(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維をＢＮコーティングしてマトリックスと結合したＢＮインターフェイスを有するセラミックス基複合材において、
前記ＢＮコーティングを、ＢＮ層中に、Ｙ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3 ，Ｇｄ２Ｏ３，Ｄｙ２Ｏ３，Ｈｏ２Ｏ３，Ｅｒ2 Ｏ3 ，Ｔｍ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｌｕ2 Ｏ3 のいずれかが混在するコーティングとしたことを特徴とするＢＮインターフェイスを有するセラミックス基複合材。
【請求項２】
請求項１に記載のＢＮインターフェイスを有するセラミックス基複合材の製造方法であって、
繊維にＢＮをＣＶＩ法によりコーティングし、Ｙ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3 ，Ｇｄ２Ｏ３，Ｄｙ２Ｏ３，Ｈｏ２Ｏ３，Ｅｒ2 Ｏ3 ，Ｔｍ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｌｕ2 Ｏ3のいずれかを溶かした溶剤につけた後焼結し、ＣＶＩ法によりマトリックスを析出させることを特徴とするＢＮインターフェイスを有するセラミックス基複合材の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のＢＮインターフェイスを有するセラミックス基複合材の製造方法であって、
繊維にゾル・ゲル法により、Ｙ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3 ，Ｇｄ２Ｏ３，Ｄｙ２Ｏ３，Ｈｏ２Ｏ３，Ｅｒ2 Ｏ3 ，Ｔｍ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｌｕ2 Ｏ3のいずれかを付着させ、ＣＶＩ法によりＢＮをコーティングし、ＣＶＩ法によりマトリックスを析出させることを特徴とするＢＮインターフェイスを有するセラミックス基複合材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は繊維をＢＮでコーティングしマトリックスと結合したセラミックス基複合材とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックスは高温に耐える耐熱構造材料として期待されているが、材料固有の性質に基づく脆性、強度的な信頼性の低さがある。このため繊維をセラミックスマトリックスの中に複合化して強靱化する繊維強化型セラミックスの開発が行われている。強靱化を目的として、炭素ＣやボロナンイトライドＢＮを繊維にコーテイングした後、セラミックスと結合するセラミックス基複合材が開発されている。米国特許第４８６９９４３号及び４８８５１９９号には、ＢＮを繊維にコーティングしたＢＮインターフェイスを有するセラミックス基複合材が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このＢＮインターフェイスを有するセラミックス基複合材の大気中使用温度の限度は１０００℃程度である。これを越えるとＢＮの酸化が顕著になり、酸化したＢ2 Ｏ3 の融点が５００℃程度と低いため、繊維とセラミックスとの結合が弱くなり所定の強度が維持できなくなる。しかし最近１０００℃以上、例えば１４００℃程度までの使用できる材料が望まれている。
【０００４】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、１０００℃以上の大気中使用温度に耐えられるようにしたＢＮインターフェイスを有するセラミックス基複合材とそ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】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明では、繊維をＢＮコーティングしてマトリックスと結合したＢＮインターフェイスを有するセラミックス基複合材において、前記ＢＮコーティングを、ＢＮ層中に、Ｙ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3 ，Ｇｄ２Ｏ３，Ｄｙ２Ｏ３，Ｈｏ２Ｏ３，Ｅｒ2 Ｏ3 ，Ｔｍ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｌｕ2 Ｏ3 のいずれかが混在するコーティングとする。
【０００６】
請求項２の発明では、請求項１に記載のＢＮインターフェイスを有するセラミックス基複合材の製造方法であって、繊維にＢＮをＣＶＩ法によりコーティングし、Ｙ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3 ，Ｇｄ２Ｏ３，Ｄｙ２Ｏ３，Ｈｏ２Ｏ３，Ｅｒ2 Ｏ3 ，Ｔｍ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｌｕ2 Ｏ3のいずれかを溶かした溶剤につけた後焼結し、ＣＶＩ法によりマトリックスを析出させる。
【０００７】
請求項３の発明では、請求項１に記載のＢＮインターフェイスを有するセラミックス基複合材の製造方法であって、繊維にゾル・ゲル法により、Ｙ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3 ，Ｇｄ２Ｏ３，Ｄｙ２Ｏ３，Ｈｏ２Ｏ３，Ｅｒ2 Ｏ3 ，Ｔｍ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｌｕ2 Ｏ3のいずれかを付着させ、ＣＶＩ法によりＢＮをコーティングし、ＣＶＩ法によりマトリックスを析出させる。
【０００８】
【作用】
図１の状態図を用いて説明する。図１はＢ2 Ｏ3 とＳｃ2 Ｏ3 の状態図で、横軸はモル％、縦軸は温度℃を示す。殆どＢ2 Ｏ3 の場合は線Ａに示すようにＢ2 Ｏ3 は４５０℃で液相になる。Ｓｃ2 Ｏ3 が加わると固相のＳｃ2 Ｏ3 と液相のＢ2 Ｏ3 が共存し１５２６℃の線Ｂを越えると液相となる。Ｂ2 Ｏ3 とＳｃ2 Ｏ3 とがモル５０％となるとＳｃＢＯ3 の固相となり、Ｓｃ2 Ｏ3 がモル５０％を越えるとＳｃＢＯ3 とＳｃ2 Ｏ3 のそれぞれの固相となる。この固相は１５８２℃を越えると、固相のＳｃ2 Ｏ3 と液相のＢ2 Ｏ3 となる。ＢＮコーティングにＳｃ2 Ｏ3 が含まれていると、１５２５℃までは固相のＳｃ2 Ｏ3 と液相のＢ2 Ｏ3 が共存する。なお図中のLiq.は液相を表す。ＢＮのコーティングの厚みはナノメータ、サブミクロンのオーダであり酸化はこの表面で行われる。このため液相のＢ2 Ｏ3 は薄く、その中に固相のＳｃ2 Ｏ3 があると摩擦力が期待でき、摩擦力はＳｃ2 Ｏ3 の量に応じて大きくなる。これによりＢＮコーティングのマトリックスとの結合力はあまり低下しないので１５２５℃までの大気中の使用に耐えられるようになる。低下の程度はＳｃ2 Ｏ3 のモル％を大きくすることにより少なくなり、５０モル％で低下は殆ど無くなる。この１５２５℃はＳｃ2 Ｏ3 に固有の値であり、Ｙ2 Ｏ3 ，ランタノイド系酸化物もそれぞれ１０００℃以上の固有の値を持っているので、その値までの大気中使用に耐えるようになる。図１はＥ．Ｍ．Ｌｅｖｉｎ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．，５０〔１〕５３（１９６７）に記載されている。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
製作対象物としては耐熱性、耐衝撃性および大きな比強度を要求されるジェットエンジンまたはガスタービンの翼とする。これらの翼は現在１０００℃近い温度で動作しているものがあるが、これを１０００℃以上、例えば１４００℃程度まであげるようにする。繊維としては炭化ケイ素ＳｉＣ繊維、マトリックスもＳｉＣとする。これらはいずれも１５００℃程度までは強度の低下が少ない材料である。
【００１０】
次に、製造方法について説明する。先ず繊維にＢＮをＣＶＩ法で充填する。これはＢＮをガス化し高温で繊維間隙に充填する方法である。次にＹ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3,ランタノイド系酸化物（以下これらを酸化物と称する）の何れかを溶剤に溶かし、この溶剤に先にＢＮをコーテイングした繊維を漬けて真空炉で焼結する。次にＣＶＩ法により酸化物、ＢＮをコーティングした繊維表面にＳｉＣマトリックスを原子単位で析出させる。
【００１１】
次に別の製造方法について説明する。先ず繊維に酸化物をゾル・ゲル法により含浸させて乾燥させた後、ＢＮをＣＶＩ法でコーティングする。次にＳｉＣマトリックスををＣＶＩ法でＢＮコーティング上に析出させる。
【００１２】
図２は上記２つの方法で製造されたＢＮインターフェイスを有するセラミックス基複合材の模式図である。繊維部１はＢＮと酸化物とが共存するＢＮインターフエィス部２に囲まれ、マトリックス３はＢＮインターフェイス部２間に充填されている。
【００１３】
上記の２つの方法で製造されたＢＮインターフェイスを有するセラミックス基複合材は、ＢＮと酸化物が接しており大気中１０００℃以上で使用した場合、大気に接したＢＮは酸化されて液相のＢ2 Ｏ3 となるが、酸化物、例えばＳｃ2 Ｏ3 はＢ2 Ｏ3 と反応して固相のＳｃＢＯ3 となる。ＢＮの厚みはナノメータ、サブミクロン程度であり、この表面が酸化して液相のＢ2 Ｏ3 になり、そこに固相のＳｃＢＯ3 が存在するので摩擦力が発生し、ＢＮ面とマトリックスとの結合強度の低下は少ない。図１で説明したようにＳｃ2 Ｏ3 の量を多くしてゆくと固相のＳｃＢＯ3 が多くなり、Ｓｃ2 Ｏ3 をＢ2 Ｏ3 に対して５０モル％にすれば全て固相となり、低下は殆ど無くなる。液相と固相のＳｃＢＯ3 が共存しているのは１５２６℃の線Ｂまでなので、この温度までは大気中の使用が可能となる。
【００１４】
図１はＢ2 Ｏ3 とＳｃ2 Ｏ3 の状態図であるが、他の酸化物についても同様な状態図が得られる。しかし、固相のＳｃＢＯ3 と液相との共存より液相になる線Ｂの温度は各酸化物によって異なる。図３は各酸化物とＢ2 Ｏ3 との状態図における液相形成温度で、図１で示した線Ｂの温度を示す。図３でＬｎで示す欄がランタノイド系酸化物を示す。温度は℃を示し、温度が空欄の所はデータが得られなかったものである。大気中の使用温度が１４００℃程度になるものは、線Ｂが１４００℃以上のものなので、先に揚げたＳｃ2 Ｏ3 の他に、Ｅｒ2 Ｏ3 ，Ｔｍ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｌｕ2 Ｏ3 を用いればよい。Ｙ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3,ランタノイド系酸化物のいずれかをＢＮインターフェイスと共存させれば、少なくとも１１００℃の大気中の使用温度に耐えられるセラミックス基複合材を得ることができる。
【００１５】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明は、ＢＮインターフェイスを有するセラミックス基複合材のＢＮコーティングを、ＢＮと、Ｙ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3,ランタノイド系酸化物のいずれかと共存するコーティングとすることにより、ＢＮインターフェイスを有するセラミックス基複合材の大気中の使用温度を従来のものより高くすることができる。Ｓｃ2 Ｏ3,等を用いれば１４００℃程度の温度まで高くすることができる。使用するＹ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3,ランタノイド系酸化物の量を多くすると強度は向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｂ2 Ｏ3 とＳｃ2 Ｏ3 の状態図である。
【図２】本実施例のＢＮインターフェイスを有するセラミックス基複合材の模式図である。
【図３】各酸化物とＢ2 Ｏ3 との状態図における液相形成温度を示す図である。
【符号の説明】
１  繊維部
２  ＢＮインターフェイス部
３  マトリックス
【図１】
0003702973.tif 000002
【図２】
0003702973.tif 000003
【図３】
0003702973.tif 000004