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JPS6010099B2 - Method for manufacturing silicon carbide fiber reinforced nickel composite material - Google Patents
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JPS6010099B2 - Method for manufacturing silicon carbide fiber reinforced nickel composite material - Google Patents

Method for manufacturing silicon carbide fiber reinforced nickel composite material

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Publication number
JPS6010099B2
JPS6010099B2 JP10201875A JP10201875A JPS6010099B2 JP S6010099 B2 JPS6010099 B2 JP S6010099B2 JP 10201875 A JP10201875 A JP 10201875A JP 10201875 A JP10201875 A JP 10201875A JP S6010099 B2 JPS6010099 B2 JP S6010099B2
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Japan
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silicon carbide
nickel
fibers
composite material
carbon
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聖使 矢島
丈三郎 林
守 大森
秀夫 茅野
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TOHOKU DAIGAKU KINZOKU ZAIRYO KENKYU SHOCHO
Original Assignee
TOHOKU DAIGAKU KINZOKU ZAIRYO KENKYU SHOCHO
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はシリコンカーバィド繊維を用いて補強してなる
シリコンカーバィド繊維強化複合材料とその製造方法に
係る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a silicon carbide fiber reinforced composite material reinforced with silicon carbide fibers and a method for producing the same.

近年宇宙開発および海洋開発とともに、超高温,高圧,
極低温に耐える材料が必要とされ、繊維による金属の強
化が志向され、アルミナ繊維,ボロン繊維,タングステ
ン繊維,炭素繊維などで金属を補強し、前記極端条件下
で使用することのできる材料とすることが試みられ、一
部では実用材料そして使用されている。
In recent years, along with space and ocean development, ultra-high temperatures, high pressures,
Materials that can withstand extremely low temperatures are needed, and there is a desire to strengthen metals with fibers, so metals are reinforced with alumina fibers, boron fibers, tungsten fibers, carbon fibers, etc. to create materials that can be used under the extreme conditions mentioned above. This has been attempted, and in some cases practical materials and used.

従来シリコンカーバィド繊維強化金属複合材料に関する
開発研究は、シリコンカーバィド繊維として実用に供さ
れているものが、ウィスカー状であるため、前記シリコ
ンカーバィドウィスカーを用いて金属を補強する複合材
料に関してなされている。
Conventional research and development on silicon carbide fiber-reinforced metal composite materials has focused on developing composite materials that use the silicon carbide whiskers to reinforce metal, since the silicon carbide fibers that are in practical use are in the form of whiskers. This is done regarding the materials.

シリコンカーバィド繊維で補強される金属材料としては
、アルミニウム,鉄,ニッケル,ベリリウム,コバルト
,チタニウム等が注目されている。このうちニッケルは
耐熱性材料として、繊維強化金属複合材料のマトリック
ス金属として有望なものである。しかしながらシリコン
カーバイドウィスカ−強化複合材料において、SICと
ニッケルとは100000以上では反応して液相を生成
しト70000でも長時間加熱されると、SICとニッ
ケルとが反応し「前記複合材料中のSICとニッケル間
のせん断強さは小さくなってゆく。従ってシリコンカー
バィドウィスカー強化ニッケル複合材料は実用に供され
るまでには至っていない。本発明は前記シリコンカーバ
ィド繊維強化ニッケル複合材料の欠点を解消し、常温な
らびに高温において引張強度が大きくしかつ弾性率の高
い実用性のあるシリコンカーバィド繊維強化ニッケル複
合材料とその製造方法を提供することを目的とし、遊離
炭素0。
Aluminum, iron, nickel, beryllium, cobalt, titanium, and the like are attracting attention as metal materials reinforced with silicon carbide fibers. Among these, nickel is a heat-resistant material and is promising as a matrix metal for fiber-reinforced metal composite materials. However, in silicon carbide whisker-reinforced composite materials, SIC and nickel react at temperatures above 100,000 to form a liquid phase; The shear strength between nickel and nickel decreases. Therefore, silicon carbide whisker-reinforced nickel composite materials have not yet been put into practical use.The present invention aims to address the drawbacks of the silicon carbide fiber-reinforced nickel composite materials. The purpose is to provide a practical silicon carbide fiber-reinforced nickel composite material that has high tensile strength and high modulus of elasticity at room temperature and high temperature, and a method for producing the same, and has zero free carbon.

01%以上を含有するシリコンカーバィド繊維とニッケ
ルとを複合させると「前記遊離炭素が容易にニッケル金
属中に拡散して固溶するため、SICの分解により生成
する炭素がニッケル金属中への拡散が抑止され〜SIC
の分解反応が起らないため、SICとニッケルとは反応
せずトかつ遊離炭素とニッケル金属とから炭化物が生成
し、繊維と金属基地との濡れ性あるいは結合性がよくな
るため、繊維と金属基地との間のせん断強さが大きくな
ることを新らたに知見し〜遊離炭素0.01%以上を含
有するシリコンカーバイド繊維とニッケルとを安定な複
合材料とすることができることに着目し「本発明を完成
したものである。
When silicon carbide fiber containing 0.1% or more is combined with nickel, the free carbon easily diffuses into the nickel metal and forms a solid solution, so the carbon produced by the decomposition of SIC is absorbed into the nickel metal. The spread is suppressed ~ SIC
Since no decomposition reaction occurs, SIC and nickel do not react with each other, and carbide is generated from free carbon and nickel metal, improving the wettability or bonding between the fiber and the metal base, so that the fiber and the metal base do not react with each other. We newly discovered that the shear strength between nickel and silicon carbide fibers increases. It is a completed invention.

本発明の複合材料に使用することのできる遊離炭素0.
01%以上を含有するシリコンカーバィド繊維は本発明
者らが先に特許出願した袴公昭57−58891号「
特公昭58−38534号、特公昭57−53892号
、特関昭51−149925号、特開昭51一1499
26号、特公昭57−53893号、特公昭57−56
566号の発明によるものである。本発明のシリコンカ
ーバイド繊維強化ニッケル複合材料において「遊離炭素
001%以上を含有したシリコンカーバイド繊維を使用
する理由はt遊離炭素が0.01%より少いともシリコ
ンカーバイド繊維から遊離炭素がニッケル中へ拡散する
量が少くなるためも繊維とニッケルとの反応を抑止する
ことができず〜繊維と金属基地との間のせん断強度が低
下するため、繊維と金属基地とが相補して複合材料の強
度を発揮する効果がなくなるためである。
0.0% free carbon that can be used in the composite material of the present invention.
The silicon carbide fiber containing 0.01% or more is disclosed in Hakama Kosho No. 57-58891, for which the present inventors previously applied for a patent.
Special Publication No. 58-38534, Special Publication No. 57-53892, Special Publication No. 149925-1973, Japanese Patent Publication No. 1987-1499
No. 26, Special Publication No. 57-53893, Special Publication No. 57-56
This invention is based on the invention of No. 566. The reason for using silicon carbide fibers containing 0.01% or more of free carbon in the silicon carbide fiber-reinforced nickel composite material of the present invention is that even if the free carbon content is less than 0.01%, free carbon will diffuse from the silicon carbide fibers into nickel. Because the amount of nickel decreases, the reaction between the fibers and nickel cannot be suppressed, and the shear strength between the fibers and the metal base decreases, so the fibers and the metal base complement each other and increase the strength of the composite material. This is because the desired effect will be lost.

本発明において好適には遊離炭素2〜20%を含有させ
たシリコンカーバィド繊維を用いると、最も良い結果が
得られる。
In the present invention, best results are obtained using silicon carbide fibers preferably containing 2 to 20% free carbon.

遊離炭素の量をかえたシリコンカーバィド繊維を用い、
ニッケルと複合させて得られた複合材料の引張強度およ
び伸びと、遊離炭素の量との関係は第翼図に示される如
く「遊離炭素が多くなるに従って複合材料の引張強度は
大きくなっているが、14%ぐらいで一定となりi8%
ぐらいから強度が減少しト20%以上になると複合材料
としての効果はなくなる。遊離炭素2%以下でも複合材
料としての効果は小さい。一方複合材料の伸びは遊離炭
素が多くなるに従ってづ・さくなり20%以上ではきわ
めて小さくなる。
Using silicon carbide fibers with different amounts of free carbon,
The relationship between the tensile strength and elongation of the composite material obtained by combining it with nickel and the amount of free carbon is as shown in the wing diagram, ``As the amount of free carbon increases, the tensile strength of the composite material increases. , remains constant at around 14% i8%
When the strength decreases from around 20% or more, the effect as a composite material disappears. Even if the free carbon content is 2% or less, the effect as a composite material is small. On the other hand, the elongation of the composite material decreases as the amount of free carbon increases, and becomes extremely small at 20% or more.

従って遊離炭素2〜20%を含有くるシリコンカーバィ
ド繊維を使用すると有利である。本発明のシリコンカー
バィド繊維強化ニッケル複合材料の引張強度が前記繊維
中の遊離炭素の増大とともに大きくなる理由は、第2図
のNi−Cの状態図で示される如く「高温においてシリ
コンカーバィド繊維中の遊離炭素はニッケル金属中に拡
散して固溶体を形成し、冷却されると前記炭素の一部は
炭化物となって繊維表面に析出し、他の一部はニッケル
中に固溶している。
It is therefore advantageous to use silicon carbide fibers containing 2 to 20% free carbon. The reason why the tensile strength of the silicon carbide fiber-reinforced nickel composite material of the present invention increases as the amount of free carbon in the fibers increases is as shown in the Ni-C phase diagram in FIG. The free carbon in the fibers diffuses into the nickel metal to form a solid solution, and when cooled, part of the carbon becomes carbide and precipitates on the fiber surface, and the other part dissolves in the nickel. ing.

