JPH10167831A - ＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料及びその製造方法 - Google Patents
ＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料及びその製造方法Info
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- JPH10167831A JPH10167831A JP8336108A JP33610896A JPH10167831A JP H10167831 A JPH10167831 A JP H10167831A JP 8336108 A JP8336108 A JP 8336108A JP 33610896 A JP33610896 A JP 33610896A JP H10167831 A JPH10167831 A JP H10167831A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＣＶＤ法や無機ポリマー含浸法で作製された
ＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣのようなセラミックス基複
合材料（ＣＭＣ）に存在した気孔をほぼ０にし、耐酸化
性、耐クリープ性、常温〜高温までの強度及び靭性など
の特性に優れるＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料と
その製造方法を提供する。 【解決手段】 ＳｉＣ繊維とＳｉＣ粒子を含む成形体に
対し、Ｓｉを溶融、含浸させてなるＳｉＣ繊維強化Ｓｉ
−ＳｉＣ複合材料であって、その気孔率が１．０％以下
のものである。ＳｉＣ繊維とＳｉＣ粒子を含む成形体に
対し、Ｓｉを溶融、含浸させることにより、ＳｉＣ繊維
強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料を製造する方法で、この成形
体とＳｉを１１００〜１４００℃の温度に保持するとと
もに、不活性ガス雰囲気に晒した後、１５００〜２５０
０℃の温度に昇温して成形体へＳｉを溶融、含浸させ
る。
ＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣのようなセラミックス基複
合材料（ＣＭＣ）に存在した気孔をほぼ０にし、耐酸化
性、耐クリープ性、常温〜高温までの強度及び靭性など
の特性に優れるＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料と
その製造方法を提供する。 【解決手段】 ＳｉＣ繊維とＳｉＣ粒子を含む成形体に
対し、Ｓｉを溶融、含浸させてなるＳｉＣ繊維強化Ｓｉ
−ＳｉＣ複合材料であって、その気孔率が１．０％以下
のものである。ＳｉＣ繊維とＳｉＣ粒子を含む成形体に
対し、Ｓｉを溶融、含浸させることにより、ＳｉＣ繊維
強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料を製造する方法で、この成形
体とＳｉを１１００〜１４００℃の温度に保持するとと
もに、不活性ガス雰囲気に晒した後、１５００〜２５０
０℃の温度に昇温して成形体へＳｉを溶融、含浸させ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、耐候性、耐酸化
性、耐クリープ性、強度及び靱性などの特性に優れたＳ
ｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料及びその製造方法に
関する。
性、耐クリープ性、強度及び靱性などの特性に優れたＳ
ｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料及びその製造方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】 技術革新が急速に進む中で、宇宙開発
分野では宇宙往還機やスペースプレーン、エネルギー分
野では高温燃焼ガスタービン、原子力では高温ガス炉、
核融合炉等が先端的なビックプロジェクトとして世界的
に計画され、開発が進められている。また、核エネルギ
ーや太陽エネルギーに次ぐエネルギー源として水素エネ
ルギーの活用が検討されており、その際、反応容器とし
て高価な金属やファインセラミックスが検討されてきて
いる。これらの構造部材には、中高温（２００−２００
０℃）における高強度と材料としての高い信頼性（靭
性、耐衝撃性）、耐環境性（耐食性、耐酸化性、耐放射
線性）が要求されている。現在、耐熱性に優れたセラミ
ックス材料は、ニューセラミックスとして高強度の窒化
ケイ素や炭化ケイ素材料が開発されているものの、その
固有の性質としてもろさという欠点を有しており、小さ
な傷に対しても極めてもろく、また熱的、機械的衝撃に
対しても弱い。
分野では宇宙往還機やスペースプレーン、エネルギー分
野では高温燃焼ガスタービン、原子力では高温ガス炉、
核融合炉等が先端的なビックプロジェクトとして世界的
