JP2002173376A - 酸化物系セラミックス繊維／酸化物系セラミックス複合材料、及びその製造方法 - Google Patents

酸化物系セラミックス繊維／酸化物系セラミックス複合材料、及びその製造方法

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JP2002173376A JP2000296346A JP2000296346A JP2002173376A JP 2002173376 A JP2002173376 A JP 2002173376A JP 2000296346 A JP2000296346 A JP 2000296346A JP 2000296346 A JP2000296346 A JP 2000296346A JP 2002173376 A JP2002173376 A JP 2002173376A
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ceramic fiber
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fiber
composite material
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Yutaka Kagawa
豊 香川
Katsunobu Komatsubara
克展 小松原
Hiroshi Nakamura
浩 中村
Katsusuke Iwanaga
勝介 岩永
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    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のセラミックス材料や複合材料の高温で
の耐酸化性、耐熱衝撃性、更にはセラミックスの弱点で
ある脆さの問題点を解消し、製造方法が容易で安価な酸
化物系セラミックス繊維／酸化物系セラミックスの複合
材料及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 金属酸化物を主成分とするセラミックス
繊維集合体に、前記セラミックス繊維の主成分と異なる
金属又は金属酸化物を、前記セラミックス繊維の質量に
対し１〜８５質量％含浸させた一次複合体を、前記セラ
ミックス繊維の主成分と同一又は異なる金属酸化物で、
更に複合化した二次複合体を、酸化雰囲気下焼成するこ
とにより一体化して得る、相対密度が２０〜９５％であ
る酸化物系セラミックス繊維／酸化物系セラミックス複
合材料、及びその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化物系セラミッ
クス繊維で複合化することによりセラミックスを高靭化
する酸化物系セラミックス繊維／酸化物系セラミックス
複合材料、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、酸化物系セラミックスは、そ
の耐酸化特性を活かして高温用熱遮蔽板や、高温酸化雰
囲気中における金属等の熱処理用のスペーサーとして用
いられている。
【０００３】しかし、モノリシックな（単味の）酸化物
系セラミックスでは、使用時の熱衝撃による割れの発
生、反りの発生などにより長時間使用する事が不可能で
ある。更に機械的衝撃に弱く、欠けや割れの発生が多い
ため、その取扱いは慎重にせざるを得なかった。
【０００４】また、熱衝撃に強い非酸化物系セラミック
スの表面に耐酸化皮膜を形成させたセラミックス材料を
使用することも行われている。
【０００５】更にまた、炭素材料の表面に耐酸化性セラ
ミックス層を形成する方法も試みられている。
【０００６】しかし、非酸化物系セラミックスや炭素材
料の表面に耐酸化性セラミックス層を形成させる方法で
は、被膜の欠陥から酸化が進み、寿命の向上には限界が
ある。更に母材と被膜との熱膨張差によるクラックが生
じ、信頼性に欠けると云う問題点がある。
【０００７】一方、酸化物系セラミックスの中にセラミ
ックス粒子やウィスカーなどを複合化する技術を利用し
て多くの材料系で複合材料が作られている。
【０００８】このセラミックス粒子やウィスカーによる
強化複合体においては、破壊靭性の向上はある程度改善
されたものの、セラミックス材料最大の弱点である脆さ
