JPH11322476A - Composite material having thermally sprayed layer and its production - Google Patents
Composite material having thermally sprayed layer and its productionInfo
- Publication number
- JPH11322476A JPH11322476A JP11036463A JP3646399A JPH11322476A JP H11322476 A JPH11322476 A JP H11322476A JP 11036463 A JP11036463 A JP 11036463A JP 3646399 A JP3646399 A JP 3646399A JP H11322476 A JPH11322476 A JP H11322476A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- composite material
- yarn
- matrix
- fiber composite
- sprayed layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/52—Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00482—Coating or impregnation materials
- C04B2111/00577—Coating or impregnation materials applied by spraying
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】 本発明は、主にフェライ
ト、コンデンサー等の焼成用セッター、セラミックス粉
末や成形体の焼成用るつぼ及び熱硫酸用るつぼ、あるい
は耐摩耗性を強く要求されるロール部材等に用いられる
溶射層を有する複合材およびその製造方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention mainly relates to a setter for sintering ferrite, a capacitor, etc., a sintering crucible for ceramic powders and compacts and a crucible for hot sulfuric acid, or a roll member strongly required to have high wear resistance. The present invention relates to a composite material having a sprayed layer to be used and a method for producing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】 半導体、窯業、電子部品、車両、航空
機等の構成部材あるいは熱処理部材として、SiC,S
i3N4,Si−SiC,Al2O3−SiO2,CaO,
ZrO2等のセラミックスが広範に多用されている。こ
れは、金属材料をはるかに凌駕する高温強度、耐食性、
耐摩耗性等であり、比重の小ささ、原料資源の豊富さな
どが付帯した有利性のためである。2. Description of the Related Art SiC, S is used as a constituent member or a heat treatment member for semiconductors, ceramics, electronic components, vehicles, aircrafts, etc.
i 3 N 4 , Si—SiC, Al 2 O 3 —SiO 2 , CaO,
Ceramics such as ZrO 2 are widely and widely used. This is high temperature strength, corrosion resistance, far superior to metal materials,
This is because of its advantages such as abrasion resistance and low specific gravity and abundance of raw material resources.
【0003】 しかしながら、セラミックスは、一般に
靱性が低く、脆いことが知られており、その破壊エネル
ギーがせいぜい50J/m2程度であるため、一度クラ
ックが入ると、割れに到りやすい。これを解消するため
に、耐スポーリング性を有するセラミックスを選定して
も、マイクロクラックの生成により、十分に寿命延長を
図ることが困難であった。以上のことから、セラミック
スは、機械的および熱的衝撃耐性、破壊に対する信頼性
が低いという問題があった。また、セラミックスの耐
(粉末−製品−薬品−薬液−雰囲気)反応性を維持する
ために、溶射法によるセラミックスコーティングが行わ
れるが、基材であるセラミックスのC.T.E.(熱膨
張係数)が大きいため、基材に形成された被膜が剥離し
やすいという問題があった。However, ceramics are generally known to have low toughness and brittleness, and have a fracture energy of at most about 50 J / m 2. Therefore, once cracks are formed, cracks easily occur. Even if ceramics having spalling resistance are selected to solve this problem, it has been difficult to sufficiently extend the life due to generation of microcracks. From the above, there is a problem that ceramics have low mechanical and thermal shock resistance and low reliability against destruction. In order to maintain the resistance of the ceramic (powder-product-chemical-chemical-atmosphere), ceramic coating is performed by a thermal spraying method. T. E. FIG. (Coefficient of thermal expansion), there was a problem that the coating formed on the substrate was easily peeled off.
【0004】 このセラミックスの欠点を克服する手段
として、連続したセラミックス系繊維を複合化させたセ
ラミックス基複合材料(CMC)が用いられている。こ
の材料は、高温でも高強度・高靱性で、優れた耐衝撃
性、耐環境性を有するとともに、セラミックスよりも軽
量化することができ、加工性にも優れているため、超耐
熱構造材料の主流として欧米を中心に研究開発が盛んに
行われている。As a means of overcoming the drawbacks of ceramics, a ceramic-based composite material (CMC) in which continuous ceramic fibers are composited has been used. This material has high strength and high toughness even at high temperatures, has excellent impact resistance and environmental resistance, can be lighter than ceramics, and has excellent workability. R & D is actively conducted mainly in Europe and the United States.
【0005】 上記セラミックス基複合材料(CMC)
の具体例としては、二次元または三次元方向に配列した
炭素繊維の間隔に炭素から成るマトリックスを形成して
成るC/Cコンポジット、SiC繊維とSiC粒子を含
む成形体にSiを含浸させて形成されるSiC繊維強化
Si−SiC複合材等が知られている。さらに、英国特
許第1457757号明細書には、C/Cコンポジット
を溶融Si中に浸漬させる処理方法が開示されている。
この方法によれば、C/CコンポジットにSiが含浸さ
れた複合材料が作製されることが推定される。The above ceramic matrix composite material (CMC)
As a specific example, a C / C composite in which a matrix made of carbon is formed at intervals between carbon fibers arranged in two-dimensional or three-dimensional directions, and a formed body containing SiC fibers and SiC particles impregnated with Si. There are known SiC fiber reinforced Si-SiC composite materials and the like. Further, British Patent No. 1457775 discloses a treatment method in which a C / C composite is immersed in molten Si.
According to this method, it is presumed that a composite material in which C / C composite is impregnated with Si is produced.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、現在
用いられているC/Cコンポジットは、靱性に富むため
耐衝撃性に優れ、かつ軽量、高強度であるため、広範な
分野において使用されているが、炭素から構成されてい
るため、酸素存在下では高温での使用ができず、超耐熱
構造材料としての使用には制限があった。一方、SiC
繊維強化Si−SiC複合体は、耐酸化性、耐クリープ
性、耐スポーリング性等には優れているが、繊維表面に
傷がつきやすく、又、SiC繊維はSi−SiC等との
潤滑性に劣るため、母体と繊維間の引き抜き効果が小さ
いことから、C/Cコンポジットに比べて靱性に劣り、
そのため耐衝撃性が低く、複雑な形状や薄肉部分を有す
る構造材料には向かないという問題があった。However, currently used C / C composites are used in a wide range of fields because of their high toughness, excellent impact resistance, and light weight and high strength. Since it is composed of carbon, it cannot be used at high temperatures in the presence of oxygen, and its use as a super heat-resistant structural material is limited. On the other hand, SiC
The fiber-reinforced Si-SiC composite is excellent in oxidation resistance, creep resistance, spalling resistance, etc., but the fiber surface is easily damaged, and the SiC fiber has lubricity with Si-SiC, etc. Poor in toughness compared to C / C composite, because the effect of drawing out between matrix and fiber is small.
For this reason, there is a problem that the impact resistance is low and it is not suitable for a structural material having a complicated shape or a thin portion.
【0007】 さらに、英国特許第1457757号明
細書に開示されるC/CコンポジットにSiが含浸され
た複合材料においては、従来から知られている通常のC
/Cコンポジットを用いており、全体に微細な気孔が多
数存在するような構造のものである。すなわち、英国特
許第1457757号明細書の実施例1に記載されるよ
うに、炭素繊維はフェノール樹脂でコートされた後、所
望の繊維方向及び形状となるように型内に配置して、圧
縮、硬化され、次いで、得られた成形体は離型され、窒
素雰囲気下800〜900℃に加熱され、フェノール樹
脂は炭化される。このようにして、一定方向に繊維が配
向しそれが積層された構造のC/Cコンポジットを得て
いるものである。Further, in a composite material in which Si is impregnated into a C / C composite disclosed in British Patent No. 1457775, a conventional C
/ C composite is used and has a structure in which many fine pores are present throughout. That is, as described in Example 1 of British Patent No. 1457775, carbon fibers are coated with a phenolic resin, and then placed in a mold so as to have a desired fiber direction and shape. After curing, the obtained molded body is released from the mold and heated to 800 to 900 ° C. under a nitrogen atmosphere to carbonize the phenol resin. In this way, a C / C composite having a structure in which fibers are oriented in a certain direction and are laminated is obtained.
【0008】 このようなC/Cコンポジットは、フェ
ノール樹脂が炭化され炭素マトリックスの一部となる
が、残炭率は50%程度であることから、全体に微細な
気孔が多数存在する構造となっており、このC/Cコン
ポジットを溶融Si中に浸漬してSiを含浸させると、
その表面近傍にはSiが浸透するものの、C/Cコンポ
ジット全体、特にその中心部まで万遍なくSiを浸透さ
せることができない。したがって、C/Cコンポジット
の材料特性としての欠点が未だ解消できていないもので
あった。また、この構成のC/Cコンポジットに溶融S
iを含浸させると、溶融した高温のSiと直接に接触す
ることにより、表面近傍の炭素繊維の構造が破壊され、
その結果、耐衝撃性、強度、高潤滑性、耐摩耗性が失わ
れるという課題があった。In such a C / C composite, the phenol resin is carbonized to become a part of the carbon matrix. However, since the residual carbon ratio is about 50%, the C / C composite has a structure in which many fine pores are present throughout. When this C / C composite is immersed in molten Si and impregnated with Si,
Although Si penetrates in the vicinity of the surface, Si cannot penetrate all over the C / C composite, particularly the center thereof. Therefore, the disadvantages of the C / C composite as the material properties have not been solved yet. In addition, the molten S / C composite
When impregnated with i, the structure of the carbon fiber near the surface is broken by direct contact with the molten high-temperature Si,
As a result, there is a problem that impact resistance, strength, high lubricity, and wear resistance are lost.
【0009】 本発明は上記した従来の課題に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、耐(粉末
−製品−薬品−薬液−雰囲気)反応性に優れるととも
に、耐衝撃性、耐クリープ性、耐スポーリング性、耐摩
耗性、低摩擦係数をも併せ持ち、かつ、軽量、高強度お
よび高信頼性を有する溶射層を有する複合材およびその
製造方法を提供することにある。The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to have excellent reactivity (powder-product-chemical-chemical-atmosphere), impact resistance, and impact resistance. An object of the present invention is to provide a composite material having a lightweight, high-strength, and high-reliability thermal spray layer, which has both creep properties, spalling resistance, wear resistance, and a low coefficient of friction, and a method for producing the same.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】 すなわち、本発明によ
れば、少なくとも炭素繊維の束と炭素繊維以外の炭素成
分とを含有するヤーンが三次元的に組み合わされ、互い
に分離しないように一体化されているヤーン集合体と、
このヤーン集合体中で隣り合う前記ヤーンの間に充填さ
れているSi−SiC系材料からなるマトリックスとを
備えた繊維複合材料の表面に溶射層を形成することを特
徴とする溶射層を有する複合材が提供される。That is, according to the present invention, yarns containing at least a bundle of carbon fibers and a carbon component other than carbon fibers are three-dimensionally combined and integrated so as not to be separated from each other. Yarn assembly,
A composite having a thermal spray layer, wherein a thermal spray layer is formed on a surface of a fiber composite material having a matrix made of a Si-SiC-based material filled between adjacent yarns in the yarn aggregate. Materials are provided.
【0011】 本発明においては、マトリックスが、ヤ
ーンの表面に沿って生成している炭化珪素相を有してい
ることが好ましく、また、マトリックスが珪素からなる
珪素相を有しており、この珪素相とヤーンとの間に炭化
珪素相が生成していることがさらに好ましい。また、マ
トリックスが、ヤーンの表面から離れるに従って珪素の
含有比率が大きくなる傾斜組成を有していてもよい。さ
らに、ヤーン集合体が複数のヤーン配列体を備えてお
り、各ヤーン配列体がそれぞれ複数のヤーンを略平行に
二次元的に配列することによって形成されており、各ヤ
ーン配列体が積層されることによってヤーン集合体が構
成されていることが好ましい。この場合、隣接する前記
ヤーン配列体における各ヤーンの長手方向が互いに交差
していることが好ましい。In the present invention, the matrix preferably has a silicon carbide phase generated along the surface of the yarn, and the matrix has a silicon phase composed of silicon. More preferably, a silicon carbide phase is formed between the phase and the yarn. Further, the matrix may have a gradient composition in which the content ratio of silicon increases as the distance from the surface of the yarn increases. Furthermore, the yarn aggregate includes a plurality of yarn arrays, and each yarn array is formed by two-dimensionally arranging the plurality of yarns substantially in parallel, and each yarn array is stacked. It is preferable that a yarn aggregate is formed by this. In this case, it is preferable that the longitudinal directions of the yarns in the adjacent yarn arrays cross each other.
【0012】 本発明においては、マトリックスは、繊
維複合材料の中で互いに連続することで三次元網目構造
を形成している。より具体的にいえば、マトリックスが
各ヤーン配列体において略平行に二次元的に配列されて
おり、隣り合う各ヤーン配列体中に生成しているマトリ
ックスが互いに連続しており、これによってマトリック
スが三次元格子を形成していることが好ましい。また、
溶射層の厚さは10〜2000μmであることが好まし
く、溶射層の主成分としては、Al2O3、ZrO2、M
g0、CaO、及びTiO2のいずれかであることが好
ましい。In the present invention, the matrix forms a three-dimensional network structure by being continuous with each other in the fiber composite material. More specifically, the matrices are two-dimensionally arranged substantially parallel in each yarn array, and the matrices generated in each adjacent yarn array are continuous with each other, whereby the matrix is formed. It is preferable to form a three-dimensional lattice. Also,
The thickness of the sprayed layer is preferably from 10 to 2000 μm, and the main components of the sprayed layer are Al 2 O 3 , ZrO 2 , M
g0, CaO, and is preferably any one of TiO 2.
