JP3903178B2

JP3903178B2 - Manufacturing method of ceramic composite material

Info

Publication number: JP3903178B2
Application number: JP2002347445A
Authority: JP
Inventors: 誠吉田; 元佐々木; 堅也永久
Original assignee: Hiroshima University NUC
Current assignee: Hiroshima University NUC
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: JP2004175648A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高耐熱性、高強度、軽量化が要求されるセラミックス複合材料の製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続繊維複合材料の機械的・熱的性質は、マトリックス中の強化繊維の配置に大きく依存する。それ故、あらかじめその用途に応じて必要とされる機械的性質を満たすように設計及び製織された繊維体中における各繊維束の位置関係を、マトリックスとの複合化後においても保持させることによって、設計通りの特性を有するセラミックス複合材料を得ることができるようになる。
【０００３】
現在、知られているセラミックス複合材料の製造方法には、前記繊維体の内部に、ポリマー含浸焼成法（ＰＩＰ法）によってセラミックスの前駆体となる物質を織推体内に圧入し、その後、焼成することによりマトリックスを形成したり、又は前記繊維体内部にセラミックス粉末を鋳込み成形法によって充填した後、焼結することによりマトリックスを形成したりすることが試みられている。さらに、マトリックスとなるセラミックスをその内部に液相を含有する温度域まで昇温し、外部から擬似静水圧を加えることにより繊維体内部に液相を含むセラミックスを含浸させ、前記繊維体と複合化させたセラミックス複合材料（特願２００１−１７５６９７号）などの方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらのセラミックス複合材料の製造方法においては、マトリックスの前駆体となる物質、若しくはセラミック粒子を分散させたスラリー、又は液相を含むセラミックス自体を繊維体中に含浸させる過程を含む。したがって、このような含侵過程において、前記繊維体を構成する繊維束同士の位置関係をずらしてしまうことがある。この結果、上記方法によってセラミックス複合材料を形成した場合においても、繊維束の位置関係のずれなどにより、前記セラミックス複合材料が当初予定していた強度を発現しない場合が生じていた。
【０００５】
また、上記含侵過程により、製織された繊維束間隔が変化することによる組織的なばらつきを生じ、極端にマトリックスの存在率が増加した箇所が破壊の起点となる場合もあった。
【０００６】
本発明は、無機長繊維を含むセラミックス複合材料において、製造時における無機長繊維束同士の位置関係のずれを防止し、前記セラミックス複合材料が設計値どおりの強度を有するようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、
複数の無機長繊維を束ね、製織して繊維体を形成したのち、
ゾル化した第１のセラミックス部材の原料を、前記繊維体の内部空間に含浸後、固化することにより、前記繊維体の内部空間に前記第１のセラミックス部材を充填して、繊維成形体を形成し、
その後さらに、前記繊維成形体の、外部空間と連続した空間内に、第２のセラミックス部材の原料粉末を充填し、前記原料粉末が液相を生じる温度まで加熱して加圧・焼結することにより、前記空間内に前記第２のセラミックス部材を充填する、
ことを特徴とする、セラミックス複合材料の製造方法に関する。
【０００８】
上述した従来の技術においては、繊維体中にスラリー化したセラミックス部材などを含侵させる工程において、前記繊維体の内部空間内に前記セラミックス部材を充填させる工程と、前記繊維体の外部空間内を充填してセラミックス母材中に前記繊維体を埋設させる工程とを同時に実施し、目的とするセラミックス複合材料を一括して製造するようにしている。
【０００９】
これに対して、本発明によれば、無機長繊維を束ねて製織して繊維体を形成した後、前記繊維体の内部空間を占有するように第１のセラミックス部材を充填して繊維成形体を形成する。その後、さらに前記繊維成形体の外部空間と連続した空間内に第２のセラミックス部材を充填するという２段階の工程を経てセラミックス複合材料を製造する。
【００１０】
すなわち、第１のセラミックス部材は、前記繊維体の内部空間に充填させることによって、主として前記繊維体を構成する前記無機長繊維同士の位置関係を固定する役割を果たす。そして、第２のセラミックス部材は、前記繊維体と前記第１のセラミックス部材とから構成される繊維成形体の外部空間を充填して、前記第２のセラミックス部材中に前記繊維成形体が埋設されたような、主としてセラミックス母材としての役割を果たす。
【００１１】
このように、本発明によれば、２種類のセラミックス部材を用い、無機長繊維の位置関係を固定した後、再度セラミックス部材を用いて実際のセラミックス複合材料を製造するようにしている、特に第１のセラミックス部材の充填にはゾル化した原料を用いているので、前記セラミックス複合材料の製造時において、前記繊維体を構成する前記無機長繊維同士の位置関係がずれなくなる。したがって、前記セラミックス複合材料を製造した後においても、前記繊維体を構成する前記無機長繊維同士の位置関係を当初設定通りに維持することができ、前記セラミックス複合材料は設計値通りの強度を有することができるようになる。
【００１２】
なお、本発明の好ましい態様においては、前記繊維体の表面に潤滑層を形成する。これによって、前記第１のセラミックス部材の、前記繊維体の前記内部空間への充填をより簡易かつ効果的に行うことができるようになる。さらに、前記第２のセラミックス部材の、前記繊維成形体の、外部空間と連続した前記空間内への充填をより簡易かつ効果的に行うことができるようになる。
【００１３】
前記潤滑層は、前記無機長繊維の表面に予め形成することもできるし、前記第１のセラミックス部材及び前記第２のセラミックス部材の充填時において、前記セラミックス部材の原料の表面反応を通じて形成することもできる。
以下、本発明の詳細及びその他の特徴について説明する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の方法においては、最初に複数の無機長繊維を束ねるとともに、製織して繊維体を形成する。前記製織の方法は特に限定されるものではないが、好ましくは平織、繻子織、多軸織、及び３次元織の少なくとも一つの手法を用いることが好ましい。これによって、製織によって得た繊維体自体の強度を向上させることができ、後の工程を経て得た繊維成形体及び最終的なセラミックス複合材料の強度を向上させることができる。
【００１５】
なお、同様の理由から、前記無機長繊維の長さは１００μｍ以上であることが好ましく、前記無機長繊維の繊維径は１μｍ〜１００μｍであることが好ましい。
【００１６】
前記無機長繊維は、炭化珪素、炭素、窒化珪素、及び金属酸化物の少なくとも一つから構成することができる。これらの材料自体、極めて高い強度を有するので、前記無機長繊維の強度、さらには前記繊維体及び前記繊維成形体の強度をも向上させ、目的とするセラミックス複合材料の強度を向上させることができるようになる。
【００１７】
次いで、本発明の方法においては、上述のようにして得た繊維体の内部空間を占有するようにして第１のセラミックス部材を充填して繊維成形体を形成する。前記繊維成形体の形成は、以下の方法を用いて行う。
【００１９】
すなわち、前記第１のセラミックス部材の原料をゾル化し、前記原料ゾルを前記繊維体の内部空間に含侵させる。
