JPH0767684B2 - 耐熱複合材料の成形方法 - Google Patents

耐熱複合材料の成形方法

Info

Publication number
JPH0767684B2
JPH0767684B2 JP3034122A JP3412291A JPH0767684B2 JP H0767684 B2 JPH0767684 B2 JP H0767684B2 JP 3034122 A JP3034122 A JP 3034122A JP 3412291 A JP3412291 A JP 3412291A JP H0767684 B2 JPH0767684 B2 JP H0767684B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
preform
molding
gas
resistant composite
raw material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP3034122A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH04272803A (ja
Inventor
幸三 杉山
守 伊牟田
昭仁 酒井
淳 後藤
好二 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kawasaki Motors Ltd
Original Assignee
Kawasaki Jukogyo KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Jukogyo KK filed Critical Kawasaki Jukogyo KK
Priority to JP3034122A priority Critical patent/JPH0767684B2/ja
Publication of JPH04272803A publication Critical patent/JPH04272803A/ja
Publication of JPH0767684B2 publication Critical patent/JPH0767684B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Producing Shaped Articles From Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、化学気相蒸着法により
強化繊維織物にセラミックを蒸着させて形成される耐熱
複合材料の成形方法に関する。
【0002】
【従来の技術】例えばガスタービンブレード、或はスペ
ースプレーン(宇宙船)の外板などには高強度であっ
て、かつ耐熱性を要求される複合材料が必要とされる。
このような耐熱複合材料は高硬度素材の複合構造のた
め、切削などの加工が容易でなく、成形段階において、
所定の形状寸法の材料を製造すること(形状付与性)が
要求される。
【0003】従来、このような形状付与性を有する高性
能耐熱複合材料としては、CVI法(Chemical vapor i
nfiltration:化学気相充填法)により製造されるセラ
ミックマトリックスコンポジット(CMC:繊維強化セ
ラミック)が知られている。
【0004】この方法は所定の形状・寸法任意の温度に
保持した炭素繊維等を予備成形したもの(プリフォー
ム)に原料ガスを流し、プリフォームの繊維にマトリッ
クス(基質)を蒸着させることにより複合材料を得るも
のである。
【0005】現在実用化されているCVI手法を、使用
される温度及び圧力などの反応条件から大別すると、次
の2つになる。 i−CVI法(Isothermal/Isobaric CVI法:
等温等圧CVI法) f−CVI法(Forced flow/Thermal gradient
CVI法:温度圧力勾配 CVI法) i−CVI法は、等温・等圧で原料ガスをプリフォーム
に蒸着する方法である。f−CVI法は、その改良方法
で、プリフォームに圧力勾配を掛けて、プリフォーム内
部に強制的に原料ガスを流し、または、かつプリフォー
ム内部に所定の温度勾配をかけて充填部位を限定し、そ
の部位が十分充填された後に温度勾配をずらして別の部
位に充填することによってマトリックスの蒸着速度を改
善するものである。
【0006】しかしながら、i−CVI法にあっては、
蒸着に長時間を要して、生産性が悪いと言う欠点があ
る。またf−CVI法にあっては、蒸着時間は改善され
るものの、圧力勾配のみの場合、表面のみにSiCが多
量に蒸着することにより、同形状、同寸法の製品が製造
