JPH09157049A - セラミックス複合材料の製造方法 - Google Patents

セラミックス複合材料の製造方法

Info

Publication number
JPH09157049A
JPH09157049A JP7313253A JP31325395A JPH09157049A JP H09157049 A JPH09157049 A JP H09157049A JP 7313253 A JP7313253 A JP 7313253A JP 31325395 A JP31325395 A JP 31325395A JP H09157049 A JPH09157049 A JP H09157049A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
matrix
composite material
ceramic composite
woven fabric
fabric
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.)
Pending
Application number
JP7313253A
Other languages
English (en)
Inventor
Takahito Araki
隆人 荒木
Akitatsu Masaki
彰樹 正木
Katsuyoshi Moriya
勝義 守屋
Masahito Ishizaki
雅人 石崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENE
SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENEREETA KENKYUSHO KK
Original Assignee
SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENE
SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENEREETA KENKYUSHO KK
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENE, SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENEREETA KENKYUSHO KK filed Critical SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENE
Priority to JP7313253A priority Critical patent/JPH09157049A/ja
Publication of JPH09157049A publication Critical patent/JPH09157049A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Woven Fabrics (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 織物の内部までマトリックス原料を侵入させ
ることができ、しかも、材料層間の剪断強度が低下する
というような不具合が生じず、強度的に優れたセラミッ
クス複合材料を成形することができる製造方法を提供す
ることを課題とする。 【解決手段】 セラミックス製の強化繊維11によっ
て、円筒座標系に沿う3次元配向の織物12を作製する
工程と、織物を構成する強化繊維に気相含浸法によって
マトリックス原料をしみ込ませる工程と、さらにポリマ
ー含浸焼成法によってマトリックス13を緻密化する工
程とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、航空,宇宙,船
舶,発電等の分野において、例えば圧縮機やタービン等
の構成部品として用いられるディスクまたはブリスク
(ディスクと翼とが一体に形成されたもの)を製作する
ための素材となるセラミックス複合材料の製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】例えば、航空機の圧縮機やタービンで
は、ディスクによって動翼を支持している。ディスク
は、従来、ほとんどが金属で作られていたが、近年、軽
量化と耐熱性向上のためセラミックス複合材料ディスク
の開発が進められている。セラミックス複合材料からな
るディスクは、例えば、強化繊維の縦糸と横糸によって
2次元織物を作り、この2次元織物を複数段に積層した
ものに対し、気相含浸法(CVI)またはポリマー含浸
焼成法によってマトリックス原料をしみ込ませて一体化
させて作られる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
製造方法により作られるセラミックス複合材料には次の
問題があった。すなわち、2次元織物を用いて例えば厚
肉形状のものを作る場合、通常、2次元織物を積層し、
それにマトリックス原料ガスをしみ込ませる方法を採用
するが、この場合、2次元織物が積層されて密状態にな
るので、マトリックス原料ガスを織物の内部まで侵入さ
せにくい。また、成形後において層間剪断強度が低いと
いう積層材特有の欠点を有するため、機械加工時や破壊
時に2次元織物の層間で剥離が生じやすいという問題が
あった。
【0004】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、織物の内部までマトリックス原料を侵入させること
ができ、しかも、材料層間の剪断強度が低下するという
ような不具合が生じず、強度的に優れたセラミックス複
合材料を成形することができるセラミックス複合材料の
製造方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】係る目的を達成するため
に、請求項1記載の発明では、セラミックス製の強化繊
維によって3次元配向の織物を作製する工程と、織物を
構成する強化繊維に気相含浸法によってマトリックス原
料をしみ込ませる工程と、さらにポリマー含浸焼成法に
よってマトリックスを緻密化する工程とを備えることを
特徴とする。2次元織物に代えて3次元織物を用いてい
