JPH11255567A - Ceramic fiber-combined material part and its production - Google Patents

Ceramic fiber-combined material part and its production

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JPH11255567A
JPH11255567A JP10056944A JP5694498A JPH11255567A JP H11255567 A JPH11255567 A JP H11255567A JP 10056944 A JP10056944 A JP 10056944A JP 5694498 A JP5694498 A JP 5694498A JP H11255567 A JPH11255567 A JP H11255567A
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JP
Japan
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composite material
preform
matrix
fibers
fiber
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JP10056944A
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Japanese (ja)
Inventor
Isao Ikeda
功 池田
Chihiro Shudo
千尋 周藤
Makoto Ikeda
誠 池田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a ceramic fiber-combined material part capable of forming holes with continuous fibers without applying a mechanical processing, capable of lowering the cost of production and capable of improving the reliability of the part by allowing the holes formed in a pre-form at a stage for forming the pre-form of fibers to exist after the formation of the combined material part which has the holes in the constituting wall. SOLUTION: Fibers are wound on a core 1 so as to uniformly share a stress in an axial direction and in a circumferential direction. Fibers 5 oriented at an angle of 67.5 degree and fibers 6 oriented at an angle of 22.5 degree are especially alternately wound by a filament-winding method to form three layers, respectively, around each circular hole 4 in which a pin 2 is inserted. The fibers are wound at the oriented angles to obtain the pre-form. When the wound fiber arrangement around the circular hole 4 is two-dimensionally looked, the wound fiber arrangement has an uniform pattern, and the portion around the circular hole 4 is densely formed without having a coarse fiber portion. While the holes 4 are maintained, the formed pre-form is combined with a matrix material to form a cylindrical combustor liner, etc.

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、炭化ケイ素(Si
C)マトリックス中にセラミック繊維を複合したセラミ
ック繊維複合材料部品およびその製造方法についての技
術であり、特に燃焼器ライナーなどに適用される円筒形
状物であり、高温度の領域においても高強度、高靭性お
よび耐酸化性に優れ、かつコストを軽減させたセラミッ
ク繊維複合材料部品およびその製造方法に関するもので
ある。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a silicon carbide (Si)
C) A technique related to a ceramic fiber composite material component in which ceramic fibers are composited in a matrix and a method for manufacturing the same. The cylindrical shape is particularly applied to a combustor liner and the like, and has high strength and high strength even in a high temperature region. The present invention relates to a ceramic fiber composite material part having excellent toughness and oxidation resistance and reduced cost, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】無機材料、有機材料および金属材料など
からなる各種の長繊維を樹脂、金属あるいはセラミック
スなどのマトリックス中に複合化した複合材料は、何ら
複合させないモノリシック材料と比較して、力学的特性
や物理化学的性質が改善されるため、各種産業分野およ
び生活分野において、その研究および実用化が進められ
ている。
2. Description of the Related Art Composite materials in which various long fibers composed of inorganic materials, organic materials, and metallic materials are compounded in a matrix such as resin, metal, or ceramics are mechanically compared with monolithic materials in which no composite is formed. Due to improvements in properties and physicochemical properties, research and commercialization thereof have been promoted in various industrial fields and living fields.

【0003】特に、プラスチックをカーボン繊維やガラ
ス繊維で複合化した繊維強化プラスチック(FRP;fi
ber reinforced plastic)は、その複合化した繊維が優
れた高弾性率および高強度特性を有するとともに、軽量
であるという特徴を有する。このことから、繊維強化プ
ラスチックは、航空機、船舶および自動車等の工業製品
の構成部品として活用されているほか、スキー板、テニ
スラケットフレーム、ゴルフクラブシャフトおよび釣り
竿などのスポーツ用品や娯楽生活関連部品においても広
く実用化されている。
[0003] In particular, a fiber reinforced plastic (FRP; fibre) obtained by compounding a plastic with carbon fiber or glass fiber.
The ber reinforced plastic has characteristics that the composite fiber has excellent high elastic modulus and high strength characteristics and is lightweight. For this reason, fiber-reinforced plastic is used as a component of industrial products such as aircraft, ships, and automobiles, as well as in sports equipment such as skis, tennis racket frames, golf club shafts and fishing rods, and in entertainment-related parts. Has also been widely used.

【0004】近年、セラミックス系の長繊維を金属やセ
ラミック焼結体中に複合化した繊維複合材料の開発が広
く進められている。具体例には、カーボン繊維で強化し
たカーボンマトリックス複合材料が挙げられる。このカ
ーボンマトリックス複合材料は、特に高温度域における
単位量あたりの強度である比強度が大きいため、高温度
のモールド材料や宇宙往還機の耐熱構造部品として使用
されている。
In recent years, the development of fiber composite materials in which ceramic-based long fibers are compounded in a metal or ceramic sintered body has been widely promoted. A specific example is a carbon matrix composite material reinforced with carbon fibers. This carbon matrix composite material is used as a high-temperature molding material or a heat-resistant structural part of a space shuttle, because its specific strength, which is the strength per unit amount in a high temperature range, is particularly large.

【0005】また、ガスタービン部品、航空機部品およ
び自動車部品に使用される構造部品には、高温度域にお
ける強度に加えて高い信頼性が要求される。高い信頼性
を確保するために、破壊靭性および破壊エネルギー値、
並びに耐衝撃性を高めたセラミックス基複合材料(CM
C;ceramic matrix composite )部品や金属基複合材料
(MMC;metallic matrix composite ) 部品の実用化
研究が内外の研究期間において進められている。これら
のセラミックス基複合材料および金属基複合材料は、無
機物質および金属からなる繊維、ウィスカー、プレート
および粒子などの複合素材をマトリックス中に分散およ
び複合化させることにより、製造される。
Further, structural parts used for gas turbine parts, aircraft parts, and automobile parts are required to have high reliability in addition to strength in a high temperature range. To ensure high reliability, the fracture toughness and fracture energy value,
And ceramic-based composite materials with improved impact resistance (CM
Research into the practical use of C; ceramic matrix composite) components and metal matrix composite (MMC) components is underway during internal and external research periods. These ceramic-based composite materials and metal-based composite materials are manufactured by dispersing and complexing composite materials such as fibers, whiskers, plates, and particles made of inorganic substances and metals in a matrix.

【0006】上述した複合材料において、マトリックス
中に分散複合化させる素材を長繊維とした材料では、特
に力学特性の改善効果が大きくなる。なおこの場合にお
いて、力学特性を改善するためには、比較的に多量の繊
維をマトリックス中に複合化する必要がある。
[0006] In the above-mentioned composite material, if the material to be dispersed and composited in the matrix is a long fiber, the effect of improving the mechanical properties becomes particularly large. In this case, in order to improve the mechanical properties, it is necessary to compound a relatively large amount of fibers in the matrix.

【0007】また、複合材料を立体的構造物とするため
には、マトリックス中に分散複合化させる長繊維を予
め、2次元方向および3次元方向に織りあわせたり、ま
たは積層してプリフォームである繊維構造物を形成する
必要がある。そして、この繊維構造物をマトリックス中
に含浸させて、立体構造物を製造することが可能であ
る。
[0007] In order to make a composite material into a three-dimensional structure, a long fiber to be dispersed and compounded in a matrix is previously woven or laminated in two-dimensional and three-dimensional directions or laminated to form a preform. It is necessary to form a fibrous structure. Then, it is possible to produce a three-dimensional structure by impregnating the matrix with the fibrous structure.

【0008】しかし、各種の長繊維からなる繊維構造体
をマトリックス中に複合化した従来の繊維複合材料にお
いては、繊維各種の配向角度によって、複合材料の強度
特性に異方性を生じるという欠点があった。このため
に、例えば、燃焼器ライナーで熱応力が軸方向および円
周方向に均等に働くと考えられる場合には、繊維の配向
角度を軸に対して45度に配向させなければ、等方性の
材料を得ることができなかった。
However, the conventional fiber composite material in which a fiber structure composed of various long fibers is compounded in a matrix has a drawback that the strength characteristics of the composite material are anisotropic due to various orientation angles of the fibers. there were. For this reason, for example, when thermal stress is considered to act equally in the axial direction and the circumferential direction in the combustor liner, if the fiber is not oriented at 45 degrees with respect to the axis, the isotropic Material could not be obtained.

【0009】さらに、円筒形状物である燃焼器ライナー
などには、燃焼器ライナーの軸と垂直方向に点火気孔お
よび空気取り入れ孔のような孔が設けられており、これ
らの孔を焼結後に機械加工を施すことにより形成してい
た。
Further, in a combustor liner or the like having a cylindrical shape, holes such as an ignition hole and an air intake hole are provided in a direction perpendicular to the axis of the combustor liner. It was formed by processing.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た複合材料のマトリックスを構成するセラミックス、あ
るいは複合する長繊維を構成するセラミックスは、脆性
が極めて大きく、しかも硬度が高いことから、複合材料
部品に機械加工を施して孔を形成するためには、超音波
加工および放電加工のようなコストのかかる方法をとら
ざるを得ず、経済的に問題があった。
However, the ceramics constituting the matrix of the composite material or the ceramics constituting the composite long fiber described above are extremely brittle and have high hardness, so that the composite material component is not mechanically machined. In order to form a hole by machining, costly methods such as ultrasonic machining and electric discharge machining have to be taken, which is economically problematic.

【0011】また、このような超音波加工および放電加
工により機械加工を施した後においても、孔の端面には
切断された繊維が露出されることになり、燃焼器ライナ
ーのように、高温環境に長時間暴露される環境において
は、孔端面の切断部から酸化が進行するおそれがある。
このため切断面を保護するために、化学的気相蒸着法
(CVD;Chemical Vapor deposition )により耐酸化
性の被膜を形成する方法もあるが、これもまた大幅なコ
ストアップにつながり、経済的に問題があった。
[0011] Even after machining by such ultrasonic machining and electric discharge machining, the cut fibers are exposed at the end faces of the holes. In an environment exposed for a long time, oxidation may proceed from the cut portion of the hole end surface.
For this reason, in order to protect the cut surface, there is a method of forming an oxidation resistant film by chemical vapor deposition (CVD), but this also leads to a significant increase in cost and economical. There was a problem.

