JPH08188480A - 炭素繊維強化セラミックス複合材料およびその製造方法 - Google Patents
炭素繊維強化セラミックス複合材料およびその製造方法Info
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- JPH08188480A JPH08188480A JP7017498A JP1749895A JPH08188480A JP H08188480 A JPH08188480 A JP H08188480A JP 7017498 A JP7017498 A JP 7017498A JP 1749895 A JP1749895 A JP 1749895A JP H08188480 A JPH08188480 A JP H08188480A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐酸化性に優れた炭素繊維強化セラミックス
複合材料及びその製造方法を提供すること。 【構成】 マトリックスに硼化物(酸化によりB2O3系酸
化物を生成する硼化物)を含む炭素繊維強化セラミック
ス複合材料又は該複合材料の表面に炭化珪素、窒化珪素
などの被覆膜を有する炭素繊維強化セラミックス複合材
料であって、その１例を挙げると、炭化珪素、炭化硼
素、pitch系炭素繊維を含む原料を成形し、焼結してな
る炭素繊維強化セラミックス複合材料。 【効果】 炭化硼素などの硼化物(酸化によりB2O3系酸
化物を生成する硼化物)を用いることにより、侵入する
酸素(O2)とマトリックス中の硼化物成分とが反応し、B2
O3系酸化物の膜が生成する。これにより耐酸化性に優れ
た炭素繊維強化セラミックス複合材料を提供することが
できる。
複合材料及びその製造方法を提供すること。 【構成】 マトリックスに硼化物(酸化によりB2O3系酸
化物を生成する硼化物)を含む炭素繊維強化セラミック
ス複合材料又は該複合材料の表面に炭化珪素、窒化珪素
などの被覆膜を有する炭素繊維強化セラミックス複合材
料であって、その１例を挙げると、炭化珪素、炭化硼
素、pitch系炭素繊維を含む原料を成形し、焼結してな
る炭素繊維強化セラミックス複合材料。 【効果】 炭化硼素などの硼化物(酸化によりB2O3系酸
化物を生成する硼化物)を用いることにより、侵入する
酸素(O2)とマトリックス中の硼化物成分とが反応し、B2
O3系酸化物の膜が生成する。これにより耐酸化性に優れ
た炭素繊維強化セラミックス複合材料を提供することが
できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐酸化性に優れた炭素
繊維強化セラミックス複合材料及びその製造方法に関す
る。
繊維強化セラミックス複合材料及びその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】高温構造材料として期待されるＣ／Ｃコ
ンポジット及び炭素繊維強化セラミックス等の炭素繊維
強化複合材料は優れた高温強度を持つものの、材料中に
用いている炭素繊維が高温酸化雰囲気に弱いため、化学
蒸着法による炭化珪素膜等の表面被覆コ−ティングが必
要であった。しかし、従来の上記コ−ティング方法で
は、炭素繊維強化複合材料と表面被覆膜の熱膨張係数差
(例えば、Ｃ／Ｃコンポジット：約0.0×10-6／℃、SiC
膜：4.5×10-6／℃)により、該被覆膜に亀裂が生じ、高
温酸化雰囲気における耐酸化性を向上させることはでき
なかった。
ンポジット及び炭素繊維強化セラミックス等の炭素繊維
強化複合材料は優れた高温強度を持つものの、材料中に
用いている炭素繊維が高温酸化雰囲気に弱いため、化学
蒸着法による炭化珪素膜等の表面被覆コ−ティングが必
要であった。しかし、従来の上記コ−ティング方法で
は、炭素繊維強化複合材料と表面被覆膜の熱膨張係数差
(例えば、Ｃ／Ｃコンポジット：約0.0×10-6／℃、SiC
膜：4.5×10-6／℃)により、該被覆膜に亀裂が生じ、高
温酸化雰囲気における耐酸化性を向上させることはでき
なかった。
【０００３】そこで、近年、上述した熱膨張係数差によ
る亀裂の対策及び耐酸化性の改善法として、 化学蒸着法による表面被覆膜の改良 (1) 傾斜機能膜(C＋SiC→SiC等)を形成させる方法、(2)
表面被覆膜に圧縮応力を生じさせる方法(TiC／SiC ２
層膜等)、(3) コンバ−ジョン法(Ｃ／Ｃコンポジット表
面の珪化等)、(4) 化学蒸着膜に生じる亀裂へのガラス
シ−ル法(B2O3等)、 炭素繊維強化複合材料の熱膨張係数の改良 (1) マトリックスに熱膨張係数の大きい材料(TiC等)を
添加し、炭素繊維強化複合材料の熱膨張係数を大きくす
る方法、 などが提案され、試みられてきた。
る亀裂の対策及び耐酸化性の改善法として、 化学蒸着法による表面被覆膜の改良 (1) 傾斜機能膜(C＋SiC→SiC等)を形成させる方法、(2)
