JPH0791121B2 - Method and apparatus for producing three-dimensional fiber-reinforced ceramic matrix composite material - Google Patents

Method and apparatus for producing three-dimensional fiber-reinforced ceramic matrix composite material

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JPH0791121B2
JPH0791121B2 JP5075270A JP7527093A JPH0791121B2 JP H0791121 B2 JPH0791121 B2 JP H0791121B2 JP 5075270 A JP5075270 A JP 5075270A JP 7527093 A JP7527093 A JP 7527093A JP H0791121 B2 JPH0791121 B2 JP H0791121B2
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dimensional fiber
slurry
composite material
fiber preform
producing
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喜久男 中野
晶 神谷
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、3次元繊維強化セラミ
ックス基複合材料の製造法及びその装置に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a three-dimensional fiber reinforced ceramic matrix composite material and an apparatus therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】繊維強化セラミックス基複合材料は、従
来の単体セラミックスがもっていた致命的な欠陥、即
ち、低靱性及び強度的な信頼性の低さ等を改善するもの
として最近注目を集めるようになった。この種の繊維強
化複合材料は、強化材繊維の構成形態によって、繊維を
一方向のみに配置した1次元強化、二方向に配置(平面
的に配置)した2次元強化、そして三方向に配置(立体
的配置)した3次元強化の3種類に分けられる。1次元
強化の場合、引張及び曲げ強度は、繊維方向には強いも
のの、繊維に直角などの方向においては弱い。また、2
次元強化の場合、繊維配列した平面内での強度は大きい
ものの、それに直角な方向の強度は小さく、剥離を起こ
し易い。ところが、3次元強化の場合、どの方向の強度
もほぼ等しく等方的な性質をもっている。したがって、
繊維強化複合材料を構造材料として用いる場合、3次元
強化が最も理想的である。
2. Description of the Related Art Fiber-reinforced ceramic matrix composite materials have recently attracted attention as ones for improving the fatal defects of conventional simple ceramics, that is, low toughness and low strength reliability. became. This type of fiber reinforced composite material has one-dimensional reinforcement in which the fibers are arranged in only one direction, two-dimensional reinforcement in which the fibers are arranged in two directions (planar arrangement), and three-dimensional arrangement ( It can be divided into three types of three-dimensional reinforcement (three-dimensional arrangement). In the case of one-dimensional reinforcement, the tensile and bending strengths are strong in the fiber direction, but weak in the direction perpendicular to the fiber. Also, 2
In the case of dimensional reinforcement, although the strength in the plane in which the fibers are arranged is large, the strength in the direction perpendicular thereto is small, and peeling easily occurs. However, in the case of three-dimensional strengthening, the strength in any direction is almost equal and isotropic. Therefore,
When using fiber-reinforced composite materials as structural materials, three-dimensional reinforcement is most ideal.

【0003】繊維強化セラミックス基複合材料の作製に
ついては、1及び2次元強化の場合は比較的容易である
が、3次元強化の場合は非常に難しく、解決されなけれ
ばならない幾つかの問題を含んでいる。3次元繊維強化
セラミックス基複合材料の製造法における問題点は、基
本的には3次元的に構成された繊維織成物(プリフォー
ム)の繊維間隙にマトリックスとなるセラミックスを充
填することである。しかし、1次元及び2次元繊維プリ
フォームと異なって、3次元繊維プリフォームでは繊維
が密に、しかも立体的に織り上げられているため、各繊
維が互いに強く接触しあって繊維間隙が狭く、繊維間の
空隙も全体的に大きな流通路で連通していない。したが
って、マトリックス物質の充填もそれだけ困難である。
Fabrication of fiber reinforced ceramic matrix composites is relatively easy for 1 and 2 dimensional reinforcement, but very difficult for 3 dimensional reinforcement and involves some problems that must be solved. I'm out. A problem in the method for producing a three-dimensional fiber-reinforced ceramic matrix composite material is basically to fill the fiber gaps of a three-dimensionally woven fiber preform with a ceramic serving as a matrix. However, unlike the one-dimensional and two-dimensional fiber preforms, in the three-dimensional fiber preform, the fibers are densely and three-dimensionally woven, so that the fibers are in strong contact with each other and the fiber gap is narrow, resulting in The voids between them are not connected by a large flow passage as a whole. Therefore, the filling of the matrix material is so difficult.