【0012】このため、機械加工を施すことなく孔を連
続繊維で形成しようとする場合には、孔の周辺部を迂回
するように繊維を配置させる必要がある。実際、孔を連
続繊維で形成するためには、プリフォーム製織用の中子
の孔を形成しようとする位置にピンを立てて、故意に繊
維を迂回させることにより可能となる。ところが、繊維
自体の剛性のために、孔周辺に沿うような形で繊維は湾
曲することなく、孔外周の接線をとおるように孔を避け
て繊維が配置されるため、孔周辺の部分では繊維が配置
されない部分が生じることになる。このため、繊維が配
置されない部分に外部からの衝撃が加わったときには、
各種材料を複合分散しないモノリシックセラミックと同
様の壊滅的な破壊を生じるおそれがあり高い信頼性を得
ることができないという問題があった。
[0012] For this reason, when attempting to form holes with continuous fibers without machining, it is necessary to arrange the fibers so as to bypass the periphery of the holes. In fact, to form the holes with continuous fibers, it is possible to deliberately bypass the fibers by setting up a pin at the position where the holes of the preform weaving core are to be formed. However, due to the rigidity of the fiber itself, the fiber does not bend along the periphery of the hole and is arranged avoiding the hole so as to pass through the tangent to the outer periphery of the hole. Will not be arranged. For this reason, when an external impact is applied to the part where the fiber is not arranged,
There has been a problem that catastrophic destruction may occur as in the case of monolithic ceramics in which various materials are not compositely dispersed, and high reliability cannot be obtained.

【0013】本発明は、上述した問題を解決するために
なされたものであり、機械加工を施すことなく孔を連続
繊維で形成することにより、コストを軽減させるととも
に、高い信頼性を得ることができるセラミック繊維複合
材料部品の製造方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and it is possible to reduce costs and obtain high reliability by forming holes with continuous fibers without performing machining. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a ceramic fiber composite material part.

【0014】またセラミックス基複合材料の中でも、特
に高温材料としての適用を考えた場合には、耐熱性の高
いSiCをマトリックスとする複合材料が注目されてお
り、この複合材料のマトリックス合成方法としては、C
VI(Chemical VaporInfiltration)法、PIP(Polym
er Impregnation Pyrorysis) 法および反応焼結法など
があげられる。この中でも反応焼結法は、マトリックス
の緻密性が高く、初期破壊強度特性が高く、耐熱性およ
び長期安定性に優れた高温構造部材に適用できるマトリ
ックス合成技術である。
Among ceramic-based composite materials, a composite material using SiC as a matrix having high heat resistance has attracted attention, especially when considering its application as a high-temperature material. , C
VI (Chemical Vapor Infiltration) method, PIP (Polym
er Impregnation Pyrorysis) method and reaction sintering method. Among these, the reaction sintering method is a matrix synthesis technique applicable to high-temperature structural members having high matrix denseness, high initial fracture strength characteristics, and excellent heat resistance and long-term stability.

【0015】反応焼結法によるマトリックスの形成は、
繊維プリフォームにマトリックス成分となるSiCおよ
びCを含浸し、含浸された繊維プリフォームに溶融Si
を含浸することにより、CとSiとを反応させて緻密質
のSiCマトリックスを形成する。
The formation of the matrix by the reaction sintering method is as follows.
The fiber preform is impregnated with SiC and C as a matrix component, and the impregnated fiber preform is melted with Si.
To form a dense SiC matrix by reacting C and Si.

【0016】マトリックス成分の含浸は、円筒形状物で
考えた場合、一般的には泥しょう鋳込み法が利用され
る。泥しょう鋳込み法は、形成しようとする構造物の穴
(キャビティー)を有した多孔質型を用い、マトリック
ス成分となる粉末と水とが分散したスラリーをキャビテ
ィーに流し込み、多孔質型に毛細管現象を利用して水分
を吸わせ、多孔質型表面にマトリックス成分となる粉末
を着肉させ構造物を得る方法である。成形後の離型を考
えた場合の方法として、円筒形状物では多孔質の円柱状
の中子と、構造物の外径と同一の形状を保った複数に分
割された外型(ケース体)を組み合わせて、中子と外型
との間にできたキャビティーに泥しょうを流し込む方法
で成形される。セラミック繊維複合材料の場合には繊維
プリフォーム内部へのマトリックスの含浸および成形が
可能である。
When the impregnation of the matrix component is considered for a cylindrical article, a slurry casting method is generally used. In the slurry casting method, a porous mold having holes (cavities) of a structure to be formed is used, and a slurry in which powder and water serving as a matrix component are dispersed is poured into the cavity, and a capillary is formed in the porous mold. This is a method in which moisture is absorbed by utilizing the phenomenon, and a powder serving as a matrix component is deposited on the surface of the porous mold to obtain a structure. As a method of considering mold release after molding, as a method for a cylindrical object, a porous columnar core and an outer mold (case body) divided into a plurality of parts maintaining the same shape as the outer diameter of the structure Is formed by pouring the slurry into the cavity formed between the core and the outer mold. In the case of ceramic fiber composites, impregnation and molding of the matrix inside the fiber preform is possible.

【0017】しかしながら、プリフォームが中子と外型
との間に挿入されていると、キャビティーの隙間が少な
いためスラリーが内部まで浸透および含浸しにくく、部
分的に含浸不十分となったり、スラリー流し込み口の周
辺部で含浸および着肉してしまい、スラリーが閉塞して
内部に浸透しないなどの問題が発生する。このように部
分的にマトリックス成分が含浸不十分な含浸プリフォー
ムに溶融Siを含浸させた場合には、マトリックス成分
の含浸が不十分な箇所においては反応するCがないため
にSiリッチなマトリックスを形成することになり、マ
トリックスの不均一さが生じるという問題を有してい
た。
However, when the preform is inserted between the core and the outer mold, the slurry is difficult to penetrate and impregnate into the interior due to a small gap between the cavities, and the impregnation is partially insufficient. There is a problem that the slurry is impregnated and deposited at the periphery of the slurry inlet, and the slurry is blocked and does not permeate into the inside. When the impregnated preform partially impregnated with the matrix component is impregnated with molten Si as described above, since there is no C that reacts in the portion where the impregnation of the matrix component is insufficient, a Si-rich matrix is formed. Therefore, there is a problem that the matrix becomes non-uniform.

【0018】本発明は、上述した問題を解決するために
なされたものであり、セラミック繊維複合材料部品を製
造する際に、反応焼結法を用い、また、マトリックスス
ラリーの含浸において、減圧のみならず加圧を施すこと
により、均一で緻密なマトリックスを得られ、高温度の
領域においても高強度、高靭性および耐酸化性を確保で
きるセラミック繊維複合材料部品を提供することを目的
とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. In manufacturing a ceramic fiber composite material part, a reaction sintering method is used. An object of the present invention is to provide a ceramic fiber composite material part which can obtain a uniform and dense matrix by applying pressure, and can secure high strength, high toughness and oxidation resistance even in a high temperature region.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】請求項1記載のセラミッ
ク繊維複合材料部品は、セラミックマトリックスと繊維
とを複合化したセラミック繊維複合材料部品において、
前記繊維のプリフォーム成形段階でプリフォームに形成
した孔を複合後に存置させることにより構成壁が孔を有
するものとしたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a ceramic fiber composite material component comprising a ceramic matrix and fibers.
The hole formed in the preform at the stage of forming the fiber preform is left after compounding, so that the constituent wall has a hole.

【0020】本発明において、孔を形成するために機械
加工を施すことなく、繊維により孔を有する構造壁を得
ることにより、大幅にコストを軽減することが可能であ
る。
In the present invention, it is possible to greatly reduce the cost by obtaining a structural wall having holes by fibers without performing machining for forming the holes.

【0021】請求項2記載のセラミック繊維複合材料部
品は、請求項1記載のセラミック繊維複合材料部品にお
いて、複合繊維は連続繊維であり、複合後の成形体は前
記連続繊維を複数の配向角度で積層することにより形成
された筒状のものであり、前記構造壁の孔は、前記連続
繊維の積層部に形成したすき間であることを特徴とす
る。
A ceramic fiber composite material component according to a second aspect is the ceramic fiber composite material component according to the first aspect, wherein the composite fiber is a continuous fiber, and the formed article after the composite is formed by a plurality of orientation angles of the continuous fiber. It is a cylindrical shape formed by laminating, and the hole in the structural wall is a gap formed in the laminated portion of the continuous fiber.

【0022】本発明において、孔を有する筒状形状の構
造壁は、セラミックマトリックス中に強化繊維を配置し
て構成され、この強化繊維は、繊維を複数の配向角度で
積層した構造となっている。また、複数の配向角度の繊
維を組み合わせることにより繊維を切断することなく孔
周辺部の繊維密度を上げることができる。
In the present invention, the cylindrical structural wall having holes is formed by arranging reinforcing fibers in a ceramic matrix, and the reinforcing fibers have a structure in which fibers are laminated at a plurality of orientation angles. . Further, by combining fibers having a plurality of orientation angles, it is possible to increase the fiber density around the hole without cutting the fibers.

【0023】さらに本発明において、本発明者らは、種
々のプリフォーム形成法によって孔を有した円筒状のプ
リフォームを得ることを試みた。その結果、連続繊維を
フィラメントワインディング法、またはブレイディング
法により一配向角の繊維だけでなく、複数の配向角度の
繊維を組み合わせることにより、孔を有するプリフォー
ムを得ることができた。
Further, in the present invention, the present inventors have attempted to obtain a cylindrical preform having holes by various preform forming methods. As a result, it was possible to obtain a preform having holes by combining continuous fibers with not only fibers having a single orientation angle but also fibers having a plurality of orientation angles by a filament winding method or a braiding method.

【0024】請求項3記載のセラミック繊維複合材料部
品は、請求項1または2記載のセラミック繊維複合材料
部品において、連続繊維の配向角度をθ1、θ2・・・
θnとした場合に、軸方向応力成分(Cosθ1+C
osθ2+・・・θn)と円周方向応力成分(Sin
θ1+Sinθ2+・・・θn)との比を、
The ceramic fiber composite material component according to claim 3 is the ceramic fiber composite material component according to claim 1 or 2, wherein the orientation angles of the continuous fibers are θ1, θ2,.
When θn is set, the axial stress component (Cos 2 θ1 + C
os 2 θ2 +... θn) and the circumferential stress component (Sin
2 θ1 + Sin 2 θ2 +... Θn)

【数3】 としたことを特徴とする。(Equation 3) It is characterized by having.

【0025】本発明において、配向角度θで繊維構造体
を得た場合、軸方向応力成分/円周方向応力成分は、C
osθ/Sinθで表すことができるため、配向角
θ1、θ2・・・θnの積層体(各層の厚みと積層数は
同じと考える)では、軸方向応力成分/円周方向応力成
分が、(Cosθ1+Cosθ2+θn)/(Si
θ1+Sinθ2+・・θn)となる。従って、
軸方向応力成分/円周方向応力成分を1とすることによ
り、均等な応力が分担できる構造を得ることができ、ま
た孔を有するプリフォームを連続繊維で形成することが
できる。
In the present invention, when a fibrous structure is obtained at an orientation angle θ, the axial stress component / circumferential stress component is expressed by C
os 2 θ / Sin 2 θ, the axial stress component / circumferential stress component in a laminate having orientation angles θ1, θ2,. Is (Cos 2 θ1 + Cos 2 θ2 + θn) / (Si
n 2 θ1 + Sin 2 θ2 + ·· θn) to become. Therefore,
By setting the ratio of the axial stress component / circumferential stress component to 1, a structure capable of sharing an even stress can be obtained, and a preform having holes can be formed of continuous fibers.

