JPS62123068A - 繊維強化複合セラミツクス - Google Patents
繊維強化複合セラミツクスInfo
- Publication number
- JPS62123068A JPS62123068A JP60259778A JP25977885A JPS62123068A JP S62123068 A JPS62123068 A JP S62123068A JP 60259778 A JP60259778 A JP 60259778A JP 25977885 A JP25977885 A JP 25977885A JP S62123068 A JPS62123068 A JP S62123068A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fiber
- sic
- fibers
- reinforced composite
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、ガスタービンブレードや各種エンジン部品等
の高温構造材料として用いるのに適した高強度、高じん
性セラミックス焼結体に関する。
の高温構造材料として用いるのに適した高強度、高じん
性セラミックス焼結体に関する。
ガスタービンブレード等、高温及び悪環境にさらされる
部品には従来、耐熱合金が用いられてきた。しかし、近
年高性能化のために、より高温使用が望まれており、耐
熱合金は使用限界に達しつつある。そこでこれらの耐熱
合金に代る材料として、耐熱、耐酸化性及び熱衝撃抵抗
の大きい炭化ケイ素、窒化ケイ素及びサイアロン（５ｉ
６−ｚＡｔｚｏｚＮ、、−ｚ ： Ｏ（ｚ （４）が
高温構造材料として注目されている。しかしこれらの材
料は周知のごとく、もろいという大きな欠点をもってお
り、現在まで本格的実用化に至っていない。
部品には従来、耐熱合金が用いられてきた。しかし、近
年高性能化のために、より高温使用が望まれており、耐
熱合金は使用限界に達しつつある。そこでこれらの耐熱
合金に代る材料として、耐熱、耐酸化性及び熱衝撃抵抗
の大きい炭化ケイ素、窒化ケイ素及びサイアロン（５ｉ
６−ｚＡｔｚｏｚＮ、、−ｚ ： Ｏ（ｚ （４）が
高温構造材料として注目されている。しかしこれらの材
料は周知のごとく、もろいという大きな欠点をもってお
り、現在まで本格的実用化に至っていない。
セラミックスを他の物質と複合化して強じん化する方法
としては、（１）金属及び金属の炭化物、窒化物又はケ
イ化物等の粒子を分散する方法、（２）ウィスカ、ファ
イバ分散による方法等が考えられる。しかしながら、上
記いずれの方法においても、金属及び金属の炭化物、窒
化物又はケイ化物等を複合化した場合、室温におけるじ
ん性は改良されるが、金属相を含むため高温における耐
酸化性に問題があり、高温使用時の部品寿命が短く実用
的でない。そのため高温においても優れた耐酸化性、強
度を維持することのできるセラミックスの粒子、ウィス
カ及び繊維等を分散させた複合セラミックスの研究が活
発に行われている。特に、ウィスカ及び繊維が有望視さ
れている。すなわちセラミックスに割れが生じた時、そ
の進行を吸収する力が粒子分散の場合に比較して大きい
と考えられるためである。
としては、（１）金属及び金属の炭化物、窒化物又はケ
イ化物等の粒子を分散する方法、（２）ウィスカ、ファ
イバ分散による方法等が考えられる。しかしながら、上
記いずれの方法においても、金属及び金属の炭化物、窒
化物又はケイ化物等を複合化した場合、室温におけるじ
ん性は改良されるが、金属相を含むため高温における耐
酸化性に問題があり、高温使用時の部品寿命が短く実用
的でない。そのため高温においても優れた耐酸化性、強
度を維持することのできるセラミックスの粒子、ウィス
カ及び繊維等を分散させた複合セラミックスの研究が活
発に行われている。特に、ウィスカ及び繊維が有望視さ
れている。すなわちセラミックスに割れが生じた時、そ
の進行を吸収する力が粒子分散の場合に比較して大きい
と考えられるためである。
ウィスカを利用した例と１〜ては特開昭５９−５４６８
０号がある。この場合Ｓｉ３Ｎ４中にＳｉＣウィスカを
複合化Ｉ７高温まで強度劣化の少ないセラミックスが得
られている。しかしウィスカのみでセラミックスのじん
性を大幅に向上させるのは不可能である。その主な原因
としては２５体１１１％以上含有するとウィスカの分散
が著しく不均一となり、密度が低下Ｉ７て正常な焼結体
が得られない。また一般に入手できるＳｉＣウィスカの
直径がＱ、５〜１．０μｍと非常に細く、マトリックス
粒径とほとんど変らないこと、及びウィスカがマトリッ
クスと密着していることの理由で、割れの進行を吸収す
る力が弱いためである。一方、繊維については金属−金
属繊維、金属−セラミック繊維の組合せによるＦＲＭが
一部実用化されている。しかし、セラミックス−セラミ
ック繊維のＦＲＣについては種々論議されているが、い
まだ実用化に至っていない。