【0004】このように緻密な繊維間隙にマトリックス
物質を充填するには、高圧でマトリックス物質あるいは
その前駆体物質(化学反応又は熱分解によってマトリッ
クスとなるような物質)を浸入させることが必要であ
る。しかしながら、その高圧化に限度があるばかりでな
く、流体状にしたマトリックス物質を圧入した後の焼成
過程において、有機結合剤又は前駆体物質が熱分解を起
こして揮発成分が離脱するため、図1に示すように、複
合材料1における3次元繊維プリフォーム2間のマトリ
ックス部分3に多量の気孔4を生ずることになる。その
ため、高密度化された複合材料を製造するためには、こ
の気孔の含有量をできるだけ減らさなければならない。
In order to fill the matrix material into the dense fiber gaps as described above, it is necessary to infiltrate the matrix material or its precursor material (a material that becomes a matrix by a chemical reaction or thermal decomposition) at high pressure. . However, not only is there a limit to the increase in pressure, but in the firing process after the fluid matrix material is pressed in, the organic binder or precursor material undergoes thermal decomposition and the volatile components are released, so that FIG. As shown in (1), a large amount of pores 4 are generated in the matrix portion 3 between the three-dimensional fiber preforms 2 in the composite material 1. Therefore, in order to manufacture a densified composite material, the content of the pores should be reduced as much as possible.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、3次元繊維プリフォーム内の間隙にマトリックス物
質を充填するに際し、スラリー状のマトリックス物質ま
たはその前駆体物質を高密に圧入し、焼成後における気
孔の含有量をできるだけ減少できるようにした3次元繊
維強化セラミックス基複合材料の製造法及びその装置を
提供することにある。
The technical problem to be solved by the present invention is to fill a gap in a three-dimensional fiber preform with a matrix material by densely pressurizing a slurry matrix material or a precursor material thereof and firing the matrix material. It is an object of the present invention to provide a method for producing a three-dimensional fiber-reinforced ceramic matrix composite material and a device therefor, which can reduce the content of pores later as much as possible.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段、作用】上記課題を解決す
るための本発明の複合材料製造法は、3次元繊維プリフ
ォーム内の間隙に、マトリックスとして、セラミックス
微粉末(これをフィラー粉末と呼ぶ。)と、有機結合剤
又はその前駆体物質を含むスラリーを高密に充填して、
3次元繊維強化セラミックス基複合材料を製造するため
の方法であって、上記フィラー粉末と有機結合剤又は前
駆体物質とを含んだスラリーを、その3次元繊維プリフ
ォーム内に高圧で圧入すると同時に、3次元繊維プリフ
ォームの反対側からペーパーフィルタ及び多孔性燒結金
属板を介して真空吸引し、このペーパーフィルタにおい
てスラリー中のフィラー粉末及び溶質としての有機結合
剤又は前駆体物質の通過を抑制しながら、溶媒部分のみ
を通過させて排出し、3次元繊維プリフォーム中にスラ
リーを高密に含浸させたセラミックス基複合材料を得る
ことを特徴とするものである。
The composite material manufacturing method of the present invention for solving the above problems is a ceramic fine powder (this is called filler powder) as a matrix in a gap in a three-dimensional fiber preform. .) And an organic binder or a precursor substance thereof are densely packed,
A method for producing a three-dimensional fiber-reinforced ceramic matrix composite material, which comprises pressing a slurry containing the above filler powder and an organic binder or a precursor substance into the three-dimensional fiber preform at high pressure, Vacuum suction is performed from the opposite side of the three-dimensional fiber preform through a paper filter and a porous sintered metal plate, while suppressing passage of filler powder in the slurry and an organic binder or precursor substance as a solute in the paper filter. The ceramic-based composite material is characterized in that only the solvent portion is allowed to pass therethrough and discharged, and the three-dimensional fiber preform is highly densely impregnated with the slurry to obtain a ceramic-based composite material.

