WO2018037617A1 - セラミックス基複合材料及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
セラミックス基複合材料(10)は、炭化珪素繊維で形成される繊維体(16)を含む基材(12)と、基材(12)に形成され、炭化珪素と、珪素または2元系珪素合金からなる珪素材と、を含むマトリックス(14)と、を備える。
Description
本開示は、セラミックス基複合材料及びその製造方法に関する。
近年、セラミックス基複合材料(CMC:Ceramic Matrix Composite)は、Ni基合金等の耐熱金属材料と比較して比重が1/3以下であり、耐熱性に優れるため、航空エンジン用高温材料等として注目されている。セラミックス基複合材料の製造方法の中でも、溶融珪素を含浸させることによりマトリックスを形成する溶融含浸法は、短時間の処理で緻密なセラミックス基複合材料の製造が可能である。
特開平10-59780号公報(特許文献1)には、セラミックス基複合材料において、セラミックス繊維を束ねた繊維束を含むプリフォームに、炭素粉末を含浸させた後に溶融珪素を含浸させて反応焼結を行わせることにより、炭化珪素を主相とするマトリックスを形成することが示されている。
ところで、セラミックス基複合材料の製造において、炭素粉末を含浸した後に溶融珪素を含浸して反応焼結を行わせることによりマトリックスを形成する場合には、未反応の炭素粉末が残留する可能性がある。このような炭素粉末がマトリックス中に残留すると、炭素は酸化により炭酸ガス(CO等)を生成するので、セラミックス基複合材料の耐酸化性が低下する場合がある。
そこで本開示の目的は、耐酸化性をより向上させることが可能なセラミックス基複合材料及びその製造方法を提供することである。
本発明の実施形態に係るセラミックス基複合材料は、炭化珪素繊維で形成される繊維体を含む基材と、前記基材に形成され、炭化珪素と、珪素または2元系珪素合金からなる珪素材と、を含むマトリックスと、を備える。
本発明の実施形態に係るセラミックス基複合材料は、前記マトリックスが、炭素単体を含まない。
本発明の実施形態に係るセラミックス基複合材料において、前記炭化珪素繊維は、非結晶性炭化珪素繊維であり、前記珪素材は、2元系珪素合金である。
本発明の実施形態に係るセラミックス基複合材料において、前記2元系珪素合金は、Si-Y合金、Si-Ti合金またはSi-Hf合金である。
本発明の実施形態に係るセラミックス基複合材料の製造方法は、炭化珪素繊維で形成される繊維体を含む基材に、炭素単体を含まない炭化珪素粉末を含浸する粉末含浸工程と、前記炭化珪素粉末を含浸した基材に、珪素または2元系珪素合金からなる珪素材を、前記珪素材の融点以上で熱処理することにより溶融させて含浸する溶融含浸工程と、を備える。
本発明の実施形態に係るセラミックス基複合材料の製造方法において、前記炭化珪素繊維は、非結晶性炭化珪素繊維であり、前記溶融含浸工程は、前記珪素材が2元系珪素合金であり、前記珪素材の融点以上、且つ前記非結晶性炭化珪素繊維の熱劣化温度より低い温度で熱処理する。
本発明の実施形態に係るセラミックス基複合材料の製造方法において、前記2元系珪素合金は、Si-Y合金、Si-Ti合金またはSi-Hf合金である。
上記構成によれば、セラミックス基複合材料のマトリックス中に炭素単体を含まないので、セラミックス基複合材料の耐酸化性を向上させることが可能となる。
以下に本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図1は、セラミックス基複合材料10の構成を示す断面概略図である。セラミックス基複合材料10は、炭化珪素繊維で形成される繊維体を含む基材12と、基材12に形成されるマトリックス14と、を備えている。セラミックス基複合材料10は、例えば、ジェットエンジンのタービン翼等のガスタービン部品、ロケットエンジンのスラスタ等の高温部品等に用いることが可能である。
