WO2005066098A1

WO2005066098A1 - 複合材料及びその製造方法

Info

Publication number: WO2005066098A1
Application number: PCT/JP2004/019518
Authority: WO
Inventors: Takeshi Nakamura
Original assignee: Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd.
Priority date: 2004-01-08
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2005-07-21
Also published as: EP1702908A4; US20070166525A1; CA2552364C; CN100564319C; JP2005194141A; US7754319B2; CN1902143A; EP1702908A1; JP4517334B2; EP1702908B1; CA2552364A1

Abstract

　本発明の複合材料は、所定の繊維からなる繊維織物（２）と、前記繊維織物（２）に対して付着形成されるマトリックス相（３）とを備える複合材料であって、前記繊維織物（２）は、主要構成繊維（２１）と、前記主要構成繊維（２１）が高温雰囲気に晒された場合における特性を補う補助繊維（２２）とを含む。

Description

明細書

複合材料及びその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、複合材料及びその製造方法に関する。

本願は、 2004年 1月 8日に出願された日本国特許出願第 2004— 2904号に対し優先権を主張し、その内容をここに援用する。

背景技術

[0002] 従来から、炭化珪素からなる繊維織物に炭化珪素力なるマトリックス相を付着形成したセラミックス基複合材料 (複合材料)が知られている。このようなセラミックス基複合材料 (以下、 siczsicと称する）は、軽量で耐熱性が高いため、ロケットの噴射ノズル等の形成材料として用いられている。この siczsicにおけるマトリックス相は、特開 2000-219576号公報に開示されているように、加熱された繊維織物の表面に CVI (Chemical Vapor Infiltration)処¾と PIP (Polymer Infiltration and Pyrolysisリ処理との組合わせによって形成されて、る。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] 炭化珪素は高い耐熱性を有しているものの、高温雰囲気において、その強度が低下するという特性を有している。したがって、炭化珪素からなる繊維織物と炭化珪素力なるマトリックス相とを有する siczsicも高温雰囲気においては、強度が低下する。具体的には、 SiCZSiCは、約 1400°Cの温度雰囲気において、その強度が室温雰囲気と比較して約半分程度にまで低下する。このため、 siczsicは、常に高温雰囲気に晒される状態においては、強度が十分でないという問題を有している。このような問題を解決するための方法としては、炭化珪素繊維中の酸素等の不純物を除去する方法がある。この方法によれば、炭化珪素の高温雰囲気における強度低下を抑止することができるが、炭化珪素繊維中の酸素等の不純物を除去した場合には、炭化珪素繊維が脆くなり、織物形成時に切れやすくなるという問題が生じる。また、炭化珪素繊維中の酸素等の不純物を除去する処理は、高い処理コストがかかる。 [0004] 炭化珪素と比較して、高温雰囲気における強度低下が少なぐ低コストである炭素からなる繊維を炭化珪素繊維の代わりに用いたセラミックス基複合材料 (以下、 czs iCと称する）もある。 CZSiCは、 SiCZSiCと比較して高温雰囲気における強度が高いが、炭素繊維と炭化珪素力なるマトリックス相との熱伸びに差があるため、熱サイクルのある環境においては、マトリックス相（特に、 CVI法によって形成された密度の高い相）に高い残留応力が力かりマトリックス相が割れてしまう可能性がある。また、上述のように、マトリックス相は、 1000°C程度の高温で繊維織物の表面に付着形成されるため、マトリックス相の形成後、冷却された際にもマトリックス相に高い残留応力がかかり、マトリックス相が割れてしまう問題がある。

[0005] 本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、高温雰囲気における特性を向上させ、かつマトリックス相の破壊を防止することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0006] 前記目的を達成するために、本発明の複合材料は、所定の繊維からなる繊維織物と、前記繊維織物に対して付着形成されるマトリックス相とを備える複合材料であって、前記繊維織物は、主要構成繊維と、前記主要構成繊維が高温雰囲気に晒された場合における (たとえば強度低下)を補う補助繊維とを含むという構成を採用する。

