JPH10182256A - 繊維強化セラミックス基複合材およびその製造方法 - Google Patents
繊維強化セラミックス基複合材およびその製造方法Info
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- JPH10182256A JPH10182256A JP8344070A JP34407096A JPH10182256A JP H10182256 A JPH10182256 A JP H10182256A JP 8344070 A JP8344070 A JP 8344070A JP 34407096 A JP34407096 A JP 34407096A JP H10182256 A JPH10182256 A JP H10182256A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】引張強度に優れ、かつ異物の衝撃力に対して剛
性に優れ、さらに低サイクル熱疲労、熱伸び差荷重およ
び遠心荷重に対し柔軟に対応できる靭性に優れた繊維強
化セラミックス基複合材およびその製造方法を提供す
る。 【解決手段】本発明に係る繊維強化セラミックス基複合
材は、セラミックス長繊維１５の界面層１８にすべり層
１９および反応抑制層２０を備えるとともに、セラミッ
クスマトリックス体１７にウィスカー１６を分散させた
ものである。また、本発明に係る繊維強化セラミックス
基複合材の製造方法は、セラミックス長繊維１５にすべ
り層１８および反応抑制層２０を形成した後、上記長繊
維を所定形状に織り上げて予備成形体を形成し、この予
備成形体にウィスカー１６を添加したスラリーを圧力鋳
込み法により含浸させてセラミックス成形体を形成し、
このセラミックス成形体にモリブデンを添加した後、高
温の不活性ガス雰囲気の下で反応焼結させてセラミック
スマトリックス体１７を形成する。
性に優れ、さらに低サイクル熱疲労、熱伸び差荷重およ
び遠心荷重に対し柔軟に対応できる靭性に優れた繊維強
化セラミックス基複合材およびその製造方法を提供す
る。 【解決手段】本発明に係る繊維強化セラミックス基複合
材は、セラミックス長繊維１５の界面層１８にすべり層
１９および反応抑制層２０を備えるとともに、セラミッ
クスマトリックス体１７にウィスカー１６を分散させた
ものである。また、本発明に係る繊維強化セラミックス
基複合材の製造方法は、セラミックス長繊維１５にすべ
り層１８および反応抑制層２０を形成した後、上記長繊
維を所定形状に織り上げて予備成形体を形成し、この予
備成形体にウィスカー１６を添加したスラリーを圧力鋳
込み法により含浸させてセラミックス成形体を形成し、
このセラミックス成形体にモリブデンを添加した後、高
温の不活性ガス雰囲気の下で反応焼結させてセラミック
スマトリックス体１７を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、繊維強化セラミッ
クス基複合材およびその製造方法に係り、特に超高温燃
焼ガスに充分に抗し得る繊維強化セラミックス基複合材
およびその製造方法に関する。
クス基複合材およびその製造方法に係り、特に超高温燃
焼ガスに充分に抗し得る繊維強化セラミックス基複合材
およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近時、超高温燃焼ガスを取り扱う産業分
野では、耐高温性に優れた材料が求められており、その
産業分野の一つにガスタービンプラントがある。
野では、耐高温性に優れた材料が求められており、その
産業分野の一つにガスタービンプラントがある。
【０００３】ガスタービンプラントは、図１３に示すよ
うに、ガスタービン２と同軸装置の空気圧縮機１を備
え、空気圧縮機１により圧縮された高圧空気を、ガスタ
ービン燃焼器３に案内し、その燃焼室４で燃料を燃焼さ
せ、超高温燃焼ガスとしてトラジションピース５を介し
てガスタービン静翼６に案内し、ここで超高温燃焼ガス
の熱エネルギを速度エネルギに変換してガスタービン動
翼７を回転させ、その回転トルクを動力として例えば発
電機を駆動するようになっている。
うに、ガスタービン２と同軸装置の空気圧縮機１を備
え、空気圧縮機１により圧縮された高圧空気を、ガスタ
ービン燃焼器３に案内し、その燃焼室４で燃料を燃焼さ
せ、超高温燃焼ガスとしてトラジションピース５を介し
てガスタービン静翼６に案内し、ここで超高温燃焼ガス
の熱エネルギを速度エネルギに変換してガスタービン動
翼７を回転させ、その回転トルクを動力として例えば発
電機を駆動するようになっている。
【０００４】ガスタービンプラントは、ガスタービン入
口燃焼ガス温度を上昇させるとタービン熱効率もこれに
比例して上昇することが知られており、タービン熱効率
の向上を求めて、ガスタービン入口燃焼ガス温度を従来
の１３００℃から１５００℃以上に上昇させようとして
いる。
口燃焼ガス温度を上昇させるとタービン熱効率もこれに
比例して上昇することが知られており、タービン熱効率
の向上を求めて、ガスタービン入口燃焼ガス温度を従来
の１３００℃から１５００℃以上に上昇させようとして
いる。
【０００５】このように、技術の向上を求める最近のガ
スタービンプラントにおいて、従来、ガスタービン部品
の材料として使用されてきたコバルト基合金やニッケル
基合金等の耐熱鋼では、既に強度的な限界を来してお
り、その代替技術として、例えば特開昭５９−１１９０
０１号公報や特開昭５９−１６０００１号公報に見られ
るように、モノリシックセラミックス材をガスタービン
部品に適用する試みがなされている。
スタービンプラントにおいて、従来、ガスタービン部品
の材料として使用されてきたコバルト基合金やニッケル
基合金等の耐熱鋼では、既に強度的な限界を来してお
り、その代替技術として、例えば特開昭５９−１１９０
０１号公報や特開昭５９−１６０００１号公報に見られ
るように、モノリシックセラミックス材をガスタービン
部品に適用する試みがなされている。
【０００６】特開昭５９−１１９００１号公報や特開昭
５９−１６０００１号公報で開示された技術は、モノリ
シックセラミックス材が引張荷重に弱いという特性を強
化するために、金属製の芯金とモノリシックセラミック
ス材とを組み合せたもので、その構成は図１４に示すよ
うになっている。
５９−１６０００１号公報で開示された技術は、モノリ
シックセラミックス材が引張荷重に弱いという特性を強
化するために、金属製の芯金とモノリシックセラミック
ス材とを組み合せたもので、その構成は図１４に示すよ
うになっている。
【０００７】ガスタービン動翼７は、翼有効部８と翼植
込部９とを金属製の芯金で連続一体として作製するとと
もに、翼有効部８の外表面を、図１５で示すように、モ
ノリシックセラミックス材のスリーブ１０で包囲形成す
る一方、スリーブ１０に押圧力を与える金属製の翼カバ
ー１１を被冠させたもので、運転中、超高温燃焼ガスに
よる熱負荷をスリーブ１０で受け持ち、遠心力の発生に
伴う引張荷重を翼有効部８および翼植込部９で分担させ
るようになっている。
込部９とを金属製の芯金で連続一体として作製するとと
もに、翼有効部８の外表面を、図１５で示すように、モ
