JPH11343176A - セラミックス複合材料の製造方法 - Google Patents
セラミックス複合材料の製造方法Info
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- JPH11343176A JPH11343176A JP10164340A JP16434098A JPH11343176A JP H11343176 A JPH11343176 A JP H11343176A JP 10164340 A JP10164340 A JP 10164340A JP 16434098 A JP16434098 A JP 16434098A JP H11343176 A JPH11343176 A JP H11343176A
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- reinforcing material
- matrix
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 短時間で強度の高い母材組織を形成すること
のできるセラミックス複合材料の製造方法を提供する。 【解決手段】 セラミックス繊維織物による補強材成形
体１０を製織形成する補強材形成工程１、補強材成形体
１０にセラミックス母材に対して濡れ性の低い材料によ
るコーティングを施すコーティング工程２、補強材成形
体１０の空隙にポリマー含浸焼成法（ＰＩＰ）によって
セラミックスの母材を形成する液相含浸母相形成工程
３、補強材成形体１０の織糸と前工程で形成されたセラ
ミックス母材粒子の間に気相含浸法（ＣＶＩ）によって
セラミックス母材を形成する気相含浸母相形成工程４に
よりセラミックス複合材料を形成する。
のできるセラミックス複合材料の製造方法を提供する。 【解決手段】 セラミックス繊維織物による補強材成形
体１０を製織形成する補強材形成工程１、補強材成形体
１０にセラミックス母材に対して濡れ性の低い材料によ
るコーティングを施すコーティング工程２、補強材成形
体１０の空隙にポリマー含浸焼成法（ＰＩＰ）によって
セラミックスの母材を形成する液相含浸母相形成工程
３、補強材成形体１０の織糸と前工程で形成されたセラ
ミックス母材粒子の間に気相含浸法（ＣＶＩ）によって
セラミックス母材を形成する気相含浸母相形成工程４に
よりセラミックス複合材料を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する利用分野】本発明は、セラミックス母材
をセラミックス繊維織物による補強材によって補強して
成るセラミックス複合材料の製造方法に関する。
をセラミックス繊維織物による補強材によって補強して
成るセラミックス複合材料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックス母材をセラミックス繊維を
紡いだ糸を製織して成る補強材によって補強して成るセ
ラミックス複合材料（ＣＭＣ：Ceramic Matrix Composi
tes）を製造する方法として、ポリマー含浸焼成法：Ｐ
ＩＰ(Polymer Immersion Pirolysis)と、気相含浸法：
ＣＶＩ(Chemical Vapor Infiltration)が知られてい
る。
紡いだ糸を製織して成る補強材によって補強して成るセ
ラミックス複合材料（ＣＭＣ：Ceramic Matrix Composi
tes）を製造する方法として、ポリマー含浸焼成法：Ｐ
ＩＰ(Polymer Immersion Pirolysis)と、気相含浸法：
ＣＶＩ(Chemical Vapor Infiltration)が知られてい
る。
【０００３】ポリマー含浸焼成法は、例えばポリカルボ
キシラン等の有機ケイ素ポリマーをキシレン等の溶媒に
溶解させて成る溶液に、セラミックス繊維製の補強材を
浸してその織糸間にポリマーを含浸させ、乾燥させた
後、高温で焼成して炭化ケイ素の母材を成形するもので
ある。
キシラン等の有機ケイ素ポリマーをキシレン等の溶媒に
溶解させて成る溶液に、セラミックス繊維製の補強材を
浸してその織糸間にポリマーを含浸させ、乾燥させた
後、高温で焼成して炭化ケイ素の母材を成形するもので
ある。
【０００４】また、気相含浸法は、補強材であるセラミ
