JPH09268063A - セラミックス基繊維複合材料 - Google Patents
セラミックス基繊維複合材料Info
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- JPH09268063A JPH09268063A JP8077796A JP7779696A JPH09268063A JP H09268063 A JPH09268063 A JP H09268063A JP 8077796 A JP8077796 A JP 8077796A JP 7779696 A JP7779696 A JP 7779696A JP H09268063 A JPH09268063 A JP H09268063A
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- ceramic
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Abstract
(57)【要約】
【課題】マトリックス成分と繊維成分との反応が十分に
抑制され、ブリッジングやプルアウト等の複合効果を発
揮でき、しかも作業が容易で、量産に適したものとなる
セラミックス基繊維複合材料を提供する。 【解決手段】反応焼結によって形成されたＳｉＣを主相
とするセラミックスのマトリックス中にセラミックスの
繊維が複合化され、この繊維の表面に、マトリックスと
の結合力を低下させるすべりコート層およびこのすべり
コート層の外側を被覆してＳｉとの反応を抑制するバリ
ア層がダブルコーティングとして存在するセラミックス
基繊維複合材料である。すべりコート層は実質的にＣま
たはＢＮからなるとともに、バリア層は実質的にＴａ、
Ｎｂ、Ｔｉ、ＺｒまたはＨｆの中から選ばれる少なくと
も一つの元素の化合物からなる。
抑制され、ブリッジングやプルアウト等の複合効果を発
揮でき、しかも作業が容易で、量産に適したものとなる
セラミックス基繊維複合材料を提供する。 【解決手段】反応焼結によって形成されたＳｉＣを主相
とするセラミックスのマトリックス中にセラミックスの
繊維が複合化され、この繊維の表面に、マトリックスと
の結合力を低下させるすべりコート層およびこのすべり
コート層の外側を被覆してＳｉとの反応を抑制するバリ
ア層がダブルコーティングとして存在するセラミックス
基繊維複合材料である。すべりコート層は実質的にＣま
たはＢＮからなるとともに、バリア層は実質的にＴａ、
Ｎｂ、Ｔｉ、ＺｒまたはＨｆの中から選ばれる少なくと
も一つの元素の化合物からなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス基繊
維複合材料に係り、特に表面にすべりコート層および反
応抑制用のバリア層をダブルコーティングとして有する
繊維を使用して構成されるセラミックス基繊維複合材料
に関するものである。
維複合材料に係り、特に表面にすべりコート層および反
応抑制用のバリア層をダブルコーティングとして有する
繊維を使用して構成されるセラミックス基繊維複合材料
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般にセラミックス焼結体は、高温まで
の強度低下が少なく、硬度、電気絶縁性、耐摩耗性、耐
熱性、耐腐食性、軽量性等の点で、従来の金属材料と比
較して優れている。このことからセラミックス焼結体は
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あるいは
構造用材料として広い分野において使用されている。
の強度低下が少なく、硬度、電気絶縁性、耐摩耗性、耐
熱性、耐腐食性、軽量性等の点で、従来の金属材料と比
較して優れている。このことからセラミックス焼結体は
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あるいは
構造用材料として広い分野において使用されている。
【０００３】しかしながら、セラミックス焼結体は、圧
縮応力に比較して引張り応力に弱く、特にこの引張り応
力下において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。このため、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には、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る。
縮応力に比較して引張り応力に弱く、特にこの引張り応
力下において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。このため、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には、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る。
【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に
は、耐熱性、耐酸化性、高温強度等の特性に加えて高度
の信頼性が要求される。その要求に対応するため、無機
物質や金属からなる繊維、ウィスカー、プレート、粒子
等の複合素材をマトリックス中に分散複合化させて、破
壊靭性値、破壊エネルギー値、耐熱衝撃性等を高めたセ
ラミックス基繊維複合材料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。
