JP2016156109A - Surface-coated inorganic fiber and manufacturing method thereof, and composite material - Google Patents
Surface-coated inorganic fiber and manufacturing method thereof, and composite material Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016156109A JP2016156109A JP2015035658A JP2015035658A JP2016156109A JP 2016156109 A JP2016156109 A JP 2016156109A JP 2015035658 A JP2015035658 A JP 2015035658A JP 2015035658 A JP2015035658 A JP 2015035658A JP 2016156109 A JP2016156109 A JP 2016156109A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- inorganic fiber
- coated
- fiber
- inorganic
- coating layer
- 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
- 239000012784 inorganic fiber Substances 0.000 title claims abstract description 188
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 47
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 110
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 claims abstract description 62
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims abstract description 60
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 claims abstract description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 45
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 60
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 33
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 10
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 7
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 6
- 238000009941 weaving Methods 0.000 claims description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 18
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 80
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 79
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 47
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 45
- 238000001652 electrophoretic deposition Methods 0.000 description 22
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 16
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 14
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 13
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 12
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 12
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 12
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 10
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 7
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 6
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 description 5
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012935 ammoniumperoxodisulfate Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003733 fiber-reinforced composite Substances 0.000 description 3
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- 238000010345 tape casting Methods 0.000 description 3
- KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N Pyrrole Chemical compound C=1C=CNC=1 KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 Specifically Substances 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 2
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- WBIQQQGBSDOWNP-UHFFFAOYSA-N 2-dodecylbenzenesulfonic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCC1=CC=CC=C1S(O)(=O)=O WBIQQQGBSDOWNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 229940060296 dodecylbenzenesulfonic acid Drugs 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 1
- LQFNMFDUAPEJRY-UHFFFAOYSA-K lanthanum(3+);phosphate Chemical compound [La+3].[O-]P([O-])([O-])=O LQFNMFDUAPEJRY-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 1
- JLKDVMWYMMLWTI-UHFFFAOYSA-M potassium iodate Chemical compound [K+].[O-]I(=O)=O JLKDVMWYMMLWTI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000001230 potassium iodate Substances 0.000 description 1
- 229940093930 potassium iodate Drugs 0.000 description 1
- 235000006666 potassium iodate Nutrition 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- YXTFRJVQOWZDPP-UHFFFAOYSA-M sodium;3,5-dicarboxybenzenesulfonate Chemical compound [Na+].OC(=O)C1=CC(C(O)=O)=CC(S([O-])(=O)=O)=C1 YXTFRJVQOWZDPP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Description
本発明は、表面被覆無機繊維及びその製造方法、並びに複合材料に関するものである。 The present invention relates to a surface-coated inorganic fiber, a method for producing the same, and a composite material.
セラミックス基繊維強化複合材料は、複数の無機繊維と、無機繊維間を充填するマトリックス材料と、無機繊維とマトリックス材料との界面に設けられた界面層とを備えて概略構成されており、機械的特性に優れた材料として知られている。 A ceramic-based fiber reinforced composite material is schematically configured to include a plurality of inorganic fibers, a matrix material filling between the inorganic fibers, and an interface layer provided at the interface between the inorganic fibers and the matrix material. It is known as a material with excellent characteristics.
このセラミックス基繊維強化複合材料の製造方法としては、例えば、無機繊維の表面に潤滑性物質からなる被覆層を形成し、被覆層が設けられた複数の無機繊維をマトリックス材料で固定化することにより複合化する。ここで、無機繊維の表面に設けられた被覆層は、当該複合材料中において界面層として機能する。 As a method for producing this ceramic-based fiber reinforced composite material, for example, a coating layer made of a lubricating substance is formed on the surface of inorganic fibers, and a plurality of inorganic fibers provided with the coating layer are fixed with a matrix material. Combine. Here, the coating layer provided on the surface of the inorganic fiber functions as an interface layer in the composite material.
セラミックス基繊維強化複合材料の機械的特性の向上には、無機繊維とマトリックス材料との間に設けられた界面層（すなわち、無機繊維の表面に設けられた被覆層）が重要な役割を担っている。繊維表面への被覆層の形成には、化学気相堆積（ＣＶＤ）法や化学気相浸透（ＣＶＩ）法等の気相法や、ポリマー溶液被覆―熱分解法等の液相法が用いられている。 An interface layer (that is, a coating layer provided on the surface of the inorganic fiber) provided between the inorganic fiber and the matrix material plays an important role in improving the mechanical properties of the ceramic-based fiber reinforced composite material. Yes. For the formation of the coating layer on the fiber surface, a vapor phase method such as chemical vapor deposition (CVD) or chemical vapor infiltration (CVI) method or a liquid phase method such as polymer solution coating-pyrolysis method is used. ing.
しかしながら、これらの方法は、被覆層の形成・析出速度が遅く、製造に長時間を要するという問題があった。また、装置が複雑となる、製造コストが高い、原料収率が低い、原料の取り扱いが難しい、製造中に有害なガスを排出するために環境負荷が大きい等の、多くの問題があった。 However, these methods have a problem that the formation / deposition rate of the coating layer is slow and a long time is required for production. In addition, there are many problems such as complicated equipment, high production cost, low raw material yield, difficult raw material handling, and high environmental load due to exhausting harmful gas during production.
一方、ＣＶＤ法やＣＶＩ法以外の、繊維表面への被覆層の形成方法としては、電気泳動法により被覆する方法が検討されている。 On the other hand, as a method for forming a coating layer on the fiber surface other than the CVD method and the CVI method, a method of coating by an electrophoretic method has been studied.
例えば、特許文献１には、電気泳動法により、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ及びＺｒを含有する無機物質で形成された無機繊維の外側に、ジルコン粉末等の無機材料を付着させる方法が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a method of attaching an inorganic material such as zircon powder to the outside of an inorganic fiber formed of an inorganic substance containing Si, C, O, and Zr by electrophoresis. .
また、特許文献２には、電気泳動法により、導電性のファイバーコアに金属酸化物を電着させる方法が開示されている。 Patent Document 2 discloses a method in which a metal oxide is electrodeposited on a conductive fiber core by electrophoresis.
また、非特許文献１には、炭化ケイ素基板中にカーボン等を被覆した炭化ケイ素繊維を含有させることにより、機械的特性を向上した複合材料が開示されている。 Non-Patent Document 1 discloses a composite material having improved mechanical properties by including silicon carbide fibers coated with carbon or the like in a silicon carbide substrate.
しかしながら、特許文献１に開示されている方法では、無機繊維に導電性がない、または低いため、無機繊維の表面に十分な量の無機材料を均一に付着させることができないという問題があった。 However, the method disclosed in Patent Document 1 has a problem that a sufficient amount of an inorganic material cannot be uniformly attached to the surface of the inorganic fiber because the inorganic fiber is not conductive or low.
また、特許文献２に開示されている方法では、導電性のある繊維を用いる必要があり、導電性の低い繊維材料には適応することができないという問題があった。 Further, the method disclosed in Patent Document 2 has a problem that it is necessary to use conductive fibers, and cannot be applied to a fiber material having low conductivity.
また、非特許文献１に開示されている複合材料では、炭化ケイ素繊維の表面に十分な量のカーボン等が均一に被覆されていないため、炭化ケイ素基板と炭化ケイ素繊維との界面でのき裂偏向が十分に行われず、複合材料の機械的特性を十分に向上させることができないという問題があった。 Further, in the composite material disclosed in Non-Patent Document 1, since a sufficient amount of carbon or the like is not uniformly coated on the surface of the silicon carbide fiber, a crack is generated at the interface between the silicon carbide substrate and the silicon carbide fiber. There is a problem that the deflection is not sufficiently performed and the mechanical properties of the composite material cannot be sufficiently improved.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、繊維表面全体に十分な量の潤滑性物質が均一に被覆された表面被覆無機繊維、及びその製造方法を提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, Comprising: It aims at providing the surface covering inorganic fiber by which sufficient quantity of lubricity substances were uniformly coat | covered over the whole fiber surface, and its manufacturing method. .
また、本発明は、機械的特性に優れる複合材料を提供することを課題とする。 Another object of the present invention is to provide a composite material having excellent mechanical properties.
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、低導電性の無機繊維と、前記無機繊維の表面を被覆する被覆層と、を備え、前記被覆層が潤滑性物質を含む、表面被覆無機繊維である。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is a surface coating comprising: a low-conductivity inorganic fiber; and a coating layer that covers a surface of the inorganic fiber, wherein the coating layer includes a lubricating substance. It is an inorganic fiber.
また、請求項２に係る発明は、前記無機繊維と前記被覆層との間に、導電性ポリマー層を備える、請求項１に記載の表面被覆無機繊維である。 Moreover, the invention which concerns on Claim 2 is a surface covering inorganic fiber of Claim 1 provided with a conductive polymer layer between the said inorganic fiber and the said coating layer.
また、請求項３に係る発明は、前記被覆層の厚さが、４０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である、請求項１又は２に記載の表面被覆無機繊維である。 The invention according to claim 3 is the surface-coated inorganic fiber according to claim 1 or 2, wherein the coating layer has a thickness of 40 nm to 100 nm.
また、請求項４に係る発明は、前記被覆層の表面が、うろこ状である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表面被覆無機繊維である。 The invention according to claim 4 is the surface-coated inorganic fiber according to any one of claims 1 to 3, wherein a surface of the coating layer is scaly.
