陶瓷基体复合材料及其制造方法技术

本发明专利技术的课题在于拉伸强度为150MPa以上、即使长时间暴露于1200℃条件下100小时的高温环境下，拉伸强度的强度保持率也为80％以上的耐热性高的陶瓷基体复合材料(CMC)。陶瓷基体复合材料的特征在于，包含陶瓷基体和陶瓷连续纤维，在陶瓷基体中包含平均粒径为0.28μm以下的烧结抑制剂。下的烧结抑制剂。下的烧结抑制剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】陶瓷基体复合材料及其制造方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷基体复合材料以及其制造方法。

技术介绍

[0002]与通常的陶瓷相比，使陶瓷连续纤维与陶瓷基体复合化而成的陶瓷基体复合材料(以下也称为“CMC”)对于由损伤的进展导致的材料整体的破坏的耐性(损伤容许性)高。因此，正在进行CMC作为Ni基合金等耐热金属的替代材料的研究。
[0003]将氧化铝或莫来石系氧化物制成陶瓷连续纤维、使该陶瓷连续纤维与陶瓷基体复合化而成的CMC(以下也称为“氧化物系CMC”)具有1200℃的耐热性。因此，期待氧化物系CMC作为面向航空用喷气式发动机的构件的应用(参见非专利文献1)。
[0004]作为氧化物系CMC的制造方法，已知以下方法：将使陶瓷基体的原料粉末分散于水等溶剂而得的浆料(以下也称为“基体浆料”)含浸于陶瓷连续纤维并使其干燥而得到成型体，将所得到的成型体于1000℃以上进行烧结而得到氧化物系CMC(参见非专利文献2)。
[0005]现有技术文献
[0006]非专利文献
[0007]非专利文献1：J.AerospaceLab，Issue3,(2011)1
‑
12.
[0008]非专利文献2：J.Am.Ceram.Soc.,81[8],(1998)2077
‑
86.
[0009]非专利文献3：Acta Mater.,47[12],(1999)3411
‑
3422
[0010]非专利文献4：J.Euro.Ceram.Soc.,32,(2012)1965
‑
1970

技术实现思路

[0011]专利技术所要解决的课题
[0012]通常就长时间暴露于1000℃以上的高温的氧化物系CMC而言，陶瓷基体中的陶瓷粒子(即，构成陶瓷基体的陶瓷粒子)通过热而进行粒生长。由此，发生陶瓷基体的气孔率的减少、陶瓷基体与陶瓷连续纤维的固结。其结果，CMC的强度降低。于是，尝试了通过在陶瓷基体中添加作为烧结抑制剂的氧化镁、氧化锆来抑制陶瓷粒子的粒生长(参见非专利文献3、4)。然而，这些非专利文献中得到的氧化物系CMC均是拉伸强度低、且暴露于高温环境下时的强度低降低显著。
[0013]本专利技术的目的在于提供拉伸强度高、并且热暴露处理后的强度的降低被抑制的陶瓷复合材料及其制造方法中的至少一者。
[0014]用于解决课题的手段
[0015]本申请的专利技术人尝试使陶瓷基体原料中含有烧结抑制剂，并制作了包含陶瓷基体、陶瓷连续纤维及烧结抑制剂的CMC。其结果，发现了抑制陶瓷基体中的陶瓷粒子的粒生长、且即使暴露于1200℃的高温环境下强度也不易降低的CMC。进一步地，着眼于烧结抑制剂的平均粒径，发现了通过对其进行调节而保持高强度的CMC，从而完成了本专利技术。
[0016]即，本专利技术如权利要求书中的记载所示，另外，本方案的主旨如下所示。
[0017][1]陶瓷基体复合材料，其特征在于，包含陶瓷基体和陶瓷连续纤维，并在陶瓷基体中包含平均粒径为0.28μm以下的烧结抑制剂。
[0018][2]如上述[1]所述的陶瓷基体复合材料，其中，烧结抑制剂的平均重心间距离为4.5μm以下。
[0019][3]如上述[1]或[2]所述的陶瓷基体复合材料，其中，烧结抑制剂为选自由二氧化硅、氧化锆、氧化钇、氧化镁、莫来石及氧化锶组成的组中的一种以上。
[0020][4]如上述[1]～[3]中任一项所述的陶瓷基体复合材料，其中，陶瓷连续纤维为选自由氧化铝、二氧化硅、莫来石及氧化锆组成的组中的一种以上的氧化物陶瓷的连续纤维。
[0021][5]如上述[1]～[4]中任一项所述的陶瓷基体复合材料，其中，陶瓷基体为选自由氧化铝、莫来石及氧化锆组成的组中的一种以上的氧化物。
[0022][6]如上述[1]～[5]中任一项所述的陶瓷基体复合材料，其特征在于，陶瓷基体复合材料的拉伸强度为150MPa以上、且1200℃条件下100小时的热暴露处理后的强度保持率为80％以上。
[0023][7]上述[1]～[6]中任一项所述的陶瓷基体复合材料的制造方法，其中，对在将纯度为99％以上的烧结抑制剂添加于陶瓷基体原料粉末而得的陶瓷基体浆料中含浸陶瓷连续纤维并进行干燥而得的成型体进行烧结。
[0024][8]如上述[7]所述的陶瓷基体复合材料的制造方法，其中，前述烧结抑制剂的平均粒径超过0.05μm且为30μm以下。
[0025]专利技术效果
[0026]本专利技术的陶瓷基体复合材料实现了下述目的：提供拉伸强度为150MPa以上的高强度、并且热暴露处理后的强度降低被抑制的陶瓷复合材料(例如，1200℃、100小时的热暴露处理后的强度保持率为80％以上的、强度的降低被抑制的陶瓷复合材料)、及其制造方法中的至少一者。
附图说明
[0027][图1]图1为示出实施例1至3、以及比较例1及2的陶瓷基体复合材料的拉伸强度相对陶瓷基体中的二氧化硅的平均粒径的关系的图表。
[0028][图2]图2为示出实施例1至3、以及比较例1及2的陶瓷基体复合材料的拉伸强度相对陶瓷基体中的二氧化硅的平均重心间距离的关系的图表。
[0029][图3]图3为以5000倍对实施例1的样品进行拍摄而得的硅映射图像。
[0030][图4]图4为以5000倍对比较例1的样品进行拍摄而得的硅映射图像。
具体实施方式
[0031]以下，对本专利技术进行说明。
[0032]本说明书中，“陶瓷基体复合材料”(CMC)为陶瓷连续纤维与陶瓷基体复合化而成的材料，是所谓的陶瓷纤维增强陶瓷。
[0033]本说明书中，所谓“陶瓷纤维”，是经纺丝而成的多晶陶瓷、以及丝状的多晶陶瓷。陶瓷纤维可根据其纤维长度而区分为“陶瓷短纤维”和“陶瓷连续纤维”。本实施方式中，“陶瓷短纤维”是指纤维长度小于500μm的陶瓷纤维，“陶瓷连续纤维”是陶瓷短纤维以外的陶瓷
纤维(纤维长度为500μm以上的陶瓷纤维)。另外，陶瓷纤维可以是独立的1根纤维，也可以是多根纤维聚集的状态的陶瓷纤维，还可以是纤维束。本说明书中，“纤维束”是聚集有2根以上的陶瓷纤维的状态的纤维，也可以是聚集有数百根单位的陶瓷纤维的状态的纤维。所谓“陶瓷纤维布”，是陶瓷纤维的织物，尤其是陶瓷连续纤维的织物。也可以是纤维束的陶瓷连续纤维的织物。
[0034]本说明书中，所谓“陶瓷基体”是由陶瓷晶粒构成的CMC的基体(母相)，也可以包含烧结抑制剂。
[0035]本说明书中，所谓“烧结抑制剂”，是具有抑制热处理时陶瓷晶粒的粒生长的功能的物质。
[0036]本专利技术涉及CMC，其特征在于，包含陶瓷基体(以下也简称为“基体”)和陶瓷连续纤维(以下也简称为“连续纤维”)，在基体中包含平均粒径为0.28μm以下的烧结抑制剂(以下也称为“抑制剂”)。即，本专利技术的CMC本质上是由基体、连续纤维及抑制剂形成的CMC，并且抑制剂包含在基体中。此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.陶瓷基体复合材料，其特征在于，包含陶瓷基体和陶瓷连续纤维，并在陶瓷基体中包含平均粒径为0.28μm以下的烧结抑制剂。2.如权利要求1所述的陶瓷基体复合材料，其中，烧结抑制剂的平均重心间距离为4.5μm以下。3.如权利要求1或2所述的陶瓷基体复合材料，其中，烧结抑制剂为选自由二氧化硅、氧化锆、氧化钇、氧化镁、莫来石及氧化锶组成的组中的一种以上。4.如权利要求1～3中任一项所述的陶瓷基体复合材料，其中，陶瓷连续纤维为选自由氧化铝、二氧化硅、莫来石及氧化锆组成的组中的一种以上的氧化物陶瓷的连续纤维。5.如权利要求1～4中任一项所述的陶瓷基体复合材料，其中，陶瓷...

【专利技术属性】
技术研发人员：太田郁也，绳田祐志，平高遥，山下勋，
申请(专利权)人：东曹株式会社，
类型：发明
国别省市：