【００２０】
このような方法を用いることにより、前記繊維体の前記内部空間を占有する前記第１のセラミックス部材を簡易に形成することができる。
【００２１】
前記第１のセラミックス部材は、炭化珪素、炭素、窒化珪素、及び金属酸化物の少なくとも一つから構成することができる。これらの材料自体、極めて高い強度を有するので、前記繊維成形体の強度を向上させ、目的とするセラミックス複合材料の強度を向上させることができるようになる。
【００２２】
図１は、本発明の方法によって得られた繊維成形体の一例の構成を部分的に拡大して示す図である。図１から明らかなように、上述した工程を経ることにより、無機長繊維からなる繊維体の内部空間を第１のセラミックス部材で充填してなる繊維成形体を得ることができる。
【００２３】
次いで、本発明においては、上述のようにして得た繊維成形体の、外部空間と連続した空間内に第２のセラミックス部材を充填して、目的とするセラミックス複合材料を得る。前記第２のセラミックス部材の充填は、下記の方法を用いて実施する。
【００２４】
すなわち、前記第２のセラミックス部材の原料として粉末状の原料を準備し、前記原料粉末を前記繊維成形体の前記外部空間に充填し、次いで、前記原料粉末を前記繊維体ごと加熱焼結する。なお、前記原料粉末の大きさは、前記繊維体の内部空間に充填できる程度に、十分に小さいことが必要である。具体的には、前記原料粉末の材料組成、及び前記繊維成形体の内部空間の大きさなどによって決定されるが、０．０１μｍ〜５０μｍ程度の大きさである。
【００２５】
図２から図４は、上記の方法における好ましい態様を示す工程図である。上記の方法においては、最初に、図２に示すように、所定の坩堝内に繊維成形体及び前記原料粉末を加圧成形して得た圧粉体を入れる。このとき、前記圧粉体は、前記坩堝の内壁面との間にギャップが生じないようにして前記坩堝内に入れる。次いで、図３に示すように、前記坩堝を所定のヒータ内に配置して、前記圧粉体を加熱し、前記圧粉体内に液相を生ぜしめる。次いで、図４に示すように、前記坩堝内に所定の圧力を負荷することによって、前記繊維成形体中に前記原料粉末を充填するとともに、前記原料粉末を焼結する。
【００２６】
以上の工程においては、圧粉体と坩堝の内壁面との間にギャップが生成されず、さらに前記圧粉体中に液相を生ぜしめていることから、前記液相によって封止処理が施され、上述した加圧焼結は熱間静水圧加圧と等価となる。すなわち、上述した工程を経ることにより、目的とするセラミックス複合材料は熱間静水圧加圧法を経て製造されることになる。この結果、前記セラミックス部材の均一性及び密度が増大して、より高い強度を呈するようになる。
【００２８】
前記第２のセラミックス部材は、炭化珪素、炭素、窒化珪素、及び金属酸化物の少なくとも一つから構成することができる。これらの材料自体、極めて高い強度を有するので、前記繊維成形体の強度を向上させ、目的とするセラミックス複合材料の強度を向上させることができるようになる。
【００２９】
なお、第１のセラミックス部材と第２のセラミックス部材とは、相異なるセラミックス材料から構成されることが好ましい。例えば、前記第１のセラミックス部材及び前記第２のセラミックス部材が結晶質である場合、単一の金属を含む相異なる金属酸化物や、２種類以上の金属を含む相異なる金属酸化物などから構成することができる。また、一方を単一の金属を含む金属酸化物から構成し、他方を２種類以上の金属を含む金属酸化物から構成することができる。さらには、２種以上の金属を含み、凝固して固化する際に共晶反応を生ぜしめるような、相異なる金属酸化物などから構成することができる。
【００３０】
最後の場合の例としては、アルミナとムライト、アルミナとイットリウムアルミニウムガーネットなどの組み合わせを例示することができる。
【００３１】
また、前記第１のセラミックス部材及び前記第２のセラミックス部材がガラス質である場合、ムライトとシリカ、灰長石（ＧａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）、きん青石〈２ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・５ＳｉＯ_２〉、バリウムオスミライト（ＢａＯ・２ＭｇＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・９ＳｉＯ_２）、セルシアン（Ｂａ（ｏｒＳｒ）・Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）などとの組み合わせからなる、相異なる材料を用いることができる。
【００３２】
なお、本発明においては、前記繊維体の表面に潤滑層を形成することが好ましい。これによって、前記第１のセラミックス部材の充填及び前記第２のセラミックス部材の充填をより簡易に実行できるようになる。
【００３３】
前記潤滑層は、前記無機長繊維の表面上において公知の方法を用いることにより予め形成しておくことができる。また、前記第１のセラミックス部材及び前記第２のセラミックス部材の充填時において、前記セラミックス部材の原料との表面反応を通じて、それらの充填と同時に形成することができる。
【００３４】
例えば、前記第１のセラミックス部材及び前記第２のセラミックス部材の少なくとも一方がＳｉＣである場合、原料であるＳｉＣと、その内部に含まれる活性酸素などと、
ＳｉＣ＋Ｏ_２→ＳｉＯ_２＋Ｃ
なる反応式を通じて、前記無機長繊維の表面に炭素（Ｃ）からなる潤滑層が形成される。
【００３５】
前記潤滑層は、潤滑性に優れた炭素及び窒化ホウ素の少なくとも一方を含むセラミックス材から構成することが好ましい。また、金属材料から構成することもできるが、この場合においては、目的とするセラミックス複合材料を得た場合において、その使用の妨げにならないように、前記セラミックス複合材料の使用温度において塑性変形可能となる金属材料から構成することが好ましい。具体的には、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｍｏ及びＷを例示することができる。
【００３６】
【実施例】
〔繊維成型体の２次元製織〕
無機長繊維として焼結ＳｉＣ繊維〔宇部興産（株）製、商品名「チラノＳＡ」を用い、これを繊維体積率が４０％となるようにＸ−Ｙ方向の２次元に編み上げて繊維体を形成した。なお、前記繊維体の大きさは、２０ｍｍ（幅）×８０ｍｍ（長さ）であった。なお、前記繊維体を構成する各繊維表面には、予め、炭化水素の熱分解によるＣＶＤ法〔東洋炭素（株）製、商品名「パイログラフ」〕により得たカーボンを厚さ１μｍとなるように被覆した。
【００３７】
次いで、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）ゾル「日産化学（株）製、アルミナゾル２００」を準備し、前記繊維体を前記アルミナゾルに浸し、さらに１０００℃まで昇温するという工程を５回繰り返し、前記繊維体の内部空間に前記アルミナゾルを含侵させるとともに固化させて、前記繊維体の内部空間をアルミナで充填し、前記繊維体を構成する各繊維同士の位置関係を固定した。
【００３８】
次いで、このようにして得た繊維成形体をモリブデン（Ｍｏ）製の坩堝（円筒型容器）中に設置し、次いで、ＳｉＯ_２−３０モル％Ａｌ_２Ｏ_３粉末を円筒状に圧し固めて作製した圧粉体を前記繊維成形体上に配置した。次いで、前記坩堝を炭素ヒータ内に配置し、３ＭＰａの圧力下で１６５０℃まで加熱して、前記圧粉体中に液相を生ぜしめた。次いで、圧力を２００ＭＰａにし、前記圧粉体内の原料粉末を前記繊維成形体の外部空間内に充填せしめるとともに焼結し、目的とするセラミックス複合材料を得た。
【００３９】
図５は、このようにして得たセラミックス複合材料の断面を光学顕微鏡で観察した様子を示す写真である。図５から明らかなように、前記繊維は、第２のセラミックス部材を母材として、その内部に均一に分散して配置されていることが分かる。すなわち、本発明によれば、繊維同士の位置関係を変化させることなく、設計通りに分散配置させてなる高強度のセラミックス複合材料が得られることが分かる。
