JPH09286672A - Ceramic composite material - Google Patents

Ceramic composite material

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JPH09286672A
JPH09286672A JP8105827A JP10582796A JPH09286672A JP H09286672 A JPH09286672 A JP H09286672A JP 8105827 A JP8105827 A JP 8105827A JP 10582796 A JP10582796 A JP 10582796A JP H09286672 A JPH09286672 A JP H09286672A
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fiber
stepwise
continuously
amorphous
composite material
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泰広 塩路
Mitsuhiko Sato
光彦 佐藤
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SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENEREETA KENKYUSHO KK
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SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENE
SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENEREETA KENKYUSHO KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a ceramic composite material less liable to the deterioration of mechanical characteristics at the time of practical use at a high temp. even in an environment in which oxygen and steam exist, e.g. in the air. SOLUTION: Plural inorg. fibers each having a surface layer positioned on the surface of the fiber body and different from the fiber body in structure are mixed with ceramics to obtain the objective ceramic composite material consisting of the inorg. fibers and a matrix made of the ceramics positioned around the fibers and having self-restorable interfacial layers formed between the fibers and the matrix by the reaction of the surface layers with the ceramics.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス複合
材料に関し、更に詳しくは、耐熱性、耐蝕性及び機械的
特性に優れたセラミックス複合材料に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic composite material, and more particularly to a ceramic composite material having excellent heat resistance, corrosion resistance and mechanical properties.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、宇宙・航空分野等に用いる材料として、耐熱性、機
械的特性に優れた材料が種々開発されており、その代表
的なものとしてセラミックス複合材料等が提案されてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, various materials having excellent heat resistance and mechanical properties have been developed as materials used in the fields of space and aviation, etc. Composite materials have been proposed.

【0003】特に近年においては、上記セラミックス複
合材料に対して、力学的強度及び破壊靱性等の物性に優
れることが要求されており、かかる物性を要求されてい
るレベルとするために、繊維とマトリックスとの間に界
面層を形成することが重要となっている。即ち、繊維と
マトリックスとの間に、繊維とマトリックスの結合強
度、繊維とマトリックスとの熱物性の違い及び弾性率等
の違いを調整するために、界面層を形成させることが必
要であることが提言されている〔“Acta metall., Vol.
34,No.12, p.2435 (1986). ”,“Ceramic Bulletin, V
ol.68, No.2, p.395 (1989). ”,“Ceramic Bulletin,
Vol.68, No.2, p.429 (1989). ”,“J. Am. Ceram. S
oc., Vol.73, No.6, p.1691 (1990).”,“Composites,
Vol.21, No.4, p.305 (1990). ”〕。
In particular, in recent years, it has been required for the above ceramic composite materials to have excellent physical properties such as mechanical strength and fracture toughness, and in order to bring such physical properties to the required levels, fibers and a matrix are required. It is important to form an interfacial layer between and. That is, it is necessary to form an interface layer between the fiber and the matrix in order to adjust the bond strength between the fiber and the matrix, the difference in the thermophysical properties between the fiber and the matrix, and the difference in elastic modulus. Proposed [“Acta metall., Vol.
34, No.12, p.2435 (1986). ”,“ Ceramic Bulletin, V
ol.68, No.2, p.395 (1989). ”,“ Ceramic Bulletin,
Vol.68, No.2, p.429 (1989). ”,“ J. Am. Ceram. S
oc., Vol.73, No.6, p.1691 (1990). ”,“ Composites,
Vol.21, No.4, p.305 (1990). ”].

【0004】従来、上記界面層としては、炭素界面層あ
るいは窒化ホウ素界面層が提案されており、化学気相析
出法により炭素あるいは窒化ホウ素を被覆したSi−C
繊維〔「ハイニカロン」登録商標、日本カーボン(株)
製〕、Si−C−O繊維〔「ニカロン」登録商標、日本
カーボン(株)製〕、SiC繊維〔「SCS繊維」登録
商標、米国テキストロン社製〕あるいは、繊維最表面に
炭素層を持つSi−Ti−C−O繊維〔「チラノ繊維
(TM−S5、TY−F1)」登録商標、宇部興産
(株)製〕を無機繊維として使用することにより、セラ
ミックス複合材料中の繊維とマトリックスとの間に形成
させている。そして、上記炭素界面層及び上記窒化ホウ
素界面層は、酸素及び水蒸気のない雰囲気中では高温で
の無機繊維とマトリックスとの反応を抑制するので、該
炭素界面層及び窒化ホウ素層を有する上記複合材料は室
温から比較的高温にいたるまでの温度範囲で優れた機械
的特性を示すことが知られている〔“Ceram. Eng. Sc
i., Proc., Vol.5, (7-8), p.513 (1984).”,“Glasse
s and Glass-Ceramics;M.H.Lewis, Ed.; Chapman and H
all: London, 1989; p.336.”,“Proc. 4th Int. Symp
o. Ultra-high Temp. Mater. '94 in Tajimi, Nov.30-D
ec.1, Tajimi (1994), p.86. ”〕。
Conventionally, a carbon interface layer or a boron nitride interface layer has been proposed as the interface layer, and Si or C coated with carbon or boron nitride by a chemical vapor deposition method.
Fiber [registered trademark of "Hynicalon", Nippon Carbon Co., Ltd.
Manufactured], Si-C-O fiber [registered trademark of "Nicalon", manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.], SiC fiber [registered trademark of "SCS fiber" manufactured by Textron, Inc. of the United States], or has a carbon layer on the outermost surface of the fiber. By using Si-Ti-C-O fiber ["Tyranno fiber (TM-S5, TY-F1)" registered trademark, manufactured by Ube Industries, Ltd.] as the inorganic fiber, the fibers and matrix in the ceramic composite material are formed. Are formed between. The carbon interface layer and the boron nitride interface layer suppress the reaction between the inorganic fiber and the matrix at a high temperature in an atmosphere free of oxygen and water vapor, and thus the composite material having the carbon interface layer and the boron nitride layer. Is known to exhibit excellent mechanical properties in the temperature range from room temperature to relatively high temperatures [“Ceram. Eng. Sc.
i., Proc., Vol.5, (7-8), p.513 (1984). ”,“ Glasse
s and Glass-Ceramics; MH Lewis, Ed .; Chapman and H
all: London, 1989; p.336. ”,“ Proc. 4th Int. Symp
o. Ultra-high Temp. Mater. '94 in Tajimi, Nov.30-D
ec.1, Tajimi (1994), p.86. ”].

【0005】しかしながら、上記炭素界面層を形成する
炭素は600℃以上で酸素と反応し〔理化学事典、岩波
書店発行〕、また上記窒化ホウ素界面層を形成する窒化
ホウ素は900℃以上で酸素と反応し〔アドバンスト・
セラミックスの新展開、東レリサーチセンター発行〕、
更に水蒸気の存在下ではこれら以下の温度でそれぞれ容
易に分解する〔化学大事典、共立出版発行〕。そのた
め、大気のような酸素及び水蒸気が存在する環境下で
は、高温での実使用時に炭素又は窒化ホウ素の酸化ある
いは分解により、炭素界面層あるいは窒化ホウ素界面層
が破壊され、その結果、複合材料の機械的特性が損なわ
れる(経時的に劣化する)という問題点を有している
〔“Glasses and Glass-Ceramics; M.H.Lewis, Ed.; Ch
apman and Hall: London, 1989; p.336.”,“Proc. 4t
h Int. Sympo. Ultra-high Temp. Mater. '94 in Tajim
i; Nov.30-Dec.1, Tajimi (1994), p.86. ”,“Proc.
1993 Powder Metallurgy World Congress; Y.Bando and
K.Kosuge, Eds.; July, 12-15,Kyoto (1993), p.86.
”,“Scripta Metallurgica et Materialia, Vol.31,
No.8, p.959 (1994). ”〕。
However, the carbon forming the carbon interface layer reacts with oxygen at 600 ° C. or higher [Encyclopedia of Science and Chemistry, published by Iwanami Shoten], and the boron nitride forming the boron nitride interface layer reacts with oxygen at 900 ° C. or higher. Shi (Advanced
New development of ceramics, issued by Toray Research Center],
Further, in the presence of water vapor, they are easily decomposed at the temperatures below these [Chemical Encyclopedia, published by Kyoritsu Shuppan]. Therefore, in an environment such as the atmosphere where oxygen and water vapor exist, the carbon interface layer or the boron nitride interface layer is destroyed by the oxidation or decomposition of carbon or boron nitride during actual use at high temperature, and as a result, the composite material It has a problem that mechanical properties are impaired (deteriorated with time) [“Glasses and Glass-Ceramics; MHLewis, Ed .; Ch
apman and Hall: London, 1989; p.336. ”,“ Proc. 4t
h Int. Sympo. Ultra-high Temp. Mater. '94 in Tajim
i; Nov.30-Dec.1, Tajimi (1994), p.86. ”,“ Proc.
1993 Powder Metallurgy World Congress; Y. Bando and
K. Kosuge, Eds .; July, 12-15, Kyoto (1993), p.86.
”、“ Scripta Metallurgica et Materialia, Vol.31,
No.8, p.959 (1994). ”].

【0006】従って、本発明の目的は、大気中のよう
に、酸素及び水蒸気が存在する環境下においても、高温
での実使用時に、機械的特性の低下が少ないセラミック
ス複合材料を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a ceramics composite material which is less likely to deteriorate in mechanical properties during actual use at high temperature even in an environment where oxygen and water vapor exist, such as in the atmosphere. is there.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の問
題を解決するために種々研究した結果、繊維とマトリッ
クスとの間に自己修復性を持つ界面層を形成してなるセ
ラミックス複合材料が、上記目的を達成しうることを知
見した。
As a result of various studies to solve the above problems, the present inventors have made a ceramic composite material in which an interfacial layer having self-repairing property is formed between a fiber and a matrix. However, it has been found that the above-mentioned object can be achieved.

【0008】本発明は、上記知見に基づいてなされたも
のであり、繊維本体と、該繊維本体の表面に位置し、該
繊維本体とは構造が異なる表面層とを有する複数の無機
繊維、及びセラミックスにより形成されており、上記無
機繊維からなる繊維部分、上記セラミックスからなり、
該繊維部分の周囲に位置するマトリックス部分、及び上
記表面層と上記セラミックスとが反応して上記繊維部分
と上記マトリックス部分との間に形成された、自己修復
性を有する界面層を具備することを特徴とするセラミッ
クス複合材料を提供するものである。
The present invention has been made based on the above findings, and a plurality of inorganic fibers having a fiber body and a surface layer located on the surface of the fiber body and having a structure different from that of the fiber body, and It is made of ceramics, the fiber portion made of the inorganic fiber, made of the ceramics,
A self-healing interface layer formed between the fiber portion and the matrix portion by reacting the surface layer with the ceramics, and a matrix portion around the fiber portion; A characteristic ceramic composite material is provided.

【0009】また、本発明は、上記界面層は、その厚さ
が3nm以上であり、(g)実質的にSiと、Ti及び
/又はZrと、CとOとからなる非晶質、(h)上記非
晶質並びに1000nm以下のβ−SiCと、TiC及
び/又はZrCと、Cとの結晶質の集合体、若しくは
(i)上記結晶質:並びにその近傍に存在するSiOx
と、TiOx及び/又はZrOx(0<x≦2)とから
なる非晶質の混合系であり、且つその平均の元素組成
は、Siが0.5〜50wt%、Ti及び/又はZrが
0.05〜20wt%、Cが30〜99.0wt%、O
が0.001〜40wt%である上記セラミックス複合
材料を提供するものである。
Further, in the present invention, the interface layer has a thickness of 3 nm or more, and (g) is an amorphous material consisting essentially of Si, Ti and / or Zr, and C and O. h) a crystalline aggregate of the above amorphous and β-SiC of 1000 nm or less, TiC and / or ZrC, and (i) the above crystalline: and SiOx existing in the vicinity thereof
And TiOx and / or ZrOx (0 <x ≦ 2), and the average elemental composition thereof is 0.5 to 50 wt% for Si and 0 for Ti and / or Zr. .05 to 20 wt%, C is 30 to 99.0 wt%, O
The above ceramic composite material is 0.001 to 40 wt%.

【0010】また、本発明は、上記界面層は、その厚さ
が3nm以上であり、(j)実質的にSiと、Cと、O
とからなる非晶質、(k)上記非晶質並びに1000n
m以下のβ−SiCの結晶質、(l)上記非晶質及び上
記結晶質、若しくは(m)上記非晶質及び/又は上記結
晶質と、炭素の凝集体との混合系であり、且つその平均
組成は、Siが0.1〜75wt%、Cが25〜99.
5wt%、Oが0.001〜30wt%である上記セラ
ミックス複合材料を提供するものである。
According to the present invention, the interface layer has a thickness of 3 nm or more, and (j) is substantially Si, C, and O.
And (n) the above amorphous and 1000n
m or less β-SiC crystalline, (l) the amorphous and crystalline, or (m) the amorphous and / or crystalline and a mixed system of carbon aggregates, and The average composition of Si is 0.1 to 75 wt% and C is 25 to 99.
The present invention provides the above ceramic composite material containing 5 wt% and O of 0.001 to 30 wt%.

【0011】また、本発明は、上記繊維本体の構造は、
下記構造であり、上記表面層の構造は、下記構造(A)
又は(B) である上記セラミックス複合材料を提供するも
のである。。
According to the present invention, the structure of the fiber body is
The following structure, the structure of the surface layer is the following structure (A)
Alternatively, the above ceramic composite material which is (B) is provided. .

【0012】構造; (a)実質的にSiと、Ti及び/又はZrと、CとO
とからなる非晶質、(b)上記非晶質並びに1000n
m以下のβ−SiCと、TiC及び/又はZrCとの結
晶質の集合体、若しくは(c)上記結晶質並びにその近
傍に存在するSiOxと、TiOx及び/又はZrOx
(0<x≦2)とからなる非晶質の混合系であり、且つ
その平均の元素組成は、Siが30〜80wt%、Ti
及び/又はZrが0.05〜8wt%、Cが15〜69
wt%、Oが0.01〜20.0wt%である構造。
Structure: (a) Substantially Si, Ti and / or Zr, C and O
And (b) the above amorphous and 1000n
A crystalline aggregate of β-SiC of m or less and TiC and / or ZrC, or (c) SiOx existing in the above crystalline and its vicinity, TiOx and / or ZrOx.
(0 <x ≦ 2), which is an amorphous mixed system and has an average elemental composition of 30 to 80 wt% Si and Ti.
And / or Zr is 0.05 to 8 wt% and C is 15 to 69.
A structure in which wt% and O are 0.01 to 20.0 wt%.