に計画され、開発が進められている。また、核エネルギ
ーや太陽エネルギーに次ぐエネルギー源として水素エネ
ルギーの活用が検討されており、その際、反応容器とし
て高価な金属やファインセラミックスが検討されてきて
いる。これらの構造部材には、中高温（２００−２００
０℃）における高強度と材料としての高い信頼性（靭
性、耐衝撃性）、耐環境性（耐食性、耐酸化性、耐放射
線性）が要求されている。現在、耐熱性に優れたセラミ
ックス材料は、ニューセラミックスとして高強度の窒化
ケイ素や炭化ケイ素材料が開発されているものの、その
固有の性質としてもろさという欠点を有しており、小さ
な傷に対しても極めてもろく、また熱的、機械的衝撃に
対しても弱い。
【０００３】 このセラミックスの欠点を克服する手段
として、連続したセラミックス系繊維を複合化させたセ
ラミックス基複合材料（ＣＭＣ）が開発された。この材
料は高温でも高強度高靱性で、優れた耐衝撃性、耐環境
性を有しているため、超耐熱構造材料の主流として欧米
を中心に研究開発が盛んに行われている。
として、連続したセラミックス系繊維を複合化させたセ
ラミックス基複合材料（ＣＭＣ）が開発された。この材
料は高温でも高強度高靱性で、優れた耐衝撃性、耐環境
性を有しているため、超耐熱構造材料の主流として欧米
を中心に研究開発が盛んに行われている。
【０００４】 例えば、直径が１０μｍ前後のセラミッ
クス長繊維を、通常、数百本〜数千本束ねて繊維束（ヤ
ーン）を形成し、この繊維束を二次元または三次元方向
に配列して一方向シート（ＵＤシート）や各種クロスと
したり、また上記シートやクロスを積層したりすること
により、所定形状の予備成形体（繊維プリフォーム）を
形成し、この予備成形体の内部に、ＣＶＩ法（Chemical
Vapor Infiltration ：化学的気相含浸法）や無機ポリ
マー含浸焼結法等によりマトリックスを形成したり、又
は、上記予備成形体内部にセラミック粉末を鋳込み成形
法によって充填した後に焼結することにより、マトリッ
クスを形成して、セラミックマトリックス中に繊維を複
合化したセラミックス基繊維複合材料（ＣＭＣ）が開発
されている。
クス長繊維を、通常、数百本〜数千本束ねて繊維束（ヤ
ーン）を形成し、この繊維束を二次元または三次元方向
に配列して一方向シート（ＵＤシート）や各種クロスと
したり、また上記シートやクロスを積層したりすること
により、所定形状の予備成形体（繊維プリフォーム）を
形成し、この予備成形体の内部に、ＣＶＩ法（Chemical
Vapor Infiltration ：化学的気相含浸法）や無機ポリ
マー含浸焼結法等によりマトリックスを形成したり、又
は、上記予備成形体内部にセラミック粉末を鋳込み成形
法によって充填した後に焼結することにより、マトリッ
クスを形成して、セラミックマトリックス中に繊維を複
合化したセラミックス基繊維複合材料（ＣＭＣ）が開発
されている。
【０００５】 しかしながら、従来のセラミックス基繊
維複合材料の焼成技術は、プロセス中で発生するＣＯ成
分を考慮せず、主にＳｉの蒸発防止のため、不活性ガス
を僅かな圧力調整によって導入するのみであった。この
ため、焼成時に無機ポリマーのセラミックス化への変化
等により、焼成雰囲気中に存在するＣ（遊離炭素）とＯ
2 の反応及びＣ（遊離炭素）とＳｉＯ2 の反応によって
生じるＣＯガスの脱離により生じる欠陥やβ−ＳｉＣの
結晶成長により、強度が極端に劣化するとともに、複合
材料中の気孔を０にすることができず、気孔のサイズも
１mm程度と大きいため、耐候性、耐酸化性の劣化の原因
となっている。
維複合材料の焼成技術は、プロセス中で発生するＣＯ成
分を考慮せず、主にＳｉの蒸発防止のため、不活性ガス
を僅かな圧力調整によって導入するのみであった。この
ため、焼成時に無機ポリマーのセラミックス化への変化
等により、焼成雰囲気中に存在するＣ（遊離炭素）とＯ
2 の反応及びＣ（遊離炭素）とＳｉＯ2 の反応によって
生じるＣＯガスの脱離により生じる欠陥やβ−ＳｉＣの
結晶成長により、強度が極端に劣化するとともに、複合
材料中の気孔を０にすることができず、気孔のサイズも
１mm程度と大きいため、耐候性、耐酸化性の劣化の原因
となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】 本発明は上記した従
来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、ＣＶＤ法や無機ポリマー含浸法で作製された
ＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣのようなセラミックス基複
合材料（ＣＭＣ）に存在した気孔をほぼ０にすることが
でき、Ｓｉ−ＳｉＣ焼結体の特徴である耐酸化性、耐ク
リープ性、常温〜高温までの強度および靱性特性に優れ
る等の特徴を維持しつつ、更に靱性の向上に寄与するこ
とができるＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ材料及びその製
造方法を提供するものである。
