JPH0867574A - Part prepared from fiber-reinforced ceramic-based composite material and its production - Google Patents

Part prepared from fiber-reinforced ceramic-based composite material and its production

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JPH0867574A
JPH0867574A JP6207494A JP20749494A JPH0867574A JP H0867574 A JPH0867574 A JP H0867574A JP 6207494 A JP6207494 A JP 6207494A JP 20749494 A JP20749494 A JP 20749494A JP H0867574 A JPH0867574 A JP H0867574A
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JP
Japan
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composite material
matrix
fiber
ceramic
component
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JP6207494A
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Japanese (ja)
Inventor
Akiko Suyama
章子 須山
Tsuneji Kameda
常治 亀田
Masahiro Asayama
雅弘 浅山
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE: To obtain a part prepared from fiber-reinforced ceramic-based composite material improved in initial fracture strength, fracture energy and oxidation resistance, and having high reliability. CONSTITUTION: This part is so designed as to laminatedly put plural fiber layers 3 in a ceramic matrix 2 and has such a characteristic that the fiber content within the region from at least one surface thereof to T/3 in depth is lower than that within the region from T/3 to 2T/3 in depth (where, T is the thickness of the part in the direction rectangular to the fiber layers 3). Besides, it is recommended that a specified thickness of a matrix layer be provided on the whole surface of the part.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はセラミックス基繊維複合
材料部品およびその製造方法に係り、特に初期破壊強
度,破壊エネルギーおよび耐酸化性を改善し、高い信頼
性を有するセラミックス基繊維複合材料部品およびその
製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic-based fiber composite material component and a method for producing the same, and more particularly to a ceramic-based fiber composite material component having improved initial fracture strength, fracture energy and oxidation resistance and having high reliability. The manufacturing method is related.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般にセラミックス焼結体は高温まで強
度低下が少なく、硬度,電気絶縁性,耐摩耗性,耐熱
性,耐腐食性,軽量性等の諸特性が従来の金属材と比較
して優れているため、重電設備部品,航空機部品,自動
車部品,電子機器,精密機械部品,半導体装置材料など
の電子用材料や構造用材料として広い分野において使用
されている。
2. Description of the Related Art Generally, a ceramic sintered body has little strength decrease up to a high temperature, and has various characteristics such as hardness, electric insulation, wear resistance, heat resistance, corrosion resistance, and lightness as compared with conventional metal materials. Since it is excellent, it is used in a wide range of fields as electronic materials and structural materials such as heavy electric equipment parts, aircraft parts, automobile parts, electronic devices, precision machine parts, and semiconductor device materials.

【0003】但し、セラミックス焼結体は、圧縮応力に
比べ引張り応力に弱く、特にこの引張り応力下では破壊
が一気に進行する、いわゆる脆性という欠点を有してい
る。このようなことから、高信頼性が要求される部位へ
のセラミックス部品の適用を可能にするために、セラミ
ックス焼結体の高靭性化や破壊エネルギーの増大を図る
ことが強く求められている。
However, the ceramics sintered body is weaker in tensile stress than in compressive stress, and has a defect of so-called brittleness in which fracture progresses at a stretch under this tensile stress. For this reason, in order to enable the application of the ceramic component to the site where high reliability is required, it is strongly required to increase the toughness and increase the fracture energy of the ceramic sintered body.

【0004】すなわちガスタービン部品,航空機部品,
自動車部品等に使用されるセラミックス構造部品など耐
熱性および高温強度に加えて高い信頼性が要求される。
そのため無機物質や金属から成る補強繊維,ウィスカ
ー,プレート,粒子等の強化素材をマトリックス焼結体
に分散複合化させて靭性値や破壊エネルギー値等を高め
たセラミックス複合材料部品の実用化研究が内外の研究
機関等において進められている。
That is, gas turbine parts, aircraft parts,
High reliability is required in addition to heat resistance and high temperature strength such as ceramic structural parts used for automobile parts.
For this reason, research on the practical application of ceramics composite material parts in which reinforcing materials made of inorganic substances and metals, whiskers, plates, particles, and other reinforcing materials are dispersed and compounded in a matrix sintered body to increase the toughness value and fracture energy value, etc. Are being promoted by research institutes.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たようなセラミックス複合材料部品において、長繊維を
強化素材として用いた単純で小型形状のものは、破壊靭
性や破壊エネルギーの増大効果に優れ、かつ信頼性の向
上に大きく寄与しているものもあるが、実際に複雑形状
の大型部品、特に肉厚部品に適用した場合には、強度や
破壊エネルギー値が大幅に低下してしまう難点があっ
た。
However, among the ceramic composite material parts as described above, the simple and small shape using long fibers as a reinforcing material is excellent in the effect of increasing fracture toughness and fracture energy and is reliable. However, when it is actually applied to a large-sized component having a complicated shape, especially a thick component, there is a problem that the strength and the breaking energy value are significantly reduced.

【0006】また現在までにセラミックス基繊維複合材
料部品は、比較的に小さな試験片レベルにおいては種々
の試作品が製造されているが、大型肉厚部品について
は、その確固たる製造方法が未だ確立されていない点が
課題として残っている。そのためセラミックス複合材料
の形状に対応したミクロ構造の制御も不十分であり、高
温強度および靭性値等についての十分で安定した特性は
未だ得られていない。
Up to now, various prototypes of ceramic-based fiber composite material parts have been manufactured at a relatively small test piece level, but for large-sized thick parts, a firm manufacturing method thereof has not yet been established. The point that is not left as an issue. Therefore, control of the microstructure corresponding to the shape of the ceramic composite material is also insufficient, and sufficient and stable properties such as high temperature strength and toughness value have not yet been obtained.

【0007】すなわち、長繊維を1方向または2方向に
配列して形成した繊維層あるいは織物をセラミックスマ
トリックス中に複数層積層配置した構造を有するセラミ
ックス基繊維複合材料部品も一部実用化されているが、
上記織物のマトリックス中における配置が強度特性等に
及ぼす影響などは充分に研究されてはいない。そして上
記複合材料部品の強度が、モノリシックセラミックス材
料と比較して大幅に小さくなる場合もあり、機械部品と
しての複合材料の普及実用化が阻害される要因となって
いた。
That is, a ceramic-based fiber composite material component having a structure in which a plurality of fiber layers or woven fabrics formed by arranging long fibers in one direction or two directions are laminated in a ceramic matrix has been put into practical use. But,
The effect of the arrangement of the above-mentioned woven fabric in the matrix on the strength properties etc. has not been sufficiently studied. In some cases, the strength of the composite material component is significantly smaller than that of the monolithic ceramic material, which has been a factor that hinders the widespread practical use of the composite material as a mechanical component.