【0013】 また、本発明によれば、炭素繊維の束
に、最終的にマトリックスとなる粉末状の炭素成分及び
有機バインダー成分を包含させることにより炭素繊維束
を作製した後、前記炭素繊維束の周囲にプラスチック製
被膜を形成して中間材料とし、次いでこの中間材料をヤ
ーン状にして、その後、場合によってはシート状にし、
所定量を積層した後成形して成形体を得るか、あるいは
この成形体を焼結して焼結体を得た後、この成形体又は
焼結体とSiを、不活性ガス雰囲気下にて1100〜1
400℃の温度に保持し、次いで、前記成形体又は焼結
体とSiを、1450〜2500℃の温度に昇温するこ
とにより、前記成形体又は焼結体の開気孔内部へSi−
SiC系材料を含浸させて繊維複合材料を作製し、次い
で、前記繊維複合材料の表面に溶射材を溶射して溶射層
を形成することを特徴とする溶射層を有する複合材の製
造方法が提供される。Further, according to the present invention, a carbon fiber bundle is produced by including a powdery carbon component and an organic binder component that finally become a matrix in the carbon fiber bundle, and then the carbon fiber bundle is Forming an intermediate material by forming a plastic coating around it, then forming the intermediate material into a yarn, and optionally into a sheet,
After laminating a predetermined amount and molding to obtain a molded body, or after sintering this molded body to obtain a sintered body, this molded body or sintered body and Si, in an inert gas atmosphere, 1100-1
By maintaining the temperature at 400 ° C. and then raising the temperature of the compact or sintered body and Si to a temperature of 1450 to 2500 ° C., Si- is introduced into the open pores of the compact or sintered body.
A method for producing a composite material having a thermal spray layer, characterized in that a fiber composite material is produced by impregnating with a SiC-based material, and then a thermal spray material is sprayed on the surface of the fiber composite material to form a thermal spray layer. Is done.
【0014】 上記の製造方法において、成形体又は焼
結体とSiを、1100〜1400℃の温度、0.1〜
10hPaの圧力に1時間以上保持し、かつその際、成
形体又は焼結体とSiの合計重量1kg当たり不活性ガ
スを0.1ノルマルリットル(NL)以上流すように制
御することが好ましく、また、成形体又は焼結体とSi
を、0.1〜10hPaの圧力下、1450〜2500
℃の温度に昇温することが好ましい。また、前記繊維複
合材料を、大気雰囲気下、200〜800℃で仮焼した
後、前記繊維複合材料の表面に溶射材を溶射して溶射層
を形成することが好ましく、溶射材としては、Al
2O3、ZrO2、MgO、CaO、及びTiO2のいずれ
かを含有するものであることが好ましい。さらに、溶射
に際しては、Ni等のメッキを行った後、溶射を行って
もよい。[0014] In the above-described manufacturing method, the molded body or the sintered body and Si are heated at a temperature of 1100 to 1400 ° C.
It is preferable that the pressure is maintained at 10 hPa for 1 hour or more, and at that time, the inert gas is controlled to flow at 0.1 normal liter (NL) or more per 1 kg of the total weight of the compact or sintered body and Si. , Compact or sintered body and Si
Is 1450-2500 under a pressure of 0.1-10 hPa.
Preferably, the temperature is raised to a temperature of ° C. Further, after calcining the fiber composite material at 200 to 800 ° C. in an air atmosphere, it is preferable to spray a thermal spray material on the surface of the fiber composite material to form a thermal spray layer.
Preferably, it contains any of 2 O 3 , ZrO 2 , MgO, CaO, and TiO 2 . Further, at the time of thermal spraying, thermal spraying may be performed after plating of Ni or the like.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】 本発明の複合材は、少なくとも
炭素繊維の束と炭素繊維以外の炭素成分とを含有するヤ
ーンが三次元的に組み合わされ、互いに分離しないよう
に一体化されているヤーン集合体と、このヤーン集合体
中で隣り合う前記ヤーンの間に充填されているSi−S
iC系材料からなるマトリックスとを備えた繊維複合材
料の表面に溶射層を形成したものである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The composite material of the present invention is a yarn in which yarns containing at least a bundle of carbon fibers and a carbon component other than carbon fibers are three-dimensionally combined and integrated so as not to be separated from each other. Aggregate and Si-S filled between adjacent yarns in this yarn aggregate
A sprayed layer is formed on the surface of a fiber composite material having an iC-based matrix.
【0016】 本発明の複合材は、母材としてC/Cコ
ンポジットを用いることにより、繊維複合材料に靱性を
付与することができるため、耐衝撃性に優れ、軽量かつ
高強度、高潤滑性、耐摩耗性の材料とすることができ
る。従って、SiC繊維強化Si−SiC複合体の有す
る低耐衝撃性という欠点を克服することができ、複雑な
形状や薄肉部分を有する構造材料にも用いることができ
る。また、C/Cコンポジット内に連続した開気孔を有
するようにC/Cコンポジットを作製しているため、こ
の気孔に対して含浸形成されるSi−SiC系材料は、
連続構造をとり三次元網目構造をとる。従って、どの部
分を切り出しても、母材となったC/Cコンポジットに
比して高い耐摩耗性を有し、かつ本来のC/Cコンポジ
ットが持っていた潤滑性も維持される。又、C/Cコン
ポジットから成る母材表面にSi−SiC材料からなる
層を配することにより、繊維複合材料に耐酸化性、耐ク
リープ性、耐スポーリング性が付与される。The composite material of the present invention can impart toughness to a fiber composite material by using a C / C composite as a base material, so that the composite material has excellent impact resistance, light weight, high strength, high lubricity, It can be a wear-resistant material. Therefore, the disadvantage of low impact resistance of the SiC fiber reinforced Si—SiC composite can be overcome, and the composite can be used for a structural material having a complicated shape or a thin portion. Further, since the C / C composite is manufactured so as to have continuous open pores in the C / C composite, the Si—SiC-based material impregnated and formed into the pores is
Take a continuous structure and a three-dimensional network structure. Therefore, no matter which part is cut out, it has higher wear resistance than the C / C composite used as the base material, and also maintains the lubricity of the original C / C composite. Further, by arranging a layer made of a Si-SiC material on the surface of the base material made of the C / C composite, the fiber composite material is given oxidation resistance, creep resistance and spalling resistance.
【0017】 本発明の複合材は、上記繊維複合材料の
表面に溶射層を形成することにより、上記繊維複合材料
の優れた特性を継承しつつ、更に溶射層による耐(粉末
−製品−薬品−薬液−雰囲気)反応性が付与され、母材
として用いられるC/Cコンポジットの有する低耐酸化
性を克服することができる。また、上記繊維複合材料の
問題点であった硬度の低さも改善することができるた
め、耐摩耗性もより向上させることができる。更に、上
記繊維複合材料の表面に溶射層を強固に固着させること
ができるため、例えば、表面を荒すあるいは同時にSi
O2膜形成のために酸化雰囲気下、200〜800℃で
加熱しても安定した状態に加工することもできる。以上
のことから、酸素存在下においても高温での使用が可能
であり、相手材との反応を防止することができるため、
超耐熱構造材料として好適に使用できる。The composite material of the present invention, by forming a thermal spray layer on the surface of the fiber composite material, inherits the excellent properties of the fiber composite material, and further has a resistance (powder-product-drug-) by the thermal spray layer. (Chemical liquid-atmosphere) reactivity is imparted, and the low oxidation resistance of the C / C composite used as a base material can be overcome. Further, since the low hardness, which is a problem of the fiber composite material, can be improved, the abrasion resistance can be further improved. Further, since the sprayed layer can be firmly fixed to the surface of the fiber composite material, for example, the surface can be roughened or
Even if the film is heated at 200 to 800 ° C. in an oxidizing atmosphere for forming an O 2 film, it can be processed into a stable state. From the above, it is possible to use at high temperature even in the presence of oxygen, and to prevent the reaction with the partner material,
It can be suitably used as a super heat resistant structural material.
【0018】 以下、本発明の複合材に用いる基本材料
である繊維複合材料について説明する。これは、いわゆ
るC/Cコンポジットを基本とし、その基本的な構成に
改善を加えた新しい概念の材料である。Hereinafter, a fiber composite material which is a basic material used for the composite material of the present invention will be described. This is a material of a new concept based on a so-called C / C composite, with an improved basic configuration.
【0019】 直径が10μm前後の炭素繊維を、通
常、数百本〜数万本束ねて繊維束(ヤーン)を形成し、
この繊維束を二次元方向に配列して一方向シート(UD
シート)や各種クロスとしたり、また上記シートやクロ
スを三次元方向に積層したりすることにより、所定形状
の予備成形体(繊維プリフォーム)を形成し、この予備
成形体の内部に、CVI法(Chemical Vapor Infiltrat
ion :化学的気相含浸法)や無機ポリマー含浸焼結法等
により、炭素から成るマトリックスを形成して成るC/
Cコンポジットが知られている。Usually, hundreds to tens of thousands of carbon fibers having a diameter of about 10 μm are bundled to form a fiber bundle (yarn),
These fiber bundles are arranged in a two-dimensional direction to form a unidirectional sheet (UD
Sheets) and various cloths, or by laminating the sheets and cloths in a three-dimensional direction to form a preform (fiber preform) having a predetermined shape, and the inside of the preform is formed by a CVI method. (Chemical Vapor Infiltrat
ion: chemical vapor impregnation method) or inorganic polymer impregnation sintering method, etc.
C composites are known.
【0020】 この繊維複合材料は、母材としてC/C
コンポジットを用いており、下記するような特定の製造
方法により製造しているため、その炭素繊維の構造が、
破壊されることなく保持されているという大きな特徴を
有している。前記した英国特許第1457757号明細
書に記載されるように、C/Cコンポジットにシリコン
を含浸した繊維複合材料は知られているが、この材料で
は炭素繊維の構造が破壊されているので、C/Cコンポ
ジットの耐衝撃性、強度、高潤滑性、耐磨耗性が失われ
ていた。これに対し、本発明で用いる繊維複合材料にお
いては、少なくとも炭素繊維束の周囲に、熱可塑性樹脂
等のプラスチックから成る柔軟な被膜を形成し、柔軟性
中間材料を得、これをヤーン状にして、その後、場合に
よってはシート状にして積層し、加熱成形するという特
定の処理を施しているため、高温度の溶融Siと炭素繊
維以外の炭素粒子や、有機バインダー、プラスチック被
膜が熱分解して生成される活性度が高い炭素がまず接触
反応し、炭素繊維束には直接に接触しないと推定され、
炭素繊維の構造が破壊されない。しかも、本発明で用い
る繊維複合材料は、ヤーン集合体中で隣り合うヤーンの
間に、Si−SiC系材料からなるマトリックスを充填
した微構造を有している。This fiber composite material has a C / C
Since the composite is used and is manufactured by the specific manufacturing method described below, the structure of the carbon fiber is
It has a great feature that it is held without being destroyed. As described in the above-mentioned British Patent No. 1,457,575, a fiber composite material in which a C / C composite is impregnated with silicon is known. However, in this material, the structure of carbon fibers is destroyed. The impact resistance, strength, high lubricity, and abrasion resistance of the / C composite were lost. On the other hand, in the fiber composite material used in the present invention, a flexible coating made of a plastic such as a thermoplastic resin is formed at least around the carbon fiber bundle to obtain a flexible intermediate material, which is formed into a yarn. Then, in some cases, since it is subjected to a specific treatment of laminating and heating and molding in a sheet shape, carbon particles other than high-temperature molten Si and carbon fibers, organic binders, plastic coatings are thermally decomposed. It is presumed that the highly active carbon produced first reacts in contact and does not directly contact the carbon fiber bundle,
The carbon fiber structure is not destroyed. Moreover, the fiber composite material used in the present invention has a microstructure in which a matrix made of a Si-SiC-based material is filled between adjacent yarns in the yarn aggregate.
【0021】 本発明において、Si−SiC系材料と
は、主成分としてシリコンと炭化珪素とを含有する材料
の総称である。本発明では、C/Cコンポジットまたは
その成形体に対して、シリコンを含浸させるが、この際
シリコンはコンポジット内の主に炭素繊維以外の炭素成
分ないし残炭分と反応し、一部炭化されるために、ヤー
ン集合体の間には、一部炭化されたシリコンが生成す
る。このマトリックスにおいては、ほぼ純粋に珪素が残
留している珪素相から、ほぼ純粋な炭化珪素相に至るま
で、いくつかの中間相を含み得る。つまり、このマトリ
ックスは、典型的には珪素相と炭化珪素相とからなる
が、珪素相と炭化珪素相との間に、珪素をベースとして
炭素の含有量が傾斜的に変化しているSi−SiC共存
相を含み得る。Si−SiC系材料とは、このようなS
i−SiC系列において、炭素の濃度が0mol%から
50mol%まで変化している材料の総称である。In the present invention, the term “Si—SiC-based material” is a general term for a material containing silicon and silicon carbide as main components. In the present invention, the C / C composite or its molded product is impregnated with silicon. At this time, the silicon reacts mainly with carbon components other than carbon fibers or residual carbon in the composite, and is partially carbonized. Therefore, partially carbonized silicon is generated between the yarn aggregates. This matrix may contain several intermediate phases, from a silicon phase with almost pure silicon remaining to a substantially pure silicon carbide phase. In other words, this matrix is typically composed of a silicon phase and a silicon carbide phase, but between the silicon phase and the silicon carbide phase, the Si-based material in which the carbon content is graded varying based on silicon. It may include a SiC coexisting phase. The Si-SiC-based material refers to such S
In the i-SiC series, it is a general term for materials in which the concentration of carbon changes from 0 mol% to 50 mol%.
