JPH1149569A - Composite member consisting of carbon fiber and ceramic - Google Patents

Composite member consisting of carbon fiber and ceramic

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JPH1149569A
JPH1149569A JP9215504A JP21550497A JPH1149569A JP H1149569 A JPH1149569 A JP H1149569A JP 9215504 A JP9215504 A JP 9215504A JP 21550497 A JP21550497 A JP 21550497A JP H1149569 A JPH1149569 A JP H1149569A
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JP
Japan
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carbon fiber
slurry
carbon
ceramic
ceramics
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JP9215504A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideo Kawamura
英男 河村
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Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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Publication date
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  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite member which consists of carbon fiber and a ceramic material and has improved toughness, high strength with respect to impact load and improved heat resistance. SOLUTION: This member comprises: a core member 1 consisting of a carbon fiber nonwoven fabric; ceramic member 2 which is used for covering the core member 1 in such a way that the core member 1 is an unexposed state and which consists of a ceramic material converted from a slurry contg. an Si powder by sintering it; and a border layer 3 which is located at one of the borders between the ceramic material and the carbon fiber and consists of SiC converted from Si in the slurry and carbon by sintering them; wherein the ceramic material consists of at least any one of SiC and Si3 N4 and the slurry also contains Al2 O3 and Y2 O3 , both mixed in the slurry.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は,シリンダライ
ナ,ガスタービンの燃焼器,シリンダヘッド,燃焼室構
造体,ポートライナ,バルブ等の部材に利用できるカー
ボン繊維とセラミックスから成る複合部材に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite member made of carbon fiber and ceramic which can be used for members such as a cylinder liner, a gas turbine combustor, a cylinder head, a combustion chamber structure, a port liner, and a valve.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来,排気ガスのエネルギを有効に利用
するために,耐熱性に優れ,熱伝導率の小さいセラミッ
クスを,排気マニホルド,シリンダヘッド,燃焼室部
材,或いはガスタービンのガス通路等に利用しているも
のが知られている。また,セラミックスの持つ耐熱性,
高強度の性質は,産業機器,工業部品において極めて重
要な役割を果たすものとして期待が大きい。
2. Description of the Related Art Conventionally, in order to effectively use the energy of exhaust gas, ceramics having excellent heat resistance and low thermal conductivity are used in exhaust manifolds, cylinder heads, combustion chamber members, gas passages of gas turbines, and the like. What you use is known. In addition, the heat resistance of ceramics,
High strength properties are expected to play an extremely important role in industrial equipment and components.

【0003】また,特開平6−117245号公報に
は,セラミックスから成る内壁部材の外面に断熱材を簡
単に固定した遮熱壁体構造の製造方法が開示されてい
る。該遮熱壁体構造の製造方法は,遮熱排気通路の作製
に適用しており,排気ポートライナをオープンポア構造
を有する低熱伝導率で且つ低熱膨張係数のセラミックス
で作製し,排気ポートライナをセラミックファイバを均
一に混入した水又は有機溶剤中に入れ,排気ポートライ
ナの内部を吸引して負圧にする。排気ポートライナの外
壁面にセラミックファイバ層からなる断熱材が形成され
ると共に,排気ポートライナのオープンポア内へセラミ
ックファイバが侵入する。従って,鋳込み時の金属の熱
収縮応力を断熱材で緩和して排気ポートライナにかかる
圧縮応力を軽減して破損を防止できる。
Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 6-117245 discloses a method of manufacturing a heat shield wall structure in which a heat insulating material is simply fixed to the outer surface of an inner wall member made of ceramics. The method of manufacturing the heat shield wall structure is applied to the manufacture of a heat shield exhaust passage. The exhaust port liner is made of a ceramic having an open pore structure and a low thermal conductivity and a low coefficient of thermal expansion, and the exhaust port liner is manufactured. The ceramic fiber is placed in uniformly mixed water or an organic solvent, and the inside of the exhaust port liner is suctioned to make a negative pressure. A heat insulating material made of a ceramic fiber layer is formed on the outer wall surface of the exhaust port liner, and the ceramic fibers enter the open pores of the exhaust port liner. Therefore, the heat shrinkage stress of the metal at the time of casting can be reduced by the heat insulating material, and the compression stress applied to the exhaust port liner can be reduced to prevent breakage.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら,セラミ
ックスの材料としての欠点は,靱性が弱く,セラミック
部品が衝撃荷重を受けた場合に,クラックや亀裂が発生
して容易に破壊することである。セラミックスの上記欠
点を解決するために,従来,繊維材との複合化が試みら
れたが,セラミックスと繊維材との境界における両者の
接合性,焼結時の繊維材の変質等の問題により,セラミ
ックスと繊維材との複合化による複合材の効果を発揮で
きないのが現状である。
However, a drawback of the ceramic material is that it has low toughness, and when a ceramic component is subjected to an impact load, cracks and cracks are generated and the ceramic component is easily broken. In order to solve the above-mentioned drawbacks of ceramics, composites with fiber materials have been attempted in the past. However, due to problems such as the bondability of the two at the boundary between the ceramics and the fiber material and the deterioration of the fiber material during sintering, At present, the effect of the composite material by combining the ceramic and the fiber material cannot be exhibited.