【0026】請求項4記載のセラミック繊維複合材料部
品は、請求項1から3までのいずれかに記載のセラミッ
ク繊維複合材料部品において、セラミックマトリックス
として、反応焼結法により形成された炭化ケイ素セラミ
ックスを適用したことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a ceramic fiber composite material part according to any one of the first to third aspects, wherein a silicon carbide ceramic formed by a reaction sintering method is used as a ceramic matrix. It is characterized by being applied.

【0027】本発明において、セラミックスマトリック
スとして、反応焼結法により形成された炭化ケイ素(S
iC)セラミックスを用いることにより、均一で緻密な
マトリックスを得られ、高温度の領域においても高強
度、高靭性および耐酸化性を有するセラミック繊維複合
材料部品を得ることができる。
In the present invention, silicon carbide (S) formed by a reaction sintering method is used as a ceramic matrix.
By using iC) ceramics, a uniform and dense matrix can be obtained, and a ceramic fiber composite material component having high strength, high toughness and oxidation resistance even in a high temperature region can be obtained.

【0028】請求項5記載のセラミック繊維複合材料部
品は、請求項1から4までのいずれかに記載のセラミッ
ク繊維複合材料部品において、連続繊維は炭化ケイ素を
主成分とする繊維本体とこの繊維本体を被覆する界面層
とからなり、前記界面層は、窒化ホウ素、炭化ケイ素お
よびカーボンから選択される少なくとも一以上の材料か
らなる一層以上のコーティングで、厚さが0.1〜2ミ
クロンとされていることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a ceramic fiber composite material part according to any one of the first to fourth aspects, wherein the continuous fiber comprises a fiber body mainly composed of silicon carbide and the fiber body. And an interface layer covering at least one of at least one material selected from boron nitride, silicon carbide and carbon, and having a thickness of 0.1 to 2 microns. It is characterized by being.

【0029】本発明において、繊維本体表面に被覆する
界面層は、窒化ホウ素(BN)、炭化ケイ素(SiC)
およびカーボン(C)の少なくとも一つ以上からなるS
iC系の繊維であることが好ましい。またこの界面層と
して、厚さ0.1〜2ミクロンの滑り層を形成すると良
い。この滑り層は繊維とマトリックスとが強固に結合す
るのを防ぐ目的で導入されており、滑り層によるブリッ
ジングやプルアウト(引き抜け)の複合効果を発現しや
すく、脆性破壊を防ぐという効果を有する。
In the present invention, the interface layer covering the surface of the fiber main body is made of boron nitride (BN), silicon carbide (SiC).
And at least one of carbon (C) and S
It is preferably an iC-based fiber. As this interface layer, a sliding layer having a thickness of 0.1 to 2 microns is preferably formed. This sliding layer is introduced for the purpose of preventing the fibers and the matrix from being firmly bonded to each other. The sliding layer easily exhibits a combined effect of bridging and pull-out (pull-out), and has an effect of preventing brittle fracture. .

【0030】特に、窒化ホウ素(BN)層は、繊維およ
びマトリックス間の結合を弱め、破壊時に繊維の引き抜
けを生じさせる機能を有しており、炭化ケイ素(Si
C)層は、マトリックスの形成時に繊維とマトリックス
間の界面反応を防止する機能を有する。
In particular, the boron nitride (BN) layer has a function of weakening the bond between the fiber and the matrix, causing the fiber to be pulled out when broken, and
The layer (C) has a function of preventing an interfacial reaction between the fibers and the matrix when the matrix is formed.

【0031】本発明においては、滑り層を厚さ0.1ミ
クロンから2ミクロンの範囲で形成したが、フィラメン
トワインディング法、ブレイディング法によりプリフォ
ームを形成する場合、繊維同志のこすれにより、繊維表
面の滑り層が剥離することがあり、2ミクロン以上では
その傾向が激しくなるためである。この滑り層の剥離に
よりマトリックスと繊維とが強固に結合する箇所が現れ
ることになり、結果として有効な複合効果を発現しづら
くなる。一方、滑り層が0.1ミクロン以下ではその効
果がうすく、マトリックスと繊維とが全体的に強く結合
するため、複合効果が発現しづらい。従って本発明にお
いては、厚さ0.1ミクロンから2ミクロンの範囲で滑
り層を形成することが望ましい。
In the present invention, the slip layer is formed in a thickness range of 0.1 to 2 microns. However, when a preform is formed by a filament winding method or a braiding method, the fiber surface is rubbed by the fibers. This is because the slipping layer may peel off, and the tendency becomes severe at 2 μm or more. Due to the separation of the sliding layer, a portion where the matrix and the fiber are firmly bonded appears, and as a result, it is difficult to exhibit an effective composite effect. On the other hand, when the sliding layer has a thickness of 0.1 μm or less, the effect is weak, and the matrix and the fiber are strongly bonded as a whole, so that it is difficult to exhibit the composite effect. Therefore, in the present invention, it is desirable to form the sliding layer with a thickness in the range of 0.1 to 2 microns.

【0032】請求項6記載のセラミック繊維複合材料部
品の製造方法は、セラミックマトリックスと繊維とを複
合化するセラミック繊維複合材料部品の製造方法におい
て、繊維を積層して孔を有するプリフォームを形成した
後、前記プリフォームにセラミックスのマトリックスス
ラリーを含浸させて成形体を得て、その後、前記マトリ
ックススラリーを乾燥させて焼結し、前記プリフォーム
と一体化することにより構造壁に孔を有する筒状部品を
製造することを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a ceramic fiber composite material component in which a ceramic matrix and a fiber are combined, wherein the fibers are laminated to form a preform having holes. Thereafter, the preform is impregnated with a ceramic matrix slurry to obtain a molded body. Thereafter, the matrix slurry is dried and sintered, and is integrated with the preform to form a cylindrical body having holes in a structural wall. It is characterized by manufacturing parts.

【0033】本発明において、繊維を用いて孔を有する
プリフォームを形成することにより、機械加工を施すこ
となく構造壁を製造できるため、低コスト化を図れる。
In the present invention, by forming a preform having holes using fibers, the structural wall can be manufactured without machining, thereby reducing the cost.

【0034】請求項7記載のセラミック繊維複合材料部
品の製造方法は、請求項6記載のセラミック繊維複合材
料部品の製造方法において、複合繊維として連続繊維を
用い、前記連続繊維を複数の配向角度で積層して繊維間
の隙間を孔とするプリフォームを形成することを特徴と
する。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a ceramic fiber composite material part according to the sixth aspect, wherein continuous fiber is used as the composite fiber, and the continuous fiber is formed at a plurality of orientation angles. It is characterized in that a preform is formed by laminating the fibers so that the gap between the fibers is a hole.

【0035】本発明において、複数の配向角度で連続繊
維を積層することにより、孔を有する筒状形状の構造壁
を形成することができる。特に、孔の周りに均等な応力
が発生する場合には、その繊維配向角度を制御すること
により、孔の周りに発生する応力を均等に分担できる構
造壁を得ることができる。
In the present invention, a cylindrical structural wall having holes can be formed by laminating continuous fibers at a plurality of orientation angles. In particular, when a uniform stress is generated around the hole, a structural wall capable of uniformly sharing the stress generated around the hole can be obtained by controlling the fiber orientation angle.

【0036】具体的には、プリフォームの配向繊維は、
配向繊維同志で成す角度が等角となるように配向されて
いるとより好ましい。ここでいう配向繊維同志で成す角
度が等角とは、例えば、0度と90度との配向繊維の組
み合わせ、22.5度と67.5度との組み合わせ、0
度と45度と90度との組み合わせ、15度と45度と
75度との組み合わせのように配向繊維同志で成す角度
がそれぞれ90度、45度、45度および30度とな
り、孔の周辺を二次元の平面上で見た場合には孔の周り
の繊維配置は均一模様となり、結果的にはこの組み合わ
せによると円周方向、軸方向に働く応力を均等に分担で
きる構造を有する構造壁を製造することができる。
Specifically, the oriented fibers of the preform are:
More preferably, the fibers are oriented so that the angles formed by the oriented fibers are equiangular. Here, the angle formed by the oriented fibers is equal, for example, a combination of oriented fibers of 0 degree and 90 degrees, a combination of 22.5 degrees and 67.5 degrees, and 0 degrees.
The angles formed by the oriented fibers are 90 degrees, 45 degrees, 45 degrees, and 30 degrees, respectively, such as a combination of degrees, 45 degrees, and 90 degrees, and a combination of 15 degrees, 45 degrees, and 75 degrees. When viewed on a two-dimensional plane, the fiber arrangement around the hole becomes a uniform pattern, and as a result, this structure creates a structural wall that has a structure that can equally share the stress acting in the circumferential direction and axial direction. Can be manufactured.

【0037】請求項8記載のセラミック繊維複合材料部
品の製造方法は、請求項6または7に記載のセラミック
繊維複合材料部品の製造方法において、連続繊維の配向
角度をθ1、θ2・・・θnとした場合に、軸方向応力
成分(Cosθ1+Cosθ2+・・・θn)と、
円周方向応力成分(Sinθ1+Sinθ2+・・
・θn)との比を
The method for producing a ceramic fiber composite material component according to claim 8 is the method for producing a ceramic fiber composite material component according to claim 6 or 7, wherein the orientation angles of the continuous fibers are θ1, θ2,. , The axial stress component (Cos 2 θ1 + Cos 2 θ2 +... Θn)
Circumferential stress component (Sin 2 θ1 + Sin 2 θ2 +
· Θn)

【数4】 とすることを特徴とする。(Equation 4) It is characterized by the following.

【0038】本発明において、配向角θ1、θ2・・・
θnの積層体(各層の厚みと積層数は同じと考える)で
繊維構造体を得た場合に、軸方向応力成分/円周方向応
力成分を1とすることにより、均等な応力が分担できる
構造で、かつ孔を有する構造壁を連続繊維で形成するこ
とができる。
In the present invention, the orientation angles θ1, θ2,.
When a fibrous structure is obtained from a laminated body of θn (thickness of each layer and the number of laminated layers are assumed to be the same), by setting the axial stress component / circumferential stress component to 1, a structure capable of sharing even stress is obtained. And the structural wall having holes can be formed of continuous fibers.

【0039】請求項9記載のセラミック繊維複合材料部
品の製造方法は、請求項6から8までのいずれかに記載
のセラミック繊維複合材料部品の製造方法において、複
合繊維として複数のモノフィラメントを束ねて繊維束と
した連続繊維を用い、前記連続繊維により孔を有する円
筒形状プリフォームを形成し、前記成形体を乾燥脱脂
後、反応焼結法により焼成して、構造壁に孔を有する筒
状部品を得ることを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a ceramic fiber composite material part according to any one of the sixth to eighth aspects, wherein a plurality of monofilaments are bundled as a composite fiber to obtain a fiber. Using a continuous fiber as a bundle, a cylindrical preform having holes with the continuous fibers is formed, and the formed body is dried and degreased, and then fired by a reaction sintering method to form a cylindrical part having holes in a structural wall. It is characterized by obtaining.