できるCVIの特徴である形状付与性が損なわれるとい
う欠点がある。また、温度勾配を併用する場合には、こ
の勾配を漸次ずらす必要があるため成形形状が限られる
欠点がある。
【0007】上記の欠点を改善することを目的として、
プリフォーム内部へ原料ガスを供給する工程、原料ガス
をプリフォーム内部に保持して蒸着を行なう工程及び蒸
着後の残留ガス、生成ガスをプリフォーム内部より排気
する工程を多数回繰返して行ない、プリフォーム内部へ
のマトリックスの析出・充填を行なうパルスCVI法と
呼ばれる成形方法が最近提案されている。
【0008】この方法によれば、従来のCVI法と比較
して、 マトリックス充填速度の向上 マトリックス充填率の向上 析出マトリックスの均一性の向上 と云った利点が得られるものと考えられる。
【0009】しかし、パルスCVI法を用いて繊維プリ
フォームにマトリックスの析出・充填を行なうことによ
りCMCを成形した実例はない。
【0010】そこで、本発明者らは、実験用の小型パル
スCVI装置を設計・製作し、この装置により、従来の
形成方法と同様の方法で形成された炭素繊維プリフォー
ムにセラミック基質となる成分を含む原料ガスをパルス
的に繰返し供給してCMCを成形する実験を行なった。
その結果、パルスCVI法により従来のCVI法と比較
して、繊維束内等の比較的小さな空隙に対するマトリッ
クス充填速度、マトリックス充填率はかなり改善される
ことが認められたが、繊維束外の織布織目等の比較的大
きな空隙に対するマトリックス充填率等については必ら
ずしも満足すべきものとは云えないものであった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来実施さ
れ、あるいは提案されているCVI法による耐熱複合材
料の成形方法の上記の実情にかんがみ、パルスCVI法
を用いて、さらにマトリックスの充填速度が速く、充填
率が高く、かつ形状付与性及び強度の高い耐熱複合材料
を得ることのできる成形方法を提供することを課題とす
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するため、所定の形状・寸法に成形された強化繊維
予備成形体に、セラミック基質となる成分を含有する原
料ガスを供給し、上記の予備成形体の空隙にセラミック
基質を蒸着させて製造する耐熱複合材料の成形方法にお
いて、上記の強化繊維予備成形体(プリフォーム)が、
所定の形状・寸法に積層した強化繊維クロスを、セラミ
ック基質粒子を含有するバインダに浸漬し、又は上記バ
インダに浸漬した強化繊維クロスを所定の寸法形状に積
層し、焼成し、上記セラミック基質を空隙の相当部分に
充填して成形されるとともに、上記の強化繊維予備成形
体の空隙に対するセラミック基質の蒸着のための a)上記の原料ガスを上記空隙内に供給する工程、 b)上記の原料ガスを上記空隙内に保持して上記予備成
形体にセラミック基質を蒸着させる工程、及び c)残留する原料ガス及び生成ガスを上記空隙より排気
する工程をこの順に多数回繰返し行なうことを特徴とす
る。
【0013】
【作用】上記の如く、プリフォームが炭素繊維クロスの
空隙の相当の部分にセラミック基質を充填して成形され
るので、空隙の残余の部分に蒸着によりセラミック基質
を充填すべき量が少なくなり、かつ個々の空隙の容積は
小さくなる。その結果、蒸着のために繰返して行なう工
程のサイクルの繰返し回数が少なくて済むとともに、空
隙に完全にセラミック基質が充填され、基質の充填速
度、充填率、充填率の均一性が向上し、強度が大きく、
形状付与性のすぐれた耐熱複合材料を得ることができ
る。
【0014】
【実施例】以下に、本発明の実施例を、従来の方法によ
り成形されたプリフォームを用いてパルスCVIにより
製造する製造方法と比較して詳細に説明する。
【0015】(1)プリフォームの成形方法 基礎成形試験用として用意したプリフォームは、2DC
Fクロス(2次元炭素繊維クロス)を用いた表1に示す
2種類である。プリフォーム1は従来の製法によるもの
(比較例)であり、プリフォーム2は本発明によるもの
である。
【0016】表1に、それらの構成及び特性の一部を示
す。
【0017】
【表1】
【0018】各プリフォームの成形方法の工程を図1に
示す。プリフォームは、3000フィラメント/ヤーン
の炭素繊維(商標名東レT−300)の糸で、3000
フィラメント/ヤーンの炭素繊維(東レM−40)を織
って作られた2次元識りのクロスを縫合せて作られる。
炭素繊維クロス材に成形時のほつれ防止用の樹脂を含浸
し、90℃の温度下で乾燥し、真空中で150℃に1時
間保持して樹脂を硬化(cure)させ、所定の形状・寸法に
成形(shaping)し1000℃で4時間焼成(baking)し
