JP2001106585A - Treating method for improving resistance to oxidation at high temperature of carbon material - Google Patents
Treating method for improving resistance to oxidation at high temperature of carbon materialInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、炭素繊維強化炭素
複合材等の炭素材料の耐酸化性および耐腐食性を向上さ
せるための耐高温酸化処理方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-temperature oxidation treatment method for improving the oxidation resistance and corrosion resistance of carbon materials such as carbon fiber reinforced carbon composites.
【０００２】[0002]
【従来の技術】炭素材料は、軽量かつ優れた高温機械特
性を有し、特に１５００℃以上の温度下でも強度低下等
の機械特性の劣化が起こらないため、高温用材料として
注目されている。特に、炭素繊維強化炭素複合材は、高
温強度や耐熱衝撃性に優れた特性を有するため、高温構
造部材としての応用が期待されている。このような炭素
繊維強化炭素複合材は、強化材となる炭素繊維に炭化残
留率の高いマトリックス樹脂液を含浸または塗布して積
層成形した後、硬化および焼成炭化処理を行うことによ
り製造される。2. Description of the Related Art Carbon materials have attracted attention as high-temperature materials because they have light weight and excellent high-temperature mechanical properties, and do not cause deterioration of mechanical properties such as a decrease in strength even at a temperature of 1500 ° C. or more. In particular, the carbon fiber reinforced carbon composite material has properties excellent in high-temperature strength and thermal shock resistance, and is therefore expected to be applied as a high-temperature structural member. Such a carbon fiber reinforced carbon composite material is manufactured by impregnating or applying a matrix resin liquid having a high carbonization residual rate to carbon fibers serving as a reinforcing material, forming a laminate, and then performing a curing and firing carbonization treatment.
【０００３】しかしながら、炭素繊維強化炭素複合材等
の炭素材料はＣ（炭素）を主成分とした材料であること
から、高温酸化雰囲気での使用に際しては、耐酸化性お
よび耐腐食性を付与する必要がある。これまで、炭素繊
維強化炭素複合材の表面に耐熱性および耐酸化性に優れ
たＳｉＣ（炭化ケイ素）被覆層をコーティングする試み
が多くなされている。However, since carbon materials such as carbon fiber reinforced carbon composites are mainly composed of C (carbon), they provide oxidation resistance and corrosion resistance when used in a high-temperature oxidizing atmosphere. There is a need. Until now, many attempts have been made to coat a surface of a carbon fiber reinforced carbon composite with a SiC (silicon carbide) coating layer having excellent heat resistance and oxidation resistance.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＳｉＣ
被覆層を炭素繊維強化炭素複合材の表面に直接コーティ
ングする場合、ＳｉＣ被覆層と基材との間には明瞭な層
境界が存在する上、ＳｉＣ被覆層と基材との熱膨張係数
の差が大きいため、熱サイクルにおける熱応力によりＳ
ｉＣ被覆層には亀裂（クラック）が生じる。それによ
り、従来の炭素繊維強化炭素複合材は高温酸化腐食性の
環境にさらされると、酸素等の腐食性ガスがＳｉＣ被覆
層中のクラックを通して基材まで拡散し、基材を酸化消
耗する問題が生じる。SUMMARY OF THE INVENTION However, SiC
When the coating layer is directly coated on the surface of the carbon fiber reinforced carbon composite, there is a clear layer boundary between the SiC coating layer and the substrate, and the difference in the thermal expansion coefficient between the SiC coating layer and the substrate. Is large, so that S
Cracks occur in the iC coating layer. Accordingly, when the conventional carbon fiber reinforced carbon composite is exposed to a high-temperature oxidative corrosive environment, a corrosive gas such as oxygen diffuses through cracks in the SiC coating layer to the substrate, and the substrate is oxidized and consumed. Occurs.
【０００５】クラックを通しての酸化を防止するには、
クラックをシールする方法が考えられる。これまで、Ｓ
ｉＣ被覆層と基材との間に、ＣＶＤ法により炭化ホウ素
（Ｂ 4 Ｃ）層、または塗布法により酸化ホウ素Ｂ2 Ｏ3
を含有するガラス質層を形成する試みが多くなされてい
る。炭化ホウ素層、または酸化ホウ素（Ｂ2 Ｏ3 ）を含
有するガラス質層は、４５０℃以上の温度では溶融の酸
化ホウ素を生じ、溶融酸化ホウ素がＳｉＣ被覆層のクラ
ックに流入し、クラックをシールすることが報告されて
いる。しかし、上記のＣＶＤ法により形成した炭化ホウ
素層または塗布法により形成したガラス質層は、基材と
の密着性に問題がある。To prevent oxidation through cracks,
A method of sealing cracks is conceivable. Until now, S
boron carbide between the iC coating layer and the substrate by CVD
(B FourC) Layer or boron oxide B by coating methodTwoOThree
Many attempts have been made to form a vitreous layer containing
You. Boron carbide layer or boron oxide (BTwoOThree)
The vitreous layer having a temperature above 450 ° C.
Boron oxide is generated, and molten boron oxide forms a cladding of the SiC coating layer.
Reported to flow into the crack and seal the crack
I have. However, the boron carbide formed by the above CVD method
The base layer or the vitreous layer formed by the coating method
There is a problem with the adhesion of
【０００６】本発明の目的は、炭素材料の表面に耐高温
酸化性を向上させるための改質層を均一かつ密着性よく
形成することが可能な処理方法を提供することである。[0006] An object of the present invention is to provide a processing method capable of forming a reformed layer for improving high-temperature oxidation resistance on a surface of a carbon material uniformly and with good adhesion.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段および発明の効果】本発明
に係る炭素材料の耐高温酸化処理方法は、炭素材料によ
り形成された基材の表面にプラズマイマージョンイオン
注入法または物理的蒸着法によって炭化ホウ素を含む改
質層を形成するものである。Means for Solving the Problems and Effects of the Invention According to the present invention, there is provided a method for treating a carbon material at a high temperature, which is resistant to high-temperature oxidation by plasma immersion ion implantation or physical vapor deposition on the surface of a substrate formed of the carbon material. This is for forming a modified layer containing boron.
【０００８】プラズマイマージョンイオン注入法とは、
プラズマ中に配置された対象物に負のパルス電圧を印加
することにより、プラズマ中のイオンを引き出し、対象
物に全方向からイオン注入する方法である。このプラズ
マイマージョンイオン注入（Plasma Immersion Ion Imp
lantation(PIII))法は、例えば、Conrad J.R.,“Sheath
Thickness and Potential Profiles of Ion Matrix Sh
eaths for Cyclindrical and Spherical Electrodes
”, Journal of Applied Physics, Vol 62 (1987a) 77
7に報告されている。[0008] The plasma immersion ion implantation method
This is a method in which a negative pulse voltage is applied to an object placed in plasma to extract ions in the plasma and implant ions into the object from all directions. This plasma immersion ion implantation (Plasma Immersion Ion Imp
lantation (PIII)) method is described in, for example, Conrad JR, “Sheath
Thickness and Potential Profiles of Ion Matrix Sh
eaths for Cyclindrical and Spherical Electrodes
”, Journal of Applied Physics, Vol 62 (1987a) 77
7 reported.
【０００９】本発明に係る炭素材料の耐高温酸化処理方
法においては、基材の炭素材料の表面に炭化ホウ素を含
む改質層が形成される。この改質層はプラズマイマージ
ョンイオン注入法または物理的蒸着法により形成される
ことから、基材と改質層との境界部に炭素材料と炭化ホ
ウ素との混合領域が形成され、基材と改質層との間に明
瞭な層境界ができにくくなる。それにより、改質層と基
材との間で密着力が向上する。また、改質層が炭化ホウ
素を含んでいることから、炭素材料からなる基材が酸化
雰囲気中で高温になっても、酸素と炭化ホウ素との反応
により溶融酸化ホウ素（Ｂ2 Ｏ3 ）が生じる。この溶融
酸化ホウ素により基材がシールされて酸素に触れないよ
うになるので、耐高温酸化性が向上する。In the method for high-temperature oxidation resistant treatment of a carbon material according to the present invention, a modified layer containing boron carbide is formed on the surface of a carbon material as a substrate. Since this modified layer is formed by the plasma immersion ion implantation method or the physical vapor deposition method, a mixed region of a carbon material and boron carbide is formed at the boundary between the substrate and the modified layer, and the modified layer is formed. It is difficult to form a clear layer boundary with the material layer. Thereby, the adhesion between the modified layer and the base material is improved. Further, since the modified layer contains boron carbide, molten boron oxide (B 2 O 3 ) is formed by the reaction between oxygen and boron carbide even when the substrate made of a carbon material becomes hot in an oxidizing atmosphere. Occurs. Since the base material is sealed by the molten boron oxide so that it does not come into contact with oxygen, the high-temperature oxidation resistance is improved.
【００１０】また、改質層表面に化学的気相成長法によ
り炭化ケイ素層を形成してもよい。この場合、炭化ケイ
素層は均一でかつ緻密であるので、耐酸化性および耐腐
食性が向上する。炭化ケイ素層に亀裂が入っても改質層
で溶融酸化ホウ素（Ｂ2 Ｏ 3 ）が生じ、基材が保護され
る。The surface of the modified layer is formed by chemical vapor deposition.
A silicon carbide layer may be formed. In this case, the silicon carbide
Since the base layer is uniform and dense, it is resistant to oxidation and corrosion.
Food quality is improved. Modified layer even if the silicon carbide layer has cracks
And molten boron oxide (BTwoO Three) Occurs and the substrate is protected
You.
【００１１】また、基材にホウ素イオンをプラズマイマ
ージョンイオン注入法で注入することにより改質層を形
成することが好ましい。Preferably, the modified layer is formed by implanting boron ions into the substrate by a plasma immersion ion implantation method.
【００１２】この場合、複雑な形状を取る炭素材料基材
にホウ素イオンを均一的に注入し、基材の炭素とホウ素
イオンとを反応させることにより表層部に均一な炭化ホ
ウ素を形成することができる。また、ホウ素イオンが基
材の深さ方向で広範囲に分布するので、炭化ホウ素を含
む改質層の厚みを厚くすることができる。それにより、
炭素材料と炭化ホウ素との混合領域が基材の表層部に形
成され、基材と改質層との密着力を強くすることができ
る。In this case, it is possible to form a uniform boron carbide in the surface layer by uniformly injecting boron ions into a carbon material substrate having a complicated shape and reacting the carbon and the boron ions in the substrate. it can. Further, since the boron ions are widely distributed in the depth direction of the base material, the thickness of the modified layer containing boron carbide can be increased. Thereby,
A mixed region of the carbon material and boron carbide is formed in the surface layer of the base material, and the adhesion between the base material and the modified layer can be increased.
【００１３】また、ホウ素を含む蒸着源の加熱蒸発また
はスパッタリングにより改質層を形成してもよい。この
場合、炭化ホウ素がホウ素と炭素との反応により形成さ
れるので、炭素材料と炭化ホウ素との混合領域が基材の
表層部に形成され、炭素材料とホウ素との間で層境界が
できにくくなる。それにより、炭化ホウ素を含む改質層
と基材との間の密着力を強くすることができる。Further, the modified layer may be formed by heating evaporation or sputtering of a deposition source containing boron. In this case, since boron carbide is formed by the reaction between boron and carbon, a mixed region of the carbon material and boron carbide is formed in the surface layer portion of the base material, and a layer boundary is not easily formed between the carbon material and boron. Become. Thereby, the adhesion between the modified layer containing boron carbide and the substrate can be increased.
【００１４】また、ホウ素を含む蒸着源の加熱蒸発また
はスパッタリングを行うとともに炭素を含む蒸着源の加
熱蒸発またはスパッタリングを行ってもよい。また、炭
素を含む雰囲気中でホウ素を含む蒸着源の加熱蒸発また
はスパッタリングを行ってもよい。Further, the evaporation and sputtering of the evaporation source containing boron and the evaporation and sputtering of the evaporation source containing carbon may be performed. Further, heating evaporation or sputtering of a deposition source containing boron may be performed in an atmosphere containing carbon.
【００１５】また、ホウ素をイオン化するとともに基材
に負のバイアスを印加することが好ましい。It is preferable to ionize boron and apply a negative bias to the substrate.
【００１６】この場合、ホウ素イオンを加速して基材の
炭素材料の表層部に入り込ませることができ、基材の炭
素材料とホウ素とから炭化ホウ素を形成でき、炭化ホウ
素を含む改質層が基材表層部に形成されるので、炭素材
料と改質層の密着力を強くすることができる。In this case, the boron ions can be accelerated to penetrate into the surface layer of the carbon material of the substrate, boron carbide can be formed from the carbon material of the substrate and boron, and the modified layer containing boron carbide can be formed. Since it is formed on the surface layer of the base material, the adhesion between the carbon material and the modified layer can be increased.
【００１７】また、プラズマイマージョンイオン注入ま
たは物理的蒸着の後、不活性ガス雰囲気中において１０
００℃以上の温度で熱処理することが好ましく、１５０
０℃以上の温度で熱処理することがより好ましい。Further, after plasma immersion ion implantation or physical vapor deposition, 10 minutes in an inert gas atmosphere.
The heat treatment is preferably performed at a temperature of at least
More preferably, the heat treatment is performed at a temperature of 0 ° C. or higher.
【００１８】それにより、基材の炭素材料とホウ素との
反応による炭化ホウ素を含む改質層の形成が促進され
る。Thus, the formation of the modified layer containing boron carbide by the reaction between the carbon material of the base material and boron is promoted.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、本発明の
第１の実施の形態に係る炭素材料の耐高温酸化処理方法
の一例を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (Embodiment 1) Hereinafter, an example of a high-temperature oxidation-resistant treatment method for a carbon material according to a first embodiment of the present invention will be described.
【００２０】（１）改質層の形成 炭素繊維強化炭素複合材の表面にホウ素イオンをプラズ
マイマージョンイオン注入法により注入する。それによ
り、ホウ素イオンが炭素繊維強化炭素複合材の表面から
所定の深さまで広範囲に分布するので、ホウ素イオンの
含有率が高い領域を厚くすることができる。(1) Formation of Modified Layer Boron ions are implanted into the surface of the carbon fiber reinforced carbon composite material by a plasma immersion ion implantation method. As a result, the boron ions are distributed over a wide range from the surface of the carbon fiber reinforced carbon composite to a predetermined depth, so that the region having a high boron ion content can be thickened.
【００２１】次に、ホウ素イオンが注入された炭素繊維
強化炭素複合材を不活性ガス雰囲気中で所定時間１００
０℃以上の温度に保って熱処理する。この高温熱処理に
より、注入したホウ素イオンは炭素繊維強化炭素複合材
（基材）の炭素と反応してその表層部に炭化ホウ素を含
む改質層が形成される。なお、熱処理の温度は１５００
℃以上であることが好ましい。Next, the carbon fiber reinforced carbon composite material into which boron ions have been implanted is placed in an inert gas atmosphere for 100 hours.
Heat treatment is performed at a temperature of 0 ° C. or higher. By this high-temperature heat treatment, the implanted boron ions react with the carbon of the carbon fiber reinforced carbon composite material (base material) to form a modified layer containing boron carbide on the surface thereof. The temperature of the heat treatment is 1500
It is preferable that the temperature is not lower than ° C.
【００２２】この場合の反応プロセスを式（１）に示
す。 ４Ｂ＋Ｃ→Ｂ4 Ｃ … （１）The reaction process in this case is shown in equation (1). 4B + C → B 4 C (1)
【００２３】（２）ＣＶＤ法による表面被覆層の形成 次に、基材の改質層の表面にＣＶＤ法によりＳｉＣから
なる表面被覆層（以下、ＣＶＤ−ＳｉＣ層と呼ぶ）を形
成する。ＣＶＤ−ＳｉＣ層の形成方法は特に限定されな
いが、耐酸化性および耐腐食性を付与するためには、緻
密なＳｉＣからなる表面被覆層を形成することが必要で
ある。(2) Formation of Surface Coating Layer by CVD Method Next, a surface coating layer made of SiC (hereinafter, referred to as a CVD-SiC layer) is formed on the surface of the modified layer of the substrate by the CVD method. The method for forming the CVD-SiC layer is not particularly limited, but it is necessary to form a dense surface coating layer made of SiC in order to impart oxidation resistance and corrosion resistance.
【００２４】ＣＶＤ−ＳｉＣ層の形成における原料ガス
は、ケイ素源としてシラン化合物、有機元素等を用い
る。また炭素源として、メタン（ＣＨ4 ）等の炭化水素
を始めとする有機化合物ガスを用いる。As a source gas for forming the CVD-SiC layer, a silane compound, an organic element, or the like is used as a silicon source. An organic compound gas such as a hydrocarbon such as methane (CH 4 ) is used as a carbon source.
【００２５】反応条件は原料ガス等により異なるが、炭
素源となる有機化合物ガスの流量が過剰になると、遊離
炭素が析出し、ＣＶＤ−ＳｉＣ層の耐酸化性および耐腐
食性を低下させる原因となるので、炭素が共析せずにＳ
ｉＣのみが成長するような条件で表面被覆層を形成する
ことが好ましい。The reaction conditions vary depending on the raw material gas and the like. However, if the flow rate of the organic compound gas serving as a carbon source becomes excessive, free carbon is precipitated, which causes a decrease in oxidation resistance and corrosion resistance of the CVD-SiC layer. So that carbon does not eutect
It is preferable to form the surface coating layer under conditions such that only iC grows.
【００２６】図１は耐高温酸化処理後の炭素繊維強化炭
素複合材の断面組織の模式図である。FIG. 1 is a schematic view of a cross-sectional structure of a carbon fiber reinforced carbon composite material after a high temperature oxidation treatment.
【００２７】図１に示すように、基材１は炭素繊維１１
およびカーボンマトリックス１２からなる。基材１の表
層部には、炭化ホウ素（Ｂ4 Ｃ）からなる改質層２、お
よび最表面のＣＶＤ−ＳｉＣ層３が順に積層される。こ
の改質層２には、炭化ホウ素以外に、未反応の炭素繊維
１１のＣおよび未反応のカーボンマトリックス１２のＣ
が含まれる。As shown in FIG. 1, the substrate 1 is made of carbon fiber 11
And a carbon matrix 12. A modified layer 2 made of boron carbide (B 4 C) and a CVD-SiC layer 3 on the outermost surface are sequentially laminated on the surface layer of the substrate 1. In addition to boron carbide, this modified layer 2 contains carbon of unreacted carbon fiber 11 and carbon of unreacted carbon matrix 12.
Is included.
【００２８】図２には、ＣＶＤ−ＳｉＣ層３に微細な亀
裂（クラック）４が発生した状態が示されている。例え
ば熱サイクルにより基材１および改質層２とＣＶＤ−Ｓ
ｉＣ層３との熱膨張係数の差による熱応力で亀裂４が発
生する。改質層２およびＣＶＤ−ＳｉＣ層３が形成され
た基材１が、このような状態で空気中にて高温にさらさ
れると、図２（ａ）に示すように、亀裂４から酸素（Ｏ
2 ）が侵入して改質層２に拡散する。FIG. 2 shows a state in which fine cracks (cracks) 4 have occurred in the CVD-SiC layer 3. For example, the substrate 1 and the modified layer 2 and the CVD-S
A crack 4 is generated by thermal stress due to a difference in thermal expansion coefficient between the iC layer 3 and the iC layer 3. When the base material 1 on which the modified layer 2 and the CVD-SiC layer 3 are formed is exposed to a high temperature in the air in such a state, as shown in FIG.
2 ) enters and diffuses into the modified layer 2.
【００２９】改質層２には、炭化ホウ素（Ｂ4 Ｃ）が存
在するため、酸素（Ｏ2 ）が炭化ホウ素（Ｂ4 Ｃ）と反
応してホウ素酸化物（Ｂ2 Ｏ3 ）が生じる。改質層２に
おいて、ホウ素酸化物（Ｂ2 Ｏ3 ）が形成される反応プ
ロセスを式（２）に示す。Since boron carbide (B 4 C) is present in the modified layer 2, oxygen (O 2 ) reacts with boron carbide (B 4 C) to produce boron oxide (B 2 O 3 ). . The reaction process in which the boron oxide (B 2 O 3 ) is formed in the modified layer 2 is shown in equation (2).
【００３０】 Ｂ4 Ｃ＋４Ｏ2 →２Ｂ2 Ｏ3 ＋ＣＯ2 … （２） 図２（ｂ）に示すように、ホウ素酸化物（Ｂ2 Ｏ3 ）は
４５０℃以上で溶融して亀裂４の近傍に溶融ホウ素酸化
物５を生じる。なお、図２（ｂ）の亀裂４の近傍を拡大
して図３に示す。溶融ホウ素酸化物５では酸素の拡散が
小さいため、基材１が溶融ホウ素酸化物５によりシール
されて侵入してくる酸素（Ｏ2 ）がほとんど基材１に到
達しなくなる。それにより、基材１が酸化されるのを防
止することができる。ただし、１０００℃以上の高温に
なるとホウ素酸化物（Ｂ2 Ｏ3 ）が蒸発するため、１０
００℃以上ではシールできる期間が限られる。そのた
め、改質層２は厚い程好ましい。B 4 C + 4O 2 → 2B 2 O 3 + CO 2 (2) As shown in FIG. 2B, the boron oxide (B 2 O 3 ) is melted at 450 ° C. or more and becomes close to the crack 4. This produces molten boron oxide 5. FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of the crack 4 in FIG. Since the diffusion of oxygen is small in the molten boron oxide 5, the substrate 1 is sealed by the molten boron oxide 5 and almost no oxygen (O 2 ) enters and reaches the substrate 1. Thereby, the base material 1 can be prevented from being oxidized. However, at a high temperature of 1000 ° C. or more, boron oxide (B 2 O 3 ) evaporates.
If the temperature is higher than 00 ° C., the period during which sealing can be performed is limited. Therefore, it is preferable that the modified layer 2 is thicker.
【００３１】上記のように基材１の表面に改質層２およ
びＣＶＤ−ＳｉＣ層３が形成されることにより、炭素繊
維強化炭素複合材に優れた酸化性および耐腐食性の機能
が付与される。By forming the modified layer 2 and the CVD-SiC layer 3 on the surface of the substrate 1 as described above, the carbon fiber reinforced carbon composite material is provided with excellent oxidation and corrosion resistance functions. You.
【００３２】（実施の形態２）次に、本発明の第２の実
施の形態に係る炭素材料の耐高温酸化処理方法の一例を
説明する。(Embodiment 2) Next, an example of a high-temperature oxidation-resistant treatment method for a carbon material according to a second embodiment of the present invention will be described.
【００３３】（１）改質層の形成 炭素繊維強化炭素複合材（基材）表面にスパッタリング
法により改質層を形成する。スパッタリングを行うため
に、スパッタリング装置のチャンバ内の基板上に基材を
設置するとともに、ホウ素からなるターゲットおよび炭
素からなるターゲットを基材に対向する位置に設置す
る。チャンバ内に不活性ガスを導入してチャンバ内を所
定の圧力にする。スパッタリングを行う際には、基板の
温度を制御することが好ましい。(1) Formation of a Modified Layer A modified layer is formed on the surface of a carbon fiber reinforced carbon composite material (base material) by a sputtering method. In order to perform sputtering, a substrate is placed on a substrate in a chamber of a sputtering apparatus, and a target made of boron and a target made of carbon are placed at positions facing the substrate. An inert gas is introduced into the chamber to bring the inside of the chamber to a predetermined pressure. When performing sputtering, it is preferable to control the temperature of the substrate.
【００３４】スパッタリングを行うときには、チャンバ
内でプラズマ放電を起こしてターゲットから飛び出した
ホウ素をイオン化する。それと同時に基板に負電圧を印
加することにより、ホウ素イオンを電界中で加速して基
材に衝突させる。基材表面でホウ素と炭素とが反応する
ことにより、基材の表面に、基材との密着性の良い炭化
ホウ素層が形成される。When performing sputtering, a plasma discharge is generated in the chamber to ionize boron that has jumped out of the target. At the same time, by applying a negative voltage to the substrate, the boron ions are accelerated in the electric field and collide with the substrate. By reacting boron and carbon on the surface of the substrate, a boron carbide layer having good adhesion to the substrate is formed on the surface of the substrate.
【００３５】次に、炭素繊維強化炭素複合材を不活性ガ
ス雰囲気中で所定時間１０００℃以上の温度に保って熱
処理する。この高温熱処理により、未反応のホウ素は周
囲のの炭素と反応してその表層部に炭化ホウ素を含む改
質層が形成される。なお、熱処理の温度は１５００℃以
上であることが好ましい。Next, the carbon fiber reinforced carbon composite material is heat-treated in an inert gas atmosphere for a predetermined time at a temperature of 1000 ° C. or higher. As a result of this high-temperature heat treatment, unreacted boron reacts with the surrounding carbon to form a modified layer containing boron carbide on the surface thereof. Note that the temperature of the heat treatment is preferably 1500 ° C. or higher.
【００３６】（２）ＣＶＤ法による表面被覆層の形成 次に、基材の改質層の表面にＣＶＤ−ＳｉＣ層を第１の
実施の形態と同様の方法により形成する。それにより、
実施の形態１と同様に図１に示す断面組織が形成され
る。このように基材１の表面に改質層２およびＣＶＤ−
ＳｉＣ層３が形成されることにより、炭素繊維強化炭素
複合材に優れた耐酸化性および耐腐食性の機能が付与さ
れるのは、実施の形態１と同様である。(2) Formation of Surface Coating Layer by CVD Method Next, a CVD-SiC layer is formed on the surface of the modified layer of the substrate by the same method as in the first embodiment. Thereby,
The cross-sectional structure shown in FIG. 1 is formed as in the first embodiment. Thus, the modified layer 2 and the CVD-
As in the first embodiment, the formation of the SiC layer 3 imparts excellent oxidation resistance and corrosion resistance to the carbon fiber reinforced carbon composite material.