品、自動車部品等に使用されるセラミックス構造部品に
は、耐熱性、耐酸化性、高温強度等の特性に加えて高度
の信頼性が要求される。その要求に対応するため、無機
物質や金属からなる繊維、ウィスカー、プレート、粒子
等の複合素材をマトリックス中に分散複合化させて、破
壊靭性値、破壊エネルギー値、耐熱衝撃性等を高めたセ
ラミックス基繊維複合材料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。
【０００５】セラミックス基繊維複合材料の中でも、Ｓ
ｉＣをマトリックスとした繊維強化複合材料は、高温構
造材料として注目されている。ＳｉＣマトリックスの合
成方法としては、ＣＶＩ法、プリカーサ法、粉末焼結法
が考えられているが、繊維のプリフォームに溶融金属を
注入して反応焼結を行わせる反応焼結法が量産に適する
ものとして、特に注目されている。
ｉＣをマトリックスとした繊維強化複合材料は、高温構
造材料として注目されている。ＳｉＣマトリックスの合
成方法としては、ＣＶＩ法、プリカーサ法、粉末焼結法
が考えられているが、繊維のプリフォームに溶融金属を
注入して反応焼結を行わせる反応焼結法が量産に適する
ものとして、特に注目されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なセラミックス基繊維強化複合材料においては、特にマ
トリックスと繊維との間の界面結合力を適正に制御する
ことが極めて重要であり、適正な界面状態にないと、繊
維のブリッジングやプルアウト等の複合効果が発揮され
ない。すなわち繊維とセラミックスとが強固に接合する
と、繊維のブリッジングやプルアウト等の複合効果は発
揮されず、脆性破壊し易くなる。
なセラミックス基繊維強化複合材料においては、特にマ
トリックスと繊維との間の界面結合力を適正に制御する
ことが極めて重要であり、適正な界面状態にないと、繊
維のブリッジングやプルアウト等の複合効果が発揮され
ない。すなわち繊維とセラミックスとが強固に接合する
と、繊維のブリッジングやプルアウト等の複合効果は発
揮されず、脆性破壊し易くなる。
【０００７】その対策として、繊維とマトリックスとの
間に滑りを発現させるすべりコート層を形成することが
有効であることが知られている。しかしながらこのよう
なすべりコート層を形成しただけでは、反応焼結によっ
てマトリックスを形成する際に、コート層がマトリック
ス成分との反応等によって変質、あるいは消失してしま
うという問題があった。
間に滑りを発現させるすべりコート層を形成することが
有効であることが知られている。しかしながらこのよう
なすべりコート層を形成しただけでは、反応焼結によっ
てマトリックスを形成する際に、コート層がマトリック
ス成分との反応等によって変質、あるいは消失してしま
うという問題があった。
【０００８】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、マトリックス成分と繊維成分との反応が十分に
抑制され、ブリッジングやプルアウト等の複合効果を発
揮でき、セラミックス基繊維複合材料を提供することを
目的とする。
もので、マトリックス成分と繊維成分との反応が十分に
抑制され、ブリッジングやプルアウト等の複合効果を発
揮でき、セラミックス基繊維複合材料を提供することを
目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者においては、上
記の目的を達成するために、セラミックス基繊維強化複
合材料に使用する繊維に対し、さまざまな種類のコーテ
ィング層を施し、そのコーティング相が繊維強化複合材
料に及ぼす影響について検討した。その結果、繊維の表
面に滑りを発現させるためのコート層を形成し、さらに
その外側にコート層とマトリックス層との反応を抑制す
るバリア層として金属化合物層、特に酸化物層を形成し
た場合、大きな破壊靭性を示す複合材料が得られるとい
う知見を得た。
記の目的を達成するために、セラミックス基繊維強化複
合材料に使用する繊維に対し、さまざまな種類のコーテ
ィング層を施し、そのコーティング相が繊維強化複合材
料に及ぼす影響について検討した。その結果、繊維の表
面に滑りを発現させるためのコート層を形成し、さらに
その外側にコート層とマトリックス層との反応を抑制す
るバリア層として金属化合物層、特に酸化物層を形成し
た場合、大きな破壊靭性を示す複合材料が得られるとい
う知見を得た。
【００１０】すなわち、請求項１の発明では、反応焼結
によって形成されたＳｉＣを主相とするセラミックスの
マトリックス中にセラミックスの繊維が複合化され、こ
の繊維の表面に、前記マトリックスとの結合力を低下さ
せるすべりコート層およびこのすべりコート層の外側を
被覆してＳｉとの反応を抑制するバリア層がダブルコー
ティングとして存在するセラミックス基繊維複合材料で
あって、前記すべりコート層は実質的にＣまたはＢＮか
らなるとともに、前記バリア層は実質的にＴａ、Ｎｂ、
Ｔｉ、ＺｒまたはＨｆの中から選ばれる少なくとも一の
元素の化合物からなることを特徴とするセラミックス基
繊維複合材料を提供する。
によって形成されたＳｉＣを主相とするセラミックスの
マトリックス中にセラミックスの繊維が複合化され、こ
の繊維の表面に、前記マトリックスとの結合力を低下さ
せるすべりコート層およびこのすべりコート層の外側を
被覆してＳｉとの反応を抑制するバリア層がダブルコー