【0008】また従来の複合材料部品においては、部品
表面に強化素材としての繊維が露出する構造であり、特
に高温状態で使用される部品の場合、酸化による表面欠
陥が発生し易い難点があった。すなわち部品表面に露出
した繊維とマトリックスとの界面に酸化によって間隙が
生じ易く、その間隙部に応力が集中して低い応力でもク
ラックが進展するため、部品の初期破壊強度が小さく、
一旦クラックが発生した後は、さらに材料劣化が急激に
進行し、破壊エネルギー値が急減するという問題点があ
った。
Further, in the conventional composite material parts, the fiber as the reinforcing material is exposed on the surface of the parts, and there is a problem that surface defects due to oxidation are likely to occur particularly in the case of parts used in high temperature conditions. . That is, a gap is likely to be formed at the interface between the fiber exposed on the surface of the component and the matrix due to oxidation, and stress concentrates in the gap and cracks develop even at low stress, so the initial fracture strength of the component is small,
Once a crack has once occurred, there is a problem that the material deterioration further progresses rapidly and the fracture energy value sharply decreases.

【0009】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、初期破壊強度,破壊エネルギーおよび
耐酸化性を改善し、高い信頼性を有するセラミックス基
繊維複合材料部品およびその製造方法を提供することを
目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and provides a ceramic-based fiber composite material component having improved initial fracture strength, fracture energy and oxidation resistance and high reliability, and a method for producing the same. The purpose is to provide.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願発明者らは上記複合材料部品を機械部品として
使用した場合におけるクラックの発生機構を解明し、以
下のような知見を得た。すなわち現在技術的に入手可能
なセラミックス繊維とセラミックスマトリックス材とを
組み合せた複合材料部品に外力が作用した場合には、多
くの場合について、破壊に至るまでの歪量はマトリック
ス部分よりも繊維部分の方が大きくなり、さらに部品表
面近傍において熱的応力や機械的応力が集中し易いため
に、複合材料部品の初期クラックはマトリックス部分に
生じ易い。この初期クラックの発生により部品の強度低
下が起こる。
In order to achieve the above object, the inventors of the present application have clarified the mechanism of crack generation when the above composite material part is used as a mechanical part, and obtained the following findings. That is, when an external force acts on a composite material component that is a combination of a ceramic fiber and a ceramic matrix material that are currently technically available, in many cases, the amount of strain leading to fracture is greater in the fiber portion than in the matrix portion. The initial crack of the composite material component is likely to occur in the matrix portion because the thermal stress and the mechanical stress tend to concentrate near the surface of the component. The occurrence of this initial crack causes the strength of the component to decrease.

【0011】したがって、上記熱的応力や機械的応力の
集中が発生し易い部品表面近傍におけるマトリックス分
率を相対的に高めることにより、初期破壊強度が増加
し、部品全体の破壊エネルギーを大幅に高めることが可
能になるという知見を得た。
Therefore, by relatively increasing the matrix fraction in the vicinity of the surface of the component where thermal stress or mechanical stress is likely to be concentrated, the initial fracture strength is increased and the fracture energy of the entire component is significantly increased. We have found that it will be possible.

【0012】また部品表面に所定厚さのマトリックス単
体層を一体に形成し部品表面に繊維が露出しないように
構成することにより、繊維自体および繊維とマトリック
スとの界面層の熱影響および酸化による劣化が効果的に
防止でき、破壊エネルギー等の機械的特性の経時変化も
防止できることが判明した。
Further, by forming a matrix simple substance layer having a predetermined thickness integrally on the surface of the component so that the fibers are not exposed on the surface of the component, the fibers themselves and the interface layer between the fibers and the matrix are deteriorated by the influence of heat and oxidation. It has been found that the above can be effectively prevented, and that temporal changes in mechanical properties such as breaking energy can be prevented.

【0013】本発明は上記知見に基づいて完成されたも
のである。すなわち本発明に係るセラミックス基繊維複
合材料部品は、セラミックスから成るマトリックス中に
複数の繊維層を積層配置したセラミックス基繊維複合材
料部品において、繊維層に対して垂直方向の部品厚さを
Tとした場合に、部品の少なくとも一方の表面からT/
3以内の領域における繊維の含有率がT/3から2T/
3までの領域における繊維の含有率より小さいことを特
徴とする。また繊維層間に位置するマトリックスの厚さ
が、繊維層の厚さ以上にするとよい。さらに部品の全表
面に厚さは500μm以下のマトリックス単体層を一体
に形成するとよい。
The present invention has been completed based on the above findings. That is, the ceramic-based fiber composite material component according to the present invention is a ceramic-based fiber composite material component in which a plurality of fiber layers are laminated and arranged in a matrix made of ceramics, and the component thickness in the direction perpendicular to the fiber layer is T. Where T / from at least one surface of the component
The fiber content in the region within 3 is from T / 3 to 2T /
It is characterized by being smaller than the fiber content in the region up to 3. Further, the thickness of the matrix located between the fiber layers may be equal to or larger than the thickness of the fiber layers. Furthermore, it is preferable to integrally form a single matrix layer having a thickness of 500 μm or less on the entire surface of the component.

【0014】また他の態様として、本発明に係るセラミ
ックス基繊維複合材料部品は、セラミックスから成るマ
トリックス中に繊維を分散させて成る複合体の全表面
に、厚さ500μm以下のマトリックス層を一体に形成
したことを特徴とする。さらに複合体中における繊維の
含有割合は5〜60体積%に設定するとよい。
As another aspect, the ceramic-based fiber composite material component according to the present invention has a matrix layer having a thickness of 500 μm or less integrally formed on the entire surface of a composite body in which fibers are dispersed in a matrix made of ceramics. It is characterized by being formed. Further, the content ratio of fibers in the composite is preferably set to 5 to 60% by volume.

【0015】ここで上記セラミックス基繊維複合材料部
品のマトリックスを構成するセラミックスとしては、種
々のセラミックスを用いることができ、例えば炭化けい
素(SiC),窒化アルミニウム(AlN),窒化けい
素(Si3 4 ),窒化ほう素(BN),サイアロン
(Si−Al−O−N)等の非酸化物系の汎用セラミッ
クス焼結体やアルミナ,ジルコニア,チタニア,ムライ
ト,ベリリア,コージェライト,ジルコンなどの酸化物
系のセラミックス,けい化モリブデン等のけい化物系の
セラミックスが1種または2種以上混合して使用され
る。また、上記焼結体を形成するためのセラミックス原
料粉末には、必要に応じて酸化イットリウム,酸化アル
ミニウム,酸化セリウム,炭酸マグネシウム,炭酸カル
シウムもしくは珪酸等の焼結助剤や添加剤が添加され
る。さらにマトリックスを反応焼結過程で形成すること
も可能である。
Here, various ceramics can be used as the ceramics forming the matrix of the ceramic-based fiber composite material component, and for example, silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3). N 4 ), boron nitride (BN), sialon (Si-Al-O-N) and other non-oxide general-purpose ceramics sintered bodies, alumina, zirconia, titania, mullite, beryllia, cordierite, zircon, etc. One or a mixture of oxide-based ceramics and silicide-based ceramics such as molybdenum silicide is used. If necessary, a sintering aid or additive such as yttrium oxide, aluminum oxide, cerium oxide, magnesium carbonate, calcium carbonate, or silicic acid is added to the ceramic raw material powder for forming the sintered body. . It is also possible to form the matrix during the reactive sintering process.

【0016】またマトリックス中に分散されて、または
積層されて配置される繊維は複合材料部品の靭性を高め
るために所定量複合化される。また上記繊維の材質は、
特に限定されるものではなく、マトリックスの構成材料
と同様なセラミックス繊維または金属繊維を用いること
ができる。このようなセラミックス繊維の具体例として
は、炭化けい素系繊維(SiC,Si−C−O,Si−
Ti−C−O等),SiC被覆繊維(芯線は例えば
C),アルミナ繊維,ジルコニア繊維,炭素繊維,ボロ
ン繊維,窒化けい素系繊維,Si3 4 被覆繊維(芯線
は例えばC)およびムライト(3Al2 3 ・2SiO
2 〜2Al2 3 ・SiO2 )繊維等があり、これらか
ら選択された少なくとも一種を使用するとよい。
The fibers dispersed or laminated in the matrix are compounded in a predetermined amount in order to enhance the toughness of the composite material component. The material of the above fiber is
It is not particularly limited, and ceramic fibers or metal fibers similar to the constituent material of the matrix can be used. Specific examples of such ceramic fibers include silicon carbide-based fibers (SiC, Si-C-O, Si-
Ti—C—O, etc.), SiC coated fiber (core wire is C, for example), alumina fiber, zirconia fiber, carbon fiber, boron fiber, silicon nitride fiber, Si 3 N 4 coated fiber (core wire is C) and mullite. (3Al 2 O 3 · 2SiO
2 ~2Al 2 O 3 · SiO 2 ) has fibers, it may use at least one selected from these.

【0017】これらの繊維は、複合材料部品全体に対し
て繊維体積率(Vf)で5%以上の割合で添加される。
しかしながら添加量が60%を超える過量となると、各
繊維周囲にマトリックスを均一に配置することが困難に
なり、空隙など欠陥の発生に伴い複合材料部品の強度特
性が急激に低下してしまう。したがって複合効果が現れ
る好ましい添加量は20〜40体積%の範囲である。
These fibers are added at a fiber volume ratio (Vf) of 5% or more with respect to the entire composite material component.
However, if the added amount exceeds 60%, it becomes difficult to uniformly arrange the matrix around each fiber, and the strength characteristics of the composite material component are rapidly deteriorated due to the occurrence of defects such as voids. Therefore, the preferred amount of addition that produces a combined effect is in the range of 20 to 40% by volume.

【0018】繊維の径および長さは、形状付与性および
繊維の分散,配向性さらには複合材料部品の強度,破壊
エネルギー等の材料特性に大きく影響を及ぼすものであ
り、本発明では直径が3〜150μm、長さが0.1mm
以上の短繊維または連続繊維を使用する。直径が3μm
未満の場合にはマトリックスの補強効果が少なく、また
直径が150μmを超える太い繊維では、目的とする微
視的なレンジでのクラック進展に対する阻止効果が期待
できず、かつ繊維の高剛性により形状付与がしにくくな
る。また繊維の長さが0.1mm未満の場合にも、クラッ
ク進展に対する阻止効果が少なく靭性の改善効果も少な
くなる。
The diameter and the length of the fiber have a great influence on the shape-imparting property, the dispersion and orientation of the fiber, and the material properties such as strength and fracture energy of the composite material part. In the present invention, the diameter is 3 ~ 150μm, length 0.1mm
The above short fibers or continuous fibers are used. Diameter is 3 μm
If it is less than the above, the reinforcing effect of the matrix is small, and in the case of a thick fiber having a diameter of more than 150 μm, the effect of preventing crack propagation in the target microscopic range cannot be expected, and the fiber has a high rigidity to impart a shape. It becomes difficult to remove. Also, when the length of the fiber is less than 0.1 mm, the effect of preventing crack growth is small and the effect of improving toughness is small.

【0019】すなわち、直径が3〜150μmで、かつ
長さが0.1mm以上の繊維を用いることによって、良好
な形状付与性能を維持しつつ、繊維による複合効果を大
幅に改善することが可能となる。但し、このような繊維
の含有量が5%未満であると、繊維による複合効果が低
下するため、繊維の含有量は5%以上とすることが好ま
しい。
That is, by using fibers having a diameter of 3 to 150 μm and a length of 0.1 mm or more, it is possible to significantly improve the composite effect of the fibers while maintaining good shape imparting performance. Become. However, if the content of such fibers is less than 5%, the composite effect of the fibers is reduced, so the content of fibers is preferably 5% or more.

【0020】また上記繊維とマトリックスとの界面は、
初期破壊後の繊維の引抜けを有効に発現させるため、お
よび両者の反応を防止し界面におけるすべり抵抗を適正
値にする目的でセラミックス繊維表面に厚さ5μm以下
の界面層を形成するとよい。この界面層は繊維表面にカ
ーボン(C)や窒化ほう素(BN)をコーティングして
形成される。
The interface between the fibers and the matrix is
An interface layer having a thickness of 5 μm or less may be formed on the surface of the ceramic fiber in order to effectively develop the pull-out of the fiber after the initial fracture and to prevent the reaction between the two and to make the slip resistance at the interface a proper value. This interface layer is formed by coating the surface of the fiber with carbon (C) or boron nitride (BN).

【0021】上記界面層によりセラミックス繊維と、マ
トリックスとの間の強固な接合強度が緩和され、応力負
荷時に界面での剥離が生じ、靭性向上に不可欠の繊維の
引抜けが生じ、靭性値が高い複合材料部品が得られる。
The above-mentioned interface layer relaxes the strong bonding strength between the ceramic fiber and the matrix, peels off at the interface when stress is applied, and pulls out the fiber which is indispensable for improving the toughness, resulting in a high toughness value. A composite material part is obtained.

【0022】また複合材料部品の全表面にマトリックス
のみから成る厚さ500μm以上のマトリックス層を一
体に形成し、繊維自身および繊維とマトリックスとの界
面部が複合材料部品表面に露出しないように構成するこ
とにより、熱および酸化による特性低下を有効に抑制す
ることができる。上記マトリックス層を厚さ500μm
以下に形成することにより、繊維による複合効果を大き
く損うことなく上記特性低下防止機能を十分に発揮でき
る。
Further, a matrix layer having a thickness of 500 μm or more and composed only of a matrix is integrally formed on the entire surface of the composite material part so that the fibers themselves and the interface between the fibers and the matrix are not exposed on the surface of the composite material part. As a result, it is possible to effectively suppress deterioration of characteristics due to heat and oxidation. The matrix layer has a thickness of 500 μm
By the following formation, the above-mentioned characteristic deterioration preventing function can be sufficiently exhibited without significantly impairing the composite effect of the fibers.

【0023】上記マトリックス中に複数の繊維層を積層
配置した平板状のセラミックス基繊維複合材料部品は、
例えば以下のように製造される。すなわちセラミックス
繊維の束(ヤーン)を織って形成した各繊維織布層の上
下に、焼結助剤や添加剤を配合したセラミックス原料粉
末を所定割合にて積層配置した上で成形し、得られた成
形体を非酸化性雰囲気中でホットプレス法,常圧焼結法
または反応焼結法によって焼結して製造される。
A plate-shaped ceramic-based fiber composite material component in which a plurality of fiber layers are laminated and arranged in the matrix is
For example, it is manufactured as follows. That is, ceramic raw material powders containing sintering aids and additives are laminated and arranged at a predetermined ratio above and below each fiber woven fabric layer formed by weaving a bundle of ceramic fibers (yarn) It is manufactured by sintering the molded body in a non-oxidizing atmosphere by a hot pressing method, an atmospheric pressure sintering method or a reaction sintering method.

【0024】ここで得られた複合材料部品(全体の厚さ
がT)の少なくとも一方の表面からT/3以内の領域に
おける繊維の含有率はT/3から2T/3までの領域よ
り小さくなるように調整される。繊維含有率が小さい領
域がT/3を超えると、部品の初期破壊応力は増加して
強度は向上するが、靭性あるいは破壊エネルギーが減少
してしまう。
The fiber content in the region within T / 3 from at least one surface of the composite material component (total thickness T) obtained here is smaller than in the region between T / 3 and 2T / 3. Is adjusted. If the region where the fiber content is low exceeds T / 3, the initial fracture stress of the component increases and the strength improves, but the toughness or fracture energy decreases.

【0025】一方、平板状ではなく、例えばタービン動
翼などの複雑な形状を有するセラミックス基繊維複合材
料部品は、例えば以下のような方法で製造される。すな
わち、繊維を編んで所定の部品形状に近似した予備成形
体(プリフォーム)を形成し、この予備成形体中にマト
リックスとなるセラミックススラリーを含浸せしめて一
次成形体を形成し、得られた一次成形体を予備焼結して
仮焼体を形成し、得られた仮焼体を研削研磨加工して所
定形状を有する二次成形体を形成し、この二次成形体の
全表面にセラミックススラリーを塗布した後に本焼結し
て製造される。
On the other hand, a ceramic-based fiber composite material component having a complicated shape, such as a turbine rotor blade, instead of a flat plate shape, is manufactured, for example, by the following method. That is, by knitting fibers, a preformed body (preform) having a shape similar to a predetermined part is formed, and a ceramic slurry serving as a matrix is impregnated into the preformed body to form a primary molded body. The compact is pre-sintered to form a calcined body, and the calcined body obtained is ground and polished to form a secondary compact having a predetermined shape, and a ceramic slurry is formed on the entire surface of the secondary compact. Is applied and then main-sintered.

【0026】また上記二次成形体の全表面にセラミック
ススラリーを塗布した後に焼結してマトリックス単体層
を形成する代りに、二次成形体を本焼結して複合体を形
成し、この複合体の全表面にCVD法(化学的蒸着法)
等を使用して所定厚さのマトリックス層を形成してもよ
い。さらに上記二次成形体の全表面にセラミックススラ
リーを塗布して焼結する方法とCVD法とを組み合せて
所定厚さのマトリックス層を形成してもよい。
Further, instead of coating the ceramic slurry on the entire surface of the secondary compact and then sintering the slurry to form a matrix single layer, the secondary compact is main-sintered to form a composite. CVD method (Chemical Vapor Deposition method) on all surfaces of the body
Etc. may be used to form a matrix layer having a predetermined thickness. Furthermore, a matrix layer having a predetermined thickness may be formed by combining a method of applying a ceramics slurry on the entire surface of the secondary molded body and sintering it, and a CVD method.

【0027】上記マトリックス層の厚さは500μm以
下に設定される。上記厚さが500μmを超えると部品
表面近傍に繊維含有率(繊維体積率Vf)が小さい部位
が形成されるため、部品の破壊エネルギーが低下してし
まう。一方、マトリックス層の厚さが5μm未満となる
と、部品表面に露出した繊維を完全に被覆することが困
難になり、繊維露出部に欠陥が生じ易く、部品の初期破
壊強度および耐酸化性が低下してしまう。したがって、
上記マトリックス層の厚さは5〜500μmに設定する
とよい。
The thickness of the matrix layer is set to 500 μm or less. If the thickness exceeds 500 μm, a portion having a small fiber content (fiber volume ratio Vf) is formed in the vicinity of the surface of the component, so that the breaking energy of the component is reduced. On the other hand, when the thickness of the matrix layer is less than 5 μm, it becomes difficult to completely cover the fibers exposed on the surface of the component, defects are likely to occur in the fiber exposed portion, and the initial breaking strength and oxidation resistance of the component are reduced. Resulting in. Therefore,
The thickness of the matrix layer may be set to 5 to 500 μm.

【0028】上記製造方法によれば、部品表面全体に一
定の厚さを有するマトリックス層をミクロン単位で均一
に形成することが可能となり、このマトリックス層によ
りマトリックスの初期破壊強度および耐酸化性の低下を
効果的に防止することができる。
According to the above-mentioned manufacturing method, it becomes possible to uniformly form a matrix layer having a constant thickness on the entire surface of the component in units of micron, and the matrix layer lowers the initial breaking strength and oxidation resistance of the matrix. Can be effectively prevented.

【0029】[0029]

【作用】上記セラミックス基繊維複合材料部品およびそ
の製造方法によれば、部品の少なくとも一方の表面から
T/3以内の領域における繊維の含有率を、T/3から
2T/3までの領域よりも小さくし、表面部におけるマ
トリックス分率を高めているため、部品表面部における
初期破壊強度が高まり、部品全体として破壊エネルギー
が大きく信頼性が高い複合材料部品が得られる。
According to the above ceramic-based fiber composite material component and its manufacturing method, the fiber content in the region within T / 3 from at least one surface of the component is higher than that in the region between T / 3 and 2T / 3. Since the size is made smaller and the matrix fraction in the surface portion is increased, the initial fracture strength at the surface portion of the component is increased, and a composite material component having large fracture energy and high reliability as a whole component can be obtained.

【0030】特に部品の全表面に所定厚さのマトリック
ス層を一体に形成し、繊維が露出しないように構成する
ことにより、繊維自体および繊維とマトリックスとの接
合界面の熱および酸化等による変質が効果的に防止でき
る。
Particularly, by forming a matrix layer having a predetermined thickness integrally on the entire surface of the component so that the fibers are not exposed, deterioration of the fibers themselves and the bonding interface between the fibers and the matrix due to heat and oxidation may occur. It can be effectively prevented.

【0031】したがって、高温度で過酷な腐食雰囲気中
で使用され、応力集中が起こり易い機械部品として本発
明の複合材料部品を使用することにより、酸化による劣
化や応力集中による破壊が抑止され、信頼性に優れた機
器を提供することができる。
Therefore, by using the composite material component of the present invention as a mechanical component which is used in a severe corrosive atmosphere at high temperature and where stress concentration is likely to occur, deterioration due to oxidation and breakage due to stress concentration are suppressed, and reliability is improved. It is possible to provide a device having excellent properties.

