JPS61141678A - 繊維強化セラミツク殻構造部品の製造方法 - Google Patents
繊維強化セラミツク殻構造部品の製造方法Info
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- JPS61141678A JPS61141678A JP59260482A JP26048284A JPS61141678A JP S61141678 A JPS61141678 A JP S61141678A JP 59260482 A JP59260482 A JP 59260482A JP 26048284 A JP26048284 A JP 26048284A JP S61141678 A JPS61141678 A JP S61141678A
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- fibers
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は繊維強化セラミック殻構造部品の製造方法に係
り、特にＣＶＤ反応を利用して得らりる繊維強化セラミ
ック殻構造部品の製造方法に関する。
り、特にＣＶＤ反応を利用して得らりる繊維強化セラミ
ック殻構造部品の製造方法に関する。
［従来の技術］
近年高温高強度構造材料として窒化珪素、炭化珪素、サ
イアロン等の非酸化物セラミ７クス、あるいは酸化アル
ミニウム、酸化ジルコニウム等、いわゆるニューセラミ
ックスが急速にクローズアップされ、多くの研究や開発
がなされている。
イアロン等の非酸化物セラミ７クス、あるいは酸化アル
ミニウム、酸化ジルコニウム等、いわゆるニューセラミ
ックスが急速にクローズアップされ、多くの研究や開発
がなされている。
これらのセラミックスの用途は、ガスタービンのブレー
ドや燃焼器、ディーゼルエンジンのシリンダやピストン
その他高温用機械部品として数多くある。
ドや燃焼器、ディーゼルエンジンのシリンダやピストン
その他高温用機械部品として数多くある。
しかしながら、周知の如くセラミックは脆性材料であり
、上記のニューセラミックスといえども金属材料に比べ
れば亀裂の伝播が速く、わずかな欠陥で破壊する等、信
頼性に欠けることから、高強度を必要とする構造部品に
は未だ実用化されていない。
、上記のニューセラミックスといえども金属材料に比べ
れば亀裂の伝播が速く、わずかな欠陥で破壊する等、信
頼性に欠けることから、高強度を必要とする構造部品に
は未だ実用化されていない。
従来、このような問題点を解決するために、ウィスカと
呼ばれる無機質短繊維をセラミックに混入することによ
り、セラミック製品の強度の向上を図る試みがなされて
いる。
呼ばれる無機質短繊維をセラミックに混入することによ
り、セラミック製品の強度の向上を図る試みがなされて
いる。
また、従来、セラミック製品は、セラミック粉末原料を
適宜の手法により成形した後、焼結することによって製
造されているが、この焼結に際しては１通常、焼結助剤
を必要とする。この結果。
適宜の手法により成形した後、焼結することによって製
造されているが、この焼結に際しては１通常、焼結助剤
を必要とする。この結果。
この焼結助剤により製品全体の高温強度が低下するよう
になる。即ち、セラミック自体は本来高温でも高強度で
あるにもかかわらず、低融点の焼結助剤成分が結晶粒界
に多く集まり、このために得られる製品の強度は、第２
図に示す如く、高温度域で低下するのである。
になる。即ち、セラミック自体は本来高温でも高強度で
あるにもかかわらず、低融点の焼結助剤成分が結晶粒界
に多く集まり、このために得られる製品の強度は、第２
図に示す如く、高温度域で低下するのである。
近年、全く新しいセラミック製造法としてＣＶＤ法やＰ
ＶＤ法等の気相めっき法が、特に薄膜形成手段として表
面処理の分野で実用されている。
ＶＤ法等の気相めっき法が、特に薄膜形成手段として表
面処理の分野で実用されている。
ＣＶＤ法によれば、極めて緻密な組織のセラミックを製
造でき、かつ、そもそも焼結プロセスを経ないので焼結
助剤を混入させる必要もない、そのため、第２図に示す
如く、得られる製品の強度は高温度域でも低下しないと
いう利点を有する。
造でき、かつ、そもそも焼結プロセスを経ないので焼結
助剤を混入させる必要もない、そのため、第２図に示す
如く、得られる製品の強度は高温度域でも低下しないと
いう利点を有する。
［発明が解決しようとする問題点］
セラミックにウィスカを混入する方法により、セラミッ