[0007] 前記補助繊維は、前記繊維織物と前記マトリックス相との熱伸び差に起因して前記マトリックス相に力かる残留応力が前記マトリックス相の被破壊応力以下となるような割合で前記繊維織物に含まれると、う構成であってもよヽ。

[0008] 前記補助繊維は、前記繊維織物と前記マトリックス相との熱伸び差に起因して前記マトリックス相に力かる使用時の応力が前記マトリックス相の被破壊応力以下になるような割合で前記繊維織物に含まれると!、う構成であってもよ、。

[0009] 前記主要構成繊維は、炭化珪素、炭素、窒化珪素、酸化珪素、酸化アルミ、 YAG 及び耐熱金属の、ずれかによつて形成されて、ると、う構成であってもよ、。

[0010] 前記補助繊維は、前記主要構成繊維と異なる組成を有し、炭化珪素、炭素、窒化珪素、酸化珪素、酸化アルミ、 YAG及び耐熱金属のいずれかによつて形成されていると、う構成であってもよ、。

[0011] 前記繊維織物が組成の異なる前記補助繊維を複数種類含むと!ヽぅ構成であってもよい。

[0012] 前記マトリックス相は、炭化珪素、炭素、炭化ジルコニウム、窒化珪素、酸化珪素、酸化アルミ、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、 YAG及び耐熱金属のいずれかによって形成されて、ると、う構成であってもよ、。

[0013] 組成の異なる前記マトリックス相を複数種類備えるという構成であってもよい。

[0014] 前記主要構成繊維が炭化珪素によって形成され、前記補助繊維が炭素によって形成され、前記マトリックス相が炭化珪素によって形成されている場合に、前記補助繊維の前記主要構成繊維に対する混合割合は、 90%未満であるとヽぅ構成であってもよい。

[0015] 前記補助繊維が前記繊維織物に対して所定の密度分布で含まれているという構成であってもよい。

[0016] 前記補助繊維の前記繊維織物に対する密度分布が板厚方向に徐々に変化されるという構成であってもよい。

[0017] 本発明の複合材料の製造方法は、所定の繊維からなる繊維織物と、前記繊維織物に対して付着形成されるマトリックス相とを備える複合材料の製造方法であって、主要構成繊維と、前記主要構成繊維が高温雰囲気に晒された場合における特性を補う補助繊維とを含む繊維織物を形成する工程と、前記繊維織物に対して前記マトリツタス相を付着形成する工程とを有する。

[0018] 前記マトリックス相の少なくとも一部は、 CVI法によって形成されるという構成であつてもよい。

あるいは、前記マトリックス相の少なくとも一部は、 PIP法によって形成されるという構成であってもよい。

[0019] あるいは、前記マトリックス相の少なくとも一部は、スラリー法によって形成されるという構成であってもよい。

[0020] あるいは、前記マトリックス相の少なくとも一部は、反応焼結法によって形成されるという構成であってもよい。

[0021] 前記主要構成繊維の束と前記補助繊維の束とを合わせて合糸した後、前記繊維織物を形成するとヽぅ構成であってもよヽ。 [0022] 前記主要構成繊維と前記補助繊維とを繊維同士で分散 '混合させて合糸した後、前記繊維織物を形成するとヽぅ構成であってもよヽ。

[0023] 前記主要構成繊維の束と前記補助繊維の束とを所定の割合になるように配置し、前記繊維織物を形成するとヽぅ構成であってもよヽ。

[0024] 前記主要構成繊維の束と前記補助繊維の束とを所定の太さになるように分糸し、前記繊維織物を形成すると！/ヽぅ構成であってもよヽ。

発明の効果

[0025] 本発明に係る複合材料及びその製造方法によれば、主要構成繊維の温度変化に関わる特性、たとえば主要構成繊維が高温雰囲気に晒された場合における特性を補う補助繊維が繊維織物に含まれているため、複合材料の高温雰囲気における特性を補、、かつマトリックス相の破壊を防止することが可能となる。