【0040】本発明において、複数のモノフィラメント
を束ねてなる繊維束を用いてプリフォームを形成し、得
られたプリフォームにマトリックススラリーを含浸して
成形体とし、得られた成形体を脱脂乾燥後、反応焼結法
によりマトリックスと繊維とを一体化することにより緻
密な構造壁であるセラミック繊維複合材料部品を得るこ
とができる。
In the present invention, a preform is formed by using a fiber bundle formed by bundling a plurality of monofilaments, and the obtained preform is impregnated with a matrix slurry to form a formed body. The obtained formed body is degreased and dried. By integrating the matrix and the fiber by the reaction sintering method, it is possible to obtain a ceramic fiber composite material part having a dense structure wall.

【0041】請求項10記載のセラミック繊維複合材料
部品の製造方法は、請求項6から9までのいずれかに記
載のセラミック繊維複合材料部品の製造方法において、
プリフォームを多孔質材料によって構成された中子内に
挿入し、この状態でスラリー容器内のマトリックススラ
リーに浸漬し、前記中子の前記スラリー容器上端部位に
配置された排気口から減圧することにより、前記マトリ
ックススラリーを前記プリフォームに着肉させることを
特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a ceramic fiber composite part according to any one of the sixth to ninth aspects.
By inserting the preform into a core made of a porous material, immersing the preform in a matrix slurry in a slurry container in this state, and reducing the pressure through an exhaust port arranged at the upper end portion of the slurry container of the core. And depositing the matrix slurry on the preform.

【0042】マトリックススラリーの含浸は、プリフォ
ームを多孔質の中子にはめ込み、この状態でマトリック
ススラリーに浸漬する。この中子のスラリー容器上端部
位には、排気口が配置されており、この排気口により減
圧してマトリックススラリーを着肉させ、プリフォーム
の全表面からマトリックススラリーを含浸させることが
可能となる。
For the impregnation of the matrix slurry, the preform is inserted into a porous core, and is immersed in the matrix slurry in this state. An exhaust port is arranged at the upper end portion of the core slurry container, and the pressure is reduced by the exhaust port so that the matrix slurry is deposited and the matrix slurry can be impregnated from the entire surface of the preform.

【0043】本発明によれば、部分的に含浸が不十分と
なることを避けることが可能であり、均一かつ緻密質な
マトリックスを得ることができる。
According to the present invention, partial impregnation can be prevented from being insufficient, and a uniform and dense matrix can be obtained.

【0044】請求項11記載のセラミック繊維複合材料
部品の製造方法は、請求項10記載のセラミック繊維複
合材料部品の製造方法において、マトリックススラリー
をスラリー容器の外側から液圧またはガス圧で0.1〜
30MPaの範囲で加圧することを特徴とする。
In the method for manufacturing a ceramic fiber composite material component according to the eleventh aspect, in the method for manufacturing a ceramic fiber composite material component according to the tenth aspect, the matrix slurry may be supplied from the outside of the slurry container at a pressure of liquid or gas pressure of 0.1. ~
It is characterized in that pressure is applied in the range of 30 MPa.

【0045】本発明において、マトリックススラリーの
含浸は、マトリックススラリーを液圧またはガス圧で
0.1MPa〜30MPaの範囲で加圧することが好ま
しい。減圧によりマトリックススラリーを含浸させるで
けでは、マトリックススラリーの表面に接したプリフォ
ーム外表面の繊維にのみ含浸するだけで、プリフォーム
内部の繊維には含浸しにくく、マトリックススラリーを
液圧またはガス圧により加圧することで内部にまで浸
透、含浸しやすくする。加圧圧力を30MPa以下とす
るのは、30MPaを超える圧力では、多孔質の中子が
破壊するおそれがあるためで、また0.1MPa未満の
圧力では効果が低く、含浸性の改善がみられないためで
ある。
In the present invention, the impregnation of the matrix slurry is preferably performed by pressurizing the matrix slurry with a liquid pressure or a gas pressure in a range of 0.1 MPa to 30 MPa. When the matrix slurry is impregnated by depressurization, only the fibers on the outer surface of the preform in contact with the surface of the matrix slurry are impregnated, but the fibers inside the preform are not easily impregnated. By applying pressure, it easily penetrates and impregnates inside. The reason why the pressurizing pressure is set to 30 MPa or less is that if the pressure exceeds 30 MPa, the porous core may be broken, and if the pressure is less than 0.1 MPa, the effect is low and the impregnation property is improved. Because there is no.

【0046】請求項12記載のセラミック繊維複合材料
部品の製造方法は、請求項6または11記載のセラミッ
ク繊維複合材料部品の製造方法において、プリフォーム
へのマトリックススラリー含浸に際し、中子をはめ込ん
だプリフォームの外表面を、前記プリフォームと相似形
状で、その壁部にマトリックススラリー透過用の貫通孔
を有するケース体によって覆うことを特徴とする。
The method of manufacturing a ceramic fiber composite material component according to claim 12 is the method of manufacturing a ceramic fiber composite material component according to claim 6 or 11, wherein the core is inserted when the preform is impregnated with the matrix slurry. The outer surface of the reform is covered with a case body having a shape similar to that of the preform and having a through hole for permeating the matrix slurry in a wall thereof.

【0047】本発明において、プリフォームの外表面に
は、プリフォームの着肉面を覆うケース体が取り付けら
れ、このケース体には貫通孔が形成されてマトリックス
の着肉量を制限可能な構造としてある。この成形方法に
よれば、ケース体によりマトリックス成分の着肉厚みを
コントロールすることが可能であり、それ以上の着肉を
防ぐことができる。また、ケース体の内面にはマトリッ
クスとの離型性を改善するために、シリコンゴムなどの
離型性に優れた被覆物をコーティングすることにより、
作業性を改善することができる。
In the present invention, a case body is attached to the outer surface of the preform to cover the inlaid surface of the preform, and a through-hole is formed in the case body to limit the amount of matrix inlaid. There is. According to this molding method, the thickness of the matrix component can be controlled by the case body, and further deposition can be prevented. In addition, the inner surface of the case body is coated with a coating with excellent release properties such as silicone rubber to improve the release properties with the matrix.
Workability can be improved.

【0048】[0048]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るセラミック繊
維複合材料部品およびその製造方法の一実施形態を図1
〜図8および表1〜表3を用いて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of a ceramic fiber composite material part and a method of manufacturing the same according to the present invention are shown in FIG.
This will be described with reference to FIGS.

【0049】本実施形態においては、繊維配向角度を異
ならせて孔を有するプリフォームを形成して、この孔を
維持しつつマトリックス材料を複合化して円筒形状物で
ある燃焼器ライナを形成する場合について説明する。
In the present embodiment, a preform having holes with different fiber orientation angles is formed, and a matrix material is compounded while maintaining the holes to form a combustor liner having a cylindrical shape. Will be described.

【0050】図1は、製造手順を概略的に示す工程図で
ある。
FIG. 1 is a process chart schematically showing a manufacturing procedure.

【0051】図1(A)に示すように、複合繊維として
SiC系繊維を用い、この繊維表面にマトリックスとの
界面層としてBNコートおよびSiCコートを気相蒸着
法で二重にコーティングした。そして、図1(B)に示
すように、この繊維を部品形状に製織して繊維製織体で
あるプリフォームを形成した。その後、図1(C)に示
すスリップ加圧含浸装置を用いて、プリフォームにC
(炭素)とSiC粉末とを主原料とする水系のマトリッ
クススラリーを高圧で注入し、成形体を得た。
As shown in FIG. 1A, a SiC-based fiber was used as a composite fiber, and a BN coat and a SiC coat were double coated on the surface of the fiber as an interface layer with a matrix by a vapor deposition method. Then, as shown in FIG. 1 (B), the fibers were woven into a part shape to form a preform which was a fiber woven body. Then, using a slip pressure impregnation device shown in FIG.
An aqueous matrix slurry composed mainly of (carbon) and SiC powder was injected at high pressure to obtain a molded body.

【0052】このようにして得られた成形体を乾燥させ
た後、図1(D)に示すように、溶融Si(ケイ素)を
含浸することで成形体中のCと反応させ、SiCを合成
するとともに焼結させることにより、SiC基複合材か
らなる燃焼器ライナを得た。
After the molded body thus obtained is dried, as shown in FIG. 1 (D), it is impregnated with molten Si (silicon) and reacted with C in the molded body to synthesize SiC. After sintering, a combustor liner made of a SiC-based composite material was obtained.

【0053】本実施形態においては、SiC系繊維材料
として日本カーボン株式会社製 ハイニカロン(商品
名)を用いた。この繊維材料は、平均直径12ミクロン
のモノフィラメントから構成され、このモノフィラメン
トを500本収束したヤーンを連続繊維として使用し
た。モノフィラメントには、前述した図1(A)の工程
で0.4ミクロンのBNコート、および0.3ミクロン
のSiCコートを施工した。
In the present embodiment, Hynicalon (trade name) manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd. was used as the SiC-based fiber material. This fiber material was composed of monofilaments having an average diameter of 12 microns, and a yarn obtained by converging 500 monofilaments was used as a continuous fiber. On the monofilament, the BN coat of 0.4 μm and the SiC coat of 0.3 μm were applied in the step of FIG.

【0054】図2は、図1(B)の工程において円形孔
を有するプリフォームを作製するとともに、図1(C)
の工程において成形体を得るために使用される中子を示
す図である。即ち、この中子は繊維巻き付け用のボビン
として用いられ、またスラリー含浸時にはプリフォーム
内に配置されて内面形成用として用いられるものであ
る。
FIG. 2 shows a method of manufacturing a preform having a circular hole in the step of FIG.
It is a figure which shows the core used in order to obtain a molded object in the process. That is, the core is used as a bobbin for winding the fiber, and is disposed in the preform at the time of impregnation with the slurry and used for forming the inner surface.

【0055】図2に示すように、中子1は、多孔質材
料、例えば石膏などから構成される。この中子1は、繊
維巻き付け用のボビンとして用いられ、かつスラリー含
浸時にはプリフォーム内に配置されて内面形成用として
用いられる含浸用中子1aと、繊維巻き付け用のボビン
として用いられ、スラリー含浸時には切断される巻き付
け用中子1bとから構成され、含浸用中子1aと巻き付
け用中子1bとが中心部で接続されてエンタシス形状と
なっている。
As shown in FIG. 2, the core 1 is made of a porous material such as gypsum. The core 1 is used as a bobbin for winding fibers, and is used as an impregnation core 1a which is arranged in a preform and is used for forming an inner surface during slurry impregnation, and is used as a bobbin for winding fibers. The winding core 1b is sometimes cut, and the impregnating core 1a and the winding core 1b are connected at the center to form an entasis shape.

