JPH11130563A - 高温用複合材料及びその製造方法 - Google Patents
高温用複合材料及びその製造方法Info
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- JPH11130563A JPH11130563A JP9309917A JP30991797A JPH11130563A JP H11130563 A JPH11130563 A JP H11130563A JP 9309917 A JP9309917 A JP 9309917A JP 30991797 A JP30991797 A JP 30991797A JP H11130563 A JPH11130563 A JP H11130563A
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- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
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- C04B41/5138—Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal with a composition mainly composed of Mn and Mo, e.g. for the Moly-manganese method
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 製造時に炭素るつぼとの融着接合が少なく、
かつ、優れた耐熱性、耐酸化性を有する緻密で高温でも
強度、靱性が高いSiC 系溶浸複合材料を得る。 【解決手段】 体積割合で10〜60％の連続空隙を有する
炭化ケイ素基プリフォーム、あるいは炭素繊維により強
化された炭化ケイ素基プリフォームに、Mo3Si2Cと近似
的に表現されるMoの炭ケイ化物の融液、あるいは同炭ケ
イ化物と炭化ケイ素の共晶融液を溶浸、冷却固化してな
る高温用複合材料を得る。
かつ、優れた耐熱性、耐酸化性を有する緻密で高温でも
強度、靱性が高いSiC 系溶浸複合材料を得る。 【解決手段】 体積割合で10〜60％の連続空隙を有する
炭化ケイ素基プリフォーム、あるいは炭素繊維により強
化された炭化ケイ素基プリフォームに、Mo3Si2Cと近似
的に表現されるMoの炭ケイ化物の融液、あるいは同炭ケ
イ化物と炭化ケイ素の共晶融液を溶浸、冷却固化してな
る高温用複合材料を得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温用セラミックス基
複合材料、及びその製造方法に関するものである。更に
詳しくいえば、本発明は、炭化ケイ素とMoの炭ケイ化物
よりなる複合材料、あるいは、炭化ケイ素とMoの炭ケイ
化物をマトリックスとし、炭素繊維により強化された繊
維強化セラミックス基複合材料を、短時間で、かつ、複
雑形状のものでも容易に製造し得る方法とともに提供す
るものである。
複合材料、及びその製造方法に関するものである。更に
詳しくいえば、本発明は、炭化ケイ素とMoの炭ケイ化物
よりなる複合材料、あるいは、炭化ケイ素とMoの炭ケイ
化物をマトリックスとし、炭素繊維により強化された繊
維強化セラミックス基複合材料を、短時間で、かつ、複
雑形状のものでも容易に製造し得る方法とともに提供す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、複合材料の製造において、反応焼
結法や溶浸法は、製造時にほとんど収縮変形が起こら
ず、かつ、緻密な材料が得られるという優れた利点を有
しており、セラミックス系では、SiC-Si系が工業的にも
広く利用されている。この溶浸法による複合材料は、製
造時、低融点の助剤添加が必要でなく、従って、得られ
る複合材の耐熱性は従来の焼結材料に比べて容易に高く
することができる。このようなことから、SiC-Siより耐
熱性を高めたSiC-MoSi2 系溶浸複合材料が開発された
〔ジャーナル・オブ・マテリアルズ・サイエンス（J. M
ater. Sci.）第24巻、第4144〜4151ページ（1989
年）〕。本発明者らは、このSiC-MoSi2 系複合材料につ
いて更に詳しく検討し、より耐酸化性も優れ、製造も容
易なSiC-Mo(Al,Si)2系溶浸材料を開発した〔特許第2535
768 号〕。