ノリシックセラミックス材のスリーブ１０で包囲形成す
る一方、スリーブ１０に押圧力を与える金属製の翼カバ
ー１１を被冠させたもので、運転中、超高温燃焼ガスに
よる熱負荷をスリーブ１０で受け持ち、遠心力の発生に
伴う引張荷重を翼有効部８および翼植込部９で分担させ
るようになっている。
【０００８】このように、従来の技術では、金属の長所
とセラミックスの長所とを巧みに組み合せた、いわゆる
ハイブリットにして超高温燃焼ガスに対処させたもので
ある。
とセラミックスの長所とを巧みに組み合せた、いわゆる
ハイブリットにして超高温燃焼ガスに対処させたもので
ある。
【０００９】また、モノリシックセラミックス材は、熱
的・機械的衝撃力に対して脆いが、耐熱性に優れている
点を考慮して、ガスタービン動翼７から、翼有効部８と
翼植込部９とをモノリシックセラミックス材で一体形成
したものも、既に提案されている。
的・機械的衝撃力に対して脆いが、耐熱性に優れている
点を考慮して、ガスタービン動翼７から、翼有効部８と
翼植込部９とをモノリシックセラミックス材で一体形成
したものも、既に提案されている。
【００１０】また、最近のガスタービン部品材では、耐
熱衝撃力に優れた長繊維セラミックス複合材が提案され
ている。この長繊維セラミックス複合材は、セラミック
ス長繊維を、マトリックスとなるセラミック材に含浸さ
せたもので、高温大気中、３０時間暴露後の曲げ試験で
もその強度が維持でき、また高温加熱後、直ちに水中に
投下する熱衝撃繰り返し試験を行ってもその強度が維持
できる高靭性を備えたものである。
熱衝撃力に優れた長繊維セラミックス複合材が提案され
ている。この長繊維セラミックス複合材は、セラミック
ス長繊維を、マトリックスとなるセラミック材に含浸さ
せたもので、高温大気中、３０時間暴露後の曲げ試験で
もその強度が維持でき、また高温加熱後、直ちに水中に
投下する熱衝撃繰り返し試験を行ってもその強度が維持
できる高靭性を備えたものである。
【００１１】上述の各技術は、一面的に優れた特性を備
えている反面、引張荷重、剛性、靭性、熱的・機械的衝
撃力を総合的に勘案した場合、実機適用にあたり未だ一
抹の不安が残されており、超高温燃焼ガスに対して強度
的に充分に抗し得るガスタービン部品材としては、未だ
模索中である。
えている反面、引張荷重、剛性、靭性、熱的・機械的衝
撃力を総合的に勘案した場合、実機適用にあたり未だ一
抹の不安が残されており、超高温燃焼ガスに対して強度
的に充分に抗し得るガスタービン部品材としては、未だ
模索中である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】ガスタービンを高出力
化させると、これに伴ってガスタービン動翼も長翼化
し、運転中、ガスタービン動翼に作用する遠心応力も増
加する。このため、特開昭５９−１１９００１号公報や
特開昭５９−１６０００１号公報で示した技術では、モ
ノリシックセラミックス材のスリーブ１０と金属製の翼
有効部８または翼カバー１１との間に、図１６の斜線で
示すように、熱伸び差の相違による大きな熱応力が発生
し、スリーブ１０を破損させるおそれがある。
化させると、これに伴ってガスタービン動翼も長翼化
し、運転中、ガスタービン動翼に作用する遠心応力も増
加する。このため、特開昭５９−１１９００１号公報や
特開昭５９−１６０００１号公報で示した技術では、モ
ノリシックセラミックス材のスリーブ１０と金属製の翼
有効部８または翼カバー１１との間に、図１６の斜線で
示すように、熱伸び差の相違による大きな熱応力が発生
し、スリーブ１０を破損させるおそれがある。
【００１３】また、ガスタービンプラントは、年間、数
千時間の運転に対し、数十回の起動・停止運転を行って
いる。このため、ガスタービン静翼６は、図１７の斜線
で示すように、起動・停止運転の際の温度変化に伴う低
サイクル熱疲労が発生し、その前縁１２、後縁１３を破
損させるおそれがある。
千時間の運転に対し、数十回の起動・停止運転を行って
いる。このため、ガスタービン静翼６は、図１７の斜線
で示すように、起動・停止運転の際の温度変化に伴う低
サイクル熱疲労が発生し、その前縁１２、後縁１３を破
損させるおそれがある。
【００１４】また、翼有効部８、翼植込部９をモノリシ
ックセラミックス材で連続一体に形成すると、燃焼ガス
中に異物が混入している場合、その異物の衝撃力の如何
により、ガスタービン動翼７は破損の危険性に晒され
る。
ックセラミックス材で連続一体に形成すると、燃焼ガス
中に異物が混入している場合、その異物の衝撃力の如何
により、ガスタービン動翼７は破損の危険性に晒され
る。
【００１５】一方、ガスタービン燃焼器やガスタービン
静翼に、繊維強化セラミックス基複合材を適用する場
合、繊維で強化する方向の強度は向上するが、強化方向
と異なる方向の強度は繊維とマトリックス基材との剥離
により、その基材強度よりも低下する場合がある。
静翼に、繊維強化セラミックス基複合材を適用する場
合、繊維で強化する方向の強度は向上するが、強化方向
と異なる方向の強度は繊維とマトリックス基材との剥離
により、その基材強度よりも低下する場合がある。
【００１６】また、ガスタービン動翼に、繊維強化セラ
ミックス基複合材を適用する場合、翼のねじり変形に対
する剛性が低いため、翼列間の燃焼ガス通路が設計寸法
のとおりに形成されず、本来の流体性能が充分に発揮で
きなくなるおそれがある。さらに、燃焼ガス通路の局所
的狭小、局所的拡大が出て、燃焼ガス流れの乱れに伴う
翼の共振が発生し、翼を破損に至らしめることも考えら
れる。
ミックス基複合材を適用する場合、翼のねじり変形に対
する剛性が低いため、翼列間の燃焼ガス通路が設計寸法
のとおりに形成されず、本来の流体性能が充分に発揮で
きなくなるおそれがある。さらに、燃焼ガス通路の局所
的狭小、局所的拡大が出て、燃焼ガス流れの乱れに伴う
翼の共振が発生し、翼を破損に至らしめることも考えら
れる。
【００１７】また、ガスタービン動翼のスリーブに、繊
維強化セラミックス基複合材を適用する場合、繊維の圧
縮強度がマトリックス基材のそれよりも低く、繊維が座
屈し易いなどの問題点がある。
維強化セラミックス基複合材を適用する場合、繊維の圧
縮強度がマトリックス基材のそれよりも低く、繊維が座
屈し易いなどの問題点がある。
【００１８】このように、ガスタービン部品に、繊維強
化セラミックス基複合材を適用するにあたり、如何にし
て上述の諸種の問題点を解決して強度、靭性、剛性の優
れたセラミックス基複合材に実現するかが、超高温燃焼
ガスに対処する点で今後の技術的重要課題になってい
る。
化セラミックス基複合材を適用するにあたり、如何にし
て上述の諸種の問題点を解決して強度、靭性、剛性の優
れたセラミックス基複合材に実現するかが、超高温燃焼
ガスに対処する点で今後の技術的重要課題になってい
る。
【００１９】本発明は、上述の背景の下になされたもの
で、引張強度に優れ、かつ異物の衝撃力に対して剛性に
優れ、さらに低サイクル熱疲労、熱伸び差荷重および遠
心荷重に対し柔軟に対応できる靭性に優れた繊維強化セ
ラミックス基複合材およびその製造方法を提供すること
を目的とする。
で、引張強度に優れ、かつ異物の衝撃力に対して剛性に