は克服されず、いったん破壊が始まると、その脆さによ
り材料全体が破損するという欠点を改善することはでき
なかった。
【０００９】他方、酸化物系繊維を酸化物に複合化した
複合材料も開発されている。
【００１０】この複合材料は、単味の酸化物系セラミッ
クスとは異なり、大きな破壊抵抗を持つことが確認され
ている。この複合材料では、酸化物系繊維と酸化物マト
リックスとの反応を防止するために、繊維１本ずつにコ
ーティングが施される。
【００１１】単味の酸化物系セラミックスの例として
は、Ａｌ2Ｏ3やＺｒＯ2などの多孔質の酸化物やカーボ
ンをコーティングしたり、モナザイトを制御した条件下
でコーティングしたセラミックス等が挙げられる。
【００１２】これらのコーティングした単味の酸化物系
セラミックスに対し、コーティングを施した酸化物系繊
維と酸化物マトリックスとを複合化した複合材料は大き
な破壊抵抗を示すことが確認されている。なお、この複
合材料の製造方法において、コーティングは繊維１本１
本に均一に数ミクロン以下の厚みで施されるべきもので
ある。
【００１３】しかし、従来の複合材料の製造方法におい
ては、フィラメント数の多い繊維束では、フィラメント
１本１本に均一な表面コーティングは困難であり、ま
た、剥げ落ちやすくコーティング後の繊維の取扱いを慎
重にしなければならなかった。
【００１４】複合化時に一部が欠け落ちて繊維とマトリ
ックスとが直接接触する界面になったりすると、その部
分で繊維の強度補強効果が発揮されなくなり、その結
果、繊維を複合化するという利点がなくなるという問題
がある。
【００１５】また、繊維の取扱いを慎重にし、コーティ
ングの剥離を防ぎ、最適な界面を実現することは、技術
的に難しいと共にその製造コストも大きいものとなる。
【００１６】さらに、複合材料を構成する素材選択時
に、繊維、コーティング、マトリックスを同時に考える
必要があり、素材選択が限定され目的とする用途に最適
な材料系が選べないという問題もある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、上記問
題を解決するために種々検討した結果、酸化物系セラミ
ックス繊維／酸化物系セラミックスの複合材料を製造す
るに当たって、中間複合体を作製し、この中間複合体を
更に複合化することにより、セラミックス材料や複合材
料の特性を改善できるという知見を得、本発明に至っ
た。
【００１８】よって、本発明の目的とするところは、従
来のセラミックス材料や複合材料の高温での耐酸化性、
耐熱衝撃性、更にはセラミックスの弱点である脆さの問
題点を解消し、製造方法が容易で安価な酸化物系セラミ
ックス繊維／酸化物系セラミックスの複合材料及びその
製造方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、以下に記載するものである。
【００２０】〔１〕 金属酸化物を主成分とするセラミ
ックス繊維集合体に、前記セラミックス繊維の主成分と
異なる金属又は金属酸化物を、前記セラミックス繊維の
質量に対し１〜８５質量％含浸させた一次複合体（ミニ
コンポジット）を、前記セラミックス繊維の主成分であ
る金属酸化物と同一又は異なる金属酸化物で、更に複合
化した二次複合体を、酸化雰囲気下焼成することにより
一体化して二次複合体中の金属酸化物に対する相対密度
が２０〜９５％である酸化物系セラミックス繊維／酸化
物系セラミックス複合材料を得ることを特徴とする酸化
物系セラミックス繊維／酸化物系セラミックス複合材料
の製造方法。
【００２１】〔２〕 セラミックス繊維の主成分である
金属酸化物が、アルミナ、シリカ、アルミナ−シリカ、
ムライト、チタニア、ＹＡＧ、ジルコニアの内から選ば
れる金属酸化物である〔１〕に記載の酸化物系セラミッ
クス繊維／酸化物系セラミックス複合材料の製造方法。
【００２２】〔３〕 セラミックス繊維集合体に含浸さ
せる金属又は金属酸化物の金属元素が、元素周期表第４
族（チタン族）、第５族（バナジウム族）、又は第６族
（クロム族）の元素である〔１〕に記載の酸化物系セラ
ミックス繊維／酸化物系セラミックス複合材料の製造方
法。
【００２３】〔４〕 酸化物系セラミックス繊維／酸化
物系セラミックス複合材料の任意の断面にあるセラミッ
クス繊維集合体が方向の異なる二以上の繊維軸を持ち、
その繊維軸のなす角度が３０度以上である〔１〕に記載
の酸化物系セラミックス繊維／酸化物系セラミックス複
