專利名稱：復(fù)合材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料及其制造方法。
本申請主張2004年1月8日申請的日本專利申請第2004-2904號的優(yōu)先權(quán)，在此援引其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
已知以往在由碳化硅構(gòu)成的纖維織物上附著由碳化硅構(gòu)成的基質(zhì)相而形成的陶瓷基復(fù)合材料(復(fù)合材料)。這種陶瓷基復(fù)合材料(以下稱為SiC/SiC)由于分量輕，耐熱性高，常用作火箭噴射口等的形成材料。如日本特開2000-219576號公報(bào)公開內(nèi)容所述，該SiC/SiC的基質(zhì)相通過對加熱的纖維織物表面組合進(jìn)行CVI(化學(xué)氣相滲透)處理和PIP(聚合物滲透和高溫分解)處理而形成。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題碳化硅雖然具有高耐熱性，但是其具有強(qiáng)度在高溫環(huán)境中下降的特性。因此，具有由碳化硅構(gòu)成的纖維織物和由碳化硅構(gòu)成的基質(zhì)相的SiC/SiC在高溫環(huán)境下強(qiáng)度也降低。具體而言，SiC/SiC在約1400℃的溫度環(huán)境中，其強(qiáng)度與室溫環(huán)境相比降至約一半。因此，SiC/SiC有在經(jīng)常暴露于高溫環(huán)境中的狀態(tài)下強(qiáng)度不足的問題。作為用于解決上述問題的方法，有除去碳化硅纖維中的氧等雜質(zhì)的方法。按照這種方法，雖然可以抑制碳化硅在高溫環(huán)境中強(qiáng)度的下降，但是在除去碳化硅纖維中的氧等雜質(zhì)時(shí)，碳化硅纖維變脆，由此產(chǎn)生了織物形成時(shí)容易折斷的問題。另外，除去碳化硅纖維中的氧等雜質(zhì)的處理需要高的處理成本。
也有使用另外一種纖維代替碳化硅纖維的陶瓷基復(fù)合材料(以下稱為(C/SiC)，所述另外一種纖維由與碳化硅相比在高溫環(huán)境中的強(qiáng)度降低小的、低成本的碳構(gòu)成。C/SiC雖然與SiC/SiC相比在高溫環(huán)境中的強(qiáng)度高，但由于碳纖維和由碳化硅構(gòu)成的基質(zhì)相之間存在熱伸縮差，因此在有熱循環(huán)的環(huán)境中，基質(zhì)相(特別是通過CVI法形成的高密度相)受到高的殘留應(yīng)力，基質(zhì)相有斷裂的可能性。而且，如上所述，由于基質(zhì)相是在1000℃左右的高溫下附著于纖維織物的表面而形成的，因此即使在基質(zhì)相形成后被冷卻時(shí)基質(zhì)相內(nèi)也受到較高的殘留應(yīng)力，存在基質(zhì)相斷裂的問題。
本發(fā)明是鑒于上述問題進(jìn)行的，目的在于提高在高溫環(huán)境時(shí)的特性，且防止基質(zhì)相的破壞。
解決課題的方法為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的復(fù)合材料具備由規(guī)定的纖維構(gòu)成的纖維織物，和附著形成于所述纖維織物的基質(zhì)相，所述纖維織物采用含有主要構(gòu)成纖維，和補(bǔ)償所述主要構(gòu)成纖維暴露于高溫環(huán)境中時(shí)的特性(例如強(qiáng)度下降)的輔助纖維的構(gòu)成。
所述輔助纖維還可以按照下述比例包含在所述纖維織物中，所述比例使得由于所述纖維織物和所述基質(zhì)相的熱伸縮差，施加在所述基質(zhì)相的殘留應(yīng)力在所述基質(zhì)相的被破壞應(yīng)力以下。