【0007】また、本発明の複合材料製造装置は、3次
元繊維プリフォーム内の間隙に、マトリックスとして、
フィラー粉末と、有機結合剤又はその前駆体物質を含む
スラリーを高密に充填して、3次元繊維強化セラミック
ス基複合材料を製造するための装置であって、ピストン
によって加圧されるシリンダ内に3次元繊維プリフォー
ム及び上記スラリーを収容する空間を設けると共に、多
孔性焼結金属板及びその上に周辺をシールして敷設した
ペーパーフィルタを通して、上記空間を真空ポンプに接
続される吸引室に連通させ、上記ペーパーフィルタを、
スラリー中のフィラー粉末、有機結合剤又は前駆体物質
の通過を抑制するが溶媒部分を通過させるものとしたこ
とを特徴とするものである。
Further, the composite material manufacturing apparatus of the present invention uses a matrix as a matrix in the gap in the three-dimensional fiber preform.
A device for manufacturing a three-dimensional fiber-reinforced ceramic matrix composite material by densely filling a slurry containing a filler powder and an organic binder or a precursor substance thereof, which is provided in a cylinder pressurized by a piston. A space for accommodating the three-dimensional fiber preform and the slurry is provided, and the space is communicated with a suction chamber connected to a vacuum pump through a porous sintered metal plate and a paper filter laid on the periphery of the porous sintered metal plate. , The above paper filter,
The present invention is characterized in that the filler powder, the organic binder or the precursor substance in the slurry is suppressed from passing through, but the solvent portion is allowed to pass through.

【0008】さらに具体的に説明すると、本発明の複合
材料製造法においては、マトリックス物質として、フィ
ラー粉末、有機結合剤及び媒質液体によって形成したス
ラリーが用いられ、又は、溶融前駆体物質、溶融前駆体
物質とフィラー粉末、溶媒に溶かされた前駆体物質、若
しくは溶媒に溶かされた前駆体物質とフィラー粉末から
なる液体状前駆体物質のスラリーが用いられる。
More specifically, in the composite material manufacturing method of the present invention, a slurry formed by a filler powder, an organic binder and a medium liquid is used as a matrix substance, or a melt precursor substance, a melt precursor. A slurry of a liquid precursor substance comprising a body substance and a filler powder, a precursor substance dissolved in a solvent, or a precursor substance dissolved in a solvent and a filler powder is used.

【0009】上記フィラー粉末としては、マトリックス
となる各種セラミックスの微粉末を用い得るが、例え
ば、SiCをマトリックスとする場合には、β−SiC
微粉末(0.3μm)が適している。また、有機結合剤
としては、ポリビニールアルコール、炭化水素系ワック
スなどが適している。溶融前駆体物質としては、ポリシ
ラスチレン、ポリカルボシラン、ポリシラザン及びポリ
ヒドロシラザンなどがある。
As the above-mentioned filler powder, fine powders of various ceramics which serve as a matrix can be used. For example, when SiC is used as a matrix, β-SiC is used.
Fine powder (0.3 μm) is suitable. Polyvinyl alcohol and hydrocarbon wax are suitable as the organic binder. Melt precursor materials include polysilastyrene, polycarbosilane, polysilazane, polyhydrosilazane, and the like.

【0010】これらのスラリーは、炭素繊維、ガラス繊
維、その他適宜材料の強化用繊維で3次元的に織成され
た繊維プリフォーム中に高圧で圧入して含浸させるが、
その圧入と同時に、3次元繊維プリフォームの反対側か
らペーパーフィルタ及び多孔性燒結金属板を介して真空
吸引し、フィラー粉末、有機結合剤又は前駆体物質の通
過を抑制して溶媒部分を積極的に排出させる。スラリー
中の有機結合剤や前駆体物質は、セラミックス複合材料
作製時の焼成過程において、熱分解を起こして揮発成分
が離脱するが、これをできるだけ除去しないと、複合材
料のマトリックス部分に気孔を生ずることになる(図
1)。スラリー中の有機結合剤又は前駆体物質の含有量
を減らし、その代わりにフィラー粉末を加えることは、
この気孔の発生を抑制し、高密度化された複合材料を作
製するために有効なものである。
These slurries are pressed and impregnated at a high pressure into a fiber preform three-dimensionally woven with carbon fibers, glass fibers, and other appropriate reinforcing fibers to impregnate them.
Simultaneously with the press-fitting, vacuum suction is performed from the opposite side of the three-dimensional fiber preform through the paper filter and the porous sintered metal plate to suppress the passage of the filler powder, the organic binder or the precursor substance, and to actively the solvent portion. To discharge. The organic binder or precursor substance in the slurry undergoes thermal decomposition during the firing process during the production of the ceramic composite material, and the volatile components are released. This will be the case (Fig. 1). Reducing the content of organic binder or precursor material in the slurry and adding filler powder instead
This is effective for suppressing the generation of pores and producing a highly densified composite material.