表面被覆膜に圧縮応力を生じさせる方法(TiC／SiC ２
層膜等)、(3) コンバ−ジョン法(Ｃ／Ｃコンポジット表
面の珪化等)、(4) 化学蒸着膜に生じる亀裂へのガラス
シ−ル法(B2O3等)、 炭素繊維強化複合材料の熱膨張係数の改良 (1) マトリックスに熱膨張係数の大きい材料(TiC等)を
添加し、炭素繊維強化複合材料の熱膨張係数を大きくす
る方法、 などが提案され、試みられてきた。
【０００４】その結果、炭化珪素などの表面被覆コ−テ
ィングを炭素繊維強化複合材料に施し、上記、など
の改良法を試みることで、前述した亀裂及び耐酸化性が
共にある程度改善されるようになってきた。
ィングを炭素繊維強化複合材料に施し、上記、など
の改良法を試みることで、前述した亀裂及び耐酸化性が
共にある程度改善されるようになってきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記亀
裂（炭素繊維強化複合材料と表面被覆膜との熱膨張係数
の差に伴う該被覆膜の亀裂）の完全な防止は困難であ
り、例えば、強化繊維に炭素繊維を、マトリックスに炭
化珪素を使用した炭素繊維強化SiC複合体であって、こ
の複合体にCVD法によりSiC膜をコ−ティングした材料で
は、炭素繊維の酸化開始温度(約650℃)以上からSiC膜生
成温度(約1200℃)以下の“亀裂が開口している温度域”
において、炭素繊維の燃焼が生じる問題点を有してい
る。
裂（炭素繊維強化複合材料と表面被覆膜との熱膨張係数
の差に伴う該被覆膜の亀裂）の完全な防止は困難であ
り、例えば、強化繊維に炭素繊維を、マトリックスに炭
化珪素を使用した炭素繊維強化SiC複合体であって、こ
の複合体にCVD法によりSiC膜をコ−ティングした材料で
は、炭素繊維の酸化開始温度(約650℃)以上からSiC膜生
成温度(約1200℃)以下の“亀裂が開口している温度域”
において、炭素繊維の燃焼が生じる問題点を有してい
る。
【０００６】また、前記亀裂を防止し得たとしても、形
成した被覆膜には大きな残留応力が発生し、このため、
該被覆膜の強度は大幅に低下する。それ故、何れの方法
によっても酸化による重量増加は認められず（表面被覆
層が炭化珪素である場合、Active酸化でない限り、酸化
後の重量は増加するものである）、炭素繊維強化複合材
料を高温酸化雰囲気から完全に保護することができない
欠点を有していた。そのため、更に耐酸化性に優れた炭
素繊維強化セラミックス複合材料が望まれていた。
成した被覆膜には大きな残留応力が発生し、このため、
該被覆膜の強度は大幅に低下する。それ故、何れの方法
によっても酸化による重量増加は認められず（表面被覆
層が炭化珪素である場合、Active酸化でない限り、酸化
後の重量は増加するものである）、炭素繊維強化複合材
料を高温酸化雰囲気から完全に保護することができない
欠点を有していた。そのため、更に耐酸化性に優れた炭
素繊維強化セラミックス複合材料が望まれていた。
【０００７】本発明は、上記要望に沿う炭素繊維強化セ
ラミックス複合材料を提供することを目的とし、詳細に
は、被覆膜に亀裂が生じている炭素繊維強化セラミック
ス複合材料であっても、良好な耐酸化性を付与すること
ができる該複合材料を提供することを目的とする。
ラミックス複合材料を提供することを目的とし、詳細に
は、被覆膜に亀裂が生じている炭素繊維強化セラミック
ス複合材料であっても、良好な耐酸化性を付与すること
ができる該複合材料を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】これまでは、形成する被
覆膜の亀裂を無くすることにより、もしくは、この亀裂
を塞ぐことにより、耐酸化性を向上させることが行われ
てきた。本発明者等は、被覆膜に亀裂が生じている炭素
繊維強化セラミックス複合材料の場合においても、亀裂
中に侵入してきた酸素(O2)と硼化物含有マトリックスと
から生じるB2O3系酸化物により、亀裂を閉塞させること
で良好な耐酸化性を付与できるとの知見を得て、本発明
を完成するに至った。
覆膜の亀裂を無くすることにより、もしくは、この亀裂
を塞ぐことにより、耐酸化性を向上させることが行われ
てきた。本発明者等は、被覆膜に亀裂が生じている炭素
繊維強化セラミックス複合材料の場合においても、亀裂
中に侵入してきた酸素(O2)と硼化物含有マトリックスと
から生じるB2O3系酸化物により、亀裂を閉塞させること
で良好な耐酸化性を付与できるとの知見を得て、本発明
を完成するに至った。
【０００９】即ち、本発明に係る炭素繊維強化セラミッ
クス複合材料は、『マトリックスに硼化物を含む』こと
を特徴とし(請求項１)、又は、『マトリックスに硼化物
を含み、表面に炭化珪素、窒化珪素などの被覆膜を有す
る』ことを特徴とし(請求項２)、そして、 ・前記マトリックスが炭化珪素及び炭化硼素からなるこ
と(請求項３)、 ・前記炭素繊維がpitch系炭素繊維であること(請求項
４)、 を本発明の好ましい実施態様とする。
