JPH10120472A - 無機繊維強化セラミックス複合材料 - Google Patents
無機繊維強化セラミックス複合材料Info
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- JPH10120472A JPH10120472A JP8279179A JP27917996A JPH10120472A JP H10120472 A JPH10120472 A JP H10120472A JP 8279179 A JP8279179 A JP 8279179A JP 27917996 A JP27917996 A JP 27917996A JP H10120472 A JPH10120472 A JP H10120472A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】表面に界面制御層を有する炭化ケイ素系無機繊
維で強化されたセラミックス複合材料を提供する。 【解決手段】内層部及び表層部からなる、チタン及び酸
素を含有する炭化ケイ素系繊維であり、表層部に窒素が
含有されており、かつチタン及び窒素の割合が表面に向
けて連続的に増大している無機繊維で強化されたセラミ
ックス複合材料。
維で強化されたセラミックス複合材料を提供する。 【解決手段】内層部及び表層部からなる、チタン及び酸
素を含有する炭化ケイ素系繊維であり、表層部に窒素が
含有されており、かつチタン及び窒素の割合が表面に向
けて連続的に増大している無機繊維で強化されたセラミ
ックス複合材料。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、力学的特性、靱性
及び耐熱性に優れた、無機繊維強化セラミックス複合材
料に関する。
及び耐熱性に優れた、無機繊維強化セラミックス複合材
料に関する。
【０００２】
【従来の技術】特公平２−３９４６８号公報には、ケイ
素、チタン又はジルコニウム、炭素、場合により酸素か
らなる炭化ケイ素系無機繊維で強化されたセラミックス
複合材料が開示されている。特開平５−１４８０４５号
公報には、上記の炭化ケイ素系無機繊維の表層部におい
て炭素の割合が繊維表面に向けて連続的に増大した傾斜
分布を有する無機繊維、即ち、マトリックスとの結合力
を適性に制御するための界面制御相を有する無機繊維で
強化されたセラミックス複合材料が開示されている。特
公平５−６９７８９号公報には、表面に炭素又は窒化ホ
ウ素からなる界面制御相が形成された炭化ケイ素系無機
繊維と、窒化ケイ素又はβ−サイアロンとからなるセラ
ミックス複合材料が開示されている。
素、チタン又はジルコニウム、炭素、場合により酸素か
らなる炭化ケイ素系無機繊維で強化されたセラミックス
複合材料が開示されている。特開平５−１４８０４５号
公報には、上記の炭化ケイ素系無機繊維の表層部におい
て炭素の割合が繊維表面に向けて連続的に増大した傾斜
分布を有する無機繊維、即ち、マトリックスとの結合力
を適性に制御するための界面制御相を有する無機繊維で
強化されたセラミックス複合材料が開示されている。特
公平５−６９７８９号公報には、表面に炭素又は窒化ホ
ウ素からなる界面制御相が形成された炭化ケイ素系無機
繊維と、窒化ケイ素又はβ−サイアロンとからなるセラ
ミックス複合材料が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】特公平２−３９４６８
号公報に記載の無機繊維は表面に界面制御相を有してい
ないので、セラミックスとの複合材料を形成するに先立
って、例えば、特開平５−１４８０４５号公報又は特公
平５−６９７８９号公報に記載されているような方法に
よって、界面制御相を設ける必要がある。
号公報に記載の無機繊維は表面に界面制御相を有してい
ないので、セラミックスとの複合材料を形成するに先立
って、例えば、特開平５−１４８０４５号公報又は特公
平５−６９７８９号公報に記載されているような方法に
よって、界面制御相を設ける必要がある。
【０００４】特開平５−１４８０４５号公報あるいは特
公平５−６９７８９号公報に記載されている、無機繊維
はその表面に界面制御相を有しているので、工業的に多
用されているが、この無機繊維で強化されたセラミック
ス複合材料は、解決すべき問題を包含している。例え
ば、表面に炭素からなる界面制御相を有する炭化ケイ素
系無機繊維で強化されたセラミックス複合材料は、高温
の大気中で使用される際に、複合材料中を透過する酸素
