CN102399089B

CN102399089B - 碳纤维结构体及其制造方法

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Publication number: CN102399089B
Application number: CN2011102224431A
Authority: CN
Inventors: 加藤秀树; 鹿野治英; 安藤友行
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2031-08-04
Also published as: US8815365B2; CN102399089A; TWI460077B; US20120034415A1; TW201217169A; KR20120024405A; EP2415733A1; JP2012036016A; JP5662077B2; KR101240112B1

Abstract

本发明提供碳纤维结构体及其制造方法，其目的在于提供由高强度且高耐热性的C/C复合材构成的碳纤维结构体。本发明的碳纤维结构体为含有碳纤维增强碳复合材的碳纤维结构体，所述碳纤维增强碳复合材包含碳纤维和碳质基体，其中：上述碳纤维由直线状纤维构成；上述碳纤维形成上述碳纤维的长度方向在上述碳质基体内平行于上述碳纤维结构体的面方向进行取向的薄片体；上述结构体由该薄片体层积而成的层积体构成。

Description

碳纤维结构体及其制造方法

技术领域

本发明涉及碳纤维结构体及其制造方法，特别涉及由含有碳纤维和碳质基体的碳纤维增强碳复合材料构成的结构体。

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结构体。

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(クロス)的布层积方式、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、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、烧制来得到C/C复合材(参见专利文献1)。通过层积平面的机织物并进行单轴向压制，可以得到平板的碳纤维增强碳复合材。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(クロスワインデイング)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、烧制，由此来得到C/C复合材(参见专利文献2)。

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、烧制，由此来得到C/C复合材(参见专利文献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、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13)。

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

在C/C复合材的制造中，在制造单纯的平板C/C复合材的情况下，板材的端部被解放，因而在压制和烧制的过程中即使产生收缩，也仅是整体的尺寸变小，可以得到翘曲及变形少的C/C复合材。

在制造圆筒等环状形状的平板C/C复合材的情况下，使用丝缠绕方式或布缠绕方式等方法。在这些方法中，为了形成为高密度，通过一边施加张力一边将布或丝缠绕至芯轴来形成预成型体。由于利用这样的方法进行制造，因而能够容易地制造薄壁(薄肉)的C/C复合材；在制造厚壁(厚肉)的C/C复合材时，对布或者丝施加张力，在预成型体的周向不具有应力被解除的端部，因而会由于预成型体的外层侧和内层侧的张力差而使内层侧易于压曲。进一步地，通过烧制，产生收缩及粘结剂成分发生碳化，因而产生粘接力的降低，预成型体的内层侧更易压曲。其结果，在抽出芯轴时由于压曲而在预成型体的内层侧发生变形，进而出现强度的降低。因此难以通过丝缠绕法、布缠绕法得到厚壁的C/C复合材。

另外，在使用碳纤维毡的方式的情况下，是将薄毡重叠几层进行成型的，但由于毡间的粘接力小，因而易于产生剥离。特别是在制造C/C复合材的厚壁材的情况下，在固化、烧制的过程中会施加压缩应力，因而在抽出芯轴时在预成型体的内层侧易于压曲。即，与丝缠绕法及布缠绕法同样地具有由于压曲而在预成型体的内层侧出现变形或者强度降低的问题。因此，难以通过对碳纤维的毡进行层积来得到厚壁的C/C复合材。

另外，在现有的C/C复合材的制造方法中，在预成型体进行固化、烧制的阶段产生翘曲或变形的情况下、在制品形状的尺寸公差小的情况下、或在制品形状并非为单纯形状的情况下，据认为要实施切削或接合等加工。

但是，在丝缠绕方式、布缠绕方式、片缠绕方式等方式中，由于在任何层都层积丝、布、碳纤维毡等而制作预成型体，因此在实施上述那样的加工时，会切断用于保持强度的长纤维，在强度弱的层间易于产生剥离。