【0011】本発明において用いる有機結合剤及び前駆
体物質の主な役割の一つは、スラリーを3次元繊維プリ
フォームに含浸させ、乾燥状態にして作製されたグリー
ン成形体中での繊維/充填物質間の強度をある程度に保
ち、その後の作業を行い易くすることである。このよう
な目的のために、有機結合剤または前駆体物質の量は、
経験的には、媒質液体の5〜100%が必要である。ま
た、媒質液体はフィラー粉末量の0.5倍以上必要であ
る。なお、マトリックス物質としては、有機結合剤の含
有量がフィラー粉末の10%以下であることが特に望ま
しい。また、液体状前駆体物質としては、前駆体物質は
通常焼成過程において熱分解してセラミックス化する
が、その割合は70%以下が普通である。
One of the major roles of the organic binder and precursor material used in the present invention is to impregnate a slurry into a three-dimensional fiber preform and dry / fibre / fill in a green compact. It is to maintain the strength between substances to a certain degree and facilitate the subsequent work. For such purposes, the amount of organic binder or precursor material is
Empirically, 5-100% of the medium liquid is required. Further, the medium liquid needs to be 0.5 times or more the amount of the filler powder. As the matrix substance, it is particularly desirable that the content of the organic binder is 10% or less of the filler powder. Further, as the liquid precursor substance, the precursor substance is usually thermally decomposed into a ceramic in the firing process, and the ratio thereof is usually 70% or less.

【0012】[0012]

【実施例】図2は、上述したような液体状のマトリック
ス物質を3次元繊維プリフォームの繊維間隙に充填する
ための本発明の複合材料製造装置の構成例を、模式的に
示すものである。この製造装置は、内部に吸引室12を
凹設した基台11と、その基台11の上部に設置され、
上記吸引室12と連通するシリンダ孔14をもったシリ
ンダ13とを備えている。上記基台11は、内部の吸引
室12を、その内底に開口する吸引路15を介して真空
ポンプに接続するようにしたもので、吸引室12内の段
部にはOリング17を介して多孔のステンレス製底板1
6を載置し、その底板16上には多孔性焼結金属板(ポ
ーラストン)18を装着し、更に、その焼結金属板18
上にはペーパーフィルタ19を敷き、このペーパーフィ
ルタ19と上記シリンダ13との間にOリング20を介
装して、ペーパーフィルタ19の周囲からの高圧のスラ
リーの漏洩を防止している。
EXAMPLE FIG. 2 schematically shows a structural example of a composite material manufacturing apparatus of the present invention for filling the liquid matrix material as described above into the fiber gaps of a three-dimensional fiber preform. . This manufacturing apparatus is installed on a base 11 having a suction chamber 12 recessed therein, and on the upper part of the base 11.
A cylinder 13 having a cylinder hole 14 communicating with the suction chamber 12 is provided. The base 11 is configured such that an internal suction chamber 12 is connected to a vacuum pump through a suction passage 15 that opens at the inner bottom thereof, and an O-ring 17 is provided at a step in the suction chamber 12. Porous stainless bottom plate 1
6 is placed, a porous sintered metal plate (Poraston) 18 is mounted on the bottom plate 16, and the sintered metal plate 18
A paper filter 19 is laid on the top of the paper filter 19, and an O-ring 20 is interposed between the paper filter 19 and the cylinder 13 to prevent leakage of high-pressure slurry from the periphery of the paper filter 19.