基材12は、炭化珪素繊維(SiC繊維)で形成される繊維体16を含んで構成されており、セラミックス基複合材料10を強化する機能を有している。炭化珪素繊維には、結晶性炭化珪素繊維や非結晶性炭化珪素繊維を用いることができる。結晶性炭化珪素繊維は、非結晶性炭化珪素繊維よりも耐熱性に優れているので、セラミックス基複合材料10の耐熱性を向上させることができる。炭化珪素繊維には、例えば、長繊維、短繊維、ウイスカ等を用いることが可能である。
繊維体16には、例えば、炭化珪素繊維のフィラメントを数百から数千本程度束ねて繊維束とした後、この繊維束をXYZ方向に織ることにより得られる3次元構造を備える3次元織物を用いることが可能である。繊維体16には、平織りや朱子織り等の2次元構造を備える2次元織物等を用いることができる。
繊維体16の炭化珪素繊維は、界面層で被覆されていてもよい。界面層は、マトリックス14に生じたクラック等の炭化珪素繊維への伝播を抑える機能を有している。界面層は、耐酸化性に優れることから、窒化硼素(BN)等で形成されているとよい。界面層の厚みは、例えば、0.1μmから0.5μmとするとよい。
基材12は、繊維体16おける炭化珪素繊維同士の間の隙間に、炭化珪素層を設けるようにしてもよい。炭化珪素層は、炭化珪素繊維を被覆する界面層を保護することができる。
マトリックス14は、基材12に形成されており、炭化珪素と、珪素または2元系珪素合金からなる珪素材と、を含み、炭素単体を含まないで構成されている。マトリックス14は、基材12を支持する機能を有している。マトリックス14は、基材12の隙間等に形成されている。より詳細には、マトリックス14は、例えば、繊維束の間の隙間や、繊維の間の空隙等に形成されている。
マトリックス14は、炭化珪素を含んでいる。マトリックス14が炭化珪素を含むことにより、炭化珪素繊維とマトリックス14との化学的安定性の向上や、熱膨張差によるクラック発生等を抑制することができる。また、炭化珪素は、耐酸化性に優れているので、セラミックス基複合材料10の耐酸化性を向上させることができる。炭化珪素は、粒状等に形成されている。
マトリックス14は、珪素または2元系珪素合金からなる珪素材を含んでいる。珪素材は、粒状等の炭化珪素の間の隙間に形成されており、マトリックス14を緻密にする機能を有している。また、珪素材は、珪素を含むことから耐酸化性に優れているので、セラミックス基複合材料10の耐酸化性を向上させることができる。
珪素材が、珪素からなる場合には、珪素の融点(約1414℃)が高温であるので、セラミックス基複合材料10の耐熱性を向上させることができる。
珪素材が、2元系珪素合金からなる場合には、2元系珪素合金の融点を珪素の融点より低くすることができるので、後述する溶融含浸工程で熱処理温度をより低い温度にすることが可能となる。これにより、非晶質性炭化珪素繊維を用いた場合でも、非晶質性炭化珪素繊維の熱劣化(結晶粒粗大化、熱分解等)を抑制することができる。2元系珪素合金は、耐酸化性に優れていることから、Si-Y(イットリウム)合金、Si-Ti(チタン)合金またはSi-Hf(ハフニウム)合金とするとよい。
Si-Y合金は、8原子%以上18原子%以下のYを含み、残部がSiと不可避的不純物とからなる合金とするとよい。Yの含有率が8原子%以上18原子%以下であれば、融点が共晶温度または共晶温度の近傍の温度となるので、珪素単体より融点が低くなる。また、Yの含有率が8原子%以上18原子%以下であれば、Si-Y合金に含まれる珪素の含有率が大きいので、マトリックス14と炭化珪素繊維との熱膨張差がより小さくなり、割れ等の発生を抑制することができる。Yの含有率が8原子%以上18原子%以下の場合には、Si-Y合金は、例えば、Si相と、YSi2相とから構成される。
