラリー含浸
法なども適用可能である。但し、コーティング成分とし
ては、マトリックス及び繊維束と反応性がないものが望
ましい。本実施例で行った繊維束への代表的なコーティ
ング例を表７に示す。
するＳｉＣ以外のコーティング、すなわちＣ，ＴｉＣ，
Ｂ4Ｃ，ＢＮ，ＴｉＮ，Ｓｉ3Ｎ4，ＡｌＮ，ＳｉＯ2,Ｔ
ｉＯ2，ＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＺｎＯ，ＭｇＯ，Ｂ2Ｏ3，
Ｔａ2Ｏ5 のコーティングも可能であった。また、コー
ティング方法としては、化学気相蒸着法，スラリー含浸
法なども適用可能である。但し、コーティング成分とし
ては、マトリックス及び繊維束と反応性がないものが望
ましい。本実施例で行った繊維束への代表的なコーティ
ング例を表７に示す。
【０１００】
【表７】
【０１０１】（実施例９）得られた繊維束強化複合材の
表面に、酸化物セラミックスをコーティングした例とそ
の効果について示す。ここでは、ＳｉＣマトリックスを
Ｃ繊維束で強化したＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材の表面に、
ＺｒＯ2 をコーティングした例を中心に説明する。
表面に、酸化物セラミックスをコーティングした例とそ
の効果について示す。ここでは、ＳｉＣマトリックスを
Ｃ繊維束で強化したＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材の表面に、
ＺｒＯ2 をコーティングした例を中心に説明する。
【０１０２】作製したＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材をＺｒＯ
2 スラリー中に浸漬，乾燥し、これを数回繰り返した後
１４００℃で１時間加熱し、ＺｒＯ2 を焼結させる。こ
のときＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材は、Ｃ繊維束がＳｉＣマ
トリックスの表面外に露出していない構造が望ましい。
これはＣ繊維束が酸化物であるＺｒＯ2 と反応すること
を防ぐためである。上記の方法により、厚さ０.５mmの
ＺｒＯ2コーティング層を得た。
2 スラリー中に浸漬，乾燥し、これを数回繰り返した後
１４００℃で１時間加熱し、ＺｒＯ2 を焼結させる。こ
のときＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材は、Ｃ繊維束がＳｉＣマ
トリックスの表面外に露出していない構造が望ましい。
これはＣ繊維束が酸化物であるＺｒＯ2 と反応すること
を防ぐためである。上記の方法により、厚さ０.５mmの
ＺｒＯ2コーティング層を得た。
【０１０３】得られたＺｒＯ2 コーティングＳｉＣ／Ｃ
繊維束複合材を、コーティングなしのＳｉＣ／Ｃ繊維束
複合材とともに大気中、１０００℃において２４時間加
熱し、酸化試験を行った。その結果、コーティングなし
のＳｉＣ／Ｃ繊維束強化複合材は４.３％重量が減少し
たのに対し、ＺｒＯ2コーティングを施した場合は重量
減少が０.９％ であった。これは、酸化物セラミックス
コーティングにより、表面の酸化が抑制された効果によ
るものである。また、酸化試験後の試料について室温で
３点曲げ強さを測定したところ、コーティングなしの場
合は３５５ＭＰａであったのに対し、ＺｒＯ2 コーティ
ングを施した場合は４２５ＭＰａであった。これによ
り、高温下においても特性を劣化させることなく、安定
して使用できるＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材が得られること
が実証された。
繊維束複合材を、コーティングなしのＳｉＣ／Ｃ繊維束
複合材とともに大気中、１０００℃において２４時間加
熱し、酸化試験を行った。その結果、コーティングなし
のＳｉＣ／Ｃ繊維束強化複合材は４.３％重量が減少し
たのに対し、ＺｒＯ2コーティングを施した場合は重量
減少が０.９％ であった。これは、酸化物セラミックス
コーティングにより、表面の酸化が抑制された効果によ
るものである。また、酸化試験後の試料について室温で
３点曲げ強さを測定したところ、コーティングなしの場
合は３５５ＭＰａであったのに対し、ＺｒＯ2 コーティ
ングを施した場合は４２５ＭＰａであった。これによ
り、高温下においても特性を劣化させることなく、安定
して使用できるＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材が得られること
が実証された。
【０１０４】上記のほか、ＳｉＯ2，ＴｉＯ2，Ａｌ
2Ｏ3，ＺｎＯ，ＭｇＯ,Ｂ2Ｏ3,Ｔａ2Ｏ5をコーティング
した場合でも同様の効果が得られた。またコーティング
法としては、上記のスラリーを用いた方法のほか、化学
気相蒸着法，ゾル−ゲル法なども可能である。さらにこ
れらのコーティングは、ＳｉＣ以外のマトリックスから
なる複合材に対しても可能であった。本実施例で行った
複合材への代表的な酸化物セラミックスコーティング例
を表８に示す。
2Ｏ3，ＺｎＯ，ＭｇＯ,Ｂ2Ｏ3,Ｔａ2Ｏ5をコーティング
した場合でも同様の効果が得られた。またコーティング
法としては、上記のスラリーを用いた方法のほか、化学
気相蒸着法，ゾル−ゲル法なども可能である。さらにこ
れらのコーティングは、ＳｉＣ以外のマトリックスから
なる複合材に対しても可能であった。本実施例で行った
複合材への代表的な酸化物セラミックスコーティング例
を表８に示す。
【０１０５】
【表８】
【０１０６】なお、マトリックスとコーティング層との
熱膨張差によるコーティング層の破損を防止するため
に、両者の間にマトリックス成分とコーティング成分が
徐々に、あるいは段階的に変化する中間層を設けても良
い。
熱膨張差によるコーティング層の破損を防止するため
に、両者の間にマトリックス成分とコーティング成分が
徐々に、あるいは段階的に変化する中間層を設けても良
い。
【０１０７】（実施例１０）マトリックス中に無機繊維
束が二方向に配向した繊維束強化複合材の作製例につい
て示す。ここでは、ＳｉＣマトリックス中にＣを媒体と
したＣ繊維束が二方向に配向したＳｉＣ／Ｃ繊維束複合
材の作製方法を中心に説明する。
束が二方向に配向した繊維束強化複合材の作製例につい
て示す。ここでは、ＳｉＣマトリックス中にＣを媒体と
したＣ繊維束が二方向に配向したＳｉＣ／Ｃ繊維束複合
材の作製方法を中心に説明する。
【０１０８】実施例４と同様の方法により、Ｃ繊維束と
ＳｉＣマトリックス成分のグリーンシートを作製する。
得られたグリーンシート上にＣ繊維束をできるだけ均一
に一方向に配列し、それをＣ繊維束が交互に直交するよ
うに数段積層し、大気中において１００℃で１分間、積
層方向に１５ＭＰａの加圧をして成形体とした。得られ
た成形体をホットプレスにより高真空中、２１００℃で
１時間の加熱、グリーンシートの積層方向に３０ＭＰａ
の加圧で焼結を行い、Ｃ繊維束が二方向に配向したＳｉ
Ｃ／Ｃ繊維束複合材を作製した。
ＳｉＣマトリックス成分のグリーンシートを作製する。
得られたグリーンシート上にＣ繊維束をできるだけ均一
に一方向に配列し、それをＣ繊維束が交互に直交するよ
うに数段積層し、大気中において１００℃で１分間、積
層方向に１５ＭＰａの加圧をして成形体とした。得られ
た成形体をホットプレスにより高真空中、２１００℃で
１時間の加熱、グリーンシートの積層方向に３０ＭＰａ
の加圧で焼結を行い、Ｃ繊維束が二方向に配向したＳｉ
Ｃ／Ｃ繊維束複合材を作製した。
【０１０９】同様の方法により、他のマトリックス成分
の場合にも、また他の繊維束の場合にも、マトリックス
中に繊維束が二方向に直交する繊維束強化複合材を作製
することができる。さらに、実施例１から３のようにマ
トリックスをナノ粒子，繊維で強化することにより、高
強度・高靭性セラミックスが得られる。ここで、マトリ
ックスが金属の場合は、実施例６と同様にマトリックス
成分の金属板を用いることで可能となる。また、繊維束
がある角度をもって交わるようにグリーンシートあるい
は金属板を積層することにより、繊維束が任意の角度で
交わるように二方向に配向する繊維束強化複合材を作製
することも可能である。
の場合にも、また他の繊維束の場合にも、マトリックス
中に繊維束が二方向に直交する繊維束強化複合材を作製
することができる。さらに、実施例１から３のようにマ
トリックスをナノ粒子，繊維で強化することにより、高
強度・高靭性セラミックスが得られる。ここで、マトリ
ックスが金属の場合は、実施例６と同様にマトリックス
成分の金属板を用いることで可能となる。また、繊維束
がある角度をもって交わるようにグリーンシートあるい
は金属板を積層することにより、繊維束が任意の角度で
交わるように二方向に配向する繊維束強化複合材を作製
することも可能である。
【０１１０】（実施例１１）マトリックス中に繊維束が
三次元形状をもって存在する繊維束強化複合材の作製例
について示す。ここでは、ＳｉＣマトリックス中にＣを
媒体としたＣ繊維束が三次元形状をもって存在するＳｉ
Ｃ／Ｃ繊維束複合材の作製方法を中心に説明する。
三次元形状をもって存在する繊維束強化複合材の作製例
について示す。ここでは、ＳｉＣマトリックス中にＣを
媒体としたＣ繊維束が三次元形状をもって存在するＳｉ
Ｃ／Ｃ繊維束複合材の作製方法を中心に説明する。
【０１１１】実施例４，５と同様の方法により、Ｃ繊維
束とＳｉＣマトリックス成分のスラリーを作製する。但
し、ＳｉＣの焼結助剤にはＢとＣを用いた。またこの
際、Ｃ繊維の束にフェノール樹脂を含浸した後、所望の
形状に型枠などを用いて成形した上で加熱・炭化させる
ことによって、所望の形状を有するＣ繊維束を得た。得
られたＣ繊維束を金型内に固定し、スラリーを流し込み
大気中で乾燥する。これを数回繰り返し、マトリックス
成分を十分充填した上で金型から出し、Ａｒガス１気圧
中、２０５０℃で１時間の焼結を行い、Ｃ繊維束が三次
元形状をもって存在するＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材を作製
した。
束とＳｉＣマトリックス成分のスラリーを作製する。但
し、ＳｉＣの焼結助剤にはＢとＣを用いた。またこの
際、Ｃ繊維の束にフェノール樹脂を含浸した後、所望の
形状に型枠などを用いて成形した上で加熱・炭化させる
ことによって、所望の形状を有するＣ繊維束を得た。得
られたＣ繊維束を金型内に固定し、スラリーを流し込み
大気中で乾燥する。これを数回繰り返し、マトリックス
成分を十分充填した上で金型から出し、Ａｒガス１気圧
中、２０５０℃で１時間の焼結を行い、Ｃ繊維束が三次
元形状をもって存在するＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材を作製
した。
【０１１２】同様の方法により、他のマトリックス成分
の場合にも、また他の繊維束の場合にも、マトリックス
中に繊維束が三次元形状をもって存在する繊維束強化複
合材を作製することができる。さらに、実施例１から３
のようにマトリックスをナノ粒子，繊維で強化すること
により、高強度・高靭性セラミックスが得られる。ここ
で、マトリックスが金属の場合は、実施例６と同様にマ
トリックス成分を加熱し溶融させた金属を充填した後、
冷却することで可能となる。また、得られる複合材の密
度を向上させるために、静水圧加圧焼結も適用可能であ
る。
の場合にも、また他の繊維束の場合にも、マトリックス
中に繊維束が三次元形状をもって存在する繊維束強化複
合材を作製することができる。さらに、実施例１から３
のようにマトリックスをナノ粒子，繊維で強化すること
により、高強度・高靭性セラミックスが得られる。ここ
で、マトリックスが金属の場合は、実施例６と同様にマ
トリックス成分を加熱し溶融させた金属を充填した後、
冷却することで可能となる。また、得られる複合材の密
度を向上させるために、静水圧加圧焼結も適用可能であ
る。
【０１１３】なお、繊維束の長さが比較的短い場合に
は、マトリックス成分のスラリーあるいは溶融金属に繊
維束を混合し、これを型内に押出し成形後、焼結するか
あるいは冷却固化することで、繊維束が三次元形状をも
って存在する繊維束強化複合材が作製できる。
は、マトリックス成分のスラリーあるいは溶融金属に繊
維束を混合し、これを型内に押出し成形後、焼結するか
あるいは冷却固化することで、繊維束が三次元形状をも
って存在する繊維束強化複合材が作製できる。
【０１１４】（実施例１２）繊維強化窒化珪素に関する
実施例を示す。まず、Ｃ繊維束の作製方法について説明
する。ピッチ系連続Ｃ繊維数本を一方向に配列し、フェ
ノール樹脂とエタノールを重量比で１：１に混合した溶
液を含浸させ、それを真空中において2000℃で１時間加
熱し、フェノール樹脂を固化させることにより、Ｃを媒
体としたＣ繊維束を得た。この際、用いるＣ繊維の本数
を変えることで、Ｃ繊維束の径を変えることができる。
この方法で得られた繊維束のＣ媒体の含有量は、径の大
きさに係らず約６０vol％ である。
実施例を示す。まず、Ｃ繊維束の作製方法について説明
する。ピッチ系連続Ｃ繊維数本を一方向に配列し、フェ
ノール樹脂とエタノールを重量比で１：１に混合した溶