クス複合材料は、『マトリックスに硼化物を含む』こと
を特徴とし(請求項１)、又は、『マトリックスに硼化物
を含み、表面に炭化珪素、窒化珪素などの被覆膜を有す
る』ことを特徴とし(請求項２)、そして、 ・前記マトリックスが炭化珪素及び炭化硼素からなるこ
と(請求項３)、 ・前記炭素繊維がpitch系炭素繊維であること(請求項
４)、 を本発明の好ましい実施態様とする。
【００１０】また、本発明に係る炭素繊維強化セラミッ
クス複合材料の製造方法は、『セラミックス粉末、酸化
によりB2O3系酸化物を生成する硼化物、炭素繊維を含む
原料を成形し、該成形体を焼結する』ことを特徴とし
(請求項５)、又は、『セラミックス粉末、酸化によりB2
O3系酸化物を生成する硼化物、炭素繊維を含む原料を成
形し、該成形体を焼結し、さらに該焼結体の表面に炭化
珪素、窒化珪素などの被覆膜をコ−ティングする』こと
を特徴とし(請求項６)、そして、 ・前記セラミックス粉末が炭化珪素、前記酸化によりB2
O3系酸化物を生成する硼化物が炭化硼素、前記炭素繊維
がpitch系炭素繊維であること(請求項７)、 ・前記焼結手段として、窒素又はアルゴン雰囲気中での
ホットプレス法を採用すること(請求項８)、 を本発明の好ましい実施態様とする。
クス複合材料の製造方法は、『セラミックス粉末、酸化
によりB2O3系酸化物を生成する硼化物、炭素繊維を含む
原料を成形し、該成形体を焼結する』ことを特徴とし
(請求項５)、又は、『セラミックス粉末、酸化によりB2
O3系酸化物を生成する硼化物、炭素繊維を含む原料を成
形し、該成形体を焼結し、さらに該焼結体の表面に炭化
珪素、窒化珪素などの被覆膜をコ−ティングする』こと
を特徴とし(請求項６)、そして、 ・前記セラミックス粉末が炭化珪素、前記酸化によりB2
O3系酸化物を生成する硼化物が炭化硼素、前記炭素繊維
がpitch系炭素繊維であること(請求項７)、 ・前記焼結手段として、窒素又はアルゴン雰囲気中での
ホットプレス法を採用すること(請求項８)、 を本発明の好ましい実施態様とする。
【００１１】
【作用】本発明の炭素繊維強化セラミックス複合材料
は、前記したとおり、マトリックスに硼化物を含むこと
を特徴とするが、この硼化物含有マトリックスの作用に
ついて図１を参照して説明する。なお、図１(Ａ)は酸化
前の複合材料を、また、図１(Ｂ)は酸化後の複合材料を
それぞれ模式的に示した図であり、図中１は被覆膜、２
は炭素繊維強化セラミックス複合材料、３はB2O3系酸化
物である。
は、前記したとおり、マトリックスに硼化物を含むこと
を特徴とするが、この硼化物含有マトリックスの作用に
ついて図１を参照して説明する。なお、図１(Ａ)は酸化
前の複合材料を、また、図１(Ｂ)は酸化後の複合材料を
それぞれ模式的に示した図であり、図中１は被覆膜、２
は炭素繊維強化セラミックス複合材料、３はB2O3系酸化
物である。
【００１２】本発明に係る硼化物含有マトリックスを有
する炭素繊維強化セラミックス複合材料２の表面に被覆
膜１を設けたものにおいて、図１(Ａ)に示すように、こ
の被覆膜１に亀裂が生じている場合、この亀裂中に侵入
してきた酸素(O2)は、硼化物含有マトリックス中の硼化
物成分と反応し、図１(Ｂ)に示すように、B2O3系酸化物
３が生成する。そして、このB2O3系酸化物３により該亀
裂を閉塞させ［図１(Ｂ)参照］、その結果、被覆膜１に
亀裂を有していても、耐酸化性に優れた炭素繊維強化セ
ラミックス複合材料が得られる作用が生じる。
する炭素繊維強化セラミックス複合材料２の表面に被覆
膜１を設けたものにおいて、図１(Ａ)に示すように、こ
の被覆膜１に亀裂が生じている場合、この亀裂中に侵入
してきた酸素(O2)は、硼化物含有マトリックス中の硼化
物成分と反応し、図１(Ｂ)に示すように、B2O3系酸化物
３が生成する。そして、このB2O3系酸化物３により該亀
裂を閉塞させ［図１(Ｂ)参照］、その結果、被覆膜１に
亀裂を有していても、耐酸化性に優れた炭素繊維強化セ
ラミックス複合材料が得られる作用が生じる。
【００１３】以下、本発明を詳細に説明すると、炭素繊
維強化セラミックス複合材料として使用できるセラミッ
クス粉末としては、炭化珪素、窒化珪素等の非酸化物が
好ましいが、本発明は、このような非酸化物に限定され
るものではなく、酸化アルミニウム等の酸化物も使用で
き、これも本発明に包含されるものである。また、炭素
繊維としては、これも限定するものではないが、pitch
系炭素繊維の使用が好適であり、その形態は長繊維でも
短繊維でも任意に使用することができる。
維強化セラミックス複合材料として使用できるセラミッ
クス粉末としては、炭化珪素、窒化珪素等の非酸化物が
好ましいが、本発明は、このような非酸化物に限定され
るものではなく、酸化アルミニウム等の酸化物も使用で
き、これも本発明に包含されるものである。また、炭素
繊維としては、これも限定するものではないが、pitch
