JPH08295574A - Ｂｎインターフェイスを有するセラミックス基複合材とその製造方法 - Google Patents

Ｂｎインターフェイスを有するセラミックス基複合材とその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＢＮインターフェイスを有するセラミックス
基複合材の大気中使用温度を高くする。 【構成】 繊維部１をＢＮコーティングしてマトリック
ス３と結合したＢＮインターフェイス部２を有するセラ
ミックス基複合材のＢＮコーティングを、ＢＮと、Ｙ2
Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3,ランタノイド系酸化物のいずれかとが
共存するコーテイングとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は繊維をＢＮでコーティン
グしマトリックスと結合したセラミックス基複合材とそ
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックスは高温に耐える耐熱構造材
料として期待されているが、材料固有の性質に基づく脆
性、強度的な信頼性の低さがある。このため繊維をセラ
ミックスマトリックスの中に複合化して強靱化する繊維
強化型セラミックスの開発が行われている。強靱化を目
的として、炭素ＣやボロナンイトライドＢＮを繊維にコ
ーテイングした後、セラミックスと結合するセラミック
ス基複合材が開発されている。米国特許第４８６９９４
３号及び４８８５１９９号には、ＢＮを繊維にコーティ
ングしたＢＮインターフェイスを有するセラミックス基
複合材が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このＢＮインターフェ
イスを有するセラミックス基複合材の大気中使用温度の
限度は１０００℃程度である。これを越えるとＢＮの酸
化が顕著になり、酸化したＢ2 Ｏ3 の融点が５００℃程
度と低いため、繊維とセラミックスとの結合が弱くなり
所定の強度が維持できなくなる。しかし最近１０００℃
以上、例えば１４００℃程度までの使用できる材料が望
まれている。
【０００４】本発明は、上述の問題点に鑑みてなされた
もので、１０００℃以上の大気中使用温度に耐えられる
ようにしたＢＮインターフェイスを有するセラミックス
基複合材とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１の発明では、繊維をＢＮコーティングしてマト
リックスと結合したＢＮインターフェイスを有するセラ
ミックス基複合材において、前記ＢＮコーティングを、
ＢＮと、Ｙ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3,ランタノイド系酸化物の
いずれかとが共存するコーティングとする。
【０００６】請求項２の発明では、繊維にＢＮをＣＶＩ
法によりコーティングし、Ｙ2 Ｏ3，Ｓｃ2 Ｏ3,ランタ
ノイド系酸化物のいずれかを溶かした溶剤につけた後焼
結し、ＣＶＩ法によりマトリックスを析出させる。
【０００７】請求項３の発明では、繊維にゾル・ゲル法
により、Ｙ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3,ランタノイド系酸化物の
いずれかを付着させ、ＣＶＩ法によりＢＮをコーティン
グし、ＣＶＩ法によりマトリックスを析出させる。
【０００８】
【作用】図１の状態図を用いて説明する。図１はＢ2 Ｏ
3 とＳｃ2 Ｏ3 の状態図で、横軸はモル％、縦軸は温度
℃を示す。殆どＢ2 Ｏ3 の場合は線Ａに示すようにＢ2
Ｏ3 は４５０℃で液相になる。Ｓｃ2 Ｏ3 が加わると固
相のＳｃ2 Ｏ3 と液相のＢ2 Ｏ3 が共存し１５２６℃の
線Ｂを越えると液相となる。Ｂ2 Ｏ3 とＳｃ2 Ｏ 3 とが
モル５０％となるとＳｃＢＯ3 の固相となり、Ｓｃ2 Ｏ
3 がモル５０％を越えるとＳｃＢＯ3 とＳｃ2 Ｏ3 のそ
れぞれの固相となる。この固相は１５８２℃を越える
と、固相のＳｃ2 Ｏ3 と液相のＢ2 Ｏ3 となる。ＢＮコ
ーティングにＳｃ2 Ｏ3 が含まれていると、１５２５℃
までは固相のＳｃ2 Ｏ3 と液相のＢ2Ｏ3 が共存する。
なお図中のLiq.は液相を表す。ＢＮのコーティングの厚
みはナノメータ、サブミクロンのオーダであり酸化はこ
の表面で行われる。このため液相のＢ2 Ｏ3 は薄く、そ
の中に固相のＳｃ2 Ｏ3 があると摩擦力が期待でき、摩
擦力はＳｃ2 Ｏ3 の量に応じて大きくなる。これにより
ＢＮコーティングのマトリックスとの結合力はあまり低
下しないので１５２５℃までの大気中の使用に耐えられ
るようになる。低下の程度はＳｃ2 Ｏ3 のモル％を大き
くすることにより少なくなり、５０モル％で低下は殆ど
無くなる。この１５２５℃はＳｃ2 Ｏ3 に固有の値であ
り、Ｙ2 Ｏ3 ，ランタノイド系酸化物もそれぞれ１００
０℃以上の固有の値を持っているので、その値までの大
気中使用に耐えるようになる。図１はＥ．Ｍ．Ｌｅｖｉ
ｎ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．，５０〔１〕５３
（１９６７）に記載されている。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。製作対象物としては耐熱性、耐衝撃性および大き
な比強度を要求されるジェットエンジンまたはガスター
ビンの翼とする。これらの翼は現在１０００℃近い温度
で動作しているものがあるが、これを１０００℃以上、
例えば１４００℃程度まであげるようにする。繊維とし
ては炭化ケイ素ＳｉＣ繊維、マトリックスもＳｉＣとす
る。これらはいずれも１５００℃程度までは強度の低下
が少ない材料である。