来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、ＣＶＤ法や無機ポリマー含浸法で作製された
ＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣのようなセラミックス基複
合材料（ＣＭＣ）に存在した気孔をほぼ０にすることが
でき、Ｓｉ−ＳｉＣ焼結体の特徴である耐酸化性、耐ク
リープ性、常温〜高温までの強度および靱性特性に優れ
る等の特徴を維持しつつ、更に靱性の向上に寄与するこ
とができるＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ材料及びその製
造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】 すなわち、本発明によ
れば、ＳｉＣ繊維とＳｉＣ粒子を含む成形体に対し、Ｓ
ｉを溶融、含浸させてなるＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ
複合材料であって、該ＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合
材料の気孔率が１．０％以下であることを特徴とするＳ
ｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料、が提供される。こ
こで、ＳｉＣ繊維は、二次元的なあるいは三次元的なク
ロスの状態の物を用いてもよい。
れば、ＳｉＣ繊維とＳｉＣ粒子を含む成形体に対し、Ｓ
ｉを溶融、含浸させてなるＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ
複合材料であって、該ＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合
材料の気孔率が１．０％以下であることを特徴とするＳ
ｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料、が提供される。こ
こで、ＳｉＣ繊維は、二次元的なあるいは三次元的なク
ロスの状態の物を用いてもよい。
【０００８】 更に、本発明によれば、ＳｉＣ繊維とＳ
ｉＣ粒子を含む成形体に対し、Ｓｉを溶融、含浸させる
ことにより、ＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料を製
造する方法であって、前記成形体とＳｉを、１１００〜
１４００℃の温度に保持するとともに、不活性ガス雰囲
気に晒した後、１５００〜２５００℃の温度に昇温して
前記成形体へＳｉを溶融、含浸させることを特徴とする
ＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料の製造方法、が提
供される。なお、本発明においては、前記成形体とＳｉ
を、１１００〜１４００℃の温度、０．１〜１０ｈＰａ
の圧力に１時間以上保持し、かつ前記成形体とＳｉの合
計重量１ｋｇ当たり０．１ＮＬ以上の不活性ガスを流し
た後、１５００〜２５００℃の温度に昇温することが好
ましい。更に、不活性ガスはＡｒが好ましい。
ｉＣ粒子を含む成形体に対し、Ｓｉを溶融、含浸させる
ことにより、ＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料を製
造する方法であって、前記成形体とＳｉを、１１００〜
１４００℃の温度に保持するとともに、不活性ガス雰囲
気に晒した後、１５００〜２５００℃の温度に昇温して
前記成形体へＳｉを溶融、含浸させることを特徴とする
ＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料の製造方法、が提
供される。なお、本発明においては、前記成形体とＳｉ
を、１１００〜１４００℃の温度、０．１〜１０ｈＰａ
の圧力に１時間以上保持し、かつ前記成形体とＳｉの合
計重量１ｋｇ当たり０．１ＮＬ以上の不活性ガスを流し
た後、１５００〜２５００℃の温度に昇温することが好
ましい。更に、不活性ガスはＡｒが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】 本発明のＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−
ＳｉＣ複合材料は、例えば、複数のＳｉＣ繊維を束ねて
形成した繊維束とＳｉＣ粒子を含んでなる成形体を作製
し、この成形体にＳｉを溶融、含浸させたＳｉＣ繊維強
化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料であり、その複合材料中の気孔
率が実質的にゼロの１．０％以下のものである。これに
より、従来のＣＶＤ法や無機ポリマー含浸法で作製され
たＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣのようなセラミックス基
複合材料（ＣＭＣ）に存在した気孔をほぼ０にすること
ができ、従来のセラミックス基複合材料（ＣＭＣ）と比