系炭素繊維の使用が好適であり、その形態は長繊維でも
短繊維でも任意に使用することができる。
【００１４】本発明において、セラミックスマトリック
ス材料としては、酸化により低融点材料であるB2O3系酸
化物を650℃以下で生成する硼化物を含有するのが好ま
しく、また、複合マトリックスとした場合では、炭化珪
素及び炭化硼素の使用が好ましい。これは、(1)炭素繊
維に与える劣化が少ないものであり、また、(2)炭素繊
維−マトリックス界面強度が高いものであり、この(1)
及び(2)の理由から諸特性の優れた炭素繊維強化セラミ
ックス複合材料が得られるからである。
ス材料としては、酸化により低融点材料であるB2O3系酸
化物を650℃以下で生成する硼化物を含有するのが好ま
しく、また、複合マトリックスとした場合では、炭化珪
素及び炭化硼素の使用が好ましい。これは、(1)炭素繊
維に与える劣化が少ないものであり、また、(2)炭素繊
維−マトリックス界面強度が高いものであり、この(1)
及び(2)の理由から諸特性の優れた炭素繊維強化セラミ
ックス複合材料が得られるからである。
【００１５】本発明において、酸化により低融点材料で
あるB2O3系酸化物を生成する硼化物としては、上記した
“炭化硼素”に限定されるものではなく、これ以外にB
N、ZrB2、TiB2なども使用でき、これらの使用も本発明
に包含される。
あるB2O3系酸化物を生成する硼化物としては、上記した
“炭化硼素”に限定されるものではなく、これ以外にB
N、ZrB2、TiB2なども使用でき、これらの使用も本発明
に包含される。
【００１６】また、本発明において、炭化硼素などの硼
化物の含有量は、炭素繊維強化セラミックス複合材料に
対して15vol％以上が好適である。硼化物の含有量が15v
ol％以上であれば、本発明で目的とする酸化物(B2O3系
酸化物膜)が均一に生成されるので好ましい。
化物の含有量は、炭素繊維強化セラミックス複合材料に
対して15vol％以上が好適である。硼化物の含有量が15v
ol％以上であれば、本発明で目的とする酸化物(B2O3系
酸化物膜)が均一に生成されるので好ましい。
【００１７】本発明に係る炭素繊維強化セラミックス複
合材料は、マトリックスに上記した硼化物を含み、更に
その表面に炭化珪素、窒化珪素などの被覆膜を有するこ
とも特徴とする。上記のような被覆膜がない場合におい
ても、マトリックス中の硼化物成分が酸化されることで
B2O3系酸化物の膜が生成し、耐酸化性を付与し得るが、
この表面に更に炭化珪素、窒化珪素などの被覆膜を形成
することにより、より一層耐酸化性に優れた炭素繊維強
化セラミックス複合材料を提供することができる。
合材料は、マトリックスに上記した硼化物を含み、更に
その表面に炭化珪素、窒化珪素などの被覆膜を有するこ
とも特徴とする。上記のような被覆膜がない場合におい
ても、マトリックス中の硼化物成分が酸化されることで
B2O3系酸化物の膜が生成し、耐酸化性を付与し得るが、
この表面に更に炭化珪素、窒化珪素などの被覆膜を形成
することにより、より一層耐酸化性に優れた炭素繊維強
化セラミックス複合材料を提供することができる。
【００１８】次に、本発明の炭素繊維強化セラミックス
複合材料の製造方法について説明する。本発明に係る製
造方法は、まず、セラミックス粉末、酸化によりB2O3系
酸化物を生成する硼化物、炭素繊維を含む原料を成形
し、次に、この成形体を焼結する。本発明で好適な長繊
維のpitch系炭素繊維を使用する場合、上記成形手段と
してフィラメントワインディング法を用いるのが好まし
い。
複合材料の製造方法について説明する。本発明に係る製
造方法は、まず、セラミックス粉末、酸化によりB2O3系
酸化物を生成する硼化物、炭素繊維を含む原料を成形
し、次に、この成形体を焼結する。本発明で好適な長繊
維のpitch系炭素繊維を使用する場合、上記成形手段と
してフィラメントワインディング法を用いるのが好まし
い。
【００１９】ここで、フィラメントワインディング法を
図２に基づいて説明すると、この方法は、まず、セラミ
ックス粉末及び硼化物を含むスラリ−４を調製する。次
に、このスラリ−４を炭素繊維５に浸漬し、これを巻取
枠６で巻き取って成形体７を作製する方法である。
図２に基づいて説明すると、この方法は、まず、セラミ
ックス粉末及び硼化物を含むスラリ−４を調製する。次
に、このスラリ−４を炭素繊維５に浸漬し、これを巻取
枠６で巻き取って成形体７を作製する方法である。
【００２０】成形法として上記のフィラメントワインデ
ィング法を採用する場合、スラリ−の調製時にポリカル
ボシラン、ポリシラザン、ポリシラスチレン、ポリボロ
シロキサンなどの有機珪素化合物を添加するのが好まし
い。その理由は、この種有機珪素化合物は、スラリ−の
粘度調整に好適であり、また、スラリ−中のセラミック
ス粉末を分散させる作用が生じるからである。なお、こ
の種の有機珪素化合物は、焼成後においても不純物に変
化しない。