によって無機繊維表面の炭素が酸化劣化を起こし、その
酸化劣化部分が欠陥となって、複合材料の力学的特性が
急激に低下するようになる。
公平５−６９７８９号公報に記載されている、無機繊維
はその表面に界面制御相を有しているので、工業的に多
用されているが、この無機繊維で強化されたセラミック
ス複合材料は、解決すべき問題を包含している。例え
ば、表面に炭素からなる界面制御相を有する炭化ケイ素
系無機繊維で強化されたセラミックス複合材料は、高温
の大気中で使用される際に、複合材料中を透過する酸素
によって無機繊維表面の炭素が酸化劣化を起こし、その
酸化劣化部分が欠陥となって、複合材料の力学的特性が
急激に低下するようになる。
【０００５】また、表面に窒化ホウ素からなる界面制御
相を有する炭化ケイ素系無機繊維で強化されたセラミッ
クス複合材料は、複合材料中を透過する大気中の水分に
よって界面制御相を構成する窒化ホウ素が加水分解を受
け、加水分解部分が欠陥となって、複合材料の強度など
が急激に低下するようになる。
相を有する炭化ケイ素系無機繊維で強化されたセラミッ
クス複合材料は、複合材料中を透過する大気中の水分に
よって界面制御相を構成する窒化ホウ素が加水分解を受
け、加水分解部分が欠陥となって、複合材料の強度など
が急激に低下するようになる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、上述し
た課題を解決した、無機繊維強化セラミックス複合材料
を提供することになる。本発明の上記目的は、ケイ素、
炭素、チタン、及び酸素からなる内層部と、ケイ素、炭
素、チタン、窒素、及び酸素からなる表層部とから構成
され、表面から５００ｎｍ以下の領域内に形成される表
層部において、窒素の割合が繊維表面に向かって連続的
に増大する傾斜した組成分布を有する炭化ケイ素系無機
繊維を強化材として、セラミックスをマトリクッスとす
る無機繊維強化セラミックス複合材料によって達成され
る。
た課題を解決した、無機繊維強化セラミックス複合材料
を提供することになる。本発明の上記目的は、ケイ素、
炭素、チタン、及び酸素からなる内層部と、ケイ素、炭
素、チタン、窒素、及び酸素からなる表層部とから構成
され、表面から５００ｎｍ以下の領域内に形成される表
層部において、窒素の割合が繊維表面に向かって連続的
に増大する傾斜した組成分布を有する炭化ケイ素系無機
繊維を強化材として、セラミックスをマトリクッスとす
る無機繊維強化セラミックス複合材料によって達成され
る。
【０００７】本発明における無機繊維は内層部と表層部
とから構成されており、繊維径は通常５〜２０μｍであ
る。表層部は繊維表面から繊維軸中心に向かって５００
ｎｍ以下の領域に形成されている。表層部が上記範囲よ
り深い領域に形成されると、内層部の割合が相対的に低
減する結果、無機繊維の機械的特性が低下するようにな
る。
とから構成されており、繊維径は通常５〜２０μｍであ
る。表層部は繊維表面から繊維軸中心に向かって５００
ｎｍ以下の領域に形成されている。表層部が上記範囲よ
り深い領域に形成されると、内層部の割合が相対的に低
減する結果、無機繊維の機械的特性が低下するようにな
る。
【０００８】内層部の構成元素の割合は、通常、ケイ
素；４０〜６０重量％、炭素；２０〜４０重量％、チタ
ン；０．１〜１０重量％、及び酸素；２〜３０重量％で
ある。他方、表層部の構成元素の割合は、通常、ケイ
素；３０〜６０重量％、炭素；１５〜３５重量％、チタ
ン；２〜３０重量％、窒素；５〜２０重量％、及び酸
素；２〜３０重量％である。
素；４０〜６０重量％、炭素；２０〜４０重量％、チタ
ン；０．１〜１０重量％、及び酸素；２〜３０重量％で
ある。他方、表層部の構成元素の割合は、通常、ケイ
素；３０〜６０重量％、炭素；１５〜３５重量％、チタ
ン；２〜３０重量％、窒素；５〜２０重量％、及び酸
素；２〜３０重量％である。
【０００９】本発明における無機繊維の表層部において
は、例えば図１に示されるように、窒素の割合が連続的
に増大している。同様に、チタンの割合も連続的増大す
る傾向を示し、表層部において、例えば窒化チタンが形
成されていることを示唆している。図１は後述する参考
例で得られた無機繊維の繊維表面からの深さ（ｎｍ）と
構成元素の割合（重量％）との関係を示しており、窒素
及びチタンの割合が繊維表面から約２００ｎｍの地点か
ら繊維表面に向けて漸増していることが理解される。こ
の表層部が界面制御層として作用し、無機繊維に、各種
マトリックス、特にセラミックマトリックスとの適性な
結合力を付与する。