【００４０】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、製造時における無機長繊維束同士の位置関係のずれを防止し、前記セラミックス複合材料が設計値どおりの強度を有する、無機長繊維を含むセラミックス複合材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法によって得られた繊維成形体の一例の構成を部分的に拡大して示す図である。
【図２】本発明の方法の好ましい態様における一工程を示す図である。
【図３】図２に示す工程の次の工程を示す図である。
【図４】図３に示す工程の次の工程を示す図である。
【図５】本発明の方法を経て得たセラミックス複合材料の光学顕微鏡写真である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention, high heat resistance, high strength, relates to a process for the preparation of ceramic composite materials that weight reduction is required.
[0002]
[Prior art]
The mechanical and thermal properties of continuous fiber composites are highly dependent on the placement of reinforcing fibers in the matrix. Therefore, by maintaining the positional relationship of each fiber bundle in the fiber body that has been designed and woven so as to satisfy the mechanical properties required in advance according to its use, even after being combined with the matrix, A ceramic composite material having designed characteristics can be obtained.
[0003]
In a known method for producing a ceramic composite material, a material that becomes a ceramic precursor is pressed into a fibrous body by a polymer impregnation firing method (PIP method) and then fired. Attempts have been made to form a matrix, or to form a matrix by filling the fiber body with ceramic powder by casting and then sintering. Furthermore, the matrix ceramics is heated to a temperature range containing a liquid phase inside, and a pseudo-hydrostatic pressure is applied from the outside to impregnate the ceramic containing the liquid phase inside the fiber body, thereby forming a composite with the fiber body. A method of using a ceramic composite material (Japanese Patent Application No. 2001-175697) has been proposed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
These methods for producing a ceramic composite material include a process of impregnating a fibrous body with a substance that is a precursor of a matrix, a slurry in which ceramic particles are dispersed, or a ceramic containing a liquid phase. Therefore, in such an impregnation process, the positional relationship between the fiber bundles constituting the fiber body may be shifted. As a result, even when the ceramic composite material was formed by the above method, there was a case where the ceramic composite material did not exhibit the originally planned strength due to the positional relationship of the fiber bundles.
[0005]
Further, the impregnation process may cause systematic variation due to a change in the interval between the woven fiber bundles, and the location where the abundance of the matrix is extremely increased may be the starting point of the breakage.
[0006]
An object of the present invention is to prevent a positional relationship between inorganic long fiber bundles during manufacturing in a ceramic composite material containing inorganic long fibers, and to make the ceramic composite material have strength as designed. To do.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides:
After bundling multiple inorganic long fibers and weaving them to form a fibrous body,
The fiber material is formed by filling the internal space of the fiber body with the first ceramic member by solidifying the internal space of the fiber body after impregnating the material of the first ceramic member made into sol into the internal space. And