液を含浸させ、それを真空中において2000℃で１時間加
熱し、フェノール樹脂を固化させることにより、Ｃを媒
体としたＣ繊維束を得た。この際、用いるＣ繊維の本数
を変えることで、Ｃ繊維束の径を変えることができる。
この方法で得られた繊維束のＣ媒体の含有量は、径の大
きさに係らず約６０vol％ である。
【０１１５】次に、複合材の作製方法について説明す
る。平均粒径０.５μｍ のＳｉ粉末７０重量部と平均粒
径３μｍのＳｉＣ粉末３０重量部を、ライカイ機（自動
撹拌機）により乾式混合し、この混合粉末を所定量の有
機溶媒に混合してスラリー状にし、これをドクターブレ
ード法によりグリーンシート化した。上記で得られたＣ
繊維束を、乾燥したグリーンシートの上にできるだけ均
一に一方向に配列した。Ｃ繊維束を配列したグリーンシ
ートを、繊維束が同一方向に配向するように数段積層
し、積層方向に９８ＭＰａで加圧して成形体とした。得
られた成形体を窒素中で１４００℃まで加熱し、反応焼
結窒化珪素結合ＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材が作製できた。
このときの焼結時の収縮率は０.２％ 以下であった。
る。平均粒径０.５μｍ のＳｉ粉末７０重量部と平均粒
径３μｍのＳｉＣ粉末３０重量部を、ライカイ機（自動
撹拌機）により乾式混合し、この混合粉末を所定量の有
機溶媒に混合してスラリー状にし、これをドクターブレ
ード法によりグリーンシート化した。上記で得られたＣ
繊維束を、乾燥したグリーンシートの上にできるだけ均
一に一方向に配列した。Ｃ繊維束を配列したグリーンシ
ートを、繊維束が同一方向に配向するように数段積層
し、積層方向に９８ＭＰａで加圧して成形体とした。得
られた成形体を窒素中で１４００℃まで加熱し、反応焼
結窒化珪素結合ＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材が作製できた。
このときの焼結時の収縮率は０.２％ 以下であった。
【０１１６】上記の方法により、繊維束の含有量および
繊維束の径を変えて焼結体を作製した結果を表９に示
す。また、ＳiＣ粉末の変わりにＳiＣウイスカを用いた
場合の実施例も合わせて表９に示す。
繊維束の径を変えて焼結体を作製した結果を表９に示
す。また、ＳiＣ粉末の変わりにＳiＣウイスカを用いた
場合の実施例も合わせて表９に示す。
【０１１７】
【表９】
【０１１８】さらに、表９などの実験結果を整理すると
図１５に示す範囲において、高強度かつ高靭性の複合体
を得ることができ、（３）式の範囲と一致することがわ
かった。
図１５に示す範囲において、高強度かつ高靭性の複合体
を得ることができ、（３）式の範囲と一致することがわ
かった。
【０１１９】上記のＣ繊維束の含有量が約１０vol％ の
場合の反応焼結窒化珪素結合ＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材に
ついて、室温において３点曲げ強さを測定し、繊維束の
径と曲げ強さとの関係で整理した結果を図１６に示す。
場合の反応焼結窒化珪素結合ＳｉＣ／Ｃ繊維束複合材に
ついて、室温において３点曲げ強さを測定し、繊維束の
径と曲げ強さとの関係で整理した結果を図１６に示す。
【０１２０】図１６には比較のため、繊維束でない単繊
維を配向させた場合、常圧焼結窒化珪素／Ｃ繊維束複合
セラミックス（焼結助剤；ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3）の場合の
３点曲げ強さを併せて示す。
維を配向させた場合、常圧焼結窒化珪素／Ｃ繊維束複合
セラミックス（焼結助剤；ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3）の場合の
３点曲げ強さを併せて示す。
【０１２１】図１６からＣ繊維束の径を大きくすること
によって複合材の強度を向上させることができ、常圧焼
結窒化珪素／Ｃ繊維束複合セラミックスよりも高い強度
が得られることがわかる。これは、常圧焼結窒化珪素／
Ｃ繊維束複合セラミックスでは、焼結時の１８％の線収
縮によって繊維束とマトリックス間に応力が発生し、焼
結体中にクラックが入る、あるいは最終的に引張り応力
が焼結体中に残存し、このために強度が低くなってい
る。それに対して本発明の材料では、焼結時の線収縮率
が０.２％ と小さいために、繊維束とマトリックス間に
応力が殆ど発生しないために高強度材料が得られる。ま
た、従来の束にしないで単繊維で配向した場合には、マ
トリックスと炭素繊維束との熱膨張係数差により、マト
リックスに引張り応力が残存し強度が低下する。
によって複合材の強度を向上させることができ、常圧焼
結窒化珪素／Ｃ繊維束複合セラミックスよりも高い強度
が得られることがわかる。これは、常圧焼結窒化珪素／
Ｃ繊維束複合セラミックスでは、焼結時の１８％の線収
縮によって繊維束とマトリックス間に応力が発生し、焼
結体中にクラックが入る、あるいは最終的に引張り応力
が焼結体中に残存し、このために強度が低くなってい
る。それに対して本発明の材料では、焼結時の線収縮率
が０.２％ と小さいために、繊維束とマトリックス間に
応力が殆ど発生しないために高強度材料が得られる。ま
た、従来の束にしないで単繊維で配向した場合には、マ
トリックスと炭素繊維束との熱膨張係数差により、マト
リックスに引張り応力が残存し強度が低下する。
【０１２２】また高温強度をみると、Ｃ繊維束の径の大
きさに係らず、いずれも高い強度が得られた。これよ
り、室温においては繊維束の径により強度を向上させる
ことができ、高温になるにつれて繊維束の径の大きさに
係らず強度が高くなり、本材料が高温用構造材料として
適した特性を持つ複合材料が得られた。
きさに係らず、いずれも高い強度が得られた。これよ
り、室温においては繊維束の径により強度を向上させる
ことができ、高温になるにつれて繊維束の径の大きさに
係らず強度が高くなり、本材料が高温用構造材料として
適した特性を持つ複合材料が得られた。
【０１２３】なお、マトリックスに他の反応焼結窒化珪
素結合セラミックスを用いた場合にも、繊維束の径の大
きさと得られた複合材の強度との関係は、上記の場合と
同様の傾向になった。これは、繊維束の径が大きい方
が、繊維束とマトリックスとの熱膨張差による残留応力
を緩和する効果が大きくなることと、マトリックス／繊
維束界面の面積が小さくなり欠陥が少なくなるためと考
えられる。
素結合セラミックスを用いた場合にも、繊維束の径の大
きさと得られた複合材の強度との関係は、上記の場合と
同様の傾向になった。これは、繊維束の径が大きい方
が、繊維束とマトリックスとの熱膨張差による残留応力
を緩和する効果が大きくなることと、マトリックス／繊
維束界面の面積が小さくなり欠陥が少なくなるためと考
えられる。
【０１２４】上記と同様の製法により、ＳｉＣ粉末に変
えてＴｉＣ，ＺｒＣ，Ｂ4Ｃ,ＡｌＮ，ＴｉＮ，ＢＮ，Ｚ
ｒＮ，ＺｒＢ2，Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯ，ムライト，ＺｒＯ2
を用いてＣ繊維束強化複合材の作製を試みた。その結
果、いずれの場合もＣ繊維束が一方向に配向した複合材
を容易に作製することができた。但しマトリックス成分
によっては、特に酸化物の場合、Ｃ繊維束と反応し繊維
束の特性劣化につながる場合があるので、繊維束表面に
はあらかじめ、上記実施例で示すようなコーティングを
施すことが望ましい。以上より、繊維束を用いることに
よって、セラミックスマトリックス中に繊維が一方向に
配向した複合材が比較的簡単に作製できることが実証さ
れた。
えてＴｉＣ，ＺｒＣ，Ｂ4Ｃ,ＡｌＮ，ＴｉＮ，ＢＮ，Ｚ
ｒＮ，ＺｒＢ2，Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯ，ムライト，ＺｒＯ2
を用いてＣ繊維束強化複合材の作製を試みた。その結
果、いずれの場合もＣ繊維束が一方向に配向した複合材
を容易に作製することができた。但しマトリックス成分
によっては、特に酸化物の場合、Ｃ繊維束と反応し繊維
束の特性劣化につながる場合があるので、繊維束表面に
はあらかじめ、上記実施例で示すようなコーティングを
施すことが望ましい。以上より、繊維束を用いることに
よって、セラミックスマトリックス中に繊維が一方向に
配向した複合材が比較的簡単に作製できることが実証さ
れた。
【０１２５】（実施例１３）本発明に係る実施例１３と
して、実施例１２で示した以外の繊維束の作製例につい
て説明する。ここでは、媒体にＣ、およびＳｉＣ，Ｔｉ
Ｃを用いたＣ繊維束の場合を中心に述べる。
して、実施例１２で示した以外の繊維束の作製例につい
て説明する。ここでは、媒体にＣ、およびＳｉＣ，Ｔｉ
Ｃを用いたＣ繊維束の場合を中心に述べる。
【０１２６】まず、ポリビニールアルコールを前駆体と
して、Ｃを媒体とするＣ繊維束の作製例を示す。連続Ｃ
繊維数本を一方向に配列し、ポリビニールアルコールと
温水を重量比で１：５に混合した溶液を含浸し、それを
大気中において８０℃で２〜３時間乾燥した後さらに３
００℃で１時間加熱し、ポリビニールアルコールを固化
させることにより、Ｃを媒体としたＣ繊維束を得た。こ
の方法で得られた繊維束のＣ媒体の含有量は、径の大き
さに係らず２０〜３０vol％ である。
して、Ｃを媒体とするＣ繊維束の作製例を示す。連続Ｃ
繊維数本を一方向に配列し、ポリビニールアルコールと
温水を重量比で１：５に混合した溶液を含浸し、それを
大気中において８０℃で２〜３時間乾燥した後さらに３
００℃で１時間加熱し、ポリビニールアルコールを固化
させることにより、Ｃを媒体としたＣ繊維束を得た。こ
の方法で得られた繊維束のＣ媒体の含有量は、径の大き
さに係らず２０〜３０vol％ である。
【０１２７】次に、ＳｉＣを媒体としたＣ繊維束の作製
例を示す。連続Ｃ繊維数本を一方向に配列し、ポリカル
ボシランを含浸し、それを大気中において３５０℃で１
時間加熱し、ポリカルボシランを炭化させることによ
り、ＳｉＣを媒体としたＣ繊維束を得た。この方法で得
られた繊維束のＳｉＣ媒体の含有量は、径の大きさに係
らず約５０vol％ である。
例を示す。連続Ｃ繊維数本を一方向に配列し、ポリカル
ボシランを含浸し、それを大気中において３５０℃で１
時間加熱し、ポリカルボシランを炭化させることによ
り、ＳｉＣを媒体としたＣ繊維束を得た。この方法で得
られた繊維束のＳｉＣ媒体の含有量は、径の大きさに係
らず約５０vol％ である。
【０１２８】さらに、ＴｉＣ，ＳｉＣを媒体としたＣ繊
維束の作製例を示す。連続Ｃ繊維数本を一方向に配列
し、ポリチタノカルボシランを含浸し、それを真空中に
おいて１４００℃で１時間加熱し、ＴｉＣ，ＳｉＣを媒
体としたＣ繊維束を得た。この方法で得られた繊維束の
ＴｉＣ，ＳｉＣ媒体の含有量は、径の大きさに係らず約
３０vol％ である。
維束の作製例を示す。連続Ｃ繊維数本を一方向に配列
し、ポリチタノカルボシランを含浸し、それを真空中に
おいて１４００℃で１時間加熱し、ＴｉＣ，ＳｉＣを媒
体としたＣ繊維束を得た。この方法で得られた繊維束の
ＴｉＣ，ＳｉＣ媒体の含有量は、径の大きさに係らず約
３０vol％ である。
【０１２９】この他上記と同様に、Ｂ4Ｃ，ＢＮ，Ｓｉ3
Ｎ4，ＳｉＯ2，ＴｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3,Ｂ2Ｏ3，Ｔａ2Ｏ5そ
れぞれの前駆体を含浸し加熱することにより、それぞれ
を媒体成分としたＣ繊維以外の無機繊維束、すなわちＳ
ｉＣ，Ｂ，Ｂ(Ｗ芯)，ＳｉＣ（Ｗ芯），ＳｉＣ（Ｃ
芯），Ａｌ2Ｏ3繊維の繊維束が作製できる。
Ｎ4，ＳｉＯ2，ＴｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3,Ｂ2Ｏ3，Ｔａ2Ｏ5そ
れぞれの前駆体を含浸し加熱することにより、それぞれ
を媒体成分としたＣ繊維以外の無機繊維束、すなわちＳ
ｉＣ，Ｂ，Ｂ(Ｗ芯)，ＳｉＣ（Ｗ芯），ＳｉＣ（Ｃ
芯），Ａｌ2Ｏ3繊維の繊維束が作製できる。
【０１３０】なお、２種以上の繊維からなる繊維束も同
様に作製できる。また繊維束の作製は、上記で示したよ
うな前駆体を含浸し、加熱する方法のほか、媒体成分の
スラリー含浸、あるいは化学気相含浸などの方法でも可
能である。
様に作製できる。また繊維束の作製は、上記で示したよ
うな前駆体を含浸し、加熱する方法のほか、媒体成分の
スラリー含浸、あるいは化学気相含浸などの方法でも可
能である。
【０１３１】以上示したＣ繊維以外の無機繊維束を用い
て、実施例１２で示したような反応焼結窒化珪素複合セ
ラミックスマトリックスとした繊維束強化複合材を作製
したところ、いずれの場合も複合化が可能であり、繊維
が一方向に配向した複合材が比較的簡単に作製できるこ
とが確認された。その結果を表１０に示す。
て、実施例１２で示したような反応焼結窒化珪素複合セ
ラミックスマトリックスとした繊維束強化複合材を作製
したところ、いずれの場合も複合化が可能であり、繊維
が一方向に配向した複合材が比較的簡単に作製できるこ
とが確認された。その結果を表１０に示す。
【０１３２】
【表１０】
