JPS6330367A - 炭化けい素−金属けい素系複合材料 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、粒状炭化けい素及び炭化けい素ウィスカーを
骨材として該炭化けい素どうしは結合させず、粒間に金
属けい素を充填させることにより、靭性を高めた炭化け
い素−金属けい素系複合材料に関するものである。該材
料は、耐熱構造材として有用な材料である。

〔従来の技術〕

金属けい素は、主として半導体シリコンウエノ・−の材
料として使用され、その生産量も年々増加をみている。

この金属けい素を耐熱材料として、特に高温での耐酸化
性という観点からみると好ましい材料の１つとされてい
る。金属けい素は、高温で表面酸化されて、二酸化けい
素膜を形成し、この二酸化けい素膜が酸化に対する保護
膜となってそれ以上の酸化を防止するからである。

上述の様（こ、高温での優れた耐酸化性を有する金属け
４為素であるが、一般にアルミ合金中に添加したＱ、Ｎ
ｉ−Ｃｒ合金中に添加して合金の特性改良に使用される
例は多い。しかし、金属けい素そのものがもつ高温耐酸
化性を応用した材料として使用される例は少ない。

一方、炭化けい素はその優れた耐熱性から比較的古くか
ら高温用構造材として使用されてさた。

構造材としての強度を確保するために１よ、材料をでき
るだけ緻密化させる必要があり、様々な試みがなされて
いる。

例えば、炭化けい素焼成体に金属けい素を充填した、炭
化けい素焼成体−金属けい素系複合材料はその一例とい
える。

異なる２物質が同時に存在するので熱サイクルによる内
部歪みで炭化けい素焼成体の炭化けい素どうしの結合が
破壊してしまい、ついには材料全体が破壊してしまう場
合があるという問題点があった。

この欠点を解決する方法として、特許願昭和６０年１７
２７２０号にて、炭化けい素どうしを結合させずに該炭
化けい素の粒間に金属けい素を充填させた粒状炭化けい
素−金属けい素系複合材料が考えられた。

また、材料の複合化により高強度を得ようとする方法と
しで、繊維やウィスカーによって材料を強化することが
一般に行なわｎている。例えば、繊維強化プラスチツク
複合体（例えば、炭素繊維強化エポキシ樹脂）あるいは
繊維強化金属（例えは、ホウ素繊維強化アルミニウム）
がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

金属けい素を単体で耐熱構造材として使用しようとする
場合、金属けい素は硬くて脆いため所用の成形体に冷間
で加工することは出来ない。、また、金属けい素単体を
熱間で加工成形する方法も一般の冶金工学的な技術が採
用出来ないという欠点を持っていた。例えば、この種の
金属で一般的な遠心鋳造法では金属けい素が溶融状態か
ら固化する過程で体積膨張するため、鋳型から成形体を
取り出すことが出来ないという欠点を持っていた。

一方、炭化けい素焼成体−金属けい素系複合材料は、従
来技術で述べたように、内部歪みによる破壊という問題
点があった。

この問題点については、粒状炭化けい素−金属けい素系
複合材料が提供されることによって解決された。

しかしながら、粒状炭化けい素−金属けい素系複合材料
は、構造材として極めて重要な要票である破壊靭性値が
小さく、材料に一度亀裂が発生すると、その亀裂先端に
応力が集中し、亀裂が急速に伝播して材料がたちまち破
壊してしまう。

本発明の目的は、゛上記の粒状炭化けい素−金属けい素
系複合材料を改良し、炭化けい素ウィスカー１介在させ
ることにより破壊靭性を向上させた炭化けい素−金属け
い素系複合材料を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち、本発明は、炭化けい素−金属けい素屓複合材
料において、粒状炭化けい素及び炭化けい素ウィスカー
を骨材として該炭化けい素どうしは結合させず、粒間に
金属けい素を充填させたことを特徴とする。

ざらに本発明によれば、粒状炭化けい素と炭化けい素ウ
ィスカーの構成重量比が、９：ｌから７：３の間にある
ことが好ましい。なぜならば、破壊靭性を向上させるた
めに介在させる炭化けい素ウィスカーの添加量は、粒状
炭化けい素に対してｌ／９（９：ｌ）以下では、はとん
ど効果はない。また、３／７（７：３）以上では、複合
材料自身の強度が小さくなってしまうからである。

〔作用・構成〕

次に図面により説明する。第１図及び第２図は亀裂進行
の模式図である。

一般に、脆性材料に亀裂が発生すると急速に伝播して材
料がたちまち破壊してしまう。（第２図）ところが、脆
性材料に高強度の繊維を共存させると亀裂が発生しても
、繊維の部分で亀裂の進行は止められ、材料の靭性が向
上する。（第１図）粒状炭化けい素及び炭化けい素ウィ
スカーを骨材として該炭化けい素どうしは結合させず、
粒間に金属けい素を充填させる方法として、粒状炭化け
い素及び炭化けい素ウィスカーを均一に混合し、有機バ
インダーによって所定の形状の成形体を形成する。該成
形体を構成する粒状炭化けい素及び炭化けい素ウィスカ
ー相互間に存在する空孔に、溶融した金属けい素を毛細
管現象を利用して含浸充填した。

成形体の空孔に金属けい素を含浸充填する条件としでは
、加熱炉の雰囲気をＮ、又はＡｒ等不活性ガス雰囲気と
し、加熱炉内の温度を金属けい素の融点以上にすれば、
金属けい素を含浸充填することができるが、望ましくは
、１４８０℃〜１５８０℃の間であった。

１４８０℃未満では、成形体に金属けい素を含浸充填す
ることはできたが不均一であった。１５８０℃以上では
、炭化けい素ウィスカーが粒状に変化しはじめ好ましく
ない。

さらに、炭化けい素ウィスカーを複合させることによっ
て、材料の強度のバラツキが小さくなり、構造材として
の信頼性が高まるという好ましい現象も確認できた。

〔実施例〕

以下に、本発明の１実施例を説明する。

粒径３０ｐ以下の粒状炭化けい素４部と市販の炭化けい
素ウィスカー１部を水及び水溶性バインダーにて十分混
合・分散させ、２０Ｘ３０Ｘ４０（ｍｍ）の直方体に成
形した。該成形体の上に塊状の金属けい素を置き、Ａｒ
雰囲気中で１５６０℃１時間加熱して、成形体の空孔部
分に金属けい素を含浸充填して炭化けい素−金属けい素
系複合材料を得た。

この複合材料からＪＩＳ　Ｒ１６０１に基づきサンプル
をきりだし、高温強度と破壊靭性Ｋｒｏの測定を行なっ
た。

、高温強度は、２７　Ｋｇ／ｍｍ”　（１０００°Ｃ）
、ワイブル係数は、１７．破壊靭性Ｋ　ｌｏは、４．　
Ｆ３　ＭＮ／ｍ””であった。

〔比較例１〕 粒Ｃ４３０ｐ以下の粒状炭化けい素のみを水及び水溶性
バインダーにて十分混合・分散させ、２０ｘ　３０　ｘ
　４０　（ｍｍ）の直方体に成形した。該成形体の上に
塊状の金属けい素を置き、Ａｒ雰囲気中で１５６０℃、
１時間加熱して、成形体の空孔部分に金属けい素を含浸
充填して粒状炭化けい素−金属けい素系複合材料を得た
。

この粒状炭化けい素−金属けい素系複合材料がらＪＩｓ
　Ｒ１６０１に基づきサンプルをきりだし、高温強度と
破壊靭性ＫＩＯの測定２行なった。

高温強度は、２５　Ｋｇ／ｍｍ”　（１０００℃）、ワ
イブル係数は、１３．破壊靭性に、。は、３．１ＭＮ／
ｍ”であった。

〔比較例２〕 粒径３０μ以下の粒状炭化けい素６部と市販の炭化けい
素ウィスカー４部を水及び水溶性ノ（インダーにて十分
混合・分散させ、２０Ｘ３０Ｘ４０（ｍｍ）の直方体に
成形した。該成形体の上に塊状の金属けい素を置き、Ａ
ｒ雰囲気中で１５６０℃。

１時間加熱して、成形体の空孔部分に金属けい素を含浸
充填して炭化けい素−金属けい素系複合材料を得た。

この複合材料からＪＩＳ　Ｒ１６０１に基づきサンプル
をきりだし、高温強度と破壊靭性Ｋ　ｒ　ｏの測定を行
なった。

高温強度は、１６　Ｋｇ／ｍｍ”　（１０００℃）、ワ
イブル係数は、１７．破壊靭性に工ｏは、４．５　ＭＮ
／ｍ”であった。

〔発明の効果〕

以上詳述した様に、本発明の炭化けい素−金属けい素系
複合材料は、破壊靭性が小さいという、従来の粒状炭化
けい素−金属けい素系複合材料の欠点を改良し、加えて
、強度のバラツキが小さく構造材としての信頼性を高め
た。

耐熱構造材としての本発明に係る上記複合材料の用途は
広く、産業上の効果は大といえる。

【図面の簡単な説明】

第１図　は、本発明に係る複合材料において繊維（ウィ
スカー）によって亀裂が止められでいることを示してい
る模式図である。 第２図　は、脆性材料において亀裂が急速に伝播して、
材料が破壊する寸前にあることを示しでいる模式図であ
る。 特許出願人　　東海高熱工業株式会社 第１図 ■ 複合材料 第２図 ↓ 脆性材料

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、粒状炭化けい素及び炭化けい素ウィスカーを骨材と
   して該炭化けい素どうしは結合させず、粒間に金属けい
   素を充填させたことを特徴とする炭化けい素−金属けい
   素系複合材料。 ２、粒状炭化けい素と炭化けい素ウィスカーの構成重量
   比が、９：１から７：３の間にある特許請求範囲第１項
   記載の炭化けい素−金属けい素系複合材料。