【0056】含浸用中子1aの外表面には、円孔を作製
するために繊維を迂回させるためのピン2が挿入され、
また含浸用中子1aの端面には、シャフト3が取り付け
られており、フィラメントワインディング法ではシャフ
ト3を回転し、またブレイディング法ではシャフト3を
固定して繊維を巻いた。
On the outer surface of the impregnating core 1a, a pin 2 for bypassing the fiber for forming a circular hole is inserted.
A shaft 3 was attached to the end face of the impregnating core 1a. The shaft 3 was rotated by the filament winding method, and the fiber was wound by fixing the shaft 3 by the braiding method.

【0057】図3(a)は、プリフォームの繊維配置の
一例を示す外観図であり、図3(b)は、図3(a)に
示したプリフォームの円孔周辺部の繊維配向角度を説明
するための概念図である。
FIG. 3A is an external view showing an example of the fiber arrangement of the preform, and FIG. 3B is a fiber orientation angle around the circular hole of the preform shown in FIG. 3A. It is a conceptual diagram for demonstrating.

【0058】図3(a)、(b)に示すように、図2に
示す中子1を用いて、軸方向と円周方向とに応力が均等
に分担できるように繊維を巻いた。特に、ピン2が挿入
されている円孔4周りにおいては、67.5度配向繊維
5および22.5度配向繊維6を交互に3層づつフィラ
メントワインディング法で巻いた。このような配向角度
で繊維を巻くことにより、プリフォームを得た。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the core 1 shown in FIG. 2 was used to wind fibers so that stress could be equally distributed in the axial direction and the circumferential direction. Particularly, around the circular hole 4 into which the pin 2 is inserted, the 67.5-degree oriented fibers 5 and the 22.5-degree oriented fibers 6 are alternately wound by three layers by the filament winding method. A preform was obtained by winding the fiber at such an orientation angle.

【0059】図3(b)に示すように、円孔周りの繊維
迂回配置を二次元的にみた場合、均一模様となってお
り、円孔4周辺は繊維が粗な部分はなく緻密に形成され
ている。
As shown in FIG. 3B, when the fiber detour around the circular hole is viewed two-dimensionally, it has a uniform pattern, and the periphery of the circular hole 4 is densely formed without coarse portions. Have been.

【0060】図4(a)は、プリフォームの繊維配置の
他の例を示す図であり、図4(b)は、円孔4周辺部の
繊維配置の図である。
FIG. 4A is a view showing another example of the fiber arrangement of the preform, and FIG. 4B is a view of the fiber arrangement around the circular hole 4.

【0061】図4(a)、(b)に示すように、図2に
示す中子1を用いて、軸方向と円周方向とに応力が均等
に分担できるように繊維を巻いた。特に、円孔4周りに
おいては、75度配向繊維7、45度配向繊維8および
15度配向繊維9の3つの配向角度の繊維を順番に2層
づつフィラメントワインディング法で巻いた。このよう
な配向角度で繊維を巻くことにより、プリフォームを得
た。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the core 1 shown in FIG. 2 was used to wind a fiber so that stress could be equally distributed in the axial direction and the circumferential direction. In particular, around the circular hole 4, fibers having three orientation angles of 75-degree oriented fiber 7, 45-degree oriented fiber 8 and 15-degree oriented fiber 9 were sequentially wound in two layers by a filament winding method. A preform was obtained by winding the fiber at such an orientation angle.

【0062】図4(b)に示すように、この例でも円孔
4周辺に繊維が粗な部分はなく緻密に形成されている。
As shown in FIG. 4B, also in this example, there is no coarse portion around the circular hole 4 and the fiber is densely formed.

【0063】なお比較のために、異なる繊維配置により
プリフォームを形成した。
For comparison, preforms were formed with different fiber arrangements.

【0064】図5(a)は、プリフォームの繊維配置の
比較例を示す図であり、図5(b)は、円孔4周辺部の
繊維配置の図である。
FIG. 5 (a) is a diagram showing a comparative example of the fiber arrangement of the preform, and FIG. 5 (b) is a view of the fiber arrangement around the circular hole 4.

【0065】図5(a)、(b)に示すように、図2に
示す中子1を用いて、45度配向繊維10で4層、フィ
ラメントワインディング法で巻き、プリフォームを得
た。
As shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), using the core 1 shown in FIG. 2, four layers of 45 ° oriented fibers 10 were wound by a filament winding method to obtain a preform.

【0066】図5(b)に示すように、上記した例とは
異なり、円孔4周辺に繊維が配置されない空隙11が存
在している。
As shown in FIG. 5B, unlike the above example, there is a void 11 around the circular hole 4 where no fiber is arranged.

【0067】上記のようにして得られた図3から図5ま
でに示す各プリフォームを、含浸用中子1aと巻き付け
用中子1bとの接続部において切断した。このようにし
て得られた含浸用中子1aを用いて、図1(c)のスリ
ップ加圧含浸工程に示すように、中子1aにマトリック
ススラリーを含浸させた。
Each of the preforms shown in FIGS. 3 to 5 obtained as described above was cut at the joint between the impregnating core 1a and the winding core 1b. Using the impregnation core 1a thus obtained, the core 1a was impregnated with a matrix slurry as shown in the slip pressure impregnation step of FIG. 1 (c).

【0068】マトリックススラリーは、SiC粉末(7
0wt%)とカーボンブラック(30wt%)とを固形
分とした混合物に、スラリー濃度が50%となるように
純水と界面活性剤とを添加してポットローラーで一昼夜
混合することにより、作製した。そして、このマトリッ
クススラリーをプリフォームに下記の如くガス圧または
液圧を利用して加圧含浸させた。
The matrix slurry was made of SiC powder (7
(0 wt%) and carbon black (30 wt%) as solids, pure water and a surfactant were added so that the slurry concentration became 50%, and the mixture was mixed with a pot roller for 24 hours. . Then, the matrix slurry was pressure-impregnated into the preform using gas pressure or liquid pressure as described below.

【0069】図6は、ガス圧によるマトリックス含浸方
法を示す概略図である。
FIG. 6 is a schematic view showing a matrix impregnation method using gas pressure.

【0070】図6に示すように、蓋付きの密閉容器12
内にマトリックススラリー13を収容しておき、このマ
トリックススラリー13に、プリフォーム14を含浸用
中子1aとともに浸漬した。この場合、プリフォーム1
4は後述する外型15で外面側を覆い、全体がマトリッ
クススラリー13に浸かるようにした。
As shown in FIG. 6, a closed container 12 with a lid is provided.
The matrix slurry 13 was housed in the container, and the preform 14 was immersed in the matrix slurry 13 together with the core for impregnation 1a. In this case, preform 1
Reference numeral 4 denotes an outer mold 15 to be described later, which covers the outer surface and is entirely immersed in the matrix slurry 13.

【0071】含浸用中子1aの上端部には排気口15c
を設けておき、この排気口15cに接続した密閉容器1
2外部の真空ポンプ16で真空引きを行った。また密閉
容器12の内部は圧縮器17に接続し、この圧縮器17
により密閉容器12内を8MPaで加圧して、マトリッ
クス成分をプリフォーム14に含浸させた。
The upper end of the impregnation core 1a has an exhaust port 15c.
And the closed container 1 connected to the exhaust port 15c.
(2) Vacuum was drawn by an external vacuum pump 16. The interior of the sealed container 12 is connected to a compressor 17.
The inside of the sealed container 12 was pressurized at 8 MPa, thereby impregnating the preform 14 with the matrix component.

【0072】また、図7は、液圧によるマトリックス含
浸方法を示す概略図である。
FIG. 7 is a schematic view showing a method of impregnating a matrix by hydraulic pressure.

【0073】図7に示すように、この方法では、蓋付き
の密閉容器12内を柔軟なラバー製の隔壁18により二
重空間に仕切り、密閉容器12と隔壁18との間に、オ
イル19を満たす一方、隔壁18内にマトリックススラ
リー13を収容した。そして、このマトリックススラリ
ー13に、プリフォーム14を含浸用中子1aとともに
浸漬した。この場合も、プリフォーム14は後述する外
型15で外面側を覆い、全体がマトリックススラリー1
3に浸かるようにした。
As shown in FIG. 7, in this method, the inside of the closed container 12 with a lid is partitioned into a double space by a flexible rubber partition 18, and oil 19 is filled between the closed container 12 and the partition 18. Meanwhile, the matrix slurry 13 was accommodated in the partition wall 18. The preform 14 was immersed in the matrix slurry 13 together with the impregnation core 1a. Also in this case, the outer surface of the preform 14 is covered with an outer mold 15 described later, and
3 soaked.

【0074】含浸用中子1aの上端部には排気口15c
を設けておき、この排気口15cに接続した密閉容器1
2外部の真空ポンプ16で真空引きを行った。また密閉
容器12の側面部は圧縮器17に接続し、この圧縮器1
7により密閉容器12内のオイル19を8MPaで加圧
した。この加圧により、隔壁18を収縮させて内部に収
容したマトリックススラリー13を加圧し、マトリック
ス成分をプリフォーム14に含浸させた。
The upper end of the impregnation core 1a has an exhaust port 15c.
And the closed container 1 connected to the exhaust port 15c.
(2) Vacuum was drawn by an external vacuum pump 16. The side surface of the sealed container 12 is connected to a compressor 17, and the compressor 1
7, the oil 19 in the closed container 12 was pressurized at 8 MPa. By this pressurization, the partition wall 18 was contracted and the matrix slurry 13 housed therein was pressurized, and the preform 14 was impregnated with the matrix components.

【0075】図8は、マトリックス含浸時に着肉量を制
限するための外型15を示す概略図である。
FIG. 8 is a schematic view showing an outer mold 15 for limiting the amount of inlaid material during matrix impregnation.

【0076】図8に示すように、外型15はプリフォー
ム14の外表面へのマトリックスの着肉厚さをコントロ
ールするためのもので、この外型15は一対の外型15
aおよび外型15bから構成される。外型15aは、金
属製のケース体20aと、このケース体20aの内周面
にコーティングされたシリコンゴム製の緩衝材21aと
から構成され、外型15bも同様に金属製のケース体2
0bと、このケース体20bの内周面にコーティングさ
れたシリコンゴム製の緩衝材21bとから構成される。
これらのケース体20a,20bの外周面には、マトリ
ックススラリー透過用の孔22a,22bがそれぞれ設
けられている。
As shown in FIG. 8, the outer mold 15 is for controlling the thickness of the matrix formed on the outer surface of the preform 14, and this outer mold 15 is a pair of outer molds 15.
a and the outer mold 15b. The outer mold 15a is composed of a metal case body 20a and a silicone rubber cushioning material 21a coated on the inner peripheral surface of the case body 20a. Similarly, the outer mold 15b is made of a metal case body 2a.
0b and a cushioning member 21b made of silicone rubber coated on the inner peripheral surface of the case body 20b.
On the outer peripheral surface of these case bodies 20a, 20b, holes 22a, 22b for matrix slurry permeation are respectively provided.

