JPH09201894A - 耐熱・耐酸化性炭素繊維強化炭素複合材料 - Google Patents
耐熱・耐酸化性炭素繊維強化炭素複合材料Info
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- JPH09201894A JPH09201894A JP8011756A JP1175696A JPH09201894A JP H09201894 A JPH09201894 A JP H09201894A JP 8011756 A JP8011756 A JP 8011756A JP 1175696 A JP1175696 A JP 1175696A JP H09201894 A JPH09201894 A JP H09201894A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】炭素繊維強化炭素複合材の耐酸化バリアである
炭化珪素または窒化珪素層のactive酸化を防止する混合
物で表面被覆し、耐久性に優れる耐熱・耐酸化性炭素繊
維強化炭素複合材料を提供することを目的とする。 【解決手段】基材となる炭素繊維強化炭素複合材料の表
面に多孔質の炭化珪素層を形成させ、次いで気相化学蒸
着法により緻密な炭化珪素を被覆し、最外層に融点が１
７００℃以上の高融点金属珪化物と金属珪素の混合物を
被覆してなることを特徴とする耐熱・耐酸化性炭素繊維
強化炭素複合材料。
炭化珪素または窒化珪素層のactive酸化を防止する混合
物で表面被覆し、耐久性に優れる耐熱・耐酸化性炭素繊
維強化炭素複合材料を提供することを目的とする。 【解決手段】基材となる炭素繊維強化炭素複合材料の表
面に多孔質の炭化珪素層を形成させ、次いで気相化学蒸
着法により緻密な炭化珪素を被覆し、最外層に融点が１
７００℃以上の高融点金属珪化物と金属珪素の混合物を
被覆してなることを特徴とする耐熱・耐酸化性炭素繊維
強化炭素複合材料。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐酸化被覆炭素繊
維強化炭素複合材料に関し、さらに詳述すれば宇宙飛行
機等の構造材、タービンブレードおよび原子炉用部材
等、高温酸化雰囲気において繰り返し使用に耐える材料
を提供するための炭素繊維強化炭素複合材料に関するも
のである。
維強化炭素複合材料に関し、さらに詳述すれば宇宙飛行
機等の構造材、タービンブレードおよび原子炉用部材
等、高温酸化雰囲気において繰り返し使用に耐える材料
を提供するための炭素繊維強化炭素複合材料に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】炭素繊維強化炭素複合材料（以下Ｃ／Ｃ
と記すことがある）は、一般に酸化性雰囲気下では５０
０℃程度から酸化され、それ自身のもつ優れた物理的、
化学的性質が低下するため、高温大気中での使用はごく
短時間の場合を除き不可能であった。この現象を防止す
るため、従来から炭素繊維強化炭素複合材料の耐酸化処
理方法について種々の検討がなされてきた。
と記すことがある）は、一般に酸化性雰囲気下では５０
０℃程度から酸化され、それ自身のもつ優れた物理的、
化学的性質が低下するため、高温大気中での使用はごく
短時間の場合を除き不可能であった。この現象を防止す
るため、従来から炭素繊維強化炭素複合材料の耐酸化処
理方法について種々の検討がなされてきた。
【０００３】それらの方法の中で、気相化学蒸着法（以
下ＣＶＤと記すことがある）による炭素繊維強化炭素複
合材料基材へのセラミックス被覆は最も一般的な方法の
一つであり、この方法により緻密な膜を得ることができ
る。この方法によれば、ＳｉＣ，ＴｉＣ，ＨｆＣ，Ｔａ
Ｃ等の炭化物、Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＴｉＮ，ＢＮ，ＺｒＮ等の
窒化物、Ａｌ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2 等の酸化物、その他硼化