【0005】また,カーボングラファイトは,耐熱性が
高いことは従来より知られているが,酸素雰囲気ではカ
ーボングラファイトは酸素と反応して酸化し,極めて弱
くなるという特性を有している。しかしながら,カーボ
ングラファイトは,酸素が存在しない雰囲気では,その
耐熱温度が3000〜3500℃というように高く,高
温強度と靱性も十分であるので,セラミックスとカーボ
ングラファイトとを複合化させる場合にカーボングラフ
ァイトが酸素から絶縁された構造に構成することが要求
される。
It has been known that carbon graphite has high heat resistance. However, in an oxygen atmosphere, carbon graphite reacts with oxygen and is oxidized to be extremely weak. However, since carbon graphite has a high heat-resistant temperature of 3000 to 3500 ° C. in an atmosphere in which oxygen is not present and has sufficient high-temperature strength and toughness, when carbon ceramics are combined with carbon graphite, carbon graphite is used. It is required to construct a structure insulated from oxygen.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この発明の目的は,上記
の課題を解決することであり,ガスタービン,排気マニ
ホルド,燃焼室,副室,排気ポートライナ等の部品を耐
熱性のセラミックスで作製する場合に,セラミックスと
カーボン繊維とを複合化して靱性をアップさせ,衝撃荷
重に対して強いカーボン繊維とセラミックスから成る複
合部材を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems. Parts such as a gas turbine, an exhaust manifold, a combustion chamber, a sub-chamber, and an exhaust port liner are made of heat-resistant ceramics. In this case, it is an object of the present invention to provide a composite member made of carbon fiber and ceramics, which is composited with ceramics and carbon fiber to increase toughness and is resistant to impact load.

【0007】この発明は,カーボン繊維の不織布から成
るコア部材,前記コア部材が露出しない状態に前記コア
部材を覆い且つSi粉末を含むスラリーがN2 ガス中の
焼結によって転化したセラミックスから成るセラミック
部材,及び前記セラミックスと前記カーボン繊維との境
界に位置するカーボンと前記スラリー中のSiとの焼結
によって転化したSiCから成る境界層,から成ること
を特徴とするカーボン繊維とセラミックスから成る複合
部材に関する。
According to the present invention, there is provided a ceramic member comprising a core member made of a nonwoven fabric of carbon fiber, and a ceramic covering the core member in a state where the core member is not exposed, and a slurry containing Si powder converted by sintering in N 2 gas. A composite member made of carbon fiber and ceramics, comprising: a member; and a boundary layer made of SiC converted by sintering of carbon and Si in the slurry at a boundary between the ceramics and the carbon fiber. About.

【0008】また,前記セラミックスは,SiC又はS
3 4 のセラミックスである。
The ceramics may be SiC or S
i 3 N 4 ceramics.