【0032】[0032]

【実施例】以下本発明の一実施例について添付図面を参
照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0033】実施例1〜6 直径15μmのSiC連続繊維を500本束ね、その繊
維束(ヤーン)の表面に厚さ0.5μmのカーボン
(C)を被覆し、このカーボン被覆したヤーンを織って
平織りクロス状の繊維織物を作製した。一方、平均粒径
1.0μmのSi3 4 粉末に、それぞれ5重量%のY
2 3 粉末と3重量%のAl2 3 粉末とを焼結助剤と
して添加し、混合機で均一に混合してマトリックス原料
粉末を調製した。
Examples 1 to 6 500 continuous SiC fibers having a diameter of 15 μm are bundled, the surface of the fiber bundle (yarn) is coated with carbon (C) having a thickness of 0.5 μm, and the carbon-coated yarn is woven. A plain weave cloth woven fabric was produced. On the other hand, 5% by weight of Y was added to each of Si 3 N 4 powder having an average particle size of 1.0 μm.
2 O 3 powder and 3% by weight of Al 2 O 3 powder were added as sintering aids and uniformly mixed with a mixer to prepare a matrix raw material powder.

【0034】次に上記マトリックス原料粉末と繊維織物
とを順次成形型内に、その充填比率を変えて積層充填し
た後に20MPaのプレス圧力で圧縮成形し、各実施例
用の成形体とした。次に得られた各成形体をホットプレ
ス装置にセットし、窒素ガス雰囲気中で40MPaの加
圧下で温度1600℃で1時間焼結して、図1に示すよ
うな実施例1〜6に係る複合材料部品1を製造した。
Next, the matrix raw material powder and the fiber woven fabric were sequentially stacked and packed in a molding die at different filling ratios, and then compression-molded at a pressing pressure of 20 MPa to obtain a molded body for each example. Next, each of the obtained compacts was set in a hot press machine and sintered in a nitrogen gas atmosphere under a pressure of 40 MPa at a temperature of 1600 ° C. for 1 hour to obtain Examples 1 to 6 as shown in FIG. Composite material part 1 was manufactured.

【0035】各実施例に係る複合材料部品1は、図1に
示すようにSi3 4 焼結体から成るマトリックス2中
に、SiC繊維から成る厚さFの複数の繊維層3を積層
配置した構造を有する。そして部品1の全体の厚さをT
とした場合に、部品の両表面からT/3以内の領域(第
1領域および第3領域)において、繊維層3の配設ピッ
チ(P1 ,P3 )を疎にすることによって当該領域にお
ける繊維の含有率(繊維体積率)を小さくしている。一
方、上記領域以外の中間領域(第2領域)においては、
繊維層3の配設ピッチ(P2 )を密にすることによって
中間領域における繊維の含有率を相対的に大きくしてい
る。また部品1の表面部,側面部および裏面部に、必要
に応じて繊維を含有しない表面マトリックス層2a(厚
さt1 ,t2 ,t3 )がそれぞれ一体に形成されてい
る。
In the composite material component 1 according to each example, as shown in FIG. 1, a plurality of fiber layers 3 made of SiC fibers and having a thickness F are laminated in a matrix 2 made of a sintered Si 3 N 4 body. It has a structure. Then, the total thickness of the component 1 is T
In such a case, in the region (first region and third region) within T / 3 from both surfaces of the component, the arrangement pitch (P 1 , P 3 ) of the fiber layer 3 is made sparse to thereby make The fiber content (fiber volume ratio) is reduced. On the other hand, in the intermediate area (second area) other than the above area,
By making the arrangement pitch (P 2 ) of the fiber layers 3 dense, the fiber content in the intermediate region is relatively increased. A surface matrix layer 2a (thicknesses t 1 , t 2 , t 3 ) containing no fiber is integrally formed on the surface portion, the side surface portion, and the back surface portion of the component 1, if necessary.

【0036】上記のように調製した各実施例に係る複合
材料部品1について、表面マトリックス層2aの厚さt
1 ,t2 ,t3 、各領域における繊維層3の配設ピッチ
1,P2 ,P3 は表1に示す通りであった。また繊維
層3の厚さは200μmであり、部品1の全体の厚さT
は12mmとした。
With respect to the composite material parts 1 according to the respective examples prepared as described above, the thickness t of the surface matrix layer 2a
Tables 1 and 1 show t 1 , t 2 and t 3 , and the arrangement pitches P 1 , P 2 and P 3 of the fiber layer 3 in the respective regions. The thickness of the fiber layer 3 is 200 μm, and the total thickness T of the component 1 is T.
Was 12 mm.

【0037】各実施例に係る複合材料部品1の強度およ
び靭性などの特性を評価するために、各部品1について
試験片を切り出し、その初期破壊応力,最大応力および
破壊エネルギーを測定した。なお試験片は、厚さTが1
2mm,幅Wが16mm,長さLが150mmの直方体とし
た。この試験片について、スパン120mmで3点曲げ試
験を実施して応力−歪曲線を記録し、この応力−歪曲線
において初期破壊を示した荷重を3点曲げ強度式で換算
した応力を初期破壊応力とする一方、同曲線において最
大の荷重を同様に換算したものを最大応力とした。さら
に同曲線で囲まれた面積を積算して破壊エネルギーを算
出した。なお各破壊エネルギーは、下記の比較例1の試
験片の破壊エネルギー値を基準値1とした相対値として
示した。
In order to evaluate the properties such as strength and toughness of the composite material component 1 according to each example, a test piece was cut out from each component 1 and its initial fracture stress, maximum stress and fracture energy were measured. The test piece has a thickness T of 1
The rectangular parallelepiped has a width of 2 mm, a width W of 16 mm, and a length L of 150 mm. For this test piece, a 3-point bending test was performed with a span of 120 mm, a stress-strain curve was recorded, and the stress that indicated the initial failure in this stress-strain curve was converted into a 3-point bending strength formula to determine the initial failure stress. On the other hand, the maximum stress was similarly converted to the maximum load on the curve. Further, the area surrounded by the same curve was integrated to calculate the fracture energy. Each breaking energy was shown as a relative value with the breaking energy value of the test piece of Comparative Example 1 below as the reference value 1.

【0038】比較例1〜21 =t2 =t3 =0とし、表面マトリックス層2aを
形成しない点および厚さ方向の全領域に所定のピッチで
繊維層を配設した点以外は、実施例1〜2と同様に処理
して実施例1〜2と同一厚さ(T=12mm)を有する比
較例1〜2に係る複合材料部品を調製し、同様に各特性
値を測定した。
Comparative Examples 1 to 2 except that t 1 = t 2 = t 3 = 0, the surface matrix layer 2a was not formed, and the fiber layers were arranged at a predetermined pitch over the entire region in the thickness direction. The composite material parts according to Comparative Examples 1 and 2 having the same thickness (T = 12 mm) as in Examples 1 and 2 were prepared by treating in the same manner as in Examples 1 and 2, and respective characteristic values were measured in the same manner.

【0039】比較例3〜4 第1領域および第3領域に位置するマトリックスの厚さ
を第2領域より小さく設定した点以外は実施例3〜4と
同様に処理して、同一厚さを有する比較例3〜4に係る
複合材料部品を調製し、同様に各特性値を測定した。
Comparative Examples 3 to 4 The same processing is performed as in Examples 3 to 4 except that the thickness of the matrix located in the first and third regions is set smaller than that in the second region. The composite material parts according to Comparative Examples 3 to 4 were prepared, and the respective characteristic values were measured in the same manner.

【0040】測定値を下記表1にまとめて示す。The measured values are summarized in Table 1 below.

【0041】[0041]

【表1】 [Table 1]

【0042】表1に示す結果から明らかなように、部品
の両表面からT/3以内の領域における繊維の含有率
を、中間領域における含有率より小さく設定した実施例
1〜6に係るセラミックス基繊維複合材料部品において
は、比較例1〜4と比較していずれも表面部におけるマ
トリックス分率が高くなるため、初期破壊強度が増大し
ており、また破壊進展抵抗が増し、破壊エネルギーが大
きく、部品として優れた耐久性および信頼性を有してい
ることが確認された。
As is clear from the results shown in Table 1, the ceramic bases according to Examples 1 to 6 in which the fiber content in the region within T / 3 from both surfaces of the component was set smaller than the content in the intermediate region In the fiber composite material part, since the matrix fraction in the surface portion is higher than in any of Comparative Examples 1 to 4, the initial fracture strength is increased, the fracture progress resistance is increased, and the fracture energy is large, It was confirmed to have excellent durability and reliability as parts.

【0043】特に表面部にマトリックス層を比較的に厚
く形成した実施例3〜6に係る複合材料部品において
は、上記初期破壊強度がより改善されるとともに繊維層
が部品表面に露出しない構造となるため、繊維自身およ
び繊維とマトリックスとの接合界面の熱および酸化によ
る劣化が防止でき、耐久性に優れた複合材料部品が得ら
れた。
In particular, in the composite material parts according to Examples 3 to 6 in which the matrix layer is formed relatively thick on the surface portion, the initial fracture strength is further improved and the fiber layer is not exposed on the surface of the part. Therefore, deterioration of the fiber itself and the bonding interface between the fiber and the matrix due to heat and oxidation can be prevented, and a composite material component having excellent durability was obtained.

【0044】一方、比較例1〜4に係る複合材料部品に
おいては、全領域に亘って均一あるいは表面近傍領域に
おいて内部より多く繊維を配設しているため、部品全体
として靭性は良好な反面、表面部における初期破壊応力
が小さく、結果的に有効破壊エネルギーも小さくなり、
クラックが発生し易く、またクラックが進展し易い難点
があることが判明した。比較例3〜4に係る部品につい
ては表面にマトリックス層を形成しているため耐酸化性
には優れているものの、上記と同様な難点があることが
判明した。
On the other hand, in the composite material parts according to Comparative Examples 1 to 4, since the fibers are arranged uniformly over the entire area or more in the area near the surface than in the interior, the toughness as a whole is good, but The initial fracture stress at the surface is small, and as a result the effective fracture energy is small,
It has been found that there are drawbacks that cracks easily occur and cracks easily propagate. It was found that the components according to Comparative Examples 3 to 4 were excellent in oxidation resistance because they had a matrix layer formed on the surface, but had the same drawbacks as described above.

【0045】本実施例によれば、マトリックスの初期破
壊強度が大きく、破壊進展抵抗が高い積層型のセラミッ
クス基繊維複合材料部品が得られる。
According to this embodiment, a laminated ceramic-based fiber composite material part having a high initial fracture strength of the matrix and a high fracture propagation resistance can be obtained.

【0046】上記実施例においては、複数の繊維層をマ
トリックス中に積層配置した平板状のセラミックス基繊
維複合材料部品を例示しているが、次に本発明の複合材
料部品を、複雑な形状を有するタービン動翼に適用した
場合の実施例を説明する。
In the above-mentioned embodiment, a flat plate-shaped ceramic-based fiber composite material component in which a plurality of fiber layers are laminated and arranged in a matrix is exemplified. Next, the composite material component of the present invention is formed into a complicated shape. An example will be described in which the invention is applied to a turbine rotor blade that the present invention has.

【0047】実施例7 直径15μmのSiC連続繊維(商品名:ハイニカロ
ン,日本カーボン株式会社製)を織り、テープ状にした
織布を目的とする部品形状に合せた中子に巻き付け、希
釈したフェノール樹脂を保形剤として使用し、図2
(a)に示すような三次元形状を有する予備成形体(繊
維積層プリフォーム)4を調製した。
Example 7 Phenol was prepared by weaving an SiC continuous fiber having a diameter of 15 μm (trade name: Hynicalon, manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.), winding a tape-shaped woven fabric around a core having a desired component shape, and diluting it. Using resin as a shape-retaining agent,
A preform (fiber laminated preform) 4 having a three-dimensional shape as shown in (a) was prepared.

【0048】一方、骨材としてのSiC粉末(粒径32
μm以下)と炭素源としてのカーボンブラックとを溶媒
に分散せしめて低粘度のマトリックス用スラリーを調製
した。次に圧力鋳込み成形法を使用して、上記予備成形
体4中にマトリックス用スラリーを加圧含浸し、充填し
た。成形圧力は5MPa,成形時間は10分とした。な
お、マトリックス用スラリーの含浸量は、複合材料中の
繊維含有率(繊維体積率:Vf)が30%となるように
設定した。さらにマトリックス用スラリーを含浸した予
備成形体を乾燥して、図2(b)に示すような一次成形
体5を作製した。
On the other hand, SiC powder (particle size 32
(μm or less) and carbon black as a carbon source were dispersed in a solvent to prepare a low-viscosity matrix slurry. Next, the preform 4 was pressure-impregnated and filled with the matrix slurry by using the pressure casting method. The molding pressure was 5 MPa and the molding time was 10 minutes. The amount of the matrix slurry impregnated was set so that the fiber content rate (fiber volume ratio: Vf) in the composite material was 30%. Further, the preformed body impregnated with the matrix slurry was dried to prepare a primary formed body 5 as shown in FIG. 2 (b).

【0049】次に図2(b)に示す一次成形体を、アル
ゴン雰囲気中で温度1000℃で1時間、仮焼成(予備
焼結)することにより、仮焼体を形成した。この仮焼処
理により、一次成形体5には次工程の生加工に充分耐え
る強度が付与された。次に得られた仮焼体を生加工する
ことにより部品形状に近い寸法に仕上げられ、図2
(c)に示すような二次成形体6が得られる。この生加
工において、二次成形体6の寸法は、目的とする部品の
寸法から、後述する表面マトリックス層の厚さを差し引
いた値に設定される。図2(c)に示すように、二次成
形体6の表面部には、繊維7が部分的に露出した状態と
なる。
Next, the primary compact shown in FIG. 2 (b) was calcined (pre-sintered) at a temperature of 1000 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere to form a calcined body. By this calcination treatment, the primary molded body 5 was provided with a strength sufficient to withstand the raw processing in the next step. Next, the obtained calcined body is subjected to raw processing to be finished into a dimension close to the shape of the component, and
A secondary molded body 6 as shown in (c) is obtained. In this green processing, the size of the secondary molded body 6 is set to a value obtained by subtracting the thickness of the surface matrix layer described later from the size of the target part. As shown in FIG. 2C, the fibers 7 are partially exposed on the surface of the secondary molded body 6.

【0050】次に生加工した二次成形体6の全表面に、
噴霧法を使用して、マトリックス用スラリーを均一に塗
布し、自然乾燥した後に、スラリーに成形助剤として添
加した有機成分を除去するためにN2 ガス雰囲気中で温
度600℃で2時間脱脂した後に、真空中で成形体中に
溶融したSiを含浸させながら温度1420℃で2時間
加熱して本焼結(反応焼結)を施し、二次成形体6内部
にSiCから成る反応焼結SiCマトリックスを形成す
ると同時に、二次成形体6の表面部に厚さ200〜10
00μmのマトリックス層2aを一体に形成し、さらに
最終仕上げの表面加工を実施して、図2(d)に示すよ
うなSiC基繊維複合材料部品8としてのタービン動翼
8aを製造した。
Next, on the entire surface of the green-formed secondary molded body 6,
Using the spraying method, the matrix slurry was uniformly applied, naturally dried, and then degreased at 600 ° C. for 2 hours in a N 2 gas atmosphere in order to remove the organic component added to the slurry as a molding aid. After that, main body sintering (reaction sintering) is performed by heating at a temperature of 1420 ° C. for 2 hours while impregnating the molded body with molten Si in a vacuum, and the reaction sintered SiC made of SiC is formed inside the secondary molded body 6. At the same time as forming the matrix, a thickness of 200 to 10 is formed on the surface of the secondary molded body 6.
A matrix layer 2a of 00 μm was integrally formed, and surface finishing for final finishing was performed to manufacture a turbine rotor blade 8a as a SiC-based fiber composite material component 8 as shown in FIG. 2 (d).

【0051】比較例5 一方、マトリックス層2aを形成しない点以外は、実施
例7と同様に処理して同一寸法を有する比較例5に係る
タービン動翼を調製した。
Comparative Example 5 On the other hand, except that the matrix layer 2a was not formed, the same treatment as in Example 7 was carried out to prepare a turbine rotor blade according to Comparative Example 5 having the same dimensions.

【0052】こうして調製した実施例7に係るタービン
動翼の初期破壊強度は、いずれも比較例5と比較して高
く、約300MPaと良好であり、またクラックの進展
に対する抵抗も十分に高く、クラックが発生,進展しに
くく、耐久性に優れる良好な特性を示した。しかしなが
ら、表面マトリックス層の厚さを500μmを超える値
にすると初期破壊強度は高まる反面、破壊エネルギーが
低下し易くなる傾向が確認できた。したがって、表面マ
トリックス層の厚さは500μm以下、好ましくは30
0μm以下に設定することが必要である。
The initial breaking strengths of the turbine rotor blades of Example 7 thus prepared were higher than those of Comparative Example 5 and about 300 MPa, and the resistance to crack propagation was sufficiently high. It is difficult to generate and develop, and it has excellent durability and excellent characteristics. However, it was confirmed that when the thickness of the surface matrix layer was set to a value exceeding 500 μm, the initial fracture strength increased, but the fracture energy tended to decrease. Therefore, the thickness of the surface matrix layer is 500 μm or less, preferably 30 μm.
It is necessary to set it to 0 μm or less.

【0053】一方、比較例5に係るタービン動翼におい
ては、複合した繊維が表面に露出しているため、実施例
7と比較してマトリックスの初期破壊強度および耐酸化
性が大幅に低下し耐久性が劣っている。
On the other hand, in the turbine rotor blade according to Comparative Example 5, the composite fiber was exposed on the surface, so that the initial fracture strength and oxidation resistance of the matrix were significantly reduced as compared with Example 7, and the durability was improved. The sex is inferior.

【0054】また従来、複雑形状を有する部品の全表面
に、一定厚さのマトリックス層を均一に形成することは
非常に困難であったが、本実施例に係る複合材料部品の
製造方法によれば、タービン動翼における複雑形状を有
する部品の場合でも、その表面全体に一定の厚さを有す
るマトリックス層を均一に形成することが容易になっ
た。また部品表面全体に所定厚さのマトリックス層を一
体に形成することにより、初期破壊強度および耐酸化性
を大幅に向上させることができ、耐久性に優れた複合材
料部品が容易に得られた。
Conventionally, it was very difficult to uniformly form a matrix layer having a constant thickness on the entire surface of a component having a complicated shape. However, according to the method for manufacturing a composite material component according to this embodiment. For example, even in the case of a component having a complicated shape in a turbine blade, it becomes easy to uniformly form a matrix layer having a constant thickness on the entire surface thereof. Further, by integrally forming a matrix layer having a predetermined thickness on the entire surface of the component, the initial fracture strength and the oxidation resistance can be greatly improved, and the composite material component excellent in durability was easily obtained.

【0055】なお上記実施例では、二次成形体の全表面
にスラリーを塗布した後に本焼成してマトリックス単体
層を形成した例で示している。しかしながら、上記形成
方法に代えて、二次成形体を本焼結して複合体とし、こ
の複合体表面にCVD法により所定厚さのマトリックス
単体層を形成した場合にも、ほぼ同様な特性が得られ
た。
In the above-mentioned embodiment, an example is shown in which the slurry is applied to the entire surface of the secondary molded body and then main-baked to form a matrix single layer. However, in place of the above forming method, when the secondary compact is main-sintered to form a composite and a matrix simple substance layer having a predetermined thickness is formed on the surface of the composite by the CVD method, almost the same characteristics are obtained. Was obtained.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係るセラミッ
クス基繊維複合材料部品およびその製造方法によれば、
部品の少なくとも一方の表面からT/3以内の領域にお
ける繊維の含有率をT/3から2T/3までの領域より
も小さくし、表面部におけるマトリックス分率を高めて
いるため、部品表面部における初期破壊強度が高まり、
部品全体として破壊エネルギーが大きく信頼性が高い複
合材料部品が得られる。
As described above, according to the ceramic-based fiber composite material component and the manufacturing method thereof according to the present invention,
Since the fiber content in the region within T / 3 from at least one surface of the component is smaller than that in the region from T / 3 to 2T / 3, and the matrix fraction in the surface is increased, the component surface The initial breaking strength increases,
Highly reliable composite material parts with high breaking energy as a whole can be obtained.

【0057】特に部品の全表面に所定厚さのマトリック
ス層を一体に形成し、繊維が露出しないように構成する
ことにより、繊維自身および繊維とマトリックスとの接
合界面の熱および酸化等による劣化が効果的に防止でき
る。
Particularly, by forming a matrix layer having a predetermined thickness integrally on the entire surface of the component so that the fibers are not exposed, deterioration of the fibers themselves and the bonding interface between the fibers and the matrix due to heat and oxidation is caused. It can be effectively prevented.

【0058】したがって、高温度で過酷な腐食雰囲気中
で使用され、応力集中が起こり易い機械部品として本発
明の複合材料部品を使用することにより、酸化による劣
化や応力集中による破断が抑止され、信頼性に優れた機
器を提供することができる。
Therefore, by using the composite material part of the present invention as a mechanical part which is used in a severe corrosive atmosphere at high temperature and where stress concentration is likely to occur, deterioration due to oxidation and breakage due to stress concentration are suppressed, and reliability is improved. It is possible to provide a device having excellent properties.

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

【図1】本発明に係るセラミックス基繊維複合材料部品
の構造を示す断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a ceramic-based fiber composite material component according to the present invention.

【図2】本発明に係るセラミックス基繊維複合材料部品
としてのタービン動翼の製造工程を示す斜視図であり、
(a)は予備成形体の形状を示す斜視図、(b)は予備
成形体にマトリックスを含浸させた状態を示す斜視図、
(c)はマトリックスを含浸させた予備成形体を生加工
した後の状態を示す斜視図、(d)は生加工した仮焼体
表面にマトリックス単体層を形成した状態を示す斜視
図。
FIG. 2 is a perspective view showing a manufacturing process of a turbine blade as a ceramic-based fiber composite material component according to the present invention,
(A) is a perspective view showing the shape of a preform, (b) is a perspective view showing a state where the preform is impregnated with a matrix,
(C) is a perspective view showing a state after raw processing of a preformed body impregnated with a matrix, and (d) is a perspective view showing a state where a matrix simple substance layer is formed on the surface of the raw processed calcined body.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1a セラミックス基繊維複合材料部品 2 マトリックス(Si3 4 ) 2a マトリックス層 3 繊維層(SiC) 4 予備成形体(繊維積層プリフォーム) 5 一次成形体 6 二次成形体 7 繊維 8 SiC基繊維複合材料部品 8a タービン動翼1,1a Ceramics-based fiber composite material component 2 Matrix (Si 3 N 4 ) 2a Matrix layer 3 Fiber layer (SiC) 4 Preform (fiber laminated preform) 5 Primary compact 6 Secondary compact 7 Fiber 8 SiC base Fiber composite material parts 8a Turbine rotor blade

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セラミックスから成るマトリックス中に
複数の繊維層を積層配置したセラミックス基繊維複合材
料部品において、繊維層に対して垂直方向の部品厚さを
Tとした場合に、部品の少なくとも一方の表面からT/
3以内の領域における繊維の含有率がT/3から2T/
3までの領域における繊維の含有率より小さいことを特
徴とするセラミックス基繊維複合材料部品。
1. A ceramic-based fiber composite material component in which a plurality of fiber layers are laminated and arranged in a matrix made of ceramics, where T is the thickness of the component in the direction perpendicular to the fiber layer. T / from the surface
The fiber content in the region within 3 is from T / 3 to 2T /
A ceramic-based fiber composite material part having a fiber content smaller than that in the region up to 3.
【請求項2】 部品の全表面に厚さ500μm以下のマ
トリックス層を一体に形成したことを特徴とする請求項
1記載のセラミックス基繊維複合材料部品。
2. The ceramic-based fiber composite material component according to claim 1, wherein a matrix layer having a thickness of 500 μm or less is integrally formed on the entire surface of the component.
【請求項3】 セラミックスから成るマトリックス中に
繊維を分散させて成る複合体の全表面に、厚さ500μ
m以下のマトリックス層を一体に形成したことを特徴と
するセラミックス基繊維複合材料部品。
3. A composite having a matrix made of ceramics and fibers dispersed therein has a thickness of 500 μm.
A ceramic-based fiber composite material part, characterized in that a matrix layer of m or less is integrally formed.
【請求項4】 複合体中における繊維の含有割合が5〜
60体積%であることを特徴とする請求項3記載のセラ
ミックス基繊維複合材料部品。
4. The content ratio of fibers in the composite is 5 to 5.
The ceramic-based fiber composite material component according to claim 3, wherein the content is 60% by volume.
【請求項5】 繊維織物を使用して部品形状に近似した
予備成形体(プリフォーム)を形成し、この予備成形体
中にマトリックスとなるセラミックススラリーを含浸せ
しめて一次成形体を形成し、得られた一次成形体を予備
焼結して仮焼体を形成し、得られた仮焼体を研削研磨加
工して所定形状を有する二次成形体を形成し、この二次
成形体の全表面にセラミックススラリーを塗布した後に
本焼結することを特徴とするセラミックス基繊維複合材
料部品の製造方法。
5. A preformed body (preform) having a shape close to that of a component is formed by using a fiber woven fabric, and a ceramic slurry serving as a matrix is impregnated into the preformed body to form a primary molded body. The obtained primary compact is pre-sintered to form a calcined body, and the calcined body obtained is ground and polished to form a secondary compact having a predetermined shape, and the entire surface of the secondary compact is formed. A method for manufacturing a ceramics-based fiber composite material part, which comprises applying a ceramics slurry to and then performing main sintering.
【請求項6】 繊維織物を使用して部品形状に近似した
予備成形体(プリフォーム)を形成し、この予備成形体
中にマトリックスとなるセラミックススラリーを含浸せ
しめて一次成形体を形成し、得られた一次成形体を予備
焼結して仮焼体を形成し、得られた仮焼体を研削研磨加
工して所定形状を有する二次成形体を形成し、この二次
成形体をそのままあるいは全表面にセラミックススラリ
ーを塗布した後に本焼結して複合体を形成し、この複合
体の全表面にCVD法を使用して厚さ200μm以下の
マトリックス単体層を一体に付加形成することを特徴と
するセラミックス基繊維複合材料部品の製造方法。
6. A fibrous woven fabric is used to form a preformed body (preform) having a shape similar to that of a component, and the preformed body is impregnated with a ceramics slurry serving as a matrix to form a primary molded body. The obtained primary compact is pre-sintered to form a calcined body, and the calcined body obtained is ground and polished to form a secondary compact having a predetermined shape. A characteristic is that a ceramic slurry is applied to the entire surface and then main sintering is performed to form a composite, and a matrix single layer having a thickness of 200 μm or less is integrally formed on the entire surface of the composite by using a CVD method. And a method for producing a ceramic-based fiber composite material part.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH10167831A (en) * 1996-12-16 1998-06-23 Ngk Insulators Ltd Sic fiber reinforced si-sic composite material and its production
JP2006188421A (en) * 2004-12-31 2006-07-20 General Electric Co <Ge> Method of producing ceramic matrix composite article
JP2007224911A (en) * 2006-02-22 2007-09-06 General Electric Co <Ge> Method of manufacturing cmc product with small and complicated external characteristic part

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