JPH0925178A

JPH0925178A - セラミックス基繊維複合材料およびその製造方法

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Publication number: JPH0925178A
Application number: JP8095571A
Authority: JP
Inventors: Tsuneji Kameda; 常治亀田; Akiko Suyama; 章子須山; Noboru Amiji; 登網治; Yoshinori Hayakawa; 義則早川
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Development and Engineering Corp
Priority date: 1995-05-10
Filing date: 1996-04-17
Publication date: 1997-01-28

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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（Ｓｉ₃Ｎ₄），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
₂Ｏ₃），ジルコニア（ＺｒＯ₂），チタニア（ＴｉＯ
₂），ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂），ベリリ
ア（ＢｅＯ），コージェライト，ジルコン，スピネル
（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）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。

【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。

【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
Ｎ₄被覆繊維（芯線は例えばＣ）およびムライト（３Ａ
ｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂〜２Ａｌ₂Ｏ₃・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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００６８】実施例２ＳｉＣ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。

【００６９】実施例３ＳｉＣ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。

【００７０】比較例１ＳｉＣ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。

【００７１】比較例２ＳｉＣ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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００７８】実施例５ＳｉＣ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。

【００７９】比較例３ＳｉＣ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。

【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。

【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。

【００８２】

【表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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【０１０２】

【表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。

【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Ｓｉ₃Ｎ₄，サイアロン，ＡｌＮ，Ａｌ₂Ｏ₃，Ｚｒ
Ｏ₂，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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】ブレーディング織物の一実施例を示す平面図。

【図３】ブレーディング織物の他の実施例を示す平面
図。

【図４】平打ちブレーディング織物の構成例を示す平面
図。

【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。

【図６】丸打ちブレーディング織物の構成例を示す斜視
図。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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

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

Claims

【特許請求の範囲】

【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。