結法や溶浸法は、製造時にほとんど収縮変形が起こら
ず、かつ、緻密な材料が得られるという優れた利点を有
しており、セラミックス系では、SiC-Si系が工業的にも
広く利用されている。この溶浸法による複合材料は、製
造時、低融点の助剤添加が必要でなく、従って、得られ
る複合材の耐熱性は従来の焼結材料に比べて容易に高く
することができる。このようなことから、SiC-Siより耐
熱性を高めたSiC-MoSi2 系溶浸複合材料が開発された
〔ジャーナル・オブ・マテリアルズ・サイエンス（J. M
ater. Sci.）第24巻、第4144〜4151ページ（1989
年）〕。本発明者らは、このSiC-MoSi2 系複合材料につ
いて更に詳しく検討し、より耐酸化性も優れ、製造も容
易なSiC-Mo(Al,Si)2系溶浸材料を開発した〔特許第2535
768 号〕。
【０００３】しかし、これらの溶浸複合材料の製造にお
いては、るつぼとして利用される炭素材料が、溶浸させ
るMoSi2 、あるいはMo(Al,Si)2と反応するため、るつぼ
と製造物が接合してしまい、るつぼの再利用ができない
という製造上の問題を有している。また、同溶浸複合材
料は、従来の焼結セラミックスよりも高温機械特性が優
れるが、低温では本質的に脆性材料であるため、工業的
利用分野によっては信頼性が十分でなく、利用できない
という問題を有している。
いては、るつぼとして利用される炭素材料が、溶浸させ
るMoSi2 、あるいはMo(Al,Si)2と反応するため、るつぼ
と製造物が接合してしまい、るつぼの再利用ができない
という製造上の問題を有している。また、同溶浸複合材
料は、従来の焼結セラミックスよりも高温機械特性が優
れるが、低温では本質的に脆性材料であるため、工業的
利用分野によっては信頼性が十分でなく、利用できない
という問題を有している。
【０００４】このようなセラミックス系材料の低靭性を
改善するために、最近では繊維状の強化材で複合化され
たセラミックスの研究が盛んに行われている。1300℃を
越える高温材料としてみた場合、強化繊維としては現状
では炭素繊維のみが十分な高温特性を有している。しか
し、炭素繊維強化複合材を製造する場合、繊維自体は緻
密であるため、マトリックスの収縮緻密化による複合材
全体の緻密化は本質的に不可能である。しかしながら、
繊維複合材の緻密化は十分な機械的特性を得るために
も、また、耐酸化性の改善のためにも必要である。その
ため、繊維強化複合材の製造は、一般にマトリックス材
の粉末と繊維状強化材とを混合してホットプレス焼結す
るか、有機金属ポリマーの含浸・焼成の繰り返し法か、
あるいは化学蒸着法（ＣＶＩ法）により製造されてい
る。しかしながら、ホットプレス法による場合は繊維の
損傷がのがれられない上、形状の制約という大きな問題
がある。また、含浸繰り返し法やＣＶＩ法は、製造に極
めて長時間を要する上、到達できる密度に本質的な限界
があることは明らかである。
改善するために、最近では繊維状の強化材で複合化され
たセラミックスの研究が盛んに行われている。1300℃を
越える高温材料としてみた場合、強化繊維としては現状
では炭素繊維のみが十分な高温特性を有している。しか
し、炭素繊維強化複合材を製造する場合、繊維自体は緻
密であるため、マトリックスの収縮緻密化による複合材
全体の緻密化は本質的に不可能である。しかしながら、
繊維複合材の緻密化は十分な機械的特性を得るために
も、また、耐酸化性の改善のためにも必要である。その
ため、繊維強化複合材の製造は、一般にマトリックス材
の粉末と繊維状強化材とを混合してホットプレス焼結す
るか、有機金属ポリマーの含浸・焼成の繰り返し法か、
あるいは化学蒸着法（ＣＶＩ法）により製造されてい
る。しかしながら、ホットプレス法による場合は繊維の
損傷がのがれられない上、形状の制約という大きな問題
がある。また、含浸繰り返し法やＣＶＩ法は、製造に極
めて長時間を要する上、到達できる密度に本質的な限界
があることは明らかである。
【０００５】一方、溶浸法は、連続した開気孔を有する
プリフォームに、マトリックス材の融液を含浸して固化
させるという方法であり、本来、繊維強化複合材の製造
法として非常に有望なものである。しかし、実際の適用
に当たっては次のような条件をすべて満たさねばなら
ず、きわめて困難である。まず、溶浸においてマトリッ
クスと繊維との間に反応や強固な結合が生じれば、よく
知られているように繊維による強化が望めない。従っ
て、溶浸させる材料（溶浸材）は繊維との化学的親和性