るから、厚さ方向にマトリックス原料ガス及びポリマー
が浸透しやすい通路を確保することができ、マトリック
ス原料を織物の内部まで充分にしみ込ませることが可能
となる。また、2次元積層材を用いたときの問題である
層間剪断強度が低下するという問題点が解消でき、強度
が著しく向上する。さらに、気相含浸法とポリマー含浸
焼成法を併用しているから、気相含浸法を用いた場合の
利点である弾性率が高い点と、ポリマー含浸焼成法を用
いた場合の利点である高密度でかつ強度が高いという点
とを合わせ持つ。
【0006】請求項2記載の発明では、セラミックス複
合材料の目標形状は厚肉円板状であり、前記3次元配向
の織物は円筒座標系に沿う3次元配向としていることを
特徴とする。セラミックス複合材料によって例えば高速
で回転するブリスクを形成する場合、ブリスクの内周部
分には周方向の高応力が、またブリスクの外周部分には
遠心力による径方向の高応力がそれぞれ生じるが、3次
元織物を円筒座標系に沿う配向としているので、それら
応力に充分耐えうる構造にすることができる。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図1はタービンブリスクの一部の
斜視断面図である。図中符号1は運転時において高速で
回転するディスク、2はディスク1の外周に取り付けら
れる動翼である。動翼2はディスクの外周に形成された
溝に、基端側のプラットフォームを嵌合されて取り付け
られる後付け構造のものとディスクと一体構造(ブリス
ク構造)のものがある。上記ディスク1は本発明方法に
より製造されるセラミックス複合材料の厚肉円板をベー
スとして作られる。
【0008】ディスク1のベースとなるセラミックス複
合材料の厚肉円板10の製造方法について図2に基づき
具体的に説明する。まず、強化繊維11を円筒座標系
(r:半径方向,θ:周方向,z:回転軸方向)に沿う
配向として3次元織物12を作る。強化繊維11の編み
方としては、多重織物、n軸ー3次元織物等が考えられ
る。また、強化繊維11は、中心からの距離が増すにつ
れて、半径方向(r)への配向比率が増加するととも
に、周方向(θ)への配向比率が減少するように編み込
む。半径方向への中心からの距離が増すにつれて半径方
向の配向比率を増加させる具体的な方法としては、図2
に示すように、半径方向の途中部分から外周に向けて径
方向へ延びる強化繊維を追加するように編み込む方法が
ある。
【0009】前記強化用繊維11としては次の5つの無
機長繊維が用いられる。 (1)(a)実質的にSiと、Ti及び/又はZrと、
Cと、Oとからなる非晶質、(b)上記非晶質並びに1
0000Å以下のβーSiCと、TiC及び/又はZr
Cとの結晶質の集合体、もしくは(c)上記結晶質並び
にその近傍に存在するSiOxと、TiOx及び/又は
ZrOx(0≦x≦2)とからなる非晶質の混合系であ
り、かつその元素組成は、Siが30〜80wt%、T
i及び/又はZrが0.05〜8wt%、Cが15〜6
9wt%、Oが0.1〜20.0wt%であるもの。 (2)(a)実質的にSiと、Cとからなる非晶質、
(b)10000Å以下のβーSiCの結晶質、(c)
上記非晶質及び上記結晶質、もしくは(d)上記非晶質
及び/又は上記結晶質と、炭素の凝集体との混合系であ
り、かつその元素組成は、Siが30〜80wt%、C
が20〜70wt%、Hが2wt%以下であるもの。 (3)(a)実質的にSiと、Cと、Oとからなる非晶
質、又は(b)10000Å以下のβーSiCの結晶質
の集合体と、非晶質のSiO2とからなる集合体であ
り、かつその元素組成は、Siが30〜80wt%、C
が10〜65wt%、Oが0.05〜25wt、Hが2
wt%以下であるもの。 (4)Siと、N、O、C、H及び元素周期率表第II族
〜第VIII族の金属元素からなる群より選択される1種以
上の金属類(M)とからなり、X線小角散乱強度比が1
°及び0.5°のいずれにおいても1倍〜20倍である
物質であり、かつ上記各元素の比率が原子比で、N/S
iが0.3〜3、0/Siが15以下、C/Siが7以
下、H/Siが1以下、M/Siが5以下であるもの。 (5)(a)実質的にAlと、Siと、Bと、Oとから
なるムライト、及び/又は(b)γー及びηーアルミナ
の微結晶と、非晶質のSiO2との集合体であるもの。
【0010】次に、上記の3次元織物12に対し気相含
浸法(Chemical Vapor Infiltration)法によりマトリ
ックス原料をしみ込ませてマトリックス13を形成す
る。これにより、図3(a)に示すように、ガス状のマ
トリック原料が強化繊維11にしみ込みながら、強化繊
維11を取り囲むようにマトリックス層13aが形成さ
れる。マトリックス原料としては、例えばSiCを約1
000℃のガス状にしたものを用いるが、使用環境等を
考慮して他の様々なセラミックスを用いてもよい。
【0011】次に、ポリマー含浸焼成法(Polymer Impr
egnaion and Pyrolysis)によってマトリックス13を
緻密化する。具体的には、上記した3次元織物12の表
面等にマトリックス層13aを形成したものに対し、有
機硅素系のポリマーを含浸させて約1200℃で3時間
程度焼成する。このとき、ポリマーが分解し、図3
(b)に示すようにマトリックス層13aの間に形成さ
れる空隙にSiCが充填され、さらなるマトリックス層
13bが形成される。このような工程を複数回(6回前
後)繰り返し、ボイド率を低下させて2g/cm3程度
の密度のマトリックス13を得る。
【0012】上記手順によって、ディスク1のベースと
なるセラミックス複合材料の厚肉円板10が得られる。
次いで、この厚肉円板10に対し、周知の機械加工を施
すことにより、タービンディスクあるいはディスクと翼
とが一体になったブリスクを得る。
【0013】しかして、上記構成のセラミッスク複合材
料の製造方法によれば、内部に埋設される織物12を、
2次元配向のものに代えて3次元配向のものを用いてい
るから、厚さ方向にマトリックス原料ガス及びポリマー
が浸透しやすい通路を確保することができ、マトリック
ス原料を織物12の内部まで充分にしみ込ませることが
可能となる。また、2次元積層材を用いたときの問題で