【００３７】なお、上記第２の実施の形態では、スパッ
タリングを行う際にプラズマを発生させてホウ素をイオ
ン化して電界中で加速したが、必ずしもホウ素をイオン
化して加速する必要はない。ただし、改質層と基板との
間に層境界をつくらないためには上記のようにホウ素を
イオン化して電界中で加速することが好ましい。In the second embodiment, when sputtering is performed, plasma is generated to ionize boron and accelerate in an electric field, but it is not always necessary to ionize and accelerate boron. However, in order not to form a layer boundary between the modified layer and the substrate, it is preferable to ionize boron and accelerate in an electric field as described above.
【００３８】（実施の形態３）次に、本発明の第３の実
施の形態に係る炭素材料の耐高温酸化処理方法の一例を
説明する。(Embodiment 3) Next, an example of a high-temperature oxidation-resistant treatment method for a carbon material according to a third embodiment of the present invention will be described.
【００３９】（１）改質層の形成 炭素繊維強化炭素複合材（基材）の表面にイオンプレー
ティング法により改質層を形成する。イオンプレーティ
ングを行うために、真空チャンバ内の基板上に基材を設
置するとともに、ホウ素をルツボの中に入れる。蒸着を
行う際には基板温度を制御することが好ましい。チャン
バ内を所定の圧力にして炭化水素を導入する。(1) Formation of a modified layer A modified layer is formed on the surface of a carbon fiber reinforced carbon composite material (base material) by an ion plating method. In order to perform ion plating, a substrate is placed on a substrate in a vacuum chamber, and boron is put into a crucible. When performing evaporation, it is preferable to control the substrate temperature. The hydrocarbon is introduced at a predetermined pressure in the chamber.
【００４０】蒸着源のホウ素を加熱蒸発させて基材表面
にホウ素を蒸着する。このときチャンバ内でプラズマ放
電を起こしてルツボから蒸発したホウ素をイオン化す
る。それと同時に基板に負電圧を印加することにより、
ホウ素イオンを電界中で加速して基材に衝突させる。基
材表面でホウ素と炭化水素とが反応することにより、基
材の表面に、基材との密着性の良い炭化ホウ素層が形成
される。この場合の反応プロセスを式（３）により示
す。The boron of the evaporation source is heated and evaporated to deposit boron on the surface of the substrate. At this time, plasma discharge occurs in the chamber to ionize boron evaporated from the crucible. At the same time, by applying a negative voltage to the substrate,
The boron ions are accelerated in the electric field and collide with the substrate. By reacting the boron and the hydrocarbon on the surface of the substrate, a boron carbide layer having good adhesion to the substrate is formed on the surface of the substrate. The reaction process in this case is shown by equation (3).
【００４１】 Ｂ＋Ｃ2 Ｈ2 →Ｂ4 Ｃ＋Ｈ2 … （３） 次に、炭素繊維強化炭素複合材を不活性ガス雰囲気中で
所定時間１０００℃以上の温度に保って熱処理する。こ
の高温熱処理により、未反応のホウ素は周囲のの炭素と
反応してその表層部に炭化ホウ素を含む改質層が形成さ
れる。なお、熱処理の温度は１５００℃以上であること
が好ましい。B + C 2 H 2 → B 4 C + H 2 (3) Next, the carbon fiber reinforced carbon composite material is heat-treated in an inert gas atmosphere at a temperature of 1000 ° C. or higher for a predetermined time. As a result of this high-temperature heat treatment, unreacted boron reacts with the surrounding carbon to form a modified layer containing boron carbide on the surface thereof. Note that the temperature of the heat treatment is preferably 1500 ° C. or higher.
【００４２】（２）ＣＶＤ法による表面被覆層の形成 次に、基材の改質層の表面にＣＶＤ−ＳｉＣ層を第１の
実施の形態と同様の方法により形成する。それにより、
実施の形態１と同様に図１に示す断面組織が形成され
る。このように基材１の表面に改質層２およびＣＶＤ−
ＳｉＣ層３が形成されることにより、炭素繊維強化炭素
複合材に優れた耐酸化性および耐腐食性の機能が付与さ
れるのは、実施の形態１と同様である。(2) Formation of Surface Coating Layer by CVD Method Next, a CVD-SiC layer is formed on the surface of the modified layer of the substrate by the same method as in the first embodiment. Thereby,
The cross-sectional structure shown in FIG. 1 is formed as in the first embodiment. Thus, the modified layer 2 and the CVD-
As in the first embodiment, the formation of the SiC layer 3 imparts excellent oxidation resistance and corrosion resistance to the carbon fiber reinforced carbon composite material.
【００４３】なお、上記第３の実施の形態では、真空蒸
着を行う際にプラズマを発生させてホウ素をイオン化し
電界中で加速したが、必ずしもホウ素をイオン化して電
界中で加速する必要はない。ただし、改質層と基材との
間に層境界をつくらないためには上記のようにホウ素を
イオン化して電界中で加速することが好ましい。In the third embodiment, when performing vacuum deposition, plasma is generated to ionize boron and accelerate in an electric field. However, it is not always necessary to ionize boron and accelerate in an electric field. . However, in order not to form a layer boundary between the modified layer and the base material, it is preferable to ionize boron and accelerate in an electric field as described above.
【００４４】[0044]
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明する。Hereinafter, examples of the present invention will be described in comparison with comparative examples.
【００４５】（実施例１） （１）ホウ素イオンのプラズマイマージョンイオン注入
による改質層の形成 嵩密度が１．６５ｇ／ｃｍ3 で熱膨張係数が０．６×１
０-6Ｋ-1の二次元炭素繊維強化炭素複合材を基材として
用いた。基材を真空チャンバにセットし、繰り返し周波
数１８００Ｈｚのパルスで５０ｋＶの負電圧を基材に印
加することによってホウ素イオンのプラズマイマージョ
ンイオン注入を行った。さらに、１５５０℃のＡｒ雰囲
気で３０分間熱処理を行った。これにより、注入したホ
ウ素イオンは基材の炭素と反応して、基材の表層部に炭
化ホウ素層からなる改質層を形成した。(Example 1) (1) Formation of a modified layer by plasma immersion ion implantation of boron ions The bulk density is 1.65 g / cm 3 and the thermal expansion coefficient is 0.6 × 1
A two-dimensional carbon fiber reinforced carbon composite material of 0 -6 K -1 was used as a base material. The substrate was set in a vacuum chamber, and a plasma immersion ion implantation of boron ions was performed by applying a negative voltage of 50 kV to the substrate with a pulse having a repetition frequency of 1800 Hz. Further, heat treatment was performed in an Ar atmosphere at 1550 ° C. for 30 minutes. As a result, the implanted boron ions reacted with the carbon of the substrate to form a modified layer composed of a boron carbide layer on the surface layer of the substrate.
【００４６】図４にホウ素イオンの深さ方向の分布につ
いて二次イオン質量分析により得られた結果を示す。ホ
ウ素イオンは５μｍ以上の深さ範囲にわたって分布して
いることが分かる。また、上記のイオン注入条件では、
ホウ素イオンは０．５μｍ〜１．５μｍまでの深さ範囲
において約５０ａｔ％の濃度を保持した。FIG. 4 shows the results obtained by secondary ion mass spectrometry for the distribution of boron ions in the depth direction. It can be seen that boron ions are distributed over a depth range of 5 μm or more. In the above ion implantation conditions,
Boron ions maintained a concentration of about 50 at% in the depth range from 0.5 μm to 1.5 μm.
【００４７】図５に改質層の形成前後の基材のＸ線回折
結果を示す。図５において、曲線２１には、曲線２０が
ホウ素イオンのプラズマイマージョンイオン注入前を示
しており、曲線２１がホウ素イオンを注入して熱処理を
行った後を示している。表面に改質層を形成した基材か
ら炭化ホウ素（Ｂ4 Ｃ）に対応するピークが検出され
た。FIG. 5 shows the results of X-ray diffraction of the substrate before and after the formation of the modified layer. In FIG. 5, a curve 21 shows a curve 20 before boron ion plasma immersion ion implantation, and a curve 21 shows a state after boron ion implantation and heat treatment. A peak corresponding to boron carbide (B 4 C) was detected from the substrate having the modified layer formed on the surface.
【００４８】図６にＸ線光電子分光法により得られた改
質層からのＣ１ｓスペクトルを示す。図６において、曲
線３０は改質層についてのＸ線光電分布法の測定結果を
示している。曲線３１，３２は曲線３０で示した測定デ
ータをピーク分離したものである。曲線３１はＣ同士の
結合状態を反映して２８５ｅＶのところにピークを有し
ている。また、曲線３２はＢ4 Ｃの中のＣの結合状態を
反映して２８３ｅＶにシフトしたピークを有している。
なお、曲線３１，３２を合成したものが破線で示した曲
線３３になり、ピーク分離が正しいことが分かる。ピー
ク分離解析の結果、炭化ホウ素（Ｂ4 Ｃ）に対応するＣ
１ｓシグナルが認められた。FIG. 6 shows a C1s spectrum from the modified layer obtained by X-ray photoelectron spectroscopy. In FIG. 6, a curve 30 shows the measurement result of the modified layer by the X-ray photoelectric distribution method. The curves 31 and 32 are obtained by separating the measurement data shown by the curve 30 into peaks. The curve 31 has a peak at 285 eV reflecting the bonding state between C atoms. Curve 32 has a peak shifted to 283 eV reflecting the bonding state of C in B 4 C.
Note that the result of combining the curves 31 and 32 becomes the curve 33 indicated by the broken line, and it can be seen that the peak separation is correct. As a result of peak separation analysis, C corresponding to boron carbide (B 4 C)
A 1s signal was observed.
【００４９】以上の結果により、プラズマイマージョン
イオン注入と不活性ガス雰囲気中での熱処理により基材
の表層部に炭化ホウ素層が形成されることが認められ
た。炭化ホウ素層は注入したホウ素イオンと基材表層部
の炭素とが反応することにより形成されるため、基材と
の間に明瞭な層境界が存在せず、基材との密着性が良い
改質層が得られた。From the above results, it was confirmed that a boron carbide layer was formed on the surface of the substrate by plasma immersion ion implantation and heat treatment in an inert gas atmosphere. Since the boron carbide layer is formed by the reaction between the implanted boron ions and carbon in the surface layer of the substrate, there is no clear layer boundary between the boron carbide layer and the substrate, and the adhesion to the substrate is improved. A quality layer was obtained.
【００５０】（２）ＣＶＤ法による表面被覆層の形成 次に、基材の表面にＣＶＤ法により厚み約５０μｍのＳ
ｉＣからなる表面被覆を形成した。表面被覆層の形成に
おける原料ガスとしては、四塩化ケイ素（ＳｉＣ
ｌ4 ）、メタン（ＣＨ4 ）および水素（Ｈ2 ）を使用し
た。ガス流量は、ＳｉＣｌ4 ：ＣＨ4 ：Ｈ2 ＝０．５：
０．５：３．０（Ｌ／分）に設定した。また、堆積温度
は１２５０℃とした。(2) Formation of Surface Coating Layer by CVD Next, a 50 μm thick S
A surface coating consisting of iC was formed. As a source gas for forming the surface coating layer, silicon tetrachloride (SiC
l 4), methane was used (CH 4) and hydrogen (H 2). The gas flow rate was as follows: SiCl 4 : CH 4 : H 2 = 0.5:
0.5: 3.0 (L / min) was set. The deposition temperature was 1250 ° C.
【００５１】（３）耐酸化性の評価試験 上記の２段階の表面処理により改質層および表面被覆層
が形成された基材を腐食試験炉に入れ、大気中で１３０
０℃で５サイクルの繰り返し酸化を行った。１サイクル
の繰り返し酸化試験としては、１３００℃に昇温した腐
食試験炉に基材を試料導入室から１５分かけて導入し、
腐食試験炉内で１時間保持して酸化させた後、１５分か
けて腐食試験炉から試料導入室に取り出した。１サイク
ルの繰り返し酸化ごとに、酸化による基材の重量減少を
測定した。(3) Oxidation resistance evaluation test The substrate on which the modified layer and the surface coating layer were formed by the two-stage surface treatment described above was placed in a corrosion test furnace, and was subjected to 130
Oxidation was repeated at 0 ° C. for 5 cycles. As a repetitive oxidation test of one cycle, the base material was introduced into the corrosion test furnace heated to 1300 ° C. from the sample introduction chamber over 15 minutes,
After being oxidized by holding in the corrosion test furnace for 1 hour, it was taken out of the corrosion test furnace into the sample introduction chamber over 15 minutes. At each repetition of one cycle of oxidation, the weight loss of the substrate due to the oxidation was measured.
【００５２】（実施例２）実施例２では、実施例１と同
じ二次元炭素繊維強化炭素複合材を基材として用いた。
ホウ素からなるターゲットおよび炭素からなるターゲッ
トをそれぞれ非平衡マグネトロンスパッタリング法によ
りスパッタリングして、ホウ素と炭素とを反応させ、基
材の表面に約３μｍの炭化ホウ素層を形成した。スパッ
タリングを行う際に、アルゴンのプラズマ放電を起こす
パルス高周波電極のパワーを３ｋＷとし、チャンバの圧
力を２３ｍｔｏｒｒに制御し、基板の温度を６００℃に
設定し、基板には−２００Ｖの電圧を印加した。上記の
条件における炭化ホウ素の成膜速度は約２５ｎｍ／分と
なった。さらに、実施例１と同様な熱処理で基材表面に
炭化ホウ素からなる改質層を形成した。Ｘ線回折分析に
より図１と同様な結果が得られた（図７）。(Example 2) In Example 2, the same two-dimensional carbon fiber reinforced carbon composite material as in Example 1 was used as a base material.
A target made of boron and a target made of carbon were each sputtered by a non-equilibrium magnetron sputtering method to react boron and carbon, thereby forming a boron carbide layer of about 3 μm on the surface of the base material. When performing sputtering, the power of the pulsed high-frequency electrode causing plasma discharge of argon was set to 3 kW, the pressure of the chamber was controlled to 23 mtorr, the temperature of the substrate was set to 600 ° C., and a voltage of −200 V was applied to the substrate. . The deposition rate of boron carbide under the above conditions was about 25 nm / min. Further, a modified layer made of boron carbide was formed on the surface of the substrate by the same heat treatment as in Example 1. X-ray diffraction analysis gave the same results as in FIG. 1 (FIG. 7).
【００５３】次に、実施例１と同様なＣＶＤ法でＳｉＣ
からなる表面被覆層を形成した。そして、実施例１と同
一条件で基材に対して繰り返し酸化試験を行った。Next, SiC was formed by the same CVD method as in the first embodiment.
Was formed. Then, an oxidation test was repeatedly performed on the substrate under the same conditions as in Example 1.
【００５４】（実施例３）実施例３では、実施例１と同
じ二次元炭素繊維強化炭素複合材を基材として用いた。
炭化水素からなる雰囲気中でホウ素をルツボに入れて電
子ビーム加熱により蒸発させ、基材の表面に約３μｍの
炭化ホウ素層を形成した。(Example 3) In Example 3, the same two-dimensional carbon fiber reinforced carbon composite material as in Example 1 was used as a base material.
Boron was placed in a crucible in an atmosphere composed of hydrocarbons and evaporated by electron beam heating to form a boron carbide layer of about 3 μm on the surface of the substrate.
【００５５】さらに、実施例１と同様な熱処理で基材表
面に炭化ホウ素からなる改質層を形成した。Ｘ線回折分
析により、図５と同様な結果が得られた。Further, a modified layer made of boron carbide was formed on the surface of the substrate by the same heat treatment as in Example 1. X-ray diffraction analysis gave the same results as in FIG.
【００５６】次に、実施例１と同様なＣＶＤ法でＳｉＣ
からなる表面被覆層を形成した。そして、実施例１と同
一条件で基材に対して繰り返し酸化試験を行った。Next, the same CVD method as in Example 1
Was formed. Then, an oxidation test was repeatedly performed on the substrate under the same conditions as in Example 1.
【００５７】（比較例１）比較例１では、実施例１と同
じ二次元炭素繊維強化炭素複合材を基材として用い、実
施例１の改質層の形成を行わず、実施例１のＣＶＤ法で
基材の表面に直接ＳｉＣからなる表面被覆層を形成し
た。このように基材１の表面にＣＶＤ−ＳｉＣ層３が直
接形成されたものに対して実施例１と同一条件で繰り返
し酸化試験を行った。Comparative Example 1 In Comparative Example 1, the same two-dimensional carbon fiber reinforced carbon composite material as in Example 1 was used as a base material, and the modified layer of Example 1 was not formed. A surface coating layer made of SiC was formed directly on the surface of the substrate by the method. An oxidation test was repeatedly performed under the same conditions as in Example 1 for the substrate in which the CVD-SiC layer 3 was directly formed on the surface of the substrate 1 as described above.
【００５８】図８に、比較例１として用いた炭素繊維強
化炭素複合材の断面組織を模式的に示す。図８に示す基
材１は、図１に示す基材１と同様に炭素繊維１１および
カーボンマトリックス１２からなる。図８には、炭素繊
維強化炭素複合材のＣＶＤ−ＳｉＣ層３の表面に亀裂４
が生じている状態を示している。このような亀裂４が入
ると基材１が直接酸素に曝されることになると予想され
る。FIG. 8 schematically shows the cross-sectional structure of the carbon fiber reinforced carbon composite used as Comparative Example 1. The base material 1 shown in FIG. 8 is composed of the carbon fibers 11 and the carbon matrix 12 similarly to the base material 1 shown in FIG. FIG. 8 shows cracks 4 on the surface of the CVD-SiC layer 3 of the carbon fiber reinforced carbon composite material.
Shows a state in which is occurring. When such cracks 4 are formed, it is expected that the substrate 1 will be directly exposed to oxygen.
【００５９】（４）耐酸化性の評価試験の結果 耐酸化性の評価試験の結果を表１に示す。(4) Results of Oxidation Resistance Evaluation Test Table 1 shows the results of the oxidation resistance evaluation test.
【００６０】[0060]
【表１】 [Table 1]
【００６１】表１からわかるように、比較例１の基材
は、１３００℃における１サイクル後に重量減少が５％
以上と大きく、５サイクルの酸化後には、重量減少率は
６０％以上とさらに増大した。重量減少が大きいのは、
酸素がＣＶＤ−ＳｉＣ被覆層中の亀裂を通して直接基材
まで拡散して基材の炭素を酸化することに起因すると考
えられる。As can be seen from Table 1, the substrate of Comparative Example 1 had a 5% weight loss after one cycle at 1300 ° C.
As described above, the weight reduction rate further increased to 60% or more after five cycles of oxidation. The biggest weight loss is
It is considered that oxygen is diffused directly to the substrate through cracks in the CVD-SiC coating layer and oxidizes carbon of the substrate.
【００６２】これに対して、実施例１、実施例２および
実施例３の基材重量減少は少なかった。１３００℃で５
サイクルの繰り返し試験を行っても、いずれの基材の重
量の減少率が５％以下と低く、良好な耐高温酸化性を示
した。これは高温で炭化ホウ素から生成した溶融のホウ
素酸化物がＣＶＤ−ＳｉＣ被覆層中のクラックをシール
することによるものと考えられる。On the other hand, the weight reduction of the substrate in Examples 1, 2 and 3 was small. 5 at 1300 ° C
Even when the cycle test was repeated, the weight reduction rate of any of the substrates was as low as 5% or less, and good high-temperature oxidation resistance was exhibited. This is considered to be due to the fact that the molten boron oxide generated from boron carbide at a high temperature seals cracks in the CVD-SiC coating layer.
【００６３】以上のように、本発明に係る耐高温酸化処
理方法によれば、炭素繊維強化炭素複合材の表層部に、
緻密でかつ基材との密着性が良い炭化ホウ素を含む改質
層を形成することにより、基材に良好な耐高温酸化機能
を付与することができる。As described above, according to the high temperature oxidation treatment method of the present invention, the surface layer of the carbon fiber reinforced carbon composite
By forming a modified layer containing boron carbide that is dense and has good adhesion to the base material, a good high-temperature oxidation resistance function can be imparted to the base material.
【００６４】なお、本発明に係る耐高温酸化処理方法
は、炭素繊維強化炭素複合材に限らず、その他の種々の
炭素材料にも同様に適用することができる。The high-temperature oxidation treatment method according to the present invention can be applied not only to the carbon fiber reinforced carbon composite material but also to various other carbon materials.
【００６５】また、本発明に係る耐高温酸化処理方法
は、炭素のみからなる基材に限らず、炭素材料が外気に
さらされる可能性のあるものであれば炭素材料以外の材
料を含む基材にも同様に適用することができる。The high temperature oxidation treatment method according to the present invention is not limited to a substrate made of only carbon, but may be a substrate containing a material other than a carbon material as long as the carbon material may be exposed to the outside air. The same can be applied to.
【図１】本発明の耐高温酸化処理が施された炭素繊維強
化炭素複合材の断面組織の模式図である。FIG. 1 is a schematic view of a sectional structure of a carbon fiber reinforced carbon composite material subjected to a high temperature oxidation treatment according to the present invention.
【図２】本発明の炭素繊維強化炭素複合材の耐酸化性を
説明するための模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the oxidation resistance of the carbon fiber reinforced carbon composite material of the present invention.
【図３】図２の一部を拡大した部分拡大図である。FIG. 3 is a partially enlarged view in which a part of FIG. 2 is enlarged.
【図４】実施例１の表面処理後の基材の二次イオン質量
分析の結果を示す図である。FIG. 4 is a view showing a result of secondary ion mass spectrometry of a substrate after surface treatment in Example 1.
【図５】改質層の形成前後の基材のＸ線回折パターンを
示す図である。FIG. 5 is a diagram showing X-ray diffraction patterns of a base material before and after formation of a modified layer.
【図６】実施例１の改質層のＸ線光電子分光法の結果を
示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the result of X-ray photoelectron spectroscopy of the modified layer of Example 1.
【図７】実施例２の表面処理後の基材のＸ線回折パター
ンを示す図である。FIG. 7 is a view showing an X-ray diffraction pattern of a substrate after surface treatment in Example 2.
【図８】比較例１の炭素繊維強化炭素複合材の断面組織
を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a carbon fiber reinforced carbon composite material of Comparative Example 1.
１ 基材 ２ 改質層 ３ ＣＶＤ−ＳｉＣ層 ４ 亀裂 ５ 溶融ホウ素酸化物 Reference Signs List 1 base material 2 modified layer 3 CVD-SiC layer 4 crack 5 molten boron oxide
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 裕 大阪府枚方市津田山手２−８−１ 株式会 社イオン工学研究所内 (72)発明者 岩本 信也 大阪府枚方市津田山手２−８−１ 株式会 社イオン工学研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroshi Sato 2-8-1 Tsuda Yamate, Hirakata City, Osaka Prefecture Inside Ion Engineering Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Shinya Iwamoto 2-8-1 Tsuda Yamate, Hirakata City, Osaka Prefecture Inside Ion Engineering Laboratory Co., Ltd.
Claims (8)
プラズマイマージョンイオン注入法または物理的蒸着法
によって炭化ホウ素を含む改質層を形成することを特徴
とする炭素材料の耐高温酸化処理方法。1. A high-temperature oxidation-resistant method for a carbon material, comprising forming a modified layer containing boron carbide on a surface of a substrate formed of the carbon material by a plasma immersion ion implantation method or a physical vapor deposition method. .
り炭化ケイ素層を形成することを特徴とする請求項１記
載の炭素材料の耐高温酸化処理方法。2. The high-temperature oxidation-resistant treatment method for a carbon material according to claim 1, wherein a silicon carbide layer is formed on the surface of the modified layer by a chemical vapor deposition method.
ージョンイオン注入法で注入することにより前記改質層
を形成することを特徴とする請求項１または２記載の炭
素材料の耐高温酸化処理方法。3. The high-temperature oxidation-resistant treatment method for a carbon material according to claim 1, wherein the modified layer is formed by implanting boron ions into the substrate by a plasma immersion ion implantation method.
パッタリングにより前記改質層を形成することを特徴と
する請求項１または２記載の炭素材料の耐高温酸化処理
方法。4. The high-temperature oxidation-resistant method for a carbon material according to claim 1, wherein the modified layer is formed by heating evaporation or sputtering of an evaporation source containing boron.
はスパッタリングを行うとともに炭素を含む蒸着源の加
熱蒸発またはスパッタリングを行うことを特徴とする請
求項４記載の炭素材料の耐高温酸化処理方法。5. The high-temperature oxidation-resistant method for a carbon material according to claim 4, wherein the evaporation source containing boron is heated or evaporated, and the evaporation source containing carbon is heated or evaporated.
蒸着源の加熱蒸発またはスパッタリングを行うことを特
徴とする請求項４記載の炭素材料の耐高温酸化処理方
法。6. The method of claim 4, wherein the evaporation source containing boron is heated or evaporated in an atmosphere containing carbon.
に負のバイアスを印加することを特徴とする請求項４〜
６のいずれかに記載の炭素材料の耐高温酸化処理方法。7. The method according to claim 4, further comprising ionizing boron and applying a negative bias to said substrate.
7. The method for high-temperature oxidation resistance treatment of a carbon material according to any one of 6.
たは物理的蒸着の後、不活性ガス雰囲気中において１０
００℃以上の温度で熱処理を行うことを特徴とする請求
項１〜７のいずれかに記載の炭素材料の耐高温酸化処理
方法。8. After the plasma immersion ion implantation or the physical vapor deposition, the plasma immersion ion implantation or the physical
The high-temperature oxidation-resistant treatment method for a carbon material according to claim 1, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 00 ° C. or higher.
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| JP22500099A JP2001106585A (en) | 1999-08-03 | 1999-08-09 | Treating method for improving resistance to oxidation at high temperature of carbon material |
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| JP11-219701 | 1999-08-03 | ||
| JP21970199 | 1999-08-03 | ||
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2311925A1 (en) | 2009-10-16 | 2011-04-20 | Akebono Brake Industry Co., Ltd. | Solid lubricant and production method thereof |
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-
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- 1999-08-09 JP JP22500099A patent/JP2001106585A/en active Pending
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| CN116219369B (en) * | 2023-03-09 | 2024-12-20 | 安徽光智科技有限公司 | Method for preparing boron carbide thin film by evaporation |
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