【0013】構造(A) ;Siが0.5〜20wt%から
無機繊維の平均組成値まで連続的あるいは段階的に変化
し、Cが80〜99.5wt%から無機繊維の平均組成
値まで連続的あるいは段階的に変化し、Oが0〜19.
5wt%から無機繊維の平均組成値まで連続的あるいは
段階的に変化すると共に、Ti及び/又はZrを0〜1
0wt%含有する構造。
Structure (A): Si continuously or stepwise changes from 0.5 to 20 wt% to the average composition value of the inorganic fiber, and C continuously from 80 to 99.5 wt% to the average composition value of the inorganic fiber. Change from 0 to 19.
It changes continuously or stepwise from 5 wt% to the average composition value of the inorganic fiber, and Ti and / or Zr is 0 to 1
Structure containing 0 wt%.

【0014】構造(B) ;Siが20〜80wt%から0
〜60wt%まで連続的あるいは段階的に変化し、Cが
0〜50wt%から40〜100wt%まで連続的ある
いは段階的に変化し、Oが2〜80wt%から0〜45
wt%まで連続的あるいは段階的に変化すると共に、T
i及び/又はZrを0〜10wt%含有する構造を最外
層として有し、且つSiが0〜60wt%から無機繊維
の平均組成値まで連続的あるいは段階的に変化し、Cが
40〜100wt%から無機繊維の平均組成値まで連続
的あるいは段階的に変化し、Oが0〜45wt%から無
機繊維の平均組成値まで連続的あるいは段階的に変化す
ると共に、Ti及び/又はZrを0〜10wt%含有す
る構造を第2層として有する構造。
Structure (B): Si from 20 to 80 wt% to 0
To 60 wt% continuously or stepwise, C changes from 0 to 50 wt% to 40 to 100 wt% continuously or stepwise, and O changes from 2 to 80 wt% to 0 to 45
It changes continuously or stepwise up to wt%, and T
It has a structure containing 0 to 10 wt% of i and / or Zr as the outermost layer, and Si continuously or stepwise changes from 0 to 60 wt% to the average composition value of the inorganic fiber, and C is 40 to 100 wt%. From 0 to 45 wt% and the average composition value of the inorganic fiber is continuously or stepwise changed from 0 to 45 wt% to the average composition value of the inorganic fiber, and Ti and / or Zr is 0 to 10 wt%. % Structure containing as a second layer.

【0015】また、本発明は、上記繊維本体の構造は、
下記構造であり、上記表面層の構造は、下記構造(C)
又は(D) である上記セラミックス複合材料を提供するも
のである。。
In the present invention, the structure of the fiber body is
The following structure, the structure of the surface layer is the following structure (C)
Alternatively, the above ceramic composite material of (D) is provided. .

【0016】構造; (d)実質的にSiと、Cと、Oからなる非晶質、
(e)1000nm以下のβ−SiCの結晶質集合体
と、非晶質SiO2 及び/又は実質的にSiと、Cと、
Oからなる非晶質との集合体、若しくは(f)上記非晶
質及び/又は上記集合体と、炭素の凝集体との混合系で
あり、且つその平均の元素組成は、Siが30〜80w
t%、Cが10〜65wt%、Oが0.01〜25wt
%、Hが2wt%以下である構造。
Structure: (d) An amorphous material consisting essentially of Si, C, and O,
(E) a crystalline aggregate of β-SiC of 1000 nm or less, amorphous SiO 2 and / or substantially Si, and C,
O is an aggregate with an amorphous material, or (f) is a mixed system of the above-mentioned amorphous material and / or the above aggregate, and an aggregate of carbon, and the average elemental composition thereof is that Si is 30 to 30%. 80w
t%, C 10 to 65 wt%, O 0.01 to 25 wt
%, H is 2 wt% or less.

【0017】構造(C) ;Siが0.5〜20wt%から
無機繊維の平均組成値まで連続的あるいは段階的に変化
し、Cが75〜99wt%から無機繊維の平均組成値ま
で連続的あるいは段階的に変化し、Oが0〜24.5w
t%から無機繊維の平均組成値まで連続的あるいは段階
的に変化する構造。
Structure (C): Si continuously or stepwise changes from 0.5 to 20 wt% to the average composition value of the inorganic fiber, and C continuously or from 75 to 99 wt% to the average composition value of the inorganic fiber. It changes in stages and O is 0-24.5w
A structure that continuously or stepwise changes from t% to the average composition value of the inorganic fiber.

【0018】構造(D) ;Siが20〜80wt%から0
〜55wt%まで連続的あるいは段階的に変化し、Cが
0〜55wt%から45〜100wt%まで連続的ある
いは段階的に変化し、Oが2〜80wt%から0〜2
4.5wt%まで連続的あるいは段階的に変化する構造
を最外層として有し、且つSiが0〜55wt%から無
機繊維の平均組成値まで連続的あるいは段階的に変化
し、Cが45〜100wt%から無機繊維の平均組成値
まで連続的あるいは段階的に変化し、Oが0〜24.5
wt%から無機繊維の平均組成値まで連続的あるいは段
階的に変化する構造を第2層として有する構造。
Structure (D): Si 20 to 80 wt% to 0
To 55 wt% continuously or stepwise, C continuously changes from 0 to 55 wt% to 45 to 100 wt% continuously or stepwise, and O changes from 2 to 80 wt% to 0 to 2
The outermost layer has a structure that continuously or stepwise changes up to 4.5 wt%, and Si changes continuously or stepwise from 0 to 55 wt% to the average composition value of the inorganic fiber, and C is 45 to 100 wt. % To the average composition value of the inorganic fiber continuously or stepwise, and O is 0 to 24.5.
A structure having as a second layer a structure that continuously or stepwise changes from wt% to the average composition value of the inorganic fiber.

【0019】また、本発明は、上記表面層の厚さが、1
0nm以上である上記セラミックス複合材料を提供する
ものである。
In the present invention, the surface layer has a thickness of 1
The above ceramic composite material having a thickness of 0 nm or more is provided.

【0020】また、本発明は、上記セラミックスが、炭
化物、窒化物、ホウ化物、ケイ化物及び酸化物からなる
群より選択される1種以上である上記セラミックス複合
材料を提供するものである。
The present invention also provides the above-mentioned ceramic composite material, wherein the above-mentioned ceramic is one or more selected from the group consisting of carbide, nitride, boride, silicide and oxide.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明のセラミックス複合
材料について更に詳細に説明する。本発明のセラミック
ス複合材料は、繊維本体と、該繊維本体の表面に位置
し、該繊維本体とは構造が異なる表面層とを有する複数
の無機繊維、及びセラミックスにより形成されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The ceramic composite material of the present invention will be described in more detail below. The ceramic composite material of the present invention is formed of a plurality of inorganic fibers having a fiber body and a surface layer located on the surface of the fiber body and having a different structure from the fiber body, and ceramics.

【0022】尚、本発明において、上記「表面層」と
は、繊維(原材料としての繊維)の表面に公知の物理的
あるいは化学的な手法により膜を被覆して形成された被
覆膜、及び該繊維を処理して表面部分の構造を繊維本体
の構造から変えて、内部構造(繊維本体の構造)とは異
なる構造を繊維の表面部分に形成させた場合の該表面部
分の両者を含む。
In the present invention, the above-mentioned "surface layer" means a coating film formed by coating the surface of a fiber (fiber as a raw material) with a film by a known physical or chemical method, and It includes both of the surface portion when the fiber is treated to change the structure of the surface portion from the structure of the fiber body to form a structure different from the internal structure (structure of the fiber body) on the surface portion of the fiber.

【0023】本発明において上記無機繊維の原材料とし
て用いられる上記繊維としては、下記構造を有する繊
維又は下記構造を有する繊維等が好ましく用いられ
る。即ち、上述の如く、該繊維の構造は上記無機繊維に
措ける繊維本体の構造と同じであるので、下記構造及
びは、上記繊維本体の具体例でもある。 構造; (a)実質的にSiと、Ti及び/又はZrと、CとO
とからなる非晶質、(b)上記非晶質並びに1000n
m以下のβ−SiCと、TiC及び/又はZrCとの結
晶質の集合体、若しくは(c)上記結晶質、並びにその
近傍に存在するSiOxと、TiOx及び/又はZrO
x(0<x≦2)とからなる非晶質の混合系であり、且
つその平均の元素組成は、Siが30〜80wt%、T
i及び/又はZrが0.05〜8wt%、Cが15〜6
9wt%、Oが0.01〜20.0wt%である構造。
In the present invention, as the above-mentioned fiber used as a raw material for the above-mentioned inorganic fiber, a fiber having the following structure or a fiber having the following structure is preferably used. That is, as described above, since the structure of the fiber is the same as the structure of the fiber main body in the inorganic fiber, the following structures and are also specific examples of the fiber main body. Structure; (a) Substantially Si, Ti and / or Zr, C and O
And (b) the above amorphous and 1000n
A crystalline aggregate of β-SiC of m or less and TiC and / or ZrC, or (c) the above crystalline, and SiOx existing in the vicinity thereof, TiOx and / or ZrO.
x (0 <x ≦ 2), which is an amorphous mixed system, and has an average elemental composition of 30 to 80 wt% Si and T
i and / or Zr is 0.05 to 8 wt% and C is 15 to 6
9 wt%, O is 0.01-20.0 wt% structure.

【0024】構造; (d)実質的にSiと、Cと、Oとからなる非晶質、
(e)1000nm以下のβ−SiCの結晶質集合体並
びに、非晶質SiO2 及び/又は実質的にSiと、C
と、Oとからなる非晶質との集合体、若しくは(f)上
記非晶質及び/又は上記集合体と、炭素の凝集体との混
合系であり、且つその平均の元素組成は、Siが30〜
80wt%、Cが10〜65wt%、Oが0.01〜2
5wt%、Hが2wt%以下、好ましくは0〜0.5w
t%である構造。
Structure: (d) An amorphous material consisting essentially of Si, C, and O,
(E) a crystalline aggregate of β-SiC of 1000 nm or less, amorphous SiO 2 and / or substantially Si, and C
And an amorphous aggregate of O, or (f) a mixed system of the above amorphous and / or aggregate and a carbon aggregate, and the average elemental composition of which is Si. Is 30 ~
80 wt%, C 10-65 wt%, O 0.01-2
5 wt%, H is 2 wt% or less, preferably 0 to 0.5 w
Structure that is t%.

【0025】ここで、上記構造の上記(c)における
「その近傍」とは、好ましくは結晶質粒子からの距離が
100nm以下の領域である。
Here, the "vicinity thereof" in the above-mentioned structure (c) is preferably a region where the distance from the crystalline particles is 100 nm or less.

【0026】上記繊維としては、宇部興産(株)から
「チラノ繊維」(登録商標)として市販されているSi
−Ti又はZr−C−Oからなる無機繊維、あるいは日
本カーボン(株)から「ニカロン」(登録商標)あるい
は「ハイニカロン」(登録商標)として市販されている
Si−C−Oからなる無機繊維等の市販品を用いること
もできる。
As the above fiber, Si which is commercially available from Ube Industries, Ltd. as "Tyranno fiber" (registered trademark)
-Ti or Zr-C-O inorganic fiber, or Si-C-O inorganic fiber commercially available as "Nicalon" (registered trademark) or "Hinicalon" (registered trademark) from Nippon Carbon Co., Ltd. It is also possible to use a commercially available product.

【0027】また、上記無機繊維において、上記繊維本
体の表面(周方向表面及び端部表面の両方を含む)に形
成される上記表面層は、上述の如く、原材料としての上
記繊維の表面に膜を被覆してなる被覆膜、及び該繊維の
表面部分の構造を変化させたものの両者を含むものであ
る。即ち、上記表面層は、上記繊維の構造そのままの構
造を有する上記繊維本体とは異なる構造を有するもので
あり、この異なる構造を有していれば、各成分の組成や
結晶構造(結晶質であるか又は非晶質であるか等)は特
に制限されないが、上記表面層の構造としては、具体的
には、下記構造 (A)〜(D) 等が挙げられる。
In the inorganic fiber, the surface layer formed on the surface of the fiber body (including both the circumferential surface and the end surface) is a film on the surface of the fiber as a raw material as described above. It includes both a coating film obtained by coating the above and a film in which the structure of the surface portion of the fiber is changed. That is, the surface layer has a structure different from that of the fiber main body having the structure of the fiber as it is, and if the surface layer has the different structure, the composition of each component and the crystal structure (crystalline structure) The structure of the surface layer is, for example, the following structures (A) to (D).

【0028】構造(A) ;Siが0.5〜20wt%から
無機繊維の平均組成値(上述した構造及びに示す元
素組成値を意味する)まで連続的あるいは段階的に変化
し、Cが80〜99.5wt%から無機繊維の平均組成
値まで連続的あるいは段階的に変化し、Oが0〜19.
5wt%から無機繊維の平均組成値まで連続的あるいは
段階的に変化すると共に、Ti及び/又はZrを0〜1
0wt%含有する構造。
Structure (A): Si changes continuously or stepwise from 0.5 to 20 wt% to the average composition value of the inorganic fiber (meaning the elemental composition value shown in the above-mentioned structure and), and C is 80. .About.99.5 wt% to the average composition value of the inorganic fiber continuously or stepwise, and O is 0 to 19.
It changes continuously or stepwise from 5 wt% to the average composition value of the inorganic fiber, and Ti and / or Zr is 0 to 1
Structure containing 0 wt%.

【0029】構造(B) ;Siが20〜80wt%から0
〜60wt%まで連続的あるいは段階的に変化し、Cが
0〜50wt%から40〜100wt%まで連続的ある
いは段階的に変化し、Oが2〜80wt%から0〜45
wt%まで連続的あるいは段階的に変化すると共に、T
i及び/又はZrを0〜10wt%含有する構造を最外
層として有し、且つSiが0〜60wt%から無機繊維
の平均組成値まで連続的あるいは段階的に変化し、Cが
40〜100wt%から無機繊維の平均組成値まで連続
的あるいは段階的に変化し、Oが0〜45wt%から無
機繊維の平均組成値まで連続的あるいは段階的に変化す
ると共に、Ti及び/又はZrを0〜10wt%含有す
る構造を第2層(最外層の内側の層)として有する構
造。
Structure (B): Si from 20 to 80 wt% to 0
To 60 wt% continuously or stepwise, C changes from 0 to 50 wt% to 40 to 100 wt% continuously or stepwise, and O changes from 2 to 80 wt% to 0 to 45
It changes continuously or stepwise up to wt%, and T
It has a structure containing 0 to 10 wt% of i and / or Zr as the outermost layer, and Si continuously or stepwise changes from 0 to 60 wt% to the average composition value of the inorganic fiber, and C is 40 to 100 wt%. From 0 to 45 wt% and the average composition value of the inorganic fiber is continuously or stepwise changed from 0 to 45 wt% to the average composition value of the inorganic fiber, and Ti and / or Zr is 0 to 10 wt%. % The structure having the contained structure as the second layer (the innermost layer of the outermost layer).