ックス繊維による織物を炉内で高温に加熱し、減圧雰囲
気にてメチルトリクロロシランガス等によって炭化ケイ
素の母材を形成するものである。
ックス繊維による織物を炉内で高温に加熱し、減圧雰囲
気にてメチルトリクロロシランガス等によって炭化ケイ
素の母材を形成するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ポリマ
ー含浸焼成法は、焼成時に収縮を伴うため、ポーラスな
母材組織となり、高い強度を得難いという問題がある。
このような組織がポーラスである問題は、図５に含浸・
焼成回数に対する重量増加率の一例のグラフを示すよう
に、含浸・焼成回数を増やしても数回以降は飽和状態と
なって一定以上の重量増加（即ち母材組織の緻密化）は
望めない。
ー含浸焼成法は、焼成時に収縮を伴うため、ポーラスな
母材組織となり、高い強度を得難いという問題がある。
このような組織がポーラスである問題は、図５に含浸・
焼成回数に対する重量増加率の一例のグラフを示すよう
に、含浸・焼成回数を増やしても数回以降は飽和状態と
なって一定以上の重量増加（即ち母材組織の緻密化）は
望めない。
【０００６】一方、気相含浸法は、緻密で強固な母材組
織を形成することができるが、形成に極めて長い時間を
要する。また、大掛かりな設備が必要であり、製造コス
トも高い。
織を形成することができるが、形成に極めて長い時間を
要する。また、大掛かりな設備が必要であり、製造コス
トも高い。
【０００７】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であって、短時間で強度の高い母材組織を形成すること
のできるセラミックス複合材料の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
であって、短時間で強度の高い母材組織を形成すること
のできるセラミックス複合材料の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のセラミックス複合材料の製造方法は、セラミックス
母材をセラミックス繊維織物による補強材によって補強
して成るセラミックス複合材料の製造方法であって、前
記補強材に母材セラミックスに対して濡れ性の低いコー
ティングを施し、ポリマー含浸・焼成によって前記補強
材の織糸間空隙部位にセラミックス母材を形成した後、
気相含浸によって残余空隙にセラミックス母材を形成す
ることを特徴とする。
明のセラミックス複合材料の製造方法は、セラミックス
母材をセラミックス繊維織物による補強材によって補強
して成るセラミックス複合材料の製造方法であって、前
記補強材に母材セラミックスに対して濡れ性の低いコー
ティングを施し、ポリマー含浸・焼成によって前記補強
材の織糸間空隙部位にセラミックス母材を形成した後、
気相含浸によって残余空隙にセラミックス母材を形成す
ることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本願発
明の実施の形態について説明する。図１は、本願発明に
係るセラミックス複合材の製造方法の一例の工程ブロッ
ク図を示す。
明の実施の形態について説明する。図１は、本願発明に
係るセラミックス複合材の製造方法の一例の工程ブロッ
ク図を示す。
【００１０】即ち、本願発明に係るセラミックス複合材
の製造方法では、セラミックス繊維織物によって所定形
状の補強材成形体１０を製織形成する補強材形成工程
１、その補強材成形体１０にセラミックス母材に対して
濡れ性の低い材料によるコーティングを施すコーティン
グ工程２、補強材成形体１０の織糸間空隙にポリマー含
浸焼成法（ＰＩＰ）によってセラミックス母材を形成す
る液相含浸母相形成工程３、補強材成形体１０の織糸と
前工程で形成されたセラミックス母材粒子の間に気相含
浸法（ＣＶＩ）によってセラミックス母材を形成する気
相含浸母相形成工程４、更に、このようにして得られた
成形品をダイヤモンド砥石等によって外形を所定形状に
加工する機械加工工程５により完成品を得るものであ
る。
の製造方法では、セラミックス繊維織物によって所定形
状の補強材成形体１０を製織形成する補強材形成工程
１、その補強材成形体１０にセラミックス母材に対して
濡れ性の低い材料によるコーティングを施すコーティン
グ工程２、補強材成形体１０の織糸間空隙にポリマー含
浸焼成法（ＰＩＰ）によってセラミックス母材を形成す
る液相含浸母相形成工程３、補強材成形体１０の織糸と
前工程で形成されたセラミックス母材粒子の間に気相含
浸法（ＣＶＩ）によってセラミックス母材を形成する気
相含浸母相形成工程４、更に、このようにして得られた
成形品をダイヤモンド砥石等によって外形を所定形状に
加工する機械加工工程５により完成品を得るものであ
る。
【００１１】以下、組織の拡大断面を概念的に示す図２
に基づいて、各工程を詳細に説明する。尚、本例は、セ
ラミックス母材及び補強材を形成するセラミックス繊維
の何れにも炭化ケイ素：ＳｉＣを用いるものである。
に基づいて、各工程を詳細に説明する。尚、本例は、セ
ラミックス母材及び補強材を形成するセラミックス繊維
の何れにも炭化ケイ素：ＳｉＣを用いるものである。
【００１２】補強材形成工程１では、炭化ケイ素繊維に
よって紡いだ所定径の糸１１を織って、図２（Ａ）に示
すように所定形状の補強材成形体１０を製織形成する。
よって紡いだ所定径の糸１１を織って、図２（Ａ）に示
すように所定形状の補強材成形体１０を製織形成する。
【００１３】コーティング工程２では、補強材成形体１
０を炉内で高温に加熱し、原料ガスを用いて補強材成形
体１０の表面（補強材成形体１０を形成する織糸１１の
表面）に、セラミックス母材に対して濡れ性の低い材料
によるコーティングを図２（Ｂ）に示すように施す。セ
ラミックス母材が炭化ケイ素である場合、コーティング
材料は、ボロンナイトライド：ＢＮ又はグラファイトカ
ーボン：Ｃが利用でき、例えばＢＮ層１２を所定厚さに
合成する。
０を炉内で高温に加熱し、原料ガスを用いて補強材成形
体１０の表面（補強材成形体１０を形成する織糸１１の
表面）に、セラミックス母材に対して濡れ性の低い材料
によるコーティングを図２（Ｂ）に示すように施す。セ
ラミックス母材が炭化ケイ素である場合、コーティング
材料は、ボロンナイトライド：ＢＮ又はグラファイトカ
ーボン：Ｃが利用でき、例えばＢＮ層１２を所定厚さに
合成する。
【００１４】液相含浸母相形成工程３では、補強材成形
体１０にポリマー含浸焼成法（ＰＩＰ）によってセラミ
ックス母材を形成する。即ち、ポリカルボキシラン等の
有機ケイ素ポリマーをキシレン等の溶媒に溶解させて成
る溶液に、補強材成形体１０を浸してその織糸１１間に
ポリマーを含浸させ、乾燥させた後、高温で焼成する。
これにより、図２（Ｃ）に示すように、補強材成形体１
０の織糸１１間の大きな空隙内に含浸したポリマーが焼
成されて、炭化ケイ素母材粒子２１が形成される。
体１０にポリマー含浸焼成法（ＰＩＰ）によってセラミ
ックス母材を形成する。即ち、ポリカルボキシラン等の
有機ケイ素ポリマーをキシレン等の溶媒に溶解させて成
る溶液に、補強材成形体１０を浸してその織糸１１間に
ポリマーを含浸させ、乾燥させた後、高温で焼成する。
これにより、図２（Ｃ）に示すように、補強材成形体１
０の織糸１１間の大きな空隙内に含浸したポリマーが焼
成されて、炭化ケイ素母材粒子２１が形成される。
【００１５】ここで、補強材成形体１０を形成する織糸
１１には、前工程でその表面に濡れ性の低いＢＮ層１２
が形成されているため、炭化ケイ素母材粒子２１は補強
材成形体１０を形成する織糸１１とは分離した粒状を呈
する。このポリマー含浸焼成法（ＰＩＰ）による母材形
成を、数回（例えば２回）繰り返すことによって補強材
成形体１０の織糸１１間の大きな空間を炭化ケイ素母材
粒子２１で埋めることができる。この状態では、補強材
成形体１０の織糸１１と炭化ケイ素母材粒子２１との間
には間隙を有する。
１１には、前工程でその表面に濡れ性の低いＢＮ層１２
が形成されているため、炭化ケイ素母材粒子２１は補強
材成形体１０を形成する織糸１１とは分離した粒状を呈
する。このポリマー含浸焼成法（ＰＩＰ）による母材形
成を、数回（例えば２回）繰り返すことによって補強材
成形体１０の織糸１１間の大きな空間を炭化ケイ素母材
粒子２１で埋めることができる。この状態では、補強材
成形体１０の織糸１１と炭化ケイ素母材粒子２１との間
には間隙を有する。
【００１６】気相含浸母相形成工程４では、前工程の液
相含浸母相形成工程３で織糸１１間の大きな空間内に炭
化ケイ素母材粒子２１が形成された補強材成形体１０
