JPH07504713A - 炭素繊維強化炭素を被覆する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 炭素繊維強化炭素を被覆する方法 本発明は、少なくとも１層で炭素繊維強化炭素（ＣＦ　Ｃ）を被覆する方法に関 する。

炭素繊維強化炭素は、非常に良好な靭性における高い強度に秀でている。しかし ながら、この材料の広範な使用は、不十分な酸化安定性のために目下のところ制 限されている。特に４００℃以上での使用は、安全ガスなしでは不可能である。

しかしながら、低重量で上記した強度特性を有することから、特に航空及び宇宙 技術への使用に有利である。

従って、本発明は、４００℃以上、特に１５００℃以上のような高い温度でも高 い酸化安定性が可能であるような、少な（とも１つの層で炭素繊維強化炭素を被 覆する方法を提供するという課題を基礎とするものである。

この課題は、炭素繊維強化炭素（ＣＦＣ）に非晶質ＳｉＮｘ層からなる接着剤層 を被覆し、その上に４００℃より高い温度で酸化安定性の層を、窒化珪素からな る保護層として塗布するという、本発明により解決された。

その際、保護層として結晶質Ｓｉ、Ｎ、が被覆される。また、非晶質ＳｉＮｘ又 はＳｉｎ、又はこれらと結晶質Ｓｉ３Ｎ、の組み合わせで被覆することが有利で あり、それにより１５００℃以上、さらに１７００℃以上の高温で酸化安定性で あり、また特に航空及び宇宙技術への使用に適した炭素繊維強化炭素が本発明の 方法により提供される。であるから、本発明により改良された炭素繊維強化炭素 材料から、タービンの出口円錐部、タービンハウス、熱ガス導管部材、燃焼室、 タービンパケット等の如き製品を製造することができる。

炭素繊維強化炭素と保護層の膨張係数が互いに大きく相違し、そのために保護層 にクラックの形成および剥離が生じるので、炭素繊維強化炭素と保護層の異なる 膨張係数に都合よ（適合させるために、接着剤層として、非晶質窒化珪素が被覆 される。非晶質ＳｉＮｘからなる接着剤層の被覆のために、ＤＥＣＲ（Ｄｉｓｔ ｒｔｂｕｔｅｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ）−プラズマのようなマイクロ多極性プラズマが使用される。

本発明の構成において、接着剤層の被覆の前に炭素繊維強化炭素を清浄化するこ とが考慮される。これは、特に２００℃以上及びｌＸｌ０−”ｈＰａ以下の圧力 で、プラズマのアルゴンイオンのような希ガスイオンによる印加により行われる 。

清浄化により接着剤層の被覆は容易となる。清浄化には、マイクロ波励起プラズ マを使用することが好ましい。さらに、炭素繊維強化炭素は少なくとも２０Ｖ、 好ましくは６０〜１５０ｖの電圧（ＢＩＡＳ）がかけられるべきである。

保護層がクラックがなく且つ剥離しないことを保証するためには、窒化珪素含有 保護層の被覆は、安定なイミドを避けて又は実質的に避けて行うべきである。

結晶質Ｓｉ、Ｎ、層の被覆のために、プロセスガスとしてジクロルシランおよび アンモニアを１＝２〜１：８、好ましくは１：５の割合で使用され、その際水素 が担体ガスとして使用される。

種々の手段により、結晶質窒化珪素層が５ｈＰａより低い圧力で、好ましくは１ ０００〜１１００℃の温度で被覆される。

窒化珪素の保護層を被覆する際に安定なイミドが存在しないことを保証するため には、さもなくばイミドが炭素繊維強化炭素上に付着され、その為に保護層のク ラック形成を導くので、保護層の被覆を行う前に、使用する反応室はＨ，／ＨＣ ｌガス混合物で清浄化される。

結局、本発明は、特に航空及び宇宙技術に使用するための材料としての炭素繊維 強化炭素に関するものであり、その際、該炭素繊維強化炭素はその外側が高い酸 化安定性を示す、結晶質窒化珪素からなる保護層で被覆されており、その際該保 護層と該炭素繊維強化炭素の間に、膨張係数が該保護層と該炭素繊維強化炭素と の間にある接着剤層が配置されていることを特徴とするものである。

本発明を後述の実施例により説明するが、該実施例から本発明の詳細、利点及び 特長が明らかとなろう。

炭素繊維強化炭素（ＣＦ　Ｃ）からなるタービンの出口円錐部をプラズマ用装置 中に支持し、１０分間アルゴンイオンに曝すために、５Ｘ１０−”ｈＰａの圧力 、５００℃の温度でマイクロ波多極性プラズマに曝らすことによる化学蒸着（Ｐ ＥＣＶＤ装置）を施した。その際、試料に６０ＶのＢＩＡＳ−電圧をかけた。こ のような処理工程により、該試料が清浄化された。

ついで、直接加熱された試料は約７５０℃に加温され、プロセスガスＳｉＨ。

Ｃ１，及びＮＨ，を、詳しく言えば１３　ＭＬＳＴ（Ｓｔａｎｄａｒｄｍｉｌｌ ｉｌｉｔｅｒ　ｐｒｏ　Ｍｉｎｕｔｅ。

標準社／■ｉｎ）及び３９ＭＬＳＴの量で暴露した。試料はプロセスガスに６０ 分間曝らされ、その際使用したマイクロ波発生器の出力はｉｏｏｏｗであった。

この条件下に、接着剤層は１μｍｈ”の厚さ増加で付着された。

ついで接着剤層を備えた試料を、結晶質５ｉｌＮ４保護層を塗布するために、Ｃ ＶＤ装置に入れた。その際プロセスガスとして同様に５ｉＨＩＣ１，及びＮＨａ を使用した。ジクロルシランとアンモニアの反応の際、少なくともジイミド［５ ｉ（ＮＨ）ｚｌが生成し、該ジイミドからアンモニアの放出により２段階で窒化 珪素が生成するので、特にＳｉ、Ｈ４への完全な反応が行われ且つジイミドが付 着されないように注意する。

反応室内に安定なジイミドを存在させないようにするには、約１８００℃の温度 で、あらかじめＨ，／ＨＣＩ混合ガスによる清浄化が実施される。

清浄化後、接着剤層を有する試料を反応室内に入れ、１０５０℃の温度及び２゜ ５ｈＰａの処理圧力で、ジクロルシラン及びアンモニアが１：５のプロセスガス を用いてＣＶＤ処理を行った。担体ガスとしてＨ８を使用した。このパラメータ ーにおいて、被覆速度は１μｍ／ｍｉｎに達することができた。ついで、窒化珪 素保護層を被覆のために、試料を反応室内でプロセスガスに６０分間曝らした。

補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成　６年　８月２９ 日

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくとも１層で炭素繊維強化炭素を被覆する方法において、該炭素繊維強 化炭素に非晶質ＳｉＮｘからなる接着剤層を被覆し、その上に４００℃より高い 温度で酸化安定性の層を、窒化珪素からなる保護層として塗布することを特徴と する炭素の被覆方法。
2. ２．保護層として、結晶質Ｓｉ３Ｎ４が被覆される請求項１記載の方法。
3. ３．保護層として、非晶質ＳｉＮｘ又はＳｉＯ２又はそれらと結晶質Ｓｉ３Ｎ４ との組み合わせが塗布される請求項１記載の方法。
4. ４．接着剤層の蒸着の前に、炭素繊維強化炭素が清浄化される請求項１〜３のい ずれか１つに記載の方法。
5. ５．炭素繊維強化炭素が、アルゴンイオンのような希ガスイオンから発生するプ ラズマにより、好ましくは２００℃以上の温度で、１×１０−２ミリバールの圧 力で清浄化される請求項４記載の方法。
6. ６．プラズマとしてマイクロ波励起プラズマが使用される前記請求項の少なくと も１つに記載の方法。
7. ７．炭素繊維強化炭素は少なくとも２０ボルト、好ましくは６０〜１５０ボルト の電圧（ＢＩＡＳ）がかけられる前記請求項の少なくとも１つに記載の方法。
8. ８．接着剤層の蒸着がマイクロ波多極性プラズマ（ＤＥＣＲプラズマ）により行 われる前記請求項の少なくとも１つに記載の方法。
9. ９．結晶質窒化珪素含有保護層が安定なジイミドを避けてまたは本質的に避けて 蒸着される前記請求項の少なくとも１つに記載の方法。
10. １０．保護層の蒸着が減圧下にＣＶＤ法により行われる前記請求項の少なくとも １つに記載の方法。
11. １１．結晶質Ｓｉ３Ｎ４層を蒸着するために、プロセスガスとしてジクロルシラ ンとアンモニアを１：２〜１：８、好ましくは１：５の割合で使用し、その際担 体ガスとして水素を用いる前記請求項の少なくとも１つに記載の方法。
12. １２．５ｈＰａより低い圧力で、好ましくは１０００〜１１００℃の温度で、結 晶質Ｓｉ３Ｎ４層が蒸着される前記請求項の少なくとも１つに記載の方法。
13. １３．炭素繊維強化炭素上への保護層の蒸着が、保護層の蒸着の前にＨ２／ＨＣ Ｉガス混合物により清浄化された反応室内で行われる前記請求項の少なくとも１ つに記載の方法。
14. １４．炭素繊維強化炭素が、その外側に結晶質Ｓｉ３Ｎ４層を有しており、該層 は該炭素繊維強化炭素上に被覆された接着剤層の上に、安定なジイミドを排除し て塗布されていることを特徴とする、航空及び宇宙技術用材料として使用される 炭素繊維強化炭素。