JPH11130552A - 放射線不融化によるセラミック複合材料の製造方法 - Google Patents
放射線不融化によるセラミック複合材料の製造方法Info
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- JPH11130552A JPH11130552A JP9294316A JP29431697A JPH11130552A JP H11130552 A JPH11130552 A JP H11130552A JP 9294316 A JP9294316 A JP 9294316A JP 29431697 A JP29431697 A JP 29431697A JP H11130552 A JPH11130552 A JP H11130552A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低放射化材料として核融合炉内壁などへの応
用が期待されている高純度、高強度、高耐熱性のセラミ
ック複合材料を作製する製造方法。 【解決手段】 有機ケイ素系高分子であるポリカルボシ
ラン、環状ポリシラザン及び／又はポリビニルシランを
強化繊維である炭化ケイ素繊維織布または炭化ケイ素短
繊維に含浸させた後に成形体とし、これに電離放射線を
照射して不融化し、この放射線照射不融化成形体を不活
性ガス中で焼成してセラミック化してセラミック強化繊
維／セラミックマトリックス複合体を作製する。この有
機ケイ素系高分子には、炭化ケイ素結晶粉末や窒化ケイ
素結晶粉末、または、遷移金属と炭素、窒素、ほう素か
らなる高融点化合物の粉末を加えることができる。
用が期待されている高純度、高強度、高耐熱性のセラミ
ック複合材料を作製する製造方法。 【解決手段】 有機ケイ素系高分子であるポリカルボシ
ラン、環状ポリシラザン及び／又はポリビニルシランを
強化繊維である炭化ケイ素繊維織布または炭化ケイ素短
繊維に含浸させた後に成形体とし、これに電離放射線を
照射して不融化し、この放射線照射不融化成形体を不活
性ガス中で焼成してセラミック化してセラミック強化繊
維／セラミックマトリックス複合体を作製する。この有
機ケイ素系高分子には、炭化ケイ素結晶粉末や窒化ケイ
素結晶粉末、または、遷移金属と炭素、窒素、ほう素か
らなる高融点化合物の粉末を加えることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高純度、高強度、高
耐熱性のセラミック複合材料を作製する製造方法に関す
る。
耐熱性のセラミック複合材料を作製する製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】セラミック複合材料を製造するには、強
化繊維としてセラミック繊維を必要とする形に成型し、
これにマトリックス材であるセラミックスを化学蒸発浸
透法で複合化する技術や、繊維成形体にマトリックス前
駆体を溶融したり、溶媒に溶解したマトリックス前駆体
を含浸させ、それを焼成して複合化する技術などがあ
る。
化繊維としてセラミック繊維を必要とする形に成型し、
これにマトリックス材であるセラミックスを化学蒸発浸
透法で複合化する技術や、繊維成形体にマトリックス前
駆体を溶融したり、溶媒に溶解したマトリックス前駆体
を含浸させ、それを焼成して複合化する技術などがあ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】セラミック複合材料は
高耐熱、高強度の材料としてタービンブレードや内燃エ
ンジンの材料、特に、炭化ケイ素セラミック材料は低放
射化材料として核融合炉内壁などへの応用が期待されて
おり、更により高性能で種々の大きな形に成形できるセ
ラミック複合材が求められている。具体的には、１５０
０℃以上の耐熱性を有する核融合炉用材料としての炭化
ケイ素セラミック複合材料では、低放射化のため窒素元
素量を大幅に減らすなど不純物濃度の低減、熱伝導率の
向上などが行われている。
高耐熱、高強度の材料としてタービンブレードや内燃エ
ンジンの材料、特に、炭化ケイ素セラミック材料は低放
射化材料として核融合炉内壁などへの応用が期待されて
おり、更により高性能で種々の大きな形に成形できるセ
ラミック複合材が求められている。具体的には、１５０
０℃以上の耐熱性を有する核融合炉用材料としての炭化
ケイ素セラミック複合材料では、低放射化のため窒素元
素量を大幅に減らすなど不純物濃度の低減、熱伝導率の
向上などが行われている。
【０００４】しかし、化学蒸発浸透法によるセラミック
複合材の作製では、マトリックス材となる化合物をキヤ
リヤーカスで運び、繊維成形体に高温で反応させてセラ
ッミクマトリックッスを付着させるため、作製された複
合材の密度が低い、複合材の作製に非常に時間がかか
る、また、形状の大きな物を作ることができないなどの
欠点がある。
複合材の作製では、マトリックス材となる化合物をキヤ
リヤーカスで運び、繊維成形体に高温で反応させてセラ
ッミクマトリックッスを付着させるため、作製された複
合材の密度が低い、複合材の作製に非常に時間がかか
る、また、形状の大きな物を作ることができないなどの
欠点がある。
【０００５】また、マトリックス前駆体を溶融したり、
溶液に溶かして繊維成形体に含浸させて焼成する方法
（含浸法）は、化学蒸発浸透法に比べて比較的密度の高
いセラミック複合材が得られるが、通常、含浸法では１
０回程度、含浸−焼成の工程を繰り返す必要があるなど
製造に時間や工程がかかる。また、セラミック化のため
の焼成時にマトリックス前駆体が流れ出さないように型
枠などで固定する必要がある。また、合浸法を用い熱酸
化で焼成した炭化ケイ素複合材では、マトリックス中に
酸素が取り込まれ耐熱性が低下する。また、同じく炭化
ケイ素複合材では不純物として焼成時にマトリックスに
窒素が入り、核融合炉内壁材料としては使用できなくな
ることがある。これらのことから、従来のセラミック複
合材の製造方法では不純物が導入され易く、これによっ
て特性の劣ったセラミック複合材となることが多い。
溶液に溶かして繊維成形体に含浸させて焼成する方法
（含浸法）は、化学蒸発浸透法に比べて比較的密度の高
いセラミック複合材が得られるが、通常、含浸法では１
０回程度、含浸−焼成の工程を繰り返す必要があるなど
製造に時間や工程がかかる。また、セラミック化のため
の焼成時にマトリックス前駆体が流れ出さないように型
枠などで固定する必要がある。また、合浸法を用い熱酸
化で焼成した炭化ケイ素複合材では、マトリックス中に
酸素が取り込まれ耐熱性が低下する。また、同じく炭化
ケイ素複合材では不純物として焼成時にマトリックスに
窒素が入り、核融合炉内壁材料としては使用できなくな