【0009】前記スラリーには,Al2 3 及びY2
3 が混入されている。また,前記スラリーには,SiO
2 が含まれていない。SiO2 は,SiとCとの結合力
が小さく,SiとCとが分離し,Cと酸素が酸化してガ
スが発生し,複合部材が脆くなるという現象が発生す
る。更に,前記スラリーにSi3 4 粉末を混入した場
合には,Si3 4 の成長が促進され,複合部材中にS
3 4 が適正に含まれた状態になる。
The slurry contains Al 2 O 3 and Y 2 O
3 is mixed. In addition, the slurry contains SiO
2 is not included. SiO 2 has a small bonding force between Si and C, so that Si and C are separated, C and oxygen are oxidized to generate gas, and a phenomenon that the composite member becomes brittle occurs. Further, when Si 3 N 4 powder is mixed into the slurry, the growth of Si 3 N 4 is promoted, and S 3 N 4
i 3 N 4 is properly contained.

【0010】前記コア部材は,予め決められた形状の成
形体に成形され,前記成形体が樹脂材で固化されてい
る。前記樹脂材は,ポリマープレカーサである。
[0010] The core member is formed into a molded body having a predetermined shape, and the molded body is solidified with a resin material. The resin material is a polymer precursor.

【0011】また,このカーボン繊維とセラミックスか
ら成る複合部材は,前記カーボン繊維から成る前記コア
部材の表面にカーボン粉末を付着させ,これを成形型に
配置して前記スラリーを注入して焼結し,前記カーボン
粉末をSiCに転化させ,前記コア部材の一部はSiC
に転化することなくカーボン繊維を維持している。
In the composite member made of carbon fibers and ceramics, carbon powder is adhered to the surface of the core member made of carbon fibers, placed in a molding die, and the slurry is injected and sintered. The carbon powder is converted to SiC, and a part of the core member is made of SiC.
The carbon fiber is maintained without being converted to carbon fiber.

【0012】このカーボン繊維とセラミックスから成る
複合部材は,上記のように構成されているので,カーボ
ン繊維の特性と外周部のSiC,Si3 4 等のセラミ
ックスの特性により,耐熱性で靱性の有る高強度の複合
部材を提供できる。また,スラリーを構成するSi粉末
にSi3 4 粉末を混合し,スラリーで成形した部材の
焼成時に,Si3 4 の成長を促進させることもでき
る。ここで,カーボン繊維のCをスラリー中のSiに対
して多量に配合しておけば,カーボン繊維を内部に配置
したスラリーが高温N2 ガス中で焼成して焼結が進行す
ると,SiとN2とはSi3 4 に成長し,SiとC
(カーボン)とはSiCに成長し,カーボン繊維の一部
がSiCに転化することになるが,残部のカーボン繊維
が部材のコア即ち心部に残り,カーボン繊維の特性を維
持することになる。
Since the composite member composed of carbon fiber and ceramics is constructed as described above, the heat resistance and the toughness of the composite member depend on the characteristics of the carbon fiber and the ceramics such as SiC and Si 3 N 4 on the outer periphery. A certain high-strength composite member can be provided. Further, Si 3 N 4 powder can be mixed with Si powder constituting the slurry to promote the growth of Si 3 N 4 during firing of a member formed from the slurry. Here, if a large amount of carbon fiber C is mixed with Si in the slurry, the slurry in which the carbon fibers are disposed is fired in a high-temperature N 2 gas and sintering progresses. 2 grows into Si 3 N 4 and Si and C
(Carbon) grows into SiC and a part of the carbon fiber is converted into SiC, but the remaining carbon fiber remains in the core, that is, the core of the member, and maintains the characteristics of the carbon fiber.

【0013】また,カーボン繊維に対してスラリーを配
置するのに先立って,カーボン繊維の外面にカーボン粉
末を付着させておけば,焼成時に,まずスラリーとカー
ボン粉末が反応してSiCに成長し,内部のカーボン繊
維はそのままの状態に残ることになり,セラミックスの
靱性を向上させることができる。
If carbon powder is adhered to the outer surface of the carbon fiber prior to placing the slurry on the carbon fiber, the slurry and the carbon powder first react during firing and grow into SiC. The carbon fiber inside remains as it is, and the toughness of the ceramic can be improved.