ィング法を採用する場合、スラリ−の調製時にポリカル
ボシラン、ポリシラザン、ポリシラスチレン、ポリボロ
シロキサンなどの有機珪素化合物を添加するのが好まし
い。その理由は、この種有機珪素化合物は、スラリ−の
粘度調整に好適であり、また、スラリ−中のセラミック
ス粉末を分散させる作用が生じるからである。なお、こ
の種の有機珪素化合物は、焼成後においても不純物に変
化しない。
【００２１】本発明の製造方法において、焼結手段とし
ては、窒素又はアルゴン雰囲気中でのホットプレス法を
採用することが好ましい。その理由は、常圧焼結法では
繊維による焼結阻害のため緻密化せず、強度もホットプ
レス品の15％程度にしかすぎないからである。また、炭
素繊維強化セラミックス複合材料の場合、材料自体に異
方性があるため、一軸加圧であるホットプレス法が最も
緻密化しやすく、熱間等方加圧(HIP)法での焼結もホッ
トプレス法以上の効果を得ることができないからであ
る。
ては、窒素又はアルゴン雰囲気中でのホットプレス法を
採用することが好ましい。その理由は、常圧焼結法では
繊維による焼結阻害のため緻密化せず、強度もホットプ
レス品の15％程度にしかすぎないからである。また、炭
素繊維強化セラミックス複合材料の場合、材料自体に異
方性があるため、一軸加圧であるホットプレス法が最も
緻密化しやすく、熱間等方加圧(HIP)法での焼結もホッ
トプレス法以上の効果を得ることができないからであ
る。
【００２２】但し、本発明は、上記手段に限られるもの
ではなく、例えば、スラリ−含浸法等によっても、ある
程度緻密な炭素繊維強化セラミックス複合材料の作製は
可能であり、これも本発明に包含されるものである。
ではなく、例えば、スラリ−含浸法等によっても、ある
程度緻密な炭素繊維強化セラミックス複合材料の作製は
可能であり、これも本発明に包含されるものである。
【００２３】本発明において、炭素繊維強化セラミック
ス複合材料の表面に化学蒸着法等の手段により炭化珪
素、窒化珪素等のコ−ティング膜を形成することができ
る。本発明におけるマトリックスに硼化物を含有した炭
素繊維強化セラミックス複合材料は、被覆膜がない場合
においても、硼化物含有マトリックスが酸化されること
により、B2O3系酸化物の膜を生成する。但し、B2O3系酸
化物は、高温湿潤雰囲気で飛散するため、極力高温での
酸素との反応を避けなければならない。
ス複合材料の表面に化学蒸着法等の手段により炭化珪
素、窒化珪素等のコ−ティング膜を形成することができ
る。本発明におけるマトリックスに硼化物を含有した炭
素繊維強化セラミックス複合材料は、被覆膜がない場合
においても、硼化物含有マトリックスが酸化されること
により、B2O3系酸化物の膜を生成する。但し、B2O3系酸
化物は、高温湿潤雰囲気で飛散するため、極力高温での
酸素との反応を避けなければならない。
【００２４】化学蒸着法等の手段により、被覆した炭化
珪素、窒化珪素等のコ−ティング膜は、前述したように
被覆温度以上の高温域で亀裂が閉じるため、B2O3系酸化
物の飛散を防止することになる。従って、表面に炭化珪
素等のコ−ティング膜を有する場合には、耐酸化性がよ
り大幅に向上する。
珪素、窒化珪素等のコ−ティング膜は、前述したように
被覆温度以上の高温域で亀裂が閉じるため、B2O3系酸化
物の飛散を防止することになる。従って、表面に炭化珪
素等のコ−ティング膜を有する場合には、耐酸化性がよ
り大幅に向上する。
【００２５】
【実施例】次に、本発明の実施例を比較例と共に挙げ、
本発明を詳細に説明する。
本発明を詳細に説明する。
【００２６】（実施例１）pitch系炭素繊維を使用し、
図２に示すフイラメントワインディング法で成形体７を
作製した。図２において、成形体７はスラリ−４に浸漬
した長繊維５を巻取枠６で巻き取ることにより作製する
ことを示す。
図２に示すフイラメントワインディング法で成形体７を
作製した。図２において、成形体７はスラリ−４に浸漬
した長繊維５を巻取枠６で巻き取ることにより作製する
ことを示す。
【００２７】まず、主成分のセラミックス粉末として平
均粒径0.3μｍの炭化珪素粉末：400ｇ、平均粒径1.0μ
ｍの炭化硼素粉末：100ｇ、有機珪素化合物であるポリ
カルボシラン：60ｇをキシレン溶液の中に入れ、ボ−ル
ミルで16時間混合することでスラリ−４を調整した。
均粒径0.3μｍの炭化珪素粉末：400ｇ、平均粒径1.0μ
ｍの炭化硼素粉末：100ｇ、有機珪素化合物であるポリ
カルボシラン：60ｇをキシレン溶液の中に入れ、ボ−ル
ミルで16時間混合することでスラリ−４を調整した。
【００２８】次に、弾性率：540GPaのpitch系炭素繊維
を使用し、図２に示すフイラメントワインディング法に
よって10mm厚に巻き取り、上記スラリ−４含有の成形体
７を得た。この成形体７を90×50mmに切断し、800℃、
窒素雰囲気中で脱脂後、ホットプレス法により1950℃、
窒素雰囲気中で焼成し、炭素繊維強化セラミックス複合