は、例えば図１に示されるように、窒素の割合が連続的
に増大している。同様に、チタンの割合も連続的増大す
る傾向を示し、表層部において、例えば窒化チタンが形
成されていることを示唆している。図１は後述する参考
例で得られた無機繊維の繊維表面からの深さ（ｎｍ）と
構成元素の割合（重量％）との関係を示しており、窒素
及びチタンの割合が繊維表面から約２００ｎｍの地点か
ら繊維表面に向けて漸増していることが理解される。こ
の表層部が界面制御層として作用し、無機繊維に、各種
マトリックス、特にセラミックマトリックスとの適性な
結合力を付与する。
【００１０】本発明における無機繊維は、表層部にチタ
ンの窒化物からなる界面制御層が形成されているため
に、高温の空気中での耐熱性に優れている。また、上記
の表層部は傾斜組成となっているために、熱膨張係数の
差異による剥離が生じることがなく、この無機繊維から
得られるセラミックス複合材料は、耐ヒ−トサイクル性
において優れている。
ンの窒化物からなる界面制御層が形成されているため
に、高温の空気中での耐熱性に優れている。また、上記
の表層部は傾斜組成となっているために、熱膨張係数の
差異による剥離が生じることがなく、この無機繊維から
得られるセラミックス複合材料は、耐ヒ−トサイクル性
において優れている。
【００１１】つぎに、本発明における炭化ケイ素系無機
繊維は、例えば、以下の製法によって製造することがで
きる。上記の炭化ケイ素系無機繊維の前駆繊維である、
ケイ素、炭素、周期律表２〜４族の金属原子、及び酸素
からなる無機繊維は、例えば、特公昭６０−１４０５号
公報、同６０−２０４８５号公報に記載の方法に従って
調製することができ、その製造方法の一例をつぎに示
す。
繊維は、例えば、以下の製法によって製造することがで
きる。上記の炭化ケイ素系無機繊維の前駆繊維である、
ケイ素、炭素、周期律表２〜４族の金属原子、及び酸素
からなる無機繊維は、例えば、特公昭６０−１４０５号
公報、同６０−２０４８５号公報に記載の方法に従って
調製することができ、その製造方法の一例をつぎに示
す。
【００１２】ポリシランとフェニル基含有ポリボロシロ
キサンとの反応によって得られるポリカルボシランにチ
タンのアルコキシド、アセチルアセトキシ化合物、カル
ボニル化合物、及びシクロペンタジエニル化合物から選
択される化合物の１種類以上を添加し、不活性ガス中で
加熱反応させて金属含有有機ケイ素重合体を調製する。
加熱温度は通常２５０〜３５０℃、加熱時間は一般に１
〜１０時間である。この金属含有有機ケイ素重合体を紡
糸し、紡糸繊維を酸素含有雰囲気中での加熱、あるいは
電子線又はγ線の照射により不融化し、不融化繊維を８
００〜１４００℃の範囲の温度に加熱して、前駆無機繊
維を得る。このような前駆無機繊維の一例が、宇部興産
株式会社製のチラノ繊維（登録商標）である。
キサンとの反応によって得られるポリカルボシランにチ
タンのアルコキシド、アセチルアセトキシ化合物、カル
ボニル化合物、及びシクロペンタジエニル化合物から選
択される化合物の１種類以上を添加し、不活性ガス中で
加熱反応させて金属含有有機ケイ素重合体を調製する。
加熱温度は通常２５０〜３５０℃、加熱時間は一般に１
〜１０時間である。この金属含有有機ケイ素重合体を紡
糸し、紡糸繊維を酸素含有雰囲気中での加熱、あるいは
電子線又はγ線の照射により不融化し、不融化繊維を８
００〜１４００℃の範囲の温度に加熱して、前駆無機繊
維を得る。このような前駆無機繊維の一例が、宇部興産
株式会社製のチラノ繊維（登録商標）である。
【００１３】この前駆無機繊維を、窒素含有化合物の雰
囲気中で加熱処理することによって、本発明の無機繊維
が調製される。窒素含有化合物の具体例としては、アン
モニア、アミン化合物を挙げることができるが、工業的
にはアンモニアを使用することが便利である。加熱処理
温度は１０００℃以上である。処理温度が１０００℃よ
り低いと、表層部が殆ど形成されない。処理温度の上限
については特別の制限はないが、過度に高いと、得られ
る無機繊維の力学的特性が低下するようになるので、一
般に上限は１６００℃である。また、加熱処理温度は通
常１〜５時間である。
囲気中で加熱処理することによって、本発明の無機繊維
が調製される。窒素含有化合物の具体例としては、アン
モニア、アミン化合物を挙げることができるが、工業的
にはアンモニアを使用することが便利である。加熱処理
温度は１０００℃以上である。処理温度が１０００℃よ
り低いと、表層部が殆ど形成されない。処理温度の上限