ることがある。これらのことから、従来のセラミック複
合材の製造方法では不純物が導入され易く、これによっ
て特性の劣ったセラミック複合材となることが多い。
【０００６】以上のことから、炭化ケイ素や窒化ケイ素
をマトリックスとする有効な高耐熱、高強度、高純度の
セラミック複合材を作製する方法は確立されていないの
が現状である。そこで、本発明の課題は、高純度、高強
度、高耐熱性のセラミック複合材料の製造方法を提供す
ることにある。
をマトリックスとする有効な高耐熱、高強度、高純度の
セラミック複合材を作製する方法は確立されていないの
が現状である。そこで、本発明の課題は、高純度、高強
度、高耐熱性のセラミック複合材料の製造方法を提供す
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは炭化ケイ素
や窒化ケイ素をマトリックスとするセラミック複合材を
製造する場合に、ケイ素系高分子が強化繊維に十分含浸
し、その後放射線照射により不融化可能である点に着目
し、この方法を用いて複雑で大型の形状の高耐熱、高強
度、高純度のセラミック複合材成型体が製造可能である
ことを見出し、本発明を完成させた。
や窒化ケイ素をマトリックスとするセラミック複合材を
製造する場合に、ケイ素系高分子が強化繊維に十分含浸
し、その後放射線照射により不融化可能である点に着目
し、この方法を用いて複雑で大型の形状の高耐熱、高強
度、高純度のセラミック複合材成型体が製造可能である
ことを見出し、本発明を完成させた。
【０００８】本発明の放射線不融化によるセラミック複
合材料の製造方法は、以下の特徴を有するものである。
合材料の製造方法は、以下の特徴を有するものである。
【０００９】（１） 有機ケイ素系高分子であるポリカ
ルボシランを強化繊維である炭化ケイ素繊維織布または
炭化ケイ素短繊維に含浸させた後、成形体とし、これに
電離放射線を照射して不融化する。この放射線照射不融
化成形体を不活性ガス中で焼成してセラミック化して、
セラミック強化繊維／セラミックマトリックス複合体
（以下セラミック複合材）を作製する方法。
ルボシランを強化繊維である炭化ケイ素繊維織布または
炭化ケイ素短繊維に含浸させた後、成形体とし、これに
電離放射線を照射して不融化する。この放射線照射不融
化成形体を不活性ガス中で焼成してセラミック化して、
セラミック強化繊維／セラミックマトリックス複合体
（以下セラミック複合材）を作製する方法。
【００１０】（２） 有機ケイ素系高分子がポリカルボ
シラン、環状ポリシラザン及び／又はポリビニルシラン
である上記（１）記載のセラミック複合材を作製する方
法。
シラン、環状ポリシラザン及び／又はポリビニルシラン
である上記（１）記載のセラミック複合材を作製する方
法。
【００１１】（３） 有機ケイ素系高分子であるポリカ
ルボシラン、環状ポリシラザン、及び／又はポリビニル
シランに、炭化ケイ素結晶粉末や窒化ケイ素結晶粉末、
または、遷移金属と炭素、窒素、ほう素からなる高融点
化合物の粉末を加えたものを強化繊維や織布に含浸させ
る上記（１）記載のセラミック複合材を作製する方法。
遷移金属と炭素、窒素、ほう素からなる高融点化合物の
粉末として、例えば、炭化チタン（ＴｉＣ）：融点３１
４０℃、炭化タングステン（ＷＣ）：融点２８７０℃、
ほう化ジルコニウム（ＺｒＢ2）：融点３０００℃、ほ
う化モリブデン（ＭｏＢ2）：融点２１００℃、窒化チ
タン（ＴｉＮ）：融点２９５０℃、窒化ジルコニウム
（ＺｒＮ）：２９８０℃などがある。
ルボシラン、環状ポリシラザン、及び／又はポリビニル
シランに、炭化ケイ素結晶粉末や窒化ケイ素結晶粉末、
または、遷移金属と炭素、窒素、ほう素からなる高融点
化合物の粉末を加えたものを強化繊維や織布に含浸させ
る上記（１）記載のセラミック複合材を作製する方法。
遷移金属と炭素、窒素、ほう素からなる高融点化合物の
粉末として、例えば、炭化チタン（ＴｉＣ）：融点３１
４０℃、炭化タングステン（ＷＣ）：融点２８７０℃、
ほう化ジルコニウム（ＺｒＢ2）：融点３０００℃、ほ
う化モリブデン（ＭｏＢ2）：融点２１００℃、窒化チ
タン（ＴｉＮ）：融点２９５０℃、窒化ジルコニウム
（ＺｒＮ）：２９８０℃などがある。
【００１２】（４） 強化繊維が炭化ケイ素繊維、窒化
ケイ素繊維、アルミナ繊維、ジルコニア繊維である上記
（１）記載のセラミック複合材を作製する方法。
ケイ素繊維、アルミナ繊維、ジルコニア繊維である上記
（１）記載のセラミック複合材を作製する方法。
【００１３】（５） 強化繊維がポリカルボシラン、環
状ポリシラザン及び／又はポリビニルシランの繊維を放
射線不融化したものである上記（１）記載のセラミック
複合材を作製する方法。
状ポリシラザン及び／又はポリビニルシランの繊維を放
射線不融化したものである上記（１）記載のセラミック
複合材を作製する方法。
【００１４】（６） 電離放射線が電子線、ガンマ線、
高エネルギーＸ線である上記（１）記載のセラミック複
合材を作製する方法。
高エネルギーＸ線である上記（１）記載のセラミック複
合材を作製する方法。
【００１５】（７） 有機ケイ素高分子であるポリカル
ボシラン、環状ポリシラザン及び／又ポリビニルシラン
の放射線照射物が焼成時に融解しない状態まで、電離放
射線を照射する上記（１）記載のセラミック複合材を作
製する方法。
ボシラン、環状ポリシラザン及び／又ポリビニルシラン
の放射線照射物が焼成時に融解しない状態まで、電離放
射線を照射する上記（１）記載のセラミック複合材を作
製する方法。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１に、本発明の放射線不融化に
よるセラミック複合材料の製造工程の一例を示す。同図
に示すように、炭化ケイ素繊維などのセラミック繊維の
織布を数枚重ねたものにケイ素系高分子であるポリカル
ボシランをベンゼンやトルエンなどの有機溶媒に溶かし
た溶液を含浸させる。または、ポリカルボシランをベン
ゼンやトルエンなどに溶解したものに高融点の無機化合
物の粉末、例えば炭化ケイ素結晶粉末を分散させた溶液
を織布に含浸させる。含浸する前に、これらの溶液は超
音波処理や凍結−融解による脱気などにより、溶液中の
気体の除去、分散の均一化を行うとよい。溶液は織布に
塗布して含浸する。このときにも、超音波処理や凍結−
触解による脱気などを行うとよい。この後、真空ポンプ
により溶媒を除く。
よるセラミック複合材料の製造工程の一例を示す。同図
に示すように、炭化ケイ素繊維などのセラミック繊維の
織布を数枚重ねたものにケイ素系高分子であるポリカル
ボシランをベンゼンやトルエンなどの有機溶媒に溶かし
た溶液を含浸させる。または、ポリカルボシランをベン