優れ、さらに低サイクル熱疲労、熱伸び差荷重および遠
心荷重に対し柔軟に対応できる靭性に優れた繊維強化セ
ラミックス基複合材およびその製造方法を提供すること
を目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る繊維強化セ
ラミックス基複合材は、上記目的を達成するために、請
求項１に記載したように、セラミックスマトリックス体
中にセラミックス長繊維を複合化した繊維強化セラミッ
クス基複合材において、上記セラミックスマトリックス
体と上記セラミックス長繊維との界面層にすべり層と反
応抑制層を備えるとともに、上記セラミックスマトリッ
クス体に配向するウィスカーを備えたものである。
ラミックス基複合材は、上記目的を達成するために、請
求項１に記載したように、セラミックスマトリックス体
中にセラミックス長繊維を複合化した繊維強化セラミッ
クス基複合材において、上記セラミックスマトリックス
体と上記セラミックス長繊維との界面層にすべり層と反
応抑制層を備えるとともに、上記セラミックスマトリッ
クス体に配向するウィスカーを備えたものである。
【００２１】また、本発明に係る繊維強化セラミックス
基複合材は、上記目的を達成するために、請求項２に記
載したように、すべり層は、窒化ボロンでコーティング
したものである。
基複合材は、上記目的を達成するために、請求項２に記
載したように、すべり層は、窒化ボロンでコーティング
したものである。
【００２２】また、本発明に係る繊維強化セラミックス
基複合材は、上記目的を達成するために、請求項３に記
載したように、反応抑制層は、炭化珪素およびボロンの
いずれかでコーティングしたものである。
基複合材は、上記目的を達成するために、請求項３に記
載したように、反応抑制層は、炭化珪素およびボロンの
いずれかでコーティングしたものである。
【００２３】また、本発明に係る繊維強化セラミックス
基複合材は、上記目的を達成するために、請求項４に記
載したように、ウィスカーは炭化珪素およびジルコニア
のいずれかであることを特徴とするものである。
基複合材は、上記目的を達成するために、請求項４に記
載したように、ウィスカーは炭化珪素およびジルコニア
のいずれかであることを特徴とするものである。
【００２４】また、本発明に係る繊維強化セラミックス
基複合材は、上記目的を達成するために、請求項５に記
載したように、炭化珪素のウィスカーは、アルミナおよ
びカーボンのいずれかでコーティングしたものである。
基複合材は、上記目的を達成するために、請求項５に記
載したように、炭化珪素のウィスカーは、アルミナおよ
びカーボンのいずれかでコーティングしたものである。
【００２５】本発明に係る繊維強化セラミックス基複合
材の製造方法は、上記目的を達成するために、請求項６
に記載したように、セラミックス長繊維にすべり層およ
び反応抑制層を形成した後、上記長繊維を所定形状に織
り上げて予備成形体を形成し、この予備成形体にウィス
カーを添加したスラリーを圧力鋳込み法により含浸させ
てセラミックス成形体を形成し、このセラミックス成形
体にモリブデンを添加した後、高温の不活性ガス雰囲気
の下で反応焼結させてセラミックスマトリックス体を形
成する方法である。
材の製造方法は、上記目的を達成するために、請求項６
に記載したように、セラミックス長繊維にすべり層およ
び反応抑制層を形成した後、上記長繊維を所定形状に織
り上げて予備成形体を形成し、この予備成形体にウィス
カーを添加したスラリーを圧力鋳込み法により含浸させ
てセラミックス成形体を形成し、このセラミックス成形
体にモリブデンを添加した後、高温の不活性ガス雰囲気
の下で反応焼結させてセラミックスマトリックス体を形
成する方法である。
【００２６】また、本発明に係る繊維強化セラミックス
基複合材の製造方法は、上記目的を達成するために、請
求項７に記載したように、予備成形体の織り形状は二次
元方向に織り上げる方法である。
基複合材の製造方法は、上記目的を達成するために、請
求項７に記載したように、予備成形体の織り形状は二次
元方向に織り上げる方法である。
【００２７】また、本発明に係る繊維強化セラミックス
基複合材の製造方法は、上記目的を達成するために、請
求項８に記載したように、スラリーは、粉末Ｓｉと炭素
との混合体であることを特徴とする方法である。
基複合材の製造方法は、上記目的を達成するために、請
求項８に記載したように、スラリーは、粉末Ｓｉと炭素
との混合体であることを特徴とする方法である。
【００２８】また、本発明に係る繊維強化セラミックス
基複合材の製造方法は、上記目的を達成するために、請
求項９に記載したように、セラミックス成形体に分散す
るウィスカーの配向は、超音波で監視する方法である。
基複合材の製造方法は、上記目的を達成するために、請
求項９に記載したように、セラミックス成形体に分散す
るウィスカーの配向は、超音波で監視する方法である。
【００２９】また、本発明に係る繊維強化セラミックス
基複合材の製造方法は、上記目的を達成するために、請
求項１０に記載したように、セラミックス成形体に分散
するウィスカーの表面は平滑に形成する方法である。
基複合材の製造方法は、上記目的を達成するために、請
求項１０に記載したように、セラミックス成形体に分散
するウィスカーの表面は平滑に形成する方法である。
【００３０】また、本発明に係る繊維強化セラミックス
基複合材の製造方法は、上記目的を達成するために、請
求項１１に記載したように、不活性ガス雰囲気の下での
反応焼結温度は１５００℃以上であることを特徴とする
方法である。
基複合材の製造方法は、上記目的を達成するために、請
求項１１に記載したように、不活性ガス雰囲気の下での
反応焼結温度は１５００℃以上であることを特徴とする
方法である。
【００３１】また、本発明に係る繊維強化セラミックス
基複合材の製造方法は、上記目的を達成するために、請
求項１２に記載したように、セラミックス長繊維にすべ
り層および反応抑制層を形成した後、上記長繊維を所定
形状に織り上げて予備成形体を形成し、この予備成形体
に、粉末Ｓｉ、ウィスカー、前駆体ポリマーからなる混
合溶液を含浸させた後、高温の不活性ガス雰囲気の下で
反応焼結させてセラミックスマトリックス体を形成する
方法である。
基複合材の製造方法は、上記目的を達成するために、請
求項１２に記載したように、セラミックス長繊維にすべ
り層および反応抑制層を形成した後、上記長繊維を所定
形状に織り上げて予備成形体を形成し、この予備成形体
に、粉末Ｓｉ、ウィスカー、前駆体ポリマーからなる混
合溶液を含浸させた後、高温の不活性ガス雰囲気の下で
反応焼結させてセラミックスマトリックス体を形成する
方法である。
【００３２】また、本発明に係る繊維強化セラミックス
基複合材の製造方法は、上記目的を達成するために、請
求項１３に記載したように、予備成形体へのポリマー含
浸は、複数回にわたって単独で行うかおよびＣＶＩ法を
併用するかのいずれかを選択的に行う方法である。
基複合材の製造方法は、上記目的を達成するために、請
求項１３に記載したように、予備成形体へのポリマー含
浸は、複数回にわたって単独で行うかおよびＣＶＩ法を