前記析出炭化物は繊維と金属基地とを結合し複合材料の
強度を大きくし「かつニッケル金属中に固溶した炭素は
金属基地の硬度を大きくして「複合材料の強度を大きく
するためである。前記遊離炭素のニッケル中への拡散の
方が、S;Cが分解して生成した炭素がニッケル中へ拡
散するより容易なため、前記遊離炭素によりニッケル中
の炭素濃度が大きくなりSICの分解により生成した炭
素の拡散速度が抑えられるためトSICとニッケルとの
反応が抑止され「SICのみからなるシリコンカーバイ
ドウイスカー強化ニッケル複合材料の如き、SICとニ
ッケルとが反応してせん断強さが低下することはなくな
る。
The precipitated carbide binds the fibers and the metal base to increase the strength of the composite material, and the carbon dissolved in the nickel metal increases the hardness of the metal base to increase the strength of the composite material. Diffusion of the free carbon into nickel is easier than diffusion of carbon generated by the decomposition of S;C into nickel, so the free carbon increases the carbon concentration in nickel and the decomposition of SIC Because the diffusion rate of the generated carbon is suppressed, the reaction between SIC and nickel is suppressed, and ``SIC and nickel react with each other, such as in a silicon carbide whisker-reinforced nickel composite material consisting only of SIC, resulting in a decrease in shear strength.'' will disappear.

さらに、シリコンカーバィド繊維とニッケルとが界面に
おいてわずかに反応するため「繊維と金属基地との濡れ
性はよくなり、炭化物生成による濡れ性の改善と合せ「
せん断強さを増大させ、複合材料の強度を大きくしてい
る。しかしながらシリコンカーバイド繊維中の遊離炭素
の量が増大すると生成する炭化物の量が多くなり〜かつ
金属基地に固熔する炭素の量が多くなるため伸びは小さ
くなっている。本発明のシリコンカーバィド繊維強化ニ
ッケル複合材料の引張強度、伸びおよび弾性率は、複合
材料中のシリコンカーバィド繊維の体積百分率により異
っている。すなわち第3図に示す如く、遊離炭素を10
%含有するシリコンカーバィド繊維を、複合させる量を
かえたシリコンカーバィド繊維強化ニッケル複合材料の
引張強度は、シリコンカーバィド繊維の量を多くするに
従って大きくなり、体積比で50%になるニッケルの引
張強度の約2.封吾以上となっている。しかしながら前
記複合材料の伸びは、第4図に示されるごとく「シリコ
ンカーバィド繊維の量が多くなるに従ってニッケルの伸
びより小さくなり、体積比で80%以上になるとほとん
ど複合材料の伸びがなくなりへシリコンカーバィド繊維
の添加量が2%以下ではニッケルの引張強度とほとんど
変わらない。前記シリコンカーバィド繊維強化ニッケル
複合材料の弾性率は第5図に示される如く、繊維の量が
増大するに従って増大し「体積比で50%含有する場合
には「ニッケルのそれの約3倍となっている。本発明の
シリコンカーバィド繊維強化複合材料は高温においても
すぐれた強度特性をもっており、第6図に示される如く
、遊離炭素10%を含有するシリコンカーバィド繊維を
体積で35%を含むシリコンカーバィド繊維強化ニッケ
ル複合材料のアルゴン雰囲気中での高温引張強度は、高
温になるに従って低下するものの、その減少率はニッケ
ルの引張強度のそれより小さく、90000でも約80
k9/桝の大きさであり、すぐれた高温特性を示してい
る。
Furthermore, since the silicon carbide fibers and nickel react slightly at the interface, the wettability between the fibers and the metal matrix is improved, and this improves the wettability due to carbide formation.
It increases the shear strength and increases the strength of the composite material. However, as the amount of free carbon in the silicon carbide fiber increases, the amount of carbide produced increases, and the amount of carbon solidified on the metal matrix increases, resulting in a decrease in elongation. The tensile strength, elongation and modulus of the silicon carbide fiber reinforced nickel composite of the present invention vary depending on the volume percentage of silicon carbide fibers in the composite. That is, as shown in Figure 3, free carbon is
The tensile strength of silicon carbide fiber-reinforced nickel composite materials, which are made by changing the amount of composite silicon carbide fibers, increases as the amount of silicon carbide fibers increases, reaching 50% by volume. The tensile strength of nickel is approximately 2. He is now more than Hougo. However, as shown in Figure 4, the elongation of the composite material becomes smaller than that of nickel as the amount of silicon carbide fiber increases, and when the volume ratio exceeds 80%, the elongation of the composite material almost disappears. When the amount of silicon carbide fiber added is less than 2%, the tensile strength is almost the same as that of nickel.As shown in Figure 5, the elastic modulus of the silicon carbide fiber reinforced nickel composite material increases as the amount of fiber increases. The silicon carbide fiber-reinforced composite material of the present invention has excellent strength properties even at high temperatures, and when the content is 50% by volume, it is approximately three times that of nickel. As shown in Figure 6, the high-temperature tensile strength in an argon atmosphere of a silicon carbide fiber-reinforced nickel composite material containing 35% by volume of silicon carbide fibers containing 10% free carbon increases as the temperature increases. Although it decreases, the rate of decrease is smaller than that of nickel's tensile strength, and even with 90,000, it is about 80
It has a size of k9/mau and exhibits excellent high temperature properties.

本発明のシリコンカーバィド繊維強化ニッケル複合材料
において、炭素と反応して炭化物を生成する時の標準自
由エネルギー変化が第7図に示される如く、負の値をも
つ元素をマトリックス金属に添加して、シリコンカーバ
ィド繊維と複合させることができる。
In the silicon carbide fiber-reinforced nickel composite material of the present invention, when an element with a negative value is added to the matrix metal, the standard free energy change when reacting with carbon to form carbide is shown in Figure 7. It can be combined with silicon carbide fiber.

前記添加される元素にはクロム,モリブデン,マンガン
,シリコン,ニオブ,チタン,アラミニウム,コ/ゞル
ト,タングステン,ノゞナジウム,タンタル,ジルコニ
ウム,カルシウム,ホウ素等がある。これらの元素はシ
リコンカーバィド繊維中の遊離炭素と反応して安定な炭
化物を造る。前記炭化物は遊離炭素0.01%以上を含
有するシリコンカーバィド繊維と金属とを高温で接触さ
せると、前記繊維の表面に生成する。この繊維の表面に
生成した炭化物はSICがニッケルと反応して分解する
ことを妨げる保護膜としての働きを有し「かつシリコン
カーバィド繊維と金属基地とを結合する働きを有してい
る。従ってニッケルに前記諸元素を添加された合金を金
属基地とすることは複合材料の製造のために有利となる
。炭化物を生成しやすい諸元素のうち1種または2種以
上をニッケルに添加して合金とする場合には、SICと
反応すると考えられている鉄および8同を添加しても、
シリコンカーバィド繊維が炭化物で保護されているため
、50%以下の範囲で前記合金に添加することができる
The added elements include chromium, molybdenum, manganese, silicon, niobium, titanium, aluminium, coir/alt, tungsten, nadium, tantalum, zirconium, calcium, and boron. These elements react with the free carbon in the silicon carbide fibers to create stable carbides. The carbide is generated on the surface of the silicon carbide fiber containing 0.01% or more of free carbon when the metal is brought into contact with the fiber at high temperature. The carbide formed on the surface of the fiber functions as a protective film that prevents the SIC from reacting with nickel and decomposing, and also functions to bond the silicon carbide fiber and the metal base. Therefore, it is advantageous for the production of composite materials to use an alloy in which nickel is added with the above elements as a metal base.One or more of the elements that tend to form carbides can be added to nickel. When making an alloy, even if you add iron and 8, which are thought to react with SIC,
Since silicon carbide fibers are protected by carbide, they can be added to the alloy in an amount of up to 50%.

しかしながら50%以上になるとSICとの反応が大き
くなり、繊維と金属間のせん断状態は小さくなる。炭素
はニッケルとSICとが反応するものを妨げる働きがあ
るかり、ニッケルおよびニッケル合金にわずかに添加し
て有利な元素である。前記炭化物を生成する元素、鉄、
銅および炭素のうちから1種または2種以上をニッケル
に添加してニッケル合金とし、談合金とシリコンカーバ
ィド繊維とから、シリコンカーバィド繊維強化ニッケル
複合材料を製造することのできるニッケル合金の例とし
ては次表に示される如きものがある。
However, when it exceeds 50%, the reaction with SIC becomes large and the shear state between the fiber and the metal becomes small. Carbon is an element that is advantageously added in small amounts to nickel and nickel alloys because it acts to inhibit the reaction between nickel and SIC. The element that generates the carbide, iron,
A nickel alloy that can be produced by adding one or more of copper and carbon to nickel to produce a nickel alloy, and from which a silicon carbide fiber-reinforced nickel composite material can be produced from a nickel alloy and silicon carbide fibers. Examples are shown in the table below.

表 次に本発明の複合材料の製造方法について説明する。table Next, the method for manufacturing the composite material of the present invention will be explained.

本発明において使用される遊離炭素0.01%以上を含
有するシリコンカーバィド繊維は下記{1}〜(10)
の型式に分類される有機ケイ素化合物を出発原料として
製造される。
The silicon carbide fibers containing 0.01% or more of free carbon used in the present invention are as follows {1} to (10)
It is manufactured using organosilicon compounds classified as starting materials.

m Si−C 結合のみをふくむ化合物。A compound containing only m Si-C bonds.

■ Si−C 結合のほかにSi一日結合をふくむ化合
物。
■Compounds that include Si-bonds in addition to Si-C bonds.

{3l Si−舷1 結合を有する化合物。{3l Compound with Si-Side1 bond.

‘4} Si−N 結合を有する化合物。■ Si−O
R(Rーアルキル,アリール)結合を有する化合物。
'4} A compound having a Si-N bond. ■ Si-O
A compound having an R (R-alkyl, aryl) bond.

【6} Si−OH 結合を有する化合物。[6} Compound having Si-OH bond.

{7)Sj−Si 結合をふくむ化合物。‘8} Si
−○−Si 結合をふくむ化合物。
{7) A compound containing an Sj-Si bond. '8} Si
-○-Si A compound containing a bond.

■ 有機ケイ素化合物ェステル類。{10} 有機ケイ
素化合物過酸化物。
■Organosilicon compound esters. {10} Organosilicon compound peroxide.

前記{1}〜(10)の型式に属する少なくとも1種以
上の有機ケイ素化合物から、照射、加熱、重縮合用触媒
添加の少なくとも何れか1つを用いた重縮合反応により
、ケイ素と炭素とを主な骨格成分とする有機ケイ素高分
子化合物、例えば下記の如き分子構造を有する化合物を
生成させる。
Silicon and carbon are produced from at least one organosilicon compound belonging to the types {1} to (10) above by a polycondensation reaction using at least one of irradiation, heating, and addition of a polycondensation catalyst. An organosilicon polymer compound as a main skeleton component, for example, a compound having the following molecular structure is produced.

(イ) (口) (ハ> 〇 前記‘ィ)〜し一記載の骨格成分を鎖状及び三次元
構造のうち少なくとも一つの部分構造として含むもの又
は{ィ},‘ロー,し一の混合物。
(b) (mouth) (c> 〇 A substance containing the skeleton component described in the above 'a) to 1 as at least one partial structure of a chain or three-dimensional structure, or a mixture of {a}, 'rho, shii' .

前記の分子構造を有する化合物には例えば次の如きもの
がある。くイ) n=1,ポリ(シルメチレンシロキサン)n=2,ポリ
(シルエチレンシロキサン)n=6,ボリ(シルフエニ
レンシ。
Examples of compounds having the above molecular structure include the following. n=1, poly(silmethylene siloxane) n=2, poly(silethylene siloxane) n=6, poly(silphenylene).

キサン)(口)n=1,ポリ(メチレンオキシシロキサ
ン)n=2,ポリ(エチレンオキシシロキサン)n=6
,ポリ(フエニレンオキシシロキサン)n=12,ポリ
(ジフエニレンオキシシロキサン)くハ> n=1,ポリシルメチレン n=2,ポリシルエチレン n=3,ポリシルトリメチレン n=6,ポリシルフエニレン n=12,ポリシルジフエニレン Q 前記【ィ}〜し一記載の骨格成分を鎖状、環状及び
三次元構造のうち少なくとも一つの部分構造として含む
もの、又は{ィ’,‘d,し一の混合物。
xane) (portion) n = 1, poly(methyleneoxysiloxane) n = 2, poly(ethyleneoxysiloxane) n = 6
, poly(phenyleneoxysiloxane) n = 12, poly(diphenyleneoxysiloxane) > n = 1, polysilmethylene n = 2, polysilethylene n = 3, polysiltrimethylene n = 6, polysilf enylene n=12, polysyldiphenylene Q containing the skeleton component described in [i] to 1 as at least one partial structure among chain, cyclic, and three-dimensional structures, or {i', 'd, Shiichi mixture.

前記有機ケイ素高分子化合物を紡糸し、該紡糸を真空中
あるいは不活性ガス,COガス,水素ガス,炭化水素ガ
スのうちから選ばれるいずれか1種以上の雰囲気下で予
備加熱し、さらに真空中あるいは不活性ガス、COガス
、水素ガスのうちから選ばれるいずれか1種以上の雰囲
気下で1000〜2000qoの温度範囲で高温焼成す
ることにより強度がきわめて大きく、弾性率の高いシリ
コンカーバィド繊維を製造することができる。前記焼成
温度を1000〜2000qoの温度範囲とする理由は
、1000qo以下の温度での焼成では繊維中のSIC
の結晶が未発達で、繊維の強度と弾性率が小さく、20
0000以上ではSICの分解反応が激しくなるためで
ある。前記シリコンカーバィド連続繊維の原料である前
記(ィ)〜6の有機ケイ素高分子化合物中にケイ素と炭
素とが含まれる割合は、2原子のケイ素に対して少くと
も5原子以上の炭素となっているため、この有機ケイ素
高分子化合物を級糸しへ焼成すると「高分子の側鎖とし
て結合している多くの炭素は炭化水素となって揮発する
ものの少くともo.01%以上は遊離炭素としてシリコ
ンカ一バィド繊維中に残存させることができる。本発明
のシリコンカーバィド繊維強化ニッケル複合材料の製造
は、遊離炭素0。
The organosilicon polymer compound is spun, the spun yarn is preheated in vacuum or in an atmosphere of one or more selected from inert gas, CO gas, hydrogen gas, and hydrocarbon gas, and further in vacuum. Alternatively, silicon carbide fibers with extremely high strength and high elastic modulus can be produced by firing at a high temperature in the temperature range of 1000 to 2000 qo in an atmosphere of one or more selected from inert gas, CO gas, and hydrogen gas. can be manufactured. The reason why the firing temperature is set in the temperature range of 1000 to 2000 qo is that when firing at a temperature of 1000 qo or less, SIC in the fiber is
crystals are underdeveloped, fiber strength and elastic modulus are low, 20
This is because the decomposition reaction of SIC becomes more intense when it is more than 0,000. The ratio of silicon and carbon contained in the organosilicon polymer compounds of (a) to 6 above, which are the raw materials for the silicon carbide continuous fibers, is such that at least 5 atoms or more of carbon and 2 atoms of silicon are contained. Therefore, when this organosilicon polymer compound is graded and fired, most of the carbon bonded as side chains of the polymer will become hydrocarbons and volatilize, but at least 0.01% or more will be free. Carbon can remain in the silicon carbide fibers.The silicon carbide fiber reinforced nickel composite material of the present invention can be manufactured with zero free carbon.

01%以上を含有するシリコンカーバィド繊維を薄層し
、前記積層体の繊維の間隙を液体あるいは固体の金属基
地で充填し相互接触させて、遊離炭素と基地金属とを反
応させることによって行われる。
This is carried out by forming a thin layer of silicon carbide fibers containing 0.01% or more, and filling the gaps between the fibers in the laminate with a liquid or solid metal base and bringing them into contact with each other to cause the free carbon to react with the base metal. be exposed.

前記製造方法において、シIJコンカーバィド繊維と溶
融した金属とを長時間接触させると、抑止されているS
ICとニッケルとの反応が進行するため〜前記溶融接触
する時間は短い方がよく、通常1時間以内とすると「繊
維中の遊離炭素と基地金属とが反応してL繊維と基地金
属との濡れ性がよくなり「繊維と金属のせん断強度が大
きくなる。前記溶融金属にシリコンカーバィド繊維を複
合させる方法には【1)溶融金属浸透法、■鋳造法〜{
3}ターーィカスト法の3つの方法がある。このうち熔
融金属浸透法は、真空中あるいは不活性ガス雰囲気中で
、整列した繊維の束の間に熔融金属を浸透させる方法で
あり、この場合、浸透圧を利用して溶融金属を浸透させ
たり、一端を真空に引き、溶融金属側に不活性ガスによ
り圧力を加えることもできる。‘2)鋳造法は{1)の
溶融金属浸透法と同様、繊維の間に溶融金属を満してゆ
く方法であり、連続鋳造法として特に有用なものである
。又細ダィカスト法は繊維と溶融金属の混合物を型に入
れ加圧成形する方法である。次に本発明を実施例につい
て説明する。
In the above manufacturing method, when the S IJ concarbide fibers are brought into contact with the molten metal for a long time, the suppressed S
Because the reaction between IC and nickel progresses, the shorter the time for the melting contact, the better, and if it is usually within 1 hour, the free carbon in the fibers will react with the base metal, resulting in wetting of the L fibers and the base metal. The shear strength of the fiber and metal increases. Methods for compounding silicon carbide fibers with the molten metal include: [1] Molten metal infiltration method, ■ Casting method ~ {
3} There are three methods of tarikast method. Among these methods, the molten metal infiltration method is a method in which molten metal is infiltrated between aligned bundles of fibers in a vacuum or in an inert gas atmosphere.In this case, the molten metal is infiltrated using osmotic pressure, or It is also possible to evacuate and apply pressure to the molten metal side using an inert gas. '2) The casting method is a method of filling the spaces between the fibers with molten metal, similar to the molten metal infiltration method of {1), and is particularly useful as a continuous casting method. The fine die casting method is a method in which a mixture of fibers and molten metal is placed in a mold and pressure-molded. Next, the present invention will be explained with reference to examples.

実施例 1 ニッケル74.0%,クロム15.0%,モリブデン6
.0%,チタン2.3%,アルミニウム0.7%からな
るニッケル合金とアルゴン雰囲気中の室に入れ溶融する
Example 1 Nickel 74.0%, chromium 15.0%, molybdenum 6
.. A nickel alloy consisting of 0% titanium, 2.3% titanium, and 0.7% aluminum is placed in a chamber in an argon atmosphere and melted.

一方遊離炭素10%を含有するシリコンカーバィド繊維
を両端開放の直径200のアルミナ管に配列して入れ、
一端を封印し「他端を真空系に接続し、加熱しながら真
空にして脱ガスして前記アルゴンガス室に入れた。アル
ゴンガス室で前記アルミナ管の一端の封印を取り除き、
同端を前記溶融金属溶に入れ、アルミナ管を真空にして
溶融金属を繊維の間に浸透させた。前記金属の溶融状態
をi8分間保持して複合材料を得た。このシリコンカー
バィド繊維強化ニッケル合金複合材料中に体積比で27
%の繊維が含まれており「 この引張強度149k9ノ
ゆでニッケル合金の引張強度の約2倍となりtニッケル
合金をシリコンカーバィドで補強することができた。実
施例 2ニッケル金属と遊離炭素8%を含有するシリコ
ンカーバィド繊維を使用しト実施例1と同一の方法によ
り溶融ニッケルをアルミナ管に入れ、ニッケルの溶融状
態を5分間保持し複合材料を得た。
On the other hand, silicon carbide fibers containing 10% free carbon were placed in an array in an alumina tube with a diameter of 200 mm with both ends open.
One end was sealed, and the other end was connected to a vacuum system, and the alumina tube was degassed while being heated and placed in the argon gas chamber.The seal at one end of the alumina tube was removed in the argon gas chamber.
The same end was placed in the molten metal melt, and the alumina tube was evacuated to allow the molten metal to penetrate between the fibers. The molten state of the metal was maintained for 8 minutes to obtain a composite material. In this silicon carbide fiber reinforced nickel alloy composite material, 27
This tensile strength of 149k9 was approximately twice that of the boiled nickel alloy, and the nickel alloy could be reinforced with silicon carbide.Example 2 Nickel metal and free carbon 8 molten nickel was put into an alumina tube in the same manner as in Example 1 using silicon carbide fibers containing 1.0% and the molten state of nickel was maintained for 5 minutes to obtain a composite material.

このシリコンカーバィド繊維強化ニッケル複合材料中に
は27%の繊維が含有され、その引張強度は95kgノ
桝でニッケルの引張強度の約2倍の大きさになっており
、ニッケル合金と繊維で補強することができた。以上本
発明の方法で得られたシリコンカーバィド連続繊維強化
ニッケルまたはニッケル合金複合材料は引張強度がきわ
めて大きく、かつ弾性率も高く「耐熱耐,耐摩耗性にす
ぐれているため、下記に示す各種材料として使用される
This silicon carbide fiber-reinforced nickel composite material contains 27% fiber, and its tensile strength at 95 kg is approximately twice that of nickel. I was able to strengthen it. As described above, the silicon carbide continuous fiber-reinforced nickel or nickel alloy composite material obtained by the method of the present invention has extremely high tensile strength and high elastic modulus. Used as various materials.

(a} 合成繊維用材料、例えばボビン、分離器し糸か
け「ポンプの部分トボール「スリーブ、メカシール、弁
、ノズル、鷹伴機、反応容器、パイプ、熱交換器、バル
ブ、その他。
(a) Materials for synthetic fibers, such as bobbins, separators, threaders, pump parts, sleeves, mechanical seals, valves, nozzles, hawkers, reaction vessels, pipes, heat exchangers, valves, etc.

(b} 合成化学用材料、例えばプランジャーポンプ「
スリーブ、メカシール、分離器t反応器弁、減圧弁、シ
ート、熱交換器、遠心分離器、低温用容器、その他。
(b} Materials for synthetic chemistry, such as plunger pumps
Sleeves, mechanical seals, separator t-reactor valves, pressure reducing valves, seats, heat exchangers, centrifugal separators, low temperature containers, etc.

〔c} 機械工業用材料、例えば熱交換器、圧粉ダイス
、超音波加工機、ホーンもミシン部品、カム「ボールミ
ル部品、カメラ部品、真空ポンプト集電子、鞠受、工具
「時計部品、機械用台、その他。
[c} Materials for mechanical industry, such as heat exchangers, powder dies, ultrasonic processing machines, horns, sewing machine parts, cams, ball mill parts, camera parts, vacuum pump collectors, ball holders, tools, watch parts, machinery parts, etc. stand, etc.

‘d} 家庭用品事務用品用材料、例えば机「各種棚、
し、す、各種ロッカー、その他。
'd} Materials for household goods and office supplies, such as desks, various shelves,
Yes, various lockers, etc.

‘e} 建設機械用材料、例えばボーリングマシン、削
岩機、粉砕機、キャタピラ−、サンドポンプ、パワーシ
ャベル、その他。
'e} Materials for construction machinery, such as boring machines, rock drills, crushers, caterpillars, sand pumps, power shovels, and others.

m 防災用部品、例えばスプリンクラー、はしごその他
m Disaster prevention parts, such as sprinklers, ladders, etc.

咳) 海洋開発(含宇宙)用材料、例えば熱交換器、ア
ンテナ、水上標識、タンク、その他。
(cough) Materials for marine development (including space), such as heat exchangers, antennas, water markers, tanks, etc.

位) 自動車用材料、例えばエンジン「シリンダー、フ
ロツク、シリンダーヘッド、ピストン、プーリー、ロー
タリーエンジン、その他。(i) 食品用材料、例えば
スーパーデカンター、バルブ、反応器「 メカシール、
分離器、その他。
(1) Materials for automobiles, such as engine cylinders, flocks, cylinder heads, pistons, pulleys, rotary engines, etc. (i) Materials for food, such as super decanters, valves, reactors, mechanical seals, etc.
separators, etc.

(j) スポーツ用材料、例えば、スパイク、ゴルフ用
具、テニスラケット、釣具、登山用具、スキー用具、バ
トミントラケット、ボール「その他。
(j) Sports materials, such as spikes, golf equipment, tennis rackets, fishing equipment, mountaineering equipment, ski equipment, badminton rackets, balls, etc.

び)船舶航空機用材料、例えばエンジン、構造材料「外
壁、スクリュー、水中翼、その他。
and) Materials for ships and aircraft, such as engines, structural materials, external walls, screws, hydrofoils, etc.

0) 電機材料、例えば送電用ケーブル、コンデンサー
、シャーシー、アンテナ、ステレオ部品、ボール、その
他。
0) Electrical materials such as power transmission cables, capacitors, chassis, antennas, stereo parts, balls, etc.

(m) 建築用材料、例えば、窓わく、構造材料、その
他。
(m) Building materials, such as window frames, structural materials, etc.

(n) 以上のほか農機具材料、漁具用材料、原子力用
材料、核融合炉材料、大陽熱利用材料、医療器具用材料
、自転車用材料、バルブの弁、弁座、リング、榛、円板
、ライナー、ィンベンター、土砂輸送用ポンプ部品、汚
物処理用磯部品、プラスチックの押出し射出用ダイス、
ノズル〜反射鏡、その他に有利に使用することができる
(n) In addition to the above, materials for agricultural machinery, materials for fishing gear, materials for nuclear power, materials for nuclear fusion reactors, materials for solar heat utilization, materials for medical equipment, materials for bicycles, valves, valve seats, rings, combs, discs. , liners, inventers, pump parts for earth and sand transport, rock parts for waste disposal, dies for plastic extrusion injection,
It can be advantageously used for nozzles, reflectors, and others.

【図面の簡単な説明】 第1図はシリコンカーバィド繊維中に含まれる遊離炭素
の量とシリコンカーバィド繊維強化アルミニウム複合材
料の押びと引張強度との関係を示す図、第2図はニッケ
ルと炭素との状態図、第3図は遊離炭素10%を含有す
るシリコンカーバィド繊維強化ニッケル複合材料の引張
強度と複合材料中の繊維の体積比との関係を示す図、第
4図は遊離炭素10%を含有するシリコンカーバィド繊
維強化ニッケル複合材料の伸びと複合材料中の繊維の体
積比との関係を示す図、第5図は遊離炭素10%を含有
するシリコンカーバィド繊維強化ニッケル複合材料の弾
性率と複合材料の繊維の体積比との関係を示す図、第6
図は遊離炭素10%を含有するシリコンカーバィド繊維
強化ニッケル複合材料の引張強度の温度変化と、ニッケ
ルの引張強度の温度変化を示す図、第7図は炭化物生成
反応の標準自由エネルギー変化を示す図である。 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図
[Brief explanation of the drawings] Fig. 1 is a diagram showing the relationship between the amount of free carbon contained in silicon carbide fibers and the push and tensile strength of silicon carbide fiber-reinforced aluminum composite materials, and Fig. 2 is Figure 3 is a phase diagram of nickel and carbon, and Figure 4 is a diagram showing the relationship between the tensile strength of a silicon carbide fiber-reinforced nickel composite material containing 10% free carbon and the volume ratio of fibers in the composite material. Figure 5 shows the relationship between the elongation of a silicon carbide fiber-reinforced nickel composite material containing 10% free carbon and the volume ratio of fibers in the composite material. Figure 6 showing the relationship between the elastic modulus of a fiber-reinforced nickel composite material and the volume ratio of fibers in the composite material.
The figure shows the temperature change in the tensile strength of a silicon carbide fiber-reinforced nickel composite material containing 10% free carbon and the temperature change in the tensile strength of nickel. Figure 7 shows the standard free energy change in the carbide formation reaction. FIG. Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 7

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 主としてケイ素と炭素とを主な骨格成分とする有機
ケイ素高分子化合物よりなる紡糸を1000〜2000
℃の温度範囲で焼成して、遊離炭素0.1%以上を含有
するシリコンカーバイド繊維となし、前記シリコンカー
バイド繊維80〜2体積%として積層成形し20〜98
体積%のニツケル金属を加熱溶融して前記繊維の間隙を
充填し、前記繊維中の遊離炭素とニツケル基地との炭化
物生成反応を行わせ、前記シリコンカーバイド繊維と金
属基地との濡れ性をよくしたことを特徴とするシリコン
カーバイド繊維強化ニツケル複合材料の製造方法。 2 主としてケイ素と炭素とを主な骨格成分とする有機
ケイ素高分子化合物よりなる紡糸を1000〜2000
℃の温度範囲で焼成して、遊離炭素0.01%以上を含
有するシリコンカーバイド繊維となし、前記シリコンカ
ーバイド繊維80〜2体積%と、20〜98体積%のニ
ツケル合金で、その合金成分として炭素と反応して炭化
物を生成する元素であるクロム,モリブデン,マンガン
,シリコン,ニオブ,チタン,アルミニウム,コバルト
,タングステン,バナジウム,タンタル,ジルコニウム
,カルシウム,ホウ素の中から選ばれる1種または2種
以上を添加したニツケル合金基地を加熱溶融して前記繊
糸の間隙を充填し、前記繊維中の遊離炭素とニツケル合
金基地との炭化物生成反応を行わせ、前記シリコンカー
バイド繊維と合金基地との結合性をよくしたことを特徴
とするシリコンカーバイド繊維強化ニツケル複合材料の
製造方法。
[Scope of Claims] 1. Spinning 1,000 to 2,000 times of an organosilicon polymer compound whose main skeleton components are silicon and carbon.
The silicon carbide fibers are baked at a temperature of 80 to 2% by volume and formed into silicon carbide fibers containing 0.1% or more of free carbon.
Volume % of nickel metal was heated and melted to fill the gaps between the fibers, causing a carbide-forming reaction between the free carbon in the fibers and the nickel base to improve the wettability between the silicon carbide fibers and the metal base. A method for producing a silicon carbide fiber-reinforced nickel composite material, characterized by: 2. Spinning from 1,000 to 2,000 spins made of an organosilicon polymer compound whose main skeleton components are silicon and carbon.
C. to obtain silicon carbide fibers containing 0.01% or more of free carbon, the silicon carbide fibers containing 80 to 2% by volume and a nickel alloy of 20 to 98% by volume as the alloy components. One or more elements selected from chromium, molybdenum, manganese, silicon, niobium, titanium, aluminum, cobalt, tungsten, vanadium, tantalum, zirconium, calcium, and boron, which are elements that react with carbon to form carbides. The nickel alloy base added with is heated and melted to fill the gaps between the filaments, and the free carbon in the fibers undergoes a carbide-forming reaction with the nickel alloy base, thereby improving the bonding properties between the silicon carbide fibers and the alloy base. A method for producing a silicon carbide fiber-reinforced nickel composite material characterized by improved
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