て成形させる。上記の樹脂としては、フェノール樹脂
(大日本インキ製Plyophen#5900)を溶剤(アセトン、
エタノール等)で20%に希釈したものを使用した。プ
リフォーム2では、樹脂を含浸させる際、樹脂中に平均
4μmの粒径のSiC粒子を分散させ、含浸によりSi
C粒子が炭素繊維クロスの空隙に充填されるようにされ
ている。その結果、空隙の約半分はSiC粒子により満
され、後述の蒸着サイクルの数を半減することが可能と
なった。
【0019】(2)蒸着方法 図2に本発明の実施例及び比較例の製造方法に使用され
るCVD装置の構成を示す。なお、この装置は実際の製
造装置ではなく、実験装置である。
【0020】本実施例では、原料ガスとして水素ガスに
メチルトリクロロシラン(CH3SiCl3)を飽和させ
たガスが使用され、SiCがマトリックスとしてプリフ
ォームに蒸着される。
【0021】蒸着が行なわれる反応容器1には、電磁弁
2を介して、原料ガスが貯溜されるリザーバー3が接続
されている。リザーバー3に供給される原料ガスを作る
ための飽和器4がリザーバー3に接続して設けられてお
り、飽和器4内に収容されたメチルトリクロロシランに
水素ガスを供給する水素ガス配管5が飽和器4に接続し
て設けられている。図中符号6は水素ガスの流量計であ
り、7は圧力計である。電磁弁2と反応容器1の給排気
口1aとの間の配管から分岐して、蒸着後反応器1内に
残留した原料ガスと生成ガス(HCl)を排出するため
の排気管8が設けられている。排気管8は2本に分岐し
て、夫々の管は電磁弁9及びトラップ10を経て第1真
空ポンプ11、第2真空ポンプ12に接続されている。
【0022】上記装置では、キャリアガスである水素ガ
スが水素ガス配管5より、飽和器4内の氷で冷却された
メチルトリクロロシラン内をバブリングし、リザーバー
3に送られる。リザーバー3からガスは反応容器1に電
磁弁2を介してパルス的に760Torrの圧力で供給され
る。実験では、10×30×1(又は0.6)mm3の寸
法のプリフォームの試験片13が3〜8個容器の底につ
るされた。反応容器1内のデッドスペースは排気時間の
短縮のため及びガス収率の増加のため、50cm3と少な
くされている。所定の保持時間経過後、残留する原料ガ
ス及び生成ガスは2基の真空ポンプ11,12により1
Torr以下になるまで排気される。
【0023】上記の反応容器への原料ガスのパルス的供
給工程15、所定時間の原料ガスを保持し蒸着を行なう
工程16、及び反応容器からの残留原料ガス及び生成ガ
ス(HCl)の排気工程17の3つの工程は、図3に示
すようにこの順に1サイクルを形成し、繰返して行なわ
れる。1パルス(1サイクル)内の工程の切換えは、電
磁弁2及び9をあらかじめ設定されたプログラムに従っ
て開閉制御することにより行なわれ、1パルスあたりの
所要時間は1.4−2.0秒となる。
【0024】反応温度はプリフォームの表面よりも深い
内部まで原料ガスが浸透しかつ充填速度の早い温度とす
る必要がある。高温では、蒸着が促進され、製品の表面
で膜が成長するためプリフォーム内部まで原料ガスが供
給されにくくなり、低温では、蒸着が生じにくい。具体
的には、800から1200℃でプリフォーム内部迄蒸
着可能であって、好ましくは850から900℃、最適
には880℃の温度である。
【0025】また、CH3SiCl3の濃度は1から10
%、好ましくは4.5%、保持時間としては1から3秒
が好ましい。
【0026】上記のSiCフィラーを充填しない場合
(プリフォーム1の場合)は、105パルス(サイク
ル)まで線形的に成形体の重量が増加する。一方SiC
充填した場合(プリフォーム2の場合)には7−8×1
4パルス程度で飽和する。
【0027】又、SiCフィラーを充填しない場合(プ
リフォーム1の場合)と、充填した場合(プリフォーム
2の場合)について、蒸着のための繰返しパルス数と曲
げ強度との関係を比較して、図4に示す。プリフォーム
2の場合はパルス数(重量増加量)の増加とともに曲げ
強度も上昇するが、プリフォーム1の場合にはかならず
しもそうではない。これは、プリフォーム1の場合、2
Dクロスの織目にかなりの空間があり、この体積が大き
いため、繊維束中および表面に析出したSiCの補強効
果がマスクされ、見かけの強度上昇に現れなかったもの
と考察される。これに対し、プリフォーム2の場合は、
2Dクロスの織目に体積で半分程のSiCフィラーがつ
まっており、析出したSiCによる補強効果が曲げ強度
の上昇に反映したものと考察される。
【0028】
【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、プリフォ