ゼンやトルエンなどに溶解したものに高融点の無機化合
物の粉末、例えば炭化ケイ素結晶粉末を分散させた溶液
を織布に含浸させる。含浸する前に、これらの溶液は超
音波処理や凍結−融解による脱気などにより、溶液中の
気体の除去、分散の均一化を行うとよい。溶液は織布に
塗布して含浸する。このときにも、超音波処理や凍結−
触解による脱気などを行うとよい。この後、真空ポンプ
により溶媒を除く。
【００１７】強化繊維に対するポリカルボシランの割合
は５〜９５重量％が複合材として有効である。また、ポ
リカルボシランに無機系粉末を混合する場合には、無機
系粉末に対してポリカルポシランの割合は５重量％以上
がよい。この量以下では下記の加圧成型時に形を保つこ
とができない。この含浸されたものを不活性ガス（窒素
やアルゴンガス）中で約３００℃まで加熱し、プレスや
加圧状態で成型する。このとき減圧と加圧を繰り返し
て、溶媒などを除去する。
は５〜９５重量％が複合材として有効である。また、ポ
リカルボシランに無機系粉末を混合する場合には、無機
系粉末に対してポリカルポシランの割合は５重量％以上
がよい。この量以下では下記の加圧成型時に形を保つこ
とができない。この含浸されたものを不活性ガス（窒素
やアルゴンガス）中で約３００℃まで加熱し、プレスや
加圧状態で成型する。このとき減圧と加圧を繰り返し
て、溶媒などを除去する。
【００１８】図２に示すように成型体を照射容器に入れ
真空脱気して、酸素、窒素などを除去する。照射容器内
を熱伝導のよいヘリウムガス（または、アルゴンなどの
不活性ガス）に置換した後、ヘリウムガスの流通下で放
射線を照射する。放射線照射によってケイ素系ポリマー
は架橋反応を起こし、不融化する。これは主に成型体の
焼成によるセラミック化反応の際に、ポリカルボシラン
が溶け出さないようにすること、また、焼成時に成型体
の形状を保つようにするためである。
真空脱気して、酸素、窒素などを除去する。照射容器内
を熱伝導のよいヘリウムガス（または、アルゴンなどの
不活性ガス）に置換した後、ヘリウムガスの流通下で放
射線を照射する。放射線照射によってケイ素系ポリマー
は架橋反応を起こし、不融化する。これは主に成型体の
焼成によるセラミック化反応の際に、ポリカルボシラン
が溶け出さないようにすること、また、焼成時に成型体
の形状を保つようにするためである。
【００１９】放射線の照射量は用いるポリマーと焼成時
の温度や昇温速度に依存し、ポリカルボシランを用いた
成型体では５〜１０ＭＧｙである。放射線として電子線
を用いる場合には、電子線のエネルギーによって成型体
中の飛程が異なるので、成型体厚さを考慮して電子線の
エネルギーを決めるのがよい。この不融化によって成型
体を焼成する際に型枠などを必要とせず装置や製造工程
上大きな利点がある。また、単なる熱焼成では８回から
１０回程度の含浸と焼成を繰り返して複合材を作るが、
本発明の照射を用いる方法では１回から２回の含浸と照
射の繰り返しで高密度な複合材を作製できる。なお、ポ
リカルボシランを用いた場合には放射線により酸素を介
した架橋も起こるので、乾燥空気中での照射によっても
不融化を行うことができる。この場合は、作製された複
合材の耐熱性は低下する。
の温度や昇温速度に依存し、ポリカルボシランを用いた
成型体では５〜１０ＭＧｙである。放射線として電子線
を用いる場合には、電子線のエネルギーによって成型体
中の飛程が異なるので、成型体厚さを考慮して電子線の
エネルギーを決めるのがよい。この不融化によって成型
体を焼成する際に型枠などを必要とせず装置や製造工程
上大きな利点がある。また、単なる熱焼成では８回から
１０回程度の含浸と焼成を繰り返して複合材を作るが、
本発明の照射を用いる方法では１回から２回の含浸と照
射の繰り返しで高密度な複合材を作製できる。なお、ポ
リカルボシランを用いた場合には放射線により酸素を介
した架橋も起こるので、乾燥空気中での照射によっても
不融化を行うことができる。この場合は、作製された複
合材の耐熱性は低下する。
【００２０】照射後、約５００℃まで不活性ガス下で試
料を加熱し、照射により生成したラジカル（不対電子）
を消滅させる。不活性ガス中で放射線照射して不融化処
理を行い、空気中に取り出さずにラジカルの消滅理を行
うことで、炭化ケイ素複合材では、これらの工程で取り
込まれる酸素を低減できる。このため、単なる熱焼成だ
けの工程で作製された複合材は１３００℃が耐熱性の上
限であるが、本発明の方法では１６００℃から１７００
℃の高い耐熱性と高純度なセラミック複合材を作ること
ができる。この後、焼成炉で不活性ガス中で照射成型体
の焼成を行う。ポリカルボシランを用いた複合材では１
１００℃〜１３００℃まで焼成を続けてセラミック複合
材を得る。焼成時に成型体に加圧してもよい。
料を加熱し、照射により生成したラジカル（不対電子）
を消滅させる。不活性ガス中で放射線照射して不融化処
理を行い、空気中に取り出さずにラジカルの消滅理を行
うことで、炭化ケイ素複合材では、これらの工程で取り
込まれる酸素を低減できる。このため、単なる熱焼成だ
けの工程で作製された複合材は１３００℃が耐熱性の上
限であるが、本発明の方法では１６００℃から１７００
℃の高い耐熱性と高純度なセラミック複合材を作ること
ができる。この後、焼成炉で不活性ガス中で照射成型体
の焼成を行う。ポリカルボシランを用いた複合材では１
１００℃〜１３００℃まで焼成を続けてセラミック複合
材を得る。焼成時に成型体に加圧してもよい。
【００２１】
【実施例】以下，実施例を挙げて本発明を具体的に示
す。
す。
【００２２】
【実施例１】有機ケイ素高分子であるポリカルボシラン
（分子量、約３０００）２００ｇをベンゼンの溶煤３０
０ｍｌに溶かした溶液を、超音波により十分に脱泡す
る。強化繊維である炭化ケイ素繊維（日本カーボン
（株）製、ハイニカロン繊維）の織布１０ｃｍ×ｌ０ｃ
ｍを１０枚重ねたものをこの溶液に浸し、超音波洗浄や
減圧による脱気を行う。これを成型プレス機に入れ、温
度を約３００℃で窒素力ス中で１０ｋｇ／ｃｍ2の圧で
成型した。このとき、加圧と減圧を繰り返して溶媒を除
きながら行った。この加圧成型体の厚さは２ｍｍであっ
た。これを５０μｍ厚チタンの入射窓を持った電子線照
射容器に入れて脱気し、この後ヘリウムガスで照射容器
内を置換した。ヘリウムガスをごく少量流しながら、加
圧成型体に２ＭｅＶの電子線を０．５〜１．０ｍＡで１
２ＭＧｙ照射した。照射後、ヘリウムガス中で約５００
℃まで昇温して、照射によって生成したラジカルを消滅
させる。この後、照射成型体を焼成炉に入れてアルゴン
ガス中で１１００℃まで昇温して焼成し、セラミック複
合材とした。このとき強化繊維とセラミックマトリック
スの重量比はおおよそ１：２であった。