較して、緻密化することができる。
ＳｉＣ複合材料は、例えば、複数のＳｉＣ繊維を束ねて
形成した繊維束とＳｉＣ粒子を含んでなる成形体を作製
し、この成形体にＳｉを溶融、含浸させたＳｉＣ繊維強
化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料であり、その複合材料中の気孔
率が実質的にゼロの１．０％以下のものである。これに
より、従来のＣＶＤ法や無機ポリマー含浸法で作製され
たＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣのようなセラミックス基
複合材料（ＣＭＣ）に存在した気孔をほぼ０にすること
ができ、従来のセラミックス基複合材料（ＣＭＣ）と比
較して、緻密化することができる。
【００１０】 更に、本発明のＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−Ｓ
ｉＣ複合材料は、ＳｉＣ繊維とＳｉ−ＳｉＣ焼結体との
複合材料であることから、Ｓｉ−ＳｉＣ焼結体の利点で
ある耐食性、耐酸化性、耐クリープ性、常温〜高温まで
の強度および靱性特性に優れる等の特徴を維持しつつ、
更に靱性を向上することができる。
ｉＣ複合材料は、ＳｉＣ繊維とＳｉ−ＳｉＣ焼結体との
複合材料であることから、Ｓｉ−ＳｉＣ焼結体の利点で
ある耐食性、耐酸化性、耐クリープ性、常温〜高温まで
の強度および靱性特性に優れる等の特徴を維持しつつ、
更に靱性を向上することができる。
【００１１】 次に、本発明のＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−Ｓ
ｉＣ複合材料の製造方法について説明する。まず、直径
が約１０μｍの微細なＳｉＣ繊維を、通常、数百本〜数
千本束ねて繊維束（ヤーン）を形成し、この繊維束を二
次元または三次元方向に配列して一方向シート（ＵＤシ
ート）や各種クロスとしたり、また上記シートやクロス
を積層したりすることにより、所定形状の予備成形体
（繊維プリフォーム）を形成する。一方、ＳｉＣ粒子
を、好ましくはスプレードライ等により造粒して造粒粒
子を作製する。なお、ＳｉＣ粒子としては、平均粒径５
０〜１００μｍのＳｉＣ粗粒と平均粒径０．１〜１０μ
ｍのＳｉＣ微粒の混合物を用いることが好ましい。次
に、上記予備成形体（繊維プリフォーム）とＳｉＣ粒子
からなる造粒粒子、望ましくは炭素（Ｃ）粉末をさらに
混合し、プレス成形などの成形を行い、成形体を作製す
る。また、上記ＳｉＣ粗粒とＳｉＣ微粒の混合物を上記
予備成形体（繊維プリフォーム）を、単層ないし積層成
形させつつプレス成形などの成形を行い、成形体として
もよい。
ｉＣ複合材料の製造方法について説明する。まず、直径
が約１０μｍの微細なＳｉＣ繊維を、通常、数百本〜数
千本束ねて繊維束（ヤーン）を形成し、この繊維束を二
次元または三次元方向に配列して一方向シート（ＵＤシ
ート）や各種クロスとしたり、また上記シートやクロス
を積層したりすることにより、所定形状の予備成形体
（繊維プリフォーム）を形成する。一方、ＳｉＣ粒子
を、好ましくはスプレードライ等により造粒して造粒粒
子を作製する。なお、ＳｉＣ粒子としては、平均粒径５
０〜１００μｍのＳｉＣ粗粒と平均粒径０．１〜１０μ
ｍのＳｉＣ微粒の混合物を用いることが好ましい。次
に、上記予備成形体（繊維プリフォーム）とＳｉＣ粒子
からなる造粒粒子、望ましくは炭素（Ｃ）粉末をさらに
混合し、プレス成形などの成形を行い、成形体を作製す
る。また、上記ＳｉＣ粗粒とＳｉＣ微粒の混合物を上記
予備成形体（繊維プリフォーム）を、単層ないし積層成
形させつつプレス成形などの成形を行い、成形体として
もよい。
【００１２】 次いで、得られた成形体とＳｉとを１１
００〜１４００℃の温度域、炉内圧０．１〜１０ｈＰａ
で１時間以上保持し、かつ成形体とＳｉの合計重量１ｋ
ｇ当たり０．１ＮＬ（ノルマルリットル：１２００℃、
圧力０．１ｈＰａの場合、５０６５リットルに相当）以
上の不活性ガスを流しつつ、被含浸体を作製する。次い
で、温度１５００〜２５００℃、好ましくは１７００〜
１８００℃に昇温して前記成形体へＳｉを溶融、含浸さ
せることにより、上記ＳｉＣ繊維とＳｉ−ＳｉＣ焼結体
とが一体に複合化したＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合
材料を製造する。
００〜１４００℃の温度域、炉内圧０．１〜１０ｈＰａ
で１時間以上保持し、かつ成形体とＳｉの合計重量１ｋ
ｇ当たり０．１ＮＬ（ノルマルリットル：１２００℃、
圧力０．１ｈＰａの場合、５０６５リットルに相当）以
上の不活性ガスを流しつつ、被含浸体を作製する。次い
で、温度１５００〜２５００℃、好ましくは１７００〜
１８００℃に昇温して前記成形体へＳｉを溶融、含浸さ
せることにより、上記ＳｉＣ繊維とＳｉ−ＳｉＣ焼結体
とが一体に複合化したＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合
材料を製造する。
【００１３】 本発明においては、成形体とＳｉを、１