併用するかのいずれかを選択的に行う方法である。
【００３３】また、本発明に係る繊維強化セラミックス
基複合材の製造方法は、上記目的を達成するために、請
求項１４に記載したように、不活性ガス雰囲気の下での
反応焼結温度は１０００℃以上であることを特徴とする
方法である。
基複合材の製造方法は、上記目的を達成するために、請
求項１４に記載したように、不活性ガス雰囲気の下での
反応焼結温度は１０００℃以上であることを特徴とする
方法である。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る繊維強化セラ
ミックス基複合材およびその製造方法の一実施形態につ
いて図面を参照して説明する。
ミックス基複合材およびその製造方法の一実施形態につ
いて図面を参照して説明する。
【００３５】図１は、本発明に係る繊維強化セラミック
ス基複合材を模式的に示す概略構成図である。
ス基複合材を模式的に示す概略構成図である。
【００３６】本実施形態に係る繊維強化セラミックス基
複合材は、積層状に配置したＳｉＣ（炭化珪素）長繊維
と、ミクロンオーダ長さの微細なウィスカーを混入させ
たセラミックスマトリックス体１７とを備える構成にな
っている。
複合材は、積層状に配置したＳｉＣ（炭化珪素）長繊維
と、ミクロンオーダ長さの微細なウィスカーを混入させ
たセラミックスマトリックス体１７とを備える構成にな
っている。
【００３７】セラミックスマトリックス体１７は、燃焼
ガス温度１５００℃以上でも充分に抗し得る炭化珪素ま
たは窒化珪素（ＳｉＮ）が適用されており、またウィス
カー１６は、ＳｉＣまたは線膨張係数が金属に近いジル
コニア（ＺｒＯ2 ）が適用されている。
ガス温度１５００℃以上でも充分に抗し得る炭化珪素ま
たは窒化珪素（ＳｉＮ）が適用されており、またウィス
カー１６は、ＳｉＣまたは線膨張係数が金属に近いジル
コニア（ＺｒＯ2 ）が適用されている。
【００３８】また、ＳｉＣ長繊維１５は、図２に示すよ
うに、界面層１８を備えている。この界面層１８は、そ
のボトムコートとしてのすべり層１９と、そのトップコ
ートとしての反応抑制層２０とをそれぞれ備える複数層
を形成し、すべり層１９に窒化ボロン（ＢＮ）を用い、
また反応抑制層２０にＳｉＣまたはボロン（Ｂ）を用い
ることにより、セラミックスマトリックス体１７に作用
する外力に対し、ＳｉＣ長繊維１５の引き抜けを容易に
するとともに、ＳｉＣ長繊維１５およびセラミックスマ
トリックス体１７に対してＢＮが反応しないよう図って
いる。
うに、界面層１８を備えている。この界面層１８は、そ
のボトムコートとしてのすべり層１９と、そのトップコ
ートとしての反応抑制層２０とをそれぞれ備える複数層
を形成し、すべり層１９に窒化ボロン（ＢＮ）を用い、
また反応抑制層２０にＳｉＣまたはボロン（Ｂ）を用い
ることにより、セラミックスマトリックス体１７に作用
する外力に対し、ＳｉＣ長繊維１５の引き抜けを容易に
するとともに、ＳｉＣ長繊維１５およびセラミックスマ
トリックス体１７に対してＢＮが反応しないよう図って
いる。
【００３９】一方、セラミックスマトリックス体１７の
強化材としてのウィスカー１６は、セラミックスマトリ
ックス体１７の高強度、高靭性化を図るために、その含
有率を適正化する必要がある。
強化材としてのウィスカー１６は、セラミックスマトリ
ックス体１７の高強度、高靭性化を図るために、その含
有率を適正化する必要がある。
【００４０】一般に、ウィスカー１６は、セラミックス
マトリックス体１７の体積に対し、その含有率が低いと
強度・靭性などの力学的特性が低下し、またその含有率
が高すぎるとセラミックスマトリックス体１７との緻密
化が損うことが知られている。このため、ウィスカー１
６の含有率は、図３に示すように、セラミックスマトリ
ックス体の強度ピーク値Ａ1 と破壊靭性ピーク値Ａ2 と
の範囲内に設定される。これらのピーク値Ａ1 ，Ａ
2 は、実験値から求められる。
マトリックス体１７の体積に対し、その含有率が低いと
強度・靭性などの力学的特性が低下し、またその含有率
が高すぎるとセラミックスマトリックス体１７との緻密
化が損うことが知られている。このため、ウィスカー１
６の含有率は、図３に示すように、セラミックスマトリ
ックス体の強度ピーク値Ａ1 と破壊靭性ピーク値Ａ2 と
の範囲内に設定される。これらのピーク値Ａ1 ，Ａ
2 は、実験値から求められる。
【００４１】また、ウィスカー１６は、セラミックスマ
トリックス体１７に発生した亀裂の進展の防波堤となる
ものである。このため、ウィスカー１６の長さＬは、図
４で示すように、ウィスカーの強度Ｓ1 とセラミックス
マトリックス体の強度Ｓ2 との交点Ｂの範囲内に設定す
ることが好ましい。この長さは、実験値から求められ
る。
トリックス体１７に発生した亀裂の進展の防波堤となる
ものである。このため、ウィスカー１６の長さＬは、図
４で示すように、ウィスカーの強度Ｓ1 とセラミックス
マトリックス体の強度Ｓ2 との交点Ｂの範囲内に設定す
ることが好ましい。この長さは、実験値から求められ
る。
【００４２】また、ウィスカー１６は、ほぼ一次元柱状
の形状であるため、セラミックスマトリックス体１７に
対して配向を適正配置にしておかないと、力学的強度を
向上させることができない。このため、例えば、図１６
や図１７で示すように、ガスタービン動翼７やガスター
ビン静翼６の熱伸び差応力の高い部分や低サイクル疲労
熱応力の高い部分にセラミックスマトリックス体１７を
適用する場合、セラミックスマトリックス体１７へのウ
ィスカー１６の配向にあたり、ウィスカー１６の方向性
が作用応力の方向性に対し、交差しているかを常に超音
波で監視しながらその配向調整を行うことが望ましい。
の形状であるため、セラミックスマトリックス体１７に
対して配向を適正配置にしておかないと、力学的強度を
向上させることができない。このため、例えば、図１６
や図１７で示すように、ガスタービン動翼７やガスター
ビン静翼６の熱伸び差応力の高い部分や低サイクル疲労
熱応力の高い部分にセラミックスマトリックス体１７を
適用する場合、セラミックスマトリックス体１７へのウ
ィスカー１６の配向にあたり、ウィスカー１６の方向性
が作用応力の方向性に対し、交差しているかを常に超音
波で監視しながらその配向調整を行うことが望ましい。
【００４３】また、ウィスカー１６は、セラミックスマ
トリックス体１７に混入させる場合、その界面での密着
度如何によってはセラミックスマトリックス体１７の力
学的強度に大きな影響を与えている。ウィスカー１６と
セラミックスマトリックス体１７との結合が強すぎる
と、セラミックスマトリックス体１７に発生した亀裂が
その方向性を変えずにウィスカー１６を容易に切断し、
また逆にその結合が密でないと、セラミックスマトリッ
クス体１７の亀裂を、さらに加速度的に進展させるから
である。このため、ＳｉＣ製のウィスカー１６には、コ
ーティングすることが望ましい。
トリックス体１７に混入させる場合、その界面での密着
度如何によってはセラミックスマトリックス体１７の力
学的強度に大きな影響を与えている。ウィスカー１６と
セラミックスマトリックス体１７との結合が強すぎる
と、セラミックスマトリックス体１７に発生した亀裂が
その方向性を変えずにウィスカー１６を容易に切断し、
また逆にその結合が密でないと、セラミックスマトリッ
クス体１７の亀裂を、さらに加速度的に進展させるから
である。このため、ＳｉＣ製のウィスカー１６には、コ
ーティングすることが望ましい。
【００４４】図５は、ウィスカー１６にコーティングし
ない場合、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）コーティングした場
合、カーボン（Ｃ）コーティングした場合のウィスカー
１６の強度値および破壊靭性値をそれぞれ示したもので
ある。
ない場合、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）コーティングした場
合、カーボン（Ｃ）コーティングした場合のウィスカー
１６の強度値および破壊靭性値をそれぞれ示したもので
ある。
【００４５】この図５から理解できるように、ウィスカ
ー１６は、カーボンコーティングすることにより強度値
が増加しており、またアルミナコーティングすることに
より靭性値が高くなっている。
ー１６は、カーボンコーティングすることにより強度値
が増加しており、またアルミナコーティングすることに
より靭性値が高くなっている。
【００４６】このように、ウィスカー１６のコーティン
グは、セラミックスマトリックス体１７の使用環境条件
によって適宜選択すればよい。なお、靭性値を増加させ
るには、セラミックスマトリックス体１７への混入時、
ウィイカー１６の表面を平滑に加工しておけばよい。セ
ラミックスマトリックス体１７に作用する外力に対し、
ウィスカー１６は引き抜けが容易になり、靭性特性を向
上させることができるからである。
グは、セラミックスマトリックス体１７の使用環境条件
によって適宜選択すればよい。なお、靭性値を増加させ
るには、セラミックスマトリックス体１７への混入時、
ウィイカー１６の表面を平滑に加工しておけばよい。セ
ラミックスマトリックス体１７に作用する外力に対し、
ウィスカー１６は引き抜けが容易になり、靭性特性を向
上させることができるからである。
【００４７】また、ＳｉＣ製のウィスカー１６は、セラ
ミックスマトリックス体１７の熱伝導度よりも高い特性
を備えている。このため、ＳｉＣ製のウィスカー１６の
熱応力特性Ｃ1 は、図６に示すように、セラミックスマ
トリックス体１７の熱応力特性Ｃ2 よりも低くすること
ができるので、例えば図１６で示すガスタービン動翼７
の熱応力値が高くなる部分や、図１７で示すガスタービ
ン静翼６の熱応力性が高くなる部分にウィスカー１６を
より多く配向させると効果的である。
ミックスマトリックス体１７の熱伝導度よりも高い特性
を備えている。このため、ＳｉＣ製のウィスカー１６の
熱応力特性Ｃ1 は、図６に示すように、セラミックスマ
トリックス体１７の熱応力特性Ｃ2 よりも低くすること
ができるので、例えば図１６で示すガスタービン動翼７
の熱応力値が高くなる部分や、図１７で示すガスタービ
ン静翼６の熱応力性が高くなる部分にウィスカー１６を
より多く配向させると効果的である。
【００４８】また、ＺｒＯ2 製のウィスカー１６は、線
膨脹係数が１０×１０-6／℃とセラミックスマトリック
ス体１７のそれと較べて２倍以上高くなっているから、
例えば図１４で示す翼有効部８の芯金とスリーブ１０と
を組み合せた場合のスリーブ１０のモノリシックセラミ
ックス材に混入させると、熱伸び差応力を低く抑えるこ
とが効果的に発揮できる。
膨脹係数が１０×１０-6／℃とセラミックスマトリック
ス体１７のそれと較べて２倍以上高くなっているから、
例えば図１４で示す翼有効部８の芯金とスリーブ１０と
を組み合せた場合のスリーブ１０のモノリシックセラミ
ックス材に混入させると、熱伸び差応力を低く抑えるこ
とが効果的に発揮できる。
【００４９】このように、ＳｉＣ製のウィスカー１６に
カーボンまたはアルミナをコーティングしたもの、ある
いはＺｒＯ2 製のウィスカー１６のいずれを適用するか
の選択は、セラミックスマトリックス体１７の使用環境
条件により決定される。なお、ＺｒＯ2 製のウィスカー
１６は、上述線膨脹係数が高いので、セラミックスマト
リックス体１７に亀裂が発生し、進展しようとも、その
体積膨脹により停止され、見かけ上、靭性を向上させる
ことができる。
カーボンまたはアルミナをコーティングしたもの、ある
いはＺｒＯ2 製のウィスカー１６のいずれを適用するか
の選択は、セラミックスマトリックス体１７の使用環境
条件により決定される。なお、ＺｒＯ2 製のウィスカー
１６は、上述線膨脹係数が高いので、セラミックスマト
リックス体１７に亀裂が発生し、進展しようとも、その
体積膨脹により停止され、見かけ上、靭性を向上させる
ことができる。
【００５０】本実施形態に係るウィスカー１６は、セラ
ミックスマトリックス体１７の使用環境条件に対応させ
てその含有率およびその長さ寸法の適正化、その配向性
の適正配置の監視、およびウィスカー自体の材質選定を
行いながらセラミックスマトリックス体１７に混入さ
せ、セラミックスマトリックス体１７に発生する亀裂先
端部の応力拡大係数の縮小化およびウィスカー１６の引
き抜けの容易化を図っているので、セラミックスマトリ
ックス体１７の靭性化を従来よりもより一層向上させる
ことができる。すなわち、ウィスカー１６は、含有率、
長さ寸法および配向性が適正化されているので、図７に
示すように、セラミックスマトリックス体１７に亀裂が
発生し、その亀裂が進展しようとも、ブリッジし、この
ブリッジ作用によりウィスカー１６が応力を負担するよ
うになっている。したがって、セラミックスマトリック
ス体１７への応力伝達が減少し、亀裂先端部の応力拡大
係数が小さくなり、セラミックスマトリックス体１７の
靭性を向上させることができる。
ミックスマトリックス体１７の使用環境条件に対応させ
てその含有率およびその長さ寸法の適正化、その配向性
の適正配置の監視、およびウィスカー自体の材質選定を
行いながらセラミックスマトリックス体１７に混入さ
せ、セラミックスマトリックス体１７に発生する亀裂先
端部の応力拡大係数の縮小化およびウィスカー１６の引
き抜けの容易化を図っているので、セラミックスマトリ
ックス体１７の靭性化を従来よりもより一層向上させる
ことができる。すなわち、ウィスカー１６は、含有率、
長さ寸法および配向性が適正化されているので、図７に
示すように、セラミックスマトリックス体１７に亀裂が
発生し、その亀裂が進展しようとも、ブリッジし、この
ブリッジ作用によりウィスカー１６が応力を負担するよ
うになっている。したがって、セラミックスマトリック
ス体１７への応力伝達が減少し、亀裂先端部の応力拡大
係数が小さくなり、セラミックスマトリックス体１７の
靭性を向上させることができる。
【００５１】また、ウィスカー１６は、使用環境条件に
対応した適正な材質が選定され、引き抜けが容易にして
あるので、図８に示すように、亀裂がウィスカー１６に
接触する際、滑り運動に伴う摩擦力が矢印の方向に発生
し、この摩擦力により亀裂のエネルギを低く抑えること
ができる。したがって、セラミックスマトリックス体１
７の靭性を向上させることができる。なお、ウィスカー
１６の破壊エネルギは、図９に示すように、セラミック
スマトリックス体１７の破壊エネルギが一定値であるの
に対し、ウィスカー１６の直径の２乗に比例し、その長
さに反比例するので、比較的直径の太いウィスカー１６
を選定することが好ましい。
対応した適正な材質が選定され、引き抜けが容易にして
あるので、図８に示すように、亀裂がウィスカー１６に
接触する際、滑り運動に伴う摩擦力が矢印の方向に発生
し、この摩擦力により亀裂のエネルギを低く抑えること
ができる。したがって、セラミックスマトリックス体１
７の靭性を向上させることができる。なお、ウィスカー
１６の破壊エネルギは、図９に示すように、セラミック
スマトリックス体１７の破壊エネルギが一定値であるの
に対し、ウィスカー１６の直径の２乗に比例し、その長
さに反比例するので、比較的直径の太いウィスカー１６
を選定することが好ましい。
【００５２】次に、本発明に係る繊維強化セラミックス
基複合材の製造方法の第１実施形態を示す概略工程ブロ
ック図である。
基複合材の製造方法の第１実施形態を示す概略工程ブロ
ック図である。
【００５３】先ず、直径数十μｍの長繊維としてのＳｉ
Ｃ連続繊維（商品名：ニカロン、日本カーボン株式会社
製）を容易するとともに、ＳｉＣ連続繊維の界面に、化
学的蒸着法（ＣＶＤ法またはＣＶＩ法）を用いてボトム
コートとして窒化ボロン（ＢＮ）からなるすべり層を形
成した後、トップコートとして炭化珪素（ＳｉＣ）また
はボロン（Ｂ）からなる反応抑制層を形成した（ステッ
プ１）。
Ｃ連続繊維（商品名：ニカロン、日本カーボン株式会社
製）を容易するとともに、ＳｉＣ連続繊維の界面に、化
学的蒸着法（ＣＶＤ法またはＣＶＩ法）を用いてボトム
コートとして窒化ボロン（ＢＮ）からなるすべり層を形
成した後、トップコートとして炭化珪素（ＳｉＣ）また
はボロン（Ｂ）からなる反応抑制層を形成した（ステッ
プ１）。
【００５４】次に、すべり層および反応抑制層を備えた
ＳｉＣ連続繊維は、二次元方向に織り上げて平織りクロ
スを作成し、この平織りクロスを複層状に配置し、予備
成形体（プリフォーム）を作製した（ステップ２）。
ＳｉＣ連続繊維は、二次元方向に織り上げて平織りクロ
スを作成し、この平織りクロスを複層状に配置し、予備
成形体（プリフォーム）を作製した（ステップ２）。
【００５５】一方、上記予備成形体にセラミックスマト
リックスを含浸させるために、粉末Ｓｉと炭素とを溶媒
中に分散させて低粘度原料スラリーを調製し、この低粘
度スラリーにアルミナまたはカーボンコートの炭化珪素
（ＳｉＣ）、またはジルコニア（ＺｒＯ2 ）製からなる
ウィスカーを混入させた（ステップ３）。さらに、圧力
鋳込み法を用いて、上記低粘度原料スラリーを上記予備
成形体中に含浸させ、各繊維含有のセラミックス成形体
とした（ステップ４）。
リックスを含浸させるために、粉末Ｓｉと炭素とを溶媒
中に分散させて低粘度原料スラリーを調製し、この低粘
度スラリーにアルミナまたはカーボンコートの炭化珪素
（ＳｉＣ）、またはジルコニア（ＺｒＯ2 ）製からなる
ウィスカーを混入させた（ステップ３）。さらに、圧力
鋳込み法を用いて、上記低粘度原料スラリーを上記予備
成形体中に含浸させ、各繊維含有のセラミックス成形体
とした（ステップ４）。
【００５６】上記セラミックス成形体の焼成に先立ち、
焼成時、セラミックス成形体の一部に未反応のＳｉが生
成されるので、反応の安定化を図るために、モリブデン
（Ｍｏ）を添加した（ステップ５）。
焼成時、セラミックス成形体の一部に未反応のＳｉが生
成されるので、反応の安定化を図るために、モリブデン
（Ｍｏ）を添加した（ステップ５）。
【００５７】その後、上記繊維含有セラミックス成形体
を、Ｓｉを充填したアルミナボード内に配置し、Ａｒガ
スまたはＮガス等の不活性ガス雰囲気に調整した焼成炉
内に、１５００℃以上の温度で数時間保持し、溶融Ｓｉ
の含浸を行いつつ、反応焼結せしめ（ステップ６）、Ｓ
ｉＣ焼結体からなる緻密なセラミックスマトリックス体
を形成し、繊維強化セラミックス基複合材を作製した
（ステップ７）。
を、Ｓｉを充填したアルミナボード内に配置し、Ａｒガ
スまたはＮガス等の不活性ガス雰囲気に調整した焼成炉
内に、１５００℃以上の温度で数時間保持し、溶融Ｓｉ
の含浸を行いつつ、反応焼結せしめ（ステップ６）、Ｓ
ｉＣ焼結体からなる緻密なセラミックスマトリックス体
を形成し、繊維強化セラミックス基複合材を作製した
（ステップ７）。
【００５８】このように、本実施形態に係る製造方法で
は、繊維含有セラミックス成形体を焼結時まで加熱させ
ていないので、ＳｉＣ連続繊維の表面に形成したすべり
層および反応抑制層に化学変化を起こさせることがな
く、良質の繊維強化セラミックス基複合材を作製するこ
とができる。
は、繊維含有セラミックス成形体を焼結時まで加熱させ
ていないので、ＳｉＣ連続繊維の表面に形成したすべり
層および反応抑制層に化学変化を起こさせることがな
く、良質の繊維強化セラミックス基複合材を作製するこ
とができる。
【００５９】図１１は、本発明に係る繊維強化セラミッ
クス基複合材の製造方法の第２実施形態を示す概略工程
フロー図である。なお、第１実施形態の工程と同一工程
には同一符号を付し、異なる工程のみ説明する。
クス基複合材の製造方法の第２実施形態を示す概略工程
フロー図である。なお、第１実施形態の工程と同一工程
には同一符号を付し、異なる工程のみ説明する。
【００６０】本実施形態は、有機ポリマーからの合成法
により繊維強化セラミックス基複合材を作製したもので
ある。
により繊維強化セラミックス基複合材を作製したもので
ある。
【００６１】本実施形態は、セラミックス前駆体ポリマ
ーとしてのポリカルボシランのキシリン溶液（日本カー
ボン株式会社製）に、短繊維としてのウィスカーを添加
・分散させる（ステップ３）とともに、粉末Ｓｉの溶解
液を混合させ、その混合溶液をすべり層および反応抑制
層を備えた予備成形体に含浸させた後（ステップ８）、
ＡｒガスまたはＮガス等の不活性ガス雰囲気中で温度１
０００℃以上で反応焼結せしめ（ステップ６）ＳｉＣ焼
結体からなる緻密なセラミックスマトリックス体を形成
し、繊維強化セラミックス基複合材を作製した（ステッ
プ７）ものである。なお、ＳｉＣ焼結体の焼成時、重量
減少や体積収縮が大きく、内部に気孔が生じ易いため、
ポリマー含浸は数回繰り返して行うか、あるいはＣＶＩ
法と併用して行うことが望ましい。
ーとしてのポリカルボシランのキシリン溶液（日本カー
ボン株式会社製）に、短繊維としてのウィスカーを添加
・分散させる（ステップ３）とともに、粉末Ｓｉの溶解
液を混合させ、その混合溶液をすべり層および反応抑制
層を備えた予備成形体に含浸させた後（ステップ８）、
ＡｒガスまたはＮガス等の不活性ガス雰囲気中で温度１
０００℃以上で反応焼結せしめ（ステップ６）ＳｉＣ焼
結体からなる緻密なセラミックスマトリックス体を形成
し、繊維強化セラミックス基複合材を作製した（ステッ
プ７）ものである。なお、ＳｉＣ焼結体の焼成時、重量
減少や体積収縮が大きく、内部に気孔が生じ易いため、
ポリマー含浸は数回繰り返して行うか、あるいはＣＶＩ
法と併用して行うことが望ましい。