（分子量、約３０００）２００ｇをベンゼンの溶煤３０
０ｍｌに溶かした溶液を、超音波により十分に脱泡す
る。強化繊維である炭化ケイ素繊維（日本カーボン
（株）製、ハイニカロン繊維）の織布１０ｃｍ×ｌ０ｃ
ｍを１０枚重ねたものをこの溶液に浸し、超音波洗浄や
減圧による脱気を行う。これを成型プレス機に入れ、温
度を約３００℃で窒素力ス中で１０ｋｇ／ｃｍ2の圧で
成型した。このとき、加圧と減圧を繰り返して溶媒を除
きながら行った。この加圧成型体の厚さは２ｍｍであっ
た。これを５０μｍ厚チタンの入射窓を持った電子線照
射容器に入れて脱気し、この後ヘリウムガスで照射容器
内を置換した。ヘリウムガスをごく少量流しながら、加
圧成型体に２ＭｅＶの電子線を０．５〜１．０ｍＡで１
２ＭＧｙ照射した。照射後、ヘリウムガス中で約５００
℃まで昇温して、照射によって生成したラジカルを消滅
させる。この後、照射成型体を焼成炉に入れてアルゴン
ガス中で１１００℃まで昇温して焼成し、セラミック複
合材とした。このとき強化繊維とセラミックマトリック
スの重量比はおおよそ１：２であった。
【００２３】作製したセラミック複合材は室温で三点曲
げの強度が５００ＭＰａであった。
げの強度が５００ＭＰａであった。
【００２４】
【実施例２】有機ケイ素高分子であるポリカルボシラン
（分子量、約３０００）４０ｇと炭化ケイ素粉末（β−
ＳｉＣ結晶、平均粒径０．３μｍ）２００ｇをベンゼン
溶媒５００ｍｌに溶かした溶液を、超音波洗浄器等に入
れ十分に撹拌して脱泡する。強化繊維である炭化ケイ素
繊維（日本カーボン（株）製、ハイニカロン繊維）の織
布１０ｃｍ×ｌ０ｃｍを１０枚重ねたものをこの溶液に
浸し、超音波洗浄や凍結脱気を行う。これを成型プレス
機にいれ、温度を約３００℃で窒素ガス中で１０ｋｇ／
ｃｍ2の圧で成型した。このとき、加圧と減圧を繰り返
して溶媒を除きながら行った。この加圧成型体の厚さは
２ｍｍであった。
（分子量、約３０００）４０ｇと炭化ケイ素粉末（β−
ＳｉＣ結晶、平均粒径０．３μｍ）２００ｇをベンゼン
溶媒５００ｍｌに溶かした溶液を、超音波洗浄器等に入
れ十分に撹拌して脱泡する。強化繊維である炭化ケイ素
繊維（日本カーボン（株）製、ハイニカロン繊維）の織
布１０ｃｍ×ｌ０ｃｍを１０枚重ねたものをこの溶液に
浸し、超音波洗浄や凍結脱気を行う。これを成型プレス
機にいれ、温度を約３００℃で窒素ガス中で１０ｋｇ／
ｃｍ2の圧で成型した。このとき、加圧と減圧を繰り返
して溶媒を除きながら行った。この加圧成型体の厚さは
２ｍｍであった。
【００２５】これを５０μｍ厚チタンの入射窓を持った
電子線照射容器に入れて脱気し、この後ヘリウムガスで
照射容器内を置換した。ヘリウムガスをごく少量流しな
がら、加圧成型体に２ＭｅＶの電子線を０．５〜１．０
ｍＡで１２ＭＧｙ照射した。照射後、ヘリウムガス中で
約５００℃まで昇温して、照射によって生成したラジカ
ルを消滅させる。この後、照射成型体を焼成炉に入れて
アルゴンガス中で１１００℃まで昇温して焼成し、セラ
ミック複合材とした。このとき強化繊維とセラミックマ
トリックスの重量比はおおよそ１：２であった。
電子線照射容器に入れて脱気し、この後ヘリウムガスで
照射容器内を置換した。ヘリウムガスをごく少量流しな
がら、加圧成型体に２ＭｅＶの電子線を０．５〜１．０
ｍＡで１２ＭＧｙ照射した。照射後、ヘリウムガス中で
約５００℃まで昇温して、照射によって生成したラジカ
ルを消滅させる。この後、照射成型体を焼成炉に入れて
アルゴンガス中で１１００℃まで昇温して焼成し、セラ
ミック複合材とした。このとき強化繊維とセラミックマ
トリックスの重量比はおおよそ１：２であった。
【００２６】作製したセラミック複合材は室温で三点曲
げの強度が６００Ｍｐａであった。
げの強度が６００Ｍｐａであった。
【００２７】
【発明の効果】本発明の方法により、有機ケイ素高分子
によって、また、有機ケイ素高分子に高融点のセラミッ
ク粉末を加えたものを強化繊維に含浸させ、放射線を照
射して不融化することによって、焼成時のマトリックス
の体積収縮及び質量減少を抑制し、繰り返し含浸を行わ
なくても高密度で高強度のセラミック複合材料が作製で
きる。放射線でポリカルボシランが不融化してあるた
め、焼成時に型枠などを必要とせず装置や工程が短縮で
き、また、複雑な形状や大型形状のセラミック複合材を
作製できる。さらに、含浸・照射・焼成をすべて不活性
ガス中で行うことによって、高純度のセラミック複合材
を作製することができ、例えば、本発明の方法で炭化ケ
イ素繊維／ポリカルボシラン系に用いると耐熱性１７０
０℃まで熱分解しないセラミック複合材料が得られる。
によって、また、有機ケイ素高分子に高融点のセラミッ
ク粉末を加えたものを強化繊維に含浸させ、放射線を照
射して不融化することによって、焼成時のマトリックス
の体積収縮及び質量減少を抑制し、繰り返し含浸を行わ
なくても高密度で高強度のセラミック複合材料が作製で
きる。放射線でポリカルボシランが不融化してあるた
め、焼成時に型枠などを必要とせず装置や工程が短縮で
き、また、複雑な形状や大型形状のセラミック複合材を
作製できる。さらに、含浸・照射・焼成をすべて不活性
ガス中で行うことによって、高純度のセラミック複合材
を作製することができ、例えば、本発明の方法で炭化ケ
イ素繊維／ポリカルボシラン系に用いると耐熱性１７０
０℃まで熱分解しないセラミック複合材料が得られる。
【００２８】
【００２９】
【図１】 本発明のセラミック複合材の製造工程の一例
を示す模式図である。ａ）は強化繊維と有機ケイ素高分
子のみで複合材を製造する場合である。ｂ）は強化繊維
と有機ケイ素高分子、無機化合物粉末で複合材を製造す
る場合である。
を示す模式図である。ａ）は強化繊維と有機ケイ素高分
子のみで複合材を製造する場合である。ｂ）は強化繊維
と有機ケイ素高分子、無機化合物粉末で複合材を製造す
る場合である。
【００３０】
【図２】 本発明における電子加速器からの電子線で加
圧成型体を不融化する工程及び装置の模式図である。
圧成型体を不融化する工程及び装置の模式図である。
【手続補正書】
【提出日】平成９年１０月２９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高純度、高強度、高
耐熱性のセラミック複合材料を作製する製造方法に関す
る。
耐熱性のセラミック複合材料を作製する製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】セラミック複合材料を製造するには、強
化繊維としてセラミック繊維を必要とする形に成型し、
これにマトリックス材であるセラミックスを化学蒸発浸
透法で複合化する技術や、繊維成形体にマトリックス前
駆体を溶融したり、溶媒に溶解したマトリックス前駆体
を含浸させ、それを焼成して複合化する技術などがあ
る。
化繊維としてセラミック繊維を必要とする形に成型し、
これにマトリックス材であるセラミックスを化学蒸発浸
透法で複合化する技術や、繊維成形体にマトリックス前
駆体を溶融したり、溶媒に溶解したマトリックス前駆体
を含浸させ、それを焼成して複合化する技術などがあ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】セラミック複合材料は
高耐熱、高強度の材料としてタービンブレードや内燃エ
ンジンの材料、特に、炭化ケイ素セラミック材料は低放
射化材料として核融合炉内壁などへの応用が期待されて
おり、更により高性能で種々の大きな形に成形できるセ
ラミック複合材が求められている。具体的には、１５０
０℃以上の耐熱性を有する核融合炉用材料としての炭化
ケイ素セラミック複合材料では、低放射化のため窒素元
素量を大幅に減らすなど不純物濃度の低減、熱伝導率の
向上などが行われている。
高耐熱、高強度の材料としてタービンブレードや内燃エ
ンジンの材料、特に、炭化ケイ素セラミック材料は低放
射化材料として核融合炉内壁などへの応用が期待されて
おり、更により高性能で種々の大きな形に成形できるセ
ラミック複合材が求められている。具体的には、１５０
０℃以上の耐熱性を有する核融合炉用材料としての炭化
ケイ素セラミック複合材料では、低放射化のため窒素元
素量を大幅に減らすなど不純物濃度の低減、熱伝導率の
向上などが行われている。
【０００４】しかし、化学蒸発浸透法によるセラミック
複合材の作製では、マトリックス材となる化合物をキヤ
リヤーカスで運び、繊維成形体に高温で反応させてセラ
ッミクマトリックッスを付着させるため、作製された複
合材の密度が低い、複合材の作製に非常に時間がかか
る、また、形状の大きな物を作ることができないなどの
欠点がある。
複合材の作製では、マトリックス材となる化合物をキヤ
リヤーカスで運び、繊維成形体に高温で反応させてセラ
ッミクマトリックッスを付着させるため、作製された複
合材の密度が低い、複合材の作製に非常に時間がかか
る、また、形状の大きな物を作ることができないなどの
欠点がある。
【０００５】また、マトリックス前駆体を溶融したり、
溶液に溶かして繊維成形体に含浸させて焼成する方法
（含浸法）は、化学蒸発浸透法に比べて比較的密度の高
いセラミック複合材が得られるが、通常、含浸法では１
０回程度、含浸−焼成の工程を繰り返す必要があるなど
製造に時間や工程がかかる。また、セラミック化のため
の焼成時にマトリックス前駆体が流れ出さないように型
枠などで固定する必要がある。また、合浸法を用い熱酸
化で焼成した炭化ケイ素複合材では、マトリックス中に
酸素が取り込まれ耐熱性が低下する。また、同じく炭化
ケイ素複合材では不純物として焼成時にマトリックスに
窒素が入り、核融合炉内壁材料としては使用できなくな
ることがある。これらのことから、従来のセラミック複
合材の製造方法では不純物が導入され易く、これによっ
て特性の劣ったセラミック複合材となることが多い。
溶液に溶かして繊維成形体に含浸させて焼成する方法
（含浸法）は、化学蒸発浸透法に比べて比較的密度の高
いセラミック複合材が得られるが、通常、含浸法では１
０回程度、含浸−焼成の工程を繰り返す必要があるなど
製造に時間や工程がかかる。また、セラミック化のため
の焼成時にマトリックス前駆体が流れ出さないように型
枠などで固定する必要がある。また、合浸法を用い熱酸
化で焼成した炭化ケイ素複合材では、マトリックス中に
酸素が取り込まれ耐熱性が低下する。また、同じく炭化
ケイ素複合材では不純物として焼成時にマトリックスに
窒素が入り、核融合炉内壁材料としては使用できなくな
ることがある。これらのことから、従来のセラミック複
合材の製造方法では不純物が導入され易く、これによっ
て特性の劣ったセラミック複合材となることが多い。
【０００６】以上のことから、炭化ケイ素や窒化ケイ素
をマトリックスとする有効な高耐熱、高強度、高純度の
セラミック複合材を作製する方法は確立されていないの
が現状である。そこで、本発明の課題は、高純度、高強
度、高耐熱性のセラミック複合材料の製造方法を提供す
ることにある。
をマトリックスとする有効な高耐熱、高強度、高純度の
セラミック複合材を作製する方法は確立されていないの
が現状である。そこで、本発明の課題は、高純度、高強
度、高耐熱性のセラミック複合材料の製造方法を提供す
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは炭化ケイ素
や窒化ケイ素をマトリックスとするセラミック複合材を
製造する場合に、ケイ素系高分子が強化繊維に十分含浸
し、その後放射線照射により不融化可能である点に着目
し、この方法を用いて複雑で大型の形状の高耐熱、高強
度、高純度のセラミック複合材成型体が製造可能である
ことを見出し、本発明を完成させた。
や窒化ケイ素をマトリックスとするセラミック複合材を
製造する場合に、ケイ素系高分子が強化繊維に十分含浸
し、その後放射線照射により不融化可能である点に着目
し、この方法を用いて複雑で大型の形状の高耐熱、高強
度、高純度のセラミック複合材成型体が製造可能である
ことを見出し、本発明を完成させた。
【０００８】本発明の放射線不融化によるセラミック複
合材料の製造方法は、以下の特徴を有するものである。
合材料の製造方法は、以下の特徴を有するものである。
【０００９】（１） 有機ケイ素系高分子であるポリカ
ルボシランを強化繊維である炭化ケイ素繊維織布または
炭化ケイ素短繊維に含浸させた後、成形体とし、これに
電離放射線を照射して不融化する。この放射線照射不融
化成形体を不活性ガス中で焼成してセラミック化して、
セラミック強化繊維／セラミックマトリックス複合体
（以下セラミック複合材）を作製する方法。
ルボシランを強化繊維である炭化ケイ素繊維織布または
炭化ケイ素短繊維に含浸させた後、成形体とし、これに
電離放射線を照射して不融化する。この放射線照射不融
化成形体を不活性ガス中で焼成してセラミック化して、
セラミック強化繊維／セラミックマトリックス複合体
（以下セラミック複合材）を作製する方法。
【００１０】（２） 有機ケイ素系高分子がポリカルボ
シラン、環状ポリシラザン及び／又はポリビニルシラン
である上記（１）記載のセラミック複合材を作製する方
法。
シラン、環状ポリシラザン及び／又はポリビニルシラン
である上記（１）記載のセラミック複合材を作製する方
法。
【００１１】（３） 有機ケイ素系高分子であるポリカ
ルボシラン、環状ポリシラザン、及び／又はポリビニル