【0014】この複合部材を作製する場合には,カーボ
ン繊維を所定の形状に維持しておくことが困難であるの
で,カーボン繊維を所定の形状に形成し,その成形体を
樹脂材で固化させておき,固化したカーボン繊維の成形
体を成形型に配置し,その成形型にSi粉末,Si3
4 粉末,Ta,Al2 3 ,Y2 3 を添加したスラリ
ーを注入した後,脱脂処理して焼成することによって極
めて強固で安定した焼結体の複合部材を作ることができ
る。上記の樹脂材としては,ポリカルボシラン等のポリ
マープレカーサ即ちプレセラミックス材で構成すると,
ポリマープレカーサが焼結によってセラミックスに転化
することができ,適した固化材として使用できる。即
ち,ポリマープレカーサが焼結によってセラミックスに
転化し,該セラミックスとスラリーの転化したセラミッ
クスとが複合化して良好な複合部材を構成できる。
When manufacturing the composite member, it is difficult to maintain the carbon fiber in a predetermined shape. Therefore, the carbon fiber is formed in a predetermined shape, and the molded body is solidified with a resin material. The solidified carbon fiber compact is placed in a mold, and Si powder, Si 3 N
After injecting a slurry to which 4 powder, Ta, Al 2 O 3 , and Y 2 O 3 are added, degreasing and firing, an extremely strong and stable composite member of a sintered body can be produced. When the above resin material is composed of a polymer precursor such as polycarbosilane, that is, a preceramic material,
The polymer precursor can be converted into ceramics by sintering and can be used as a suitable solidifying material. That is, the polymer precursor is converted into ceramics by sintering, and the ceramics and the ceramics converted from the slurry are compounded to form a good composite member.

【0015】この発明は,カーボンをカーボン繊維に形
成すると,弾性がある柔らかい材料であり,特に,引っ
張りに強い特性を有しているので,カーボン繊維の特性
を維持するため,カーボン繊維の酸化防止に対して酸素
が存在しないようにカーボン繊維の表面をSiCによる
複合層で被覆し,カーボン繊維による高強度と高耐熱性
を引き出したものである。製造工程においては,カーボ
ン繊維をポリマープレカーサで取り巻き,これを型に入
れて,Si粉末のスラリーを入れ,固化させて成形体を
作製する。固化された成形体をN2 ガス中で焼結し,N
2 ガスとSiとが反応してSi3 4 になると共に,C
とSiとが反応してSiCになる。通常,ポリマープレ
カーサが転化したSi3 4 は,焼結温度が低いために
強度が弱いが,その周囲にSi粉末にAl2 3 ,Y2
3 ,Si3 4 粉末を添加したスラリーを配置するこ
とによって,高温で焼結して高強度のSi3 4 へ成長
させることができる。
According to the present invention, when carbon is formed into carbon fiber, the carbon fiber is a soft material having elasticity. In particular, since the material has strong resistance to pulling, the carbon fiber is prevented from being oxidized. In this case, the surface of the carbon fiber is covered with a composite layer made of SiC so that oxygen does not exist, and high strength and high heat resistance of the carbon fiber are obtained. In the manufacturing process, a carbon fiber is wrapped around by a polymer precursor, put into a mold, a slurry of Si powder is put in, and solidified to produce a molded body. The solidified compact is sintered in N 2 gas,
The two gases react with Si to form Si 3 N 4 and C
Reacts with Si to form SiC. Usually, Si 3 N 4 in which the polymer precursor has been converted has a low strength due to a low sintering temperature. However, Al 2 O 3 , Y 2
By arranging a slurry to which O 3 and Si 3 N 4 powders are added, it is possible to sinter at a high temperature and grow into high-strength Si 3 N 4 .

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下,図面を参照して,この発明
によるカーボン繊維とセラミックスから成る複合部材の
一実施例について説明する。図1はこの発明によるカー
ボン繊維とセラミックスから成る複合部材の一実施例を
示す斜視図,図2はコア部材を形成するコア成形体を示
す斜視図,図3はコア成形体を成形型に配置してスラリ
ーを注入した状態を示す説明図,及び図4は成形体を示
す断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a composite member made of carbon fiber and ceramic according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a composite member composed of carbon fiber and ceramics according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a core molded body forming a core member, and FIG. FIG. 4 is an explanatory view showing a state in which the slurry is injected, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing a compact.

【0017】この発明によるカーボン繊維とセラミック
スから成る複合部材は,例えば,エンジンにおける排気
ポートや吸気ポート,ガスタービンのブレードやハウジ
ング,排気マニホルド,シリンダライナ,燃焼室構造
体,バルブ等に適用できる。
The composite member made of carbon fiber and ceramics according to the present invention can be applied to, for example, an exhaust port and an intake port of an engine, a blade and a housing of a gas turbine, an exhaust manifold, a cylinder liner, a combustion chamber structure, a valve, and the like.

【0018】図1には,このカーボン繊維とセラミック
スから成る複合部材をシリンダライナに適用した実施例
が示されている。この実施例の複合部材は,主として,
カーボン繊維の不織布から成るコア部材1,コア部材1
が露出しない状態にコア部材1を覆い且つSi粉末を含
むスラリーが焼結によって転化したセラミックスから成
るセラミック部材2,及びセラミックスとカーボン繊維
との境界に位置するカーボンとスラリー中のSiとの焼
結によって転化したSiCから成る境界層3から構成さ
れている。
FIG. 1 shows an embodiment in which the composite member made of carbon fibers and ceramics is applied to a cylinder liner. The composite member of this embodiment is mainly
Core member 1 and core member 1 made of carbon fiber non-woven fabric
Member 2 made of ceramics in which the slurry containing Si powder is converted by sintering, covering the core member 1 in a state where the carbon is not exposed, and sintering of carbon located at the boundary between the ceramics and the carbon fibers and Si in the slurry. And a boundary layer 3 made of SiC converted by the method.

【0019】このカーボン繊維とセラミックスから成る
複合部材は,カーボン繊維がセラミックス中に封入さ
れ,カーボン繊維が酸素に触れることがないので,複合
部材自体の破壊靱性K1Cが20程度にまで向上する。こ
の複合部材は,従来のセラミックス単体の場合に破壊靱
性K1Cが5〜8程度であるので,大幅に破壊靱性が向上
することになり,衝撃荷重等の外力がかかった時の破損
が避けられる。
In the composite member made of carbon fiber and ceramic, the carbon fiber is sealed in the ceramic and the carbon fiber does not come into contact with oxygen, so that the fracture toughness K 1C of the composite member itself is improved to about 20. Since this composite member has a fracture toughness K 1C of about 5 to 8 in the case of a conventional ceramic simple substance, the fracture toughness is greatly improved, and breakage when an external force such as an impact load is applied can be avoided. .

【0020】また,この複合部材の製造工程を考慮する
と,次のとおりである。Si粉末を含むスラリー,例え
ば,ポリカルボシラン等のポリマープレカーサ(R3
i・H,R:CH3 )をカーボン繊維の周囲に配置した
場合に,化で示すような工程の反応が生じる。 (1)25℃〜200℃において: R3 Si・H+NH3 →R3 Si・NH2 +H2 (2)450℃〜700℃において: R3 Si・NH2 +NH3 →R3 ・SiNH2 +CH4 (3)900℃〜1000℃において: SiNX Y →Si3 4 +H2 (4)1200℃〜1500℃において:Si3 4
結晶化する。
Considering the manufacturing process of the composite member, it is as follows. A slurry containing Si powder, for example, a polymer precursor such as polycarbosilane (R 3 S
When i.H, R: CH 3 ) is arranged around the carbon fiber, a reaction in the step shown by the chemical formula occurs. (1) at 25 ℃ ~200 ℃: R 3 Si · H + NH 3 → R 3 Si · NH 2 + H 2 (2) at 450 ℃ ~700 ℃: R 3 Si · NH 2 + NH 3 → R 3 · SiNH 2 + CH 4 (3) At 900 ° C. to 1000 ° C .: SiN X H Y → Si 3 N 4 + H 2 (4) At 1200 ° C. to 1500 ° C .: Si 3 N 4 crystallizes.

【化1】 Embedded image

【0021】この複合部材は,例えば,次のようにして
作製することができる。まず,カーボングラファイト製
繊維材即ちカーボン繊維を長繊維に切断し,該長繊維を
ランダムに絡ませた不織布をマット状シート材に形成す
る。この時,カーボングラファイトは線膨張係数が3×
10-6/℃程度の繊維材を使用する。また,シート材を
タービンハウジング形状,燃焼室構造体形状等の形状の
コア成形体,例えば,図2に示すように,円筒形状のコ
ア成形体5に作製するには,その形状を保持することが
困難であるので,例えば,該シート材をポリカルボシラ
ン等のポリマープレカーサから成る樹脂材中に通してシ
ート材に樹脂材を含浸させ,次いで,該シート材を所定
の形状に成形して固化させることによって,所定の形状
のコア成形体5を容易に作製することができる。また,
所定の形状のコア成形体5を作製した後に,カーボング
ラファイト粉末をコア成形体5に付着させておくと,コ
ア成形体5の表面に付着したカーボン粉末は,後述のス
ラリー6のSi粉末と反応してSiCに転化し,カーボ
ン繊維をコア部材1として十分に残存させることがで
き,カーボン繊維の機械的特性を温存させることができ
る。
This composite member can be manufactured, for example, as follows. First, a fiber material made of carbon graphite, that is, a carbon fiber is cut into long fibers, and a nonwoven fabric in which the long fibers are randomly entangled is formed into a mat-like sheet material. At this time, the carbon graphite has a linear expansion coefficient of 3 ×
Use a fiber material of about 10 -6 / ° C. In order to manufacture the sheet material into a core molded body having a shape such as a turbine housing shape or a combustion chamber structure shape, for example, as shown in FIG. Therefore, for example, the sheet material is passed through a resin material made of a polymer precursor such as polycarbosilane to impregnate the resin material into the resin material, and then formed into a predetermined shape and solidified. By doing so, the core molded body 5 having a predetermined shape can be easily produced. Also,
After forming the core molded body 5 having a predetermined shape, carbon graphite powder is adhered to the core molded body 5. The carbon powder adhered to the surface of the core molded body 5 reacts with Si powder of the slurry 6 described later. Thus, the carbon fiber can be sufficiently left as the core member 1 and the mechanical properties of the carbon fiber can be preserved.

【0022】図3に示すように,コア成形体5をスリッ
プキャスト用石膏型等の成形型4に配置し,成形型4中
のコア成形体5の外周にSi粉末を含む泥漿即ちスラリ
ー6を注入し,グリーン成形体を作製し,これを乾燥固
化して,図4に示すような所定の形状の成形体を作製す
る。スラリー6には,Si粉末の他に,Al2 3 ,Y
2 3 を2〜3%添加して混入するが,SiO2 は混入
しない。スラリー6にSiO2 を添加すると,SiO2
がカーボンと反応してカーボン繊維が劣化するので,カ
ーボンの酸化を防止するため,スラリー6中にはSiO
2 を添加しないものとする。
As shown in FIG. 3, the core molded body 5 is placed on a molding die 4 such as a gypsum mold for slip casting, and a slurry or slurry 6 containing Si powder is placed around the core molded body 5 in the molding die 4. Injection is performed to produce a green molded body, which is dried and solidified to produce a molded body having a predetermined shape as shown in FIG. The slurry 6 includes Al 2 O 3 , Y in addition to the Si powder.
Although 2 to 3% of 2 O 3 is added and mixed, SiO 2 is not mixed. The addition of SiO 2 to the slurry 6, SiO 2
Reacts with carbon to degrade carbon fibers, so that the slurry 6 contains SiO 2 to prevent oxidation of carbon.
2 shall not be added.