ームを空隙にセラミック基質となる粒子を充填させて成
形し、原料ガスの供給、蒸着、排気工程から成る一連の
サイクルをパルス的に繰返して上記のプリフォームに適
用することにより、短時間でプリフォームの間隙を充填
し、プリフォームの内部に迄セラミック基質を蒸着する
ことができるので均一性形状付与性の優れた、高強度の
耐熱複合材料を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプリフォームの成形方法を比較例と比
較して示す工程図である。
【図2】本発明の方法の実施に使用されるCVD装置の
構成を示す図式図である。
【図3】本発明の複合材料成形方法で繰返し行なわれる
セラミック基質蒸着のためのサイクルの構成を示す図式
図である。
【図4】本発明の方法と比較例の方法とにより得られる
材料の曲げ強度特性を比較して示す曲線図である。
【符号の説明】
1 反応容器 3 リザーバー 4 飽和器 11,12 真空ポンプ 15 原料ガス供給工程 16 蒸着工程 17 排気工程
───────────────────────────────────────────────────── 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 C04B 35/565 35/584 35/80 41/87 V C23C 16/42 C04B 35/52 D 35/80 K (72)発明者 後藤 淳 岐阜県各務原市川崎町1番地 川崎重工業 株式会社 岐阜工場内 (72)発明者 伊藤 好二 岐阜県各務原市松が丘1−75 (56)参考文献 特開 平3−28177(JP,A) 特開 平3−45568(JP,A) 特開 昭63−277564(JP,A) 特開 昭63−60169(JP,A) 特開 平3−80172(JP,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定の形状・寸法に成形された強化繊維予
    備成形体に、セラミック基質になる成分を含有する原料
    ガスを供給し、上記の予備成形体の空隙にセラミック基
    質を蒸着させて製造する耐熱複合材料の成形方法におい
    て、上記の強化繊維予備成形体が、所定の形状・寸法に
    積層した強化繊維クロスを、セラミック基質粒子を含有
    するバインダに浸漬し、又は上記バインダに浸漬した強
    化繊維クロスを所定の形状・寸法に積層し、焼成し、上
    記セラミック基質粒子を空隙の相当部分に充填して成形
    されるとともに、上記の強化繊維予備成形体の空隙に対
    するセラミック基質の蒸着のための a)上記の原料ガスを上記空隙内に供給する工程、 b)上記の原料ガスを上記空隙内に保持して上記予備成
    形体にセラミック基質を蒸着させる工程、及び c)残留する原料ガス及び生成ガスを上記空隙より排気
    する工程をこの順に多数回繰返し行なうことを特徴とす
    る耐熱複合材料の成形方法。
  2. 【請求項2】上記のセラミック基質がSiCであり、原
    料ガスがCH3SiCl3を担持するH2ガスであること
    を特徴とする請求項1に記載の耐熱複合材料の成形方
    法。
  3. 【請求項3】上記の蒸着温度が800℃〜1200℃、
    CH3SiCl3の濃度が1〜10%、保持時間が1〜3
    秒であることを特徴とする請求項2に記載の耐熱複合材
    料の成形方法。
JP3034122A 1991-02-28 1991-02-28 耐熱複合材料の成形方法 Expired - Lifetime JPH0767684B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3034122A JPH0767684B2 (ja) 1991-02-28 1991-02-28 耐熱複合材料の成形方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3034122A JPH0767684B2 (ja) 1991-02-28 1991-02-28 耐熱複合材料の成形方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04272803A JPH04272803A (ja) 1992-09-29
JPH0767684B2 true JPH0767684B2 (ja) 1995-07-26

Family

ID=12405445

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3034122A Expired - Lifetime JPH0767684B2 (ja) 1991-02-28 1991-02-28 耐熱複合材料の成形方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0767684B2 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000046436A (ko) * 1998-12-31 2000-07-25 추호석 복합재료 밀도화 방법
JP2002211985A (ja) * 2001-01-16 2002-07-31 National Institute For Materials Science SiC又はC繊維のC又はSiC被覆方法
KR100624094B1 (ko) * 2004-05-28 2006-09-19 주식회사 데크 탄소섬유 강화 세라믹 복합체 제조방법
FR2936517B1 (fr) * 2008-09-29 2011-07-29 Snecma Propulsion Solide Procede de fabrication de pieces en materiau composite thermostructural
CA2933025C (en) * 2014-02-25 2019-01-15 Ihi Corporation Heat-resistant composite material production method and production device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH04272803A (ja) 1992-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8221836B2 (en) Method of fabricating a thermostructural composite material part, and a part obtained thereby
US5217657A (en) Method of making carbon-carbon composites
JP6170160B2 (ja) Cmc製部品の製造方法
CN103193497B (zh) 一种抗硅侵蚀粘连的碳/碳复合材料制品及其制备方法
CN114044679A (zh) 一种高强韧超高温陶瓷基复合材料及其制备方法
JPS605070A (ja) 複合材料およびその製造法
JP3144751B2 (ja) 複合材料及びその製造方法
CN111943726A (zh) 一种高性能C/SiBCN复合材料及其制备方法和应用
CN114807891B (zh) 一种表面沉积TaC涂层的石墨基耐高温耐腐蚀热场材料的制备方法
CN110029292A (zh) 一种石墨烯层改性c涂层纤维增强钛基复合材料的制备方法
CN112552063A (zh) 一种碳纤维增强碳化硅复合材料的制备方法
JP3034084B2 (ja) 耐酸化性炭素繊維強化炭素複合材料及びその製造方法
CN106966745A (zh) 一种热压法制备热结构复合材料的方法
JPH0767684B2 (ja) 耐熱複合材料の成形方法
CN115745643A (zh) 一种碳纳米管改性的复合材料及其制备方法
KR102153918B1 (ko) 화학기상증착을 이용한 SiC 나노와이어 균일 성장에 의한 고밀도의 탄화규소 복합체 제조 방법 및 이의 의해 제조된 탄화규소 복합체
Oh et al. Fabrication of carbon/silicon carbide composites by isothermal chemical vapor infiltration, using the in situ whisker‐growing and matrix‐filling process
CN112521156B (zh) 一种混杂基体SiCf/SiC复合材料及其制备方法
JP3218092B2 (ja) 耐酸化性c/c複合材の製造方法
JP2002145693A (ja) 単結晶引き上げ用c/cルツボとその製造方法
Itoh et al. Pulsed chemical vapour infiltration of SiC to three-dimensional carbon fibre preforms
JPH07223875A (ja) 繊維強化セラミックス複合材の製造方法
JPH082976A (ja) 炭素繊維/炭素系母材複合材料の製造方法
CN115867520B (zh) 使用包括路易斯酸或路易斯络合物的粘附促进剂制造由复合材料制成的部件的方法
JP3548605B2 (ja) 炭素繊維強化炭素複合材の耐酸化処理法