Si-Ti合金は、8原子%以上18原子%以下のTiを含み、残部がSiと不可避的不純物とからなる合金とするとよい。Tiの含有率が8原子%以上18原子%以下であれば、融点が共晶温度または共晶温度の近傍の温度となるので、珪素単体より融点が低くなる。また、Tiの含有率が8原子%以上18原子%以下であれば、Si-Ti合金に含まれる珪素の含有率が大きいので、マトリックス14と炭化珪素繊維との熱膨張差がより小さくなり、割れ等の発生を抑制することができる。Tiの含有率が8原子%以上18原子%以下の場合には、Si-Ti合金は、例えば、Si相と、TiSi2相とから構成される。
Si-Hf合金は、5原子%以上12原子%以下のHfを含み、残部がSiと不可避的不純物とからなる合金とするとよい。Hfの含有率が5原子%以上12原子%以下であれば、融点が共晶温度または共晶温度の近傍の温度となるので、珪素単体より融点が低くなる。また、Hfの含有率が5原子%以上12原子%以下であれば、Si-Hf合金に含まれる珪素の含有率が大きいので、マトリックス14と炭化珪素繊維との熱膨張差がより小さくなり、割れ等の発生を抑制することができる。Hfの含有率が5原子%以上12原子%以下の場合には、Si-Hf合金は、例えば、Si相と、HfSi2相とから構成される。
マトリックス14は、炭素単体を含まないで形成されている。炭素単体を含まないとは、製造時に炭素単体を積極的にマトリックス14に入れないという意味である。マトリックス14に製造時の残留炭素や炭素粉末等の炭素単体を含む場合には、セラミックス基複合材料10が大気中で約600℃以上に熱曝露されると、炭素単体が酸化されて炭酸ガス(CO等)が生成し、耐酸化性が低下する。マトリックス14に炭素単体を含まない場合には、このような炭素単体の酸化が生じないので、セラミックス基複合材料10の耐酸化性が向上する。マトリックス14は、炭素単体を含まず、炭化珪素と、珪素または2元系珪素合金の珪素材とから構成されるようにするとよい。
次に、セラミックス基複合材料10の製造方法について説明する。図2は、セラミックス基複合材料10の製造方法の構成を示すフローチャートである。セラミックス基複合材料10の製造方法は、粉末含浸工程(S10)と、溶融含浸工程(S12)と、を備えている。
粉末含浸工程(S10)は、炭化珪素繊維で形成される繊維体16を含む基材12に、炭素単体を含まない炭化珪素粉末を含浸する工程である。
まず、基材12について説明する。基材12に含まれる繊維体16は、炭化珪素繊維で形成されており、3次元織物等のプリフォームから構成されている。炭化珪素繊維には、結晶性炭化珪素繊維や非結晶性炭化珪素繊維を用いることができる。
結晶性炭化珪素繊維には、例えば、ハイニカロン タイプS(日本カーボン株式会社)、チラノ繊維 SAグレード(宇部興産株式会社)等を用いることが可能である。結晶性炭化珪素繊維は、非結晶性炭化珪素繊維よりも耐熱性が高いので、セラミックス基複合材料10の耐熱性を向上させることができる。
非結晶性炭化珪素繊維は、例えば、ハイニカロン(日本カーボン株式会社)、チラノ繊維 ZMIグレード(宇部興産株式会社)等を用いることが可能である。非結晶性炭化珪素繊維は、結晶性炭化珪素繊維よりも弾性率が低いので破断ひずみが大きくなり、繊維体16を形成する際に容易に形成可能となる。また、非結晶性炭化珪素繊維は、結晶性炭化珪素繊維よりも安価であるので、セラミックス基複合材料10の製造コストを低減することができる。
繊維体16の炭化珪素繊維には、窒化硼素(BN)等で形成される界面層を被覆してもよい。界面層の被覆は、例えば、化学気相蒸着法(Chemical Vapor Deposition:CVD)で行うことができる。