図面の簡単な説明

[0026] [図 1]本発明の一実施形態に係るセラミックス基複合材料 1の一部拡大した概略構成図である。

[図 2]本発明の一実施形態に係るセラミックス基複合材料 1のシミュレーション結果を説明するための図である。

[図 3]本発明の一実施形態に係るセラミックス基複合材料 1のシミュレーション結果を説明するための図である。

[図 4]本発明の一実施形態に係るセラミックス基複合材料 1の実験データを説明するための図である。

[図 5A]本発明の一実施形態に係るセラミックス基複合材料 1の実験結果を説明するための図である。

[図 5B]本発明の一実施形態に係るセラミックス基複合材料 1の実験結果を説明するための図である。

[図 6]本発明の一実施形態に係るセラミックス基複合材料 1の製造方法を説明するためのフローチャートである。符号の説明

[0027] 1……セラミックス基複合材料 (複合材料） 2……繊維織物 21……炭化珪素繊維 (主要構成繊維） 22……炭素繊維 (補助繊維） 3……マトリックス相発明を実施するための最良の形態

[0028] 以下、図面を参照して、本発明に係る複合材料及びその製造方法の一実施形態について説明する。以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

[0029] 図 1は、本実施形態に係るセラミックス基複合材料 1 (複合材料)の一部を拡大した概略構成図である。この図において、符号 2は繊維織物、 3はマトリックス相である。

[0030] 繊維織物 2は、炭化珪素繊維 21 (主要構成繊維)と、炭素繊維 22 (補助繊維)とを合わせて、 3次元的に織り込まれることによって形成されている。この炭素繊維 22は、炭化珪素繊維 21が高温雰囲気に晒された場合における強度低下 (特性)を補う補助繊維であり、繊維織物 2とマトリックス相 3との熱伸び差に起因してマトリックス相 3にか力る残留応力あるいは使用時の応力がマトリックス相 3の被破壊応力以下となるような割合で繊維織物 2に織り込まれている。ここで言う被破壊応力とは、マトリックス相 3が破壊されずに耐えられる残留応力あるいは使用時の応力の閾値を示すものであり、この被破壊応力以上の応力が力かった場合には、マトリックス相 3に亀裂等の破損が生じる。

[0031] ここで言う残留応力とは、セラミックス基複合材料 1がマトリックス相形成時の高温雰囲気中から低温雰囲気中に移動された際に、マトリックス相 3にかかる応力であり、マトリックス相 3の種類毎に均一に力かる応力である。また、使用時の応力とは、セラミツタス基複合材料 1が使用環境に置かれた際に、セラミックス基複合材料 1内部の温度分布が生じること等に起因してマトリックス相 3にかかる応力であり、マトリックス相 3の各部においてその強さの異なる応力である。一般的に、使用時のマトリックス相 3の応力は、残留応力よりも小さい。このため、炭素繊維 22は、繊維織物 2とマトリックス相 3 との熱伸び差に起因してマトリックス相 3にかかる残留応力がマトリックス相 3の被破壊応力以下となるような割合で繊維織物 2に織り込まれていることが好ましい。

[0032] マトリックス相 3は、繊維織物 2に対して付着形成されており、炭化珪素によって形成されている。このマトリックス相 3は、繊維織物 2のまわりに緻密に形成される炭化珪素（以下、 CVIマトリックスと称する）と、この緻密に形成される炭化珪素上に形成される細か、気孔を有した炭化珪素（以下、 PIPマトリックスと称する）とから構成されて、る。

[0033] このように構成された本実施形態に係るセラミックス基複合材料 1によれば、繊維織物 2に炭素繊維 22が含まれているため、セラミックス基複合材料 1が高温雰囲気に晒された場合であっても、セラミックス基複合材料 1の強度低下を抑止することが可能となる。

また、この炭素繊維 22は、マトリックス相 3にかかる残留応力あるいは使用時の応力がマトリックス相 3の被破壊応力以下となるような範囲で繊維織物 2に含まれているため、セラミックス基複合材料 1の成形時や使用時において、マトリックス相 3には被破壊応力以下の応力のみがかかる。このため、繊維織物 2とマトリックス相 3との熱伸び差に起因するマトリックス相 3の破壊を防止することが可能となる。

[0034] 本実施形態においては、本発明の主要構成繊維として炭化珪素によって形成された炭化珪素繊維を用いているが、これに限定されるものではなぐ例えば、炭素、窒化珪素、酸化珪素、酸化アルミ、 YAG (イットリウムアルミニウムガーネット)及び耐熱金属の、ずれかによつて形成される主要構成繊維を用いても良!、。

また、本実施形態においては、本発明の補助繊維として炭素によって形成された炭素繊維を用いている力これに限定されるものではなぐ例えば、主要構成繊維と異なる組成を有する、炭化珪素、炭素、窒化珪素、酸化珪素、酸化アルミ、 YAG及び耐熱金属のいずれかによつて形成される補助繊維を用いても良い。補助繊維は、 1 種類である必要はなぐ複数種類の補助繊維を用いても良い。

また、本実施形態においては、本発明のマトリックス相として炭化珪素によって形成されたものを用いている力これに限定されるものではなぐ例えば、炭素、炭化ジルコ-ゥム、窒化珪素、酸化珪素、酸化アルミ、酸ィ匕ジルコニウム、酸ィ匕ハフニウム、 Y AG及び耐熱金属の、ずれかによつて形成されて!ヽても良!ヽ。マトリックス相も 1種類である必要はなぐ複数種類のマトリックス相を用いても良い。

[0035] 次に、表 1、図 2及び図 3の表を参照して本実施形態に係るセラミックス基複合材料 1のシミュレーション結果を説明する。表 1において、炭素繊維比率は繊維織物 2全体を 1として炭素繊維 22が含まれる割合を示し、体積割合はセラミックス基複合材料 1を 1として繊維織物 2が含まれる割合を示し、強度 CVIは CVIマトリックスの強度を示し、強度 PIPは PIPマトリックスの強度を示し、体積割合 CVIはセラミックス基複合材料 1を 1として CVIマトリックスが含まれる割合を示し、体積割合 PIPはセラミックス基複合材料 1を 1として PIPマトリックスが含まれる割合を示し、 CVI残留応力はセラミックス基複合材料 1を 1000°Cから室温（23°C)にした場合に CVIマトリックスにカゝかる残留応力を示し、 PIP残留応力はセラミックス基複合材料 1を 1000°Cから室温にした場合に PIPマトリックスに力かる残留応力を示して!/、る。このシミュレーションにお、ては、炭化珪素繊維 21として宇部興産製のチラノ (登録商標) ZMI繊維を用い、炭素繊維 22として東レ製の T 300を用いた。

[表 1]

この表 1に示すように、炭素繊維比率によらず、繊維織物 2の体積割合は 0. 4とした。この場合、強度 CVI (すなわち CVIマトリックスの被破壊残留応力）は 0. 8GPaであり、強度 PIP (すなわち PIPマトリックスの被破壊残留応力）は 0. 2GPaである。また、体積割合 CVI及び体積割合 PIPは、炭素繊維比率によらず 0. 22とした。 [0038] 、表 1に示すように、炭素繊維比率が 0. 1から 1まで高くなるにつれ、 CVI残留応力が 0. 09GPa力 0. 89GPaまで変化し、 PIP残留応力が 0. OlGPa力 0. 07GPa まで変化する。 CVI残留応力が PIP残留応力よりも高いのは、 CVIマトリックスが PIP マトリックスよりも緻密でありマトリックスとしての弾性率が高いためである。

[0039] 炭素繊維比率が 0. 9の場合と 1. 0の場合 (繊維織物が炭素繊維のみで形成されている場合）には、 CVI残留応力が、 CVI強度である 0. 8GPaを超えている。

したがって、炭素繊維比率が 0. 9の場合と 1. 0の場合には、残留応力によってマトリックス相 3が破壊されることが分力つた。すなわち、表 1からは、炭素繊維比率が 0. 9未満である場合には、マトリックス相 3が破壊されないことが分かる。したがって、主要構成繊維が炭化珪素によって形成され、補助繊維が炭素によって形成され、マトリックス相が炭化珪素によって形成されている場合に、補助繊維の主要構成繊維に対する混合比率は、 90%未満であることが好ま、ことが分かる。

[0040] 図 2および図 3は、炭素繊維比率の変化に対して、セラミックス基複合材料 1の強度力 Sどのように変化するかを示した図であり、横軸が炭素繊維比率、縦軸がセラミックス基複合材料 1の強度を示している。図 2は、室温（23°C)におけるセラミックス基複合材料 1の強度を示した図であり、図 3は、 1600°C (高温雰囲気）におけるセラミックス基複合材料 1の強度を示した図である。

[0041] 図 2に示すように、室温では、セラミックス基複合材料 1の強度は、炭素繊維比率に対してほとんど変化がなぐ約 250MPaである。これは、炭化珪素繊維 21である ZMI と炭素繊維 22である T 300が室温にぉ、てほぼ同じ強度を有して、るためである。したがって、例えば、 T-300よりも強度を高い繊維 (例えば、 T-1000)を炭素繊維 2 2として用いた場合には、炭素繊維比率が高くなるにつれセラミックス基複合材料 1の強度も高くなる。

[0042] これに対して、図 3に示すように、 1600°Cにおいては、セラミックス基複合材料 1の強度は、炭素繊維比率が高くなるにつれて高くなる。これは、高温雰囲気においても強度の低下の少ない炭素繊維 22を繊維織物 2が多く含んでおり、高温雰囲気におけるセラミックス基複合材料 1の強度低下が抑制されるためである。

[0043] 、これら表 1、図 2及び図 3から、本実施形態においては、高温雰囲気におけるセラミックス基複合材料 1の強度低下を抑止しかつマトリックス相 3の破壊を防止するために、繊維織物 2に対する炭素繊維比率を 0. 7程度とすることが好ましいことが分かる皿曰

[0044] 表 2および図 4は、上述のシミュレーションを裏付けるための実験データであり、表 2 が実測値であり、図 4が表 2の実測値をグラフ化したものである。この表 2および図 4で示される「ZMI+ (T— 300) ZSiC」（炭素繊維割合は 0. 5)が本実施形態に係るセラミックス基複合材料であり、「ZMlZSiC」が繊維織物を炭化珪素のみで形成されたセラミックス基複合材料である。表 2および図 4では、比較参考のため、繊維織物が炭素のみで形成されたセラミックス基複合材料 (Τ-300/SiC)の強度も示してある。この表および図に示すように、「ZMlZSiC」は、室温（23°C)から高温雰囲気（160 0°C)とされることによって、その強度が 250MPaから lOOMPaに低下しているのに対して、炭素繊維割合が 0. 5の「ZMI+ (T— 300) ZSiC」は、同様の条件で、その強度が 260MPaから 186MPaに変化している。また、同様の条件で、「T—300ZSiC」は、その強度が 252MPaから 235MPaに変化して!/ヽる。

したがって、以上の実験データにより、上述のシミュレーションのように、本実施形態に係るセラミックス基複合材料は、高温雰囲気における強度低下が抑止されていることが確認できた。

[0045] [表 2]

ZMI/SiC ZMI+(T- 300)/SiC T― 300/SiC 250 260 252

500 250

1000 200

1 200 1 80

1 371 1 68

1400 254 288

1 537 1 1 2.5

1 600 100 1 86 235 [0046] また、図 5Aおよび図 5Bに示す写真は、セラミックス基複合材料を高温雰囲気から室温に戻した際のマトリックス相の拡大写真であり、図 5Aが「T 300ZSiC」のマトリックス相の拡大写真、図 5Bが本実施形態に係るセラミックス基複合材料 (ZMI+ (T— 300) ZSiC)のマトリックス相の拡大写真である。これらの図に示すように、「T 300 /SiC」のマトリックス相には、マトリックスクラックが確認できるのに対し、本実施形態に係るセラミックス基複合材料のマトリックス相には、マトリックスクラックが確認できない。このことから、本実施形態に係るセラミックス基複合材料は、マトリックス相の破壊を防止できることが確認された。

[0047] 次に、図 6のフローチャートを参照して、本実施形態に係るセラミックス基複合材料 1の製造方法について説明する。

[0048] 図 6に示すように、本実施形態に係るセラミックス基複合材料 1の製造方法は、繊維製造 1、織り 2、デサイズ 3、 C CVI4、 SiC - CVI5、治具分離 6、 SiC - CVI7、密度測定 8、 PIP9、密度測定 10、機械加工 11、 SiC— CVI12、検査 13の各工程の一部として用いられる。なお、治具分離 6、 SiC— CVI7、その他を省略することもできる。

[0049] 繊維製造工程 1と織り工程 2では、炭化珪素繊維 21及び炭素繊維 22を所定の割合で所定形状に成形することによって繊維織物 2を形成する。具体的には、例えば、炭化珪素繊維 21が 300本束ねられた繊維束と、炭素繊維 22が 700本束ねられた繊維束とを合わせて合糸した後、繊維織物 2を形成しても良いし、炭化珪素繊維 21が 3 00本、炭素繊維 22が 700本の割合で繊維同士を分散 '混合させて合糸した後、繊維織物 2を形成しても良い。織り工程 2で成形する形状は、例えば、セラミックス基複合材料 1が適用されるロケットエンジンの噴射ノズル等に適した立体形状であるのがよい。上述のように合糸されたものを分糸し、所定の太さとする工程をさらに行っても良い。

[0050] デサイズ工程 3では、繊維織物 2上に被覆された余分なポリマーを除去する。機械加工工程 11は、 CVI (Chemical Vapor Infiltration)処理と PIP (Polymer Infiltration and Pyrolysis)処理とを組み合わせたノヽイブリツド処理で完成したセラミックス基複合材料 1に対して機械加工や表面研削を施して、所望の部品を製造する工程である。この工程では、例えばダイヤモンド砲石を用いて所定の形状に加工する。 [0051] 本実施形態の主要な工程は、上述したノヽイブリツド処理、すなわち、成形した繊維織物 2の表面に減圧雰囲気で炭化珪素マトリックス相を形成する CVI処理と、形成されたマトリックス相の隙間に有機珪素ポリマーを基材として含浸し焼成する PIP処理とからなる。

[0052] CVI処理は、 C CVI工程 4と 3回の SiC— CVI工程 5, 7及び 12とからなる。 C CVI 工程 4は、成形された繊維織物 2にカーボン (好ましくはグラフアイトカーボン)または BN等をコーティングする工程である。コーティングの厚さは、 0. 1-1. O /z m程度であるのがよい。この C CVI工程 4においては、炭化珪素繊維 21にのみカーボンまたは BN等のコーティングを行っても良い。このコーティング相は、特開昭 63— 12671 号公報に開示されるように、マトリックス相 3と炭化珪素繊維 21とを分離し炭化珪素繊維 21の靭性を強化する役割を果たす。

[0053] SiC— CVI工程 5, 7, 12は、いわゆる CVI法 (気相含浸法）で処理する工程であり、炉内に専用治具で固定された繊維織物 2を加熱し、減圧雰囲気にて例えばメチルトリクロロシランを流入させて上述の CVIマトリックスを合成させる。 2回のうち、最初の工程 5及び 7は、必要に応じて繰り返し、 CVI処理で合成されるマトリックスの体積比率を約 5%以上かつ約 80%以下にする。最後の工程 12は、 PIP処理で形成された P IPマトリックスの表面に緻密なマトリックスを形成する工程である。工程 12は不可欠ではなぐ場合により省略してもよい。