合材料の製造方法。
【００２４】〔５〕 セラミックス繊維がＡｌ2Ｏ3を２
５質量％以上含むセラミックス繊維であって、前記セラ
ミックス繊維が体積率換算で酸化物系セラミックス繊維
／酸化物系セラミックス複合材料中５％以上含まれる
〔１〕に記載の酸化物系セラミックス繊維／酸化物系セ
ラミックス複合材料の製造方法。
【００２５】〔６〕 セラミックス繊維集合体として、
複合化後のセラミックス繊維集合体中の繊維軸が一方向
連続状である織物を用いる〔１〕に記載の酸化物系セラ
ミックス繊維／酸化物系セラミックス複合材料の製造方
法。
【００２６】〔７〕 セラミックス繊維集合体として、
複合化後のセラミックス繊維集合体中の繊維軸方向が二
次元である織物を用いる〔１〕に記載の酸化物系セラミ
ックス繊維／酸化物系セラミックス複合材料の製造方
法。
【００２７】〔８〕 セラミックス繊維集合体として、
複合化後のセラミックス繊維集合体中の繊維軸方向が多
次元である織物を用いる〔１〕に記載の酸化物系セラミ
ックス繊維／酸化物系セラミックス複合材料の製造方
法。
【００２８】
〔９〕 酸化物系セラミックス繊維／酸化
物系セラミックス複合材料のセラミックス繊維以外の成
分が、異なる二種類以上の化学組成を持ち、酸化雰囲気
下での焼成による一体化を１０００℃以上の温度で３０
分以上行う〔１〕に記載の酸化物系セラミックス繊維／
酸化物系セラミックス複合材料の製造方法。
【００２９】〔１０〕 〔１〕乃至
〔９〕の何れかに記
載の製造方法により製造された酸化物系セラミックス繊
維／酸化物系セラミックス複合材料。
【００３０】〔１１〕 セラミックス、ガラスセラミッ
クス、又は炭素の構造体に、〔１０〕に記載の酸化物系
セラミックス繊維／酸化物系セラミックス複合材料を貼
付した複合構造物。
【００３１】以下、本発明を詳細に説明する。
【００３２】
【発明の実施の形態】本発明の酸化物系セラミックス繊
維／酸化物系セラミックス複合材料は、例えば以下の方
法で製造することができる。
【００３３】セラミックス繊維としては、アルミナ繊
維、シリカ繊維、アルミナ−シリカ繊維、ムライト繊
維、チタニア繊維、ＹＡＧ繊維、ジルコニア繊維などを
用いることができる。
【００３４】前記セラミックス繊維は、トウなどボビン
に巻かれた糸状のもの（例えば、ヤーン、ストランドな
ど）、又は、糸状のもの、繊維そのもの若しくはモノフ
ィラメント（長繊維）そのものを加工したテープ、スリ
ーブ、ユニディレクショナルシート、クロスなどセラミ
ックス繊維集合体の形態で用いることが好ましい。
【００３５】セラミックス繊維集合体のなかでも糸状の
ものは、例えばフィラメント径０．３〜３２５μｍの長
繊維のほかに綿状セラミックス繊維を紡績した糸を用い
ることができる。
【００３６】前記セラミックス繊維集合体の内部に、即
ちセラミックス繊維集合体を構成するセラミックス繊維
の間隙に、並びに、前記セラミックス繊維集合体の表面
に、前記セラミックス繊維の主成分である金属酸化物の
金属とは異なる金属（以下、一次添加金属という。）、
又は前記セラミックス繊維の主成分である金属酸化物と
は異なる金属酸化物（以下、一次添加金属酸化物とい
う。）を、前記セラミックス繊維の質量に対し１〜８５
質量％塗布又は含浸させる。次いで、必要に応じて室温
での乾燥、又は８０〜１０００℃に加熱することによっ
て、金属又は金属酸化物とセラミックス繊維集合体との
一次複合体を作製する。
【００３７】この金属又は金属酸化物は、コロイダル溶
液、ゾル溶液或はスラリーの形態で用いることができ
る。
【００３８】なお、前記セラミックス繊維の主成分であ
る金属酸化物と、前記一次添加金属酸化物とが「異な
る」とは、少なくとも一方の金属酸化物が複数成分の複
合金属酸化物である場合、一部の成分が異なれば、お互
いの金属酸化物は「異なる」ものとする。
【００３９】前記一次添加金属又は一次添加金属酸化物
としては、酸化物系セラミックス繊維に反応しにくい元
素周期表第４族（チタン族）、第５族（バナジウム
族）、又は第６族（クロム族）の内１種又は２種以上の
金属或は金属酸化物が好ましい。
【００４０】得られた一次複合体は、セラミックス繊維
集合体単位の複合体である。
【００４１】前記一次複合体を、前記セラミックス繊維
の主成分である金属酸化物と同一又は異なる１種又は２
種以上の金属酸化物（以下、二次添加金属酸化物とい