については特別の制限はないが、過度に高いと、得られ
る無機繊維の力学的特性が低下するようになるので、一
般に上限は１６００℃である。また、加熱処理温度は通
常１〜５時間である。
【００１４】本発明における無機繊維の形状については
特別の制限はなく、連続繊維又は連続繊維を切断したチ
ョップ状短繊維であってもよく、連続繊維から編織され
た平織、朱子織、多軸織、三次元織、不職布であっても
よく、さらに連続繊維を一方向に引き揃えたジ−ト状物
であってもよい。複合材料中の無機繊維の割合について
も特別の制限はないが、一般には、３０〜７０重量％で
ある。
特別の制限はなく、連続繊維又は連続繊維を切断したチ
ョップ状短繊維であってもよく、連続繊維から編織され
た平織、朱子織、多軸織、三次元織、不職布であっても
よく、さらに連続繊維を一方向に引き揃えたジ−ト状物
であってもよい。複合材料中の無機繊維の割合について
も特別の制限はないが、一般には、３０〜７０重量％で
ある。
【００１５】本発明におけるマトリックスであるセラミ
ックスとしては、結晶質又は非晶質の酸化物セラミック
ス、結晶質又は非晶質の非酸化物セラミックス、ガラ
ス、結晶化ガラス、これらの混合物、これらのセラミッ
クスを粒子分散強化したセラミックス複合材料を例示す
ることができる。
ックスとしては、結晶質又は非晶質の酸化物セラミック
ス、結晶質又は非晶質の非酸化物セラミックス、ガラ
ス、結晶化ガラス、これらの混合物、これらのセラミッ
クスを粒子分散強化したセラミックス複合材料を例示す
ることができる。
【００１６】酸化物セラミックスの具体例としては、ア
ルミニウム、マグネシウム、ケイ素、イットリウム、イ
ンジウム、ウラン、カルシウム、スカンジウム、タンタ
ル、ニオブ、ネオジム、ランタン、ルテニウム、ロジウ
ム、ベリリウム、チタン、錫、ストロンチウム、バリウ
ム、亜鉛、ジルコニウム、鉄のような元素の酸化物、こ
れら金属の複合酸化物が挙げられる。
ルミニウム、マグネシウム、ケイ素、イットリウム、イ
ンジウム、ウラン、カルシウム、スカンジウム、タンタ
ル、ニオブ、ネオジム、ランタン、ルテニウム、ロジウ
ム、ベリリウム、チタン、錫、ストロンチウム、バリウ
ム、亜鉛、ジルコニウム、鉄のような元素の酸化物、こ
れら金属の複合酸化物が挙げられる。
【００１７】非酸化物セラミックスの具体例としては、
炭化物、窒化物、ホウ化物が挙げられる。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、マンガンのような元素の炭化物、これら元
素の複合炭化物が挙げられる。窒化物の具体例として
は、ケイ素、ホウ素、アルミニウム、マグネシウム、モ
リブデンのような元素の窒化物、これら元素の複合窒化
物、サイアロンが挙げられる。ホウ化物の具体例として
は、チタン、イットリウム、ランタンのような元素のホ
ウ化物、CeCo3B2、CeCo4B4 、ErRh4B4 のようなホウ化
白金族ランタノイドが挙げられる。
炭化物、窒化物、ホウ化物が挙げられる。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、マンガンのような元素の炭化物、これら元
素の複合炭化物が挙げられる。窒化物の具体例として
は、ケイ素、ホウ素、アルミニウム、マグネシウム、モ
リブデンのような元素の窒化物、これら元素の複合窒化
物、サイアロンが挙げられる。ホウ化物の具体例として
は、チタン、イットリウム、ランタンのような元素のホ
ウ化物、CeCo3B2、CeCo4B4 、ErRh4B4 のようなホウ化
白金族ランタノイドが挙げられる。
【００１８】ガラスの具体例としては、ケイ酸塩ガラ
ス、リン酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラスのような非晶質ガ
ラスが挙げられる。結晶化ガラスの具体例としては、主
結晶相がβ−スポ−ジュメンであるLiO2-Al2O3-MgO-SiO
2 系ガラス及びLiO2-Al2O3-MgO-SiO2-Nb2O5 系ガラス、
主結晶相がコ−ジェライトであるMgO-Al2O3-SiO2系ガラ
ス、主結晶相がバリウムオスミライトであるBaO-MgO-Al
2O3-SiO2系ガラス、主結晶相がムライト又はヘキサセル
シアンであるBaO-Al2O3-SiO2系ガラス、主結晶相がアノ
−サイトであるCaO-Al2O3-SiO2系ガラスが挙げられる。
これらの結晶化ガラスの結晶相にはクリストバライトが
含まれる場合がある。本発明におけるセラミックスとし
て、上記の各種セラミックスの固溶体を挙げることがで
きる。
ス、リン酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラスのような非晶質ガ
ラスが挙げられる。結晶化ガラスの具体例としては、主
結晶相がβ−スポ−ジュメンであるLiO2-Al2O3-MgO-SiO
2 系ガラス及びLiO2-Al2O3-MgO-SiO2-Nb2O5 系ガラス、
主結晶相がコ−ジェライトであるMgO-Al2O3-SiO2系ガラ
ス、主結晶相がバリウムオスミライトであるBaO-MgO-Al
2O3-SiO2系ガラス、主結晶相がムライト又はヘキサセル
シアンであるBaO-Al2O3-SiO2系ガラス、主結晶相がアノ
−サイトであるCaO-Al2O3-SiO2系ガラスが挙げられる。
これらの結晶化ガラスの結晶相にはクリストバライトが
含まれる場合がある。本発明におけるセラミックスとし
て、上記の各種セラミックスの固溶体を挙げることがで
きる。
【００１９】セラミックスを粒子分散強化したセラミッ
クス複合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、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無機物質の球状粒子、多面
体粒子、板状粒子、棒状粒子を０．１〜６０体積％均一
分散したセラミックスが挙げられる。球状粒子多面体粒
子の粒径は一般には０．１μｍ〜１ｍｍ、板状粒子及び
棒状粒子のアスペクト比は一般に１．５〜１０００であ
る。
クス複合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、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無機物質の球状粒子、多面
体粒子、板状粒子、棒状粒子を０．１〜６０体積％均一
分散したセラミックスが挙げられる。球状粒子多面体粒
子の粒径は一般には０．１μｍ〜１ｍｍ、板状粒子及び
棒状粒子のアスペクト比は一般に１．５〜１０００であ
る。
【００２０】本発明の無機繊維強化セラミックス複合材
料は、それ自体公知の方法に従って調製することができ
る。一つの方法は、無機繊維の織物又は不織物にセラミ
ックス前駆重合体、例えば、ポリカルボシラン、ポリメ
タロカルボシラン、ポリシラザンの溶液を含侵させた
後、溶媒を乾燥除去し、ついでこの前駆重合体の分解温
度以上の温度に加熱して焼成セラミックス化する方法で
ある。この前駆重合体の含侵、乾燥及び焼成は２回以上
繰り返すことができる。別の方法は、無機繊維の織物又
は不織物に、化学気相侵入法（ＣＶＩ）により、セラミ
ックスマトリックスを形成する方法である。
料は、それ自体公知の方法に従って調製することができ
る。一つの方法は、無機繊維の織物又は不織物にセラミ
ックス前駆重合体、例えば、ポリカルボシラン、ポリメ
タロカルボシラン、ポリシラザンの溶液を含侵させた
後、溶媒を乾燥除去し、ついでこの前駆重合体の分解温
度以上の温度に加熱して焼成セラミックス化する方法で
ある。この前駆重合体の含侵、乾燥及び焼成は２回以上
繰り返すことができる。別の方法は、無機繊維の織物又
は不織物に、化学気相侵入法（ＣＶＩ）により、セラミ
ックスマトリックスを形成する方法である。
【００２１】さらに別の方法は、無機繊維とセラミック
ス原料粉末とを配合した後に焼結する方法である。無機
繊維がチョップ状であるときは、チョップ状無機繊維と
セラミックス原料粉末とを混合した混合物とすることが
でき、無機繊維が長繊維、織物、不織物又はシ−ト状で
あるときは、これらの層とセラミックス原料粉末層とを
交互に積層した積層物とすることができる。ついで、上
記の混合物又は積層物を、所望の形状に成形した後、あ
るいは成形と同時に加熱焼結することによって、無機繊
維強化セラミックス複合材料を得ることができる。
ス原料粉末とを配合した後に焼結する方法である。無機
繊維がチョップ状であるときは、チョップ状無機繊維と
セラミックス原料粉末とを混合した混合物とすることが
でき、無機繊維が長繊維、織物、不織物又はシ−ト状で
あるときは、これらの層とセラミックス原料粉末層とを
交互に積層した積層物とすることができる。ついで、上
記の混合物又は積層物を、所望の形状に成形した後、あ
るいは成形と同時に加熱焼結することによって、無機繊
維強化セラミックス複合材料を得ることができる。
【００２２】
【実施例】以下に実施例を示す。以下において、特別の
