[发明专利]陶瓷复合部件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年7月25日提交的日本专利申请2008-192440号的优先权，其全部主题以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及陶瓷复合部件，其中在碳纤维增强型碳复合材料(以下也称为“C/C复合材料”)的表面上设置有陶瓷被覆层，所述碳纤维增强型碳复合材料是包含碳纤维和碳基质的基材。所述碳基质可以为分层排列，并且必要时可以充填所述碳纤维之间的空隙。

背景技术

C/C复合材料具有优异的比强度和比模量，此外，在超过1000℃的高温区域具有优异的耐热性和化学稳定性，因此C/C复合材料已经得到广泛的工业应用，例如，用于包括航天用途在内的半导体制造装置和热压设备。同时，在该类型的工业材料中，辐射率和化学稳定性(反应性)受其表面露出部分的特性的影响。C/C复合材料是碳纤维与诸如玻碳、热解碳或石墨等碳基质的复合材料，因而由于原材料的选定所致变得难以获得高纯度的C/C复合材料，使得由其表面可能会发生污染物的扩散。

鉴于上述原因，已经提出在C/C复合材料中使诸如SiC被覆层或热解碳被覆层等陶瓷被覆层形成在其表面上。这种被覆层的形成改变了使用C/C复合材料的部件的表面的性质，从而能够改善放热和吸热特性或耐腐蚀性。此外，表面上形成的高纯度气体不透性陶瓷被覆层使得减少或防止C/C复合材料中含有的杂质的扩散成为可能。

在高温环境下使用的陶瓷复合材料在从常温被加热至高温时，由于基材与形成在其表面上的陶瓷被覆层之间的热膨胀系数差所致，而有可能在与基材的界面处发生层间剥离现象。鉴于此，已经提出了转换方法，其中使基材与表面层部分形成作为连续组织的碳化硅层以提供功能上梯度化的材料(例如，参见日本特开平5-132384号公报)。

此外，还提出了将通过抄造碳纤维得到的抄造体经化学气相渗透(CVI)用热解碳浸渍，由此形成热解碳被覆层(例如，参见日本特开2002-68851号公报)。

然而，在上述的通过转换方法获得的SiC被覆层或通过热解碳的CVI得到的被覆层中，该被覆层仅仅在陶瓷被覆层与基材之间的界面处才有效地作用于层间剥离。当基材是沿着与陶瓷被覆层平行的两个方向排列的C/C复合材料或者是多个层的层叠体时，或者当如无纺布一样构成基材的纤维在厚度方向彼此不交叉时，则C/C复合材料不具有对抗其内部的层间剥离的足够的强度。鉴于此，由陶瓷被覆层与C/C复合材料之间的热膨胀的差异而产生的内部应力所致，在C/C复合材料的内部有时会发生层间剥离现象。造成该现象的主要原因在于C/C复合材料的表面层附近的碳纤维层追随陶瓷被覆层而伸缩，而陶瓷被覆层的粘着力不对远离表面层的深层(C/C复合材料内部)起作用。

发明内容

考虑到上述情况本发明得以完成，本发明的一个目的是提供一种陶瓷复合部件，即使当不能充分确保剥离强度时，例如当其上将形成有陶瓷被覆层基材的C/C复合材料是沿两个方向排列的排列体或层叠体时，或者当形成C/C复合材料的碳纤维是无纺布时，所述陶瓷复合部件也可减少或防止由于与陶瓷被覆层的热膨胀差异所致而发生的C/C复合材料内部的层间剥离。

(1)根据本发明的一个方案，提供一种陶瓷复合部件，所述部件包含：基材，所述基材包含碳纤维增强型碳复合材料；和在所述基材的表面上形成的陶瓷被覆层，其中，多个孔形成于所述基材的表面上，并且所述孔的内表面被覆有所述陶瓷被覆层。

根据该陶瓷复合部件，被覆所述孔的内表面的陶瓷被覆层用作机械层间结合体从而展示对抗基材层间的剥离的对抗效果。也就是说，增大了剥离强度。附带提及，剥离强度与陶瓷被覆层和孔的内表面之间的接合表面的剪切强度成比例。

(2)在(1)的陶瓷复合部件中，所述孔可充填有形成所述陶瓷被覆层的陶瓷。

根据该陶瓷复合部件，与所述孔的内表面被覆的陶瓷具有中空管状结构的情况相比，充填的陶瓷成形为实心轴形从而增大了轴线方向的压缩-抗张强度及垂直于轴线的方向的剪切强度。

(3)在(1)的陶瓷复合部件中，在涂覆所述陶瓷被覆层后的所述多个孔的大多数的开口部的宽度可以是所述陶瓷被覆层的厚度的两倍以下。优选的是，超过80％、或超过90％、或超过95％、或者所有的开口部均为所述陶瓷被覆层的厚度的两倍以下。