ある層間剪断強度が低下するという問題点が解消でき、
強度が著しく向上する また、気相含浸法とポリマー含浸焼成法を併用してお
り、ともとも気相含浸法を用いた加工では強度は低下す
るものの弾性率が高くなる利点があり、また、ポリマー
含浸焼成法を用いた加工では弾性率が低下するものの強
度が高くなる利点があり、これら気相含浸法を用いた場
合の利点とポリマー含浸焼成法を用いた場合の利点であ
る弾性率が高くかつ強度的にも高いという点とを合わせ
持つ。
【0014】さらに、内部に埋設する3次元配向の織物
12を円筒座標系に沿う3次元配向としているが、例え
ばタービンのディスク1あるいはブリクスは高速で回転
するため、ブリスクの内周部分には周方向の高応力が、
またブリスクの外周部分には遠心力による径方向の高応
力がそれぞれ生じることとなり、3次元織物を円筒座標
系に沿う配向とした場合、それら応力に充分耐えうる構
造にすることができる。つまり、強化繊維の方向を高応
力に沿って平行に配置することができる。加えて、強化
繊維11を3次元配向としているから、2次元積層材を
用いたときの問題である層間剪断強度が低下するという
点は生ずることなく、強度が著しく向上する。
【0015】なお、上記した発明の実施の形態では、強
化繊維11を円筒座標系の3次元配向としているが、こ
れに限られることなく、図4に示すように、互いの3軸
が直交する直交3次元配向としてもよい。
【0016】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、2次元織
物に代えて3次元織物を用いているから、厚さ方向にマ
トリックス原料ガス及びポリマーが浸透しやすい通路を
確保することができ、マトリックス原料を織物の内部ま
で充分にしみ込ませることが可能となる。また、2次元
積層材を用いたときの問題である層間剪断強度が低下す
るという問題点が解消でき、強度が著しく向上する。さ
らに、気相含浸法とポリマー含浸焼成法を併用している
から、気相含浸法を用いた場合の利点である弾性率が高
い点と、ポリマー含浸焼成法を用いた場合の利点である
高密度でかつ強度が高いという点とを合わせ持ち、この
点においても強度的に優れるものとなる。
【0017】請求項2記載の発明によれば、3次元織物
を円筒座標系に沿う配向としているので、セラミックス
複合材料によって高速で回転するタービンのディスクあ
るいはブリスクを製作する場合、それらブリスク等の内
周部分に生じる周方向の高応力、あるいはブリスク等の
外周部分に生じる遠心力による径方向の高応力に充分耐
え得る構造にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】タービン動翼の一部の斜視断面図である。
【図2】本発明のセラミックス複合材料の製造方法の実
施の形態を説明する工程斜視図である。
【図3】上記実施の形態により製造されるセラミックス
複合材料の内部構造を示す概略構成図である。
【符号の説明】
1 ディスク 2 動翼 11 強化繊維 12 3次元織物 13 マトリックス 13a マトリックス層 13b マトリックス層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C04B 35/80 L (72)発明者 正木 彰樹 東京都田無市向台町三丁目5番1号 石川 島播磨重工業株式会社田無工場内株式会社 先進材料利用ガスジェネレータ研究所田無 分室内 (72)発明者 守屋 勝義 東京都田無市向台町三丁目5番1号 石川 島播磨重工業株式会社田無工場内株式会社 先進材料利用ガスジェネレータ研究所田無 分室内 (72)発明者 石崎 雅人 東京都田無市向台町三丁目5番1号 石川 島播磨重工業株式会社田無工場内株式会社 先進材料利用ガスジェネレータ研究所田無 分室内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミックス製の強化繊維(11)によ
    って3次元配向の織物(12)を作製する工程と、織物
    を構成する強化繊維に気相含浸法によってマトリックス
    原料をしみ込ませる工程と、さらにポリマー含浸焼成法
    によってマトリックス(13)を緻密化する工程とを備
    えることを特徴とするセラミックス複合材料の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のセラミックス複合材料の
    製造方法において、 セラミックス複合材料の目標形状は厚肉円板状であり、
    前記3次元配向の織物は円筒座標系に沿って配向してい
    ることを特徴とするセラミックス複合材料の製造方法。
JP7313253A 1995-11-30 1995-11-30 セラミックス複合材料の製造方法 Pending JPH09157049A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7313253A JPH09157049A (ja) 1995-11-30 1995-11-30 セラミックス複合材料の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7313253A JPH09157049A (ja) 1995-11-30 1995-11-30 セラミックス複合材料の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH09157049A true JPH09157049A (ja) 1997-06-17

Family

ID=18038979

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7313253A Pending JPH09157049A (ja) 1995-11-30 1995-11-30 セラミックス複合材料の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH09157049A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11255567A (ja) * 1998-03-09 1999-09-21 Toshiba Corp セラミック繊維複合材料部品およびその製造方法
