JPH10121165A - SiC系繊維強化Ti基複合材料 - Google Patents
SiC系繊維強化Ti基複合材料Info
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- JPH10121165A JPH10121165A JP27444796A JP27444796A JPH10121165A JP H10121165 A JPH10121165 A JP H10121165A JP 27444796 A JP27444796 A JP 27444796A JP 27444796 A JP27444796 A JP 27444796A JP H10121165 A JPH10121165 A JP H10121165A
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Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 中高温域で高比強度、高比剛性を有するSi
C系繊維強化Ti基複合材料に関する。 【解決手段】 けい素含有ポリマーを焼成することによ
って得られる0.2〜2.5μm厚さのカーボン層を表
面に有する10〜50μm径のSiC系繊維を強化材と
し、チタンまたはチタン合金をマトリックスとしてなる
SiC系繊維強化Ti基複合材料。
C系繊維強化Ti基複合材料に関する。 【解決手段】 けい素含有ポリマーを焼成することによ
って得られる0.2〜2.5μm厚さのカーボン層を表
面に有する10〜50μm径のSiC系繊維を強化材と
し、チタンまたはチタン合金をマトリックスとしてなる
SiC系繊維強化Ti基複合材料。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は中高温域(250℃
〜650℃)で高比強度・高比剛性を有するTi基複合
材料に関し、一般機械の高速回転部品等、軽量・高強度
・高剛性が要求される部品、特にジェットエンジンへの
適用が有望視される同複合材料に関する。
〜650℃)で高比強度・高比剛性を有するTi基複合
材料に関し、一般機械の高速回転部品等、軽量・高強度
・高剛性が要求される部品、特にジェットエンジンへの
適用が有望視される同複合材料に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、Ti基複合材料の強化繊維には、
W(タングステン)ワイヤ又はカーボン繊維をコアと
し、その表面にCVD(化学蒸着)法にてSiCを蒸着
させた太径(径:142μmと100μmのものが市販
されている)のSiC系繊維のみが用いられていた。な
お、コアがWワイヤのものはシグマ繊維(商標)と呼ば
れ、その最外表面にはTiB2 が蒸着されており、コア
がカーボン繊維のものはSCS繊維(商標)と呼ばれ数
種類あるが、その最外表面にカーボンリッチ層を3μm
有するSCS−6(商標)が最もよく用いられている。
W(タングステン)ワイヤ又はカーボン繊維をコアと
し、その表面にCVD(化学蒸着)法にてSiCを蒸着
させた太径(径:142μmと100μmのものが市販
されている)のSiC系繊維のみが用いられていた。な
お、コアがWワイヤのものはシグマ繊維(商標)と呼ば
れ、その最外表面にはTiB2 が蒸着されており、コア
がカーボン繊維のものはSCS繊維(商標)と呼ばれ数
種類あるが、その最外表面にカーボンリッチ層を3μm
有するSCS−6(商標)が最もよく用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】シグマ繊維、SCS繊
維ともに、CVD法にて製造するため高価である。な
お、比較的安価なポリマーを原料とし、焼成法により製
造されるSiC系繊維はマトリックスのチタン合金との
化学的適合性に劣る。すなわち、SiC繊維とチタン合
金との複合化成形における加熱加圧時に、SiC繊維と
チタン合金の界面でTiC、Tix Siy 等の脆化相を
生じる界面反応が生じ、SiC繊維を劣化させる。従っ
て、Ti基複合材料用の強化繊維としては用いられな
い。
維ともに、CVD法にて製造するため高価である。な
お、比較的安価なポリマーを原料とし、焼成法により製
造されるSiC系繊維はマトリックスのチタン合金との
化学的適合性に劣る。すなわち、SiC繊維とチタン合
金との複合化成形における加熱加圧時に、SiC繊維と
チタン合金の界面でTiC、Tix Siy 等の脆化相を