【０１３３】ここで、反応焼結窒化珪素／アルミナ繊維
束複合セラミックスの室温および１４００℃における曲
げ強度を測定した。その結果、繊維束の熱膨張係数がマ
トリックスより大きい場合には、マトリックスには圧縮
応力が作用するために室温において高強度材料が得られ
る。１４００℃では、圧縮応力が除去されるために強度
が通常に戻っている。したがって、繊維束の熱膨張係数
がマトリックスより大きい場合には、高温での使用より
も焼結温度以下での使用の方が適している。常圧焼結窒
化珪素でアルミナ繊維束複合材を作製しようとしたが、
焼結時の収縮による問題の他に、窒化珪素とアルミナが
高温１７００℃から１８００℃で反応し、良好な焼結体
に作製は出来なかった。
束複合セラミックスの室温および１４００℃における曲
げ強度を測定した。その結果、繊維束の熱膨張係数がマ
トリックスより大きい場合には、マトリックスには圧縮
応力が作用するために室温において高強度材料が得られ
る。１４００℃では、圧縮応力が除去されるために強度
が通常に戻っている。したがって、繊維束の熱膨張係数
がマトリックスより大きい場合には、高温での使用より
も焼結温度以下での使用の方が適している。常圧焼結窒
化珪素でアルミナ繊維束複合材を作製しようとしたが、
焼結時の収縮による問題の他に、窒化珪素とアルミナが
高温１７００℃から１８００℃で反応し、良好な焼結体
に作製は出来なかった。
【０１３４】（実施例１４）実施例１２，１３で作製し
た繊維束に対して、マトリックスとの反応を抑制するた
めの表面コーティングを施した例を示す。
た繊維束に対して、マトリックスとの反応を抑制するた
めの表面コーティングを施した例を示す。
【０１３５】コーティング法とコーティングの効果につ
いて、ＳｉＣを媒体としたＳｉＣ繊維束にＢＮをコーテ
ィングした場合を例に説明する。コーティング法として
は、化学気相蒸着法，ゾル−ゲル法，スラリー含浸法な
どが挙げられるが、ここではゾル−ゲル法により行っ
た。すなわち、ＳｉＣを媒体としたＳｉＣ繊維束表面に
ＢＮをスプレーコーティングした。コーティング層の厚
さは約５０μｍである。このＳｉＣ繊維束を用いて反応
焼結窒化珪素結合ＳｉＣをマトリックスとした複合材
（ＳｉＣ繊維束の含有量：約１５vol％ ）を作製し、室
温での３点曲げ強さを測定した。繊維束の径が１.６mm
のとき、コーティングがない場合に曲げ強度は３２０Ｍ
Ｐａであるのに対し、コーティングした場合には３９０
ＭＰａであった。また、繊維束の径が５.０mm のとき、
コーティングがない場合に曲げ強度は４１０ＭＰａであ
るのに対し、コーティングした場合には４８０ＭＰａで
あった。いずれの場合も、コーティングを施した方が曲
げ強度の値は大きくなっている。これは、あらかじめ繊
維束表面にコーティング層を設けることにより、焼結時
のマトリックスと繊維束との反応を抑制することがで
き、繊維束の損傷あるいはマトリックス／繊維束界面の
欠陥を少なくする効果によるものと考える。
いて、ＳｉＣを媒体としたＳｉＣ繊維束にＢＮをコーテ
ィングした場合を例に説明する。コーティング法として
は、化学気相蒸着法，ゾル−ゲル法，スラリー含浸法な
どが挙げられるが、ここではゾル−ゲル法により行っ
た。すなわち、ＳｉＣを媒体としたＳｉＣ繊維束表面に
ＢＮをスプレーコーティングした。コーティング層の厚
さは約５０μｍである。このＳｉＣ繊維束を用いて反応
焼結窒化珪素結合ＳｉＣをマトリックスとした複合材
（ＳｉＣ繊維束の含有量：約１５vol％ ）を作製し、室
温での３点曲げ強さを測定した。繊維束の径が１.６mm
のとき、コーティングがない場合に曲げ強度は３２０Ｍ
Ｐａであるのに対し、コーティングした場合には３９０
ＭＰａであった。また、繊維束の径が５.０mm のとき、
コーティングがない場合に曲げ強度は４１０ＭＰａであ
るのに対し、コーティングした場合には４８０ＭＰａで
あった。いずれの場合も、コーティングを施した方が曲
げ強度の値は大きくなっている。これは、あらかじめ繊
維束表面にコーティング層を設けることにより、焼結時
のマトリックスと繊維束との反応を抑制することがで
き、繊維束の損傷あるいはマトリックス／繊維束界面の
欠陥を少なくする効果によるものと考える。
【０１３６】上記と同様の方法により、他の繊維束に対
するＢＮ以外のコーティング、すなわちＣ，ＴｉＣ，Ｂ
4Ｃ，ＳｉＣ，ＢＮ，ＴｉＮ，ＡｌＮ，ＳｉＯ2，ＴｉＯ
2，ＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＺｎＯ，ＭｇＯ，Ｂ2Ｏ3，Ｔａ
2Ｏ5 のコーティングも可能であった。また、コーティ
ング方法としては、化学気相蒸着法、スラリー含浸法な
ども適用可能である。但し、コーティング成分として
は、マトリックス及び繊維束と反応性がないものが望ま
しい。
するＢＮ以外のコーティング、すなわちＣ，ＴｉＣ，Ｂ
4Ｃ，ＳｉＣ，ＢＮ，ＴｉＮ，ＡｌＮ，ＳｉＯ2，ＴｉＯ
2，ＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＺｎＯ，ＭｇＯ，Ｂ2Ｏ3，Ｔａ
2Ｏ5 のコーティングも可能であった。また、コーティ
ング方法としては、化学気相蒸着法、スラリー含浸法な
ども適用可能である。但し、コーティング成分として
は、マトリックス及び繊維束と反応性がないものが望ま
しい。
【０１３７】（実施例１５）得られた繊維束強化複合材
の表面に、酸化物セラミックスをコーティングした例と
その効果について示す。ここでは、反応焼結窒化珪素結
合ＳｉＣマトリックスをＣ繊維束で強化した複合材の表
面に、ＺｒＯ2 をコーティングした例を中心に説明す
る。
の表面に、酸化物セラミックスをコーティングした例と
その効果について示す。ここでは、反応焼結窒化珪素結
合ＳｉＣマトリックスをＣ繊維束で強化した複合材の表
面に、ＺｒＯ2 をコーティングした例を中心に説明す
る。
【０１３８】作製した反応焼結窒化珪素結合ＳｉＣ／Ｃ
繊維束強化複合材を、ＺｒＯ2 スラリー中に浸漬，乾燥
し、これを数回繰り返した後１４００℃で１時間加熱
し、ＺｒＯ2 を焼結させる。このとき反応焼結窒化珪素
結合ＳｉＣ／Ｃ繊維束強化複合材は、Ｃ繊維束が反応焼
結窒化珪素結合ＳｉＣマトリックスの表面外に露出して
いない構造が望ましい。これはＣ繊維束が酸化物である
ＺｒＯ2 と反応することを防ぐためである。上記の方法
により、厚さ０.５mmのＺｒＯ2コーティング層を得た。
繊維束強化複合材を、ＺｒＯ2 スラリー中に浸漬，乾燥
し、これを数回繰り返した後１４００℃で１時間加熱
し、ＺｒＯ2 を焼結させる。このとき反応焼結窒化珪素
結合ＳｉＣ／Ｃ繊維束強化複合材は、Ｃ繊維束が反応焼
結窒化珪素結合ＳｉＣマトリックスの表面外に露出して
いない構造が望ましい。これはＣ繊維束が酸化物である
ＺｒＯ2 と反応することを防ぐためである。上記の方法
により、厚さ０.５mmのＺｒＯ2コーティング層を得た。
【０１３９】得られたＺｒＯ2 コーティング反応焼結窒
化珪素結合ＳｉＣ／Ｃ繊維束強化複合材を、コーティン
グなしの反応焼結窒化珪素結合ＳｉＣ／Ｃ繊維束強化複
合材とともに大気中、１５００℃において１００時間加
熱し、暴露試験を行った。その結果、コーティングなし
の反応焼結窒化珪素結合ＳｉＣ／Ｃ繊維束強化複合材は
４.３％重量が減少したのに対し、ＺｒＯ2コーティング
を施した場合は重量減少が０.１％ であった。これは、
酸化物セラミックスコーティングにより、表面の酸化が
抑制された効果によるものである。また、酸化試験後の
試料について室温で３点曲げ強さを測定したところ、コ
ーティングなしの場合は２３０ＭＰａであったのに対
し、ＺｒＯ2 コーティングを施した場合は４５０Ｍｐａ
であった。これにより、高温下においても特性を劣化さ
せることなく、安定して使用できる反応焼結窒化珪素結
合ＳｉＣ／Ｃ繊維束強化複合材が得られることが実証さ
れた。
化珪素結合ＳｉＣ／Ｃ繊維束強化複合材を、コーティン
グなしの反応焼結窒化珪素結合ＳｉＣ／Ｃ繊維束強化複
合材とともに大気中、１５００℃において１００時間加
熱し、暴露試験を行った。その結果、コーティングなし
の反応焼結窒化珪素結合ＳｉＣ／Ｃ繊維束強化複合材は
４.３％重量が減少したのに対し、ＺｒＯ2コーティング
を施した場合は重量減少が０.１％ であった。これは、
酸化物セラミックスコーティングにより、表面の酸化が
抑制された効果によるものである。また、酸化試験後の
試料について室温で３点曲げ強さを測定したところ、コ
ーティングなしの場合は２３０ＭＰａであったのに対
し、ＺｒＯ2 コーティングを施した場合は４５０Ｍｐａ
であった。これにより、高温下においても特性を劣化さ
せることなく、安定して使用できる反応焼結窒化珪素結
合ＳｉＣ／Ｃ繊維束強化複合材が得られることが実証さ
れた。
【０１４０】上記のほか、ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，Ｂ2Ｏ3
をコーティングした場合でも同様の効果が得られた。ま
たコーティング法としては、上記のスラリーを用いた方
法のほか、化学気相蒸着法，ゾル−ゲル法なども可能で
ある。さらにこれらのコーティングは、反応焼結窒化珪
素結合ＳｉＣ以外のマトリックス、あるいはＣ繊維束以
外の無機繊維束からなる複合材に対しても可能であっ
た。
をコーティングした場合でも同様の効果が得られた。ま
たコーティング法としては、上記のスラリーを用いた方
法のほか、化学気相蒸着法，ゾル−ゲル法なども可能で
ある。さらにこれらのコーティングは、反応焼結窒化珪
素結合ＳｉＣ以外のマトリックス、あるいはＣ繊維束以
外の無機繊維束からなる複合材に対しても可能であっ
た。
【０１４１】なお、マトリックスとコーティング層との
熱膨張差によるコーティング層の破損を防止するため
に、両者の間にマトリックス成分とコーティング成分が
徐々に、あるいは段階的に変化する中間層を設けても良
い。
熱膨張差によるコーティング層の破損を防止するため
に、両者の間にマトリックス成分とコーティング成分が
徐々に、あるいは段階的に変化する中間層を設けても良
い。
【０１４２】（実施例１６）マトリックス中に無機繊維
束が二方向に配向した繊維束強化複合材の作製例につい
て示す。ここでは、反応焼結窒化珪素結合ＳｉＣマトリ
ックス中に、Ｃを媒体としたＣ繊維束が二方向に配向し
た反応焼結窒化珪素結合ＳｉＣ／Ｃ繊維束強化複合材の
作製方法を中心に説明する。
束が二方向に配向した繊維束強化複合材の作製例につい
て示す。ここでは、反応焼結窒化珪素結合ＳｉＣマトリ
ックス中に、Ｃを媒体としたＣ繊維束が二方向に配向し
た反応焼結窒化珪素結合ＳｉＣ／Ｃ繊維束強化複合材の
作製方法を中心に説明する。
【０１４３】第１実施例と同様の方法により、Ｃ繊維束
と反応焼結窒化珪素結合ＳｉＣマトリックス成分のグリ
ーンシートを作製する。得られたグリーンシート上にＣ
繊維束をできるだけ均一に一方向に配列し、それをＣ繊
維束が交互に直交するように数段積層し、積層方向に９
８ＭＰａで加圧し、成形体とした。得られた成形体をア
ンモニア中１４００℃まで加熱し、窒化反応焼結を行
い、反応焼結窒化珪素結合ＳｉＣ／Ｃ繊維束強化複合材
を作製した。
と反応焼結窒化珪素結合ＳｉＣマトリックス成分のグリ
ーンシートを作製する。得られたグリーンシート上にＣ
繊維束をできるだけ均一に一方向に配列し、それをＣ繊
維束が交互に直交するように数段積層し、積層方向に９
８ＭＰａで加圧し、成形体とした。得られた成形体をア
ンモニア中１４００℃まで加熱し、窒化反応焼結を行
い、反応焼結窒化珪素結合ＳｉＣ／Ｃ繊維束強化複合材
を作製した。
【０１４４】同様の方法により、他のマトリックス成分
の場合にも、また他の繊維束の場合にも、マトリックス
中に繊維束が二方向に直交する繊維束強化複合材を作製
することができる。
の場合にも、また他の繊維束の場合にも、マトリックス
中に繊維束が二方向に直交する繊維束強化複合材を作製
することができる。
【０１４５】（実施例１７）マトリックス中に繊維束が
三次元形状をもって存在する繊維束強化複合材の作製例
について示す。ここでは、ＳｉＣ繊維強化・ＴｉＮ粒子
分散窒化珪素マトリックス中に、Ｃを媒体としたＣ繊維
束が三次元形状をもって存在する反応焼結窒化珪素／Ｃ
繊維束強化複合材の作製方法を中心に説明する。
三次元形状をもって存在する繊維束強化複合材の作製例
について示す。ここでは、ＳｉＣ繊維強化・ＴｉＮ粒子
分散窒化珪素マトリックス中に、Ｃを媒体としたＣ繊維
束が三次元形状をもって存在する反応焼結窒化珪素／Ｃ
繊維束強化複合材の作製方法を中心に説明する。
【０１４６】実施例１および実施例５の方法により、Ｃ
繊維束とＳｉＣ繊維強化・ＴｉＮ粒子分散窒化珪素マト
リックス成分のスラリーを作製する。この際、Ｃ繊維の
束にフェノール樹脂を含浸した後、所望の形状に型枠な
どを用いて成形した上で加熱・炭化させることによっ
て、所望の形状を有するＣ繊維束を得た。得られたＣ繊
維束を金型内に固定し、スラリーを流し込み大気中で乾
燥する。これを数回繰り返し、マトリックス成分を十分
充填した上で金型から出し、窒素と水素（３％）混合ガ
ス中、１４００℃まで窒化処理を行いＳｉＣ繊維強化・
ＴｉＮ粒子分散窒化珪素／Ｃ繊維束強化複合材を作製し
た。