JP2000219576A (ja) * 1999-01-28 2000-08-08 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd セラミックス基複合部材及びその製造方法
JP2006193383A (ja) * 2005-01-14 2006-07-27 Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency セラミックス基複合材料及びその製造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02176102A (ja) * 1988-09-30 1990-07-09 Soc Europ Propulsion <Sep> 高速タービンホイール
JPH07223875A (ja) * 1994-02-14 1995-08-22 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 繊維強化セラミックス複合材の製造方法
JPH07291749A (ja) * 1994-04-19 1995-11-07 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 繊維強化型セラミックス複合材料の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02176102A (ja) * 1988-09-30 1990-07-09 Soc Europ Propulsion <Sep> 高速タービンホイール
JPH07223875A (ja) * 1994-02-14 1995-08-22 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 繊維強化セラミックス複合材の製造方法
JPH07291749A (ja) * 1994-04-19 1995-11-07 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 繊維強化型セラミックス複合材料の製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11255567A (ja) * 1998-03-09 1999-09-21 Toshiba Corp セラミック繊維複合材料部品およびその製造方法
JP2000219576A (ja) * 1999-01-28 2000-08-08 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd セラミックス基複合部材及びその製造方法
JP2006193383A (ja) * 2005-01-14 2006-07-27 Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency セラミックス基複合材料及びその製造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5435889A (en) Preparation and coating of composite surfaces
US8309197B2 (en) Integral abradable seals
EP1676822B1 (en) SiC/SiC composites incorporating uncoated fibers to improve interlaminar strength
US4626461A (en) Gas turbine engine and composite parts
US4738902A (en) Gas turbine engine and composite parts
JP5117862B2 (ja) セラミックマトリックス複合部材の製造方法
KR100692363B1 (ko) 가변 섬유 밀도를 갖는 열보호 시스템
CN109650924A (zh) 基于SiC纤维陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘制备方法
US20200308066A1 (en) Ceramic Matrix Composite Articles and Methods for Manufacturing the Same
JP5036993B2 (ja) 高性能セラミックマトリクス複合材料を低コストで製造する方法
JPH04316611A (ja) 炭化ケイ素強化炭素複合体
JP6774863B2 (ja) セラミックス基複合材料の製造方法
JPH0569961B2 (ja)
CN114773075A (zh) 具有La/Y掺杂ZrC-SiC涂层的超高温陶瓷基复合材料及制备方法
JPH09157049A (ja) セラミックス複合材料の製造方法
US3717419A (en) Turbine blade
CN117024164A (zh) 一种陶瓷改性碳碳复合材料鼻锥及其制备方法
JP3231231B2 (ja) セラミックス複合材料からなるディスクまたはブリスク
US5736232A (en) High temperature composite and method
JP2002061502A (ja) セラミックス複合材料からなるディスクまたはブリスク
RU2747836C2 (ru) Деталь из композиционного материала, включающая в себя межфазный слой легированного алюминием нитрида бора
US20040115348A1 (en) Method for processing silicon-carbide preforms having a high temperature boron nitride coating
JP3371993B2 (ja) 繊維強化型セラミックス複合材料の製造方法
JP4491584B2 (ja) 三次元強化SiC−C/Cコンポジット製高速回転体及びその製作方法
JPH11255567A (ja) セラミック繊維複合材料部品およびその製造方法