JPH0264068A - Production of fiber reinforced silicon carbide ceramics - Google Patents
Production of fiber reinforced silicon carbide ceramicsInfo
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- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、繊維強化セラミックスの製造方法、特に強度
と靭性がともに優れた繊維で強化してなる炭化けい素質
セラミックスを製造する方法についての提案である。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention proposes a method for manufacturing fiber-reinforced ceramics, particularly a method for manufacturing silicon carbide ceramics reinforced with fibers that have excellent strength and toughness. It is.
セラミックスの新たな使途として、最近、耐熱性構造材
料や生体硬組織代替材料への適用が検討されている。た
だ、このセラミックスはかかる使途で使うには強度や靭
性が不足するという基本的な問題点があった。Recently, new uses for ceramics have been considered, such as heat-resistant structural materials and biological hard tissue substitute materials. However, the basic problem with this ceramic is that it lacks the strength and toughness to be used in such applications.
従来、こうした問題点を克服するものとして、セラミッ
クスに耐熱性無機繊維を添加した繊維強化セラミックス
が提案されている。例えば、代表的な既知の繊維強化セ
ラミックスの1つとして、A1.0.−5iCウイス力
−複合材がある。この複合材の機械的性質については、
松原、奥野、渡辺、松尾らによる研究(窯業協会、第7
回高温材料基礎討論会講演要旨集第14〜19頁)で詳
しく論じられている。To overcome these problems, fiber-reinforced ceramics in which heat-resistant inorganic fibers are added to ceramics have been proposed. For example, as one of typical known fiber reinforced ceramics, A1.0. -5iC Wis force-There is a composite material. Regarding the mechanical properties of this composite,
Research by Matsubara, Okuno, Watanabe, Matsuo et al. (Ceramic Industry Association, Vol. 7)
This is discussed in detail in the Abstracts of the High Temperature Materials Basics Conference, pp. 14-19).
また、特開昭52−81309号公報や特開昭58−1
45668号公報、特開昭62−12671号公報には
、いずれも炭化けい素質セラミックスを繊維で補強した
セラミックス複合材料の製造技術が提案されているし、
さらに、「豊田中央研究所R&Dレビュー」(vol、
20 m3/41986)には、各種の“セラミック繊
維強化セラミック”について開示しており、これらはい
ずれもホットプレス焼結する方法についての提案である
。Also, JP-A-52-81309 and JP-A-58-1
45668 and JP-A-62-12671 both propose manufacturing techniques for ceramic composite materials in which silicon carbide ceramics are reinforced with fibers.
Furthermore, “Toyota Central Research Institute R&D Review” (vol.
20 m3/41986) discloses various types of "ceramic fiber reinforced ceramics", all of which propose hot press sintering methods.
上述の各従来技術の場合、繊維強化することにより、靭
性を若干改善したセラミックスが得られるものの、構造
材料、人工骨や人工歯根などの生体硬組織代替材料とし
ての必要な条件;すなわち靭性のみならず強度も極めて
優れた繊維強化セラミックスを開発するまでに至ってい
ないのが実情である。In the case of each of the above-mentioned conventional techniques, although ceramics with slightly improved toughness can be obtained by reinforcing fibers, the necessary conditions as a structural material and a substitute material for biological hard tissues such as artificial bones and artificial tooth roots; The reality is that we have yet to develop fiber-reinforced ceramics that have extremely high strength and strength.
すなわち、これら従来技術の下で製造された繊維強化セ
ラミックスは、生成形体を乾式の成形方法によって成形
したり、比較的低密度の生成形体を加圧焼結することに
よって高密度化しているために、添加物5例えばウィス
カーなどの耐熱性無機繊維が著しく変形したり、極端な
場合には折損さえしていた。その結果、耐熱性無機繊維
を複合させる割には靭性の向上もまた強度もそれ程改善
されるわけではなかった。さらに、上記各従来技術の場
合、一般に耐熱性無機繊維が2次元方向に配向し易いと
いう傾向があったため、強度ならびに靭性に異方性が生
じ、使用の際に異方性を考慮しなければならないという
問題点もあった。In other words, fiber-reinforced ceramics manufactured using these conventional techniques are made denser by forming the green body using a dry forming method, or by pressurizing and sintering a relatively low-density green body. , Additive 5 For example, heat-resistant inorganic fibers such as whiskers were significantly deformed, and in extreme cases even broke. As a result, even though the heat-resistant inorganic fibers were combined, neither the toughness nor the strength was improved that much. Furthermore, in the case of each of the above-mentioned conventional technologies, there was a general tendency for heat-resistant inorganic fibers to be easily oriented in two-dimensional directions, resulting in anisotropy in strength and toughness, which must be taken into consideration during use. There was also the problem that it was not possible.
また、上記従来技術の場合、特に短繊維状の耐熱性無機
繊維とセラミックス微粉末とを湿式で混合し乾燥したも
のを乾式で成形するような場合に、繊維の絡み合いが連
続化しない粒界が残り、これが破壊発生の原因となって
いた。結局、セラミ、7クスに耐熱性無機短繊維を複合
させる割に靭性や強度の向上が得られなかったのである
。In addition, in the case of the above-mentioned conventional technology, especially when short fibrous heat-resistant inorganic fibers and ceramic fine powder are wet-mixed and dried and then dry-formed, grain boundaries where the fiber entanglement does not become continuous occur. This remained, and this was the cause of the destruction. In the end, even though heat-resistant inorganic short fibers were composited with ceramic and 7x, no improvement in toughness or strength could be obtained.
本発明の目的は、上掲のセラミ・ノクス強化技術の抱え
る各種の問題点のうち、既知の繊維強化セラミックスが
抱える問題点を克服することにある。An object of the present invention is to overcome the problems faced by known fiber-reinforced ceramics among the various problems faced by the above-mentioned ceramic-nox reinforcement technology.
そこで、本発明者らは、上掲の目的を実現すべく、耐熱
性無機繊維で強化した高密度の炭化けい素質セラミック
ス製造技術について研究した結果、以下に述べるような
工程を経る新しい方法に想到した。すなわち、本発明は
、
(1) 炭化けい素微粉末と耐熱性無機短繊維とを混
合し、次いでこの混合物を成形することにより、生成形
体を得る工程、
(2)前記生成形体に、炭化けい素質セラミックス前駆
体溶液を含浸させて乾燥し引続き焼成する処理を1回以
上行うことにより、気孔率20%以下の予備成形体を得
る工程、
(3)上記工程での処理によって得られた予備成形体の
空隙中に、シリコン、を充填することにより、耐熱性無
機繊維で強化してなる炭化けい素質セラミックスを得る
工程、
を経て繊維で強化してなる炭化けい素質セラミ。Therefore, in order to achieve the above-mentioned purpose, the present inventors conducted research on the manufacturing technology of high-density silicon carbide ceramics reinforced with heat-resistant inorganic fibers, and as a result, they came up with a new method that involves the steps described below. did. That is, the present invention comprises: (1) a step of mixing silicon carbide fine powder and heat-resistant inorganic short fibers and then molding this mixture to obtain a green body; (2) adding silicon carbide to the green body; A process of impregnating with a raw ceramic precursor solution, drying, and subsequently firing the process one or more times to obtain a preform with a porosity of 20% or less; (3) a preform obtained by the process in the above process; A process of obtaining silicon carbide ceramics reinforced with heat-resistant inorganic fibers by filling the voids of the body with silicon, and silicon carbide ceramics reinforced with fibers.
クスを製造することを特徴とする。It is characterized by manufacturing soybean paste.
このような方法によれば、複合化に当っても耐熱性無機
短繊維が殆ど痛むようなことがなく、しかも該無機短繊
維が繊維強化セラミックス中に3次元的にきわめて均一
に分散しかつ互いに絡み合うことによって連続化した高
密度の成形体を製造することができる。その結果、強度
ならびに靭性がともに優れた耐熱性無機繊維で強化して
なる炭化けい素質セラミックスを容易にかつ確実に製造
することができる。According to such a method, the heat-resistant inorganic short fibers are hardly damaged during compositing, and moreover, the inorganic short fibers are extremely uniformly dispersed three-dimensionally in the fiber-reinforced ceramics and are mutually bonded. By intertwining, a continuous, high-density molded body can be manufactured. As a result, silicon carbide ceramics reinforced with heat-resistant inorganic fibers having excellent strength and toughness can be easily and reliably produced.
〔作 用〕
次に、本発明製造方法の内容についてその詳細を各工程
に分けて説明する。[Function] Next, the details of the manufacturing method of the present invention will be explained separately for each step.
本発明方法の第1の工程は、炭化けい素微粉末と耐熱性
無機短繊維とを湿式で混合した後、成形して生成形体と
する工程である。The first step of the method of the present invention is a step of wet-mixing silicon carbide fine powder and heat-resistant inorganic short fibers, and then molding the mixture to form a green body.
この工程において母材として用いる前記炭化けい素微粉
末は、平均粒径が2μm以下のものが好ましく、例えば
シリカ還元法、CVD法、アルコキシド法あるいは直接
反応法などで製造したものを使用する。なお、この炭化
けい素微粉末には焼結助剤を添加してもよい。The silicon carbide fine powder used as the base material in this step preferably has an average particle size of 2 μm or less, and is produced, for example, by a silica reduction method, a CVD method, an alkoxide method, or a direct reaction method. Note that a sintering aid may be added to this silicon carbide fine powder.
また、前記耐熱性無機短繊維としては、平均長さ: 1
0mm以下で、平均アスペクト比:10−10000の
ものが好ましく、例えばSiCウィスカーやチョツプド
ファイバーから選ばれるいずれか少なくとも一種を用い
ることができる。Further, the heat-resistant inorganic short fibers have an average length: 1
It is preferably 0 mm or less and has an average aspect ratio of 10 to 10,000. For example, at least one selected from SiC whiskers and chopped fibers can be used.
前記炭化けい素微粉末と耐熱性無機短繊維を湿式混合す
るに当って用いる分散媒としては、例えば水あるいは各
種有機溶媒などを用いる。そして、この湿式混合の方法
としては、なるべく繊維を傷めるようなことのないよう
な方法が好ましい。例えば高速ミキサー、ボールミル、
超音波分散機などを介して溶剤介在の下で混合調整する
方法を適用する。The dispersion medium used in wet mixing the silicon carbide fine powder and the heat-resistant inorganic short fibers is, for example, water or various organic solvents. The wet mixing method is preferably a method that does not damage the fibers as much as possible. For example, high speed mixer, ball mill,
A method of mixing and adjusting in the presence of a solvent using an ultrasonic disperser or the like is applied.
調整した前記スラリー中に含む炭化けい素微粉末の含有
量は5〜35重量%、耐熱性無機短繊維の含有量は1〜
15重量%にすることが好ましい。The content of silicon carbide fine powder contained in the prepared slurry is 5 to 35% by weight, and the content of heat-resistant inorganic short fibers is 1 to 35% by weight.
The content is preferably 15% by weight.
なお、上記湿式混合に際しては、必要に応じて後に示す
ような結合剤や分散剤を加えてもよい。In addition, during the above wet mixing, a binder or a dispersant as described later may be added as necessary.
まず、結合剤としては、例えば、ポリアクリル酸エステ
ル、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルアルコール
、ポリビニルブチラール、ポリエチレンオキサイド、ポ
リメタクリル酸エステル、メチルセルロース、ウレタン
などの有機結合剤や各種セラミックス前駆体溶液であっ
て、いわゆる結合剤としての作用を有するものから選ば
れるいずれか少なくとも一種からなるものを用いる。分
散剤としては、例えばトリオレイン、オレイン酸メチル
、天然魚油、合成界面活性剤、ベンゼンスルホン酸、ア
リルスルホン酸、りん酸塩、ポリカルボン酸などから選
ばれるいずれか少な(とも−種からなるものを用いる。First, as a binder, for example, an organic binder such as polyacrylic acid ester, polymethyl methacrylate, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, polyethylene oxide, polymethacrylic acid ester, methylcellulose, urethane, or various ceramic precursor solutions, A material consisting of at least one selected from those having the action of a so-called binder is used. As a dispersant, for example, any one selected from triolein, methyl oleate, natural fish oil, synthetic surfactants, benzenesulfonic acid, allylsulfonic acid, phosphate, polycarboxylic acid, etc. Use.
次いでこの工程ではさらに前述のように調整されたスラ
リーを湿式成形することにより生成形体を作製する。ま
ず、このようにして生成形体を作製する理由は、耐熱性
無機短繊維を傷つけることがなく、かつ該短繊維がマト
リックス中に3次元的に均一に分散したものになるよう
にする必要からであり、とくに繊維が連続して絡み合わ
ないような粒界が2次粒子間に残らない成形体を製造す
る上で必要だからである。Next, in this step, the slurry prepared as described above is wet-molded to produce a green body. First, the reason why the green body is produced in this way is that it is necessary to avoid damaging the heat-resistant inorganic short fibers and to ensure that the short fibers are uniformly dispersed three-dimensionally in the matrix. This is because it is necessary in particular to produce a molded article in which no grain boundaries remain between secondary particles so that fibers do not become continuously entangled.
かかる湿式成形の方法としては、抄造成形や鋳込み成形
などがあるが、なかでも特に抄造成形は特に好ましい方
法である。Methods for such wet molding include paper molding and casting molding, among which paper molding is particularly preferred.
なお、この工程においては、湿式成形された前記成形体
を乾燥前あるいは乾燥後に、密度を高めるために、前記
耐熱性無機短繊維を傷めない範囲内でラバープレスなど
のプレスを施してもよい。In this step, before or after drying the wet-formed molded body, in order to increase the density, pressing such as a rubber press may be applied within a range that does not damage the heat-resistant inorganic short fibers.
また、湿式成形した前記生成形体について、さらに空気
中や水蒸気中、窒素ガス中もしくは不活性ガス雰囲気中
において乾燥あるいは焼成してもよい。この場合の乾燥
あるいは焼成は、成形体を単に保形する程度を限度とす
る。Further, the wet-molded product may be further dried or fired in air, water vapor, nitrogen gas, or an inert gas atmosphere. In this case, the drying or firing is limited to merely maintaining the shape of the molded body.
また、前記生成形体は、湿式成形後の含浸を行う前に、
空気中や水蒸気中、窒素ガス中もしくは不活性ガス雰囲
気中において仮焼成してもよい。In addition, before the formed body is impregnated after wet molding,
Preliminary firing may be performed in air, water vapor, nitrogen gas, or an inert gas atmosphere.
このようにして得られた生成形体は、耐熱性無機短繊維
を1〜45容量%含有しているものであることが好まし
く、特に3〜25容量%含有しているものが好適である
。この耐熱性無機短繊維の含有量の範囲は、最終的に製
造される繊維強化炭化けい素質セラミックスの強度なら
びに靭性を極めて優れたものとする上で好適である。The thus obtained green body preferably contains 1 to 45% by volume of heat-resistant inorganic short fibers, and particularly preferably 3 to 25% by volume. This range of the content of the heat-resistant inorganic short fibers is suitable for making the finally produced fiber-reinforced silicon carbide ceramics extremely excellent in strength and toughness.
次に、本発明の第2の工程は、前記生成形体に炭化けい
素質セラミックス前駆体溶液を含浸させて乾燥し引続き
予備焼成することにより、気孔率が20%以下を示す予
備成形体を作製する段階である。前記生成形体に炭化け
い素質セラミックス前駆体溶液を含浸させて乾燥すれば
、生成形体中の空隙内に炭化けい素セラミックス前駆体
が充填される。その結果、成形体中に分散している耐熱
性無機短繊維が変形したり、折損するようなことがな(
なる。すなわち、焼成前に生成形体を高密度化できるの
で、後工程での焼成時に収縮が少なくなり、ひいては混
合する耐熱性無機短繊維の変形や折損を極めて有効に抑
制する。しかも、耐熱性無機短繊維とSiCマトリック
スとの密着性にも優れるため、強度ならびに靭性がとも
に極めて高い繊維強化炭化けい素質セラミックスを得る
ことができるのである。Next, in the second step of the present invention, the formed body is impregnated with a silicon carbide ceramic precursor solution, dried, and then prefired to produce a preformed body having a porosity of 20% or less. It is a stage. When the formed body is impregnated with a silicon carbide ceramic precursor solution and dried, the voids in the formed body are filled with the silicon carbide ceramic precursor. As a result, the heat-resistant inorganic short fibers dispersed in the molded product will not be deformed or broken (
Become. That is, since the density of the formed body can be increased before firing, shrinkage is reduced during firing in the subsequent process, and as a result, deformation and breakage of the heat-resistant inorganic short fibers to be mixed are extremely effectively suppressed. Moreover, since the adhesion between the heat-resistant inorganic short fibers and the SiC matrix is excellent, it is possible to obtain fiber-reinforced silicon carbide ceramics with extremely high strength and toughness.
この工程で用いる上記炭化けい素質セラミックス前駆体
溶液としては、乾燥あるいは焼成することにより、炭化
けい素質セラミックスを生成するものであり、例えば、
ポリカルボシランなどの有機高分子化合物の各種有機溶
媒溶液などから選ばれるいずれか少なくとも一種のもの
を用いる。The silicon carbide ceramic precursor solution used in this step is one that produces silicon carbide ceramics by drying or firing, for example,
At least one selected from various organic solvent solutions of organic polymer compounds such as polycarbosilane is used.
この炭化けい素質セラミックス前駆体溶液は、乾燥ある
いは焼成することにより、セラミックスに換算して10
〜.45重量%のセラミックスを生ずるものであること
が好ましく、また粘度は10〜700cPのものである
ことが好ましい。By drying or firing this silicon carbide ceramic precursor solution, it is possible to obtain 10
~. Preferably, it yields 45% by weight of ceramic, and preferably has a viscosity of 10 to 700 cP.
本発明によれば、前記スラリーを湿式成形して得られた
生成形体に炭化けい素質セラミックス前駆体溶液を含浸
し乾燥焼成する処理を1回以上行うことにより、この工
程で得られる予備成形体の気孔率が20%以下となるよ
うにすることが必要であり、特に15%以下とすること
が強度保持の上でより好ましい。According to the present invention, by impregnating the formed body obtained by wet-molding the slurry with a silicon carbide ceramic precursor solution and drying and firing it one or more times, the preformed body obtained in this step is It is necessary to set the porosity to 20% or less, and it is particularly preferable to set it to 15% or less from the viewpoint of maintaining strength.
予備成形体の気孔率を20%以下にする理由は、気孔率
が20%よりも大きいと、高い強度ならびに靭性に極め
て優れた繊維強化炭化けい素質セラミックスを製造する
ことが困難になるからである。The reason why the porosity of the preform is set to 20% or less is that if the porosity is greater than 20%, it becomes difficult to produce fiber-reinforced silicon carbide ceramics that have extremely high strength and toughness. .
なお、この第2工程では、前記生成形体に炭化けい素質
セラミックス前駆体溶液を含浸し乾燥し、常圧下で焼成
する操作を繰返してもよく、また含浸し乾燥する操作の
みを繰り返し行ってもよい。In addition, in this second step, the operation of impregnating the formed body with a silicon carbide ceramic precursor solution, drying, and firing under normal pressure may be repeated, or only the operation of impregnating and drying may be repeated. .
次に、本発明方法の第3の工程は、含浸し乾燥しもしく
はさらに予備焼成した前記予備成形体について、第(2
)工程でもなお閉塞しないで残っている空隙中に、シリ
コン融液を充填する工程であり、この工程において炭化
けい素質セラミックス微粉末および炭化けい素質セラミ
ックス前駆体溶液から生成したセラミックスと、耐熱性
無機短繊維とは相互により強固に結合する。Next, in the third step of the method of the present invention, the preformed body impregnated and dried or further prefired is
) is a step in which the remaining unoccluded voids are filled with silicon melt, and in this step, ceramics produced from silicon carbide ceramic fine powder and silicon carbide ceramic precursor solution and heat-resistant inorganic The short fibers are more strongly bonded to each other.
前記シリコン融液の充填処理は、予備成形体に残る空隙
中に、該融液を圧入もしくは該予備成形体を真空下にて
シリコン融液中に投入する真空含浸である。この処理に
よって、炭化けい素質セラミックスはより高密度になり
、高密度で強度ならびに靭性がともに優れた繊維強化炭
化けい素質セラミックスを得ることができる。なお、こ
の処理で使うシリコンとしては、金属シリコンが好まし
い。The silicon melt filling process is vacuum impregnation in which the melt is press-fitted into the voids remaining in the preform, or the preform is placed in the silicon melt under vacuum. By this treatment, the silicon carbide ceramic becomes denser, and a fiber-reinforced silicon carbide ceramic with high density and excellent strength and toughness can be obtained. Note that metal silicon is preferably used as the silicon used in this process.
以上説明したように、本発明方法の適用により、強度な
らびに靭性がともに優れた繊維で強化してなる炭化けい
素質セラミックスが製造できる理由の第1の点は、調整
されたスラリーを湿式成形することにある。すなわち、
この湿式成形によって、炭化けい素セラミックス微粉末
と耐熱性無機短繊維とが特定方向に配向することなく3
次元的に極めて均一に分散した構造を有する成形体とな
るからである。第2の点は、前記生成形体に対し炭化け
い素質セラミックス前駆体溶液の含浸および乾燥さらに
はそれに引き続いて行う焼成処理をすることにある。す
なわち、この処理によって、生成形体の空隙中に炭化け
い素質セラミックスあるいはその前駆体が充填されて高
密度化する。そして第3の点として、その予備成形体に
残留するわずかな空隙中にシリコン融液を充填すること
に由来する。このような処理によって、セラミックスは
大きく収縮するようなことがなくなり、それが耐熱性無
機繊維を著しく変形したり、折損したりすることを防い
で、高強度、高靭性にするのである。As explained above, the first reason why fiber-reinforced silicon carbide ceramics with excellent strength and toughness can be produced by applying the method of the present invention is that the prepared slurry is wet-molded. It is in. That is,
By this wet molding, the silicon carbide ceramic fine powder and the heat-resistant inorganic short fibers are not oriented in a specific direction.
This is because the molded article has a structure that is dimensionally extremely uniformly dispersed. The second point is that the formed body is impregnated with a silicon carbide ceramic precursor solution, dried, and subsequently subjected to a firing treatment. That is, by this treatment, the voids of the formed body are filled with silicon carbide ceramics or its precursor, thereby increasing the density. The third point is that the silicon melt is filled into the few voids remaining in the preform. Such treatment prevents the ceramics from shrinking significantly, which prevents the heat-resistant inorganic fibers from being significantly deformed or broken, resulting in high strength and high toughness.
実施例
(1)平均粒径が0.3μmの炭化ケイ素微粉末100
重量部、比表面積が27.8m”/gの炭化はう素粉束
0.5重量部、ノボラック型フェノール樹脂(固定炭素
含有率51.6重量%)4重量部、平均長さが46μm
で平均アスペクト比が153のSiCウィスカー18重
量部、ポリエチレンオキサイド5重量部、ポリカルボシ
ラン7重量部およびヘキサン340重量部をボールミル
にて24時間混合してスラリーを調整した。Example (1) Silicon carbide fine powder 100 with an average particle size of 0.3 μm
Parts by weight, 0.5 parts by weight of carbonized boron powder bundle with a specific surface area of 27.8 m"/g, 4 parts by weight of novolac type phenolic resin (fixed carbon content 51.6% by weight), average length 46 μm
A slurry was prepared by mixing 18 parts by weight of SiC whiskers having an average aspect ratio of 153, 5 parts by weight of polyethylene oxide, 7 parts by weight of polycarbosilane, and 340 parts by weight of hexane in a ball mill for 24 hours.
次いで、このスラリーを、目開き0,04鰭のスクリー
ンを具える型内に流し込んで吸引濾過して抄造した後乾
燥し、その後3t/cm2の面圧にてラバープレスを施
してから、アルゴンガス雰囲気下で1150°Cの温度
で2時間焼成した。Next, this slurry was poured into a mold equipped with a screen with a 0.04 fin opening, filtered by suction, and then dried. After that, it was rubber pressed at a surface pressure of 3 t/cm2, and then heated with argon gas. It was baked in an atmosphere at a temperature of 1150°C for 2 hours.
得られた生成形体は、嵩密度が1.62g/cm2で、
成形体中に含有されているSiCウィスカーの量は15
.4容量%であった。The obtained green body had a bulk density of 1.62 g/cm2,
The amount of SiC whiskers contained in the molded body is 15
.. It was 4% by volume.
(2)一方、ポリカルボシラン100重量部に、ヘキサ
ン120重量部を加えて該ポリカルボシランを完全に溶
解させSiCを36.5重量%(St Cに換算して)
含有する炭化けい素質セラミックス前駆体溶液を調整し
た。この炭化けい素質セラミックス前駆体溶液の粘度は
、B型粘度計により測定したところ約230cPであっ
た。(2) On the other hand, 120 parts by weight of hexane was added to 100 parts by weight of polycarbosilane to completely dissolve the polycarbosilane, resulting in 36.5% by weight of SiC (in terms of St C).
A containing silicon carbide ceramic precursor solution was prepared. The viscosity of this silicon carbide ceramic precursor solution was about 230 cP when measured using a B-type viscometer.
(3)上記(11の生成形体に上記(2)で調整した炭
化けい素質セラミックス前駆体溶液を含浸させた後、3
0℃で2時間、次いで40℃で2時間乾燥し、さらにア
ルゴンガス雰囲気下、1150℃で2時間焼成した。(3) After impregnating the formed body of (11) with the silicon carbide ceramic precursor solution prepared in (2) above,
It was dried at 0°C for 2 hours, then at 40°C for 2 hours, and then fired at 1150°C for 2 hours in an argon gas atmosphere.
(4)上記生成形体への含浸およびそれに続く乾燥およ
び予備焼成は、9回繰返した後アルゴンガス雰囲気下2
000℃の温度にて12時間焼成して気孔率14.2%
の予備成形体を得た。(4) Impregnation of the above-mentioned formed body, subsequent drying and pre-calcination are repeated 9 times, and then 2 times under an argon gas atmosphere.
Porosity: 14.2% after firing at a temperature of 000℃ for 12 hours
A preformed body was obtained.
(5) このようにして得られた予備成形体を150
0℃に加熱した金型内に収容し、この金型内に1500
℃に溶融したシリコン融液を流し込み、そしてこのシリ
コン融液を1トン/cmzの圧力にて前記予備成形体の
空隙中に圧入させ、その後冷却した。(5) The preform obtained in this way was
It is placed in a mold heated to 0°C, and 1500
A silicon melt melted at a temperature of 0.degree.
このようにして得られた繊維強化炭化けい素質セラミッ
クスは、気孔率が0.3%、 JIS−R1601にも
とづいて測定した曲げ強度: 960 MPa、インデ
ンテーション法により測定し新涼の式を用いて求められ
る破壊靭性値: 8.9 MPa −m””で、耐熱性
構造材料として必要な高い強度と靭性を有する繊維強化
炭化けい素質セラミックスであることが確かめられた。The fiber-reinforced silicon carbide ceramic thus obtained had a porosity of 0.3%, a bending strength measured according to JIS-R1601 of 960 MPa, and a bending strength measured by the indentation method using Shinryo's equation. The required fracture toughness value was 8.9 MPa-m"", and it was confirmed that the fiber-reinforced silicon carbide ceramic had the high strength and toughness required as a heat-resistant structural material.
以上説明したように本発明の製造方法によれば、スラリ
ーを湿式成形することにあわせ、炭化けい素質セラミッ
クス前駆体溶液を利用した後に空隙中にシリコン融液を
圧入するという方法により、マトリンジス中に混合して
用いる耐熱性無機短繊維が殆んど痛むようなことなく、
しかも耐熱性無機短繊維が該繊維強化炭化けい素質セラ
ミックス中に3次元的に均一に分散し、かつ相互に絡み
合った高密度の成形体を製造することができ、高い強度
ならびに破壊靭性値を兼ね具えた繊維で強化してなる炭
化けい素質セラミックスを容易に得ることができる。As explained above, according to the manufacturing method of the present invention, in addition to wet forming the slurry, silicon melt is press-fitted into the voids after using a silicon carbide ceramic precursor solution. The heat-resistant inorganic short fibers used in the mixture cause almost no damage.
Moreover, it is possible to produce a high-density molded product in which the heat-resistant inorganic short fibers are uniformly dispersed three-dimensionally in the fiber-reinforced silicon carbide ceramic and intertwined with each other, and it has both high strength and fracture toughness. Silicon carbide ceramics reinforced with fibers can be easily obtained.
従って、耐熱性構造材料や生体硬組織代替材料として好
適な材料を提供できる。Therefore, it is possible to provide a material suitable as a heat-resistant structural material or a substitute material for biological hard tissue.
Claims (3)
化してなる繊維強化セラミックスを製造するに当り、 下記(1)〜(3)の工程を経ることを特徴とする繊維
で強化してなる炭化けい素質セラミックスの製造方法。 (1)炭化けい素微粉末と耐熱性無機短繊維とを混合し
、次いでこの混合物を成形することにより、生成形体を
得る工程。1. In producing fiber-reinforced ceramics made by mixing and reinforcing fibers into a matrix of carbide ceramics, carbonization reinforced with fibers is characterized by passing through the following steps (1) to (3). Method for manufacturing siliceous ceramics. (1) A step of mixing silicon carbide fine powder and heat-resistant inorganic short fibers and then molding this mixture to obtain a formed body.
体溶液を含浸させて乾燥し引続き焼成する処理を1回以
上行うことにより、気孔率20%以下の予備成形体を得
る工程。(2) Obtaining a preformed body having a porosity of 20% or less by impregnating the formed body with a silicon carbide ceramic precursor solution, drying it, and subsequently firing it one or more times.
空隙中に、シリコンを充填することにより、耐熱性無機
繊維で強化してなる炭化けい素質セラミックスを得る工
程。(3) A step of obtaining silicon carbide ceramics reinforced with heat-resistant inorganic fibers by filling silicon into the voids of the preform obtained by the treatment in the above steps.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63212546A JPH0264068A (en) | 1988-08-29 | 1988-08-29 | Production of fiber reinforced silicon carbide ceramics |
| US07/415,311 US5273941A (en) | 1988-01-30 | 1989-01-30 | Fiber reinforced silicon carbide ceramics and method of producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63212546A JPH0264068A (en) | 1988-08-29 | 1988-08-29 | Production of fiber reinforced silicon carbide ceramics |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0264068A true JPH0264068A (en) | 1990-03-05 |
Family
ID=16624474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63212546A Pending JPH0264068A (en) | 1988-01-30 | 1988-08-29 | Production of fiber reinforced silicon carbide ceramics |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0264068A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2761134A1 (en) * | 1997-03-24 | 1998-09-25 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | TOOTHED COMPONENT FOR THE TRANSMISSION OF MECHANICAL FORCES |
| JP2011042540A (en) * | 2009-08-24 | 2011-03-03 | National Institute For Materials Science | Carbon-fiber-containing ceramic slurry, porous body, and carbon-fiber-reinforced ceramic composite material |
| JP2012153575A (en) * | 2011-01-27 | 2012-08-16 | Covalent Materials Corp | Carbon fiber-reinforced silicon carbide-based ceramic and method for producing the same |
| JP2021506717A (en) * | 2017-12-22 | 2021-02-22 | サフラン・セラミックス | Manufacturing method of composite parts including ceramic matrix |
-
1988
- 1988-08-29 JP JP63212546A patent/JPH0264068A/en active Pending
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| FR2761134A1 (en) * | 1997-03-24 | 1998-09-25 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | TOOTHED COMPONENT FOR THE TRANSMISSION OF MECHANICAL FORCES |
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