CN102372492B - 碳纤维增强碳复合材及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种碳纤维增强碳复合材及其制造方法，目的在于提供即使在与通常的石墨材料等其它部件一同使用时也不易由于热膨胀差等的相互作用而产生裂痕、即使由于反应性气体而生成碳化物也不易由于热应力的产生而发生剥离和/或裂痕的C/C复合材。本发明的碳纤维增强碳复合材为含有碳纤维和碳质基体的碳纤维增强碳复合材，该碳纤维增强碳复合材的特征在于：上述碳纤维为以单丝状态存在于上述碳质基体内的、平均纤维长不足1.0mm的直线状纤维；上述碳纤维增强碳复合材的堆积密度为1.2g/cm³以上。

Description

碳纤维增强碳复合材及其制造方法

技术领域

本发明涉及碳纤维增强碳复合材及其制造方法，特别涉及含有碳纤维和碳质基体的碳纤维增强碳复合材料的成型体及其制造方法。

背景技术

碳纤维由于具有较高的耐热性和强度，因而以含有碳纤维和碳质基体的碳纤维增强碳复合材料(在下文中也称为“C/C复合材”)的形式用于需要耐热性、化学稳定性以及强度的各种领域中。C/C复合材根据碳纤维的复合化方法有各种种类，可以使用其来形成各种碳纤维成型体。

C/C复合材由基体(该基体由热固性树脂或沥青等的碳化物形成)和碳纤维构成。根据碳纤维的构成，有使用碳纤维布的布(クロス)层积方式、使用碳纤维丝的丝缠绕(フイラメントワインデイング)方式、使用碳纤维毡(フエルト)的方式、或使用碳纤维的抄造体的抄造方式等的各种C/C复合材。

布层积方式为如下的方法：对由碳纤维构成的机织物进行层积，将沥青或热固性树脂等基体前体浸入到机织物中，通过固化及烧制来得到C/C复合材(专利文献1)。通过层积平面的机织物并进行单轴向压制，可以得到平板的C/C复合材。另外，也可将切断为较小的机织物片贴附至立体型状的模具来得到纸糊物(張り子)状的复杂形状的C/C复合材。另外，进一步地，也可以利用对平面的机织物施加压力同时卷成卷状进行层积的布缠绕方式来得到筒形状的C/C复合材。

丝缠绕方式为如下的方法：一边对碳纤维束(线料(ストランド))施加张力一边将其缠绕在模型上后，使沥青或热固性树脂等基体前体浸渗，进行固化及烧制，由此来得到C/C复合材(专利文献2)。

另外，使用碳纤维毡的方式为如下的方法：将碳纤维的长纤维层积为毡状，使树脂或沥青等基体前体浸渗，进行固化及烧制，由此来得到C/C复合材(专利文献3)。利用该方法，也可以与布层积方式同样地得到平面的C/C复合材、筒形状的C/C复合材、或者复杂形状的C/C复合材。特别是也可以通过一边施加压力一边将平面毡以卷状缠绕至芯轴(中芯)进行层积的片缠绕(シ一トワインデイング)方式来得到筒形状的C/C复合材(参照图19)。

进一步地，抄造方式为如下的方法：将碳纤维悬浮在液体中形成浆料，在该浆料中浸渍具有孔的吸引模具，使浆料中的液体通过到吸引模具的背面，使碳纤维堆积在该吸引模具的表面侧来成型出成型物，进行干燥和烧制，从而得到C/C复合材(参照专利文献4和5)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-60373号公报

专利文献2：日本特开平10-152391号公报

专利文献3：日本特开2000-143360号公报

专利文献4：日本特开2002-68851号公报

专利文献5：日本特开2002-97082号公报

发明内容

但是，上述C/C复合材具有如下问题。

对于碳纤维，由于石墨的六角网面在纤维的长度方向有强取向，因而与通常的石墨材料相比，碳纤维的热膨胀系数很小，为1PPM/℃左右，弹性模量高。以这样的碳纤维为主原料制作的C/C复合材继承了碳纤维的性质，与碳纤维同样地具有热膨胀系数小、弹性模量高这样的特征。将这样的C/C复合材与通常的石墨材料相组合来作为例如炉的高温部件进行了使用的情况下，由于热膨胀系数为3～5PPM/℃的通常的石墨材料与C/C复合材的热膨胀差而产生热应力，石墨材料和/或C/C复合材会发生破损等。

另外，C/C复合材本身也会由于炉内的例如硅等反应性气体而导致露出的部分发生反应，有时转化为SiC(热膨胀系数：4PPM/℃)等热膨胀系数不同的化合物。在这种情况下，残存的C/C复合材与反应转化的碳化物之间会产生热应力，在碳化物和/或C/C复合材侧会出现裂纹、或产生剥离。

本发明是鉴于上述实情而提出的，其目的在于提供如下的C/C复合材：该C/C复合材即使在与通常的石墨材料等其它部件组合使用时也不易由于热膨胀差等的相互作用而产生裂痕，即使由于反应性气体而生成碳化物也不易由于热应力的发生而产生剥离和/或裂痕。

[1]一种碳纤维增强碳复合材，其为含有碳纤维和碳质基体的碳纤维增强碳复合材，该碳纤维增强碳复合材的特征在于：上述碳纤维增强碳复合材是一体形成的；上述碳纤维为以单丝状态存在于上述碳质基体内的、平均纤维长不足1.0mm的直线状纤维；上述碳纤维增强碳复合材的堆积密度为1.2g/cm³以上。

[2]上述[1]中所述的碳纤维增强碳复合材，其特征在于，上述碳纤维增强碳复合材的弹性模量为5～15GPa。

[3]上述[1]或[2]中所述的碳纤维增强碳复合材，其特征在于，上述碳纤维增强碳复合材的拉伸强度为50MPa以上。

[4]上述[1]～[3]的任一项所述的碳纤维增强碳复合材，其特征在于，上述碳纤维增强碳复合材的纤维体积率为30～50％。

[5]上述[1]～[4]的任一项所述的碳纤维增强碳复合材，其特征在于，上述碳纤维增强碳复合材为炉的结构部件用的复合材。

[6]上述[1]～[5]的任一项所述的碳纤维增强碳复合材，其特征在于，上述碳纤维增强碳复合材为半导体制造装置用的复合材。

[7]一种碳纤维增强碳复合材的制造方法，其为制造上述[1]～[6]的任一项所述的碳纤维增强碳复合材的方法，该方法的特征在于，其含有下述工序：将平均纤维长不足1.0mm的直线状碳纤维开纤成单丝的工序；形成含有上述直线状碳纤维和碳质基体的前体成分、上述碳纤维以单丝状态存在的预塑形坯的工序；对上述预塑形坯进行一体加压成型的工序；以及，对上述加压成型的预塑形坯进行烧制，由上述前体成分生成碳质基体的工序。

[8]上述[7]中所述的碳纤维增强碳复合材的制造方法，其特征在于：对上述碳纤维进行开纤的工序为将碳质基体的前体成分与平均纤维长不足1.0mm的直线状碳纤维投入到液体中进行分散，形成将上述碳纤维开纤的浆料的工序；形成上述预塑形坯的工序包括：由上述浆料形成含有碳纤维和碳质基体的前体成分的絮凝物(フロツク)的工序，以及对上述絮凝物进行过滤的工序。

根据本发明，在形成碳纤维的短纤维的絮凝物后进行抄造，利用粘结剂进行了接合。因此，由于碳纤维短，因而基体成分受到应力的比例变大，在C/C复合材内碳纤维制止基体变形的功能弱，可以得到柔软的C/C复合材。另外，由于碳纤维以单丝状态存在，因而可增大与基体的粘接表面积，即使为短纤维，也能够因与基体的粘接表面积变大而得到高强度的C/C复合材。这样柔软的C/C复合材即使与其它材质的部件相组合，也可以防止由于热膨胀差等而导致C/C复合材自身的破坏或对其它材质部件的破坏。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的成型体的图，其中，(a)为立体图、(b)为截面图、(c)为(b)的要部放大图、(d)为(c)进一步的要部放大图。

图2为示出C/C复合材的力学特征的示意图，其中，(a)为本发明的C/C复合材的示意图、(b)为基于现有的布层积方式的C/C复合材的示意图、(c)为基于现有的使用毡的方式的C/C复合材的示意图。

图3是本发明的实施方式1的成型体的制造方法的工序流程图。

图4中，(A1)～(D)为示出本发明的实施方式1的成型体的制造方法的概要图。

图5是示出本发明的实施方式2的成型体的图，其中，(a)为立体图、(b)为截面图、(c)为(b)的要部放大图、(d)为(c)进一步的要部放大图。

图6中，(B)～(D)为示出本发明的实施方式2的成型体的制造方法的概要图。

图7中，(A)为实施例1的成型体的截面的照片、(B)为比较例1的成型体的截面的照片。

图8中，(A)为对实施例1的成型体表面进行放大的照片、(B)为在(A)的成型体表面所观察到的薄片体的照片、(C)为从(A)的成型体表面剥离的薄片体的照片。

图9中，(A)为比较例1的成型体截面的扫描电子显微镜照片、(B)为(A)的示意图。

图10是本发明的实施例1的成型体截面的扫描电子显微镜照片，其中，(A)为倍数100下的照片、(B)为倍数200下的照片、(C)为倍数500下的照片。

图11为比较例1的成型体截面的扫描电子显微镜照片，其中，(A)为倍数50下的照片、(B)为倍数200下的照片、(C)为倍数500下的照片。

图12是示出本发明的实施方式3的成型体的图，其中，(a)为立体图、(b)为截面图。

图13中，(A)～(C)为示出本发明的实施方式3的成型体的制造方法的概要图。

图14是示出本发明的实施方式4的成型体的图，其中，(a)为立体图、(b)为截面图。

图15中，(a)和(b)为示出本发明的实施方式4的成型体的制造方法的概要图。

图16是示出本发明的实施方式5的成型体的图，其中，(a)为立体图、(b)为截面图。

图17是示出本发明的实施方式6的成型体的图，其中，(a)为立体图、(b)为截面图、(c)为(b)的要部放大图、(d)为(c)进一步的要部放大图。

图18是示出本发明的实施方式6的成型体的制造方法的概要图。

图19是比较例1的成型体的立体图和截面图。

图20是示出实施例和比较例的C/C复合材的弹性模量与破坏强度的关系的测定结果的图。

图21是示出实施例和比较例的C/C复合材的弹性模量与破坏应变(破壊歪)的关系的测定结果的图。

图22是示出实施例和比较例的C/C复合材的物性测定样品的取出方向和三点弯曲试验的试验方向的示意图。

图23中，(A)为本发明的实施例1的成型体的截面的偏振光显微镜照片、(B)为比较例1的成型体的截面的偏振光显微镜照片。

符号说明

100、200、300、400、500、600成型体

1碳纤维

2碳质基体

3薄片体

4粘结剂(第1粘结剂)

5絮凝物

50、50F絮凝物的层积体(预塑形坯、第一成型体)

6薄片体前体

60、60F薄片体前体的层积体(加压成型的预塑形坯、第二成型体)

7第2粘结剂

20、30、40模具

21、31、41多孔状型面

21A、41A开口

22减压室

23配管

24、34密闭膜

25、35支持材

26、36高压釜

42加压板

43阀

44储水室

45压制用板材

200i、300i、400i、500i第1曲面

200o、300o、400o、500o第2曲面

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

(实施方式1)

基于图1对使用本发明的实施方式1的碳纤维增强碳复合材(下文中的“C/C复合材”)的成型体(下文中的“C/C复合材成型体”)进行说明。

图1(a)为本实施方式1的C/C复合材成型体100的立体图。并且图1(b)～图1(d)为图1(a)的截面图、要部放大图、进一步的要部放大图。

本发明的实施方式的C/C复合材为一体形成的。即，其不是重叠预塑形坯而形成的。

对于该C/C复合材成型体，碳纤维以单丝状态存在于碳质基体内，并且碳纤维为平均纤维长不足1.0mm的直线状纤维，堆积密度为1.2g/cm³以上。

另外，如图1(c)和图1(d)所示，在该C/C复合材成型体100中，碳纤维1的多数在碳质基体2内纤维的长度方向在成型体100的面方向进行取向，由此形成薄片体(片状小片)3。在该C/C复合材成型体100中，对于碳纤维1中的多数，在碳质基体2内纤维的长度方向在成型体100的曲面方向上进行取向，由此形成薄片体(片状小片)3。本发明的C/C复合材成型体100是由该薄片体3的层积体而构成的。

根据该构成，由于碳纤维的平均纤维长较短，不足1.0mm，因而基体成分受到应力的比例增高，能够减弱在C/C复合材内碳纤维制止基体变形的功能，与碳纤维相比，可以增大基体成分对弹性模量的影响度，因而能够降低C/C复合材的弹性模量。

另外，由于碳纤维以单丝状态存在，因而可增大与基体的粘接表面积。进一步地，若碳纤维成束，则在碳纤维间未填充有基体的部分的强度变弱，但在碳纤维以单丝状态存在的本发明的构成中并无这样的部分。其结果，不易发生龟裂传播，可以表现出高强度。此处，所谓单丝状态意味着碳纤维不形成束(线料)的状态。

另外，进一步地，对于本发明的C/C复合材，由于是直线状(针状)的碳纤维，因而通过扎进而容易相互交叉，附着力强。所谓直线状的碳纤维指的是伸展为直线状而不弯曲。由此，在抄造时或成型时碳纤维由于扎进而能够彼此相互交叉，可以得到高强度的C/C复合材。

本发明的C/C复合材的特征在于，平均纤维长不足1.0mm的非常短的碳纤维以单丝状态存在。此处，碳纤维的特征为，其通常显示出高强度、高弹性的性质。该碳纤维的分散状态对C/C复合材的力学特征具有影响。关于这一点，参照图2进行说明。

图2为示出C/C复合材的力学特征的示意图，图2(a)为本发明的C/C复合材的示意图、图2(b)为基于现有的布层积方式的C/C复合材的示意图、图2(c)为基于现有的使用毡的方式的C/C复合材的示意图。图2(a)～图2(c)中，1表示碳纤维、FB表示基体所致的结合。另外，X方向为纸面横向、Y方向为纸面垂直方向、Z方向为纸面纵向。

在图2(b)所示的基于布层积方式的C/C复合材中，由于作为碳纤维使用的是极长的长纤维，因而C/C复合材的力学特征大量地接受了碳纤维的特征，而难以受到基体的影响。但是，碳纤维的特征所影响的主要为纤维的长度方向所取向的2个方向(X、Y方向)。在层积方向(厚度方向、Z方向)碳纤维彼此并无结合，而仅为基体所致的结合，因而认为难以反映碳纤维的特征。

另外，在图2(c)所示的基于丝缠绕方式的C/C复合材中，由于与布层积方式同样地使用了碳纤维的长纤维，因而C/C复合材的力学特征大量接受了碳纤维本身的性质。这种情况下，碳纤维的特征所影响的主要是纤维的长度方向所取向的1个方向(X方向)。但是，根据纤维的卷曲方式，在Y方向上也能够稍微受到影响。与布层积方式同样地，在层积方向(厚度方向、Z方向)碳纤维彼此并无结合，而仅为基体所致的结合，因而认为不能得到充分的强度。

与此相对，对于短的碳纤维以单丝状态存在的图2(a)所示的本申请发明的C/C复合材，其与上述图2(b)和图2(c)所示的包含长的碳纤维的C/C复合材在力学特征方面是不同的。即，本发明的C/C复合材中，短的碳纤维以单丝存在，将单丝间连接起来的基体担负着作为粘结剂的作用。另外，与上述图2(b)和图2(c)所示的C/C复合材不同，在图2(a)所示的本发明的C/C复合材中，碳纤维以单丝存在，因而能够增大将碳纤维彼此连接起来的接合面积。其结果，由于并不存在碳纤维形成束而基体不能填充至碳纤维间的强度弱的部分，因而不易产生龟裂传播，本发明的C/C复合材可以得到高强度。

据认为，对于本发明的C/C复合材的弹性模量，与碳纤维相比，更受到了基体部分的影响。由于成为基体原料的树脂、沥青等在碳化的过程中会产生气体，因而在基体中形成气孔。据认为，通过大量形成气孔，气孔吸收变形，可以降低弹性模量。因而，尽管使用了弹性模量高的碳纤维，但也能够得到柔软的C/C复合材。

另外，在专利文献4、5中所述的、在将碳纤维的浆料直接过滤(抄造)后使碳沉积在抄造体的气孔内部的现有方法中，由于是通过在纤维表面形成了坚硬致密的膜而进行层积的，因而在基体中并无气孔形成，从而成为高弹性的C/C复合材。与此相对，在本发明实施方式的C/C复合材中，由于填充了柔软的基体成分，因而得到了低弹性的C/C复合材。

在本发明的实施方式中，纤维体积率优选为30～50％。若纤维体积率不足30％，则纤维彼此的距离过大，因而可能无法表现出充分的强度。另外，若纤维体积率为50％以下，则纤维能够相互交叉。与此相对，若纤维体积率超过50％，虽然纤维不存在的部分减少了，但纤维方向一致，可能会出现强度弱的方向。在本发明中，所谓纤维体积率表示碳纤维所占的体积除以C/C复合材全体的体积所得到的值。关于纤维体积率的计算方法如后所述。

另外，本发明的C/C复合材的堆积密度优选为1.2g/cm³以上、更优选为1.3g/cm³以上。由于C/C复合材的堆积密度为1.2g/cm³以上，因而埋有气孔的纤维间的连接(粘接)增强。另外，C/C复合材的堆积密度优选为1.8g/cm³以下。若C/C复合材的堆积密度超过1.8g/cm³，则成型体烧制时所产生的气体排不出，易于发生成型体的膨涨或层间剥离，结果韧性消失，破损时难以维持形状。

本发明的实施方式中，碳纤维由直线状纤维构成。由于由直线状的碳纤维构成，因而在抄造、成型时易于扎进、易于相互交叉，从而得到高强度的C/C复合材。另外，该碳纤维构成纤维的长度方向在碳质基体内在成型体的曲面方向进行取向的薄片体(后述)。利用该薄片体的层积体构成C/C复合材成型体。

通过该构成，对于薄片体，碳质基体2按照存在于构成该薄片体3的碳纤维1之间来将碳纤维间固定的方式进行填充，来构成该薄片体。进一步地，由于该薄片体3按照落叶无规重叠的方式进行层积，因而薄片体的端部分散在碳纤维成型体内部的多个位置。即，按照在薄片体的层积方向上相邻接的薄片体彼此的端部在该层积方向上错开的方式来配置薄片体。由此，薄片体端部不重合，成为结构上弱剥离或者裂纹的原因的缺陷(薄片体的边界)被微细分散。在一处存在有大的缺陷的情况下，易于出现应力集中，该大缺陷成为缺口，易于引起强度的降低。如本发明的实施方式所示，由于缺陷部分被微细分散，能够对施加到缺陷部分的应力进行分散，可以得到表观上均质、无缺陷的碳纤维成型体。由于具有这样的结构，因而可得到即使在高温下也具有高耐热性的高强度的C/C复合材的成型体。

薄片体的平均长径优选为1～10mm、更优选为2～5mm。薄片体的平均长径若不足1mm，则与薄片体相对应的絮凝物的尺寸变小，因而抄造时的水力阻力容易增大，不易得到厚壁(厚肉)的C/C复合材成型体。若薄片体的平均长径超过10mm，则在后述的制造工序中，在对成为薄片体的素材的絮凝物进行层积时，在絮凝物的中心部与周边部，纤维与粘结剂的凝集容易度是不同的，因而易于产生碳纤维与粘结剂的偏析，从而薄片体内部的粘结剂成分也易于偏析。另外，若薄片体的平均长径超过10mm，即使在后面的成型和固化中粘结剂发生熔解也不会充分流动，不易消除偏析。其结果，出现薄片体的表面与粘结剂的稀薄部分，C/C复合材成型体的强度容易降低。

薄片体的平均厚度优选为0.05～1.0mm、更优选为0.1～0.5mm。薄片体的平均厚度若不足0.05mm，则与薄片体对应的絮凝物的尺寸减小、水力阻力易于增大，不易得到厚壁的成型体。薄片体的平均厚度若超过1.0mm，则在薄片体端部出现空洞，在空洞周边应力易于集中，成型体的强度可能会降低。