【0013】また、上記シリンダ13内のシリンダ孔1
4の下部においては、上記ペーパーフィルタ19の上方
に位置させて、3次元繊維プリフォーム5及びスラリー
6を収容する空間を設け、この空間を介してシリンダ孔
14内にピストン21を嵌装し、このピストン21を加
圧装置(図示省略)のラム22によって圧下できるよう
に構成している。そして、上記ピストン21の周囲に
は、シリンダ13内面との間の間隙よりスラリー6が逆
流出しないように、Oリング23及び必要数のテフロン
(商品名)製ピストンリング24を装着している。
The cylinder hole 1 in the cylinder 13
In the lower part of 4, a space for accommodating the three-dimensional fiber preform 5 and the slurry 6 is provided above the paper filter 19, and a piston 21 is fitted into the cylinder hole 14 through this space, The piston 21 is configured so that it can be pressed down by a ram 22 of a pressurizing device (not shown). Then, around the piston 21, an O-ring 23 and a necessary number of Teflon (trade name) piston rings 24 are mounted so that the slurry 6 does not flow backward from the gap between the piston 21 and the inner surface of the cylinder 13.

【0014】このようなピストン21により、3次元繊
維プリフォーム5及びスラリー6を収容した部分を上方
から閉鎖すると、スラリー6の上方の空間に空気が封じ
込められる。この空気を排出するため、上記ピストン2
1には、空気抜き孔26を穿設し、その内端に該孔26
を閉鎖する鋼球栓27を嵌入し、この鋼球栓27を空気
抜き穴26に螺挿した供給固定ねじ28により閉鎖位置
に保持できるようにしている。上記ステンレス製の底板
16は、直径1mmφ程度の穴径をもつ多数の穴を穿設し
たものである。また、ペーパーフィルタ19は、スラリ
ー6中のフィラー粉末(通常1μm 以下の粒径)の通過
をくい止め、溶媒部分のみを通過させるため、0.3μ
m程度の穴径を有するものである。
When the portion containing the three-dimensional fiber preform 5 and the slurry 6 is closed from above by such a piston 21, air is enclosed in the space above the slurry 6. In order to discharge this air, the piston 2
1 is provided with an air vent hole 26, and the hole 26 is provided at the inner end thereof.
A steel ball plug 27 for closing the above is inserted, and the steel ball plug 27 can be held in the closed position by a supply fixing screw 28 screwed into the air vent hole 26. The stainless steel bottom plate 16 has a large number of holes having a hole diameter of about 1 mmφ. Further, since the paper filter 19 blocks the passage of the filler powder (usually a particle size of 1 μm or less) in the slurry 6 and allows only the solvent portion to pass, the paper filter 19 has a thickness of 0.3 μm.
It has a hole diameter of about m.

【0015】複合材料の製造装置をこのように構成する
と、ピストン21に最大圧力400kgf/cm2 を印加して
も、シリンダ孔14内のスラリー6が外部へ滲み出すこ
とがないことを実験的に確かめている。また、繊維プリ
フォーム5内にスラリー6中の微粉末、有機結合剤及び
前駆体物質を、均質かつ高密に充填するためには、加圧
装置において、加圧速度を0.05〜50 mm/min の間
で任意設定することができ、さらに加圧速度の精密制御
(等速制御の場合:50 mm/min ±0.2%以内、定荷
重制御の場合:1.00〜20.00 tf ±1%以内)
ができることが望ましい。
By constructing the composite material manufacturing apparatus in this way, it is experimentally confirmed that the slurry 6 in the cylinder hole 14 does not exude to the outside even if the maximum pressure of 400 kgf / cm 2 is applied to the piston 21. I'm sure. Further, in order to uniformly and densely fill the fine powder, the organic binder and the precursor substance in the slurry 6 into the fiber preform 5, the pressurizing speed in the pressurizing device is 0.05 to 50 mm / It can be set arbitrarily between min. Further, precision control of pressurizing speed (50 mm / min ± 0.2% for constant speed control, 1.00 to 20.00 tf for constant load control). Within ± 1%)
It is desirable to be able to.