繊維束とＳｉＣ繊維強化・ＴｉＮ粒子分散窒化珪素マト
リックス成分のスラリーを作製する。この際、Ｃ繊維の
束にフェノール樹脂を含浸した後、所望の形状に型枠な
どを用いて成形した上で加熱・炭化させることによっ
て、所望の形状を有するＣ繊維束を得た。得られたＣ繊
維束を金型内に固定し、スラリーを流し込み大気中で乾
燥する。これを数回繰り返し、マトリックス成分を十分
充填した上で金型から出し、窒素と水素（３％）混合ガ
ス中、１４００℃まで窒化処理を行いＳｉＣ繊維強化・
ＴｉＮ粒子分散窒化珪素／Ｃ繊維束強化複合材を作製し
た。
【０１４７】同様の方法により、他のマトリックス成分
の場合にも、また他の繊維束の場合にも、マトリックス
中に繊維束が三次元形状をもって存在する繊維束強化複
合材を作製することができる。
の場合にも、また他の繊維束の場合にも、マトリックス
中に繊維束が三次元形状をもって存在する繊維束強化複
合材を作製することができる。
【０１４８】（実施例１８）ＰＡＮ系連続Ｃ繊維２０本
を一方向に配列し、フェノール樹脂とエタノールを重量
比で１：１に混合した溶液を含浸させ、それを真空中に
おいて２０００℃で１時間熱し、フェノール樹脂を固化
させることにより、Ｃを媒体としたＣ繊維束（径２mm）
を得た。この方法で得られた繊維束中のＣ媒体の含有量
は、約６０vol％ である。
を一方向に配列し、フェノール樹脂とエタノールを重量
比で１：１に混合した溶液を含浸させ、それを真空中に
おいて２０００℃で１時間熱し、フェノール樹脂を固化
させることにより、Ｃを媒体としたＣ繊維束（径２mm）
を得た。この方法で得られた繊維束中のＣ媒体の含有量
は、約６０vol％ である。
【０１４９】次に、マトリックスとなる複合材は実施例
２の方法により作製した。上記で得られたＣ繊維束を、
乾燥したグリーンシートの上にできるだけ均一に一方向
に配列した。Ｃ繊維束を配列したグリーンシートを、繊
維束が同一方向に配向するように数段積層し、積層方向
に９８ＭＰａで加圧して成形体とした。Ｃ繊維束のマト
リックス中の含有量が２０vol％ となるように配向し
た。得られた成形体を窒素中で１６００℃まで加熱し、
複合析出反応させた後に、圧力１００kg／cm2,１７５０
℃で１時間緻密化処理した。これにより、曲げ強度１６
１０ＭＰａ，破壊靭性値１８ＭＰａ√ｍの特性を有する
ＳiＣ繊維強化・ＴiＮ粒子分散窒化珪素／炭素繊維束複
合セラミックスが得られた。
２の方法により作製した。上記で得られたＣ繊維束を、
乾燥したグリーンシートの上にできるだけ均一に一方向
に配列した。Ｃ繊維束を配列したグリーンシートを、繊
維束が同一方向に配向するように数段積層し、積層方向
に９８ＭＰａで加圧して成形体とした。Ｃ繊維束のマト
リックス中の含有量が２０vol％ となるように配向し
た。得られた成形体を窒素中で１６００℃まで加熱し、
複合析出反応させた後に、圧力１００kg／cm2,１７５０
℃で１時間緻密化処理した。これにより、曲げ強度１６
１０ＭＰａ，破壊靭性値１８ＭＰａ√ｍの特性を有する
ＳiＣ繊維強化・ＴiＮ粒子分散窒化珪素／炭素繊維束複
合セラミックスが得られた。
【０１５０】（実施例１９）本発明に係る繊維束強化複
合材を適用した部品として、ガスタービン動翼の作製例
について説明する。まず、動翼の形状を図１７に示す。
図１８は、本発明に係る複合材で動翼を作製する場合の
作製方法例を示す。本実施例ではマトリックスに反応焼
結窒化珪素結合ＳｉＣセラミックス，繊維束としてＣを
媒体としたＣ繊維束を用いた。
合材を適用した部品として、ガスタービン動翼の作製例
について説明する。まず、動翼の形状を図１７に示す。
図１８は、本発明に係る複合材で動翼を作製する場合の
作製方法例を示す。本実施例ではマトリックスに反応焼
結窒化珪素結合ＳｉＣセラミックス，繊維束としてＣを
媒体としたＣ繊維束を用いた。
【０１５１】図１８の構成は、８はＣ繊維束を型取るた
めの動翼の断面形状をもつ金型、９はフェノール樹脂と
エタノールを１：１に混合した溶液を含浸したＣ繊維
束、１０は９を加熱することによりフェノール樹脂を固
化させたＣ繊維束、１１は１０のＣ繊維束にマトリック
ス成分のスラリーを含浸し、動翼の形状を得るための金
属割型、１２は本作製方法で得られる動翼の複合析出セ
ラミックスマトリックスである。フェノール樹脂とエタ
ノールの混合溶液を含浸したＣ繊維束９を、動翼の断面
形状をもつ金型８に巻きつけた状態で加熱し、フェノー
ル樹脂を固化させることにより、動翼の断面形状をもつ
Ｃ繊維束１０が得られる。Ｃ繊維束１０を金属割型１１
内に並べ固定し、マトリックス成分のスラリーを充填し
た後加熱して乾燥する。スラリー充填と乾燥を数回繰り
返し、マトリックス成分を十分含浸させた後、複合析出
反応焼結することにより、複合析出セラミックスマトリ
ックス１２中にＣ繊維束１０が一方向に配向した動翼を
得ることができる。
めの動翼の断面形状をもつ金型、９はフェノール樹脂と
エタノールを１：１に混合した溶液を含浸したＣ繊維
束、１０は９を加熱することによりフェノール樹脂を固
化させたＣ繊維束、１１は１０のＣ繊維束にマトリック
ス成分のスラリーを含浸し、動翼の形状を得るための金
属割型、１２は本作製方法で得られる動翼の複合析出セ
ラミックスマトリックスである。フェノール樹脂とエタ
ノールの混合溶液を含浸したＣ繊維束９を、動翼の断面
形状をもつ金型８に巻きつけた状態で加熱し、フェノー
ル樹脂を固化させることにより、動翼の断面形状をもつ
Ｃ繊維束１０が得られる。Ｃ繊維束１０を金属割型１１
内に並べ固定し、マトリックス成分のスラリーを充填し
た後加熱して乾燥する。スラリー充填と乾燥を数回繰り
返し、マトリックス成分を十分含浸させた後、複合析出
反応焼結することにより、複合析出セラミックスマトリ
ックス１２中にＣ繊維束１０が一方向に配向した動翼を
得ることができる。
【０１５２】図１９は、上記で得られた動翼をガスター
ビンの金属ディスクに取り付ける場合の取り付け構造例
を示す。図１９の構成は、１３は上記で得られた動翼、
１４はガスタービンの金属製ディスク、１５は動翼１３
とディスク１４の間に介する金属製シャンク、１６は動
翼１３とディスク１４あるいはシャンク１５の間に介す
る金属パッド、１７は動翼１３とシャンク１５の間に介
するセラミック嵌合層である。
ビンの金属ディスクに取り付ける場合の取り付け構造例
を示す。図１９の構成は、１３は上記で得られた動翼、
１４はガスタービンの金属製ディスク、１５は動翼１３
とディスク１４の間に介する金属製シャンク、１６は動
翼１３とディスク１４あるいはシャンク１５の間に介す
る金属パッド、１７は動翼１３とシャンク１５の間に介
するセラミック嵌合層である。
【０１５３】図１９において、動翼１３はディスク１４
に金属パッド１６を介して、嵌合構造により直接取り付
けられるが、必要に応じて動翼１３とディスク１４の間
に耐熱金属製シャンク１５を介し、金属ディスクを高温
から保護することができる。動翼１３とシャンク１５の
間には、金属パッド１６やセラミック嵌合層１７が介さ
れる。
に金属パッド１６を介して、嵌合構造により直接取り付
けられるが、必要に応じて動翼１３とディスク１４の間
に耐熱金属製シャンク１５を介し、金属ディスクを高温
から保護することができる。動翼１３とシャンク１５の
間には、金属パッド１６やセラミック嵌合層１７が介さ
れる。
【０１５４】なお、得られた動翼には、必要に応じて耐
酸化性を向上させるために、表面に酸化物コーティング
を施すのが望ましい。
酸化性を向上させるために、表面に酸化物コーティング
を施すのが望ましい。
【０１５５】以上示した方法は、本実施例以外のマトリ
ックス成分の場合にも、また他の繊維，媒体を用いる場
合にも適用でき、形状は動翼に限らず、静翼，燃焼器な
ど様々な形状が作製できる。
ックス成分の場合にも、また他の繊維，媒体を用いる場
合にも適用でき、形状は動翼に限らず、静翼，燃焼器な
ど様々な形状が作製できる。
【０１５６】（実施例２０）実施例１２で得られた窒化
珪素結合ＳｉＣ／炭素繊維束複合材をポンプ用の軸受材
に使用した。摺動面に炭素繊維の端部がでるような構造
とした。速度１０ｍ／ｓ，面圧５０kg／cm2 で摺動試験
した結果、炭素繊維が潤滑効果をもたらし、摺動特性に
優れていることがわかった。このように、炭素繊維束を
用いることにより、本発明の複合材は摺動特性にも優れ
ていることがわかった。特に、炭素繊維束の摺動面の露
出量は１０から５０vol％ にすると摩擦係数が小さく、
耐摩耗性に優れていることが分かった。
珪素結合ＳｉＣ／炭素繊維束複合材をポンプ用の軸受材
に使用した。摺動面に炭素繊維の端部がでるような構造
とした。速度１０ｍ／ｓ，面圧５０kg／cm2 で摺動試験
した結果、炭素繊維が潤滑効果をもたらし、摺動特性に
優れていることがわかった。このように、炭素繊維束を
用いることにより、本発明の複合材は摺動特性にも優れ
ていることがわかった。特に、炭素繊維束の摺動面の露
出量は１０から５０vol％ にすると摩擦係数が小さく、
耐摩耗性に優れていることが分かった。
【０１５７】（実施例２１）数種の無機短繊維束の作製
例を示す。
例を示す。
【０１５８】まず、Ｃを集束剤（媒体）としたＣ短繊維
束の作製方法を説明する。ピッチ系の連続Ｃ繊維数千本
を一方向に配列し、フェノール樹脂とエタノールを重量
比で１：１に混合した溶液を含浸させ、それを大気中に
おいて３００℃で１時間加熱し、フェノール樹脂を固化
させることにより、Ｃを媒体とした連続Ｃ繊維束を得
た。得られた連続Ｃ繊維束を所望の長さに切断すること
で、Ｃ短繊維束が得られる。この際、用いるＣ繊維の本
数を変えることで、Ｃ短繊維束の径を変えることができ
る。本実施例では、一束あたり１,０００本から４８,０
００本のＣ繊維を用いた。この方法で得られた短繊維束
のＣ媒体の含有量は、径の大きさに係らず約５０〜６０
vol％ である。なお、用いるＣ繊維としては、ピッチ系
のほか、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系やセルロ−
ス系でも同様に作製できる。
束の作製方法を説明する。ピッチ系の連続Ｃ繊維数千本
を一方向に配列し、フェノール樹脂とエタノールを重量
比で１：１に混合した溶液を含浸させ、それを大気中に
おいて３００℃で１時間加熱し、フェノール樹脂を固化
させることにより、Ｃを媒体とした連続Ｃ繊維束を得
た。得られた連続Ｃ繊維束を所望の長さに切断すること
で、Ｃ短繊維束が得られる。この際、用いるＣ繊維の本
数を変えることで、Ｃ短繊維束の径を変えることができ
る。本実施例では、一束あたり１,０００本から４８,０
００本のＣ繊維を用いた。この方法で得られた短繊維束
のＣ媒体の含有量は、径の大きさに係らず約５０〜６０
vol％ である。なお、用いるＣ繊維としては、ピッチ系
のほか、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系やセルロ−
ス系でも同様に作製できる。
【０１５９】次に、上記以外の方法による、Ｃを媒体と
したＣ短繊維束の作製方法を説明する。ここでは、Ｃ媒
体の前駆体として、ポリビニールアルコールを用いた。
ピッチ系の連続Ｃ繊維数千本を一方向に配列し、ポリビ
ニールアルコールと温水を重量比で１：５に混合した溶
液を含浸し、それを大気中において８０℃で２〜３時間
乾燥した後、さらに３００℃で１時間加熱し、ポリビニ
ールアルコールを固化させ、それを切断することによ
り、Ｃを媒体としたＣ短繊維束を得た。この方法で得ら
れた短繊維束のＣ媒体の含有量は、径の大きさに係らず
２０〜３０vol％である。なお、以上の２つの方法で
は、加熱温度が３００℃であり、前駆体の炭化は不完全
であるが、複合化の際の焼結過程で充分に炭化できる。
また、媒体の含有量は、前駆体溶液の濃度、あるいは含
浸回数を変えることにより調整することができる。
したＣ短繊維束の作製方法を説明する。ここでは、Ｃ媒
体の前駆体として、ポリビニールアルコールを用いた。
ピッチ系の連続Ｃ繊維数千本を一方向に配列し、ポリビ
ニールアルコールと温水を重量比で１：５に混合した溶
液を含浸し、それを大気中において８０℃で２〜３時間
乾燥した後、さらに３００℃で１時間加熱し、ポリビニ
ールアルコールを固化させ、それを切断することによ
り、Ｃを媒体としたＣ短繊維束を得た。この方法で得ら
れた短繊維束のＣ媒体の含有量は、径の大きさに係らず
２０〜３０vol％である。なお、以上の２つの方法で
は、加熱温度が３００℃であり、前駆体の炭化は不完全
であるが、複合化の際の焼結過程で充分に炭化できる。
また、媒体の含有量は、前駆体溶液の濃度、あるいは含
浸回数を変えることにより調整することができる。
【０１６０】次に、ＳｉＣを集束剤としたＣ短繊維束の
作製方法を示す。ピッチ系の連続Ｃ繊維数千本を一方向
に配列し、ポリカルボシランを含浸し、それを大気中に
おいて３５０℃で１時間加熱後、切断することにより、
ＳｉＣを媒体としたＣ短繊維束を得た。３５０℃の加熱
では、ポリカルボシランの熱分解が不十分で完全なＳｉ
Ｃには変化しないが、複合化の際の焼結過程でＳｉＣに
変化させることができる。この方法で得られた短繊維束
のＳｉＣ媒体の含有量は、径の大きさに係らず約５０vo