【００１０】次に、製造方法について説明する。先ず繊
維にＢＮをＣＶＩ法で充填する。これはＢＮをガス化し
高温で繊維間隙に充填する方法である。次にＹ2 Ｏ3 ，
Ｓｃ 2 Ｏ3,ランタノイド系酸化物（以下これらを酸化物
と称する）の何れかを溶剤に溶かし、この溶剤に先にＢ
Ｎをコーテイングした繊維を漬けて真空炉で焼結する。
次にＣＶＩ法により酸化物、ＢＮをコーティングした繊
維表面にＳｉＣマトリックスを原子単位で析出させる。
【００１１】次に別の製造方法について説明する。先ず
繊維に酸化物をゾル・ゲル法により含浸させて乾燥させ
た後、ＢＮをＣＶＩ法でコーティングする。次にＳｉＣ
マトリックスををＣＶＩ法でＢＮコーティング上に析出
させる。
【００１２】図２は上記２つの方法で製造されたＢＮイ
ンターフェイスを有するセラミックス基複合材の模式図
である。繊維部１はＢＮと酸化物とが共存するＢＮイン
ターフエィス部２に囲まれ、マトリックス３はＢＮイン
ターフェイス部２間に充填されている。
【００１３】上記の２つの方法で製造されたＢＮインタ
ーフェイスを有するセラミックス基複合材は、ＢＮと酸
化物が接しており大気中１０００℃以上で使用した場
合、大気に接したＢＮは酸化されて液相のＢ2 Ｏ3 とな
るが、酸化物、例えばＳｃ2 Ｏ 3 はＢ2 Ｏ3 と反応して
固相のＳｃＢＯ3 となる。ＢＮの厚みはナノメータ、サ
ブミクロン程度であり、この表面が酸化して液相のＢ2
Ｏ3 になり、そこに固相のＳｃＢＯ3 が存在するので摩
擦力が発生し、ＢＮ面とマトリックスとの結合強度の低
下は少ない。図１で説明したようにＳｃ2 Ｏ3 の量を多
くしてゆくと固相のＳｃＢＯ3 が多くなり、Ｓｃ2 Ｏ3
をＢ2 Ｏ3 に対して５０モル％にすれば全て固相とな
り、低下は殆ど無くなる。液相と固相のＳｃＢＯ3 が共
存しているのは１５２６℃の線Ｂまでなので、この温度
までは大気中の使用が可能となる。
【００１４】図１はＢ2 Ｏ3 とＳｃ2 Ｏ3 の状態図であ
るが、他の酸化物についても同様な状態図が得られる。
しかし、固相のＳｃＢＯ3 と液相との共存より液相にな
る線Ｂの温度は各酸化物によって異なる。図３は各酸化
物とＢ2 Ｏ3 との状態図における液相形成温度で、図１
で示した線Ｂの温度を示す。図３でＬｎで示す欄がラン
タノイド系酸化物を示す。温度は℃を示し、温度が空欄
の所はデータが得られなかったものである。大気中の使
用温度が１４００℃程度になるものは、線Ｂが１４００
℃以上のものなので、先に揚げたＳｃ2 Ｏ3 の他に、Ｅ
ｒ2 Ｏ3 ，Ｔｍ 2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｌｕ2 Ｏ3 を用い
ればよい。Ｙ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3,ランタノイド系酸化物
のいずれかをＢＮインターフェイスと共存させれば、少
なくとも１１００℃の大気中の使用温度に耐えられるセ
ラミックス基複合材を得ることができる。
【００１５】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は、ＢＮインターフェイスを有するセラミックス基複合
材のＢＮコーティングを、ＢＮと、Ｙ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ
3,ランタノイド系酸化物のいずれかと共存するコーティ
ングとすることにより、ＢＮインターフェイスを有する
セラミックス基複合材の大気中の使用温度を従来のもの
より高くすることができる。Ｓｃ2 Ｏ3,等を用いれば１
４００℃程度の温度まで高くすることができる。使用す
るＹ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3,ランタノイド系酸化物の量を多
くすると強度は向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｂ2 Ｏ3 とＳｃ2 Ｏ3 の状態図である。
【図２】本実施例のＢＮインターフェイスを有するセラ
ミックス基複合材の模式図である。
【図３】各酸化物とＢ2 Ｏ3 との状態図における液相形
成温度を示す図である。
【符号の説明】
１ 繊維部 ２ ＢＮインターフェイス部 ３ マトリックス

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 繊維をＢＮコーティングしてマトリック
    スと結合したＢＮインターフェイスを有するセラミック
    ス基複合材において、 前記ＢＮコーティングを、ＢＮと、Ｙ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ
    3,ランタノイド系酸化物のいずれかとが共存するコーテ
    ィングとしたことを特徴とするＢＮインターフェイスを
    有するセラミックス基複合材。
  2. 【請求項２】 繊維にＢＮをＣＶＩ法によりコーティン
    グし、Ｙ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3,ランタノイド系酸化物のい
    ずれかを溶かした溶剤につけた後焼結し、ＣＶＩ法によ
    りマトリックスを析出させることを特徴とするＢＮイン
    ターフェイスを有するセラミックス基複合材の製造方
    法。
  3. 【請求項３】 繊維にゾル・ゲル法により、Ｙ2 Ｏ3 ，
    Ｓｃ2 Ｏ3,ランタノイド系酸化物のいずれかを付着さ
    せ、ＣＶＩ法によりＢＮをコーティングし、ＣＶＩ法に
    よりマトリックスを析出させることを特徴とするＢＮイ
    ンターフェイスを有するセラミックス基複合材の製造方
    法。
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