After that, further, the raw material powder of the second ceramic member is filled in a space continuous with the external space of the fiber molded body, and heated to a temperature at which the raw material powder generates a liquid phase, and then pressed and sintered. By filling the second ceramic member in the space,
The present invention relates to a method for producing a ceramic composite material.
[0008]
In the conventional technology described above, in the step of impregnating the ceramic member slurried in the fibrous body, the step of filling the ceramic member in the internal space of the fibrous body, and the inside of the external space of the fibrous body The process of filling and embedding the fibrous body in the ceramic base material is simultaneously performed to manufacture the target ceramic composite material collectively.
[0009]
On the other hand, according to the present invention, after forming a fiber body by bundling inorganic long fibers and forming a fiber body, the fiber molded body is filled with the first ceramic member so as to occupy the internal space of the fiber body. Form. Thereafter, the ceramic composite material is manufactured through a two-step process of filling the second ceramic member into a space continuous with the external space of the fiber molded body.
[0010]
That is, the 1st ceramic member plays the role which mainly fixes the positional relationship of the said inorganic long fibers which comprise the said fiber body by filling the internal space of the said fiber body. The second ceramic member fills an external space of a fiber molded body composed of the fiber body and the first ceramic member, and the fiber molded body is embedded in the second ceramic member. It plays a role mainly as a ceramic base material.
[0011]
As described above, according to the present invention, after using two types of ceramic members to fix the positional relationship of the inorganic long fibers, an actual ceramic composite material is manufactured again using the ceramic members . Since the sol-formed raw material is used for filling the ceramic member 1, the positional relationship between the inorganic long fibers constituting the fiber body does not shift during the production of the ceramic composite material. Therefore, even after manufacturing the ceramic composite material, the positional relationship between the inorganic long fibers constituting the fiber body can be maintained as initially set, and the ceramic composite material has strength as designed. Will be able to.
[0012]
In a preferred embodiment of the present invention, a lubricating layer is formed on the surface of the fibrous body. As a result, the first ceramic member can be more simply and effectively filled into the internal space of the fibrous body. Furthermore, the second ceramic member can be more easily and effectively filled into the space continuous with the external space of the fiber molded body.
[0013]
The lubricating layer may be formed in advance on the surface of the inorganic long fiber, or may be formed through a surface reaction of the raw material of the ceramic member when the first ceramic member and the second ceramic member are filled. You can also.
Hereinafter, details and other features of the present invention will be described.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the method of the present invention, a plurality of inorganic long fibers are first bundled and woven to form a fibrous body. The weaving method is not particularly limited, but it is preferable to use at least one of plain weaving, satin weaving, multiaxial weaving, and three-dimensional weaving. Thereby, the strength of the fiber body itself obtained by weaving can be improved, and the strength of the fiber molded body and the final ceramic composite material obtained through the subsequent steps can be improved.
[0015]
For the same reason, the length of the inorganic long fiber is preferably 100 μm or more, and the fiber diameter of the inorganic long fiber is preferably 1 μm to 100 μm.
[0016]
The inorganic long fiber can be composed of at least one of silicon carbide, carbon, silicon nitride, and metal oxide. Since these materials themselves have extremely high strength, the strength of the inorganic long fibers, and further the strength of the fiber body and the fiber molded body can be improved, and the strength of the target ceramic composite material can be improved. It becomes like this.
[0017]
Next, in the method of the present invention, a fiber molded body is formed by filling the first ceramic member so as to occupy the internal space of the fiber body obtained as described above. Formation of the fiber preform is carried out using the following method.
[0019]
That is, the raw material of the first ceramic member is made into sol, and the raw material sol is impregnated in the internal space of the fibrous body.
[0020]
By using such a method, the first ceramic member that occupies the internal space of the fibrous body can be easily formed.
[0021]
The first ceramic member can be composed of at least one of silicon carbide, carbon, silicon nitride, and metal oxide. Since these materials themselves have extremely high strength, the strength of the fiber molded body can be improved, and the strength of the target ceramic composite material can be improved.
[0022]
FIG. 1 is a partially enlarged view showing a configuration of an example of a fiber molded body obtained by the method of the present invention. As is clear from FIG. 1, a fiber molded body obtained by filling the internal space of the fiber body made of inorganic long fibers with the first ceramic member can be obtained through the above-described steps.
[0023]
Next, in the present invention, the second ceramic member is filled into a space continuous with the external space of the fiber molded body obtained as described above to obtain a target ceramic composite material. The filling of the second ceramic member is performed using the following method.
[0024]
That is, a powdery raw material is prepared as a raw material for the second ceramic member, the raw material powder is filled in the external space of the fiber molded body, and then the raw material powder is heated and sintered together with the fibrous body. In addition, the size of the raw material powder needs to be small enough to fill the internal space of the fibrous body. Specifically, it is determined by the material composition of the raw material powder, the size of the internal space of the fiber molded body, and the like, but is about 0.01 μm to 50 μm.
[0025]
FIGS. 2-4 are process drawings showing a preferred embodiment of the method of the above follow. In the above method reporting, first, as shown in FIG. 2, put the green compact fiber molding and the raw material powder obtained by compression molding into a predetermined crucible. At this time, the green compact is put into the crucible so that no gap is formed between the green compact and the inner wall surface of the crucible. Next, as shown in FIG. 3, the crucible is placed in a predetermined heater, the green compact is heated, and a liquid phase is generated in the green compact. Next, as shown in FIG. 4, by applying a predetermined pressure in the crucible, the raw material powder is filled in the fiber molded body and the raw material powder is sintered.
[0026]
In the above steps, no gap is formed between the green compact and the inner wall surface of the crucible, and since a liquid phase is generated in the green compact, a sealing process is performed by the liquid phase. The above-described pressure sintering is equivalent to hot isostatic pressing. That is, the target ceramic composite material is manufactured through the hot isostatic pressing method through the above-described steps. As a result, the uniformity and density of the ceramic member are increased, and higher strength is exhibited.
[0028]
The second ceramic member can be composed of at least one of silicon carbide, carbon, silicon nitride, and metal oxide. Since these materials themselves have extremely high strength, the strength of the fiber molded body can be improved, and the strength of the target ceramic composite material can be improved.
[0029]
The first ceramic member and the second ceramic member are preferably composed of different ceramic materials. For example, when the first ceramic member and the second ceramic member are crystalline, they are composed of different metal oxides containing a single metal or different metal oxides containing two or more metals. can do. Moreover, one side can be comprised from the metal oxide containing a single metal, and the other can be comprised from the metal oxide containing two or more types of metals. Furthermore, it can be composed of different metal oxides that contain two or more metals and cause a eutectic reaction when solidified and solidified.
[0030]
Examples of the last case include a combination of alumina and mullite, alumina and yttrium aluminum garnet, and the like.
[0031]
When the first ceramic member and the second ceramic member are vitreous, mullite and silica, anorthite (GaO.Al ₂ O ₃ .2SiO ₂ ), chromite <2MgO.Al ₂ O _3. 5SiO _2>, barium male solid light _{_{(BaO · 2MgO · 3Al 2 O}} 3 · 9SiO 2), a combination of a such celsian _{_{(Ba (orSr) · Al 2}} O 3 · 2SiO 2), be used different materials it can.
[0032]
In the present invention, it is preferable to form a lubricating layer on the surface of the fibrous body. Thus, the filling of the first ceramic member and the filling of the second ceramic member can be performed more easily.
[0033]
The lubricating layer can be formed in advance on the surface of the inorganic long fiber by using a known method. Further, at the time of filling the first ceramic member and the second ceramic member, they can be formed simultaneously with the filling through a surface reaction with the raw material of the ceramic member.
[0034]
For example, when at least one of the first ceramic member and the second ceramic member is SiC, SiC as a raw material, active oxygen contained therein, and the like,
SiC + O ₂ → SiO ₂ + C
Through this reaction formula, a lubricating layer made of carbon (C) is formed on the surface of the inorganic long fiber.
[0035]
The lubricating layer is preferably composed of a ceramic material containing at least one of carbon and boron nitride excellent in lubricity. In addition, in this case, when the target ceramic composite material is obtained, it can be plastically deformed at the use temperature of the ceramic composite material so as not to hinder its use. It is preferable to comprise the metal material which becomes. Specifically, Pd, Pt, Rh, Mo and W can be exemplified.
[0036]
【Example】
[Two-dimensional weaving of fiber moldings]
Sintered SiC fiber [Ube Industries, Ltd., trade name “Tyranno SA” is used as the inorganic long fiber, and this is knitted in two dimensions in the XY direction so that the fiber volume ratio is 40%. Formed. The size of the fibrous body was 20 mm (width) × 80 mm (length). In addition, on the surface of each fiber constituting the fiber body, the carbon obtained by a CVD method (product name “Pyrograph”, manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd.) by thermal decomposition of hydrocarbon is made to have a thickness of 1 μm. Coated.
[0037]
Next, an alumina (Al ₂ O ₃ ) sol “Nissan Chemical Co., Ltd., Alumina Sol 200” is prepared, the fiber body is immersed in the alumina sol, and the temperature is raised to 1000 ° C., and the process is repeated five times. The alumina sol was impregnated and solidified in the internal space of the body, the internal space of the fibrous body was filled with alumina, and the positional relationship between the fibers constituting the fibrous body was fixed.
[0038]
Next, the fiber molded body thus obtained is placed in a crucible (cylindrical container) made of molybdenum (Mo), and then SiO ₂ -30 mol% Al ₂ O ₃ powder is pressed into a cylindrical shape and solidified. The green compact was placed on the fiber molded body. Next, the crucible was placed in a carbon heater and heated to 1650 ° C. under a pressure of 3 MPa to generate a liquid phase in the green compact. Next, the pressure was set to 200 MPa, and the raw material powder in the green compact was filled in the external space of the fiber molded body and sintered to obtain a target ceramic composite material.
[0039]
FIG. 5 is a photograph showing a state in which a cross section of the ceramic composite material obtained in this way is observed with an optical microscope. As can be seen from FIG. 5, it is understood that the fibers are uniformly dispersed in the second ceramic member as a base material. That is, according to the present invention, it is understood that a high-strength ceramic composite material that is dispersed and arranged as designed can be obtained without changing the positional relationship between the fibers.
[0040]
As described above, the present invention has been described in detail based on the embodiments of the present invention with specific examples. However, the present invention is not limited to the above contents, and all modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention. It can be changed.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the ceramic composite material containing inorganic long fibers, which prevents the positional relationship between the inorganic long fiber bundles during manufacturing and prevents the ceramic composite material from having a strength as designed. Can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially enlarged view showing a configuration of an example of a fiber molded body obtained by the method of the present invention.
FIG. 2 shows a step in a preferred embodiment of the method of the present invention.
3 is a diagram showing a step subsequent to the step shown in FIG. 2. FIG.
4 is a diagram showing a step subsequent to the step shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is an optical micrograph of a ceramic composite material obtained through the method of the present invention.

Claims

複数の無機長繊維を束ね、製織して繊維体を形成したのち、
ゾル化した第１のセラミックス部材の原料を、前記繊維体の内部空間に含浸後、固化することにより、前記繊維体の内部空間に前記第１のセラミックス部材を充填して、繊維成形体を形成し、
その後さらに、前記繊維成形体の、外部空間と連続した空間内に、第２のセラミックス部材の原料粉末を充填し、前記原料粉末が液相を生じる温度まで加熱して加圧・焼結することにより、前記空間内に前記第２のセラミックス部材を充填する、
ことを特徴とする、セラミックス複合材料の製造方法。After bundling multiple inorganic long fibers and weaving them to form a fibrous body,
The fiber material is formed by filling the internal space of the fiber body with the first ceramic member by solidifying the internal space of the fiber body after impregnating the material of the first ceramic member made into sol into the internal space. And
After that, further, the raw material powder of the second ceramic member is filled in a space continuous with the external space of the fiber molded body, and heated to a temperature at which the raw material powder generates a liquid phase, and then pressed and sintered. By filling the second ceramic member in the space,
A method for producing a ceramic composite material, comprising:

前記無機長繊維は、平織、繻子織、多軸織、及び３次元織の少なくとも一つの手法を用いて製織し、前記繊維体を形成することを特徴とする、請求項１に記載のセラミックス複合材料の製造方法。 2. The ceramic composite according to claim 1, wherein the inorganic long fibers are woven using at least one technique of plain weave, satin weave, multiaxial weave, and three-dimensional weave to form the fibrous body. Material manufacturing method.

前記無機長繊維の長さが１００μｍ以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のセラミックス複合材料の製造方法。 The method for producing a ceramic composite material according to claim 1 or 2, wherein the length of the inorganic long fiber is 100 µm or more.

前記無機長繊維の繊維径が１μｍ〜１００μｍであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載のセラミックス複合材料の製造方法。 4. The method for producing a ceramic composite material according to claim 1, wherein a fiber diameter of the inorganic long fiber is 1 μm to 100 μm.

前記無機長繊維は、炭化珪素、炭素、窒化珪素、及び金属酸化物の少なくとも一つから構成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載のセラミックス複合材料の製造方法。 The method for producing a ceramic composite material according to any one of claims 1 to 4, wherein the inorganic long fibers are composed of at least one of silicon carbide, carbon, silicon nitride, and metal oxide.

前記第１のセラミックス部材は、炭化珪素、炭素、窒化珪素、及び金属酸化物の少なくとも一つから構成することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載のセラミックス複合材料の製造方法。The said 1st ceramic member is comprised from at least 1 of silicon carbide, carbon, silicon nitride, and a metal oxide, The manufacture of the ceramic composite material as described in any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. Method.

前記第２のセラミックス部材は、炭化珪素、炭素、窒化珪素、及び金属酸化物の少なくとも一つから構成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載のセラミックス複合材料の製造方法。Said second ceramic member is silicon carbide, carbon, characterized in that it is composed of at least one of silicon nitride, and metal oxides, ceramic composite material according to any one of claims 1 to 6 Manufacturing method.

前記繊維体の表面に潤滑層を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載のセラミックス複合材料の製造方法。The method for producing a ceramic composite material according to any one of claims 1 to 7 , further comprising a step of forming a lubricating layer on a surface of the fibrous body.

前記潤滑層は、炭素及び窒化ホウ素の少なくとも一方を含むセラミックス材から構成することを特徴とする、請求項８に記載のセラミックス複合材料の製造方法。The method for producing a ceramic composite material according to claim 8 , wherein the lubricating layer is made of a ceramic material containing at least one of carbon and boron nitride.

前記第１のセラミックス部材と前記第２のセラミックス部材とは、相異なるセラミックス材料であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一に記載のセラミックス複合材料の製造方法。The method for producing a ceramic composite material according to any one of claims 1 to 9 , wherein the first ceramic member and the second ceramic member are different ceramic materials.

前記第１のセラミックス部材及び前記第２のセラミックス部材は、それぞれ相異なる金属酸化物から構成することを特徴とする、請求項１０に記載のセラミックス複合材料の製造方法。The method for producing a ceramic composite material according to claim 10 , wherein the first ceramic member and the second ceramic member are made of different metal oxides.