另外，C/C复合材中所使用的碳纤维的平均纤维长优选不足1.0mm，更优选为50μm以上、小于1.0mm，进一步优选为50～500μm。若平均纤维长为1.0mm以上，则碳纤维强力限制C/C复合材，因而纤维的弹性模量的影响也呈现于C/C复合材中。若平均纤维长不足50μm，则纤维不能充分相互缠绕，不能提高强度。

另外，本发明的实施方式的C/C复合材优选通过抄造法进行成型。但是，通常的抄造法是通过对分散在水中的纤维等进行过滤来得到抄造体，但与此相对，在本发明中，通过向分散在水中的碳纤维与粘结剂粉(第1粘结剂)中加入凝聚剂进行凝集来形成絮凝物，通过对絮凝物进行抄造来成型为抄造体。由于在形成含有碳纤维和粘结剂粉的絮凝物之后再形成抄造体，因而不易产生絮凝物内的碳纤维与粘结剂粉的部分浓度偏差，可以得到均匀壁厚(肉厚)的抄造体。与本发明的实施方式不同，在不形成絮凝物而进行抄造的情况下，碳纤维与粘结剂粉的沉降速度差以及由纤维长、粒径引起的沉降速度差导致抄造体呈不均一，产生粘接力弱的缺陷部和仅为短纤维的偏析部位，强度容易降低，因而不易以高强度得到厚壁的抄造体。

本发明的C/C复合材优选弹性模量为5～15GPa。C/C复合材的弹性模量若超过15GPa，则在与石墨等其它部件组合用作炉的结构部件时，由于与其它部件具有热膨胀差，因而在相互接触时，由于C/C复合材的弹性模量大而产生的应力变大，成为石墨部件或C/C复合材出现裂痕的原因。C/C复合材的弹性模量若不足5GPa，则碳纤维增强碳复合材的强度容易降低，并且由于其小于石墨部件的弹性模量，因而C/C复合材超过弹性界限而变形，不能恢复至原来的形状。

本发明的C/C复合材优选拉伸强度为50MPa以上。若C/C复合材的拉伸强度不足50MPa，则在作为炉的结构部件使用时容易破损，可能无法安全地使用。本发明的C/C复合材中，由于纤维与粘结剂均匀分散，因而尽管使用平均纤维长不足1.0mm的短纤维，但通过形成絮凝物而使粘结剂均匀分散在絮凝物中，也不易引起碳纤维的偏析，因而可以得到无缺陷的高强度C/C复合材。

对于本发明的C/C复合材，如后述的实施例(参照图20、图21)所示，相对于强度可以降低弹性模量的值。弹性模量、应力、应变之间的关系可以如下式(1)所示。

应力＝弹性模量×应变    (1)

特别是在达到破坏的时刻处于下式(2)的关系。

破坏强度＝弹性模量×破坏应变    (2)

因而，根据式(2)，破坏应变如下式(3)所示处于下述关系。

破坏应变＝破坏强度/弹性模量    (3)

即，若为低弹性、破坏应变大的材料，则若不施加大的位移就不会破损。这样的特征据认为可以增大在达到破坏时的应变(破坏应变)，在易于承受大的应变的高温下使用的部件中，部件不易破损。

另外，即使在将本发明实施方式的C/C复合材作为由石墨、氧化铝、氧化锆、SiC等形成的炉的结构部件、或者作为接合部件即螺栓等接合部件使用进行接合的情况下，也同样会得到不易破损炉的结构部件或接合部件的效果。

相比于石墨、氧化铝、氧化锆、SiC等的结构部件，C/C复合材的热膨胀系数小，因而若使用C/C复合材制造的螺栓等接合部件在室温(25℃左右)紧固结构部件后温度上升，则C/C复合材制造的接合部件被拉伸，产生热应变。本发明的C/C复合材由于弹性系数小，因而可以减小与这样的应变相对应的应力，能够缓和热应变。

为了防止上述那样的伴随着温度上升所产生的热应力，也可以预先在现有的由C/C复合材形成的部件与其它的石墨、氧化铝、氧化锆、SiC等的结构部件之间设置恰好与热膨胀相当的间隙，但由于室温与操炉温度的差越大则室温时的间隙越大，因而组装精度会变差，并且气体或热容易流向结构部件外。另外，在产生硅或金属蒸气的环境中，现有的C/C复合材与其它材质的结构部件相粘接，有时形成实质上无间隙的状态，因而即使设有间隙也难以防止热应力的产生。本发明的C/C复合材由于弹性模量小因而可以不必预先设有间隙，从而不易产生上述的组装精度的问题，即使与其它结构部件相粘接也可以减小热应力的产生。

在本实施方式中，构成了筒状部，在与筒状部的轴正交的截面中，碳纤维沿着内表面进行取向。另外，石墨制造的凸缘部(未图示)接合或者抵接在该筒状部的端部进行使用。在该筒状部中，碳纤维的短纤维沿着内表面进行取向，因而难以解开纤维，即使进行切削加工，也能够形成光滑的面；进一步地，由于碳纤维沿着内表面进行取向，因而难以出现沿着纤维的来自表面的连续气孔。因此在用于单晶提拉装置等时，即使在SiO、Si等反应性气体环境下进行提拉的情况下，反应性气体也会难以渗透到复合材内部。

因而，在硅单晶提拉装置中，即使在例如SiO或Si等反应性气体中进行使用，气体难以渗透至C/C复合材内，能够提供寿命长的C/C复合材成型体。另外，由于将薄片体通过无规层积来形成，因而能够形成光滑的表面，不易出现硅等润湿性高的物质的析出。

对于本发明的C/C复合材，通过使用Cl₂、F₂等卤素气体或CF₄等卤素系气体在高温下进行热处理，能够降低杂质含量。因此能够得到高纯度的C/C复合材，可以适当地在例如硅单晶提拉装置、SiC单晶制造装置、多晶硅制造装置、硅、化合物、SiC等的外延制造装置等中进行使用。

本实施方式1的C/C复合材中所用的碳纤维没有特别限定。例如PAN系、沥青系碳纤维均可使用。其中PAN系碳纤维在碳纤维中是低弹性的，因而不易蓄积热应力，或表面与SiC等部分地发生反应而析出反应生成物的情况下，也不易蓄积由于反应转化所致的内部应力。因此，能够防止因C/C复合材的反应转化而出现破坏的情况，可以适当地使用。

该C/C复合材优选使用抄造法进行制造，但只要能够使用短纤维得到C/C复合材，则可以用任意方法制造。

在本实施方式中，可以使用抄造法来形成C/C复合材。

下面以预塑形坯的形成为中心进行详述。

在图4(A1)～(D)中示出了本发明实施方式1的成型体的制造方法的概要图。图4中碳纤维1由直线状纤维构成。对于本发明的C/C复合材成型体，如后所述，是使碳纤维和粘结剂在液体中进行凝集来形成絮凝物，对该絮凝物进行层积(抄造)而形成的。所谓絮凝物为无规取向的碳纤维与粘结剂均匀分散的碳纤维与粘结剂的凝集体，成为C/C复合材成型体中的薄片体的素材。碳纤维1为直线状纤维，从而在后述的絮凝物的层积工序(抄造时)中利用模具对絮凝物进行过滤时，碳纤维扎进已经形成于模具表面的下层的絮凝物中并发生缠绕，因而容易得到相对于成型体的曲面方向为垂直方向(厚度方向)的接合强度。本发明中，“直线状纤维”是指实质上不具有弯曲部的纤维，优选为针状的纤维。在使用纤维长很长的碳纤维或柔软的碳纤维等不易成为直线状纤维的碳纤维的情况下，不易扎进已经形成的薄片体中，几乎全部的纤维的长度方向以沿着面方向的方式进行取向，碳纤维不易缠绕，因而不易得到厚度方向的接合强度。

本发明的成型体优选含有将在薄片体的层积方向(成型体的厚度方向)邻接的薄片体连接起来的碳纤维成分。另外，优选碳纤维1的在厚度方向取向的取向成分连续存在于成型体的厚度方向。如上所述，由于含有直线状纤维的絮凝物按照碳纤维扎进已经形成的絮凝物中的方式进行层积，因而即使为絮凝物的边界也会在成型体的厚度方向连续地形成碳纤维的取向成分。由此，能够得到在与成型体的厚度方向相垂直的方向不具有界面、不易剥离的C/C复合材的成型体。

碳纤维优选平均纤维长不足1.0mm。若平均纤维长为1.0mm以上，则在抄造时纤维缠结，彼此排斥，因而所制作的抄造体的堆积密度低。因此，在由以碳纤维的平均纤维长为1.0mm以上所制作的抄造体来得到高强度的C/C复合材时，为了提高抄造体的堆积密度，需要进一步利用高压釜等对抄造体进行挤压成型。压缩前后的堆积密度的差越大则压缩率越高，在压缩的过程中产生褶皱，褶皱特别易集中在端部或弯曲部。因此，在所完成的C/C复合材的端部或弯曲部出现强度低的部分。若平均纤维长不足1.0mm，则在抄造时能够得到堆积密度更高的抄造体，因而在利用高压釜进行挤压成型时可以降低压缩率。由此，能够抑制在所完成的C/C复合材的端部或弯曲部等处所产生的褶皱，可以得到缺陷少的C/C复合材的成型体。

进一步地，若平均纤维长为1.0mm以上，则碳纤维容易弯曲，在抄造时碳纤维的长度方向容易取向在C/C复合材成型体的曲面方向。因此，纤维在厚度方向的缠绕少，容易剥离。碳纤维的平均纤维长若不足1.0mm，则易于成为直线状纤维，抄造碳纤维时碳纤维扎进已经形成的下层的絮凝物中，纤维容易缠绕，容易得到厚度方向的接合强度。碳纤维的平均纤维长若为1.0mm以上，则抄造时与型面垂直的方向的取向成分变少，并且在垂直于型面的方向进行取向的碳纤维在加压成型时容易弯折，因而不易得到层间强度，容易出现层间剥离。

碳纤维的平均纤维长更优选的范围为0.05～小于0.5mm。碳纤维的平均纤维长若小于0.5mm，则碳纤维扎进、纤维变得容易缠绕，因而能够进一步增强C/C复合材的厚度方向的强度，并且由于碳纤维短，因而易于以高密度进行填充。因而可以提高碳纤维的抄造时的密度，可以提高成型体成型时的压缩率。碳纤维的平均纤维长若不足0.05mm，则碳纤维不具有增强基体的作用，碳纤维失去作为纤维的性质，C/C复合材无法得到高强度。

碳纤维的平均纤维径优选为1～20μm。另外，碳纤维的长径比优选为10～1000。若平均纤维径和长径比分别处于上述范围，则相对于纤维长，可使纤维径充分细，从而能够具备针对纤维从基体中的拉拔的阻力，因而C/C复合材能够获得高强度。

在碳纤维中有沥青系碳纤维、PAN系碳纤维，无论哪一种都可以合适地使用。其中出于纤维的弹性模量低的原因优选PAN系碳纤维。对于PAN系碳纤维，由于纤维的弹性模量低于沥青系碳纤维，因而可以适当地用于例如单晶提拉装置用的坩埚、保温筒、坩锅支架盘、加热器等需要柔软性的用途中。

本发明的C/C复合材的堆积密度为1.2g/cm³以上。若C/C复合材的堆积密度为1.2g/cm³以上，则C/C复合材中的空隙变少，因而碳纤维的接合致密，碳纤维不易自基体中拉拔出。因此，能够得到致密的、更高强度的C/C复合材的成型体。本发明的C/C复合材优选堆积密度为1.8g/cm³以下。若超过1.8g/cm³，则在成型后的烧制时由成型体内部产生的气体排不出，在成型体中容易出现膨胀或产生层间剥离。

下面对本发明的C/C复合材成型体的制造方法进行说明。在图3中示出了本发明实施方式1的成型体的制造工序流程图的概要图，图4的(A1)～(D)中示出了本发明实施方式1的成型体的制造方法的概要图。

1.工序(A)：絮凝物形成工序(SA)

首先，作为工序(A)，如图3(A)和图4(A1)～(A2)所示，将碳纤维1和作为碳质基体的前体成分的粘结剂投入到液体中进行悬浮，将碳纤维开纤为单丝。向悬浮液中加入凝聚剂，使碳纤维1和粘结剂进行凝集来形成絮凝物5。对于碳纤维1，首先如图4(A1)所示分散在液体中形成浆料，随着时间的经过，如图4(A2)所示进行凝集、形成絮凝物5。此处，所谓开纤是将成束的碳纤维一根一根地解开。通常碳纤维是通过使数百至数千根成束并涂布上胶剂等来制成一束的线料。开纤表示的是解开成一根根的纤维的工序。

2.工序(B)：形成絮凝物的层积体的工序(SB)

接下来，作为工序(B)，如图3(B)和图4(B)所示，将形成有絮凝物5的液体利用具有多孔状型面21的模具20进行过滤。多孔状型面21在侧面具有多个开口21A。由此，在多孔状型面21的表面将絮凝物5以在多孔状型面21的面方向连续的层的形式进行层积，形成絮凝物的层积体(预塑形坯、第一成型体)50。

本发明中的制造方法的特征在于，其并非如现有方法那样对悬浮了碳纤维的浆料进行直接过滤(抄造)，而是先使碳纤维与粘结剂一同凝集来形成絮凝物，再对絮凝物进行过滤(抄造)。由此，即使向多孔状型面21进行絮凝物5的层积，液体也能够透过絮凝物5之间，因而不易阻断液体的透过，能够容易地得到厚的絮凝物层积体50。另外，如图4(B)中放大所示，即使在为了水的通过阻力不增大而使碳纤维1的平均纤维长小于多孔状型面21的开口21A的情况下，也能够形成比开口21A大的絮凝物5。因而，在过滤时碳纤维1不会通过开口21A，能够形成絮凝物的层积体(预塑形坯)50。

3.工序(C)：将薄片体前体的层积体成型的工序(SC)

随后，作为工序(C)，如图3(C)和图4(C)所示，对絮凝物的层积体(预塑形坯)50进行一体加压。所谓“一体”是不将2个以上的层积体进行重叠而成型。由此，碳纤维1的长度方向平行于多孔状型面21的面方向进行取向。另外，对絮凝物5进行薄片化，如图4(D)所示那样形成薄片体前体6。由此，如图4(D)所示，形成碳纤维以单丝状态存在的薄片体前体的层积体(加压成型后的预塑形坯)60。

4.工序(D)：烧制工序(SD)

另外，作为工序(D)，如图3(D)和图4(D)所示，对薄片体前体的层积体60进行烧制。由此，粘结剂4被碳化，如图1(d)所示生成碳质基体2，薄片体前体的层积体6成为薄片体3。由此得到薄片体3的层积体、即本发明的C/C复合材的成型体100。

接下来，下面对各工序进行详细说明。

[碳纤维的调整]

对于碳纤维，作为前处理，优选进行调整以使其适于本发明的C/C复合材的成型体。通常在广泛流通的钓鱼竿及航空部件等中所用的碳纤维增强塑料(下文中也称为“CFRP”)用的碳纤维的表面形成有上胶剂等的覆膜，因而在CFRP抄造时不易分散在水中。因此，碳纤维优选选择不具有上胶剂等的覆膜的物质。或者优选在使用了由有机物产生的烃气体、氢或一氧化碳等的还原性气氛下进行热处理来除去上胶剂等。除了还原性气氛外，也可以采用使用了氮气或稀有气体等的惰性气体气氛。另外也可以使用在CFRP的制造过程中所产生的边角料。这样的覆膜可以通过在500℃以上进行热处理来除去。接下来调整碳纤维的平均纤维长使之小于1.0mm。如上所述，若碳纤维的平均纤维长小于1.0mm，则会得到弹性模量低的C/C复合材，并且可以提高在絮凝物的层积体(抄造体)阶段的堆积密度、抑制褶皱的发生、能够抑制成型体强度弱的部分的形成，并且获得成型体厚度方向的接合强度，从而能够得到不易剥离的高强度的成型体。可以通过对平均纤维长不足1.0mm的碳纤维、或者市售的碳纤维或CFRP制造过程中所生成的布或线料等的边角料进行粉碎来获得。通过对碳纤维的布或线料等的边角料进行粉碎，能够得到易于在本发明中使用的不残留有布或线料等的痕迹的平均纤维长小于1.0mm的碳纤维的原材料。另外，粉碎可以用任意方法来进行，例如可以分散在水中通过混合器来进行粉碎。

[絮凝物形成工序(A)]

在制备絮凝物时，作为液体优选使用水。这是因为，由于使用大量的液体，因而与有机溶剂等相比，水是可以安全地使用的，并且容易进行废水处理。

作为由碳质基体的前体成分构成的粘结剂(下文也称为“第1粘结剂”。)，只要是在悬浮碳纤维的上述液体中不溶的可碳化的物质，任意物质都可以使用。对于第1粘结剂，从不会在C/C复合材的内部形成空洞的方面考虑优选为粉状，优选粒径为3～100μm。作为第1粘结剂，可以适当地使用选自例如酚树脂、呋喃树脂以及酰亚胺树脂等热固性树脂中的1种以上。作为酚树脂，可以适当地利用例如エアウオ一タ一社制造的Bellpearl(注册商标)。Bellpearl为粉末状的酚树脂，在表面形成有疏水性覆膜，因而即使在水中也不会溶解而保持粒状，从而能够与碳纤维一同凝集。

第1粘结剂的添加量优选相对于碳纤维100重量份为50～200重量份。若第1粘结剂的添加量不足50重量份，则碳质基体的量变少，因而成型体的强度降低。另外，若第1粘结剂的添加量超过200重量份，则会由于在C/C复合材的制造阶段所产生的气体而易于在C/C复合材中产生膨胀或剥离。

对于本发明中所用的凝聚剂，只要是可以利用电荷的变化来使碳纤维和粘结剂进行凝集的物质，就可以为任意物质，优选能使ζ电位为±10mV以下程度的物质。通过降低ζ电位，能够减小粘结剂颗粒、碳纤维的排斥力，可易于凝集。例如可以利用无机凝聚剂、有机高分子凝聚剂等，也可以将它们合用。具体地说，可以适当地使用作为有机高分子凝聚剂的Allied Colloids社制造的Percoll 292(注册商标)等。若形成絮凝物，则从用碳纤维着色为黑色的浆料的状态变化为黑色絮凝物在透明液体中浮游的混合液的状态。对于有机高分子凝聚剂，由于分子量大，因而也具有交联作用，能够得到大的絮凝物，在这一点上可以优选使用。

作为凝聚剂的添加量，相对于碳纤维100重量份优选为0.01～5重量份，更优选为0.5～1重量份。通过处于上述范围，可使絮凝物不易散开。

另外，对于多孔状型面的开口径的尺寸，没有特别限定，优选为0.5～10mm、更优选为1～3mm。若多孔状型面的开口径小于0.5mm，则碳纤维易于堵塞，水的通过阻力有时变大。若多孔状型面的开口径超过10mm，则在开口部产生开口面积乘以负压的吸引力，因而即使为本来不会通过的尺寸的絮凝物也会被吸引而通过。絮凝物的尺寸优选为与过滤中所用的多孔状型面的开口径同等或为其以上。由于在絮凝物的尺寸上具有分布，因而若将直径大的絮凝物捕捉至型面，则絮凝物向多孔状型面的堆积开始。若絮凝物的平均直径大大低于多孔状型面的开口径，则絮凝物的大部分会通过型面，絮凝物不能堆积至型面。混合液中的絮凝物的平均直径优选为0.5～10mm、更优选为1～5mm。絮凝物的尺寸可以根据凝聚剂的量、凝聚剂的种类、凝集时间、搅拌强度进行调节。

在形成絮凝物的液体中，优选进一步添加第2粘结剂。上述第1粘结剂成分在抄造阶段为粉末状，因而难以保持絮凝物的层积体(抄造体)的形状。第2粘结剂是为了将后面得到的絮凝物层积体的形状保持到后面的固化工序前而添加的成分。作为第2粘结剂，只要能够保持絮凝物层积体的形状，可以为任意物质。只要是具有在形成絮凝物层积体的阶段使碳纤维和第1粘结剂并且使碳纤维彼此物理结合的作用的物质，可以为任意物质。作为第2粘结剂，可以举出例如粘性液体、有机纤维等。作为粘性液体，可以适当地使用淀粉或者胶乳等。对于胶乳，若混合于水中，则成为白浊的悬浮液。微细分散的胶乳的液滴具有通过粘合作用而使碳纤维和第1粘结剂结合的作用。作为有机纤维也可以适当地使用纸浆等。纸浆与水的亲和性好，与碳纤维缠结，具有使碳纤维和第1粘结剂相结合的作用。作为第2粘结剂使用粘性液体的情况下，例如如图4(C)放大显示，通过在碳纤维1与第1粘结剂4之间存在第2粘结剂7a、在碳纤维1间存在第2粘结剂7b，絮凝物层积体50的形状得以保持。

另外，在形成絮凝物时，上述碳纤维、第1粘结剂、凝聚剂和第2粘结剂的添加顺序并无特别限制，这些物质可以同时添加到液体中，也可以依次添加，从均一且稳定地形成絮凝物的方面考虑，优选以下述顺序进行制备。

a)将碳纤维投入到水中，一边搅拌一边进行分散。若搅拌过强，则会有气泡，因而不优选。搅拌手段可以使用螺旋桨型或者叶片型的混合机等。碳纤维的搅拌时间优选为3分钟左右。

b)接下来添加第1粘结剂，进行搅拌直至第1粘结剂分散。搅拌时间优选为0.5～5分钟。

c)接下来添加第2粘结剂，进行搅拌直至第2粘结剂分散。搅拌时间优选为0.5～5分钟。

d)最后添加凝聚剂。若搅拌少，则凝聚剂不会混合；若过分搅拌，则所形成的絮凝物会被破坏。一边确认絮凝物的形成程度一边对搅拌时间进行调整。搅拌时间优选为20～30秒。

[絮凝物的层积体形成工序(B)]

将模具20浸渍在含有如此形成的絮凝物5的液体中。对于模具20，如图4(B)所示，其具备圆筒形状的多孔状型面21以及减压室22。在多孔状型面21设有开口21A。减压室22通过配管23而与吸引泵(未图示)相连结。因而，若吸引泵运转，则减压室22内的空气被排出呈减压状态，絮凝物5被吸引至模具20侧。由于絮凝物5的尺寸大于开口21A，因而絮凝物5不会通过开口21A而会在多孔状型面21的表面以在多孔状型面的面方向连续的层的形式进行层积。此时絮凝物5按照碳纤维扎进已经形成的层积体中的方式进行层积。所层积的絮凝物5在吸引力的影响下从球形变成为略微扁平形状，絮凝物内的碳纤维1的长度方向平行于多孔状型面21的面方向进行取向。另外，液体通过开口21A，藉由配管排出到外部。如此，可以形成絮凝物的层积体(预塑形坯、第一成型体)50。

对于多孔状型面21，只要是具有能够透过液体的2个以上开口的物质，就可以为任意物体，可以举出网、冲压金属、机织物、或者无纺布等。对于多孔状型面的开口尺寸，在使用水作为液体的情况下，优选易于透过水的直径1～3mm左右。

另外，对于模具的形状，如后所述，可以适当地选择平面和/或2个以上的平面的组合、3维曲面和/或曲面的组合、具有凸缘部的圆筒体、圆锥体、有底体或棱柱等。

另外，在吸滤时，减压可以用任意物质进行。由于除空气外液体也一起被吸引，因而可以适当地使用自吸式的涡流泵或吸气器等。

另外，作为过滤的方法，除了上述示出的吸滤外，也可以采用加压过滤或离心过滤等方法。加压过滤例如为如下方法：利用加压气体对多孔状型面的外表面侧进行加压，使絮凝物层积至多孔状型面的外表面来形成絮凝物的层积体。离心过滤例如为如下方法：向在内面设置有多孔状型面的旋转体的模具的内部供给含有絮凝物的混合液，使旋转体旋转，将絮凝物层积至多孔状型面的内表面，来形成絮凝物的层积体。

[干燥工序]

接下来，为了除去残存在上述工序中得到的絮凝物层积体中的水分，优选连同模具一起进行干燥。对于干燥，为了除去水分，优选在40℃以上进行干燥。另外，为了防止第1粘结剂的熔融固化，优选在第1粘结剂的熔融温度以下进行干燥。例如，在使用Bellpearl(注册商标)作为第1粘结剂的情况下，在70℃左右疏水性覆膜会熔解，鉴于此，通过在60℃以下进行通风的同时进行干燥，能够容易地除去水分。

[加压工序](成型工序(C))

作为成型方法，在成型体为平面形状或接近于平面的形状的情况下，可以利用基于单轴成型(1軸成形)的加压方法。但是，对于该方法，只能仅在被限于能够于腔室的两侧构成上模具、下模具的结构中得到利用。因而，在成型体为立体形状的情况下，如图4(C)所示，优选絮凝物的层积体50被密闭膜24所覆盖、并利用高压釜26施加热和压力进行成型。首先在抽吸密闭膜24内的空气进行抽真空之后施加压力。成型压没有特别限定，优选在1MPa以上。若为1MPa以上的压力，则能够防止在热固性树脂的固化反应中产生的生成气体使加压了的抄造体发生膨胀。此时，优选一边利用支持材25对絮凝物层积体50的模具20面侧(内侧或外侧)进行支承一边进行成型。絮凝物层积体由于加热而软化，可能会发生变形，因而通过利用支持材25进行支承，可以防止变形。此处所用的支持材25与絮凝物的层积体的形成工序(B)中所使用的模具20不同，其不具有多孔状型面，表面是平滑的。对于成型，不管是单轴成型，还是高压釜成型，都为不重叠层积体(不接合层积体)而是进行一体成型。这是由于，在层积体单体中，难以层间剥离，但在重叠成型的情况下，一旦干燥，则单纤维难以将层积体彼此结合，易于发生层间剥离。

[固化工序]

对于第1粘结剂，由于使用热固性树脂，因而优选在上述成型工序中在充分提高压力之后，进行加热，使絮凝物内所含有的热固性树脂熔融固化。由此，能够以薄片体前体的层积体不发生变形的方式使形状固定。固化温度需要升高到热固性树脂的固化温度以上。例如可以在150～200℃进行。若固化温度为150℃以上，则能够充分地进行热固性树脂的固化；若固化温度为200℃以下，则能够防止由于热固性树脂的固化时所产生的气体所致的发泡。在利用高压釜进行上述成型工序的情况等中，若在成型工序中能够充分进行加热，则固化工序也可以与成型工序同时进行。

[脱脂工序]

在烧制工序前，为了使薄片体前体的层积体内部的有机成分挥发，优选进行脱脂。经由该脱脂工序，第1粘结剂发生碳化，对于第2粘结剂，其大部分发生分解、挥散。因此，在脱脂工序以后具有结合作用的是以第1粘结剂成分为来源的碳化物。脱脂的温度为何种程度都可以。在脱脂工序后进行沥青浸渍或树脂浸渍的情况下，优选预先形成气孔，优选在500℃以上进行脱脂。脱脂的温度若为500℃以上，则树脂的碳化会充分进行，能够形成在后面的浸渍工序中浸渍树脂或者沥青的足够大小的气孔。对于脱脂温度的上限，只要为后面的烧制温度以下就没有特别限定，但优选为1000℃以下。这是由于达到1000℃之前，多数的挥发成分会挥散，因而能够充分形成用于浸渍的气孔。对于脱脂，为了防止碳纤维和粘结剂发生氧化，优选在使用由有机物产生的烃气体、氢、或者一氧化碳等的还原性气氛下来进行脱脂。除了还原性气氛外，也可以适用采用了氮气或稀有气体等的惰性气体气氛。

[浸渍工序]

优选的是，在脱脂后的薄片体前体的层积体的气孔内部，通过浸渍树脂或者沥青等而使成型体高密度化。将脱脂后的薄片体前体的层积体加入至高压釜中，在进行抽真空后，向高压釜中导入液态的树脂或沥青，浸渍后，施加压力。对于液态树脂，也可以为对利用水或有机溶剂制成的溶液施加热而成的熔融物。在制成溶液的情况下，由于即使反复使用也难以进行聚合，因而可以稳定地使用。在沥青的情况下，优选将高压釜加热到软化点以上，将沥青制成液态进行使用。

在浸渍结束后，通过与上述脱脂工序同样地进行脱脂，能够得到更高密度的成型体。

[烧制工序(D)]

通过进一步对薄片体前体的层积体施加热进行烧制，第1粘结剂充分发生碳化，生成碳质基体。由此薄片体前体成为薄片体，可以得到含有由薄片体的层积体构成的本发明的C/C复合材的成型体100。

在烧制工序中，随着温度的上升支持材发生热膨胀，薄片体前体的层积体60(加压成型后的预塑形坯、第二成型体)发生热收缩。为了避免烧制工序中产生的层积体与支持材的热膨胀差所致的应力，优选从薄片体前体的层积体60(加压成型后的预塑形坯、第二成型体)上去掉支持材25，在还原性气氛或惰性气氛等非氧化性气氛下进行加热。可以适用使用了由有机物所产生的烃气体、氢或一氧化碳等的还原性气氛、或适用使用了氮气或稀有气体等的惰性气体气氛。烧制工序的优选温度为1500～2800℃。若烧制温度为1500℃以上，则能够充分去除C/C复合材中的氢、氧、氮等。若氢、氧、氮等残留，则在使用成型体时会产生烃气体等。若在半导体装置等中使用未在1500℃以上进行烧制的成型体，则所产生的气体混入至半导体中，纯度会降低。若烧制温度为2800℃以下，则可以抑制碳纤维增强碳复合材的结晶化的进行，容易维持成型体的强度。进一步优选的烧制温度为1800～2500℃。加热速度优选在500℃/H左右进行。

根据本发明的实施方式，通过使多孔状型面21的形状成为沿着所期望的成型体的形状而成的形状，不仅能够制造上述形状，还能够通过一体成型来制造各种立体形状的成型体。由此能够使碳纤维均匀分散，因而即使为面接合部等也不易形成结构弱的部分。

另外，为了提高C/C复合材的密度，可以在烧制工序前反复进行2次以上的浸渍工序和脱脂工序。

另外，优选将抄造后在干燥工序中得到的干燥的抄造体加热加压至150～200℃，保持5分钟以上进行固化。另外优选的是，将在固化工序中固化成的成型体在500℃以上进行加热，将第1粘结剂成分碳化而得到脱脂体，进一步地，烧制工序在1500℃以上对脱脂体进行烧制。

(平均纤维长、纤维体积率)

本申请中的碳纤维的平均纤维长<L>可以用任意方法进行测定。若为原材料阶段，则可以通过利用扫描电子显微镜等对分散的碳纤维粉末直接进行测定来得到。对于碳纤维的平均纤维长的计算方法，如下式所示，可以通过对存在于任意区域的碳纤维的长度Li进行全部计测，再除以所计测的碳纤维的根数n来求得。(碳纤维的粗细度、密度不会对平均纤维长做出贡献)

<L>＝∑L_i/n

另外，包含在C/C复合材中的状态下的碳纤维的平均纤维长也可以利用任意的方法进行测定。尽管无法容易地仅单独抽出碳纤维，但若利用例如聚焦离子·电子束加工观察装置(FIB-SEM)等方法，则能够进行计测。具体地说，可以一边使用聚焦离子·电子束等从表面一点一点地对C/C复合材进行加工一边利用SEM确认纤维的立体配置，来求出各纤维长。进一步地，每次加工都算出碳纤维所占的面积，由此可以计算出纤维体积率。

另外，对于纤维体积率，除了对C/C复合材直接进行分析以外，也可以利用由制造阶段中所使用的碳纤维的质量和真密度计算出的碳纤维的体积除以由C/C复合材的质量和表观密度(堆积密度)计算出的C/C复合材的体积来求得。

(实施方式2)

基于图5对本发明实施方式2的成型体进行说明。

图5中示出了本发明实施方式2的成型体，图5(a)示出了立体图、图5(b)示出了截面图、图5(c)示出了图5(b)的要部放大图、图5(d)示出了图5(c)进一步的要部放大图。另外，在图6(B)～图6(D)中示出了本发明实施方式2的成型体的制造方法的概要图。实施方式2的C/C复合材成型体200以具有底面为特征，因而除了具有底面这一点以外，与实施方式1的成型体100是同样的。

在制造实施方式2的C/C复合材成型体200时，在形成絮凝物的层积体(预塑形坯)时，如图6(B)所示，使用在侧面和底面具有多孔状型面31的模具30对絮凝物5进行过滤。另外，如图6(C)所示，加压工序中的支持材35有底。除此以外，与实施方式1的制造方法是同样的。絮凝物5沿着多孔状型面31的曲面方向进行层积。另外，如图5(b)所示的碳纤维1的长度方向沿着成型体200的面200S的方向进行取向。由此，对于所得到的成型体200，即使在底面与侧面的边界区域，薄片体也沿着成型体200的面200S进行取向，因而薄片体的边界被分散，成为均匀的成型体。

在该C/C复合材成型体中，碳纤维在碳质基体内以单丝状态存在。另外，碳纤维是平均纤维长不足1.0mm的直线状纤维，C/C复合材成型体的纤维体积率为30～50％。并且，C/C复合材成型体的堆积密度为1.2g/cm³以上。

另外，在该C/C复合材成型体中，优选C/C复合材成型体的拉伸强度为50MPa以上、C/C复合材成型体的弹性模量为5～15GPa。

(实施方式3)

基于图12和图13对本发明实施方式3的成型体进行说明。图12(a)为本发明的实施方式3的C/C复合材成型体的立体图、图12(b)为截面图、图13(A)～图13(C)为示出本发明的实施方式3的C/C复合材成型体的制造工序的示意图。

实施方式3的C/C复合材成型体300在圆筒状部300a的下端具有凸缘部300T，除了这一点以外，与实施方式1的C/C复合材成型体100是同样的。如此，通过具有凸缘部300T，构成圆筒面的曲面与环形圈状的平面相邻，连续地一体形成。此处，即使在构成圆筒面的曲面与环形圈状的平面的边界区域300R，薄片体3也沿着表面300S进行取向，构成高强度、均匀的连续面，因而呈现出极高强度。另外，在该边界区域300R，薄片体3的边界也被分散，成为均匀的成型体。

该C/C复合材成型体300的制造与上述实施方式1是同样的，但在模具30的端部30E表面以不形成多孔状型面的方式进行部分遮盖，使得絮凝物不析出。

根据该构成，如图13(B)所示，使用在侧面和底面具有多孔状型面31的模具30对絮凝物进行过滤。絮凝物以沿着多孔状型面31的曲面方向的连续体的形式进行层积。如此形成由沿着模具30的外壁的第1曲面300i和与该第1曲面300i相向的第2曲面300o构成、包含具有凸缘部300T的圆筒状部300a的薄片体层积体，能够得到所期望的形状。

另外，与上述实施方式1、2同样地，经由干燥工序、加压工序、脱脂工序、浸渍工序、烧制工序，如图12(a)和(b)所示，可以得到由具有凸缘部的圆筒状体构成的C/C复合材成型体300。对于该C/C复合材成型体300，在凸缘部与圆筒状部的边界部即接合部，薄片体也沿着第1和第2曲面300i、300o进行取向，薄片体的边界被分散，成为组成均匀的连续体的成型体。

在本发明实施方式3的C/C复合材成型体中，碳纤维在碳质基体内以单丝状态存在。另外，碳纤维为平均纤维长不足1.0mm的直线状纤维，C/C复合材成型体的纤维体积率为30～50％。另外，C/C复合材成型体的堆积密度为1.2g/cm³以上。

另外，在本发明实施方式3的C/C复合材成型体中，C/C复合材成型体的拉伸强度为50MPa以上、C/C复合材成型体的弹性模量为5～15GPa。

(实施方式4)

基于图14和图15对本发明的实施方式4的成型体进行说明。图14(a)为本发明实施方式4的C/C复合材成型体的立体图，图14(b)为截面图、图15(a)～图15(b)为示出本发明的实施方式4的C/C复合材成型体的制造工序的示意图。

实施方式4的C/C复合材成型体400在圆筒状部400a的下端具有圆锥台形状筒部400b，除了这一点以外，与实施方式1的C/C复合材成型体100是同样的。由此，通过具有圆锥台形状筒部400b，构成圆筒面的曲面与构成圆锥台形状筒部的曲面相邻接地连续一体形成。此处在构成圆筒面的曲面与圆锥台形状筒部的边界区域400R，薄片体3也沿着表面400S进行取向，构成高强度、均匀的连续面，因而呈极高强度。另外，在该边界区域400R，薄片体3的边界也被分散，成为均匀的成型体。

本发明实施方式4的C/C复合材成型体400的制造与上述实施方式3是同样的，但使用具有圆柱状和圆锥状的外表面的模具40。

通过该构成，如图15(b)所示，使用在侧面具有多孔状型面31的模具40对絮凝物进行过滤。絮凝物以沿着多孔状型面41的曲面方向连续的层的形式进行层积。如此形成由沿着模具40的外壁的第1曲面400i和与该第1曲面400i相向的第2曲面400o构成、含有圆筒状部400a和圆锥台形状筒部400b的薄片体层积体，能够得到所期望的形状。

另外，与上述实施方式1、2、3同样地，经由干燥工序、加压工序、脱脂工序、浸渍工序、烧制工序，如图14(a)和图14(b)所示，可以得到由圆筒状部与圆锥台形状筒部构成的C/C复合材成型体400。对于该C/C复合材成型体400，在圆筒状部400a与圆锥台形状筒部400b的边界部即接合部，薄片体也沿着第1和第2曲面400i、400o进行取向，薄片体的边界被分散，在表面400S组成连续，成为均匀的成型体。

在本发明实施方式4的C/C复合材成型体中，碳纤维在碳质基体内以单丝状态存在。另外，碳纤维为平均纤维长不足1.0mm的直线状纤维，C/C复合材成型体的纤维体积率为30～50％。另外，C/C复合材成型体的堆积密度为1.2g/cm³以上。

另外，对于本发明实施方式4的C/C复合材成型体，是C/C复合材成型体的拉伸强度为50MPa以上，C/C复合材成型体的弹性率为5～15GPa的C/C复合材成型体。

(实施方式5)

基于图16对本发明的实施方式5的成型体进行说明。图16为示出本发明的实施方式5的成型体的图，图16(a)为立体图、图16(b)为截面图。

本发明实施方式5的C/C复合材成型体500由具有底部500b的四角筒状部500a构成。除形状以外，与实施方式1的C/C复合材成型体100是同样的。由此，在本实施方式5中，构成四角筒面的4个平面与底面呈相互垂直的方式进行定位，连续一体地形成。由此，在相互正交的平面间的边界区域500R，薄片体3也沿着表面500S进行取向，构成高强度、均匀的连续面，从而呈极高强度。另外，在该边界区域500R，薄片体3的边界也被分散，成为均匀的成型体。

在本发明实施方式5的C/C复合材成型体中，碳纤维在碳质基体内以单丝状态存在。另外，碳纤维为平均纤维长不足1.0mm的直线状纤维，C/C复合材成型体的纤维体积率为30～50％。另外，C/C复合材成型体的堆积密度为1.2g/cm³以上。

另外，对于本发明实施方式5的C/C复合材成型体，是C/C复合材成型体的拉伸强度为50MPa以上、C/C复合材成型体的弹性模量为5～15GPa的C/C复合材成型体。

(实施方式6)

基于图17和图18对本发明的实施方式6的成型体进行说明。

图17(a)为由C/C复合材构成的本实施方式6的成型体600的立体图。并且，图17(b)为图17(a)的截面图、图17(c)为图17(b)的要部放大图、图17(d)为图17(c)进一步的要部放大图。实施方式6的成型体600的形状为平板状，除这一点以外，与实施方式1的C/C复合材成型体100是同样的。

图18为示出本发明的实施方式6的成型体的制造方法的概要图。下面对本发明实施方式6的成型体的制造方法进行详细说明。

[絮凝物形成工序(A)]

对于形成絮凝物的工序(A)，可以与实施方式1中的工序(A)同样地进行。

[絮凝物的层积体形成工序(B)]

接下来，作为形成絮凝物的层积体的工序(B)，如图18(B)所示，利用具有多孔状型面41的平板状的模具40对形成有絮凝物5的液体进行过滤。多孔状型面41在侧面具有多个开口41A。若从上面利用加压板42对液体进行加压，液体通过开口41A，并利用阀43从储水室44排出到外部。絮凝物5的尺寸大于开口41A，因而絮凝物5不通过开口41A而在多孔状型面41的表面以在多孔状型面的面方向连续的层的形式进行层积。此时絮凝物5按照碳纤维扎进已经形成的层积体中的方式进行层积。所层积的絮凝物5在吸引力的影响下从球形变成为略微扁平形状，絮凝物内的碳纤维1的长度方向在多孔状型面41的面方向进行取向。如此形成絮凝物的层积体(预塑形坯、第一成型体)50F。

对于多孔状型面41，只要是具有能够透过液体的2个以上开口的物质，就可以为任意物体，可以举出网、冲压金属、机织物、或者无纺布等。对于开口的尺寸，在使用水作为液体的情况下，优选易于透过水的直径1～3mm。

另外，过滤可以用任意方法进行，例如在吸滤的情况下，由于除空气外液体也一起被吸引，因而可以适当地使用自吸式的涡流泵或吸气器等。

另外，作为过滤方法，除了上述示出的吸滤外，也可以采用加压过滤、或者单纯基于重力的过滤等方法。加压过滤例如为如下方法：利用加压气体对多孔状型面的外表面侧进行加压，使絮凝物层积至多孔状型面的外表面，来形成絮凝物的层积体。

[加压工序](成型工序(C))

另外，不对上述絮凝物的层积体50F进行重叠而进行一体压缩，从而使碳纤维的长度方向在与层积方向正交的面方向上进行取向，形成成型体60F。作为加压成型方法，在成型体为平面形状的情况下，可以利用基于单轴成型的加压方法。如图18(C)所示，利用压制用板材45夹着絮凝物的层积体50F进行加压。成型压优选为1MPa以上。若成型压为1MPa以上，则可以对絮凝物的层积体进行充分压缩，因而能够得到高密度高强度的C/C复合材。成型压并无特别上限，但由于通过加热，第一粘结剂被软化，因而若施加10MPa的压力，则能够充分得到高密度高强度的成型体。由此，碳纤维1的长度方向平行于多孔状型面41的面方向进行取向。于是絮凝物5薄片化，成为薄片体前体。由此，如图18(D)所示，成型出薄片体前体的层积体(加压成型后的预塑形坯、第二成型体)60F。

对于所得到的薄片体前体的层积体60F，与实施方式1同样地，经由固化工序、脱脂工序、浸渍工序以及烧制工序(D)，得到实施方式6的成型体600。

另外，本发明中的成型体的面方向指的是构成成型体的主要的面，不包括端面。也不包括在烧制后通过对表面进行研磨加工、开孔、或实施机械加工而新形成的面。如上述所说明那样利用抄造法进行成型时，沿着外表面，碳纤维的长度方向连续取向，通过采取这样的构成，能够得到机械强度极高、耐热性优异的C/C复合材成型体。

实施例

下面利用实施例和比较例对本发明进行更详细的说明，但本发明并不限于这些实施例。

<实施例1>

(1)碳纤维的调整工序

准备CFRP用的PAN系碳纤维。平均纤维直径为7μm。为了改善在水中的分散性，在还原性气氛下在550℃对涂布至纤维表面上的上胶剂进行烧制去除后，分散至水中，利用混合器粉碎至平均纤维长为150μm以后，进行脱水干燥。此处，与大量产生烃气体的有机物粉末一同在密闭容器中进行加热，利用由有机物产生的烃气体对密闭容器内进行吹扫(パ一ジ)，形成还原性气氛。

(2)絮凝物形成工序

(a)将上述碳纤维调整工序中得到的碳纤维投入到水中，边搅拌边进行分散。搅拌进行3分钟。

(b)接下来，相对于碳纤维100质量份，加入作为第1粘结剂的酚树脂(エアウオ一タ一社制造的“Bellpearl(注册商标)”S890(200质量份)，同样地搅拌1分钟。

(c)然后加入作为第2粘结剂的胶乳(5质量份)，同样地搅拌1分钟。

(d)进一步地，加入作为凝聚剂的阳离子系凝聚剂(Allied Colloids社制造的“Percoll(注册商标)”292)(0.3质量份)，搅拌20秒，形成絮凝物。

(3)絮凝物层积体形成工序(抄造工序)

利用在外表面具备开口1mm的金属丝网的圆筒形的模具由内侧对形成有絮凝物的水进行吸引，使絮凝物层积至金属丝网的表面，形成圆筒形的层积体。尽管为开口1mm的金属丝网，但由于碳纤维形成了絮凝物，因而几乎没有通过网的碳纤维。暂且保持原样放置，利用重力除去水分后，利用60℃的干燥机一边通风一边进行干燥。

(4)成型工序(薄片体前体的层积体的形成)

在上述工序中得到的层积体的内侧插入表面光滑的圆筒形的模具，进一步利用密闭膜对表面进行覆盖，放入至高压釜中，不重叠层积体而一边施加150℃的热一边进行加压。加压压力为2MPa。

(5)固化工序

利用高压釜在保持最大压力的情况下放置2小时。利用该工序，第1粘结剂(酚树脂)发生固化。

(6)脱脂工序

去掉上述固化工序中得到的层积体的模具，利用还原性气氛炉进行加热。加热以70℃/h的升温速度进行，在最高温度为550℃的时刻保持1小时后，自然冷却至室温。此处与大量产生烃气体的有机物粉末一同在密闭容器中进行加热，利用由有机物产生的烃气体对密闭容器内进行吹扫，形成还原性气氛。

(7)(浸渍工序)

在直至第1脱脂工序为止未得到所期望的堆积密度的情况下，进一步进行浸渍。

在本实施例中，将脱脂后的层积体放入到加热至200℃的高压釜中，抽真空后流入80℃(大致为软化点温度)的沥青，在4MPa进行加压，使沥青浸渗到层积体中。

(8)(第2脱脂工序)

对经历了浸渍工序的层积体再次进行脱脂。条件与(6)的脱脂工序同样地进行。浸渍工序和第2脱脂工序可以反复进行多次。

(9)烧制工序

对于进行了浸渍和第2脱脂工序的层积体最后进行烧制。在还原性气氛下以150℃/h的升温速度进行加热，在最高温度达到2000℃的时刻保持15分钟后，自然冷却至室温。对于还原性气氛，是由将层积体埋入碳粉末中并屏蔽来自外部的氧进行加热而产生的烃气体、氢以及一氧化碳的混合气体而形成的。通过该烧制工序，能够由第1粘结剂生成基体，碳纤维的粘接力增强，表现出强度。由此得到内直径1000mm、高度1000mm、厚度25mm的圆筒形的成型体。

<实施例2>

除了使碳纤维的平均纤维长为800μm以外，与实施例1同样地得到C/C复合材的成型体。

<比较例1>

制造由毡层积而成的C/C复合材构成的比较例1的成型体。首先，将PAN系碳纤维切断为30mm，形成片状的毡。接下来浸渍在酚树脂的甲醇溶液中，通过辊压制形成3mm厚的碳纤维片材预浸料。将如此形成的碳纤维片材预浸料绕在心轴上，形成毡状片材层积的成型体。

随后，将上述工序成型的成型体保持在150℃，从而使酚树脂固化，使形状固定。

接下来，与上述实施例同样地进行脱脂、浸渍、脱脂以及烧制，得到内直径600mm、高度600mm、厚度25mm的圆筒形的成型体。

<比较例2～11>

对于比较例2的C/C复合材的成型体，除了使(4)成型工序中的加压压力为0.8MPa以外，与实施例1同样地制作。

作为比较例3～11，准备表2所示的市售的C/C复合材的成型体。比较例3为采用丝缠绕制造的市售的C/C复合材的成型体、比较例4～10为采用布层积制造的市售的C/C复合材的成型体、比较例11为采用毡层积制造的市售的C/C复合材的成型体。

<评价>

采用下述所示的条件测定物性值。

·堆积密度和弯曲强度

从实施例1和比较例1中得到的成型体中分别得到2根图22(a)所示那样的在圆筒形的高度方向较长的长方体的物性测定样品。测定该物性测定样品的堆积密度和弯曲强度。成型体的堆积密度是由C/C复合材的质量除以体积而计算出的。弯曲强度是使用岛津制作所社制造的Autograph(AG-IS型：0～5kN)进行三点弯曲试验来测定的。图22为示出物性测定样品的取出方向和三点弯曲试验的试验方向的示意图。对于三点弯曲试验，如图22(b)所示从相对于成型体的面方向为垂直方向(薄片体的层积方向)V和为平行方向P这2方向来进行。

表1中示出了实施例1和比较例1的C/C复合材的成型体的堆积密度、垂直方向的弯曲强度和平行方向的弯曲强度的测定结果。

表1

^*1在与成型体的面方向垂直的方向的3点弯曲试验

^*2在与成型体的面方向平行的方向的3点弯曲试验

对于实施例1和2以及比较例1～11，求出了下述的物性值。

·纤维体积率

测定所使用的碳纤维的质量和真密度，计算出碳纤维的质量除以真密度而得到的碳纤维的体积。测定C/C复合材的质量和表观密度(堆积密度)，C/C复合材的质量除以堆积密度而计算出C/C复合材的体积。另外，对于堆积密度，是从C/C复合材成型体中加工出4根10mm×10mm×60mm的样品，对由测定出的体积和质量计算出的值进行平均。用碳纤维的体积除以C/C复合材的体积，计算出纤维体积率。

·弹性模量、破坏强度、破坏应变

使用岛津制作所社制造的Autograph(AG-IS型：0～5kN)进行测定。另外，破坏强度是以拉伸强度的形式求得的。

表2中示出了实施例1和2以及比较例1～11的C/C复合材的制造方法以及平均纤维长、纤维体积率、堆积密度、弹性模量、破坏强度(拉伸强度)和破坏应变的测定结果。

表2

图20为该C/C复合材的物性分析中示出了测定弹性模量和破坏强度(拉伸强度)的关系的结果的图，为示出了实施例和比较例的弹性模量和拉伸强度的关系的图。图21为示出了弹性模量与破坏应变的关系的测定结果的图，为示出了实施例和比较例的弹性模量与破坏应变的关系的图。根据表2、图20和图21的图可知，利用本发明的C/C复合材，可以提高破坏强度且维持低弹性模量。

·表面和截面的观察

利用各种照片对上述实施例1和比较例1中得到的各成型体的表面和截面进行观察。

(偏振光显微镜和扫描电子显微镜(SEM)照片用试样的制作方法)

将实施例1、比较例1中制造的C/C复合材的试样包埋在环氧树脂中，通过机械研磨法制作出截面后，进行平磨处理(45°、3分钟)。利用FE-SEM以及偏振光显微镜对实施了Pt-Pd溅射的截面进行观察。此处，为了从柔软的试样、易于变形的试样、细小的试样等中切出平坦的面，使用环氧树脂来对试样进行固定。例如粉末的截面或纤维的截面等通常是难以进行截面加工的，但若利用环氧树脂进行固定，则能够进行观察。

(分析装置和测定条件)

[平磨]

装置：hitachi E-3200

输出功率：5kV、0.5mA

[FE-SEM]

装置：Jeol、JSM-7001F

加速电压：5kV

观察像：二次电子像

[偏振光显微镜]

装置：Nikon制

图7(A)为实施例1的成型体的截面的照片、图7(B)为比较例1的成型体的截面的照片。照片上下方向为成型体的厚度方向(层积方向)、横方向为面方向。对于实施例的成型体，可知其为形成了沿着成型体的面方向进行取向的薄片体、薄片体的边界被分散的均匀的成型体。对于比较例1的成型体，可知其形成了年轮状的层结构。

图8(A)为对本发明的实施例1的成型体表面(圆筒形成型体的内表面)进行放大的照片。图8(B)示出了在图8(A)的成型体表面所观察到的薄片体的照片。图8(B)中的实线区域示出了各薄片体3。图8(C)示出了自图8(A)的成型体表面剥离的薄片体的照片。对于成型体的内表面，由于使用支持材25进行了成型，因而得到了并无大的凹凸的平坦面，但可以确认到在表面露出了在平行于由絮凝物形成的面方向进行取向的薄片体。对于该薄片体，由于构成的碳纤维在平行于面方向上进行取向，因而可以从端部的露出的部位一点一点地剥离，但由于薄片体仅是一张一张地进行剥离的，因而不会发生到达至碳纤维成型体全体的剥离。对于这样的剥离，即使在沿着层方向破坏碳纤维成型体所形成的断裂面也同样地可以确认。

图9(A)示出了比较例1的成型体截面的扫描电子显微镜(SEM)照片，图9(B)示出了图9(A)的示意图。照片横方向为成型体的厚度方向(片材的层积方向)，上下方向为面方向。可以确认到片材界面部的纤维沿着界面平行地进行强取向。

图10示出了本发明实施例1的成型体截面的扫描电子显微镜(SEM)照片。照片上下方向为成型体的厚度方向(薄片体的层积方向)、横方向为面方向。图10(A)为倍数100、(B)为倍数200、(C)为倍数500下的实施例1的成型体截面的SEM照片。图10(A)示出了在截面的SEM照片中观察到的薄片体。图10(A)中的实线区域示出了各薄片体3。图10(B)为对图10(A)的薄片体部分进一步放大的SEM照片。图10(C)为对图10(B)的薄片体部分进一步放大的SEM照片。对于如图10(A)所示那样的薄片体，可以确认到在平行于碳纤维成型体的面方向进行取向并进行层积。

图11示出了比较例1的成型体截面的扫描电子显微镜(SEM)照片，照片上下方向为成型体的厚度方向(片材的层积方向)，横方向为面方向。图11(A)为倍数50、(B)为倍数200、(C)为倍数500的比较例1的成型体的截面的SEM照片。图11(B)为图11(A)的放大SEM照片、图11(C)为对图11(A)进一步放大的SEM照片。如图11(B)和图11(C)中所确认，存在碳纤维强取向在与碳纤维成型体的面方向平行的方向的区域，确认到在该区域中几乎没有形成厚度方向的纤维的连接。因此可知，在比较例1中，相对于图11(B)和图11(C)中照片上下方向的张力，上述碳纤维强取向的区域成为缺陷。

图23(A)示出了本发明实施例1的成型体的截面的偏振光显微镜照片。照片上下方向为成型体的厚度方向(薄片体的层积方向)、横方向为面方向。另外，图23(B)为比较例1的成型体的截面的偏振光显微镜照片。照片上下方向为成型体的厚度方向(片材的层积方向)、横方向为面方向。对于偏振光显微镜，由于是根据结晶的取向方向以不同的颜色进行观察的，因而可以容易地区别出纤维和基体，根据与观察面的关系，观察到纤维为线状、椭圆状或圆形状。另外，图中的深灰色无浓淡差别的部位为作为密封树脂使用的环氧树脂E，对于此外的区域，图23(A)为C/C复合材成型体100(含有基体和碳纤维的薄片体)，图23(B)为C/C复合材成型体C。

在图23(A)的实线所包围的区域内，可以确认到将在偏振光显微镜照片的上下方向(薄片体的层积方向)相邻的薄片体彼此连接起来的碳纤维的成分1a。另外，在图23(B)中并未观察到这样的将薄片体彼此连接起来的碳纤维成分。

在图23(A)所示的偏振光显微镜照片中，为了观察到将薄片体彼此连接起来的碳纤维，必须要在观察面存在碳纤维，并且碳纤维的长度方向要包含在观察面中。由于在图23(A)中确认到了将在照片的上下方向(薄片体的层积方向)相邻的薄片体彼此连接起来的碳纤维成分，因而可以认为，在其它处也存在着很多的未能进行观察的将在上下方向(薄片体的层积方向)相邻的薄片体彼此连接起来的碳纤维成分。

如表1的测定结果所示，本实施例1中得到的成型体中，对于成型体的三点弯曲强度，在与成型体的面方向垂直的方向为75.7MPa、在与成型体的面方向平行的方向为69.0MPa，在与面方向垂直的方向以及平行的方向都得到了大致同等的三点弯曲强度。据认为，这是由于，本申请的成型体通过薄片体层积来构成，进一步地，由于存在将在厚度方向(薄片体的层积方向)相邻的薄片体连接起来的碳纤维成分，从而得到了均质的成型体。

对于本比较例1中得到的成型体，相比于与成型体的面方向平行的方向(P方向的三点弯曲强度)为47.2MPa，与成型体的面方向垂直的方向(薄片体的层积方向)的三点弯曲强度相当低，为19.6MPa。

对于本比较例1中得到的成型体，与平行于成型体的面方向的方向相比，垂直方向的强度大大降低。在与成型体的面方向垂直的方向上的三点弯曲试验中，层积的片材按剥离的方式被破坏。

在本比较例1中，通过片材层积而构成，并不存在在厚度方向进行取向的将片材间连接起来的碳纤维成分，因而片材间的接合力弱，在与成型体的面方向垂直的方向上的三点弯曲试验中，观察到了显著的强度降低。另外，在与成型体的面方向平行的方向的三点弯曲试验中，也观察到了片材的剥离，与实施例1相比，仅得到了低强度。

据推测，在实施例2和比较例2～11中也得到了同样的结果。

另外，在图23(A)的实施例1的偏振光显微镜照片中，可知碳纤维成分以单丝状态存在。即，可知1a所示的将在薄片体的层积方向相邻的薄片体彼此连接起来的碳纤维成分以及1b所示的沿着照片的横方向即成型体的面方向进行取向的碳纤维成分都未形成束(线料)。另外可知，如图23(B)的比较例1的偏振光显微镜照片的实线所包围的区域所示，碳纤维形成束(线料)。据推测，在实施例2和比较例2～11中也得到了同样的结果。

工业实用性

对于基于本发明的C/C复合材的成型体，由于耐热性、化学稳定性、强度优异，因而多可在硅单晶提拉装置、化合物半导体结晶提拉装置、太阳能电池用硅制造装置(薄膜形成装置等)、原子力、核熔合或冶金领域等中使用的装置部件等在高温下使用的部件、或者宇宙部件、航空部件等即使在温度变化下也需要维持高强度的领域等中进行应用。

Claims (7)

1.一种碳纤维增强碳复合材，其为含有碳纤维和碳质基体的碳纤维增强碳复合材，该碳纤维增强碳复合材的特征在于，

所述碳纤维增强碳复合材是一体形成的，

所述碳纤维是以单丝状态存在于所述碳质基体内的、平均纤维长小于1.0mm的直线状纤维，

所述碳纤维增强碳复合材的堆积密度为1.2g/cm³以上，

所述碳纤维增强碳复合材是通过下述包括下述工序方法制造的，

所述工序包括：

将平均纤维长小于1.0mm的直线状碳纤维开纤成单丝的工序；

形成所述碳纤维以单丝状态存在的预塑形坯的工序，该预塑形坯含有所述直线状碳纤维和碳质基体的前体成分；

对所述预塑形坯进行一体加压成型的工序；以及

对所述加压成型后的预塑形坯进行烧制，由所述前体成分生成碳质基体的工序，

将所述碳纤维开纤的工序为将碳质基体的前体成分与平均纤维长小于1.0mm的直线状碳纤维投入到液体中进行分散，形成将所述碳纤维开纤的浆料的工序，

形成所述预塑形坯的工序包括：由所述浆料形成絮凝物的工序，所述絮凝物含有碳纤维和碳质基体的前体成分；以及对所述絮凝物进行过滤的工序。

2.如权利要求1所述的碳纤维增强碳复合材，其特征在于，所述碳纤维增强碳复合材的弹性模量为5GPa～15GPa。

3.如权利要求1或2所述的碳纤维增强碳复合材，其特征在于，所述碳纤维增强碳复合材的拉伸强度为50MPa以上。

4.如权利要求1或2所述的碳纤维增强碳复合材，其特征在于，所述碳纤维增强碳复合材的纤维体积率为30%～50%。

5.如权利要求1或2所述的碳纤维增强碳复合材，其特征在于，所述碳纤维增强碳复合材为炉的结构部件用的复合材。

6.如权利要求1或2所述的碳纤维增强碳复合材，其特征在于，所述碳纤维增强碳复合材为半导体制造装置用的复合材。

7.一种碳纤维增强碳复合材的制造方法，其为制造权利要求1～6的任一项所述的碳纤维增强碳复合材的方法，该方法的特征在于，该方法包括下述工序：

将平均纤维长小于1.0mm的直线状碳纤维开纤成单丝的工序；

形成所述碳纤维以单丝状态存在的预塑形坯的工序，该预塑形坯含有所述直线状碳纤维和碳质基体的前体成分；

对所述预塑形坯进行一体加压成型的工序；以及

对所述加压成型后的预塑形坯进行烧制，由所述前体成分生成碳质基体的工序，

将所述碳纤维开纤的工序为将碳质基体的前体成分与平均纤维长小于1.0mm的直线状碳纤维投入到液体中进行分散，形成将所述碳纤维开纤的浆料的工序，

形成所述预塑形坯的工序包括：由所述浆料形成絮凝物的工序，所述絮凝物含有碳纤维和碳质基体的前体成分；以及对所述絮凝物进行过滤的工序。