生じる界面反応が生じ、SiC繊維を劣化させる。従っ
て、Ti基複合材料用の強化繊維としては用いられな
い。
【0004】本発明は上記技術水準に鑑み、従来法にお
けるような欠点のないSiC系繊維強化Ti基複合材料
を提供しようとするものである。
けるような欠点のないSiC系繊維強化Ti基複合材料
を提供しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明はけい素含有ポリ
マーを焼成することによって得られる0.2〜2.5μ
m厚さのカーボン層を表面に有する10〜50μm径の
SiC系繊維を強化材とし、チタンまたはチタン合金を
マトリックスとしてなることを特徴とするSiC系繊維
強化Ti基複合材料である。
マーを焼成することによって得られる0.2〜2.5μ
m厚さのカーボン層を表面に有する10〜50μm径の
SiC系繊維を強化材とし、チタンまたはチタン合金を
マトリックスとしてなることを特徴とするSiC系繊維
強化Ti基複合材料である。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明においては、ポリマーを原
料として焼成法にて製造したSiC系繊維をTi基複合
材の強化材に用いる。ただし、マトリックスのチタン
(又はチタン合金)との界面反応が問題となるため、当
該SiC系繊維表面にCVD法(化学蒸着法)などによ
りカーボン層を形成する。この際、表面にマトリックス
のチタン(又はチタン合金)との界面反応を抑制するの
に必要な膜厚(0.2〜2.5μm)のカーボン層を形
成するためには当該SiC系繊維の繊維径は太い方が望
ましい。従来の一般に市販されているSiC系繊維はそ
の直径が10〜15μmと細径であり、前記のようなカ
ーボン層の形成が比較的難しい。そのため、本発明にお
いてはカーボン層の厚膜化を容易にするため、より繊維
径の太い(好ましくは20μm以上の)SiC系繊維を
使用するのが好ましい。なお、繊維径を太くするのは製
造上困難であるとともに繊維強度が低下し、また、可撓
性も劣ってくるので、その径の上限を50μmとすべき
である。
料として焼成法にて製造したSiC系繊維をTi基複合
材の強化材に用いる。ただし、マトリックスのチタン
(又はチタン合金)との界面反応が問題となるため、当
該SiC系繊維表面にCVD法(化学蒸着法)などによ
りカーボン層を形成する。この際、表面にマトリックス
のチタン(又はチタン合金)との界面反応を抑制するの
に必要な膜厚(0.2〜2.5μm)のカーボン層を形
成するためには当該SiC系繊維の繊維径は太い方が望
ましい。従来の一般に市販されているSiC系繊維はそ
の直径が10〜15μmと細径であり、前記のようなカ
ーボン層の形成が比較的難しい。そのため、本発明にお
いてはカーボン層の厚膜化を容易にするため、より繊維
径の太い(好ましくは20μm以上の)SiC系繊維を
使用するのが好ましい。なお、繊維径を太くするのは製
造上困難であるとともに繊維強度が低下し、また、可撓
性も劣ってくるので、その径の上限を50μmとすべき
である。
【0007】以下、本発明で使用される0.2〜2.5
μmの厚さのカーボン層を表面に有する10〜50μm
径のSiC系繊維の製造方法、すなわちポリマー焼成法
による製造方法について説明する。基本的には、ポリカ
ルボシラン、ポリチタノカルボシラン、ポリジルコカル
ボシランなどのポリマーを目的径に溶融紡糸し、不融化
(Curing)し、例ええば空気中で1000℃又は
He中で約1200℃で焼成する。ここにおいて、不融
化には、例えば空気中、200℃で処理する酸素による
方法と、電子線(例えば2MeVの電子)照射による方
法とがあり、前者の方法では繊維中に酸素が入り込む
が、後者の方法では殆んど酸素は入り込まない。本発明
では後者の方法で不融化したものの方が好ましい。この
ようにして得られたSiC系繊維を開織し、例えばCV
D法により表面にカーボン層を形成させることによっ
て、表面に0.2〜2.5μmの厚さのカーボン層を有
する10〜50μm径のSiC径繊維が得られる。
μmの厚さのカーボン層を表面に有する10〜50μm
径のSiC系繊維の製造方法、すなわちポリマー焼成法
による製造方法について説明する。基本的には、ポリカ
ルボシラン、ポリチタノカルボシラン、ポリジルコカル
ボシランなどのポリマーを目的径に溶融紡糸し、不融化
(Curing)し、例ええば空気中で1000℃又は
He中で約1200℃で焼成する。ここにおいて、不融
化には、例えば空気中、200℃で処理する酸素による
方法と、電子線(例えば2MeVの電子)照射による方
法とがあり、前者の方法では繊維中に酸素が入り込む
が、後者の方法では殆んど酸素は入り込まない。本発明
では後者の方法で不融化したものの方が好ましい。この
ようにして得られたSiC系繊維を開織し、例えばCV
D法により表面にカーボン層を形成させることによっ
て、表面に0.2〜2.5μmの厚さのカーボン層を有
する10〜50μm径のSiC径繊維が得られる。
【0008】また、本発明でマトリックスとして使用し
うるチタン合金としては、Ti−4.5Al−3V−2
Mo−2Fe,Ti−6Al−4V,Ti−15V−3
Cr−3Al−3Sn,Ti−6Al−2Sn−4Zr
−2Mo,Ti−6Al−2Sn−4Zr−6Mo,T
i−6Al−6V−2Sn,Ti−11.5Mo−6Z
r−4.5Sn,Ti−5Al−2Sn−2Zr−4M
o−4Cr,Ti−10V−2Fe−3Alなどがあげ
られる。
うるチタン合金としては、Ti−4.5Al−3V−2
Mo−2Fe,Ti−6Al−4V,Ti−15V−3
Cr−3Al−3Sn,Ti−6Al−2Sn−4Zr
−2Mo,Ti−6Al−2Sn−4Zr−6Mo,T
i−6Al−6V−2Sn,Ti−11.5Mo−6Z
r−4.5Sn,Ti−5Al−2Sn−2Zr−4M
o−4Cr,Ti−10V−2Fe−3Alなどがあげ
られる。
【0009】(作用)比較的安価なポリマー、例えばポ
リカルボシラン、ポリチタノカルボシラン、ポリジルコ
カルボシラン、を原料として焼成法で製造される径が1
0〜50μmのSiC系繊維の表面に厚さ0.2〜2.
5μmのカーボン層を形成させた繊維は、マトリックス
であるチタンまたはチタン合金との界面反応を抑制する
ことができ、Ti基複合材料用強化繊維として好ましい
ものとなる。
リカルボシラン、ポリチタノカルボシラン、ポリジルコ
カルボシラン、を原料として焼成法で製造される径が1
0〜50μmのSiC系繊維の表面に厚さ0.2〜2.
5μmのカーボン層を形成させた繊維は、マトリックス
であるチタンまたはチタン合金との界面反応を抑制する
ことができ、Ti基複合材料用強化繊維として好ましい
ものとなる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例をあげ、本発
明の効果を明らかにする。
明の効果を明らかにする。
【0011】(例1)SiC系強化繊維として、図1に
示すようなポリチタノカルボシランを原料とし焼成法に
て製造した直径が約30μmのSi−C−O繊維1(商
標:チラノ繊維、メーカ:宇部興産(株))でその表面
にカーボン層2が約0.8μm厚さ形成されたものと、
マトリックス金属として、Ti−4.5Al−3V−2
Mo−2Fe(wt%)3(商標:SP700,メー
カ:NKK)を準備した。
示すようなポリチタノカルボシランを原料とし焼成法に
て製造した直径が約30μmのSi−C−O繊維1(商
標:チラノ繊維、メーカ:宇部興産(株))でその表面
にカーボン層2が約0.8μm厚さ形成されたものと、
マトリックス金属として、Ti−4.5Al−3V−2
Mo−2Fe(wt%)3(商標:SP700,メー
カ:NKK)を準備した。
【0012】次に、図2に示すように直径250μmの
ドラム4上にテフロンシート5を巻き付け、さらにその
両サイドに後述のプリフォーム膜厚相当厚さ(約500
μm)のビニルテープ6を貼付する。なお、乾燥後、プ
リフォーム膜厚さは約200μmになる)。このような
構成のドラム4上に、前記SiC系強化繊維を開繊し、
両サイドのビニルテープ6間のテフロンシート5上に巻
き付け、その上に図3に示すように、前記マトリックス
金属の粉末とバインダ(商標:オリコックスKC−81
2T)と溶剤のトルエン/N−ブタノール(重量比で9
0/10)混合溶剤を重量比で500:200:35で
混合してなるマトリックス金属スラリ7を置き、ドラム
4を回転させながらアプリケータ8を両サイドに貼付し
たビニルテープ6の上に押しつけてシート化してプリフ
ォームを形成させる。
ドラム4上にテフロンシート5を巻き付け、さらにその
両サイドに後述のプリフォーム膜厚相当厚さ(約500
μm)のビニルテープ6を貼付する。なお、乾燥後、プ
リフォーム膜厚さは約200μmになる)。このような
構成のドラム4上に、前記SiC系強化繊維を開繊し、
両サイドのビニルテープ6間のテフロンシート5上に巻
き付け、その上に図3に示すように、前記マトリックス
金属の粉末とバインダ(商標:オリコックスKC−81
2T)と溶剤のトルエン/N−ブタノール(重量比で9
0/10)混合溶剤を重量比で500:200:35で
混合してなるマトリックス金属スラリ7を置き、ドラム
4を回転させながらアプリケータ8を両サイドに貼付し
たビニルテープ6の上に押しつけてシート化してプリフ
ォームを形成させる。
【0013】シート化したSiC系強化繊維とマトリッ
クス金属粉末のシート材を4層と、その両表面にマトリ
ックス金属の120μm箔とを積層し、HIPカプセル
に真空封止し、HIPにて繊維とマトリックス金属を複
合化する。複合化の条件は750℃、1500気圧、2
Hrである。このようにして得られた複合化成形体(S
iC系繊維強化Ti基複合材料)はVf(繊維体積含有
率)が25%で、引張強さ1,400MPa、ヤング率
155GPaを示した。
クス金属粉末のシート材を4層と、その両表面にマトリ
ックス金属の120μm箔とを積層し、HIPカプセル
に真空封止し、HIPにて繊維とマトリックス金属を複
合化する。複合化の条件は750℃、1500気圧、2
Hrである。このようにして得られた複合化成形体(S
iC系繊維強化Ti基複合材料)はVf(繊維体積含有
率)が25%で、引張強さ1,400MPa、ヤング率
155GPaを示した。
【0014】(例2)SiC系強化繊維として、ポリカ
ルボシランを原料とし、焼成法により製造した直径が約
10〜15μmのSi−C繊維(不融化を電子線照射に
よった繊維:商標:ハイニカロン)で、その表面にカー
ボン層が約0.3μm厚さ形成されたものと、マトリッ
クス金属として、Ti−6Al−4V(Wt%)を準備
した。
ルボシランを原料とし、焼成法により製造した直径が約
10〜15μmのSi−C繊維(不融化を電子線照射に
よった繊維:商標:ハイニカロン)で、その表面にカー
ボン層が約0.3μm厚さ形成されたものと、マトリッ
クス金属として、Ti−6Al−4V(Wt%)を準備
した。
【0015】次に、上記SiC系強化繊維1を開繊し、
図4に示すような治具9に一方向に並べ両端をテープで
治具9に固定する。次に、図5に示すように、その上に
同じ治具9をかぶせ、治具9同士をボルト・ナットで固
定する。このように、SiC系強化繊維を一方向に並べ
たものを治具9に貼付・固定した片面側から、マグネト
ロンスパッタリングにてマトリックス金属Ti−6Al
−4Vをターゲットとし、その蒸着を行う。次いで、繊
維を一方向に並べたものを治具9に貼付固定したものを
ひっくり返し、スパッタリングを行う。スパッタリング
条件は出力:400W、スパッタ時間:3.5Hrで、
1回のスパッタリングで、約3.5μmのマトリックス
金属の皮膜がSiC系強化繊維の片面側に形成される。
図4に示すような治具9に一方向に並べ両端をテープで
治具9に固定する。次に、図5に示すように、その上に
同じ治具9をかぶせ、治具9同士をボルト・ナットで固
定する。このように、SiC系強化繊維を一方向に並べ
たものを治具9に貼付・固定した片面側から、マグネト
ロンスパッタリングにてマトリックス金属Ti−6Al
−4Vをターゲットとし、その蒸着を行う。次いで、繊
維を一方向に並べたものを治具9に貼付固定したものを
ひっくり返し、スパッタリングを行う。スパッタリング
条件は出力:400W、スパッタ時間:3.5Hrで、
1回のスパッタリングで、約3.5μmのマトリックス
金属の皮膜がSiC系強化繊維の片面側に形成される。
【0016】約3.5μmのマトリックス金属が、表面
に形成されたSiC系強化繊維を治具9から端部のテー
プを付けたまま取りはずし、これを15枚(15層)積
層し、この状態で端部のテープ部分(スパッタ蒸着され
ていない部分を含む)を切り取り、さらにこの積層体の
上・下面をTi−6Al−4Vの箔材(板厚0.15m
m)で覆い、HIPにて複合化する、HIP条件はHI
P加圧:150MPa、HIP温度:1048K(77
5℃)、HIP時間:2Hrである。このようにして得
られた複合化成形体はVf(繊維体積含有率)が35%
で引張強さ:1550MPa、ヤング率:165GPa
を示した。
に形成されたSiC系強化繊維を治具9から端部のテー
プを付けたまま取りはずし、これを15枚(15層)積
層し、この状態で端部のテープ部分(スパッタ蒸着され
ていない部分を含む)を切り取り、さらにこの積層体の