１００〜１４００℃の温度、０．１〜１０ｈＰａの圧力
に１時間以上保持し、かつその際、成形体とＳｉの合計
重量１ｋｇ当たり不活性ガスを０．１ＮＬ以上、好まし
くは１ＮＬ以上、さらに好ましくは１０ＮＬ以上流すよ
うに制御することが望ましい。このように、焼成時（即
ち、Ｓｉの溶融、含浸前の段階）不活性ガス雰囲気にす
ることにより、無機ポリマーないし無機物のセラミック
ス化への変化に伴うＣＯ等の発生ガスを焼成雰囲気より
除去し、また大気中のＯ2 等による外部からの焼成雰囲
気の汚染を防止することにより、その後にＳｉを溶融、
含浸して得られるＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料
の気孔率を実質上ゼロとすることができる。また、成形
体へＳｉを溶融、含浸する際には、雰囲気温度を１５０
０〜２５００℃、好ましくは１７００〜１８００℃に昇
温する。この場合、焼成炉内圧は０．１〜１０ｈＰａの
範囲が好ましい。
１００〜１４００℃の温度、０．１〜１０ｈＰａの圧力
に１時間以上保持し、かつその際、成形体とＳｉの合計
重量１ｋｇ当たり不活性ガスを０．１ＮＬ以上、好まし
くは１ＮＬ以上、さらに好ましくは１０ＮＬ以上流すよ
うに制御することが望ましい。このように、焼成時（即
ち、Ｓｉの溶融、含浸前の段階）不活性ガス雰囲気にす
ることにより、無機ポリマーないし無機物のセラミック
ス化への変化に伴うＣＯ等の発生ガスを焼成雰囲気より
除去し、また大気中のＯ2 等による外部からの焼成雰囲
気の汚染を防止することにより、その後にＳｉを溶融、
含浸して得られるＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料
の気孔率を実質上ゼロとすることができる。また、成形
体へＳｉを溶融、含浸する際には、雰囲気温度を１５０
０〜２５００℃、好ましくは１７００〜１８００℃に昇
温する。この場合、焼成炉内圧は０．１〜１０ｈＰａの
範囲が好ましい。
【００１４】
【実施例】 次に、本発明を実施例を用いてさらに詳し
く説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもの
ではない。尚、各例によって得られた複合材料は、以下
に示す方法よりその特性を評価した。
く説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもの
ではない。尚、各例によって得られた複合材料は、以下
に示す方法よりその特性を評価した。
【００１５】（気孔率の測定方法） 開気孔率（％）＝〔（Ｗ3−Ｗ1）／（ Ｗ3−Ｗ2）］×
１００ （アルキメデス法による。） 乾燥重量（Ｗ1）：１００℃のオーブンで１Ｈｒ乾燥さ
せ、その後秤量 水中重量（Ｗ2）：試料を煮沸し、開気孔中に完全に水
を侵入させて水中にて秤量 飲水重量（Ｗ3）：開気孔中に完全に水を侵入させた試
料を大気中にて秤量
１００ （アルキメデス法による。） 乾燥重量（Ｗ1）：１００℃のオーブンで１Ｈｒ乾燥さ
せ、その後秤量 水中重量（Ｗ2）：試料を煮沸し、開気孔中に完全に水
を侵入させて水中にて秤量 飲水重量（Ｗ3）：開気孔中に完全に水を侵入させた試
料を大気中にて秤量
【００１６】（耐酸化性の評価方法）６０ｍｍ×６０ｍ
ｍ×５ｍｍ（厚さ）のテストピースを切り出し、これを
１１５０℃の炉内へ放置し、９０％の温水で飽和させた
Ｏ2 ガス気流下で酸化させ、時間当たりの酸化増量を測
定することにより、耐酸化性を評価した。
ｍ×５ｍｍ（厚さ）のテストピースを切り出し、これを
１１５０℃の炉内へ放置し、９０％の温水で飽和させた
Ｏ2 ガス気流下で酸化させ、時間当たりの酸化増量を測
定することにより、耐酸化性を評価した。
【００１７】（曲げ強度の評価方法）評価対象物の厚み
の半分の厚さの部分（面）を引張面（評価対象物内部）
とし、ＪＩＳ Ｒ １６０１「ファインセラミックスの
曲げ強さ試験方法」に準拠した４点曲げ強度（抗折強
度）試験を常温で行った。
の半分の厚さの部分（面）を引張面（評価対象物内部）
とし、ＪＩＳ Ｒ １６０１「ファインセラミックスの
曲げ強さ試験方法」に準拠した４点曲げ強度（抗折強
度）試験を常温で行った。
【００１８】（実施例１〜６）平均粒径１００μｍのＳ
ｉＣ粗粒を６０重量％、平均粒径５μｍのＳｉＣ微粒を
３０重量％、平均粒径２μｍのＣ粉末を１０重量％の割
合で混合した。この混合物１００重量％に対して有機バ
インダ５重量％を配合し、適度の水に溶解させたスラリ
ー状混合物を、スプレードライヤーを用いて平均粒径１
２０μｍの造粒粒子を作製した。
ｉＣ粗粒を６０重量％、平均粒径５μｍのＳｉＣ微粒を
３０重量％、平均粒径２μｍのＣ粉末を１０重量％の割
合で混合した。この混合物１００重量％に対して有機バ
インダ５重量％を配合し、適度の水に溶解させたスラリ
ー状混合物を、スプレードライヤーを用いて平均粒径１
２０μｍの造粒粒子を作製した。
【００１９】 次に、前記の工程で作製された造粒粒子
を１００×１００ｍｍ寸法の金型に充填し、その上から
ＳｉＣ繊維クロスを敷き、更に造粒粒子でＳｉＣ繊維ク
