JPH0822782B2 - 繊維強化セラミックスの製造方法 - Google Patents
繊維強化セラミックスの製造方法Info
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- JPH0822782B2 JPH0822782B2 JP62123949A JP12394987A JPH0822782B2 JP H0822782 B2 JPH0822782 B2 JP H0822782B2 JP 62123949 A JP62123949 A JP 62123949A JP 12394987 A JP12394987 A JP 12394987A JP H0822782 B2 JPH0822782 B2 JP H0822782B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、車両用，航空用，舶用など輸送機器，石油
石炭火力発電などエネルギー機器，金属，化学，窯業な
ど素材製造，加工機器などの分野で、ガスタービン部
品，ディーゼルエンジン部品，過給器部品，熱交換器部
品など、高温または腐食摩耗性環境で強度と靱性を必要
とされる機械構造部品を対象とした繊維強化セラミック
スの製造方法に関するものである。
石炭火力発電などエネルギー機器，金属，化学，窯業な
ど素材製造，加工機器などの分野で、ガスタービン部
品，ディーゼルエンジン部品，過給器部品，熱交換器部
品など、高温または腐食摩耗性環境で強度と靱性を必要
とされる機械構造部品を対象とした繊維強化セラミック
スの製造方法に関するものである。
［従来の技術］ 従来、セラミック材料は、靱性が低いのが欠点とさ
れ、このためセラミックスの靱性強化の最も有望な方法
して繊維強化、特に短繊維による強化が研究されてい
る。
れ、このためセラミックスの靱性強化の最も有望な方法
して繊維強化、特に短繊維による強化が研究されてい
る。
この強化方法は、第２図に示すようにセラミック短繊
維ａとセラミック粉ｂとを混合ｃし、それを成形ｄして
成形体としたのち、その成形体をホットプレスなどで焼
結ｅして繊維強化セラミックスｆとしている。
維ａとセラミック粉ｂとを混合ｃし、それを成形ｄして
成形体としたのち、その成形体をホットプレスなどで焼
結ｅして繊維強化セラミックスｆとしている。
［発明が解決しようとする課題］ この従来の製造法においては、成形後、粉体・繊維混
合体の空隙を、粉体（マトリックス）の焼結収縮によっ
て全て除去する必要がある。通常この空隙は、40〜50体
積％程あり下記〜のいずれかの問題点を残してい
る。
合体の空隙を、粉体（マトリックス）の焼結収縮によっ
て全て除去する必要がある。通常この空隙は、40〜50体
積％程あり下記〜のいずれかの問題点を残してい
る。
短繊維の収縮への抵抗によりマトリックスが充分緻
密化せず、強度が充分向上できない。
密化せず、強度が充分向上できない。
加圧焼結などにより無視にマトリックスを緻密化さ
せるため、短繊維が損傷を受け、強度，靱性とも充分に
向上できない。
せるため、短繊維が損傷を受け、強度，靱性とも充分に
向上できない。
粉体に多量の焼結助剤を添加し、マトリックスの焼
結性を向上させるため、高温強度が大きく低下する。
結性を向上させるため、高温強度が大きく低下する。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、セラ
ミック短繊維とセラミック粉との混合物を成形し緻密化
させるにおいて、マトリックスをそのまま焼結収縮させ
ずにその空隙に他のセラミックスを形成させて緻密化し
て高い強度と靱性をもたせるための繊維強化セラミック
スの製造方法を提供することを目的とする。
ミック短繊維とセラミック粉との混合物を成形し緻密化
させるにおいて、マトリックスをそのまま焼結収縮させ
ずにその空隙に他のセラミックスを形成させて緻密化し
て高い強度と靱性をもたせるための繊維強化セラミック
スの製造方法を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記の目的を達成するために、セラミック
短繊維とセラミック粉とを水系，非水系の液体中または
溶融ワックス，溶融樹脂等の液体中で混合し、これを型
などで所定の形状に成形した後、乾燥させて成形体を形
成し、真空雰囲気内で、成形体中の空隙内の空気を除去
した後、その成形体中に液状のセラミック前駆体をガス
圧等により含浸させると共に成形体を加熱して上記セラ
ミック前駆体をセラミックスに転化させ、この含浸，加
熱を数回繰返した後、この成形体を熱間等方圧プレス等