【0016】上記構成を有する製造装置により3次元繊
維強化複合材料を製造するに際しては、まず、シリンダ
孔14の内底に繊維プリフォーム5を入れ、その上に上
記スラリー6、即ち、液状のマトリックス物質を繊維プ
リフォーム5の嵩体積よりも多量に入れ、ピストン21
における鋼球固定ねじ28を一旦ゆるめて鋼球栓27を
開き、スラリー6液面上の空気を排出した後、再び鋼球
栓27を閉じてピストン21によりスラリー6を上から
押し、それと同時に下方から吸引室12を真空ポンプで
吸引することにより、スラリー6が繊維プリフォーム5
の繊維間隙に高密に充填される。
When the three-dimensional fiber reinforced composite material is manufactured by the manufacturing apparatus having the above structure, first, the fiber preform 5 is put in the inner bottom of the cylinder hole 14, and the slurry 6, that is, the liquid matrix is placed on the fiber preform 5. The substance is put in a larger amount than the bulk volume of the fiber preform 5, and the piston 21
After loosening the steel ball fixing screw 28 in 1 to open the steel ball stopper 27 and discharging the air on the liquid surface of the slurry 6, the steel ball stopper 27 is closed again and the slurry 21 is pushed from above by the piston 21, and at the same time, downward. The slurry 6 is sucked into the fiber preform 5 by sucking the suction chamber 12 with a vacuum pump.
It is densely packed in the fiber gaps.

【0017】この場合に、上記ピストン21の周囲にO
リング23及び必要数のピストンリング24を装着して
いるので、高圧でピストン21を押しても、シリンダ1
3内面との間の間隙よりスラリー6が逆流出することは
ない。また、シリンダ孔14の底部においては、ペーパ
ーフィルタ19の上部及び底板16の下部にそれぞれO
リング20,17を装着しているので、高圧のスラリー
が外部へ滲み出すことはなく、ペーパーフィルタ19に
よりスラリー中のフィラー粉末の通過をくい止め、溶媒
部分のみを通過させる。この溶媒部分は、ペーパーフィ
ルタ19の下の多孔性焼結金属板18及び底板16の穴
を通して吸引室12に排出される。
In this case, the O around the piston 21
Since the ring 23 and the required number of piston rings 24 are mounted, even if the piston 21 is pushed with high pressure, the cylinder 1
The slurry 6 does not flow back through the gap between the inner surface 3 and the inner surface 3. Further, at the bottom of the cylinder hole 14, O is provided at the upper part of the paper filter 19 and the lower part of the bottom plate 16, respectively.
Since the rings 20 and 17 are attached, the high-pressure slurry does not seep out to the outside, and the paper filter 19 blocks the passage of the filler powder in the slurry and passes only the solvent portion. This solvent portion is discharged into the suction chamber 12 through the holes in the porous sintered metal plate 18 and the bottom plate 16 below the paper filter 19.

【0018】このようにして、ピストンによる加圧と真
空ポンプによる吸引を併用すると、以下のような利点が
ある。 1、シリンダ13中に繊維プリフォーム5及びスラリー
6を投入し、その後ピストン21を挿入して加圧操作を
行う際、繊維プリフォーム5中及びスラリー6上面とピ
ストン21間に残っている空気が、それを真空ポンプに
よる操作で容易に吸引することができ、結果的にマトリ
ックスの高密度充填が可能になる。
The combined use of pressurization by the piston and suction by the vacuum pump in this manner has the following advantages. 1. When the fiber preform 5 and the slurry 6 are charged into the cylinder 13, and then the piston 21 is inserted to perform a pressurizing operation, the air remaining in the fiber preform 5 and between the upper surface of the slurry 6 and the piston 21 is , It can be easily sucked by the operation of the vacuum pump, and as a result, the matrix can be densely packed.