基材12は、粉末含浸工程(S10)を行う前に、化学気相含浸法(Chemical Vapor Infiltration:CVI)で、繊維体16の繊維間に炭化珪素層を形成してもよい。例えば、反応炉内に繊維体16をセットして加熱し(反応温度900℃から1000℃)、反応ガスとしてメチルトリクロロシラン(CH3SiCl3)を用いることにより、繊維体16の繊維間に炭化珪素層を形成することができる。炭化珪素層は、化学気相含浸法により緻密な膜状に形成されるので、界面層を保護することが可能となる。
次に、粉末含浸方法について説明する。まず、炭素単体を含まない炭化珪素粉末を含浸するためのスラリを作製する。スラリは、炭化珪素粉末と、溶媒と、を含んで構成されている。炭化珪素粉末には、炭素粉末等の炭素単体を含まない炭化珪素粉末が用いられる。これにより、マトリックス14に炭素単体を含まないようにすることができる。
炭化珪素粉末は、平均粒径が1μm以上10μm以下の粉末とするとよい。炭化珪素粉末の平均粒径が1μmより小さいと、炭化珪素粉末同士の凝集等により含浸性が低下するからである。炭化珪素粉末の平均粒径が10μmより大きいと、基材12への充填性が低下するからである。炭化珪素粉末の粒度調整は、篩による分級等で行うことができる。炭化珪素粉末の粒径や粒度分布については、一般的なレーザ回折・散乱法等の測定方法により測定可能である。
スラリ中における炭化珪素粉末の含有率は、30体積%以上70体積%以下とするとよい。炭化珪素粉末の含有率が30体積%より小さいと、基材12への充填性が低下するからである。炭化珪素粉末の含有率が70体積%より大きいと、スラリの粘度が大きくなり、含浸性が低下するからである。炭化珪素粉末の含有率は、40体積%以上60体積%以下とすることが好ましい。炭化珪素粉末には、市販品を用いることができる。
溶媒は、炭化珪素粉末を分散可能であればよく、例えば、エタノール、メタノール、ブタノール、アセトン、キシレン、水等を用いるとよい。溶媒には、市販品を用いることができる。
炭素単体を含まない炭化珪素粉末と、溶媒とを混合機等により混合してスラリを作製する。スラリは、バインダを含むようにしてもよい。バインダには、例えば、コロイダルシリカ等のシリカゾルを用いることができる。
基材12とスラリとを容器に入れて、基材12をスラリに浸漬させて含浸する。浸漬前または浸漬中に、真空ポンプ等により容器内を脱気してもよい。基材12の空隙に含まれる空気等を脱気して除去することにより、基材12にスラリを含浸し易くすることができる。
基材12をスラリに浸漬中に、基材12にスラリを含浸し易くするために、超音波振動機等により超音波振動させてもよい(いわゆる湿式加振含浸法)。振動周波数については、例えば、50Hzから30kHzとするとよい。超音波振動の適用時間は、例えば、10分間から30分間とするとよい。
次に、スラリを含浸した基材12を乾燥させる。スラリを含浸した基材12を乾燥機等により加熱して乾燥させることにより、スラリに含まれる溶媒が除去されて、基材12に炭化珪素粉末が残留する。乾燥温度は、例えば、80℃から100℃とするとよい。乾燥時間は、例えば、1時間から3時間とするとよい。
溶融含浸工程(S12)は、炭素単体を含まない炭化珪素粉末を含浸した基材12に、珪素または2元系珪素合金からなる珪素材を、珪素材の融点以上で熱処理することにより溶融させて含浸する工程である。図3は、溶融含浸工程(S12)を説明するための図である。
図3に示すように、炭素単体を含まない炭化珪素粉末を含浸した基材12の上に、珪素または2元系珪素合金からなる珪素材18で形成したインゴット(鋳塊)等を配置する。インゴットは、アーク溶解等で形成することができる。2元系珪素合金は、耐酸化性に優れていることから、Si-Y合金、Si-Ti合金またはSi-Hf合金とするとよい。