[0054] PIP処理 9は、 V、わゆる PIP法 (液相含浸法）で処理する工程であり、 CVI処理で形成したマトリックス相の隙間に有機珪素ポリマーを基材として含浸する含浸工程とその後の焼成工程とからなる。含浸工程と焼成工程は、必要に応じて繰り返して行う。含浸工程に使用する有機珪素ポリマーは、ポリカルボシラン溶液、ポリビニルシラン、ポリメタ口カルボシラン等、あるいはこれらと炭化珪素粉末との混合物であるのがよい

。これらの有機珪素ポリマーを用いて含浸し焼成する PIP処理により、 PIPマトリックスを短時間に形成することができる。

[0055] また、この PIP処理における含浸は、浸漬、減圧含浸、加圧含浸の!/、ずれか、あるいはこれらの組み合わせによるのがよい。浸漬では、大量の有機珪素ポリマーを短時間に含浸させることができる。また減圧含浸では微細な隙間に有機珪素ポリマーを含浸させることができる。さらに加圧含浸では、使用時の圧力方向に加圧して含浸することにより、気密性を高めることができる。

[0056] このような、 CVI処理及び PIP処理等を経て、繊維織物 2にマトリックス相 3が付着形成され、本実施形態に係るセラミックス基複合材料 1が製造される。

[0057] 密度測定工程 8, 10においては、各々の直前の工程によって形成されたマトリックス相 3の密度が所望の密度となっているかを計測するための工程であり、検査工程 1 3は、完成したセラミックス基複合材料 1が所望の性能を有しているかを検査する工程である。

[0058] 以上、添付図面を参照しながら本発明に係る複合材料及びその製造方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されないことは言うまでもなヽ。上述した実施形態にお！ヽて示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

[0059] 例えば、前記実施形態においては、主要構成繊維が高温雰囲気に晒された場合における特性として、強度に着目した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなぐ例えば、主要構成繊維が高温雰囲気に晒された場合における特性として、熱伝導率あるいはヤング率に着目しても良い。この場合は、各特性を補うような補助繊維が選択されることとなる力いずれの特性に着目した場合であっても、マトリックス相の破壊を防止することが可能となる。

[0060] 前記実施形態にお!、ては、セラミックス基複合材料 1に対する補助繊維の密度分布が一定であるものとして説明した。し力しながら、本発明はこれに限定されるものではなぐセラミックス基複合材料 1に対する補助繊維の密度分布に偏りを持たせても良い。

例えば、セラミックス基複合材料をロケットエンジンの噴射ノズル等に用いる場合には、噴射ノズルの壁面形状に合わせ、セラミックス基複合材料が形状設定される。この場合には、セラミックス基複合材料の内壁面側（噴射ノズルの中心側）がより高温雰囲気に晒され、セラミックス基複合材料の外壁面側が内壁面側より低温雰囲気に晒されることとなる。したがって、補助繊維の繊維織物に対する密度分布を、外壁面側から内壁面側に向けて徐々に高くなるように、すなわち板厚方向に徐々に変化させることが好ましい。

[0061] 前記実施形態において、炭化珪素力なるマトリックス相 3を CVI法及び PIP法によつて形成した。し力しながら、本発明はこれに限定されるものではなぐ例えば、マトリックス相をスラリー法や反応焼結法によって形成しても良い。スラリー法とは、粉末を溶媒に、れることによってスラリーを生成し、そのスラリーを焼結させることによって、マトリックス相を形成する方法であり、反応焼結法とは、複数種の粉末もしくは粉末と溶融金属とを高温で反応させることによってマトリックス相を形成する方法である。産業上の利用可能性

[0062] 複合材料の高温雰囲気における特性を補い、かつマトリックス相の破壊を防止することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 所定の繊維からなる繊維織物と、前記繊維織物に対して付着形成されるマトリックス相とを備える複合材料であって、