０号がある。この場合Ｓｉ３Ｎ４中にＳｉＣウィスカを
複合化Ｉ７高温まで強度劣化の少ないセラミックスが得
られている。しかしウィスカのみでセラミックスのじん
性を大幅に向上させるのは不可能である。その主な原因
としては２５体１１１％以上含有するとウィスカの分散
が著しく不均一となり、密度が低下Ｉ７て正常な焼結体
が得られない。また一般に入手できるＳｉＣウィスカの
直径がＱ、５〜１．０μｍと非常に細く、マトリックス
粒径とほとんど変らないこと、及びウィスカがマトリッ
クスと密着していることの理由で、割れの進行を吸収す
る力が弱いためである。一方、繊維については金属−金
属繊維、金属−セラミック繊維の組合せによるＦＲＭが
一部実用化されている。しかし、セラミックス−セラミ
ック繊維のＦＲＣについては種々論議されているが、い
まだ実用化に至っていない。
本発明の目的は、窒化ケイ素及びサイアロンのじん性を
著しく改善し、高温まで高強度でじん性の優れた窒化ケ
イ素焼結体又はサイアロン焼結体を提供することにある
。
著しく改善し、高温まで高強度でじん性の優れた窒化ケ
イ素焼結体又はサイアロン焼結体を提供することにある
。
本発明を概説すれば、本発明は繊維強化複合セラミック
スに関する発明であって、高密度の窒化ケイ素又はサイ
アロンの焼結体を母相とし、それに複合化したファイバ
が、その表面にＳｉＣを含有した炭素か゛らなる厚さ０
．１〜５μｍの層を設けた直径の１０倍以上の長さを有
するＳｉＣ又はＳ ｉ３ Ｎ４のファイバであることを
特徴とする。
スに関する発明であって、高密度の窒化ケイ素又はサイ
アロンの焼結体を母相とし、それに複合化したファイバ
が、その表面にＳｉＣを含有した炭素か゛らなる厚さ０
．１〜５μｍの層を設けた直径の１０倍以上の長さを有
するＳｉＣ又はＳ ｉ３ Ｎ４のファイバであることを
特徴とする。
ファイバによりセラミックスのしん性を大幅に改善する
ためには、セラミックスとファイバ界面の適合性が問題
になる。ファイバの弾性率、破断応力が大きくても、セ
ラミックスと複合化した場合その効果を発揮するとは限
らない。すナワチセラミックスとファイバの焼結時にお
ける反応性また熱１膨張係数等によりその効果は大きく
異なる。母相セラミックスと焼結時に互いに反応する物
質のファイバを複合化してもファイバの効果を発揮しな
いばかりか、反対にセラミックス自身の性質を劣化させ
てしまう。ファイバによるセラミックスの強じん化は配
列されたファイバが、セラミックスより適度な力で引抜
けることにより達せられる。しかし、ファイバの表面層
又は全部がセラミックスと反応し一体となると、この引
抜けの効果が働かず、じん性の向上にはつながらない。
ためには、セラミックスとファイバ界面の適合性が問題
になる。ファイバの弾性率、破断応力が大きくても、セ
ラミックスと複合化した場合その効果を発揮するとは限
らない。すナワチセラミックスとファイバの焼結時にお
ける反応性また熱１膨張係数等によりその効果は大きく
異なる。母相セラミックスと焼結時に互いに反応する物
質のファイバを複合化してもファイバの効果を発揮しな
いばかりか、反対にセラミックス自身の性質を劣化させ
てしまう。ファイバによるセラミックスの強じん化は配
列されたファイバが、セラミックスより適度な力で引抜
けることにより達せられる。しかし、ファイバの表面層
又は全部がセラミックスと反応し一体となると、この引
抜けの効果が働かず、じん性の向上にはつながらない。
一方反応しない物質でも熱膨＠係数が大幅に異なる場合
は、セラミックスあるいはファイバに割れが発生して健
全な焼結体が得られない。まだ割れが発生しなくても焼
結体の歪みが大きかったり、セラミックスとファイバの
間に隙間が生じて引抜ける力が極めて弱いため、じん性
の向上にはつながらない。
は、セラミックスあるいはファイバに割れが発生して健
全な焼結体が得られない。まだ割れが発生しなくても焼
結体の歪みが大きかったり、セラミックスとファイバの
間に隙間が生じて引抜ける力が極めて弱いため、じん性
の向上にはつながらない。
本発明によれば、この引抜ける力は０．１ 〜１５に！
９／ｗｌＩ２の範囲にあるときに、じん性は太きく向上
することがわかった。破壊しん性値ＫＩＣが１０ ＭＮ
／ｍ” 以上の値を示すものは、すべてこの範囲であ
った。
９／ｗｌＩ２の範囲にあるときに、じん性は太きく向上
することがわかった。破壊しん性値ＫＩＣが１０ ＭＮ
／ｍ” 以上の値を示すものは、すべてこの範囲であ
った。
本発明者らは上記のことを考慮して、ファイバによるセ
ラミックスの強じん化について検討した。前記したよう
に高温構造材料としてはＳｉＣ、Ｓ ｉ３Ｎ４及びサイ
アロンが高温におけるｉ＋ｍ熱性、耐熱前撃性、耐食性
が優れているため有望である。これらのうちでも高温ま
で強度劣下の少ないＳｉＣは高温材料として特に有望で
ある。
ラミックスの強じん化について検討した。前記したよう
に高温構造材料としてはＳｉＣ、Ｓ ｉ３Ｎ４及びサイ