の高温・高圧化で焼結を行って成形体を緻密化させるよ
うにしたものであり、また、上記セラミック短繊維が、
炭化けい素，窒化けい素，アルミナからなるウィスカー
のいずれかから選ばれたものからなり、上記セラミック
粉が炭化けい素，窒化けい素，アルミナ，ムライト，ジ
ルコニアのいずれかを70％以上含有するものからなり、
上記セラミック前駆体がポリカーボシラン，ポリシラ
ン，ポリシラザン，ポリアルミノキサン，ポリシロキサ
ン，アルミナゾル，シリカゾル，ジルコニアゾル，炭化
水素係樹脂のいずれか、またはその混合物からなるもの
である。
短繊維とセラミック粉とを水系，非水系の液体中または
溶融ワックス，溶融樹脂等の液体中で混合し、これを型
などで所定の形状に成形した後、乾燥させて成形体を形
成し、真空雰囲気内で、成形体中の空隙内の空気を除去
した後、その成形体中に液状のセラミック前駆体をガス
圧等により含浸させると共に成形体を加熱して上記セラ
ミック前駆体をセラミックスに転化させ、この含浸，加
熱を数回繰返した後、この成形体を熱間等方圧プレス等
の高温・高圧化で焼結を行って成形体を緻密化させるよ
うにしたものであり、また、上記セラミック短繊維が、
炭化けい素，窒化けい素，アルミナからなるウィスカー
のいずれかから選ばれたものからなり、上記セラミック
粉が炭化けい素，窒化けい素，アルミナ，ムライト，ジ
ルコニアのいずれかを70％以上含有するものからなり、
上記セラミック前駆体がポリカーボシラン，ポリシラ
ン，ポリシラザン，ポリアルミノキサン，ポリシロキサ
ン，アルミナゾル，シリカゾル，ジルコニアゾル，炭化
水素係樹脂のいずれか、またはその混合物からなるもの
である。
［作用］ 上記構成によれば、セラミック短繊維とセラミック粉
とを水系，非水系の液体中または溶融ワックス，溶融樹
脂等の液体中で混合し、これを型などで所定の形状に成
形した後、乾燥させて成形体を形成し、真空雰囲気内
で、成形体中の空隙内の空気を除去した後、その成形体
の空隙中にセラミックス前駆体を含浸させ、その含浸さ
せたセラミックス前駆体をセラミックスとしたのち、全
体を高温・高圧で焼結することで空隙がほぼ０となり、
緻密化の際のセラミック短繊維の損傷がほとんどなくな
り、強度、靱性に優れた繊維強化プラスチックが得られ
る。
とを水系，非水系の液体中または溶融ワックス，溶融樹
脂等の液体中で混合し、これを型などで所定の形状に成
形した後、乾燥させて成形体を形成し、真空雰囲気内
で、成形体中の空隙内の空気を除去した後、その成形体
の空隙中にセラミックス前駆体を含浸させ、その含浸さ
せたセラミックス前駆体をセラミックスとしたのち、全
体を高温・高圧で焼結することで空隙がほぼ０となり、
緻密化の際のセラミック短繊維の損傷がほとんどなくな
り、強度、靱性に優れた繊維強化プラスチックが得られ
る。
［実施例］ 以下本発明の好適実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
る。
第１図は本発明の繊維強化セラミックスの製造方法の
工程図を示す。
工程図を示す。
先ず、セラミック短繊維１とセラミック粉２とを混合
３する。このセラミック短繊維１とセラミック粉２とは
夫々1a,2aに示したような形状である。
３する。このセラミック短繊維１とセラミック粉２とは
夫々1a,2aに示したような形状である。
この混合物を所定の部品形状の型に入れて成形４す
る。この成形体4aは、セラミック短繊維1aとセラミック
粉2aとが混合した状態で、その間に空隙５を有してい
る。
る。この成形体4aは、セラミック短繊維1aとセラミック
粉2aとが混合した状態で、その間に空隙５を有してい
る。
この空隙５に液状セラミック前駆体６を充填すべく成
形体4aにそのセラミック前駆体の液6aを含浸７する。こ
の含浸体7aは、その空隙５がセラミック前駆体の液6aで
充填された状態となる。
形体4aにそのセラミック前駆体の液6aを含浸７する。こ
の含浸体7aは、その空隙５がセラミック前駆体の液6aで
充填された状態となる。
次に、この含浸体7aを加熱８することでその加熱体8a
中のセラミック前駆体の液6aをセラミック6bに転換す
る。この加熱体8a中に、さらに空隙５がある場合、セラ
ミック前駆体６の含浸７と加熱８とを繰り返し、その空
隙５にセラミック前駆体６を充填していく。この含浸を
数回繰り返した後、焼結９することで焼結体9a中には空
隙が略ゼロとなる緻密化したマトリックス10が形成さ
れ、繊維強化セラミックス11が得られる。
中のセラミック前駆体の液6aをセラミック6bに転換す