l％ である。なお、媒体の含有量は、前駆体溶液の濃
度、あるいは含浸回数を変えることにより調整すること
ができる。
作製方法を示す。ピッチ系の連続Ｃ繊維数千本を一方向
に配列し、ポリカルボシランを含浸し、それを大気中に
おいて３５０℃で１時間加熱後、切断することにより、
ＳｉＣを媒体としたＣ短繊維束を得た。３５０℃の加熱
では、ポリカルボシランの熱分解が不十分で完全なＳｉ
Ｃには変化しないが、複合化の際の焼結過程でＳｉＣに
変化させることができる。この方法で得られた短繊維束
のＳｉＣ媒体の含有量は、径の大きさに係らず約５０vo
l％ である。なお、媒体の含有量は、前駆体溶液の濃
度、あるいは含浸回数を変えることにより調整すること
ができる。
【０１６１】次に、ＴｉＣ，ＳｉＣを集束剤としたＣ短
繊維束の作製方法を示す。ピッチ系の連続Ｃ繊維数千本
を一方向に配列し、ポリチタノカルボシランを含浸し、
それを真空中において１４００℃で１時間加熱後、切断
することにより、ＴｉＣ，ＳｉＣを媒体としたＣ短繊維
束を得た。この方法で得られた短繊維束のＴｉＣ，Ｓｉ
Ｃ媒体の含有量は、径の大きさに係らず約３０vol％ で
ある。
繊維束の作製方法を示す。ピッチ系の連続Ｃ繊維数千本
を一方向に配列し、ポリチタノカルボシランを含浸し、
それを真空中において１４００℃で１時間加熱後、切断
することにより、ＴｉＣ，ＳｉＣを媒体としたＣ短繊維
束を得た。この方法で得られた短繊維束のＴｉＣ，Ｓｉ
Ｃ媒体の含有量は、径の大きさに係らず約３０vol％ で
ある。
【０１６２】さらに、Ｂ2Ｏ3を媒体としたＡｌ2Ｏ3短繊
維束の作製方法を示す。連続Al2O3繊維数千本を一方向
に配列し、式 Ｂ(Ｏ−ｎＣ4Ｈ9)3 で表されるＢのアル
コキシドに浸漬した。
維束の作製方法を示す。連続Al2O3繊維数千本を一方向
に配列し、式 Ｂ(Ｏ−ｎＣ4Ｈ9)3 で表されるＢのアル
コキシドに浸漬した。
【０１６３】これをアルコール中で水と反応させ、その
後１００℃で１０時間熱処理後、切断することにより、
Ｂ2Ｏ3を集束剤としたＡｌ2Ｏ3短繊維束を作製した。こ
の方法で得られた短繊維束の、Ｂ2Ｏ3集束剤の含有量
は、径の大きさに係らず約１０vol％ である。但し、媒
体の含有量は、アルコキシドへの浸漬及び熱処理の回数
を変えることにより調整することができる。
後１００℃で１０時間熱処理後、切断することにより、
Ｂ2Ｏ3を集束剤としたＡｌ2Ｏ3短繊維束を作製した。こ
の方法で得られた短繊維束の、Ｂ2Ｏ3集束剤の含有量
は、径の大きさに係らず約１０vol％ である。但し、媒
体の含有量は、アルコキシドへの浸漬及び熱処理の回数
を変えることにより調整することができる。
【０１６４】この他上記と同様に、それぞれの前駆体を
含浸し加熱することにより、それぞれを媒体成分とした
Ｃ繊維あるいはＡｌ2Ｏ3繊維以外の無機短繊維束、すな
わちＳｉＣ，Ｂ，Ｂ（Ｗ芯），ＳｉＣ（Ｗ芯），ＳｉＣ
（Ｃ芯），Ｓｉ3Ｎ4繊維の短繊維束が作製できる。ただ
し、繊維と媒体の組合せにおいて、非酸化物と酸化物の
組合せでは、短繊維束の作製は可能であるものの、後の
焼結などの複合化過程において高温に加熱され、両者の
間での反応が大きく、短繊維束の特性が劣化する恐れが
あるため、非酸化物と非酸化物、あるいは酸化物と酸化
物の組合せが望ましい。しかしながら、繊維表面にあら
かじめＢＮなどの反応性の少ない成分をコーティングす
ることにより、ある程度反応を防ぐことができる。
含浸し加熱することにより、それぞれを媒体成分とした
Ｃ繊維あるいはＡｌ2Ｏ3繊維以外の無機短繊維束、すな
わちＳｉＣ，Ｂ，Ｂ（Ｗ芯），ＳｉＣ（Ｗ芯），ＳｉＣ
（Ｃ芯），Ｓｉ3Ｎ4繊維の短繊維束が作製できる。ただ
し、繊維と媒体の組合せにおいて、非酸化物と酸化物の
組合せでは、短繊維束の作製は可能であるものの、後の
焼結などの複合化過程において高温に加熱され、両者の
間での反応が大きく、短繊維束の特性が劣化する恐れが
あるため、非酸化物と非酸化物、あるいは酸化物と酸化
物の組合せが望ましい。しかしながら、繊維表面にあら
かじめＢＮなどの反応性の少ない成分をコーティングす
ることにより、ある程度反応を防ぐことができる。
【０１６５】本実施例で作製した上記以外の短繊維束の
無機繊維と媒体との代表的な組合せの例を表１１に示
す。
無機繊維と媒体との代表的な組合せの例を表１１に示
す。
【０１６６】
【表１１】
【０１６７】（実施例２２）まず、ＳｉＣセラミックス
をＣ短繊維束で一方向に強化したＳｉＣ／Ｃ短繊維束強
化セラミックスの作製方法について説明する。なお、Ｃ
短繊維束の媒体はＣである。焼結助剤であるＢｅＯ粉末
２ｗｔ％をあらかじめ乾式混合したＳｉＣ粉末，上記Ｃ
短繊維束、及び所定量の有機溶媒（バインダー）をボー
ルミル混合してスラリーを作製する。この際、Ｃ短繊維
束はボールミル混合により崩れる恐れがあるので、あら
かじめ真空中１０００℃以上で加熱して、Ｃ媒体を炭化
させておくと良い。得られたスラリーを、押出し口に格
子を設けて型内に押出し成形し、これを大気中において
６０℃で３〜４時間乾燥して成形体とした。得られた成
形体をホットプレスにより真空中、２１００℃で１時間
の加熱，短繊維束の配向方向に垂直に３０ＭＰａの加圧
で焼結を行い、ＳｉＣ／Ｃ短繊維束強化セラミックスが
作製できた。
をＣ短繊維束で一方向に強化したＳｉＣ／Ｃ短繊維束強
化セラミックスの作製方法について説明する。なお、Ｃ
短繊維束の媒体はＣである。焼結助剤であるＢｅＯ粉末
２ｗｔ％をあらかじめ乾式混合したＳｉＣ粉末，上記Ｃ
短繊維束、及び所定量の有機溶媒（バインダー）をボー
ルミル混合してスラリーを作製する。この際、Ｃ短繊維
束はボールミル混合により崩れる恐れがあるので、あら
かじめ真空中１０００℃以上で加熱して、Ｃ媒体を炭化
させておくと良い。得られたスラリーを、押出し口に格
子を設けて型内に押出し成形し、これを大気中において
６０℃で３〜４時間乾燥して成形体とした。得られた成
形体をホットプレスにより真空中、２１００℃で１時間
の加熱，短繊維束の配向方向に垂直に３０ＭＰａの加圧
で焼結を行い、ＳｉＣ／Ｃ短繊維束強化セラミックスが
作製できた。
【０１６８】次に、ＭｇＯセラミックスをＡｌ2Ｏ3短繊
維束で一方向に強化したＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3短繊維束強化
セラミックスの作製方法について説明する。なお、Al2O
3短繊維束の媒体はＢ2Ｏ3である。上記の例と同様に、
ＭｇＯ粉末，Ａｌ2Ｏ3短繊維束及び所定量のバインダー
を混合してスラリー状にし、押出し口に格子を設けて型
内に押出し成形し、大気中において６０℃で３〜４時間
乾燥して成形体とした。得られた成形体をホットプレス
により大気中、１２５０℃で１時間の加熱，短繊維束の
配向方向に垂直に３０ＭＰａの加圧で焼結を行い、Ｍｇ
Ｏ−Ａｌ2Ｏ3短繊維束強化セラミックスが作製できた。
維束で一方向に強化したＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3短繊維束強化
セラミックスの作製方法について説明する。なお、Al2O
3短繊維束の媒体はＢ2Ｏ3である。上記の例と同様に、
ＭｇＯ粉末，Ａｌ2Ｏ3短繊維束及び所定量のバインダー
を混合してスラリー状にし、押出し口に格子を設けて型
内に押出し成形し、大気中において６０℃で３〜４時間
乾燥して成形体とした。得られた成形体をホットプレス
により大気中、１２５０℃で１時間の加熱，短繊維束の
配向方向に垂直に３０ＭＰａの加圧で焼結を行い、Ｍｇ
Ｏ−Ａｌ2Ｏ3短繊維束強化セラミックスが作製できた。
【０１６９】以上より、短繊維束とマトリックス成分の
スラリーを押出し成形することによって、セラミックス
マトリックス中に短繊維束が一方向に配向した短繊維束
強化セラミックスが比較的簡単に作製できる。
スラリーを押出し成形することによって、セラミックス
マトリックス中に短繊維束が一方向に配向した短繊維束
強化セラミックスが比較的簡単に作製できる。
【０１７０】（実施例２３）実施例２１で作製した無機
短繊維束がマトリックス中に二次元に分散した短繊維束
強化セラミックスの作製例を示す。
短繊維束がマトリックス中に二次元に分散した短繊維束
強化セラミックスの作製例を示す。
【０１７１】まず、ＳｉＣセラミックスをＣ短繊維束で
二次元方向に強化したＳｉＣ／Ｃ短繊維束強化セラミッ
クスの作製方法について説明する。なお、Ｃ繊維束の媒
体はＣである。
二次元方向に強化したＳｉＣ／Ｃ短繊維束強化セラミッ
クスの作製方法について説明する。なお、Ｃ繊維束の媒
体はＣである。
【０１７２】焼結助剤であるＢｅＯ粉末２ｗｔ％をあら
かじめ乾式混合したＳｉＣ粉末，上記Ｃ短繊維束、及び
所定量の有機溶媒（バインダー）をボールミル混合して
スラリーを作製する。この際、Ｃ短繊維束はボールミル
混合により崩れる恐れがあるので、あらかじめ真空中、
１０００℃以上で加熱して、Ｃ媒体を炭化させておくと
良い。得られたスラリーを用いてドクターブレード法に
より、Ｃ短繊維束が二次元に配向したグリーンシートを
作製する。このグリーンシートを乾燥後、数段積層し、
それを大気中において１００℃で１分間、積層方向に１
５ＭＰａの加圧をして成形体とした。得られた成形体を
ホットプレスにより真空中、２１００℃で１時間の加
熱，グリーンシートの積層方向に３０ＭＰａの加圧で焼
結を行い、ＳｉＣ／Ｃ短繊維束強化セラミックスが作製
できた。
かじめ乾式混合したＳｉＣ粉末，上記Ｃ短繊維束、及び
所定量の有機溶媒（バインダー）をボールミル混合して
スラリーを作製する。この際、Ｃ短繊維束はボールミル
混合により崩れる恐れがあるので、あらかじめ真空中、
１０００℃以上で加熱して、Ｃ媒体を炭化させておくと
良い。得られたスラリーを用いてドクターブレード法に
より、Ｃ短繊維束が二次元に配向したグリーンシートを
作製する。このグリーンシートを乾燥後、数段積層し、
それを大気中において１００℃で１分間、積層方向に１
５ＭＰａの加圧をして成形体とした。得られた成形体を
ホットプレスにより真空中、２１００℃で１時間の加
熱，グリーンシートの積層方向に３０ＭＰａの加圧で焼
結を行い、ＳｉＣ／Ｃ短繊維束強化セラミックスが作製
できた。
【０１７３】次に、ＺｒＢ2セラミックスをＣ短繊維束
で二次元方向に強化したＺｒＢ2−Ｃ短繊維束強化セラ
ミックスの作製方法について説明する。なお、Ｃ短繊維
束の媒体はＳｉＣである。ＺｒＢ2 粉末，Ｃ短繊維束及
び所定量のバインダーをボールミル混合してスラリーを
作製する。この際、Ｃ短繊維束はボールミル混合により
崩れる恐れがあるので、あらかじめ真空中、１３００℃
で加熱して、ＳｉＣ媒体を焼成させておくと良い。得ら
れたスラリーを用いてドクターブレード法により、Ｃ短
繊維束が二次元に配向したグリーンシートを作製する。
このグリーンシートを乾燥後、数段積層し、それを大気
中において１００℃で１分間、積層方向に１５ＭＰａの
加圧をして成形体とした。得られた成形体をホットプレ
スにより真空中、１９００℃で１時間の加熱，グリーン
シートの積層方向に３０ＭＰａの加圧で焼結を行い、Ｚ
ｒＢ2−Ｃ短繊維束強化セラミックスが作製できた。
で二次元方向に強化したＺｒＢ2−Ｃ短繊維束強化セラ
ミックスの作製方法について説明する。なお、Ｃ短繊維
束の媒体はＳｉＣである。ＺｒＢ2 粉末，Ｃ短繊維束及
び所定量のバインダーをボールミル混合してスラリーを
作製する。この際、Ｃ短繊維束はボールミル混合により
崩れる恐れがあるので、あらかじめ真空中、１３００℃
で加熱して、ＳｉＣ媒体を焼成させておくと良い。得ら
れたスラリーを用いてドクターブレード法により、Ｃ短
繊維束が二次元に配向したグリーンシートを作製する。
このグリーンシートを乾燥後、数段積層し、それを大気
中において１００℃で１分間、積層方向に１５ＭＰａの
加圧をして成形体とした。得られた成形体をホットプレ
スにより真空中、１９００℃で１時間の加熱，グリーン
シートの積層方向に３０ＭＰａの加圧で焼結を行い、Ｚ
ｒＢ2−Ｃ短繊維束強化セラミックスが作製できた。
【０１７４】なお、グリーンシートを作製する際、ブレ
ードのギャップ部分に縦方向の格子を設けることで、短
繊維束が一方向に配向したグリーンシートが作製でき、
これを短繊維束が一方向に配向するように積層すれば、
一方向に強化した短繊維束強化セラミックスが得られ、
また、短繊維束が二方向に交互に交差するように積層す
れば、二方向に強化した短繊維束強化セラミックスが得
られる。
ードのギャップ部分に縦方向の格子を設けることで、短
繊維束が一方向に配向したグリーンシートが作製でき、
これを短繊維束が一方向に配向するように積層すれば、
一方向に強化した短繊維束強化セラミックスが得られ、
また、短繊維束が二方向に交互に交差するように積層す
れば、二方向に強化した短繊維束強化セラミックスが得
られる。
【０１７５】以上より、短繊維束とマトリックス成分の
スラリーを用いてグリーンシートを作製し、これを積層
することによって、セラミックスマトリックス中に短繊
維束が二次元方向に配向した短繊維束強化セラミックス
が作製できる。
スラリーを用いてグリーンシートを作製し、これを積層
することによって、セラミックスマトリックス中に短繊