言及がない限り、「部」及び「％」は、それぞれ、「重
量部」及び「重量％」を示す。
言及がない限り、「部」及び「％」は、それぞれ、「重
量部」及び「重量％」を示す。
【００２３】参考例１ 宇部興産株式会社製のチラノ繊維（登録商標）（平均フ
ィラメント径１１μｍ、１６００フィラメント／束、引
張強度３３０ｋｇ／ｍｍ2 ）を、管状電気炉に挿入し、
炉内をアンモニアガスで置換した。この後、炉内にアン
モニアガスを流しながら４００℃／時間の昇温速度で１
４００℃まで昇温し、同温度で３時間保持した後、電気
炉を放冷して、得られた無機繊維を取り出した。
ィラメント径１１μｍ、１６００フィラメント／束、引
張強度３３０ｋｇ／ｍｍ2 ）を、管状電気炉に挿入し、
炉内をアンモニアガスで置換した。この後、炉内にアン
モニアガスを流しながら４００℃／時間の昇温速度で１
４００℃まで昇温し、同温度で３時間保持した後、電気
炉を放冷して、得られた無機繊維を取り出した。
【００２４】この無機繊維の表面から繊維軸方向の組成
分布を、日本電子株式会社製の走査型オ−ジェ電子分光
装置ＪＡＭＰ−３０を用いて分析した。分析結果を示す
図１から分かるように、無機繊維は内層部と繊維表面か
ら約２００ｎｍの地点から形成される表層部とから構成
されていた。内層部の組成は、ケイ素５４％、炭素３２
％、チタン２％、及び酸素１２％であり、原料繊維の組
成と同一であった。
分布を、日本電子株式会社製の走査型オ−ジェ電子分光
装置ＪＡＭＰ−３０を用いて分析した。分析結果を示す
図１から分かるように、無機繊維は内層部と繊維表面か
ら約２００ｎｍの地点から形成される表層部とから構成
されていた。内層部の組成は、ケイ素５４％、炭素３２
％、チタン２％、及び酸素１２％であり、原料繊維の組
成と同一であった。
【００２５】この無機繊維の表層部においては、上記の
繊維表面から約２００ｎｍの地点から繊維表面に向けて
窒素の割合が漸増し、また、同５０ｎｍの地点からチタ
ンの割合が漸増しており、他方、ケイ素及び炭素は割合
が漸減していた。この無機繊維の引張強度は３１５ｋｇ
／ｍｍ2 であった。
繊維表面から約２００ｎｍの地点から繊維表面に向けて
窒素の割合が漸増し、また、同５０ｎｍの地点からチタ
ンの割合が漸増しており、他方、ケイ素及び炭素は割合
が漸減していた。この無機繊維の引張強度は３１５ｋｇ
／ｍｍ2 であった。
【００２６】参考例２ ナトリウム４００ｇを含有する無水キシレン２０リット
ルに、窒素ガス気流下にキシレンを加熱還流させなが
ら、ジメチルジクロロシラン１リットルを滴下し、引き
続き１０時間加熱還流し沈澱物を生成させた。この沈澱
をろ過し、メタノ−ル、ついで水で洗浄して、白色のポ
リジメチルシラン４２０ｇを得た。これとは別に、ジフ
ェニルジクロロシラン７５０ｇ及びホウ酸１２４ｇを窒
素ガス雰囲気下にｎ−ブチルエ−テル中、１００〜１２
０℃で加熱し、生成した白色樹脂状物をさらに真空中４
００℃で１時間加熱することによって、フェニル基含有
ポリボロシロキサン５３０ｇを得た。
ルに、窒素ガス気流下にキシレンを加熱還流させなが
ら、ジメチルジクロロシラン１リットルを滴下し、引き
続き１０時間加熱還流し沈澱物を生成させた。この沈澱
をろ過し、メタノ−ル、ついで水で洗浄して、白色のポ
リジメチルシラン４２０ｇを得た。これとは別に、ジフ
ェニルジクロロシラン７５０ｇ及びホウ酸１２４ｇを窒
素ガス雰囲気下にｎ−ブチルエ−テル中、１００〜１２
０℃で加熱し、生成した白色樹脂状物をさらに真空中４
００℃で１時間加熱することによって、フェニル基含有
ポリボロシロキサン５３０ｇを得た。
【００２７】上記のポリジメチルシラン１００部に上記
のフェニル基含有ポリボロシロキサン１０部を添加し、
窒素ガス雰囲気中、３５０℃で熱縮合して、カルボシラ
ン単位とシロキサン単位との比が１００：０．９３であ
る有機ケイ素重合体部７２部を得た。この有機ケイ素重
合体１００部のキシレン溶液にチタンテトラブトキシド
１０．５部を加え、窒素ガス気流下に３２０℃で橋架反
応させるとによって、カルボシラン単位とチタノキサン
単位との比が１０：１のポリチタノカルボシランを得
た。
のフェニル基含有ポリボロシロキサン１０部を添加し、
窒素ガス雰囲気中、３５０℃で熱縮合して、カルボシラ
ン単位とシロキサン単位との比が１００：０．９３であ
る有機ケイ素重合体部７２部を得た。この有機ケイ素重
合体１００部のキシレン溶液にチタンテトラブトキシド
１０．５部を加え、窒素ガス気流下に３２０℃で橋架反
応させるとによって、カルボシラン単位とチタノキサン