【0022】 この繊維複合材料は、好ましくは、マト
リックスが、ヤーンの表面に沿って生成している炭化珪
素相を備えている。この場合には、各ヤーンそれ自体の
強度がより一層向上し、破壊しにくくなる。[0022] The fiber composite preferably comprises a matrix in which the matrix is formed along the surface of the yarn. In this case, the strength of each yarn itself is further improved, and it is difficult to break.
【0023】 また、この繊維複合材料は、好ましく
は、マトリックスが珪素からなる珪素相を備えており、
この珪素相とヤーンとの間に炭化珪素相が生成してい
る。この場合には、ヤーンの表面が炭化珪素相によって
強化されると共に、マトリックスの中央部分が比較的に
硬度の低い珪素相からなることから、微視的な応力分散
が一層促進される。Further, the fiber composite material preferably includes a silicon phase in which the matrix is made of silicon,
A silicon carbide phase is generated between the silicon phase and the yarn. In this case, the surface of the yarn is strengthened by the silicon carbide phase, and the central portion of the matrix is made of a silicon phase having a relatively low hardness, so that microscopic stress dispersion is further promoted.
【0024】 また、この繊維複合材料は、好ましく
は、マトリックスが、ヤーンの表面から離れるのに従っ
て珪素の含有比率が上昇する傾斜組成を有している。ま
た、この繊維複合材料は、好ましくは、ヤーン集合体が
複数のヤーン配列体を備えており、各ヤーン配列体がそ
れぞれ複数のヤーンを略平行に二次元的に配列すること
によって形成されており、各ヤーン配列体が積層される
ことによってヤーン集合体が構成されている。これによ
って、繊維複合材料が、複数層のヤーン配列体を一方向
へと向かって積層した積層構造を有することになる。Further, the fiber composite material preferably has a gradient composition in which the content ratio of silicon increases as the matrix moves away from the surface of the yarn. Further, in this fiber composite material, preferably, the yarn aggregate includes a plurality of yarn arrays, and each yarn array is formed by two-dimensionally arranging the plurality of yarns substantially in parallel. Each yarn array is laminated to form a yarn aggregate. As a result, the fiber composite material has a laminated structure in which a plurality of yarn arrays are laminated in one direction.
【0025】 この場合において特に好ましくは、隣接
するヤーン配列体における各ヤーンの長手方向が互いに
交差していることである。これによって、一層応力の分
散が促進される。隣り合うヤーン配列体におけるヤーン
の長手方向は、特に好ましくは、直交している。In this case, it is particularly preferable that the longitudinal directions of the yarns in adjacent yarn arrays cross each other. Thereby, the dispersion of the stress is further promoted. The longitudinal directions of the yarns in adjacent yarn arrangements are particularly preferably orthogonal.
【0026】 また、好ましくは、マトリックスが、繊
維複合材料の中で互いに連続することで三次元網目構造
を形成している。この場合において特に好ましくは、マ
トリックスが各ヤーン配列体において略平行に二次元的
に配列されており、隣り合う各ヤーン配列体中に生成し
ているマトリックスが互いに連続しており、これによっ
てマトリックスが三次元格子を形成している。Preferably, the matrix is continuous with each other in the fiber composite material to form a three-dimensional network structure. In this case, it is particularly preferable that the matrices are two-dimensionally arranged substantially in parallel in each yarn array, and the matrices generated in each adjacent yarn array are continuous with each other, whereby the matrix is formed. It forms a three-dimensional lattice.
【0027】 また、隣り合うヤーンの間隙には、10
0%マトリックスが充填されていても良いが、ヤーンの
間隙のうち一部をマトリックスが充填している場合も含
む。The gap between adjacent yarns is 10
Although 0% matrix may be filled, the case where the matrix is partially filled in the yarn gap is also included.
【0028】 ヤーン中の炭素繊維以外の炭素成分は、
好ましくは炭素粉末であり、特に好ましくは黒鉛化した
炭素粉末である。The carbon component other than the carbon fiber in the yarn is
Preferred is carbon powder, and particularly preferred is graphitized carbon powder.
【0029】 図1は、ヤーン集合体の概念を説明する
ための概略斜視図であり、図2(a)は図1のIIa−II
a線断面図であり、図2(b)は図1のIIb−IIb線断
面図である。図3は、図2(a)の一部拡大図である。FIG. 1 is a schematic perspective view for explaining the concept of a yarn aggregate, and FIG. 2A is IIa-II in FIG.
FIG. 2B is a sectional view taken along the line a, and FIG. 2B is a sectional view taken along the line IIb-IIb in FIG. FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG.
【0030】 繊維複合材料7の骨格は、ヤーン集合体
6によって構成されている。ヤーン集合体6は、ヤーン
配列体1A、1B、1C、1D、1E、1Fを上下方向
に積層してなる。各ヤーン配列体においては、各ヤーン
3が二次元的に配列されており、各ヤーンの長手方向が
略平行である。上下方向に隣り合う各ヤーン配列体にお
ける各ヤーンの長手方向は、直交している。即ち、各ヤ
ーン配列体1A、1C、1Eの各ヤーン2Aの長手方向
は、互いに平行であり、かつ各ヤーン配列体1B、1
D、1Fの各ヤーン2Bの長手方向に対して直交してい
る。The skeleton of the fiber composite material 7 is constituted by the yarn aggregate 6. The yarn aggregate 6 is formed by vertically stacking the yarn arrays 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, and 1F. In each yarn array, the yarns 3 are two-dimensionally arranged, and the longitudinal directions of the yarns are substantially parallel. The longitudinal direction of each yarn in each vertically arranged yarn array is orthogonal. That is, the longitudinal direction of each yarn 2A of each yarn array 1A, 1C, 1E is parallel to each other, and each yarn array 1B, 1E.
D and 1F are orthogonal to the longitudinal direction of each yarn 2B.
【0031】 各ヤーンは、炭素繊維と、炭素繊維以外
の炭素成分とからなる繊維束3からなる。ヤーン配列体
が積層されることによって、三次元格子形状のヤーン集
合体6が構成される。各ヤーンは、後述するような加圧
成形工程の間に押しつぶされ、略楕円形になっている。Each yarn is composed of a fiber bundle 3 made of carbon fiber and a carbon component other than carbon fiber. The yarn assembly 6 having a three-dimensional lattice shape is formed by stacking the yarn arrays. Each yarn is crushed during a pressure forming process as described below, and has a substantially elliptical shape.
【0032】 各ヤーン配列体1A、1C、1Eにおい
ては、隣り合う各ヤーンの間隙には、マトリックス8A
が充填されており、各マトリックス8Aはヤーン2Aの
表面に沿ってそれと平行に延びている。各ヤーン配列体
1B、1D、1Fにおいては、隣り合う各ヤーンの間隙
には、マトリックス8Bが充填されており、各マトリッ
クス8Bは、ヤーン2Bの表面に沿ってそれと平行に延
びている。In each yarn array 1A, 1C, 1E, a matrix 8A is provided between adjacent yarns.
And each matrix 8A extends along and parallel to the surface of the yarn 2A. In each of the yarn arrays 1B, 1D, and 1F, the gap between adjacent yarns is filled with a matrix 8B, and each matrix 8B extends along the surface of the yarn 2B and parallel thereto.
【0033】 本例では、マトリックス8A、8Bは、
それぞれ、各ヤーンの表面を被覆する炭化珪素相4A、
4Bと、炭化珪素相4A、4Bよりも炭素の含有割合が
少ないSi−SiC系材料相5A、5Bからなってい
る。炭化珪素相中にも珪素を一部含有していてよい。ま
た、本例では、上下方向に隣接するヤーン2Aと2Bと
の間にも、炭化珪素相4A、4Bが生成している。In the present example, the matrices 8A, 8B
Respectively, a silicon carbide phase 4A covering the surface of each yarn,
4B and Si-SiC-based material phases 5A and 5B having a lower carbon content than silicon carbide phases 4A and 4B. Silicon may be partially contained in the silicon carbide phase. In this example, silicon carbide phases 4A and 4B are also generated between yarns 2A and 2B that are vertically adjacent to each other.
【0034】 各マトリックス8Aと8Bとは、それぞ
れヤーンの表面に沿って細長く、好ましくは直線状に延
びており、各マトリックス8Aと8Bとは互いに直交し
ている。そして、ヤーン配列体1A、1C、1Eにおけ
るマトリックス8Aと、これに直交するヤーン配列体1
B、1D、1Fにおけるマトリックス8Bとは、それぞ
れヤーン2Aと2Bとの間隙部分で連続している。この
結果、マトリックス8A、8Bは、全体として、三次元
格子を形成している。Each of the matrices 8A and 8B is elongated, preferably linear, along the surface of the yarn, respectively, and each of the matrices 8A and 8B is orthogonal to one another. Then, the matrix 8A in the yarn arrays 1A, 1C, and 1E and the yarn array 1 orthogonal to the matrix 8A
The matrix 8B in B, 1D, and 1F is continuous at the gap between the yarns 2A and 2B, respectively. As a result, the matrices 8A and 8B form a three-dimensional lattice as a whole.
【0035】 図4は、他の実施形態に係る繊維複合材
料の要部を概略的に示す部分断面斜視図である。本例で
は、上下方向に隣り合う各ヤーン2Aと2Bとの間には
炭化珪素相が実質的に存在していない。各ヤーン配列体
において、隣り合うヤーン2Aと2Aとの間、あるいは
ヤーン2Bと2Bとの間には、それぞれマトリックス8
A、8Bが形成されている。マトリックス8A、8Bの
形態は、上下方向に隣り合うヤーン間に炭化珪素相がな
いことを除けば、図1−図3の例と同様である。各マト
リックス8A、8Bは、それぞれ、ヤーン2A、2Bの
表面に接して生成している炭化珪素相5Cと、その内側
にヤーンとは離れて生成しているSi−SiC系材料相
4Cとを備えている。FIG. 4 is a partial sectional perspective view schematically showing a main part of a fiber composite material according to another embodiment. In this example, a silicon carbide phase does not substantially exist between each of the yarns 2A and 2B that are vertically adjacent to each other. In each yarn arrangement, a matrix 8 is provided between adjacent yarns 2A and 2A or between yarns 2B and 2B, respectively.
A and 8B are formed. The form of the matrices 8A and 8B is the same as in the examples of FIGS. 1 to 3 except that there is no silicon carbide phase between the vertically adjacent yarns. Each of the matrices 8A and 8B includes a silicon carbide phase 5C generated in contact with the surface of the yarns 2A and 2B, and a Si-SiC-based material phase 4C generated separately from the yarn inside the silicon carbide phase 5C. ing.
【0036】 Si−SiC系材料相においては、それ
ぞれ、ヤーンの表面から離れるほど、炭素濃度が少なく
なる傾斜組成を有していることが好ましく、あるいは、
珪素相からなっていることが好ましい。The Si—SiC-based material phase preferably has a gradient composition in which the carbon concentration decreases as the distance from the yarn surface increases, or
It is preferable that it is composed of a silicon phase.
【0037】 図5(a)に示すように、本発明の繊維
複合材料11は、C/Cコンポジット15と、C/Cコ
ンポジット15の表面にシリコンが含浸されることによ
って生成する繊維複合材料層13とを備えていることが
好ましく、繊維複合材料層13上に珪素層14が生成し
ていてよい。なお、12は、珪素を含浸させる前のC/
Cコンポジット本体の範囲を示す。また、図5(b)に
示すように、部材16の全体を、本発明の繊維複合材料
で形成することも好ましい。As shown in FIG. 5A, the fiber composite material 11 of the present invention comprises a C / C composite 15 and a fiber composite material layer formed by impregnating the surface of the C / C composite 15 with silicon. 13 is preferably provided, and a silicon layer 14 may be formed on the fiber composite material layer 13. In addition, 12 is C / before impregnation with silicon.
Shows the range of the C composite body. Further, as shown in FIG. 5B, it is preferable that the entire member 16 is formed of the fiber composite material of the present invention.
【0038】 繊維複合材料層13を設ける場合には、
その厚さは、0.01〜1mmであることが好ましい。
さらに、繊維複合材料層におけるSi濃度が、炭素繊維
表面から外部に向かって大きく成ることが好ましい。When the fiber composite material layer 13 is provided,
The thickness is preferably from 0.01 to 1 mm.
Further, it is preferable that the Si concentration in the fiber composite material layer increases from the carbon fiber surface toward the outside.
【0039】 本発明で用いる繊維複合材料は、炭素繊
維を10〜70重量%含有していれば、例えば窒化ホウ
素、ホウ素、銅、ビスマス、チタン、クロム、タングス
テン、モリブデン等の炭素以外の他の元素を含んでいて
もよい。If the fiber composite material used in the present invention contains 10 to 70% by weight of carbon fibers, for example, other than carbon such as boron nitride, boron, copper, bismuth, titanium, chromium, tungsten, molybdenum, etc. It may contain an element.
