JPH0725670A - 高温用複合材料 - Google Patents
高温用複合材料Info
- Publication number
- JPH0725670A JPH0725670A JP5166569A JP16656993A JPH0725670A JP H0725670 A JPH0725670 A JP H0725670A JP 5166569 A JP5166569 A JP 5166569A JP 16656993 A JP16656993 A JP 16656993A JP H0725670 A JPH0725670 A JP H0725670A
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- JP
- Japan
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- silicon carbide
- composite material
- high temperature
- oxide
- silicon dioxide
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温用複合材料に関し、特に宇宙往還機のジ
ェットエンジン、ガスタービン等用高温部材として有利
に適用される同材料に関する。 【構成】 炭化けい素繊維または炭化けい素を主成
分とする被膜によって被覆された炭素繊維によって強化
された二酸化けい素と希土類元素の酸化物との複合酸化
物よりなる高温用複合材料及び 上記の複合酸化物
中の二酸化けい素の量がモル百分率で５〜６７％である
高温用複合材料。
ェットエンジン、ガスタービン等用高温部材として有利
に適用される同材料に関する。 【構成】 炭化けい素繊維または炭化けい素を主成
分とする被膜によって被覆された炭素繊維によって強化
された二酸化けい素と希土類元素の酸化物との複合酸化
物よりなる高温用複合材料及び 上記の複合酸化物
中の二酸化けい素の量がモル百分率で５〜６７％である
高温用複合材料。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高温用複合材料に関し、
特に宇宙往還機ジェットエンジン、ガスタービン等用高
温部材として有利に適用される同材料に関する。
特に宇宙往還機ジェットエンジン、ガスタービン等用高
温部材として有利に適用される同材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】１５００℃を超える高温でも使用できる
構造用複合材料としては炭素繊維強化炭素複合材料（以
下、Ｃ／Ｃ複合材という）が唯一のものであるが、繊
維、基材ともに炭素質であるため耐酸化性が乏しく、Ｓ
ｉＣなどの耐酸化性のある物質で表面を被覆して用いて
いる。図２にその構成の一例を示すが、Ｃ／Ｃ複合材０
１の表面にＳｉＣなどの被覆層０２が形成されている。
図中、０３はＳｉＯ2 で、ＳｉＣを被覆層として用いた
場合にＳｉＣの酸化によって形成されるが、初期の酸化
を防ぐなどの目的で補助的に塗付などの方法によって形
成されることが多い。（米国特許第４，４７１，０２３
号明細書など参照）
構造用複合材料としては炭素繊維強化炭素複合材料（以
下、Ｃ／Ｃ複合材という）が唯一のものであるが、繊
維、基材ともに炭素質であるため耐酸化性が乏しく、Ｓ
ｉＣなどの耐酸化性のある物質で表面を被覆して用いて
いる。図２にその構成の一例を示すが、Ｃ／Ｃ複合材０
１の表面にＳｉＣなどの被覆層０２が形成されている。
図中、０３はＳｉＯ2 で、ＳｉＣを被覆層として用いた
場合にＳｉＣの酸化によって形成されるが、初期の酸化
を防ぐなどの目的で補助的に塗付などの方法によって形
成されることが多い。（米国特許第４，４７１，０２３
号明細書など参照）
【０００３】このＳｉＣ／ＳｉＯ2 による耐酸化被覆の
耐熱性を更に高めた被覆として、二酸化けい素と希土類
元素の酸化物との複合酸化物（以下、Ｌｎ−Ｓｉ複合酸
化物という。これには希土類元素のけい酸塩をも含む）
を用いたものが本発明らによって提案されている。その
構成を図３に示すが、Ｃ／Ｃ複合材００１の上にＳｉＣ
層００２が形成され、その上にＬｎ−Ｓｉ複合酸化物０
０３が形成されるものである。（特願平４−１４１３２
８号参照）
耐熱性を更に高めた被覆として、二酸化けい素と希土類
元素の酸化物との複合酸化物（以下、Ｌｎ−Ｓｉ複合酸
化物という。これには希土類元素のけい酸塩をも含む）
を用いたものが本発明らによって提案されている。その
構成を図３に示すが、Ｃ／Ｃ複合材００１の上にＳｉＣ
層００２が形成され、その上にＬｎ−Ｓｉ複合酸化物０
０３が形成されるものである。（特願平４−１４１３２
８号参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の高温用複合材と
してＣ／Ｃ複合材を耐酸化性のある物質で被覆して使用
する方法では以下の問題点がある。すなわち、被膜自体
は強度をになう部分とならないため、構造材料としての
実用性を考えると被膜の厚さには自ずから限度が生じ
る。耐酸化被覆として用いられる材料自体も高温で蒸
発、摩耗あるいは酸化によって徐々に損耗するため、薄
い被膜は比較的短時間の耐用寿命しか示し得ず、高温で
連続的に長時間使用する用途には適さない。
してＣ／Ｃ複合材を耐酸化性のある物質で被覆して使用
する方法では以下の問題点がある。すなわち、被膜自体
は強度をになう部分とならないため、構造材料としての
実用性を考えると被膜の厚さには自ずから限度が生じ
る。耐酸化被覆として用いられる材料自体も高温で蒸
発、摩耗あるいは酸化によって徐々に損耗するため、薄
い被膜は比較的短時間の耐用寿命しか示し得ず、高温で
連続的に長時間使用する用途には適さない。
【０００５】本発明は上記技術水準に鑑み、Ｃ／Ｃ複合
材の強度の大部分をになう繊維の特徴をそのまま活用し
ながら、長時間にわたって高温の酸化雰囲気で使用でき
る新しい高温用複合材料を提供しようとするものであ
る。
材の強度の大部分をになう繊維の特徴をそのまま活用し
ながら、長時間にわたって高温の酸化雰囲気で使用でき
る新しい高温用複合材料を提供しようとするものであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は （１）炭化けい素繊維または炭化けい素を主成分とする
被膜によって被覆された炭素繊維によって強化された二
酸化けい素と希土類元素の酸化物との複合酸化物よりな
ることを特徴とする高温用複合材料。 （２）二酸化けい素と希土類元素との複合酸化物中の二
酸化けい素の量がモル百分率で５〜６７％であることを
特徴とする上記（１）記載の高温用複合材料。である。
被膜によって被覆された炭素繊維によって強化された二
酸化けい素と希土類元素の酸化物との複合酸化物よりな
ることを特徴とする高温用複合材料。 （２）二酸化けい素と希土類元素との複合酸化物中の二
酸化けい素の量がモル百分率で５〜６７％であることを
特徴とする上記（１）記載の高温用複合材料。である。
【０００７】本発明はまず長時間にわたる耐酸化性を維
持するために、耐酸化被覆として用いられる物質を基材
として用いることにしたもので、１７００℃以上の高温
酸化雰囲気でも優れた耐熱性、耐酸化性を示す二酸化け
い素と希土類元素の酸化物との複合酸化物（以下、Ｌｎ
−Ｓｉ複合酸化物と略す。これには希土類元素のけい酸
塩を含む）を基材としたものである。また、これらの基
材を強化する繊維としては炭化けい素繊維または炭化け
い素を主成分（８０％以上）とする被膜により被覆され
た炭素繊維を使用するものである。
持するために、耐酸化被覆として用いられる物質を基材
として用いることにしたもので、１７００℃以上の高温
酸化雰囲気でも優れた耐熱性、耐酸化性を示す二酸化け
い素と希土類元素の酸化物との複合酸化物（以下、Ｌｎ
−Ｓｉ複合酸化物と略す。これには希土類元素のけい酸
塩を含む）を基材としたものである。また、これらの基
材を強化する繊維としては炭化けい素繊維または炭化け
い素を主成分（８０％以上）とする被膜により被覆され
た炭素繊維を使用するものである。
【０００８】本発明のうち、基材を構成するＬｎ−Ｓｉ
複合酸化物の組成範囲として、二酸化けい素の量比とし
てはモル百分率で５〜６７％であることを好ましい態様
とするものである。
複合酸化物の組成範囲として、二酸化けい素の量比とし
てはモル百分率で５〜６７％であることを好ましい態様
とするものである。
【０００９】
【作用】Ｌｎ−Ｓｉ複合酸化物中の希土類元素として
は、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム
（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、
プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピ
ウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔ
ｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、
エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウ
ム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）が含まれ、さらに複合
酸化物には溶融温度が高い、熱膨張率が炭化けい素に近
いといった特性が求められることから、好ましくはイッ
トリウム（Ｙ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム
（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イ
ッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）が複合酸化
物の希土類元素として好ましい。特にＬｎ−Ｓｉ複合酸
化物の希土類元素の酸化物として酸化イットリウムを使
用すると２０００℃近くの溶融温度となるので、特にイ
ットリウムは好ましい希土類元素である。
は、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム
（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、
プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピ
ウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔ
ｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、
エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウ
ム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）が含まれ、さらに複合
酸化物には溶融温度が高い、熱膨張率が炭化けい素に近
いといった特性が求められることから、好ましくはイッ
トリウム（Ｙ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム
（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イ
ッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）が複合酸化
物の希土類元素として好ましい。特にＬｎ−Ｓｉ複合酸
化物の希土類元素の酸化物として酸化イットリウムを使
用すると２０００℃近くの溶融温度となるので、特にイ
ットリウムは好ましい希土類元素である。
【００１０】Ｌｎ−Ｓｉ複合酸化物における二酸化けい
素のモル％が６７％を超えると二酸化けい素の単独層が
出現し溶融温度が低下するので好ましくない。また、Ｌ
ｎ−Ｓｉ複合酸化物単独では、炭化けい素繊維または炭
化けい素を主成分とする被膜によって被覆された炭素繊
維との密着化が図れないので二酸化けい素は最小限モル
％で５％以上が必要である。好ましくは溶融温度が高
く、熱膨張率が前記繊維に近いモル％で５０％付近の二
酸化けい素含有率が好ましい。
素のモル％が６７％を超えると二酸化けい素の単独層が
出現し溶融温度が低下するので好ましくない。また、Ｌ
ｎ−Ｓｉ複合酸化物単独では、炭化けい素繊維または炭
化けい素を主成分とする被膜によって被覆された炭素繊
維との密着化が図れないので二酸化けい素は最小限モル
％で５％以上が必要である。好ましくは溶融温度が高
く、熱膨張率が前記繊維に近いモル％で５０％付近の二
酸化けい素含有率が好ましい。
【００１１】炭素繊維に被覆する炭化けい素を主成分と
する被膜は炭素繊維の酸化を防ぐためとマトリックスで
あるＬｎ−Ｓｉ複合酸化物との密着化させるためである
が、炭素繊維の直径が７〜１０μｍであることから、限
定的な値ではないが通常被膜の厚さは１〜３μｍであ
る。
する被膜は炭素繊維の酸化を防ぐためとマトリックスで
あるＬｎ−Ｓｉ複合酸化物との密着化させるためである
が、炭素繊維の直径が７〜１０μｍであることから、限
定的な値ではないが通常被膜の厚さは１〜３μｍであ
る。
【００１２】また、Ｌｎ−Ｓｉ複合酸化物と繊維（炭化
けい素繊維または炭化けい素を主成分とする被膜によっ
て被覆された炭素繊維）との配合量比は繊維が５％から
一方向強化材における繊維含有率の理論量比である約８
０％まで可能であるが、一般的には２０〜６０％であ
る。
けい素繊維または炭化けい素を主成分とする被膜によっ
て被覆された炭素繊維）との配合量比は繊維が５％から
一方向強化材における繊維含有率の理論量比である約８
０％まで可能であるが、一般的には２０〜６０％であ
る。
【００１３】Ｌｎ−Ｓｉ複合酸化物は、炭化けい素との
界面が高温でも安定であり、炭素繊維表面に被覆された
炭化けい素または炭化けい素繊維と安定な界面を形成す
るため、繊維の強度を損なわない。さらに、Ｌｎ−Ｓｉ
複合酸化物は酸化物の中でも熱膨張率が小さく、炭化け
い素とほぼ同程度であるため、加熱・冷却の熱履歴を受
けても繊維と基材の界面で亀裂や剥離が発生し難い効果
を奏する。さらに、また本発明では、Ｌｎ−Ｓｉ複合酸
化物を複合材料の基材として用いているため、被膜に比
べて充分な厚さを有しており、これを耐酸化被覆として
用いる場合よりも更に長時間の耐酸化性を維持すること
が可能となる。
界面が高温でも安定であり、炭素繊維表面に被覆された
炭化けい素または炭化けい素繊維と安定な界面を形成す
るため、繊維の強度を損なわない。さらに、Ｌｎ−Ｓｉ
複合酸化物は酸化物の中でも熱膨張率が小さく、炭化け
い素とほぼ同程度であるため、加熱・冷却の熱履歴を受
けても繊維と基材の界面で亀裂や剥離が発生し難い効果
を奏する。さらに、また本発明では、Ｌｎ−Ｓｉ複合酸
化物を複合材料の基材として用いているため、被膜に比
べて充分な厚さを有しており、これを耐酸化被覆として
用いる場合よりも更に長時間の耐酸化性を維持すること
が可能となる。
【００１４】
【実施例】表１に実施例として５種の組成のＬｎ−Ｓｉ
複合酸化物を基材とし、炭化けい素を被覆した炭素繊維
を強化繊維として作製した供試材を示す。これらの実施
例では、化学蒸着で表面に炭化けい素を約２μｍ被覆し
た炭素繊維（直径約７μｍ）を強化繊維とし、これに減
圧プラズマ溶射によってＬｎ−Ｓｉ複合酸化物を吹き付
けてプリフォームシートとし、このプリフォームシート
を０°／９０°の直交積層とし、この積層体をアルゴン
ガス雰囲気中１６００℃で加熱加圧して繊維体積率５０
％の成形厚さ２ｍｍの供試材とした。この供試材を図１
に示す。図１において、１は強化繊維、２はマトリック
スであるＬｎ−Ｓｉ複合酸化物を示す。
複合酸化物を基材とし、炭化けい素を被覆した炭素繊維
を強化繊維として作製した供試材を示す。これらの実施
例では、化学蒸着で表面に炭化けい素を約２μｍ被覆し
た炭素繊維（直径約７μｍ）を強化繊維とし、これに減
圧プラズマ溶射によってＬｎ−Ｓｉ複合酸化物を吹き付
けてプリフォームシートとし、このプリフォームシート
を０°／９０°の直交積層とし、この積層体をアルゴン
ガス雰囲気中１６００℃で加熱加圧して繊維体積率５０
％の成形厚さ２ｍｍの供試材とした。この供試材を図１
に示す。図１において、１は強化繊維、２はマトリック
スであるＬｎ−Ｓｉ複合酸化物を示す。
【００１５】また、比較材として上記実施例で使用した
ものと同じ炭素繊維によって作られたＣ／Ｃ複合材表面
に化学蒸着によって厚さ約１００μｍの炭化けい素層を
形成し、さらにその上にＬｎ−Ｓｉ複合酸化物をプラズ
マ溶射によって厚さ約１００μｍ被覆し、所定の熱処理
によって緻密化したものを供した。この供試材も成形厚
さは２ｍｍとし、繊維体積率は５０％とした。（図３参
照）
ものと同じ炭素繊維によって作られたＣ／Ｃ複合材表面
に化学蒸着によって厚さ約１００μｍの炭化けい素層を
形成し、さらにその上にＬｎ−Ｓｉ複合酸化物をプラズ
マ溶射によって厚さ約１００μｍ被覆し、所定の熱処理
によって緻密化したものを供した。この供試材も成形厚
さは２ｍｍとし、繊維体積率は５０％とした。（図３参
照）
【００１６】
【表１】
【００１７】表２に、本発明の実施例材（Ｎｏ．１〜Ｎ
ｏ．５）及び比較材（Ｎｏ．６，７）を１９００℃大気
中に１０００時間まで暴露した後の相対重量と、三点曲
げ試験による相対強度、すなわち、暴露前の重量、強度
を１とした時の暴露後の相対的な値を示す。
ｏ．５）及び比較材（Ｎｏ．６，７）を１９００℃大気
中に１０００時間まで暴露した後の相対重量と、三点曲
げ試験による相対強度、すなわち、暴露前の重量、強度
を１とした時の暴露後の相対的な値を示す。
【００１８】比較材は１００時間までの短時間では変化
ないが、長時間にわたる暴露の結果、耐酸化被覆が損耗
し、著しい重量減少と強度低下を示したのに対し、本発
明の実施例材では重量減少強度低下共にわずかであっ
た。
ないが、長時間にわたる暴露の結果、耐酸化被覆が損耗
し、著しい重量減少と強度低下を示したのに対し、本発
明の実施例材では重量減少強度低下共にわずかであっ
た。
【００１９】
【表２】 暴露試験は１９００℃大気中で１００、１０００時間実
施 強度試験は室温の三点曲げ試験で実施
施 強度試験は室温の三点曲げ試験で実施
【００２０】なお、上記実施例では強化繊維として炭化
けい素で被覆した炭素繊維を用いたものであるが、炭化
けい素繊維を用いても、ぼゞ同様な結果が得られた。
けい素で被覆した炭素繊維を用いたものであるが、炭化
けい素繊維を用いても、ぼゞ同様な結果が得られた。
【００２１】
【発明の効果】本発明の高温用複合材料によれば、基材
自体が充分な耐酸化性を示すＬｎ−Ｓｉ複合酸化物であ
りしかも繊維との適合性も良好であるため、長時間にわ
たって優れた耐熱性を発揮することが可能となる。
自体が充分な耐酸化性を示すＬｎ−Ｓｉ複合酸化物であ
りしかも繊維との適合性も良好であるため、長時間にわ
たって優れた耐熱性を発揮することが可能となる。
【図１】本発明の高温用複合材料の一実施例の説明図。
【図２】従来材である炭化けい素を被覆したＣ／Ｃ複合
材料の説明図。
材料の説明図。
【図３】本発明者らの先に提案した高温用複合材料の説
明図。
明図。
Claims (2)
- 【請求項１】 炭化けい素繊維または炭化けい素を主成
分とする被膜によって被覆された炭素繊維によって強化
された二酸化けい素と希土類元素の酸化物との複合酸化
物よりなることを特徴とする高温用複合材料。 - 【請求項２】 二酸化けい素と希土類元素との複合酸化
物中の二酸化けい素の量がモル百分率で５〜６７％であ
ることを特徴とする請求項１記載の高温用複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5166569A JPH0725670A (ja) | 1993-07-06 | 1993-07-06 | 高温用複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5166569A JPH0725670A (ja) | 1993-07-06 | 1993-07-06 | 高温用複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0725670A true JPH0725670A (ja) | 1995-01-27 |
Family
ID=15833698
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5166569A Withdrawn JPH0725670A (ja) | 1993-07-06 | 1993-07-06 | 高温用複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0725670A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013513772A (ja) * | 2009-12-11 | 2013-04-22 | エスゲーエル カーボン ソシエタス ヨーロピア | 樹脂含浸された炭化ケイ素からなる成形品 |
| US9581041B2 (en) | 2010-02-09 | 2017-02-28 | Rolls-Royce Corporation | Abradable ceramic coatings and coating systems |
-
1993
- 1993-07-06 JP JP5166569A patent/JPH0725670A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013513772A (ja) * | 2009-12-11 | 2013-04-22 | エスゲーエル カーボン ソシエタス ヨーロピア | 樹脂含浸された炭化ケイ素からなる成形品 |
| US9581041B2 (en) | 2010-02-09 | 2017-02-28 | Rolls-Royce Corporation | Abradable ceramic coatings and coating systems |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20001003 |