う。）で、更に複合化した二次複合体を、酸化雰囲気下
焼成することにより一体化し、相対密度が２０〜９５％
の最終の複合体生成物材料である酸化物系セラミックス
繊維／酸化物系セラミックス複合材料を作製する。
【００４２】前記二次添加金属酸化物は、前記酸化物系
セラミックス繊維／酸化物系セラミックス複合材料にお
けるマトリックスとなる酸化物系セラミックスである。
この酸化物系セラミックスは、上述したように、セラミ
ックス繊維の主成分である金属酸化物成分と同じ成分で
もよく、また異なる成分２種以上でもよい。更にまた、
この酸化物系セラミックスは、パウダー又はそのスラリ
ーの形態で用いることができる。
【００４３】前記二次複合体を一体化するには、最終温
度１０００℃以上で３０分以上焼成することが好まし
い。
【００４４】本発明の製造方法によれば、種々の形状の
酸化物系セラミックス繊維／酸化物系セラミックス複合
材料を作製することができる。
【００４５】例えば、ボビンに巻かれた糸状のセラミッ
クス繊維集合体を用いる場合は、この糸状のセラミック
ス繊維集合体を、マトリックスとなる酸化物セラミック
スラリーの中を通し、フィラメントワインディングで巻
き取り、その後、乾燥、焼成して目的形状の酸化物系セ
ラミックス繊維／酸化物系セラミックス複合材料を作製
することができる。
【００４６】また、他の例として板状や筒状の酸化物系
セラミックス繊維／酸化物系セラミックス複合材料を作
製する場合は、セラミックス繊維クロスと、一次添加金
属若しくは一次添加金属酸化物とを用いて作製した一次
複合体を１枚１枚積層し、この積層体を二次添加金属酸
化物で複合化する方法や、セラミックス繊維クロスを積
層後、一次添加金属酸化物スラリーの含浸により一次中
間複合体を作製し、更に二次添加金属酸化物スラリー
（マトリックスセラミックスラリー）の含浸させ、次い
で焼成して目的形状の酸化物系セラミックス繊維／酸化
物系セラミックス複合材料を作製する方法など種々の方
法を採ることができる。
【００４７】なお、前記積層体において、前記一次複合
体の層間を、前記セラミックス繊維と同一又は異なるセ
ラミックス繊維からなる糸状のもので結合することによ
り、得られる酸化物系セラミックス繊維／酸化物系セラ
ミックス複合材料は、積層体における一次複合体の層間
を固定し、層間剥離を防止する特性に優れたものであ
る。
【００４８】さらに、金属酸化物若しくは金属非酸化物
セラミックスの焼結体或は緻密体、ガラスセラミック
ス、炭素等の構造体に、セラミックス織物からなる複合
体を貼付し、焼き固めて複合構造物を作製することによ
り、得られる複合構造物は、熱衝撃の際セラミックス焼
結体にクラックが生じても、力学的特性が低下せず保持
され得る。
【００４９】本発明の酸化物系セラミックス繊維／酸化
物系セラミックス複合材料におけるセラミックス繊維集
合体として、例えば、糸状のもの若しくは繊維そのもの
即ちモノフィラメントそのものを加工したテープ、スリ
ーブ、ユニディレクショナルシート、クロスなどの織物
を用いるときには、前記セラミックス繊維集合体は、一
方向連続状、二次元、多次元など種々の方向の繊維軸を
持つことができる。
【００５０】また、酸化物系セラミックス繊維／酸化物
系セラミックス複合材料の任意の断面にあるセラミック
ス繊維集合体が方向の異なる二以上の繊維軸を持ち、そ
の繊維軸のなす角度が３０度以上である場合は、何れの
方向にも優れた特性を示すので、好ましい形態である。
【００５１】一般に、アルミナセラミックスは、耐熱衝
撃性、機械的衝撃性に弱いという問題点がある。
【００５２】本発明の製造方法によれば、セラミックス
繊維にＡｌ2Ｏ3を２５質量％以上含ませること、このセ
ラミックス繊維が体積率換算で酸化物系セラミックス繊
維／酸化物系セラミックス複合材料中５％以上含ませる
こともでき、アルミナセラミックスの特性を大いに向上
できるものである。
【００５３】次に、本発明の酸化物系セラミックス繊維
／酸化物系セラミックス複合材料について、図面を用い
て説明する。
【００５４】図１は、本発明の酸化物系セラミックス繊
維／酸化物系セラミックス複合材料の断面を模式的に示
す概略断面図である。
【００５５】図２は、従来の酸化物系セラミックス繊維
／酸化物系セラミックス複合材料の断面を模式的に示す
概略断面図である。
【００５６】図２に示されるように、従来の酸化物系セ
ラミックス繊維／酸化物系セラミックス複合材料は、コ
ーティング材１０でセラミックス繊維（フィラメント）
８を１本１本に均一に数ミクロン以下の厚みで施される
べきものであった。
【００５７】しかし、上述したように、従来の酸化物系
セラミックス繊維／酸化物系セラミックス複合材料の製
造方法においては、フィラメント数の多い繊維束では、
フィラメント１本１本に均一な表面コーティングは困難
であり、また、剥げ落ちやすくコーティング後の繊維の
取扱いを慎重にしなければならなかった。
【００５８】複合化時に一部が欠け落ちてセラミックス
繊維８とマトリックスセラミックス１２とが直接接触す
る界面になったりすると、その部分で繊維の効果が発揮
されなくなり、その結果、繊維を複合化するという利点
がなくなるという問題があった。
【００５９】この従来の酸化物系セラミックス繊維／酸
化物系セラミックス複合材料に対して、本発明の酸化物
系セラミックス繊維／酸化物系セラミックス複合材料
は、図１に示されるように、セラミックス繊維２の集合
体内部においてセラミックス繊維２の間隙が一次添加金
属又は一次添加金属酸化物によって埋めらて一次複合体
（ミニコンポジット）４が形成されていることが解る。
【００６０】そして、本発明の酸化物系セラミックス繊
維／酸化物系セラミックス複合材料では、マトリックス
セラミックス６は、セラミックス繊維２の間隙を埋める
のではなく、一次複合体（ミニコンポジット）４の間隙
を埋めるように構成されている。そのため、一次添加金
属又は一次添加金属酸化物が欠け落ちてセラミックス繊
維２とマトリックスセラミックス６とが直接接触する界
面になったりすることがなく、酸化物系セラミックス繊
維／酸化物系セラミックス複合材料の力学特性等が大い
に向上するものである。
【００６１】
【実施例】以下、本発明を実施例により、具体的に説明
するが、本発明は実施例により限定されるものではな
い。
【００６２】（実施例１）フィラメント径１０μｍの連
続アルミナ長繊維１０００フィラメントからなるヤーン
（糸）をコロイダルＺｒＯ2スラリー（ＺｒＯ2濃度：３
０質量％）中に連続して通して含浸させた後に、１０５
℃で乾燥させ、一次複合体であるアルミナ長繊維ヤーン
／ＺｒＯ2複合体を作製した。
【００６３】このアルミナ長繊維ヤーン／ＺｒＯ2複合
体に含まれるＺｒＯ2は５質量％であった。
【００６４】得られたアルミナ長繊維ヤーン／ＺｒＯ2
複合体を更にＡｌ2Ｏ3粉末とポリビニールアルコールを
含む水スラリー中に含浸し、繊維軸方向が一方向になる
ように並べたシート状のプリフォーム（ユニダイレクシ
ョナルシート）を作製した。このユニダイレクショナル
シート上に少量の上記アルミナスラリーを塗布し、繊維
軸方向が０゜、４５゜及び９０゜の順で６層に積層し圧
力を加え積層シートを作製した。この積層シートを１０
５℃で乾燥後、１２００℃で１時間大気下で焼成し最終
の複合体生成物材料である酸化物系セラミックス繊維／
酸化物系セラミックス複合材料であるプレート複合材を
得た。
【００６５】得られたプレート複合材は、厚み１．８ｍ
ｍ、相対密度７６％で、曲げ強度は４０ＭＰａであっ
た。モノリシックなアルミナセラミックスに比べると曲
げ強度は約１／１０と低いが、可撓性を有し、破壊も一
気に起こらず破壊に至るまでの撓みが顕著に大きいこと
が判明した。また、得られたプレート複合材に釘打ちテ
ストを行ったところ、プレート複合材の破壊もなく容易
に釘を打ちつけられた。
【００６６】（比較例１）アルミナ長繊維ヤーンをコロ
イダルＺｒＯ2スラリーに通さなかった以外は実施例１
と同様の操作を行い、最終の複合体生成物材料である酸
化物系セラミックス繊維／酸化物系セラミックス複合材
料であるプレート複合材を得た。
【００６７】得られたプレート複合材は、厚み１．５ｍ
ｍ、相対密度７８％で、曲げ強度は３２ＭＰａであっ
た。しかし、実施例１で得られたプレート複合材に比
べ、曲げ試験における曲げ強度は、ほぼ同等であった
が、可撓性に乏しく一気に破壊された。このことは、複
合化において繊維とマトリックスが反応したためと考え
られる。
【００６８】（実施例２）フィラメント径が７μｍのＡ
ｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2繊維を用いて厚さ１５０μｍ、幅５０
ｍｍのテープを製織し、このテープをコロイダルＺｒＯ
2スラリー（ＺｒＯ2濃度：３０質量％）とコロイダルＡ
ｌ2Ｏ3スラリー（Ａｌ2Ｏ3濃度：１０質量％）との１対
１質量の混合スラリー中に連続して通して含浸させた後
に、１０５℃で乾燥させ、一次複合体であるテープ状複
合体を作製した。
【００６９】このテープ状複合体を更にＡｌ2Ｏ3粉末を
含む水スラリー中に含浸し、乾燥してプリフォーム体を
作製した。
【００７０】このプリフォーム体を１０５℃で乾燥後、
１１５０℃で１時間大気下で焼成し最終の複合体生成物
材料である酸化物系セラミックス繊維／酸化物系セラミ
ックス複合材料を得た。
【００７１】得られた複合材料の厚みは０．２ｍｍであ
った。この複合材料をパイプに巻き付け可撓性テストを
行ったところ、直径１０ｍｍのパイプに破損なく巻くこ
とが可能であり、可撓性が優れていることが判明した。
【００７２】（比較例２）製繊されたテープを、コロイ
ダルＺｒＯ2スラリーとコロイダルＡｌ2Ｏ3スラリーと
の混合スラリーに通さなかった以外は実施例２と同様の
操作を行い、最終の複合体生成物材料である酸化物系セ
ラミックス繊維／酸化物系セラミックス複合材料を得
た。
【００７３】得られた複合材料の厚みは０．２ｍｍであ
った。この複合材料をパイプに巻き付け可撓性テストを
行ったところ、直径３０ｍｍのパイプで割れが生じ、可
撓性に乏しいことが判明した。
【００７４】（実施例３）フィラメント径１０μｍのＡ
ｌ2Ｏ3繊維５００本を束にしたヤーンを用いて平織り繊
維クロスを作製した。このクロスのサイジング剤を熱処
理で除去した後、金属モリブデンナノパウダースラリー
と、ジルコニアナノパウダースラリーと、コロイダルア
ルミナスラリー（Ａｌ2Ｏ3濃度：１０質量％）との混合
水スラリー全質量に対し０．３％のポリビニルアルコー
ルを加えた混合水スラリーに、前記クロスを浸し含浸さ
せた。この時、Ｍｏ、ＺｒＯ2及びＡｌ2Ｏ3の質量比は
５：５０：４５とした。
【００７５】このスラリー含浸クロスを乾燥させ、一次
複合体である厚さ２５０μｍのクロス複合体を作製し
た。
【００７６】このクロス複合体に、ムライトの粉末、ポ
リビニルアルコール５質量％及びグリセリン５質量％を
含む水スラリーを塗布し、このクロス複合体内部のヤー
ン間の空隙部分を埋めるように前記ムライトスラリーを
付着させた。
【００７７】このムライトスラリーを塗布したクロス複
合体を、直径１００ｍｍのテフロン（登録商標）製の円
筒に巻き付け、付着したスラリーを均一化した後、１０
５℃で乾燥し、前記円筒から外して１２５０℃で１．５
時間大気下で焼成した。
【００７８】さらに、この焼成体の上に、前記ムライト
スラリーを塗布したクロス複合体を貼付け、１０５℃で
の乾燥、１２５０℃×１．５時間の焼成する操作を、８
回繰り返し、最終の複合体生成物材料である酸化物系セ
ラミックス繊維／酸化物系セラミックス複合材料を得
た。
【００７９】得られた複合材料は、厚み２．５ｍｍ、相
対密度９３％であった。この複合材料に釘打ちテストを
行ったところ、破損することなく釘を打ち込むことがで
きた。
【００８０】（実施例４）フィラメント径１０μｍのＡ
ｌ2Ｏ3繊維１０００本を束にしたヤーンを用いて平織り
繊維クロスを作製した。このクロスを、コロイダルジル
コニアスラリー（ＺｒＯ2濃度：３０質量％）に含浸さ
せた後、乾燥させ、一次複合体であるクロス複合体を作
製した。
【００８１】このクロス複合体に、Ａｌ2Ｏ3粉末６５質
量％、ポリビニルアルコール５質量％及び水３０質量％
からなるスラリーを塗布した。
【００８２】このＡｌ2Ｏ3スラリーを塗布したクロス複
合体を、嵩密度３．９２ｇ／ｃｍ3の緻密なＡｌ2Ｏ3燒
結体（１５０×１５０×１０ｍｍ）に貼付した。貼付
後、前記クロス複合体と前記Ａｌ2Ｏ3燒結体とを十分密
着させるため加圧して均し、１０５℃で乾燥させ、乾燥
複合体を得た。この乾燥複合体を１３００℃で２時間大
気下で焼成し、緻密なＡｌ2Ｏ3燒結体表面にＡｌ2Ｏ3繊
維複合体が接合された複合材料を得た。
【００８３】熱衝撃テストとして、前記複合材料を５０
０℃に保った加熱炉から取出し空冷したところ、基板の
Ａｌ2Ｏ3燒結体部分にはクラックが生じたが、表面の繊
維複合体部分は変化がなく、複合材料全体としては崩れ
ることなく元の形状を保っていた。
【００８４】
【発明の効果】本発明の製造方法によって得られる酸化
物系セラミックス繊維／酸化物系セラミックス複合材料
は、信頼性が高いと共に、傷の導入によっても力学特性
が低下しないという特長がある。更に大型形状の製作が
可能であることから、信頼性及び力学特性等の点で従来
のセラミックス材料にはない特性を有する。
【００８５】本発明の製造方法によって得られる酸化物
系セラミックス繊維／酸化物系セラミックス複合材料の
特性は、材料システムの組合せによって変化するため一
概には規定できない。しかし、本発明の製造方法によっ
て得られる酸化物系セラミックス繊維／酸化物系セラミ
ックス複合材料は、概ね次に述べる特性を併せ持つ。
【００８６】本発明の製造方法によって得られる酸化物
系セラミックス繊維／酸化物系セラミックス複合材料の
相対密度は２０〜９５％であるので、最大の相対密度は
９５％である。そのため、この複合材料内部には空隙が
存在する。従って高温酸化雰囲気での耐熱衝撃性に優れ
るという特性がある。
【００８７】また、酸化物系セラミックス繊維／酸化物
系セラミックス複合材料を形成するマトリックスと繊維
との間には完全な結合がなされない。そのため結果とし
て、機械的衝撃が加わる部分でも破壊され難くなるこ
と、及び可撓性が発現することから、曲面で電気絶縁性
が必要な場合での対応が可能となる。
【００８８】従って、以上の事から上記酸化物系セラミ
ックス繊維／酸化物系セラミックス複合材料は、金属等
を熱処理する際のスペーサー、半導体拡散炉、ＣＶＤ装
置、及び高温電気炉等の絶縁材料、並びに、高温ガスフ
ィルター、溶融金属フィルター、燃焼器、及びセラミッ
クス保炎器等のガスタービンエンジン関連部材などの用
途がある。
【００８９】また、本発明の製造方法においては、セラ
ミックス繊維１本１本にコーティングするのではなく、
セラミックス繊維集合体をスラリー等で塗布或は含浸さ
せてそのまま複合化して中間複合体にしてしまうことを
特徴とする。
【００９０】この中間複合体は、取扱いが容易である。
しかも、フィラメント数が多いヤーン等のセラミックス
繊維集合体や、更には製繊された繊維クロスやテープ等
でも、この中間複合体の作製が可能である。
【００９１】本発明の製造方法においては、多くの種類
の酸化物系セラミックスを用いることができるので、前
記中間複合体を更に異なる種類の酸化物系セラミックス
と複合化させ焼成することにより、全ての構成素材が酸
化物系材料からなる複合材料を容易に得ることができ
る。
【００９２】前記中間複合体において、セラミックス繊
維間の空隙部分で酸化物系セラミックスとセラミックス
繊維とが複合化しているため、中間複合体は、あたかも
１本の繊維のように働く。しかも、セラミックス繊維と
の反応が極めて小さな酸化物を選択すれば、本発明の複
合材料において最終的に複合化する酸化物系セラミック
ス母材と、セラミックス繊維との反応を防止できるた
め、マトリックスセラミックスとなる酸化物系セラミッ
クスを用途に応じて適宜選択することができる。
【００９３】本発明の製造方法においては、セラミック
ス繊維自身の持つ機械的特性を十分に発揮できることが
特徴である。また、セラミックス繊維１本１本へのコー
ティングが不要となり、複合材料製造時の複合化プロセ
スも簡略なため、低コスト化が可能である。
【００９４】さらに、本発明の製造方法によって得られ
る酸化物系セラミックス繊維／酸化物系セラミックス複
合材料は、セラミックス繊維を複合化していないセラミ
ックスとは異なり、熱衝撃や傷によって割れたりしない
ので、切断や穴あけなども可能であると共に、取扱いも
容易になり、信頼性も著しく向上する。
【００９５】したがって、本発明の製造方法によって得
られる酸化物系セラミックス繊維／酸化物系セラミック
ス複合材料は、酸化雰囲気中での使用寿命が著しく向上
し、使用時の取扱いも著しく容易である。
【００９６】即ち、酸化物系セラミックス繊維を酸化物
系セラミックスと複合化し、セラミックス繊維集合体単
位の中間複合体としてものを、更に酸化物系セラミック
スと複合化した複合材料は、酸化雰囲気下での使用でも
酸化劣化することなしに長時間その効果を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の酸化物系セラミックス繊維／酸化物系
セラミックス複合材料の断面を模式的に示す概略断面図
である。
【図２】従来の酸化物系セラミックス繊維／酸化物系セ
ラミックス複合材料の断面を模式的に示す概略断面図で
ある。
【符号の説明】
２ セラミックス繊維 ４ 一次複合体（ミニコンポジット） ６ マトリックスセラミックス ８ セラミックス繊維 １０ コーティング材 １２ マトリックスセラミックス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩永 勝介 栃木県栃木市国府町１番地 三井鉱山マテ リアル株式会社栃木プレシジョン内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属酸化物を主成分とするセラミックス
    繊維集合体に、前記セラミックス繊維の主成分と異なる
    金属又は金属酸化物を、前記セラミックス繊維の質量に
    対し１〜８５質量％含浸させた一次複合体を、前記セラ
    ミックス繊維の主成分である金属酸化物と同一又は異な
    る金属酸化物で、更に複合化した二次複合体を、酸化雰
    囲気下焼成することにより一体化して二次複合体中の金
    属酸化物に対する相対密度が２０〜９５％である酸化物
    系セラミックス繊維／酸化物系セラミックス複合材料を
    得ることを特徴とする酸化物系セラミックス繊維／酸化
    物系セラミックス複合材料の製造方法。
  2. 【請求項２】 セラミックス繊維の主成分である金属酸
    化物が、アルミナ、シリカ、アルミナ−シリカ、ムライ
    ト、チタニア、ＹＡＧ、ジルコニアの内から選ばれる金
    属酸化物である請求項１に記載の酸化物系セラミックス
    繊維／酸化物系セラミックス複合材料の製造方法。
  3. 【請求項３】 セラミックス繊維集合体に含浸させる金
    属又は金属酸化物の金属元素が、元素周期表第４族（チ
    タン族）、第５族（バナジウム族）、又は第６族（クロ
    ム族）の元素である請求項１に記載の酸化物系セラミッ
    クス繊維／酸化物系セラミックス複合材料の製造方法。
  4. 【請求項４】 酸化物系セラミックス繊維／酸化物系セ
    ラミックス複合材料の任意の断面にあるセラミックス繊
    維集合体が方向の異なる二以上の繊維軸を持ち、その繊
    維軸のなす角度が３０度以上である請求項１に記載の酸
    化物系セラミックス繊維／酸化物系セラミックス複合材
    料の製造方法。
  5. 【請求項５】 セラミックス繊維がＡｌ2Ｏ3を２５質量
    ％以上含むセラミックス繊維であって、前記セラミック
    ス繊維が体積率換算で酸化物系セラミックス繊維／酸化
    物系セラミックス複合材料中５％以上含まれる請求項１
    に記載の酸化物系セラミックス繊維／酸化物系セラミッ
    クス複合材料の製造方法。
  6. 【請求項６】 セラミックス繊維集合体として、複合化
    後のセラミックス繊維集合体中の繊維軸が一方向連続状
    である織物を用いる請求項１に記載の酸化物系セラミッ
    クス繊維／酸化物系セラミックス複合材料の製造方法。
  7. 【請求項７】 セラミックス繊維集合体として、複合化
    後のセラミックス繊維集合体中の繊維軸方向が二次元で
    ある織物を用いる請求項１に記載の酸化物系セラミック
    ス繊維／酸化物系セラミックス複合材料の製造方法。
  8. 【請求項８】 セラミックス繊維集合体として、複合化
    後のセラミックス繊維集合体中の繊維軸方向が多次元で
    ある織物を用いる請求項１に記載の酸化物系セラミック
    ス繊維／酸化物系セラミックス複合材料の製造方法。
  9. 【請求項９】 酸化物系セラミックス繊維／酸化物系セ
    ラミックス複合材料のセラミックス繊維以外の成分が、
    異なる二種類以上の化学組成を持ち、酸化雰囲気下での
    焼成による一体化を１０００℃以上の温度で３０分以上
    行う請求項１に記載の酸化物系セラミックス繊維／酸化
    物系セラミックス複合材料の製造方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１乃至９の何れかに記載の製造
    方法により製造された酸化物系セラミックス繊維／酸化
    物系セラミックス複合材料。
  11. 【請求項１１】 セラミックス、ガラスセラミックス、
    又は炭素の構造体に、請求項１０に記載の酸化物系セラ
    ミックス繊維／酸化物系セラミックス複合材料を貼付し
    た複合構造物。
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