また、請求項５に係る発明は、低導電性の無機繊維と、前記無機繊維の表面を被覆する被覆層と、を備える複数の表面被覆無機繊維と、前記表面被覆無機繊維間を充填するマトリックス材料と、を含み、
前記被覆層が、前記無機繊維と前記マトリックス材料との界面に設けられた界面層を構成する、複合材料である。
The invention according to claim 5 is a matrix that fills a space between the surface-coated inorganic fibers and a plurality of surface-coated inorganic fibers each including a low-conductivity inorganic fiber and a coating layer that covers a surface of the inorganic fiber. Including materials,
The coating layer is a composite material that constitutes an interface layer provided at an interface between the inorganic fibers and the matrix material.
また、請求項６に係る発明は、前記表面被覆無機繊維が、前記表面被覆無機繊維を一方向に並べて束にして、当該束を織り込んで作製した繊維プリフォームである、請求項５に記載の複合材料である。 The invention according to claim 6 is the fiber preform according to claim 5, wherein the surface-coated inorganic fiber is a fiber preform produced by arranging the surface-coated inorganic fibers in one direction to form a bundle and weaving the bundle. It is a composite material.
また、請求項７に係る発明は、潤滑性物質が分散している懸濁液中において、導電性ポリマーで被覆された無機繊維と対極とを対向させ、前記無機繊維と前記対極との間に電場を印加することにより、前記無機繊維に潤滑性物質を被覆する工程を含む、表面被覆無機繊維の製造方法である。 In the invention according to claim 7, in the suspension in which the lubricating substance is dispersed, the inorganic fiber covered with the conductive polymer and the counter electrode are opposed to each other, and the inorganic fiber and the counter electrode are disposed between the inorganic fiber and the counter electrode. It is a method for producing a surface-coated inorganic fiber, including a step of coating the inorganic fiber with a lubricating substance by applying an electric field.
また、請求項８に係る発明は、前記無機繊維に潤滑性物質を被覆する工程の前に、酸化剤及びドープ剤を溶解した水溶液中に前記無機繊維を浸漬した後に、当該水溶液中にモノマーを添加して、前記導電性ポリマーを被覆する工程をさらに含む、請求項７に記載の表面被覆無機繊維の製造方法である。 Further, in the invention according to claim 8, before the step of coating the inorganic fiber with a lubricating substance, after immersing the inorganic fiber in an aqueous solution in which an oxidizing agent and a dopant are dissolved, the monomer is added to the aqueous solution. It is a manufacturing method of the surface coating inorganic fiber of Claim 7 which further includes the process of adding and coat | covering the said conductive polymer.
また、請求項９に係る発明は、前記無機繊維に潤滑性物質を被覆する工程の後に、前記潤滑性物質を被覆した前記無機繊維を加熱することで、前記導電性ポリマーを除去する工程をさらに含む、請求項７又は８に記載の表面被覆無機繊維の製造方法である。 The invention according to claim 9 further includes a step of removing the conductive polymer by heating the inorganic fiber coated with the lubricating substance after the step of coating the inorganic fiber with a lubricating substance. It is a manufacturing method of the surface covering inorganic fiber of Claim 7 or 8 containing.
また、請求項１０に係る発明は、前記無機繊維に被覆された前記導電性ポリマーの層の厚みが５０〜５００ｎｍである、請求項７乃至９のいずれか一項に記載の表面被覆無機繊維の製造方法である。 The invention according to claim 10 is the surface-coated inorganic fiber according to any one of claims 7 to 9, wherein the conductive polymer layer coated with the inorganic fiber has a thickness of 50 to 500 nm. It is a manufacturing method.
本発明の表面被覆無機繊維は、低導電性の無機繊維と、無機繊維の表面を被覆する被覆層とを備え、被覆層が潤滑性物質を含む構成となっており、繊維表面全体に十分な量の潤滑性物質が均一に被覆された無機繊維を提供することができる。 The surface-coated inorganic fiber of the present invention includes a low-conductivity inorganic fiber and a coating layer that coats the surface of the inorganic fiber, and the coating layer includes a lubricating substance, which is sufficient for the entire fiber surface. It is possible to provide an inorganic fiber uniformly coated with an amount of a lubricious substance.
また、本発明の表面被覆無機繊維の製造方法は、潤滑性物質が分散している懸濁液中において、導電性ポリマーで被覆された無機繊維と対極とを対向させ、無機繊維と対極との間に電場を印加することにより、無機繊維に潤滑性物質を被覆する工程を含む構成となっている。そのため、繊維表面全体に十分な量の潤滑性物質が均一に被覆された無機繊維を製造することができる。 In the method for producing a surface-coated inorganic fiber according to the present invention, the inorganic fiber coated with the conductive polymer is opposed to the counter electrode in the suspension in which the lubricating substance is dispersed, and the inorganic fiber and the counter electrode are By applying an electric field between them, the inorganic fiber is coated with a lubricating substance. Therefore, it is possible to produce an inorganic fiber in which a sufficient amount of a lubricating substance is uniformly coated on the entire fiber surface.
また、本発明の複合材料は、低導電性の無機繊維と、無機繊維の表面を被覆する被覆層と、を備える複数の表面被覆無機繊維と、表面被覆無機繊維間を充填するマトリックス材料とを含み、上記被覆層が無機繊維とマトリックス材料との界面に設けられた界面層を構成している。そのため、機械的特性に優れた複合材料を提供することができる。 Further, the composite material of the present invention comprises a plurality of surface-coated inorganic fibers comprising low-conductivity inorganic fibers, a coating layer that covers the surface of the inorganic fibers, and a matrix material that fills the space between the surface-coated inorganic fibers. In addition, the coating layer constitutes an interface layer provided at the interface between the inorganic fibers and the matrix material. Therefore, a composite material having excellent mechanical characteristics can be provided.
以下、本発明の適用した一実施形態である表面被覆無機繊維及びその製造方法、並びに複合材料について詳細に説明する。 Hereinafter, a surface-coated inorganic fiber, a method for producing the same, and a composite material according to an embodiment to which the present invention is applied will be described in detail.
＜表面被覆無機繊維＞
（第１の実施形態）
先ず、本発明を適用した第１の実施形態である表面被覆無機繊維について説明する。
第１の実施形態の表面被覆無機繊維は、低導電性の無機繊維と、潤滑性物質を含有する被覆層と、を備えて概略構成されている。
第１の実施形態の表面被覆無機繊維は、繊維表面全体に十分な量の潤滑性物質が均一に被覆されている。
<Surface coating inorganic fiber>
(First embodiment)
First, the surface covering inorganic fiber which is 1st Embodiment to which this invention is applied is demonstrated.
The surface-coated inorganic fiber according to the first embodiment is roughly configured to include a low-conductivity inorganic fiber and a coating layer containing a lubricating substance.
The surface-coated inorganic fiber of the first embodiment is uniformly coated with a sufficient amount of a lubricating substance over the entire fiber surface.
（無機繊維）
無機繊維は、材料に含有させることで、材料の機械的特性を向上させることができる。第１の実施形態で用いる無機繊維としては、低導電性の無機繊維であり、具体的には、例えば、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、ガラス繊維、ムライト繊維等が挙げられる。
(Inorganic fiber)
By including inorganic fibers in the material, the mechanical properties of the material can be improved. The inorganic fiber used in the first embodiment is a low-conductivity inorganic fiber, and specifically includes silicon carbide fiber, alumina fiber, glass fiber, mullite fiber, and the like.
また、無機繊維の繊維径としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、繊維径が５〜１５０μｍの無機繊維等を用いる事ができる。
また、無機繊維の繊維長としては、特に限定されない。
In addition, the fiber diameter of the inorganic fiber is not particularly limited, but specifically, for example, an inorganic fiber having a fiber diameter of 5 to 150 μm can be used.
Moreover, it does not specifically limit as fiber length of an inorganic fiber.
（被覆層）
被覆層は、上述の無機繊維の表面を被覆するように設けられており、無機繊維を材料に含有する際は、界面層として機能する。界面層の働きにより、材料と無機繊維との界面に到達したき裂を偏向させることができるため、材料の機械的特性をより向上させることができる。
(Coating layer)
The coating layer is provided so as to cover the surface of the above-described inorganic fiber, and functions as an interface layer when the inorganic fiber is contained in the material. Since the crack that has reached the interface between the material and the inorganic fiber can be deflected by the action of the interface layer, the mechanical properties of the material can be further improved.
また、被覆層は潤滑性物質を含有しており、潤滑性物質としては、後述のＥＰＤ法に用いる懸濁液が調製できるものであれば特に限定されないが、具体的には、例えば、カーボン、窒化ホウ素、リン酸ランタン等が挙げられる。 Further, the coating layer contains a lubricating substance, and the lubricating substance is not particularly limited as long as it can prepare a suspension used in the EPD method described later. Specifically, for example, carbon, Examples thereof include boron nitride and lanthanum phosphate.
また、潤滑性物質の形態としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、板状粒子等が好ましい。 The form of the lubricating substance is not particularly limited, but specifically, for example, plate-like particles are preferable.