ロスを挟み込むように敷き詰めた後、５００Ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 でプレス成形し、１８３×１８３×１０ｍｍの成形
体を作製した。尚、ここでＳｉＣ繊維クロスは、ニカロ
ン（成形体１−１、日本カーボン製）又はハイニカロン
（成形体１−２、日本カーボン製）を用いた。
を１００×１００ｍｍ寸法の金型に充填し、その上から
ＳｉＣ繊維クロスを敷き、更に造粒粒子でＳｉＣ繊維ク
ロスを挟み込むように敷き詰めた後、５００Ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 でプレス成形し、１８３×１８３×１０ｍｍの成形
体を作製した。尚、ここでＳｉＣ繊維クロスは、ニカロ
ン（成形体１−１、日本カーボン製）又はハイニカロン
（成形体１−２、日本カーボン製）を用いた。
【００２０】 更に、得られた成形体１−１，１−２を
用い、純度９９．８％で平均粒径１ｍｍのＳｉ粉末で充
填されたカーボンるつぼ内に立設した。次いで、焼成炉
内にカーボンるつぼを移動した。次に、焼成炉内を１１
００〜１４００℃の温度域、不活性ガス量、焼成炉内圧
及びその保持時間を表１に示すような条件として処理し
た後、焼成炉内の圧力をそのまま保持しつつ、炉内温度
を表１の最高温度に昇温することにより、成形体にＳｉ
を含浸させて、ＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料を
作製した。得られた複合材料の気孔率の結果を表１に示
す。
用い、純度９９．８％で平均粒径１ｍｍのＳｉ粉末で充
填されたカーボンるつぼ内に立設した。次いで、焼成炉
内にカーボンるつぼを移動した。次に、焼成炉内を１１
００〜１４００℃の温度域、不活性ガス量、焼成炉内圧
及びその保持時間を表１に示すような条件として処理し
た後、焼成炉内の圧力をそのまま保持しつつ、炉内温度
を表１の最高温度に昇温することにより、成形体にＳｉ
を含浸させて、ＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料を
作製した。得られた複合材料の気孔率の結果を表１に示
す。
【００２１】
【表１】
【００２２】 表１に示すように、全般的に１１００〜
１４００℃の温度域で、Ａｒガス量、焼成炉内圧及びそ
の保持時間を徐々に増加させたことにより、それぞれ複
合材料の気孔率が減少する傾向が確認された。また、気
孔が存在した場合であっても、極めて微小で約１０μｍ
以下であった。また、気孔率を減少させる効果は、焼成
炉内圧とその保持時間およびＡｒガス（不活性ガス）流
量との相互作用が、特に重要な要素であることが判明し
た。
１４００℃の温度域で、Ａｒガス量、焼成炉内圧及びそ
の保持時間を徐々に増加させたことにより、それぞれ複
合材料の気孔率が減少する傾向が確認された。また、気
孔が存在した場合であっても、極めて微小で約１０μｍ
以下であった。また、気孔率を減少させる効果は、焼成
炉内圧とその保持時間およびＡｒガス（不活性ガス）流
量との相互作用が、特に重要な要素であることが判明し
た。
【００２３】（実施例７〜８、比較例１〜２）実施例５
および６の条件で焼成し得られたＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−
ＳｉＣ複合材料（実施例７〜８）と、市販されている日
本ガイシ製のＳｉ−ＳｉＣ焼結体（商標：ＮＥＷＳＩ
Ｃ）（比較例１）及びドイツＣＥＳＩＷＩＤ社製のＳｉ
−ＳｉＣ焼結体（比較例２）の耐酸化性の測定を行なっ
た。得られた結果を表２に示す。
および６の条件で焼成し得られたＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−
ＳｉＣ複合材料（実施例７〜８）と、市販されている日
本ガイシ製のＳｉ−ＳｉＣ焼結体（商標：ＮＥＷＳＩ
Ｃ）（比較例１）及びドイツＣＥＳＩＷＩＤ社製のＳｉ
−ＳｉＣ焼結体（比較例２）の耐酸化性の測定を行なっ
た。得られた結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
【００２５】（実施例９、比較例３〜４）実施例３〜６
の条件で焼成し得られたＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複
合材料（実施例９：試料Ｎｏ．１〜４）と、市販されて
いる日本ガイシ製のＳｉ−ＳｉＣ焼結体（商標：ＮＥＷ
ＳＩＣ）の４種類（比較例３）及びドイツＣＥＳＩＷＩ
Ｄ社製のＳｉ−ＳｉＣ焼結体の４種類（比較例４）の気
孔率、及び曲げ強度の測定をそれぞれ行った。得られた
結果を表３、表４に示す。
の条件で焼成し得られたＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複
合材料（実施例９：試料Ｎｏ．１〜４）と、市販されて
いる日本ガイシ製のＳｉ−ＳｉＣ焼結体（商標：ＮＥＷ
ＳＩＣ）の４種類（比較例３）及びドイツＣＥＳＩＷＩ
Ｄ社製のＳｉ−ＳｉＣ焼結体の４種類（比較例４）の気
孔率、及び曲げ強度の測定をそれぞれ行った。得られた
結果を表３、表４に示す。
【００２６】
【表３】
【００２７】
【表４】
【００２８】 更に、本発明のＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−Ｓ
ｉＣ複合材料は、日本ガイシ製Ｓｉ−ＳｉＣ（ＮＥＷＳ
ＩＣ）焼結体の特性である耐酸化性、耐クリープ性、常
温〜高温までの強度及び靭性特性に優れる等の特徴を維
持しつつ、更に靭性を向上させることができると考えら
れる。
ｉＣ複合材料は、日本ガイシ製Ｓｉ−ＳｉＣ（ＮＥＷＳ
ＩＣ）焼結体の特性である耐酸化性、耐クリープ性、常
温〜高温までの強度及び靭性特性に優れる等の特徴を維
持しつつ、更に靭性を向上させることができると考えら
れる。
【００２９】 表２〜表４に示すように、本発明のＳｉ
Ｃ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料（実施例７〜９）で
は、気孔率が０．２％以下であり、耐酸化性及び曲げ強
度がＮＥＷＳＩＣと同様の特性を維持し、市販のＳｉ−
ＳｉＣ焼結体に比べて破壊靱性を向上させると考えられ
る。
Ｃ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料（実施例７〜９）で
は、気孔率が０．２％以下であり、耐酸化性及び曲げ強
度がＮＥＷＳＩＣと同様の特性を維持し、市販のＳｉ−
ＳｉＣ焼結体に比べて破壊靱性を向上させると考えられ
る。
【００３０】 また、予備成形体（繊維プリフォーム）
にＳｉ−Ｃ−Ｏ系炭化ケイ素繊維であるニカロンを用い
ることにより、本発明のＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複
合材料の高温強度を向上させるとともに、セラミックス
特有のもろさを著しく改善する効果があることが期待で
きる。
にＳｉ−Ｃ−Ｏ系炭化ケイ素繊維であるニカロンを用い
ることにより、本発明のＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複
合材料の高温強度を向上させるとともに、セラミックス
特有のもろさを著しく改善する効果があることが期待で
きる。
【００３１】 更に、予備成形体（繊維プリフォーム）
にＳｉ−Ｃ−Ｏ系炭化ケイ素繊維であるハイニカロンを
用いることにより、ニカロンを用いたＳｉＣ繊維強化Ｓ
ｉ−ＳｉＣ複合材料よりも、更に耐酸化性及び耐クリー
プ特性を向上させたＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材
料を作製することができた。
にＳｉ−Ｃ−Ｏ系炭化ケイ素繊維であるハイニカロンを
用いることにより、ニカロンを用いたＳｉＣ繊維強化Ｓ
ｉ−ＳｉＣ複合材料よりも、更に耐酸化性及び耐クリー
プ特性を向上させたＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材
料を作製することができた。
【００３２】 尚、ニカロン、ハイニカロンは下記のよ
うに作製されたものである。ニカロンは、β−ＳｉＣ構
造を持つＳｉ−Ｃ−Ｏ系炭化ケイ素繊維であり、有機ケ
イ酸ポリマー（ポリカルボシラン）でこれを溶融紡糸し
て連続繊維にし、この繊維を空気中で加熱すると、Ｓｉ
−Ｏ−Ｓｉの橋かけが行われ不融化し、不活性ガス雰囲
気中で１２００〜１５００℃で焼成したものである。ハ
イニカロンは、酸素含有量０．５mass％以下の極低酸素
量のＳｉ−Ｃ−Ｏ系炭化ケイ素繊維であり、炭化ケイ素
繊維有機ケイ酸ポリマー（ポリカルボシラン）でこれを
溶融紡糸して連続繊維にし、この繊維に非酸素雰囲気中
で電子線を照射することにより、酸素の介在なしにポリ
カルボシランが自己架橋し不融化し、不活性ガス雰囲気
中で１０００℃以上で焼成したものである。
うに作製されたものである。ニカロンは、β−ＳｉＣ構
造を持つＳｉ−Ｃ−Ｏ系炭化ケイ素繊維であり、有機ケ
イ酸ポリマー（ポリカルボシラン）でこれを溶融紡糸し
て連続繊維にし、この繊維を空気中で加熱すると、Ｓｉ
−Ｏ−Ｓｉの橋かけが行われ不融化し、不活性ガス雰囲
気中で１２００〜１５００℃で焼成したものである。ハ
イニカロンは、酸素含有量０．５mass％以下の極低酸素
量のＳｉ−Ｃ−Ｏ系炭化ケイ素繊維であり、炭化ケイ素
繊維有機ケイ酸ポリマー（ポリカルボシラン）でこれを
溶融紡糸して連続繊維にし、この繊維に非酸素雰囲気中
で電子線を照射することにより、酸素の介在なしにポリ
カルボシランが自己架橋し不融化し、不活性ガス雰囲気
中で１０００℃以上で焼成したものである。
【００３３】
【発明の効果】 以上説明したように、本発明のＳｉＣ
繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料によれば、ＣＶＤ法や無
機ポリマー含浸法で作製されたＳｉＣ繊維強化ＳｉＣの
ようなセラミックス基複合材料（ＣＭＣ）に存在した気
孔をほぼ０にすることができ、気孔サイズも微小にする
ことができる。
繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料によれば、ＣＶＤ法や無