Si-Y合金は、8原子%以上18原子%以下のYを含み、残部がSiと不可避的不純物とからなる合金であることが好ましい。Si-Y合金におけるYの含有率が8原子%以上18原子%以下の場合には、Si-Y合金の融点を、珪素の融点よりも低くすることができる。
Si-Ti合金は、8原子%以上18原子%以下のTiを含み、残部がSiと不可避的不純物とからなる合金であることが好ましい。Si-Ti合金におけるTiの含有率が8原子%以上18原子%以下の場合には、Si-Ti合金の融点を、珪素の融点よりも低くすることができる。
Si-Hf合金は、5原子%以上12原子%以下のHfを含み、残部がSiと不可避的不純物とからなる合金であることが好ましい。Si-Hf合金におけるHfの含有率が5原子%以上12原子%以下の場合には、Si-Hf合金の融点を、珪素の融点よりも低くすることができる。
炭素単体を含まない炭化珪素粉末を含浸した基材12の上に、珪素材18で形成したインゴット(鋳塊)を配置した後に、熱処理する。熱処理は、珪素材18を溶融させるために、珪素材18の融点以上の熱処理温度で加熱する。
珪素材18が珪素からなる場合には、熱処理は、珪素の融点(約1414℃)以上の熱処理温度で加熱する。熱処理温度は、例えば、約1450℃とするとよい。
珪素材18が2元系珪素合金からなる場合には、熱処理は、2元系珪素合金の融点以上で加熱する。2元系珪素合金は、珪素よりも融点を低くすることができるので、熱処理温度をより低温にすることができる。これにより、非結晶性炭化珪素繊維を用いた場合でも、熱処理温度をより低温にすることが可能となるので、非結晶性炭化珪素繊維の結晶粒粗大化や熱分解等による熱劣化が抑制され、セラミックス基複合材料10の機械的強度の低下を抑えられる。また、熱処理温度をより低温にすることが可能となることから、生産性が向上すると共に、生産コストを低減することができる。熱処理温度は、2元系珪素合金の融点以上、且つ非結晶性炭化珪素繊維の熱劣化温度より低い温度とするとよい。非結晶性炭化珪素繊維の熱劣化温度は、非結晶性炭化珪素繊維の結晶粒粗大化温度や熱分解温度とするとよい。
熱処理時間については、熱処理温度で10分間から1時間程度保持すればよい。熱処理雰囲気は、酸化を抑制するために、真空雰囲気や、アルゴンガス等による不活性ガス雰囲気とするとよい。熱処理雰囲気は、含浸性を高めるために、真空雰囲気とすることが好ましい。熱処理設備は、金属材料等の熱処理で使用される一般的な真空熱処理炉や雰囲気熱処理炉等を用いることができる。熱処理温度で所定時間保持した後、室温まで冷却する。
溶融した珪素材18は、炭化珪素粉末の間の隙間等に浸透して含浸される。炭化珪素粉末は、炭素粉末等の炭素単体を含んでいないので、溶融した珪素材18は、基材12の内部まで炭化珪素粉末の隙間に緻密に含浸される。より詳細には、炭化珪素粉末が炭素単体を含んでいる場合には、溶融した珪素材18は、基材12の表面側で炭素単体と反応して炭化珪素を形成する。形成された炭化珪素は、炭化珪素粉末の隙間からなる含浸経路を塞ぐので、基材12の内部への溶融した珪素材18の浸透が抑制される。これに対して炭化珪素粉末が炭素単体を含まない場合には、炭化珪素粉末と、溶融した珪素材18との反応が殆ど生じないので、基材12の内部まで含浸経路が確保され、溶融した珪素材18が浸透することができる。溶融した珪素材18は、基材12の内部まで炭化珪素粉末の隙間に緻密に含浸され、未含浸部が抑制される。これにより、基材12の隙間や空隙等に、炭素単体を含まない粒状の炭化珪素と、粒状の炭化珪素の隙間に充填された珪素材18とから構成されるマトリックス14が緻密に形成される。マトリックス14が緻密に形成されることから、マトリックス14のヤング率を、炭化珪素長繊維のヤング率と略同等とすることも可能である。