に、気相含浸法（ＣＶＩ）によってセラミックス母材を
形成する。即ち、補強材成形体１０を炉内で高温に加熱
すると共に減圧雰囲気にてメチルトリクロロシランガス
等によって炭化ケイ素母材を形成する。これにより、メ
チルトリクロロシランガスが補強材成形体１０の織糸１
１と炭化ケイ素母材粒子２１との間に間隙に入り込んで
図２（Ｄ）に示すように当該空間に炭化ケイ素母材を形
成し、図２（Ｅ）に示すように緻密な炭化ケイ素母材組
織２０となるものである。
相含浸母相形成工程３で織糸１１間の大きな空間内に炭
化ケイ素母材粒子２１が形成された補強材成形体１０
に、気相含浸法（ＣＶＩ）によってセラミックス母材を
形成する。即ち、補強材成形体１０を炉内で高温に加熱
すると共に減圧雰囲気にてメチルトリクロロシランガス
等によって炭化ケイ素母材を形成する。これにより、メ
チルトリクロロシランガスが補強材成形体１０の織糸１
１と炭化ケイ素母材粒子２１との間に間隙に入り込んで
図２（Ｄ）に示すように当該空間に炭化ケイ素母材を形
成し、図２（Ｅ）に示すように緻密な炭化ケイ素母材組
織２０となるものである。
【００１７】而して、上記のごとき工程によれば、液相
含浸母相形成工程３において補強材成形体１０の織糸１
１間の大きな空間内に炭化ケイ素母材粒子２１を形成
し、気相含浸母相形成工程４で残余の空間内に炭化ケイ
素母材を形成することにより、短時間で全体に緻密な炭
化ケイ素母材組織２０が形成されたセラミックス複合材
を形成することができる。
含浸母相形成工程３において補強材成形体１０の織糸１
１間の大きな空間内に炭化ケイ素母材粒子２１を形成
し、気相含浸母相形成工程４で残余の空間内に炭化ケイ
素母材を形成することにより、短時間で全体に緻密な炭
化ケイ素母材組織２０が形成されたセラミックス複合材
を形成することができる。
【００１８】即ち、本願発明を適用して液相含浸母相形
成工程３においてポリマー含浸焼成を２回行うと共に気
相含浸母相形成工程４において気相含浸を行って形成し
た炭化ケイ素母材−炭化ケイ素補強材によるセラミック
ス複合材と、気相含浸法（ＣＶＩ）のみによって同一反
応条件（温度，圧力，原料ガスの流量が等しい）で形成
した同様のセラミックス複合材の、所要時間に対する母
材重量率の増加を比較したグラフである図３に示すよう
に、気相含浸法（ＣＶＩ）のみによるものに比較して約
１／２の時間で同様の重量の母材セラミックスを含浸さ
せる（セラミックス母材を形成する）ことが可能であっ
た。
成工程３においてポリマー含浸焼成を２回行うと共に気
相含浸母相形成工程４において気相含浸を行って形成し
た炭化ケイ素母材−炭化ケイ素補強材によるセラミック
ス複合材と、気相含浸法（ＣＶＩ）のみによって同一反
応条件（温度，圧力，原料ガスの流量が等しい）で形成
した同様のセラミックス複合材の、所要時間に対する母
材重量率の増加を比較したグラフである図３に示すよう
に、気相含浸法（ＣＶＩ）のみによるものに比較して約
１／２の時間で同様の重量の母材セラミックスを含浸さ
せる（セラミックス母材を形成する）ことが可能であっ
た。
【００１９】また、このようにして形成した炭化ケイ素
母材−炭化ケイ素補強材によるセラミックス複合材を１
２００℃で引っ張り試験した応力−歪み線図を図４に示
すように、気相含浸法（ＣＶＩ）のみのものと略同等の
特性を有することを確認できた。
母材−炭化ケイ素補強材によるセラミックス複合材を１
２００℃で引っ張り試験した応力−歪み線図を図４に示
すように、気相含浸法（ＣＶＩ）のみのものと略同等の
特性を有することを確認できた。
【００２０】
【発明の効果】以上述べたように、本願発明に係るセラ
ミックス複合材料の製造方法によれば、補強材に対して
濡れ性の低いコーティングを施し、ポリマー含浸・焼成
によって補強材の織糸間空隙部位にセラミックス母材を
形成した後、気相含浸によって残余空隙にセラミックス
母材を形成することにより、短時間で全体に緻密な母材
組織を形成することができる。
ミックス複合材料の製造方法によれば、補強材に対して
濡れ性の低いコーティングを施し、ポリマー含浸・焼成
によって補強材の織糸間空隙部位にセラミックス母材を
形成した後、気相含浸によって残余空隙にセラミックス
母材を形成することにより、短時間で全体に緻密な母材
組織を形成することができる。