所述輔助纖維還可以按照下述比例包含在所述纖維織物中，所述比例使得由于所述纖維織物和所述基質(zhì)相的熱伸縮差，施加在所述基質(zhì)相的使用時(shí)的應(yīng)力在所述基質(zhì)相的被破壞應(yīng)力以下。
所述主要構(gòu)成纖維可以是如下構(gòu)成其由碳化硅，碳，氮化硅，氧化硅，氧化鋁，YAG以及耐熱金屬中的任何一種形成。
所述輔助纖維具有與所述主要構(gòu)成纖維不同的組成，可以由碳化硅，碳，氮化硅，氧化硅，氧化鋁，YAG以及耐熱金屬中的任何一種形成。
所述纖維織物也可以是含有多種組成不同的所述輔助纖維的構(gòu)成。
所述基質(zhì)相可以是如下構(gòu)成由碳化硅，碳，碳化鋯，氮化硅，氧化硅，氧化鋁，氧化鋯，氧化鉿，YAG以及耐熱金屬中的任何一種形成。
也可以是具備多種組成不同的所述基質(zhì)相的構(gòu)成。
當(dāng)所述主要構(gòu)成纖維由碳化硅形成、所述輔助纖維由碳形成、所述基質(zhì)相由碳化硅形成時(shí)，可以為所述輔助纖維相對于所述主要構(gòu)成纖維的混合比例小于90％的構(gòu)成。
也可以為所述輔助纖維以規(guī)定的密度分布含有在所述纖維織物中的構(gòu)成。
也可以為所述輔助纖維相對于所述纖維織物的密度分布沿板厚方向逐漸變化的構(gòu)成。
本發(fā)明的復(fù)合材料的制造方法是具備由規(guī)定的纖維構(gòu)成的纖維織物，和附著形成于所述纖維織物上的基質(zhì)相的復(fù)合材料的制造方法，其具有下述工序形成纖維織物的工序，所述纖維織物含有主要構(gòu)成纖維和補(bǔ)償所述主要構(gòu)成纖維在暴露于高溫環(huán)境時(shí)的特性的輔助纖維；將所述基質(zhì)相附著形成于所述纖維織物的工序。
也可以是下述構(gòu)成所述基質(zhì)相的至少一部分通過CVI法形成。
或者，也可以是所述基質(zhì)相的至少一部分通過PIP法形成的構(gòu)成。
也可以是所述基質(zhì)相的至少一部分通過漿液法形成的構(gòu)成。
或者，也可以是所述基質(zhì)相的至少一部分通過反應(yīng)燒結(jié)法形成的構(gòu)成。
也可以是將所述主要構(gòu)成纖維束和所述輔助纖維束合線后形成所述纖維織物的構(gòu)成。
也可以是所述主要構(gòu)成纖維和所述輔助纖維被同類纖維分散混合合線后形成所述纖維織物的構(gòu)成。
也可以是將所述主要構(gòu)成纖維束和所述輔助纖維束以規(guī)定的比例配置，形成所述纖維織物的構(gòu)成。
也可以是將所述主要構(gòu)成纖維束和所述輔助纖維束按照規(guī)定的粗細(xì)進(jìn)行分線，形成所述纖維織物的構(gòu)成。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料及其制造方法，由于補(bǔ)償與主要構(gòu)成纖維的溫度變化相關(guān)的特性、例如主要構(gòu)成纖維在暴露于高溫環(huán)境時(shí)的特性的輔助纖維包包含在纖維織物中，因此補(bǔ)償了復(fù)合材料在高溫環(huán)境時(shí)的特性，可防止基質(zhì)相的破壞。


本發(fā)明一實(shí)施方式涉及的陶瓷基復(fù)合材料1的部分放大簡略構(gòu)成圖。
本發(fā)明一實(shí)施方式涉及的陶瓷基復(fù)合材料1的模擬結(jié)果說明圖。
本發(fā)明一實(shí)施方式涉及的陶瓷基復(fù)合材料1的模擬結(jié)果說明圖。
本發(fā)明一實(shí)施方式涉及的陶瓷基復(fù)合材料1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的說明圖。
本發(fā)明一實(shí)施方式涉及的陶瓷基復(fù)合材料1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明圖。
本發(fā)明一實(shí)施方式涉及的陶瓷基復(fù)合材料1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明圖。