【0019】2、加圧操作以前に投入されたスラリー6
は、繊維プリフォーム5の間隙への含浸を容易にするた
め低粘性状態にしている(媒質液体中での有機結合剤ま
たは前駆体物質の濃度が低い。)が、図2の装置による
加圧−吸引操作のうち、特に吸引操作によって、スラリ
ー6中での溶媒成分を多く離脱させることができ、結果
として、溶質(有機結合剤または前駆体物質)の濃度の
高い状態として、フィラー粉末と共に繊維プリフォーム
5の間隙に充填可能になる。なお、この効果は、図2の
シリンダ13の底部にあるペーパーフィルタ19の穴径
によって調節可能である。通常、小さな穴径(例えば、
0.3または0.1μm)のペーパーフィルタを用いる
と、かなりの量の溶質部分を残すことが可能である。) 3、加圧操作に吸引操作を併用すると、スラリー中の脱
溶媒のために要する時間を短縮することができる。
2. Slurry 6 charged before pressurizing operation
Is in a low viscosity state (the concentration of the organic binder or the precursor substance in the medium liquid is low) in order to facilitate the impregnation of the fiber preform 5 into the gap, but the pressurization by the apparatus of FIG. -Among the suction operations, particularly by the suction operation, a large amount of the solvent component in the slurry 6 can be desorbed, and as a result, the solute (organic binder or precursor substance) is in a high concentration state and the fibers are mixed with the filler powder. It becomes possible to fill the gap of the preform 5. It should be noted that this effect can be adjusted by the hole diameter of the paper filter 19 at the bottom of the cylinder 13 in FIG. Usually a small hole diameter (eg
With a paper filter of 0.3 or 0.1 μm) it is possible to leave a significant amount of solute fraction. 3. If the suction operation is used together with the pressurizing operation, the time required for desolvation in the slurry can be shortened.

【0020】次に、本発明の複合材料製造方法の実施例
を示す。実質的に図2に示すような構成を有する装置を
用いて3次元繊維強化SiC複合材料を作製した。3次
元繊維プリフォームとしては、炭素繊維を厚さ6mmの平
板状に直交組織した織成物(繊維含有率:54%)を4
5mm×60mmの大きさに切断したものを用いた。一方、
この3次元繊維プリフォームに圧入するスラリーは、8
0gのSiC微粉末(平均粒径:0.3μm)に、前駆
体物質として20gのポリシラスチレンを加え、更に、
焼結助剤として5gのホウ化アルミニウム粉末を加えた
ものに、有機溶媒として100gのトルエンを添加して
よく混合することにより調製した。
Next, examples of the composite material manufacturing method of the present invention will be described. A three-dimensional fiber reinforced SiC composite material was produced using an apparatus having a configuration substantially as shown in FIG. As a three-dimensional fiber preform, a woven fabric (fiber content: 54%) in which carbon fibers are orthogonally organized into a flat plate having a thickness of 6 mm is used.
A piece cut into a size of 5 mm × 60 mm was used. on the other hand,
The slurry that is pressed into this three-dimensional fiber preform is 8
To 0 g of SiC fine powder (average particle size: 0.3 μm), 20 g of polysilastyrene was added as a precursor substance, and further,
It was prepared by adding 5 g of aluminum boride powder as a sintering aid to 100 g of toluene as an organic solvent and mixing them well.

【0021】このスラリーと炭素繊維で織成された3次
元繊維プリフォームをシリンダ中に入れ、ピストンの加
圧速度0.05 mm/min で最大圧力24MPaまで加圧
し、その圧力で1.5時間保持して、繊維/セラミック
ス前駆体複合成形体を作製した。次に、この複合成形体
を、Ar中700℃で前駆体物質の熱分解を行った後、
更に、2000℃、Ar中で約1時間焼成することによ
り、気孔の含有量が非常に僅少な(気孔率15%)3次
元繊維強化/SiC複合材料を作製することができた。
A three-dimensional fiber preform woven from this slurry and carbon fiber was placed in a cylinder and pressurized to a maximum pressure of 24 MPa at a piston pressure rate of 0.05 mm / min for 1.5 hours. By holding, a fiber / ceramics precursor composite molded body was produced. Next, after subjecting this composite molded body to thermal decomposition of the precursor substance in Ar at 700 ° C.,
Further, by firing at 2000 ° C. in Ar for about 1 hour, a three-dimensional fiber reinforced / SiC composite material having a very small content of pores (porosity 15%) could be produced.

【0022】[0022]

【発明の効果】このような本発明の方法及び装置によれ
ば、3次元繊維プリフォーム内の間隙にマトリックス物
質を充填するに際し、スラリー状のマトリックス物質ま
たはその前駆体物質を高密に圧入し、焼成後における気
孔の含有量をできるだけ減少させて高密度化した3次元
繊維強化セラミックス基複合材料を製造することができ
る。
According to the method and apparatus of the present invention, when the matrix material is filled in the gaps in the three-dimensional fiber preform, the slurry matrix material or its precursor material is densely pressed, It is possible to produce a three-dimensional fiber-reinforced ceramic matrix composite material having a high density by reducing the content of pores after firing as much as possible.

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

【図1】3次元繊維プリフォーム間にマトリックス物質
を充填する場合の問題点を説明するための説明図であ
る。
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a problem when a matrix material is filled between three-dimensional fiber preforms.

【図2】本発明に係る複合材料製造装置の実施例を示す
側断面図である。
FIG. 2 is a side sectional view showing an embodiment of the composite material manufacturing apparatus according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5 繊維プリフォーム、 6 スラリー、 13 シリンダ、 18 多孔性焼結金属板、 19 ペーパーフィルタ、 21 ピストン。 5 fiber preform, 6 slurry, 13 cylinder, 18 porous sintered metal plate, 19 paper filter, 21 piston.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】3次元繊維プリフォーム内の間隙に、マト
リックスとして、セラミックス微粉末と、有機結合剤又
はその前駆体物質を含むスラリーを高密に充填して、3
次元繊維強化セラミックス基複合材料を製造するための
方法であって、 上記セラミックス微粉末と有機結合剤又は前駆体物質と
を含んだスラリーを、その3次元繊維プリフォーム内に
高圧で圧入すると同時に、3次元繊維プリフォームの反
対側からペーパーフィルタ及び多孔性燒結金属板を介し
て真空吸引し、このペーパーフィルタにおいてスラリー
中のセラミックス微粉末の通過を抑制しながら、溶媒部
分のみを通過させて排出し、3次元繊維プリフォーム中
にスラリーを高密に含浸させたセラミックス基複合材料
を得る、ことを特徴とする3次元繊維強化セラミックス
基複合材料の製造法。
1. A gap in a three-dimensional fiber preform is densely filled with a slurry containing a ceramic fine powder as a matrix and an organic binder or its precursor substance, and 3
A method for producing a three-dimensional fiber-reinforced ceramic matrix composite material, comprising: simultaneously pressing a slurry containing the ceramic fine powder and an organic binder or a precursor substance into the three-dimensional fiber preform at high pressure, Vacuum suction is performed from the opposite side of the three-dimensional fiber preform through a paper filter and a porous sintered metal plate, and while suppressing the passage of the ceramic fine powder in the slurry in this paper filter, only the solvent portion is passed and discharged. A method for producing a three-dimensional fiber-reinforced ceramic-based composite material, comprising obtaining a ceramic-based composite material in which a slurry is highly densely impregnated in a three-dimensional fiber preform.
【請求項2】3次元繊維プリフォーム内の間隙に、マト
リックスとして、セラミックス微粉末と、有機結合剤又
はその前駆体物質を含むスラリーを高密に充填して、3
次元繊維強化セラミックス基複合材料を製造するための
装置であって、 ピストンによって加圧されるシリンダ内に3次元繊維プ
リフォーム及び上記スラリーを収容する空間を設けると
共に、多孔性焼結金属板及びその上に周辺をシールして
敷設したペーパーフィルタを通して、上記空間を真空ポ
ンプに接続される吸引室に連通させ、上記ペーパーフィ
ルタを、スラリー中のセラミックス微粉末の通過を抑制
するが溶媒部分を通過させるものとした、ことを特徴と
する3次元繊維強化セラミックス基複合材料の製造装
置。
2. A space in a three-dimensional fiber preform is densely filled with a slurry containing a ceramic fine powder as a matrix and an organic binder or its precursor substance, and 3
An apparatus for producing a three-dimensional fiber-reinforced ceramic matrix composite material, comprising: providing a space for accommodating a three-dimensional fiber preform and the slurry in a cylinder pressurized by a piston; The space is communicated with a suction chamber connected to a vacuum pump through a paper filter that is laid with its periphery sealed, and the paper filter suppresses passage of the ceramic fine powder in the slurry but allows the solvent portion to pass therethrough. An apparatus for producing a three-dimensional fiber-reinforced ceramic matrix composite material, which is characterized in that
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