【００２１】つまり、強度の高いセラミックス複合材料
を短時間で低コストに形成することができるものであ
る。
を短時間で低コストに形成することができるものであ
る。
【図１】本願発明に係るセラミックス複合材の製造方法
の一例の工程ブロック図である。
の一例の工程ブロック図である。
【図２】工程毎の組織の拡大断面を概念的に示す図であ
る。
る。
【図３】所要時間に対する母材重量率を示すグラフであ
る。
る。
【図４】１２００℃で引っ張り試験による応力−歪み線
図である。
図である。
【図５】ポリマー含浸焼成法の工程回数に対する重量増
加率の一例のグラフである。
加率の一例のグラフである。
２ コーティング工程 ３ 液相含浸母相形成工程（ポリマー含浸・焼成） ４ 気相含浸母相形成工程（気相含浸） １０ 補強材成形体（補強材） １１ 織糸 １２ ＢＮ層（コーティング） ２０ セラミックス母材 ２１ セラミックス母材粒子
Claims (1)
- 【請求項１】 セラミックス母材をセラミックス繊維織
物による補強材によって補強して成るセラミックス複合
材料の製造方法であって、 前記補強材に母材セラミックスに対して濡れ性の低いコ
ーティングを施し、ポリマー含浸・焼成によって前記補
強材の織糸間空隙部位にセラミックス母材を形成した
後、気相含浸によって残余空隙にセラミックス母材を形
成することを特徴とするセラミックス複合材料の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10164340A JPH11343176A (ja) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | セラミックス複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10164340A JPH11343176A (ja) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | セラミックス複合材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11343176A true JPH11343176A (ja) | 1999-12-14 |
Family
ID=15791321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10164340A Pending JPH11343176A (ja) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | セラミックス複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11343176A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103601523A (zh) * | 2013-11-11 | 2014-02-26 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种陶瓷基复合材料销钉的针刺预制体结构及制备方法 |
| WO2022118962A1 (ja) | 2020-12-04 | 2022-06-09 | 株式会社Ｉｈｉエアロスペース | セラミックス基複合材料の開気孔充填方法およびセラミックス基複合材料 |
-
1998
- 1998-05-28 JP JP10164340A patent/JPH11343176A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103601523A (zh) * | 2013-11-11 | 2014-02-26 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种陶瓷基复合材料销钉的针刺预制体结构及制备方法 |
| WO2022118962A1 (ja) | 2020-12-04 | 2022-06-09 | 株式会社Ｉｈｉエアロスペース | セラミックス基複合材料の開気孔充填方法およびセラミックス基複合材料 |
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