用于說明本發(fā)明一實(shí)施方式涉及的陶瓷基復(fù)合材料1的制造方法的流程圖。
符號的說明1...陶瓷基復(fù)合材料(復(fù)合材料) 2...纖維織物 21...碳化硅織物(主要構(gòu)成纖維) 22...碳纖維(輔助纖維) 3...基質(zhì)相具體實(shí)施方式
以下參照附圖就本發(fā)明的復(fù)合材料及其制造方法的一實(shí)施方式進(jìn)行說明。在以下的圖中，為了使各部件成為可辨認(rèn)的尺寸，對各部件的比例尺進(jìn)行了適當(dāng)變更。
圖1為本實(shí)施方式涉及的陶瓷基復(fù)合材料1(復(fù)合材料)的部分放大概略構(gòu)成圖。在該圖中，符號2為纖維織物，3為基質(zhì)相。
纖維織物2為將碳化硅纖維21(主要構(gòu)成纖維)和碳纖維22(輔助纖維)合線，并通過3維編織而形成的。該碳纖維22為補(bǔ)償碳化硅纖維21在暴露于高溫環(huán)境時(shí)的強(qiáng)度降低(特性)的輔助纖維，其以下述比例織入在纖維織物2中，該比例使得由于纖維織物2和基質(zhì)相3的熱伸縮差，施加于基質(zhì)相3的殘留應(yīng)力或使用時(shí)的應(yīng)力在基質(zhì)相3的被破壞應(yīng)力以下。在此所述的被破壞應(yīng)力是指基質(zhì)相3耐受殘留應(yīng)力或者使用時(shí)的應(yīng)力而不被破壞的閾值，當(dāng)施加了所述被破壞應(yīng)力以上的應(yīng)力時(shí)，基質(zhì)相3會出現(xiàn)龜裂等破損。
在此所述的殘留應(yīng)力是指陶瓷基復(fù)合材料1從基質(zhì)相形成時(shí)的高溫環(huán)境向低溫環(huán)境中轉(zhuǎn)移時(shí)施加于基質(zhì)相3的應(yīng)力，是均勻施加于每種基質(zhì)相3的應(yīng)力。另外，使用時(shí)的應(yīng)力是指當(dāng)將陶瓷基復(fù)合材料1置于使用環(huán)境中時(shí)，因產(chǎn)生陶瓷基復(fù)合材料1內(nèi)部的溫度分布等而施加在基質(zhì)相3的應(yīng)力，是在基質(zhì)相3的各部分上強(qiáng)度不同的應(yīng)力。一般，使用時(shí)的基質(zhì)相3的應(yīng)力比殘留應(yīng)力小。因此，優(yōu)選碳纖維22以下述比例織入在纖維織物22中，該比例使得由于纖維織物2和基質(zhì)相3之間的熱伸縮差，施加在基質(zhì)相3的殘留應(yīng)力在基質(zhì)相3的被破壞應(yīng)力以下。
基質(zhì)相3附著形成于纖維織物2上，由碳化硅形成。該基質(zhì)相3是由在纖維織物2周圍致密形成的碳化硅(以下稱為CVI基質(zhì))和在所述致密形成的碳化硅上形成的具有小氣孔的碳化硅(以下稱為PIP基質(zhì))構(gòu)成。
如此構(gòu)成的本實(shí)施方式的陶瓷基復(fù)合材料1，由于纖維織物2中含有碳纖維22，因此陶瓷基復(fù)合材料1即使被暴露在高溫環(huán)境中，也可抑制陶瓷基復(fù)合材料1的強(qiáng)度下降。
并且，所述碳纖維22由于以施加在基質(zhì)相3的殘留應(yīng)力或者使用時(shí)的應(yīng)力在基質(zhì)相3的被破壞應(yīng)力以下的范圍含有在纖維織物2中，因此陶瓷基復(fù)合材料1在成形時(shí)或者使用時(shí)，僅在基質(zhì)相3上施加了被破壞應(yīng)力以下的應(yīng)力。因此，可以防止由纖維織物2和基質(zhì)相3的熱伸縮差所引起的基質(zhì)相3的破壞。
在本實(shí)施方式中，雖然使用由碳化硅形成的碳化硅纖維作為本發(fā)明的主要構(gòu)成纖維，但并不限定于此，也可以使用例如由碳、氮化硅、氧化硅、氧化鋁、YAG(鐿鋁石榴石)以及耐熱金屬中的任何一種形成的主要構(gòu)成纖維。