クの脆性は改善されるものの、この方法は、セラミック
にウィスカを一様に混入することが難しいこと、また、
ウィスカの混入率に限度があるため脆性の改善効果にも
上限がある等のために、実用的ではない。
クの脆性は改善されるものの、この方法は、セラミック
にウィスカを一様に混入することが難しいこと、また、
ウィスカの混入率に限度があるため脆性の改善効果にも
上限がある等のために、実用的ではない。
ＣＶＤ法によれば、焼結助剤が不要なことから、セラミ
ック本来の高温強度を有する製品が得られるものの、Ｃ
ＶＤ法はセラミックの生成速度が極めて遅く、２０〜３
０ｇｍ／ｈｒ程度の膜形成速度であるため１通常の構造
物を形成するには長時間を要し、工業的に有利ではない
という欠点を有する。しかもＣＶＤ法によって得られる
セラミック製品は高強度ではあるが、脆性を有するとい
う問題点を残している。
ック本来の高温強度を有する製品が得られるものの、Ｃ
ＶＤ法はセラミックの生成速度が極めて遅く、２０〜３
０ｇｍ／ｈｒ程度の膜形成速度であるため１通常の構造
物を形成するには長時間を要し、工業的に有利ではない
という欠点を有する。しかもＣＶＤ法によって得られる
セラミック製品は高強度ではあるが、脆性を有するとい
う問題点を残している。
［問題点を解決するための手段］
本発明は上記従来の問題点を解決するべくなされたもの
であり、繊維によるセラミックの強化法とＣＶＤ法の利
点を兼備するものである。
であり、繊維によるセラミックの強化法とＣＶＤ法の利
点を兼備するものである。
即ち１本発明は、
ＳｉＣ及び／又は炭素の長繊維を網目状に組み合せて所
定形状の長繊維構造体とし、ＣＶＤ反応ガスを前記長繊
維構造体の繊維の表面に供給してＣＶＤ反応させ、該繊
維の表面にセラミック層を析出させることを特徴とする
繊維強化セラミック蓋構造部品の製造方法、 を要旨とするものである。
定形状の長繊維構造体とし、ＣＶＤ反応ガスを前記長繊
維構造体の繊維の表面に供給してＣＶＤ反応させ、該繊
維の表面にセラミック層を析出させることを特徴とする
繊維強化セラミック蓋構造部品の製造方法、 を要旨とするものである。
以下本発明の詳細な説明する。
本発明においては、まず、ＳｉＣ及び／又は炭素の長繊
維を用いて所定形状の構造体とする。この際、目的とす
る部品よりいくぶん小さい相似形でかつ中空空洞の構造
体とすれば、後述のように、軽量な繊維強化セラミ−２
り殻構造部品が容易に製造される。
維を用いて所定形状の構造体とする。この際、目的とす
る部品よりいくぶん小さい相似形でかつ中空空洞の構造
体とすれば、後述のように、軽量な繊維強化セラミ−２
り殻構造部品が容易に製造される。
網目状の長繊維構造体の作製方法は、特に制限はなく、
長繊維を手作業又は機械的に編み込む方法、あるいは耐
熱性のバインダーを用いて形成する方法等が挙げられる
。
長繊維を手作業又は機械的に編み込む方法、あるいは耐
熱性のバインダーを用いて形成する方法等が挙げられる
。
次に、通常は、この網目状の長繊維構造体を構成する繊
維の表面部をＣＶＤ反応の析出温度域に加熱する。
維の表面部をＣＶＤ反応の析出温度域に加熱する。
加熱方法は、特に限定されないが、炭素繊維の場合は装
置構成の簡易な高周波誘導加熱等が有利である。高周波
誘導加熱を採用する場合、炭素繊維の網目状構造物は炭
素からなる導電性であるので、そのままの状態でこれを
反応器中に挿入し、高周波コイルにより交番磁界を印加
する等して、表面を高周波誘導加熱する。
置構成の簡易な高周波誘導加熱等が有利である。高周波
誘導加熱を採用する場合、炭素繊維の網目状構造物は炭
素からなる導電性であるので、そのままの状態でこれを
反応器中に挿入し、高周波コイルにより交番磁界を印加
する等して、表面を高周波誘導加熱する。
加熱方法としては、その他、繊維材料によって反応容器
の外側から加熱する外部加熱法、レーザー加熱法等も採
用可能である。
の外側から加熱する外部加熱法、レーザー加熱法等も採
用可能である。
このようにして加熱された網目状の長繊維構造体の繊維
の表面にＣＶＤ反応ガスを供給してＣＶＤ反応させ、表
面にセラミック層を析出させる。
の表面にＣＶＤ反応ガスを供給してＣＶＤ反応させ、表
面にセラミック層を析出させる。
析出させるセラミックとしては、窒化珪素、炭化珪素、
サイアロン等が好適である。また、形成するセラミック
層の厚さはＣＶＤ反応ガスの供給量又は加熱時間を調節
することＫより適宜調整することができる。
サイアロン等が好適である。また、形成するセラミック
層の厚さはＣＶＤ反応ガスの供給量又は加熱時間を調節
することＫより適宜調整することができる。
このように１本発明は、ＳｉＣ及び／又は炭素の長繊維
の網目状構造体を作製し、次にＣＶＤ法によりセラミッ
クをこの構造体の繊維表面に析出させ、長繊維をセラミ
ックで被覆するのであるが、セラミック被覆量を増大さ
せれば、セラミックの内部に繊維が埋設された構成とな
り、繊維強化セラミック殻構造体が得られる。
の網目状構造体を作製し、次にＣＶＤ法によりセラミッ
クをこの構造体の繊維表面に析出させ、長繊維をセラミ
ックで被覆するのであるが、セラミック被覆量を増大さ
せれば、セラミックの内部に繊維が埋設された構成とな
り、繊維強化セラミック殻構造体が得られる。
［作用］
本発明方法によれば、ＳＩＣ及び／又は炭素の長繊維と
セラミックとを複合させた部材を製造でき、セラミック
の脆性が大幅に改善される。しかもＣＶＤ法を採用する
ことによりセラミック層の高温強度は高強度に維持され
る。
セラミックとを複合させた部材を製造でき、セラミック
の脆性が大幅に改善される。しかもＣＶＤ法を採用する
ことによりセラミック層の高温強度は高強度に維持され
る。
また、目的とする部品の外形形状よりもわずかに小さな
相似形状の殻状の長繊維構造体を作製し、これを用いる
ようにすれば、得られる部品は、その内部が空洞の殻構
造体となるため、軽量でしかも高温強度の優れたものと
なる。なお、このような目的とする部品の外形形状より
もわずかに小さな相似形状の長繊維構造体を用いてＣＶ
Ｄ反応処理を行なう場合には、殻状の長繊維構造体の表
裏両面側でＣＶＤ反応を進行させ得るので、セラミック
層の成長速度を倍加し、製造時間の短縮が図れる。更に
、長繊維構造体の網目を細かくとっておけば、セラミッ
クを少量析出させるだけで網目が埋まるようになるので
製造が一層容易になる。
相似形状の殻状の長繊維構造体を作製し、これを用いる
ようにすれば、得られる部品は、その内部が空洞の殻構
造体となるため、軽量でしかも高温強度の優れたものと
なる。なお、このような目的とする部品の外形形状より
もわずかに小さな相似形状の長繊維構造体を用いてＣＶ
Ｄ反応処理を行なう場合には、殻状の長繊維構造体の表
裏両面側でＣＶＤ反応を進行させ得るので、セラミック
層の成長速度を倍加し、製造時間の短縮が図れる。更に
、長繊維構造体の網目を細かくとっておけば、セラミッ
クを少量析出させるだけで網目が埋まるようになるので
製造が一層容易になる。
［実施例］
以下に本発明を実施例により更に具体的に説明する。
実施例１
本発明の製造方法に従って、第１図に示すガスタービン
の動翼３を製造した。
の動翼３を製造した。
第１図（＆）は本発明の方法により製造された繊維強化
セラミック殻構造部品の一例を示すガスタービンの動翼
の一部断面図、同（ｂ）は同（ａ）のＢ−Ｂ線断面の拡
大図である。第１図において、動翼ｌはカーボンファイ
バーの長繊維構造体２にＣＶＤ法によりセラミラグコー
ティング３を設けて形成されている。
セラミック殻構造部品の一例を示すガスタービンの動翼
の一部断面図、同（ｂ）は同（ａ）のＢ−Ｂ線断面の拡
大図である。第１図において、動翼ｌはカーボンファイ
バーの長繊維構造体２にＣＶＤ法によりセラミラグコー
ティング３を設けて形成されている。
まず、カーボンファイバー（平均直径０．１ｍ ｍ 、
平均繊維長さ３０ｍｍ）を用いてガスタービンの動翼よ
りわずかに小さく、かつこれと相似形の網目状の長繊維
構造体２を形成した。この長繊維構造体２を、雰囲気コ
ントロール可能な容器に入れ、５００ＫＨｚの高周波電
流を流した高周波コイルにより加熱した。網目状構造体
の近傍にセットされた熱電対により温度を検出し、加熱
部の温度を１３００〜１４００℃に保持した。
平均繊維長さ３０ｍｍ）を用いてガスタービンの動翼よ
りわずかに小さく、かつこれと相似形の網目状の長繊維
構造体２を形成した。この長繊維構造体２を、雰囲気コ
ントロール可能な容器に入れ、５００ＫＨｚの高周波電
流を流した高周波コイルにより加熱した。網目状構造体
の近傍にセットされた熱電対により温度を検出し、加熱
部の温度を１３００〜１４００℃に保持した。
一方、容器内を不活性ガスにて置換した後、ＣＨａＳｉ
Ｃ見３ガスを容器内に導入し、網目状構造体の加熱表面
部にＣＨ３５ｉＣＪＬ３ガスを供給した。ＣＨ３Ｓ ｉ
Ｃ１ｚガスは表面加熱部にて分解され、ＳｉＣが析出
した。析出反応を継続させた後、ガスの供給及び加熱を
停止し、次いで徐冷した。
Ｃ見３ガスを容器内に導入し、網目状構造体の加熱表面
部にＣＨ３５ｉＣＪＬ３ガスを供給した。ＣＨ３Ｓ ｉ
Ｃ１ｚガスは表面加熱部にて分解され、ＳｉＣが析出
した。析出反応を継続させた後、ガスの供給及び加熱を
停止し、次いで徐冷した。
このような本発明の方法によれば短時間でセラミック製
動翼を製造することができ、しかも得られた動翼は軽量
かつ極めて高強度であった。
動翼を製造することができ、しかも得られた動翼は軽量
かつ極めて高強度であった。
［効果］
以上詳述した通り、本発明の繊維強化セラミック殻構造
部品の製造方法によれば、ＳｔＣ及び／又は炭素の長繊
維による強度向上効果により、製品の強度及び成形性は
大幅に向上され、耐久性及び信頼性が高められる。また
、長繊維の殻状構造体の採用により、製品を薄肉殻構造
とすることができるので、これを軽量化することができ
る。更に長繊維上に形成されるセラミック層はＣＶＤ反
応により得られるものであるため、高温度域においても
極めて高強度なものとなる。しかも長繊維の殻状構造体
を用いた場合には、ＣＶＤ反応を長繊維構造体の表裏２
面において行なうことが可能であるので、セラミック層
を短時間で形成することができ、生産効率が高い。
部品の製造方法によれば、ＳｔＣ及び／又は炭素の長繊
維による強度向上効果により、製品の強度及び成形性は
大幅に向上され、耐久性及び信頼性が高められる。また
、長繊維の殻状構造体の採用により、製品を薄肉殻構造
とすることができるので、これを軽量化することができ
る。更に長繊維上に形成されるセラミック層はＣＶＤ反
応により得られるものであるため、高温度域においても
極めて高強度なものとなる。しかも長繊維の殻状構造体
を用いた場合には、ＣＶＤ反応を長繊維構造体の表裏２
面において行なうことが可能であるので、セラミック層
を短時間で形成することができ、生産効率が高い。
従って、本発明によれば、極めて高強度で耐久性に富む
セラミック構造部品を効率的に製造することができ、し
かも得られるセラミック構造部品を軽量なものとするこ
とが可能であり、タービン翼等の高速回転部品の製造等
、様々な構造部品の製造に適用することができる。
セラミック構造部品を効率的に製造することができ、し
かも得られるセラミック構造部品を軽量なものとするこ
とが可能であり、タービン翼等の高速回転部品の製造等
、様々な構造部品の製造に適用することができる。
第１図（１１）は本発明の方法により製造された繊維強
化セラミック殻構造部品の一例を示すガスタービンの動
翼の一部断面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＢ−Ｂ
線断面の拡大図、第２図はＣＶＤ法及び焼結法により得
られるセラミック製品の高温域における温度と強度との
関係を示すグラフである。 ｌ・・・動翼。 ２・拳・長繊維構造体、 ３・・・セラミックコーティング。 代理人 弁理士 重 野 剛 （ａ） Ｉ崖（Ｃ）
化セラミック殻構造部品の一例を示すガスタービンの動
翼の一部断面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＢ−Ｂ
線断面の拡大図、第２図はＣＶＤ法及び焼結法により得
られるセラミック製品の高温域における温度と強度との
関係を示すグラフである。 ｌ・・・動翼。 ２・拳・長繊維構造体、 ３・・・セラミックコーティング。 代理人 弁理士 重 野 剛 （ａ） Ｉ崖（Ｃ）
Claims (2)
- （１）ＳｉＣ及び／又は炭素の長繊維を網目状に組み合
せて所定形状の長繊維構造体とし、ＣＶＤ反応ガスを前
記長繊維構造体の繊維の表面に供給してＣＶＤ反応させ
、該繊維の表面にセラミック層を析出させることを特徴
とする繊維強化セラミック殻構造部品の製造方法。 - （２）長繊維構造体は、目的とする構造部品の外形より
もわずかに小さい、該外形の相似形状のものであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の繊維強化セ
ラミック殻構造部品の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59260482A JPS61141678A (ja) | 1984-12-10 | 1984-12-10 | 繊維強化セラミツク殻構造部品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59260482A JPS61141678A (ja) | 1984-12-10 | 1984-12-10 | 繊維強化セラミツク殻構造部品の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61141678A true JPS61141678A (ja) | 1986-06-28 |
Family
ID=17348567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59260482A Pending JPS61141678A (ja) | 1984-12-10 | 1984-12-10 | 繊維強化セラミツク殻構造部品の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61141678A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61222702A (ja) * | 1985-03-28 | 1986-10-03 | 工業技術院長 | 複合材料用原料の製造方法 |
| US4855262A (en) * | 1986-11-25 | 1989-08-08 | Battelle Memorial Institute | Method of manufacturing silicon nitride composition reinforced with silicon carbide whiskers having silicon oxide coating |
| CN110372408A (zh) * | 2019-07-23 | 2019-10-25 | 中南大学 | 一种陶瓷纤维增韧cvd碳化硅复合材料及其制备方法和应用 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3462340A (en) * | 1965-07-28 | 1969-08-19 | Us Air Force | Fiber-containing pyrolytic composite material |
| JPS5551769A (en) * | 1972-03-28 | 1980-04-15 | Ducommun Inc | Manufacture of high strength fiberrreinforced compounded product |
-
1984
- 1984-12-10 JP JP59260482A patent/JPS61141678A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3462340A (en) * | 1965-07-28 | 1969-08-19 | Us Air Force | Fiber-containing pyrolytic composite material |
| JPS5551769A (en) * | 1972-03-28 | 1980-04-15 | Ducommun Inc | Manufacture of high strength fiberrreinforced compounded product |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61222702A (ja) * | 1985-03-28 | 1986-10-03 | 工業技術院長 | 複合材料用原料の製造方法 |
| US4855262A (en) * | 1986-11-25 | 1989-08-08 | Battelle Memorial Institute | Method of manufacturing silicon nitride composition reinforced with silicon carbide whiskers having silicon oxide coating |
| US4888310A (en) * | 1986-11-25 | 1989-12-19 | Battelle Memorial Institute | Pulverulent silicon nitride composition including oxidized silicon carbide whiskers |
| CN110372408A (zh) * | 2019-07-23 | 2019-10-25 | 中南大学 | 一种陶瓷纤维增韧cvd碳化硅复合材料及其制备方法和应用 |
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