【0077】一対の外型15aおよび15bは、中心部
において嵌合できる構造となっており、内部に含浸用中
子1aを収納できる構造となっている。
The pair of outer dies 15a and 15b has a structure that can be fitted at the central portion, and has a structure in which the impregnation core 1a can be housed inside.

【0078】このような構成の外型15を含浸用中子1
aに取り付けた後、図6あるいは図7に示すように、外
型15で覆った含浸用中子1aをマトリックススラリー
13内に含浸させて成形体(図示せず)を得た。
The outer mold 15 having such a structure is impregnated with the core 1 for impregnation.
6A, the impregnating core 1a covered with the outer mold 15 was impregnated into the matrix slurry 13 to obtain a molded body (not shown).

【0079】その後、密閉容器12内から成形体を取り
出し、一昼夜乾燥した後外型15を取り外した。さら
に、含浸用中子1aと成形体とを分離して成形体を脱脂
した。そして、1450℃の温度で3時間真空状態で保
持した後、1450℃の温度で1時間、0.5MPaの
Ar加圧の条件下で溶融Siを含浸し、SiC基長繊維
複合材料部品である燃焼器ライナを得た。
Thereafter, the molded body was taken out of the sealed container 12, dried for a whole day and night, and then the outer mold 15 was removed. Further, the impregnation core 1a and the molded body were separated from each other, and the molded body was degreased. Then, after maintaining in a vacuum state at a temperature of 1450 ° C. for 3 hours, molten Si is impregnated at a temperature of 1450 ° C. for 1 hour under Ar pressure of 0.5 MPa to obtain a SiC-based long fiber composite material part. A combustor liner was obtained.

【0080】このようにして得られた燃焼器ライナの円
孔4の周辺部を切り出して試験片とし、熱衝撃試験を実
施した。
A peripheral portion of the circular hole 4 of the combustor liner thus obtained was cut out to obtain a test piece, and a thermal shock test was performed.

【0081】なお、図3に示す22.5度−67.5度
の繊維配向とした燃焼器ライナの試験片を試料No.1
とし、図4に示す15度−45度−75度の繊維配向と
した燃焼器ライナの試験片を試料No.2とした。ま
た、比較のために用いた図4に示す45度で一配向角の
繊維配向とした燃焼器ライナの試験片を試料No.3と
した。
A test piece of a combustor liner having a fiber orientation of 22.5 degrees to 67.5 degrees shown in FIG. 1
The test piece of the combustor liner having the fiber orientation of 15 ° -45 ° -75 ° shown in FIG. And 2. Further, a test piece of a combustor liner having a fiber orientation of 45 degrees and a single orientation angle shown in FIG. It was set to 3.

【0082】熱衝撃試験は電気炉内にて試験片である試
料No.1〜No.3を加熱して、強制的に水中に投下
する方法により実施した。試験温度は300℃、400
℃、500℃、700℃および900℃であり、それぞ
れの条件で試験片を15分間加熱した後、水中投下し
た。
The thermal shock test was conducted in a sample No. 1 to No. 3 was carried out by heating and forcibly dropping it into water. Test temperature is 300 ° C, 400
C., 500.degree. C., 700.degree. C., and 900.degree. C., the test piece was heated for 15 minutes under each condition, and then dropped in water.

【0083】そして、熱衝撃試験後の試料No.1〜N
o.3について外観検査および蛍光探傷(PT)検査に
より損傷度合いを確認した。その結果を表1に示す。な
お、ワレは蛍光探傷(PT)検査によりクラックが観察
されたものの、カケは目視レベルで明らかに素材が破壊
されたものを示している。
The sample No. after the thermal shock test was used. 1 to N
o. For No. 3, the degree of damage was confirmed by an appearance inspection and a fluorescence inspection (PT) inspection. Table 1 shows the results. Cracks indicate that cracks were observed by a fluorescent flaw detection (PT) test, while chips indicate that the material was clearly destroyed at a visual level.

【0084】[0084]

【表1】 [Table 1]

【0085】表1に示すように、試料No.1〜No.
3ともに300℃からの水中投下熱衝撃試験では素材に
損傷はみられなかったが、比較のために用いられた試料
No.3の45度配向品には400℃以上の温度では、
目視レべルで確認できる素材の剥離が見られた。特に、
剥離した場所は円孔周辺の繊維が存在していない箇所で
あり、繊維による複合効果が見られないためにモノリシ
ック材料と同様の破壊が生じた。
As shown in Table 1, the sample No. 1 to No.
No damage was found in the material in the thermal shock test under water from 300 ° C. in all three samples, but the sample No. 3 was used for comparison. For a 45 ° oriented product of No. 3, at a temperature of 400 ° C. or more,
Peeling of the material was observed at a visual level. Especially,
The exfoliated portion is a portion where no fiber exists around the circular hole, and the same destruction as that of the monolithic material occurred because the composite effect by the fiber was not observed.

【0086】また、蛍光探傷試験においても、円孔から
放射線状にのびる亀裂が観察された。試料No.1の2
2.5度−67.5度配向品および試料No.2の15
度−45度−75度配向品では900℃からの熱衝撃試
験においても、目視レべルでの破壊はみられなかった。
蛍光探傷試験によると、試料No.1では400℃以上
の素材に、試料No.2では500℃以上の素材の円孔
から放射線状にのびる亀裂が観察された。亀裂は熱処理
温度が高くなるほど長く進展していたが、その進展は素
材内部で止まっていた。
[0086] Also, in the fluorescence inspection test, cracks extending radially from the circular holes were observed. Sample No. 1 of 2
2.5 ° -67.5 ° oriented product and Sample No. 2 in 15
In the thermal shock test from 900 ° C., no destruction at a visual level was observed for the oriented product of −45 ° to 75 °.
According to the fluorescent flaw detection test, the sample No. In the case of Sample No. 1, the sample No. In No. 2, cracks extending radially from the circular hole of the material at 500 ° C. or higher were observed. The cracks grew longer as the heat treatment temperature increased, but the growth stopped inside the material.

【0087】さらに、走査型電子顕微鏡によりクラック
を観察すると、繊維がブリッジング、プルアウトしてお
り、クラックの進展を妨げるように働いていることが観
察された。
Further, when cracks were observed with a scanning electron microscope, it was observed that the fibers were bridging and pull-out, and that they acted to hinder the progress of cracks.

【0088】従って、本実施形態によれば、円孔4を多
配向の繊維で形成することにより、探傷許容性に優れた
材料部品を得ることができることが判明した。
Therefore, according to the present embodiment, it was found that a material part having excellent flaw detection tolerance can be obtained by forming the circular holes 4 with multi-oriented fibers.

【0089】以下、本実施形態において、モノフィラメ
ント表面にコーティングする滑り層の膜厚を0.1〜2
ミクロンと規定したことについて説明する。具体的に
は、表2に示すように、膜厚を変化させて比較した。
Hereinafter, in the present embodiment, the thickness of the sliding layer coated on the monofilament surface is 0.1 to 2
A description will be given of what is defined as a micron. Specifically, as shown in Table 2, the film thickness was changed and compared.

【0090】[0090]

【表2】 [Table 2]

【0091】表2に示すように、No.1〜No.4ま
での供試材は、膜厚を0.1〜2ミクロンの範囲として
モノフィラメント表面にコーティングを施した。
As shown in Table 2, as shown in FIG. 1 to No. The test materials up to 4 were coated on the monofilament surface with a film thickness ranging from 0.1 to 2 microns.

【0092】具体的には、供試材No.1は、モノフィ
ラメント表面のコーティングとして、1.0ミクロンの
BN層とした。供試材No.2は、モノフィラメント表
面のコーティングとして、0.4ミクロンのBN層およ
び0.4ミクロンのSiC層とした。供試材No.3
は、モノフィラメント表面のコーティングとして、1.
0ミクロンのBN層および0.4ミクロンのSiC層と
した。供試材No.4は、モノフィラメント表面のコー
ティングとして、1.0ミクロンのBN層および0.4
ミクロンのSiC層とした。
Specifically, the test material No. 1 was a 1.0 micron BN layer as a coating on the monofilament surface. Test material No. 2 was a 0.4 micron BN layer and a 0.4 micron SiC layer as a coating on the monofilament surface. Test material No. 3
Are used as coatings on the monofilament surface.
There were a 0 micron BN layer and a 0.4 micron SiC layer. Test material No. 4 shows a 1.0 micron BN layer and 0.4
A micron SiC layer was obtained.

【0093】また、比較を行うために、No.5および
No.6の供試材は、膜厚を0.1〜2ミクロンの範囲
以外とした。
In order to make a comparison, No. 5 and No. 5 The test material of No. 6 had a film thickness outside the range of 0.1 to 2 microns.

【0094】具体的には、供試材No.5は、モノフィ
ラメント表面のコーティングとして、1.0ミクロンの
BN層および1.5ミクロンのSiC層とした。供試材
No.6は、モノフィラメント表面のコーティングとし
て、2.5ミクロンのBN層とした。
Specifically, the test material No. 5 was a 1.0 micron BN layer and a 1.5 micron SiC layer as a coating on the monofilament surface. Test material No. 6 was a 2.5 micron BN layer as a coating on the monofilament surface.

【0095】上記のようにコーティングされた滑り層の
膜厚を変えた繊維を用いて、八角柱体の中子に、繊維の
配向角度を22.5度および67.5度を交互に3層重
ね合わせてプリフォームとした。
Using the fiber coated with the sliding layer having a different thickness as described above, the core of the octagonal prism is alternately formed with three layers of 22.5 ° and 67.5 ° orientation angles. The preform was superimposed.

【0096】得られたプリフォームにマトリックス含浸
を行いSiC基複合材料部品を製造した。
The obtained preform was impregnated with a matrix to produce a SiC-based composite material part.

【0097】このようにして得られた八角形の複合材料
部品の一片から試験片を切り出して、曲げ試験を実施し
た。曲げ試験は試験片に三点曲げ荷重を負荷して、荷重
とたわみを測定する試験である。
[0097] A test piece was cut out from one piece of the octagonal composite material part thus obtained and subjected to a bending test. The bending test is a test in which a three-point bending load is applied to a test piece and the load and the deflection are measured.

【0098】また、プリフォーム作製後、最外層の繊維
を切り取り、長さ1cmのヤーン(モノフィラメント5
00本)を走査型電子顕微鏡で観察して、コーティング
膜の損傷を確認した。その結果を表2に示す。
After the preparation of the preform, the fiber of the outermost layer was cut off, and a yarn of 1 cm in length (monofilament 5
00) were observed with a scanning electron microscope to confirm the damage of the coating film. Table 2 shows the results.