上・下面をTi−6Al−4Vの箔材(板厚0.15m
m)で覆い、HIPにて複合化する、HIP条件はHI
P加圧:150MPa、HIP温度:1048K(77
5℃)、HIP時間:2Hrである。このようにして得
られた複合化成形体はVf(繊維体積含有率)が35%
で引張強さ:1550MPa、ヤング率:165GPa
を示した。
【0017】
【発明の効果】本発明により、比較的安価で入手性に優
れ量産性に優れるポリマーを原料として焼成法で製造さ
れるSiC系繊維をTi基複合材料用の強化繊維に用い
ることができた。
れ量産性に優れるポリマーを原料として焼成法で製造さ
れるSiC系繊維をTi基複合材料用の強化繊維に用い
ることができた。
【図1】本発明のSiC系繊維強化Ti基複合材料の一
部拡大説明図。
部拡大説明図。
【図2】本発明の実施例1におけるSiC系強化繊維の
ドラムに巻き付ける手段の説明図。
ドラムに巻き付ける手段の説明図。
【図3】本発明の実施例1におけるSiC系繊維強化T
i基複合材料シートの製造手段の説明図。
i基複合材料シートの製造手段の説明図。
【図4】本発明の実施例2におけるSiC系繊維の治具
への備えつけの説明図。
への備えつけの説明図。
【図5】本発明の実施例2におけるマトリックス金属ス
パッタリング前の治具の配置を示す説明図。
パッタリング前の治具の配置を示す説明図。
Claims (1)
- 【請求項1】 けい素含有ポリマーを焼成することによ
って得られる0.2〜2.5μm厚さのカーボン層を表
面に有する10〜50μm径のSiC系繊維を強化材と
し、チタンまたはチタン合金をマトリックスとしてなる
ことを特徴とするSiC系繊維強化Ti基複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27444796A JPH10121165A (ja) | 1996-10-17 | 1996-10-17 | SiC系繊維強化Ti基複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27444796A JPH10121165A (ja) | 1996-10-17 | 1996-10-17 | SiC系繊維強化Ti基複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10121165A true JPH10121165A (ja) | 1998-05-12 |
Family
ID=17541823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27444796A Withdrawn JPH10121165A (ja) | 1996-10-17 | 1996-10-17 | SiC系繊維強化Ti基複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10121165A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002194666A (ja) * | 2000-12-25 | 2002-07-10 | Kumeo Usuda | 繊維強化金属複合材料に用いられる繊維径が30μm以下で繊維表面の炭素成分を除去したセラミックス繊維とその製法 |
| CN110564988A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-12-13 | 江苏大学 | 固相原位TiC+Ti5Si3增强耐高温钛基复合材料及其制备方法 |
-
1996
- 1996-10-17 JP JP27444796A patent/JPH10121165A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002194666A (ja) * | 2000-12-25 | 2002-07-10 | Kumeo Usuda | 繊維強化金属複合材料に用いられる繊維径が30μm以下で繊維表面の炭素成分を除去したセラミックス繊維とその製法 |
| CN110564988A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-12-13 | 江苏大学 | 固相原位TiC+Ti5Si3增强耐高温钛基复合材料及其制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040106 |