前記繊維織物は、主要構成繊維と、前記主要構成繊維が高温雰囲気に晒された場合における特性を補う補助繊維とを含むことを特徴とする複合材料。

[2] 前記補助繊維は、前記繊維織物と前記マトリックス相との熱伸び差に起因して前記マトリックス相に力かる残留応力が前記マトリックス相の被破壊応力以下となるような割合で前記繊維織物に含まれる請求項 1記載の複合材料。

[3] 前記補助繊維は、前記繊維織物と前記マトリックス相との熱伸び差に起因して前記マトリックス相に力かる使用時の応力が前記マトリックス相の被破壊応力以下になるような割合で前記繊維織物に含まれる請求項 1記載の複合材料。

[4] 前記主要構成繊維は、炭化珪素、炭素、窒化珪素、酸化珪素、酸化アルミ、 YAG 及び耐熱金属のヽずれかによつて形成されて！ヽる請求項 1に記載の複合材料。

[5] 前記補助繊維は、前記主要構成繊維と異なる組成を有し、炭化珪素、炭素、窒化珪素、酸化珪素、酸化アルミ、 YAG及び耐熱金属のいずれかによつて形成されている請求項 1に記載の複合材料。

[6] 前記繊維織物が組成の異なる前記補助繊維を複数種類含む請求項 1に記載の複合材料。

[7] 前記マトリックス相は、炭化珪素、炭素、炭化ジルコニウム、窒化珪素、酸化珪素、酸化アルミ、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、 YAG及び耐熱金属のいずれかによって形成されて、る請求項 1に記載の複合材料。

[8] 組成の異なる前記マトリックス相を複数種類備える請求項 1に記載の複合材料。

[9] 前記主要構成繊維が炭化珪素によって形成され、前記補助繊維が炭素によって形成され、前記マトリックス相が炭化珪素によって形成されている場合に、前記補助繊維の前記主要構成繊維に対する混合割合は、 90%未満である請求項 1に記載の複合材料。

[10] 前記補助繊維が前記繊維織物に対して所定の密度分布で含まれている請求項 1 に記載の複合材料。

[11] 前記補助繊維の前記繊維織物に対する密度分布が板厚方向に徐々に変化される請求項 10記載の複合材料。

[12] 所定の繊維からなる繊維織物と、前記繊維織物に対して付着形成されるマトリックス相とを備える複合材料の製造方法であって、

主要構成繊維と、前記主要構成繊維が高温雰囲気に晒された場合における特性を補う補助繊維とを含む繊維織物を形成する工程と、

前記繊維織物に対して前記マトリックス相を付着形成する工程と

を有することを特徴とする複合材料の製造方法。

[13] 前記マトリックス相の少なくとも一部は、 CVI法によって形成される請求項 12記載の複合材料の製造方法。

[14] 前記マトリックス相の少なくとも一部は、 PIP法によって形成される請求項 12記載の複合材料の製造方法。

[15] 前記マトリックス相の少なくとも一部は、スラリー法によって形成される請求項 12記載の複合材料の製造方法。

[16] 前記マトリックス相の少なくとも一部は、反応焼結法によって形成される請求項 12記載の複合材料の製造方法。

[17] 前記主要構成繊維の束と前記補助繊維の束とを合わせて合糸した後、前記繊維織物を形成する請求項 12に記載の複合材料の製造方法。

[18] 前記主要構成繊維と前記補助繊維とを繊維同士で分散 '混合させて合糸した後、前記繊維織物を形成する請求項 12に記載の複合材料の製造方法。

[19] 前記主要構成繊維の束と前記補助繊維の束とを所定の割合になるように配置し、前記繊維織物を形成する請求項 12に記載の複合材料の製造方法。

[20] 前記主要構成繊維の束と前記補助繊維の束とを所定の太さになるように分糸し、前記繊維織物を形成する請求項 12に記載の複合材料の製造方法。