維束が二次元方向に配向した短繊維束強化セラミックス
が作製できる。
【０１７６】（実施例２４）実施例２１で作製した無機
短繊維束がマトリックス中にランダムに分散した短繊維
束強化セラミックスの作製例を示す。
短繊維束がマトリックス中にランダムに分散した短繊維
束強化セラミックスの作製例を示す。
【０１７７】まず、ＳｉＣセラミックスをＣ短繊維束で
ランダム方向に強化したＳｉＣ／Ｃ短繊維束強化セラミ
ックスの作製方法について説明する。なお、Ｃ繊維束の
媒体はＣである。焼結助剤であるＢeＯ粉末２ｗｔ％を
あらかじめ乾式混合したＳiＣ粉末，上記Ｃ短繊維束、
及び所定量の有機溶媒(バインダー)をボールミル混合し
てスラリーを作製する。この際、Ｃ短繊維束はボールミ
ル混合により崩れる恐れがあるので、あらかじめ真空
中、１０００℃以上で加熱して、Ｃ媒体を炭化させてお
くと良い。得られたスラリーを型に入れ、６０℃で乾燥
して成形体とした。得られた成形体を真空中、２１００
℃で１時間の静水圧加圧焼結を行い、ＳｉＣ／Ｃ短繊維
束強化セラミックスが作製できた。
ランダム方向に強化したＳｉＣ／Ｃ短繊維束強化セラミ
ックスの作製方法について説明する。なお、Ｃ繊維束の
媒体はＣである。焼結助剤であるＢeＯ粉末２ｗｔ％を
あらかじめ乾式混合したＳiＣ粉末，上記Ｃ短繊維束、
及び所定量の有機溶媒(バインダー)をボールミル混合し
てスラリーを作製する。この際、Ｃ短繊維束はボールミ
ル混合により崩れる恐れがあるので、あらかじめ真空
中、１０００℃以上で加熱して、Ｃ媒体を炭化させてお
くと良い。得られたスラリーを型に入れ、６０℃で乾燥
して成形体とした。得られた成形体を真空中、２１００
℃で１時間の静水圧加圧焼結を行い、ＳｉＣ／Ｃ短繊維
束強化セラミックスが作製できた。
【０１７８】次に、Ｓｉ3Ｎ4セラミックスをＣ短繊維束
でランダム方向に強化したＳｉ3Ｎ4−Ｃ短繊維束強化セ
ラミックスの作製方法について説明する。なお、Ｃ短繊
維束の媒体はＳｉＣである。金属Ｓｉ粉末とＳｉＣ粉末
を重量比で２：３に混合し、これに純水ほか所定量のバ
インダー、及びＣ短繊維束を添加後、ポットミルにより
２４時間混合しスラリーとした。吸水性をもつ石膏型に
このスラリーを鋳込み乾燥させて成形体とした。この成
形体を０.８８ＭＰａ の窒素ガス雰囲気中で加熱焼結
後、炉冷した。加熱温度と保持時間は、１１００℃×１
０ｈｒ，１２００℃×２０ｈｒ，１３００℃×１０ｈ
ｒ，１３５０℃×５ｈｒと多段にし、金属ＳｉがＳｉ3
Ｎ4に変化するのを制御した。これにより、Ｃ短繊維束
がランダム方向に配向したＳｉ3Ｎ4−Ｃ短繊維束強化セ
ラミックスが作製できた。
でランダム方向に強化したＳｉ3Ｎ4−Ｃ短繊維束強化セ
ラミックスの作製方法について説明する。なお、Ｃ短繊
維束の媒体はＳｉＣである。金属Ｓｉ粉末とＳｉＣ粉末
を重量比で２：３に混合し、これに純水ほか所定量のバ
インダー、及びＣ短繊維束を添加後、ポットミルにより
２４時間混合しスラリーとした。吸水性をもつ石膏型に
このスラリーを鋳込み乾燥させて成形体とした。この成
形体を０.８８ＭＰａ の窒素ガス雰囲気中で加熱焼結
後、炉冷した。加熱温度と保持時間は、１１００℃×１
０ｈｒ，１２００℃×２０ｈｒ，１３００℃×１０ｈ
ｒ，１３５０℃×５ｈｒと多段にし、金属ＳｉがＳｉ3
Ｎ4に変化するのを制御した。これにより、Ｃ短繊維束
がランダム方向に配向したＳｉ3Ｎ4−Ｃ短繊維束強化セ
ラミックスが作製できた。
【０１７９】以上より、短繊維束とマトリックス成分の
スラリーを型に入れ、乾燥し、成形した後焼結すること
により、セラミックスマトリックス中に短繊維束がラン
ダムに配向した短繊維束強化セラミックスが比較的簡単
に作製できる。
スラリーを型に入れ、乾燥し、成形した後焼結すること
により、セラミックスマトリックス中に短繊維束がラン
ダムに配向した短繊維束強化セラミックスが比較的簡単
に作製できる。
【０１８０】なお、マトリックスあるいは短繊維束の成
分によっては、両者の間で反応が生じ、短繊維束の特性
劣化につながる場合があるので、マトリックスと短繊維
束の成分の組合せは、酸化物と酸化物、あるいは非酸化
物と非酸化物が望ましい。しかしながら、短繊維束表面
にあらかじめ、第６実施例で示すようなコ−ティングを
施せば反応を抑制することができる。
分によっては、両者の間で反応が生じ、短繊維束の特性
劣化につながる場合があるので、マトリックスと短繊維
束の成分の組合せは、酸化物と酸化物、あるいは非酸化
物と非酸化物が望ましい。しかしながら、短繊維束表面
にあらかじめ、第６実施例で示すようなコ−ティングを
施せば反応を抑制することができる。
【０１８１】実施例２２，２３，２４で作製した上記以
外の代表的な短繊維束強化セラミックスのマトリックス
と短繊維束との組合せを表１２に示す。
外の代表的な短繊維束強化セラミックスのマトリックス
と短繊維束との組合せを表１２に示す。
【０１８２】
【表１２】
【０１８３】（実施例２５）実施例２２で作製した短繊
維束強化セラミックスの機械的特性について検討した。
維束強化セラミックスの機械的特性について検討した。
【０１８４】まず、マトリックスがＳｉＣで、Ｃ短繊維
束が一方向に分散したＳｉＣ／Ｃ短繊維束強化セラミッ
クスについて、室温及び高温（真空中、１５００℃）に
おいて３点曲げ強さを測定した。このとき、Ｃ短繊維束
の長さを約２０mm，含有量を約１０vol％ とし、短繊維
束の径を変えたいくつかの試料について測定を行った。
図２１に室温での３点曲げ強さ測定結果を示す。
束が一方向に分散したＳｉＣ／Ｃ短繊維束強化セラミッ
クスについて、室温及び高温（真空中、１５００℃）に
おいて３点曲げ強さを測定した。このとき、Ｃ短繊維束
の長さを約２０mm，含有量を約１０vol％ とし、短繊維
束の径を変えたいくつかの試料について測定を行った。
図２１に室温での３点曲げ強さ測定結果を示す。
【０１８５】図２１には比較のため、ＳｉＣ単体の３点
曲げ強さ、及びＣ短繊維が一方向に分散したＳｉＣの３
点曲げ強さを併せて示す。図２１からわかるように、Ｃ
繊維束の径を大きくすることによって複合材の強度を向
上させることができ、短繊維を分散させた場合に比べて
大きな強度が得られる。ＳｉＣ単体と比較しての強度低
下を少なくすることができる。これは、Ｃ繊維束とＳｉ
Ｃマトリックスとの熱膨張差により焼結後は残留応力
（ＳｉＣに引張応力）が残るが、繊維束の径が大きいほ
ど間に存在するマトリックス量は多くなり、上記の引張
残留応力を緩和する効果が大きくなるためと考えられ
る。これより室温においては、短繊維束を用いて束の径
を調整することにより、強度を向上させることができ
る。
曲げ強さ、及びＣ短繊維が一方向に分散したＳｉＣの３
点曲げ強さを併せて示す。図２１からわかるように、Ｃ
繊維束の径を大きくすることによって複合材の強度を向
上させることができ、短繊維を分散させた場合に比べて
大きな強度が得られる。ＳｉＣ単体と比較しての強度低
下を少なくすることができる。これは、Ｃ繊維束とＳｉ
Ｃマトリックスとの熱膨張差により焼結後は残留応力
（ＳｉＣに引張応力）が残るが、繊維束の径が大きいほ
ど間に存在するマトリックス量は多くなり、上記の引張
残留応力を緩和する効果が大きくなるためと考えられ
る。これより室温においては、短繊維束を用いて束の径
を調整することにより、強度を向上させることができ
る。
【０１８６】なお、マトリックスに他のセラミックスを
用いた場合にも、またＣ短繊維束以外の無機短繊維束を
用いた場合にも、短繊維束の径の大きさと得られた短繊
維束強化セラミックスの強度との関係は、上記のＳｉＣ
／Ｃ短繊維束強化セラミックスの場合と同様の傾向にな
った。この場合も同様に、短繊維束の径が大きい方が、
短繊維束とマトリックスとの熱膨張差による残留応力を
緩和する効果が大きくなることと、マトリックス／短繊
維束界面の面積が小さくなり欠陥が少なくなるためと考
えられる。
用いた場合にも、またＣ短繊維束以外の無機短繊維束を
用いた場合にも、短繊維束の径の大きさと得られた短繊
維束強化セラミックスの強度との関係は、上記のＳｉＣ
／Ｃ短繊維束強化セラミックスの場合と同様の傾向にな
った。この場合も同様に、短繊維束の径が大きい方が、
短繊維束とマトリックスとの熱膨張差による残留応力を
緩和する効果が大きくなることと、マトリックス／短繊
維束界面の面積が小さくなり欠陥が少なくなるためと考
えられる。
【０１８７】上記のＳｉＣ／Ｃ短繊維束強化セラミック
スの曲げ強さ測定結果から、Ｃ短繊維束の径が約０.５m
m の場合にはＣ短繊維分散ＳｉＣより強度が小さく、こ
の径の大きさでは強度向上の効果がないとも考えられる
が、他の成分系、例えば図２２に示すようなＳｉＣマト
リックスにＳｉＣ短繊維束（媒体はＣ）が一方向に分散
したＳｉＣ−ＳｉＣ短繊維束強化セラミックスでは、短
繊維束の径がかなり小さい範囲から強度向上の効果がみ
られる例がある。従って、短繊維束の径の範囲としては
０.０５〜１０mm が適用できるが、実際の作製上の作業
性や後述する破壊靭性に対する効果などを考慮すると、
好ましくは１〜６mmが望ましい。
スの曲げ強さ測定結果から、Ｃ短繊維束の径が約０.５m
m の場合にはＣ短繊維分散ＳｉＣより強度が小さく、こ
の径の大きさでは強度向上の効果がないとも考えられる
が、他の成分系、例えば図２２に示すようなＳｉＣマト
リックスにＳｉＣ短繊維束（媒体はＣ）が一方向に分散
したＳｉＣ−ＳｉＣ短繊維束強化セラミックスでは、短
繊維束の径がかなり小さい範囲から強度向上の効果がみ
られる例がある。従って、短繊維束の径の範囲としては
０.０５〜１０mm が適用できるが、実際の作製上の作業
性や後述する破壊靭性に対する効果などを考慮すると、
好ましくは１〜６mmが望ましい。
【０１８８】次に、上記で示したＳｉＣ／Ｃ短繊維束強
化セラミックスと同様の試料を用いて、高温（真空中、
１５００℃）において３点曲げ強さを測定した結果を、
図２３に示す。図２１の室温での曲げ強さに比べ高温強
度が高くなる傾向がみられ、また強度のバラツキは小さ
くなっている。これは、高温においてはマトリックスに
生ずる引張残留応力が緩和されるため、高温強度は室温
よりも比較的高くなり、強度が安定したものと考えられ
る。このように、本材料は、バラツキの少ない安定した
強度をもち、高温になるにつれて強度が高くなるため高
温用構造材料として適した特性を持つ複合材料である。
化セラミックスと同様の試料を用いて、高温（真空中、
１５００℃）において３点曲げ強さを測定した結果を、
図２３に示す。図２１の室温での曲げ強さに比べ高温強
度が高くなる傾向がみられ、また強度のバラツキは小さ
くなっている。これは、高温においてはマトリックスに
生ずる引張残留応力が緩和されるため、高温強度は室温
よりも比較的高くなり、強度が安定したものと考えられ
る。このように、本材料は、バラツキの少ない安定した
強度をもち、高温になるにつれて強度が高くなるため高
温用構造材料として適した特性を持つ複合材料である。
【０１８９】次に、室温での３点曲げ強さを測定した際
の、荷重−変位曲線の模式図を、図２４に示す。比較の
ために、Ｃ短繊維が一方向に分散したＳｉＣの場合につ
いても併せて示す。短繊維束を用いた場合は、短繊維を
分散させた場合に比べて非線形的破壊形態が顕著にみら
れ、得られた短繊維束強化セラミックスは亀裂の進展を
抑制して急激な破壊を生じない材料であることがわか
る。
の、荷重−変位曲線の模式図を、図２４に示す。比較の
ために、Ｃ短繊維が一方向に分散したＳｉＣの場合につ
いても併せて示す。短繊維束を用いた場合は、短繊維を
分散させた場合に比べて非線形的破壊形態が顕著にみら
れ、得られた短繊維束強化セラミックスは亀裂の進展を
抑制して急激な破壊を生じない材料であることがわか
る。
【０１９０】そこで上記と同様の試料について、破壊靭
性を測定した結果を図２５に示す。比較のために、Ｃ短
繊維が一方向に分散したＳｉＣの場合についても併せて
示す。短繊維束を用いた場合には短繊維を分散させた場
合に比べて靭性が大きく、短繊維束の径の大きさと共に
靭性が向上していることがわかる。これは短繊維がマト
リックスと反応して繊維特性が劣化するのに対して、短
繊維束の場合には反応は束の周辺部分に留まり、繊維特
性が維持され、短繊維束内における繊維の引き抜けや亀
裂の偏向などが生じているためと考えられる。
性を測定した結果を図２５に示す。比較のために、Ｃ短
繊維が一方向に分散したＳｉＣの場合についても併せて
示す。短繊維束を用いた場合には短繊維を分散させた場
合に比べて靭性が大きく、短繊維束の径の大きさと共に
靭性が向上していることがわかる。これは短繊維がマト
リックスと反応して繊維特性が劣化するのに対して、短
繊維束の場合には反応は束の周辺部分に留まり、繊維特
性が維持され、短繊維束内における繊維の引き抜けや亀
裂の偏向などが生じているためと考えられる。
【０１９１】以上示した特徴は、他の成分からなるセラ
ミックスマトリックスまたは短繊維束をもつ短繊維束強
化セラミックスでも同様にみられ、本発明の目的に即し
た材料であることが実証された。
ミックスマトリックスまたは短繊維束をもつ短繊維束強
化セラミックスでも同様にみられ、本発明の目的に即し
た材料であることが実証された。
【０１９２】（実施例２６）実施例２１で作製した短繊
維束に対して、マトリックスとの反応を抑制するための
表面コーティングを施した例を示す。
維束に対して、マトリックスとの反応を抑制するための
表面コーティングを施した例を示す。
【０１９３】コーティング法とコーティングの効果につ
いて、Ｃを媒体としたＣ短繊維束にＳｉＣをコーティン
グした場合を例に説明する。コーティング法としては、
化学気相蒸着法，ゾル−ゲル法，スラリ−含浸法などが
挙げられるが、ここではゾル−ゲル法により行った。す
なわち、Ｃを媒体としたＣ短繊維束をポリシラン中に浸
漬，乾燥し、これを数回繰り返した後熱処理（真空中、
１２００℃）して表面にＳｉＣをコーティングした。コ
ーティング層の厚さは約５０μｍである。なお、コーテ
ィングは切断前の連続繊維束の状態でも可能であるが、
切断面にもコーティングするためには切断後の短繊維束
の状態で行った。
いて、Ｃを媒体としたＣ短繊維束にＳｉＣをコーティン
グした場合を例に説明する。コーティング法としては、
化学気相蒸着法，ゾル−ゲル法，スラリ−含浸法などが
挙げられるが、ここではゾル−ゲル法により行った。す
なわち、Ｃを媒体としたＣ短繊維束をポリシラン中に浸
漬，乾燥し、これを数回繰り返した後熱処理（真空中、
１２００℃）して表面にＳｉＣをコーティングした。コ
ーティング層の厚さは約５０μｍである。なお、コーテ
ィングは切断前の連続繊維束の状態でも可能であるが、
切断面にもコーティングするためには切断後の短繊維束
の状態で行った。
【０１９４】このＣ短繊維束を用いてＳｉＣをマトリッ
クスとし、Ｃ短繊維束を一方向に分散させたＳｉＣ／Ｃ
短繊維束強化セラミックス（Ｃ短繊維束の含有量：約１
０vol％ ）を作製し、室温での３点曲げ強さを測定し
た。短繊維束の径が０.５mmのとき、コーティングがな
い場合に曲げ強さは２６０ＭＰａであるのに対し、コー
ティングした場合には２９０ＭＰａであった。また、短
繊維束の径が１.７mmのとき、コーティングがない場合
に曲げ強さは４５０ＭＰａであるのに対し、コーティン
グした場合には４７０ＭＰａであった。いずれの場合
も、コーティングを施した方が曲げ強さの値は大きい。
これは、あらかじめ短繊維束表面にコーティング層を設
けることにより、焼結時のマトリックスと短繊維束との
反応を抑制することができ、短繊維束の損傷あるいはマ
トリックス／短繊維束界面の欠陥を少なくする効果によ
るものと考える。
クスとし、Ｃ短繊維束を一方向に分散させたＳｉＣ／Ｃ
短繊維束強化セラミックス（Ｃ短繊維束の含有量：約１
０vol％ ）を作製し、室温での３点曲げ強さを測定し
た。短繊維束の径が０.５mmのとき、コーティングがな
い場合に曲げ強さは２６０ＭＰａであるのに対し、コー
ティングした場合には２９０ＭＰａであった。また、短
繊維束の径が１.７mmのとき、コーティングがない場合
に曲げ強さは４５０ＭＰａであるのに対し、コーティン
グした場合には４７０ＭＰａであった。いずれの場合
も、コーティングを施した方が曲げ強さの値は大きい。
これは、あらかじめ短繊維束表面にコーティング層を設
けることにより、焼結時のマトリックスと短繊維束との
反応を抑制することができ、短繊維束の損傷あるいはマ
トリックス／短繊維束界面の欠陥を少なくする効果によ
るものと考える。
【０１９５】上記と同様の方法により、他の短繊維束に
対するＳｉＣ以外のコーティング、すなわちＣ，Ｔｉ
Ｃ，Ｂ4Ｃ，ＢＮ，ＴｉＮ，Ｓｉ3Ｎ4,ＡｌＮ,ＳｉＯ2,
ＴｉＯ2，ＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＺｎＯ，ＭｇＯ，Ｂ
2Ｏ3，Ｔａ2Ｏ5 のコーティングも可能であった。ま
た、コーティング方法としては、化学気相蒸着法，スラ
リー含浸法なども適用可能である。但し、コーティング
成分としては、マトリックス及び短繊維束と反応性がな
いものが望ましい。本実施例で行った、短繊維束への代
表的なコーティング例を表１３に示す。
対するＳｉＣ以外のコーティング、すなわちＣ，Ｔｉ
Ｃ，Ｂ4Ｃ，ＢＮ，ＴｉＮ，Ｓｉ3Ｎ4,ＡｌＮ,ＳｉＯ2,
ＴｉＯ2，ＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＺｎＯ，ＭｇＯ，Ｂ
2Ｏ3，Ｔａ2Ｏ5 のコーティングも可能であった。ま
た、コーティング方法としては、化学気相蒸着法，スラ
リー含浸法なども適用可能である。但し、コーティング
成分としては、マトリックス及び短繊維束と反応性がな
いものが望ましい。本実施例で行った、短繊維束への代
表的なコーティング例を表１３に示す。
【０１９６】
【表１３】
【０１９７】（実施例２７）本発明に係る短繊維束強化
セラミックスを適用した部品例として、ガスタービン動
翼の作製例について説明する。図２６には、本発明に係
る短繊維束強化セラミックスで動翼を作製する場合の作
製方法例を示す。本実施例ではマトリックスにＳｉＣセ
ラミックス，焼結助剤にＢｅＯ，短繊維束としてＣを媒
体としたＣ短繊維束を用いた。
セラミックスを適用した部品例として、ガスタービン動
翼の作製例について説明する。図２６には、本発明に係
る短繊維束強化セラミックスで動翼を作製する場合の作
製方法例を示す。本実施例ではマトリックスにＳｉＣセ
ラミックス，焼結助剤にＢｅＯ，短繊維束としてＣを媒
体としたＣ短繊維束を用いた。
【０１９８】図２６の構成は、１８はＣ短繊維束とマト
リックス成分のスラリーを注入し、動翼の形状を得るた
めの金属割型、１９は本作製方法で得られる動翼のＳｉ
Ｃマトリックス、２０は本作製方法で得られる動翼に分
散されるＣ短繊維束である。Ｃ短繊維束，ＳｉＣ粉末、
及びバインダーを混合してスラリーを作製し、このスラ
リーを押出し口に格子を設けて金属割型１８に注入す
る。これを乾燥した後、金属割型１８から取り出して静
水圧加圧焼結することにより、ＳｉＣマトリックス１９
中にＣ短繊維束２０がほぼ一方向に分散した動翼を得る
ことができる。
リックス成分のスラリーを注入し、動翼の形状を得るた
めの金属割型、１９は本作製方法で得られる動翼のＳｉ
Ｃマトリックス、２０は本作製方法で得られる動翼に分
散されるＣ短繊維束である。Ｃ短繊維束，ＳｉＣ粉末、
及びバインダーを混合してスラリーを作製し、このスラ
リーを押出し口に格子を設けて金属割型１８に注入す
る。これを乾燥した後、金属割型１８から取り出して静
水圧加圧焼結することにより、ＳｉＣマトリックス１９
中にＣ短繊維束２０がほぼ一方向に分散した動翼を得る
ことができる。
【０１９９】以上示した方法は、他のマトリックス成分
の場合にも、また他の短繊維束，媒体を用いる場合にも
適用でき、形状は動翼の形状に限らず様々な形状が作製
できる。
の場合にも、また他の短繊維束，媒体を用いる場合にも
適用でき、形状は動翼の形状に限らず様々な形状が作製
できる。
【０２００】
【発明の効果】本発明では、セラミックスマトリックス
中に分散させる短繊維およびナノサイズ粒子を反応によ
り析出させるため、出発原料サイズに関係なく微細化で
き、出発原料に短繊維を用いないため公害上の問題を解
決できる。さらに、無機化合物の媒体を用いて複数本の
連続無機繊維を一方向に束ねた繊維束を用いることによ
り、製造上の安全性が向上し、セラミックスの靭性を大
幅に向上できる。この結果、セラミックス部品の信頼性
が向上し、ガスタービン，内燃機関，核融合炉，航空
機，宇宙機器種プラントの部品，エンジンなどの機構部
品、特にガスタービン部品，内燃機関部品，核融合炉部
品，摺動部材，耐熱部材，構造部材への適用が容易に可
能となる。
中に分散させる短繊維およびナノサイズ粒子を反応によ
り析出させるため、出発原料サイズに関係なく微細化で
き、出発原料に短繊維を用いないため公害上の問題を解
決できる。さらに、無機化合物の媒体を用いて複数本の
連続無機繊維を一方向に束ねた繊維束を用いることによ
り、製造上の安全性が向上し、セラミックスの靭性を大
幅に向上できる。この結果、セラミックス部品の信頼性
が向上し、ガスタービン，内燃機関，核融合炉，航空
機，宇宙機器種プラントの部品，エンジンなどの機構部
品、特にガスタービン部品，内燃機関部品，核融合炉部
品，摺動部材，耐熱部材，構造部材への適用が容易に可
能となる。
【図１】媒体成分がマトリックスと異なる場合の複合構
造例の模式図。
造例の模式図。
【図２】媒体成分がマトリックス成分と同じ場合の複合
構造例の模式図。
構造例の模式図。
【図３】ＳｉＣマトリックス−Ｃ繊維束強化複合材の繊
維束径と含有量との関係図。
維束径と含有量との関係図。
【図４】Ｓｉ3Ｎ4マトリックス−Ｃ繊維束強化複合材の
繊維束径と含有量との関係図。
繊維束径と含有量との関係図。
【図５】ＺｒＢ2マトリックス−Ｃ繊維束強化複合材の
繊維束径と含有量との関係図。
繊維束径と含有量との関係図。
【図６】ＭｇＯマトリックス−Ａｌ2Ｏ3繊維束強化複合
材の繊維束径と含有量との関係図。
材の繊維束径と含有量との関係図。
【図７】ＳｉＣマトリックス−Ｃ繊維束強化複合材の３
点曲げ強さを示す特性図。
点曲げ強さを示す特性図。
【図８】Ｃｕマトリックス−Ｃ繊維束強化複合材の繊維
束径と含有量との関係図。
束径と含有量との関係図。
【図９】Ｔｉマトリックス−ＳｉＣ繊維束強化複合材の
繊維束径と含有量との関係図。
繊維束径と含有量との関係図。
【図１０】Ｃｕマトリックス−Ｃ繊維束強化複合材の引
張り強さを示す特性図。
張り強さを示す特性図。
【図１１】ＳｉＣマトリックス−Ｃ繊維束強化複合材の
破壊靭性値を示す特性図。
破壊靭性値を示す特性図。
【図１２】ＳｉＣ繊維束の製造工程。
【図１３】ＳｉＣ／Ｃ繊維束強化複合材の作製方法を示
す説明図。
す説明図。
【図１４】ＳｉＣ／Ｃ繊維束強化複合材の高温における
３点曲げ強さを示す特性図。
３点曲げ強さを示す特性図。
【図１５】窒化珪素結合ＳｉＣ／Ｃ繊維束強化複合材の
繊維束の含有量に対する最適な繊維束の径を示す特性
図。
繊維束の含有量に対する最適な繊維束の径を示す特性
図。
【図１６】炭素繊維束強化窒化珪素結合ＳｉＣセラミッ
クスの室温における３点曲げ強さを示す特性図。
クスの室温における３点曲げ強さを示す特性図。
【図１７】ガスタービン動翼の形状を示す模式図。
【図１８】ＳｉＣ／Ｃ繊維束強化複合材で動翼を作製す
る場合の作製方法を示す説明図。
る場合の作製方法を示す説明図。
【図１９】作製した動翼をガスタービンの金属ディスク
に取り付ける取付け構造図。
に取り付ける取付け構造図。
【図２０】析出複合セラミックスマトリックス−Ｃ繊維
束強化複合材の構造例の模式図。
束強化複合材の構造例の模式図。
【図２１】ＳｉＣ／Ｃ短繊維束強化セラミックスの室温
における３点曲げ強さとＣ短繊維束外径との関係を示す
特性図。
における３点曲げ強さとＣ短繊維束外径との関係を示す
特性図。
【図２２】ＳｉＣ−ＳｉＣ短繊維束強化セラミックスの
室温における３点曲げ強さとＣ短繊維束外径との関係を
示す特性図。
室温における３点曲げ強さとＣ短繊維束外径との関係を
示す特性図。
【図２３】ＳｉＣ／Ｃ短繊維束強化セラミックスの高温
（真空中、１５００℃）における３点曲げ強さとＣ短繊
維束外径との関係図。
（真空中、１５００℃）における３点曲げ強さとＣ短繊
維束外径との関係図。
【図２４】ＳｉＣ／Ｃ短繊維束強化セラミックスの曲げ
試験時の荷重−変位曲線の模式図。
試験時の荷重−変位曲線の模式図。
【図２５】ＳｉＣ／Ｃ短繊維束強化セラミックスの破壊
靭性値とＣ繊維束外径との関係図。
靭性値とＣ繊維束外径との関係図。
【図２６】ＳｉＣ／Ｃ短繊維束強化セラミックスのガス
タービン動翼の製造工程例のフロー図。
タービン動翼の製造工程例のフロー図。
１…ａという成分から成るマトリックス、２…ｂという
成分から成る無機繊維束、３…ｃという成分からなる媒
体、４…無機繊維束、５…ｂという成分からなる媒体、
６…ａという成分から成る無機繊維、７…ａという成分
からなる媒体、８…金型、９…フェノール樹脂含浸後の
Ｃ繊維束、１０…フェノール樹脂炭化後のＣ繊維束、１
１…金属割型、１２…ＳｉＣマトリックス、１３…動
翼、１４…ディスク、１５…シャンク、１６…パッド、
１７…嵌合層、１８…金属割型、１９…ＳｉＣマトリッ
クス、２０…Ｃ短繊維束。
成分から成る無機繊維束、３…ｃという成分からなる媒
体、４…無機繊維束、５…ｂという成分からなる媒体、
６…ａという成分から成る無機繊維、７…ａという成分
からなる媒体、８…金型、９…フェノール樹脂含浸後の
Ｃ繊維束、１０…フェノール樹脂炭化後のＣ繊維束、１
１…金属割型、１２…ＳｉＣマトリックス、１３…動
翼、１４…ディスク、１５…シャンク、１６…パッド、
１７…嵌合層、１８…金属割型、１９…ＳｉＣマトリッ
クス、２０…Ｃ短繊維束。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｃ 1/09 Ｇ Ｆ０１Ｄ 5/28 Ｃ０４Ｂ 35/52 Ｅ 35/58 １０２ Ｍ (72)発明者 金井 恒行 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 沢井 裕一 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (27)
- 【請求項１】セラミックスまたは金属を有する材料が無
機繊維束で強化されていることを特徴とする繊維強化複
合材。 - 【請求項２】請求項１に記載のセラミックスが、前記無
機繊維束で強化され、マトリックスとなるセラミックス
の熱膨張係数をαm，前記無機繊維束の熱膨張係数をαf
とするとき、αm＞αfであって、前記無機繊維束の径が
０.０５mm 以上で、かつ前記無機繊維束の径が次式の範
囲であることを特徴とする繊維強化複合材。 Ｄ′−０.５≦Ｄ≦Ｄ′＋３.０ …（１） 但し、Ｄ：繊維束の径（mm） Ｄ′＝(０.０１１Ｖ−０.０２３)×Δα×１０6 （Ｖ
＝３〜３０） Ｄ′＝(０.０３７５Ｖ−０.８１８)×Δα×１０6（Ｖ
＝３０〜６０） Ｖ ：繊維束の含有量（vol％） Δα：マトリックスセラミックスと繊維束との熱膨張係
数差（／℃） - 【請求項３】請求項１に記載のセラミックスが、前記無
機繊維束で強化され、マトリックスとなるセラミックス
の熱膨張係数をαm，前記無機繊維束の熱膨張係数をαf
とするとき、αm≦αfであって、前記無機繊維束の径が
０.０５mm 以上であることを特徴とする繊維強化複合
材。 - 【請求項４】請求項１に記載の前記金属が、前記無機繊
維束で強化され、前記無機繊維束の径が次式の範囲であ
ることを特徴とする繊維強化複合材。 ０.０５≦Ｄ≦Ｄ′＋５.０ …（２） 但し、Ｄ：繊維束の径（mm） Ｄ′＝(０.００８Ｖ−０.１)×Δα×１０6 （Ｖ＝
３〜４０） Ｄ′＝(０.０２６Ｖ−０.７７６)×Δα×１０6（Ｖ＝
４０〜６０） Ｖ ：繊維束の含有量（vol％） Δα：マトリックス金属と繊維束との熱膨張係数差（／
℃） - 【請求項５】請求項１に記載の前記無機繊維束は、アス
ペクト比が１２００以上で２０本以上の無機繊維が配向
した繊維群であり、マトリックス中において該繊維群は
該無機繊維が凝集した形態で存在し、かつ該繊維群は分
散していることを特徴とする繊維強化複合材。 - 【請求項６】請求項１に記載の前記連続無機繊維束は、
径が１０μｍから２０００μｍのＳｉＣ繊維，Ｃ繊維，
Ｓｉ3Ｎ4繊維，Ｂ繊維，Ｂ(Ｗ芯)繊維，ＳｉＣ(Ｗ芯)繊
維，ＳｉＣ(Ｃ芯)繊維，Ａｌ2Ｏ3繊維の少なくとも１種
以上からなる連続無機単繊維を、セラミックスマトリッ
クス成分と異なるＣ，ＳｉＣ，Ｓｉ3Ｎ4，ＳｉＯ2，Ａ
ｌＮ，Ａｌ2Ｏ3，ＢＮ，Ｂ4Ｃ，ＴｉＣ，ＴｉＯ2，Ｂ2
Ｏ3，Ｔａ2Ｏ5の少なくとも１種以上からなる媒体によ
り結束されていることを特徴とする繊維強化複合材。 - 【請求項７】請求項１に記載の前記連続無機繊維束は、
その径が０.０５mm〜１０.０mm，セラミックスマトリッ
クス中の含有量が３〜６０vol％ であることを特徴とす
る繊維強化複合材。 - 【請求項８】請求項１に記載の前記連続無機繊維束は、
表面がＳｉＣ，Ｃ，ＴｉＣ，Ｂ4Ｃ,ＢＮ，ＴｉＮ，Ｓｉ
3Ｎ4，ＡｌＮ，ＳｉＯ2，ＴｉＯ2，ＺｒＯ2，Ａｌ
2Ｏ3 ，ＺｎＯ，ＭｇＯ，Ｂ2Ｏ3，Ｔａ2Ｏ5を有する成
分がコーティングされていることを特徴とする繊維強化
複合材。 - 【請求項９】請求項１に記載の前記金属は、Ａｌ，Ｃ
ｕ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ａｌ系合金，Ｃｕ系合金，Ｃｒ
系合金，Ｎｉ系合金，Ｔｉ3Ａｌ，Ｎｂ3Ａｌ，Ｎｉ3Ａ
ｌ，Ｍｏ3Ａｌ，Ｚｒ5Ａｌ3，Ｔｉ5Ｓｉ3 ステンレス鋼
の少なくとも１種以上からなることを特徴とする繊維強
化複合材。 - 【請求項１０】請求項１に記載の前記セラミックスが、
Ｓｉ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｂ，Ｙの窒化
物，炭化物，酸化物，炭窒化物，酸窒化物，硼化物の少
なくとも１種以上からなることを特徴とする繊維強化複
合材。 - 【請求項１１】請求項１に記載の前記セラミックスが、
ＳｉＣ，ＴｉＣ，ＺｒＣ，Ｓｉ3Ｎ4，ＡｌＮ，ＴｉＮ，
ＢＮ，ＺｒＮ，ＺｒＢ2，ＴｉＢ2,ＣｒＢ2，Ａｌ2Ｏ3，
ＭｇＯ，ムライト，ＺｒＯ2 の少なくとも１種以上から
なることを特徴とする繊維強化複合材。 - 【請求項１２】請求項１に記載の前記セラミックスは、
セラミックスマトリックスの粒子内および粒界に化学組
成の異なる粒子が分散した複合構造体からなり、粒界に
介在する該粒子は球状，擬球状，針状，ウイスカ状，柱
状，板状のいずれかからなり、該マトリックス粒子間の
結合において３０％以上が直接結合していることを特徴
とする繊維強化複合材。 - 【請求項１３】請求項１に記載の前記セラミックスは、
セラミックスマトリックスの粒子内および粒界に化学組
成の異なる粒子が分散した複合構造体からなり、粒界に
介在する該粒子は球状，擬球状，針状，ウイスカ状，柱
状，板状のいずれかからなり、該セラミックスマトリッ
クス中の全ての組成が出発原料と異なる組成で構成され
ていることを特徴とする繊維強化複合材。 - 【請求項１４】請求項１に記載の前記セラミックスは、
セラミックスマトリックスの粒子内および粒界に化学組
成の異なる粒子が分散した複合構造体からなり、粒界に
介在する該粒子は球状，擬球状，針状，ウイスカ状，柱
状，板状のいずれかからなり、少なくとも該セラミック
スマトリックスの粒子内および粒界に分散した化学組成
の異なる粒子が出発原料と異なる組成で構成されている
ことを特徴とする繊維強化複合材。 - 【請求項１５】請求項１に記載の前記セラミックスは、
セラミックスマトリックスの粒子内および粒界に分散し
た粒子が、Ｓｉ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｂ，
Ｙ，Ｗ，Ｎｂ，Ｖ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｃｅ，Ｙ
ｂ，Ｅｒ，Ｈｏ，Ｄｙの窒化物，炭化物，酸化物，炭窒
化物，酸窒化物，硼化物，金属間化合物の少なくとも１
種以上のセラミックスマトリックスと異なる組成からな
ることを特徴とする繊維強化複合材。 - 【請求項１６】請求項１に記載の前記セラミックスは、
セラミックスマトリックス中に分散させた粒子含有量
は、５から３０vol％ であることを特徴とする繊維強化
複合材。 - 【請求項１７】請求項１に記載の前記セラミックスは、
セラミックスマトリックスの粒子内および粒界に分散し
た粒子が、焼結中に反応により析出したものであること
を特徴とする繊維強化複合材。 - 【請求項１８】請求項１に記載の前記繊維強化複合材の
表面には、ＳｉＯ2，ＴｉＯ2,ＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3，Ｍｇ
Ｏ，Ｂ2Ｏ3，Ｔａ2Ｏ5の少なくとも１種以上からなる成
分がコーティングされていることを特徴とする繊維強化
複合材。 - 【請求項１９】無機繊維束の結束にあたり、一方向に配
列した複数本の無機繊維にＣ，ＳｉＣ，ＴｉＣ，ＢＮ，
Ｓｉ3Ｎ4，Ｂ4Ｃ，ＳｉＯ2，ＴｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，Ｂ2Ｏ
3，Ｔａ2Ｏ5の前駆体を含浸し、加熱することにより結
束させる工程と、マトリックスとなるセラミックス成分
をグリーンシート化あるいは金属を板状に成形し、該グ
リーンシートあるいは金属板上に無機繊維束を一方向に
配列し、該繊維束が一方向に配向あるいは少なくとも二
方向に交差する様に積層した積層体を焼結あるいは加熱
溶融後、冷却し固化する工程とを有することを特徴とす
る繊維強化複合材の製法。 - 【請求項２０】無機繊維束を成形した繊維束プリフォー
ムに、マトリックスとなるセラミックス成分のスラリー
を含浸させて乾燥した後焼結する、あるいはマトリック
スとなる溶融金属を含浸させて固化することを特徴とす
る繊維強化複合材の製法。 - 【請求項２１】無機繊維束の結束にあたり、一方向に配
列した複数本の無機繊維にＣ，ＳｉＣ，ＴｉＣ，ＢＮ，
Ｓｉ3Ｎ4，Ｂ4Ｃ，ＳｉＯ2，ＴｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，Ｂ2Ｏ
3，Ｔａ2Ｏ5の前駆体を含浸し、加熱することにより結
束させる工程と、マトリックスとなるセラミックス成分
のスラリーあるいは溶融金属と該繊維束とを混合し、押
出し成形する工程と、押出し成形体を乾燥したのち焼結
あるいは冷却し固化する工程を有することを特徴とする
繊維強化複合材の製法。 - 【請求項２２】請求項１９ないし２１のいずれかに記載
の前記セラミックスマトリックスがＳｉ，Ａｌ，Ｃｒ，
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｂ，Ｙ，Ｗ，Ｎｂ，Ｖ，Ｓｃ，Ｌ
ａ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｅｒ，Ｈｏ，Ｄｙの少な
くとも１種以上の金属粉末あるいは金属粉末とＳｉ，Ａ
ｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｂ，Ｙ，Ｗ，Ｎｂ，Ｖ，
Ｓｃ，Ｌａ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｅｒ，Ｈｏ，Ｄ
ｙ単体，窒化物，炭化物，酸化物，炭窒化物，酸窒化
物，硼化物，金属間化合物の少なくとも１種以上のセラ
ミック粒子からなる混合粉末からなり、該焼結が窒化
性，炭化性，炭窒化性，酸化性，酸窒化性，不活性の少
なくとも１種以上の反応性ガス雰囲気中で自己析出焼結
することを特徴とする繊維強化複合材の製法。 - 【請求項２３】請求項１９ないし２１のいずれかに記載
の前記無機繊維束の径が０.０５mm 〜１０.０mm である
ことを特徴とする繊維強化複合材の製法。 - 【請求項２４】請求項１９ないし２１のいずれかに記載
の前記無機繊維束の表面がＳｉＣ，Ｓｉ3Ｎ4，Ｓｉ
Ｏ2，Ｃ，ＴｉＣ，Ｂ4Ｃ，ＢＮ，ＴｉＮ，ＡｌＮ，Ｔｉ
Ｏ2，ＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＺｎＯ，ＭｇＯ，Ｂ2Ｏ3，Ｔ
ａ2Ｏ5 の少なくとも１種以上からなる成分がコーティ
ングされていることを特徴とする繊維強化複合材の製
法。 - 【請求項２５】請求項１９ないし２１のいずれかに記載
の前記繊維強化複合材の製法であって、反応析出焼結し
た後、無加圧高温処理，ガス圧高温処理，ＨＰ,ＨＩＰ,
ＣＶＩの少なくとも１種の方法により、気孔率３％以下
に緻密化処理することを特徴とする繊維強化複合材の製
法。 - 【請求項２６】請求項１９ないし２１のいずれかに記載
の前記繊維強化複合材の製法であって、焼結助剤を原料
として混合する工程と、反応析出後の焼結体に焼結助剤
を含浸する工程を有することを特徴とする繊維強化複合
材の製法。 - 【請求項２７】請求項１ないし２６のいずれかに記載の
前記繊維強化複合材を用いてなるガスタービン部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6138533A JPH07223876A (ja) | 1993-06-25 | 1994-06-21 | 繊維強化複合材とその製法およびそれを用いた部材 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19665693 | 1993-06-25 | ||
| JP5-196656 | 1993-11-18 | ||
| JP5-289058 | 1993-11-18 | ||
| JP28905893 | 1993-11-18 | ||
| JP6138533A JPH07223876A (ja) | 1993-06-25 | 1994-06-21 | 繊維強化複合材とその製法およびそれを用いた部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07223876A true JPH07223876A (ja) | 1995-08-22 |
Family
ID=27317684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6138533A Pending JPH07223876A (ja) | 1993-06-25 | 1994-06-21 | 繊維強化複合材とその製法およびそれを用いた部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07223876A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001227302A (ja) * | 2000-02-18 | 2001-08-24 | General Electric Co <Ge> | 後縁ブロックが冷却されるセラミックタービン翼形部 |
| JP2005089807A (ja) * | 2003-09-16 | 2005-04-07 | Univ Nihon | 金属強化繊維とチタニウム又はチタニウム系合金からなる繊維強化複合材料とその放電プラズマ焼結法（ｓｐｓ法）による作製方法 |
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