材料を作製した。
を使用し、図２に示すフイラメントワインディング法に
よって10mm厚に巻き取り、上記スラリ−４含有の成形体
７を得た。この成形体７を90×50mmに切断し、800℃、
窒素雰囲気中で脱脂後、ホットプレス法により1950℃、
窒素雰囲気中で焼成し、炭素繊維強化セラミックス複合
材料を作製した。
【００２９】得られた複合材料をJIS曲げ試験片(JIS R1
601)に加工した後、該試験片の特性(繊維含有率、常温
強度、高温強度、破壊靱性、破壊エネルギ−)を測定し
た。その結果を表１に示す。なお、繊維含有率は、アル
キメデス法による開気孔率及び嵩比重の測定から算出し
た。また、常温強度は、常温３点曲げ試験による強度測
定値、高温強度は、1450℃の３点曲げ試験による強度測
定値であり、破壊靱性及び破壊エネルギ−は、SENB法
(ノッチ／試験片厚み＝0.5)による測定値である。
601)に加工した後、該試験片の特性(繊維含有率、常温
強度、高温強度、破壊靱性、破壊エネルギ−)を測定し
た。その結果を表１に示す。なお、繊維含有率は、アル
キメデス法による開気孔率及び嵩比重の測定から算出し
た。また、常温強度は、常温３点曲げ試験による強度測
定値、高温強度は、1450℃の３点曲げ試験による強度測
定値であり、破壊靱性及び破壊エネルギ−は、SENB法
(ノッチ／試験片厚み＝0.5)による測定値である。
【００３０】また、得られた複合材料の上記試験片に対
して『試験温度：800〜1200℃、保持時間：100時間、雰
囲気：乾燥空気の耐酸化試験』を行い、この耐酸化試験
前後の重量変化を測定し、さらにこの耐酸化試験後の強
度を測定した。その結果を同じく表１に示す。
して『試験温度：800〜1200℃、保持時間：100時間、雰
囲気：乾燥空気の耐酸化試験』を行い、この耐酸化試験
前後の重量変化を測定し、さらにこの耐酸化試験後の強
度を測定した。その結果を同じく表１に示す。
【００３１】（比較例１）なお、比較のため、炭化硼素
粉末を除いて、前記実施例１と同様のスラリ−４を調整
した。次に、実施例１と同一の弾性率：540GPaのpitch
系炭素繊維を用い、同じく実施例１と同一条件で焼成し
て炭素繊維強化セラミックス複合材料を作製した。得ら
れた複合材料の試験片に対して、前記実施例１と同様
“繊維含有率”“常温強度”“高温強度”“破壊靱性及
び破壊エネルギ−”“耐酸化試験前後の重量変化及び耐
酸化試験後の強度”を測定し、その結果を表１に付記し
た。
粉末を除いて、前記実施例１と同様のスラリ−４を調整
した。次に、実施例１と同一の弾性率：540GPaのpitch
系炭素繊維を用い、同じく実施例１と同一条件で焼成し
て炭素繊維強化セラミックス複合材料を作製した。得ら
れた複合材料の試験片に対して、前記実施例１と同様
“繊維含有率”“常温強度”“高温強度”“破壊靱性及
び破壊エネルギ−”“耐酸化試験前後の重量変化及び耐
酸化試験後の強度”を測定し、その結果を表１に付記し
た。
【００３２】（比較例２）炭化硼素粉末にかえて炭化チ
タン(TiC)粉末：100ｇを用いる点を除いて、前記実施例
１と同様のスラリ−４を調整した。次に、実施例１と同
一の弾性率：540GPaのpitch系炭素繊維を用い、同じく
実施例１と同一条件で焼成して炭素繊維強化セラミック
ス複合材料を作製した。得られた複合材料の試験片に対
して、前記実施例１と同様“繊維含有率”“常温強度”
“高温強度”“破壊靱性及び破壊エネルギ−”“耐酸化
試験前後の重量変化及び耐酸化試験後の強度”を測定
し、その結果を表１に付記した。
タン(TiC)粉末：100ｇを用いる点を除いて、前記実施例
１と同様のスラリ−４を調整した。次に、実施例１と同
一の弾性率：540GPaのpitch系炭素繊維を用い、同じく
実施例１と同一条件で焼成して炭素繊維強化セラミック
ス複合材料を作製した。得られた複合材料の試験片に対
して、前記実施例１と同様“繊維含有率”“常温強度”
“高温強度”“破壊靱性及び破壊エネルギ−”“耐酸化
試験前後の重量変化及び耐酸化試験後の強度”を測定
し、その結果を表１に付記した。
【００３３】
【表１】
【００３４】表１から明らかなように、B4C含有マトリ
ックスからなる実施例１では、B4Cを含有しない比較例
１及びB4C粉末にかえてTiC粉末を添加した比較例２に比
して、特に耐酸化強度が大幅に向上していることが認め
られる。また、耐酸化試験前後の重量変化(酸化重量変
化)についてみると、実施例１では、いずれの耐酸化試
験条件においても“−11.3mg／cm2以下”であるのに対
し、比較例１及び比較例２では“−38.1mg／cm2以上”
であり、このことから実施例１では、マトリックスが酸
化されることによりB2O3系酸化物[B2SiO5(B2O3・SiO2)]
の膜を生成し、炭素繊維強化複合材料の耐酸化性が最も
悪い温度域での耐酸化性が著しく改善されることが理解
できる。
ックスからなる実施例１では、B4Cを含有しない比較例
１及びB4C粉末にかえてTiC粉末を添加した比較例２に比
して、特に耐酸化強度が大幅に向上していることが認め
られる。また、耐酸化試験前後の重量変化(酸化重量変
化)についてみると、実施例１では、いずれの耐酸化試
験条件においても“−11.3mg／cm2以下”であるのに対
し、比較例１及び比較例２では“−38.1mg／cm2以上”
であり、このことから実施例１では、マトリックスが酸
化されることによりB2O3系酸化物[B2SiO5(B2O3・SiO2)]
の膜を生成し、炭素繊維強化複合材料の耐酸化性が最も
悪い温度域での耐酸化性が著しく改善されることが理解
できる。
【００３５】（実施例２）実施例１で得られた複合材料
の試験片表面に、CVD法により膜厚150μｍのSiCをコ−
ティングし、SiC膜を形成した炭素繊維強化セラミック
ス複合材料を作製した。この複合材料に対して『試験温
度：1450℃、保持時間：200時間、雰囲気：乾燥空気の
耐酸化試験』を行い、この耐酸化試験前後の重量変化及
び耐酸化試験後の強度を測定した。測定結果を表２に示
す。
の試験片表面に、CVD法により膜厚150μｍのSiCをコ−
ティングし、SiC膜を形成した炭素繊維強化セラミック
ス複合材料を作製した。この複合材料に対して『試験温
度：1450℃、保持時間：200時間、雰囲気：乾燥空気の
耐酸化試験』を行い、この耐酸化試験前後の重量変化及
び耐酸化試験後の強度を測定した。測定結果を表２に示
す。
【００３６】なお、比較のため、前記比較例１、２で得
られた試験片に、前記実施例２と同様、SiCをコ−ティ
ングしたものを作製し、この試験片について実施例２と
同様の『耐酸化試験』を行い、その結果を比較例１’及
び比較例２’として表２に付記した。
られた試験片に、前記実施例２と同様、SiCをコ−ティ
ングしたものを作製し、この試験片について実施例２と
同様の『耐酸化試験』を行い、その結果を比較例１’及
び比較例２’として表２に付記した。
【００３７】
【表２】
【００３８】表２から、B4C含有マトリックスからな
り、これにSiCをコ−ティングした実施例２では、B4Cを
含有しない比較例１’及び比較例２’に比して、特に耐
酸化強度が大幅に向上していることが認められる。ま
た、耐酸化試験前後の重量変化(酸化重量変化)について
みると、実施例２では“＋2.0mg／cm2”であるのに対
し、比較例１’及び比較例２’では“−39.8mg／cm2及
び−13.7mg／cm2”であり、このことから実施例２で
は、炭素繊維の酸化開始温度(650℃)以上からSiC膜生成
温度(約1200℃)以下の亀裂が開口している温度域［耐酸
化試験の昇降温時］でのB2O3系酸化物膜の生成及びSiC
膜生成温度以上の亀裂が閉塞した温度域［1450℃キ−プ
時］でのB2O3系酸化物の飛散防止により、炭素繊維の酸
化劣化は見られず、広い温度域において耐酸化性が大幅
に向上することが理解できる。
り、これにSiCをコ−ティングした実施例２では、B4Cを
含有しない比較例１’及び比較例２’に比して、特に耐
酸化強度が大幅に向上していることが認められる。ま
た、耐酸化試験前後の重量変化(酸化重量変化)について
みると、実施例２では“＋2.0mg／cm2”であるのに対
し、比較例１’及び比較例２’では“−39.8mg／cm2及
び−13.7mg／cm2”であり、このことから実施例２で
は、炭素繊維の酸化開始温度(650℃)以上からSiC膜生成
温度(約1200℃)以下の亀裂が開口している温度域［耐酸
化試験の昇降温時］でのB2O3系酸化物膜の生成及びSiC
膜生成温度以上の亀裂が閉塞した温度域［1450℃キ−プ
時］でのB2O3系酸化物の飛散防止により、炭素繊維の酸
化劣化は見られず、広い温度域において耐酸化性が大幅
に向上することが理解できる。
【００３９】
【発明の効果】本発明は、以上詳記したように、マトリ
ックスに硼化物を含むことを特徴とし、このようにマト
リックスに硼化物を含ませることで、耐酸化性に優れた
炭素繊維強化セラミックス複合材料を提供することがで
きる。
ックスに硼化物を含むことを特徴とし、このようにマト
リックスに硼化物を含ませることで、耐酸化性に優れた
炭素繊維強化セラミックス複合材料を提供することがで
きる。
【図１】本発明に係る炭素繊維強化セラミックス複合材
料の作用を説明する図であって、(Ａ)は酸化前を、(Ｂ)
は酸化後をそれぞれ模式的に示した図。
料の作用を説明する図であって、(Ａ)は酸化前を、(Ｂ)
は酸化後をそれぞれ模式的に示した図。
【図２】本発明の一実施例を説明するためのフイラメン
トワインディング法による成形体の作製図。
トワインディング法による成形体の作製図。
１ 被覆膜 ２ 炭素繊維強化セラミックス複合材料 ３ B2O3系酸化物 ４ スラリ− ５ 長繊維 ６ 巻取枠 ７ 成形体