の比較的低いものでなければならない。逆に、化学的親
和性が低ければ、濡れ性は低く、溶浸自体が困難であ
る。勿論、濡れ性が多少低くても、外部からの加圧によ
る溶浸の促進も不可能ではないが、ホットプレスと同様
に形状の制約や高温下での加圧における型材の問題など
困難な問題があり、実用的ではない。すなわち、工業的
には自発的溶浸が望ましく、そのためにも濡れ性は十分
高くなければならない。このような相反する条件のた
め、溶浸法によって繊維強化複合材を作成することは困
難であった。
プリフォームに、マトリックス材の融液を含浸して固化
させるという方法であり、本来、繊維強化複合材の製造
法として非常に有望なものである。しかし、実際の適用
に当たっては次のような条件をすべて満たさねばなら
ず、きわめて困難である。まず、溶浸においてマトリッ
クスと繊維との間に反応や強固な結合が生じれば、よく
知られているように繊維による強化が望めない。従っ
て、溶浸させる材料（溶浸材）は繊維との化学的親和性
の比較的低いものでなければならない。逆に、化学的親
和性が低ければ、濡れ性は低く、溶浸自体が困難であ
る。勿論、濡れ性が多少低くても、外部からの加圧によ
る溶浸の促進も不可能ではないが、ホットプレスと同様
に形状の制約や高温下での加圧における型材の問題など
困難な問題があり、実用的ではない。すなわち、工業的
には自発的溶浸が望ましく、そのためにも濡れ性は十分
高くなければならない。このような相反する条件のた
め、溶浸法によって繊維強化複合材を作成することは困
難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来のSiC 系溶浸複合材料の製造上の問題点、及び特性
上の問題点、あるいは炭素繊維強化複合材料の製造上の
問題点を克服する事を目的に行われたものである。
従来のSiC 系溶浸複合材料の製造上の問題点、及び特性
上の問題点、あるいは炭素繊維強化複合材料の製造上の
問題点を克服する事を目的に行われたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者は、複合材料の
溶浸法による製造について鋭意研究を重ねた結果、Moの
炭ケイ化物、あるいは同炭ケイ化物と炭化ケイ素の共晶
融液を溶浸材とすることにより、その目的を達成しうる
ことを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに
いたった。同炭ケイ化物は化学的にはSiC 、および炭素
と共晶関係にあり、その融液はSiC との濡れ性には優れ
るが、炭素との濡れ性は比較的に悪いという特徴を有す
る。
溶浸法による製造について鋭意研究を重ねた結果、Moの
炭ケイ化物、あるいは同炭ケイ化物と炭化ケイ素の共晶
融液を溶浸材とすることにより、その目的を達成しうる
ことを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに
いたった。同炭ケイ化物は化学的にはSiC 、および炭素
と共晶関係にあり、その融液はSiC との濡れ性には優れ
るが、炭素との濡れ性は比較的に悪いという特徴を有す
る。
【０００８】すなわち、本発明は、主成分として炭化ケ
イ素基多孔質プリフォーム、あるいは炭素繊維により強
化された炭化ケイ素基多孔質プリフォームに、Moの炭ケ
イ化物の融液、あるいは同炭ケイ化物と炭化ケイ素の共
晶融液を溶浸、冷却固化してなる緻密な高温用複合材料
と、その製造方法を提供するものである。
イ素基多孔質プリフォーム、あるいは炭素繊維により強
化された炭化ケイ素基多孔質プリフォームに、Moの炭ケ
イ化物の融液、あるいは同炭ケイ化物と炭化ケイ素の共
晶融液を溶浸、冷却固化してなる緻密な高温用複合材料
と、その製造方法を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明においては、炭化ケイ素基
多孔質プリフォームとして、SiC の粉末、ウィスカー、
繊維等の成型体、あるいはその仮焼体等が用いられる
が、基本的に体積割合で10〜60％の空隙を含むものであ
れば良い。通常、空隙が10％以下であれば、融液が浸入
するための連続開気孔が少なく、十分な溶浸が起こらな
い。また、空隙が60％以上であれば、高温特性に優れる
炭化ケイ素相の割合が不十分で、得られる複合材料の高
温特性が低下する。なお、空隙の体積割合は、粗粒と微
粒のSiC を用いる等により10％以下にし、かつ、溶浸に
十分な開気孔を有するプリフォームを製造することがで
きるが、その分プロセスが複雑になる。同じく、60％以
上の空隙を有するプリフォームを用いることも可能であ
るが、同様に製造が困難である。このように、実用上で
も、空隙の体積割合は10〜60％となる。空隙の割合は、
ホウ素、炭素、アルミニウムを重量割合で10％以下含む
圧粉体を焼成する方法や、有機金属ポリマーの含浸法や
ＣＶＩ法によって調整することができる。多孔質体を製
造する原料粉の大きさには特に制限は無いが、組織が均
一で微細な方が機械強度に優れるので、平均粒子径が10
ミクロン以下のものが望ましい。逆に、高温でのクリー
プが問題となる場合はより粗粒のSiC を用いた方がよ
い。
多孔質プリフォームとして、SiC の粉末、ウィスカー、
繊維等の成型体、あるいはその仮焼体等が用いられる
が、基本的に体積割合で10〜60％の空隙を含むものであ
れば良い。通常、空隙が10％以下であれば、融液が浸入
するための連続開気孔が少なく、十分な溶浸が起こらな
い。また、空隙が60％以上であれば、高温特性に優れる
炭化ケイ素相の割合が不十分で、得られる複合材料の高
温特性が低下する。なお、空隙の体積割合は、粗粒と微
粒のSiC を用いる等により10％以下にし、かつ、溶浸に
十分な開気孔を有するプリフォームを製造することがで
きるが、その分プロセスが複雑になる。同じく、60％以
上の空隙を有するプリフォームを用いることも可能であ
るが、同様に製造が困難である。このように、実用上で
も、空隙の体積割合は10〜60％となる。空隙の割合は、
ホウ素、炭素、アルミニウムを重量割合で10％以下含む
圧粉体を焼成する方法や、有機金属ポリマーの含浸法や
ＣＶＩ法によって調整することができる。多孔質体を製
造する原料粉の大きさには特に制限は無いが、組織が均
一で微細な方が機械強度に優れるので、平均粒子径が10
ミクロン以下のものが望ましい。逆に、高温でのクリー
プが問題となる場合はより粗粒のSiC を用いた方がよ
い。
【００１０】本発明におけるプリフォームは、一般的
に、SiC を主成分とする。SiC の含有量は大きい方が容
易に溶浸が起こるし、耐酸化性の点でも望ましいが、他
の化合物、あるいは炭素を副成分として含んでいても良
い。ただし、他の化合物としては、Mo、W 、Ta、Nb、Z
r、Hf、V 、Crの酸化物、炭化物、アルミ化物、ケイ化
物、ホウ化物、窒化物、あるいは炭ケイ化物などの複化
合物のなかから選ばれる。これらの含有量は、以下に詳
述する溶浸材と濡れ性の悪いものの場合、少量にとどめ
なければ十分な溶浸が起こらない。故に、溶浸材と濡れ
性の良いものを選ぶ方がよい。
に、SiC を主成分とする。SiC の含有量は大きい方が容
易に溶浸が起こるし、耐酸化性の点でも望ましいが、他
の化合物、あるいは炭素を副成分として含んでいても良
い。ただし、他の化合物としては、Mo、W 、Ta、Nb、Z
r、Hf、V 、Crの酸化物、炭化物、アルミ化物、ケイ化
物、ホウ化物、窒化物、あるいは炭ケイ化物などの複化
合物のなかから選ばれる。これらの含有量は、以下に詳
述する溶浸材と濡れ性の悪いものの場合、少量にとどめ
なければ十分な溶浸が起こらない。故に、溶浸材と濡れ
性の良いものを選ぶ方がよい。
【００１１】本発明におけるプリフォームは強化材とし
て炭素繊維を含んでいても良い。炭素繊維はピッチ系の
ものであってもよいし、ポリアクリロニトリル系のもの
でもよい。例えば、炭化ケイ素微粉末と繊維の混合成形
物でもよいし、あるいはその焼成物でも良い。また、炭
化ケイ素のかわりに、炭素とケイ素の混合物を用い、反
応により炭化ケイ素を生じさせても良い。あるいは、有
機金属ポリマーの含浸法やＣＶＩ法に依って作成した繊
維複合材をプリフォームとしてもよい。これらは前述の
ように本質的に緻密ではないので、溶浸に必要な量の開
気孔を有する。すなわち、本発明は従来の繊維強化複合
材の後処理法としても利用することができる。炭素繊維
の許容される含有量は、その含有形態に依る。例えば炭
素繊維の短繊維をSiC の粉末と単純に混合した場合は、
体積割合で10％以上の炭素繊維が含まれていれば良好な
溶浸が起こらない。しかし、２次元織りの炭素繊維のシ
ートの場合のように、炭素繊維の束による強化の場合
は、体積割合で40％以上とする事もできる。また、炭素
繊維の表面を化学的手法で炭化ケイ素にすれば、繊維含
有量は大きくても溶浸が起こることは明らかである。
て炭素繊維を含んでいても良い。炭素繊維はピッチ系の
ものであってもよいし、ポリアクリロニトリル系のもの
でもよい。例えば、炭化ケイ素微粉末と繊維の混合成形
物でもよいし、あるいはその焼成物でも良い。また、炭
化ケイ素のかわりに、炭素とケイ素の混合物を用い、反
応により炭化ケイ素を生じさせても良い。あるいは、有
機金属ポリマーの含浸法やＣＶＩ法に依って作成した繊
維複合材をプリフォームとしてもよい。これらは前述の
ように本質的に緻密ではないので、溶浸に必要な量の開
気孔を有する。すなわち、本発明は従来の繊維強化複合
材の後処理法としても利用することができる。炭素繊維
の許容される含有量は、その含有形態に依る。例えば炭
素繊維の短繊維をSiC の粉末と単純に混合した場合は、
体積割合で10％以上の炭素繊維が含まれていれば良好な
溶浸が起こらない。しかし、２次元織りの炭素繊維のシ
ートの場合のように、炭素繊維の束による強化の場合
は、体積割合で40％以上とする事もできる。また、炭素
繊維の表面を化学的手法で炭化ケイ素にすれば、繊維含
有量は大きくても溶浸が起こることは明らかである。
【００１２】本発明における溶浸材は、Moの炭ケイ化物
の融液、あるいは同炭ケイ化物と炭化ケイ素の共晶融液
が選ばれる。前者は、より詳しくは、Mo3Si2C として近
似的に表現される金属Moの炭ケイ化物である。但し、Mo
の一部を、W 、Ta、Nb、Zr、Hf、V 、Crのうちの一つ、
もしくは複数で置換した固溶体としても良い。また、Si
の一部をAlで置換した固溶体としても良い。このように
元素を選ぶことによって、あるいは固溶化によって製造
温度の有る程度の調整が可能である。また、これらケイ
化物は炭化ケイ素と共晶となるが、その共晶組成の融液
を溶浸材とすることもできる。なお、本来、前述の元素
群の炭化物を溶浸材として選ぶこともできることは明ら
かであるが、本質的に耐酸化性は劣る。
の融液、あるいは同炭ケイ化物と炭化ケイ素の共晶融液
が選ばれる。前者は、より詳しくは、Mo3Si2C として近
似的に表現される金属Moの炭ケイ化物である。但し、Mo
の一部を、W 、Ta、Nb、Zr、Hf、V 、Crのうちの一つ、
もしくは複数で置換した固溶体としても良い。また、Si
の一部をAlで置換した固溶体としても良い。このように
元素を選ぶことによって、あるいは固溶化によって製造
温度の有る程度の調整が可能である。また、これらケイ
化物は炭化ケイ素と共晶となるが、その共晶組成の融液
を溶浸材とすることもできる。なお、本来、前述の元素
群の炭化物を溶浸材として選ぶこともできることは明ら
かであるが、本質的に耐酸化性は劣る。
【００１３】本発明においては、溶浸材はこの組成の複
合粉や塊を用いてもよいし、各元素の粉末を所望の割合
に混合した粉末を用いてもよい。後者の場合、溶浸温度
への昇温過程中に反応し、所望の組成の溶浸材となる。
合粉や塊を用いてもよいし、各元素の粉末を所望の割合
に混合した粉末を用いてもよい。後者の場合、溶浸温度
への昇温過程中に反応し、所望の組成の溶浸材となる。
【００１４】本発明の好適な実施態様においては、まず
２ミクロン程度以下のSiC 微粉末を所要の形状に成型す
る。この成型は、例えばメチルセルロース等のバインダ
ーを少量添加した水にSiC を分散し、乾燥して得られた
粉末を、金型にて一軸成型し、ついでラバープレスにて
等方圧縮して得られる。
２ミクロン程度以下のSiC 微粉末を所要の形状に成型す
る。この成型は、例えばメチルセルロース等のバインダ
ーを少量添加した水にSiC を分散し、乾燥して得られた
粉末を、金型にて一軸成型し、ついでラバープレスにて
等方圧縮して得られる。
【００１５】次に、このようにして得られた成型体を黒
鉛ルツボ中に設置し、Mo、Si、C の粉末を所望の割合に
混合した粉末の成型体を上に乗せ、アルゴンガス中で、
2000℃以上の温度にて加熱し、溶浸させる。なお、Mo-S
i-C 混合粉末は、900 〜1300℃程度の温度で昇温過程中
に反応し、単相の炭ケイ化物Mo3Si2C となる。
鉛ルツボ中に設置し、Mo、Si、C の粉末を所望の割合に
混合した粉末の成型体を上に乗せ、アルゴンガス中で、
2000℃以上の温度にて加熱し、溶浸させる。なお、Mo-S
i-C 混合粉末は、900 〜1300℃程度の温度で昇温過程中
に反応し、単相の炭ケイ化物Mo3Si2C となる。
【００１６】このようにして、SiC を骨格として、Mo3S
i2C により空隙が埋め尽くされた緻密な複合材料が得ら
れる。
i2C により空隙が埋め尽くされた緻密な複合材料が得ら
れる。
【００１７】本発明のもう一つの好適な実施態様におい
ては、まずSi粉末とフェノール樹脂と炭素の長繊維とか
ら成る混合物を所要の形状に成形する。この成形は、例
えばフェノール樹脂を適当な溶剤に溶解し、これにSi粉
末を加えてスラリーを調製したのち、このスラリーに２
次元織り炭素長繊維のシートを浸せき処理し、次いで溶
剤を乾燥除去してから、適当な金型を用い、通常100 〜
200 ℃の温度で積層成形することによって行うことがで
きる。
ては、まずSi粉末とフェノール樹脂と炭素の長繊維とか
ら成る混合物を所要の形状に成形する。この成形は、例
えばフェノール樹脂を適当な溶剤に溶解し、これにSi粉
末を加えてスラリーを調製したのち、このスラリーに２
次元織り炭素長繊維のシートを浸せき処理し、次いで溶
剤を乾燥除去してから、適当な金型を用い、通常100 〜
200 ℃の温度で積層成形することによって行うことがで
きる。
【００１８】次に、このようにして得られた成形体を13
00〜1500℃の範囲の温度において焼成処理し、フェノー
ル樹脂から生成する炭素とSiとを反応させて炭化ケイ素
を形成させる。この成形体においては、Si粉末と樹脂が
均質に混ざりあっているので、均質な炭化ケイ素の形成
が行われる。このようにして、炭化ケイ素マトリックス
及び長繊維から成るプリフォームが得られる。
00〜1500℃の範囲の温度において焼成処理し、フェノー
ル樹脂から生成する炭素とSiとを反応させて炭化ケイ素
を形成させる。この成形体においては、Si粉末と樹脂が
均質に混ざりあっているので、均質な炭化ケイ素の形成
が行われる。このようにして、炭化ケイ素マトリックス
及び長繊維から成るプリフォームが得られる。
【００１９】次に、このようにして得られたプリフォー
ムを黒鉛ルツボ中に設置し、Mo、Si、C の粉末をMo3Si2
C とSiC の共晶組成に相当する割合に混合した粉末の成
型体を上に乗せ、アルゴンガス中で、2000℃程度の共晶
温度以上の温度にて加熱し、溶浸させる。なお、Mo、S
i、C 混合粉末は昇温過程中に反応し、Mo3Si2C とSiCの
共晶融液となる。
ムを黒鉛ルツボ中に設置し、Mo、Si、C の粉末をMo3Si2
C とSiC の共晶組成に相当する割合に混合した粉末の成
型体を上に乗せ、アルゴンガス中で、2000℃程度の共晶
温度以上の温度にて加熱し、溶浸させる。なお、Mo、S
i、C 混合粉末は昇温過程中に反応し、Mo3Si2C とSiCの
共晶融液となる。
【００２０】このようにして、炭素繊維により強化され
た、SiC とMoの炭ケイ化物をマトリックスとする緻密な
複合材料が得られる。
た、SiC とMoの炭ケイ化物をマトリックスとする緻密な
複合材料が得られる。
【００２１】本発明にかかる材料は、高温酸化雰囲気下
ではマトリックス材自体は表面にシリカ膜を生じ、これ
によって優れた耐酸化性を示すが、炭素長繊維の酸化を
防ぐことはできない。しかし、従来の多孔質の繊維強化
複合材に比べ、耐酸化性は大幅に向上することは明らか
である。また、長繊維の代わりに短繊維を用いれば、炭
素繊維の酸化消耗を防ぐことができる。
ではマトリックス材自体は表面にシリカ膜を生じ、これ
によって優れた耐酸化性を示すが、炭素長繊維の酸化を
防ぐことはできない。しかし、従来の多孔質の繊維強化
複合材に比べ、耐酸化性は大幅に向上することは明らか
である。また、長繊維の代わりに短繊維を用いれば、炭
素繊維の酸化消耗を防ぐことができる。
【００２２】
【発明の効果】本発明の方法により、製造時に炭素るつ
ぼとの融着接合が少なく、かつ、優れた耐熱性を有する
緻密な複合材料を得ることができる。また、一方では、
炭素繊維により強化された緻密な複合材を得ることがで
きる。更に本発明の複合材料は、大気中、1300℃以上で
も使用できる優れた耐酸化性と、緻密で高温でも強度、
靱性が高いという高温機械特性を合せ持ち、かつ、複雑
形状のものをニアネットシェイプに製造できるものであ
るので、種々の高温用途に利用できる。しかも、上記耐
酸化性と高温機械特性により、高い耐熱性と機械的強度
および信頼性を要求される部位に使用するのに有効なも
のである。
ぼとの融着接合が少なく、かつ、優れた耐熱性を有する
緻密な複合材料を得ることができる。また、一方では、
炭素繊維により強化された緻密な複合材を得ることがで
きる。更に本発明の複合材料は、大気中、1300℃以上で
も使用できる優れた耐酸化性と、緻密で高温でも強度、
靱性が高いという高温機械特性を合せ持ち、かつ、複雑
形状のものをニアネットシェイプに製造できるものであ
るので、種々の高温用途に利用できる。しかも、上記耐
酸化性と高温機械特性により、高い耐熱性と機械的強度
および信頼性を要求される部位に使用するのに有効なも
のである。
【００２３】
【実施例】次に、実施例により本発明を更に詳細に説明
するが、本発明はこれらの例によってなんら限定される
ものではない。表１は、以下の実施例及び比較例を含む
複合材料の製造条件と特性をまとめたものであり、平均
粒径２ミクロンのSiC 粉を成型し、ラバープレスにより
加圧した圧粉体（表中の第３例）の製造条件と特性、さ
らには、炭素短繊維（第５例及び第６例）、並びに２次
元の炭素長繊維を含むSiC プリフォーム（第７例）を用
いた場合の製造条件と特性等を示している。
するが、本発明はこれらの例によってなんら限定される
ものではない。表１は、以下の実施例及び比較例を含む
複合材料の製造条件と特性をまとめたものであり、平均
粒径２ミクロンのSiC 粉を成型し、ラバープレスにより
加圧した圧粉体（表中の第３例）の製造条件と特性、さ
らには、炭素短繊維（第５例及び第６例）、並びに２次
元の炭素長繊維を含むSiC プリフォーム（第７例）を用
いた場合の製造条件と特性等を示している。
【００２４】
【表１】
【００２５】［実施例１］平均粒径２ミクロンのSiC 粉
末を金型成型し、ついでラバープレスにより加圧し、圧
粉体を得た。得られた圧粉体は体積割合で40％程度の気
孔（空隙）を有していた。その上に、MoSi2 、Mo、SiC
の粉末を、反応後SiC とMo3Si2C の共晶組成となる割合
に混合した粉末の成型体を乗せ、Ar中、2000℃で10分間
加熱した。混合粉は昇温過程中に反応し、Mo3Si2C とSi
C になった。得られたSiC-Mo3Si2C溶浸複合体は、相対
密度90％以上の緻密なもので、2000℃においても十分良
好な溶浸が起こることが観察された。また、試料は炭素
るつぼとは接合しておらず、簡単に取り外せた。この試
料の製造条件、溶浸特性については表１の第３例に示
す。
末を金型成型し、ついでラバープレスにより加圧し、圧
粉体を得た。得られた圧粉体は体積割合で40％程度の気
孔（空隙）を有していた。その上に、MoSi2 、Mo、SiC
の粉末を、反応後SiC とMo3Si2C の共晶組成となる割合
に混合した粉末の成型体を乗せ、Ar中、2000℃で10分間
加熱した。混合粉は昇温過程中に反応し、Mo3Si2C とSi
C になった。得られたSiC-Mo3Si2C溶浸複合体は、相対
密度90％以上の緻密なもので、2000℃においても十分良
好な溶浸が起こることが観察された。また、試料は炭素
るつぼとは接合しておらず、簡単に取り外せた。この試
料の製造条件、溶浸特性については表１の第３例に示
す。
【００２６】［実施例２］平均粒径２ミクロンのSiC 粉
末に炭素短繊維を体積割合で10％混合の後、金型成型し
圧粉体を得た。得られた圧粉体は体積割合で55％程度の
気孔（空隙）を有していた。その上に、MoSi2 、Mo、Si
C の粉末をモル比で1:5:2 の割合になるように混合した
粉末の成型体を乗せ、Ar中、2000℃で10分間加熱した。
混合粉は、昇温過程中に反応し、Mo3Si2C となった。得
られたSiC-Mo3Si2C 複合体は相対密度90％以上の緻密な
ものであった。この試料の製造条件、溶浸特性について
は表１の第５例に示す。
末に炭素短繊維を体積割合で10％混合の後、金型成型し
圧粉体を得た。得られた圧粉体は体積割合で55％程度の
気孔（空隙）を有していた。その上に、MoSi2 、Mo、Si
C の粉末をモル比で1:5:2 の割合になるように混合した
粉末の成型体を乗せ、Ar中、2000℃で10分間加熱した。
混合粉は、昇温過程中に反応し、Mo3Si2C となった。得
られたSiC-Mo3Si2C 複合体は相対密度90％以上の緻密な
ものであった。この試料の製造条件、溶浸特性について
は表１の第５例に示す。
【００２７】［比較例］実施例２と同様なSiC の圧粉体
の上に、MoSi2 粉末の成型体を乗せた。これをアルゴン
中、2050℃にて10分保持し、溶浸複合体を得た。溶浸
後、試料は炭素るつぼに強固に接合しており、試料の取
り出しのため、るつぼを破壊する必要が有った。この試
料の製造条件、溶浸特性については、表１の第１例に示
す。
の上に、MoSi2 粉末の成型体を乗せた。これをアルゴン