また、被覆層の厚さは、複合材料中において界面層として機能する際に、充分な潤滑性を発揮できる厚さであれば、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、４０〜１０００ｎｍの範囲であればよい。また、複合材料の耐酸化特性の観点からは、４０〜１００ｎｍの範囲が好ましい。これにより、複合材料内への酸素の侵入を抑制することができる。 In addition, the thickness of the coating layer is not particularly limited as long as it can exhibit sufficient lubricity when functioning as an interface layer in the composite material. Specifically, it may be in the range of 40 to 1000 nm, for example. Moreover, from the viewpoint of the oxidation resistance characteristics of the composite material, a range of 40 to 100 nm is preferable. Thereby, invasion of oxygen into the composite material can be suppressed.
ところで、上述したＣＶＤ法やＣＶＩ法といった従来の被覆方法では、１００ｎｍ以下の厚さの被覆層を堆積させる際に、潤滑性物質が堆積した箇所と堆積しなかった箇所とで海島構造を形成してしまい、無機繊維の全方向全域に潤滑性物質を堆積させることが困難であった。そのため、従来法で作製した表面被覆無機繊維は、１００ｎｍ以下の厚さの被覆層を備える場合、無機繊維の表面に被覆された潤滑性物質は海島構造を形成している。 By the way, in the conventional coating methods such as the CVD method and the CVI method described above, when depositing a coating layer having a thickness of 100 nm or less, a sea-island structure is formed between a portion where the lubricating substance is deposited and a portion where the lubricant is not deposited. As a result, it was difficult to deposit a lubricating substance over the entire area of the inorganic fiber. Therefore, when the surface covering inorganic fiber produced by the conventional method is provided with a coating layer having a thickness of 100 nm or less, the lubricating substance coated on the surface of the inorganic fiber forms a sea-island structure.
これに対して、本実施形態の表面被覆無機繊維は、被覆層が１００ｎｍ以下の厚さであっても、無機繊維の表面に均一に潤滑性物質を被覆することができる。 On the other hand, the surface-coated inorganic fiber of the present embodiment can uniformly coat the surface of the inorganic fiber with a lubricating substance even if the coating layer has a thickness of 100 nm or less.
（第２の実施形態）
次に、本発明を適用した第２の実施形態である表面被覆無機繊維について説明する。
第２の実施形態の表面被覆無機繊維は、低導電性の無機繊維と、潤滑性物質を含有する被覆層と、無機繊維と被覆層との間に導電性ポリマー層と、を備えて概略構成されている。
第２の実施形態の表面被覆無機繊維は、第１の実施形態と同様に、繊維表面全体に十分な量の潤滑性物質が均一に被覆されている。
(Second Embodiment)
Next, a surface-coated inorganic fiber that is a second embodiment to which the present invention is applied will be described.
The surface-coated inorganic fiber according to the second embodiment is generally configured by including a low-conductivity inorganic fiber, a coating layer containing a lubricating substance, and a conductive polymer layer between the inorganic fiber and the coating layer. Has been.
As in the first embodiment, the surface-coated inorganic fiber of the second embodiment is uniformly coated with a sufficient amount of a lubricating substance over the entire fiber surface.
なお、第２の実施形態の表面被覆無機繊維は、導電性ポリマー層を備えること以外は、第１の実施形態と同様であり、無機繊維と被覆層に関しては、上述した第１の実施形態と同様の構成であるため、説明を省略する。 The surface-coated inorganic fiber of the second embodiment is the same as that of the first embodiment except that it includes a conductive polymer layer, and the inorganic fiber and the coating layer are the same as those of the first embodiment described above. Since it is the same structure, description is abbreviate | omitted.
（導電性ポリマー層）
導電性ポリマー層は、無機繊維と被覆層との間に備えられており、低導電性の無機繊維に導電性を付与する働きをする。無機繊維に導電性を付与することで、後述するＥＰＤ法により、繊維表面全体に十分な量の潤滑性物質を均一に被覆させることができる。
(Conductive polymer layer)
The conductive polymer layer is provided between the inorganic fiber and the coating layer, and functions to impart conductivity to the low-conductive inorganic fiber. By imparting conductivity to the inorganic fiber, a sufficient amount of a lubricating substance can be uniformly coated on the entire fiber surface by the EPD method described later.
また、導電性ポリマー層を形成する導電性ポリマーとしては、無機繊維に導電性を付与することができるものであれば特に限定されないが、例えば、ポリアニリン系、ポリピロール系、ポリチオフェン系、ポリアセチレン系等のポリマーが挙げられる。 In addition, the conductive polymer for forming the conductive polymer layer is not particularly limited as long as it can impart conductivity to the inorganic fiber. For example, polyaniline-based, polypyrrole-based, polythiophene-based, polyacetylene-based, etc. Polymers.
また、導電性ポリマー層の厚さとしては、具体的には、例えば、５０〜５００ｎｍであることが好ましい。５０ｎｍ以上にすることで、潤滑性物質を均一に堆積させるために十分な導電性を無機繊維に付与することができる。 Further, specifically, the thickness of the conductive polymer layer is preferably, for example, 50 to 500 nm. By setting the thickness to 50 nm or more, sufficient conductivity can be imparted to the inorganic fiber in order to deposit the lubricating substance uniformly.
＜表面被覆無機繊維の製造方法＞
次に、本実施形態の表面被覆無機繊維の製造方法について詳細に説明する。
本実施形態の表面被覆無機繊維の製造方法は、無機繊維を導電性ポリマーで被覆する工程（導電性ポリマー被覆工程）と、電気泳動堆積（ＥＰＤ）法により無機繊維を潤滑性物質でさらに被覆する工程（電気泳動堆積工程）と、加熱により導電性ポリマーを除去する工程（加熱工程）と、を含む。
本実施形態の表面被覆無機繊維の製造方法は、低導電性の無機繊維の表面に、ＥＰＤ法により潤滑性物質を堆積させて被覆するための方法である。
<Method for producing surface-coated inorganic fiber>
Next, the manufacturing method of the surface covering inorganic fiber of this embodiment is demonstrated in detail.
In the method for producing the surface-coated inorganic fiber of this embodiment, the inorganic fiber is further coated with a lubricating substance by a step of coating the inorganic fiber with a conductive polymer (conductive polymer coating step) and an electrophoretic deposition (EPD) method. A step (electrophoretic deposition step) and a step of removing the conductive polymer by heating (heating step).
The manufacturing method of the surface covering inorganic fiber of this embodiment is a method for depositing and coat | covering a lubricating substance by the EPD method on the surface of a low electroconductivity inorganic fiber.
（導電性ポリマー被覆工程）
導電性ポリマー被覆工程では、無機繊維を導電性ポリマーで被覆する。具体的には、先ず、酸化剤及びドープ剤を溶解した水溶液中に、無機繊維を浸漬する。次に、上記水溶液にモノマーを添加し、重合させる。その後、室温で乾燥することにより、導電性ポリマーで被覆された無機繊維を得ることができる。
(Conductive polymer coating process)
In the conductive polymer coating step, the inorganic fiber is coated with a conductive polymer. Specifically, first, inorganic fibers are immersed in an aqueous solution in which an oxidizing agent and a dopant are dissolved. Next, a monomer is added to the aqueous solution and polymerized. Then, the inorganic fiber coat | covered with the conductive polymer can be obtained by drying at room temperature.
無機繊維及び導電性ポリマーとしては、上述した無機繊維及び導電性ポリマーを用いる事ができる。 As the inorganic fiber and the conductive polymer, the above-described inorganic fiber and conductive polymer can be used.
ポリマーを重合させるために添加するモノマーの量は、特に限定されるものではなく、無機繊維及び導電性ポリマーの種類や組合せ、並びに導電性ポリマー層の厚さに応じて適宜選択することができる。モノマーの添加量としては、具体的には、例えば、溶液中での濃度が、０．００３〜０．０１５ｍｏｌ／Ｌとなるように添加するのが好ましい。０．００３ｍｏｌ／Ｌ以上にすることで、導電性を付与するのに十分な厚さの導電性ポリマー層を形成することができる。一方、０．０１５ｍｏｌ／Ｌ以下にすることで、高い導電性を有する均一なポリマー層を形成することができる。 The amount of the monomer added to polymerize the polymer is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the types and combinations of inorganic fibers and conductive polymer and the thickness of the conductive polymer layer. Specifically, it is preferable to add the monomer so that the concentration in the solution is 0.003 to 0.015 mol / L, for example. By setting it to 0.003 mol / L or more, a conductive polymer layer having a thickness sufficient to impart conductivity can be formed. On the other hand, by setting it to 0.015 mol / L or less, a uniform polymer layer having high conductivity can be formed.
ドープ剤を水中に溶解させることで、無機繊維に被覆した導電性ポリマー層にドープ剤を注入することができ、これにより導電性ポリマー層の導電性を上げることができる。
ドープ剤としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、２，６−ナフタレンスルホン酸ナトリウム、５-スルホイソフタル酸ナトリウム塩、ドデシルベンゼンスルホン酸、塩酸、硫酸等を用いる事ができる。
By dissolving the dopant in water, it is possible to inject the dopant into the conductive polymer layer coated with inorganic fibers, thereby increasing the conductivity of the conductive polymer layer.
The dopant is not particularly limited, and specifically, for example, sodium 2,6-naphthalenesulfonate, sodium 5-sulfoisophthalate, dodecylbenzenesulfonic acid, hydrochloric acid, sulfuric acid and the like can be used.
また、ドープ剤の濃度としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、溶液中での濃度が、０．００３〜０．０１５ｍｏｌ／Ｌとなるように添加することができる。 Moreover, it does not specifically limit as a density | concentration of a dopant, Specifically, it can add, for example so that the density | concentration in a solution may be 0.003-0.015 mol / L.
酸化剤としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、ペルオキソ二硫酸アンモニウム、塩化鉄（ＩＩＩ）、ヨウ素酸カリウム等を用いる事ができる。 Although it does not specifically limit as an oxidizing agent, Specifically, for example, ammonium peroxodisulfate, iron (III) chloride, potassium iodate and the like can be used.
また、酸化剤の濃度としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、溶液中での濃度が、０．００３〜０．０１５ｍｏｌ／Ｌとなるように添加することができる。 Further, the concentration of the oxidizing agent is not particularly limited, but specifically, for example, the oxidizing agent can be added so that the concentration in the solution is 0.003 to 0.015 mol / L.
上述したドープ剤及び酸化剤は、被覆する導電性ポリマーの種類により、適宜選択することができる。例えば、被覆する導電性ポリマーがポリピロールの場合、ドープ剤として２，６−ナフタレンスルホン酸ナトリウム、酸化剤としてペルオキソ二硫酸アンモニウムを用いる事ができる。また、被覆する導電性ポリマーがポリアニリンの場合、ドープ剤として塩酸、酸化剤としてペルオキソ二硫酸アンモニウムを用いる事ができる。 The above-described dopant and oxidizing agent can be appropriately selected depending on the type of conductive polymer to be coated. For example, when the conductive polymer to be coated is polypyrrole, sodium 2,6-naphthalenesulfonate can be used as a dopant, and ammonium peroxodisulfate can be used as an oxidizing agent. When the conductive polymer to be coated is polyaniline, hydrochloric acid can be used as a dopant, and ammonium peroxodisulfate can be used as an oxidizing agent.
（電気泳動堆積工程）
電気泳動堆積工程では、上述した導電性ポリマー被覆工程により導電性ポリマーで被覆した無機繊維を、潤滑性物質でさらに被覆する。具体的には、先ず、導電性ポリマーで被覆した無機繊維を、潤滑性物質が分散した懸濁液に浸漬する。次に、潤滑性物質がマイナスに帯電している場合、導電性ポリマーで被覆した無機繊維を陽極とし、対極を陰極として電場を印加することにより、導電性ポリマーで被覆した無機繊維を、潤滑性物質でさらに被覆する。これに対して、潤滑性物質がプラスに帯電している場合、導電性ポリマーで被覆した無機繊維を陰極とし、対極を陽極として電場を印加することにより、導電性ポリマーで被覆した無機繊維を、潤滑性物質でさらに被覆してもよい。
(Electrophoretic deposition process)
In the electrophoretic deposition process, the inorganic fibers coated with the conductive polymer in the conductive polymer coating process described above are further coated with a lubricating substance. Specifically, first, inorganic fibers coated with a conductive polymer are immersed in a suspension in which a lubricating substance is dispersed. Next, when the lubricating substance is negatively charged, the inorganic fiber coated with the conductive polymer is lubricated by applying an electric field with the inorganic fiber coated with the conductive polymer as the anode and the counter electrode as the cathode. Further coat with material. On the other hand, when the lubricating substance is positively charged, the inorganic fiber coated with the conductive polymer is applied by applying an electric field using the inorganic fiber coated with the conductive polymer as the cathode and the counter electrode as the anode. It may be further coated with a lubricating material.
なお、本発明において、上記方法により無機繊維に潤滑性物質を被覆する方法を「電気泳動堆積（ＥＰＤ）法」と記す。 In the present invention, the method of coating the inorganic fiber with the lubricating substance by the above method is referred to as “electrophoretic deposition (EPD) method”.
潤滑性物質としては、上述した潤滑性物質を用いる事ができる。 As the lubricating substance, the above-mentioned lubricating substances can be used.
懸濁液中の潤滑性物質の濃度としては、０．１〜０．５ｗｔ％が好ましい。０．１ｗｔ％以上にすることで、潤滑性物質を被覆した効果を得るのに十分な厚さの層を被覆させることができる。 The concentration of the lubricating substance in the suspension is preferably 0.1 to 0.5 wt%. By setting the content to 0.1 wt% or more, a layer having a thickness sufficient to obtain the effect of coating the lubricating substance can be coated.
潤滑性物質を分散させる液体としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、水、エタノール、アセトン等を用いる事ができる。 Although it does not specifically limit as a liquid which disperse | distributes a lubricous substance, Specifically, water, ethanol, acetone, etc. can be used, for example.
懸濁液に浸漬させる際の無機繊維の形態としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、無機繊維を一方向に並べて束にして、当該束を織り込んで作製した繊維プリフォーム等が挙げられる。 The form of the inorganic fiber when immersed in the suspension is not particularly limited. Specifically, for example, a fiber preform prepared by weaving the bundle by arranging the inorganic fibers in one direction in a bundle. Can be mentioned.
対極としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、カーボン板、白金板、チタン板、ステンレス板等が挙げられる。 Although it does not specifically limit as a counter electrode, Specifically, a carbon plate, a platinum plate, a titanium plate, a stainless steel plate etc. are mentioned, for example.
ＥＰＤ法を行う際の条件としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、水系懸濁液の場合には、泳動電圧３〜５Ｖ／ｃｍ、泳動時間６０分以下で行う。ＥＰＤ法により、懸濁液中において、マイナスに帯電した潤滑性物質を、陽極である無機繊維に堆積させることができる。これに対して、潤滑性物質をプラスに帯電させている場合は、無機繊維を陰極として用いることができる。 The conditions for performing the EPD method are not particularly limited. Specifically, for example, in the case of an aqueous suspension, the electrophoresis is performed at a migration voltage of 3 to 5 V / cm and a migration time of 60 minutes or less. By the EPD method, a negatively charged lubricating substance can be deposited on the inorganic fiber as the anode in the suspension. On the other hand, when the lubricating substance is positively charged, inorganic fibers can be used as the cathode.
ところで、ＣＶＩ法によって無機繊維に潤滑性物質を被覆する場合には、例えば、室温から９００〜１０００℃に加熱し、１０〜２０時間蒸着処理し、その後、冷却を行う必要があった。このため、最低でも数十時間を要していた。
これに対して、ＥＰＤ法を用いることにより、上述したように６０分以下で無機繊維に潤滑性物質を被覆することができるため、被覆に要する時間を短縮することができる。
By the way, in the case where the inorganic fiber is coated with the lubricating material by the CVI method, for example, it is necessary to heat from room temperature to 900 to 1000 ° C., perform vapor deposition for 10 to 20 hours, and then cool. For this reason, it took several tens of hours at the minimum.
On the other hand, by using the EPD method, as described above, the inorganic fiber can be coated with the lubricating substance in 60 minutes or less, so that the time required for coating can be shortened.
（加熱工程）
加熱工程では、上述した電気泳動堆積工程により潤滑性物質で被覆した無機繊維を、加熱することにより、無機繊維に被覆した導電性ポリマー層を除去する。導電性ポリマー層の除去後は、被覆層が収縮することにより、被覆層が無機繊維と直接接触する。
(Heating process)
In the heating step, the conductive polymer layer coated on the inorganic fiber is removed by heating the inorganic fiber coated with the lubricating substance in the electrophoretic deposition step described above. After the removal of the conductive polymer layer, the coating layer contracts, so that the coating layer comes into direct contact with the inorganic fibers.
加熱温度としては、導電性ポリマー層を除去することができる温度であれば特に限定されないが、具体的には、例えば、３００〜５００℃程度で行う。 Although it will not specifically limit if it is the temperature which can remove a conductive polymer layer as heating temperature, Specifically, it carries out at about 300-500 degreeC, for example.
なお、加熱工程は必須の工程ではなく、製造工程を簡略化するために省略することができる。 The heating process is not an essential process and can be omitted to simplify the manufacturing process.
＜複合材料＞
次に、本実施形態の複合材料について詳細に説明する。
本実施形態の複合材料は、低導電性の無機繊維と、無機繊維の表面を被覆する被覆層と、を備える複数の表面被覆無機繊維と、表面被覆無機繊維間を充填するマトリックス材料と、を含み、被覆層が無機繊維とマトリックス材料との界面に設けられた界面層を構成して概略構成されている。つまり、本実施形態の複合材料は、複数の上述した表面被覆無機繊維と、マトリックス材料と、界面層と、を含んで概略構成されている。
本実施形態の複合材料は、上述した表面被覆無機繊維を含むため、機械的特性に優れる。
<Composite material>
Next, the composite material of this embodiment will be described in detail.
The composite material of the present embodiment includes a plurality of surface-coated inorganic fibers each including a low-conductivity inorganic fiber, a coating layer that covers the surface of the inorganic fiber, and a matrix material that fills the space between the surface-coated inorganic fibers. In addition, the coating layer is schematically configured to constitute an interface layer provided at the interface between the inorganic fibers and the matrix material. That is, the composite material of the present embodiment is roughly configured to include a plurality of the above-described surface-coated inorganic fibers, the matrix material, and the interface layer.
Since the composite material of this embodiment includes the surface-coated inorganic fibers described above, it is excellent in mechanical properties.
（マトリックス材料）
マトリックス材料としては、複数の表面被覆無機繊維間を充填することができるものであれば特に限定されないが、具体的には、例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素等の非酸化物や、酸化アルミニウム、ムライト等の酸化物が挙げられる。
(Matrix material)
The matrix material is not particularly limited as long as it can be filled between a plurality of surface-coated inorganic fibers. Specifically, for example, non-oxides such as silicon carbide and silicon nitride, aluminum oxide, and mullite are used. And the like.
（界面層）
本実施形態の複合材料では、表面被覆無機繊維の被覆層が、マトリックス材料と界面を形成し、界面層として機能する。界面層の働きにより、マトリックス材料と無機繊維との界面に到達したき裂を偏向させることができるため、複合材料の機械的強度を向上することができる。
(Interface layer)
In the composite material of this embodiment, the coating layer of the surface-coated inorganic fibers forms an interface with the matrix material and functions as an interface layer. The crack that has reached the interface between the matrix material and the inorganic fibers can be deflected by the action of the interface layer, so that the mechanical strength of the composite material can be improved.
＜複合材料の製造方法＞
次に、本実施形態の複合材料を製造するために用いられる製造方法について詳細に説明する。
具体的には、先ず、上述した表面被覆無機繊維の製造方法により製造した繊維プリフォームを、マトリックス材料が分散した水系懸濁液に浸漬する。次に、繊維プリフォームを陽極とし、カーボン板を陰極として、ＥＰＤ法により、繊維間隔にマトリックス材料を含浸する。
<Production method of composite material>
Next, the manufacturing method used in order to manufacture the composite material of this embodiment is demonstrated in detail.
Specifically, first, a fiber preform produced by the above-described method for producing surface-coated inorganic fibers is immersed in an aqueous suspension in which a matrix material is dispersed. Next, a fiber material is impregnated with a matrix material by an EPD method using a fiber preform as an anode and a carbon plate as a cathode.
次に、マトリックス材料を含浸した繊維プリフォームと無機シートとを交互に積層し、脱脂後、ホットプレス焼結することにより、複合材料を製造する。 Next, a fiber preform and an inorganic sheet impregnated with a matrix material are alternately laminated, and after degreasing, hot press sintering is performed to produce a composite material.
マトリックス材料としては、上述したマトリックス材料を用いる事ができる。 As the matrix material, the matrix material described above can be used.
マトリックス材料を分散させる溶液としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、水、エタノール、アセトン等が挙げられる。
なお、上記溶液は、ｐＨを調整したものであってもよい。
Although it does not specifically limit as a solution which disperse | distributes matrix material, Specifically, water, ethanol, acetone, etc. are mentioned, for example.
In addition, the said solution may adjust pH.
無機シートとしては、特に限定されないが、具体的には、例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、ムライト等をテープキャスティングによりシート状にしたもの等が挙げられる。上記シートには、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、炭酸カルシウム等の焼結助剤を含有させてもよい。 Although it does not specifically limit as an inorganic sheet, Specifically, the thing etc. which made the sheet form the tape casting of silicon carbide, silicon nitride, aluminum oxide, mullite etc. are mentioned, for example. The sheet may contain a sintering aid such as aluminum oxide, yttrium oxide, or calcium carbonate.
なお、上述した複合材料の製造方法は一例であり、繊維プリフォームにマトリックス材料を含浸する方法は、ＥＰＤ法による製造方法に限定されない。他の繊維プリフォームにマトリックス材料を含浸する方法としては、具体的には、例えば、ＣＶＩ法、溶融含浸法、ポリマー溶液含浸−熱分解（ＰＩＰ）法等が挙げられる。 In addition, the manufacturing method of the composite material mentioned above is an example, and the method of impregnating a fiber preform with a matrix material is not limited to the manufacturing method by EPD method. Specific examples of the method for impregnating the other fiber preform with the matrix material include a CVI method, a melt impregnation method, and a polymer solution impregnation-pyrolysis (PIP) method.
以上説明したように、本実施形態の表面被覆無機繊維によれば、低導電性の無機繊維と、無機繊維の表面を被覆する被覆層とを備え、被覆層が潤滑性物質を含む構成となっており、繊維表面全体に十分な量の潤滑性物質が均一に被覆された無機繊維を提供することができる。 As described above, according to the surface-coated inorganic fiber of the present embodiment, the low-conductivity inorganic fiber and the coating layer that covers the surface of the inorganic fiber are provided, and the coating layer includes a lubricating substance. Therefore, it is possible to provide an inorganic fiber in which a sufficient amount of a lubricating substance is uniformly coated on the entire fiber surface.
また、本実施形態の表面被覆無機繊維の製造方法によれば、潤滑性物質が分散している懸濁液中において、導電性ポリマーで被覆された無機繊維と対極とを対向させ、前記無機繊維と前記対極との間に電場を印加することにより、無機繊維に潤滑性物質を被覆する工程を含む構成となっている。そのため、繊維表面全体に十分な量の潤滑性物質が均一に被覆された無機繊維を製造することができる。さらに、短時間で無機繊維に潤滑性物質を被覆することができる。 Further, according to the method for producing a surface-coated inorganic fiber of the present embodiment, the inorganic fiber coated with the conductive polymer is opposed to the counter electrode in the suspension in which the lubricating substance is dispersed, and the inorganic fiber And applying the electric field between the counter electrode and the counter electrode to cover the inorganic fiber with a lubricating substance. Therefore, it is possible to produce an inorganic fiber in which a sufficient amount of a lubricating substance is uniformly coated on the entire fiber surface. Furthermore, the lubricating material can be coated on the inorganic fibers in a short time.
また、本実施形態の複合材料によれば、低導電性の無機繊維と、無機繊維の表面を被覆する被覆層と、を備える複数の表面被覆無機繊維と、表面被覆無機繊維間を充填するマトリックス材料とを含み、上記被覆層が無機繊維とマトリックス材料との界面に設けられた界面層を構成している。そのため、機械的特性に優れた複合材料を提供することができる。 In addition, according to the composite material of the present embodiment, a plurality of surface-coated inorganic fibers each including a low-conductivity inorganic fiber and a coating layer that covers the surface of the inorganic fiber, and a matrix that is filled between the surface-coated inorganic fibers And the coating layer constitutes an interface layer provided at the interface between the inorganic fibers and the matrix material. Therefore, a composite material having excellent mechanical characteristics can be provided.
以上、この発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、上述した表面被覆無機繊維の製造方法では、電気泳動堆積工程の後に、加熱工程により、無機繊維に被覆した導電性ポリマー層を除去したが、加熱工程を行わなくても良い。これにより、製造工程を簡略化することができる。 The embodiment of the present invention has been described in detail above, but the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes a design and the like within a range not departing from the gist of the present invention. For example, in the method for producing a surface-coated inorganic fiber described above, the conductive polymer layer coated on the inorganic fiber is removed by the heating process after the electrophoresis deposition process, but the heating process may not be performed. Thereby, a manufacturing process can be simplified.
＜導電性ポリマーで被覆された無機繊維の作製＞
（実施例１）
先ず、蒸留水に、酸化剤としてペルオキソ二硫酸アンモニウム、ドープ剤として２，６−ナフタレンスルホン酸ナトリウムをそれぞれ０．０１ｍｏｌ／Ｌとなるように溶解させた。次に、非晶質炭化ケイ素繊維を上記水溶液に浸漬し、その後、導電性ポリマーを被覆するためのモノマーとして、ピロールを０．０１ｍｏｌ／Ｌとなるように添加した。重合時間は１８時間とした。重合後、室温で乾燥した。以上の操作により、導電性ポリマー層としてポリピロール層を備えた無機繊維である、ポリピロール被覆炭化ケイ素繊維を得た。
<Preparation of inorganic fiber covered with conductive polymer>
Example 1
First, ammonium peroxodisulfate as an oxidizing agent and sodium 2,6-naphthalenesulfonate as a doping agent were dissolved in distilled water so as to be 0.01 mol / L, respectively. Next, the amorphous silicon carbide fiber was immersed in the aqueous solution, and then pyrrole was added to a concentration of 0.01 mol / L as a monomer for coating the conductive polymer. The polymerization time was 18 hours. After polymerization, it was dried at room temperature. By the above operation, polypyrrole-coated silicon carbide fibers, which are inorganic fibers provided with a polypyrrole layer as a conductive polymer layer, were obtained.
電界放射型走査型電子顕微鏡（Ｓ−４８００、日立製作所製）により、炭化ケイ素繊維の表面に被覆したポリピロール被覆層の厚さを測定したところ、厚さは３００〜５００ｎｍであった。 When the thickness of the polypyrrole coating layer coated on the surface of the silicon carbide fiber was measured with a field emission scanning electron microscope (S-4800, manufactured by Hitachi, Ltd.), the thickness was 300 to 500 nm.
＜導電性ポリマー層の観察＞
図１は、実施例１で作製したポリピロール被覆炭化ケイ素繊維の表面のＳＥＭ写真である。ＳＥＭ写真は電界放射型走査型電子顕微鏡（Ｓ−４８００、日立製作所製）により撮影した。
<Observation of conductive polymer layer>
1 is an SEM photograph of the surface of the polypyrrole-coated silicon carbide fiber produced in Example 1. FIG. The SEM photograph was taken with a field emission scanning electron microscope (S-4800, manufactured by Hitachi, Ltd.).
図１より、ポリピロール被覆炭化ケイ素繊維の表面全体に均一にポリピロールが被覆されていることを確認した。 From FIG. 1, it was confirmed that polypyrrole was uniformly coated on the entire surface of the polypyrrole-coated silicon carbide fiber.