る。この加熱体8a中に、さらに空隙５がある場合、セラ
ミック前駆体６の含浸７と加熱８とを繰り返し、その空
隙５にセラミック前駆体６を充填していく。この含浸を
数回繰り返した後、焼結９することで焼結体9a中には空
隙が略ゼロとなる緻密化したマトリックス10が形成さ
れ、繊維強化セラミックス11が得られる。
以下これら各工程を順に追って詳細に説明する。
（１） セラミック短繊維とセラミック粉の混合 セラミック粉は、本発明の繊維強化セラミックスのマ
トリックスを主として構成するものであり、本発明の最
終的な目的である機械構造材料としての強度，靱性等の
特性を満足するためには、炭化けい素，窒化けい素、ア
ルミナ，ムライト，ジルコニアまたはそのいずれかを70
％以上含むものであることが必要である。これらのセラ
ミック粉に対しては、例えば炭化けい素に対してほう
素，アルミニウム，炭素等、窒化けい素に対して、アル
ミナ，イットリア，セリア、窒化アルミニウム等の添加
により焼結が促進されることが知られており、これらの
焼結促進剤を上記セラミック粉に添加することも差しつ
かえない。また、炭化けい素は、例えば、窒化アルミニ
ウムとの間に（SiC）１−ｘ・（AlN）x,（ｘ＝０〜１）
なる組成の固溶体を、窒化けい素は、例えば、アルミナ
及び窒化アルミニウムとの間に、（Si3N4）１−ｘ（Al2
O3・AlN）x,（ｘ＝０〜0.67）なる組成の固溶体を、ジ
ルコニアは、イットリア，マグネシア，セリアなどとの
間に固溶体を、それぞれつくり、それによって機械的性
質，熱的性質，耐蝕性などを変化させられることが知ら
れている。本発明の方法で用いるセラミック粉として
は、このように炭化けい素，窒化けい素，ジルコニアな
どを主成分とする固溶体組成のセラミック粉であっても
よい。また、炭化けい素に対して炭化チタン，窒化けい
素またはアルミナに対してジルコニア，炭化けい素な
ど、他のセラミック粉を分散すると、やはり機械的性質
が向上する場合があることが知られており、このよう
に、炭化けい素，窒化けい素、アルミナなどを主成分と
して、他の分散強化用セラミック粉を添加したセラミッ
ク粉を用いてもよい。
トリックスを主として構成するものであり、本発明の最
終的な目的である機械構造材料としての強度，靱性等の
特性を満足するためには、炭化けい素，窒化けい素、ア
ルミナ，ムライト，ジルコニアまたはそのいずれかを70
％以上含むものであることが必要である。これらのセラ
ミック粉に対しては、例えば炭化けい素に対してほう
素，アルミニウム，炭素等、窒化けい素に対して、アル
ミナ，イットリア，セリア、窒化アルミニウム等の添加
により焼結が促進されることが知られており、これらの
焼結促進剤を上記セラミック粉に添加することも差しつ
かえない。また、炭化けい素は、例えば、窒化アルミニ
ウムとの間に（SiC）１−ｘ・（AlN）x,（ｘ＝０〜１）
なる組成の固溶体を、窒化けい素は、例えば、アルミナ
及び窒化アルミニウムとの間に、（Si3N4）１−ｘ（Al2
O3・AlN）x,（ｘ＝０〜0.67）なる組成の固溶体を、ジ
ルコニアは、イットリア，マグネシア，セリアなどとの
間に固溶体を、それぞれつくり、それによって機械的性
質，熱的性質，耐蝕性などを変化させられることが知ら
れている。本発明の方法で用いるセラミック粉として
は、このように炭化けい素，窒化けい素，ジルコニアな
どを主成分とする固溶体組成のセラミック粉であっても
よい。また、炭化けい素に対して炭化チタン，窒化けい
素またはアルミナに対してジルコニア，炭化けい素な
ど、他のセラミック粉を分散すると、やはり機械的性質
が向上する場合があることが知られており、このよう
に、炭化けい素，窒化けい素、アルミナなどを主成分と
して、他の分散強化用セラミック粉を添加したセラミッ
ク粉を用いてもよい。
セラミック短繊維は、マトリックスと類似のセラミッ
クスの単結晶からなるウィスカーを用いることが強度の
点から、また熱的化学的安定性の点から望ましい。また
セラミック短繊維は、マトリックスと同等またはそれ以
上の高い弾性率を有し、応力が負荷された時に、できる
だけマトリックスへの負荷を低減させることが望まし
い。また、セラミック短繊維は、本発明の製造方法の後
段の焼結工程での加熱に対して充分安定である必要があ
る。このような条件を満足するセラミック短繊維として
は、炭化けい素を主成分とするマトリックスに対して
は、炭化けい素ウィスカー、窒化けい素を主成分とする
マトリックスに対しては炭化けい素または窒化けい素の
ウィスカー，アルミナ，ムライト，またはジルコニアを
主成分とするマトリックスに対しては、炭化けい素，窒
化けい素またはアルミナのウィスカーを使用することが
できる。
クスの単結晶からなるウィスカーを用いることが強度の
点から、また熱的化学的安定性の点から望ましい。また
セラミック短繊維は、マトリックスと同等またはそれ以
上の高い弾性率を有し、応力が負荷された時に、できる
だけマトリックスへの負荷を低減させることが望まし
い。また、セラミック短繊維は、本発明の製造方法の後
段の焼結工程での加熱に対して充分安定である必要があ
る。このような条件を満足するセラミック短繊維として
は、炭化けい素を主成分とするマトリックスに対して
は、炭化けい素ウィスカー、窒化けい素を主成分とする
マトリックスに対しては炭化けい素または窒化けい素の
ウィスカー，アルミナ，ムライト，またはジルコニアを
主成分とするマトリックスに対しては、炭化けい素，窒
化けい素またはアルミナのウィスカーを使用することが
できる。
セラミック短繊維とセラミック粉の混合は、水系また
は非水系液体中、または溶融ワックス，溶融樹脂等の液
体中で、必要により分散材を添加して混合し、分散する
ことが望ましい。
は非水系液体中、または溶融ワックス，溶融樹脂等の液
体中で、必要により分散材を添加して混合し、分散する
ことが望ましい。
（２） 上記混合物の成形 多孔質の吸液性の型を用いた泥しょう鋳込み成形，金
型を用いた射出成形，口金を用いた押出成形などにより
目的の形状に成形し、混合分散のために用いた液体等は
乾燥等により除去する。
型を用いた射出成形，口金を用いた押出成形などにより
目的の形状に成形し、混合分散のために用いた液体等は
乾燥等により除去する。
（３） 上記成形体への含浸と加熱 上記短繊維＋粉の成形体の空隙へ、液状のセラミック
前駆体を含浸させる。セラミック前駆体とは、加熱する
ことにより熱分解または反応を起して、セラミックスに
転換しうる物質のことである。炭化けい素を生成させる
ためには、ポリカーボシラン，ポリシランまたはシリカ
ゾル＋炭化水素樹脂・混合物の含浸と還元性雰囲気での
加熱など、窒化けい素を生成させるためには、ポリシラ
ザンまたはシリカゾル＋炭化水素系樹脂の混合物の含浸
と窒素雰囲気での加熱など、アルミナを生成させるため
にはアルミナゾルまたはアルミノキサンの含浸と加熱な
ど、ムライトを生成させるためには、アルミナゾル＋シ
リカゾルまたはアルミノキサン＋シロキサン樹脂の含浸
と加熱など、ジルコニア・ゾルを生成させるためには、
ジルコニア・ゾルの含浸と加熱などを行う。
前駆体を含浸させる。セラミック前駆体とは、加熱する
ことにより熱分解または反応を起して、セラミックスに
転換しうる物質のことである。炭化けい素を生成させる
ためには、ポリカーボシラン，ポリシランまたはシリカ
ゾル＋炭化水素樹脂・混合物の含浸と還元性雰囲気での
加熱など、窒化けい素を生成させるためには、ポリシラ
ザンまたはシリカゾル＋炭化水素系樹脂の混合物の含浸
と窒素雰囲気での加熱など、アルミナを生成させるため
にはアルミナゾルまたはアルミノキサンの含浸と加熱な
ど、ムライトを生成させるためには、アルミナゾル＋シ
リカゾルまたはアルミノキサン＋シロキサン樹脂の含浸
と加熱など、ジルコニア・ゾルを生成させるためには、
ジルコニア・ゾルの含浸と加熱などを行う。
含浸は、一旦真空として、成形体中の空隙内の空気を
除去した後、ガス圧等により液状セラミック前駆体を圧
入することが望ましい。必要により含浸時、若干加熱を
行い、液体の粘性を適正な範囲とする。
除去した後、ガス圧等により液状セラミック前駆体を圧
入することが望ましい。必要により含浸時、若干加熱を
行い、液体の粘性を適正な範囲とする。
また含浸後の加熱の段階で、必要により雰囲気の加圧
を行い、セラミック前駆体のガス化率を下げ、セラミッ
クスへの転換率を向上させる。
を行い、セラミック前駆体のガス化率を下げ、セラミッ
クスへの転換率を向上させる。
この含浸及び加熱の工程は１回きりでもよいが、加熱
による前駆体の熱分解または反応の過程でその体積減少
が起るため、１回のみでは成形体の空隙を充分充填しえ
ない。その場合、必要によっては、この含浸及び加熱の
工程を何度か繰返すことによって、成形体の緻密化が可
能である。
による前駆体の熱分解または反応の過程でその体積減少
が起るため、１回のみでは成形体の空隙を充分充填しえ
ない。その場合、必要によっては、この含浸及び加熱の
工程を何度か繰返すことによって、成形体の緻密化が可
能である。
（４） 焼結 含浸＋加熱を、繰りかえし行っても、若干の閉気孔が
残存しやすい。そのため、マトリックスを形成するセラ
ミック粉及び含浸加熱生成物の焼結温度まで加熱して焼
結を行う。この焼結は、無加圧状態で行ってもよいが、
加圧を行うことにより、緻密化に効果的であり、特に複
雑形状の場合には、熱間等方圧プレスによる焼結が有効
である。含浸＋加熱の段階で成形体の開気孔率が１％以
下となっていれば、熱間等方圧プレス焼結は、特に成形
体表面にカプセルを形成させることなく実施が可能であ
る。
残存しやすい。そのため、マトリックスを形成するセラ
ミック粉及び含浸加熱生成物の焼結温度まで加熱して焼
結を行う。この焼結は、無加圧状態で行ってもよいが、
加圧を行うことにより、緻密化に効果的であり、特に複
雑形状の場合には、熱間等方圧プレスによる焼結が有効
である。含浸＋加熱の段階で成形体の開気孔率が１％以
下となっていれば、熱間等方圧プレス焼結は、特に成形
体表面にカプセルを形成させることなく実施が可能であ
る。
以下さらに具体的実施例１〜６を説明する。
（実施例１） 焼結助剤としての炭化ほう素を１％含む炭化けい素粉
と、炭化けい素ウィスカーとを、前者と後者の比が60:4
0であるように混合し、この混合物を、水溶液中に分散
させて泥しょうとし、泥しょう中の固体分濃度を30体積
％とした。
と、炭化けい素ウィスカーとを、前者と後者の比が60:4
0であるように混合し、この混合物を、水溶液中に分散
させて泥しょうとし、泥しょう中の固体分濃度を30体積
％とした。
この泥しょうを用い、石こう型によって、加圧泥しょ
う鋳込み成形を行い、平板状成形体を得た。
う鋳込み成形を行い、平板状成形体を得た。
この成形体を高圧炉中に入れ、一旦真空とした後、溶
融したポリカーボシランをアルゴンガスによる加圧によ
って含浸させ、100気圧,800℃まで加圧下昇温した後、
更に1,200℃まで焼成して成形体空隙内のポリカーボシ
ランを炭化けい素に転化させた。この処理を３度繰り返
した後、この成形体に対し、熱間等方圧プレスを用い
て、ガラス・カプセル法により1,900℃,2,000気圧の条
件下での焼結を行った。
融したポリカーボシランをアルゴンガスによる加圧によ
って含浸させ、100気圧,800℃まで加圧下昇温した後、
更に1,200℃まで焼成して成形体空隙内のポリカーボシ
ランを炭化けい素に転化させた。この処理を３度繰り返
した後、この成形体に対し、熱間等方圧プレスを用い
て、ガラス・カプセル法により1,900℃,2,000気圧の条
件下での焼結を行った。
その結果ほぼ理論密度の成形体が得られ、曲げ強度が
700MPaと非常に高い値が得られた。
700MPaと非常に高い値が得られた。
他方、加圧泥しょう鋳込み後の成形体に対し、ポリカ
ーボシランの含浸を行うことなく、同じ条件下で熱間等
方圧プレスを用いて焼結を行った所、ほぼ理論密度まで
の緻密化は達成されたものの、焼結収縮が大きくウィス
カーの損傷が大きかったため、400MPaの曲げ強度が得ら
れたのみであった。
ーボシランの含浸を行うことなく、同じ条件下で熱間等
方圧プレスを用いて焼結を行った所、ほぼ理論密度まで
の緻密化は達成されたものの、焼結収縮が大きくウィス
カーの損傷が大きかったため、400MPaの曲げ強度が得ら
れたのみであった。
（実施例２） 酸素２％を含む窒化けい素粉と炭化けい素ウィスカー
とをそれぞれエタノール溶液中に分散させた後、混合し
て、前者対後者の比が65:35であり、かつ液中の固形分
の濃度が30体積％であるような泥しょうを調整した。こ
の泥しょうを用い、樹脂型を用いて加圧泥しよう鋳込み
を行い、ガスタービン静翼形状を得た。この成形体に対
し、加圧容器中で、ポリシラザンのテトラヒドロフラン
溶液を含浸させ、溶剤除去の後、アンモニア含有雰囲気
にて1,000℃まで加熱し、成形体空隙に無定形セラミッ
クスを形成させた。この処理を２回繰り返して後、この
成形体を更に1,500℃まで窒素雰囲気中で加熱して無定
形セラミックスを窒化けい素を主成分とするセラミック
スに転化させた。その後、成形体上にガラスカプセルを
形成させ、熱間等方圧プレスにより1,900℃,2,000気圧
にて焼結を行い、成形体の緻密化を行った。得られたガ
スタービン静翼形状から切り出した試験片は、ほぼ理論
密度を有し、曲げ強度600MPa破壊靱性9MPa・ｍ1/2を有
する特性の優れたものであった。
とをそれぞれエタノール溶液中に分散させた後、混合し
て、前者対後者の比が65:35であり、かつ液中の固形分
の濃度が30体積％であるような泥しょうを調整した。こ
の泥しょうを用い、樹脂型を用いて加圧泥しよう鋳込み
を行い、ガスタービン静翼形状を得た。この成形体に対
し、加圧容器中で、ポリシラザンのテトラヒドロフラン
溶液を含浸させ、溶剤除去の後、アンモニア含有雰囲気