中、2050℃にて10分保持し、溶浸複合体を得た。溶浸
後、試料は炭素るつぼに強固に接合しており、試料の取
り出しのため、るつぼを破壊する必要が有った。この試
料の製造条件、溶浸特性については、表１の第１例に示
す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷 英治 佐賀県鳥栖市元町1270−15
Claims (4)
- 【請求項１】 体積割合で10〜60％の連続空隙を有する
炭化ケイ素基プリフォームに、Mo3Si2C と近似的に表現
されるMoの炭ケイ化物の融液、あるいは同炭ケイ化物と
炭化ケイ素の共晶融液を溶浸、固化してなる高温用複合
材料。 - 【請求項２】 請求項１に記載のプリフォームとして、
炭素繊維により強化された炭化ケイ素基プリフォームを
用いてなる高温用複合材料。 - 【請求項３】 体積割合で10〜60％の連続空隙を有する
炭化ケイ素基プリフォームに、Mo3Si2C と近似的に表現
されるMoの炭ケイ化物の融液、あるいは同炭ケイ化物と
炭化ケイ素の共晶融液を溶浸し、それを冷却固化するこ
とを特徴とする高温用複合材料の製造方法。 - 【請求項４】 請求項３に記載の方法において、プリフ
ォームとして、炭素繊維により強化された炭化ケイ素基
プリフォームを用いることを特徴とする高温用複合材料
の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30991797A JP3443634B2 (ja) | 1997-10-23 | 1997-10-23 | 高温用複合材料及びその製造方法 |
| US09/164,367 US6107225A (en) | 1997-10-23 | 1998-10-01 | High-temperature ceramics-based composite material and its manufacturing process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30991797A JP3443634B2 (ja) | 1997-10-23 | 1997-10-23 | 高温用複合材料及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11130563A true JPH11130563A (ja) | 1999-05-18 |
| JP3443634B2 JP3443634B2 (ja) | 2003-09-08 |
Family
ID=17998906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30991797A Expired - Lifetime JP3443634B2 (ja) | 1997-10-23 | 1997-10-23 | 高温用複合材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3443634B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116063091A (zh) * | 2023-02-20 | 2023-05-05 | 西安工业大学 | 三维连续多孔碳基预制体及其在制备SiC基复合材料中的应用 |
| CN116063091B (zh) * | 2023-02-20 | 2024-05-10 | 西安工业大学 | 三维连续多孔碳基预制体及其在制备SiC基复合材料中的应用 |
-
1997
- 1997-10-23 JP JP30991797A patent/JP3443634B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116063091A (zh) * | 2023-02-20 | 2023-05-05 | 西安工业大学 | 三维连续多孔碳基预制体及其在制备SiC基复合材料中的应用 |
| CN116063091B (zh) * | 2023-02-20 | 2024-05-10 | 西安工业大学 | 三维连续多孔碳基预制体及其在制备SiC基复合材料中的应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3443634B2 (ja) | 2003-09-08 |
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