＜表面被覆無機繊維の作製＞
（実施例２）
実施例１で作製したポリピロール被覆炭化ケイ素繊維を一方向に並べて束にして、繊維プリフォームを作製した。次に、潤滑性物質としてカーボン粒子を０．３ｗｔ％分散した水系懸濁液をｐＨ１０となるように調整し、この水系懸濁液中に上記繊維プリフォームを浸漬した。次に、対極としてカーボン板を用いて、繊維プリフォームを陽極、カーボン板を陰極とし、ＥＰＤ法により、泳動電圧５〜６Ｖ／ｃｍ、泳動時間６０分の条件で、炭化ケイ素繊維表面にカーボンを被覆した。以上の操作により、被覆層としてカーボンを含む層を備えた無機繊維である、カーボン被覆炭化ケイ素繊維を作製した。
<Production of surface-coated inorganic fibers>
(Example 2)
A fiber preform was produced by arranging the polypyrrole-coated silicon carbide fibers produced in Example 1 into a bundle in one direction. Next, an aqueous suspension in which 0.3 wt% of carbon particles were dispersed as a lubricating substance was adjusted to a pH of 10, and the fiber preform was immersed in the aqueous suspension. Next, using a carbon plate as the counter electrode, the fiber preform as the anode, the carbon plate as the cathode, and carbon on the silicon carbide fiber surface by the EPD method under the conditions of a migration voltage of 5-6 V / cm and a migration time of 60 minutes. Covered. By the above operation, carbon-coated silicon carbide fibers, which are inorganic fibers provided with a layer containing carbon as a coating layer, were produced.
（実施例３）
繊維プリフォームを０．４ｗｔ％カーボン粒子水系懸濁液（ｐＨ１０）に浸漬したこと以外は、実施例２と同様にしてカーボン被覆炭化ケイ素繊維を作製した。
(Example 3)
Carbon-coated silicon carbide fibers were produced in the same manner as in Example 2 except that the fiber preform was immersed in a 0.4 wt% carbon particle aqueous suspension (pH 10).
（実施例４）
繊維プリフォームを０．５ｗｔ％カーボン粒子水系懸濁液（ｐＨ１０）に浸漬したこと以外は、実施例２と同様にしてカーボン被覆炭化ケイ素繊維を作製した。
Example 4
Carbon-coated silicon carbide fibers were produced in the same manner as in Example 2 except that the fiber preform was immersed in a 0.5 wt% carbon particle aqueous suspension (pH 10).
（比較例１）
ポリピロール等の導電性ポリマーを被覆していない炭化ケイ素繊維を一方向に並べて束にして、繊維プリフォームを作製した。次に、潤滑性物質としてカーボン粒子を０．３ｗｔ％分散した水系懸濁液をｐＨ１０となるように調整し、この水系懸濁液中に上記繊維プリフォームを浸漬した。次に、対極としてカーボン板を用いて、繊維プリフォームを陽極、カーボン板を陰極とし、ＥＰＤ法により、泳動電圧５〜６Ｖ／ｃｍ、泳動時間６０分の条件で、炭化ケイ素繊維表面にカーボンを被覆した。以上の操作により、被覆層としてカーボンを含む層を備えた無機繊維である、カーボン被覆炭化ケイ素繊維を作製した。
(Comparative Example 1)
A silicon carbide fiber not coated with a conductive polymer such as polypyrrole was aligned and bundled in one direction to prepare a fiber preform. Next, an aqueous suspension in which 0.3 wt% of carbon particles were dispersed as a lubricating substance was adjusted to a pH of 10, and the fiber preform was immersed in the aqueous suspension. Next, using a carbon plate as the counter electrode, the fiber preform as the anode, the carbon plate as the cathode, and carbon on the silicon carbide fiber surface by the EPD method under the conditions of a migration voltage of 5-6 V / cm and a migration time of 60 minutes. Covered. By the above operation, carbon-coated silicon carbide fibers, which are inorganic fibers provided with a layer containing carbon as a coating layer, were produced.
＜繊維表面の観察＞
図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ実施例２、比較例１で作製したカーボン被覆炭化ケイ素繊維の表面のＳＥＭ写真である。また、参考として図２（ｃ）に被覆層及び導電性ポリマーを被覆していない炭化ケイ素繊維の表面のＳＥＭ写真を示す。ＳＥＭ写真は電界放射型走査型電子顕微鏡（Ｓ−４８００、日立製作所製）により撮影した。
<Observation of fiber surface>
FIGS. 2A and 2B are SEM photographs of the surfaces of the carbon-coated silicon carbide fibers produced in Example 2 and Comparative Example 1, respectively. For reference, FIG. 2C shows a SEM photograph of the surface of the silicon carbide fiber not coated with the coating layer and the conductive polymer. The SEM photograph was taken with a field emission scanning electron microscope (S-4800, manufactured by Hitachi, Ltd.).
比較例１で作製したカーボン被覆炭化ケイ素繊維では、繊維表面へのカーボン被覆が不十分であり、繊維がむき出しになっている箇所が多く見られるのに対し、実施例１で作製したカーボン被覆炭化ケイ素繊維では、繊維表面全体に均一にカーボン被覆が施されていることがわかる。以上の結果から、本発明の製造方法により、繊維表面全体に潤滑性物質であるカーボンを均一に被覆することができることを確認した。 In the carbon-coated silicon carbide fiber produced in Comparative Example 1, the carbon coating on the fiber surface is insufficient, and there are many places where the fiber is exposed, whereas the carbon-coated carbonized carbon produced in Example 1 is used. It can be seen that the silicon fiber is uniformly coated with carbon on the entire fiber surface. From the above results, it was confirmed that carbon, which is a lubricating substance, can be uniformly coated on the entire fiber surface by the production method of the present invention.
＜被覆層厚さの測定＞
表１に、実施例２〜４、比較例１で作製した各カーボン被覆炭化ケイ素繊維の被覆層厚さを示す。なお、カーボン被覆炭化ケイ素繊維の表面に被覆した被覆層の厚さは、電界放射型走査型電子顕微鏡（Ｓ−４８００、日立製作所製）により測定した。
<Measurement of coating layer thickness>
Table 1 shows the coating layer thickness of each carbon-coated silicon carbide fiber produced in Examples 2 to 4 and Comparative Example 1. In addition, the thickness of the coating layer coated on the surface of the carbon-coated silicon carbide fiber was measured by a field emission scanning electron microscope (S-4800, manufactured by Hitachi, Ltd.).
実施例２の被覆層厚さが４０〜１００ｎｍであるのに対し、比較例１の被覆層厚さが０〜５０ｎｍであることから、本発明の製造方法により、繊維表面全体に十分な量の潤滑性物質であるカーボンを被覆することができたことを確認した。また、実施例２〜４の被覆層厚さが順に、４０〜１００ｎｍ、５０〜２００ｎｍ、５０〜４００ｎｍであることから、懸濁液中のカーボンの濃度が高くなると被覆層が厚くなることを確認した。 The coating layer thickness of Example 2 is 40 to 100 nm, whereas the coating layer thickness of Comparative Example 1 is 0 to 50 nm. Therefore, the production method of the present invention allows a sufficient amount of the entire fiber surface. It was confirmed that carbon, which is a lubricating substance, could be coated. Moreover, since the coating layer thickness of Examples 2-4 is 40-100 nm, 50-200 nm, 50-400 nm in order, it confirmed that the coating layer became thick when the density | concentration of the carbon in suspension became high. did.
＜複合材料の作製＞
（実施例５）
実施例２で作製したカーボン被覆炭化ケイ素繊維の繊維プリフォームを、マトリックス材料としてβ型炭化ケイ素及び酸化物（酸化アルミニウム、酸化イットリウム、炭酸カルシウム）が分散した水系懸濁液（ｐＨ１０）に浸漬した。対極としてカーボン板を用い、繊維プリフォームを陽極、カーボン板を陰極とし、ＥＰＤ法により、泳動電圧５Ｖ／ｃｍ、泳動時間６０分の条件で、炭化ケイ素繊維間隙に炭化ケイ素マトリックスを含浸した。
<Production of composite material>
(Example 5)
The fiber preform of carbon-coated silicon carbide fibers produced in Example 2 was immersed in an aqueous suspension (pH 10) in which β-type silicon carbide and oxides (aluminum oxide, yttrium oxide, calcium carbonate) were dispersed as a matrix material. . A carbon plate was used as a counter electrode, a fiber preform was used as an anode, a carbon plate was used as a cathode, and a silicon carbide matrix was impregnated into a silicon carbide fiber gap by an EPD method under the conditions of a migration voltage of 5 V / cm and a migration time of 60 minutes.
次に、炭化ケイ素マトリックス材料を含浸した繊維プリフォームと、テープキャスティングにより作製した酸化物（酸化アルミニウム、酸化イットリウム、炭酸カルシウム）含有炭化ケイ素シートと、を交互に積層し、脱脂後、１７００ｏＣの温度でホットプレス焼結した。以上の操作により、１次元炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素基複合材料を作製した。 Next, a fiber preform impregnated with a silicon carbide matrix material and an oxide (aluminum oxide, yttrium oxide, calcium carbonate) -containing silicon carbide sheet produced by tape casting are alternately laminated, and after degreasing, 1700 ° C. Hot press sintering was performed at a temperature of Through the above operation, a one-dimensional silicon carbide fiber reinforced silicon carbide based composite material was produced.
（実施例６）
実施例３で作製したカーボン被覆炭化ケイ素繊維の繊維プリフォームを用いたこと以外は、実施例５と同様にして１次元炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素基複合材料を作製した。
(Example 6)
A one-dimensional silicon carbide fiber reinforced silicon carbide-based composite material was produced in the same manner as in Example 5 except that the carbon preform of carbon-coated silicon carbide fiber produced in Example 3 was used.
（実施例７）
実施例４で作製したカーボン被覆炭化ケイ素繊維の繊維プリフォームを用いたこと以外は、実施例５と同様にして１次元炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素基複合材料を作製した。
(Example 7)
A one-dimensional silicon carbide fiber reinforced silicon carbide-based composite material was produced in the same manner as in Example 5 except that the carbon preform of carbon-coated silicon carbide fiber produced in Example 4 was used.
（比較例２）
比較例１で作製したカーボン被覆炭化ケイ素繊維の繊維プリフォームを、マトリックス材料としてβ型炭化ケイ素及び酸化物（酸化アルミニウム、酸化イットリウム、炭酸カルシウム）が分散した水系懸濁液（ｐＨ１０）に浸漬した。対極としてカーボン板を用い、繊維プリフォームを陽極、カーボン板を陰極とし、ＥＰＤ法により、泳動電圧５Ｖ／ｃｍ、泳動時間６０分の条件で、炭化ケイ素繊維間隙に炭化ケイ素マトリックスを含浸した。
(Comparative Example 2)
The fiber preform of carbon-coated silicon carbide fibers produced in Comparative Example 1 was immersed in an aqueous suspension (pH 10) in which β-type silicon carbide and oxides (aluminum oxide, yttrium oxide, calcium carbonate) were dispersed as a matrix material. . A carbon plate was used as a counter electrode, a fiber preform was used as an anode, a carbon plate was used as a cathode, and a silicon carbide matrix was impregnated into a silicon carbide fiber gap by an EPD method under the conditions of a migration voltage of 5 V / cm and a migration time of 60 minutes.
次に、炭化ケイ素マトリックス材料を含浸した繊維プリフォームと、テープキャスティングにより作製した酸化物（酸化アルミニウム、酸化イットリウム、炭酸カルシウム）含有炭化ケイ素シートと、を交互に積層し、脱脂後、１７００ｏＣの温度でホットプレス焼結した、以上の操作により、１次元炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素基複合材料を作製した。 Next, a fiber preform impregnated with a silicon carbide matrix material and an oxide (aluminum oxide, yttrium oxide, calcium carbonate) -containing silicon carbide sheet produced by tape casting are alternately laminated, and after degreasing, 1700 ° C. A one-dimensional silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide-based composite material was produced by the above-described operation that was hot-press sintered at a temperature of.
＜３点曲げ試験＞
図３に、室温における、実施例５及び実施例７、比較例２で作製した１次元炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素基複合材料の、３点曲げ試験での荷重―クロスヘッド変位曲線を示す。また、表２に実施例５〜７、比較例２で作製した複合材料の、繊維含有率、曲げ強度、破壊エネルギーを示す。なお、３点曲げ強度の測定は、万能材料試験機（１１８５型、インストロン製）により行った。また、繊維含有率は、繊維の添加量と複合材の体積から求めた。
<3-point bending test>
FIG. 3 shows a load-crosshead displacement curve in a three-point bending test of the one-dimensional silicon carbide fiber reinforced silicon carbide based composite material produced in Examples 5 and 7 and Comparative Example 2 at room temperature. Table 2 shows the fiber content, bending strength, and fracture energy of the composite materials produced in Examples 5 to 7 and Comparative Example 2. The three-point bending strength was measured with a universal material testing machine (1185 type, manufactured by Instron). The fiber content was determined from the amount of fiber added and the volume of the composite material.
図３より、室温での３点曲げ試験を行った結果、比較例２で作製した１次元炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素基複合材料では、脆性的な破壊挙動を示したのに対し、実施例５及び実施例７で作製した１次元炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素基複合材料では非脆性的な破壊挙動を示した。 FIG. 3 shows that, as a result of a three-point bending test at room temperature, the one-dimensional silicon carbide fiber reinforced silicon carbide based composite material produced in Comparative Example 2 showed brittle fracture behavior, whereas Example 5 The one-dimensional silicon carbide fiber reinforced silicon carbide based composite material produced in Example 7 exhibited non-brittle fracture behavior.
また、表２より、比較例２で作製した１次元炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素基複合材料の３点曲げ強度は１１０ＭＰａであったのに対し、実施例５、実施例６、及び実施例７で作製した１次元炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素基複合材料は１５０〜１９０ＭＰａであり、高い曲げ強度を示した。 From Table 2, the three-point bending strength of the one-dimensional silicon carbide fiber reinforced silicon carbide based composite material produced in Comparative Example 2 was 110 MPa, whereas in Example 5, Example 6, and Example 7, The produced one-dimensional silicon carbide fiber reinforced silicon carbide-based composite material was 150 to 190 MPa, and showed high bending strength.
さらに、表２より、比較例２で作製した１次元炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素基複合材料の破壊エネルギーは４２０Ｊ／ｍ２であったのに対し、実施例５、実施例６、及び実施例７で作製した１次元炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素基複合材料では８５０〜１１６０Ｊ／ｍ２であり、２倍以上の値を示した。
以上の結果より、本発明の複合材料は機械的特性に優れることを確認した。
Furthermore, from Table 2, the fracture energy of the one-dimensional silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide-based composite material produced in Comparative Example 2 was 420 J / m 2 , whereas Example 5, Example 6, and Example 7 In the one-dimensional silicon carbide fiber reinforced silicon carbide-based composite material prepared in step 850, the value was 850 to 1160 J / m 2 , which was twice or more.
From the above results, it was confirmed that the composite material of the present invention was excellent in mechanical properties.
＜表面被覆無機繊維の作製＞
（実施例８）
先ず、実施例１と同様の方法により、ポリピロール被覆炭化ケイ素繊維を得た。
次に、ポリピロール被覆炭化ケイ素繊維を一方向に並べて束にして、繊維プリフォームを作製した。次に、潤滑性物質として窒化ホウ素粒子を０．３ｗｔ％分散した水系懸濁液をｐＨ１０となるように調整し、この水系懸濁液中に上記繊維プリフォームを浸漬した。次に、対極としてカーボン板を用いて、繊維プリフォームを陽極、カーボン板を陰極とし、ＥＰＤ法により、泳動電圧５〜６Ｖ／ｃｍ、泳動時間６０分の条件で、炭化ケイ素繊維表面に窒化ホウ素を被覆した。以上の操作により、被覆層として窒化ホウ素を含む層を備えた無機繊維である、窒化ホウ素被覆炭化ケイ素繊維を作製した。
<Production of surface-coated inorganic fibers>
(Example 8)
First, polypyrrole-coated silicon carbide fibers were obtained by the same method as in Example 1.
Next, polypyrrole-coated silicon carbide fibers were lined up in one direction and bundled to produce a fiber preform. Next, an aqueous suspension in which 0.3 wt% of boron nitride particles were dispersed as a lubricating substance was adjusted to a pH of 10, and the fiber preform was immersed in the aqueous suspension. Next, using a carbon plate as a counter electrode, a fiber preform as an anode, a carbon plate as a cathode, and boron nitride on the surface of the silicon carbide fiber by an EPD method under conditions of a migration voltage of 5 to 6 V / cm and a migration time of 60 minutes. Was coated. By the above operation, a boron nitride-coated silicon carbide fiber, which is an inorganic fiber having a layer containing boron nitride as a coating layer, was produced.
（比較例３）
比較例３として、ＣＶＤ法により炭化ケイ素繊維表面に窒化ホウ素を被覆した、窒化ホウ素被覆炭化ケイ素繊維（Ｈｉ-Ｎｉｃａｌｏｎ、日本カーボン製）を用意した。
(Comparative Example 3)
As Comparative Example 3, a boron nitride-coated silicon carbide fiber (Hi-Nicalon, manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.) was prepared by coating boron nitride on the surface of the silicon carbide fiber by a CVD method.
＜繊維表面の観察＞
図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ実施例８、比較例３で作製した窒化ホウ素被覆炭化ケイ素繊維の表面のＳＥＭ写真である。ＳＥＭ写真は電界放射型走査型電子顕微鏡（Ｓ−４８００、日立製作所製）により撮影した。
<Observation of fiber surface>
4A and 4B are SEM photographs of the surfaces of the boron nitride-coated silicon carbide fibers produced in Example 8 and Comparative Example 3, respectively. The SEM photograph was taken with a field emission scanning electron microscope (S-4800, manufactured by Hitachi, Ltd.).
比較例３で作製した窒化ホウ素被覆炭化ケイ素繊維の表面は凹凸がなく滑らかであるのに対し、実施例８で作製した窒化ホウ素被覆炭化ケイ素繊維の表面はうろこ状であった。この結果から、本発明で作製した窒化ホウ素被覆炭化ケイ素繊維とＣＶＤ法で作製した窒化ホウ素被覆炭化ケイ素繊維とでは、表面の形状が全く異なることを確認した。 The surface of the boron nitride-coated silicon carbide fiber produced in Comparative Example 3 was smooth with no irregularities, whereas the surface of the boron nitride-coated silicon carbide fiber produced in Example 8 was scaly. From this result, it was confirmed that the boron nitride-coated silicon carbide fibers produced in the present invention and the boron nitride-coated silicon carbide fibers produced by the CVD method have completely different surface shapes.
本発明の表面被覆無機繊維の製造方法は、種々の無機繊維（炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、ガラス繊維等）に適用可能である。また、本発明の複合材料は、高信頼性耐熱材料として期待されており、特に炭化ケイ素系複合材料は、航空宇宙産業、原子力分野、高温ガスタービン等の部材として有用である。 The method for producing a surface-coated inorganic fiber of the present invention can be applied to various inorganic fibers (silicon carbide fiber, alumina fiber, glass fiber, etc.). The composite material of the present invention is expected as a highly reliable heat-resistant material. In particular, the silicon carbide-based composite material is useful as a member in the aerospace industry, the nuclear field, a high-temperature gas turbine, and the like.
Claims (10)
前記被覆層が潤滑性物質を含む、表面被覆無機繊維。 A low-conductivity inorganic fiber, and a coating layer covering the surface of the inorganic fiber,
A surface-coated inorganic fiber, wherein the coating layer contains a lubricating substance.
前記被覆層が、前記無機繊維と前記マトリックス材料との界面に設けられた界面層を構成する、複合材料。 A plurality of surface-coated inorganic fibers comprising a low-conductivity inorganic fiber, a coating layer covering the surface of the inorganic fiber, and a matrix material filling the space between the surface-coated inorganic fibers,
A composite material in which the coating layer constitutes an interface layer provided at an interface between the inorganic fibers and the matrix material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015035658A JP6651112B2 (en) | 2015-02-25 | 2015-02-25 | Surface-coated inorganic fiber, method for producing the same, and composite material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015035658A JP6651112B2 (en) | 2015-02-25 | 2015-02-25 | Surface-coated inorganic fiber, method for producing the same, and composite material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016156109A true JP2016156109A (en) | 2016-09-01 |
| JP6651112B2 JP6651112B2 (en) | 2020-02-19 |
Family
ID=56825333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015035658A Active JP6651112B2 (en) | 2015-02-25 | 2015-02-25 | Surface-coated inorganic fiber, method for producing the same, and composite material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6651112B2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018199587A (en) * | 2017-05-25 | 2018-12-20 | イビデン株式会社 | METHOD FOR PRODUCING SiC/SiC COMPOSITE MATERIAL |
| JP2019085292A (en) * | 2017-11-06 | 2019-06-06 | クアーズテック株式会社 | BN COATED SiC FIBER AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR, SiC FIBER REINFORCED SiC COMPOSITE MATERIAL USING BN COATED SiC FIBER |
| WO2022065205A1 (en) * | 2020-09-23 | 2022-03-31 | 東ソー株式会社 | Ceramic continuous fibers having coating layer and method for producing same, and ceramic matrix composite material and method for producing same |
| CN114481603A (en) * | 2022-01-25 | 2022-05-13 | 武汉纺织大学 | Terylene/boron nitride/polypyrrole composite conductive fiber and fiber-based neurosynaptic transistor device |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63110549A (en) * | 1986-10-29 | 1988-05-16 | Mitsubishi Petrochem Co Ltd | Manufacture of electrode material |
| JPH03295852A (en) * | 1990-04-11 | 1991-12-26 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Ceramic composite and its production |
| US5336381A (en) * | 1991-01-07 | 1994-08-09 | United Technologies Corporation | Electrophoresis process for preparation of ceramic fibers |
| JPH07502965A (en) * | 1991-11-22 | 1995-03-30 | ロールス・ロイス・ピーエルシー | Composite material manufacturing method |
| US5468358A (en) * | 1993-07-06 | 1995-11-21 | General Atomics | Fabrication of fiber-reinforced composites |
| JP2003176182A (en) * | 2001-12-07 | 2003-06-24 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Ceramic composite material and turbine member obtained by using the same |
| JP2003532609A (en) * | 2000-05-10 | 2003-11-05 | アルバータ リサーチ カウンシル インコーポレイテッド | Production of hollow ceramic membranes by electrophoretic deposition |
| US20110266158A1 (en) * | 2008-06-19 | 2011-11-03 | Fundacion Cidetec | Method for electrochemically covering an insulating substrate |
-
2015
- 2015-02-25 JP JP2015035658A patent/JP6651112B2/en active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63110549A (en) * | 1986-10-29 | 1988-05-16 | Mitsubishi Petrochem Co Ltd | Manufacture of electrode material |
| JPH03295852A (en) * | 1990-04-11 | 1991-12-26 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Ceramic composite and its production |
| US5336381A (en) * | 1991-01-07 | 1994-08-09 | United Technologies Corporation | Electrophoresis process for preparation of ceramic fibers |
| JPH07502965A (en) * | 1991-11-22 | 1995-03-30 | ロールス・ロイス・ピーエルシー | Composite material manufacturing method |
| US5468358A (en) * | 1993-07-06 | 1995-11-21 | General Atomics | Fabrication of fiber-reinforced composites |
| JP2003532609A (en) * | 2000-05-10 | 2003-11-05 | アルバータ リサーチ カウンシル インコーポレイテッド | Production of hollow ceramic membranes by electrophoretic deposition |
| JP2003176182A (en) * | 2001-12-07 | 2003-06-24 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Ceramic composite material and turbine member obtained by using the same |
| US20110266158A1 (en) * | 2008-06-19 | 2011-11-03 | Fundacion Cidetec | Method for electrochemically covering an insulating substrate |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 松本英輝: "電気泳動堆積法による炭化ケイ素繊維の炭素被覆と炭化ケイ素／炭化ケイ素複合材料の作製", 日本セラミックス協会シンポジウム講演予稿集, JPN6019003314, 17 September 2004 (2004-09-17), JP, pages 339頁 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018199587A (en) * | 2017-05-25 | 2018-12-20 | イビデン株式会社 | METHOD FOR PRODUCING SiC/SiC COMPOSITE MATERIAL |
| JP2019085292A (en) * | 2017-11-06 | 2019-06-06 | クアーズテック株式会社 | BN COATED SiC FIBER AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR, SiC FIBER REINFORCED SiC COMPOSITE MATERIAL USING BN COATED SiC FIBER |
| WO2022065205A1 (en) * | 2020-09-23 | 2022-03-31 | 東ソー株式会社 | Ceramic continuous fibers having coating layer and method for producing same, and ceramic matrix composite material and method for producing same |
| CN114481603A (en) * | 2022-01-25 | 2022-05-13 | 武汉纺织大学 | Terylene/boron nitride/polypyrrole composite conductive fiber and fiber-based neurosynaptic transistor device |
| CN114481603B (en) * | 2022-01-25 | 2024-02-13 | 武汉纺织大学 | Terylene/boron nitride/polypyrrole composite conductive fiber and fiber-based nerve synapse transistor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6651112B2 (en) | 2020-02-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6651112B2 (en) | Surface-coated inorganic fiber, method for producing the same, and composite material | |
| Li et al. | A SiC-ZrB2-ZrC coating toughened by electrophoretically-deposited SiC nanowires to protect C/C composites against thermal shock and oxidation | |
| KR101241775B1 (en) | Method for preparing high density fiber reinforced silicon carbide composite materials | |
| JP3971903B2 (en) | Method for producing SiC fiber reinforced SiC composite material | |
| US5468358A (en) | Fabrication of fiber-reinforced composites | |
| US5067999A (en) | Method for providing a silicon carbide matrix in carbon-fiber reinforced composites | |
| JP4536950B2 (en) | Hot press manufacturing method for SiC fiber reinforced SiC composite material | |
| CN104254506A (en) | Hite foil-bonded device and method for preparing same | |
| WO2012066352A1 (en) | Material for a brake disc | |
| CN105503227A (en) | Method for preparing three-dimensional-fabric-enhanced silicon carbide-diamond composite material | |
| CN107935617A (en) | A kind of manufacture method of bullet train carbon pottery brake material | |
| JP2009227565A (en) | Carbon fiber-reinforced silicon carbide composite and method for producing the same | |
| Novak et al. | Electrophoretic deposition in the production of SiC/SiC composites for fusion reactor applications | |
| JP5371894B2 (en) | Manufacturing method of fiber reinforced composite ceramic material and fiber reinforced composite ceramic material | |
| JP6559473B2 (en) | Method for producing silicon carbide composite | |
| Novak et al. | Fabrication of SiCf/SiC composites by SITE-P process | |
| JP6862280B2 (en) | Method for manufacturing SiC / SiC composite material | |
| Lin et al. | Electrolytic deposition of PZT on carbon fibers for fabricating multifunctional composites | |
| JP6914098B2 (en) | Method for manufacturing SiC / SiC composite material | |
| US5554271A (en) | Method of manufacturing a composite material | |
| JP2011046543A (en) | Carbon fiber-reinforced carbon composite material and method for manufacturing the same | |
| RU2718682C2 (en) | Method of making ceramics based on silicon carbide, reinforced with silicon carbide fibres | |
| Bao et al. | Constant current electrophoretic infiltration deposition of fiber‐reinforced ceramic composites | |
| Manocha et al. | Silica/silica composites through electrophoretic infiltration-Effect of processing conditions on densification of composites | |
| JP2019172503A (en) | PRODUCTION PROCESS FOR SiC FIBER REINFORCED SiC COMPOSITE MATERIAL |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150306 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150326 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180221 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20181227 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190205 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190408 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20190813 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191108 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20191118 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20191210 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20191224 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6651112 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |