JPS6358791B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、成形されたシリコン・カーバイド―
シリコン・マトリツクス複合物質の製造方法およ
びこの方法により作られた物品に関する。 本発明以前におけるガス・タービン等のタービ
ン・ブレードおよびベーンの如き高温で使用され
る部品の製造は、熱機関製造工業にとつて手ごわ
い挑戦を呈して来た。1200℃を越える如き高温で
の運転要件が明らかになるにつれ、シリコン・カ
ーバイドの如きセラミツクスが益々注目されて来
た。しかし、これ等の材料の脆性および加工の難
かしさと関連する設計上の諸問題は厳しい障害を
呈して来た。 当業者は、構造用セラミツクスは熱間プレスさ
れて最終的な形態に機械加工されるか、あるいは
最終形態に焼結されることを知つている。前者の
方法は時間がかかり費用が高く、後者の方法はひ
ずみを生じて寸法精度が劣る。他の加工方法は、
Forestの米国特許第3495939号が教示する反応固
合作用を含む。細かく粉砕されたカーバイドと炭
素を固合剤と混合して管の如き特定の形状に押出
し成形される。この成形された構造体は、多孔性
の成形構造体を得るため空気中で加熱される。こ
の構造体は、垂直位置で溶融シリコン金属又は蒸
気と接触させられてシリコンの浸潤を生じる。そ
の結果、貴重な特性を有する成形されたシリコ
ン・カーバイドの塊体が作られる。しかし、押出
し成形による多孔質の塊体の成形工程は、特にい
くつかの部分が必要とされその形状が稍々複雑で
ある場合制約がある。 シリコン・カーバイド・セラミツクの調製過程
における微細な点はWakefieldの米国特許第
3459842号に示される。Wakefieldの方法は、粉
状のシリコンおよびシリコン・カーバイド・ホイ
スカーの混合物を使用し、この混合物を石英の容
器に入れる。Wakefieldの特許が教示する如く、
シリコンの融点より若干高い温度に上げ、その結
果形成されたシリコン・カーバイド・セラミツク
を石英容器から分離することにより配向されたシ
リコン・カーバイド結晶で作ることができる強化
されたシリコン混合材料が生じる。しかし、
Wakefieldの工程は、高価なシリコン・ホイスカ
の使用に限定されるものである。更に、
Wakefieldの特許により教示される如きシリコ
ン・カーバイド結晶の配向は、石英の如き形成さ
れたシリコン・カーバイド・セラミツクと分離可
能な材質から作られる容器を使用することによつ
てのみ達成可能である。 添付図面は成形された炭素繊維構造体を含む鋳
型を示し、この鋳型は支持構造部内にある。この
鋳型の上方には粉末化されたシリコンの装入材料
が示される。 更に説明すれば、添付図面においては、特定の
形状に加工が容易であるArmco Speer580等の黒
鉛から作られた支持構造体が１０で示される。１
１で示されるのは、これも又Armco Speer580又
は高温に耐え溶融シリコンに耐え得る他の適当な
材料から作ることができる鋳型である。１２は予
備成形材の如き予め成形された炭素繊維構造体で
充填された鋳型内の腔部を示し、１３と１４は炭
素繊維のウイツク（燈心）部である。通気口１６
と１７は、通気口１９から放出し得る鋳型からの
熱気体の放出を許容する。ねじを設けた端部を有
する結合具即ち鋳型形成具１５を用いて、鋳型の
腔部内の粉末化されたシリコン・カーバイドを加
熱することにより形成される溶融シリコンを封じ
込むことができる。 本発明のある実施態様によれば、25℃の温度で
約16mm（5/8″）の径間にわたり試験される時
30KSI：乃至99KSIの範囲の３点曲げ試験の平均
抗張力値を有する約2.5×2.5mm（0.1″×0.1″）の形
材を提供することができる成形セラミツク部材の
成形方法が提供されるが、前記の成形されたセラ
ミツクは、化学的に結合した形態で、あるいは約
1400℃乃至1800℃の範囲の温度で不活性雰囲気又
は真空中で溶融シリコンで均等に浸潤された化学
的に結合した炭素および炭素元素の合計として、
約４乃至30重量％の炭素を有し、成形された炭素
繊維構造体に用いられる炭素繊維は約1.3乃至約
1.5の範囲の平均比重を有し、浸潤させたシリコ
ンが実質的に鋳型腔部を充填する迄セラミツク部
材の形状に実質的に形成された鋳型腔部内に封じ
込められてこれを実質的に充填し、然る後その結
果できたセラミツク部材を鋳型から分離する。 本発明において、『化学的に結合した炭素』と
は、他の元素と結合してセラミツク中に含まれる
炭素であり、主にシリコン・カーバイドとして存
在する。また『炭素元素』とは、セラミツク中に
未反応状態で残された炭素をいう。 以下本文において使用される如く、用語「炭素
の繊維又は単繊維」とは前に定義した如く市販の
炭素繊維を含む。この炭素繊維は、例えば、
Johnson等の米国特許第3412062号に示す如く、
典型的な抗張力が約7031Kg／cm²（10⁵psi）、係数
値が約1.4×10⁶Kg／cm²（20×10⁶psi）、および炭化
密度が約1.6ｇ／c.c.の「強力」黒鉛を含む。この
炭素繊維は、寸法測定値および重量から計算され
る如く約1.3乃至1.5の比重を有し、例えば、
Union Carbide社のWYKブレード、WYBトウ、
およびレーヨンから得た他の炭化繊維を含み、あ
るいは炭素フエルトの如き再生されたセルロース
繊維および更に他の炭化繊維性の材料を含む。炭
化レーヨン繊維の他、本発明と同じ譲受人に譲渡
されたKrutchenの米国特許第3852235号に示され
る如く、ポリアクリロニトリル、ポリアセチレ
ン、ポリ塩化ビニール、ポリ酢酸ビニール等の如
き他の重合材料から得た先に定義した比重を有す
る炭素繊維の使用が可能である。以下に使用され
る用語「プリフオーム」とは、他の炭化材料の炭
素性の残留物を更に含み得るプリプレグの如き配
向された炭素繊維の成形された構造体であること
が望ましい。プリフオームの形成のため、炭素繊
維のトウ、ブレード、フロツク、フエルト、マツ
ト又は布地は、溶融ワツクス、又は硝酸セルロー
ズ、ポリエステル、エポキシ、および他の樹脂性
の結合剤、コロイド黒鉛、等で処理される。 又、多量の従来のシリコン・カーバイド結晶粒
子は、最終的なシリコン・カーバイド耐火製品に
おける所要の改善された物理的性状の大きな劣化
を招くことなく前記最終製品に包含させ得ること
も判つた。本発明によれば、シリコン・カーバイ
ド結晶粒子は、炭素繊維とプリフオームを形成す
る結合剤、および溶融シリコンの一部の代替物と
して作用し、然る後前記プリフオームに浸潤され
る前記添加物と簡単に混合することができる。こ
の浸潤させた溶融シリコンは炭素繊維と化学的に
反応してシリコン金属マトリツクス中に配向され
たシリコン・カーバイド結晶を生じ、又このシリ
コン・マトリツクス中に分散されるようにプリフ
オーム中に既に存在するシリコン・カーバイド結
晶粒子と反応する。このタイプの最終的なセラミ
ツク製品における微構造を調べると、プリフオー
ムに最初に存在するシリコン・カーバイド結晶が
従来の六方晶即ちα形結晶構造を維持するが、溶
融シリコンをプリフオームに浸潤することにより
形成される配向されたシリコン・カーバイド結晶
は立方晶即ちβ形結晶構造を呈する。最終セラミ
ツク製品にこのようなシリコン・カーバイド結晶
粒子が含まれることは、コストの観点から有利で
ある許りでなく更に均等な微構造を強化するもの
で、成形工程において比較的大きな寸法安定性を
もたらすものである。更に、炭素繊維中に予め分
散されたシリコン・カーバイド結晶粒子を包含す
ることは、初期の浸潤および転化工程間に生じる
シリコンと炭素間の発熱反応から生じる温度の上
昇に対する緩和作用を生じる。以下に示す特定の
実施例においては、最終的なセラミツク製品の重
量に対する25重量％迄のシリコン・カーバイド結
晶粒子はいささかも所要の最終的な物理的な物理
的性状を損うものでないことが見出され、求めら
れる最終的な微構造および物理的性状に従つてこ
れ以上の比率でも有効であることが判る。 従つて、更に広義においては、本発明の改善さ
れたセラミツク製品には、金属マトリツクス中
に、プリフオームにおける炭素繊維と同様に配向
され、更にプリフオームに分散させておいたシリ
コン・カーバイド結晶粒子によつて構成されて金
属マトリツクス中に分散しているシリコン・カー
バイド結晶（α形結晶構造）を含んでいても良い
シリコン・カーバイド結晶（β形結晶構造）を金
属マトリツクス中に含有してなるものも含まれ
る。プリフオーム構造は、フロツク、フエルト又
はマツト繊維構成において例示される全体的に平
行でない炭素繊維態様と同様、トウ、ブレイド又
は布地において得られる炭素繊維間の全体的に平
行な態様をとり得るため、最終的なセラミツク製
品におけるシリコン・カーバイド結晶の配向態様
が適宜変化する。改善されたセラミツク製品に対
する機械的強度要件が厳しければ、平行繊維およ
び結晶構成が望ましい。前述の如く、この改善さ
れたセラミツク製品は又、化学的に結合した形
態、又は化学的に結合された炭素と炭素元素の合
計として約４乃至30重量％の範囲の炭素を含むこ
とを特徴とする。この最終的なセラミツク製品の
改善された物理的性状は、約2.1×10⁶Kg／cm²乃至
約4.2×10⁶Kg／cm²（30×10⁶乃至60×10⁶psi）の範
囲の弾性率で現わされ、この性状は又少くとも
1000℃の温度において０乃至約６％の値が測定さ
れる時永久歪みが伴う。前記の改善されたセラミ
ツク製品の密度は、従来の重量および容積変位測
定法により測定される如き約2.3乃至3.0ｇ／c.c.の
範囲内にある。 本発明の一実施態様においては、ガス・タービ
ンのシユラウド部又は火焔ホルダ、航空機関のシ
ユラウド部、ガス・タービンの変態部材、ピスト
ンおよびリングの如きデイーゼル機関部品、又は
プレイグニシヨン・カツプ又はシリンダ・ライ
ナ、熱交換用配管、熱間処理鋳型、燃焼ライナ、
融解炉部材、耐摩耗タイル等の如き部品を収容す
る形状の鋳型腔部を提供するように精密加工され
る。機械のターボチヤージヤ、マニフオールドな
らびにブレーキ・ロータを含む更に別の自動車部
品も同様に製造することができる。本発明の改善
されたセラミツク製品に対する他の用途には、高
温における無機けいりん光体の如き化学薬品を製
造する化学工業、および（又は）腐食性の環境の
ための容器、ならびに家庭用の料理器具およびオ
ーブン部品を含む。必要に応じ、鋳型は、例え
ば、窒化ホウ素解離剤の噴霧等の処理を行うこと
ができる。 鋳型内には、鋳型腔部の形状寸法に実質的に加
工されあるいは形造されたプリフオームの如き炭
素繊維構造体が配置される。鋳型腔部の単位容積
当りの炭素繊維の全量は、炭素繊維の性質および
炭素繊維がプリフオーム内に整合される方法に応
じて非常に広く変化する。ある場合には、鋳型腔
部内の炭素繊維構造体に正圧が付加されてこれを
鋳型ねじ即ち鋳型を密閉するための外部手段の使
用によつて鋳型の形状に合致させることができ
る。 炭素繊維の燈心の使用の結果、添付図面に示す
如く、鋳型内への溶融シリコンの浸潤を容易にす
ることができる。約0.25乃至3.18mm（10乃至125
ミル）程度の小さな直径の穴を燈心に用いれば、
その結果過度に大きな先端部の形成を避けること
ができる。当業者には簡単な仕上げ法によつて小
さな先端部を除き得ることは周知である。燈心が
ない場合には少くとも9.5mm（3/8″）の穴径を用
いることができ、その結果別の機械加工工程を十
分に必要とする大きさの先端部をもたらす。更
に、大きな先端部が生じる部分の表面上にシリコ
ンに富む部分が形成でき、その結果表面の変化が
生じる。 鋳型は図に示す如く支持構造部内に配置するこ
とができる。粉末状のシリコン装入原料は鋳型の
上方におくことができ、全体を炉内に入れる。炉
内は、その雰囲気を実質的に酸化を生じないよう
にするためアルゴン又は窒素の如き不活性の気体
を適宜用いて３乃至５×10^-2トールの圧力迄抜気
することができる。 装入原料は1400乃至1800℃の温度迄加熱するこ
とができる。成形された炭素構造体の浸潤操作
は、１乃至60分間程度、望ましくは５乃至20分間
にわたり実施することができる。鋳型が約20℃の
温度迄冷えた後、この構造体は容易に分離するこ
とができる。鋳型の表面に離型剤を使用しない場
合には、成形されたセラミツクを分離するため鋳
型を破壊することができる。 General Electric社の「Corporate Reseach＆
Development」誌1974年11月号の技術情報シリ
ーズのレポートNo.74CRD282に記載の如く、走査
形電子顕微鏡を用いて、本発明の成形シリコン・
カーバイドがプリフオーム構造体中の炭素繊維と
同様に配向されたシリコン金属マトリツクス中の
配向されたシリコン・カーバイド結晶の複合物で
あり得ることが確定された。前記炭素繊維の平行
整合操作によつて前述の如き改善された抗張力特
性を得る。炭素繊維のシリコン浸潤は繊維の方向
に沿つて最も容易に生じ、繊維の横断方向にはそ
れ程容易には生じないことが判つた。プリプレグ
又はプリフオームにおいて使用される炭素繊維の
体積画分に応じて、シリコンの分域で囲まれた配
向されたシリコン・カーバイドの対応する体積画
分が結果的に得られるシリコン・カーバイド・マ
トリツクス複合物質中に生じることになる。 本発明のシリコン・カーバイド・マトリツクス
複合物質の全複合体積に基いて約５乃至75容量％
の配向されたシリコン・カーバイド結晶が存在し
得る。少くとも1000℃の温度においては、本発明
の複合物質は又、配向されたシリコン・カーバイ
ド結晶の体積画分が多いか少いかに従つて０乃至
６％の永久可塑性ひずみを呈する。６％迄の可塑
性ひずみは、破壊を生じ得る十分な大きさの局部
的な応力の減免を許容し得る。本発明の改善され
たシリコン・カーバイド／シリコン複合物質は約
2.1×10⁶乃至4.2×10⁶Kg／cm²（30×10⁶乃至60×
10⁶psi）の範囲の弾性率を呈する。 当業者が本発明を更に容易に実施できるように
以下の事例を示すが、これは例示であつて限定す
るものではない。全数値は重量部である。 比較例 １ 結合剤として黒鉛のコロイド水溶液を用いて
Union Carbide社の低弾性率のWCA炭素繊維布
から炭素繊維のプリフオームを調製した。繊維の
密度は約1.38〜1.48ｇ／c.c.であり、図に示した如
き約63.5mm（2.5″）の直径のデイスクに機械加工
した後のプリフオーム中の繊維の全量は約11ｇで
あつた。 約76.2mm（3″）の直径の鋳型は、約63.5mm（約
2.5″）×約10.7mm（0.42″）厚さの型穴を有する
Speer580黒鉛から加工された。鋳型の上半部に
は４個の約3.175mm（0.125″）径の浸潤孔が穿孔さ
れ、その下半部には約3.175mm（0.125″）径の通気
孔が穿孔された。WYKブレードの形態の炭素繊
維ウイツグを前記浸潤孔に挿入して鋳型の頂部か
ら約3.175mmだけ突出させた。鋳型の内表面は、
エアゾール・スプレーの形態の窒化ホウ素粉末で
処理された。 次に炭素繊維プリプレグを鋳型内に入れ、鋳型
をその仕様通りに精密加工されたArmco社の
Speer580黒鉛から作つた図示の如き支持構造体
内に定置した。次に粉末状のシリコンの装入原料
を鋳型の表面に投入した。シリコンの量の見積り
時に、鋳型の穴を充填するのに必要な溶融状態の
シリコン量を約15％超える量迄使用した。 次に鋳型と支持構造体を、約１×10^-2トールの
真空下に維持された炉内に入れる。１×10^-2乃至
３トールの圧力でも操作可能である。炉は約1600
℃の温度に維持された。シリコン粉末は約15分で
溶融シリコンになつて炭素繊維プリプレグに浸潤
したことが判つた。最初の冷却期間後、鋳型およ
び支持構造体を炉内から取出し、大気の条件下で
冷却した。次に鋳型を開いて、鋳型穴の寸法に対
し２つの誤差が0.2％以内に収まるデイスクを得
た。このデイスクは調製方法に基いたシリコン・
カーバイドであり、シリコン・セラミツクは化学
的に結合した形態又は化学的に結合した炭素と炭
素元素の混合物中の炭素を約16重量％と、シリコ
ンを約84重量％を有する。 約2.5×2.5×25mm（0.1×0.1×1.0″）の形状を有
する前記複合物質をダイヤモンド切断砥車で切取
り、以下に述べる３点曲げ試験を行う。 試料は試験装置における約15.8mm（5/8″）間隔
の鋼製ローラ間に設置して約0.127mm（0.005″）／
分の速度で鋼製ローラを介して荷重を加えた。試
験装置検定規格ASTM E4−72に示す如き破壊荷
重が試験の自動記録グラフで得られた。下記の如
き基礎応力から応力を計算する。即ち、 σ＝３／２P1／bh² 但し、Ｐは破壊荷重、１は径間寸法（約15.8
mm、8/5″）、ｂは試料の巾（約2.5mm、0.1″）、ｈは
肉厚（約2.5mm、0.1″）である。 前記試料の３点曲げ試験値は約38KSIであるこ
とが判つた。前述のシリコン・カーバイド／シリ
コン・セラミツクの別の試料は又、約40ミクロン
のシリコンを弗化水素と硝酸の溶液中で腐食させ
た後、走査電子顕微鏡を用いて検査した。シリコ
ン・カーバイド結晶がシリコン金属の分域で包囲
されてシリコン・カーバイド／シリコン・マトリ
ツクス複合物質を生じる場合の炭素繊維と対応す
る形態にシリコン・カーバイド結晶が実質的に配
向された複合物質とこのセラミツクが似ているこ
とが判つた。このような形態のシリコン・カーバ
イド結晶の体積画分は全複合物質において75％と
なるものと見積られた。シリコン・カーバイド／
シリコン・マトリツクス複合物質も又約3.37×
10⁶Kg／cm²（48×10⁶psi）の弾性率を有するもの
であつた。これも又約2.8ｇ／c.c.の密度があつた。 当業者は、精密鋳造の高性能の成形されたセラ
ミツクスを形成する前記工程に基いて、得られた
改善されたシリコン・カーバイド／シリコン・マ
トリツクス複合物質が、ガス・タービンのシユラ
ウド又は航空機の機関シユラウド部分の形態に作
るならば適当であることが判るであろう。 比較例 ２ 鋳型を約1220mm（48″）の半径となるよう緩や
かな曲率を設けた約152×152mm（６×6″）の正方
形状×約6.35mm（1/4″）の厚さの型穴を有するよ
うに加工する点を除いて比較例１の工程を反復し
た。鋳型は、約11ｇの炭素量となるようにUnion
Carbide社のWDF黒鉛フエルトを充填した。化
学的に結合した形態、又は化学的に結合した炭素
と炭素元素の混合物として約４重量％の炭素と約
96重量％のシリコンを含むシリコン・カーバイ
ド／シリコン・マトリツクス複合物質を得た。こ
の複合物質は約2.4ｇ／c.c.の密度を有するもので
あつた。 比較例１の場合と同様な複合物質の試料を取出
し、この試料は約25〜30KSIの３点曲げ試験値を
示した。この試料は約2.46×10⁶Kg／cm²（35×
10⁶psi）の弾性率を有し、約９重量％の体積画分
を有する繊維状に配向されたシリコン・カーバイ
ド結晶を含んでいた。又、この試料は、1000乃至
1350℃の温度範囲で測定した時、約１乃至６％の
可塑性ひずみを呈した。 比較例 ３ 比較例１の工程に従つて、約3.2×12.7×76.2mm
（1/8×1/2×3″）の長形の型穴を有する鋳型を形
成し、約1.38ｇ／c.c.の密度を有するUnion
Carbide社のWYD炭素繊維のトウを約1.92ｇ充填
した。調製方法に従つて、化学的に結合した炭素
と元素形態の炭素を約26重量％とシリコンを約74
重量％を含む成形されたセラミツク構造体を得
た。このセラミツクは又約2.92ｇ／c.c.の密度を有
するものであつた。 ３点曲げ試験法により、このセラミツクは約
70KSIの抗張力を有することを示した。セラミツ
クの弾性率は約4.04×10⁶Kg／cm²（57.5×10⁶psi）
であつた。比較例１に示した如き腐食処理した試
料を走査式電子顕微鏡で調べた処、、この複合物
質は、炭素繊維トウの形態で最初に用いた炭素繊
維と同じ方向に実質的に配向されたシリコン・カ
ーバイド結晶の約72％の体積画分を有することが
判つた。当業者は、前記の特性を有するシリコ
ン・カーバイド／シリコン・マトリツクス複合物
質は航空機のシユラウド部分のための部品の如き
高温度用途に理想的に適合するものであることが
判るであろう。 参考例 １ 1.3乃至1.5の範囲の比重、および約1.6乃至２の
範囲の比較的大きな比重を有する種々の炭素繊維
を使用する点を除いて、比較例１の工程を反復し
た。この検査の目的は、炭素繊維の比重に関する
その特性が前記の３点曲げ試験によつて決定され
る如きKSI値に関する最終的なシリコン・カーバ
イド／シリコン・マトリツクス複合物質における
最終抗張力特性と関連性があるかどうかを判定す
るためである。この複合物質の形成に用いられた
炭素の重量％は各例において約25％であつた。謂
ゆる「密度の小さな」繊維を表わすWYKブレー
ドの密度は1.3乃至1.5ｇ／c.c.の範囲内の密度を有
したが、「高い」密度の繊維を示すMorganiteIお
よびMorganiteは1.6乃至２ｇ／c.c.の範囲内の
密度を有していた。以下に示す結果は、室温が大
気の条件下のKSI値を示し、又1000℃および1200
℃欄は高温度において得た結果を示し、更にシリ
コン欄は本発明の改善されたシリコン・カーバイ
ド／シリコン・マトリツクス複合物質において達
成される効果の傍証として、シリコンからなる試
料の有する抗張力を示すものである。

【表】 上掲の結果は、低密度の炭素繊維を使用する場
合は、本発明の実施によつて最善の結果を得たこ
とを示している。 実施例 １ 比較例１の工程は、適当寸法の型穴内に約38.1
×165×3.175mm（1.5×6.5×0.125″）の物理的寸法
を有するセラミツク製品を得るように変更され
た。炭素繊維プリプレグは、75重量％の粉砕され
た炭素フエルトと、エポキシ樹脂の結合剤を添加
した80メツシユの粒度の25重量％のシリコン・カ
ーバイド結晶粒子とを含む物理的混合物から調整
された。このプレプレグは鋳形の型穴内に入れら
れ、比較例１で述べたと同じ方法で約45分間1550
℃の溶融シリコンを浸潤させた。前記の最終セラ
ミツク板から試料をとり、下記の如き密度と弾性
率の物理的測定を行つた。

【表】 上掲の弾性率の値から判るように、プリプレグ
の調製のために炭素フエルトを混ぜたシリコン・
カーバイド結晶粒子を含まない比較例２の場合と
比較して優れた弾性率が示されている。 実施例 ２ 炭素繊維プリプレグが10重量％のシリコン・カ
ーバイド結晶粒子しか含まない物理的混合物から
作られた点を除いて、実施例１の工程を反復し
た。最終的なセラミツク板について測定された密
度および弾性率の値は下記の如くである。

【表】 上掲の結果の密度および弾性率の値を先例と比
較すれば、この両方の物理的特性はシリコン・カ
ーバイド結晶粒子の添加量が少い程改善されるこ
とが判る。 改良されたシリコン・カーバイド／シリコン・
マトリツクス複合物質の種類と共に、本発明の実
施において使用できる非常に多くの変更例の内極
く少数例のみについてこれ等事例は示すものであ
るが、本発明の正当な範囲およびこれにより形成
される複合物質については、これ等の事例に先立
つ本文の記述に沿つてこれ等の事例を読めば更に
明確に理解することができるものと考える。 本発明の実施例の主なものを列挙すれば下記の
如くである。 １ 炭素繊維が、平行関係にある長い炭素フイラ
メントの形態、又は炭素繊維の織布の形態、又
は炭素繊維トウの形態のいずれかである所要形
状のシリコン・カーバイド／シリコン・マトリ
ツクスセラミツクの製造方法。 ２ 溶融シリコンの浸潤に先立つて、鋳型が窒化
ホウ素で処理される前項記載の方法。 ３ 溶融シリコンの内部での流動を容易にするた
め鋳型内に炭素繊維のウイツクを使用する前項
記載の方法。 ４ 成形されたセラミツク材が、約４乃至30重量
％の化学的に結合された炭素と元素形態の炭素
を有する前項記載の方法。 ５ 軸方向に配向されたシリコン・カーバイド結
晶が略々平行な関係にある成形されたセラミツ
ク。 ６ シリコン金属マトリツクス中に分散された他
のシリコン・カーバイド結晶粒子を更に含む前
項記載の成形されたセラミツク。 ７ シリコン金属マトリツクス中に分散されたシ
リコン・カーバイド結晶粒子量が前記の成形さ
れたセラミツクの重量の約25％以上である前項
記載の成形されたセラミツク。

【図面の簡単な説明】

第１図は成形された炭素繊維の構造体を含み支
持構造体内に収められた鋳型を示す正面図であ
る。 １０：支持構造体、１１：鋳型、１２：型穴、
１３，１４：炭素繊維ウイツク、１５：鋳型形成
装置、１６，１７：通気孔、１８：粉末シリコン
装入原料、１９：通気孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 結晶軸方向に配向されたシリコン・カーバイ
   ド結晶と、該結晶と異なる結晶構造のシリコン・
   カーバイド結晶粒子とがシリコン金属マトリツク
   ス中に分散された構造を含み、約４乃至約30重量
   ％の炭素を含有する成形されたシリコン・カーバ
   イド／シリコン・マトリツクス・セラミツクであ
   つて、約2.3乃至約3.0ｇ／c.c.の範囲内の密度と、
   約1000℃での測定における約０乃至約６％の範囲
   の永久弾性ひずみと、約2.1×10⁶乃至約4.2×10⁶
   Kg／cm²（30×10⁶乃至60×10⁶psi）の範囲の弾性
   率とを有することを特徴とする成形されたシリコ
   ン・カーバイド／シリコン・マトリツクス・セラ
   ミツク。 ２ 前記配向されたシリコン・カーバイド結晶を
   ５乃至75容量％含み、かつ該結晶が平行繊維状に
   配向され、30KSI乃至99KSIの範囲の坑張力を有
   する特許請求の範囲第１項に記載の成形されたシ
   リコン・カーバイド／シリコン・マトリツクス・
   セラミツク。 ３ ａ 約1.3乃至約1.5の範囲の比重を有する炭
   素繊維間にシリコン・カーバイド結晶粒子を分
   散して所望の形状の鋳型内に充填した後、１×
   10^-2乃至３トールの範囲内の減圧下の酸化反応
   を生じない雰囲気下で該鋳型内に溶融シリコン
   を注入し、前記繊維に該溶融シリコンを浸潤さ
   せて、シリコン・カーバイド／シリコン・マト
   リツクス・セラミツクを形成する工程と、 ｂ 前記工程ａにより得られたセラミツクを前記
   鋳型から分離する工程 とを含み、前記工程ａにおける炭素繊維とシリコ
   ン・カーバイド結晶粒子の前記鋳型内への配合量
   が、最終的に得られるセラミツクの炭素含有量が
   約４乃至約30重量％となるように設定されること
   を特徴とする所望の形状に成形されたシリコン・
   カーバイド／シリコン・マトリツクス・セラミツ
   クを製造する方法。