ティングとして存在するセラミックス基繊維複合材料で
あって、前記すべりコート層は実質的にＣまたはＢＮか
らなるとともに、前記バリア層は実質的にＴａ、Ｎｂ、
Ｔｉ、ＺｒまたはＨｆの中から選ばれる少なくとも一の
元素の化合物からなることを特徴とするセラミックス基
繊維複合材料を提供する。
【００１１】請求項２の発明では、請求項１記載のセラ
ミックス基繊維複合材料において、バリア層を構成する
化合物はＴａ2 Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2
またはＨｆＯ2 からなる酸化物であることを特徴とする
セラミックス基繊維複合材料を提供する。
ミックス基繊維複合材料において、バリア層を構成する
化合物はＴａ2 Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2
またはＨｆＯ2 からなる酸化物であることを特徴とする
セラミックス基繊維複合材料を提供する。
【００１２】上記セラミックス繊維の表面に形成される
すべりコート層は、複合材料とした場合にマトリックス
とセラミックス繊維とが強固に結合することを防止し、
ブリッジングやプルアウト時の滑りが可能となるように
するために設けられるものである。このすべりコート層
を形成する材料としては、マトリックスと繊維との間に
滑り機能を付与し、かつ焼結温度にも影響を受けず、熱
的に安定な炭素（Ｃ）、窒化ほう素（ＢＮ）等が使用さ
れる。
すべりコート層は、複合材料とした場合にマトリックス
とセラミックス繊維とが強固に結合することを防止し、
ブリッジングやプルアウト時の滑りが可能となるように
するために設けられるものである。このすべりコート層
を形成する材料としては、マトリックスと繊維との間に
滑り機能を付与し、かつ焼結温度にも影響を受けず、熱
的に安定な炭素（Ｃ）、窒化ほう素（ＢＮ）等が使用さ
れる。
【００１３】また、反応を抑制するバリア層としては、
Ｔａ，Ｎｂ，Ｔｉ，ＺｒまたはＨｆから選ばれる一つの
要素の化合物が有効であるが、その中でも特にＴａ2 Ｏ
5 、Ｎｂ2 Ｏ5 ，ＴｉＯ2 ，ＺｒＯ2 ，ＨｆＯ2 が有効
である。
Ｔａ，Ｎｂ，Ｔｉ，ＺｒまたはＨｆから選ばれる一つの
要素の化合物が有効であるが、その中でも特にＴａ2 Ｏ
5 、Ｎｂ2 Ｏ5 ，ＴｉＯ2 ，ＺｒＯ2 ，ＨｆＯ2 が有効
である。
【００１４】上記すべりコート層およびバリア層の形成
方法としては、金属成分を窒素、水素、アルゴンガス等
のキャリアガスとともに移送し、所定の反応温度以上に
加熱されたセラミックス繊維の表面上に分解析出させる
汎用のＣＶＤ法（化学蒸着法）法が採用できる。また、
金属成分を繊維表面に被覆する真空蒸着法、スパッタリ
ング法、イオンプレーティング法などのＰＶＤ法（物理
蒸着法）で形成してもよい、さらに熱処理後に上記の物
質を形成する有機金属化学物等をデッピング（浸漬）に
より形成する方法も採用できる。
方法としては、金属成分を窒素、水素、アルゴンガス等
のキャリアガスとともに移送し、所定の反応温度以上に
加熱されたセラミックス繊維の表面上に分解析出させる
汎用のＣＶＤ法（化学蒸着法）法が採用できる。また、
金属成分を繊維表面に被覆する真空蒸着法、スパッタリ
ング法、イオンプレーティング法などのＰＶＤ法（物理
蒸着法）で形成してもよい、さらに熱処理後に上記の物
質を形成する有機金属化学物等をデッピング（浸漬）に
より形成する方法も採用できる。
【００１５】なお、セラミックス繊維を所定形状に織り
上げて立体的な織物を形成し、その織物の表面にすべり
コート層、およびバリア層を形成することにより、複雑
形状物にも充分対応できる。
上げて立体的な織物を形成し、その織物の表面にすべり
コート層、およびバリア層を形成することにより、複雑
形状物にも充分対応できる。
【００１６】ここで複合材料用繊維を構成するセラミッ
クス繊維は、複合材料とした場合のマトリックスの靭性
を高めるための補強部材であり、その具体例としては、
炭化けい素系繊維（ＳｉＣ、ＳｉＣ／Ｃ，Ｓｉ−Ｃ−
Ｏ、Ｓｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ）、窒化けい素系繊維（Ｓｉ3
Ｎ4 、Ｓｉ3 Ｎ4 ／Ｃ）、アルミナ繊維（Ａｌ
2 Ｏ3 ）、ジルコニア（ＺｒＯ2 ）等が挙げられる。こ
の繊維は、複合材料のマトリックスを構成するセラミッ
クス原料粉末に対して６５体積％以下の割合で添加する
ことが望ましい。添加量が６５体積％を超えると、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、複合材料の強度特性が急激に低下する。なお、特に
好ましい添加量は１０〜６０体積％の範囲である。
クス繊維は、複合材料とした場合のマトリックスの靭性
を高めるための補強部材であり、その具体例としては、
炭化けい素系繊維（ＳｉＣ、ＳｉＣ／Ｃ，Ｓｉ−Ｃ−
Ｏ、Ｓｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ）、窒化けい素系繊維（Ｓｉ3
Ｎ4 、Ｓｉ3 Ｎ4 ／Ｃ）、アルミナ繊維（Ａｌ
2 Ｏ3 ）、ジルコニア（ＺｒＯ2 ）等が挙げられる。こ
の繊維は、複合材料のマトリックスを構成するセラミッ
クス原料粉末に対して６５体積％以下の割合で添加する
ことが望ましい。添加量が６５体積％を超えると、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、複合材料の強度特性が急激に低下する。なお、特に
好ましい添加量は１０〜６０体積％の範囲である。
【００１７】セラミックス繊維の直径および長さは、複
合材料の強度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３〜２００μｍの連続繊維、短繊維等を
使用することができる。直径が３μｍ未満のセラミック
ス繊維の場合には、マトリックス基地の補強効果が少な
く、また直径が２００μｍを超える太径の繊維では、繊
維とマトリックスとの熱膨張差による割れの発生や製品
形状対応性が低下する。
合材料の強度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３〜２００μｍの連続繊維、短繊維等を
使用することができる。直径が３μｍ未満のセラミック
ス繊維の場合には、マトリックス基地の補強効果が少な
く、また直径が２００μｍを超える太径の繊維では、繊
維とマトリックスとの熱膨張差による割れの発生や製品
形状対応性が低下する。
【００１８】また繊維の長さが１００μｍ未満の場合に
は、クラック進行の抑制効果が少なく靭性の改善効果も
少なくなる。
は、クラック進行の抑制効果が少なく靭性の改善効果も
少なくなる。
【００１９】上記のように調製した繊維で強化したセラ
ミックス基繊維複合材料は、例えば下記の工程によって
製造される。すなわち、セラミックス原料粉末等を溶媒
中に分散せしめてスラリーを調整し、このスラリーを鋳
込み成形法（常圧成形法、加圧成形法および減圧成形法
を含む）等を使用して、長繊維で成形したプリフォーム
に含浸充填し所定形状の成形体を調製する。上記鋳込み
成形法を使用することにより、最終製品形状に近い、い
わゆるニアネットシェイプの成形体が得られる。
ミックス基繊維複合材料は、例えば下記の工程によって
製造される。すなわち、セラミックス原料粉末等を溶媒
中に分散せしめてスラリーを調整し、このスラリーを鋳
込み成形法（常圧成形法、加圧成形法および減圧成形法
を含む）等を使用して、長繊維で成形したプリフォーム
に含浸充填し所定形状の成形体を調製する。上記鋳込み
成形法を使用することにより、最終製品形状に近い、い
わゆるニアネットシェイプの成形体が得られる。
【００２０】次に、得られた成形体を、窒素ガスやアル
ゴンガス等の不活性ガス雰囲気中または真空中におい
て、反応焼結法により、温度１４００〜２０００℃の範
囲で１〜１０時間程度焼結して複合焼結体とする。
ゴンガス等の不活性ガス雰囲気中または真空中におい
て、反応焼結法により、温度１４００〜２０００℃の範
囲で１〜１０時間程度焼結して複合焼結体とする。
【００２１】さらに詳細に説明すると、ＳｉＣ微粉末と
Ｃとの混合物を上記繊維織物中にスリップキャスト法で
含浸せしめて成形体とした後、１４００〜２０００℃の
温度で溶融Ｓｉを成形体中に含浸させ焼結することによ
り、含浸したＳｉと成形体中のＣとを反応せしめ、二次
的に生成したＳｉＣによって空隙部を埋めて緻密な繊維
強化複合材料を製造する。
Ｃとの混合物を上記繊維織物中にスリップキャスト法で
含浸せしめて成形体とした後、１４００〜２０００℃の
温度で溶融Ｓｉを成形体中に含浸させ焼結することによ
り、含浸したＳｉと成形体中のＣとを反応せしめ、二次
的に生成したＳｉＣによって空隙部を埋めて緻密な繊維
強化複合材料を製造する。
【００２２】上記構成に係るセラミックス基複合材料用
繊維によれば、繊維の表面にマトリックスとの結合力を
弱め、滑りを発現させるすべりコート層が存在し、さら
にその上にコート層とマトリックス層との反応を抑制す
るバリア層が存在しているため、マトリックスと繊維と
が一体化することが防止される。
繊維によれば、繊維の表面にマトリックスとの結合力を
弱め、滑りを発現させるすべりコート層が存在し、さら
にその上にコート層とマトリックス層との反応を抑制す
るバリア層が存在しているため、マトリックスと繊維と
が一体化することが防止される。
【００２３】したがって、マトリックスとセラミックス
繊維とが適度な界面結合力によって結合される。そして
上記表面処理層の介在によってマトリックスとセラミッ
クス繊維との滑り機能が発現し、複合体の破壊エネルギ
が増大する。そして上記滑り機能が部分的に発現され、
破壊靭性値および機械的強度が共に優れた繊維強化複合
材料が得られる。
繊維とが適度な界面結合力によって結合される。そして
上記表面処理層の介在によってマトリックスとセラミッ
クス繊維との滑り機能が発現し、複合体の破壊エネルギ
が増大する。そして上記滑り機能が部分的に発現され、
破壊靭性値および機械的強度が共に優れた繊維強化複合
材料が得られる。
【００２４】また、Ｔａ等の酸化物からなるバリア層を
有機金属系処理溶液を使用形成する場合には、浸漬等に
よって形成できるため、作業が容易に行えると共に、量
産性の向上にも有効なものとなる。
有機金属系処理溶液を使用形成する場合には、浸漬等に
よって形成できるため、作業が容易に行えると共に、量
産性の向上にも有効なものとなる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るセラミックス
基繊維複合材料の実施形態について、具体的に説明す
る。
基繊維複合材料の実施形態について、具体的に説明す
る。
【００２６】第１実施形態 本実施形態では、ＳｉＣ系セラミックスの長繊維（日本
カーボン株式会社製、商品名：ハイニカロン、直径１４
μｍ）を繊維素材として用いた。この長繊維の表面にＢ
ＮをＣＶＤ法により０．４μｍ厚のコーティングを施
し、これによってすべりコート層を形成した。
カーボン株式会社製、商品名：ハイニカロン、直径１４
μｍ）を繊維素材として用いた。この長繊維の表面にＢ
ＮをＣＶＤ法により０．４μｍ厚のコーティングを施
し、これによってすべりコート層を形成した。
【００２７】次に、このクロスをＴａ系有機金属化合物
溶液（有機金属系処理溶液（日本曹達株式会社：商品名
（Ｔａ−７００）：機能性薄膜材料として使われてい
る）に浸漬した後、空気中にて焼成することにより、
０．１μｍ厚のＴａ2 Ｏ5 バリア層を形成した。これを
製織し、平織クロスとした後積層し、多孔質樹脂製成形
型にセットし（Ｖｆ＝２７％）、マトリックス原料スラ
リーを加圧含浸した。
溶液（有機金属系処理溶液（日本曹達株式会社：商品名
（Ｔａ−７００）：機能性薄膜材料として使われてい
る）に浸漬した後、空気中にて焼成することにより、
０．１μｍ厚のＴａ2 Ｏ5 バリア層を形成した。これを
製織し、平織クロスとした後積層し、多孔質樹脂製成形
型にセットし（Ｖｆ＝２７％）、マトリックス原料スラ
リーを加圧含浸した。
【００２８】セラミックス原料スラリーは、中心粒径１
〜３μｍのＳｉＣ粉末７０ｗｔ％、カーボンブラック３
０ｗｔ％を固形分とし、固形分５０ｗｔ％＋純水４７ｗ
ｔ％＋界面活性剤３ｗｔ％を混合したものである。
〜３μｍのＳｉＣ粉末７０ｗｔ％、カーボンブラック３
０ｗｔ％を固形分とし、固形分５０ｗｔ％＋純水４７ｗ
ｔ％＋界面活性剤３ｗｔ％を混合したものである。
【００２９】成形、乾燥後、Ｓｉ（純度９９．９ｗｔ
％）溶融金属の接触下１４３０℃×５ｈｒ真空中加熱
し、マトリックスに反応焼結ＳｉＣを合成、複合材とし
た。
％）溶融金属の接触下１４３０℃×５ｈｒ真空中加熱
し、マトリックスに反応焼結ＳｉＣを合成、複合材とし
た。
【００３０】得られた複合材の密度は２．９ｇ／cm3 で
あった。切り出し試験片の室温３点曲げ強度は、４２０
〜４６０ＭＰａであり、破壊は完全な破断まで一気に至
らない複合材料特有の準安定的な破壊挙動を示した。破
面をＳＥＭ観察したところ、モノフィラメント１本１本
の周辺にも均質にマトリックスが形成され、均質な含浸
焼結が行われていた。また、繊維の引き抜きが顕著に観
察され、すべりコートとしてのＢＮ層も健全であること
が明瞭に確認された。
あった。切り出し試験片の室温３点曲げ強度は、４２０
〜４６０ＭＰａであり、破壊は完全な破断まで一気に至
らない複合材料特有の準安定的な破壊挙動を示した。破
面をＳＥＭ観察したところ、モノフィラメント１本１本
の周辺にも均質にマトリックスが形成され、均質な含浸
焼結が行われていた。また、繊維の引き抜きが顕著に観
察され、すべりコートとしてのＢＮ層も健全であること
が明瞭に確認された。
【００３１】第２実施形態 本実施形態では、ＳｉＣ系セラミックスの長繊維（日本
カーボン株式会社製、商品名：ハイニカロン、直径１４
μｍ）を繊維素材として用いた。この長繊維の表面にＢ
ＮをＣＶＤ法により０．４μｍ厚のコーティングを施
し、これによってすべりコート層を形成した。
カーボン株式会社製、商品名：ハイニカロン、直径１４
μｍ）を繊維素材として用いた。この長繊維の表面にＢ
ＮをＣＶＤ法により０．４μｍ厚のコーティングを施
し、これによってすべりコート層を形成した。
【００３２】次に、このクロスをＮｂ系有機金属化合物
溶液に浸漬した後、空気中にて焼成することにより、
０．２μｍ厚のＮｂ2 Ｏ5 バリア層を形成した。これを
製織し、平織クロスとした後積層し、多孔質樹脂製成形
型にセットし（Ｖｆ＝２７％）、マトリックス原料スラ
リーを加圧含浸した。
溶液に浸漬した後、空気中にて焼成することにより、
０．２μｍ厚のＮｂ2 Ｏ5 バリア層を形成した。これを
製織し、平織クロスとした後積層し、多孔質樹脂製成形
型にセットし（Ｖｆ＝２７％）、マトリックス原料スラ
リーを加圧含浸した。
【００３３】セラミックス原料スラリーは、中心粒径１
〜３μｍのＳｉＣ粉末７０ｗｔ％、カーボンブラック３
０ｗｔ％を固形分とし、固形分５０ｗｔ％＋純水４７ｗ
ｔ％＋界面活性剤３ｗｔ％を混合したものである。
〜３μｍのＳｉＣ粉末７０ｗｔ％、カーボンブラック３
０ｗｔ％を固形分とし、固形分５０ｗｔ％＋純水４７ｗ
ｔ％＋界面活性剤３ｗｔ％を混合したものである。
【００３４】成形、乾燥後、Ｓｉ（純度９９．９ｗｔ
％）溶融金属の接触下１４３０℃×５ｈｒ真空中加熱
し、マトリックスに反応焼結ＳｉＣを合成、複合材とし
た。
％）溶融金属の接触下１４３０℃×５ｈｒ真空中加熱
し、マトリックスに反応焼結ＳｉＣを合成、複合材とし
た。
【００３５】得られた複合材の密度は２．９ｇ／cm3 。
切り出し試験片の室温３点曲げ強度は、４００〜４５０
ＭＰａであり、破壊は完全な破断まで一気に至らない複
合材料特有の準安定的な破壊挙動を示した。破面をＳＥ
Ｍ観察したところ、モノフィラメント１本１本の周辺に
も均質にマトリックスが形成され、均質な含浸焼結が行
われていた。また、繊維の引き抜きが顕著に観察され、
すべりコートとしてのＢＮ層も健全であることが明瞭に
確認された。
切り出し試験片の室温３点曲げ強度は、４００〜４５０
ＭＰａであり、破壊は完全な破断まで一気に至らない複
合材料特有の準安定的な破壊挙動を示した。破面をＳＥ
Ｍ観察したところ、モノフィラメント１本１本の周辺に
も均質にマトリックスが形成され、均質な含浸焼結が行
われていた。また、繊維の引き抜きが顕著に観察され、
すべりコートとしてのＢＮ層も健全であることが明瞭に
確認された。
【００３６】第３実施形態 本実施形態では、ＳｉＣ系セラミックスの長繊維（日本
カーボン株式会社製、商品名：ハイニカロン、直径１４
μｍ）を繊維素材として用いた。この長繊維の表面にＢ
ＮをＣＶＤ法により０．４μｍ厚のコーティングを施
し、これによってすべりコート層を形成した。
カーボン株式会社製、商品名：ハイニカロン、直径１４
μｍ）を繊維素材として用いた。この長繊維の表面にＢ
ＮをＣＶＤ法により０．４μｍ厚のコーティングを施
し、これによってすべりコート層を形成した。
【００３７】次に、このクロスをＴｉ系有機金属化合物
溶液に浸漬した後、空気中にて焼成することにより、
０．２μｍ厚のＴｉＯ2 バリア層を形成した。これを製
織し、平織クロスとした後積層し、多孔質樹脂製成形型
にセットし（Ｖｆ＝２７％）、マトリックス原料スラリ
ーを加圧含浸した。
溶液に浸漬した後、空気中にて焼成することにより、
０．２μｍ厚のＴｉＯ2 バリア層を形成した。これを製
織し、平織クロスとした後積層し、多孔質樹脂製成形型
にセットし（Ｖｆ＝２７％）、マトリックス原料スラリ
ーを加圧含浸した。
【００３８】セラミックス原料スラリーは、中心粒径１
〜３μｍのＳｉＣ粉末７０ｗｔ％、カーボンブラック３
０ｗｔ％を固形分とし、固形分５０ｗｔ％＋純水４７ｗ
ｔ％＋界面活性剤３ｗｔ％を混合したものである。
〜３μｍのＳｉＣ粉末７０ｗｔ％、カーボンブラック３
０ｗｔ％を固形分とし、固形分５０ｗｔ％＋純水４７ｗ
ｔ％＋界面活性剤３ｗｔ％を混合したものである。
【００３９】成形、乾燥後、Ｓｉ（純度９９．９ｗｔ
％）溶融金属の接触下１４３０℃×５ｈｒ真空中加熱
し、マトリックスに反応焼結ＳｉＣを合成、複合材とし
た。
％）溶融金属の接触下１４３０℃×５ｈｒ真空中加熱
し、マトリックスに反応焼結ＳｉＣを合成、複合材とし
た。
【００４０】得られた複合材の密度は２．９ｇ／cm3 で
あった。切り出し試験片の室温３点曲げ強度は、３３０
〜３８０ＭＰａであり、破壊は完全な破断まで一気に至
らない複合材料特有の準安定的な破壊挙動を示した。破
面をＳＥＭ観察したところ、モノフィラメント１本１本
の周辺にも均質にマトリックスが形成され、均質な含浸
焼結が行われていた。また、繊維の引き抜きが顕著に観
察され、すべりコートとしてのＢＮ層も健全であること
が明瞭に確認された。
あった。切り出し試験片の室温３点曲げ強度は、３３０
〜３８０ＭＰａであり、破壊は完全な破断まで一気に至
らない複合材料特有の準安定的な破壊挙動を示した。破
面をＳＥＭ観察したところ、モノフィラメント１本１本
の周辺にも均質にマトリックスが形成され、均質な含浸
焼結が行われていた。また、繊維の引き抜きが顕著に観
察され、すべりコートとしてのＢＮ層も健全であること
が明瞭に確認された。
【００４１】第４実施形態 本実施形態では、ＳｉＣ系セラミックスの長繊維（日本
カーボン株式会社製、商品名：ハイニカロン、直径１４
μｍ）を繊維素材として用いた。この長繊維の表面にＢ
ＮをＣＶＤ法により０．４μｍ厚のコーティングを施
し、これによってすべりコート層を形成した。
カーボン株式会社製、商品名：ハイニカロン、直径１４
μｍ）を繊維素材として用いた。この長繊維の表面にＢ
ＮをＣＶＤ法により０．４μｍ厚のコーティングを施
し、これによってすべりコート層を形成した。
【００４２】次に、このクロスをＺｒ系有機金属化合物
溶液に浸漬した後、空気中にて焼成することにより、
０．２μｍ厚のＺｒＯ2 バリア層を形成した。これを製
織し、平織クロスとした後積層し、多孔質樹脂製成形型
にセットし（Ｖｆ＝２７％）、マトリックス原料スラリ
ーを加圧含浸した。
溶液に浸漬した後、空気中にて焼成することにより、
０．２μｍ厚のＺｒＯ2 バリア層を形成した。これを製
織し、平織クロスとした後積層し、多孔質樹脂製成形型
にセットし（Ｖｆ＝２７％）、マトリックス原料スラリ
ーを加圧含浸した。
【００４３】セラミックス原料スラリーは、中心粒径１
〜３μｍのＳｉＣ粉末７０ｗｔ％、カーボンブラック３
０ｗｔ％を固形分とし、固形分５０ｗｔ％＋純水４７ｗ
ｔ％＋界面活性剤３ｗｔ％を混合したものである。
〜３μｍのＳｉＣ粉末７０ｗｔ％、カーボンブラック３
０ｗｔ％を固形分とし、固形分５０ｗｔ％＋純水４７ｗ
ｔ％＋界面活性剤３ｗｔ％を混合したものである。
【００４４】成形、乾燥後、Ｓｉ（純度９９．９ｗｔ
％）溶融金属の接触下１４３０℃×５ｈｒ真空中加熱
し、マトリックスに反応焼結ＳｉＣを合成、複合材とし
た。
％）溶融金属の接触下１４３０℃×５ｈｒ真空中加熱
し、マトリックスに反応焼結ＳｉＣを合成、複合材とし
た。
【００４５】得られた複合材の密度は２．９ｇ／cm3 で
あった。切り出し試験片の室温３点曲げ強度は、３２０
〜３６０ＭＰａであり、破壊は完全な破断まで一気に至
らない複合材料特有の準安定的な破壊挙動を示した。破
面をＳＥＭ観察したところ、モノフィラメント１本１本
の周辺にも均質にマトリックスが形成され、均質な含浸
焼結が行われていた。また、繊維の引き抜きが顕著に観
察され、すべりコートとしてのＢＮ層も健全であること
が明瞭に確認された。
あった。切り出し試験片の室温３点曲げ強度は、３２０
〜３６０ＭＰａであり、破壊は完全な破断まで一気に至
らない複合材料特有の準安定的な破壊挙動を示した。破
面をＳＥＭ観察したところ、モノフィラメント１本１本
の周辺にも均質にマトリックスが形成され、均質な含浸
焼結が行われていた。また、繊維の引き抜きが顕著に観
察され、すべりコートとしてのＢＮ層も健全であること
が明瞭に確認された。
【００４６】第５実施形態 本実施形態では、ＳｉＣ系セラミックスの長繊維（日本
カーボン株式会社製、商品名：ハイニカロン、直径１４
μｍ）を繊維素材として用いた。この長繊維の表面にＢ
ＮをＣＶＤ法により０．４μｍ厚のコーティングを施
し、これによってすべりコート層を形成した。
カーボン株式会社製、商品名：ハイニカロン、直径１４
μｍ）を繊維素材として用いた。この長繊維の表面にＢ
ＮをＣＶＤ法により０．４μｍ厚のコーティングを施
し、これによってすべりコート層を形成した。
【００４７】次に、このクロスをＨｆ系有機金属化合物
溶液に浸漬した後、空気中にて焼成することにより、
０．２μｍ厚のＨｆＯ2 バリア層を形成した。これを製
織し、平織クロスとした後積層し、多孔質樹脂製成形型
にセットし（Ｖｆ＝２７％）、マトリックス原料スラリ
ーを加圧含浸した。
溶液に浸漬した後、空気中にて焼成することにより、
０．２μｍ厚のＨｆＯ2 バリア層を形成した。これを製
織し、平織クロスとした後積層し、多孔質樹脂製成形型
にセットし（Ｖｆ＝２７％）、マトリックス原料スラリ
ーを加圧含浸した。
【００４８】セラミックス原料スラリーは、中心粒径１
〜３μｍのＳｉＣ粉末７０ｗｔ％、カーボンブラック３
０ｗｔ％を固形分とし、固形分５０ｗｔ％＋純水４７ｗ
ｔ％＋界面活性剤３ｗｔ％を混合したものである。
〜３μｍのＳｉＣ粉末７０ｗｔ％、カーボンブラック３
０ｗｔ％を固形分とし、固形分５０ｗｔ％＋純水４７ｗ
ｔ％＋界面活性剤３ｗｔ％を混合したものである。
【００４９】成形、乾燥後、Ｓｉ（純度９９．９ｗｔ
％）溶融金属の接触下１４３０℃×５ｈｒ真空中加熱
し、マトリックスに反応焼結ＳｉＣを合成、複合材とし
た。
％）溶融金属の接触下１４３０℃×５ｈｒ真空中加熱
し、マトリックスに反応焼結ＳｉＣを合成、複合材とし
た。
【００５０】得られた複合材の密度は２．９ｇ／cm3 で
あった。切り出し試験片の室温３点曲げ強度は、３３０
〜３９０ＭＰａであり、破壊は完全な破断まで一気に至
らない複合材料特有の準安定的な破壊挙動を示した。破
面をＳＥＭ観察したところ、モノフィラメント１本１本
の周辺にも均質にマトリックスが形成され、均質な含浸
焼結が行われていた。また、繊維の引き抜きが顕著に観
察され、すべりコートとしてのＢＮ層も健全であること
が明瞭に確認された。
あった。切り出し試験片の室温３点曲げ強度は、３３０
〜３９０ＭＰａであり、破壊は完全な破断まで一気に至
らない複合材料特有の準安定的な破壊挙動を示した。破
面をＳＥＭ観察したところ、モノフィラメント１本１本
の周辺にも均質にマトリックスが形成され、均質な含浸
焼結が行われていた。また、繊維の引き抜きが顕著に観
察され、すべりコートとしてのＢＮ層も健全であること
が明瞭に確認された。
【００５１】他の実施形態 なお、繊維を上述した酸化物以外のＴａ，Ｎｂ，Ｔｉ，
Ｚｒ、またはＨｆの中から選ばれる少なくとも一つの元
素の化合物から成るバリア層を同様に形成した結果、前
記実施形態１〜５と略同等の効果が得られた。
Ｚｒ、またはＨｆの中から選ばれる少なくとも一つの元
素の化合物から成るバリア層を同様に形成した結果、前
記実施形態１〜５と略同等の効果が得られた。
【００５２】比較例１ 第１実施形態と同様の繊維について、バリア層をコーテ
ィングせず、ＢＮの単層コートとした以外は、全く同様
の方法により、複合材料を作成した。
ィングせず、ＢＮの単層コートとした以外は、全く同様
の方法により、複合材料を作成した。
【００５３】この結果、３点曲げ強度試験の結果は、破
壊は一気に至るものではないものの、反応抑制のための
バリアをコーティングした前記実施形態の場合と比較し
て、より脆性的な破壊挙動を示した。試験後のテストピ
ース破面を観察したところ、部分的にＢＮコート層が溶
融Ｓｉと反応して消失し、繊維とマトリックスとが一体
化した箇所が認められた。
壊は一気に至るものではないものの、反応抑制のための
バリアをコーティングした前記実施形態の場合と比較し
て、より脆性的な破壊挙動を示した。試験後のテストピ
ース破面を観察したところ、部分的にＢＮコート層が溶
融Ｓｉと反応して消失し、繊維とマトリックスとが一体
化した箇所が認められた。
【００５４】比較例２ 第１実施形態と同様の繊維について、バリア層をコーテ
ィングせず、カーボンの単層コートとした以外は、全く
同様の方法により、複合材料を作成した。
ィングせず、カーボンの単層コートとした以外は、全く
同様の方法により、複合材料を作成した。
【００５５】この結果、３点曲げ強度試験の結果は、破
壊は一気に至るものではないものの、反応抑制のための
バリア層をコーティングした前記実施形態の場合と比較
して、より脆性的な破壊挙動を示した。試験後のテスト
ピース破面を観察したところ、部分的にカーボンコート
層が、溶融Ｓｉと反応して消失し、繊維とマトリックス
とが一体化した箇所が認められた。
壊は一気に至るものではないものの、反応抑制のための
バリア層をコーティングした前記実施形態の場合と比較
して、より脆性的な破壊挙動を示した。試験後のテスト
ピース破面を観察したところ、部分的にカーボンコート
層が、溶融Ｓｉと反応して消失し、繊維とマトリックス
とが一体化した箇所が認められた。
【００５６】
【発明の効果】以上のように、本発明に係るセラミック
ス基繊維複合材料によれば、繊維の表面にマトリックス
との結合力を弱め、滑りを発現させるすべりコート層が
存在し、さらにその上にコート層とマトリックスとの反
応を抑制するＴａ等の化合物、特に酸化物層がバリア層
として存在しているため、マトリックスと繊維とが一体
化することが防止される。したがって、破壊靭性値、お
よび機械的強度が共に優れた複合材料が得られる。
ス基繊維複合材料によれば、繊維の表面にマトリックス
との結合力を弱め、滑りを発現させるすべりコート層が
存在し、さらにその上にコート層とマトリックスとの反
応を抑制するＴａ等の化合物、特に酸化物層がバリア層
として存在しているため、マトリックスと繊維とが一体
化することが防止される。したがって、破壊靭性値、お
よび機械的強度が共に優れた複合材料が得られる。
【００５７】また、Ｔａ等の酸化物からなるバリア層は
有機金属系処理溶液を使用して、浸漬等によって形成で
きるため、作業が容易に行えると共に、量産性の向上に
も有効なものとなる。
有機金属系処理溶液を使用して、浸漬等によって形成で
きるため、作業が容易に行えると共に、量産性の向上に
も有効なものとなる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早川 義則 神奈川県川崎市川崎区日進町７番地１ 東 芝電子エンジニアリング株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 反応焼結によって形成されたＳｉＣを主
相とするセラミックスのマトリックス中にセラミックス
の繊維が複合化され、この繊維の表面に、前記マトリッ
クスとの結合力を低下させるすべりコート層およびこの
すべりコート層の外側を被覆してＳｉとの反応を抑制す
るバリア層がダブルコーティングとして存在するセラミ
ックス基繊維複合材料であって、前記すべりコート層は
実質的にＣまたはＢＮからなるとともに、前記バリア層
は実質的にＴａ、Ｎｂ、Ｔｉ、ＺｒまたはＨｆの中から
選ばれる少なくとも一つの元素の化合物からなることを
特徴とするセラミックス基繊維複合材料。 - 【請求項２】 請求項１記載のセラミックス基繊維複合
材料において、バリア層を構成する化合物はＴａ
2 Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 またはＨｆＯ
2 からなる酸化物であることを特徴とするセラミックス
基繊維複合材料。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8077796A JPH09268063A (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | セラミックス基繊維複合材料 |
| US08/827,248 US5955391A (en) | 1996-03-29 | 1997-03-28 | Ceramic matrix composite and method of manufacturing the same |
| EP97105371A EP0798281B1 (en) | 1996-03-29 | 1997-04-01 | Ceramic matrix composite and method of manufacturing the same |
| DE69702677T DE69702677T2 (de) | 1996-03-29 | 1997-04-01 | Keramikmatrix-Verbundwerkstoff und Verfahren zur Herstellung desselben |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8077796A JPH09268063A (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | セラミックス基繊維複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09268063A true JPH09268063A (ja) | 1997-10-14 |
Family
ID=13643968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8077796A Pending JPH09268063A (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | セラミックス基繊維複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09268063A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001064783A (ja) * | 1999-06-21 | 2001-03-13 | General Electric Co <Ge> | セラミック超合金物品 |
-
1996
- 1996-03-29 JP JP8077796A patent/JPH09268063A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001064783A (ja) * | 1999-06-21 | 2001-03-13 | General Electric Co <Ge> | セラミック超合金物品 |
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