【0040】 ここで、Si−SiC系材料を母材に含
浸させて成る繊維複合材料の層13の厚さについて更に
詳述する。層13は、図2(a)では、例えば、炭素繊
維束3と炭化珪素相4Bと珪素相5Bとの関係で言え
ば、C/Cコンポジット15が炭素繊維束3に、層13
が炭化珪素相4Bに、珪素層14が珪素相5Bに相当す
る。ここで、層13は、厚さが0.01mm以上である
ことが好ましく、0.05mm以上であることがより好
ましい。また、その最大厚さは1mm程度である。この
時の層13におけるSi濃度は、炭素繊維束3の部分か
ら炭化珪素相4Bを通り、珪素相5Bの部分にかけて0
/100〜90/100の範囲で傾斜するように形成す
ることが好ましい。また、例えば、200mm厚さのブ
ロックを想定した場合の巨視的な見方をしたSi濃度の
傾斜を詳述する。本発明は、炭素繊維束の積層体にSi
を含浸させて構成するため、Siが200mm厚さのブ
ロックの中心は低濃度となり、表層側は高濃度の形態を
取り得る。このために最も好ましい形態は、C/Cコン
ポジット成形体あるいは焼結体の開気孔率を表面から内
部に向かって小さくなるように、バインダーピッチの異
なるプリフォームドヤーンから成る複数のプリフォーム
ドシートを内側から表層側に向かってバインダーピッチ
が大きくなるように配置し成形することで実現する。こ
うすることによって、図2(a)の場合で考えれば、ヤ
ーン配列体1A層の炭化珪素相4A>ヤーン配列体1B
層の炭化珪素相4A>ヤーン配列体1C層の炭化珪素相
4A>ヤーン配列体1D層の炭化珪素相4A、という具
合にSiCの濃度(=Siの濃度)が低下し、Si濃度
が傾斜していく。故に、巨視的に材料を見れば、最大1
00mm程度の厚さの中でSi濃度が傾斜していく。そ
のSi濃度は表面から内部にかけて90/100〜0/
100の範囲で傾斜するように形成することが好まし
い。Here, the thickness of the fiber composite material layer 13 obtained by impregnating the base material with the Si—SiC-based material will be described in further detail. In FIG. 2A, for example, in the relationship between the carbon fiber bundle 3, the silicon carbide phase 4B, and the silicon phase 5B, the C / C composite 15 is formed on the carbon fiber bundle 3 in FIG.
Corresponds to silicon carbide phase 4B, and silicon layer 14 corresponds to silicon phase 5B. Here, the layer 13 preferably has a thickness of 0.01 mm or more, more preferably 0.05 mm or more. The maximum thickness is about 1 mm. At this time, the Si concentration in the layer 13 is 0 from the portion of the carbon fiber bundle 3 to the portion of the silicon phase 5B through the silicon carbide phase 4B.
It is preferable to form them so as to be inclined in the range of / 100 to 90/100. Further, for example, the slope of the Si concentration from a macroscopic viewpoint when a block having a thickness of 200 mm is assumed will be described in detail. The present invention provides a method for manufacturing a laminate of carbon fiber bundles using Si.
Impregnated with Si, the center of the block having a thickness of 200 mm of Si has a low concentration, and the surface layer can have a high concentration. The most preferable form for this purpose is to form a plurality of preformed sheets comprising preformed yarns having different binder pitches so that the open porosity of the C / C composite molded body or sintered body decreases from the surface toward the inside. This is realized by arranging and molding such that the binder pitch increases from the inside toward the surface layer side. By doing so, in the case of FIG. 2A, the silicon carbide phase 4A of the yarn array 1A layer> the yarn array 1B
Silicon carbide phase 4A> yarn arrangement 1C layer silicon carbide phase 4A> yarn arrangement 1D layer silicon carbide phase 4A, so that the SiC concentration (= Si concentration) decreases, and the Si concentration decreases. To go. Therefore, if you look at the material macroscopically, up to 1
The Si concentration is inclined within a thickness of about 00 mm. The Si concentration is 90 / 100-0 / 0 from the surface to the inside.
It is preferable to form it so as to be inclined in the range of 100.
【0041】 又、本発明で用いる繊維複合材料は、上
記のように、窒化ホウ素、ホウ素、銅、ビスマス、チタ
ン、クロム、タングステン及びモリブデンから成る群よ
り選択した1又は2以上の物質を含有してもよい。As described above, the fiber composite material used in the present invention contains one or more substances selected from the group consisting of boron nitride, boron, copper, bismuth, titanium, chromium, tungsten, and molybdenum. You may.
【0042】 これらの物質は潤滑性を有するため、C
/Cコンポジットから成る母材に含有させることによ
り、Si−SiC系材料が含浸した母材の部分において
も、繊維の潤滑性を維持することができ、物性の低下を
防ぐことができる。Since these substances have lubricity, C
By containing the base material made of the / C composite, the lubricating properties of the fibers can be maintained even in the part of the base material impregnated with the Si-SiC-based material, and a decrease in physical properties can be prevented.
【0043】 尚、例えば、窒化ホウ素の含有量は、C
/Cコンポジットから成る母材100重量%に対し、
0.1〜40重量%であることが好ましい。0.1重量
%未満では窒化ホウ素による潤滑性付与の効果が十分に
得られず、40重量%を超える場合は窒化ホウ素の脆さ
が複合材料に現れてくるからである。For example, the content of boron nitride is C
For 100% by weight of base material composed of / C composite,
Preferably it is 0.1 to 40% by weight. If the content is less than 0.1% by weight, the effect of imparting lubricity by boron nitride cannot be sufficiently obtained, and if it exceeds 40% by weight, the brittleness of boron nitride appears in the composite material.
【0044】 本発明で用いる繊維複合材料は、好まし
くは以下の方法によって製造できる。即ち、炭素繊維の
束に対して、最終的にマトリックスとなる粉末状のバイ
ンダーピッチ、コークス類を包含させ、更に必要に応じ
てフェノール樹脂粉末等を含有させることによって、炭
素繊維束を作製する。炭素繊維束の周囲に、熱可塑性樹
脂等のプラスチックから成る柔軟な被膜を形成し、柔軟
性中間材料を得る。この柔軟性中間材料を、ヤーン状に
し(特願昭63−231791号明細書)、必要量を積
層した後、ホットプレスで300〜2000℃、常庄〜
500kg/cm2の条件下で成形することによって、
成形体を得る。または、この成形体を、必要に応じて7
00〜1200℃で炭化させ、1500〜3000℃で
黒鉛化して、焼結体を得る。The fiber composite material used in the present invention can be preferably produced by the following method. That is, a carbon fiber bundle is produced by incorporating a powdery binder pitch and coke, which eventually become a matrix, into the carbon fiber bundle, and further including a phenol resin powder or the like as necessary. A flexible coating made of a plastic such as a thermoplastic resin is formed around the carbon fiber bundle to obtain a flexible intermediate material. This flexible intermediate material is formed into a yarn (Japanese Patent Application No. 63-231791), laminated in a required amount, and then hot-pressed at 300 to 2000 ° C.
By molding under the condition of 500 kg / cm 2 ,
Obtain a molded body. Alternatively, this molded body is optionally
Carbonized at 00 to 1200 ° C and graphitized at 1500 to 3000 ° C to obtain a sintered body.
【0045】 炭素繊維は、石油ピッチ若しくはコール
タールピッチを原料とし、紡糸用ピッチの調整、溶融紡
糸、不融化及び炭素化して得られるピッチ系炭素繊維並
びにアクリロニトリル(共)重合体繊維を耐炎化及び炭
素化して得られるPAN系炭素繊維のいずれのものでも
よい。[0045] The carbon fiber is made from petroleum pitch or coal tar pitch as a raw material, and pitch-based carbon fiber and acrylonitrile (co) polymer fiber obtained by adjusting spinning pitch, melt-spinning, infusibilizing and carbonizing, and flame-retarding acrylonitrile (co) polymer fiber. Any of PAN-based carbon fibers obtained by carbonization may be used.
【0046】 マトリックスの形成に必要な有機バイン
ダーとしては、フェノール樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬
化性樹脂及びタール、ピッチ等が用いられるが、これら
はコークス類、金属、金属化合物、無機及び有機化合物
等を含んでいてもよい。有機バインダーの一部が炭素源
となる場合もある。As the organic binder necessary for forming the matrix, a thermosetting resin such as a phenol resin or an epoxy resin, tar, pitch, and the like are used. These include cokes, metals, metal compounds, inorganic and organic compounds, and the like. May be included. Some of the organic binder may serve as a carbon source.
【0047】 次いで、上記のように作製された成形体
又は焼結体とSiとを、1100〜1400℃の温度
域、炉内圧0.1〜10hPaで1時間以上保持する。
好ましくは、この際、成形体又は焼結体とSiの合計重量
1kg当たり0.1NL(ノルマルリットル:1200
℃、圧力0.1hPaの場合、5065リットルに相
当)以上の不活性ガスを流しつつ、成形体又は焼結体表
面にSi−SiC層を形成する.次いで、温度1450
〜2500℃、好ましくは1700〜1800℃に昇温
して前記成形体又は焼結体の開気孔内部へSi−SiC
系材料を溶融、含浸成形させる。又、この過程におい
て、成形体を用いた場合は、前記成形体の焼成も行わ
れ、繊維複合材料が生成する。Next, the compact or sintered compact produced as described above and Si are held for 1 hour or more in a temperature range of 1100 to 1400 ° C. and a furnace pressure of 0.1 to 10 hPa.
Preferably, at this time, 0.1 NL (normal liter: 1200) per kg of the total weight of the molded body or the sintered body and Si.
(In the case of 0 ° C. and a pressure of 0.1 hPa, which corresponds to 5065 liters) or more, an Si—SiC layer is formed on the surface of the compact or sintered body while flowing an inert gas of not less than 5065 liters. Then the temperature 1450
To 2500 ° C., preferably 1700 to 1800 ° C., and Si-SiC is introduced into the open pores of the compact or sintered body.
The system material is melted and impregnated. In this process, when a molded body is used, the molded body is also baked to produce a fiber composite material.
【0048】 成形体又は焼結体とSiを、1100〜
1400℃の温度、0.1〜10hPaの圧力に1時間
以上保持し、かつその際、成形体又は焼結体とSiの合
計重量1kg当たり不活性ガスを0.1NL以上、好ま
しくは1NL以上、さらに好ましくは10NL以上流す
ように制御することが望ましい。A molded body or a sintered body and Si are mixed with 1100
The temperature is maintained at 1400 ° C. and the pressure of 0.1 to 10 hPa for 1 hour or more, and at that time, the inert gas is 0.1 NL or more, preferably 1 NL or more per 1 kg of the total weight of the compact or sintered body and Si, More preferably, it is desirable to control so as to flow at 10 NL or more.
【0049】 このように、焼成時(即ち、Siの溶
融、含浸前の段階)不活性ガス雰囲気にすることによ
り、無機ポリマーないし無機物のセラミックス化への変
化に伴うCO等の発生ガスを焼成雰囲気より除去し、ま
た大気中のO2等による外部からの焼成雰囲気の汚染を
防止することにより、その後にSiを溶融、含浸して得
られる繊維複合材料の気孔率を低く維持することができ
る。As described above, by setting the inert gas atmosphere at the time of firing (that is, the stage before melting and impregnation of Si), the generated gas such as CO due to the change of the inorganic polymer or the inorganic substance into ceramic is converted into the firing atmosphere. By further removing and preventing contamination of the firing atmosphere from the outside due to O 2 or the like in the air, the porosity of the fiber composite material obtained by subsequently melting and impregnating Si can be kept low.
【0050】 また、成形体又は焼結体へSiを溶触、
含浸する際には、雰囲気温度を1450〜2500℃、
好ましくは1700〜1800℃に昇温する。この場
合、焼成炉内圧は0.1〜10hPaの範囲が好まし
い。更に、炉内雰囲気は不活性ガスまたはArガスであ
ることが好ましい。In addition, the molded body or the sintered body is contacted with Si,
When impregnating, the ambient temperature is 1450-2500 ° C,
Preferably, the temperature is raised to 1700 to 1800 ° C. In this case, the firing furnace internal pressure is preferably in the range of 0.1 to 10 hPa. Further, the atmosphere in the furnace is preferably an inert gas or Ar gas.
【0051】 上記のように、柔軟性中間材料を使用
し、珪素の含浸、溶融と組み合わせると、成形体または
焼結体において、ヤーンの間隙には細長い開気孔が残
り、この細長い開気孔に沿って珪素が焼結体または成形
体の奥まで浸透する。この浸透の過程で、珪素がヤーン
の炭素と反応してヤーン表面側から徐々に炭化し、繊維
複合材料を生成する。As described above, when a flexible intermediate material is used and combined with silicon impregnation and melting, elongated voids remain in the gaps between the yarns in the molded body or sintered body, and the elongated voids remain along the elongated voids. Silicon penetrates deep into the sintered body or molded body. During this infiltration process, the silicon reacts with the carbon of the yarn and gradually carbonizes from the yarn surface side to produce a fiber composite material.
【0052】 繊維複合材料全体における、Si−Si
C系材質の濃度傾斜の調節は、成形体又は焼結体の開気
孔率及びその細孔径により行う。例えば、繊維複合材料
の表層から0.01〜10mmで、Si−SiC系材質
の濃度を他所よりも高める場合には、成形体又は焼結体
の当該所望高濃度部分における開気孔率を5〜50%、
平均細孔径を1μm以上とし、当該所望高濃度以外の部
分の開気孔率、平均細孔径を該高濃度部分以下とする。
また、好ましくは、成形体又は焼結体の当該所望高濃度
部分における開気孔率は10〜50%、平均細孔径は1
0μm以上とし、当該所望高濃度以外の部分の開気孔
率、平均細孔径を該高濃度部分以下とする。開気孔率を
5%未満とすると、成形体又は焼結体中のバインダーが
除去し難く、50%より大きくすると、所望部位以外へ
のSi−SiC系材質の浸透が、Siの量や、接触時間
等の他の製造方法パラメータの制御範囲を超えて進行し
てしまうからである。[0052] Si-Si in the entire fiber composite material
The concentration gradient of the C-based material is adjusted based on the open porosity and the pore diameter of the compact or sintered body. For example, when the concentration of the Si-SiC-based material is 0.01 to 10 mm from the surface layer of the fiber composite material, and the concentration of the Si-SiC-based material is higher than that of other places, the open porosity in the desired high-concentration portion of the compact or sintered body is 5 to 5. 50%,
The average pore diameter is set to 1 μm or more, and the open porosity and the average pore diameter of the portion other than the desired high concentration are set to the high concentration portion or less.