【0023】上記の製造工程で得た成形体7を,N2
ス中で1400℃〜1500℃で一次焼結して仮焼体を
作製する。次いで,この仮焼体を1700℃〜1800
℃に加熱して10時間前後で焼結させる。成形体7の焼
成において,高温N2 ガス中でスラリー6の焼結が進行
すると,SiとN2 はSi3 4 に反応して成長し,S
iとCはSiCに反応して成長し,カーボン繊維のCの
大部分がSiCに成長する。しかしながら,Siと反応
する以上のカーボン繊維を心部に有しているので,カー
ボン繊維の一部が反応することなく残存し,カーボン繊
維の特性を発揮できる状態になる。従って,図1に示す
ように,カーボン繊維から成るコア部材1の外側にセラ
ミック部材2が形成され,セラミックスとカーボン繊維
との境界にはSiCから成る境界層3から形成されるこ
とになる。セラミック部材2は,SiC及びSi3 4
の少なくとも一方のセラミックスで構成されている。
The molded body 7 obtained in the above manufacturing process is primarily sintered at 1400 ° C. to 1500 ° C. in N 2 gas to produce a calcined body. Next, the calcined body is heated at 1700 ° C. to 1800 ° C.
C. and sinter for about 10 hours. As the sintering of the slurry 6 proceeds in a high-temperature N 2 gas during firing of the compact 7, Si and N 2 react with Si 3 N 4 to grow, and S
i and C grow in response to SiC, and most of C in the carbon fiber grows into SiC. However, since the core portion has more carbon fibers than it reacts with Si, a part of the carbon fibers remains without reacting, and the characteristics of the carbon fibers can be exhibited. Therefore, as shown in FIG. 1, the ceramic member 2 is formed outside the core member 1 made of carbon fiber, and the boundary between the ceramic and the carbon fiber is formed by the boundary layer 3 made of SiC. The ceramic member 2 is made of SiC and Si 3 N 4
At least one of the ceramics.

【0024】この複合部材の製造工程において,スラリ
ー6にSi3 4 粉末が混入した場合には,Si3 4
への成長が促進してセラミック部材2がSi3 4 から
構成されることになる。また,カーボン繊維から成るコ
ア部材1の表面にカーボン粉末を付着させ,これを成形
型4に配置してスラリー6を注入して焼結させると,S
i粉末とカーボン粉末とが反応してSiCに転化し,コ
ア部材1の一部はSiCに転化することなく,カーボン
繊維を維持した状態になり,カーボン繊維の特性を確保
することができる。
In the manufacturing process of the composite member, when Si 3 N 4 powder is mixed in the slurry 6, Si 3 N 4
Is promoted, and the ceramic member 2 is composed of Si 3 N 4 . Further, when carbon powder is adhered to the surface of the core member 1 made of carbon fiber, the powder is placed in the molding die 4 and the slurry 6 is injected and sintered, so that S
The i-powder and the carbon powder react with each other to be converted into SiC, and a part of the core member 1 is kept in a state in which the carbon fibers are maintained without being converted into SiC, so that the characteristics of the carbon fibers can be secured.

【0025】[0025]

【発明の効果】この発明によるカーボン繊維とセラミッ
クスから成る複合部材は,上記のように構成されている
ので,次のような効果を有する。即ち,このカーボン繊
維とセラミックスから成る複合部材は,カーボン繊維が
セラミックスによって封入された構造に構成され,カー
ボン繊維が酸素に触れることがない状態になるので,カ
ーボン繊維の特性を発揮することができ,しかも,カー
ボン繊維自体は酸素に触れなければ,極めて高い耐熱性
と高強度を発揮できるので,例えば,高温燃焼ガス雰囲
気において,この複合部材自体の靱性を向上させること
ができ,衝撃荷重がかかったとしても破損する恐れがな
い。
The composite member comprising carbon fibers and ceramics according to the present invention has the following effects because it is constructed as described above. That is, the composite member made of carbon fiber and ceramics has a structure in which the carbon fiber is sealed with ceramics, and the carbon fiber does not come into contact with oxygen. Moreover, the carbon fiber itself can exhibit extremely high heat resistance and high strength if it does not come into contact with oxygen. For example, in a high-temperature combustion gas atmosphere, the toughness of the composite member itself can be improved, and an impact load is applied. There is no risk of damage.

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

【図1】この発明によるカーボン繊維とセラミックスか
ら成る複合部材の一実施例を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of a composite member comprising carbon fiber and ceramics according to the present invention.

【図2】コア部材を形成するコア成形体を示す斜視図で
ある。
FIG. 2 is a perspective view showing a core molded body forming a core member.

【図3】コア成形体を成形型に配置してスラリーを注入
した状態を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view showing a state where a core molded body is arranged in a molding die and slurry is injected.

【図4】成形体を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a compact.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 コア部材 2 セラミック部材 3 境界層 4 成形型 5 コア成形体 6 スラリー 7 成形体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Core member 2 Ceramic member 3 Boundary layer 4 Mold 5 Core molded body 6 Slurry 7 Molded body

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F02F 1/24 C04B 35/58 102M F23R 3/42 35/80 B ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI F02F 1/24 C04B 35/58 102M F23R 3/42 35/80 B

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 カーボン繊維の不織布から成るコア部
材,前記コア部材が露出しない状態に前記コア部材を覆
い且つSi粉末を含むスラリーがN2 ガス中での焼結に
よって転化したセラミックスから成るセラミック部材,
及び前記セラミックスと前記カーボン繊維との境界に位
置するカーボンと前記スラリー中のSiとの焼結によっ
て転化したSiCから成る境界層,から成ることを特徴
とするカーボン繊維とセラミックスから成る複合部材。
1. A core member made of a nonwoven fabric of carbon fiber, and a ceramic member made of ceramics which covers the core member in a state where the core member is not exposed, and in which a slurry containing Si powder is converted by sintering in N 2 gas. ,
And a boundary layer made of SiC converted by sintering of carbon and Si in the slurry at a boundary between the ceramics and the carbon fibers, and a composite member made of carbon fibers and ceramics.
【請求項2】 前記セラミックスは,SiC又はSi3
4 のセラミックスであることを特徴とする請求項1に
記載のカーボン繊維とセラミックスから成る複合部材。
2. The method according to claim 1, wherein the ceramic is SiC or Si 3.
Composite member comprising carbon fibers and ceramic according to claim 1, characterized in that the ceramic N 4.
【請求項3】 前記スラリーには,Al2 3 及びY2
3 が混入されていることを特徴とする請求項1又は2
に記載のカーボン繊維とセラミックスから成る複合部
材。
3. The slurry comprises Al 2 O 3 and Y 2
3. The method according to claim 1, wherein O 3 is mixed.
A composite member comprising the carbon fiber and the ceramic according to the above.
【請求項4】 前記スラリーには,SiO2 が含まれて
いないことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に
記載のカーボン繊維とセラミックスから成る複合部材。
4. The composite member according to claim 1, wherein the slurry does not contain SiO 2 .
【請求項5】 前記スラリーには,Si3 4 粉末が混
入されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか
1項に記載のカーボン繊維とセラミックスから成る複合
部材。
5. The composite member according to claim 1, wherein said slurry contains Si 3 N 4 powder.
【請求項6】 前記コア部材は,予め決められた形状の
成形体に成形され,前記成形体が樹脂材で固化されてい
ることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載
のカーボン繊維とセラミックスから成る複合部材。
6. The core member according to claim 1, wherein the core member is formed into a molded body having a predetermined shape, and the molded body is solidified with a resin material. Composite member made of carbon fiber and ceramics.
【請求項7】 前記樹脂材はポリマープレカーサを主成
分とすることを特徴とする請求項6に記載のカーボン繊
維とセラミックスから成る複合部材。
7. The composite member according to claim 6, wherein the resin material has a polymer precursor as a main component.
【請求項8】 前記カーボン繊維から成る前記コア部材
の表面にカーボン粉末を付着させ,これを成形型に配置
して前記スラリーを注入して焼結し,前記カーボン粉末
をSiCに転化させ,前記コア部材の一部はSiCに転
化することなくカーボン繊維を維持していることを特徴
とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のカーボン繊
維とセラミックスから成る複合部材。
8. A carbon powder is attached to the surface of the core member made of the carbon fiber, placed in a molding die, the slurry is injected and sintered, and the carbon powder is converted into SiC. The composite member comprising carbon fibers and ceramics according to any one of claims 1 to 7, wherein a part of the core member maintains the carbon fibers without being converted to SiC.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014119803A1 (en) * 2013-02-04 2014-08-07 東洋炭素株式会社 Bonded material and method for producing same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014119803A1 (en) * 2013-02-04 2014-08-07 東洋炭素株式会社 Bonded material and method for producing same
CN104884411A (en) * 2013-02-04 2015-09-02 东洋炭素株式会社 Bonded material and method for producing same
JPWO2014119803A1 (en) * 2013-02-04 2017-01-26 東洋炭素株式会社 CONNECTED BODY AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME
US11286210B2 (en) 2013-02-04 2022-03-29 Toyo Tanso Co., Ltd. Joined material and method of manufacturing same

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