【0030】構造(C) ;Siが0.5〜20wt%から
無機繊維の平均組成値まで連続的あるいは段階的に変化
し、Cが75〜99wt%から無機繊維の平均組成値ま
で連続的あるいは段階的に変化し、Oが0〜24.5w
t%から無機繊維の平均組成値まで連続的あるいは段階
的に変化する構造を有する構造。
Structure (C): Si continuously or stepwise changes from 0.5 to 20 wt% to the average composition value of the inorganic fibers, and C continuously or stepwise from 75 to 99 wt% to the average composition value of the inorganic fibers. It changes in stages and O is 0-24.5w
A structure having a structure that continuously or stepwise changes from t% to the average composition value of the inorganic fiber.

【0031】構造(D) ;Siが20〜80wt%から0
〜55wt%まで連続的あるいは段階的に変化し、Cが
0〜55wt%から45〜100wt%まで連続的ある
いは段階的に変化し、Oが2〜80wt%から0〜2
4.5wt%まで連続的あるいは段階的に変化する構造
を最外層として有し、且つSiが0〜55wt%から無
機繊維の平均組成値まで連続的あるいは段階的に変化
し、Cが45〜100wt%から無機繊維の平均組成値
まで連続的あるいは段階的に変化し、Oが0〜24.5
wt%から無機繊維の平均組成値まで連続的あるいは段
階的に変化する構造を第2層として有する構造。
Structure (D): Si 20 to 80 wt% to 0
To 55 wt% continuously or stepwise, C continuously changes from 0 to 55 wt% to 45 to 100 wt% continuously or stepwise, and O changes from 2 to 80 wt% to 0 to 2
The outermost layer has a structure that continuously or stepwise changes up to 4.5 wt%, and Si changes continuously or stepwise from 0 to 55 wt% to the average composition value of the inorganic fiber, and C is 45 to 100 wt. % To the average composition value of the inorganic fiber continuously or stepwise, and O is 0 to 24.5.
A structure having as a second layer a structure that continuously or stepwise changes from wt% to the average composition value of the inorganic fiber.

【0032】上記構造(A) 〜 (D)において、「連続的」
とは、表面層の厚さ方向における各元素の組成が徐々に
変化しており、例えば図1に示すように各成分の組成値
が実質的に連続している状態を示す。また、「段階的」
とは、表面層が、各成分の組成値が実質的に連続してい
る複数の領域に分割されており、各領域間では、各元素
の組成が急激に変化してその組成値が実質的に連続して
いない(各領域間において非連続的に変化している)状
態を示す。また、上記の「連続的あるいは段階的な変
化」は、ランダムな変化を意味し、従って、図1に示す
ように各成分の組成がそれぞれ別個に増減することによ
り上記「変化」が生じる。また、結晶構造もランダムに
変化しており、結晶質と非晶質とがランダムに混在す
る。
In the above structures (A) to (D), "continuous"
Means that the composition of each element in the thickness direction of the surface layer gradually changes, and the composition value of each component is substantially continuous as shown in FIG. 1, for example. Also, "gradual"
Means that the surface layer is divided into a plurality of regions in which the composition values of each component are substantially continuous, and between each region, the composition of each element changes rapidly and the composition value is substantially Shows the state of not being continuous (changing discontinuously between each region). Further, the above-mentioned "continuous or stepwise change" means a random change. Therefore, as shown in FIG. 1, the above-mentioned "change" occurs when the composition of each component increases or decreases individually. Further, the crystal structure also changes randomly, and crystalline and amorphous are randomly mixed.

【0033】ここで、上記構造を有する繊維を原材料
として用いた場合には上記構造(A)又は(B) を有する表
面層が好ましくは形成され、また、上記構造を有する
繊維を原材料として用いた場合には上記構造(C) 又は
(D) を有する表面層が好ましくは形成される。従って、
本発明において用いられる上記無機繊維としては、上記
構造を有する繊維本体と、該繊維本体の表面に形成さ
れた上記構造(A) 又は(B) を有する表面層とからなるも
の、及び上記構造を有する繊維本体と、該繊維本体の
表面に形成された上記構造(C) 又は(D) を有する表面層
とからなるものが好ましく用いられ、使用に際しては両
者をそれぞれ単独で又は混合して用いることができる。
また、上記表面層の厚さは、10nm以上であるのが好
ましく、10〜5000nmであるのが更に好ましい。
Here, when the fiber having the above structure is used as a raw material, the surface layer having the above structure (A) or (B) is preferably formed, and the fiber having the above structure is used as a raw material. In the case of the above structure (C) or
A surface layer having (D) is preferably formed. Therefore,
As the inorganic fiber used in the present invention, those composed of a fiber body having the above structure and a surface layer having the structure (A) or (B) formed on the surface of the fiber body, and the above structure. Those comprising a fiber main body having and a surface layer having the above-mentioned structure (C) or (D) formed on the surface of the fiber main body are preferably used, and when used, they may be used alone or in combination. You can
Further, the thickness of the surface layer is preferably 10 nm or more, and more preferably 10 to 5000 nm.

【0034】また、上記無機繊維の繊維径は、0.1〜
1000μmであるのが好ましい。
The fiber diameter of the inorganic fiber is 0.1 to
Preferably it is 1000 μm.

【0035】上記無機繊維は、下記の方法(イ)〜
(ニ)により上記繊維を表面処理する等して容易に得る
ことができる。 方法(イ);公知の化学気相析出法(化学蒸着法、以下
「CVD法」という)により、上記繊維の表面に、上述
の構造の表面層(被覆膜)が形成されるように連続的あ
るいは段階的に組成を変えながら被覆を行う方法。この
際に使用する原料としては、Si(Cm 2m+1)n Cl
4-n (n= 0〜4、m= 1〜6)、SiHn Cl
4-n (n= 0〜4)、Si(Cm 2m+1)n 4-n (n=
0〜4、m= 1〜6)、TiCl4 、ZrCl4 、Cn
n+2 、C6 6 、H2 、NO2 、H2 O、CO2 、O
2 等が好ましく用いることができる。
The above-mentioned inorganic fibers can be obtained by the following method (a).
It is easily obtained by surface-treating the above fiber by (d)
be able to. Method (a); known chemical vapor deposition method (chemical vapor deposition method, hereinafter
The “CVD method”) is applied to the surface of the fiber to
So that the surface layer (coating film) of the structure of
A method of coating while changing the composition step by step. this
The raw material used at this time is Si (CmH2m + 1)nCl
4-n(N = 0-4, m = 1-6), SiHnCl
4-n(N = 0-4), Si (CmH2m + 1)nH4-n (N =
0-4, m = 1-6), TiClFour, ZrClFour, Cn
Hn + 2, C6H6 , HTwo, NOTwo, HTwoO, COTwo, O
TwoEtc. can be preferably used.

【0036】方法(ロ);公知の物理蒸着法(以下、
「PVD法」という)により、上記繊維の表面に、上述
の構造の表面層(被覆膜)が形成されるように連続的あ
るいは段階的に組成を変えながら被覆を行う方法。この
際に使用するターゲットは、上述の表面層と同じ組成に
調製した非晶質あるいは結晶質あるいはそれらの混合物
が好ましい。また、このターゲットは、無機粉末を混合
した後に焼結されたもの、有機金属化合物を無機化した
もの、及び無機粉末と有機金属化合物の混合物を無機化
したもののいずれかでもよく、更にはこのターゲット自
身を上記CVD法あるいはPVD法により調製してもよ
い。
Method (b); known physical vapor deposition method (hereinafter
By "PVD method"), coating is performed on the surface of the fiber while changing the composition continuously or stepwise so that a surface layer (coating film) having the above-mentioned structure is formed. The target used in this case is preferably an amorphous or crystalline material prepared with the same composition as the above-mentioned surface layer, or a mixture thereof. Further, this target may be either one sintered after mixing the inorganic powder, one inorganicized the organometallic compound, and one mineralized the mixture of the inorganic powder and the organometallic compound, and further this target You may prepare itself by said CVD method or PVD method.

【0037】方法(ハ);上記繊維を、CO、CO2
Si(Cm 2m+1)n Cl4-n(n= 0〜4、m= 1〜
6)、Si( Cm 2m+1)n 4-n (n= 0〜4、m= 1
〜6)、H2 、Cn n+2 、C6 6 、SiO、Ar、
He及びN2 等からなる群より選択される少なくとも1
種類以上のガスあるいは蒸気の雰囲気中で、1000℃
〜1800℃で熱処理して上記繊維の表面構造を変化さ
せることによって表面に上記表面層を形成する方法。
Method (c): The above fibers were mixed with CO, CO 2 ,
Si (C m H 2m + 1 ) n Cl 4-n (n = 0~4, m = 1~
6), Si (C m H 2m + 1) n H 4-n (n = 0~4, m = 1
~6), H 2, C n H n + 2, C 6 H 6, SiO, Ar,
At least 1 selected from the group consisting of He and N 2 etc.
1000 ° C in an atmosphere of more than one gas or vapor
A method of forming the surface layer on the surface by heat treatment at 1800 ° C. to change the surface structure of the fiber.

【0038】方法(ニ);上記繊維を、予め、酸素ある
いは酸素を含有する化合物の存在する雰囲気中、600
℃〜1500℃で熱処理して繊維の表面付近に酸素を導
入した後に、CO、CO2 、Si (Cm 2m+1)n Cl
4-n (n= 0〜4、m= 1〜6)、Si(Cm 2m+1)n
4-n (n= 0〜4、m= 1〜6)、H2 、Cnn+2
6 6 、SiO、Ar、He及びN2 等からなる群よ
り選択される少なくとも1種類以上のガスあるいは蒸気
の雰囲気中で、1000℃〜1800℃で熱処理して繊
維の表面部分の構造を変化させることによって上記表面
層を形成する方法。
Method (d); 600 g of the above-mentioned fiber was previously placed in an atmosphere in which oxygen or a compound containing oxygen was present.
° C. to 1500 was heat-treated at ° C. After introduction of oxygen near the surface of the fibers, CO, CO 2, Si ( C m H 2m + 1) n Cl
4-n (n = 0 to 4, m = 1 to 6), Si (C m H 2m + 1 ) n
H 4-n (n = 0 to 4, m = 1 to 6), H 2 , C n H n + 2 ,
The structure of the surface portion of the fiber is heat-treated at 1000 ° C. to 1800 ° C. in an atmosphere of at least one gas or vapor selected from the group consisting of C 6 H 6 , SiO, Ar, He and N 2. A method of forming the above surface layer by changing.

【0039】また、上記方法(イ)〜(ニ)は、上記繊
維を製造する際に、該繊維の製造と連続して行ってもよ
い。また、上記無機繊維は、上記方法(イ)〜(ニ)を
適宜行う等して得られるものであるが、特に、上記方法
(イ)及び(ロ)は、上記構造 (A)〜 (D)を有する表面
層において、各成分の組成が段階的に変化するものを得
る場合に好適であり、上記方法(ハ)及び(ニ)は、上
記構造 (A)〜 (D)を有する表面層において、各成分の組
成が連続的に変化するものを得る場合に好適である。
The above methods (a) to (d) may be carried out continuously when the fiber is produced. Further, the inorganic fiber is obtained by appropriately performing the above methods (a) to (d), and in particular, the above methods (a) and (b) are not limited to the above structures (A) to (D). In the surface layer having a), it is preferable to obtain a composition in which the composition of each component changes stepwise, and the above methods (c) and (d) are surface layers having the structures (A) to (D). In, it is suitable for obtaining a composition in which the composition of each component changes continuously.

【0040】また、本発明においては、上記無機繊維
は、種々の公知の形態で用いることができる。具体的に
は、連続繊維あるいは連続繊維を切断した短繊維であっ
てもよく、連続繊維から製織された平織、朱子織、多軸
織、三次元織あるいは連続繊維を一方向に引き揃えたシ
ート状物であってもよく、さらにはこれらの2種類以上
が混合した形態であってもよい。
Further, in the present invention, the above-mentioned inorganic fibers can be used in various known forms. Specifically, it may be continuous fibers or short fibers obtained by cutting continuous fibers, and plain weave, satin weave, multiaxial weave, three-dimensional weave woven from continuous fibers or a sheet obtained by aligning continuous fibers in one direction. It may be in the form of a substance or a mixture of two or more of these.

【0041】また、本発明において用いられる上記セラ
ミックスとしては、結晶質又は非晶質である酸化物、炭
化物、窒化物、ホウ化物及びケイ化物からなる群より選
択される一種以上のセラミックス、並びにこれらの粒子
分散強化したセラミックス材料を例示することができ
る。
The ceramics used in the present invention include one or more ceramics selected from the group consisting of crystalline or amorphous oxides, carbides, nitrides, borides and silicides, and these ceramics. Examples of the ceramic material in which the particle dispersion is strengthened are as follows.

【0042】上記酸化物の具体例としては、アルミニウ
ム、マグネシウム、ケイ素、イットリウム、カルシウ
ム、チタン、ジルコニウム、ニオブ、鉄、銅、バリウ
ム、亜鉛、ストロンチウム、ベリリウム、インジウム、
ウラン、タンタル、ネオジウム、スカンジウム、ルテニ
ウム、ロジウム、錫、ニッケル、コバルト、モリブデ
ン、マンガン、ゲルマニウム、鉛、ハフニウム等の元素
の酸化物及びこれらの複合酸化物が挙げられる。また、
上記酸化物の非晶質以外に、非晶質の酸化物としてケイ
酸塩ガラス、リン酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラスが挙げら
れる。更に、結晶質と非晶質の混合した酸化物セラミッ
クスとしては上記の例示した酸化物の混合物以外に結晶
化ガラス(ガラスセラミックス)を挙げることができ
る。結晶化ガラスの具体例としては、主結晶相がβ−Sp
odumene であるLiO2 −Al2 3 −MgO−SiO
2 系結晶化ガラス及びLiO2 −Al2 3 −MgO−
SiO2 −Nb2 5 系結晶化ガラス、主結晶相がCord
ieriteであるMgO−Al2 3 −SiO2 系結晶化ガ
ラス、主結晶相がMullite あるいはCelsian であるBa
O−Al2 3 −SiO2 系結晶化ガラス、主結晶相が
Anorthite であるCaO−Al2 3 −SiO2 系結晶
化ガラス等が挙げられる。
Specific examples of the above oxides include aluminum, magnesium, silicon, yttrium, calcium, titanium, zirconium, niobium, iron, copper, barium, zinc, strontium, beryllium, indium,
Examples thereof include oxides of elements such as uranium, tantalum, neodymium, scandium, ruthenium, rhodium, tin, nickel, cobalt, molybdenum, manganese, germanium, lead and hafnium, and composite oxides thereof. Also,
In addition to the above-mentioned amorphous oxides, examples of amorphous oxides include silicate glass, phosphate glass, and borate glass. Further, as the mixed oxide and crystalline oxide ceramics, crystallized glass (glass ceramics) can be mentioned in addition to the above-exemplified mixture of oxides. As a specific example of crystallized glass, the main crystal phase is β-Sp
It is a odumene LiO 2 -Al 2 O 3 -MgO -SiO
2- based crystallized glass and LiO 2 —Al 2 O 3 —MgO—
SiO 2 —Nb 2 O 5 type crystallized glass, the main crystal phase is Cord
Ba MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 based crystallized glass which is Ierite, the main crystal phase is a Mullite or Celsian
O-Al 2 O 3 -SiO 2 based crystallized glass, the main crystalline phase
Anorthite such as CaO—Al 2 O 3 —SiO 2 type crystallized glass may be used.

【0043】上記炭化物の具体例としては、ケイ素、チ
タン、ジルコニウム、アルミニウム、ウラン、タングス
テン、タンタル、ハフニウム、ホウ素、鉄、マンガン、
モリブデン等の元素の炭化物及びこれらの複合炭化物が
挙げられる。上記窒化物の具体例としては、ケイ素、チ
タン、ジルコニウム、アルミニウム、マグネシウム、ハ
フニウム、ホウ素、モリブデン等の元素の窒化物及びこ
れらの複合窒化物、サイアロンが挙げられる。上記ホウ
化物の具体例としては、チタン、イットリウム、ランタ
ン等の元素のホウ化物、CeCo3 2 、CeCo4
4 、ErRh4 4 等のホウ化白金族ランタノイドが挙
げられる。上記ケイ化物の具体例としては、モリブデ
ン、ニッケル、ニオブ等の元素のケイ化物が挙げられ
る。
Specific examples of the above-mentioned carbides include silicon, titanium, zirconium, aluminum, uranium, tungsten, tantalum, hafnium, boron, iron, manganese,
Examples thereof include carbides of elements such as molybdenum and complex carbides thereof. Specific examples of the above-mentioned nitride include nitrides of elements such as silicon, titanium, zirconium, aluminum, magnesium, hafnium, boron and molybdenum, composite nitrides of these, and sialon. Specific examples of the boride include boride of elements such as titanium, yttrium and lanthanum, CeCo 3 B 2 and CeCo 4 B.
4 , and lanthanoids of platinum group boride such as ErRh 4 B 4 are included. Specific examples of the silicide include silicides of elements such as molybdenum, nickel and niobium.

【0044】更に、上記セラミックスとしては、上記の
具体的に例示した各種セラミックスの固溶体を用いるこ
ともできる。
Further, as the above-mentioned ceramics, solid solutions of the above-exemplified various ceramics can be used.

【0045】また、上記セラミックス材料の具体例とし
ては、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸
化マグネシウム、酸化アルミニウム、チタン酸カリウ
ム、ホウ酸マグネシウム、酸化亜鉛、ホウ化チタン及び
ムライトから選択される1種類以上の無機物の球状粒
子、多面体粒子、板状粒子及び/又は棒状粒子を、上記
酸化物等のセラミックスに、0.1〜60vol%均一
分散したセラミックス材料が挙げられる。球状粒子及び
多面体粒子の粒径は、0.1μm〜1mm、板状粒子及
び棒状粒子のアスペクト比は1.5〜1000であるの
が好ましい。
Specific examples of the above ceramic material are selected from silicon nitride, silicon carbide, zirconium oxide, magnesium oxide, aluminum oxide, potassium titanate, magnesium borate, zinc oxide, titanium boride and mullite. A ceramic material in which spherical particles, polyhedral particles, plate-shaped particles and / or rod-shaped particles of at least one kind of inorganic material are uniformly dispersed in ceramics such as the above oxides in an amount of 0.1 to 60 vol% can be mentioned. It is preferable that the spherical particles and the polyhedral particles have a particle diameter of 0.1 μm to 1 mm, and the plate-like particles and the rod-like particles have an aspect ratio of 1.5 to 1000.

【0046】そして、本発明のセラミックス複合材料
は、上記無機繊維からなる繊維部分、上記セラミックス
からなり、該繊維部分の周囲に位置するマトリックス部
分、及び上記無機繊維と上記セラミックスとが反応し
て、上記繊維部分と上記マトリックス部分との間に形成
された自己修復性を有する界面層を具備する。
The ceramic composite material of the present invention comprises a fiber portion made of the above-mentioned inorganic fibers, a matrix portion made of the above-mentioned ceramics and located around the fiber portions, and the above-mentioned inorganic fibers react with the above-mentioned ceramics, The self-repairing interface layer is formed between the fiber portion and the matrix portion.

【0047】上記繊維部分は、上記無機繊維(上記表面
層の形成されていない部分)により形成されてなる部分
である。そして、この繊維部分の形状は、上記無機繊維
を配した形状に対応する。上記無機繊維を平織状のシー
トとして用い、該シートを所定の間隔をあけて、複数層
配した場合、複数の平織状の繊維部分が形成される。ま
た、上記繊維部分の存在量は、セラミックス複合材料全
体に対して5〜85vol%とするのが好ましい。
The fiber portion is a portion formed by the inorganic fiber (the portion where the surface layer is not formed). The shape of the fiber portion corresponds to the shape in which the inorganic fibers are arranged. When the above inorganic fibers are used as a plain woven sheet and a plurality of the sheets are arranged at predetermined intervals, a plurality of plain woven fiber portions are formed. Further, the amount of the above fiber portion is preferably 5 to 85 vol% with respect to the entire ceramic composite material.

【0048】上記マトリックス部分は、上記繊維部分の
周囲、即ち上記繊維部分が平織状であり複数配されてい
る場合には、各繊維部分の周囲及び各無機繊維間の間隔
に位置し、セラミックス複合材料の外形を形成する部分
である。また、上記マトリックス部分の存在量は、セラ
ミックス複合材料全体に対して14.5〜94.5vo
l%とするのが好ましい。
The matrix portion is located around the fiber portions, that is, in the case where the fiber portions are plain-woven and arranged in plurals, located around the fiber portions and between the inorganic fibers, and the ceramic composite is formed. This is the part that forms the outer shape of the material. The amount of the matrix portion is 14.5 to 94.5 vo with respect to the whole ceramic composite material.
It is preferably 1%.

【0049】本発明のセラミックス複合材料が具備する
上記界面層は、自己修復性を持つものである。ここで、
上記「自己修復性」とは、本発明のセラミックス複合材
料を使用している際において、例えば酸化反応により界
面層の少なくとも一部が酸化され、界面層の内部に酸化
物が形成された場合においては、該酸化物と界面層とが
反応して、界面層が復元され、また界面層の周囲に酸化
物が形成された場合においては、該酸化物と上記無機繊
維又は上記セラミックスとが反応して、該界面層と同じ
組成および構造を持つ新規な界面層が形成される機能を
意味する。
The above-mentioned interface layer included in the ceramic composite material of the present invention has a self-repairing property. here,
The "self-healing property" means that, when the ceramic composite material of the present invention is used, for example, at least a part of the interface layer is oxidized by an oxidation reaction and an oxide is formed inside the interface layer. When the oxide reacts with the interface layer to restore the interface layer, or when an oxide is formed around the interface layer, the oxide reacts with the inorganic fiber or the ceramic. And the function of forming a new interface layer having the same composition and structure as the interface layer.

【0050】上記界面層としては、下記界面層(1) 及び
(2) 等が挙げられる。 界面層(1) ;厚さ3nm以上、好ましくは3〜6000
nmであり、(g)実質的にSiと、Ti及び/又はZ
rと、CとOとからなる非晶質、(h)上記非晶質並び
に1000nm以下のβ−SiCと、TiC及び/又は
ZrCと、Cとの結晶質の集合体、若しくは(i)上記
結晶質:並びにその近傍に存在するSiOxと、TiO
x及び/又はZrOx(0<x≦2)とからなる非晶質
の混合系であり、その平均組成が、Siが0.5〜50
wt%、Ti及び/又はZrが0.05〜20wt%、
Cが30〜99.0wt%、Oが0.001〜40wt
%である界面層。
As the above interface layer, the following interface layers (1) and
(2) etc. are mentioned. Interface layer (1); thickness of 3 nm or more, preferably 3 to 6000
nm, and (g) substantially Si, Ti and / or Z
r, an amorphous material composed of C and O, (h) the above amorphous material and a crystalline aggregate of β-SiC of 1000 nm or less, TiC and / or ZrC, and C, or (i) the above Crystalline: and SiOx and TiO existing in the vicinity thereof
x and / or ZrOx (0 <x ≦ 2) is an amorphous mixed system having an average composition of Si of 0.5 to 50.
wt%, Ti and / or Zr is 0.05 to 20 wt%,
C is 30 to 99.0 wt%, O is 0.001 to 40 wt%
The interface layer, which is%.

【0051】界面層(2) ;厚さ3nm以上、好ましくは
3〜6000nmであり、(j)実質的にSiと、C
と、Oからなる非晶質、(k)上記非晶質並びに100
0nm以下のβ−SiCの結晶質、(l)上記非晶質及
び上記結晶質、若しくは(m)上記非晶質及び/又は上
記結晶質と、炭素の凝集体との混合系であり、その平均
組成が、Siが0.1〜75wt%、Cが25〜99.
5wt%、Oが0.001〜30wt%である界面層。
Interface layer (2); thickness of 3 nm or more, preferably 3 to 6000 nm, (j) substantially Si and C
And (a) an amorphous material including O, (k) the amorphous material, and 100
A mixed system of 0-nm or less β-SiC crystalline, (l) the amorphous and crystalline, or (m) the amorphous and / or crystalline, and a carbon aggregate. The average composition of Si is 0.1 to 75 wt% and C is 25 to 99.
An interface layer containing 5 wt% and O of 0.001 to 30 wt%.

【0052】ここで、上記(i)における「その近傍」
とは、好ましくは結晶質粒子からの距離が100nm以
下の領域である。
Here, the "neighborhood" in the above (i)
Is preferably a region whose distance from the crystalline particles is 100 nm or less.

【0053】また、上記「自己修複性」のシステムは、
定かではないが、下記の反応(1)〜(3)を起こして
いることが考えられる。 (1)上記界面層の一部が酸化され、余剰炭素が消費さ
れ界面層にSiO2 が形成される。 (2)酸化により生成したSiO2 と、酸化されずに残
った界面層の一部又は無機繊維の表面付近に存在する、
実質的にSiと、Ti及び/又はZrと、Cと、Oとか
らなる非晶質あるいはβ−SiCの結晶質との間に、S
iC+O2 →SiO2 +Cの反応によって余剰炭素が生
成する。 (3)上記(2)の反応で生成した余剰炭素と、酸化に
より生成したSiO2及び/又は酸化せずに残った界面
層の一部及び/又は無機繊維の表面付近の構造の一部と
が混在し且つ相互反応する。
The above "self-repairing" system is
Although not certain, it is considered that the following reactions (1) to (3) are occurring. (1) Part of the interface layer is oxidized, excess carbon is consumed, and SiO 2 is formed in the interface layer. (2) SiO 2 generated by oxidation and a part of the interface layer left without being oxidized or existing near the surface of the inorganic fiber,
Between S and Ti, Ti and / or Zr, C, and O, which is substantially amorphous or β-SiC crystalline, S
Excess carbon is generated by the reaction of iC + O 2 → SiO 2 + C. (3) Excess carbon generated by the reaction of the above (2), SiO 2 generated by oxidation and / or a part of the interface layer left without oxidation and / or a part of the structure near the surface of the inorganic fiber Are mixed and interact with each other.

【0054】上記(2)の反応以外に、SiC+O2
SiO+COあるいは2/3SiC+O2 →2/3Si
2 +2/3COの反応が考えられるが、COガスの分
圧の高い雰囲気下では上記(2)の反応が起こりやすい
〔“J. Mat. Sci., Vol.22,p.3148 (1987).”〕。仮
に、上記SiC+O2 →SiO+COあるいは2/3S
iC+O2 →2/3SiO2 +2/3COの反応が起き
たとしても、何れの反応もCOガスが発生する。セラミ
ックス複合材料の内部という非常に限られた狭い領域で
は、発生したCOガスは外部に拡散しにくく、COガス
の分圧の高い状態となるため、結果的に上記(2)の反
応が起こりやすくなる。
In addition to the above reaction (2), SiC + O 2
SiO + CO or 2 / 3SiC + O 2 → 2 / 3Si
The reaction of O 2 + 2 / 3CO is conceivable, but the reaction of (2) above is likely to occur in an atmosphere with a high partial pressure of CO gas [“J. Mat. Sci., Vol. 22, p. 3148 (1987). . ”]. If the above SiC + O 2 → SiO + CO or 2 / 3S
Even if the reaction of iC + O 2 → 2 / 3SiO 2 + 2 / 3CO occurs, CO gas is generated in each reaction. In a very limited and narrow area inside the ceramic composite material, the generated CO gas is less likely to diffuse to the outside and the partial pressure of the CO gas is high, resulting in the reaction (2) above being likely to occur. Become.

【0055】上記界面層の存在量は、セラミックス複合
材料全体に対して、0.05〜20vol%とするのが
好ましい。
The amount of the above interface layer is preferably 0.05 to 20 vol% with respect to the entire ceramic composite material.

【0056】本発明のセラミックス複合材料は、上記の
表面処理された無機繊維と上記セラミックスを用いて、
下記方法(ホ)〜(チ)により容易に製造することがで
きる。 方法(ホ);上記無機繊維とセラミックスの原料粉末と
を配合して加熱処理あるいは高温加圧処理する方法。 方法(ヘ);上記無機繊維の表面にマトリックスとなる
セラミックスをPVD法あるいはCVD法により付着さ
せた後にそれらの集合体を加熱処理あるいは高温加圧処
理する方法。 方法(ト);上記無機繊維の織物、シート、不織布ある
いは短く切断した物等の集合体の内部に化学気相含浸法
(化学気相浸透法、化学気相浸漬法、CVI法)により
マトリックスとなるセラミックスを析出させる方法。 方法(チ);上記無機繊維の織物、シート、不織布ある
いは短く切断した物等の集合体にマトリックスとなるセ
ラミックスの前駆重合体、即ち、ポリカルボシラン、ポ
リジルコノカルボシラン、ポリチタノカルボシラン、ペ
ルヒドロポリシラザン、ポリシラスチレン、ポリカルボ
シラザン、ポリシラザン、ポリボラジン等を含浸させた
後、真空中、又はArガス、N2 ガス、NH3 ガス若し
くはSi(Cm 2m+1)n 4-n (n= 0〜4、m= 1〜
6)ガス等の各種の雰囲気中で加熱処理する方法。
The ceramic composite material of the present invention comprises the above surface-treated inorganic fibers and the above ceramics,
It can be easily produced by the following methods (e) to (h). Method (e): A method of blending the above-mentioned inorganic fiber and the raw material powder of ceramics and performing heat treatment or high-temperature pressure treatment. Method (f): A method in which ceramics serving as a matrix are adhered to the surface of the above-mentioned inorganic fibers by the PVD method or the CVD method, and then the aggregate is subjected to heat treatment or high-temperature pressure treatment. Method (g): As a matrix by a chemical vapor phase impregnation method (chemical vapor phase infiltration method, chemical vapor phase dipping method, CVI method) inside the aggregate of the above-mentioned inorganic fiber woven fabric, sheet, non-woven fabric or cut product Method of depositing ceramics. Method (h); a precursor polymer of ceramics that serves as a matrix in an aggregate of the above-mentioned inorganic fiber woven fabric, sheet, non-woven fabric, or short cut product, that is, polycarbosilane, polyzirconocarbosilane, polytitanocarbosilane , Perhydropolysilazane, polysilazastyrene, polycarbosilazane, polysilazane, polyborazine, etc., and then in vacuum or in Ar gas, N 2 gas, NH 3 gas or Si (C m H 2m + 1 ) n H 4 -n (n = 0-4, m = 1-
6) A method of heat treatment in various atmospheres such as gas.

【0057】上記方法(ホ)〜(チ)について更に詳述
する。上記の方法(ホ)においては、無機繊維が短繊維
であるときは、短繊維状の無機繊維とセラミックスの原
料粉末とを混合した混合物とし、無機繊維が長繊維、織
物、不織布、又はシート状物であるときは、これらの繊
維層とセラミックスの原料粉末層とを交互に積層した積
層物、あるいは繊維表面にセラミックスの原料粉末が付
着した長繊維の繊維束を織物、不織布、又はシート状に
加工した物の積層物とし、所望の形状に成形した後に、
あるいは成形と同時に加熱処理してセラミックスの原料
粉末を焼結することによって、セラミックス複合材料を
得ることができる。
The above methods (e) to (h) will be described in more detail. In the above method (e), when the inorganic fibers are short fibers, the mixture is a mixture of short fiber-shaped inorganic fibers and ceramic raw material powder, and the inorganic fibers are long fibers, woven fabric, nonwoven fabric, or sheet form. When it is a product, a layered product in which these fiber layers and ceramic raw material powder layers are alternately laminated, or a fiber bundle of long fibers having ceramic raw material powder adhered to the fiber surface is formed into a woven fabric, a non-woven fabric, or a sheet form. After forming a laminate of the processed product and shaping it into the desired shape,
Alternatively, a ceramic composite material can be obtained by heating the ceramic raw material powder at the same time as molding and sintering the raw material powder.

【0058】上記の方法(ヘ)においては、無機繊維の
表面に公知のCVD法あるいはPVD法によりマトリッ
クスとなるセラミックスを付着させる。
In the above method (f), ceramics to be a matrix are adhered to the surface of the inorganic fiber by a known CVD method or PVD method.

【0059】CVD法を利用する場合、マトリックスの
セラミックスが炭化物の場合は、セラミックスを構成す
る金属のハロゲン化物、水素化物、有機金属化合物の少
なくとも1種類以上のガスあるいは蒸気と、Cn 2n+2
(n=1以上)ガス及び/又はH2 ガスとの混合物を、
マトリックスのセラミックスが窒化物の場合は、上記ガ
スあるいは蒸気と、NH3 ガス及び/又はN2 ガス及び
/又はH2 ガスとの混合物を、マトリックスのセラミッ
クスが酸化物の場合は、NO2 ガス及び/又はO2 ガス
及び/又はH2 O蒸気との混合物を、マトリックスのセ
ラミックスがホウ化物の場合は:上記ガスあるいは蒸気
と、ハロゲン化ホウ素及び/又はH2 ガスとの混合物
を、マトリックスのセラミックスがケイ化物の場合は:
上記ガスあるいは蒸気と、Si(Cm 2m+1)n
4-n (n= 0〜4、m= 1〜6)及び/又はSi(Cm
2m+1)n Cl4-n (n= 0〜4、m= 1〜6)及び/又
はSiHnCl4-n (n= 0〜4)及び/又はH2 ガス
との混合物等のそれ自体公知のCVD法の原料ガスを使
用することができる。
In the case of utilizing the CVD method, when the matrix ceramics is a carbide, at least one gas or vapor of a metal halide, hydride, or organometallic compound which constitutes the ceramics, and C n H 2n +. 2
(N = 1 or more) gas and / or a mixture with H 2 gas,
When the matrix ceramics is a nitride, a mixture of the above gas or vapor with NH 3 gas and / or N 2 gas and / or H 2 gas is used. When the matrix ceramics is an oxide, NO 2 gas and And / or O 2 gas and / or H 2 O vapor, when the matrix ceramics is a boride: a mixture of the above gas or vapor and boron halide and / or H 2 gas, matrix ceramics If is a silicide:
The gas or vapor, Si (C m H 2m + 1) n H
4-n (n = 0 to 4, m = 1 to 6) and / or Si (C m
H 2m + 1) n Cl 4 -n (n = 0~4, such as a mixture of m = 1 to 6) and / or SiH n Cl 4-n (n = 0~4) and / or H 2 gas A raw material gas of the CVD method known per se can be used.

【0060】PVD法を利用する場合は、目的とするセ
ラミックスの組成と同じかあるいはそれに非常に近い組
成となるように調整した化合物あるいは混合物をターゲ
ットとして使用するか、あるいは化合物あるいは混合物
の複数のターゲットをそれぞれ交互に使用する等して目
的とするセラミックスと同組成となるようにPVD処理
した後に、必要ならば熱処理を行って、無機繊維の表面
にセラミックスを付着させることができる。
When the PVD method is used, a compound or mixture prepared so as to have a composition that is the same as or very close to the composition of the target ceramics is used as a target, or a plurality of targets of the compound or mixture is used. After being subjected to PVD treatment so as to have the same composition as the target ceramics by alternately using the above, the ceramics can be attached to the surface of the inorganic fibers by performing heat treatment if necessary.

【0061】上記の方法(ト)においては、無機繊維が
短繊維であるときは、短繊維状の無機繊維の集合体、無
機繊維が長繊維、織物、不織布、又はシート状物である
ときは、これらの繊維層の積層物に、マトリックスのセ
ラミックスが炭化物の場合は、目的とするセラミックス
を構成する金属のハロゲン化物、水素化物、有機金属化
合物の少なくとも1種類以上のガスあるいは蒸気と、C
n 2n+2(n=1以上)ガス及び/又はH2 ガスとの混
合物を、マトリックスのセラミックスが窒化物の場合は
NH3 ガス及び/又はN2 ガス及び/又はH2 ガスとの
混合物を、マトリックスのセラミックスが酸化物の場合
は:上記ガスあるいは蒸気と、NO2 ガス及び/又はO
2 ガス及び/又はH2 O蒸気との混合物を、マトリック
スのセラミックスがホウ化物の場合は:上記ガスあるい
は蒸気と、ハロゲン化ホウ素及び/又はH2 ガスとの混
合物を、マトリックスのセラミックスがケイ化物の場合
はSi(Cm 2m+1)n 4-n (n= 0〜4、m= 1〜
6)及び/又はSi(Cm 2m+1)n Cl4-n (n= 0〜
4、m= 1〜6)及び/又はSiHn Cl4-n (n=0
〜4)及び/又はH2 ガスとの混合物等のそれ自体公知
のCVDの原料ガス使用し、それ自体公知のCVI法に
よっても本発明の無機セラミックス複合材料を成形する
ことができる。このCVI法の場合、必要ならば上記の
短繊維状の無機繊維の集合体あるいは上記の繊維層の積
層物に温度勾配及び/又は原料ガスの圧力勾配を設けて
もよいし、原料ガスの供給と反応生成ガスの排気を交互
に繰り返すことによってCVI処理を行ってもよい。
In the above method (g), the inorganic fiber is
When it is a short fiber, it is an aggregate of short fiber-like inorganic fibers,
Machine fibers are long fibers, woven fabrics, non-woven fabrics, or sheets.
In some cases, the matrix layer should be
If Lamix is carbide, the desired ceramic
Halides, hydrides and organometals of the metals
At least one gas or vapor of a compound, and C
nH2n + 2(N = 1 or more) Gas and / or HTwoMixing with gas
If the matrix ceramics are nitride,
NHThreeGas and / or NTwoGas and / or HTwoWith gas
Mixtures where the matrix ceramics are oxides
Is the above gas or vapor, NOTwoGas and / or O
TwoGas and / or HTwoThe mixture with O vapor is
If the ceramic of the substrate is boride: The above gas or
Is steam, boron halide and / or HTwoMixing with gas
If the matrix ceramics are silicides
Is Si (CmH2m + 1)nH4-n(N = 0-4, m = 1-
6) and / or Si (CmH 2m + 1)nCl4-n(N = 0
4, m = 1 to 6) and / or SiHnCl4-n(N = 0
~ 4) and / or HTwoKnown per se such as mixture with gas
Using the CVD source gas of
Therefore, the inorganic ceramic composite material of the present invention can be molded.
be able to. In the case of this CVI method, if necessary, the above
An aggregate of short fibrous inorganic fibers or a product of the above fibrous layers
By providing a temperature gradient and / or a source gas pressure gradient to the layered product
Alternatively, supply of raw material gas and exhaust of reaction product gas are alternated.
The CVI process may be performed by repeating the above.

【0062】上記の方法(チ)においては、セラミック
スの前駆重合体をトルエン、キシレン、テトラヒドロフ
ラン等の使用する前駆重合体に対して良溶媒となる有機
溶媒に溶解した溶液を上記の無機繊維、あるいは上記の
短繊維状の無機繊維の集合体、あるいは上記の繊維層の
積層物に含浸し、含浸物から溶媒を除去した後に加熱処
理することによって、複合材料が調製される。この方法
においては、内部の空孔のない複合材料を得るために、
前駆重合体の含浸、溶媒の除去、及び加熱処理の一連の
作業を複数回繰り返すことが好ましい。また、この方法
においては、前駆重合体の無機化と焼結とが同時に進行
する。
In the above method (h), a solution prepared by dissolving the ceramic precursor polymer in an organic solvent which is a good solvent for the precursor polymer used, such as toluene, xylene, or tetrahydrofuran, is used as the inorganic fiber, or A composite material is prepared by impregnating the above-mentioned aggregate of short fibrous inorganic fibers or a laminate of the above-mentioned fiber layers, removing the solvent from the impregnated product, and then performing heat treatment. In this method, in order to obtain a composite material without internal voids,
It is preferable to repeat the series of operations of impregnation of the precursor polymer, removal of the solvent, and heat treatment a plurality of times. Further, in this method, mineralization and sintering of the precursor polymer proceed at the same time.

【0063】上記の各方法(ホ)〜(チ)における加熱
処理温度は通常800〜2000℃である。また、加熱
処理は、N2 ガス中、Ar中、真空中のような不活性雰
囲気中、あるいはH2 ガス中、COガス中のような還元
性雰囲気中で行われる。
The heat treatment temperature in each of the above methods (e) to (h) is usually 800 to 2000 ° C. The heat treatment is performed in an inert atmosphere such as N 2 gas, Ar, or vacuum, or a reducing atmosphere such as H 2 gas or CO gas.

【0064】本発明のセラミックス複合材料は、航空・
宇宙分野における各種成形物等の材料として有用であ
る。
The ceramic composite material of the present invention is
It is useful as a material for various molded products in the space field.

【0065】[0065]

【実施例】以下、実施例及び比較例により本発明を更に
具体的に説明するが本発明はこれらに限定されるもので
はない。尚、以下、「部」及び「%」は、特別の断りの
ないかぎり、それぞれ「重量部」および「重量%」を示
す。
The present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these. In the following, “parts” and “%” represent “parts by weight” and “% by weight”, respectively, unless otherwise specified.

【0066】参考例1 5リットルの三口フラスコに無水キシレン2.5リット
ルとナトリウム400gとを投入し、N2 ガス気流下で
キシレンの沸点まで加熱した後、ジメチルジクロロシラ
ン1リットルを1時間かけて滴下した。滴下終了後、1
0時間加熱環流して沈殿物を生成させた。この沈殿物を
濾過し、該沈殿物をまずメタノールで洗浄した後、水で
洗浄して、白色粉末のポリジメチルシラン410gを得
た。得られたポリジメチルシラン250gを内容積が1
リットルの誘導回転式オートクレーブに投入し、真空ポ
ンプで脱気後1気圧のArガスを封入した。次いで、攪
拌しながら、容器内の温度が470℃になるように加熱
し、470℃で15時間保持し、反応させた。反応終了
後における、容器内の圧力は、約105kg/cm2
あった。その後、室温まで冷却し反応生成物をn−ヘキ
サン溶液として取り出し、濾過後、減圧蒸留によって2
80℃/1mmHgまでの沸点を有する低分子量生成物
を除去し、140gの淡褐色で固体状の数平均分子量1
850のポリカルボシランを得た。
Reference Example 1 2.5 liters of anhydrous xylene and 400 g of sodium were placed in a 5 liter three-necked flask and heated to the boiling point of xylene under N 2 gas flow, and then 1 liter of dimethyldichlorosilane was added for 1 hour. Dropped. After dropping, 1
The mixture was heated under reflux for 0 hour to form a precipitate. This precipitate was filtered, and the precipitate was first washed with methanol and then with water to obtain 410 g of white powdery polydimethylsilane. 250 g of the obtained polydimethylsilane had an internal volume of 1
It was put in a liter induction rotary autoclave, degassed with a vacuum pump, and then filled with 1 atm of Ar gas. Then, with stirring, the temperature inside the container was heated to 470 ° C., and the reaction was carried out at 470 ° C. for 15 hours. The pressure inside the container after the reaction was about 105 kg / cm 2 . Then, the mixture was cooled to room temperature, the reaction product was taken out as an n-hexane solution, filtered, and then distilled under reduced pressure to 2
The low molecular weight product having a boiling point of up to 80 ° C./1 mmHg was removed, and 140 g of a light brown solid state number average molecular weight of 1
850 polycarbosilane were obtained.

【0067】参考例2 ジフェニルジクロロシラン750g及びホウ酸124g
をN2 ガス気流下にn−ブチルエーテル中、100〜1
20℃で加熱し、生成した白色樹脂状物をさらに真空中
400℃で1時間加熱処理することによってポリボロジ
フェニルシロキサン515gを得た。このポリボロジフ
ェニルシロキサン8.2gと参考例1の中で得られたポ
リジメチルシラン250gとを混合し、環流管を備えた
石英管中、N2 ガス気流下で350℃に加熱し、350
℃で攪拌しながら6時間保持し、シロキサン結合を一部
含むポリカルボシラン138gを得た。このポリカルボ
シラン40gとチタンテトラブトキシド7.3gとをキ
シレン0.3リットルに溶解したのうち、N2ガス中1
20℃で30分間、攪拌しながら還流した。その後、キ
シレンを蒸発させ、さらにN2 ガス中300℃で1時間
加熱して、室温で固体状のポリチタノカルボシランを得
た。
Reference Example 2 750 g of diphenyldichlorosilane and 124 g of boric acid
In n-butyl ether under N 2 gas flow of 100-1
The mixture was heated at 20 ° C., and the produced white resinous material was further heat treated at 400 ° C. for 1 hour in vacuum to obtain 515 g of polyborodiphenylsiloxane. This polyborodiphenylsiloxane 8.2 g was mixed with 250 g of the polydimethylsilane obtained in Reference Example 1 and heated to 350 ° C. under a N 2 gas stream in a quartz tube equipped with a reflux tube to give 350
The mixture was kept at 6 ° C. for 6 hours while stirring to obtain 138 g of polycarbosilane partially containing a siloxane bond. Of 40 g of this polycarbosilane and 7.3 g of titanium tetrabutoxide dissolved in 0.3 liter of xylene, 1 in N 2 gas was used.
Refluxed at 20 ° C. for 30 minutes with stirring. Then, xylene was evaporated and further heated at 300 ° C. for 1 hour in N 2 gas to obtain solid polytitanocarbosilane at room temperature.

【0068】参考例3 参考例2で得られたポリチタノカルボシランをN2 ガス
気流下に210℃で溶融紡糸して無機材料からなる繊維
を得た。次いで、得られた繊維を、無張力で空気中、室
温から15℃/時間の昇温速度で190℃まで昇温し、
190℃で4時間保持して不融化繊維を得た。得られた
不融化繊維をN2 ガス気流下で無張力で100℃/時間
の昇温速度で1000℃まで昇温し、1000℃で一時
間保持した後、空気中、1000℃で15分間保持し、
さらにCOガス気流下で100℃/時間の昇温速度で1
330℃まで昇温し、1330℃で3時間保持して焼成
することにより、表面処理〔上記方法(ニ)〕を行っ
た。この焼成によって、繊維径約11μmで繊維本体の
表面に表面層が形成された無機繊維が得られた。この表
面処理された無機繊維全体の構成元素の割合は、ケイ素
が52%、炭素が33%、チタンが4%、酸素が11%
であった。
Reference Example 3 The polytitanocarbosilane obtained in Reference Example 2 was melt-spun at 210 ° C. in a N 2 gas stream to obtain a fiber made of an inorganic material. Then, the obtained fiber is heated from room temperature to 190 ° C. at a heating rate of 15 ° C./hour in air without tension,
The infusible fiber was obtained by holding at 190 ° C. for 4 hours. The infusible fiber thus obtained was heated to 1000 ° C. at a temperature rising rate of 100 ° C./hour under N 2 gas flow without tension, held at 1000 ° C. for 1 hour, and then held in air at 1000 ° C. for 15 minutes. Then
Furthermore, at a heating rate of 100 ° C./hour under a CO gas flow, 1
The surface treatment [the above method (d)] was performed by raising the temperature to 330 ° C., holding at 1330 ° C. for 3 hours and baking. By this firing, an inorganic fiber having a fiber diameter of about 11 μm and having a surface layer formed on the surface of the fiber body was obtained. The ratio of the constituent elements of the whole surface-treated inorganic fiber is as follows: silicon 52%, carbon 33%, titanium 4%, oxygen 11%.
Met.

【0069】得られた無機繊維について、その表面付近
(表面層を含む表面付近)をオージェー電子分光分析し
た。その結果を図1に示す。尚、図1においては、表面
層から無機繊維の表面にかけての、厚さ方向の構成元素
の濃度分布がモル%で示されている。図1に示す結果か
ら明らかなように、この無機繊維は、繊維本体の表面に
厚さ約70nmの表面層が形成されており、該表面層
は、ケイ素が48%→56%→55%に、炭素が12%
→9%→22%に、酸素が36%→26%→16%に連
続的に変化し、チタンを4〜9%含有する最外層(厚さ
約10nm)を有し、最表面からの深さが10nm〜7
0nmの範囲に、ケイ素が55%→33%→52%に、
炭素が22%→53%→33%に、酸素が16%→12
%→11%に連続的に変化し、チタンを2〜7%含有す
る構造を第2層(厚さ約10〜60nm)として有する
ものであった。尚、繊維本体の構造は、X線回折的には
β−SiCの平均結晶子サイズが2nm以下であり、電
子線回折的には非晶質であったことから、実質的にケイ
素と、チタンと、炭素と酸素とからなる非晶質であり、
且つ各元素組成は、ケイ素が約52%、チタンが約4
%、炭素が約33%、酸素が約11%で、繊維の中心ま
で各元素組成はほぼ一定となっており、該繊維本体の構
造と上記表面層の構造とは明確に相違していた。
The obtained inorganic fiber was subjected to Auger electron spectroscopic analysis near its surface (near the surface including the surface layer). The result is shown in FIG. In FIG. 1, the concentration distribution of constituent elements in the thickness direction from the surface layer to the surface of the inorganic fiber is shown in mol%. As is clear from the results shown in FIG. 1, in this inorganic fiber, a surface layer having a thickness of about 70 nm is formed on the surface of the fiber body, and the surface layer contains silicon in an amount of 48% → 56% → 55%. , 12% carbon
→ 9% → 22%, oxygen continuously changes from 36% → 26% → 16%, and has an outermost layer (thickness of about 10 nm) containing 4 to 9% of titanium, and has a depth from the outermost surface. Is 10 nm to 7
In the range of 0 nm, the silicon content increases from 55% to 33% to 52%,
22% → 53% → 33% carbon, 16% → 12 oxygen
% → 11%, and the second layer (thickness: about 10 to 60 nm) had a structure containing 2 to 7% of titanium. In addition, the structure of the fiber main body was that the average crystallite size of β-SiC was 2 nm or less in X-ray diffraction and was amorphous in electron beam diffraction. And is amorphous consisting of carbon and oxygen,
And each elemental composition is about 52% for silicon and about 4 for titanium.
%, Carbon was about 33%, oxygen was about 11%, and the elemental compositions were almost constant up to the center of the fiber, and the structure of the fiber body and the structure of the surface layer were clearly different.

【0070】参考例4 参考例2で得られたポリチタノカルボシランをN2 ガス
気流下に210℃で溶融紡糸して無機材料からなる繊維
を得た。次いで、得られた繊維をHeガス気流下で、室
温から120℃の温度範囲で電子線を15MGyまで照
射した後、Arガス気流下で200℃/時間の昇温速度
で425℃まで昇温し、425℃で2.5時間保持して
不融化繊維を得た。得られた不融化繊維をN2 ガス気流
下において無張力で300℃/時間の昇温速度で100
0℃まで昇温して加熱処理し、1000℃で30分保持
した後、COガス気流下において無張力で100℃/時
間の昇温速度で1400℃まで昇温し、更に1400℃
で1時間保持して焼成することにより表面処理〔上記方
法(ハ)〕を行った。これにより、繊維径約10μmで
繊維本体の表面に表面層が形成された無機繊維が得られ
た。得られた表面処理された無機繊維の構成元素の割合
は、ケイ素が52%、炭素が38%、チタンが3%、酸
素が7%であった。
Reference Example 4 The polytitanocarbosilane obtained in Reference Example 2 was melt-spun at 210 ° C. in a N 2 gas stream to obtain a fiber made of an inorganic material. Then, the obtained fiber was irradiated with an electron beam up to 15 MGy in a temperature range from room temperature to 120 ° C. in a He gas stream, and then heated to 425 ° C. in a Ar gas stream at a heating rate of 200 ° C./hour. The infusible fiber was obtained by holding at 425 ° C. for 2.5 hours. The infusible fiber thus obtained was subjected to 100% tension-free heating under a N 2 gas stream at a temperature rising rate of 300 ° C./hour.
After heating to 0 ° C. and heat treatment, and holding at 1000 ° C. for 30 minutes, the temperature was raised to 1400 ° C. at a heating rate of 100 ° C./hour without tension in a CO gas stream, and further 1400 ° C.
Surface treatment [the above method (C)] was carried out by holding at 1 hour and baking. As a result, an inorganic fiber having a fiber diameter of about 10 μm and having a surface layer formed on the surface of the fiber body was obtained. The ratio of constituent elements of the obtained surface-treated inorganic fiber was 52% for silicon, 38% for carbon, 3% for titanium, and 7% for oxygen.

【0071】得られた無機繊維について、その表面付近
(表面層を含む表面付近)をオージェー電子分光分析し
た。その結果を図2に示す。尚、図2においては、表面
層から無機繊維の表面にかけての、厚さ方向の構成元素
の濃度分布がモル%で示されている。図2に示す結果か
ら明らかなように、この表面処理された無機繊維は、繊
維本体の表面に厚さ約120nmで、ケイ素が4%→5
2%に、炭素が89%→38%に、酸素が4%→7%に
連続的に変化し、チタンを約3%含有する表面層を有す
るものであった。尚、上記繊維本体の構造は、X線回折
的にはβ−SiCの平均結晶子サイズが5nm以下であ
り、透過型電子顕微鏡による観察では5〜10nmのβ
−SiC結晶及び5〜20nmのTiC結晶が確認され
たことから、実質的にケイ素と、チタンと、炭素と酸素
とからなる非晶質、並びに大きさ5〜10nmのβ−S
iCの結晶及び大きさ5〜50nmのTiCの結晶の混
合系であり、且つ各元素の平均組成はケイ素が約52
%、チタンが約3%、炭素が約38%、酸素が約7%
で、繊維の深さ方向の各元素の平均組成は中心までほぼ
一定となっており、該繊維本体の構造と上記表面層の構
造とは明確に相違していた。
The surface of the obtained inorganic fiber (the surface including the surface layer) was analyzed by Auger electron spectroscopy. The result is shown in FIG. In FIG. 2, the concentration distribution of constituent elements in the thickness direction from the surface layer to the surface of the inorganic fiber is shown in mol%. As is clear from the results shown in FIG. 2, this surface-treated inorganic fiber has a thickness of about 120 nm on the surface of the fiber body and 4% to 5% silicon.
It had a surface layer containing 2%, 89% → 38% carbon, 4% → 7% oxygen, and about 3% titanium. In the structure of the fiber body, the average crystallite size of β-SiC is 5 nm or less in terms of X-ray diffraction, and β of 5 to 10 nm is observed by a transmission electron microscope.
Since -SiC crystals and TiC crystals of 5 to 20 nm were confirmed, amorphous consisting essentially of silicon, titanium, carbon and oxygen, and β-S having a size of 5 to 10 nm.
It is a mixed system of iC crystals and TiC crystals having a size of 5 to 50 nm, and the average composition of each element is about 52 for silicon.
%, Titanium about 3%, carbon about 38%, oxygen about 7%
The average composition of each element in the depth direction of the fiber was almost constant up to the center, and the structure of the fiber body and the structure of the surface layer were clearly different.

【0072】実施例1 参考例1で得られたポリカルボシラン100部及びヘキ
サン100部の混合溶液に、参考例3で得られた無機繊
維により作製した三次元織物[繊維密度X軸方向:Y軸
方向:Z軸方向(重量比)=1:1:0. 1]を浸漬
し、500Torrの減圧下で脱気した後に、4気圧の
アルゴンガス雰囲気中で上記の三次元織物に上記の混合
溶液を含浸させた。含浸後の三次元織物をアルゴンガス
気流下に80℃に加熱してヘキサンを蒸発除去した。次
に、ヘキサンを除去した含浸物を電気炉にて、窒素ガス
気流下で50℃/時間の昇温速度で1350℃まで昇温
し、1350℃で1時間保持した後、1000℃まで1
00℃/時間の降温速度で降温し、その後室温まで放冷
して、含浸物の焼成を行った。この含浸と焼成を10回
繰り返すことにより本発明のセラミックス複合材料を得
た。得られたセラミックス複合材料における繊維部分と
マトリックス部分との界面付近、即ち、界面層及びその
周辺の透過型電子顕微鏡写真を図3に示す。
Example 1 In a mixed solution of 100 parts of polycarbosilane obtained in Reference Example 1 and 100 parts of hexane, a three-dimensional woven fabric prepared from the inorganic fibers obtained in Reference Example 3 [fiber density X-axis direction: Y Axial direction: Z-axis direction (weight ratio) = 1: 1: 0.1] is immersed and degassed under a reduced pressure of 500 Torr, and then the above three-dimensional fabric is mixed with the above three-dimensional fabric in an argon gas atmosphere of 4 atm. The solution was impregnated. The three-dimensional fabric after impregnation was heated to 80 ° C. under an argon gas stream to evaporate and remove hexane. Next, the impregnated product from which hexane had been removed was heated in an electric furnace to 1350 ° C. at a heating rate of 50 ° C./hour under a nitrogen gas stream, held at 1350 ° C. for 1 hour, and then heated to 1000 ° C. for 1 hour.
The temperature was decreased at a temperature decrease rate of 00 ° C./hour, and then the mixture was allowed to cool to room temperature and calcined. By repeating this impregnation and firing 10 times, the ceramic composite material of the present invention was obtained. FIG. 3 shows a transmission electron micrograph of the vicinity of the interface between the fiber portion and the matrix portion in the obtained ceramics composite material, that is, the interface layer and its periphery.

【0073】図3において、矢印Aで挟まれた領域が界
面層である。そして、エネルギー分散型X線分光分析装
置による分析結果及び電子線回折結果から、写真中の1
はβ−SiCの結晶粒子、2はTiCの結晶粒子、3及
び4はSiと、Tiと、Cと、Oからなる非晶質、5は
炭素の結晶粒子であることが明らかになった。図3に示
す結果から明らかなように、得られた複合材料中の繊維
部分とマトリックス部分との間には厚さ約50nmの界
面層が形成されており、エネルギー分散型X線分光分析
装置による分析結果及び電子線回折結果から、この界面
層はSiと、Tiと、Cと、Oからなる非晶質、30n
m以下の大きさのβ−SiC結晶粒子およびTiC結晶
粒子及び炭素の結晶粒子から構成されていることが判っ
た。
In FIG. 3, the region sandwiched by the arrows A is the interface layer. Then, from the analysis result by the energy dispersive X-ray spectroscopic analyzer and the electron diffraction result, 1 in the photograph was obtained.
It was revealed that is a β-SiC crystal particle, 2 is a TiC crystal particle, 3 and 4 are amorphous composed of Si, Ti, C, and O, and 5 is a carbon crystal particle. As is clear from the results shown in FIG. 3, an interface layer having a thickness of about 50 nm was formed between the fiber portion and the matrix portion in the obtained composite material, and the energy dispersive X-ray spectroscopic analysis apparatus was used. From the analysis results and the electron beam diffraction results, this interface layer was composed of Si, Ti, C, and O.
It was found to be composed of β-SiC crystal particles, TiC crystal particles and carbon crystal particles having a size of m or less.

【0074】得られた複合材料の曲げ強度は550MP
aであり、空気中1250℃で110時間熱処理後の曲
げ強度は500MPaであった。また、熱処理後の複合
材料の繊維とマトリックスの界面付近をエネルギー分散
型X線分光分析装置付の透過型電子顕微鏡により観察し
た結果、当初に形成されていた界面層は酸化され、繊維
とマトリックスの間に厚さ50〜70nmのケイ素酸化
物の酸化層が形成されていたが、その酸化層と繊維との
間に10〜20nmのSiと、Tiと、Cと、Oからな
る非晶質、10nm以下の大きさのTiC結晶粒子及び
炭素の結晶粒子から構成される新規な界面層が形成され
ていることが判った。
The bending strength of the obtained composite material is 550MP.
and the bending strength after heat treatment for 110 hours at 1250 ° C. in air was 500 MPa. Moreover, as a result of observing the vicinity of the interface between the fiber and matrix of the composite material after the heat treatment with a transmission electron microscope equipped with an energy dispersive X-ray spectroscopic analyzer, the interface layer that was initially formed was oxidized and An oxide layer of silicon oxide having a thickness of 50 to 70 nm was formed between them, but an amorphous layer composed of Si, Ti, C, and O having a thickness of 10 to 20 nm was formed between the oxide layer and the fiber. It was found that a new interface layer composed of TiC crystal particles and carbon crystal particles having a size of 10 nm or less was formed.

【0075】実施例2 参考例4で得られた無機繊維により作製した平織物[繊
維密度X軸方向:Y軸方向(重量比)=1:1]を、8
層積層した後に0.5cm間隔でステッチングした繊維
積層物を、参考例2で得られたポリチタノカルボシラン
100部及びキシレン100部の混合溶液に浸漬し、4
00Torrの減圧下で脱気した後に5気圧のArガス
雰囲気中で上記繊維積層物に、実施例1で用いたものと
同じ混合溶液を、実施例1と同様にして含浸させた。次
いで、含浸後の積層物(以下、「含浸物」という)をA
rガス気流下に150℃に加熱してキシレンを蒸発除去
した。
Example 2 A plain woven fabric [fiber density X-axis direction: Y-axis direction (weight ratio) = 1: 1] prepared from the inorganic fibers obtained in Reference Example 4 was used as 8
The fiber laminate obtained by stitching at 0.5 cm intervals after layer lamination was immersed in a mixed solution of 100 parts of polytitanocarbosilane obtained in Reference Example 2 and 100 parts of xylene, and 4
After degassing under a reduced pressure of 00 Torr, the above fiber laminate was impregnated with the same mixed solution as used in Example 1 in the same manner as in Example 1 in an Ar gas atmosphere of 5 atm. Then, the laminate after impregnation (hereinafter referred to as "impregnation product") is
It was heated to 150 ° C. under a stream of r gas to remove xylene by evaporation.

【0076】次に、キシレンを除去した含浸物を電気炉
にて、N2 ガス気流下で30℃/時間の昇温速度で13
50℃まで昇温し、1350℃で1時間保持した後、1
000℃まで100℃/時間の降温速度で降温し、その
後室温まで放冷して、含浸物の焼成を行った。この含浸
と焼成を10回繰り返すことにより本発明のセラミック
ス複合材料を得た。得られたセラミックス複合材料にお
ける繊維部分とマトリックス部分との界面付近、即ち、
界面層及びその周辺をエネルギー分散型X線分光分析装
置付の透過型電子顕微鏡により観察した。その時の透過
型電子顕微鏡写真を図4に示す。
Next, the impregnated product from which xylene was removed was heated in an electric furnace under a N 2 gas stream at a temperature rising rate of 30 ° C./hour for 13 times.
After heating to 50 ° C and holding at 1350 ° C for 1 hour,
The temperature was lowered to 000 ° C. at a temperature lowering rate of 100 ° C./hour, then allowed to cool to room temperature, and the impregnated material was calcined. By repeating this impregnation and firing 10 times, the ceramic composite material of the present invention was obtained. Near the interface between the fiber portion and the matrix portion in the obtained ceramic composite material, that is,
The interface layer and its periphery were observed with a transmission electron microscope equipped with an energy dispersive X-ray spectroscopic analyzer. A transmission electron micrograph at that time is shown in FIG.

【0077】図4において、矢印Aで挟まれた領域が界
面層である。エネルギー分散型X線分光分析装置による
分析結果及び電子線回折結果、写真中の1はβ−SiC
の結晶粒子、2はTiCの結晶粒子、3及び4はSi
と、Tiと、Cと、Oからなる非晶質、5は炭素の結晶
粒子であることが判った。図4に示す結果から明らかな
ように、得られた複合材料中の繊維部分とマトリックス
部分との間には厚さ20〜60nmの界面層が形成され
ており、エネルギー分散型X線分光分析装置による分析
結果及び電子線回折結果から、この界面層はSiと、T
iと、Cと、Oからなる非晶質、20nm以下の大きさ
のβ−SiC結晶粒子およびTiC結晶粒子及び炭素の
結晶粒子から構成されていることが判った。
In FIG. 4, the region sandwiched by the arrows A is the interface layer. Analysis results and electron diffraction results by the energy dispersive X-ray spectrophotometer, 1 in the photograph is β-SiC
Crystal particles, 2 TiC crystal particles, 3 and 4 Si
It was found that the amorphous material 5 composed of Ti, C and O was a crystal particle of carbon. As is clear from the results shown in FIG. 4, an interface layer having a thickness of 20 to 60 nm is formed between the fiber portion and the matrix portion in the obtained composite material, and the energy dispersive X-ray spectroscopic analyzer According to the analysis result and the electron beam diffraction result, the interface layer is composed of Si, T
It was found to be composed of an amorphous material composed of i, C, and O, β-SiC crystal particles having a size of 20 nm or less, TiC crystal particles, and carbon crystal particles.

【0078】得られた複合材料の曲げ強度は680MP
aであり、空気中1250℃で100時間熱処理後の曲
げ強度は675MPaであった。更に、熱処理後のセラ
ミックス複合材料中の界面層周辺の透過型電子顕微鏡写
真を図5に示す。
The bending strength of the obtained composite material is 680 MP.
and the bending strength after heat treatment at 1250 ° C. for 100 hours in air was 675 MPa. Further, FIG. 5 shows a transmission electron microscope photograph of the periphery of the interface layer in the ceramic composite material after the heat treatment.

【0079】図5において、矢印Aで挟まれた領域が酸
化層であり、矢印Bで挟まれた領域が新規に形成された
界面層である。エネルギー分散型X線分光分析装置によ
る分析結果及び電子線回折結果、図5中、1は無機繊
維、2はβ−SiCの結晶粒子、3及び4はSiとOか
らなる非晶質、5はマトリックス、6はTiCの結晶粒
子、7はSiと、Tiと、Cと、Oからなる非晶質、8
は炭素の凝集体であった。また図6中、1はβ−SiC
の結晶粒子、2はTiCの結晶粒子、3及び4はSi
と、Tiと、Cと、Oからなる非晶質、5は炭素の凝集
体であった。図5、図6及びエネルギー分散型X線分光
分析装置による分析結果から、当初に形成されていた界
面層は酸化され、繊維部分とマトリックス部分の間に厚
さ45〜70nmのケイ素酸化物の酸化層が形成されて
いたが、その酸化層と繊維との間に30nmのSiと、
Tiと、Cと、Oからなる非晶質、30〜50nmのT
iC結晶粒子及び10nm以下のβ−SiC結晶粒子及
び炭素の結晶粒子から構成される新規な界面層が形成さ
れていることが判った。
In FIG. 5, the region sandwiched by the arrow A is an oxide layer, and the region sandwiched by the arrow B is a newly formed interface layer. Analysis results and electron beam diffraction results by the energy dispersive X-ray spectroscopic analyzer. In FIG. 5, 1 is inorganic fiber, 2 is β-SiC crystal particles, 3 and 4 are amorphous composed of Si and O, and 5 is Matrix, 6 is crystal particles of TiC, 7 is amorphous composed of Si, Ti, C and O, 8
Was an aggregate of carbon. Further, in FIG. 6, 1 is β-SiC
Crystal particles, 2 TiC crystal particles, 3 and 4 Si
Amorphous, consisting of Ti, C, and O, and 5 were aggregates of carbon. From FIGS. 5 and 6 and the analysis results by the energy dispersive X-ray spectroscopic analyzer, the interface layer that was initially formed was oxidized, and the oxidation of silicon oxide having a thickness of 45 to 70 nm was performed between the fiber portion and the matrix portion. Although a layer was formed, 30 nm of Si was formed between the oxide layer and the fiber,
Amorphous consisting of Ti, C, and O, T of 30 to 50 nm
It was found that a new interface layer composed of iC crystal particles, β-SiC crystal particles of 10 nm or less, and carbon crystal particles was formed.

【0080】比較例1 市販の「チラノ繊維TM−S1」〔商品名、宇部興産
(株)製〕に、エタンガスを原料としてCVD法により
厚さ約200nmの炭素を被覆して無機繊維を調製し
た。この無機繊維から、実施例2と同様にして作製し
た、平織物[繊維密度X軸方向:Y軸方向(重量比)=
1:1]を8層積層した後に0.5cm間隔でステッチ
ングした積層物を、参考例2で得られたポリチタノカル
ボシラン100部及びキシレン100部の混合溶液に浸
漬し、400Torrの減圧下で脱気した後に5気圧の
Arガス雰囲気中で上記の積層物に上記の混合溶液を含
浸させた。含浸後の積層物(以下、「含浸物」という)
をArガス気流下に150℃に加熱してキシレンを蒸発
除去した。
Comparative Example 1 Inorganic fibers were prepared by coating commercially available "Tyranno fiber TM-S1" [trade name, manufactured by Ube Industries, Ltd.] with ethane gas as a raw material and carbon with a thickness of about 200 nm by a CVD method. . A plain woven fabric prepared from this inorganic fiber in the same manner as in Example 2 [fiber density X-axis direction: Y-axis direction (weight ratio) =
1: 1] 8 layers and then stitched at intervals of 0.5 cm is immersed in a mixed solution of 100 parts of polytitanocarbosilane obtained in Reference Example 2 and 100 parts of xylene, and the pressure is reduced to 400 Torr. After degassing under the above conditions, the above-mentioned laminate was impregnated with the above mixed solution in an Ar gas atmosphere at 5 atm. Laminate after impregnation (hereinafter referred to as "impregnation")
Was heated to 150 ° C. under Ar gas flow to remove xylene by evaporation.

【0081】次に、キシレンを除去した含浸物を電気炉
にて、N2 ガス気流下で30℃/時間の昇温速度で13
50℃まで昇温し、1350℃で1時間保持した後、1
000℃まで100℃/時間の降温速度で降温し、その
後室温まで放冷して、含浸物の焼成を行った。この含浸
と焼成を10回繰り返すことによりセラミックス複合材
料を得た。得られたセラミックス複合材料の繊維部分と
マトリックス部分との界面付近をエネルギー分散型X線
分光分析装置付の透過型電子顕微鏡により観察した結
果、得られた複合材料中の繊維とマトリックスの間には
厚さ約200nmの界面層が形成されており、この界面
層は炭素から構成されていた。得られた複合材料の曲げ
強度は500MPaであり、空気中1250℃で100
時間熱処理後の曲げ強度は25MPaであった。
Next, the impregnated product from which xylene had been removed was placed in an electric furnace under a N 2 gas stream at a temperature rising rate of 30 ° C./hour for 13 times.
After heating to 50 ° C and holding at 1350 ° C for 1 hour,
The temperature was lowered to 000 ° C. at a temperature lowering rate of 100 ° C./hour, then allowed to cool to room temperature, and the impregnated material was calcined. This impregnation and firing were repeated 10 times to obtain a ceramic composite material. As a result of observing the vicinity of the interface between the fiber portion and the matrix portion of the obtained ceramic composite material with a transmission electron microscope equipped with an energy dispersive X-ray spectroscopic analysis device, it was found that between the fibers and matrix in the obtained composite material An interface layer having a thickness of about 200 nm was formed, and the interface layer was composed of carbon. The bending strength of the obtained composite material is 500 MPa, and it is 100 at 100 ° C. in air.
The bending strength after the heat treatment for 25 hours was 25 MPa.

【0082】得られたセラミックス複合材料について、
上記熱処理後の界面層の状態をエネルギー分散型X線分
光分析装置付の透過型電子顕微鏡により観察した結果、
当初に形成されていた炭素から成る界面層は消失し、繊
維とマトリックスの間に厚さ約80nmのケイ素酸化物
の酸化層が形成されていた。また、この酸化層の内部、
あるいはこの酸化層と繊維との間、あるいはこの酸化層
とマトリックスとの間には、実施例1及び実施例2で観
察されたような新規な界面層は形成されていなかった。
Regarding the obtained ceramic composite material,
As a result of observing the state of the interface layer after the heat treatment with a transmission electron microscope with an energy dispersive X-ray spectroscopic analyzer,
The initially formed interface layer of carbon disappeared, and an oxide layer of silicon oxide having a thickness of about 80 nm was formed between the fiber and the matrix. Also, inside this oxide layer,
Alternatively, a novel interface layer as observed in Examples 1 and 2 was not formed between the oxidized layer and the fiber or between the oxidized layer and the matrix.

【0083】[0083]

【発明の効果】本発明セラミックス複合材料は、大気中
のように、酸素及び水蒸気が存在する環境下において
も、高温での実使用時に、機械的特性の低下が少ないも
のである。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The ceramic composite material of the present invention has little deterioration in mechanical properties when it is actually used at high temperature even in an environment where oxygen and water vapor exist, such as in the atmosphere.

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

【図1】図1は、参考例3で得られた表面処理された無
機繊維の表面(表面層)から深さ方向へのオージェー電
子分光分析結果を示すチャートである。
FIG. 1 is a chart showing Auger electron spectroscopic analysis results in the depth direction from the surface (surface layer) of the surface-treated inorganic fiber obtained in Reference Example 3.

【図2】図2は、参考例4で得られた表面処理された無
機繊維の表面(表面層)から深さ方向へのオージェー電
子分光分析結果を示すチャートである。
FIG. 2 is a chart showing Auger electron spectroscopic analysis results from the surface (surface layer) of the surface-treated inorganic fiber obtained in Reference Example 4 in the depth direction.

【図3】図3は、実施例1で得られたセラミックス複合
材料の界面層周辺の透過型電子顕微鏡写真(図面に代え
て提出する写真であって、セラミック材料の組織を示す
写真)である。
FIG. 3 is a transmission electron micrograph (a photograph submitted in place of a drawing and showing a structure of a ceramic material) around the interface layer of the ceramic composite material obtained in Example 1. .

【図4】図4は、実施例2で得られたセラミックス複合
材料の透過型電子顕微鏡写真(図面に代えて提出する写
真であって、セラミック材料の組織を示す写真)であ
る。
FIG. 4 is a transmission electron micrograph of the ceramic composite material obtained in Example 2 (a photograph submitted in place of the drawing and showing the structure of the ceramic material).

【図5】図5は、実施例2で得られたセラミックス複合
材料を熱処理した後の界面層周辺の透過型電子顕微鏡写
真(図面に代えて提出する写真であって、セラミック材
料の組織を示す写真)である。
FIG. 5 is a transmission electron microscope photograph of the periphery of the interface layer after heat-treating the ceramic composite material obtained in Example 2 (a photograph submitted in place of the drawing, which shows the structure of the ceramic material. (Photo).

【図6】図6は、実施例2で得られたセラミックス複合
材料を熱処理した後の界面層周辺の透過型電子顕微鏡写
真(図面に代えて提出する写真であって、セラミック材
料の組織を示す写真)であって、図5より倍率の高い写
真である。
FIG. 6 is a transmission electron microscope photograph of the periphery of the interface layer after heat treatment of the ceramic composite material obtained in Example 2 (a photograph submitted in place of the drawing, which shows the structure of the ceramic material). (Photograph), which has a higher magnification than FIG.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 繊維本体と、該繊維本体の表面に位置
し、該繊維本体とは構造が異なる表面層とを有する複数
の無機繊維、及びセラミックスにより形成されており、 上記無機繊維からなる繊維部分、上記セラミックスから
なり、該繊維部分の周囲に位置するマトリックス部分、
及び上記表面層と上記セラミックスとが反応して上記繊
維部分と上記マトリックス部分との間に形成された、自
己修復性を有する界面層を具備することを特徴とするセ
ラミックス複合材料。
1. A fiber composed of a plurality of inorganic fibers having a fiber body and a surface layer located on the surface of the fiber body and having a structure different from that of the fiber body, and ceramics. Part, a matrix part made of the above-mentioned ceramics and located around the fiber part,
And a ceramic composite material comprising an interface layer having a self-repairing property, which is formed between the fiber portion and the matrix portion by reacting the surface layer with the ceramics.
【請求項2】 上記界面層は、その厚さが3nm以上で
あり、(g)実質的にSiと、Ti及び/又はZrと、
CとOとからなる非晶質、(h)上記非晶質並びに10
00nm以下のβ−SiCと、TiC及び/又はZrC
と、Cとの結晶質の集合体、若しくは(i)上記結晶
質:並びにその近傍に存在するSiOxと、TiOx及
び/又はZrOx(0<x≦2)とからなる非晶質の混
合系であり、且つその平均の元素組成は、Siが0.5
〜50wt%、Ti及び/又はZrが0.05〜20w
t%、Cが30〜99.0wt%、Oが0.001〜4
0wt%であることを特徴とする請求項1記載のセラミ
ックス複合材料。
2. The interface layer has a thickness of 3 nm or more, and (g) is substantially Si, Ti and / or Zr,
Amorphous consisting of C and O, (h) the above amorphous and 10
Β-SiC of 00 nm or less, TiC and / or ZrC
And a crystalline aggregate of C or (i) the above crystalline: and an amorphous mixed system composed of SiOx and TiOx and / or ZrOx (0 <x ≦ 2) existing in the vicinity thereof. And the average elemental composition of Si is 0.5
˜50 wt%, Ti and / or Zr is 0.05-20 w
t%, C 30 to 99.0 wt%, O 0.001 to 4
It is 0 wt%, The ceramic composite material of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
【請求項3】 上記界面層は、その厚さが3nm以上で
あり、(j)実質的にSiと、Cと、Oとからなる非晶
質、(k)上記非晶質並びに1000nm以下のβ−S
iCの結晶質、(l)上記非晶質及び上記結晶質、若し
くは(m)上記非晶質及び/又は上記結晶質と、炭素の
凝集体との混合系であり、且つその平均組成は、Siが
0.1〜75wt%、Cが25〜99.5wt%、Oが
0.001〜30wt%であることを特徴とする請求項
1記載のセラミックス複合材料。
3. The interface layer has a thickness of 3 nm or more, (j) an amorphous material consisting essentially of Si, C, and O, (k) the amorphous material, and 1000 nm or less. β-S
iC crystalline, (l) the amorphous and crystalline, or (m) the amorphous and / or crystalline, and a mixed system of carbon aggregates, and the average composition thereof is The ceramic composite material according to claim 1, wherein Si is 0.1 to 75 wt%, C is 25 to 99.5 wt%, and O is 0.001 to 30 wt%.
【請求項4】 上記繊維本体の構造は、下記構造であ
り、上記表面層の構造は、下記構造(A) 又は(B) である
ことを特徴とする請求項1記載のセラミックス複合材
料。 構造; (a)実質的にSiと、Ti及び/又はZrと、CとO
とからなる非晶質、(b)上記非晶質並びに1000n
m以下のβ−SiCと、TiC及び/又はZrCとの結
晶質の集合体、若しくは(c)上記結晶質並びにその近
傍に存在するSiOxと、TiOx及び/又はZrOx
(0<x≦2)とからなる非晶質の混合系であり、且つ
その平均の元素組成は、Siが30〜80wt%、Ti
及び/又はZrが0.05〜8wt%、Cが15〜69
wt%、Oが0.01〜20.0wt%である構造。 構造(A) ;Siが0.5〜20wt%から無機繊維の平
均組成値まで連続的あるいは段階的に変化し、Cが80
〜99.5wt%から無機繊維の平均組成値まで連続的
あるいは段階的に変化し、Oが0〜19.5wt%から
無機繊維の平均組成値まで連続的あるいは段階的に変化
すると共に、Ti及び/又はZrを0〜10wt%含有
する構造。 構造(B) ;Siが20〜80wt%から0〜60wt%
まで連続的あるいは段階的に変化し、Cが0〜50wt
%から40〜100wt%まで連続的あるいは段階的に
変化し、Oが2〜80wt%から0〜45wt%まで連
続的あるいは段階的に変化すると共に、Ti及び/又は
Zrを0〜10wt%含有する構造を最外層として有
し、且つSiが0〜60wt%から無機繊維の平均組成
値まで連続的あるいは段階的に変化し、Cが40〜10
0wt%から無機繊維の平均組成値まで連続的あるいは
段階的に変化し、Oが0〜45wt%から無機繊維の平
均組成値まで連続的あるいは段階的に変化すると共に、
Ti及び/又はZrを0〜10wt%含有する構造を第
2層として有する構造。
4. The ceramic composite material according to claim 1, wherein the structure of the fiber body is the following structure, and the structure of the surface layer is the following structure (A) or (B). Structure; (a) Substantially Si, Ti and / or Zr, C and O
And (b) the above amorphous and 1000n
A crystalline aggregate of β-SiC of m or less and TiC and / or ZrC, or (c) SiOx existing in the above crystalline and its vicinity, TiOx and / or ZrOx.
(0 <x ≦ 2), which is an amorphous mixed system and has an average elemental composition of 30 to 80 wt% Si and Ti.
And / or Zr is 0.05 to 8 wt% and C is 15 to 69.
A structure in which wt% and O are 0.01 to 20.0 wt%. Structure (A): Si changes continuously or stepwise from 0.5 to 20 wt% to the average composition value of the inorganic fiber, and C is 80
.About.99.5 wt% to the average composition value of the inorganic fiber continuously or stepwise, O continuously changes from 0 to 19.5 wt% to the average composition value of the inorganic fiber, and Ti and / Or a structure containing 0 to 10 wt% of Zr. Structure (B); Si from 20 to 80 wt% to 0 to 60 wt%
Changes continuously or stepwise until C is 0 to 50 wt
% From 40% to 40 to 100 wt% continuously or stepwise, O changes from 2 to 80 wt% from 0 to 45 wt% continuously or stepwise, and contains Ti and / or Zr from 0 to 10 wt% It has a structure as the outermost layer, and Si changes continuously or stepwise from 0 to 60 wt% to the average composition value of the inorganic fiber, and C is 40 to 10
It changes continuously or stepwise from 0 wt% to the average composition value of the inorganic fiber, and O changes continuously or stepwise from 0 to 45 wt% to the average composition value of the inorganic fiber,
A structure having a structure containing 0 to 10 wt% of Ti and / or Zr as a second layer.
【請求項5】 上記繊維本体の構造は、下記構造であ
り、上記表面層の構造は、下記構造(C) 又は(D) である
ことを特徴とする請求項1記載のセラミックス複合材
料。 構造; (d)実質的にSiと、Cと、Oからなる非晶質、
(e)1000nm以下のβ−SiCの結晶質集合体
と、非晶質SiO2 及び/又は実質的にSiと、Cと、
Oからなる非晶質との集合体、若しくは(f)上記非晶
質及び/又は上記集合体と、炭素の凝集体との混合系で
あり、且つその平均の元素組成は、Siが30〜80w
t%、Cが10〜65wt%、Oが0.01〜25wt
%、Hが2wt%以下である構造。 構造(C) ;Siが0.5〜20wt%から無機繊維の平
均組成値まで連続的あるいは段階的に変化し、Cが75
〜99wt%から無機繊維の平均組成値まで連続的ある
いは段階的に変化し、Oが0〜24.5wt%から無機
繊維の平均組成値まで連続的あるいは段階的に変化する
構造。 構造(D) ;Siが20〜80wt%から0〜55wt%
まで連続的あるいは段階的に変化し、Cが0〜55wt
%から45〜100wt%まで連続的あるいは段階的に
変化し、Oが2〜80wt%から0〜24.5wt%ま
で連続的あるいは段階的に変化する構造を最外層として
有し、且つSiが0〜55wt%から無機繊維の平均組
成値まで連続的あるいは段階的に変化し、Cが45〜1
00wt%から無機繊維の平均組成値まで連続的あるい
は段階的に変化し、Oが0〜24.5wt%から無機繊
維の平均組成値まで連続的あるいは段階的に変化する構
造を第2層として有する構造。
5. The ceramic composite material according to claim 1, wherein the structure of the fiber main body is the following structure, and the structure of the surface layer is the following structure (C) or (D). Structure; (d) Amorphous consisting essentially of Si, C, and O,
(E) a crystalline aggregate of β-SiC of 1000 nm or less, amorphous SiO 2 and / or substantially Si, and C,
O is an aggregate with an amorphous material, or (f) is a mixed system of the above-mentioned amorphous material and / or the above aggregate, and an aggregate of carbon, and the average elemental composition thereof is that Si is 30 to 30%. 80w
t%, C 10 to 65 wt%, O 0.01 to 25 wt
%, H is 2 wt% or less. Structure (C); Si continuously or stepwise changes from 0.5 to 20 wt% to the average composition value of the inorganic fiber, and C is 75
A structure that continuously or stepwise changes from ˜99 wt% to the average composition value of the inorganic fiber, and O changes continuously or stepwise from 0 to 24.5 wt% to the average composition value of the inorganic fiber. Structure (D); Si from 20 to 80 wt% to 0 to 55 wt%
Changes continuously or stepwise until C is 0 to 55 wt
% To 45 to 100 wt% continuously or stepwise, and O as an outermost layer having a structure in which O continuously or stepwise changes from 2 to 80 wt% to 0 to 24.5 wt%, and Si is 0 .About.55 wt% to the average composition value of the inorganic fiber continuously or stepwise, and C is 45 to 1
The second layer has a structure in which it changes continuously or stepwise from 00 wt% to the average composition value of the inorganic fiber, and O changes continuously or stepwise from 0 to 24.5 wt% to the average composition value of the inorganic fiber. Construction.
【請求項6】 上記表面層の厚さが、10nm以上であ
ることを特徴とする請求項1記載のセラミックス複合材
料。
6. The ceramic composite material according to claim 1, wherein the surface layer has a thickness of 10 nm or more.
【請求項7】 上記セラミックスが、炭化物、窒化物、
ホウ化物、ケイ化物及び酸化物からなる群より選択され
る1種以上であることを特徴とする請求項1記載のセラ
ミックス複合材料。
7. The ceramic is a carbide, a nitride,
The ceramic composite material according to claim 1, which is at least one selected from the group consisting of borides, silicides and oxides.
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