───────────────────────────────────────────────────── 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 41/87 Ｖ 41/89 Ｋ Ｃ０４Ｂ 35/64 ３０２ Ｂ 35/80 Ｂ
Claims (8)
- 【請求項１】 マトリックスに硼化物を含むことを特徴
とする炭素繊維強化セラミックス複合材料。 - 【請求項２】 マトリックスに硼化物を含み、表面に炭
化珪素、窒化珪素などの被覆膜を有することを特徴とす
る炭素繊維強化セラミックス複合材料。 - 【請求項３】 前記マトリックスが、炭化珪素及び炭化
硼素からなることを特徴とする請求項１又は２記載の炭
素繊維強化セラミックス複合材料。 - 【請求項４】 前記炭素繊維が、pitch系炭素繊維であ
るあることを特徴とする請求項１又は２記載の炭素繊維
強化セラミックス複合材料。 - 【請求項５】 セラミックス粉末、酸化によりB2O3系酸
化物を生成する硼化物、炭素繊維を含む原料を成形し、
該成形体を焼結することを特徴とする炭素繊維強化セラ
ミックス複合材料の製造方法。 - 【請求項６】 セラミックス粉末、酸化によりB2O3系酸
化物を生成する硼化物、炭素繊維を含む原料を成形し、
該成形体を焼結し、さらに該焼結体の表面に炭化珪素、
窒化珪素などの被覆膜をコ−ティングすることを特徴と
する炭素繊維強化セラミックス複合材料の製造方法。 - 【請求項７】 前記セラミックス粉末が炭化珪素、前記
酸化によりB2O3系酸化物を生成する硼化物が炭化硼素、
前記炭素繊維がpitch系炭素繊維であることを特徴とす
る請求項５又は６記載の炭素繊維強化セラミックス複合
材料の製造方法。 - 【請求項８】 前記焼結手段として、窒素又はアルゴン
雰囲気中でホットプレス法で行うことを特徴とする請求
項５又は６記載の炭素繊維強化セラミックス複合材料の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7017498A JPH08188480A (ja) | 1995-01-09 | 1995-01-09 | 炭素繊維強化セラミックス複合材料およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7017498A JPH08188480A (ja) | 1995-01-09 | 1995-01-09 | 炭素繊維強化セラミックス複合材料およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08188480A true JPH08188480A (ja) | 1996-07-23 |
Family
ID=11945666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7017498A Pending JPH08188480A (ja) | 1995-01-09 | 1995-01-09 | 炭素繊維強化セラミックス複合材料およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08188480A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101104762B1 (ko) * | 2009-04-23 | 2012-01-12 | 한국에너지기술연구원 | 실리콘 나이트라이드를 사용한 세라믹 섬유강화 세라믹 복합재료의 제조방법 |
| CN113666764A (zh) * | 2021-09-15 | 2021-11-19 | 北京理工大学 | 一种短切碳纤维增强碳化硅陶瓷复合材料墨水直写成型方法 |
-
1995
- 1995-01-09 JP JP7017498A patent/JPH08188480A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101104762B1 (ko) * | 2009-04-23 | 2012-01-12 | 한국에너지기술연구원 | 실리콘 나이트라이드를 사용한 세라믹 섬유강화 세라믹 복합재료의 제조방법 |
| CN113666764A (zh) * | 2021-09-15 | 2021-11-19 | 北京理工大学 | 一种短切碳纤维增强碳化硅陶瓷复合材料墨水直写成型方法 |
| CN113666764B (zh) * | 2021-09-15 | 2022-05-20 | 北京理工大学 | 一种短切碳纤维增强碳化硅陶瓷复合材料墨水直写成型方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040830 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041208 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050406 |