アロンが高温におけるｉ＋ｍ熱性、耐熱前撃性、耐食性
が優れているため有望である。これらのうちでも高温ま
で強度劣下の少ないＳｉＣは高温材料として特に有望で
ある。
し７かしＳｉＣの焼結温度が２０００℃以上と非常に高
温でなければ焼結体が作製できない。故に強じん化のた
めに複合化するファイバの耐熱性が問題となる。すなわ
ちＳｉＣの焼結温度まで反応もなく耐える物質が現在の
ところ見当らないだめである。そのため母相セラミック
スとして１５００〜１８００℃で焼結可能な窒化ケイ素
又はサイアロンを選び、ファイバによって強じん化する
ことを試みた。
温でなければ焼結体が作製できない。故に強じん化のた
めに複合化するファイバの耐熱性が問題となる。すなわ
ちＳｉＣの焼結温度まで反応もなく耐える物質が現在の
ところ見当らないだめである。そのため母相セラミック
スとして１５００〜１８００℃で焼結可能な窒化ケイ素
又はサイアロンを選び、ファイバによって強じん化する
ことを試みた。
本発明者等は先に母相セラミックスにＳ ｉ３Ｎ４又は
サイアロンに炭素膜を設けたＳｉＣファイバ複合焼結体
を提案した。その骨子はＳｉＣファイバの表面に薄いＣ
膜を設けて引抜けが容易に生じるように配慮したことで
ある。この焼結体の破壊しん性［ＫＩＣは１２ ＭＮ／
ｍ”ＣＪヒであり、優れたしん性値を示した。本発明は
先の発明より以上に優れた特性をもつものである。すな
わち先の発明はＳｉＣファイバの表面に炭素膜を設けて
あや、低温度での使用には十分長時間耐え得ることがで
きる。しかし空気中高温度で長時間使用すると、この焼
結体の表面に露出１−７でいるファイバ表面の炭素膜が
燃焼して引抜けの効果がなくなる。そこでこの問題を検
討した結果本発明に至った。
サイアロンに炭素膜を設けたＳｉＣファイバ複合焼結体
を提案した。その骨子はＳｉＣファイバの表面に薄いＣ
膜を設けて引抜けが容易に生じるように配慮したことで
ある。この焼結体の破壊しん性［ＫＩＣは１２ ＭＮ／
ｍ”ＣＪヒであり、優れたしん性値を示した。本発明は
先の発明より以上に優れた特性をもつものである。すな
わち先の発明はＳｉＣファイバの表面に炭素膜を設けて
あや、低温度での使用には十分長時間耐え得ることがで
きる。しかし空気中高温度で長時間使用すると、この焼
結体の表面に露出１−７でいるファイバ表面の炭素膜が
燃焼して引抜けの効果がなくなる。そこでこの問題を検
討した結果本発明に至った。
すなわち、ファイバ表面にＳｔＣを含んだ炭素の膜を設
けることにより、空気中高温度でも十分に耐える複合焼
結体を得ることができた。この膜の成分はＳｉＣを１０
〜５０モ／Ｌ’％含有した場合において優れた特性を示
す。すなわち５０モ／Ｌ／チ超では、焼結時に腰とマト
リックスである窒化ケイ素やサイアロンとが反応して引
抜けの効果がなく、１０モルチ未満では炭素が多くなり
す六゛高温で長時間使用に耐えられない。また膿の厚さ
は０．１〜５μｍが良い結果が得られる。膜が薄すぎる
とその効果がなく、厚すぎると繊維強化の効果が失われ
る。
けることにより、空気中高温度でも十分に耐える複合焼
結体を得ることができた。この膜の成分はＳｉＣを１０
〜５０モ／Ｌ’％含有した場合において優れた特性を示
す。すなわち５０モ／Ｌ／チ超では、焼結時に腰とマト
リックスである窒化ケイ素やサイアロンとが反応して引
抜けの効果がなく、１０モルチ未満では炭素が多くなり
す六゛高温で長時間使用に耐えられない。また膿の厚さ
は０．１〜５μｍが良い結果が得られる。膜が薄すぎる
とその効果がなく、厚すぎると繊維強化の効果が失われ
る。
なお、膜中の５ｉＣ（ｉの分析は、例えばマイクロオー
ジェ法により、膜のＣのピークと８１ のピークとの比
を６１１］定すること忙より容易に測定できる。１つの
分析例ではＳｉ０１００ ％の膜のＣと８１ とのピ
ーク比（Ｃ／Ｓｉ ）が０．４１６であゆ、ＣとＳｉＣ
の混合膜のピーク比（Ｃ／Ｓｉ ）がｔ ９２５であっ
た。これは、ＳｉＣのモ）Ｖ ％に換算すると混合膜中
にＳｉＣが約２２モ／ｌ／％存在することに相当する。
ジェ法により、膜のＣのピークと８１ のピークとの比
を６１１］定すること忙より容易に測定できる。１つの
分析例ではＳｉ０１００ ％の膜のＣと８１ とのピ
ーク比（Ｃ／Ｓｉ ）が０．４１６であゆ、ＣとＳｉＣ
の混合膜のピーク比（Ｃ／Ｓｉ ）がｔ ９２５であっ
た。これは、ＳｉＣのモ）Ｖ ％に換算すると混合膜中
にＳｉＣが約２２モ／ｌ／％存在することに相当する。
用いるファイバとしては、直径が０．１〜２０μｍ程度
のＳｉＣやＳｉ３Ｎ４のウィスカや、ｃ繊、進上へＣＶ
ＤされたＳｉＣ層から成るファイバを用いることができ
る。後者のファイバとしては直径１００〜１４０μｍの
ものが市販されている。
のＳｉＣやＳｉ３Ｎ４のウィスカや、ｃ繊、進上へＣＶ
ＤされたＳｉＣ層から成るファイバを用いることができ
る。後者のファイバとしては直径１００〜１４０μｍの
ものが市販されている。
ファイバの直径は表面膜を含めて窒化ケイ素及びサイア
ロンの粒径の５倍以上であることが望ましい。この程度
の直径であるとファイバが十分な機械的強度を持ち、引
抜けの際に折れる恐れが少なく、じん性向上に大きな効
果を持つ。
ロンの粒径の５倍以上であることが望ましい。この程度
の直径であるとファイバが十分な機械的強度を持ち、引
抜けの際に折れる恐れが少なく、じん性向上に大きな効
果を持つ。
また、直径が大きすぎると熱膨張差によってファイバと
母材の界面にキレツが゛入りやすく好ましくない。具体
的には１０〜２００μｍの範囲が特に良い。
母材の界面にキレツが゛入りやすく好ましくない。具体
的には１０〜２００μｍの範囲が特に良い。
またファイバが十分な引抜は効果を示すためには、その
長さは直径の１０倍以上であることが必要である。
長さは直径の１０倍以上であることが必要である。
また、ファイバ添加量は１次元、２次元、５次元にファ
イバが並んで配列した場合においては１５〜４０体槓チ
の範囲において優れた特性を示す。またランダム配列の
場合は２０〜５０体積チが良く、ファイバが少なす権る
とじん性の改善に効果がな（、多すぎるとじん性や強度
の低下を招く。
イバが並んで配列した場合においては１５〜４０体槓チ
の範囲において優れた特性を示す。またランダム配列の
場合は２０〜５０体積チが良く、ファイバが少なす権る
とじん性の改善に効果がな（、多すぎるとじん性や強度
の低下を招く。
本発明で使用する母相の窒化ケイ素又はサイアロンの密
度は９０チ以、上であるのが好ましく、９５チ以上が更
に好ましい。
度は９０チ以、上であるのが好ましく、９５チ以上が更
に好ましい。
以下、本発明を実施例によシ史に具体的に説明するが、
本発明はこれら実施例に限定されない。
本発明はこれら実施例に限定されない。
実施例１
Ｓｉ３Ｎ４（平均粒径２μｍｒＬ）粉末と焼結助剤粉末
とを所定量秤址し、らいかい機にて十分に混合ｔ７た。
とを所定量秤址し、らいかい機にて十分に混合ｔ７た。
焼結助剤は周知のものが種々あるが、検討した結果Ａｔ
２０３及びＹ２Ｏ３がα１〜２０体積−の範囲が適量で
あり、この時に特に高温強度の大きいセラミックスが得
られることを確認した。本実施例ではＡｔ、０３（平均
粒径０．５〜１．０μｍ）２体積チ、Ｙ、Ｏｓ （平
均粒径２〜５μｍ）３体積チ一定としたが、上記の添加
範囲では同様な結果が得られることを確認した。この混
合粉末に５チポリビニｐアルコ−Ｉし水溶液を適量ｒＡ
７Ｊｌしたのち、１６メツシユのふるいにて整粒した
。
２０３及びＹ２Ｏ３がα１〜２０体積−の範囲が適量で
あり、この時に特に高温強度の大きいセラミックスが得
られることを確認した。本実施例ではＡｔ、０３（平均
粒径０．５〜１．０μｍ）２体積チ、Ｙ、Ｏｓ （平
均粒径２〜５μｍ）３体積チ一定としたが、上記の添加
範囲では同様な結果が得られることを確認した。この混
合粉末に５チポリビニｐアルコ−Ｉし水溶液を適量ｒＡ
７Ｊｌしたのち、１６メツシユのふるいにて整粒した
。
一方Ｓｉ、Ｃファイバはまず３５μｍのＣｍｍ上上Ｓ］
ＣをＣＶＤＬ、た直９’３１４ｏμｍ、長さ約６０簡の
ものを用いた。このＳｉＣファ・ｒバを有機高分子ケイ
素化合物であるポリカルボシランとフェノ−）ｖ樹脂を
適量溶か１〜た溶ｉ？ｌＪ ｋこ浸しプこ。
ＣをＣＶＤＬ、た直９’３１４ｏμｍ、長さ約６０簡の
ものを用いた。このＳｉＣファ・ｒバを有機高分子ケイ
素化合物であるポリカルボシランとフェノ−）ｖ樹脂を
適量溶か１〜た溶ｉ？ｌＪ ｋこ浸しプこ。
これを真空中で熱処理を施して表面に＋３ｉ１述のマイ
クロオージェ法でγ則定してＣ中に２２モルチのＳｉＣ
を含む膜を設けたのちＳｉ３Ｎ、と複合化した。ファイ
バは長繊維を一方向配列で２０体槓チを複合化して、厚
さ６ ｍ 、直径６０螺のグリーンボディを作製した。
クロオージェ法でγ則定してＣ中に２２モルチのＳｉＣ
を含む膜を設けたのちＳｉ３Ｎ、と複合化した。ファイ
バは長繊維を一方向配列で２０体槓チを複合化して、厚
さ６ ｍ 、直径６０螺のグリーンボディを作製した。
こｎ１ｒ：周知の黒鉛ダイスを用いたホットプレスにセ
ットして窒素ガス中３００ ｋｇ／ｃｍ’ ノ加圧下で
最高加熱１ｍ度１８００℃で焼結した。同じ方法でファ
イバ表面に膜を設けないＳｉＣファイバを５１ｇＮ４中
に複合化した焼結体も作製した。これらの焼結体をファ
イバと平行に切断して、５ｍ幅Ｘ ４ ｍ厚さ×３６閣
長さの試験片を採取した。これを研磨したのち中心部に
福０．１ｍ、深さａ５ｍの切込みをファイバと直角に入
れて５ＥＮＢ［シングル エツジ ノツチド ビーム（
Ｓｉｎｇｌｅ Ｅｄｇｅ ＮｏｔｃｈｅｄＢｅａｍ）１
法の試験片を作製し、破壊しん注性ＫＩＣを求めた。ｆ
Ｉｒ！１図にＫＩＣ（ＭＮ／７ＦＬ’ 、縦軸）を比較
したグラフを示す。第１図に示したようにＣとＳｉＣの
混合膜をコーティングしたＳｔＣファイバを用いた場合
は膜がないＳｉＣフアイバに比較して優れたじん性（１
１１を示した。
ットして窒素ガス中３００ ｋｇ／ｃｍ’ ノ加圧下で
最高加熱１ｍ度１８００℃で焼結した。同じ方法でファ
イバ表面に膜を設けないＳｉＣファイバを５１ｇＮ４中
に複合化した焼結体も作製した。これらの焼結体をファ
イバと平行に切断して、５ｍ幅Ｘ ４ ｍ厚さ×３６閣
長さの試験片を採取した。これを研磨したのち中心部に
福０．１ｍ、深さａ５ｍの切込みをファイバと直角に入
れて５ＥＮＢ［シングル エツジ ノツチド ビーム（
Ｓｉｎｇｌｅ Ｅｄｇｅ ＮｏｔｃｈｅｄＢｅａｍ）１
法の試験片を作製し、破壊しん注性ＫＩＣを求めた。ｆ
Ｉｒ！１図にＫＩＣ（ＭＮ／７ＦＬ’ 、縦軸）を比較
したグラフを示す。第１図に示したようにＣとＳｉＣの
混合膜をコーティングしたＳｔＣファイバを用いた場合
は膜がないＳｉＣフアイバに比較して優れたじん性（１
１１を示した。
第２図にファイバ添加量の効果を示す。すなわち、第２
図はＳｉＣファイバ添加量（体積チ、横軸）とＫｒｃ
（ＭＮ／ｍ）、縦軸）との関係を示すグラフである。第
２図に示したように、１５〜４０体積チのどきに著しい
効果が認められた。
図はＳｉＣファイバ添加量（体積チ、横軸）とＫｒｃ
（ＭＮ／ｍ）、縦軸）との関係を示すグラフである。第
２図に示したように、１５〜４０体積チのどきに著しい
効果が認められた。
また同様に５．１０．５０．２００及び３００μｍ径の
ファイバについても行った。その結果、３００μｍファ
イバでは太すぎるために効果がなかった。一方、１０〜
２００μｍの時は第１図及び第２図と同様な効果が認め
られた。また、５ μｍ （Ｄ時）ＫＩＣは１０ ＭＮ
／ｍｔであった０第３図及び第４図は膜組成及び膜厚を
変化させた場合のＫＩＣ測定結果である。膜組成はポリ
カルボシランとフェノ−／ｌ／樹１１ｈの混合比を変え
て制御した。すなわち第３図はＳｉＣ（モル比、横軸）
とＫＩＣ（ＭＮ／ｍ２、縦１ｉ１１１１ ）との関係を
示すグラフであり、第、４図は膜厚（μｍ、横軸）とＫ
ｘｃ （ＭＮ／ｍ２、縦軸）との関係を示すグラフであ
る。第５図は膜ノ４が１．０μｍの場合であり、また、
第４図はＳｉＣ２０、Ｃ８０（モル比）の場合である。
ファイバについても行った。その結果、３００μｍファ
イバでは太すぎるために効果がなかった。一方、１０〜
２００μｍの時は第１図及び第２図と同様な効果が認め
られた。また、５ μｍ （Ｄ時）ＫＩＣは１０ ＭＮ
／ｍｔであった０第３図及び第４図は膜組成及び膜厚を
変化させた場合のＫＩＣ測定結果である。膜組成はポリ
カルボシランとフェノ−／ｌ／樹１１ｈの混合比を変え
て制御した。すなわち第３図はＳｉＣ（モル比、横軸）
とＫＩＣ（ＭＮ／ｍ２、縦１ｉ１１１１ ）との関係を
示すグラフであり、第、４図は膜厚（μｍ、横軸）とＫ
ｘｃ （ＭＮ／ｍ２、縦軸）との関係を示すグラフであ
る。第５図は膜ノ４が１．０μｍの場合であり、また、
第４図はＳｉＣ２０、Ｃ８０（モル比）の場合である。
この結果、膜厚は０．１〜５μｍ、膜組成はＳｉＣ含有
吋が５０モルチ以下でじん性改善が著しい。
吋が５０モルチ以下でじん性改善が著しい。
実施例２
実施例１と同様にＳｉＣファイバ表面にＳｉＣを２０モ
ルチ含むＣの膜を１μｍコーティングしたものを、−軸
配向したグリーンボディを作製Ｉ７た。これの焼結条件
を変化させて督度の異ったＳｉ３Ｎ４− ＳｉＣファイ
バ複合焼結体を作製し、実施例１と同じ方法で、破壊し
ん注性ＫＩＣを求めた。第５図はその結果を示している
。すなわち、第５図は相対密度（％、横軸）とＫＩＣ（
ＭＮ／ｍ２、縦軸）の関係を示すグラフである。ｔｏ対
留度が９５チ以上を示す焼結体のしん性改善は著しいが
、それ未満の相対密度では効果が少ない。すなわちファ
イバによυじん性を増加させるためには、複合焼結体の
密度は９５％以上であるのが好適である。なお第５図で
相対密度１００チの試料の曲げ強度は室温〜１１００℃
の範囲で８０ ｋｇ／ｍ２以上であった。
ルチ含むＣの膜を１μｍコーティングしたものを、−軸
配向したグリーンボディを作製Ｉ７た。これの焼結条件
を変化させて督度の異ったＳｉ３Ｎ４− ＳｉＣファイ
バ複合焼結体を作製し、実施例１と同じ方法で、破壊し
ん注性ＫＩＣを求めた。第５図はその結果を示している
。すなわち、第５図は相対密度（％、横軸）とＫＩＣ（
ＭＮ／ｍ２、縦軸）の関係を示すグラフである。ｔｏ対
留度が９５チ以上を示す焼結体のしん性改善は著しいが
、それ未満の相対密度では効果が少ない。すなわちファ
イバによυじん性を増加させるためには、複合焼結体の
密度は９５％以上であるのが好適である。なお第５図で
相対密度１００チの試料の曲げ強度は室温〜１１００℃
の範囲で８０ ｋｇ／ｍ２以上であった。
実施例３
本発明の特徴である耐熱性について調査した。
実施例１と同様にＳｉＣを２２モ／Ｉ／チ含むＣ膜をコ
ーティングた１４０μｍ ＳｉＣファイバヲ用いて、一
方向配列した５ｉ３Ｎ４− ＳｉＣファイバ複合焼結体
を作製した。これからＳ ＥＮＢ法の試験片を採取して
、空気中１０００℃において最高２５００時間放置した
。その後ＫＩＣを測定した結果、酸化試験前とほぼ同等
の値が得られ耐熱性に陽れていることがわかった。結果
を第６図に示す。すなわち第６図は時間（時、横軸）と
にＩＣ（ＭＮ／ｒｒＬ７、縦軸）の関係を示すグラフで
ある。Ｃ膜中のＳｉＣのモ／Ｉ／証が１０〜５０モルチ
の時は同様に優ねた耐酸化性を示したが、ＳｉＣのモ／
Ｉ’ｍが０又は５モ／Ｌ／ ％の時は熱処理によって模
が燃え、その結果ＫＩＣは低下した。
ーティングた１４０μｍ ＳｉＣファイバヲ用いて、一
方向配列した５ｉ３Ｎ４− ＳｉＣファイバ複合焼結体
を作製した。これからＳ ＥＮＢ法の試験片を採取して
、空気中１０００℃において最高２５００時間放置した
。その後ＫＩＣを測定した結果、酸化試験前とほぼ同等
の値が得られ耐熱性に陽れていることがわかった。結果
を第６図に示す。すなわち第６図は時間（時、横軸）と
にＩＣ（ＭＮ／ｒｒＬ７、縦軸）の関係を示すグラフで
ある。Ｃ膜中のＳｉＣのモ／Ｉ／証が１０〜５０モルチ
の時は同様に優ねた耐酸化性を示したが、ＳｉＣのモ／
Ｉ’ｍが０又は５モ／Ｌ／ ％の時は熱処理によって模
が燃え、その結果ＫＩＣは低下した。
実施例４
ＳｉＣファイバによるＳｉ３Ｎ４又はサイアロンのじん
注性は、割れの進行方向に直角にファイバを配列した場
合に特に大きい。しかし本発明ではランダムに混在させ
てもその効果は失われない。第７図はＳｉＣを１０モル
チ含むＣ１１ｊＪをコーティングしたＳｉＣウィスカｉ
ｕｏ、ｓ〜５μｍ（アスペクト比１０以上）をランダム
に配列した場合の添加量（％、横軸）と破壊じん注性（
ＭＮ／ｍＴ、縦軸）との関係を示すグラフである。添加
量１５体積チ以下ではその効果は小さいが２０体積チ以
上になるとじん性は大幅に向上する。６０体槓チ以上添
加するとじん性への寄与は小さい。このことがらランダ
ムに複合化する適量は２０〜５０体積チであり、特に５
゜〜４０体積チが効果が大きい。まだこの時曲げ強度も
４０ ｋＪｉ’／ｇｇｍ２以上で、９った。第８図は５
ｔ３Ｎ。
注性は、割れの進行方向に直角にファイバを配列した場
合に特に大きい。しかし本発明ではランダムに混在させ
てもその効果は失われない。第７図はＳｉＣを１０モル
チ含むＣ１１ｊＪをコーティングしたＳｉＣウィスカｉ
ｕｏ、ｓ〜５μｍ（アスペクト比１０以上）をランダム
に配列した場合の添加量（％、横軸）と破壊じん注性（
ＭＮ／ｍＴ、縦軸）との関係を示すグラフである。添加
量１５体積チ以下ではその効果は小さいが２０体積チ以
上になるとじん性は大幅に向上する。６０体槓チ以上添
加するとじん性への寄与は小さい。このことがらランダ
ムに複合化する適量は２０〜５０体積チであり、特に５
゜〜４０体積チが効果が大きい。まだこの時曲げ強度も
４０ ｋＪｉ’／ｇｇｍ２以上で、９った。第８図は５
ｔ３Ｎ。
−２０体積％ＳｉＣウィスカのＳｉＣを１０モ）Ｖ％含
むＣ膜の有無によるＫＩＣ（ＭＮ／７ＦＬＴ、 Ｗ：軸
）測定結果である。ウィスカをランダムに添加した場合
においても膜によるしん性向上は認められる。Ｓｊ、Ｉ
Ｎ４ウィスカにおいても同様な結果が得られた。
むＣ膜の有無によるＫＩＣ（ＭＮ／７ＦＬＴ、 Ｗ：軸
）測定結果である。ウィスカをランダムに添加した場合
においても膜によるしん性向上は認められる。Ｓｊ、Ｉ
Ｎ４ウィスカにおいても同様な結果が得られた。
実施例５
実施例１と同様にマトリックスにサイアロンを用いて行
った。すなわちＳ ｉ５ ＡＬＯＮ、の組成を持ったサ
イアロンに、ＳｉＣを３ｏモ／Ｌ’％含んだＣ膜を１μ
ｍ表面にコーティングシタ５〜５ｏ。
った。すなわちＳ ｉ５ ＡＬＯＮ、の組成を持ったサ
イアロンに、ＳｉＣを３ｏモ／Ｌ’％含んだＣ膜を１μ
ｍ表面にコーティングシタ５〜５ｏ。
μｍφのＳｉＣファイバを用いてサイアロン−ＳｉＣフ
ァイバ複合焼結体を作製した。Ｓ ＥＮＢ法によりその
ＫＩＣを測定した。結果を表１に示す。
ァイバ複合焼結体を作製した。Ｓ ＥＮＢ法によりその
ＫＩＣを測定した。結果を表１に示す。
表 １
マトリックスがＳ ｉ３ Ｎ、の場合と同様に１０〜２
０ｔｊμｍの範囲において特に優れた破ＩＷじん注性を
示した。また曲げ強度も７０ ｋｇ／＋ｅａ２以上と大
きな値であった。
０ｔｊμｍの範囲において特に優れた破ＩＷじん注性を
示した。また曲げ強度も７０ ｋｇ／＋ｅａ２以上と大
きな値であった。
実施例７
ＨＩＰ法（Ａｒ ガス中、２０００気圧、１８００℃）
を用い、第９図のように先端部に１４０μｍのＳｉＣフ
ァイバの表面にＳｉＣを２０モ／Ｌ’％含んだＣ膜を０
．１μｍコーテングしたものを２次元的に配列した組織
をもつザイアロン（Ｓ ｉｓ、ｓ ｋｔｏ、ｓ Ｏｎ、
５Ｎｙ、ｓ ） 製のガスタービンブレードを試作し
た。このブレードは温度１３５０℃のガス中での回転試
験（、１０万ｒｐｍ）や、ホットガスと空気を交互に送
る熱衝撃試験などによる破損は全くなく、極めて信頼性
が高い結果を示した。
を用い、第９図のように先端部に１４０μｍのＳｉＣフ
ァイバの表面にＳｉＣを２０モ／Ｌ’％含んだＣ膜を０
．１μｍコーテングしたものを２次元的に配列した組織
をもつザイアロン（Ｓ ｉｓ、ｓ ｋｔｏ、ｓ Ｏｎ、
５Ｎｙ、ｓ ） 製のガスタービンブレードを試作し
た。このブレードは温度１３５０℃のガス中での回転試
験（、１０万ｒｐｍ）や、ホットガスと空気を交互に送
る熱衝撃試験などによる破損は全くなく、極めて信頼性
が高い結果を示した。
以上説明したように、本発明の繊維強化複合セラミック
スは、耐熱性に擾れており、高温まで簡強度、高じん性
であるため、構造材料として信頼性が極めて高いという
顕著な効果を挺するものである。
スは、耐熱性に擾れており、高温まで簡強度、高じん性
であるため、構造材料として信頼性が極めて高いという
顕著な効果を挺するものである。
第１図はファイバを用いた複合セラミックスにおいてフ
ァイバの表面に膜を設けることの有無による破壊しん注
性を対比したグラフ、第２図はＱ合セラミックスのファ
イバ添加量による破壊しん注性の変化を示したグラフ、
第３図は複合セラミックスのＳＩＣファイバ表面にコー
ティングした膜中のＣとＳｉＣＪ２ｉの差異による破壊
じん注性の変化を示したグラフ、第４図は複合セラミッ
クスの３ｉＣファイバ表面にコーティングした膜の映写
と破壊しん注性との関係を示すグラフ、第５図は複合セ
ラミックスの相対密度と破壊しん注性との関係を示すグ
ラフ、第６図は空気中、１０００℃における熱履歴後の
破壊しん注性を示しだグラブ、第７図は表面膜のあるＳ
ｉＣウィスカをランダム添加した複合セラミックスにお
けるウィスカ添加量にＸる破壊しん注性の変化を示しだ
グラブ、第８図はＳｉＣウィスカを用いた複合セラミッ
クスにおけるウィスカの表面に膜を設けることの有無に
よる破壊しん注性を対比したグラフ、第９図は本発明の
複合セラミックスを用いた構造部品の１例の補値を一部
破断面で示した斜視図である。
ァイバの表面に膜を設けることの有無による破壊しん注
性を対比したグラフ、第２図はＱ合セラミックスのファ
イバ添加量による破壊しん注性の変化を示したグラフ、
第３図は複合セラミックスのＳＩＣファイバ表面にコー
ティングした膜中のＣとＳｉＣＪ２ｉの差異による破壊
じん注性の変化を示したグラフ、第４図は複合セラミッ
クスの３ｉＣファイバ表面にコーティングした膜の映写
と破壊しん注性との関係を示すグラフ、第５図は複合セ
ラミックスの相対密度と破壊しん注性との関係を示すグ
ラフ、第６図は空気中、１０００℃における熱履歴後の
破壊しん注性を示しだグラブ、第７図は表面膜のあるＳ
ｉＣウィスカをランダム添加した複合セラミックスにお
けるウィスカ添加量にＸる破壊しん注性の変化を示しだ
グラブ、第８図はＳｉＣウィスカを用いた複合セラミッ
クスにおけるウィスカの表面に膜を設けることの有無に
よる破壊しん注性を対比したグラフ、第９図は本発明の
複合セラミックスを用いた構造部品の１例の補値を一部
破断面で示した斜視図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、高密度の窒化ケイ素又はサイアロンの焼結体を母相
とし、それに複合化したファイバが、その表面にＳｉＣ
を含有した炭素からなる厚さ０．１〜５μｍの層を設け
た直径の１０倍以上の長さを有するＳｉＣ又はＳｉ＿３
Ｎ＿４のファイバであることを特徴とする繊維強化複合
セラミックス。 ２、該表面層中のＳｉＣ含有量が、１０〜５０モル％で
ある特許請求の範囲第１項記載の繊維強化複合セラミッ
クス。 ３、該ファイバの量は、ファイバが１次元、２次元又は
３次元的に並んで配列するとき１５〜４０体積％であり
、ランダムに配向するとき２０〜５０体積％である特許
請求の範囲第４項又は第２項記載の繊維強化複合セラミ
ックス。 ４、該表面層は、炭素繊維上にＣＶＤされたＳｉＣ層か
らなるものである特許請求の範囲第１項〜第３項のいず
れかに記載の繊維強化複合セラミックス。 ５、該ファイバの芯が、ＳｉＣ又はＳｉ＿３Ｎ＿４のウ
ィスカである特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれか
に記載の繊維強化複合セラミックス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60259778A JPS62123068A (ja) | 1985-11-21 | 1985-11-21 | 繊維強化複合セラミツクス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60259778A JPS62123068A (ja) | 1985-11-21 | 1985-11-21 | 繊維強化複合セラミツクス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62123068A true JPS62123068A (ja) | 1987-06-04 |
| JPH048396B2 JPH048396B2 (ja) | 1992-02-14 |
Family
ID=17338842
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60259778A Granted JPS62123068A (ja) | 1985-11-21 | 1985-11-21 | 繊維強化複合セラミツクス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62123068A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6461364A (en) * | 1987-08-31 | 1989-03-08 | Sumitomo Electric Industries | Ceramics composite and production thereof |
-
1985
- 1985-11-21 JP JP60259778A patent/JPS62123068A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6461364A (en) * | 1987-08-31 | 1989-03-08 | Sumitomo Electric Industries | Ceramics composite and production thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH048396B2 (ja) | 1992-02-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5057465A (en) | Ceramic matrices reinforced with SiC, Si3 N4 or SiAlON fibers having a coating of C, B or BN containing SiC or Si3 N4 | |
| JP4744704B2 (ja) | 耐摩耗性部材の製造方法 | |
| US4304576A (en) | Silicon nitride ceramic tools and a process for their production | |
| US4705761A (en) | Ceramic structure having thermal shock resistance | |
| JPS60200863A (ja) | 窒化珪素基セラミツクス | |
| JP2011132126A (ja) | 耐摩耗性部材 | |
| Akimune et al. | Spherical‐impact damage and strength degradation in silicon carbide whisker/silicon nitride composites | |
| JP2813132B2 (ja) | セラミックばね | |
| JP2002003276A (ja) | 炭化ケイ素−窒化ホウ素複合材料の反応合成 | |
| US5246894A (en) | Silicon carbide reinforced composite material | |
| JPS62123068A (ja) | 繊維強化複合セラミツクス | |
| EP0244226A2 (en) | Silicon nitride sintered body and method for producing same | |
| Semen et al. | Structural ceramics derived from a preceramic polymer | |
| Plazanet et al. | Effect of SiC and ZrO2 particles on the mechanical properties of NiAl | |
| JPH01252586A (ja) | 繊維強化セラミックス | |
| JP4385123B2 (ja) | 高耐熱性窒化ケイ素焼結体及びその製造方法 | |
| JPH03141161A (ja) | 複合焼結体 | |
| JP2519076B2 (ja) | 炭化珪素ウィスカ―強化セラミックスの製造方法 | |
| JP2004149381A (ja) | 超弾性・形状記憶・高減衰能セラミックス材料およびその製造方法 | |
| JPS6330378A (ja) | 切削工具用セラミックス焼結体 | |
| US5214007A (en) | Production process for silicon nitride sintered body | |
| JP2925089B2 (ja) | セラミックス複合焼結体およびその製造方法 | |
| JP4070254B2 (ja) | 窒化珪素と炭化珪素の複合焼結体及びその製造方法 | |
| JPS61236654A (ja) | 高靭性窒化珪素焼結体およびその製法 | |
| JPS6212670A (ja) | 繊維強化セラミツクス |