単位との比が１０：１のポリチタノカルボシランを得
た。
【００２８】実施例１ 参考例１で得られた無機繊維の三次元織物［糸密度（束
／２５ｍｍ）：Ｘ方向１５、Ｙ方向１５、Ｚ方向１
２）］を、参考例２で得られたポリチタノカルボシラン
の５０％キシレン溶液に浸漬後、真空容器内で２０ｔｏ
ｒｒに減圧し１５分間保持することにより、三次元織物
内にポリチタノカルボシランを含浸した。その後、空気
中６０℃で１０時間保持しキシレンを乾燥除去し、窒素
気流中１２００℃で加熱焼成した。上記の含浸、乾燥及
び焼成を８回繰り返すことにより、無機繊維強化セラミ
ック複合材料を得た。得られた複合材料の室温引張強度
は５０ｋｇ／ｍｍ2 であり、空気中１０００℃及び１２
００℃での引張強度は、それぞれ、５０ｋｇ／ｍｍ2 及
び３７ｋｇ／ｍｍ2 であった。
／２５ｍｍ）：Ｘ方向１５、Ｙ方向１５、Ｚ方向１
２）］を、参考例２で得られたポリチタノカルボシラン
の５０％キシレン溶液に浸漬後、真空容器内で２０ｔｏ
ｒｒに減圧し１５分間保持することにより、三次元織物
内にポリチタノカルボシランを含浸した。その後、空気
中６０℃で１０時間保持しキシレンを乾燥除去し、窒素
気流中１２００℃で加熱焼成した。上記の含浸、乾燥及
び焼成を８回繰り返すことにより、無機繊維強化セラミ
ック複合材料を得た。得られた複合材料の室温引張強度
は５０ｋｇ／ｍｍ2 であり、空気中１０００℃及び１２
００℃での引張強度は、それぞれ、５０ｋｇ／ｍｍ2 及
び３７ｋｇ／ｍｍ2 であった。
【００２９】実施例２ 平均粒径０．８μｍの窒化ケイ素粉末にY2O3及びAl2O3
をそれぞれ５％添加し、さらにバインダ−としてポリビ
ニルアルコ−ルを１０％添加した後、エタノ−ルと蒸留
水との混合溶媒中で２８時間ボ−ルミル混合して、マト
リックス原料のスラリ−を調製した。参考例１で得られ
た無機繊維の束を数本のテフロン製の円柱状ピンに連続
的に押しつけた後に、空気を吹きつけて幅約１．５ｃｍ
に開繊した。開繊した無機繊維をドラムに巻き取り、無
機繊維の一方向シ−トを作成した。このシ−トを上記の
マトリックス原料のスラリ−に浸漬した後に充分乾燥し
てプリプレグシ−トを作成した。
をそれぞれ５％添加し、さらにバインダ−としてポリビ
ニルアルコ−ルを１０％添加した後、エタノ−ルと蒸留
水との混合溶媒中で２８時間ボ−ルミル混合して、マト
リックス原料のスラリ−を調製した。参考例１で得られ
た無機繊維の束を数本のテフロン製の円柱状ピンに連続
的に押しつけた後に、空気を吹きつけて幅約１．５ｃｍ
に開繊した。開繊した無機繊維をドラムに巻き取り、無
機繊維の一方向シ−トを作成した。このシ−トを上記の
マトリックス原料のスラリ−に浸漬した後に充分乾燥し
てプリプレグシ−トを作成した。
【００３０】上記プリプレグシ−トを５ｃｍ×５ｃｍ×
５ｃｍの正方形に切断した後、離型剤としてコロイダル
カ−ボンを塗布した黒鉛ダイス中に積層し、アルゴン雰
囲気中で１０００℃、３００ｋｇ／ｃｍ2 でホットプレ
スした。ホットプレス品に窒化ホウ素を塗布した後にタ
ンタル箔を巻きつけパイレックスガラス製のカプセルに
真空封入し、１７００℃、１０００ｋｇ／ｃｍ2 で熱間
静水圧プレスして、窒化ケイ素をマトリックスとする無
機繊維強化セラミックス複合材料を得た。
５ｃｍの正方形に切断した後、離型剤としてコロイダル
カ−ボンを塗布した黒鉛ダイス中に積層し、アルゴン雰
囲気中で１０００℃、３００ｋｇ／ｃｍ2 でホットプレ
スした。ホットプレス品に窒化ホウ素を塗布した後にタ
ンタル箔を巻きつけパイレックスガラス製のカプセルに
真空封入し、１７００℃、１０００ｋｇ／ｃｍ2 で熱間
静水圧プレスして、窒化ケイ素をマトリックスとする無
機繊維強化セラミックス複合材料を得た。
【００３１】複合材料中の無機繊維の割合が５０体積％
であった。この複合材料の曲げ強度は室温で６０ｋｇ／
ｍｍ2 であり、１４００℃で６５ｋｇ／ｍｍ2 であっ
た。また、この複合材料を１２００℃の空気中で１００
時間保持した時の、曲げ強度は５８ｋｇ／ｍｍ2 であっ
た。
であった。この複合材料の曲げ強度は室温で６０ｋｇ／
ｍｍ2 であり、１４００℃で６５ｋｇ／ｍｍ2 であっ
た。また、この複合材料を１２００℃の空気中で１００
時間保持した時の、曲げ強度は５８ｋｇ／ｍｍ2 であっ
た。
【図１】参考例１で得られた無機繊維の組成分析結果を
示す図である。
示す図である。
Claims (1)
- 【請求項１】無機繊維を強化材とし、セラミックスをマ
トリックスとする無機繊維強化セラミックス複合材料に
おいて、無機繊維が、ケイ素、炭素、チタン、及び酸素
からなる内層部と、ケイ素、炭素、チタン、窒素、及び
酸素からなる表層部とから構成され、表面から５００ｎ
ｍ以下の領域内に形成される表層部において、窒素の割
合が繊維表面に向かって連続的に増大する傾斜した組成
分布を有することを特徴とする無機繊維強化セラミック
ス複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8279179A JPH10120472A (ja) | 1996-10-22 | 1996-10-22 | 無機繊維強化セラミックス複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8279179A JPH10120472A (ja) | 1996-10-22 | 1996-10-22 | 無機繊維強化セラミックス複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10120472A true JPH10120472A (ja) | 1998-05-12 |
Family
ID=17607553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8279179A Pending JPH10120472A (ja) | 1996-10-22 | 1996-10-22 | 無機繊維強化セラミックス複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10120472A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000169249A (ja) * | 1998-11-24 | 2000-06-20 | Dow Corning Corp | セラミック複合材料 |
| US7032769B2 (en) | 1995-12-04 | 2006-04-25 | Toray Industries, Inc. | Pressure vessel and process for producing the same |
| JP2014224034A (ja) * | 2013-04-22 | 2014-12-04 | 住友化学株式会社 | 焼結体の製造方法 |
| JP2015508382A (ja) * | 2011-12-29 | 2015-03-19 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | セラミックマトリックス複合材を製造する方法およびそれによって形成されたセラミックマトリックス複合材 |
-
1996
- 1996-10-22 JP JP8279179A patent/JPH10120472A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7032769B2 (en) | 1995-12-04 | 2006-04-25 | Toray Industries, Inc. | Pressure vessel and process for producing the same |
| JP2000169249A (ja) * | 1998-11-24 | 2000-06-20 | Dow Corning Corp | セラミック複合材料 |
| JP4727781B2 (ja) * | 1998-11-24 | 2011-07-20 | ダウ コーニング コーポレーション | セラミック複合材料 |
| JP2015508382A (ja) * | 2011-12-29 | 2015-03-19 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | セラミックマトリックス複合材を製造する方法およびそれによって形成されたセラミックマトリックス複合材 |
| JP2014224034A (ja) * | 2013-04-22 | 2014-12-04 | 住友化学株式会社 | 焼結体の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040331 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040831 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050104 |