Preferably, the open porosity in the desired high-concentration portion of the compact or sintered body is 10 to 50%, and the average pore diameter is 1
It is set to 0 μm or more, and the open porosity and the average pore diameter of the portion other than the desired high concentration are set to the high concentration portion or less. If the open porosity is less than 5%, the binder in the compact or sintered body is difficult to remove. This is because the process proceeds beyond the control range of other manufacturing method parameters such as time.
【0053】 また、繊維複合材料層をC/Cコンポジ
ットの表面に形成するには、少なくとも表面近傍の開気
孔率が焼結中に0.1〜30%になるように調整した成
形体を用いることが好ましい。Further, in order to form the fiber composite material layer on the surface of the C / C composite, a molded body adjusted so that the open porosity at least in the vicinity of the surface becomes 0.1 to 30% during sintering is used. Is preferred.
【0054】 成形体又は焼結体の開気孔率を、表面か
ら内部に向かって小さくなるようにするには、バインダ
ーピッチの異なるブリフォームドヤーンから成る複数の
ブリフォームドシートを、内側から表層側に向かってバ
インダーピッチが大きくなるように配置して成形するこ
とにより行う。In order to reduce the open porosity of the molded body or the sintered body from the surface toward the inside, a plurality of reformed sheets made of the reformed yarns having different binder pitches are formed from the inside to the surface layer side. This is carried out by arranging and molding such that the binder pitch increases toward.
【0055】 又、繊維複合材料層における珪素濃度に
傾斜を設ける場合には、表面近傍の開気孔率が表面から
内部に向かって小さくなるように調整した焼結体、又は
少なくとも表面近傍の開気孔率が焼結中に表面から内部
に向かって小さくなるように調整した成形体を用いて、
繊維複合材料の製造を行う。When a gradient is provided in the silicon concentration in the fiber composite material layer, the sintered body is adjusted so that the open porosity near the surface decreases from the surface toward the inside, or at least the open pore near the surface. Using a compact adjusted so that the rate decreases from the surface toward the inside during sintering,
Manufacture of fiber composite materials.
【0056】 このように作製された繊維複合材料の表
面に溶射層を形成することにより、本発明の複合材を製
造することができる。図6は本発明の複合材の一例を示
す断面図であり、基本材料である繊維複合材料11は、
C/Cコンポジット15と、C/Cコンポジット15の
表面にシリコンが含浸されることによって生成する繊維
複合材料層13とを備え、さらに、繊維複合材料層13
上に珪素層14が生成されて構成されている。そして、
繊維複合材料11の表面層である珪素層14の上に溶射
層17を形成して、本発明の複合材が構成される。The composite material of the present invention can be manufactured by forming a thermal spray layer on the surface of the fiber composite material produced as described above. FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the composite material of the present invention.
A C / C composite 15; a fiber composite material layer 13 formed by impregnating the surface of the C / C composite 15 with silicon;
A silicon layer 14 is formed thereon and configured. And
The thermal spray layer 17 is formed on the silicon layer 14, which is the surface layer of the fiber composite material 11, to form the composite material of the present invention.
【0057】 次に、本発明の複合材に用いるC/Cコ
ンポジットは、C/CコンポジットのX−Y方向のC.
T.E.(熱膨張係数)とY−Z方向のC.T.E.の
比が、1:1〜1:5の範囲にあり、且つY−Z方向の
C.T.E.が1×10-6/℃〜5×10-6/℃である
ことが好ましい。これは、C/Cコンポジットを母材と
して作製された繊維複合材料の表面に、単に溶射コーテ
ィングするだけでは、母材の側面のY−Z方向のC.
T.E.が大きく、溶射層とのC.T.E.差が生じる
ため、母材の側面のX−Y方向とY−Z方向のコーナー
部を中心に溶射層の剥離が生じ易くなるからである。従
って、上記のようなC.T.E(熱膨張係数)比及び範
囲であることが好ましい。Next, the C / C composite used for the composite material of the present invention is a C / C composite having a C.C.
T. E. FIG. (Coefficient of thermal expansion) and C.I. T. E. FIG. Is in the range of 1: 1 to 1: 5, and the C.I. T. E. FIG. Is preferably 1 × 10 −6 / ° C. to 5 × 10 −6 / ° C. This is because simply spray coating the surface of a fiber composite material manufactured using a C / C composite as a base material, the C.I.
T. E. FIG. Is large, and C.I. T. E. FIG. This is because the difference causes the thermal sprayed layer to be easily peeled around the corners of the side surface of the base material in the XY direction and the YZ direction. Accordingly, C.I. T. It is preferable to have an E (thermal expansion coefficient) ratio and range.
【0058】 また、本発明の複合材における溶射層の
厚さは、10〜2000μmであることが好ましい。こ
れは、溶射層の厚さが10μm以上にすることにより、
繊維複合材料表面への付着性に優れ、一定の高温酸素含
有雰囲気下での使用が可能であり、また溶射層の厚さが
2000μm以下にすることにより、繊維複合材料と溶
射層間のC.T.E差による剥離を抑制することができ
るからである。The thickness of the sprayed layer in the composite material of the present invention is preferably 10 to 2000 μm. This is because the thickness of the sprayed layer is 10 μm or more,
It has excellent adhesion to the surface of the fiber composite material, can be used in a constant high-temperature oxygen-containing atmosphere, and has a C.I. T. This is because peeling due to the E difference can be suppressed.
【0059】 また、上記溶射層の主成分は、Al
2O3,ZrO2,MgO,CaO,TiO2のいずれかで
あることが好ましく、更に溶射層の固着させる点で、Z
rO2であることがより好ましい。尚、ZrO2を用いる
場合は、Y,Ca,Mg等で安定化したものでもよい。The main component of the sprayed layer is Al
It is preferable to use any one of 2 O 3 , ZrO 2 , MgO, CaO, and TiO 2.
More preferably, it is rO 2 . When ZrO 2 is used, it may be stabilized with Y, Ca, Mg or the like.
【0060】 このように、本発明の複合材は、母材で
あるC/Cコンポジットの耐衝撃性、高硬度性及び軽量
性と、含浸材であるSi−SiC系材料の低摩擦係数、
耐酸化性、耐スポーリング性、自己潤滑性、耐磨耗性等
に加え、溶射層による耐(粉末−製品−薬品−薬液−雰
囲気)反応性を併せ持ち、さらに、母材には自己修復性
をも有するため、高温酸化条件下での使用に長期間耐え
ることができ、具体的には、自動車、航空機、宇宙、海
洋、半導体、電子等の分野において用いることができる
複合材、例えばフェライト、コンデンサー等の焼成用治
具、セラミック粉末の熱処理用容器、熱硫酸用るつぼ等
に好適に用いることができる。As described above, the composite material of the present invention has the impact resistance, high hardness and light weight of the C / C composite as the base material, the low coefficient of friction of the Si—SiC-based material as the impregnating material,
In addition to oxidation resistance, spalling resistance, self-lubrication, abrasion resistance, etc., it also has reactivity (powder-product-chemicals-chemical liquid-atmosphere) reactivity due to the sprayed layer. Because it also has, it can withstand long-term use under high-temperature oxidation conditions, specifically, a composite material that can be used in the fields of automobiles, aircraft, space, oceans, semiconductors, electronics, etc., such as ferrite, It can be suitably used for firing jigs such as condensers, containers for heat treating ceramic powder, crucibles for hot sulfuric acid, and the like.
【0061】 更に、溶射コーティングを確実に行うた
めに、繊維複合材料の表面をなめらかにする研磨加工や
Niメッキを行ってもよい。Further, in order to surely perform the thermal spray coating, a polishing process or a Ni plating for smoothing the surface of the fiber composite material may be performed.
【0062】 本発明の複合材の製造方法では、溶射層
を繊維複合材料の表面に強固に固着させることができる
ため、溶射前に予め、繊維複合材料を大気雰囲気下、2
00〜800℃で1〜24Hr程度の間、酸化処理(仮
焼)を行い、繊維複合材料の表面に均一な凹凸を形成す
ることができる。尚、酸化処理温度(仮焼温度)が、2
00℃未満の場合、酸化処理時間が24Hr以上必要と
なるため、経済的でなく、一方、酸化処理温度(仮焼温
度)が、800℃を超過した場合、酸化処理時間が短す
ぎるため、繊維複合材料の表面に均一な凹凸を形成する
ことが困難である。In the method for producing a composite material according to the present invention, the sprayed layer can be firmly fixed to the surface of the fiber composite material.
Oxidation treatment (calcination) is performed at about 00 to 800 ° C. for about 1 to 24 hours to form uniform unevenness on the surface of the fiber composite material. The oxidation temperature (calcination temperature) is 2
When the temperature is lower than 00 ° C., the oxidation time is 24 hours or more, which is not economical. On the other hand, when the oxidation temperature (calcination temperature) exceeds 800 ° C., the oxidation time is too short. It is difficult to form uniform irregularities on the surface of the composite material.
【0063】 次に、上記のように作製された繊維複合
材料の表面に溶射材を溶射して溶射層の形成を行う。こ
れにより、繊維複合材料の表面に溶射層による耐(粉末
−製品−薬品−薬液−雰囲気)反応性が付与され、母材
として用いられるC/Cコンポジットの有する低耐酸化
性を克服することができるだけでなく、繊維複合材料の
問題点であった硬度の低さも改善することができるた
め、耐摩耗性もより向上させることができる。Next, a thermal spray material is thermally sprayed on the surface of the fiber composite material produced as described above to form a thermal spray layer. Thereby, the (spray-product-drug-chemical-solution-atmosphere) reactivity is imparted to the surface of the fiber composite material by the sprayed layer, and the low oxidation resistance of the C / C composite used as the base material can be overcome. Not only that, it is also possible to improve low hardness, which is a problem of the fiber composite material, so that wear resistance can be further improved.
【0064】 ここで、溶射法とは、金属、またはセラ
ミックス等の溶射材を溶融し、これを圧縮空気または、
圧縮不活性ガスの推進力で基材に吹き付けてセラミック
ス被膜を形成する技術である。Here, the thermal spraying method is to melt a thermal spray material such as a metal or ceramics, and compress the molten material with compressed air or
This is a technique in which a ceramic film is formed by spraying the substrate with the driving force of a compressed inert gas.
【0065】 本発明で用いる溶射方法は、特に限定さ
れないが、プラズマ溶射で行うことが好ましい。例え
ば、1次ガスにAr、2次ガスにH2を用いて、500
Ampの電流で、含浸焼成体(基材)にプラズマ溶射を
行う場合、溶射距離が50〜300mmであることが好
ましく、100〜200mmであることがより好まし
く、100〜150mmであることが更に好ましい。The thermal spraying method used in the present invention is not particularly limited, but is preferably performed by plasma thermal spraying. For example, using Ar as a primary gas and H 2 as a secondary gas,
When performing plasma spraying on the impregnated and fired body (base material) with a current of Amp, the spraying distance is preferably 50 to 300 mm, more preferably 100 to 200 mm, and still more preferably 100 to 150 mm. .
【0066】 このとき、本発明で使用する溶射材は、
Al2O3,ZrO2,MgO,CaO,TiO2のいずれ
かを含有することが好ましく、更に溶射層の固着させる
点で、ZrO2であることがより好ましい。尚、ZrO2
を用いる場合は、Y,Ca,Mg等で安定化したもので
もよい。At this time, the thermal spray material used in the present invention is:
It preferably contains any of Al 2 O 3 , ZrO 2 , MgO, CaO, and TiO 2 , and more preferably ZrO 2 from the viewpoint of fixing the thermal sprayed layer. In addition, ZrO 2
In the case where is used, a material stabilized with Y, Ca, Mg or the like may be used.
【0067】[0067]
【実施例】 次に、本発明を実施例を用いてさらに詳し
く説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもの
ではない。尚、各例によって得られた複合材料は、以下
に示す方法よりその特性を評価した。EXAMPLES Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. The properties of the composite materials obtained in the respective examples were evaluated by the following methods.
【0068】(基材の表面粗さ(Ra)および平面度の
測定法)表面粗さ(Ra)および平面度を、サーフコム
550A(東京精密製)を用いて、5mm長さで3点行
なった時の平均値として測定した。ここで、表面粗さ
(Ra)とは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長
さlだけ抜取り、この抜取り部分の平均線の方向にX軸
を、縦倍率の方向にY軸を取り、粗さ曲線をy=f
(x)で表したときに、次の式によって求められる値を
マイクロメートル(μm)で表したものをいう。(Method of Measuring Surface Roughness (Ra) and Flatness of Substrate) Surface roughness (Ra) and flatness were measured at three points of 5 mm length using Surfcom 550A (manufactured by Tokyo Seimitsu). It was measured as an average over time. Here, the surface roughness (Ra) means that a reference length 1 is extracted from the roughness curve in the direction of the average line, the X-axis is in the direction of the average line of the extracted portion, and the Y-axis is in the direction of the vertical magnification. And take the roughness curve as y = f
When expressed by (x), the value obtained by the following equation is expressed in micrometers (μm).
【0069】[0069]
【数1】 (Equation 1)
【0070】(溶射層の付着状態の評価方法)複合材の
溶射層表面にガムテープを貼り付けた後、ガムテープを
はがし、溶射層が複合材から剥離しないかどうかを評価
した。尚、ガムテープは、株式会社スリオンテック製布
粘着テープNo3310(JIS Z1524 1種2
号 許可番号387030号)を用いた。(Evaluation Method of Adhesion State of Thermal Sprayed Layer) After a gum tape was attached to the surface of the sprayed layer of the composite material, the gum tape was peeled off, and it was evaluated whether or not the sprayed layer was separated from the composite material. The gum tape is a cloth adhesive tape No. 3310 (JIS Z1524 type 1 manufactured by Sliontec Co., Ltd.).