なお、溶融含浸工程(S12)の後に、炭化珪素を形成するためのポリマー原料を含浸し、焼成することにより炭化珪素を形成する液相含浸工程を設けるようにしてもよい。
以上、上記構成によれば、セラミックス基複合材料は、炭化珪素繊維で形成される繊維体を含む基材と、基材に形成され、炭化珪素と、珪素または2元系珪素合金からなる珪素材と、を含み、炭素単体を含まないマトリックスと、を備えていることから、マトリックスが炭素単体を含まないので、セラミックス基複合材料の耐酸化性が向上する。
上記構成によれば、セラミックス基複合材料の製造方法は、炭化珪素繊維で形成される繊維体を含む基材に、炭素単体を含まない炭化珪素粉末を含浸する粉末含浸工程と、炭素単体を含まない炭化珪素粉末を含浸した基材に、珪素または2元系珪素合金からなる珪素材を、珪素材の融点以上で熱処理することにより溶融させて含浸する溶融含浸工程と、を備えることから、マトリックスが炭素単体を含まないので、セラミックス基複合材料の耐酸化性が向上する。また、炭素単体を含まない炭化珪素粉末を用いることから、溶融した珪素材の含浸性が高められて、緻密なマトリックスを形成可能となる。
セラミックス基複合材料におけるマトリックスの形成試験を行った。
まず、実施例1について説明する。カーボン粉末等の炭素単体を含まないSiC粉末と、エタノールとを混合してスラリを作製した。SiC粉末には、平均粒径が1μ以上10μm以下の粉末を使用した。スラリを矩形状の型に流し込んだ後に乾燥させて、矩形状のSiC粉末成形体を成形した。
SiC粉末成形体にSiを溶融含浸した。Siで形成したインゴットを、SiC粉末成形体の上に配置した。インゴットは、アーク溶解により形成した。インゴットを配置したSiC粉末成形体を熱処理炉に入れ、真空雰囲気中、熱処理温度1450℃、保持時間20分間で熱処理した。この熱処理により、インゴットを溶融させてSiC粉末成形体にSiを溶融含浸した。実施例1の供試体を光学顕微鏡により観察した。図4は、実施例1の供試体の断面観察結果を示す写真である。実施例1の供試体は、粒状のSiCの隙間に溶融したSiが浸透して一体的に緻密に形成されていた。
次に、実施例2について説明する。実施例2は、実施例1と溶融含浸する珪素材が相違しており、SiC粉末成形体については同じものを用いた。実施例2では、SiC粉末成形体にSi―Y合金を溶融含浸した。Si―Y合金には、10原子%のYを含有し、残部がSiと不可避的不純物とからなるSi-10原子%Y合金を用いた。Si―Y合金からなるインゴットをアーク溶解により形成した。インゴットを、SiC粉末成形体の上に配置した。インゴットを配置したSiC粉末成形体を熱処理炉に入れ、真空雰囲気中で、熱処理温度1380℃、保持時間20分間で熱処理した。この熱処理によりインゴットを溶融させて、SiC粉末成形体にSi-Y合金を溶融含浸した。
実施例2の供試体について酸化試験を行って耐酸化性を評価した。また、比較例1として、Si-10原子%Y合金からなる供試体についても同様にして酸化試験を行った。酸化試験は、大気雰囲気中、曝露温度1100℃、曝露時間100時間とした。酸化試験後に光学顕微鏡により断面観察を行った。
図5は、酸化試験後における比較例1の供試体の断面観察結果を示す写真である。図5に示すように、比較例1の供試体は、Si相と、YSi2相とから構成されており、YSi2相及び粒界が優先的に酸化されているのが認められた。
図6は、酸化試験後における実施例2の供試体の断面観察結果を示す写真である。実施例2の供試体では、粒状のSiCの間の隙間に溶融したSi-Y合金が浸透して一体的に緻密に形成されていた。粒状のSiCの間の隙間には、主にSi相が形成されており、YSi2相が微細に分散していた。内部酸化については、比較例1の供試体よりも少なくなり、耐酸化性は良好であった。この理由は、表面に露出するYSi2相が低減したことと、粒界密度が小さくなり、酸素の拡散が抑制されたこと等によると考えられる。
大気雰囲気中での酸化重量増加に基づいて、酸化速度定数を算出した。図7は、大気雰囲気中での酸化速度定数kpを示すグラフである。図7のグラフでは、縦軸に酸化速度定数kpを取り、酸化速度定数kpを棒グラフで表している。図7のグラフから、実施例2の供試体は、比較例1の供試体よりも酸化速度定数が小さく、耐酸化性に優れていた。
次に、水蒸気酸化試験を行った。水蒸気酸化試験は、水蒸気を含む酸化雰囲気中、曝露温度1100℃、曝露時間100時間とした。酸化膜の膜厚に基づいて、酸化速度定数を算出した。図8は、水蒸気を含む酸化雰囲気中での酸化速度定数kを示すグラフである。図8のグラフでは、縦軸に酸化速度定数kを取り、酸化速度定数kを棒グラフで表している。図8のグラフから、実施例2の供試体は、比較例1の供試体よりも酸化速度定数が小さく、耐水蒸気酸化性に優れていた。
次に、実施例2の供試体について、ヤング率の測定を行った。ヤング率については、室温から1000℃の温度範囲において大気中で共振法により測定した。図9は、ヤング率の測定結果を示すグラフである。図9のグラフでは、横軸に温度を取り、縦軸にヤング率を取り、各温度のヤング率を黒菱形で示している。室温から1000℃までの環境において、実施例2の供試体は、SiC長繊維と同程度のヤング率を有することが明らかになった。
本開示は、セラミックス基複合材料のマトリックス中に炭素単体を含まないので、セラミックス基複合材料の耐酸化性を向上させることが可能となることから、ジェットエンジンのタービン翼等のガスタービン部品、ロケットエンジンのスラスタ等の高温部品等に有用なものである。
Claims (8)
- セラミックス基複合材料であって、
炭化珪素繊維で形成される繊維体を含む基材と、
前記基材に形成され、炭化珪素と、珪素または2元系珪素合金からなる珪素材と、を含むマトリックスと、
を備える、セラミックス基複合材料。 - 請求項1に記載のセラミックス基複合材料であって、
前記マトリックスが、炭素単体を含まない、セラミックス基複合材料。 - 請求項1または2に記載のセラミックス基複合材料であって、
前記炭化珪素繊維は、非結晶性炭化珪素繊維であり、
前記珪素材は、2元系珪素合金である、セラミックス基複合材料。 - 請求項1または2に記載のセラミックス基複合材料であって、
前記2元系珪素合金は、Si-Y合金、Si-Ti合金またはSi-Hf合金である、セラミックス基複合材料。 - 請求項3に記載のセラミックス基複合材料であって、
前記2元系珪素合金は、Si-Y合金、Si-Ti合金またはSi-Hf合金である、セラミックス基複合材料。 - セラミックス基複合材料の製造方法であって、
炭化珪素繊維で形成される繊維体を含む基材に、炭素単体を含まない炭化珪素粉末を含浸する粉末含浸工程と、
前記炭化珪素粉末を含浸した基材に、珪素または2元系珪素合金からなる珪素材を、前記珪素材の融点以上で熱処理することにより溶融させて含浸する溶融含浸工程と、
を備える、セラミックス基複合材料の製造方法。 - 請求項6に記載のセラミックス基複合材料の製造方法であって、
前記炭化珪素繊維は、非結晶性炭化珪素繊維であり、
前記溶融含浸工程は、前記珪素材が2元系珪素合金であり、前記珪素材の融点以上、且つ前記非結晶性炭化珪素繊維の熱劣化温度より低い温度で熱処理する、セラミックス基複合材料の製造方法。 - 請求項6または7に記載のセラミックス基複合材料の製造方法であって、
前記2元系珪素合金は、Si-Y合金、Si-Ti合金またはSi-Hf合金である、セラミックス基複合材料の製造方法。
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