にて1,000℃まで加熱し、成形体空隙に無定形セラミッ
クスを形成させた。この処理を２回繰り返して後、この
成形体を更に1,500℃まで窒素雰囲気中で加熱して無定
形セラミックスを窒化けい素を主成分とするセラミック
スに転化させた。その後、成形体上にガラスカプセルを
形成させ、熱間等方圧プレスにより1,900℃,2,000気圧
にて焼結を行い、成形体の緻密化を行った。得られたガ
スタービン静翼形状から切り出した試験片は、ほぼ理論
密度を有し、曲げ強度600MPa破壊靱性9MPa・ｍ1/2を有
する特性の優れたものであった。
比較のため、同じ方法による加圧泥しょう鋳込み成形
体に対し、ポリシラザンの含浸を全く行うことなく熱間
等方圧プレスによる緻密化を試みた。得られた成形体
は、緻密化が不充分で５％近くの気孔率を有し、また曲
げ強度は400MPa,破壊靱性は4MPa・ｍ1/2と特性が低いこ
とが明らかとなった。
体に対し、ポリシラザンの含浸を全く行うことなく熱間
等方圧プレスによる緻密化を試みた。得られた成形体
は、緻密化が不充分で５％近くの気孔率を有し、また曲
げ強度は400MPa,破壊靱性は4MPa・ｍ1/2と特性が低いこ
とが明らかとなった。
（実施例３） 窒化けい素80重量％−窒化アルミニウム６重量％−ア
ルミナ14重量％の組成を有し、窒化アルミニウムとアル
ミナの大部分は窒化けい素との間でサイアロン化合物を
形成しているセラミック粉に対して、炭化けい素ウィス
カーを重量比で、セラミック粉，ウィスカーが70:30と
なるように添加した。この混合物に対して、更にワック
スとエチレン酢酸ビニル樹脂を主成分とする有機バイン
ダを溶融状態で約42体積％となるように加え、充分混練
した。その後、射出成形法によりタービン動翼形状を成
形した後、500℃まで加熱することにより、有機バイン
ダーを除去した。この成形体に対し、シリカゾルと可溶
性フェノール樹脂の混合エタノール溶液を含浸させ、乾
燥の後、更に500℃までの加熱を行い、成形体空隙にシ
リカと炭素の混合物を形成させた。
ルミナ14重量％の組成を有し、窒化アルミニウムとアル
ミナの大部分は窒化けい素との間でサイアロン化合物を
形成しているセラミック粉に対して、炭化けい素ウィス
カーを重量比で、セラミック粉，ウィスカーが70:30と
なるように添加した。この混合物に対して、更にワック
スとエチレン酢酸ビニル樹脂を主成分とする有機バイン
ダを溶融状態で約42体積％となるように加え、充分混練
した。その後、射出成形法によりタービン動翼形状を成
形した後、500℃まで加熱することにより、有機バイン
ダーを除去した。この成形体に対し、シリカゾルと可溶
性フェノール樹脂の混合エタノール溶液を含浸させ、乾
燥の後、更に500℃までの加熱を行い、成形体空隙にシ
リカと炭素の混合物を形成させた。
この処理を３回繰り返した後、この成形体を更に窒素
雰囲気中にて1,300℃まで加熱し、シリカ・炭素混合物
を窒化けい素に転化させた。その後100気圧中の窒素雰
囲気中にて、1,950℃にて焼結を行い、成形体の緻密化
を行った。得られた成形焼結体から切り出した試験片
は、曲げ強度70kgf/mm2,破壊靱性10MPa・ｍ1/2を有する
ものであった。
雰囲気中にて1,300℃まで加熱し、シリカ・炭素混合物
を窒化けい素に転化させた。その後100気圧中の窒素雰
囲気中にて、1,950℃にて焼結を行い、成形体の緻密化
を行った。得られた成形焼結体から切り出した試験片
は、曲げ強度70kgf/mm2,破壊靱性10MPa・ｍ1/2を有する
ものであった。
比較のため、同じ方法による射出成形体に対して、シ
リカゾルとフェノール樹脂の含浸を行うことなく、100
気圧中の窒素中にて1,950℃にて焼結を行った。得られ
た成形焼結体は、緻密化が不充分で曲げ強度40kgf/mm2,
破壊靱性4MPa・ｍ1/2のみを有するものであった。
リカゾルとフェノール樹脂の含浸を行うことなく、100
気圧中の窒素中にて1,950℃にて焼結を行った。得られ
た成形焼結体は、緻密化が不充分で曲げ強度40kgf/mm2,
破壊靱性4MPa・ｍ1/2のみを有するものであった。
実施例４ アルミナ粉に対して炭化けい素ウィスカーを後者が、
40体積％となるように加え、水系スラリー中にて混合し
た。このスラリーを噴霧乾燥して造粒した後、静水圧プ
レス成形により軸受形状に成形した。この成形体に対し
てアルミナゾルを含浸させた後、1,000℃まで加熱し、
アルミナゾルをアルミナに転化させ、その後、窒化ほう
素粉を充填した黒鉛製モールド内にて1,500℃,400kgf/c
m2にて、ホットプレス焼結を行った。この製造方法によ
り気孔率0,破壊靱性12MPa・ｍ1/2を有する優れた成形焼
結体が得られた。
40体積％となるように加え、水系スラリー中にて混合し
た。このスラリーを噴霧乾燥して造粒した後、静水圧プ
レス成形により軸受形状に成形した。この成形体に対し
てアルミナゾルを含浸させた後、1,000℃まで加熱し、
アルミナゾルをアルミナに転化させ、その後、窒化ほう
素粉を充填した黒鉛製モールド内にて1,500℃,400kgf/c
m2にて、ホットプレス焼結を行った。この製造方法によ
り気孔率0,破壊靱性12MPa・ｍ1/2を有する優れた成形焼
結体が得られた。
［発明の効果］ 以上説明してきたことから明らかなように本発明によ
れば次のごとき優れた効果を発揮する。
れば次のごとき優れた効果を発揮する。
セラミック短繊維とセラミック粉とを水系，非水系の
液体中または溶融ワックス，溶融樹脂等の液体中で混合
し、これを型などで所定の形状に成形した後、乾燥させ
て成形体を形成し、真空雰囲気内で、成形体中の空隙内
の空気を除去した後、その成形体の空隙中にセラミック
ス前駆体を含浸させ、その含浸させたセラミックス前駆
体をセラミックスとしたのち、全体を高温・高圧で焼結
することで空隙率がほぼ０となり、マトリックスを収縮
させることなく緻密化できる。
液体中または溶融ワックス，溶融樹脂等の液体中で混合
し、これを型などで所定の形状に成形した後、乾燥させ
て成形体を形成し、真空雰囲気内で、成形体中の空隙内
の空気を除去した後、その成形体の空隙中にセラミック
ス前駆体を含浸させ、その含浸させたセラミックス前駆
体をセラミックスとしたのち、全体を高温・高圧で焼結
することで空隙率がほぼ０となり、マトリックスを収縮
させることなく緻密化できる。
緻密化の際、セラミック短繊維の損傷がほとんどな
い。
い。
マトリックスの緻密化の大部分が粉体の焼結によら
ないため、マトリックス用粉体に焼結助剤を全く添加し
ないか、僅かな添加で済み、高温強度、耐蝕性などの優
れた材料が得られる。
ないため、マトリックス用粉体に焼結助剤を全く添加し
ないか、僅かな添加で済み、高温強度、耐蝕性などの優
れた材料が得られる。
マトリックス部分は、成形段階で粉体として既にか
なりの充填率を有しているため、単に繊維だけの成形体
の空隙にセラミック前駆体の含浸を行うよりも含浸量は
ずっと少い。
なりの充填率を有しているため、単に繊維だけの成形体
の空隙にセラミック前駆体の含浸を行うよりも含浸量は
ずっと少い。
により、製品の寸法精度を高くすることができ
る。
る。
第１図は本発明の繊維強化セラミックスの製造方法の一
実施例を示す工程図、第２図は従来例を示す工程図であ
る。 図中、１はセラミック短繊維、２はセラミック粉、６は
セラミック前駆体、11は繊維強化セラミックスである。
実施例を示す工程図、第２図は従来例を示す工程図であ
る。 図中、１はセラミック短繊維、２はセラミック粉、６は
セラミック前駆体、11は繊維強化セラミックスである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大橋 英雄 東京都江東区豊洲３丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−291460（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−197472（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】セラミック短繊維とセラミック粉とを水
系，非水系の液体中または溶融ワックス，溶融樹脂等の
液体中で混合し、これを型などで所定の形状に成形した
後、乾燥させて成形体を形成し、真空雰囲気内で、成形
体中の空隙内の空気を除去した後、その成形体中に液状
のセラミック前駆体をガス圧等により含浸させると共に
成形体を加熱して上記セラミック前駆体をセラミックス
に転化させ、この含浸，加熱を数回繰返した後、この成
形体を熱間等方圧プレス等の高温・高圧化で焼結を行っ
て成形体を緻密化させることを特徴とする繊維強化セラ
ミックスの製造方法。 - 【請求項２】上記セラミック短繊維が炭化けい素，窒化
けい素，アルミナからなるウィスカーのいずれかから選
ばれたものからなり、上記セラミック粉が炭化けい素，
窒化けい素，アルミナ，ムライト，ジルコニアのいずれ
かを70％以上含有するものからなり、上記セラミック前
駆体がポリカーボシラン，ポリシラン，ポリシラザン，
ポリアルミノキサン，ポリシロキサン，アルミナゾル，
シリカゾル，ジルコニアゾル，炭化水素系樹脂のいずれ
か、またはその混合物からなる特許請求の範囲第１項に
記載の繊維強化セラミックスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62123949A JPH0822782B2 (ja) | 1987-05-22 | 1987-05-22 | 繊維強化セラミックスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62123949A JPH0822782B2 (ja) | 1987-05-22 | 1987-05-22 | 繊維強化セラミックスの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63288974A JPS63288974A (ja) | 1988-11-25 |
| JPH0822782B2 true JPH0822782B2 (ja) | 1996-03-06 |
Family
ID=14873332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62123949A Expired - Fee Related JPH0822782B2 (ja) | 1987-05-22 | 1987-05-22 | 繊維強化セラミックスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0822782B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2230259B (en) * | 1989-04-14 | 1993-11-17 | Gen Electric | Fibre reinforced ceramic matrix composite member and method for making |
| JP2541852B2 (ja) * | 1989-06-28 | 1996-10-09 | 日本石油株式会社 | 繊維強化セラミックス複合材料の製造法 |
| JP2759288B2 (ja) * | 1989-09-29 | 1998-05-28 | 京セラ株式会社 | 酸化アルミニウム焼結体の製造方法 |
| JPH07108819B2 (ja) * | 1990-04-25 | 1995-11-22 | 日本碍子株式会社 | セラミック焼結体の製造方法 |
| CA3088532A1 (en) * | 2018-01-19 | 2019-07-25 | Albany Engineered Composites, Inc. | Method of making a ceramic matrix composite |
| JP7187369B2 (ja) * | 2019-03-25 | 2022-12-12 | 三菱重工航空エンジン株式会社 | セラミックス基複合材料の製造方法 |
| CN114478015A (zh) * | 2022-02-21 | 2022-05-13 | 江西信达航科新材料科技有限公司 | 氧化铝纤维增强硼硅酸盐掺杂碳化硅陶瓷复合材料的制备方法 |
| CN115894058A (zh) * | 2022-11-25 | 2023-04-04 | 南京航空航天大学 | 一种SiC/SiC复合材料闪烧快速致密化的方法 |
| CN116283237A (zh) * | 2023-01-06 | 2023-06-23 | 衡阳凯新特种材料科技有限公司 | 一种低热导率氮化硅透波陶瓷材料及其制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61197472A (ja) * | 1985-02-27 | 1986-09-01 | 工業技術院長 | 炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素複合体の製造方法 |
| JPS61291460A (ja) * | 1985-06-14 | 1986-12-22 | 株式会社 香蘭社 | 繊維強化された炭化ケイ素セラミツクの製造方法 |
-
1987
- 1987-05-22 JP JP62123949A patent/JPH0822782B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63288974A (ja) | 1988-11-25 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |