JPH0925178A - Ceramic-based fiber composite material and method for producing the same - Google Patents

Ceramic-based fiber composite material and method for producing the same

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JPH0925178A
JPH0925178A JP8095571A JP9557196A JPH0925178A JP H0925178 A JPH0925178 A JP H0925178A JP 8095571 A JP8095571 A JP 8095571A JP 9557196 A JP9557196 A JP 9557196A JP H0925178 A JPH0925178 A JP H0925178A
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fiber
composite material
ceramic
braiding
fabric
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JP8095571A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsuneji Kameda
常治 亀田
Akiko Suyama
章子 須山
Noboru Amiji
登 網治
Yoshinori Hayakawa
義則 早川
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Toshiba Corp
Toshiba Development and Engineering Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
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Publication date
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  • Ceramic Products (AREA)
  • Braiding, Manufacturing Of Bobbin-Net Or Lace, And Manufacturing Of Nets By Knotting (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】初期マトリックス破壊強度,亀裂進展抵抗およ
び破壊エネルギー値が大きく、かつ層間剥離強度を改善
でき、また複雑形状の繊維構造体を比較的に容易に形成
することが可能なセラミックス基繊維複合材料およびそ
の製造方法を提供する。 【解決手段】セラミックスから成るマトリックス中に繊
維構造体を複合化したセラミックス基繊維複合材料にお
いて、上記繊維構造体は、複数のモノフィラメントを束
ねて成る繊維束2を組み糸として織り上げて成形したブ
レーディング織物1から成り、複合材料中に占める上記
ブレーディング織物1の繊維体積率(Vf)が10〜4
0体積%であることを特徴とする。またブレーディング
織物1を構成する組み糸(繊維束)2が互いに斜交する
ように配置するとよい。
(57) 【Abstract】 PROBLEM TO BE SOLVED: The initial matrix fracture strength, crack growth resistance and fracture energy value are large, and the delamination strength can be improved, and a fibrous structure having a complicated shape can be formed relatively easily. Provided are a ceramic-based fiber composite material and a method for producing the same. In a ceramic-based fiber composite material in which a fiber structure is composited in a matrix made of ceramics, the fiber structure is braided by weaving a fiber bundle (2) formed by bundling a plurality of monofilaments as a braid. The braiding woven fabric 1 made of the woven fabric 1 has a fiber volume ratio (Vf) of 10 to 4 in the composite material.
It is characterized by being 0% by volume. Further, it is preferable that the braided yarns (fiber bundles) 2 constituting the braiding fabric 1 are arranged so as to be oblique to each other.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はセラミックス基繊維
複合材料およびその製造方法に係り、特に複合化する繊
維に組ひも構造を付与することにより初期破壊強度特性
を改善した信頼性が高いセラミックス基繊維複合材料お
よびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic-based fiber composite material and a method for producing the same, and more particularly to a highly reliable ceramic-based fiber having improved initial breaking strength characteristics by imparting a braided structure to fibers to be composited. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a composite material and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般にセラミックス焼結体は、高温まで
強度低下が少なく、硬度,電気絶縁性,耐摩耗性,耐熱
性,耐腐食性,軽量性等の諸特性が従来の金属材と比較
して優れているため、重電設備部品,航空機部品,自動
車部品,電子機器,精密機械部品,半導体装置材料など
の電子用材料や構造用材料として広い分野において使用
されている。
2. Description of the Related Art In general, a ceramic sintered body has a small decrease in strength up to a high temperature, and has various properties such as hardness, electric insulation, abrasion resistance, heat resistance, corrosion resistance, and light weight as compared with conventional metal materials. Because of their excellent properties, they are used in a wide range of fields as electronic and structural materials such as heavy electrical equipment parts, aircraft parts, automobile parts, electronic equipment, precision machine parts, and semiconductor device materials.

【0003】しかし、セラミックス焼結体は、圧縮応力
に比較して引張応力に弱く、特にこの引張応力下では破
壊が一気に進行する、いわゆる脆性という欠点を有して
いる。このようなことから、高信頼性が要求される部位
へのセラミックス部品の適用を可能にするために、セラ
ミックス焼結体の高靭性化や破壊エネルギーの増大を図
ることが強く求められている。
However, the ceramics sintered body is weaker in tensile stress as compared with compressive stress, and has a drawback of so-called brittleness, in which fracture progresses at a stretch under this tensile stress. For this reason, in order to enable the application of ceramic parts to parts requiring high reliability, it is strongly required to increase the toughness and increase the fracture energy of the ceramic sintered body.

【0004】すなわちガスタービン部品,航空機部品,
自動車部品に使用されるセラミックス構造部品には、耐
熱性および高温強度に加えて高い信頼性を要求される。
その要求に対応するため、無機物質や金属から成る繊
維,ウィスカー,プレート,粒子等の複合素材をマトリ
ックス焼結体に分散複合化させて破壊靭性値や破壊エネ
ルギー値や耐熱衝撃性等を高めたセラミックス基複合材
料(CMC)部品の実用化研究が内外の研究機関等にお
いて進められている。
That is, gas turbine parts, aircraft parts,
Ceramic structural parts used for automobile parts are required to have high reliability in addition to heat resistance and high temperature strength.
In order to meet this demand, composite materials such as fibers, whiskers, plates and particles made of inorganic substances and metals are dispersed and compounded in a matrix sintered body to improve fracture toughness value, fracture energy value and thermal shock resistance. Researches for practical use of ceramic matrix composite (CMC) parts are being carried out by research institutions in Japan and abroad.

【0005】特に上記のようなセラミックス繊維をマト
リックス焼結体中に分散複合化させたセラミックス基繊
維複合材料は、破壊抵抗の改善効果が大きくなる。しか
し破壊抵抗を増大化させるためには、比較的に多量の繊
維をマトリックス中に複合化する必要がある。また複合
材特性の異方性を低減するために、セラミックス繊維を
2次元方向または3次元方向に織り合せて形成したプリ
フォームを繊維構造体として使用している。
In particular, the ceramic base fiber composite material in which the ceramic fibers as described above are dispersed and composited in a matrix sintered body has a great effect of improving the fracture resistance. However, in order to increase the fracture resistance, it is necessary to compound a relatively large amount of fibers in the matrix. Further, in order to reduce the anisotropy of composite material characteristics, a preform formed by weaving ceramic fibers in a two-dimensional direction or a three-dimensional direction is used as a fiber structure.

【0006】上記のようなセラミックス基繊維複合材料
から各種の構造部品を作製する場合には、複合材料の初
期マトリックス破壊強度が大きく、かつ発生したクラッ
クの進展抵抗が大きく、さらに破壊エネルギーが大きな
特性を有することが望ましい。
When various structural parts are produced from the above ceramic-based fiber composite material, the initial matrix fracture strength of the composite material is large, the resistance to crack propagation is large, and the fracture energy is large. It is desirable to have

【0007】複合材料に作用する応力が初期マトリック
ス破壊強度以下である場合には、弾性変化領域となるの
で複合材料に亀裂等の損傷が発生することは少ない。ま
た上記応力条件下においては、セラミックスの優れた耐
環境性が十分に発揮されるとともに、材料に初期に発生
した損傷の進行を伴うような経時的な特性劣化が起こり
得ない。そのため複合材料の初期マトリックス破壊強度
を大きく確保することは、部品設計上、極めて重要な項
目である。また部品の信頼性および損傷許容性を高める
観点から、複合材料の破壊エネルギー値を高めることも
極めて重要な項目となる。
When the stress acting on the composite material is equal to or lower than the initial matrix breaking strength, it is in the elastic change region, so that the composite material is less likely to be damaged by cracks or the like. Further, under the above stress conditions, the excellent environment resistance of ceramics is sufficiently exhibited, and the deterioration of characteristics over time, which is accompanied by the progress of the damage initially generated in the material, cannot occur. Therefore, securing a large initial matrix fracture strength of the composite material is an extremely important item in the design of parts. Also, from the viewpoint of enhancing the reliability and damage tolerance of parts, increasing the fracture energy value of the composite material is also an extremely important item.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
セラミックス基繊維複合材料においては、高い初期マト
リックス破壊強度と大きな破壊エネルギーとの両特性を
同時に満足させることは実質的に不可能であった。すな
わち、初期マトリックス破壊強度が高いほど亀裂進展に
対する抵抗が小さくなるため、破壊エネルギーは小さな
値にとどまる傾向があった。逆に、大きな破壊エネルギ
ーを示す複合材料においては、初期マトリックス破壊強
度が低くなる傾向があった。いずれにしても初期マトリ
ックス破壊強度と破壊エネルギーとを共に満足する複合
材料は得られず、そのため複合材料を適用できる対象部
品が狭い範囲に限定されてしまう問題点があった。
However, in the conventional ceramic-based fiber composite material, it was practically impossible to satisfy both properties of high initial matrix fracture strength and large fracture energy at the same time. That is, the higher the initial matrix fracture strength, the smaller the resistance to crack growth, and the fracture energy tended to remain at a small value. On the contrary, in the case of a composite material having a large breaking energy, the initial matrix breaking strength tends to be low. In any case, a composite material that satisfies both the initial matrix fracture strength and the fracture energy cannot be obtained, which causes a problem that the target parts to which the composite material can be applied are limited to a narrow range.

【0009】また繊維構造体を構成する各繊維の配向方
向によっては、複合材料の強度特性等に異方性を生じる
欠点があり、部品全体としての特性が不安定になる問題
点があった。特に複数の繊維織物を積層して繊維構造体
とし、この繊維構造体をセラミックスマトリックス中に
配置した複合材料においては、層間剥離強度が極端に低
下してしまう問題点もあった。
Further, depending on the orientation direction of each fiber constituting the fiber structure, there is a drawback that the strength characteristics and the like of the composite material have anisotropy, and the characteristics of the entire component become unstable. In particular, in a composite material in which a plurality of fiber woven fabrics are laminated to form a fiber structure and the fiber structure is arranged in a ceramic matrix, there is also a problem that the interlaminar peel strength is extremely reduced.

【0010】一方、繊維構造体を構成するセラミックス
繊維は一般に屈曲やこすれに対してダメージを受け易
く、繊維を構成するモノフィラメントが切断したり、毛
羽立ちを生じたりするため、2次元織物や3次元織物等
の複雑な形状を有するプリフォーム(繊維構造体)の形
成が困難となる問題点がある。
On the other hand, the ceramic fibers constituting the fibrous structure are generally easily damaged by bending and rubbing, and the monofilaments constituting the fibers are cut or fluffed. There is a problem that it is difficult to form a preform (fiber structure) having a complicated shape such as.

【0011】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであり、初期マトリックス破壊強度,亀裂進
展抵抗および破壊エネルギー値が大きく、かつ層間剥離
強度を改善でき、また複雑形状の繊維構造体を比較的に
容易に形成することが可能なセラミックス基繊維複合材
料およびその製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and has a large initial matrix fracture strength, crack propagation resistance and fracture energy value, and can improve delamination strength, and has a complex fiber structure. It is an object of the present invention to provide a ceramic-based fiber composite material capable of forming a body relatively easily and a method for producing the same.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願発明者らは、種々の製法によって繊維構造体を
形成して複合材料を調製し、上記繊維構造体の製法や構
造が複合材料の強度特性、特に初期マトリックス破壊強
度や破壊エネルギーに及ぼす影響を比較調査した。その
結果、フィラメントを束ねた繊維束をブレーディング法
によって織り上げて所定形状のブレーディング織物を形
成し、そのブレーディング織物を所定の繊維体積率でセ
ラミックスマトリックスに複合化させて複合材料とした
ときに繊維構造体の形成が極めて容易であり、また初期
破壊強度に優れた複合材料が初めて得られた。
In order to achieve the above object, the present inventors have prepared a composite material by forming a fiber structure by various manufacturing methods, and the manufacturing method and structure of the fiber structure have a composite material. The strength characteristics, especially the influence on the initial matrix fracture strength and fracture energy were comparatively investigated. As a result, when a fiber bundle obtained by bundling filaments is woven by a braiding method to form a braiding fabric having a predetermined shape, when the braiding fabric is compounded into a ceramic matrix at a predetermined fiber volume ratio to form a composite material. The formation of a fibrous structure was extremely easy, and a composite material excellent in initial breaking strength was obtained for the first time.

【0013】また繊維束を組み糸としてブレーディング
織りで織り上げて成形した織物要素を、さらにブレーデ
ィング法,ステッチング法,直交3次元織り法,平織り
法などによって織り上げて繊維構造体を形成したとき
に、繊維の配置がより複雑化して、マトリックスの初期
破壊後の亀裂進展抵抗を高めることができる。
Further, when a woven fabric element formed by weaving a fiber bundle as a braided yarn by braiding is further woven by a braiding method, a stitching method, an orthogonal three-dimensional weaving method, a plain weaving method or the like to form a fiber structure. In addition, the fiber arrangement becomes more complicated, and the crack growth resistance after the initial fracture of the matrix can be increased.

【0014】さらに上記織物要素を織り上げてさらに厚
い織物を形成することにより、部品形状に対応した繊維
構造体を形成することが容易になり、複合材料の層間剥
離強度を向上させることができた。すなわち厚さ織物を
使用することにより、部品に要求される所定の肉厚を得
るための織物の積層数を減少させることができる。特に
1層の織物のみで繊維構造体を形成することもできる。
複合材料の層間剥離強度は他方向の強度と比較して低く
なることは避けられない。しかし上記のように織物の積
層数を減少させることにより、脆弱な部位を減らすこと
ができる。
Further, by weaving the above-mentioned fabric elements to form a thicker fabric, it becomes easy to form a fibrous structure corresponding to the shape of the component, and the delamination strength of the composite material can be improved. That is, by using a thick woven fabric, it is possible to reduce the number of laminated woven fabrics in order to obtain a predetermined wall thickness required for a component. In particular, the fibrous structure can be formed with only one layer of the fabric.
It is inevitable that the delamination strength of the composite material is lower than the strength in other directions. However, by reducing the number of woven fabrics as described above, the number of fragile parts can be reduced.

【0015】また複数の有機繊維とセラミックス繊維と
を束ねた繊維束を使用してブレーディング織物を形成
し、有機繊維のみを炭化してマトリックス生成原料とす
ることによって、複合材料中における繊維体積率を調整
することが容易となり、また有機繊維が存在していた部
分にマトリックス焼結体を形成でき、繊維周囲に密にマ
トリックスが生成でき、破壊抵抗特性が優れた複合材料
が得られるという知見も得られた。本発明は上記知見に
基づいて完成したものである。
Further, a braided woven fabric is formed by using a fiber bundle obtained by bundling a plurality of organic fibers and ceramic fibers, and only the organic fibers are carbonized to be used as a matrix-forming raw material. It is also easy to adjust the temperature, and it is possible to form a matrix sintered body in the part where the organic fiber was present, to form a dense matrix around the fiber, and to obtain a composite material with excellent fracture resistance characteristics. Was obtained. The present invention has been completed based on the above findings.

【0016】すなわち本発明に係るセラミックス基繊維
複合材料は、セラミックスから成るマトリックス中に繊
維構造体を複合化したセラミックス基繊維複合材料にお
いて、上記繊維構造体は、複数のモノフィラメントを束
ねて成る繊維束を織り上げて成形したブレーディング織
物から成り、複合材料中に占める上記ブレーディング織
物の繊維体積率(Vf)が10〜40体積%であること
を特徴とする。またブレーディング織物を構成する繊維
束が互いに斜交するように配置するとよい。さらにマト
リックスが反応焼結により成形された炭化けい素セラミ
ックスで形成するとよい。ブレーディング織物は中央糸
を含み、中央糸のヤング率を組み糸のヤング率より大き
くすることが可能である。さらに中央糸の径を組み糸の
径より大きくすることも可能である。
That is, the ceramic-based fiber composite material according to the present invention is a ceramic-based fiber composite material in which a fiber structure is composited in a matrix made of ceramics, and the fiber structure is a fiber bundle formed by bundling a plurality of monofilaments. The braided woven fabric is formed by weaving and is molded, and the fiber volume ratio (Vf) of the braiding woven fabric in the composite material is 10 to 40% by volume. Further, the fiber bundles constituting the braiding fabric are preferably arranged so as to be oblique to each other. Furthermore, the matrix is preferably formed of silicon carbide ceramics formed by reaction sintering. The braiding fabric includes a center yarn, and the Young's modulus of the center yarn can be greater than the Young's modulus of the braided yarn. Further, it is possible to make the diameter of the center yarn larger than the diameter of the braided yarn.

【0017】また繊維構造体は、繊維束を組み糸として
ブレーディング織りで織り上げて成形した複数の織物要
素から成り、各織物要素を素材としたブレーディング織
り構造,ステッチング構造,直交3次元織り構造,平織
り構造および朱子織り構造のいずれかの製織構造を有す
るように形成されたことを特徴とする。
The fiber structure is composed of a plurality of fabric elements formed by weaving fiber bundles as braided yarns by braiding, and a braiding weave structure, a stitching structure, and a three-dimensional orthogonal weave structure using each fabric element as a raw material. It is characterized in that it is formed to have a weaving structure of any one of a structure, a plain weave structure and a satin weave structure.

【0018】さらに織物要素は、帯状に形成した平打ち
ブレーディング織物または袋帯状に平坦化した丸打ちブ
レーディング織物で構成するとよい。
Further, the fabric element may be composed of a flat braiding fabric formed into a strip or a round braiding fabric flattened into a sack.

【0019】また炭素(C)および窒化ほう素(BN)
の少なくとも一方から成る厚さ0.1〜5μmのすべり
層を、フィラメント表面に、CVD法やPVD法等によ
って形成するとよい。さらにフィラメントとマトリック
ス材料との反応を抑止するために、このすべり層の表面
をさらに被覆するように、すべり層とは異種の材料で形
成したバリア層を設けることが好ましい。このバリア層
は、炭化けい素(SiC),カーボン(C),モリブデ
ン(Mo)および硅化モリブデン(MoSi2)から選
択された少なくとも1種から構成するとよい。
Carbon (C) and boron nitride (BN)
It is advisable to form a sliding layer having a thickness of 0.1 to 5 μm, which is made of at least one of the above, on the filament surface by a CVD method, a PVD method or the like. Further, in order to suppress the reaction between the filament and the matrix material, it is preferable to provide a barrier layer made of a material different from that of the sliding layer so as to further cover the surface of the sliding layer. This barrier layer may be composed of at least one selected from silicon carbide (SiC), carbon (C), molybdenum (Mo), and molybdenum suicide (MoSi 2 ).

【0020】ここで上記セラミックス基繊維複合材料の
マトリックスを構成するセラミックスとしては、種々の
セラミックス焼結体を用いることができ、例えば炭化け
い素(SiC),窒化アルミニウム(AlN),窒化け
い素(Si3 4 ),サイアロン,窒化ほう素(BN)
等の非酸化物系のセラミックス焼結体やアルミナ(Al
2 3 ),ジルコニア(ZrO2 ),チタニア(TiO
2 ),ムライト(3Al2 3 ・2SiO2 ),ベリリ
ア(BeO),コージェライト,ジルコン,スピネル
(MgAl2 4 )などの酸化物系のセラミックス原料
が1種または2種以上混合して使用される。特に複合材
料の初期マトリックス破壊強度を大きく確保するととも
に、優れた耐環境性を確保するために、マトリックスを
緻密な反応焼結炭化けい素(RB−SiC)焼結体で形
成することが望ましい。
Here, various ceramics sintered bodies can be used as the ceramics constituting the matrix of the ceramic-based fiber composite material, for example, silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), silicon nitride ( Si 3 N 4 ), sialon, boron nitride (BN)
Non-oxide ceramics sintered body such as alumina and alumina (Al
2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), titania (TiO
2), mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2), beryllia (BeO), cordierite, zircon, spinel (mixed MgAl 2 O 4) oxide-based ceramic materials such as one or two or more used To be done. In particular, in order to secure a large initial matrix fracture strength of the composite material and to secure an excellent environment resistance, it is desirable that the matrix is formed of a dense reaction sintered silicon carbide (RB-SiC) sintered body.

【0021】また、上記焼結体を形成するためのセラミ
ックス原料粉末には、必要に応じて酸化イットリウム,
アルミナ,酸化セリウム,炭酸マグネシウム,炭酸カル
シウムもしくはシリカ等の焼結助剤や添加剤が添加され
る。さらにマトリックスを反応焼結で形成することも可
能である。
If necessary, the ceramic raw material powder for forming the above-mentioned sintered body contains yttrium oxide,
A sintering aid or additive such as alumina, cerium oxide, magnesium carbonate, calcium carbonate or silica is added. It is also possible to form the matrix by reaction sintering.

【0022】またマトリックス中に配置されるブレーデ
ィング織物は複合材料の靭性を高めるために所定の繊維
体積率Vfで複合化される。上記ブレーディング織物
は、100〜10000本のモノフィラメントを束ねて
成る繊維束を組み糸としてブレーディング法により織り
上げて形成される。上記ブレーディング織物の繊維束を
構成するモノフィラメントの材質は、特に限定されるも
のではなく、マトリックスの構成材料と同様なセラミッ
クス繊維を用いることができる。このようなセラミック
ス繊維の具体例としては、炭化けい素系繊維(SiC,
Si−C−O,Si−Ti−C−O等),SiC被覆繊
維(芯線は例えばC),アルミナ繊維,ジルコニア繊
維,炭素繊維,ボロン繊維,窒化けい素系繊維,Si3
4 被覆繊維(芯線は例えばC)およびムライト(3A
2 3 ・2SiO2 〜2Al2 3 ・SiO2 )繊維
等があり、これらから選択された少なくとも一種を使用
するとよい。
Further, the braiding fabric arranged in the matrix is compounded with a predetermined fiber volume ratio Vf in order to enhance the toughness of the composite material. The braided woven fabric is formed by weaving a fiber bundle formed by bundling 100 to 10,000 monofilaments as a braided yarn by a braiding method. The material of the monofilament forming the fiber bundle of the braiding fabric is not particularly limited, and the same ceramic fiber as the constituent material of the matrix can be used. Specific examples of such ceramic fibers include silicon carbide fibers (SiC,
Si—C—O, Si—Ti—C—O, etc.), SiC coated fiber (core wire is C, for example), alumina fiber, zirconia fiber, carbon fiber, boron fiber, silicon nitride fiber, Si 3
N 4 coated fiber (core wire is C, for example) and mullite (3A
l 2 O 3 · 2SiO 2 ~2Al 2 O 3 · SiO 2) has fibers, it may use at least one selected from these.

【0023】繊維の径および長さは、成形体中における
繊維の配置や、体積分率、そして複合材料の強度特性に
大きく影響を及ぼすものであり、本発明では直径が3〜
150μmの連続繊維を使用する。直径が3μm未満の
場合にはマトリックスの粒径近傍あるいは以下となり、
複合効果が小さく、また直径が150μmを超える太い
繊維では、繊維とマトリックスとの境界面に熱膨脹差等
による応力が生じ易く、マトリックスに割れ等が発生し
易くなり、いずれの場合も繊維による複合効果を大幅に
改善することが困難になる。
The diameter and length of the fibers have a great influence on the arrangement of the fibers in the molded body, the volume fraction, and the strength characteristics of the composite material. In the present invention, the diameter is 3 to.
Use 150 μm continuous fibers. If the diameter is less than 3 μm, it will be near or below the particle size of the matrix,
With a thick fiber having a small composite effect and a diameter of more than 150 μm, stress due to a difference in thermal expansion easily occurs at the interface between the fiber and the matrix, and the matrix is easily cracked. In any case, the composite effect of the fiber Will be difficult to improve significantly.

【0024】上記セラミックス繊維(モノフィラメン
ト)は100〜10000本程度に束ねられて所定太さ
の繊維束(ヤーン)とされ、しかる後に繊維束は組み糸
としてブレーディング法によって織り上げられてブレー
ディング織物または織物要素とされる。
The above ceramic fibers (monofilaments) are bundled into about 100 to 10,000 fibers to form a fiber bundle (yarn) having a predetermined thickness. Thereafter, the fiber bundle is woven as a braiding yarn by a braiding method or a braided fabric or It is a textile element.

【0025】図1は円筒形状のブレーディング織物(繊
維構造体)1をブレーディング法を適用して製造してい
る状態を示す正面図である。ブレーディング機のキャリ
アから導出された複数の組み糸(繊維束)2がマンドレ
ル(中子)3の表面に巻き付けられるようにして縦横に
織り上げられることにより、組ひも構造を有するブレー
ディング織物1が形成される。
FIG. 1 is a front view showing a state where a cylindrical braiding fabric (fiber structure) 1 is manufactured by applying a braiding method. A plurality of braided yarns (fiber bundles) 2 derived from the carrier of the braiding machine are wound vertically and horizontally so as to be wound around the surface of the mandrel (core) 3, whereby the braiding fabric 1 having a braided structure is obtained. It is formed.

【0026】図2はブレーディング織物の構造例を示す
平面図であり、経方向の繊維束2aと緯方向の繊維束2
bとが約60度の交差角θで織り上げられてブレーディ
ング織物1aが形成されている。
FIG. 2 is a plan view showing an example of the structure of a braiding fabric, which is a fiber bundle 2a in the warp direction and a fiber bundle 2 in the weft direction.
b is woven at an intersection angle θ of about 60 degrees to form a braiding fabric 1a.

【0027】図3はブレーディング織物の他の構造例を
示す平面図であり、図2に示す構成に加えて、上下方向
に延びる中央糸4を織り込んでブレーディング織物1b
が形成されている。
FIG. 3 is a plan view showing another structural example of the braiding fabric. In addition to the configuration shown in FIG. 2, a central yarn 4 extending in the vertical direction is woven into the braiding fabric 1b.
Are formed.

【0028】図4は平打ちブレーディング織物5の構成
例を示す平面図であり、この平打ちブレーディング織物
5は、9本の繊維束2を組み糸としてブレーディング処
理することによって平面状に形成されている。この平打
ちブレーディング織物5を形成するためには、少なくと
も5本の繊維束2が組み糸として必要である。
FIG. 4 is a plan view showing an example of the structure of the flat braided woven fabric 5. The flat braided woven fabric 5 is made into a plane by braiding the 9 fiber bundles 2 as braids. Has been formed. In order to form this flat-bladed braided fabric 5, at least five fiber bundles 2 are required as a braiding yarn.

【0029】図5は平打ちブレーディング織物5aの他
の構成例を示す平面図であり、この平打ちブレーディン
グ織物5aは、25本の繊維束2と12本の中央糸4と
をブレーディング処理することによって平面状に形成さ
れる。
FIG. 5 is a plan view showing another structural example of the flat braiding fabric 5a. This flat braiding fabric 5a is made by braiding 25 fiber bundles 2 and 12 central yarns 4. It is formed into a flat surface by processing.

【0030】図6は丸打ちブレーディング織物6の構成
例を示す斜視図であり、この丸打ちブレーディング織物
6は8本の繊維束2を組み糸としてブレーディング処理
することによって管状に形成される。
FIG. 6 is a perspective view showing an example of the structure of the round striking braided fabric 6. This round striking braided fabric 6 is formed into a tubular shape by braiding the eight fiber bundles 2 as braids. It

【0031】また、本発明において使用する繊維構造体
は、上記のように調製した複数のブレーディング織物を
要素(織物要素)として、さらに2次元構造または3次
元構造となるように製織して形成してもよい。図7〜図
9はブレーディング織りによる織物要素を2次元的に製
織した繊維構造体をそれぞれ示す。
The fibrous structure used in the present invention is formed by weaving a plurality of braiding fabrics prepared as described above as elements (fabric elements) into a two-dimensional structure or a three-dimensional structure. You may. 7 to 9 show fiber structures obtained by two-dimensionally weaving a textile element by braiding.

【0032】すなわち、図7に示す繊維構造体1dは、
複数の織物要素7を平織り(plainweave )構造となる
ように製織して形成される。この繊維構造体1dにおい
ては、縦方向と横方向との織物要素7,7が1本ずつ交
互に交錯している組織を有する。縦横の織物要素7,7
の交錯が最も多いため繊維構造体1dが緊密で硬くな
る。
That is, the fiber structure 1d shown in FIG.
It is formed by weaving a plurality of textile elements 7 into a plain weave structure. The fibrous structure 1d has a structure in which the fabric elements 7, 7 in the vertical direction and the horizontal direction are alternately crossed one by one. Vertical and horizontal textile elements 7, 7
, The fiber structure 1d is tight and hard.

【0033】図8に示す繊維構造体1eは、複数の織物
要素7,7を綾織り(twill weave)構造となるように
製織して形成される。この繊維構造体1eにおいては、
縦方向または横方向の要素が2本以上並列して、他の要
素と交錯して組み合された組織を有する。この組織を有
する繊維構造体1eは平織り構造の繊維構造体1dと比
較して柔らかくて伸び易い。
The fibrous structure 1e shown in FIG. 8 is formed by weaving a plurality of fabric elements 7 into a twill weave structure. In this fibrous structure 1e,
It has a structure in which two or more vertical or horizontal elements are juxtaposed and interlaced and combined with other elements. The fiber structure 1e having this structure is softer and easier to expand than the fiber structure 1d having a plain weave structure.

【0034】図9に示す繊維構造体1fは、織物要素
7,7を朱子織り(satin weave )構造となるように製
織して形成される。この繊維構造体1fにおいては、縦
方向または横方向の多くの織物要素7が並列して、所々
に交錯部を形成した組織を有する。この組織を有する繊
維構造体1fは前記綾織りの繊維構造体1eと比較し
て、さらに柔らかい性質を有する。
The fiber structure 1f shown in FIG. 9 is formed by weaving the fabric elements 7 and 7 into a satin weave structure. In this fibrous structure 1f, many textile elements 7 in the vertical direction or the horizontal direction are arranged in parallel, and have a structure in which intersecting portions are formed in some places. The fiber structure 1f having this structure has a softer property than the twill-woven fiber structure 1e.

【0035】上記繊維構造体の柔らかさは、複合材料の
破壊エネルギーに大きな影響を及ぼし、繊維構造体の柔
らかさが増加するに伴って、複合材料の破壊エネルギー
値も増加する傾向がある。
The softness of the fibrous structure has a great influence on the breaking energy of the composite material, and the breaking energy value of the composite material tends to increase as the softness of the fibrous structure increases.

【0036】図10〜図11は、織物要素を3次元的に
製織した繊維構造体をそれぞれ示している。すなわち図
10に示す繊維構造体1gは、図6に示すような丸打ち
ブレーディング織物6を織物要素7として使用し、この
織物要素7を、互いに直交するX軸方向,Y軸方向およ
びZ軸方向に配設して3次元織り構造となるように製織
して形成される。
FIGS. 10 to 11 show three-dimensionally woven fiber structures of textile elements. That is, the fiber structure 1g shown in FIG. 10 uses a round-bladed braided fabric 6 as shown in FIG. 6 as a fabric element 7, and the fabric element 7 is formed by intersecting the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis orthogonal to each other. And woven into a three-dimensional woven structure.

【0037】また図11は、ステッチング構造を有する
繊維構造体1hをセラミックスマトリックス8中に複合
化したセラミックス基繊維複合材料10を示す斜視断面
図である。この複合材料10の繊維構造体1hは、例え
ば図4に示す平打ちブレーディング織物5を織物要素7
として4層積層して積層体とし、この積層体をステッチ
ング用繊維束9によって厚さ方向に縫い付けて一体的に
形成される。
FIG. 11 is a perspective sectional view showing a ceramic-based fiber composite material 10 in which a fiber structure 1h having a stitching structure is composited in a ceramic matrix 8. The fibrous structure 1h of the composite material 10 includes, for example, the flat braided woven fabric 5 shown in FIG.
4 layers are laminated to form a laminated body, and this laminated body is sewn in the thickness direction by the stitching fiber bundle 9 to be integrally formed.

【0038】従来の平織物は、経方向の組み糸と(繊維
束)と緯方向の組み糸との交差角θが90度である場合
に相当し、この交差角度に限定される。したがって、従
来の平織物を複合化したセラミックス基繊維複合材料で
は、異方性のある強度特性が問題となる場合が多い。
The conventional plain woven fabric corresponds to the case where the crossing angle θ between the braided yarn in the warp direction and the (fiber bundle) and the braided yarn in the weft direction is 90 degrees, and is limited to this intersecting angle. Therefore, the strength property with anisotropy is often a problem in the conventional ceramic-based fiber composite material in which a plain weave is composited.

【0039】ところが、図2〜図3に示すように本願発
明で用いるブレーディング織物を構成する経方向の繊維
束2aと緯方向の繊維束2bとは、従来の平織物のよう
に互いに90度の交差角をもって直交するのではなく、
10〜170度程度の任意の交差角θをもって互いに斜
交するように構成される。したがって、図1に示すよう
に繊維束2が互いに斜交するように形成したブレーディ
ング織物1の半径方向に主にフープ応力が作用した場合
あるいは軸方向に主応力が作用した場合においても、各
々斜交した全ての繊維束2をこの応力に有効に対抗させ
るように配置できる。さらに、ブレーディング織物1内
に対しマトリックスを成形する際に発生する応力および
マトリックスの焼成時に発生する収縮応力にも十分に耐
えることができ、織物自体および複合材料の形状精度を
高く保持することができる。
However, as shown in FIGS. 2 to 3, the warp-direction fiber bundles 2a and the weft-direction fiber bundles 2b constituting the braiding fabric used in the present invention are 90 degrees apart from each other, as in the conventional plain fabric. Instead of being orthogonal with the intersection angle of
It is configured so as to be oblique to each other at an arbitrary intersection angle θ of about 10 to 170 degrees. Therefore, even if the hoop stress mainly acts in the radial direction of the braiding fabric 1 formed so that the fiber bundles 2 cross each other as shown in FIG. 1 or the principal stress acts in the axial direction, respectively. All diagonal fiber bundles 2 can be arranged to effectively counter this stress. Further, it can sufficiently withstand the stress generated when the matrix is formed in the braiding fabric 1 and the shrinkage stress generated when the matrix is fired, and can maintain the shape accuracy of the fabric itself and the composite material at a high level. it can.

【0040】本発明ではブレーディング法によって繊維
構造体(ブレーディング織物)または織物要素を形成し
ているため、セラミックス繊維の切断や毛羽立ちなどの
ダメージを生じることなく、複雑形状であっても容易に
繊維構造体を形成することができる。すなわち従来の平
織物では横糸シャトルの往復および縦糸の稼動箇所にお
いて繰り返して繊維が屈曲し、繊維同士がこすれる回数
が大きい。一方、ブレーディング法によれば、連続した
繊維束をマンドレル外周に巻回して所定形状の織物を形
成する方法であるため、繊維束同士がこすれる箇所は交
差部において1回限りとなる。したがって、繊維束の屈
曲やこすれによる繊維の切断や毛羽立ちが少ないため、
信頼性が高く、形状精度が良好な繊維構造体が得られ
る。
In the present invention, since the fibrous structure (braiding woven fabric) or the woven fabric element is formed by the braiding method, the ceramic fiber can be easily cut even if it has a complicated shape without causing damage such as cutting or fluffing. A fibrous structure can be formed. That is, in the conventional plain woven fabric, the fiber is repeatedly bent at the reciprocating position of the weft shuttle and at the operating position of the warp yarn, and the number of times of rubbing the fibers is large. On the other hand, according to the braiding method, a continuous fiber bundle is wound around the outer circumference of the mandrel to form a woven fabric having a predetermined shape. Therefore, the fiber bundle is rubbed only once at the intersection. Therefore, there is less fiber cutting and fuzzing due to bending and rubbing of the fiber bundle,
A fiber structure having high reliability and good shape accuracy can be obtained.

【0041】また反応焼結法によって形成した炭化けい
素セラミックスから成るマトリックスにブレーディング
織物を複合化させる場合において、ブレーディング織物
を構成する繊維束として、複数の有機繊維とセラミック
ス繊維とを束ねた(合糸した)繊維束を組み糸として使
用したり、有機繊維とセラミックス繊維とを混織したブ
レーディング織物を使用したりすることにより、複合材
料中に占めるブレーディング織物の繊維体積率を容易に
調整することができる。
Further, in the case where the braiding fabric is compounded with the matrix made of silicon carbide ceramics formed by the reaction sintering method, a plurality of organic fibers and ceramic fibers are bundled as a fiber bundle constituting the braiding fabric. The fiber volume ratio of the braiding fabric in the composite material can be easily adjusted by using the (bundled) fiber bundle as the braiding yarn or by using the braiding fabric in which the organic fiber and the ceramic fiber are mixed and woven. Can be adjusted to.

【0042】ここで上記有機繊維としては、マトリック
ス合成操作前の加熱操作によって容易に分解し、一部炭
化するポリエステル糸やポリエチレン糸等が好適であ
り、セラミックス繊維とほぼ同一な直径を有する連続繊
維が好ましい。
As the above-mentioned organic fibers, polyester yarns, polyethylene yarns, etc., which are easily decomposed and partially carbonized by a heating operation before the matrix synthesizing operation, are preferable, and continuous fibers having a diameter substantially the same as that of the ceramic fibers. Is preferred.

【0043】上記のように副次的に使用された有機繊維
はマトリックス合成前の加熱操作により炭化される。そ
して炭化された有機繊維は、反応焼結法によって炭化け
い素(SiC)マトリックスを合成する際の炭素源とし
て使用される。その結果、セラミックス繊維に密着して
いた有機繊維は、SiCマトリックスに変換されるた
め、セラミックス繊維の周囲にも十分にマトリックスが
形成される。したがって、セラミックス繊維同士が結合
した部位あるいは空隙が形成されにくく、強度特性が優
れた複合材料を得ることができる。
The organic fibers used as a secondary component as described above are carbonized by the heating operation before the matrix synthesis. Then, the carbonized organic fiber is used as a carbon source when synthesizing a silicon carbide (SiC) matrix by a reaction sintering method. As a result, the organic fibers that were in close contact with the ceramic fibers are converted into a SiC matrix, so that the matrix is sufficiently formed around the ceramic fibers. Therefore, it is possible to obtain a composite material having excellent strength characteristics because it is difficult to form a site where the ceramic fibers are bonded to each other or a void.

【0044】なお、セラミックス繊維とマトリックスと
の界面における破壊抵抗を増大化させるためには、ミク
ロな界面構造を付与する必要がある。そのためブレーデ
ィング法によって繊維構造体を形成する場合にも、セラ
ミックス繊維径を大きく設定することは不適当であり、
通常は細いセラミックス繊維が用いられる。しかしなが
ら、細い繊維を織り上げて所定肉厚の繊維構造体を形成
する場合には、長大なブレーディング時間を要し、複合
材料の製造効率が低下し易い。また繊維構造体自体が緻
密になり複合材料中の繊維体積率が過度になり易く、複
合材料の強度特性が低下し易くなる。
In order to increase the fracture resistance at the interface between the ceramic fiber and the matrix, it is necessary to provide a micro interface structure. Therefore, even when the fiber structure is formed by the braiding method, it is inappropriate to set the ceramic fiber diameter to a large value.
Usually, fine ceramic fibers are used. However, when weaving fine fibers to form a fiber structure having a predetermined wall thickness, a long braiding time is required, and the manufacturing efficiency of the composite material is likely to be reduced. In addition, the fiber structure itself becomes dense and the fiber volume ratio in the composite material tends to become excessive, so that the strength characteristics of the composite material tend to deteriorate.

【0045】そこで前記のようにセラミックス繊維と有
機繊維とを混合して用い、有機繊維をセラミックス繊維
のスペーサとして利用することが有効な手段となる。有
機繊維は前記のように炭化処理された後に、SiCマト
リックスを合成するための炭素源として消費される。そ
の結果、各セラミックス繊維間にも十分なマトリックス
が形成され、複合材料の強度特性を大幅に改善すること
ができる。繊維構造体(ブレーディング織物)の繊維体
積率Vfは、有機繊維とセラミックス繊維との配合比を
変えることによっても容易に調整できる。
Therefore, it is an effective means to use the ceramic fibers and the organic fibers as a mixture and to use the organic fibers as spacers for the ceramic fibers. After being carbonized as described above, the organic fiber is consumed as a carbon source for synthesizing the SiC matrix. As a result, a sufficient matrix is formed between the ceramic fibers, and the strength characteristics of the composite material can be significantly improved. The fiber volume ratio Vf of the fiber structure (braiding woven fabric) can be easily adjusted by changing the compounding ratio of the organic fiber and the ceramic fiber.

【0046】また図3に示すように、経方向の繊維束2
aおよび緯方向の繊維束2bの各交差部を接続するよう
に中央糸4を設けたブレーディング織物1bを使用する
ことにより、中央糸4を設けた方向における織物特性を
調整することができる。特に中央糸4は屈曲がほぼ無い
ので、そのヤング率を組み糸2a,2bのヤング率より
大きく設定することが可能であり、中央糸4を配設した
方向における強度特性を増加させることができ、またマ
トリックス原料スラリーの含浸時などに外力が作用した
場合においても変形が少なく、ブレーディング織物の形
状精度を高く保持できる。
Further, as shown in FIG. 3, the fiber bundles 2 in the longitudinal direction
By using the braiding fabric 1b provided with the central yarn 4 so as to connect the respective intersections of the fiber bundle 2b in the direction a and the weft direction, the fabric characteristics in the direction in which the central yarn 4 is provided can be adjusted. In particular, since the central yarn 4 has almost no bending, its Young's modulus can be set to be larger than that of the braiding yarns 2a and 2b, and the strength characteristics in the direction in which the central yarn 4 is arranged can be increased. Further, even when an external force is applied during impregnation of the matrix raw material slurry, the deformation is small, and the shape accuracy of the braiding fabric can be kept high.

【0047】また同様に中央糸4は屈曲がほぼ無いの
で、その繊維径を組み糸2a,2bの繊維径より大きく
設定することが可能である。そのため、クラックや破壊
の進行阻止効果が高められ、亀裂進展抵抗が大きな複合
材料が得られる。また、各繊維間のスペーサとしての機
能が発揮され、繊維束の少ない積層数で所定の肉厚の織
物を効率的に製造できる利点もある。上記中央糸4のス
ペーサとしての機能は、繊維体積率を調整する上でも有
効である。
Similarly, since the central yarn 4 has almost no bending, its fiber diameter can be set larger than that of the braiding yarns 2a and 2b. Therefore, the effect of preventing the progress of cracks and destruction is enhanced, and a composite material having a large crack propagation resistance can be obtained. In addition, a function as a spacer between the fibers is exhibited, and there is an advantage that a woven fabric having a predetermined thickness can be efficiently manufactured with a small number of fiber bundles. The function of the central yarn 4 as a spacer is also effective in adjusting the fiber volume ratio.

【0048】上記のようにブレーディング法を使用して
繊維織物を形成するに際して、各組み糸の交差角θ,中
央糸4の配設の有無を適宜選択して容易に制御すること
が可能であるため、複合材料で形成する部品の用途、要
求特性に応じた繊維配置が可能となる。
When the fiber woven fabric is formed by using the braiding method as described above, the crossing angle θ of each braiding yarn and the presence or absence of the central yarn 4 can be appropriately selected and easily controlled. Therefore, it is possible to arrange the fibers according to the application and the required characteristics of the component formed of the composite material.

【0049】上記中央糸4は繊維束の交差部など屈曲が
少ない箇所に配置されるものであるため、高ヤング率の
繊維あるいは太い直径を有する繊維であっても折損が少
ない。中央糸4は上記のように繊維構造体自体の強度を
改善すると同時に、複合材料全体の機械的強度を向上さ
せる上で有効である。
Since the central yarn 4 is arranged at a portion where the bending is small such as an intersection of fiber bundles, even a fiber having a high Young's modulus or a fiber having a large diameter is less likely to be broken. The center yarn 4 is effective in improving the strength of the fibrous structure itself as described above, and at the same time, in improving the mechanical strength of the entire composite material.

【0050】またセラミックス繊維とマトリックスとの
反応を防止するため、または両者の界面におけるすべり
を改善するために、セラミックス繊維表面に厚さ0.1
〜5μm程度のすべり層を形成するとよい。このすべり
層は繊維表面にカーボン(C)や窒化ほう素(BN)を
コーティングして形成される。
In order to prevent the reaction between the ceramic fiber and the matrix, or to improve the slippage at the interface between the two, a thickness of 0.1 on the surface of the ceramic fiber.
It is preferable to form a slip layer having a thickness of about 5 μm. This sliding layer is formed by coating the surface of the fiber with carbon (C) or boron nitride (BN).

【0051】上記すべり層によりセラミックス繊維と、
マトリックスとの間の強度が最適化され、この最適な強
度に起因して初期破断後の保持強度が高く維持でき、靭
性値が高い複合材料が得られる。
By the above-mentioned sliding layer, ceramic fibers and
The strength between the matrix and the matrix is optimized, and due to this optimum strength, the holding strength after initial fracture can be kept high, and a composite material having a high toughness value can be obtained.

【0052】ブレーディング法によって形成したブレー
ディング織物(繊維構造体)は、複合材料全体に対して
繊維体積率(Vf)で10%以上の割合でマトリックス
と複合化される。しかしながら繊維体積率が40%を超
える過量となると、織物を構成する各繊維周囲に均一に
マトリックスを配置することが困難になり、空隙など欠
陥の発生に伴い複合材料の強度特性が急激に低下してし
まう。したがって複合効果が現れる好ましい体積率は1
0〜40体積%の範囲である。
The braiding woven fabric (fibrous structure) formed by the braiding method is combined with the matrix at a ratio of 10% or more in fiber volume ratio (Vf) with respect to the whole composite material. However, when the fiber volume ratio is over 40%, it becomes difficult to uniformly arrange the matrix around each fiber constituting the woven fabric, and the strength characteristics of the composite material are rapidly deteriorated due to the occurrence of defects such as voids. Will end up. Therefore, the preferable volume ratio at which the combined effect appears is 1
It is in the range of 0 to 40% by volume.

【0053】上記マトリックス中にブレーディング織物
を配置したセラミックス基繊維複合材料は、例えば以下
のように製造される。すなわち複数のモノフィラメント
を束ねて成る繊維束をブレーディング法にて織り上げて
所定形状の繊維構造体を形成し、得られた繊維構造体に
マトリックス原料スラリーを含浸せしめて成形体とし、
得られた成形体を脱脂乾燥後、焼結してマトリックスと
繊維構造体とを一体化して製造される。
The ceramic-based fiber composite material in which the braiding woven fabric is arranged in the matrix is manufactured, for example, as follows. That is, a fiber bundle formed by bundling a plurality of monofilaments is woven by a braiding method to form a fiber structure having a predetermined shape, and the obtained fiber structure is impregnated with a matrix raw material slurry to obtain a molded body,
The obtained molded body is degreased and dried, and then sintered to integrally manufacture the matrix and the fiber structure.

【0054】一方、繊維束として有機繊維とセラミック
ス繊維とを束ねた繊維束を使用する一方、マトリックス
を反応焼結法によって形成する場合には、上記製造方法
で得られた成形体を不活性ガス雰囲気中で加熱して有機
繊維を炭化した後に成形体中に溶融けい素を含浸せし
め、けい素と炭素成分とを反応焼結させて炭化けい素か
ら成るマトリックスを形成して製造される。
On the other hand, when a fiber bundle obtained by bundling organic fibers and ceramic fibers is used as the fiber bundle, and when the matrix is formed by the reaction sintering method, the molded body obtained by the above manufacturing method is used as an inert gas. It is manufactured by heating in an atmosphere to carbonize the organic fibers and then impregnating a molded body with molten silicon, and reacting and sintering the silicon and the carbon component to form a matrix made of silicon carbide.

【0055】上記構成に係るセラミックス基繊維複合材
料およびその製造方法によれば、ブレーディング法によ
って繊維構造体(ブレーディング織物)を形成している
ため、セラミックス繊維の切断や毛羽立ちなどのダメー
ジを生じることなく、複雑形状であっても容易に繊維構
造体を形成することができる。
According to the ceramic-based fiber composite material and the method for producing the same according to the above-described structure, since the fiber structure (braiding woven fabric) is formed by the braiding method, damage such as cutting of ceramic fibers and fuzzing occurs. The fiber structure can be easily formed without complicated shapes.

【0056】また、本願発明で用いるブレーディング織
物は組ひも構造を有し、組み糸の交差角度を任意に制御
できるため、部品に発生する主応力方向に有効に繊維を
複合することが可能である。したがって、このブレーデ
ィング織物を使用した複合材料部品は信頼性が高い。
Since the braiding fabric used in the present invention has a braid structure and the crossing angle of the braiding yarn can be arbitrarily controlled, the fibers can be effectively compounded in the principal stress direction generated in the component. is there. Therefore, a composite material part using this braiding fabric has high reliability.

【0057】上記ブレーディング織物を構成する経方向
の繊維束と緯方向の繊維束とが互いに斜交するように構
成することにより、ブレーディング織物に外力が作用し
た場合においても、斜交した全ての繊維束がこの外力に
対抗する作用を発揮し、ブレーディング織物の変形を効
果的に防止できる。したがって、ブレーディング織物内
にマトリックス原料スラリーを含浸させる際に発生する
応力に耐え、またマトリックスの焼成時に発生する収縮
応力にも十分に耐えることができ、織物自体および複合
材料の形状精度を高く保持することができる。
By configuring the braided woven fabric so that the warp-direction fiber bundles and the weft-direction fiber bundles cross each other obliquely, even when an external force is applied to the braided fabric, The fiber bundle exerts an action against this external force, and the deformation of the braiding fabric can be effectively prevented. Therefore, it can withstand the stress generated when the matrix raw material slurry is impregnated into the braiding fabric, and can sufficiently withstand the shrinkage stress generated during the firing of the matrix, which maintains the shape accuracy of the fabric itself and the composite material with high accuracy. can do.

【0058】また反応焼結法によって形成した炭化けい
素セラミックスから成るマトリックスにブレーディング
織物を複合化させる場合において、ブレーディング織物
を構成する繊維束として、複数の有機繊維とセラミック
ス繊維とを束ねた(合糸した)繊維束を使用することに
より、複合材料中に占めるブレーディング織物の繊維体
積率を容易に調整することができる。
Further, in the case where a braiding woven fabric is compounded with a matrix made of silicon carbide ceramics formed by the reaction sintering method, a plurality of organic fibers and ceramic fibers are bundled as a fiber bundle constituting the braiding woven fabric. By using the (bundled) fiber bundle, the fiber volume fraction of the braiding woven fabric in the composite material can be easily adjusted.

【0059】上記のように使用された有機繊維はマトリ
ックス合成前の加熱操作により炭化され、さらに反応焼
結法によって炭化けい素(SiC)マトリックスを合成
する際の炭素源として使用される。その結果、セラミッ
クス繊維に密着していた有機繊維は、SiCマトリック
スに変換されるため、セラミックス繊維の周囲にも十分
にマトリックスが形成される。したがって、セラミック
ス繊維同士が結合した部位あるいは空隙が形成されにく
く、強度特性が優れた複合材料を得ることができる。
The organic fibers used as described above are carbonized by a heating operation before the synthesis of the matrix and further used as a carbon source when synthesizing a silicon carbide (SiC) matrix by the reaction sintering method. As a result, the organic fibers that were in close contact with the ceramic fibers are converted into a SiC matrix, so that the matrix is sufficiently formed around the ceramic fibers. Therefore, it is possible to obtain a composite material having excellent strength characteristics because it is difficult to form a site where the ceramic fibers are bonded to each other or a void.

【0060】[0060]

【発明の実施の形態】以下本発明の一実施例について添
付図面を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0061】実施例1 直径14μmのSiC系セラミックス連続繊維(商品
名:ハイニカロン,日本カーボン株式会社製)を実施例
1用のモノフィラメントとして用意した。このSiCセ
ラミックス連続繊維の表面に、CVD法を用いて厚さ
0.6μmの窒化ほう素(BN)から成るすべり層を形
成した。さらに、すべり層の外側にCVD法によって炭
化けい素(SiC)をコーティングして、厚さ0.5μ
mのバリア層を形成した。
Example 1 An SiC-based ceramic continuous fiber having a diameter of 14 μm (trade name: Hynicalon, manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.) was prepared as a monofilament for Example 1. A slide layer made of boron nitride (BN) having a thickness of 0.6 μm was formed on the surface of the SiC ceramic continuous fiber by the CVD method. Further, the outside of the sliding layer is coated with silicon carbide (SiC) by the CVD method to have a thickness of 0.5 μm.
m barrier layer was formed.

【0062】次に、すべり層およびバリア層を形成した
上記SiCセラミックス連続繊維と同一直径を有するポ
リエステル繊維を用意し、このポリエステル繊維とSi
C連続繊維とを本数比1:1で合糸し、総計1000本
の繊維から成る繊維束(ヤーン)を調製した。さらに得
られた繊維束を、48本のキャリアを有するブレーディ
ング機に装填し、図12に示すように外径100mmの円
筒状中子(マンドレル)3aの外周に交差角60度で繊
維束2cを巻回することにより、外径110mm×内径1
00mm×長さ100mmであり、7層の組み物構造を有す
る実施例1用の繊維構造体(ブレーディング織物)1c
を多数調製した。
Next, a polyester fiber having the same diameter as the above-mentioned SiC ceramic continuous fiber on which the sliding layer and the barrier layer have been formed is prepared.
C continuous fibers were mixed at a ratio of 1: 1 to prepare a fiber bundle (yarn) composed of a total of 1000 fibers. Further, the obtained fiber bundle was loaded into a braiding machine having 48 carriers and, as shown in FIG. 12, a fiber bundle 2c was formed around a cylindrical core (mandrel) 3a having an outer diameter of 100 mm at a crossing angle of 60 degrees. By winding, the outer diameter is 110 mm × the inner diameter is 1
Fiber structure (blading woven fabric) 1c for Example 1 having a braid structure of 7 layers, which is 00 mm × 100 mm in length
Were prepared in large numbers.

【0063】一方、骨材として、中心粒径1〜3μmの
SiC粉末70重量%と、炭素源としてカーボンブラッ
ク10重量%と,水溶性フェノール樹脂15重量%と,
ポリカルボシラン5重量%とから成る固形混合体を調製
し、この固形混合体50重量%と,水49重量%と,界
面活性剤1重量%とを均一に混合してマトリックス原料
スラリーを調製した。
On the other hand, 70% by weight of SiC powder having a central particle size of 1 to 3 μm as an aggregate, 10% by weight of carbon black as a carbon source, and 15% by weight of a water-soluble phenol resin,
A solid mixture consisting of 5% by weight of polycarbosilane was prepared, and 50% by weight of this solid mixture, 49% by weight of water and 1% by weight of a surfactant were uniformly mixed to prepare a matrix raw material slurry. .

【0064】次に上記ブレーディング織物を多孔質樹脂
製成形型内にセットし、圧力鋳込み法を使用して、上記
マトリックス原料スラリーを上記各ブレーディング織物
内に加圧含浸させて、各繊維含有セラミックス成形体と
した。なお表1に示すように、緻密化した複合材料焼結
体中の繊維体積率(Vf)が32%となるように設定し
た。
Next, the braiding woven fabric is set in a porous resin molding die, and the matrix raw material slurry is pressure-impregnated into each of the braiding woven fabrics using a pressure casting method to contain each fiber. It was a ceramic compact. As shown in Table 1, the fiber volume ratio (Vf) in the densified composite material sintered body was set to 32%.

【0065】次に調製した繊維含有セラミックス成形体
を乾燥し、さらに不活性ガス(Arガス)中で温度10
00℃で5時間加熱することにより、成形体中に含有さ
れているポリエステル繊維,フェノール樹脂を炭化する
とともに、ポリカルボシランを熱分解せしめた。この
後、上記繊維含有セラミックス成形体のけい化に必要な
Si量の1.2倍の粉末Siを充填したアルミナボード
内に、上記繊維含有セラミックス成形体を配置し、真空
状態に調整した焼成炉内において、1450℃の温度で
5時間加熱することにより、溶融Siの含浸を行いつ
つ、上記繊維含有セラミックス成形体を反応焼結せしめ
て、SiC焼結体から成る緻密なマトリックスを合成
し、図13に示すような実施例1に係る円筒形状のSi
C基繊維複合材料10aを調製した。
Next, the prepared fiber-containing ceramic compact is dried and further heated in an inert gas (Ar gas) at a temperature of 10
By heating at 00 ° C. for 5 hours, the polyester fibers and the phenol resin contained in the molded body were carbonized and polycarbosilane was thermally decomposed. Thereafter, the fiber-containing ceramics compact was placed in an alumina board filled with 1.2 times as much Si powder as necessary for silicification of the fiber-containing ceramics compact, and the firing furnace was adjusted to a vacuum state. By heating at 1450 ° C. for 5 hours, the fiber-containing ceramic compact is reacted and sintered while being impregnated with molten Si to synthesize a dense matrix of SiC sintered compact. Cylindrical Si according to Example 1 as shown in 13
A C-based fiber composite material 10a was prepared.

【0066】上記実施例1に係る複合材料10aは、S
iC反応焼結体から成るマトリックス8a中にSiC連
続繊維から成るブレーディング織物1cが複合化した構
造を有する。
The composite material 10a according to the first embodiment is S
It has a structure in which a braiding woven fabric 1c made of SiC continuous fibers is compounded in a matrix 8a made of an iC reaction sintered body.

【0067】得られた円筒形状の複合材料の密度は2.
8g/cm3と高密度であった。また複合材料から板状の
試験片を切り出し、内部組織を詳細に観察したところ、
いずれもセラミックス繊維の周囲にSiCから成るマト
リックスが均一に、かつ緻密に成形されていた。また切
り出した試験片の3点曲げ強度は280〜310MPa
と高い値を示し、クラックが発生しても完全な破断まで
一気に至らない破壊様式が観察され、複合材料に要求さ
れる準安定的な破壊挙動が得られることが判明した。
The density of the obtained cylindrical composite material was 2.
The density was as high as 8 g / cm 3 . Also, when a plate-shaped test piece was cut out from the composite material and the internal structure was observed in detail,
In each case, a matrix made of SiC was uniformly and densely formed around the ceramic fibers. The three-point bending strength of the cut out test piece is 280 to 310 MPa.
It was found that even if cracks occurred, a fracture mode that did not reach complete fracture at once was observed, and that the metastable fracture behavior required for composite materials was obtained.

【0068】実施例2 SiCセラミックス連続繊維とポリエステル繊維とを
1:3で合糸した繊維束を使用する一方、繊維体積率を
12%とした以外は実施例1と同様に処理して実施例2
に係るSiC基繊維複合材料を調製した。
Example 2 An example was carried out in the same manner as in Example 1 except that a fiber bundle in which continuous fibers of SiC ceramics and polyester fibers were mixed at a ratio of 1: 3 was used, and the fiber volume ratio was 12%. Two
A SiC-based fiber composite material according to 1. was prepared.

【0069】実施例3 SiCセラミックス連続繊維とポリエステル繊維とを
1:1/3で混織したブレーディング織物を使用する一
方、繊維体積率を38%とした以外は実施例1と同様に
処理して実施例3に係るSiC基繊維複合材料を調製し
た。
Example 3 A braided woven fabric obtained by continuously weaving SiC ceramic continuous fibers and polyester fibers in a ratio of 1: 1/3 was used, and the same process as in Example 1 was performed except that the fiber volume ratio was 38%. A SiC-based fiber composite material according to Example 3 was prepared.

【0070】比較例1 SiCセラミックス連続繊維とポリエステル繊維とを
1:6で合糸した繊維束を使用する一方、繊維体積率を
5%と過小に設定した以外は実施例1と同様に処理して
比較例1に係るSiC基繊維複合材料を調製した。
Comparative Example 1 The same procedure as in Example 1 was carried out except that a fiber bundle prepared by mixing SiC ceramic continuous fiber and polyester fiber in a ratio of 1: 6 was used, while the fiber volume ratio was set to be too small at 5%. A SiC-based fiber composite material according to Comparative Example 1 was prepared.

【0071】比較例2 SiCセラミックス連続繊維とポリエステル繊維とを
1:1/6で混織したブレーディング織物を使用する一
方、繊維体積率を47%と過大に設定した以外は実施例
1と同様に処理して比較例2に係るSiC基繊維複合材
料を調製した。
Comparative Example 2 Same as Example 1 except that a braided woven fabric in which SiC ceramic continuous fiber and polyester fiber were mixed and woven at a ratio of 1: 1 was used, while the fiber volume ratio was set to 47% which was excessive. Was treated to prepare a SiC-based fiber composite material according to Comparative Example 2.

【0072】実施例4 直径14μmのSiCセラミックス連続繊維(商品名:
ハイニカロン,日本カーボン株式会社製)を実施例4用
のモノフィラメントとして用意した。このSiCセラミ
ックス連続繊維の表面に、CVD法を用いて厚さ0.6
μmの窒化ほう素(BN)から成るすべり層を形成し
た。このSiCセラミックス連続繊維を500本束ねた
繊維束(ヤーン)を組み糸として用意した。繊維束のヤ
ング率は270PGaとした。
Example 4 SiC ceramic continuous fiber having a diameter of 14 μm (trade name:
Hynicalon, manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.) was prepared as a monofilament for Example 4. A thickness of 0.6 is formed on the surface of this SiC ceramic continuous fiber by the CVD method.
A sliding layer made of μm boron nitride (BN) was formed. A fiber bundle (yarn) obtained by bundling 500 SiC ceramic continuous fibers was prepared as a braided yarn. The Young's modulus of the fiber bundle was 270 PGa.

【0073】一方、直径80μmのSiCセラミックス
連続繊維(商品名:SCS−9,テキストロン社製)の
モノフィラメント表面にBNを含む表面改質層を厚さ3
μmで形成したものを中央糸として用意した。中央糸の
ヤング率は374GPaとした。
On the other hand, a surface-modified layer containing BN having a thickness of 3 was formed on the monofilament surface of a SiC ceramic continuous fiber (trade name: SCS-9, manufactured by Textron Co.) having a diameter of 80 μm.
What was formed by μm was prepared as a central thread. The Young's modulus of the central yarn was 374 GPa.

【0074】次に上記組み糸および中央糸を、キャリア
数48本のブレーディング機に装填し、図12に示すよ
うな、外径100mmの円筒状中子の外周に組み糸を巻回
すると同時に中央糸を配設することにより、外径110
mm×内径100mm×長さ100mmであり、7層の糸組み
構造を有する実施例4用の繊維構造体(ブレーディング
織物)を多数調製した。
Next, the braided yarn and the central yarn are loaded into a braiding machine having 48 carriers, and the braided yarn is wound around the outer periphery of a cylindrical core having an outer diameter of 100 mm as shown in FIG. By arranging the central thread, the outer diameter 110
A large number of fiber structures (blading woven fabrics) for Example 4 having a 7-layer braided structure having a size of mm × inner diameter 100 mm × length 100 mm were prepared.

【0075】次に上記ブレーディング織物を多孔質樹脂
製成形型内にセットし、圧力鋳込み法を使用して、実施
例1で調製したマトリックス原料スラリーを上記各ブレ
ーディング織物内に加圧含浸させて、各繊維含有セラミ
ックス成形体とした。なお原料スラリーの含浸量は、表
1に示すように、緻密化した複合材料焼結体中の繊維体
積率(Vf)が35%となるように設定した。
Next, the braiding fabric was set in a porous resin molding die, and the matrix raw material slurry prepared in Example 1 was pressure-impregnated into the braiding fabric using a pressure casting method. As a result, each fiber-containing ceramic compact was obtained. As shown in Table 1, the impregnation amount of the raw material slurry was set so that the fiber volume ratio (Vf) in the densified composite material sintered body was 35%.

【0076】次に調製した繊維含有セラミックス成形体
を乾燥した後、上記繊維含有セラミックス成形体のけい
化に必要なSi量の1.2倍の粉末Siを充填したアル
ミナボード内に、上記繊維含有セラミックス成形体を配
置し、真空状態に調整した焼成炉内において、1450
℃の温度で5時間加熱することにより、溶融Siの含浸
を行いつつ、上記繊維含有セラミックス成形体を反応焼
結せしめて、SiC焼結体から成る緻密なマトリックス
を合成し、実施例4に係る円筒形状のSiC基繊維複合
材料を調製した。
Next, after drying the prepared fiber-containing ceramic compact, the above-mentioned fiber-containing ceramic compact was filled in an alumina board filled with 1.2 times as much powder Si as necessary for silicification of the fiber-containing ceramic compact. In a firing furnace in which the ceramic molded body is placed and adjusted to a vacuum state, 1450
According to Example 4, the fiber-containing ceramics compact was subjected to reaction sintering while being impregnated with molten Si by heating at a temperature of ° C for 5 hours to synthesize a dense matrix of SiC sintered compact. A cylindrical SiC-based fiber composite material was prepared.

【0077】得られた円筒形状の複合材料の密度は2.
8g/cm3と高密度であった。また複合材料から板状の
試験片を切り出し、内部組織を詳細に観察したところ、
いずれもセラミックス繊維の周囲にSiCから成るマト
リックスが均一に、かつ緻密に成形されていた。また中
央糸が引張り方向と平行になるように切り出した試験片
の3点曲げ強度は340〜410MPaと高い値を示
し、クラックが発生しても完全な破断まで一気に至らな
い破壊様式が観察され、複合材料に要求される準安定的
な破壊挙動が得られることが判明した。
The density of the obtained cylindrical composite material was 2.
The density was as high as 8 g / cm 3 . Also, when a plate-shaped test piece was cut out from the composite material and the internal structure was observed in detail,
In each case, a matrix made of SiC was uniformly and densely formed around the ceramic fibers. Further, the three-point bending strength of the test piece cut out so that the central yarn is parallel to the pulling direction shows a high value of 340 to 410 MPa, and a fracture mode is observed in which even if a crack occurs, it does not reach a complete break at once. It was found that the metastable fracture behavior required for composite materials was obtained.

【0078】実施例5 SiCセラミックス連続繊維とポリエステル繊維とを
1:1で合糸した繊維束を使用する一方、繊維体積率を
16%とした以外は実施例4と同様に処理して実施例5
に係るSiC基繊維複合材料を調製した。
Example 5 An example was carried out in the same manner as in Example 4 except that a fiber bundle in which continuous fibers of SiC ceramics and polyester fiber were mixed at a ratio of 1: 1 was used, and the fiber volume ratio was 16%. 5
A SiC-based fiber composite material according to 1. was prepared.

【0079】比較例3 SiCセラミックス連続繊維とポリエステル繊維とを
1:3で合糸した繊維束を使用する一方、繊維体積率を
6%と過小に設定した以外は実施例4と同様に処理して
比較例3に係るSiC基繊維複合材料を調製した。
Comparative Example 3 A treatment was performed in the same manner as in Example 4 except that a fiber bundle in which continuous fibers of SiC ceramics and polyester fiber were mixed at a ratio of 1: 3 was used, while the fiber volume ratio was set to be too small at 6%. A SiC-based fiber composite material according to Comparative Example 3 was prepared.

【0080】比較例4 実施例4において調製したSiCセラミックス連続繊維
から成る繊維束(ヤーン)を1インチ当り12ヤーンの
織り密度で平織りしてクロスを形成し、得られたクロス
を積層して従来の繊維プリフォームとした。以降のマト
リックスの形成条件は、実施例4と同様に設定して繊維
プリフォームとマトリックスとを複合化し、比較例4に
係るSiC基繊維複合材料を調製した。
Comparative Example 4 A fiber bundle (yarn) made of the SiC ceramic continuous fibers prepared in Example 4 was plain-woven at a weaving density of 12 yarns per inch to form a cloth, and the cloth thus obtained was laminated to form a conventional cloth. Of the fiber preform. The subsequent conditions for forming the matrix were set in the same manner as in Example 4, and the fiber preform and the matrix were compounded to prepare a SiC-based fiber composite material according to Comparative Example 4.

【0081】上記のように調製した実施例1〜5および
比較例1〜4に係る各複合材料の破壊特性を評価するた
め、各複合材料から曲げ試験片を切り出し、室温(R
T:25℃)における密度,初期破壊強度および破壊エ
ネルギーを測定した。ここで各試験片の破壊エネルギー
値は、応力−歪曲線の形状から破壊エネルギーを積算
し、比較例1の場合を基準値1とし、その基準値に対す
る倍率を算出して相対値としてそれぞれ表示した。測定
評価結果を下記表1に示す。
In order to evaluate the fracture characteristics of the composite materials of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 prepared as described above, bending test pieces were cut out from each composite material and subjected to room temperature (R
The density, initial breaking strength and breaking energy at T: 25 ° C.) were measured. Here, the fracture energy value of each test piece was calculated by integrating the fracture energy from the shape of the stress-strain curve, setting the case of Comparative Example 1 as the reference value 1, and calculating the magnification against that reference value and displaying each as a relative value. . The measurement evaluation results are shown in Table 1 below.

【0082】[0082]

【表1】 [Table 1]

【0083】表1に示す結果から明らかなように、繊維
構造体としてブレーディング織物を使用し、かつブレー
ディング織物の繊維体積率(Vf)を12〜38%の範
囲に設定して形成された各実施例に係るSiC基繊維複
合材料によれば、初期破壊強度および破壊エネルギー値
が高く、信頼性が高い複合材料が得られている。特に中
央糸を配設したブレーディング織物を使用した実施例4
〜5の複合材料では、繊維構造体自体の強度が大巾に増
加するため、複合材の初期破壊強度が顕著に改善される
ことも実証された。
As is clear from the results shown in Table 1, the braided woven fabric was used as the fiber structure, and the fiber volume ratio (Vf) of the braided woven fabric was set in the range of 12 to 38%. According to the SiC-based fiber composite material according to each example, a composite material having high initial fracture strength and fracture energy value and high reliability is obtained. In particular, Example 4 using a braiding fabric having a central yarn
It was also proved that in the composite materials of ~ 5, the strength of the fiber structure itself was significantly increased, so that the initial fracture strength of the composite material was remarkably improved.

【0084】一方、繊維体積率が過小である比較例1,
3の複合材料では、たとえブレーディング織物を使用し
ても破壊エネルギー値が小さく脆性破壊を起し易いこと
が判明した。また繊維体積率が過大である比較例2の複
合材料では繊維周囲にマトリックスが十分に形成されな
いため、初期破壊強度が大幅に低下してしまうことが確
認できた。さらに、平織りクロスを積層したプリフォー
ムを繊維構造体として使用した比較例4の複合材料では
繊維体積率を30%と高く設定しても、繊維自体に強度
異方性を有しているため、複合材料全体としての破壊抵
抗は不十分であることが確認された。また比較例4にお
いては繊維の切れが多発していることも確認でき、より
製造性を高めるためにはクロスの織り方等について再検
討される必要がある。
On the other hand, Comparative Example 1 in which the fiber volume ratio is too small
It was found that the composite material of 3 had a small fracture energy value and was likely to cause brittle fracture even if a braiding fabric was used. In addition, it was confirmed that the composite material of Comparative Example 2 in which the fiber volume ratio was excessively large did not sufficiently form the matrix around the fibers, and thus the initial breaking strength was significantly reduced. Further, in the composite material of Comparative Example 4 in which the preform in which the plain weave cloth is laminated is used as the fiber structure, the fiber itself has the strength anisotropy even if the fiber volume ratio is set as high as 30%. It was confirmed that the fracture resistance of the composite material as a whole was insufficient. Further, in Comparative Example 4, it was confirmed that the fibers were frequently cut, and it was necessary to reexamine the weaving method of the cloth and the like in order to further improve the productivity.

【0085】実施例6 直径14μmのSiC系セラミックス連続繊維(商品
名:ハイニカロン,日本カーボン株式会社製)を実施例
6用のモノフィラメントとして用意した。このSiCセ
ラミックス連続繊維の表面に、CVD法を用いて厚さ
0.4μmの窒化ほう素(BN)から成るすべり層を形
成した。さらに、すべり層の外側にCVD法によって炭
化けい素(SiC)をコーティングして、厚さ0.4μ
mのバリア層を形成した。
Example 6 Continuous SiC-based ceramic fibers having a diameter of 14 μm (trade name: Hynicalon, manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.) were prepared as monofilaments for Example 6. A slip layer made of boron nitride (BN) having a thickness of 0.4 μm was formed on the surface of the SiC ceramic continuous fiber by the CVD method. Further, the outside of the sliding layer is coated with silicon carbide (SiC) by the CVD method to have a thickness of 0.4 μm.
m barrier layer was formed.

【0086】次に、すべり層およびバリア層を形成した
上記SiCセラミックス連続繊維を500本束ねて繊維
束(ヤーン)を調製した。さらに得られた繊維束を使用
し、組み糸24本と中央糸12本とから成る丸打ちブレ
ーディング織物を調製した。さらに得られた丸打ちブレ
ーディング織物を袋帯状に圧潰して織物要素とした。さ
らに、この織物要素を組み糸として使用し、外径100
mm×高さ100mmの中子(マンドレル)の外周に織物要
素をブレーディングすることにより、組み糸24本(中
央糸はゼロ本)から成る厚いブレーディング織物を調製
した。さらに、この厚いブレーディング織物を3層積層
することにより、外径110mm×内径100mm×長さ1
00mm×厚さ5mmである実施例6用の繊維構造体を調製
した。
Next, a fiber bundle (yarn) was prepared by bundling 500 pieces of the above-mentioned SiC ceramic continuous fibers on which the sliding layer and the barrier layer were formed. Further, using the obtained fiber bundle, a round braiding fabric comprising 24 braided yarns and 12 central yarns was prepared. Further, the obtained round-bladed braided fabric was crushed into a sack-like band to obtain a fabric element. Furthermore, using this textile element as a braiding thread, an outer diameter of 100
A thick braiding fabric consisting of 24 braided yarns (zero center yarn) was prepared by braiding the fabric elements around the outer periphery of a mandrel (mm x height 100 mm). Furthermore, by stacking three layers of this thick braiding fabric, the outer diameter is 110 mm, the inner diameter is 100 mm, and the length is 1.
A fibrous structure for Example 6 having a size of 00 mm × 5 mm was prepared.

【0087】一方、骨材として、中心粒径1〜3μmの
SiC粉末70重量%と、炭素源としてカーボンブラッ
ク30重量%とから成る固形混合体を調製し、この固形
混合体50重量%と,純水47重量%と,界面活性剤3
重量%とを均一に混合してマトリックス原料スラリーを
調製した。
On the other hand, a solid mixture consisting of 70% by weight of SiC powder having a central particle diameter of 1 to 3 μm as an aggregate and 30% by weight of carbon black as a carbon source was prepared. Pure water 47% by weight and surfactant 3
% By weight were uniformly mixed to prepare a matrix raw material slurry.

【0088】次に上記繊維構造体を多孔質樹脂製成形型
内にセットし、圧力鋳込み法を使用して、上記マトリッ
クス原料スラリーを上記繊維構造体内に加圧含浸させ
て、各繊維含有セラミックス成形体とした。なお表2に
示すように、緻密化した複合材料焼結体中の繊維体積率
(Vf)が27%となるように設定した。
Next, the fiber structure is set in a porous resin molding die, and the matrix raw material slurry is pressure-impregnated into the fiber structure using a pressure casting method to mold each fiber-containing ceramic. I made it a body. In addition, as shown in Table 2, the fiber volume ratio (Vf) in the densified composite material sintered body was set to be 27%.

【0089】次に調製した繊維含有セラミックス成形体
を乾燥した後に、上記繊維含有セラミックス成形体のけ
い化に必要なSi量の1.2倍の粉末Siを充填したア
ルミナボード内に、上記繊維含有セラミックス成形体を
配置し、真空状態に調整した焼成炉内において、143
0℃の温度で5時間加熱することにより、溶融Siの含
浸を行いつつ、上記繊維含有セラミックス成形体を反応
焼結せしめて、SiC焼結体から成る緻密なマトリック
スを合成し、実施例6に係る円筒形状のSiC基繊維複
合材料を調製した。
Next, after drying the prepared fiber-containing ceramic molded body, the fiber-containing ceramic molded body was filled with 1.2 times the amount of Si necessary for silicidation of the fiber-containing ceramic molded body in an alumina board filled with the above-mentioned fiber-containing material. In a firing furnace in which the ceramic molded body is placed and adjusted to a vacuum state, 143
By heating for 5 hours at a temperature of 0 ° C., while impregnating with molten Si, the above-mentioned fiber-containing ceramic compact is reaction-sintered to synthesize a dense matrix made of a SiC sintered body. Such a cylindrical SiC-based fiber composite material was prepared.

【0090】上記実施例6に係る複合材料は、SiC反
応焼結体から成るマトリックス中にSiC連続繊維から
成る繊維構造体が複合化した構造を有する。
The composite material according to Example 6 has a structure in which a fiber structure made of SiC continuous fibers is compounded in a matrix made of a SiC reaction sintered body.

【0091】得られた円筒形状の複合材料の密度は3.
0g/cm3と高密度であった。また複合材料から板状の
試験片を切り出し、内部組織を詳細に観察したところ、
いずれもセラミックス繊維の周囲にSiCから成るマト
リックスが均一に、かつ緻密に成形されていた。また切
り出した試験片の3点曲げ強度は190〜430MPa
と高い値を示し、クラックが発生しても完全な破断まで
一気に至らない破壊様式が観察され、複合材料に要求さ
れる準安定的な破壊挙動が得られることが判明した。
The density of the obtained cylindrical composite material was 3.
It had a high density of 0 g / cm 3 . Also, when a plate-shaped test piece was cut out from the composite material and the internal structure was observed in detail,
In each case, a matrix made of SiC was uniformly and densely formed around the ceramic fibers. The three-point bending strength of the cut out test piece is 190 to 430 MPa.
It was found that even if cracks occurred, a fracture mode that did not reach complete fracture at once was observed, and that the metastable fracture behavior required for composite materials was obtained.

【0092】実施例7 直径14μmのSiC系セラミックス連続繊維(商品
名:ハイニカロン,日本カーボン株式会社製)を実施例
7用のモノフィラメントとして用意した。このSiCセ
ラミックス連続繊維の表面に、CVD法を用いて厚さ
0.4μmの窒化ほう素(BN)から成るすべり層を形
成した。
Example 7 A continuous SiC-based ceramic fiber having a diameter of 14 μm (trade name: Hynicalon, manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.) was prepared as a monofilament for Example 7. A slip layer made of boron nitride (BN) having a thickness of 0.4 μm was formed on the surface of the SiC ceramic continuous fiber by the CVD method.

【0093】次に、すべり層を形成した上記SiCセラ
ミックス連続繊維を500本束ねて繊維束(ヤーン)を
調製した。さらに得られた繊維束を使用し、組み糸6本
と中央糸24本とから成る丸打ちブレーディング織物を
調製した。さらに得られた丸打ちブレーディング織物を
袋帯状に圧潰して織物要素とした。さらに、この織物要
素を組み糸として使用し、外径100mm×高さ100mm
の中子(マンドレル)の外周に織物要素をブレーディン
グすることにより、組み糸24本(中央糸はゼロ本)か
ら成る厚いブレーディング織物を調製した。さらに、こ
の厚いブレーディング織物を3層積層することにより、
外径110mm×内径100mm×長さ100mm×厚さ5mm
である実施例7用の繊維構造体を調製した。
Next, 500 continuous fibers of the above-mentioned SiC ceramics having a sliding layer were bundled to prepare a fiber bundle (yarn). Further, the obtained fiber bundle was used to prepare a round-braiding woven fabric composed of 6 braided yarns and 24 central yarns. Further, the obtained round-bladed braided fabric was crushed into a sack-like band to obtain a fabric element. Furthermore, by using this woven element as a braiding thread, the outer diameter is 100 mm and the height is 100 mm.
A thick braided fabric consisting of 24 braided yarns (zero in the central yarn) was prepared by braiding the weaving elements around the outer periphery of the mandrel. Furthermore, by stacking 3 layers of this thick braiding fabric,
Outer diameter 110 mm x inner diameter 100 mm x length 100 mm x thickness 5 mm
A fibrous structure for Example 7 was prepared.

【0094】次に上記繊維構造体を多孔質樹脂製成形型
内にセットし、圧力鋳込み法を使用して、実施例6で調
製したマトリックス原料スラリーを繊維構造体内に加圧
含浸させて、繊維含有セラミックス成形体とした。なお
表2に示すように、緻密化した複合材料焼結体中の繊維
体積率(Vf)が27%となるように設定した。
Next, the above fibrous structure was set in a porous resin molding die, and the matrix raw material slurry prepared in Example 6 was pressure-impregnated into the fibrous structure using a pressure casting method to form fibers. A ceramic containing body was prepared. In addition, as shown in Table 2, the fiber volume ratio (Vf) in the densified composite material sintered body was set to be 27%.

【0095】次に調製した繊維含有セラミックス成形体
を乾燥した後に、上記繊維含有セラミックス成形体のけ
い化に必要なSi量の1.2倍の粉末Siを充填したア
ルミナボード内に、上記繊維含有セラミックス成形体を
配置し、真空状態に調整した焼成炉内において、143
0℃の温度で5時間加熱することにより、溶融Siの含
浸を行いつつ、上記繊維含有セラミックス成形体を反応
焼結せしめて、SiC焼結体から成る緻密なマトリック
スを合成し、実施例7に係る円筒形状のSiC基繊維複
合材料を調製した。
Next, after drying the prepared fiber-containing ceramic compact, the above-mentioned fiber-containing ceramic compact was filled in an alumina board filled with 1.2 times as much powder Si as necessary for silicification of the fiber-containing ceramic compact. In a firing furnace in which the ceramic molded body is placed and adjusted to a vacuum state, 143
By heating at 0 ° C. for 5 hours to impregnate molten Si with the fiber-containing ceramic compact, the fiber-containing ceramic compact is reaction-sintered to synthesize a dense matrix of SiC sintered compact. Such a cylindrical SiC-based fiber composite material was prepared.

【0096】上記実施例7に係る複合材料は、SiC反
応焼結体から成るマトリックス中にSiC連続繊維から
成る繊維構造体が複合化した構造を有する。
The composite material according to Example 7 has a structure in which a fiber structure made of SiC continuous fibers is compounded in a matrix made of a SiC reaction sintered body.

【0097】得られた円筒形状の複合材料の密度は3.
0g/cm3と高密度であった。また複合材料から板状の
試験片を切り出し、内部組織を詳細に観察したところ、
いずれもセラミックス繊維の周囲にSiCから成るマト
リックスが均一に、かつ緻密に成形されていた。また切
り出した試験片の3点曲げ強度は200〜460MPa
と高い値を示し、クラックが発生しても完全な破断まで
一気に至らない破壊様式が観察され、複合材料に要求さ
れる準安定的な破壊挙動が得られることが判明した。
The density of the obtained cylindrical composite material was 3.
It had a high density of 0 g / cm 3 . Also, when a plate-shaped test piece was cut out from the composite material and the internal structure was observed in detail,
In each case, a matrix made of SiC was uniformly and densely formed around the ceramic fibers. The three-point bending strength of the cut out test piece is 200 to 460 MPa.
It was found that even if cracks occurred, a fracture mode that did not reach complete fracture at once was observed, and that the metastable fracture behavior required for composite materials was obtained.

【0098】比較例5 実施例6と同様にモノフィラメント表面にCVD法によ
り厚さ0.4μmの窒化ほう素(BN)から成るすべり
層を形成したSiC系セラミックス連続繊維を500本
束ねて繊維束(ヤーン)を調製した。この繊維束を従来
の平織り構造となるように製織して平織り物を製造し、
さらに帯状に裁断した。
Comparative Example 5 In the same manner as in Example 6, 500 continuous SiC-based ceramic fibers having a sliding layer made of boron nitride (BN) having a thickness of 0.4 μm formed on the surface of the monofilament by the CVD method were bundled to form a fiber bundle ( Yarn) was prepared. Weaving this fiber bundle to a conventional plain weave structure to produce a plain weave,
Further, it was cut into strips.

【0099】次に外径100mm×高さ100mmの中子
(マンドレル)外周に、上記帯状の平織り物を12層巻
回することにより、外径110mm×内径100mm×長さ
100mm×厚さ5mmの円筒状の繊維構造体を調製した。
Next, by winding 12 layers of the above band-shaped plain weave around the outer periphery of the core (mandrel) having an outer diameter of 100 mm and a height of 100 mm, an outer diameter of 110 mm × an inner diameter of 100 mm × a length of 100 mm × a thickness of 5 mm. A cylindrical fiber structure was prepared.

【0100】以下、実施例6と同様に、上記繊維構造体
中にマトリックス原料スラリーを加圧含浸して成形体と
し、さらに成形体を乾燥後、溶融Siを含浸させつつ、
成形体と反応焼結せしめることにより、比較例5に係る
SiC基繊維複合材料を製造した。
Thereafter, in the same manner as in Example 6, the matrix raw material slurry was pressure-impregnated into the above fibrous structure to obtain a molded body, and the molded body was dried and then impregnated with molten Si.
The SiC-based fiber composite material according to Comparative Example 5 was manufactured by reacting and sintering the compact.

【0101】こうして製造した実施例6〜7および比較
例5に係る各複合材料から曲げ試験片を切り出し、室温
(25℃)における密度、3点曲げ試験による初期マト
リックス破壊強度および最大強度を測定した、また3点
曲げ試験によって得られた荷重変位曲線から各複合材料
の破壊エネルギーおよび層方向剪断剥離強度を測定し
た。測定結果を下記表2に示す。
Bending test pieces were cut out from each of the composite materials of Examples 6 to 7 and Comparative Example 5 produced in this way, and the density at room temperature (25 ° C.), the initial matrix fracture strength and the maximum strength by a three-point bending test were measured. Further, the fracture energy and the layer-direction shear peel strength of each composite material were measured from the load-displacement curve obtained by the three-point bending test. The measurement results are shown in Table 2 below.

【0102】[0102]

【表2】 [Table 2]

【0103】上記表2に示す結果から明らかなように、
ブレーディング織りによって得られた織物要素をさらに
ブレーディング処理して形成した繊維構造体を使用した
各実施例の複合材料は、従来の平織り構造の繊維構造体
を使用した比較例5の複合材料と比較して初期マトリッ
クス破壊強度が大きく、またクラックの進展抵抗が大き
くなるため、有効破壊エネルギーが2倍以上に改善され
ることが判明した。また層間剪断剥離強度については3
倍以上に改善でき、また最大強度も2倍以上となり、優
れた強度特性および耐久性が得られることが実証され
た。
As is clear from the results shown in Table 2 above,
The composite material of each example using the fiber structure formed by further braiding the textile element obtained by braiding weave is the same as the composite material of Comparative Example 5 using the conventional plain weave structure fiber structure. By comparison, it was found that the effective fracture energy is improved more than twice because the initial matrix fracture strength is high and the crack propagation resistance is high. The interlaminar shear peel strength is 3
It was proved that the strength could be improved more than double and the maximum strength was more than double, and excellent strength characteristics and durability could be obtained.

【0104】なお上記各実施例においては、セラミック
スマトリックスとして反応焼結SiCマトリックスを形
成した場合について例示しているが、マトリックスとし
てSi3 4 ,サイアロン,AlN,Al2 3 ,Zr
2 ,SiO2 ,ムライトおよびスピネルを形成した場
合においても、同様な複合効果が得られた。
In each of the above examples, the case where the reaction-sintered SiC matrix is formed as the ceramic matrix is exemplified, but Si 3 N 4 , Sialon, AlN, Al 2 O 3 , Zr is used as the matrix.
Similar complex effects were obtained when O 2 , SiO 2 , mullite and spinel were formed.

【0105】[0105]

【発明の効果】以上説明の通り本発明に係るセラミック
ス基繊維複合材料およびその製造方法によれば、ブレー
ディング法によって繊維構造体(ブレーディング織物)
を形成しているため、セラミックス繊維の切断や毛羽立
ちなどのダメージを生じることなく、複雑形状であって
も容易に繊維構造体を形成することができる。
As described above, according to the ceramic-based fiber composite material and the method for producing the same according to the present invention, the fiber structure (braiding woven fabric) is produced by the braiding method.
Since it is formed, the fibrous structure can be easily formed even in a complicated shape without causing damage such as cutting or fluffing of the ceramic fiber.

【0106】また、本願発明で用いるブレーディング織
物は組ひも構造を有し、組み糸の交差角度を任意に制御
できるため、部品に発生する応力方向に有効に繊維を複
合することが可能である。したがって、このブレーディ
ング織物を使用した複合材料部品は信頼性が高い。
Further, since the braiding fabric used in the present invention has a braid structure and the crossing angle of the braiding yarn can be arbitrarily controlled, it is possible to effectively combine the fibers in the stress direction generated in the component. . Therefore, a composite material part using this braiding fabric has high reliability.

【0107】上記ブレーディング織物を構成する経方向
の繊維束と緯方向の繊維束とが互いに斜交するように構
成することにより、ブレーディング織物に外力が作用し
た場合においても、斜交した全ての繊維束がこの外力に
対抗する作用を発揮し、ブレーディング織物の変形を効
果的に防止できる。したがって、ブレーディング織物内
にマトリックス原料スラリーを含浸させる際に発生する
応力に耐え、またマトリックスの焼成時に発生する収縮
応力にも十分に耐えることができ、織物自体および複合
材料の形状精度を高く保持することができる。
By configuring the braided woven fabric so that the warp direction fiber bundles and the weft direction fiber bundles cross each other, even when an external force acts on the braided fabric, The fiber bundle exerts an action against this external force, and the deformation of the braiding fabric can be effectively prevented. Therefore, it can withstand the stress generated when the matrix raw material slurry is impregnated into the braiding fabric, and can sufficiently withstand the shrinkage stress generated during the firing of the matrix, which maintains the shape accuracy of the fabric itself and the composite material with high accuracy. can do.

【0108】また反応焼結法によって形成した炭化けい
素セラミックスから成るマトリックスにブレーディング
織物を複合化させる場合において、ブレーディング織物
を構成する繊維束として、複数の有機繊維とセラミック
ス繊維とを束ねた(合糸した)繊維束を使用することに
より、複合材料中に占めるブレーディング織物の繊維体
積率を容易に調整することができる。
When a braiding woven fabric is compounded with a matrix made of silicon carbide ceramics formed by the reaction sintering method, a plurality of organic fibers and ceramic fibers are bundled as a fiber bundle constituting the braiding woven fabric. By using the (bundled) fiber bundle, the fiber volume fraction of the braiding woven fabric in the composite material can be easily adjusted.

【0109】上記のように使用された有機繊維はマトリ
ックス合成前の加熱操作により炭化され、さらに反応焼
結法によって炭化けい素(SiC)マトリックスを合成
する際の炭素源として使用される。その結果、セラミッ
クス繊維に密着していた有機繊維は、SiCマトリック
スに変換されるため、セラミックス繊維の周囲にも十分
にマトリックスが形成される。したがって、セラミック
ス繊維同士が結合した部位が形成されにくく、強度特性
が優れた複合材料を得ることができる。
The organic fiber used as described above is carbonized by a heating operation before matrix synthesis, and is further used as a carbon source when synthesizing a silicon carbide (SiC) matrix by a reaction sintering method. As a result, the organic fibers that were in close contact with the ceramic fibers are converted into a SiC matrix, so that the matrix is sufficiently formed around the ceramic fibers. Therefore, it is difficult to form a site where the ceramic fibers are bonded to each other, and a composite material having excellent strength characteristics can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】円筒形状のブレーディング織物を製造している
状態を示す正面図。
FIG. 1 is a front view showing a state in which a cylindrical braiding fabric is being manufactured.

【図2】ブレーディング織物の一実施例を示す平面図。FIG. 2 is a plan view showing one embodiment of a braiding fabric.

【図3】ブレーディング織物の他の実施例を示す平面
図。
FIG. 3 is a plan view showing another embodiment of the braiding fabric.

【図4】平打ちブレーディング織物の構成例を示す平面
図。
FIG. 4 is a plan view showing a configuration example of a flat-bladed braiding fabric.

【図5】平打ちブレーディング織物の他の構成例を示す
平面図。
FIG. 5 is a plan view showing another example of the configuration of the flat-laminated braiding fabric.

【図6】丸打ちブレーディング織物の構成例を示す斜視
図。
FIG. 6 is a perspective view showing an example of the configuration of a round braiding fabric.

【図7】ブレーディング織りによる織物要素を、さらに
平織り構造となるように製織した繊維構造体の構造を示
す図。
FIG. 7 is a diagram showing a structure of a fiber structure in which a woven fabric element formed by braiding is further woven so as to have a plain weave structure.

【図8】ブレーディング織りによる織物要素を、さらに
綾織り構造となるように製織した繊維構造体の構造を示
す図。
FIG. 8 is a diagram showing the structure of a fiber structure in which a woven element formed by braiding is further woven to have a twill structure.

【図9】ブレーディング織りによる織物要素を、さらに
朱子織り構造となるように製織した繊維構造体の構造を
示す図。
FIG. 9 is a diagram showing a structure of a fiber structure in which a woven element formed by braiding is further woven to have a satin weave structure.

【図10】ブレーディング織りによる織物要素を、さら
に3次元構造となるように製織した繊維構造体の構造を
示す斜視図。
FIG. 10 is a perspective view showing the structure of a fiber structure obtained by further weaving a woven fabric element by braiding into a three-dimensional structure.

【図11】ステッチング構造を有する繊維構造体をセラ
ミックスマトリックス中に複合化したセラミックス基繊
維複合材料の構造を示す斜視断面図。
FIG. 11 is a perspective cross-sectional view showing a structure of a ceramic-based fiber composite material in which a fiber structure having a stitching structure is composited in a ceramic matrix.

【図12】実施例で使用したブレーディング織物の形状
を示す斜視図。
FIG. 12 is a perspective view showing the shape of the braiding fabric used in the example.

【図13】実施例に係る円筒形状のSiC基繊維複合材
料を部分的に破断して示す斜視図。
FIG. 13 is a partially cutaway perspective view showing a cylindrical SiC-based fiber composite material according to an example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1a,1b,1c,1d,1e,1f,1g ブレ
ーディング織物(繊維構造体) 2,2a,2b,2c 組み糸(繊維束) 3,3a マンドレル(中子) 4 中央糸 5,5a 平打ちブレーディング織物 6 丸打ちブレーディング織物 7 織物要素 8,8a セラミックスマトリックス 9 ステッチング用繊維束 10,10a セラミックス基繊維複合材料
1,1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g Braiding woven fabric (fiber structure) 2,2a, 2b, 2c Braided yarn (fiber bundle) 3,3a Mandrel (core) 4 Central yarn 5,5a Flat braiding fabric 6 Round braiding fabric 7 Textile element 8,8a Ceramics matrix 9 Stitching fiber bundle 10,10a Ceramics base fiber composite material

フロントページの続き (72)発明者 網治 登 神奈川県横浜市鶴見区末広町2の4 株式 会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 早川 義則 神奈川県川崎市川崎区日進町7番地1 東 芝電子エンジニアリング株式会社内Front page continuation (72) Inventor Noboru Ajiji 2-4 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Toshiba Corporation (72) Inventor Yoshinori Hayakawa 7-1 Nisshin-cho, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Toshiba Electronics Engineering Co., Ltd.

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セラミックスから成るマトリックス中に
繊維構造体を複合化したセラミックス基繊維複合材料に
おいて、上記繊維構造体は、複数のモノフィラメントを
束ねて成る繊維束を組み糸として織り上げて成形したブ
レーディング織物から成り、複合材料中に占める上記ブ
レーディング織物の繊維体積率(Vf)が10〜40体
積%であることを特徴とするセラミックス基繊維複合材
料。
1. A ceramic-based fiber composite material in which a fibrous structure is composited in a matrix made of ceramics, wherein the fibrous structure is a braid formed by weaving a fiber bundle formed by bundling a plurality of monofilaments as a braid. A ceramic-based fiber composite material comprising a woven fabric, wherein the braiding woven fabric has a fiber volume ratio (Vf) of 10 to 40% by volume in the composite material.
【請求項2】 ブレーディング織物を構成する繊維束が
互いに斜交するように配置したことを特徴とする請求項
1記載のセラミックス基繊維複合材料。
2. The ceramic-based fiber composite material according to claim 1, wherein the fiber bundles constituting the braiding fabric are arranged so as to cross each other.
【請求項3】 マトリックスが反応焼結により成形され
た炭化けい素セラミックスであることを特徴とする請求
項1記載のセラミックス基繊維複合材料。
3. The ceramic-based fiber composite material according to claim 1, wherein the matrix is a silicon carbide ceramic formed by reaction sintering.
【請求項4】 ブレーディング織物は中央糸を含み、中
央糸のヤング率が組み糸のヤング率より大きいことを特
徴とする請求項1記載のセラミックス基繊維複合材料。
4. The ceramic-based fiber composite material according to claim 1, wherein the braiding fabric includes a central yarn, and the Young's modulus of the central yarn is higher than the Young's modulus of the braided yarn.
【請求項5】 中央糸の径が組み糸の径より大きいこと
を特徴とする請求項4記載のセラミックス基繊維複合材
料。
5. The ceramic-based fiber composite material according to claim 4, wherein the diameter of the central yarn is larger than the diameter of the braided yarn.
【請求項6】 繊維構造体は、繊維束を組み糸としてブ
レーディング織りで織り上げて成形した複数の織物要素
から成り、各織物要素を素材としたブレーディング織り
構造,ステッチング構造,直交3次元織り構造,平織り
構造および朱子織り構造のいずれかの製織構造を有する
ように形成されたことを特徴とする請求項1記載のセラ
ミックス基繊維複合材料。
6. The fiber structure comprises a plurality of fabric elements formed by weaving fiber bundles as braided yarns by braiding, and a braiding weave structure, a stitching structure, and a three-dimensional orthogonal structure using each fabric element as a material. The ceramic-based fiber composite material according to claim 1, wherein the ceramic-based fiber composite material is formed to have any one of a weaving structure, a plain weave structure, and a satin weave structure.
【請求項7】 織物要素は、帯状に形成した平打ちブレ
ーディング織物であることを特徴とする請求項6記載の
セラミックス基繊維複合材料。
7. The ceramic-based fiber composite material according to claim 6, wherein the woven element is a flat braided woven fabric formed in a strip shape.
【請求項8】 織物要素は、袋帯状に平坦化した丸打ち
ブレーディング織物であることを特徴とする請求項6記
載のセラミックス基繊維複合材料。
8. The ceramic-based fiber composite material according to claim 6, wherein the woven fabric element is a round-blading woven fabric which is flattened into a bag-like shape.
【請求項9】 モノフィラメント表面に、カーボン
(C)および窒化ほう素(BN)の少なくとも一方から
成る厚さ0.1〜5μmのすべり層を形成したことを特
徴とする請求項1または6記載のセラミックス基繊維複
合材料。
9. The sliding layer having a thickness of 0.1 to 5 μm made of at least one of carbon (C) and boron nitride (BN) is formed on the surface of the monofilament. Ceramic-based fiber composite material.
【請求項10】 モノフィラメント表面に、カーボン
(C)および窒化ほう素(BN)の少なくとも一方から
成る厚さ0.1〜5μmのすべり層と、このすべり層の
外側を被覆するように炭化けい素(SiC),カーボン
(C),モリブデン(Mo)および硅化モリブデン(M
oSi2 )から選択された少なくとも1種から成るバリ
ア層とを形成したことを特徴とする請求項1または6記
載のセラミックス基繊維複合材料。
10. A monofilament surface having a sliding layer of at least one of carbon (C) and boron nitride (BN) and having a thickness of 0.1 to 5 μm, and silicon carbide so as to cover the outside of this sliding layer. (SiC), carbon (C), molybdenum (Mo) and molybdenum silicide (M
7. A ceramic-based fiber composite material according to claim 1, wherein a barrier layer made of at least one selected from oSi 2 ) is formed.
【請求項11】 複数のモノフィラメントを束ねて成る
繊維束をブレーディング法にて織り上げて所定形状の繊
維構造体を形成し、得られた繊維構造体にマトリックス
原料スラリーを含浸せしめて成形体とし、得られた成形
体を脱脂乾燥後、焼結してマトリックスと繊維構造体と
を一体化することを特徴とするセラミックス基繊維複合
材料の製造方法。
11. A fiber bundle formed by bundling a plurality of monofilaments is woven by a braiding method to form a fiber structure having a predetermined shape, and the obtained fiber structure is impregnated with a matrix raw material slurry to obtain a molded body, A method for producing a ceramic-based fiber composite material, characterized in that the obtained molded body is degreased and dried, and then sintered to integrate the matrix and the fiber structure.
【請求項12】 複数のモノフィラメントを束ねて成る
繊維束をブレーディング法にて織り上げて複数の織物要
素を形成し、各織物要素を素材としてブレーディング織
り構造,ステッチング構造,直交3次元織り構造,平織
り構造および朱子織り構造のいずれかの製織構造を有す
る所定形状の繊維構造体を形成し、得られた繊維構造体
にマトリックス原料スラリーを含浸せしめて成形体と
し、得られた成形体を脱脂乾燥後、焼結してマトリック
スと繊維構造体とを一体化することを特徴とするセラミ
ックス基繊維複合材料の製造方法。
12. A fiber bundle formed by bundling a plurality of monofilaments is woven by a braiding method to form a plurality of fabric elements, and each fabric element is used as a material for a braiding weave structure, a stitching structure, and an orthogonal three-dimensional weave structure. , Forming a fibrous structure of a predetermined shape having either a plain weave structure or a satin weaving structure, impregnating the obtained fibrous structure with a matrix raw material slurry to form a formed body, and degreasing the obtained formed body. A method for producing a ceramic-based fiber composite material, which comprises drying and then sintering to integrate a matrix and a fiber structure.
【請求項13】 繊維束として有機繊維とセラミックス
繊維とを束ねた繊維束を使用する一方、成形体を不活性
ガス雰囲気中で加熱して有機繊維を炭化した後に成形体
中に溶融けい素を含浸せしめ、けい素と炭素成分とを反
応焼結させて炭化けい素から成るマトリックスを形成す
ることを特徴とする請求項11または12記載のセラミ
ックス基繊維複合材料の製造方法。
13. A fiber bundle obtained by bundling organic fibers and ceramic fibers as a fiber bundle is used, and the molded body is heated in an inert gas atmosphere to carbonize the organic fibers and then melted silicon is contained in the molded body. 13. The method for producing a ceramic-based fiber composite material according to claim 11 or 12, wherein impregnation is carried out, and silicon and a carbon component are reacted and sintered to form a matrix made of silicon carbide.
【請求項14】 複合材料に占める繊維構造体の繊維体
積率(Vf)を10〜40体積%の範囲に設定すること
を特徴とする請求項11または12記載のセラミックス
基繊維複合材料の製造方法。
14. The method for producing a ceramic-based fiber composite material according to claim 11, wherein the fiber volume ratio (Vf) of the fiber structure in the composite material is set in the range of 10 to 40% by volume. .
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