機ポリマー含浸法で作製されたＳｉＣ繊維強化ＳｉＣの
ようなセラミックス基複合材料（ＣＭＣ）に存在した気
孔をほぼ０にすることができ、気孔サイズも微小にする
ことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 三郎 茨城県那珂郡東海村白方字白根２番地の４ 日本原子力研究所 東海研究所内 (72)発明者 小貫 薫 茨城県那珂郡東海村白方字白根２番地の４ 日本原子力研究所 東海研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】 ＳｉＣ繊維とＳｉＣ粒子を含む成形体に
対し、Ｓｉを溶融、含浸させてなるＳｉＣ繊維強化Ｓｉ
−ＳｉＣ複合材料であって、該ＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−Ｓ
ｉＣ複合材料の気孔率が１．０％以下であることを特徴
とするＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料。 - 【請求項２】 前記ＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材
料に用いるＳｉＣ繊維の酸素量が０．５ｍａｓｓ％以下
であることを特徴とする請求項１記載のＳｉＣ繊維強化
Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料。 - 【請求項３】 ＳｉＣ繊維とＳｉＣ粒子を含む成形体に
対し、Ｓｉを溶融、含浸させることにより、ＳｉＣ繊維
強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料を製造する方法であって、前
記成形体とＳｉを、１１００〜１４００℃の温度に保持
するとともに、不活性ガス雰囲気に晒した後、１５００
〜２５００℃の温度に昇温して前記成形体へＳｉを溶
融、含浸させることを特徴とするＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−
ＳｉＣ複合材料の製造方法。 - 【請求項４】 前記成形体とＳｉを、１１００〜１４０
０℃の温度、０．１〜１０ｈＰａの圧力に１時間以上保
持し、かつ前記成形体とＳｉの合計重量１ｋｇ当たり
０．１ＮＬ以上の不活性ガスを流した後、１５００〜２
５００℃の温度に昇温する請求項３記載のＳｉＣ繊維強
化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8336108A JPH10167831A (ja) | 1996-12-16 | 1996-12-16 | ＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8336108A JPH10167831A (ja) | 1996-12-16 | 1996-12-16 | ＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10167831A true JPH10167831A (ja) | 1998-06-23 |
Family
ID=18295781
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8336108A Pending JPH10167831A (ja) | 1996-12-16 | 1996-12-16 | ＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10167831A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002362981A (ja) * | 2001-06-11 | 2002-12-18 | Univ Hiroshima | セラミックス基複合材料の製造方法およびセラミックス基複合材料 |
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| CN106830984A (zh) * | 2017-04-07 | 2017-06-13 | 西安明科微电子材料有限公司 | 一种制备高体积分数碳化硅陶瓷增强硅复合材料的方法 |
| WO2018037617A1 (ja) * | 2016-08-25 | 2018-03-01 | 株式会社Ihi | セラミックス基複合材料及びその製造方法 |
| JP2019156653A (ja) * | 2018-03-07 | 2019-09-19 | イビデン株式会社 | シリコン溶融ルツボ、シリコン溶融ルツボの製造方法、及び、反応焼結ＳｉＣの製造方法 |
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-
1996
- 1996-12-16 JP JP8336108A patent/JPH10167831A/ja active Pending
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