シランに、炭化ケイ素結晶粉末や窒化ケイ素結晶粉末、
または、遷移金属と炭素、窒素、ほう素からなる高融点
化合物の粉末を加えたものを強化繊維や織布に含浸させ
る上記（１）記載のセラミック複合材を作製する方法。
遷移金属と炭素、窒素、ほう素からなる高融点化合物の
粉末として、例えば、炭化チタン（ＴｉＣ）：融点３１
４０℃、炭化タングステン（ＷＣ）：融点２８７０℃、
ほう化ジルコニウム（ＺｒＢ2）：融点３０００℃、ほ
う化モリブデン（ＭｏＢ2）：融点２１００℃、窒化チ
タン（ＴｉＮ）：融点２９５０℃、窒化ジルコニウム
（ＺｒＮ）：２９８０℃などがある。
ルボシラン、環状ポリシラザン、及び／又はポリビニル
シランに、炭化ケイ素結晶粉末や窒化ケイ素結晶粉末、
または、遷移金属と炭素、窒素、ほう素からなる高融点
化合物の粉末を加えたものを強化繊維や織布に含浸させ
る上記（１）記載のセラミック複合材を作製する方法。
遷移金属と炭素、窒素、ほう素からなる高融点化合物の
粉末として、例えば、炭化チタン（ＴｉＣ）：融点３１
４０℃、炭化タングステン（ＷＣ）：融点２８７０℃、
ほう化ジルコニウム（ＺｒＢ2）：融点３０００℃、ほ
う化モリブデン（ＭｏＢ2）：融点２１００℃、窒化チ
タン（ＴｉＮ）：融点２９５０℃、窒化ジルコニウム
（ＺｒＮ）：２９８０℃などがある。
【００１２】（４） 強化繊維が炭化ケイ素繊維、窒化
ケイ素繊維、アルミナ繊維、ジルコニア繊維である上記
（１）記載のセラミック複合材を作製する方法。
ケイ素繊維、アルミナ繊維、ジルコニア繊維である上記
（１）記載のセラミック複合材を作製する方法。
【００１３】（５） 強化繊維がポリカルボシラン、環
状ポリシラザン及び／又はポリビニルシランの繊維を放
射線不融化したものである上記（１）記載のセラミック
複合材を作製する方法。
状ポリシラザン及び／又はポリビニルシランの繊維を放
射線不融化したものである上記（１）記載のセラミック
複合材を作製する方法。
【００１４】（６） 電離放射線が電子線、ガンマ線、
高エネルギーＸ線である上記（１）記載のセラミック複
合材を作製する方法。
高エネルギーＸ線である上記（１）記載のセラミック複
合材を作製する方法。
【００１５】（７） 有機ケイ素高分子であるポリカル
ボシラン、環状ポリシラザン及び／又ポリビニルシラン
の放射線照射物が焼成時に融解しない状態まで、電離放
射線を照射する上記（１）記載のセラミック複合材を作
製する方法。
ボシラン、環状ポリシラザン及び／又ポリビニルシラン
の放射線照射物が焼成時に融解しない状態まで、電離放
射線を照射する上記（１）記載のセラミック複合材を作
製する方法。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１に、本発明の放射線不融化に
よるセラミック複合材料の製造工程の一例を示す。同図
に示すように、炭化ケイ素繊維などのセラミック繊維の
織布を数枚重ねたものにケイ素系高分子であるポリカル
ボシランをベンゼンやトルエンなどの有機溶媒に溶かし
た溶液を含浸させる。または、ポリカルボシランをベン
ゼンやトルエンなどに溶解したものに高融点の無機化合
物の粉末、例えば炭化ケイ素結晶粉末を分散させた溶液
を織布に含浸させる。含浸する前に、これらの溶液は超
音波処理や凍結−融解による脱気などにより、溶液中の
気体の除去、分散の均一化を行うとよい。溶液は織布に
塗布して含浸する。このときにも、超音波処理や凍結−
触解による脱気などを行うとよい。この後、真空ポンプ
により溶媒を除く。
よるセラミック複合材料の製造工程の一例を示す。同図
に示すように、炭化ケイ素繊維などのセラミック繊維の
織布を数枚重ねたものにケイ素系高分子であるポリカル
ボシランをベンゼンやトルエンなどの有機溶媒に溶かし
た溶液を含浸させる。または、ポリカルボシランをベン
ゼンやトルエンなどに溶解したものに高融点の無機化合
物の粉末、例えば炭化ケイ素結晶粉末を分散させた溶液
を織布に含浸させる。含浸する前に、これらの溶液は超
音波処理や凍結−融解による脱気などにより、溶液中の
気体の除去、分散の均一化を行うとよい。溶液は織布に
塗布して含浸する。このときにも、超音波処理や凍結−
触解による脱気などを行うとよい。この後、真空ポンプ
により溶媒を除く。
【００１７】強化繊維に対するポリカルボシランの割合
は５〜９５重量％が複合材として有効である。また、ポ
リカルボシランに無機系粉末を混合する場合には、無機
系粉末に対してポリカルポシランの割合は５重量％以上
がよい。この量以下では下記の加圧成型時に形を保つこ
とができない。この含浸されたものを不活性ガス（窒素
やアルゴンガス）中で約３００℃まで加熱し、プレスや
加圧状態で成型する。このとき減圧と加圧を繰り返し
て、溶媒などを除去する。
は５〜９５重量％が複合材として有効である。また、ポ
リカルボシランに無機系粉末を混合する場合には、無機
系粉末に対してポリカルポシランの割合は５重量％以上
がよい。この量以下では下記の加圧成型時に形を保つこ
とができない。この含浸されたものを不活性ガス（窒素
やアルゴンガス）中で約３００℃まで加熱し、プレスや
加圧状態で成型する。このとき減圧と加圧を繰り返し
て、溶媒などを除去する。
【００１８】図２に示すように成型体を照射容器に入れ
真空脱気して、酸素、窒素などを除去する。照射容器内
を熱伝導のよいヘリウムガス（または、アルゴンなどの
不活性ガス）に置換した後、ヘリウムガスの流通下で放
射線を照射する。放射線照射によってケイ素系ポリマー
は架橋反応を起こし、不融化する。これは主に成型体の
焼成によるセラミック化反応の際に、ポリカルボシラン
が溶け出さないようにすること、また、焼成時に成型体
の形状を保つようにするためである。
真空脱気して、酸素、窒素などを除去する。照射容器内
を熱伝導のよいヘリウムガス（または、アルゴンなどの
不活性ガス）に置換した後、ヘリウムガスの流通下で放
射線を照射する。放射線照射によってケイ素系ポリマー
は架橋反応を起こし、不融化する。これは主に成型体の
焼成によるセラミック化反応の際に、ポリカルボシラン
が溶け出さないようにすること、また、焼成時に成型体
の形状を保つようにするためである。
【００１９】放射線の照射量は用いるポリマーと焼成時
の温度や昇温速度に依存し、ポリカルボシランを用いた
成型体では５〜１０ＭＧｙである。放射線として電子線
を用いる場合には、電子線のエネルギーによって成型体
中の飛程が異なるので、成型体厚さを考慮して電子線の
エネルギーを決めるのがよい。この不融化によって成型
体を焼成する際に型枠などを必要とせず装置や製造工程
上大きな利点がある。また、単なる熱焼成では８回から
１０回程度の含浸と焼成を繰り返して複合材を作るが、
本発明の照射を用いる方法では１回から２回の含浸と照
射の繰り返しで高密度な複合材を作製できる。なお、ポ
リカルボシランを用いた場合には放射線により酸素を介
した架橋も起こるので、乾燥空気中での照射によっても
不融化を行うことができる。この場合は、作製された複
合材の耐熱性は低下する。
の温度や昇温速度に依存し、ポリカルボシランを用いた
成型体では５〜１０ＭＧｙである。放射線として電子線
を用いる場合には、電子線のエネルギーによって成型体
中の飛程が異なるので、成型体厚さを考慮して電子線の
エネルギーを決めるのがよい。この不融化によって成型
体を焼成する際に型枠などを必要とせず装置や製造工程
上大きな利点がある。また、単なる熱焼成では８回から
１０回程度の含浸と焼成を繰り返して複合材を作るが、
本発明の照射を用いる方法では１回から２回の含浸と照
射の繰り返しで高密度な複合材を作製できる。なお、ポ
リカルボシランを用いた場合には放射線により酸素を介
した架橋も起こるので、乾燥空気中での照射によっても
不融化を行うことができる。この場合は、作製された複
合材の耐熱性は低下する。
【００２０】照射後、約５００℃まで不活性ガス下で試
料を加熱し、照射により生成したラジカル（不対電子）
を消滅させる。不活性ガス中で放射線照射して不融化処
理を行い、空気中に取り出さずにラジカルの消滅理を行
うことで、炭化ケイ素複合材では、これらの工程で取り
込まれる酸素を低減できる。このため、単なる熱焼成だ
けの工程で作製された複合材は１３００℃が耐熱性の上
限であるが、本発明の方法では１６００℃から１７００
℃の高い耐熱性と高純度なセラミック複合材を作ること
ができる。この後、焼成炉で不活性ガス中で照射成型体
の焼成を行う。ポリカルボシランを用いた複合材では１
１００℃〜１３００℃まで焼成を続けてセラミック複合
材を得る。焼成時に成型体に加圧してもよい。
料を加熱し、照射により生成したラジカル（不対電子）
を消滅させる。不活性ガス中で放射線照射して不融化処
理を行い、空気中に取り出さずにラジカルの消滅理を行
うことで、炭化ケイ素複合材では、これらの工程で取り
込まれる酸素を低減できる。このため、単なる熱焼成だ
けの工程で作製された複合材は１３００℃が耐熱性の上
限であるが、本発明の方法では１６００℃から１７００
℃の高い耐熱性と高純度なセラミック複合材を作ること
ができる。この後、焼成炉で不活性ガス中で照射成型体
の焼成を行う。ポリカルボシランを用いた複合材では１
１００℃〜１３００℃まで焼成を続けてセラミック複合
材を得る。焼成時に成型体に加圧してもよい。
【００２１】
【実施例】以下，実施例を挙げて本発明を具体的に示
す。
す。
【００２２】
【実施例１】有機ケイ素高分子であるポリカルボシラン
（分子量、約３０００）２００ｇをベンゼンの溶煤３０
０ｍｌに溶かした溶液を、超音波により十分に脱泡す
る。強化繊維である炭化ケイ素繊維（日本カーボン
（株）製、ハイニカロン繊維）の織布１０ｃｍ×ｌ０ｃ
ｍを１０枚重ねたものをこの溶液に浸し、超音波洗浄や
減圧による脱気を行う。これを成型プレス機に入れ、温
度を約３００℃で窒素力ス中で１０ｋｇ／ｃｍ2の圧で
成型した。このとき、加圧と減圧を繰り返して溶媒を除
きながら行った。この加圧成型体の厚さは２ｍｍであっ
た。これを５０μｍ厚チタンの入射窓を持った電子線照
射容器に入れて脱気し、この後ヘリウムガスで照射容器
内を置換した。ヘリウムガスをごく少量流しながら、加
圧成型体に２ＭｅＶの電子線を０．５〜１．０ｍＡで１
２ＭＧｙ照射した。照射後、ヘリウムガス中で約５００
℃まで昇温して、照射によって生成したラジカルを消滅
させる。この後、照射成型体を焼成炉に入れてアルゴン
ガス中で１１００℃まで昇温して焼成し、セラミック複
合材とした。このとき強化繊維とセラミックマトリック
スの重量比はおおよそ１：２であった。
（分子量、約３０００）２００ｇをベンゼンの溶煤３０
０ｍｌに溶かした溶液を、超音波により十分に脱泡す
る。強化繊維である炭化ケイ素繊維（日本カーボン
（株）製、ハイニカロン繊維）の織布１０ｃｍ×ｌ０ｃ
ｍを１０枚重ねたものをこの溶液に浸し、超音波洗浄や
減圧による脱気を行う。これを成型プレス機に入れ、温
度を約３００℃で窒素力ス中で１０ｋｇ／ｃｍ2の圧で
成型した。このとき、加圧と減圧を繰り返して溶媒を除
きながら行った。この加圧成型体の厚さは２ｍｍであっ
た。これを５０μｍ厚チタンの入射窓を持った電子線照
射容器に入れて脱気し、この後ヘリウムガスで照射容器
内を置換した。ヘリウムガスをごく少量流しながら、加
圧成型体に２ＭｅＶの電子線を０．５〜１．０ｍＡで１
２ＭＧｙ照射した。照射後、ヘリウムガス中で約５００
℃まで昇温して、照射によって生成したラジカルを消滅
させる。この後、照射成型体を焼成炉に入れてアルゴン
ガス中で１１００℃まで昇温して焼成し、セラミック複
合材とした。このとき強化繊維とセラミックマトリック
スの重量比はおおよそ１：２であった。
【００２３】作製したセラミック複合材は室温で三点曲
げの強度が５００ＭＰａであった。
げの強度が５００ＭＰａであった。
【００２４】
【実施例２】有機ケイ素高分子であるポリカルボシラン
（分子量、約３０００）４０ｇと炭化ケイ素粉末（β−
ＳｉＣ結晶、平均粒径０．３μｍ）２００ｇをベンゼン
溶媒５００ｍｌに溶かした溶液を、超音波洗浄器等に入
れ十分に撹拌して脱泡する。強化繊維である炭化ケイ素
繊維（日本カーボン（株）製、ハイニカロン繊維）の織
布１０ｃｍ×ｌ０ｃｍを１０枚重ねたものをこの溶液に
浸し、超音波洗浄や凍結脱気を行う。これを成型プレス
機にいれ、温度を約３００℃で窒素ガス中で１０ｋｇ／
ｃｍ2の圧で成型した。このとき、加圧と減圧を繰り返
して溶媒を除きながら行った。この加圧成型体の厚さは
２ｍｍであった。
（分子量、約３０００）４０ｇと炭化ケイ素粉末（β−
ＳｉＣ結晶、平均粒径０．３μｍ）２００ｇをベンゼン
溶媒５００ｍｌに溶かした溶液を、超音波洗浄器等に入
れ十分に撹拌して脱泡する。強化繊維である炭化ケイ素
繊維（日本カーボン（株）製、ハイニカロン繊維）の織
布１０ｃｍ×ｌ０ｃｍを１０枚重ねたものをこの溶液に
浸し、超音波洗浄や凍結脱気を行う。これを成型プレス
機にいれ、温度を約３００℃で窒素ガス中で１０ｋｇ／
ｃｍ2の圧で成型した。このとき、加圧と減圧を繰り返
して溶媒を除きながら行った。この加圧成型体の厚さは
２ｍｍであった。
【００２５】これを５０μｍ厚チタンの入射窓を持った
電子線照射容器に入れて脱気し、この後ヘリウムガスで
照射容器内を置換した。ヘリウムガスをごく少量流しな
がら、加圧成型体に２ＭｅＶの電子線を０．５〜１．０
ｍＡで１２ＭＧｙ照射した。照射後、ヘリウムガス中で
約５００℃まで昇温して、照射によって生成したラジカ
ルを消滅させる。この後、照射成型体を焼成炉に入れて
アルゴンガス中で１１００℃まで昇温して焼成し、セラ
ミック複合材とした。このとき強化繊維とセラミックマ
トリックスの重量比はおおよそ１：２であった。
電子線照射容器に入れて脱気し、この後ヘリウムガスで
照射容器内を置換した。ヘリウムガスをごく少量流しな
がら、加圧成型体に２ＭｅＶの電子線を０．５〜１．０
ｍＡで１２ＭＧｙ照射した。照射後、ヘリウムガス中で
約５００℃まで昇温して、照射によって生成したラジカ
ルを消滅させる。この後、照射成型体を焼成炉に入れて
アルゴンガス中で１１００℃まで昇温して焼成し、セラ
ミック複合材とした。このとき強化繊維とセラミックマ
トリックスの重量比はおおよそ１：２であった。
【００２６】作製したセラミック複合材は室温で三点曲
げの強度が６００Ｍｐａであった。
げの強度が６００Ｍｐａであった。
【００２７】
【発明の効果】本発明の方法により、有機ケイ素高分子
によって、また、有機ケイ素高分子に高融点のセラミッ
ク粉末を加えたものを強化繊維に含浸させ、放射線を照
射して不融化することによって、焼成時のマトリックス
の体積収縮及び質量減少を抑制し、繰り返し含浸を行わ
なくても高密度で高強度のセラミック複合材料が作製で
きる。放射線でポリカルボシランが不融化してあるた
め、焼成時に型枠などを必要とせず装置や工程が短縮で
き、また、複雑な形状や大型形状のセラミック複合材を
作製できる。さらに、含浸・照射・焼成をすべて不活性
ガス中で行うことによって、高純度のセラミック複合材
を作製することができ、例えば、本発明の方法で炭化ケ
イ素繊維／ポリカルボシラン系に用いると耐熱性１７０
０℃まで熱分解しないセラミック複合材料が得られる。
によって、また、有機ケイ素高分子に高融点のセラミッ
ク粉末を加えたものを強化繊維に含浸させ、放射線を照
射して不融化することによって、焼成時のマトリックス
の体積収縮及び質量減少を抑制し、繰り返し含浸を行わ
なくても高密度で高強度のセラミック複合材料が作製で
きる。放射線でポリカルボシランが不融化してあるた
め、焼成時に型枠などを必要とせず装置や工程が短縮で
き、また、複雑な形状や大型形状のセラミック複合材を
作製できる。さらに、含浸・照射・焼成をすべて不活性
ガス中で行うことによって、高純度のセラミック複合材
を作製することができ、例えば、本発明の方法で炭化ケ
イ素繊維／ポリカルボシラン系に用いると耐熱性１７０
０℃まで熱分解しないセラミック複合材料が得られる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のセラミック複合材の製造工程の一例
を示す模式図である。ａ）は強化繊維と有機ケイ素高分
子のみで複合材を製造する場合である。ｂ）は強化繊維
と有機ケイ素高分子、無機化合物粉末で複合材を製造す
る場合である。
を示す模式図である。ａ）は強化繊維と有機ケイ素高分
子のみで複合材を製造する場合である。ｂ）は強化繊維
と有機ケイ素高分子、無機化合物粉末で複合材を製造す
る場合である。
【図２】 本発明における電子加速器からの電子線で加
圧成型体を不融化する工程及び装置の模式図である。
圧成型体を不融化する工程及び装置の模式図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡村 清人 大阪府大阪市阿倍野区旭町２丁目２−４− 1404
Claims (7)
- 【請求項１】 有機ケイ素高分子であるポリカルボシラ
ンを強化繊維である炭化ケイ素繊維織布または炭化ケイ
素短繊維に含浸させた後、成形体とし、これに電離放射
線を照射して不融化し、この放射線照射不融化成形体を
不活性ガス中で焼成してセラミック化して、セラミック
強化繊維／セラミックマトリックス複合体（以下セラミ
ック複合材）を作製する方法。 - 【請求項２】 有機ケイ素高分子がポリカルボシラン、
環状のポリシラザン及び／又はポリビニルシランである
請求項１記載のセラミック複合材を作製する方法。 - 【請求項３】 有機ケイ素高分子であるポリカルボシラ
ン、環状ポリシラザン、及び／又はポリビニルシランに
炭化ケイ素結晶粉末、窒化ケイ素結晶粉末、または遷移
金属と炭素、窒素、ほう素からなる高融点化合物の粉末
を加えたものを強化繊維織布や短繊維に含浸させる請求
項１記載のセラミック複合材を作製する方法。 - 【請求項４】 強化繊維が炭化ケイ素繊維、窒化ケイ素
繊維、アルミナ繊維、またはジルコニア繊維である請求
項１記載のセラミック複合材を作製する方法。 - 【請求項５】 強化繊維がポリカルボシラン、環状ポリ
シラザン及び／又はポリビニルシランの繊維を放射線不
融化した繊維である請求項１記載のセラミック複合材を
作製する方法。 - 【請求項６】 電離放射線が電子線、ガンマ線、または
高エネルギーＸ線である請求項１記載のセラミック複合
材を作製する方法。 - 【請求項７】 有機ケイ素高分子であるポリカルボシラ
ン、環状ポリシラザン及び／又はポリビニルシランの放
射線照射物が焼成時に融解しない状態まで、電離放射線
を照射する請求項１記載のセラミック複合材を作製する
方法。
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|---|---|---|---|
| JP9294316A JPH11130552A (ja) | 1997-10-27 | 1997-10-27 | 放射線不融化によるセラミック複合材料の製造方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP9294316A JPH11130552A (ja) | 1997-10-27 | 1997-10-27 | 放射線不融化によるセラミック複合材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11130552A true JPH11130552A (ja) | 1999-05-18 |
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ID=17806123
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9294316A Pending JPH11130552A (ja) | 1997-10-27 | 1997-10-27 | 放射線不融化によるセラミック複合材料の製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JPH11130552A (ja) |
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