另外，在本實(shí)施方式中，雖然使用由碳形成的碳纖維作為本發(fā)明的輔助纖維，但并不限定于此，也可以使用例如具有與主要構(gòu)成纖維不同的組成，由碳化硅、碳、氮化硅、氧化硅、氧化鋁、YAG以及耐熱金屬中的任何一種形成的輔助纖維。輔助纖維并不必須為一種，也可以使用多種輔助纖維。
另外，在本實(shí)施方式中，使用由碳化硅形成的物質(zhì)作為本發(fā)明的基質(zhì)相，但并不限定于此，也可以由例如碳、碳化鋯、氮化硅、氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿、YAG以及耐熱金屬中的任何一種形成。基質(zhì)相也并不必須為一種，也可以使用多種基質(zhì)相。
接下來，參照表1、圖2以及圖3的表對本實(shí)施方式的陶瓷基復(fù)合材料1的模擬結(jié)果進(jìn)行說明。表1中，碳纖維比表示將纖維織物2全體作為1時(shí)碳纖維22所占的比例，體積比表示將陶瓷基復(fù)合材料1作為1時(shí)纖維織物2所占的比例，強(qiáng)度CVI表示CVI基質(zhì)的強(qiáng)度，強(qiáng)度PIP表示PIP基質(zhì)的強(qiáng)度，體積比CVI表示將陶瓷基復(fù)合材料1作為1時(shí)CVI基質(zhì)所占的比例，體積比PIP表示將陶瓷基復(fù)合材料1作為1時(shí)PIP基質(zhì)所占的比例，CVI殘留應(yīng)力表示將陶瓷基復(fù)合材料1從1000℃降至室溫(23℃)時(shí)施加在CVI基質(zhì)上的殘留應(yīng)力，PIP殘留應(yīng)力表示將陶瓷基復(fù)合材料1從1000℃降至室溫(23℃)時(shí)施加在PIP基質(zhì)的殘留應(yīng)力。在上述模擬中，碳化硅纖維21使用的是宇部興產(chǎn)制造的チラノ(注冊商標(biāo))ZMI纖維，碳纖維22使用的是東麗制造的T-300。


如表1所示，與碳纖維比無關(guān)，纖維織物2的體積比為0.4。在這種情況下，強(qiáng)度CVI(即CVI基質(zhì)的被破壞殘留應(yīng)力)為0.8GPa，強(qiáng)度PIP(即PIP基質(zhì)的被破壞殘留應(yīng)力)為0.2GPa。并且，體積比CVI和體積比PIP為0.22，與碳纖維比無關(guān)。
如表1所示，隨著碳纖維比從0.1向1增加，CVI殘留應(yīng)力從0.09GPa變化至0.89GPa，PIP殘留應(yīng)力從0.01Gpa變化至0.07GPa。CVI殘留應(yīng)力比PIP殘留應(yīng)力高的原因是CVI基質(zhì)比PIP基質(zhì)致密，作為基質(zhì)的彈性率高。
碳纖維比為0.9和1.0時(shí)(纖維織物僅由碳纖維形成的情況)，CVI殘留應(yīng)力超過作為CVI強(qiáng)度的0.8GPa。
因此可知，碳纖維比為0.9和1.0時(shí)，基質(zhì)相3被殘留應(yīng)力破壞。即，由表1可知，碳纖維比在不足0.9的情況下，基質(zhì)相3不會被破壞。因此，當(dāng)主要構(gòu)成纖維由碳化硅形成、輔助纖維由碳形成、基質(zhì)相由碳化硅形成時(shí)，輔助纖維相對于主要構(gòu)成纖維的混合比優(yōu)選不足90％。
圖2以及圖3表示隨著碳纖維比的變化，陶瓷基復(fù)合材料1的強(qiáng)度是如何變化的圖，橫軸表示碳纖維比，縱軸表示為陶瓷基復(fù)合材料1的強(qiáng)度。圖2是表示在室溫(23℃)下陶瓷基復(fù)合材料1的強(qiáng)度的圖，圖3是表示在1600℃(高溫環(huán)境)中陶瓷基復(fù)合材料1的強(qiáng)度的圖。
如圖2所示，在室溫下陶瓷基復(fù)合材料1的強(qiáng)度相對于碳纖維比幾乎不變化，約為250MPa。這是由于作為碳化硅纖維21的ZMI和作為碳纖維22的T-300在室溫下基本上具有相同的強(qiáng)度。因此，例如，將比T-300強(qiáng)度高的纖維(例如T-1000)用作碳纖維22時(shí)，隨著碳纖維比的增加陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料1的強(qiáng)度也增加。
與此相對，如圖3所示，在1600℃下，陶瓷基復(fù)合材料1的強(qiáng)度隨著碳纖維比的增加而增加。原因是纖維織物2大量含有即使在高溫環(huán)境下強(qiáng)度降低也少的碳纖維22，從而抑制了陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料1在高溫環(huán)境中的強(qiáng)度降低。
由表1、圖2以及圖3可知，在本實(shí)施方式中，為了抑制陶瓷基復(fù)合材料1在高溫環(huán)境中的強(qiáng)度降低且防止基質(zhì)相3的破壞，優(yōu)選相對于纖維織物2的碳纖維比為0.7左右。
表2和圖4為用于證明上述模擬的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，表2是實(shí)測值，圖4是根據(jù)表2的實(shí)測值作圖得到的。該表2和圖4所示的[ZMI+(T-300)/SiC](碳纖維比例是0.5)為本實(shí)施方式的陶瓷基復(fù)合材料，[ZMI/SiC]為纖維織物僅由碳化硅形成的陶瓷基復(fù)合材料。為了比較參考，表2和圖4也示出了纖維織物僅由碳形成的陶瓷基復(fù)合材料(T-300/SiC)的強(qiáng)度。
如該表及圖所示，隨著從室溫(23℃)上升至高溫環(huán)境(1600℃)，[ZMI/SiC]的強(qiáng)度從250MPa降至100MPa，與此相對，碳纖維比例為0.5的[ZMI+(T-300)/SiC]在相同條件下，強(qiáng)度從260MPa降變化為186MPa。另外，在相同的條件下，[T-300/SiC]強(qiáng)度從252MPa降至235MPa。
因此，由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，如上述模擬所示，本實(shí)施方式的陶瓷基復(fù)合材料在高溫環(huán)境中的強(qiáng)度下降得到抑制。


圖5A以及圖5B的照片為陶瓷基復(fù)合材料從高溫環(huán)境降至室溫時(shí)基質(zhì)相的放大照片，圖5A是[T-300/SiC]的基質(zhì)相的放大照片，圖5B是本實(shí)施方式的陶瓷基復(fù)合材料(ZMI+(T-300)/SiC)基質(zhì)相的放大照片。如這些圖所示，可確認(rèn)在[T-300/SiC]的基質(zhì)相中的基質(zhì)裂縫，與此相對，未見本實(shí)施方式的陶瓷基復(fù)合材料的基質(zhì)相的基質(zhì)裂縫。由此可知，本實(shí)施方式的陶瓷基復(fù)合材料可防止基質(zhì)相的破壞。
接下來，參照圖6的流程圖，對本實(shí)施方式的陶瓷基復(fù)合材料1的制造方法進(jìn)行說明。
如圖6所示，本實(shí)施方式的陶瓷基復(fù)合材料1的制造方法用作纖維制造1，編織2，退漿3，C-CVI4，SiC-CVI5，模具分離6，SiC-CVI7，密度測定8，PIP9，密度測定10，機(jī)械加工11，SiC-CVI12，檢查13各工序的一部分。應(yīng)說明的是，也可以省略模具分離6、SiC-CVI7等。
在纖維制造工序1和編織工序2中，通過將碳化硅纖維21和碳纖維22按照規(guī)定的比例成形為規(guī)定的形狀從而得到纖維織物2。具體而言，例如，可以將300根碳化硅纖維21束成的纖維束和將700根碳纖維22束成的纖維束合線后形成纖維織物2，也可按照碳化硅纖維21為300根、碳纖維22為700根的比例將纖維分散、混合，合線后形成纖維織物2。編織工序2成形的形狀可以為適于例如陶瓷基復(fù)合材料1所適用的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴射口等的立體形狀。還可以進(jìn)行將所述合線后的纖維織物分線，使之達(dá)到規(guī)定粗細(xì)的工序。
退漿工序3中將包覆于纖維織物2上的多余聚合物除去。機(jī)械加工工序11為對通過混合處理完成的陶瓷基復(fù)合材料1進(jìn)行機(jī)械加工或者表面磨削，從而制造目標(biāo)產(chǎn)品的工序，所述混合處理為將CVI(化學(xué)氣相滲透)處理和PIP(聚合物滲透和高溫分解)處理組合的處理。在該工序中，使用例如鉆石磨石等加工成規(guī)定形狀。
本實(shí)施方式的主要工序，即所述混合處理，由在減壓環(huán)境中在成形的纖維織物2的表面上形成碳化硅基質(zhì)相的CVI處理、和在形成的基質(zhì)相間隙中含浸有機(jī)硅聚合物作為基材并燒結(jié)的PIP處理構(gòu)成。
CVI處理包括C-CVI工序4和3次的SiC-CVI工序5、7和12。C-CVI工序4為在成形的纖維織物2上涂布炭(優(yōu)選石墨)或者BN等的工序。涂布厚度可以為0.1-1.0um左右。在C-CVI工序4中，可以只在碳化硅纖維21上涂布碳或者BN等。按照日本特開昭63-12671號公報(bào)所公開的那樣，該涂布相具有分離基質(zhì)相3和碳化硅纖維21，強(qiáng)化碳化硅纖維21的韌性的作用。
SiC-CVI工序5、7、12為使用所謂的CVI法(氣相含浸法)進(jìn)行處理的工序，在爐內(nèi)加熱用專用模具固定的纖維織物2，在減壓環(huán)境中使例如甲基三氯硅烷流入而合成所述CVI基質(zhì)。根據(jù)需要，反復(fù)進(jìn)行2次中的最初工序5和7，使通過CVI處理合成的基質(zhì)的體積比大于等于5％、且小于等于80％。最后的工序12為在通過PIP處理形成的PIP基質(zhì)表面上形成致密的基質(zhì)的工序。工序12并非不可缺少，根據(jù)情況也可以省略。
PIP處理9為使用PIP法(液相含浸法)進(jìn)行處理的工序，包括在通過CVI處理形成的基質(zhì)相間隙中含浸有機(jī)硅聚合物作為基材的含浸工序以及其后的燒結(jié)工序。含浸工序和燒結(jié)工序根據(jù)需要反復(fù)進(jìn)行。含浸工序所使用的有機(jī)硅聚合物可以為聚碳硅烷溶液、聚乙烯硅烷、聚金屬碳硅烷等，或者也可以為這些聚合物與碳化硅粉末的混合物。通過使用這些有機(jī)硅聚合物含浸并進(jìn)行燒結(jié)的PIP處理，能夠在短時(shí)間形成PIP基質(zhì)。
并且，在該P(yáng)IP處理中的含浸可以通過浸漬、減壓含浸、加壓含浸中的任何一種、或者它們的組合進(jìn)行。浸漬可以是短時(shí)間內(nèi)含浸大量的有機(jī)硅聚合物。另外，通過減壓含浸可將有機(jī)硅聚合物含浸在微小的間隙中。而加壓含浸可通過沿使用時(shí)的壓力方向加壓并含浸，提高氣密性。
這樣，經(jīng)過CVI處理和PIP處理等，在纖維織物2上附著形成基質(zhì)相3，制造出本實(shí)施方式的陶瓷基復(fù)合材料1。
密度測定工序8、10是用于計(jì)測通過前面工序形成的基質(zhì)相3的密度是否達(dá)到預(yù)期密度的工序，檢查工序13為檢查完成的陶瓷基復(fù)合材料1是否具有預(yù)期性能的工序。
以上，參照附圖對本發(fā)明的復(fù)合材料及其制造方法的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了說明，當(dāng)然本發(fā)明并不限定于所述實(shí)施方式。所述實(shí)施方式所示的各個(gè)構(gòu)成部件的形狀、組合等為一個(gè)例子，在不超過本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求等進(jìn)行各種變更。
例如，在所述實(shí)施方式中，作為主要構(gòu)成纖維暴露于高溫環(huán)境下的特性，著眼于強(qiáng)度。但本發(fā)明不限于此，例如，作為主要構(gòu)成纖維暴露在高溫環(huán)境時(shí)的特性，也可著眼于熱傳導(dǎo)率或楊氏模量。這種情況下，可以選擇補(bǔ)償各種特性的輔助纖維，在著眼于任何特性的情況下都可防止基質(zhì)相的破壞。
在所述實(shí)施方式中，對輔助纖維相對于陶瓷基復(fù)合材料1的密度分布為一定的情況進(jìn)行了說明。但本發(fā)明不限于此，輔助纖維相對于陶瓷基復(fù)合材料1的密度分布有所不均也是可以的。
例如，將陶瓷基復(fù)合材料用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射口等時(shí)，根據(jù)噴射口的壁面形狀設(shè)定陶瓷基復(fù)合材料的形狀。在這種條件下，陶瓷基復(fù)合材料的內(nèi)壁面?zhèn)?噴射口的中心側(cè))暴露在更高溫的環(huán)境中，與內(nèi)壁面?zhèn)认啾?，陶瓷基?fù)合材料的外壁面?zhèn)忍幱谳^低溫的環(huán)境中。因此，輔助纖維相對于纖維織物的密度分布優(yōu)選沿外壁面?zhèn)认騼?nèi)壁面?zhèn)戎饾u升高，即按照板厚方向逐漸變化。
在所述實(shí)施方式中，利用CVI法和PIP法形成由碳化硅構(gòu)成的基質(zhì)相3。但本發(fā)明不僅限于此，例如，也可以用漿液法或反應(yīng)燒結(jié)法形成基質(zhì)相。漿液法為將粉末加入溶劑中生成漿液，將所述漿液燒結(jié)由此形成基質(zhì)相的方法，反應(yīng)燒結(jié)法為將多種粉末或粉末與熔融金屬在高溫下反應(yīng)從而制成基質(zhì)相的方法。
產(chǎn)業(yè)實(shí)用性可補(bǔ)償復(fù)合材料在高溫環(huán)境下的特性，而且能夠防止基質(zhì)相的破壞。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料，該材料具有由規(guī)定的纖維構(gòu)成的纖維織物和附著形成在所述纖維織物上的基質(zhì)相，其特征在于，所述纖維織物含有主要構(gòu)成纖維和輔助纖維，所述輔助纖維補(bǔ)償所述主要構(gòu)成纖維暴露在高溫環(huán)境時(shí)的特性。
2.權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中，所述輔助纖維以下述比例包含于所述纖維織物中，該比例使得由于所述纖維織物和所述基質(zhì)相的熱伸縮差，施加于所述基質(zhì)相的殘留應(yīng)力在所述基質(zhì)相的被破壞應(yīng)力以下。
3.權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中，所述輔助纖維以下述比例包含于所述纖維織物中，該比例使得由于所述纖維織物和所述基質(zhì)相的熱伸縮差，施加于所述基質(zhì)相的使用時(shí)的應(yīng)力在所述基質(zhì)相的被破壞應(yīng)力以下。
4.權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中，所述主要構(gòu)成纖維由碳化硅、碳、氮化硅、氧化硅、氧化鋁、YAG和耐熱金屬中的任何一種形成。
5.權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中，所述輔助纖維具有與所述主要構(gòu)成纖維不同的組成，由碳化硅、碳、氮化硅、氧化硅、氧化鋁、YAG和耐熱金屬中的任何一種形成。
6.權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中，所述纖維織物含有多種組成不同的所述輔助纖維。
7.權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中，所述基質(zhì)相由碳化硅、碳、碳化鋯、氮化硅、氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿、YAG和耐熱金屬中的任何一種形成。
8.權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，該材料含有多種組成不同的所述基質(zhì)相。
9.權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中，所述主要構(gòu)成纖維由碳化硅形成、所述輔助纖維由碳形成、所述基質(zhì)相由碳化硅形成時(shí)，所述輔助纖維相對于所述主要構(gòu)成纖維的混合比例不足90％。
10.權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中，所述纖維織物以規(guī)定的密度分布含有所述輔助纖維。
11.權(quán)利要求10所述的復(fù)合材料，其中，所述輔助纖維相對于所述纖維織物的密度分布按照板厚方向逐漸變化。
12.一種復(fù)合材料的制造方法，該方法是具備由規(guī)定的纖維構(gòu)成的纖維織物、和附著形成于所述纖維織物的基質(zhì)相的復(fù)合材料的制造方法，其特征在于，具有下述工序形成含有主要構(gòu)成纖維和輔助纖維的纖維織物的工序，所述輔助纖維補(bǔ)償所述主要構(gòu)成纖維暴露在高溫環(huán)境時(shí)的特性；使所述基質(zhì)相附著形成于所述纖維織物的工序。
13.權(quán)利要求12所述的復(fù)合材料的制造方法，其中，所述基質(zhì)相的至少一部分通過CVI法形成。
14.權(quán)利要求12所述的復(fù)合材料的制造方法，其中，所述基質(zhì)相的至少一部分通過PIP法形成。
15.權(quán)利要求12所述的復(fù)合材料的制造方法，其中，所述基質(zhì)相的至少一部分通過漿液法形成。
16.權(quán)利要求12所述的復(fù)合材料的制造方法，其中，所述基質(zhì)相的至少一部分通過反應(yīng)燒結(jié)法形成。
17.權(quán)利要求12所述的復(fù)合材料的制造方法，該方法在將所述主要構(gòu)成纖維束和所述輔助纖維束合線后，形成所述纖維織物。
18.權(quán)利要求12所述的復(fù)合材料的制造方法，該方法在利用同類纖維將所述主要構(gòu)成纖維和所述輔助纖維分散、混合合線后，形成所述纖維織物。
19.權(quán)利要求12所述的復(fù)合材料的制造方法，該方法在將所述主要構(gòu)成纖維束和所述輔助纖維束按照規(guī)定比例配置，形成所述纖維織物。
20.權(quán)利要求12所述的復(fù)合材料的制造方法，該方法在將所述主要構(gòu)成纖維束和所述輔助纖維束分線為規(guī)定的粗細(xì)后，形成所述纖維織物。
全文摘要
本發(fā)明的復(fù)合材料是具有由規(guī)定的纖維構(gòu)成的纖維織物(2)和附著形成在所述纖維織物(2)上的基質(zhì)相(3)的復(fù)合材料，所述纖維織物(2)含有主要構(gòu)成纖維(21)和輔助纖維(22)，所述輔助纖維(22)補(bǔ)償所述主要構(gòu)成纖維(21)暴露在高溫環(huán)境時(shí)的特性。
文檔編號C04B35/80GK1902143SQ20048003995
公開日2007年1月24日 申請日期2004年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月8日
發(fā)明者中村武志 申請人:石川島播磨重工業(yè)株式會社