物等の被覆を行うことができる。一般にこの方法では蒸
着温度が１０００℃前後となるため、基材の冷却時に表
面のセラミックス被膜が剥離したり、クラックの発生を
引き起こすことが多い。これは、基材と析出させるセラ
ミックス間の熱膨張率の差が大きいことが原因であり、
基材の膨張率を析出させるセラミックスと同程度にする
ことにより解決することができる。そこで、基材とセラ
ミックスの接着性を向上させるため、基材の表面を拡散
法によりセラミックスに転化し、次いで化学蒸着法によ
り被覆する方法がとられている。
下ＣＶＤと記すことがある）による炭素繊維強化炭素複
合材料基材へのセラミックス被覆は最も一般的な方法の
一つであり、この方法により緻密な膜を得ることができ
る。この方法によれば、ＳｉＣ，ＴｉＣ，ＨｆＣ，Ｔａ
Ｃ等の炭化物、Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＴｉＮ，ＢＮ，ＺｒＮ等の
窒化物、Ａｌ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2 等の酸化物、その他硼化
物等の被覆を行うことができる。一般にこの方法では蒸
着温度が１０００℃前後となるため、基材の冷却時に表
面のセラミックス被膜が剥離したり、クラックの発生を
引き起こすことが多い。これは、基材と析出させるセラ
ミックス間の熱膨張率の差が大きいことが原因であり、
基材の膨張率を析出させるセラミックスと同程度にする
ことにより解決することができる。そこで、基材とセラ
ミックスの接着性を向上させるため、基材の表面を拡散
法によりセラミックスに転化し、次いで化学蒸着法によ
り被覆する方法がとられている。
【０００４】ＣＶＤ被覆セラミックスのうち、炭化珪
素、窒化珪素は、耐熱・耐酸化性に優れているため、炭
素繊維強化炭素複合材料の耐酸化被覆として広く使用さ
れている。しかし、宇宙機のノーズコーン、リーディン
グエッジ等のように、１４００〜１７００℃の高温で１
〜４０００Ｐａの減圧環境下に暴露される場合、炭化珪
素、窒化珪素は、活性(active)酸化によりＳｉＯガスと
なって消耗する。active酸化を防止する方法として、従
来は炭化珪素被膜上に珪素を含まない化合物または金属
を中間層として被覆し、最外層に酸化物を被覆する方法
が考案され、特開平2-106337号、特開平4-285068号のよ
うに中間層にＨｆＣ，ＴａＣ，ＺｒＣ，Ｗ 2 Ｃ，Ｎｂ
Ｃ，ＴｈＣ，ＺｒＢ2 ，ＨｆＢ2 ，ＢＮ，ＨｆＮ，Ｚｒ
Ｎ，ＡｌＮ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｒｈ，Ｒｕ，最外層の
酸化物にＴｈＯ2 ，ＺｒＯ2 ，ＨｆＯ 2 ，Ｌａ2 Ｏ3 ，
Ｙ2 Ｏ3 を被覆する方法や最外層に酸化物のＳｉＯ2 系
ガラスを被覆する方法が開示されている。しかし、これ
らは被覆層の酸化やＳｉＯ2 系ガラスと炭化珪素の反応
によりライフタイムが短く実用性に欠ける。また、acti
ve酸化防止膜として金属被覆も考案されているが、単独
の金属を使用する場合は、炭化珪素の侵食や被覆金属自
身の酸化が問題となる。
素、窒化珪素は、耐熱・耐酸化性に優れているため、炭
素繊維強化炭素複合材料の耐酸化被覆として広く使用さ
れている。しかし、宇宙機のノーズコーン、リーディン
グエッジ等のように、１４００〜１７００℃の高温で１
〜４０００Ｐａの減圧環境下に暴露される場合、炭化珪
素、窒化珪素は、活性(active)酸化によりＳｉＯガスと
なって消耗する。active酸化を防止する方法として、従
来は炭化珪素被膜上に珪素を含まない化合物または金属
を中間層として被覆し、最外層に酸化物を被覆する方法
が考案され、特開平2-106337号、特開平4-285068号のよ
うに中間層にＨｆＣ，ＴａＣ，ＺｒＣ，Ｗ 2 Ｃ，Ｎｂ
Ｃ，ＴｈＣ，ＺｒＢ2 ，ＨｆＢ2 ，ＢＮ，ＨｆＮ，Ｚｒ
Ｎ，ＡｌＮ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｒｈ，Ｒｕ，最外層の
酸化物にＴｈＯ2 ，ＺｒＯ2 ，ＨｆＯ 2 ，Ｌａ2 Ｏ3 ，
Ｙ2 Ｏ3 を被覆する方法や最外層に酸化物のＳｉＯ2 系
ガラスを被覆する方法が開示されている。しかし、これ
らは被覆層の酸化やＳｉＯ2 系ガラスと炭化珪素の反応
によりライフタイムが短く実用性に欠ける。また、acti
ve酸化防止膜として金属被覆も考案されているが、単独
の金属を使用する場合は、炭化珪素の侵食や被覆金属自
身の酸化が問題となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、炭素繊維強
化炭素複合材料の耐酸化バリアである炭化珪素または窒
化珪素層のactive酸化を防止する高融点金属珪化物と金
属珪素の混合物で最外層を被覆した、耐久性に優れる耐
熱・耐酸化性炭素繊維強化炭素複合材料を提供すること
を目的とする。
化炭素複合材料の耐酸化バリアである炭化珪素または窒
化珪素層のactive酸化を防止する高融点金属珪化物と金
属珪素の混合物で最外層を被覆した、耐久性に優れる耐
熱・耐酸化性炭素繊維強化炭素複合材料を提供すること
を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、炭化珪素との
化学的相互作用が極めて小さく耐熱・耐酸化性に優れた
高融点金属珪化物と、炭化珪素および高融点金属珪化物
と化学的相互作用が極めて小さく使用温度で液相を形成
する金属珪素を組み合わせて表面被覆することにより、
高融点金属珪化物層に存在する下地炭化珪素との熱膨張
率差に起因したクラックや気孔に使用温度で液相を形成
する金属珪素が速やかに浸透して自己治癒効果のある緻
密膜を形成することで、主たる耐酸化バリアである炭化
珪素のactive酸化を有効に防止することができることを
知見し本発明に至った。高融点金属珪化物の融点は宇宙
機材の予想到達温度である１７００℃よりも高温である
ことが必要で、融点が１７００℃以下であると溶融した
金属珪化物が空気流により飛散し消耗してしまう。液相
の金属珪素は高融点金属珪化物層を自己治癒効果により
緻密化させるとともに、高融点金属珪化物と酸素の接触
を遮断し高融点金属珪化物層も酸化から保護するため、
従来の非酸化物の被覆に比べてライフタイムを著しく長
くさせる効果がある。また、必要に応じて再被覆するこ
とで容易に修復することができる。
化学的相互作用が極めて小さく耐熱・耐酸化性に優れた
高融点金属珪化物と、炭化珪素および高融点金属珪化物
と化学的相互作用が極めて小さく使用温度で液相を形成
する金属珪素を組み合わせて表面被覆することにより、
高融点金属珪化物層に存在する下地炭化珪素との熱膨張
率差に起因したクラックや気孔に使用温度で液相を形成
する金属珪素が速やかに浸透して自己治癒効果のある緻
密膜を形成することで、主たる耐酸化バリアである炭化
珪素のactive酸化を有効に防止することができることを
知見し本発明に至った。高融点金属珪化物の融点は宇宙
機材の予想到達温度である１７００℃よりも高温である
ことが必要で、融点が１７００℃以下であると溶融した
金属珪化物が空気流により飛散し消耗してしまう。液相
の金属珪素は高融点金属珪化物層を自己治癒効果により
緻密化させるとともに、高融点金属珪化物と酸素の接触
を遮断し高融点金属珪化物層も酸化から保護するため、
従来の非酸化物の被覆に比べてライフタイムを著しく長
くさせる効果がある。また、必要に応じて再被覆するこ
とで容易に修復することができる。
【０００７】すなわち、本発明は、拡散法により基材と
なる炭素繊維強化炭素複合材料の表面を炭化珪素層に転
化したのち、気相化学蒸着法により炭化珪素層を形成さ
せた炭化珪素被覆炭素繊維強化炭素複合材料に、融点が
１７００℃以上の高融点金属珪化物と金属珪素の混合物
を被覆してなることを特徴とする耐熱・耐酸化性炭素繊
維強化炭素複合材料を提供するものである。
なる炭素繊維強化炭素複合材料の表面を炭化珪素層に転
化したのち、気相化学蒸着法により炭化珪素層を形成さ
せた炭化珪素被覆炭素繊維強化炭素複合材料に、融点が
１７００℃以上の高融点金属珪化物と金属珪素の混合物
を被覆してなることを特徴とする耐熱・耐酸化性炭素繊
維強化炭素複合材料を提供するものである。
【０００８】以下に本発明をさらに詳細に説明する。始
めに、本発明の耐熱・耐酸化性炭素繊維強化炭素複合材
料の構成を図１に示す好適実施例により説明する。本発
明の好適材料は、図１に示すように、炭素繊維強化炭素
複合材料からなるＣ／Ｃ基材１上に拡散法により形成さ
れ熱応力緩和層となる多孔質のＳｉＣ層すなわち Conve
rsion-SiC 層２を有し、さらにその上にＣＶＤにより形
成される緻密なＳｉＣ層であるＣＶＤ−ＳｉＣ層３を有
する。最外層には高融点金属珪化物４と金属珪素５との
混合物被覆層を設ける。基材となる炭素繊維強化炭素複
合材料を構成する炭素繊維としては、平織り、朱子織
り、綾織りなどの二方向敷布、一方向敷布、三方向敷
布、ｎ方向配向材、フエルト、トウ等が用いられ、バイ
ンダーとしてはフェノール樹脂、フラン樹脂等の熱硬化
性樹脂、タール、ピッチ等の熱可塑性樹脂を用いること
ができる。炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法として
は、例えば、前記炭素繊維をバインダーの含浸、塗布な
どの方法によりプリプレグ化し、加圧加熱して成形体と
する。この成形体は熱処理によってバインダーを完全に
硬化させ、その後常法によって焼成し、さらに必要に応
じて黒鉛化することにより炭素繊維強化炭素複合材料と
する。その後、用途に応じて、熱硬化性物質ピッチ類な
どを含浸、再炭化を行う含浸法、例えばメタン、プロパ
ンなどの炭化水素ガスを熱分解して炭素を得るＣＶＤ法
などにより緻密化を繰り返し行い、さらに高強度の炭素
繊維強化炭素複合材料とすることができる。
めに、本発明の耐熱・耐酸化性炭素繊維強化炭素複合材
料の構成を図１に示す好適実施例により説明する。本発
明の好適材料は、図１に示すように、炭素繊維強化炭素
複合材料からなるＣ／Ｃ基材１上に拡散法により形成さ
れ熱応力緩和層となる多孔質のＳｉＣ層すなわち Conve
rsion-SiC 層２を有し、さらにその上にＣＶＤにより形
成される緻密なＳｉＣ層であるＣＶＤ−ＳｉＣ層３を有
する。最外層には高融点金属珪化物４と金属珪素５との
混合物被覆層を設ける。基材となる炭素繊維強化炭素複
合材料を構成する炭素繊維としては、平織り、朱子織
り、綾織りなどの二方向敷布、一方向敷布、三方向敷
布、ｎ方向配向材、フエルト、トウ等が用いられ、バイ
ンダーとしてはフェノール樹脂、フラン樹脂等の熱硬化
性樹脂、タール、ピッチ等の熱可塑性樹脂を用いること
ができる。炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法として
は、例えば、前記炭素繊維をバインダーの含浸、塗布な
どの方法によりプリプレグ化し、加圧加熱して成形体と
する。この成形体は熱処理によってバインダーを完全に
硬化させ、その後常法によって焼成し、さらに必要に応
じて黒鉛化することにより炭素繊維強化炭素複合材料と
する。その後、用途に応じて、熱硬化性物質ピッチ類な
どを含浸、再炭化を行う含浸法、例えばメタン、プロパ
ンなどの炭化水素ガスを熱分解して炭素を得るＣＶＤ法
などにより緻密化を繰り返し行い、さらに高強度の炭素
繊維強化炭素複合材料とすることができる。
【０００９】前記材料への拡散法による炭化珪素（多孔
質ＳｉＣ層）被覆としては、珪素／炭化珪素／アルミナ
＝１５〜５０／２５〜８５／３〜２５重量％の混合粉末
中に炭素繊維強化炭素複合材料を埋没させ、１５００〜
１８００℃の加熱処理により上記材料の表層をＳｉＣに
転化させる。反応時間は所望の被覆膜厚に応じて選択す
ることができる。膜厚は、１μｍ以上あればよく、好ま
しくは１０〜２００μｍがよい。この層は熱応力緩和
（Conversion) ＳｉＣ層となる。
質ＳｉＣ層）被覆としては、珪素／炭化珪素／アルミナ
＝１５〜５０／２５〜８５／３〜２５重量％の混合粉末
中に炭素繊維強化炭素複合材料を埋没させ、１５００〜
１８００℃の加熱処理により上記材料の表層をＳｉＣに
転化させる。反応時間は所望の被覆膜厚に応じて選択す
ることができる。膜厚は、１μｍ以上あればよく、好ま
しくは１０〜２００μｍがよい。この層は熱応力緩和
（Conversion) ＳｉＣ層となる。
【００１０】ＣＶＤによる炭化珪素（緻密化ＳｉＣ）被
覆としては、例えば、原料ガスにＣＨ3 ＳｉＣｌ3 ，Ｓ
ｉＣｌ2 ＋ＣＨ4 等、キャリアガスにはＨ2 またはＨ2
＋Ａｒの混合ガス等を用いて、反応温度９００〜１７０
０℃、反応圧力７６０Ｔｏｒｒ以下で前記原料ガスとキ
ャリアガスの流量比が（原料ガスの流量）／（キャリア
ガスの流量）＝１／５〜１０の条件で行うのが好まし
い。膜厚は、５０μｍ以上あればよく、好ましくは１０
０〜３００μｍがよい。
覆としては、例えば、原料ガスにＣＨ3 ＳｉＣｌ3 ，Ｓ
ｉＣｌ2 ＋ＣＨ4 等、キャリアガスにはＨ2 またはＨ2
＋Ａｒの混合ガス等を用いて、反応温度９００〜１７０
０℃、反応圧力７６０Ｔｏｒｒ以下で前記原料ガスとキ
ャリアガスの流量比が（原料ガスの流量）／（キャリア
ガスの流量）＝１／５〜１０の条件で行うのが好まし
い。膜厚は、５０μｍ以上あればよく、好ましくは１０
０〜３００μｍがよい。
【００１１】本発明においては、上記のようにして得ら
れた炭化珪素を被覆した炭素繊維強化炭素複合材料に対
して、高融点金属珪化物と金属珪素の混合物を被覆す
る。高融点金属珪化物としては、ＳｉＣ（分解温度２２
００℃）、ＳｉＢ6 （融点１８５０℃）、ＷＳｉ2 （融
点２１６０℃）、ＭｏＳｉ2 （融点２０２０℃）、ReMo
Si4(融点２０００℃）を用いることができ、特に、MoSi
2 が好ましい。高融点金属珪化物と金属珪素との混合比
は、好ましくは、モル比１０：１〜１：１とする。この
被覆は高融点金属珪化物と金属珪素の混合粉末のスラリ
ーを塗布したあと熱処理する方法やプラズマ溶射法等に
より行う。膜厚は１μｍ以上あればよく、好ましくは５
〜２００μｍがよい。また先に高融点金属珪化物を被覆
したあと金属珪素を被覆する方法でも同等の効果が得ら
れる。この金属珪化物の被覆は、金属珪化物粉末のスラ
リーを塗布したあと熱処理する方法やプラズマ溶射法等
により行う。膜厚は１μｍ以上あればよく、好ましくは
５〜２００μｍがよい。金属珪素の被覆は、スラリーを
塗布したあと減圧条件で熱処理する方法や蒸着法等によ
り行う。膜厚は１μｍ以上あればよく、好ましくは５〜
１００μｍがよい。金属珪化物や金属珪素のスラリー
は、これらの粉末（粒径１〜２０μｍ）をポリスチレ
ン、ポリビニルアルコール等の有機バインダーとトルエ
ン、キシレン等の有機溶媒との混合物中に添加し、攪拌
で分散させて用いることができる。プラズマ溶射法や真
空蒸着法は、所定の混合比とした金属珪化物と金属珪素
の混合物を溶射したり蒸着したりして行う。予め混合物
とせずに行うこともできる。
れた炭化珪素を被覆した炭素繊維強化炭素複合材料に対
して、高融点金属珪化物と金属珪素の混合物を被覆す
る。高融点金属珪化物としては、ＳｉＣ（分解温度２２
００℃）、ＳｉＢ6 （融点１８５０℃）、ＷＳｉ2 （融
点２１６０℃）、ＭｏＳｉ2 （融点２０２０℃）、ReMo
Si4(融点２０００℃）を用いることができ、特に、MoSi
2 が好ましい。高融点金属珪化物と金属珪素との混合比
は、好ましくは、モル比１０：１〜１：１とする。この
被覆は高融点金属珪化物と金属珪素の混合粉末のスラリ
ーを塗布したあと熱処理する方法やプラズマ溶射法等に
より行う。膜厚は１μｍ以上あればよく、好ましくは５
〜２００μｍがよい。また先に高融点金属珪化物を被覆
したあと金属珪素を被覆する方法でも同等の効果が得ら
れる。この金属珪化物の被覆は、金属珪化物粉末のスラ
リーを塗布したあと熱処理する方法やプラズマ溶射法等
により行う。膜厚は１μｍ以上あればよく、好ましくは
５〜２００μｍがよい。金属珪素の被覆は、スラリーを
塗布したあと減圧条件で熱処理する方法や蒸着法等によ
り行う。膜厚は１μｍ以上あればよく、好ましくは５〜
１００μｍがよい。金属珪化物や金属珪素のスラリー
は、これらの粉末（粒径１〜２０μｍ）をポリスチレ
ン、ポリビニルアルコール等の有機バインダーとトルエ
ン、キシレン等の有機溶媒との混合物中に添加し、攪拌
で分散させて用いることができる。プラズマ溶射法や真
空蒸着法は、所定の混合比とした金属珪化物と金属珪素
の混合物を溶射したり蒸着したりして行う。予め混合物
とせずに行うこともできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明によれば、ＣＶＤ炭化珪素
を被覆した炭素繊維強化炭素複合材料に高融点金属珪化
物と金属珪素を被覆することで、大気圏再突入時等の環
境下で発生する炭化珪素のactive酸化を有効に防止し、
耐久性に優れた耐熱・耐酸化炭素繊維強化炭素複合材料
を得ることができる。
を被覆した炭素繊維強化炭素複合材料に高融点金属珪化
物と金属珪素を被覆することで、大気圏再突入時等の環
境下で発生する炭化珪素のactive酸化を有効に防止し、
耐久性に優れた耐熱・耐酸化炭素繊維強化炭素複合材料
を得ることができる。
【００１３】
【実施例】炭素繊維織布にフェノール樹脂を染み込ませ
たプリプレグを１０枚積層し、加圧加熱成形した後、不
活性雰囲気中で焼成し、その後コールタールピッチを用
いて緻密化処理を４回行い炭素繊維強化炭素複合材料を
得た。得られた炭素繊維強化炭素複合材料を所定の寸法
に加圧したあと、該炭素繊維強化炭素複合材料を組成比
が珪素／炭化珪素／アルミナ＝２５／７５／５重量％の
混合粉末中に埋没し、不活性雰囲気下で１７００℃、２
４０分拡散反応させ、炭素繊維強化炭素複合材料の表面
を炭化珪素化した。この炭化珪素の膜厚は、２０μｍで
あった。次に、拡散法による炭化珪素被覆を施した炭素
繊維強化炭素複合材料の表面に、気相化学蒸着法により
緻密な炭化珪素被覆を施した。ガス組成はCH3SiCl3／Ｈ
2 ＝２５／１００となるようにし、ガス流量３リットル
／分、圧力３０Ｔｏｒｒ、反応温度１３００℃の条件で
１５０分間反応させた。このＣＶＤ炭化珪素の膜厚は、
１００μｍであった。
たプリプレグを１０枚積層し、加圧加熱成形した後、不
活性雰囲気中で焼成し、その後コールタールピッチを用
いて緻密化処理を４回行い炭素繊維強化炭素複合材料を
得た。得られた炭素繊維強化炭素複合材料を所定の寸法
に加圧したあと、該炭素繊維強化炭素複合材料を組成比
が珪素／炭化珪素／アルミナ＝２５／７５／５重量％の
混合粉末中に埋没し、不活性雰囲気下で１７００℃、２
４０分拡散反応させ、炭素繊維強化炭素複合材料の表面
を炭化珪素化した。この炭化珪素の膜厚は、２０μｍで
あった。次に、拡散法による炭化珪素被覆を施した炭素
繊維強化炭素複合材料の表面に、気相化学蒸着法により
緻密な炭化珪素被覆を施した。ガス組成はCH3SiCl3／Ｈ
2 ＝２５／１００となるようにし、ガス流量３リットル
／分、圧力３０Ｔｏｒｒ、反応温度１３００℃の条件で
１５０分間反応させた。このＣＶＤ炭化珪素の膜厚は、
１００μｍであった。
【００１４】高融点金属珪化物と金属珪素の混合物層の
形成は、ＳｉＣ，ＳｉＢ6 ，ＷＳｉ 2 ，ＭｏＳｉ2 ，Re
MoSi4 の金属珪化物と金属珪素の混合粉末を各々有機バ
インダーを含む有機溶媒の溶液に混合してスラリーとし
た。金属珪化物と金属珪素の混合比はモル比で４：１と
した。有機バインダーにはポリスチレン、有機溶剤には
トルエンを使用し、混合比は重量比で混合粉末：トルエ
ン＝１：１：８とした。このスラリーをＣＶＤ炭化珪素
被覆された基板上に塗布し、室温で６時間以上乾燥した
あとアルゴン雰囲気下で１５００℃３０分の熱処理を行
った。この金属珪化物と金属珪素の混合物層の膜厚は約
４０μｍであった。
形成は、ＳｉＣ，ＳｉＢ6 ，ＷＳｉ 2 ，ＭｏＳｉ2 ，Re
MoSi4 の金属珪化物と金属珪素の混合粉末を各々有機バ
インダーを含む有機溶媒の溶液に混合してスラリーとし
た。金属珪化物と金属珪素の混合比はモル比で４：１と
した。有機バインダーにはポリスチレン、有機溶剤には
トルエンを使用し、混合比は重量比で混合粉末：トルエ
ン＝１：１：８とした。このスラリーをＣＶＤ炭化珪素
被覆された基板上に塗布し、室温で６時間以上乾燥した
あとアルゴン雰囲気下で１５００℃３０分の熱処理を行
った。この金属珪化物と金属珪素の混合物層の膜厚は約
４０μｍであった。
【００１５】評価方法 上述のようにして得られた耐酸化被覆Ｃ／Ｃを、１００
０Ｐａの大気中で１７００℃の加熱を行った。温度履歴
は、室温から設定温度までが約３分、設定温度で２０
分、設定温度から室温まで１０分であった。評価は、重
量減少と表面、断面観察によりおこなった。また、比較
として最外層に高融点金属珪化物のＭｏＳｉ2 層のみの
被覆および炭化珪素の被覆のみのサンプルの試験も行っ
た。重量減少率Ｘn は次式により求めた。 Ｘn ＝〔（Ｗo −Ｗn ）／Ｗo 〕×１００ｗｔ％ Ｗo ：サンプルの初期重量 Ｗn ：酸化試験ｎ回後のサンプル重量 実施例では高融点珪化物と金属珪素の混合物層に金属珪
素の損耗と思われる損傷が観察されたが、下層のＣＶＤ
−ＳｉＣ層の減厚は観られなかった。一方、比較例はＣ
ＶＤ−ＳｉＣの侵食が激しく、部分的に母材のＣ／Ｃが
現れた。
０Ｐａの大気中で１７００℃の加熱を行った。温度履歴
は、室温から設定温度までが約３分、設定温度で２０
分、設定温度から室温まで１０分であった。評価は、重
量減少と表面、断面観察によりおこなった。また、比較
として最外層に高融点金属珪化物のＭｏＳｉ2 層のみの
被覆および炭化珪素の被覆のみのサンプルの試験も行っ
た。重量減少率Ｘn は次式により求めた。 Ｘn ＝〔（Ｗo −Ｗn ）／Ｗo 〕×１００ｗｔ％ Ｗo ：サンプルの初期重量 Ｗn ：酸化試験ｎ回後のサンプル重量 実施例では高融点珪化物と金属珪素の混合物層に金属珪
素の損耗と思われる損傷が観察されたが、下層のＣＶＤ
−ＳｉＣ層の減厚は観られなかった。一方、比較例はＣ
ＶＤ−ＳｉＣの侵食が激しく、部分的に母材のＣ／Ｃが
現れた。
【００１６】 ＊ ＭｏＳｉ2 の単一被覆 ＊＊ ＣＶＤ−ＳｉＣのみで被覆なし
【００１７】
【発明の効果】本発明の高融点金属珪化物と金属珪素の
混合物のＣＶＤ炭化珪素上への被覆は、active酸化の抑
制効果が著しく高く、耐熱・耐酸化性の高い炭素繊維強
化炭素複合材料が得られる。
混合物のＣＶＤ炭化珪素上への被覆は、active酸化の抑
制効果が著しく高く、耐熱・耐酸化性の高い炭素繊維強
化炭素複合材料が得られる。
【図１】 本発明の炭素繊維強化炭素複合材料の構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
１ Ｃ／Ｃ基材 ２ 拡散法−ＳｉＣ層 ３ ＣＶＤ−ＳｉＣ層 ４ 高融点金属珪化物 ５ 金属珪素
フロントページの続き (72)発明者 中 井 進 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者 酒 井 昭 仁 岐阜県各務原市川崎町１番地 川崎重工業 株式会社岐阜工場内
Claims (2)
- 【請求項１】基材となる炭素繊維強化炭素複合材料の表
面に多孔質の炭化珪素層を形成させ、次いで気相化学蒸
着法により緻密な炭化珪素を被覆し、最外層に融点が１
７００℃以上の高融点金属珪化物と金属珪素の混合物を
被覆してなることを特徴とする耐熱・耐酸化性炭素繊維
強化炭素複合材料。 - 【請求項２】前記高融点金属珪化物が、Ｃ，Ｂ，Ｍｏ，
Ｒｅ，Ｗ，よりなる群から選択される１種またはそれ以
上の金属元素の珪化物である請求項１記載の耐熱・耐酸
化性炭素繊維強化炭素複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8011756A JP2976368B2 (ja) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | 耐熱・耐酸化性炭素繊維強化炭素複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8011756A JP2976368B2 (ja) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | 耐熱・耐酸化性炭素繊維強化炭素複合材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09201894A true JPH09201894A (ja) | 1997-08-05 |
| JP2976368B2 JP2976368B2 (ja) | 1999-11-10 |
Family
ID=11786839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8011756A Expired - Fee Related JP2976368B2 (ja) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | 耐熱・耐酸化性炭素繊維強化炭素複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2976368B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013248852A (ja) * | 2012-06-04 | 2013-12-12 | Ihi Corp | 耐環境被覆されたセラミックス基複合材料部品及びその製造方法 |
| CN103511525A (zh) * | 2013-10-23 | 2014-01-15 | 中南大学 | 一种用于高速列车的碳陶制动闸片及其制备方法 |
| CN103601529A (zh) * | 2013-11-05 | 2014-02-26 | 陕西科技大学 | 碳/碳复合材料SiB6抗氧化外涂层的制备方法 |
| CN103981467A (zh) * | 2014-05-22 | 2014-08-13 | 天津大学 | 一种碳/碳化硅复合纤维增强铝基泡沫材料的制备方法 |
| CN104193420A (zh) * | 2014-07-14 | 2014-12-10 | 广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院) | 一种碳/碳复合材料多层涂层及其制备方法 |
-
1996
- 1996-01-26 JP JP8011756A patent/JP2976368B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013248852A (ja) * | 2012-06-04 | 2013-12-12 | Ihi Corp | 耐環境被覆されたセラミックス基複合材料部品及びその製造方法 |
| WO2013183580A1 (ja) * | 2012-06-04 | 2013-12-12 | 株式会社Ihi | 耐環境被覆されたセラミックス基複合材料部品及びその製造方法 |
| CN103511525A (zh) * | 2013-10-23 | 2014-01-15 | 中南大学 | 一种用于高速列车的碳陶制动闸片及其制备方法 |
| CN103601529A (zh) * | 2013-11-05 | 2014-02-26 | 陕西科技大学 | 碳/碳复合材料SiB6抗氧化外涂层的制备方法 |
| CN103981467A (zh) * | 2014-05-22 | 2014-08-13 | 天津大学 | 一种碳/碳化硅复合纤维增强铝基泡沫材料的制备方法 |
| CN104193420A (zh) * | 2014-07-14 | 2014-12-10 | 广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院) | 一种碳/碳复合材料多层涂层及其制备方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2976368B2 (ja) | 1999-11-10 |
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