【0099】表2に示すように、供試材No.1は、得
られた複合材の密度は3.0g/cm、室温3点曲げ
強度についてはσ1が210MPa、σ2が420MP
aであり破壊エネルギーγが4.2kj/mとなり、
破壊は完全な破断まで一気に至らない複合材料特有の安
定的な破壊挙動を示した。また、プリフォーム作製後に
繊維表面のコーティング層探傷状況を確認したところ、
1.0%であった。
As shown in Table 2, the test material No. 1 is that the density of the obtained composite material is 3.0 g / cm 3 , and the three-point bending strength at room temperature is σ1 of 210 MPa and σ2 of 420 MPa.
a, the breaking energy γ is 4.2 kj / m 2 ,
Fracture showed a stable fracture behavior peculiar to the composite material, which did not occur until a complete fracture. Also, when checking the flaw detection status of the coating layer on the fiber surface after the preform production,
1.0%.

【0100】供試材No.2は、得られた複合材の密度
は3.0g/cm、室温3点曲げ強度についてはσ1
が200MPa、σ2が390MPaであり破壊エネル
ギーがγが4.0kj/mであり、破壊は完全な破断
まで一気に至らない複合材料特有の安定的な破壊挙動を
示した。また、プリフォーム作製後に繊維表面のコーテ
ィング層探傷状況を確認したところ、0.6%であっ
た。
Test material No. No. 2, the density of the obtained composite material was 3.0 g / cm 3 , and the room temperature three-point bending strength was σ1.
Was 200 MPa, σ2 was 390 MPa, and the fracture energy γ was 4.0 kj / m 2 , and the composite material exhibited stable fracture behavior unique to composite materials, which did not burst until complete fracture. Further, the state of flaw detection of the coating layer on the fiber surface after the preparation of the preform was 0.6%.

【0101】供試材No.3では、得られた複合材の密
度は3.0g/cm、室温3点曲げ強度についてはσ
1が220MPa、σ2が450MPaであり破壊エネ
ルギーがγが4.6kj/mであり、破壊は完全な破
断まで一気に至らない複合材料特有の安定的な破壊挙動
を示した。また、プリフォーム作製後に繊維表面のコー
ティング層探傷状況を確認したところ、1.2%であっ
た。
Sample No. In No. 3 , the density of the obtained composite material was 3.0 g / cm 3 , and the room temperature three-point bending strength was σ.
1 was 220 MPa, σ2 was 450 MPa, and the fracture energy γ was 4.6 kj / m 2 , indicating a stable fracture behavior peculiar to the composite material, in which the fracture did not take place until complete fracture. Further, the state of flaw detection of the coating layer on the fiber surface after the preform was produced was 1.2%.

【0102】供試材No.4は、得られた複合材の密度
は3.0g/cm、室温3点曲げ強度についてはσ1
が220MPa、σ2が380MPaであり破壊エネル
ギーγが4.2kj/mであり、破壊は完全な破断ま
で一気に至らない複合材料特有の安定的な破壊挙動を示
した。また、プリフォーム作製後に繊維表面のコーティ
ング層探傷状況を確認したところ、1.0%であった。
Sample No. No. 4, the density of the obtained composite material was 3.0 g / cm 3 , and the room temperature three-point bending strength was σ1.
Was 220 MPa, σ2 was 380 MPa, and the fracture energy γ was 4.2 kj / m 2 , indicating that the composite material exhibited stable fracture behavior peculiar to the composite material, which did not reach a complete fracture until it was completely fractured. Further, the state of flaw detection of the coating layer on the fiber surface after preparation of the preform was 1.0%.

【0103】また、比較のために用いられた供試材N
o.5は、得られた複合材の密度は3.0g/cm
室温3点曲げ強度についてはσ1が220MPa、σ2
が280MPaであり破壊エネルギーγが1.5kj/
であり、最高強度を示した後、急激に応力の低下を
示し、その後、若干の複合特性を示す破壊挙動を示し
た。また、プリフォーム作製後に繊維表面のコーティン
グ層探傷状況を確認したところ、15.0%であった。
The test material N used for comparison was
o. 5, the density of the obtained composite material was 3.0 g / cm 3 ,
Regarding the three-point bending strength at room temperature, σ1 is 220 MPa, σ2
Is 280 MPa and the breaking energy γ is 1.5 kj /
m 2, and after the highest intensity, it showed reduced drastically stress, then showed a fracture behavior indicating some composite properties. In addition, the flaw detection status of the coating layer on the fiber surface after the preparation of the preform was 15.0%.

【0104】供試材No.6は、得られた複合材の密度
は3.0g/cm、室温3点曲げ強度についてはσ1
が220MPa、σ2が240MPaであり破壊エネル
ギーγが0.9kj/mであり、最高強度を示した
後、急激に応力の低下を示すモノリシック的な破壊挙動
を示した。また、プリフォーム作製後に繊維表面のコー
ティング層探傷状況を確認したところ、25/0%であ
った。
Test material No. 6, the density of the obtained composite material was 3.0 g / cm 3 , and the room temperature three-point bending strength was σ1.
Was 220 MPa, σ2 was 240 MPa, and the fracture energy γ was 0.9 kj / m 2. After exhibiting the highest strength, a monolithic fracture behavior showing a sharp decrease in stress was exhibited. Further, the state of flaw detection of the coating layer on the fiber surface after preparation of the preform was 25/0%.

【0105】従って、モノフィラメント表面にコーティ
ングする滑り層の膜厚を0.1〜2ミクロンと規定する
ことにより、破壊が完全な破断まで一気に至らない複合
材料特有の安定的な破壊挙動を示し、信頼性の高いセラ
ミック繊維複合材料部品を得ることができる。
Therefore, by defining the thickness of the sliding layer coated on the monofilament surface to be 0.1 to 2 μm, a stable fracture behavior peculiar to a composite material in which the failure does not occur at a stretch until complete failure is exhibited, It is possible to obtain a ceramic fiber composite material part having high properties.

【0106】次に、プリフォームにマトリックス成分を
含浸させる方法として、圧力を加える効果について、表
3を用いて説明する。
Next, as a method of impregnating the matrix component into the preform, the effect of applying pressure will be described with reference to Table 3.

【0107】[0107]

【表3】 [Table 3]

【0108】表3に示すように、供試材No.7では、
マトリックス成分を含浸時、含浸圧力を15MPaと
し、また比較のために用いた供試材No.8では、圧力
を加えず、常圧雰囲気でマトリックス成分を含浸させ
た。
As shown in Table 3, the test material No. In 7,
When the matrix component was impregnated, the impregnation pressure was set to 15 MPa. In No. 8, the matrix component was impregnated in a normal pressure atmosphere without applying pressure.

【0109】供試材No.7およびNo.8は、モノフ
ィラメント表面に0.5ミクロンのBN層および0.5
ミクロンのSiC層をコーティングした繊維を用いた。
この繊維を配向角度を22.5度と67.5度とを交互
に3層重ね合わせて八角柱体中子に巻き付けて、プリフ
ォームを得た。
Test material No. 7 and No. 7 8 has a 0.5 micron BN layer on the monofilament surface and 0.5
Fibers coated with a micron SiC layer were used.
These fibers were alternately stacked in three layers at an orientation angle of 22.5 degrees and 67.5 degrees and wound around an octagonal prism core to obtain a preform.

【0110】得られたプリフォームにマトリックス成分
を含浸させて、SiC基複合材料を合成して、SiC基
複合材料部品を得た。八角形の複合材料部品の一片から
切り出した試験片を用いて曲げ試験を実施した。
The obtained preform was impregnated with a matrix component to synthesize a SiC-based composite material, thereby obtaining a SiC-based composite material part. A bending test was performed using a test piece cut from one piece of the octagonal composite material part.

【0111】表3に示すように、供試材No.7では、
得られた複合材の密度が3.0g/cm、室温3点曲
げ強度についてはσ1が220Mfa、σ2が390M
Paであり破壊エネルギーγが4.0kj/mとな
り、破壊は完全な破断まで一気に至らない複合材料特有
の安定的な破壊挙動を示した。
As shown in Table 3, the test material No. In 7,
The density of the obtained composite material is 3.0 g / cm 3 , and the room temperature three-point bending strength is σ1 of 220 Mfa and σ2 of 390 M.
Pa, the fracture energy γ was 4.0 kj / m 2 , and the composite material exhibited a stable fracture behavior peculiar to the composite material, in which the fracture did not take place until complete fracture.

【0112】なお、比較のために用いた供試材No.8
では、得られた複合材の密度が2.9g/cm、室温
3点曲げ強度についてはσ1が150MPa、σ2が2
10MPaであり破壊エネルギーγが0.7kj/m
であり、ほとんどモノリシック材と同様の破壊挙動を示
した。また、試験片断面を切断して内部を観察したとこ
ろ、金属Siがリッチな領域が多く、マトリックス成分
の含浸が不十分なため、後の反応焼結によるSiが空隙
の部分に含浸、偏析していることが確認できた。
The test material No. 8
Then, the density of the obtained composite material was 2.9 g / cm 3 , and the three-point bending strength at room temperature was σ1 of 150 MPa and σ2 of 2
10 MPa and a breaking energy γ of 0.7 kj / m 2
And showed almost the same fracture behavior as the monolithic material. In addition, when the inside of the test piece was cut and observed inside, there were many regions rich in metal Si, and impregnation of the matrix component was insufficient. Was confirmed.

【0113】従って、反応焼結法によりSiCマトリッ
クスを合成する場合において、成形時のマトリックス成
分の含浸を加圧下でおこなうことにより、部品信頼性お
よび損傷許容性を一層高め、緻密なセラミック繊維複合
材料部品の製造が可能である。
Therefore, when synthesizing the SiC matrix by the reaction sintering method, the impregnation of the matrix component at the time of molding is performed under pressure to further enhance the reliability of parts and the tolerance of damage, thereby improving the density of the ceramic fiber composite material. Parts can be manufactured.

【0114】[0114]

【発明の効果】以上で説明したように、本発明によるセ
ラミック繊維複合材料部品およびその製造方法によれ
ば、高温度の領域においても、高強度、高靭性および耐
酸化性に優れ、かつ製造コストを軽減できるセラミック
繊維複合材料部品を得ることができる。
As described above, according to the ceramic fiber composite material part and the method of manufacturing the same according to the present invention, even in a high temperature range, the strength, the toughness and the oxidation resistance are excellent, and the manufacturing cost is reduced. Can be obtained.

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

【図1】本実施形態における、製造手順を概略的に示す
工程図。
FIG. 1 is a process chart schematically showing a manufacturing procedure in this embodiment.

【図2】本実施形態における、円形孔を有するプリフォ
ームを作製するとともに成形体を得るために使用される
中子を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a core used for producing a preform having a circular hole and obtaining a molded body in the embodiment.

【図3】本実施形態における、プリフォームの繊維配置
の一例を示す外観図(a)およびプリフォームの繊維配
向角度を説明するための概念図(b)。
3A and 3B are an external view showing an example of a fiber arrangement of a preform and a conceptual diagram for explaining a fiber orientation angle of a preform in the embodiment.

【図4】本実施形態における、プリフォームの繊維配置
の他の例を示す外観図(a)およびプリフォームの繊維
配向角度を説明するための概念図(b)。
FIG. 4 is an external view (a) showing another example of the fiber arrangement of the preform and a conceptual diagram (b) for explaining the fiber orientation angle of the preform in the present embodiment.

【図5】本実施形態における、プリフォームの繊維配置
の他の例を示す外観図(a)およびプリフォームの繊維
配向角度を説明するための概念図(b)。
5A and 5B are an external view showing another example of a fiber arrangement of a preform and a conceptual diagram for explaining a fiber orientation angle of a preform in the present embodiment.

【図6】本実施形態における、ガス圧によるマトリック
ス含浸方法を示す概略図。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a matrix impregnation method using gas pressure in the present embodiment.

【図7】本実施形態における、液圧によるマトリックス
含浸方法を示す概略図。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a matrix impregnation method using hydraulic pressure in the present embodiment.

【図8】本実施形態における、マトリックス含浸時に着
肉量を制限するための外型を示す概略図。
FIG. 8 is a schematic diagram showing an outer mold for limiting the amount of deposition when a matrix is impregnated in the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 中子 1a 含浸用中子 1b 巻き付き用中子 2 ピン 3 シャフト 4 円孔 5 67.5度配向繊維 6 22.5度配向繊維 7 75度配向繊維 8 45度配向繊維 9 15度配向繊維 10 45度配向繊維 11 空隙 12 密閉容器 13 マトリックススラリー 14 プリフォーム 15 外型 15a,15b 外型 15c 排気口 16 真空ポンプ 17 圧縮器 18 隔壁 19 オイル 20a,20b ケース体 21a,22b 緩衝材 22a,22b マトリックススラリー透過用の孔 Reference Signs List 1 core 1a impregnation core 1b winding core 2 pin 3 shaft 4 circular hole 5 67.5 degree oriented fiber 6 22.5 degree oriented fiber 7 75 degree oriented fiber 8 45 degree oriented fiber 9 15 degree oriented fiber 10 45-degree oriented fiber 11 Void 12 Closed container 13 Matrix slurry 14 Preform 15 Outer die 15a, 15b Outer die 15c Exhaust port 16 Vacuum pump 17 Compressor 18 Partition wall 19 Oil 20a, 20b Case body 21a, 22b Buffer material 22a, 22b Matrix Hole for slurry permeation

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セラミックマトリックスと繊維とを複合
化したセラミック繊維複合材料部品において、前記繊維
のプリフォーム成形段階でプリフォームに形成した孔を
複合後に存置させることにより構成壁が孔を有するもの
としたことを特徴とするセラミック繊維複合材料部品。
1. A ceramic fiber composite material component obtained by compounding a ceramic matrix and a fiber, wherein a component wall has a hole by leaving a hole formed in a preform in a preform molding step of the fiber after the compound. A ceramic fiber composite material part characterized in that:
【請求項2】 請求項1記載のセラミック繊維複合材料
部品において、複合繊維は連続繊維であり、複合後の成
形体は前記連続繊維を複数の配向角度で積層することに
より形成された筒状のものであり、前記構造壁の孔は、
前記連続繊維の積層部に形成したすき間であることを特
徴とするセラミック繊維複合材料部品。
2. The ceramic fiber composite material part according to claim 1, wherein the composite fiber is a continuous fiber, and the composite after forming is a cylindrical member formed by laminating the continuous fibers at a plurality of orientation angles. Wherein the holes in the structural wall are:
A ceramic fiber composite material component, wherein the component is a gap formed in the laminated portion of the continuous fiber.
【請求項3】 請求項1または2記載のセラミック繊維
複合材料部品において、連続繊維の配向角度をθ1、θ
2・・・θnとした場合に、軸方向応力成分(Cos
θ1+Cosθ2+・・・θn)と円周方向応力成分
(Sinθ1+Sinθ2+・・・θn)との比
を、 【数1】 としたことを特徴とするセラミック繊維複合材料部品。
3. The ceramic fiber composite material component according to claim 1, wherein the orientation angles of the continuous fibers are θ1, θ2.
2... Θn, the axial stress component (Cos 2
The ratio between θ1 + Cos 2 θ2 +... θn) and the circumferential stress component (Sin 2 θ1 + Sin 2 θ2 +. A ceramic fiber composite material part characterized in that:
【請求項4】 請求項1から3までのいずれかに記載の
セラミック繊維複合材料部品において、セラミックマト
リックスとして、反応焼結法により形成された炭化ケイ
素セラミックスを適用したことを特徴とするセラミック
繊維複合材料部品。
4. The ceramic fiber composite material according to claim 1, wherein a silicon carbide ceramic formed by a reactive sintering method is applied as the ceramic matrix. Material parts.
【請求項5】 請求項1から4までのいずれかに記載の
セラミック繊維複合材料部品において、連続繊維は炭化
ケイ素を主成分とする繊維本体とこの繊維本体を被覆す
る界面層とからなり、前記界面層は、窒化ホウ素、炭化
ケイ素およびカーボンから選択される少なくとも一以上
の材料からなる一層以上のコーティングで、厚さが0.
1〜2ミクロンとされていることを特徴とするセラミッ
ク繊維複合材料部品。
5. The ceramic fiber composite material component according to claim 1, wherein the continuous fiber comprises a fiber main body containing silicon carbide as a main component and an interface layer covering the fiber main body. The interfacial layer is one or more coatings of at least one material selected from boron nitride, silicon carbide and carbon, and has a thickness of about 0.1 mm.
A ceramic fiber composite material part having a size of 1 to 2 microns.
【請求項6】 セラミックマトリックスと繊維とを複合
化するセラミック繊維複合材料部品の製造方法におい
て、繊維を積層して孔を有するプリフォームを形成した
後、前記プリフォームにセラミックスのマトリックスス
ラリーを含浸させて成形体を得て、その後、前記マトリ
ックススラリーを乾燥させて焼結し、前記プリフォーム
と一体化することにより構造壁に孔を有する筒状部品を
製造することを特徴とするセラミック繊維複合材料部品
の製造方法。
6. A method of manufacturing a ceramic fiber composite material component for forming a composite of a ceramic matrix and fibers, wherein the fibers are laminated to form a preform having holes, and then the preform is impregnated with a ceramic matrix slurry. Ceramic matrix composite material characterized by producing a cylindrical body having a hole in a structural wall by drying and sintering the matrix slurry and integrating the matrix slurry with the preform. The method of manufacturing the part.
【請求項7】 請求項6記載のセラミック繊維複合材料
部品の製造方法において、複合繊維として連続繊維を用
い、前記連続繊維を複数の配向角度で積層して繊維間の
隙間を孔とするプリフォームを形成することを特徴とす
るセラミック繊維複合材料部品の製造方法。
7. The preform according to claim 6, wherein continuous fibers are used as the composite fibers, and the continuous fibers are laminated at a plurality of orientation angles to form gaps between the fibers as holes. Forming a ceramic fiber composite material part.
【請求項8】 請求項6または7に記載のセラミック繊
維複合材料部品の製造方法において、連続繊維の配向角
度をθ1、θ2・・・θnとした場合に、軸方向応力成
分(Cosθ1+Cosθ2+・・・θn)と、円
周方向応力成分(Sinθ1+Sinθ2+・・・
θn)との比を 【数2】 とすることを特徴とするセラミック繊維複合材料部品の
製造方法。
8. The method for manufacturing a ceramic fiber composite material part according to claim 6, wherein the axial stress component (Cos 2 θ1 + Cos 2) is provided when the orientation angles of the continuous fibers are θ1, θ2,. θ2 +... θn) and a circumferential stress component (Sin 2 θ1 + Sin 2 θ2 +.
θn) is given by A method for producing a ceramic fiber composite material part.
【請求項9】 請求項6から8までのいずれかに記載の
セラミック繊維複合材料部品の製造方法において、複合
繊維として複数のモノフィラメントを束ねて繊維束とし
た連続繊維を用い、前記連続繊維により孔を有する円筒
形状プリフォームを形成し、前記成形体を乾燥脱脂後、
反応焼結法により焼成して、構造壁に孔を有する筒状部
品を得ることを特徴とするセラミック繊維複合材料部品
の製造方法。
9. The method for manufacturing a ceramic fiber composite material part according to claim 6, wherein a continuous fiber is formed by bundling a plurality of monofilaments into a fiber bundle as the composite fiber, and the continuous fiber forms a hole. To form a cylindrical preform having, after drying and degreasing the molded body,
A method for producing a ceramic fiber composite material part, characterized by obtaining a cylindrical part having a hole in a structural wall by firing by a reaction sintering method.
【請求項10】 請求項6から9までのいずれかに記載
のセラミック繊維複合材料部品の製造方法において、プ
リフォームを多孔質材料によって構成された中子内に挿
入し、この状態でスラリー容器内のマトリックススラリ
ーに浸漬し、前記中子の前記スラリー容器上端部位に配
置された排気口から減圧することにより、前記マトリッ
クススラリーを前記プリフォームに着肉させることを特
徴とするセラミック繊維複合材料部品の製造方法。
10. The method for producing a ceramic fiber composite material part according to claim 6, wherein the preform is inserted into a core made of a porous material, and in this state, the preform is inserted into a slurry container. A ceramic fiber composite material part characterized by being immersed in a matrix slurry of the core and reducing the pressure from an exhaust port arranged at the upper end portion of the slurry container of the core, so that the matrix slurry is deposited on the preform. Production method.
【請求項11】 請求項10記載のセラミック繊維複合
材料部品の製造方法において、マトリックススラリーを
スラリー容器の外側から液圧またはガス圧で0.1〜3
0MPaの範囲で加圧することを特徴とするセラミック
繊維複合材料部品の製造方法。
11. The method for producing a ceramic fiber composite material part according to claim 10, wherein the matrix slurry is supplied from outside the slurry container in a liquid pressure or a gas pressure of 0.1 to 3 times.
A method for producing a ceramic fiber composite material part, comprising applying pressure in a range of 0 MPa.
【請求項12】 請求項6または11記載のセラミック
繊維複合材料部品の製造方法において、プリフォームへ
のマトリックススラリー含浸に際し、中子をはめ込んだ
プリフォームの外表面を、前記プリフォームと相似形状
で、その壁部にマトリックススラリー透過用の貫通孔を
有するケース体によって覆うことを特徴とするセラミッ
ク繊維複合材料部品の製造方法。
12. The method for producing a ceramic fiber composite material part according to claim 6, wherein, when the preform is impregnated with the matrix slurry, the outer surface of the preform in which the core has been fitted has a shape similar to that of the preform. A method of manufacturing a ceramic fiber composite material part, wherein the wall part is covered by a case body having a through hole for matrix slurry permeation.
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