No. Permission No. 387030) was used.
【0071】(熱履歴後の溶射層の剥離およびチッピン
グの評価方法)複合材を500℃に保持した炉に入れ、
15分間保持した後、炉外に引き出して、大気中に15
分間放置する操作を20回繰り返し、溶射層の剥離およ
びチッピングの有無を評価した。(Method of Evaluating Peeling and Chipping of Thermal Sprayed Layer After Thermal History) The composite material was placed in a furnace maintained at 500 ° C.
After holding for 15 minutes, pull it out of the furnace and place it in the atmosphere for 15 minutes.
The operation of standing for 20 minutes was repeated 20 times, and the presence or absence of peeling and chipping of the sprayed layer was evaluated.
【0072】(開気孔率の測定方法) 開気孔率(%)=[(W3−W1)/( W3−W2)]×
100 (アルキメデス法による。) 乾燥重量(W1):100℃のオーブンで1Hr乾燥さ
せ、その後秤量 水中重量(W2):試料を煮沸し、開気孔中に完全に水
を侵入させて水中にて秤量 飲水重量(W3):開気孔中に完全に水を侵入させた試
料を大気中にて秤量(Method of measuring open porosity) Open porosity (%) = [(W3−W1) / (W3−W2)] ×
100 (according to the Archimedes method) Dry weight (W1): dried for 1 hour in an oven at 100 ° C., then weighed Weight in water (W2): boil the sample, completely penetrate water into open pores, and weigh in water Drinking water weight (W3): A sample in which water has completely penetrated into the open pores is weighed in the atmosphere
【0073】(耐酸化性の評価方法)テストピースを1
150℃の炉内(1%O2、99%N2)へ放置し、20
0時間後の重量の減少率を測定することにより、耐酸化
性を評価した。(Oxidation resistance evaluation method)
Leave in a furnace at 150 ° C. (1% O 2 , 99% N 2 )
The oxidation resistance was evaluated by measuring the weight loss rate after 0 hour.
【0074】(圧縮強さの評価方法)テストピースに圧
縮荷重を加え、下記の式により算出した。 圧縮強さ=P/A (式中、Pは最大荷重時の荷重、Aはテストピースの最
小断面積を表す。)(Method of Evaluating Compressive Strength) A compressive load was applied to a test piece, and calculated by the following equation. Compressive strength = P / A (where P is the load at the maximum load, and A represents the minimum cross-sectional area of the test piece.)
【0075】(層間セン断強さの評価方法)テストピー
スの厚さhの4倍の距離を支点間距離として3点曲げを
行い、下式により算出した。 層間セン断強さ=3P/4bH (式中、Pは破壊時の最大曲げ荷重、bはテストピース
の幅を表す。)(Evaluation Method of Interlaminar Shear Strength) Three-point bending was performed using a distance four times the thickness h of the test piece as a distance between fulcrums, and calculated by the following equation. Interlaminar shear strength = 3P / 4bH (where P is the maximum bending load at break, and b represents the width of the test piece)
【0076】(曲げ弾性率の評価方法)テストピースの
厚さhの40倍の距離を支点間距離Lとして3点曲げを
行い、荷重−たわみ曲線の直線部の初期の勾配P/σを
用いて、下式により算出した。 曲げ弾性率=1/4・L3/bh3・P/σ (式中、bはテストピースの幅を表す。)(Evaluation Method of Flexural Modulus) Three-point bending is performed with the distance between supports as 40 times the thickness h of the test piece, and the initial gradient P / σ of the linear portion of the load-deflection curve is used. Then, it was calculated by the following equation. Flexural modulus = 1 / · L 3 / bh 3 · P / σ (where b represents the width of the test piece)
【0077】(自己修復性の評価方法)Max:20M
Pa〜Min:5MPaの繰返し応力を10万回印加
し、内部にマイクロクラックを発生させた後、900℃
で2時間アニールし、圧縮強度の測定を行った。(Method of Evaluating Self-Healing Property) Max: 20M
Pa-Min: After applying a repetitive stress of 5 MPa 100,000 times to generate micro cracks inside, 900 ° C.
For 2 hours, and the compression strength was measured.
【0078】(動摩擦係数の評価方法)テストピースを
ジグにセットして回転させ、相手材(SUJ、10mm
球)を一定の荷重Fp(N)でテストピースに押し付
け、その際の摩擦力Fs(N)を測定した。動摩擦係数
の値は下式により算出した。 摩擦係数μ=Fs/Fp(Evaluation Method of Dynamic Friction Coefficient) A test piece was set on a jig and rotated, and a mating material (SUJ, 10 mm
The ball was pressed against the test piece with a constant load Fp (N), and the frictional force Fs (N) at that time was measured. The value of the dynamic friction coefficient was calculated by the following equation. Coefficient of friction μ = Fs / Fp
【0079】(比摩耗量の評価方法)テストピースをジ
グにセットして回転させ、相手材(SUJ、10mm
球)を一定の荷重Pでテストピースに押し付け、試験前
の重量Wa(mg)と試験後の重量Wb(mg)を測定
した。テストピースの密度ρ(g/cm3)より、摩耗
量V(mm3)を下式により算出した。 V=(Wa−Wb)/ρ 比摩耗量Vs(mm3/(N・km))は、摩耗量V
(mm3)、試験荷重P(N)及び摺動距離L(km)
より、下式にて算出した。 Vs=V/(P・L)(Method of Evaluating Specific Abrasion Amount) A test piece was set on a jig and rotated, and a mating material (SUJ, 10 mm
The ball (ball) was pressed against the test piece with a constant load P, and the weight Wa (mg) before the test and the weight Wb (mg) after the test were measured. From the density ρ (g / cm 3 ) of the test piece, the wear amount V (mm 3 ) was calculated by the following equation. V = (Wa−Wb) / ρ The specific wear amount Vs (mm 3 / (N · km)) is the wear amount V
(Mm 3 ), test load P (N) and sliding distance L (km)
From the following equation, it was calculated. Vs = V / (P · L)
【0080】(実施例1) 10mmの厚さを有するC
/Cコンポジット母材に、Si−SiC材料から成る層
を配した含浸焼成体(基材)を製造し、これを用いて複
合材を製造した。配したSi−SiC材料母材に含浸成
形させる層の表面からの厚さは50μmとした。尚、S
i含浸率は40%とした。Example 1 C having a thickness of 10 mm
An impregnated fired body (base material) in which a layer made of a Si-SiC material was arranged on a / C composite base material was manufactured, and a composite material was manufactured using the fired body. The thickness from the surface of the layer to be impregnated and formed in the arranged Si-SiC material base material was 50 μm. Note that S
The i impregnation rate was 40%.
【0081】 C/Cコンポジットは以下の方法にて製
造した。炭素繊維を一方向に引き揃えたものにフェノー
ル樹脂を含浸させることで、直径10μmの炭素長繊維
を約1万本束ね、繊維束(ヤーン)を得、このヤーンを
図1のように配列し、プリプレグシートを得た。次い
で、このプリプレグシートを50段積層し、ホットプレ
スで180℃、10kg/cm2で処理し、フェノール
樹脂を硬化させた。次いで、窒素中2000℃で焼成
し、C/Cコンポジットを得た。得られたC/Cコンポ
ジットの密度は1.0g/cm3、開気孔率は50%で
あった。The C / C composite was manufactured by the following method. By impregnating a carbon fiber in one direction with a phenol resin, about 10,000 long carbon fibers having a diameter of 10 μm are bundled to obtain a fiber bundle (yarn), and the yarns are arranged as shown in FIG. Thus, a prepreg sheet was obtained. Next, this prepreg sheet was laminated in 50 stages, and treated by a hot press at 180 ° C. and 10 kg / cm 2 to cure the phenol resin. Then, it was fired at 2000 ° C. in nitrogen to obtain a C / C composite. The resulting C / C composite had a density of 1.0 g / cm 3 and an open porosity of 50%.
【0082】 次に、得られたC/Cコンポジットを、
純度99.8%で平均粒径1mmのSi粉末で充填され
たカーボンるつぼ内に立設した。次いで、焼成炉内にカ
ーボンるつぼを移動した。焼成炉内の温度を1300
℃、不活性ガスとしてアルゴンガス流量を20NL/
分、焼成炉内圧を1hPa、その保持時間を4時間とし
て処理した後、焼成炉内の圧力をそのまま保持しつつ、
炉内温度を1600℃に昇温することにより、C/Cコ
ンポジットにSiを含浸させ、繊維複合材料を製造し
た。得られた繊維複合材料の密度、開気孔率、層間セン
断強さ、圧縮強さ、曲げ弾性率などの測定結果を表1に
示す。尚、各データは、Si−SiC系材料とC/Cコ
ンポジットが十分複合化している繊維複合材料の表面近
傍から切り出したテストピースについてのものである。Next, the obtained C / C composite was
It was set up in a carbon crucible filled with Si powder having a purity of 99.8% and an average particle diameter of 1 mm. Next, the carbon crucible was moved into the firing furnace. The temperature inside the firing furnace was 1300
° C, the flow rate of argon gas as an inert gas is 20 NL /
Minutes, the internal pressure of the firing furnace is 1 hPa, and the holding time is 4 hours. After the treatment, while maintaining the pressure in the firing furnace as it is,
By raising the furnace temperature to 1600 ° C., the C / C composite was impregnated with Si to produce a fiber composite material. Table 1 shows the measurement results such as the density, open porosity, interlaminar shear strength, compressive strength, and flexural modulus of the obtained fiber composite material. In addition, each data is about the test piece cut out from the surface vicinity of the fiber composite material in which Si-SiC type material and C / C composite are fully composited.
【0083】 次に、繊維複合材料の表層近傍から切り
出したテストピースを、平面研削盤により縦60mm、
横60mm、厚さ60mmの大きさに切断加工した後、
800#砥石で平面研削仕上げを行った。尚、溶射前の
繊維複合材料(テストピース)の平面粗さ(Ra)およ
び平面度は、表2に示す通りである。Next, a test piece cut out from the vicinity of the surface layer of the fiber composite material was 60 mm long by a surface grinder.
After cutting to the size of 60mm in width and 60mm in thickness,
Surface grinding was performed with an 800 # grinding wheel. The plane roughness (Ra) and flatness of the fiber composite material (test piece) before thermal spraying are as shown in Table 2.
【0084】 次に、上記繊維複合材料の表面にY安定
化ZrO2を150μm溶射することにより、複合材を
製造した。ここで、繊維複合材料への溶射は、C/Cコ
ンポジットの側面のY−Z方向に行った。得られた複合
材の溶射層の付着状態、熱履歴後の溶射層の剥離とチッ
ピングの結果を表3に示す。Next, a composite material was manufactured by spraying 150 μm of Y-stabilized ZrO 2 on the surface of the fiber composite material. Here, the thermal spraying on the fiber composite material was performed in the YZ direction on the side surface of the C / C composite. Table 3 shows the adhesion state of the thermal spray layer of the obtained composite material, and the results of peeling and chipping of the thermal spray layer after thermal history.
【0085】(実施例2) 実施例1と同様の繊維複合
材料を、大気雰囲気下で400℃×2Hrで加熱処理し
た後、上記繊維複合材料の表面にY安定化ZrO2を1
00μm溶射することにより、複合材を製造した。尚、
溶射前の繊維複合材料の平面粗さ(Ra)および平面度
は、表2に示す通りである。得られた複合材の溶射層の
付着状態、熱履歴後の溶射層の剥離とチッピングの結果
を表3に示す。ここで、繊維複合材料(テストピース)
への溶射は、繊維の積層方向に対して、平行な方向X−
Yで行った。Example 2 The same fiber composite material as in Example 1 was heated at 400 ° C. × 2 hours in an air atmosphere, and then Y-stabilized ZrO 2 was applied to the surface of the fiber composite material.
A composite material was manufactured by spraying 00 μm. still,
The surface roughness (Ra) and flatness of the fiber composite material before thermal spraying are as shown in Table 2. Table 3 shows the adhesion state of the thermal spray layer of the obtained composite material, and the results of peeling and chipping of the thermal spray layer after thermal history. Where fiber composite material (test piece)
Is sprayed in a direction X- parallel to the fiber lamination direction.
Y performed.
【0086】(実施例3) 実施例1と同様の繊維複合
材料を、大気雰囲気下で500℃×2Hrで加熱処理
後、上記繊維複合材料の表面に20μmのNiメッキを
無電解で行った後、Y安定化ZrO2を300μm溶射
することにより、複合材を製造した。尚、溶射前の繊維
複合材料の平面粗さ(Ra)および平面度は、表2に示
す通りである。得られた複合材の溶射層の付着状態、熱
履歴後の溶射層の剥離とチッピングの結果を表3に示
す。ここで、繊維複合材料への溶射は、繊維の積層方向
に対して、平行な方向X−Yで行った。Example 3 The same fiber composite material as in Example 1 was subjected to a heat treatment at 500 ° C. × 2 hours in an air atmosphere, and then a 20 μm Ni plating was electrolessly applied to the surface of the fiber composite material. , Y-stabilized ZrO 2 was sprayed at 300 μm to produce a composite material. The plane roughness (Ra) and flatness of the fiber composite material before thermal spraying are as shown in Table 2. Table 3 shows the adhesion state of the thermal spray layer of the obtained composite material, and the results of peeling and chipping of the thermal spray layer after thermal history. Here, the thermal spraying on the fiber composite material was performed in a direction XY parallel to the lamination direction of the fibers.
【0087】(実施例4) 実施例1と同様の繊維複合
材料を、大気雰囲気下で500℃×3Hrで加熱処理し
た後、上記繊維複合材料の表面にY安定化ZrO2を5
00μm溶射することにより、複合材を製造した。尚、
溶射前の繊維複合材料の平面粗さ(Ra)および平面度
は、表2に示す通りである。得られた複合材の溶射層の
付着状態、熱履歴後の溶射層の剥離とチッピングの結果
を表3に示す。ここで、繊維複合材料への溶射は、繊維
の積層方向に対して、平行な方向X−Y及び一部の繊維
の積層方向に対して、垂直な方向Y−Zで行った。Example 4 The same fiber composite material as in Example 1 was subjected to a heat treatment at 500 ° C. × 3 hours in an air atmosphere, and then Y-stabilized ZrO 2 was applied to the surface of the fiber composite material.
A composite material was manufactured by spraying 00 μm. still,
The surface roughness (Ra) and flatness of the fiber composite material before thermal spraying are as shown in Table 2. Table 3 shows the adhesion state of the thermal spray layer of the obtained composite material, and the results of peeling and chipping of the thermal spray layer after thermal history. Here, the thermal spraying on the fiber composite material was performed in a direction XY parallel to the lamination direction of the fibers and in a direction YZ perpendicular to the lamination direction of some of the fibers.
【0088】(実施例5) 10mmの厚さを有するC
/Cコンポジット母材に、Si−SiC材料から成る層
を配した繊維複合材料を製造し、これを用いて複合材を
製造した。配したSi−SiC系材料をC/Cコンポジ
ット母材に含浸成形させる層の表面からの厚さは100
μmとした。尚、上記繊維複合材料は、実施例1と同様
の製造方法で製造したものであり、Si含浸率は40%
とした。尚、溶射前の繊維複合材料の平面粗さ(Ra)
および平面度は、表2に示す通りである。Example 5 C having a thickness of 10 mm
A fiber composite material in which a layer made of a Si—SiC material was disposed on a / C composite base material was manufactured, and a composite material was manufactured using the composite material. The thickness from the surface of the layer in which the Si / SiC-based material disposed is impregnated into the C / C composite base material is 100
μm. The fiber composite material was manufactured by the same manufacturing method as in Example 1, and the Si impregnation rate was 40%.
And In addition, the plane roughness (Ra) of the fiber composite material before thermal spraying
And the flatness are as shown in Table 2.
【0089】 次に、上記繊維複合材料の表面にAl2
O3を10μm溶射することにより、複合材を製造し
た。得られた複合材の溶射層の付着状態、熱履歴後の溶
射層の剥離とチッピングの結果を表3に示す。ここで、
繊維複合材料への溶射は、繊維の積層方向に対して、平
行な方向X−Yで行った。Next, Al 2 was added to the surface of the fiber composite material.
A composite material was manufactured by spraying O 3 at 10 μm. Table 3 shows the adhesion state of the thermal spray layer of the obtained composite material, and the results of peeling and chipping of the thermal spray layer after thermal history. here,
Thermal spraying on the fiber composite material was performed in a direction XY parallel to the lamination direction of the fibers.
【0090】(実施例6) 実施例5と同様の繊維複合
材料を、大気雰囲気下で200℃×5Hrで加熱処理し
た後、上記繊維複合材料の表面にMgOを100μm溶
射することにより、複合材を製造した。尚、溶射前の繊
維複合材料の平面粗さ(Ra)および平面度は、表2に
示す通りである。得られた複合材の溶射層の付着状態、
熱履歴後の溶射層の剥離とチッピングの結果を表3に示
す。ここで、繊維複合材料への溶射は、繊維の積層方向
に対して、平行な方向X−Yで行った。Example 6 The same fiber composite material as in Example 5 was subjected to a heat treatment at 200 ° C. × 5 hours in an air atmosphere, and then the surface of the fiber composite material was sprayed with 100 μm of MgO to obtain a composite material. Was manufactured. The plane roughness (Ra) and flatness of the fiber composite material before thermal spraying are as shown in Table 2. Adhesion state of the sprayed layer of the obtained composite material,
Table 3 shows the results of peeling and chipping of the sprayed layer after the heat history. Here, the thermal spraying on the fiber composite material was performed in a direction XY parallel to the lamination direction of the fibers.
【0091】(実施例7) 実施例5と同様の繊維複合
材料を、大気雰囲気下で500℃×2Hrで加熱処理し
た後、上記繊維複合材料の表面にTiO2を1000μ
m溶射することにより、複合材を製造した。尚、溶射前
の繊維複合材料の平面粗さ(Ra)および平面度は、表
2に示す通りである。得られた複合材の溶射層の付着状
態、熱履歴後の溶射層の剥離とチッピングの結果を表3
に示す。ここで、繊維複合材料への溶射は、繊維の積層
方向に対して、平行な方向X−Y及び一部の繊維の積層
方向に対して、垂直な方向Y−Zで行った。[0091] The same fiber composite material (Example 7) Example 5, was heated at 500 ° C. × 2 Hr in an air atmosphere, the TiO 2 on the surface of the fiber composite material 1000μ
The composite material was manufactured by spraying m. The plane roughness (Ra) and flatness of the fiber composite material before thermal spraying are as shown in Table 2. Table 3 shows the adhesion state of the thermal spray layer of the obtained composite material, and the results of peeling and chipping of the thermal spray layer after thermal history.
Shown in Here, the thermal spraying on the fiber composite material was performed in a direction XY parallel to the lamination direction of the fibers and in a direction YZ perpendicular to the lamination direction of some of the fibers.
【0092】(実施例8) 実施例5と同様の繊維複合
材料を、大気雰囲気下で800℃×1Hrで加熱処理し
た後、上記繊維複合材料の表面にCaOを2000μm
溶射することにより、複合材を製造した。尚、溶射前の
繊維複合材料の平面粗さ(Ra)および平面度は、表2
に示す通りである。得られた複合材の溶射層の付着状
態、熱履歴後の溶射層の剥離とチッピングの結果を表3
に示す。ここで、繊維複合材料への溶射は、繊維の積層
方向に対して、平行な方向X−Y及び一部の繊維の積層
方向に対して、垂直な方向Y−Zで行った。Example 8 The same fiber composite material as in Example 5 was subjected to a heat treatment at 800 ° C. × 1 Hr in an air atmosphere, and then the surface of the fiber composite material was coated with 2000 μm of CaO.
The composite material was manufactured by spraying. Table 2 shows the surface roughness (Ra) and flatness of the fiber composite material before thermal spraying.
As shown in FIG. Table 3 shows the adhesion state of the thermal spray layer of the obtained composite material, and the results of peeling and chipping of the thermal spray layer after thermal history.
Shown in Here, the thermal spraying on the fiber composite material was performed in a direction XY parallel to the lamination direction of the fibers and in a direction YZ perpendicular to the lamination direction of some of the fibers.
【0093】(比較例1) 複合材の基材として、Si
−SiC材料を平面研削盤により縦60mm、横60m
m、厚さ60mmの大きさに切断加工した後、800#
砥石で平面研削仕上げしたものを用い、大気雰囲気下で
500℃×3Hr、加熱処理した後、上記基材の表面に
Y安定化ZrO2を500μm溶射することにより、複
合材を製造した。尚、溶射前の基材の平面粗さ(Ra)
および平面度は、表2に示す通りである。得られた複合
材の溶射層の付着状態、熱履歴後の溶射層の剥離とチッ
ピングの結果を表3に示す。ここで、基材への溶射は、
繊維の積層方向に対して、平行な方向X−Y及び一部の
繊維の積層方向に対して、垂直な方向Y−Zで行った。Comparative Example 1 As a base material of a composite material, Si was used.
-SiC material is 60 mm long and 60 m wide using a surface grinder
m, after cutting to the size of thickness 60mm, 800 #
A composite material was manufactured by using a surface-finished grinding wheel and performing heat treatment at 500 ° C. for 3 hours in an air atmosphere, and then spraying 500 μm of Y-stabilized ZrO 2 on the surface of the base material. The surface roughness (Ra) of the substrate before thermal spraying
And the flatness are as shown in Table 2. Table 3 shows the adhesion state of the thermal spray layer of the obtained composite material, and the results of peeling and chipping of the thermal spray layer after thermal history. Here, thermal spraying on the substrate
The test was performed in a direction XY parallel to the lamination direction of the fibers and in a direction YZ perpendicular to the lamination direction of some of the fibers.
【0094】[0094]
【表1】 [Table 1]
【0095】[0095]
【表2】 [Table 2]
【0096】[0096]
【表3】 [Table 3]
【0097】(考察:実施例1〜8、比較例1)表1の
結果から、比較例1は、基材に形成された溶射層の付着
状態が悪く(1.5cm2の剥離)、熱衝撃における溶
射層の剥離(1.5cm2以下)およびチッピング
(0.5cm2以下)が発生していることが判明した。
これは、基材として繊維複合材料ではなく、Si−Si
C材料を用いているため、基材と溶射層とのC.T.
E.(熱膨張係数)が大きいためであると考えられる。(Consideration: Examples 1 to 8, Comparative Example 1) From the results shown in Table 1, in Comparative Example 1, the adhesion state of the sprayed layer formed on the base material was poor (1.5 cm 2 peeling), It was found that peeling of the sprayed layer (1.5 cm 2 or less) and chipping (0.5 cm 2 or less) occurred upon impact.
This is not a fiber composite material as the substrate, but Si-Si
Since the C material is used, the C.I. T.
E. FIG. It is considered that (coefficient of thermal expansion) is large.
【0098】 一方、実施例1〜8は、熱衝撃における
溶射層のチッピングが無く、また、実施例1〜7は、基
材に形成された溶射層の付着状態が良好(剥離なし)で
あり、熱衝撃における溶射層の剥離が無いことが判明し
た。尚、実施例8は、基材に形成された溶射層の付着状
態(0.5cm2以下の剥離)にやや問題があり、熱衝
撃における溶射層の剥離(0.5cm2以下の剥離)が
多少あるが、実用面では差し支えないと思われる。On the other hand, in Examples 1 to 8, the thermal sprayed layer did not suffer chipping due to thermal shock, and in Examples 1 to 7, the adhered state of the thermal sprayed layer formed on the substrate was good (no peeling). It was found that there was no peeling of the sprayed layer due to thermal shock. In Example 8, the adhesion state of the thermal sprayed layer formed on the base material (peeling of 0.5 cm 2 or less) had some problems, and the thermal spraying caused the peeling of the thermal spray layer (peeling of 0.5 cm 2 or less). Although there are some, it seems to be safe in practical use.
【0099】 以上のことから、実施例1〜8のよう
に、C/Cコンポジットから成る母材にSi−SiC系
材料から成るマトリックスを配した繊維複合材料の表面
に溶射層を形成するとともに、溶射層の厚さを10〜2
000μmに制御することにより、繊維複合材料表面へ
の付着性に優れ、一定の高温酸素含有雰囲気下での使用
が可能であり、繊維複合材料と溶射層間のC.T.E差
による剥離を抑制することができることが判明した。From the above, as in Examples 1 to 8, a thermal spray layer is formed on the surface of a fiber composite material in which a matrix made of a Si—SiC-based material is arranged on a base material made of a C / C composite. The thickness of the sprayed layer is 10 to 2
When the thickness is controlled to 000 μm, the adhesiveness to the surface of the fiber composite material is excellent, and it can be used under a constant high-temperature oxygen-containing atmosphere. T. It has been found that peeling due to the E difference can be suppressed.
【0100】[0100]
【発明の効果】 以上説明したように、本発明の複合材
によれば、母材であるC/Cコンポジットの耐衝撃性、
高硬度性及び軽量性と、含浸材でマトリックスを形成す
るSi−SiC系材料の低摩擦係数、耐酸化性、耐スポ
ーリング性、自己潤滑性、耐磨耗性等に加え、溶射層に
よる耐(粉末−製品−薬品−薬液−雰囲気)反応性を併
せ持ち、さらに、母材は自己修復性をも有するため、高
温酸化条件下での使用に長期間耐えることができる。As described above, according to the composite material of the present invention, the impact resistance of the C / C composite as the base material,
In addition to high hardness and light weight, low friction coefficient, oxidation resistance, spalling resistance, self-lubricating property, abrasion resistance, etc. of the Si-SiC-based material that forms the matrix with the impregnating material, resistance to the sprayed layer (Powder-Product-Chemical-Chemical-Atmosphere) In addition to having reactivity, the base material also has self-healing properties, so that it can withstand long-term use under high-temperature oxidation conditions.
【0101】 また、C/Cコンポジットを母材として
いることから、軽量であり、比熱が小さいこととも相ま
って、エネルギーの損失が少なく、省エネルギーの要請
にも沿う。更に、母材がC/Cコンポジットであるた
め、靱性に富み、優れた耐衝撃性、高硬度性を有する。
従って、従来のセラミックスの有する低耐衝撃性という
欠点を克服することができ、複雑な形状や薄肉部分を有
する複合材にも用いることができる。Further, since the C / C composite is used as a base material, it is light in weight and has a small specific heat, so that energy loss is small and the requirement for energy saving is met. Further, since the base material is a C / C composite, the base material is rich in toughness, and has excellent impact resistance and high hardness.
Therefore, the disadvantage of low impact resistance of conventional ceramics can be overcome, and it can be used for composite materials having complicated shapes and thin portions.
【図1】 本発明で用いる繊維複合材料のヤーン集合体
の形態を模式的に示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view schematically showing a form of a yarn aggregate of a fiber composite material used in the present invention.
【図2】 本発明で用いる繊維複合材料の要部の微構造
を模式的に示す断面図で、(a)は図1のIIa−IIa線
断面図、(b)は図1のIIb−IIb断面図である。FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views schematically showing a microstructure of a main part of the fiber composite material used in the present invention, wherein FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line IIa-IIa of FIG. 1, and FIG. It is sectional drawing.
【図3】 図2(a)の一部拡大図である。FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG.
【図4】 他の実施形態に係る繊維複合材料の微構造を
模式的に示す部分断面斜視図である。FIG. 4 is a partial cross-sectional perspective view schematically illustrating a microstructure of a fiber composite material according to another embodiment.
【図5】 (a)は繊維複合材料11を示す断面図で、
(b)は繊維複合材料16を示す断面図である。FIG. 5A is a cross-sectional view showing a fiber composite material 11,
(B) is a sectional view showing the fiber composite material 16.
【図6】 本発明の複合材の一例を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing an example of the composite material of the present invention.
1A,1B,1C,1D,1E,1F…ヤーン配列体、
2A,2B…ヤーン、3…炭素繊維束、4A,4B…炭
化珪素相、5A,5B…珪素相、6…ヤーン集合体、7
…繊維複合材料、11,16…繊維複合材料、13…繊
維複合材料層、15…C/Cコンポジット、17…溶射
層。1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F...
2A, 2B ... yarn, 3 ... carbon fiber bundle, 4A, 4B ... silicon carbide phase, 5A, 5B ... silicon phase, 6 ... yarn assembly, 7
... fiber composite material, 11, 16 ... fiber composite material, 13 ... fiber composite material layer, 15 ... C / C composite, 17 ... thermal sprayed layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 隆夫 埼玉県蕨市錦町2丁目16番27号 株式会社 アクロス内 (72)発明者 山下 美穂子 埼玉県蕨市錦町2丁目16番27号 株式会社 アクロス内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Takao Nakagawa 2-16-27 Nishikicho, Warabi-shi, Saitama Prefecture Inside Across Co., Ltd. (72) Mihoko Yamashita 2-16-27 Nishikicho Warabi-shi, Saitama Prefecture Across Inc. Inside
Claims (15)
の炭素成分とを含有するヤーンが三次元的に組み合わさ
れ、互いに分離しないように一体化されているヤーン集
合体と、このヤーン集合体中で隣り合う前記ヤーンの間
に充填されているSi−SiC系材料からなるマトリッ
クスとを備えた繊維複合材料の表面に溶射層を形成する
ことを特徴とする溶射層を有する複合材。1. A yarn aggregate in which yarns containing at least a bundle of carbon fibers and a carbon component other than carbon fibers are three-dimensionally combined and integrated so as not to be separated from each other. A composite material having a thermal spray layer, wherein a thermal spray layer is formed on a surface of a fiber composite material comprising: a matrix made of a Si-SiC-based material filled between the adjacent yarns.
に沿って生成している炭化珪素相を有している請求項1
記載の溶射層を有する複合材。2. The matrix according to claim 1, wherein said matrix has a silicon carbide phase formed along the surface of said yarn.
A composite material having the sprayed layer according to the above.
を有しており、この珪素相と前記ヤーンとの間に前記炭
化珪素相が生成している請求項2記載の溶射層を有する
複合材。3. The composite material according to claim 2, wherein the matrix has a silicon phase made of silicon, and the silicon carbide phase is generated between the silicon phase and the yarn.
から離れるに従って珪素の含有比率が大きくなる傾斜組
成を有している請求項1〜3のいずれか1項に記載の溶
射層を有する複合材。4. The composite material having a sprayed layer according to claim 1, wherein the matrix has a gradient composition in which the content of silicon increases as the distance from the surface of the yarn increases.
を備えており、各ヤーン配列体がそれぞれ複数の前記ヤ
ーンを略平行に二次元的に配列することによって形成さ
れており、前記各ヤーン配列体が積層されることによっ
て前記ヤーン集合体が構成されている請求項1〜4のい
ずれか1項に記載の溶射層を有する複合材。5. The yarn assembly includes a plurality of yarn arrays, each yarn array being formed by two-dimensionally arranging a plurality of the yarns in a substantially parallel manner. The composite material having a sprayed layer according to any one of claims 1 to 4, wherein the yarn aggregate is configured by stacking an array.
ーンの長手方向が互いに交差している請求項5記載の溶
射層を有する複合材。6. The composite material having a sprayed layer according to claim 5, wherein the longitudinal directions of the respective yarns in the adjacent yarn array cross each other.
の中で互いに連続することで三次元網目構造を形成して
いる請求項1〜6のいずれか1項に記載の溶射層を有す
る複合材。7. The composite material having a thermal spray layer according to claim 1, wherein the matrix is continuous with each other in the fiber composite material to form a three-dimensional network structure.
において略平行に二次元的に配列されており、隣り合う
前記各ヤーン配列体中に生成している前記マトリックス
が互いに連続しており、これによって前記マトリックス
が三次元格子を形成している請求項7記載の溶射層を有
する複合材。8. The matrix is arranged two-dimensionally in a substantially parallel manner in each of the yarn arrays, and the matrices generated in each of the adjacent yarn arrays are continuous with each other. The composite having a sprayed layer according to claim 7, wherein the matrix forms a three-dimensional lattice.
ある請求項1〜8のいずれか1項に記載の溶射層を有す
る複合材。9. The composite material having a sprayed layer according to claim 1, wherein the thickness of the sprayed layer is 10 to 2000 μm.
2、Mg0、CaO、及びTiO2のいずれかである請求
項1〜9のいずれか1項に記載の溶射層を有する複合
材。10. The main component of the sprayed layer is Al 2 O 3 , ZrO.
2, Mg0, CaO, and a composite material having a sprayed layer as claimed in any one of claims 1 to 9 is any one of TiO 2.
スとなる粉末状の炭素成分を包含させることにより炭素
繊維束を作製した後、前記炭素繊維束の周囲にプラスチ
ック製被膜を形成して中間材料とし、次いでこの中間材
料をヤーン状にして所定量を積層した後成形して成形体
を得るか、あるいはこの成形体を焼結して焼結体を得た
後、この成形体又は焼結体とSiを、不活性ガス雰囲気
下にて1100〜1400℃の温度に保持し、次いで、
前記成形体又は焼結体とSiを、1450〜2500℃
の温度に昇温することにより、前記成形体又は焼結体の
開気孔内部へSi−SiC系材料を含浸させて繊維複合
材料を作製し、次いで、前記繊維複合材料の表面に溶射
材を溶射して溶射層を形成することを特徴とする溶射層
を有する複合材の製造方法。11. A carbon fiber bundle is produced by incorporating a powdery carbon component finally serving as a matrix into a bundle of carbon fibers, and then a plastic film is formed around the carbon fiber bundle to form an intermediate layer. The intermediate material is then made into a yarn and then laminated in a predetermined amount and molded to obtain a molded body, or the molded body is sintered to obtain a sintered body, and then the molded body or sintered body is formed. The body and Si are kept at a temperature of 1100 to 1400 ° C. under an inert gas atmosphere,
The molded body or the sintered body and Si are heated at 1450 to 2500 ° C.
By raising the temperature to the above temperature, the interior of the open pores of the compact or sintered body is impregnated with a Si-SiC-based material to produce a fiber composite material, and then a thermal spray material is sprayed on the surface of the fiber composite material. A method for producing a composite material having a sprayed layer, wherein the sprayed layer is formed.
00〜1400℃の温度、0.1〜10hPaの圧力に
1時間以上保持し、かつその際、前記成形体又は焼結体
とSiの合計重量1kg当たり不活性ガスを0.1ノル
マルリットル(NL)以上流すように制御する請求項1
1記載の溶射層を有する複合材の製造方法。12. The molded body or sintered body and Si are
The temperature is maintained at a temperature of 00 to 1400 ° C. and a pressure of 0.1 to 10 hPa for 1 hour or more, and at that time, 0.1 normal liter (NL) of inert gas is added per 1 kg of the total weight of the compact or sintered compact and Si. 2) controlling the flow so as to flow at least.
A method for producing a composite material having the thermal spray layer according to claim 1.
1〜10hPaの圧力下、1450〜2500℃の温度
に昇温する請求項11又は12記載の溶射層を有する複
合材の製造方法。13. The method according to claim 13, wherein the compact or the sintered compact and Si are mixed in an amount of 0.1.
The method for producing a composite material having a sprayed layer according to claim 11 or 12, wherein the temperature is raised to a temperature of 1450 to 2500 ° C under a pressure of 1 to 10 hPa.
200〜800℃で仮焼した後、前記繊維複合材料の表
面に溶射材を溶射して溶射層を形成することを特徴とす
る請求項11〜13のいずれか1項に記載の溶射層を有
する複合材の製造方法。14. The method according to claim 12, wherein the fiber composite material is
After calcining at 200 to 800 ° C., a thermal spray material is thermally sprayed on the surface of the fiber composite material to form a thermal spray layer, and the thermal spray layer according to any one of claims 11 to 13 is provided. Manufacturing method of composite material.
O、CaO、及びTiO2のいずれかを含有する請求項
11〜14のいずれか1項に記載の溶射層を有する複合
材の製造方法。15. A thermal spraying material comprising Al 2 O 3 , ZrO 2 , Mg
O, CaO, and method for producing a composite material having a sprayed layer as claimed in any one of claims 11 to 14 containing either TiO 2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03646399A JP3562989B2 (en) | 1998-02-17 | 1999-02-15 | Composite having thermal sprayed layer and method for producing the same |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10-35143 | 1998-02-17 | ||
JP3514398 | 1998-02-17 | ||
JP03646399A JP3562989B2 (en) | 1998-02-17 | 1999-02-15 | Composite having thermal sprayed layer and method for producing the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11322476A true JPH11322476A (en) | 1999-11-24 |
JP3562989B2 JP3562989B2 (en) | 2004-09-08 |
Family
ID=26374076
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03646399A Expired - Fee Related JP3562989B2 (en) | 1998-02-17 | 1999-02-15 | Composite having thermal sprayed layer and method for producing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3562989B2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003340512A (en) * | 2002-05-22 | 2003-12-02 | Nippon Steel Hardfacing Co Ltd | Undriven roll |
JP3491902B2 (en) * | 1997-10-09 | 2004-02-03 | 日本碍子株式会社 | Fiber composite material and method for producing the same |
JP2006342026A (en) * | 2005-06-09 | 2006-12-21 | General Electric Co <Ge> | Hierarchy material |
JP2015508382A (en) * | 2011-12-29 | 2015-03-19 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | Method of manufacturing a ceramic matrix composite and ceramic matrix composite formed thereby |
CN115504814A (en) * | 2022-10-10 | 2022-12-23 | 华东理工大学 | A kind of electronic escape cooling thermal protection material and preparation method thereof |
-
1999
- 1999-02-15 JP JP03646399A patent/JP3562989B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3491902B2 (en) * | 1997-10-09 | 2004-02-03 | 日本碍子株式会社 | Fiber composite material and method for producing the same |
JP2003340512A (en) * | 2002-05-22 | 2003-12-02 | Nippon Steel Hardfacing Co Ltd | Undriven roll |
JP2006342026A (en) * | 2005-06-09 | 2006-12-21 | General Electric Co <Ge> | Hierarchy material |
JP2015508382A (en) * | 2011-12-29 | 2015-03-19 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | Method of manufacturing a ceramic matrix composite and ceramic matrix composite formed thereby |
CN115504814A (en) * | 2022-10-10 | 2022-12-23 | 华东理工大学 | A kind of electronic escape cooling thermal protection material and preparation method thereof |
CN115504814B (en) * | 2022-10-10 | 2023-06-06 | 华东理工大学 | A kind of electronic escape cooling thermal protection material and preparation method thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3562989B2 (en) | 2004-09-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6355206B1 (en) | Sic-C/C composite material, uses thereof, and method for producing the same | |
US6472058B2 (en) | Fiber-composite material and method for producing the same | |
EP1028099B1 (en) | Fibrous composite material and process for producing the same | |
EP2210868A2 (en) | Composite material | |
JP2000281469A (en) | Carbon composite material having coated layer and its production | |
Yoshida | Development of silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide matrix composites with high performance based on interfacial and microstructure control | |
KR100307509B1 (en) | Ceramic-Containing Carbon / Carbon Composites and Manufacturing Method Thereof | |
JP2000081062A (en) | Brake member | |
JP3562989B2 (en) | Composite having thermal sprayed layer and method for producing the same | |
Gottlieb et al. | Continuous fiber-reinforced ceramic matrix composites | |
ZHENG et al. | Preparation and fracture behavior of carbon fiber/SiC composites by multiple impregnation and pyrolysis of polycarbosilane | |
JP4374339B2 (en) | Brake member manufacturing method | |
JP3853035B2 (en) | Oxidation resistant C / C composite and method for producing the same | |
JP5052803B2 (en) | Composite brake and method of manufacturing the same | |
JPH05306180A (en) | Production of carbon fiber reinforced carbon-inorganic compound composite material | |
JP2000288916A (en) | Jig for polishing treatment | |
JP2000052461A (en) | Kiln tool excellent in processability | |
JP3574583B2 (en) | Heat radiating material and method of manufacturing the same | |
JPH0274669A (en) | Carbon fiber-reinforced carbon material having oxidation resistance and production thereof | |
JPH0274671A (en) | Oxidation-resistant carbon fiber-reinforced carbonaceous material and production thereof | |
JPH0291270A (en) | Oxidation-resistant carbon fiber-reinforced carbon material and production thereof | |
Veyret et al. | Hi-Nicalon reinforced silicon nitride matrix composites | |
JPH0274668A (en) | Carbon fiber-reinforced carbon material having oxidation resistance and production thereof | |
JPH0274670A (en) | Oxidation-resistant carbon fiber-reinforced material and production thereof | |
JP2000256064A (en) | Composite material impregnated with highly oxidation resistant si and its production |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040316 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040420 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040525 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040601 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080611 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090611 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100611 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100611 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110611 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120611 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130611 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140611 Year of fee payment: 10 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |