JPH0442883A - 耐酸化性c/c材とその製造方法 - Google Patents
耐酸化性c/c材とその製造方法Info
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- JPH0442883A JPH0442883A JP2150641A JP15064190A JPH0442883A JP H0442883 A JPH0442883 A JP H0442883A JP 2150641 A JP2150641 A JP 2150641A JP 15064190 A JP15064190 A JP 15064190A JP H0442883 A JPH0442883 A JP H0442883A
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
を示す耐熱耐酸化性のC/C材(炭素繊維強化炭素材)
とその製造方法に関する。
優れた耐熱性、耐食性を備えるため、航空宇宙用をはし
め多分野の構造材料として脚光を浴びている。
どを強化材とし、これに炭化残留率の高いマトリックス
樹脂液を含浸または塗布して積層成形したのち、硬化お
よび焼成炭化処理することにより製造されるが、この材
料は大気高温雰囲気下で酸化され易い炭素材固有の材質
的な欠点をそのまま引き継いでおり、これが汎用性を阻
害する最大のネックになっている。このため、C/C材
の表面に耐酸化性の被覆を施して改質化する試みが従来
からなされており、例えばZrO,、Al。
する方法が提案されている。しかし、SiC以外の被覆
層では使用時における熱サイクルで被覆界面に眉間剥離
や亀裂を生し、酸化の進行を充分に阻止する機能が発渾
されない。
間剥離が多く発生する場合がある。すなわち、C/C基
材の表面にSiCの被覆を施す方法としては、基材の炭
素を反応源に利用してSiCに転化させるコンバージョ
ン法と、気相反応により析出したSiCを直接沈着させ
るCVD (化学的気相蒸着)法とがある。このうち前
者の方法は基材面に例えば5iCj2nのようなハロゲ
ン化珪素化合物の水素還元によりSi層を形成したり、
基材にポリカルボシランなどの有機珪素化合物を溶液状
態で強制含浸したり、もしくは基材面に5iO7とSi
、C等を反応させて生成したSiOガスを接触させ、こ
れらの珪素成分と基材の炭素組織と加熱反応させてSi
Cに転化させる機構によるもので、基材表面が連続組織
としてSiC層を形成するため被覆界面がなく、眉間剥
離が生し難い被膜特性を示す、一方、後者のCVD法は
Si Cl aなどの珪素化合物と炭化水素類(例えば
CJs)との加熱反応、あるいはトリクロロメチルシラ
ン(CLSiCIi)のような炭化水素を含むハロゲン
化有機化合物の還元熱分解などにより気相析出しなSj
Cを基材表面に析出沈着させるもので、この場合には被
覆界面が明確に分れているため熱衝撃を与えると相互の
熱膨張差によって眉間剥離現象が多発し易い。
形成する方法としてはコンバージョン法、とりわけ緻密
質なSiC層に転化するSiOガスを接触させる方法を
適用することが望ましい。
は、S10ガスとC/C基材m織面の炭素成分との間に
次式のような反応が生しる。
構成する炭素成分はCOとなってガス離脱しなからSi
Cへの転化が進み、このガス離脱が原因でSiC粒子間
に微小な空隙(ピンホール)が形成される事態が発生す
る。また、コンバージョン法によるSiC被膜であって
も、層厚その他の条件によっては反応時に微小なりラッ
クを生しることがあり、前記の微小空隙と併せて耐酸化
性を減退される問題点がある。
を重ねた結果、C/C基材面にSiO接触によるコンバ
ージョン法で形成したSiC被膜面に、さらに5iOz
、BzOx等のガラス被覆層を形成すると緻密で密着性
に優れる実質的にガス不透過性の被膜が形成されること
を確認した。
目的は高温酸化雰囲気において優れた酸化抵抗性を示す
耐酸化性C/CIとその製造方法を提供するところにあ
る。
C材は、炭素繊維強化基材の表面に、SiC被覆層、S
iO□微粒被覆層、SiO□ガラス被覆層またはB2O
3ガラス被覆層もしくはB20、・SiOxガラス被覆
層が3層状に積層被覆されてなる構造を特徴とするもの
である。
生成するクラックを充填するとともに上層に被覆するS
iO□、Bz O*もしくはこれらが複合したBz O
y ・5iOzからなるガラス層と密着する中間層と
して機能し、最終的に3層状の緻密被覆層を呈して外面
の酸化性雰囲気とC/C基材とを完全に遮断する一体積
層構造を形成する。
方法は、炭素繊維をマトリックス樹脂とともに複合成形
し硬化および焼成炭化処理して得られる炭素繊維強化炭
素基体を基材とし、該基材の表面にSiOガスを接触さ
せてコンバージタン法によりSiC被覆層を形成する第
1被覆工程、S i (OCz Hs)4のアルコー
ル溶液を塩基性領域で加水分解して得られるSiO□微
粒子サスペンションを真空含浸する第2被覆工程、5i
(OC,H,)のアルコール溶液を酸性領域で加水分解
して得られるガラス前駆体溶液を真空含浸する第3被覆
工程を順次に施し、ついで400 ’C以上の温度で加
熱処理することを特徴とするプロセスからなる。前記の
プロセスは最外被覆層としてSi0才ガラス層を形成す
る構造とする場合の製造方法であるが、最外被覆層を8
2O3ガラス層とする場合には前記プロセスの第3被覆
工程に替えてB (OC,、H2,)3を塗布する方法
が適用される。
する構造を形成する場合には、第3被覆工程としてS
i (OCz Hs)aのアルコール溶液を酸性領域
で加水分解して得られるガラス前駆体溶液を真空含浸し
たのち、B (QC,□Hz7)4を塗布する方法を用
いる。
リル系、レーヨン系、ピッチ系など各種原料から製造さ
れた手織、綾織などの織布、フェルトあるいはトウが使
用され、マトリックス樹脂としてはフェノール系、フラ
ン系その他炭化性の良好な液状熱硬化性樹脂が用いられ
る。炭素繊維は、浸漬、含浸、塗布などの手段を用いて
マトリックス樹脂で十分に濡らしたのち半硬化してプリ
プレグを形成し、ついで積層加圧成形する。成形体は加
熱して樹脂成分を完全に硬化し、引き続き常法に従って
焼成炭化処理または更に黒鉛化してC/C基材を得る。
を含浸、硬化、炭化する処理を反復して組織の緻密化を
図ることもある。
としてコンバージョン法によるSiC被膜層が形成され
る。該工程は、5iOz粉末をSiもしくはC粉末と混
合して寥閉加熱系に収納し、系内にC/C%材を七ノド
もしくは埋没して加熱反応させることによっておこなわ
れる。この際の条件は、5iOz:SiまたはCのモル
比を2:1とし、加熱温度を1850〜2000 ℃の
範囲に設定し、系内を還元または中性雰囲気とすること
が好ましい。
成分で加熱還元されてSiOガスを生成し、このSiO
ガスがC/C基材を構成する炭素組織と反応して表層部
をSiCに転化させる。好適なSiC被覆層の厚さは、
100〜300μmである。
ンは、S r (OC2Hs)イとエタノール、メタ
ノールなどのアルコールをモル比1:10〜12になる
ように混合して還流下で加熱攪拌し、ついで前記S i
(OCz Hs)4に対するモル比が1:25にな
る量の水とともにNH,OHを加えて塩基性領域の状態
で加熱攪拌して加水分解することにより作製される。こ
の際の塩基性領域は、pH11,0〜12.5の範囲に
調整することが望ましい。このようにして作製されるサ
スベンジiy7は、0.2−1.2am (7)S i
02球球状粒子が均一に分散した懸濁状態を呈する。
成したC/C材を前記のSin、微粒子サスペンション
に浸漬させ、真空含浸処理したのち乾燥する工程によっ
ておこなわれる。また、必要に応してさらに前記5iO
z微粒子サスペンションを塗布、乾燥して第2被覆工程
を完了する。
ガラス前駆体溶液は、S i (QC2H5)aとア
ルコールをモル比1:1.5〜7.0になるように混合
して室温攪拌し、この溶液に前記5i(QC,H5)、
に対するモル比が1:2〜11になる量の水とともにH
CIを加え酸性領域で攪拌して加水分解する方法によっ
て調製される。この際の酸性領域は、pH1〜3の範囲
が好適である。
浸漬し、真空含浸したのち乾燥して第3被覆工程を完了
する。
記した5iCh前駆体により真空含浸する第3被覆工程
を、B (OClzHzt):+を塗布、乾燥する工程
に替える方法が採られる。
ガラス層として形成する場合には、第3被覆工程として
前記操作に従ってSt (OCz Hs)4のアルコ
ール溶液を酸性領域で加水分解して得られるガラス前駆
体溶液を真空含浸させ乾燥したのち、B (OC1zH
zt)xを塗布、乾燥する方法が適用される。
る。
たC/C基材は、ついで400℃以上の温度域で第3被
覆工程で被覆形成した層成分がガラス質に転化するまで
加熱する。
層状態を巨視的に示した模式図である。
よりSiC被覆層2を形成した状態を示したもので、被
覆界面はC/C基材組織と連続する緻密強固な形態を呈
するが被覆層には微小な空隙、クランク等の凹部が形成
されている。第2図は第2被覆工程によりSin、微粒
被覆層3を形成した状態を示したもので、前記した空隙
、クランク部分に5iftの微粒子が充填された2層形
態を呈している。第3図は第3被覆工程でSiO□ガラ
ス層またはB!0.ガラス層4を最外被覆層として形成
した一体3層構造を示したものである。
を形成する過程の段階を示したもので、5iCh微粒被
覆層3の上面にSi○2被覆層4′と82O3被覆層5
が積層形成されている。第5図は前記第4図の状態を加
熱してガラス状に転化した構造を示したもので、SiO
□とB2O3成分は一体となって82O3・Sin、ガ
ラス層6として最外被覆層を形成している。
よれば、まずSi○接触機構によるコンバージョン法で
C/C基材の表面層を緻密なSIC層に転化する。該工
程においては、加熱時にC/C基材のm織面からのCO
ガス離脱に伴うSIC粒子間の微小な空隙(ピンホール
)やクランク等の形成現象が生しるが、これらの欠陥部
位は中間層となる微細な5ift被覆層が完全に充填し
て封鎖され、更に最外層を形成する5102ガラス被覆
層またはB!0.ガラス被覆層もしくはB2O、・Si
O□ガラス被覆層は加熱過程を通して前記中間層の組織
内まで浸透しながらガラス質に転化する。
て強固な一体積層構造となり、最外層は無孔組織の平滑
面となる。
緻密で密着性に優れる実質的にガス不透過性の高耐酸化
性被膜が形成される。
をフェノール樹脂初期縮合物からなるマトリンクス樹脂
液に浸漬して含浸処理した。これを14枚積層してモー
ルドに入れ、加熱温度110℃1通用圧力20 kg/
cm”の条件で複合成形した。
、窒素雰囲気に保持された焼成炉に移し、5℃/hrの
昇温速度で1000℃まで上昇し5時間保持して焼成炭
化した。
浸し、上記と同様に1000″Cに焼成する処理を3回
反復して緻密組織のC/C基材を作製した。
るように混合し、混合粉末を黒鉛製ルツボに入れ上部に
C,/C基材をセットして黒鉛蓋を被せた。
1850℃の温度で1時間反応させてC/C材の表層部
をコンバージョン法によりSiCに転化し、厚さ100
μ−のSiC被膜層を形成した。
1:12になる量比で配合し、70℃の温度で還流攪拌
をおこなったのち、前記S 1(QC,Hs)a 1モ
ルに対し25モル量の水と0.2モル量のNH。
Hは、12.0であった。引き続き1時間攪拌を継続し
、約0,2μ謡の球状微粒子が均一に懸濁するサスペン
ションを調製した。
したC/C基材を浸漬して1時間真空含浸処理をおこな
い、風乾後、110℃の温度で乾燥した。ついで、表面
に前記SiO□微粒子サスペンションを塗布して風乾し
たのち、110℃の温度で乾燥した。
アになる量比で配合して室温で攪拌したのち、前記S
i (OCz Hs)41モルに対し11モル量の水
と0.03モル量のHCi、の混合液を攪拌しながら滴
下した。滴下後の溶液PHは、3.0であらた。引き続
き1時間攪拌を継続し、ガラス前駆体溶液を調製した。
材を浸漬して1時間真空含浸処理をおこない、風乾後、
70℃1110℃および200℃の各温度段階で30分
宛乾燥した。
0℃の温度で10分間加熱して第3被覆工程で形成した
SiO□被覆層をガラス賞に転化させた。この場合のS
in、ガラス層の厚さは、8μlであった。
in、微粒被覆層およびSiO□ガラス被覆層からなる
3層状の積層被覆を施した耐酸化性C/C材につき、次
の条件によるプラズマフレーム暴露試験をおこなった。
sin、、電流275A プラズマから試片までの距離:25mm上記の暴露試験
後における試片の重量減少率は表1のとおりであった。
形成した試片につき同一条件でS露試験をおこなったと
ころ、20秒のフレーム照射で被膜が貫通した。
化性C/C材を製造した。
)3を均等に塗布し、1昼夜風乾してHzBO:+に加
水分解した。ついで、C/C基材を電気炉中で600℃
の温度で10分間加熱処理してH,BOlをB10.ガ
ラスに転化した。
によりプラズマフレーム暴露による酸化消耗試験をおこ
なった。その結果を表2に示した。
られた。
によりSiC被覆層、SiO□微粒被覆層およびB、0
3 ・5iOzガラス被覆層からなる3層被覆の耐酸化
性C/C材を製造した。
るように混合し、この混合粉末中にC/C基材を埋め込
んだ状態で黒鉛製ルツボに充填し、N2雰囲気下で18
50℃の温度に保持した。このようにしてC/C基材の
表面に厚さ200μ謡のSiC被覆層を形成した。
層を形成した上に、B (OC+7Hzt)iを均一に
塗布し、1昼夜風乾した。この段階で、第2被覆層の表
面にSiO□被覆層とH,BO3被覆層が積層状に被覆
された状態を呈した。
の温度に加熱して第3被覆工程の被覆層をB2O3・S
iO□ガラス質に反応転化させた。
率の測定を、1300℃と1700℃の2段階温度域で
おこなった。その結果は表3の通りであった。
覆層、SiO□微粒被覆層、Sin、ガラス層またはB
2O3ガラス被覆層もしくはB20、・SiO□ガラス
被覆層が3層状に積層被覆された本発明によるC/C材
は、優れた耐酸化性能を備えるものである。
構造部材用途に通用して安定性能の確保、耐用寿命の延
長化などの効果がもたらされる。
条件においても十分な耐熱耐酸化性能を有し、暴露試験
後の表面状態も正常であることが認められた。
程段階での被覆状態を模式的に示した断面図である。 1・・・C/C基材 2・・・SiC被覆層3・
・・5iCh微粒被覆層 4・・・5ift又はB2O3ガラス層4′・・・Si
O□被覆層 5・・・B2O3被覆層6・・・B2O3
・SiO□ガラス層 第1 SiC被覆層 C/C基材 SiO□微粒被覆層 SiC被覆層 C/C基材 5in2微粒被覆層 SiC被覆層 C/C基材 B2O3被覆層 SiO□被覆層 Si○2微粒被覆層 SiC被覆層 C/C基材 B2O3・SiO□ガラス層 SiO□微粒被覆層 SiC被覆層 C/C基材
Claims (4)
- 1.炭素繊維強化炭素基材の表面に、SiC被覆層、S
iO_2微粒被覆層、SiO_2ガラス被覆層またはB
_2O_3ガラス被覆層もしくはB_2O_3・SiO
_2ガラス被覆層が3層状に積層被覆されてなる構造の
耐酸化性C/C材。 - 2.炭素繊維をマトリックス樹脂とともに複合成形し硬
化および焼成炭化処理して得られる炭素繊維強化炭素体
を基材とし、該基材の表面にSiOガスを接触させてコ
ンバージョン法によりSiC被膜層を形成する第1被覆
工程、Si(OC_2H_5)_4のアルコール溶液を
塩基性領域で加水分解して得られるSiO_2微粒子サ
スペンジョンを真空含浸する第2被覆工程、Si(OC
_2H_5)_4のアルコール溶液を酸性領域で加水分
解して得られるガラス前駆体溶液を真空含浸する第3被
覆工程を順次に施し、ついで400℃以上の温度で加熱
処理することを特徴とする耐酸化性C/C材の製造方法
。 - 3.第3被覆工程として、B(OC_1_2H_2_7
)_3を塗布する方法を用いる請求項2記載の耐酸化性
C/C材の製造方法。 - 4.第3被覆工程として、Si(OC_2H_5)_4
のアルコール溶液を酸性領域で加水分解して得られるガ
ラス前駆体溶液を真空含浸したのち、B(OC_1_2
H_2_7)_3を塗布する方法を用いる請求項2記載
の耐酸化性C/C材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2150641A JPH0794354B2 (ja) | 1990-06-08 | 1990-06-08 | 耐酸化性c/c材とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2150641A JPH0794354B2 (ja) | 1990-06-08 | 1990-06-08 | 耐酸化性c/c材とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0442883A true JPH0442883A (ja) | 1992-02-13 |
| JPH0794354B2 JPH0794354B2 (ja) | 1995-10-11 |
Family
ID=15501292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2150641A Expired - Lifetime JPH0794354B2 (ja) | 1990-06-08 | 1990-06-08 | 耐酸化性c/c材とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0794354B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103145445A (zh) * | 2013-03-21 | 2013-06-12 | 清华大学 | 一种提高材料抗氧化烧蚀性能的表面微结构制备方法 |
| JP2019524615A (ja) * | 2016-06-24 | 2019-09-05 | クロミス,インコーポレイテッド | 多結晶セラミック基板およびその製造方法 |
| JP2020083689A (ja) * | 2018-11-22 | 2020-06-04 | 明智セラミックス株式会社 | ジルコニア・カーボン質耐火物の保護構造 |
-
1990
- 1990-06-08 JP JP2150641A patent/JPH0794354B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103145445A (zh) * | 2013-03-21 | 2013-06-12 | 清华大学 | 一种提高材料抗氧化烧蚀性能的表面微结构制备方法 |
| JP2019524615A (ja) * | 2016-06-24 | 2019-09-05 | クロミス,インコーポレイテッド | 多結晶セラミック基板およびその製造方法 |
| JP2020083689A (ja) * | 2018-11-22 | 2020-06-04 | 明智セラミックス株式会社 | ジルコニア・カーボン質耐火物の保護構造 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0794354B2 (ja) | 1995-10-11 |
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