【００６２】このように、本実施形態に係る製造方法で
は、繊維強化セラミックス基複合材を作製するにあた
り、有機ポリマー合成法を適用したので、予備成形体を
容易に加工でき、またＳｉＣ連続繊維に与える化学変化
もなく、良質の繊維強化セラミックス基複合材を作製す
ることができる。
は、繊維強化セラミックス基複合材を作製するにあた
り、有機ポリマー合成法を適用したので、予備成形体を
容易に加工でき、またＳｉＣ連続繊維に与える化学変化
もなく、良質の繊維強化セラミックス基複合材を作製す
ることができる。
【００６３】図１２は、従来のモノリシックセラミック
ス材と本実施形態に係る繊維強化セラミックス基複合材
とを対比させた応力−ひずみ線図である。
ス材と本実施形態に係る繊維強化セラミックス基複合材
とを対比させた応力−ひずみ線図である。
【００６４】図１２からも理解できるように、本実施形
態に係る繊維強化セラミックス基複合材は、弾性係数が
モノリシックセラミックス材のそれよりも大幅に向上し
ている。セラミックスマトリックス体は、ＳｉＣ連続繊
維のほかにウィスカーを加えた二重の補強材を備えてい
るために、弾性係数が大幅に向上したものと考えられ
る。
態に係る繊維強化セラミックス基複合材は、弾性係数が
モノリシックセラミックス材のそれよりも大幅に向上し
ている。セラミックスマトリックス体は、ＳｉＣ連続繊
維のほかにウィスカーを加えた二重の補強材を備えてい
るために、弾性係数が大幅に向上したものと考えられ
る。
【００６５】したがって、本実施形態に係る繊維強化セ
ラミックス基複合材は、弾性係数を従来よりも格段と向
上させて高剛性化したので、例えば超高温燃焼ガスを扱
うガスタービン燃焼器、ガスタービン静翼、ガスタービ
ン動翼などのガスタービン構成部品に適用しても充分に
対処することができる。
ラミックス基複合材は、弾性係数を従来よりも格段と向
上させて高剛性化したので、例えば超高温燃焼ガスを扱
うガスタービン燃焼器、ガスタービン静翼、ガスタービ
ン動翼などのガスタービン構成部品に適用しても充分に
対処することができる。
【００６６】
【発明の効果】以上説明のとおり、本発明に係る繊維強
化セラミックス基複合材は、セラミックスマトリックス
体にＳｉＣ連続繊維およびウィスカーを加えた二重の補
強材にし、破壊機構を複雑化させ、亀裂進展抵抗を増大
させたので、強度、靭性、剛性に優れた複合材を実現す
ることができる。
化セラミックス基複合材は、セラミックスマトリックス
体にＳｉＣ連続繊維およびウィスカーを加えた二重の補
強材にし、破壊機構を複雑化させ、亀裂進展抵抗を増大
させたので、強度、靭性、剛性に優れた複合材を実現す
ることができる。
【００６７】また、本発明に係る繊維強化セラミックス
基複合材の製造方法は、ＳｉＣ焼結体の焼成時、未反応
のＳｉを生成させないようにするとともに、重量減少や
体積収縮を低く抑えるようにしたので、緻密で良質な複
合材を作製することができる。
基複合材の製造方法は、ＳｉＣ焼結体の焼成時、未反応
のＳｉを生成させないようにするとともに、重量減少や
体積収縮を低く抑えるようにしたので、緻密で良質な複
合材を作製することができる。
【００６８】したがって、本発明に係る繊維強化セラミ
ックス基複合材およびその製造方法は、強度、靭性、剛
性を従来よりも格段と優れ、かつ緻密で良質なセラミッ
クスマトリックス体に形成し、超高温燃焼ガスに充分に
対処できるガスタービン構成部品に適用できるようにし
たので、熱効率を大幅に増加させることのできるガスタ
ービンプラントの実現化を図ることができる。なお、本
発明に係る繊維強化セラミックス基複合材およびその製
造方法は、ガスタービンプラントの適用について説明し
たが、この産業分野に限らず、超高温燃焼ガスを扱う産
業分野であれば全て適用できる。
ックス基複合材およびその製造方法は、強度、靭性、剛
性を従来よりも格段と優れ、かつ緻密で良質なセラミッ
クスマトリックス体に形成し、超高温燃焼ガスに充分に
対処できるガスタービン構成部品に適用できるようにし
たので、熱効率を大幅に増加させることのできるガスタ
ービンプラントの実現化を図ることができる。なお、本
発明に係る繊維強化セラミックス基複合材およびその製
造方法は、ガスタービンプラントの適用について説明し
たが、この産業分野に限らず、超高温燃焼ガスを扱う産
業分野であれば全て適用できる。
【図１】本発明に係る繊維強化セラミックス基複合材を
模式的に示す概略構成図。
模式的に示す概略構成図。
【図２】ＳｉＣ長繊維の界面層を示す図１の部分拡大
図。
図。
【図３】本発明に係るウィスカー含有率とセラミックス
マトリックス体との破壊靭性・強度との関係を示すグラ
フ。
マトリックス体との破壊靭性・強度との関係を示すグラ
フ。
【図４】本発明に係るウィスカー長さＬとセラミックス
マトリックス体の強度との関係を示すグラフ。
マトリックス体の強度との関係を示すグラフ。
【図５】本発明に係るＳｉＣ製ウィスカーにコーティン
グしたときの破壊靭性値およびその強度値を示すグラ
フ。
グしたときの破壊靭性値およびその強度値を示すグラ
フ。
【図６】本発明に係るウィスカーの熱応力とセラミック
スマトリックス体の熱応力とを対比させたグラフ。
スマトリックス体の熱応力とを対比させたグラフ。
【図７】本発明に係るウィスカーに作用する亀裂の進展
挙動を説明する図。
挙動を説明する図。
【図８】本発明に係るウィスカーの引き抜き挙動と亀裂
の進展挙動とのそれぞれを説明する図。
の進展挙動とのそれぞれを説明する図。
【図９】本発明に係るウィスカーの破壊エネルギとセラ
ミックスマトリックスの破壊エネルギとを示すグラフ。
ミックスマトリックスの破壊エネルギとを示すグラフ。
【図１０】本発明に係る繊維強化セラミックス基複合材
の製造方法の第１実施形態を示す概略工程ブロック図。
の製造方法の第１実施形態を示す概略工程ブロック図。
【図１１】本発明に係る繊維強化セラミックス基複合材
の製造方法の第２実施形態を示す概略工程ブロック図。
の製造方法の第２実施形態を示す概略工程ブロック図。
【図１２】本発明に係る繊維強化セラミックス基複合材
と従来のモノリシックセラミックス材とを対比させた応
力−ひずみ線図。
と従来のモノリシックセラミックス材とを対比させた応
力−ひずみ線図。
【図１３】従来のガスタービンプラントを示す一部切欠
き概略断面図。
き概略断面図。
【図１４】従来のガスタービン動翼を示す概略図。
【図１５】図１４のＸ−Ｘ矢視方向切断断面図。
【図１６】従来のガスタービン動翼に適用されるスリー
ブを示す概略斜視図。
ブを示す概略斜視図。
【図１７】従来のガスタービン静翼を示す概略斜視図。
１ 空気圧縮機 ２ ガスタービン ３ ガスタービン燃焼器 ４ 燃焼室 ５ トラジションピース ６ ガスタービン静翼 ７ ガスタービン動翼 ８ 翼有効部 ９ 翼植込部 １０ スリーブ １１ 翼カバー １２ 前縁 １３ 後縁 １４ 繊維強化セラミックス基複合材 １５ ＳｉＣ長繊維 １６ セラミックスマトリックス体 １８ 界面層 １９ すべり層 ２０ 反応抑制層
Claims (14)
- 【請求項１】 セラミックスマトリックス体中にセラミ
ックス長繊維を複合化した繊維強化セラミックス基複合
材において、上記セラミックスマトリックス体と上記セ
ラミックス長繊維との界面層にすべり層と反応抑制層を
備えるとともに、上記セラミックスマトリックス体に配
向するウィスカーを備えたことを特徴とする繊維強化セ
ラミックス基複合材。 - 【請求項２】 すべり層は、窒化ボロンでコーティング
したことを特徴とする請求項１記載の繊維強化セラミッ
クス基複合材。 - 【請求項３】 反応抑制層は、炭化珪素およびボロンの
いずれかでコーティングしたことを特徴とする請求項１
記載の繊維強化セラミックス基複合材。 - 【請求項４】 ウィスカーは炭化珪素およびジルコニア
のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の繊維
強化セラミックス基複合材。 - 【請求項５】 炭化珪素のウィスカーは、アルミナおよ
びカーボンのいずれかでコーティングしたことを特徴と
する請求項４記載の繊維強化セラミックス基複合材。 - 【請求項６】 セラミックス長繊維にすべり層および反
応抑制層を形成した後、上記長繊維を所定形状に織り上
げて予備成形体を形成し、この予備成形体にウィスカー
を添加したスラリーを圧力鋳込み法により含浸させてセ
ラミックス成形体を形成し、このセラミックス成形体に
モリブデンを添加した後、高温の不活性ガス雰囲気の下
で反応焼結させてセラミックスマトリックス体を形成す
ることを特徴とする繊維強化セラミックス基複合材の製
造方法。 - 【請求項７】 予備成形体の織り形状は二次元方向に織
り上げることを特徴とする請求項６記載の繊維強化セラ
ミックス基複合材の製造方法。 - 【請求項８】 スラリーは、粉末Ｓｉと炭素との混合体
であることを特徴とする請求項６記載の繊維強化セラミ
ックス基複合材の製造方法。 - 【請求項９】 セラミックス成形体に分散するウィスカ
ーの配向は、超音波で監視することを特徴とする請求項
６記載の繊維強化セラミックス基複合材の製造方法。 - 【請求項１０】 セラミックス成形体に分散するウィス
カーの表面は平滑に形成することを特徴とする請求項６
記載の繊維強化セラミックス基複合材の製造方法。 - 【請求項１１】 不活性ガス雰囲気の下での反応焼結温
度は１５００℃以上であることを特徴とする請求項６記
載の繊維強化セラミックス基複合材の製造方法。 - 【請求項１２】 セラミックス長繊維にすべり層および
反応抑制層を形成した後、上記長繊維を所定形状に織り
上げて予備成形体を形成し、この予備成形体に、粉末Ｓ
ｉ、ウィスカー、前駆体ポリマーからなる混合溶液を含
浸させた後、高温の不活性ガス雰囲気の下で反応焼結さ
せてセラミックスマトリックス体を形成することを特徴
とする繊維強化セラミックス基複合材の製造方法。 - 【請求項１３】 予備成形体へのポリマー含浸は、複数
回にわたって単独で行うかおよびＣＶＩ法を併用するか
のいずれかを選択的に行うことを特徴とする請求項１２
記載の繊維強化セラミックス基複合材の製造方法。 - 【請求項１４】 不活性ガス雰囲気の下での反応焼結温
度は１０００℃以上であることを特徴とする請求項１２
記載の繊維強化セラミックス基複合材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8344070A JPH10182256A (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | 繊維強化セラミックス基複合材およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8344070A JPH10182256A (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | 繊維強化セラミックス基複合材およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10182256A true JPH10182256A (ja) | 1998-07-07 |
Family
ID=18366431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8344070A Pending JPH10182256A (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | 繊維強化セラミックス基複合材およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10182256A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6666310B1 (en) * | 1999-01-14 | 2003-12-23 | Universitat Stuttgart, Institut Fur Fertigungstechnologie Kermaischer Bautelle | Fibre-reinforced ceramic body and method for producing same |
| JP2008121666A (ja) * | 2006-11-08 | 2008-05-29 | General Electric Co <Ge> | Ｍｍｃリング要素および一体翼形を有する翼形要素を有するロータを製造するためのシステム |
| JP2008121667A (ja) * | 2006-11-08 | 2008-05-29 | General Electric Co <Ge> | Ｍｍｃリングコンポーネントおよび単体エーロフォイルコンポーネントを有するローターの製造システム |
| JP2008138669A (ja) * | 2006-11-08 | 2008-06-19 | General Electric Co <Ge> | Ｍｍｃリング要素およびｍｍｃ翼形を有する翼形要素を有するロータを製造するためのシステム |
| JP2008531448A (ja) * | 2005-02-23 | 2008-08-14 | スネクマ・プロピュルシオン・ソリド | セラミックマトリックス複合部材の製造方法、および当該方法により得られる部品 |
| JP2015185660A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | 京セラ株式会社 | 金属膜およびフィルムコンデンサ |
| JP2019059547A (ja) * | 2017-09-25 | 2019-04-18 | 株式会社東芝 | 容器および容器における開口部の閉塞方法 |
-
1996
- 1996-12-24 JP JP8344070A patent/JPH10182256A/ja active Pending
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| JP2022081558A (ja) * | 2017-09-25 | 2022-05-31 | 株式会社東芝 | 燃料被覆管および燃料被覆管における開口部の閉塞方法 |
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