另外，进一步地，对于通过抄造方式得到的C/C复合材，由于以抄造纸的方式得到作为C/C复合材的预成型体的抄造体，因此在形成了薄的抄造层的阶段对碳纤维进行分散的液体(水)的通过电阻变大，随着层变厚，抄造变得困难。因此，为了得到厚壁的C/C复合材，必须要降低碳纤维的密度以使得液体的通过电阻不会变大，难以得到高强度的C/C复合材。

本发明的目的在于提供由高强度且高耐热性的C/C复合材形成的碳纤维结构体。

本发明人发现，通过下述碳纤维结构体及其制造方法能够解决上述课题。

[1]一种碳纤维结构体，其为含有碳纤维增强碳复合材的碳纤维结构体，所述碳纤维增强碳复合材含有碳纤维和碳质基体，其中，

上述碳纤维由直线状纤维构成，

上述碳纤维构成薄片体，在该薄片体中，上述碳纤维在上述碳质基体内上述碳纤维的长度方向平行于上述碳纤维结构体的面方向进行取向，

上述碳纤维结构体由该薄片体层积而成的层积体构成。

[2][1]中所述的碳纤维结构体，其中，所述碳纤维的一部分含有将在所述薄片体的层积方向相邻接的薄片体连接起来的成分。

[3][1]或[2]中所述的碳纤维结构体，其中，上述薄片体按照在上述薄片体的层积方向相邻接的薄片体的端部在该层积方向错开的方式进行配置。

[4][1]～[3]的任一项所述的碳纤维结构体，其中，上述碳纤维的平均纤维长小于1.0mm。

[5][1]～[4]的任一项所述的碳纤维结构体，其中，上述碳纤维的在与上述碳纤维结构体的面方向垂直的方向上取向的成分(取向成分)在该垂直的方向上连续存在。

[6][1]～[5]的任一项所述的碳纤维结构体，其特征在于，上述碳纤维结构体的堆积密度为1.2g/cm³以上。

[7]一种碳纤维结构体的制造方法，该制造方法具备下述工序，

工序(A)：将碳纤维和粘结剂悬浮在液体中的同时加入凝聚剂，使上述碳纤维和上述粘结剂凝集来形成絮凝物，其中所述粘结剂为碳质基体的前体成分；

工序(B)：利用具有多孔状型面的模具对形成有上述絮凝物的液体进行过滤，从而将上述絮凝物层积至该多孔状型面的表面，形成该絮凝物的层积体；

工序(C)：对上述絮凝物的层积体进行加压，使上述碳纤维的长度方向平行于上述多孔状型面的面方向进行取向，将该絮凝物薄片化，从而成型出薄片体前体的层积体；以及

烧制工序(D)：对上述薄片体前体的层积体进行烧制，使上述粘结剂碳化而生成碳质基体，从而形成薄片体的层积体。

[8][7]中所述的制造方法，其中，上述工序(B)中的过滤为吸滤。

[9][7]或[8]中所述的制造方法，其中，所述工序(A)为以下工序：将碳纤维、第1粘结剂和第2粘结剂悬浮在液体中的同时加入凝聚剂，使上述碳纤维、上述第1粘结剂和上述第2粘结剂凝集而形成絮凝物，其中所述第1粘结剂为碳质基体的前体成分，所述第2粘结剂为使上述碳纤维与上述第1粘结剂结合的成分。

[10][7]～[9]的任一项所述的制造方法，其中，上述工序(C)为如下工序：将上述絮凝物的层积体以用膜被覆了的状态利用高压釜进行加热压缩，使上述碳纤维的长度方向平行于上述多孔状型面的面方向进行取向，将该絮凝物薄片化，从而成型出薄片体前体的层积体。

[11][7]～[10]的任一项所述的制造方法，其中，上述碳纤维的平均纤维长小于上述多孔状型面的开口的尺寸。

根据本发明，可以得到由不易产生层间剥离、高强度且高耐热性的C/C复合材构成的碳纤维结构体。

附图说明

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

图2是本发明的制造方法的工序流程图。

图3是本发明的制造方法的概要图。

图4是示出本发明的实施方式2的结构体的图，其中，(a)为立体图、(b)为截面图、(c)为(b)的截面图的要部放大图、(d)为(c)进一步的要部放大图。

图5是本发明实施方式2的结构体的制造方法的概要图。

图6中，(A)是实施例的结构体的截面的照片、(B)是比较例的结构体的截面的照片。

图7中，(A)是实施例的结构体表面的放大照片、(B)为在结构体表面观察到的薄片体的照片、(C)为从结构体表面剥离的薄片体的照片。

图8中，(A)是比较例中的以片缠绕方式将毡缠绕层积在心轴上的截面的扫描电子显微镜照片，(B)是(A)的示意图。

图9是本发明的结构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10是比较例的结构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11是示出实施例和比较例的碳纤维结构体的物性测定样品的取出方向、弯曲试验方向的示意图。

图12中，(A)是本发明的结构体的截面的偏振光显微镜照片、(B)是比较例的结构体的截面的偏振光显微镜照片。

图13是示出比较例的结构体的图，其中，(a)是立体图、(b)是截面示意图。

符号说明

100、200结构体

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絮凝物的层积体(第一成型体)

6薄片体前体

60薄片体前体的层积体(第二成型体)

7第2粘结剂

20、30模具

21、31多孔状型面

21A开口

22减压室

23配管

24、34密闭膜

25、35支持材

26、36高压釜

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。

本发明的碳纤维结构体(后面也称为“本发明的结构体”。)是由含有碳纤维和碳质基体的碳纤维增强碳复合材构成的成型体。

该碳纤维由直线状纤维构成。另外，碳纤维构成纤维的长度方向在碳质基体内平行于结构体的面方向进行取向的薄片体。利用该薄片体的层积体构成作为成型体的碳纤维结构体。

(实施方式1)

基于图1对本发明实施方式1的结构体进行说明。

图1(a)为本实施方式1的结构体100的立体图。并且图1(b)～(d)为图1(a)的截面图、截面图的要部放大图、进一步的要部放大图。如图1(c)和图1(d)所示，在该结构体100中，对于碳纤维1中的多数，在碳质基体2内纤维的长度方向平行于结构体100的面方向进行取向，由此形成薄片体(片状小片)3。本发明的结构体100是由该薄片体3的层积体构成的。

根据该构成，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按照落叶无规堆积的方式进行层积，因而薄片体的端部分散在碳纤维结构体内部的多个位置。即，按照在薄片体的层积方向上相邻的薄片体彼此的端部在该层积方向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，该大的缺陷成为缺口，易于引起强度的降低。如本发明所示，由于缺陷部分被微细分散，从而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的无缺陷的碳纤维结构体。由于具有这样的结构，因而能够提供即使在高温下也具有高耐热性的高强度的C/C复合材的结构体。

薄片体的平均长径优选为1～10mm、更优选为2～5mm。若平均长径不足1.0mm，则由于与碳纤维的长度接近，因而难以得到由薄片体构成的碳纤维结构体。若平均长径超过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易于产生偏析，因而薄片体内部的粘结剂成分也易于偏析。另外，从薄片体的尺寸为超过10mm的大尺寸的方面出发，在后面的成型和固化中偏析不易被消除。其结果，结构体的强度可能会降低。

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小于0.05mm，则与碳纤维的粗细度接近，因而不易得到由薄片体构成的碳纤维结构体。薄片体的平均厚度若超过1.0mm，则在薄片体端部易于出现空洞，结构体的强度可能会降低。

对于本发明的结构体，如后面所述，是使碳纤维和粘结剂在液体中凝集来形成絮凝物，对该絮凝物进行层积(抄造)而形成的。所谓絮凝物是无规取向的碳纤维和粘结剂均匀分散的凝集体，经过干燥和烧制工序成为结构体中的薄片体。本发明中的碳纤维1由直线状纤维构成。通过使碳纤维1为直线状纤维，在后述的絮凝物的层积工序(絮凝物的抄造时)中利用模具对絮凝物进行过滤时，直线状碳纤维扎进已经形成于模具的表面的下层的絮凝物中，在厚度方向进行了接合，因而容易得到相对于结构体的面方向为垂直方向(厚度方向)的接合强度。本发明中的“直线状纤维”指的是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，碳纤维不易扎进已经形成的絮凝物中，几乎全部的纤维的长度方向以沿着结构体的面方向的方式进行取向，因而参与厚度方向的接合的碳纤维少，不易得到厚度方向的接合强度。

本发明的结构体优选含有将在薄片体的层积方向(结构体的厚度方向)相邻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结构体的厚度方向。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结构体的厚度方向连续地形成碳纤维的取向成分。由此，能够提供在与结构体的厚度方向垂直的方向不具有界面、不易剥离的C/C复合材的结构体。

碳纤维的平均纤维长优选不足1.0mm。若平均纤维长为1.0mm以上，则在絮凝物的层积时纤维彼此缠结，相互排斥，因而难以得到堆积密度高的絮凝物的层积体(絮凝物的抄造体)。为了提高堆积密度，需要进一步利用高压釜等对絮凝物的层积体进行挤压成型。在絮凝物的层积体的堆积密度低的情况下，若进行挤压成型则压缩前后的堆积密度的差变大，在压缩的过程中产生褶皱，特别是在角部褶皱容易集中、缺陷增多。若这样的缺陷增多，则在角部产生强度低的部分。若平均纤维长不足1.0mm，则在絮凝物的层积时可以得到堆积密度更高的絮凝物的层积体，因而在利用高压釜进行挤压成型时可降低压缩率。由此可以抑制角部等所产生的褶皱，能够得到缺陷少的C/C复合材的结构体。

进一步地，若平均纤维长为1.0mm以上，则碳纤维易于弯曲，在絮凝物的层积时碳纤维的长度方向易于平行于结构体的面方向进行取向。因此，在厚度方向纤维彼此的缠绕少，易于剥离。若碳纤维的平均纤维长小于1.0mm，则易于形成直线状纤维，层积时碳纤维扎进已经形成的下层的絮凝物中，容易得到结构体的厚度方向的接合强度。

碳纤维的平均纤维长更优选的范围为0.05～0.5mm。若为0.5mm以下，则能够进一步使碳纤维增强碳复合材的结构体的厚度方向的强度增强，并且短纤维容易以高密度进行填充，因而能够提高絮凝物的层积时的密度，由于成型时纤维的排斥力小，因而能够提高压缩率。若不足0.05mm，则碳纤维不具有增强基体的作用，失去作为纤维的性质，可能无法得到高强度的结构体。

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，因而能够得到高强度。

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。对于PAN系碳纤维，由于与沥青系碳纤维相比其弹性模量低，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。对于沥青系碳纤维，由于其弹性模量高于PAN系碳纤维，因而可以适当地用于液晶支持板、传送臂等要抑制挠曲的机械部件等结构部件中。

本发明的结构体的堆积密度优选为1.2g/cm³以上。若堆积密度为1.2g/cm³以上，则C/C复合材的空隙变少，因而基于基体的碳纤维的接合致密，碳纤维不易脱离。因此，能够得到致密的、更高强度的C/C复合材的结构体。

对于本发明的结构体，即使为厚度20mm以上的弯曲的C/C复合材也能够容易地形成高强度的C/C复合材。由于先形成含有碳纤维和粘结剂的絮凝物再通过抄造法堆积至模具来成型出作为絮凝物的层积体的预成型体，因而容易得到厚壁的预成型体，能够容易地得到20mm以上的厚壁的C/C复合材。

下面对本发明结构体的制造方法进行说明。图2为本发明结构体的制造工序流程、图3为本发明结构体的制造方法的概要图。

1.工序(A)：絮凝物形成工序(SA)

首先，如图2(A)和图3(A1)～(A2)所示，使碳纤维1和作为碳质基体的前体成分的粘结剂悬浮在液体中后加入凝聚剂，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3(A1)所示分散在液体中形成浆料，随着时间的经过，如图3(A2)所示进行凝集、形成絮凝物5。

2.工序(B)：形成絮凝物的层积体的工序(SB)

接下来，如图2(B)和图3(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3(B)中放大所示，即使在为了减小水的通过阻力而使碳纤维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50。

3.工序(C)：将薄片体前体的层积体成型的工序(SC)

接下来，如图2(C)和图3(C)所示，对絮凝物的层积体50进行加压。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。另外絮凝物5薄片化，如图3(D)所示成为薄片体前体6。由此形成图3(D)所示的薄片体前体的层积体60。

4.工序(D)：烧制工序(SD)

接下来，如图2(D)和图3(D)所示，对薄片体前体的层积体60进行烧制。由此使粘结剂4碳化，如图1(d)所示生成碳质基体2，薄片体前体6成为薄片体3。由此得到薄片体3的层积体、即得到本发明的结构体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结构体。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，因而在抄造时不易分散在水中。因此，对于碳纤维，选择不具有上胶剂等的覆膜的物质，或者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。除还原性气氛外，也可以适当地使用采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的制造的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。接下来优选调整碳纤维的平均纤维长使之小于1.0mm。若平均纤维长小于1.0mm，则如上所述，可以提高在絮凝物的层积体(抄造体)阶段的堆积密度、抑制褶皱的产生、能够抑制强度弱的部分产生，并且获得结构体的厚度方向的接合强度，从而能够得到不易剥离的高强度的结构体。平均纤维长小于1.0mm的碳纤维可以通过对市售的碳纤维或CFRP的制造过程中产生的布、线料等的边角料进行粉碎来获得。通过对碳纤维的布、线料等的边角料进行粉碎，能够得到易于在本发明中进行利用的不残留有布、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，对于粉碎，可以分散在水中利用混合器来进行。

[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，并且容易获得。

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复合材中形成空洞的方面考虑优选为粉状，粒径优选为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。

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集剂、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，水的通过阻力有可能变大。若开口径超过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。絮凝物的尺寸需要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，例如可以举出粘性液体、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3(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，絮凝物的层积体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)随后添加第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；若过度搅拌，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3(B)所示，其具备圆筒状的多孔状型面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。如此，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(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、2个以上平面的组合、3维曲面、曲面的组合、具有凸缘部的圆筒体、圆锥体、有底体、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，需要在第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，在结构体为平面形状的情况下，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，在结构体为立体形状的情况下，如图3(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，则能够防止因在热固性树脂的固化反应中产生的生成气体而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。由此得到图3(D)所示那样的薄片体前体的层积体60。

[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。例如通常可以在150℃以上。温度越高越进行固化。在利用高压釜进行上述成型工序的情况下等中，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，由于需要预先形成气孔，因而优选在500℃以上进行脱脂。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，为了防止碳纤维或粘结剂发生氧化，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来进行。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、沥青等而高密度化。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，可以为利用水或有机溶剂制成溶液的液态树脂，或者也可以为加热熔融的物质，在制成溶液形式的液态树脂的情况下，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，可以得到由薄片体的层积体构成的本发明的碳纤维结构体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发生热收缩。为了避免烧制工序中产生的热膨胀差所致的应力，优选从薄片体前体的层积体60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℃。若为1500℃以上，则能够充分去除C/C复合材中的氢等官能团。若氢等官能团残留，则在使用结构体时会产生烃气体等。若在半导体装置等中使用未在1500℃以上进行烧制的结构体，则会混入至半导体中，纯度可能会降低。若为2800℃以下，则可以抑制碳纤维增强碳复合材的结晶化的进行，可以维持强度。进一步优选的范围为1800～2500℃。加热速度优选在500℃/H左右进行。

根据本发明，通过使多孔状型面21的形状成为沿着所期望的结构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结构体。由此能够使碳纤维均匀分散，因而即使为面接合部等也不会形成结构弱的部分。

另外，为了提高密度，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。

(碳纤维的平均纤维长)

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·电子束等由表面一点一点地对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。

(实施方式2)

基于图4对本发明的实施方式2的结构体进行说明。

对于实施方式2的结构体200，除了具有底面这一点以外，与实施方式1的结构体100是同样的。

在制造实施方式2的结构体200时，在形成絮凝物的层积体50时，如图5(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5(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以在多孔状型面30的面方向连续的层的形式进行层积。另外，如图4(b)所示的碳纤维1的长度方向平行于结构体200的面200S的方向进行取向。由此，对于所得到的结构体200，即使在底面与侧面的边界区域，薄片体也沿着结构体200的面200S进行取向，因而薄片体的边界被分散，成为均匀的结构体。

另外，本发明中的结构体的面方向指的是构成结构体的主要的面，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。大致沿着通过抄造法进行成型时的外表面，上述碳纤维的长度方向连续取向，通过采用这样的构成，可以提供机械强度极高、耐热性优异的C/C复合材成型体。

实施例1

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)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。搅拌进行约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，利用约60℃的干燥机进行干燥。

(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不具备金属丝网的圆筒形的模具，进一步利用密闭膜对表面进行覆盖，放入至高压釜中，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小时后进行自然冷却。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，抽真空后流入软化点约80℃的沥青，在4MPa进行加压，使沥青浸渗在层积体中。

(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。

(9)烧制工序

对进行了浸渍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分钟后进行自然冷却。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的圆筒形的结构体。

<比较例>

制造由毡层积而成的C/C复合材构成的比较例的结构体。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，形成毡状片材层积而成的成型体。

随后，将经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、烧制，得到内直径600mm、高度600mm、厚度25mm的圆筒形的结构体。

<物性评价>

·剥离试验

对于本实施例中得到的结构体，形成了在结构体的面方向进行取向的薄片体，利用刀具从端部在与结构体的面平行的方向刻上刻痕，但不能容易地进行剥离。

对于本比较例中得到的结构体，形成了年轮状的层结构。若利用刀具从端部在与结构体的面平行的方向刻上刻痕，则能够容易地进行剥离。

·堆积密度和弯曲强度

从本实施例和比较例中得到的结构体中分别得到2根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。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11为示出了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11所示从相对于结构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。结果列于表1。

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

如表1所示，本实施例中得到的结构体通过薄片体层积而构成，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，从而得到了均质的结构体，在与结构体的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。

对于本比较例中得到的结构体，相比于与结构体的面方向平行的方向，垂直方向的强度大大降低。在与结构体的面方向垂直的方向的三点弯曲试验中，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，在与结构体的面方向垂直的方向上的三点弯曲试验中，观察到了强度的显著降低。另外，在与结构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，与实施例相比，仅得到了低强度。

·表面和截面的观察

通过各种照片对上述实施例和比较例中得到的各结构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、比较例中制造的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6(A)为实施例的结构体的截面的照片、图6(B)为比较例的结构体的截面的照片。照片上下方向为结构体的厚度方向(层积方向)、横方向为面方向。对于实施例的结构体，可知其为形成了在结构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结构体。对于比较例的结构体，可知其形成了年轮状的层结构。

图7(A)为本发明的实施例1的圆筒形结构体的内表面的照片。图7(B)示出了在图7(A)的照片中观察到的薄片体。图7(B)的实线区域示出了各薄片体3。图7(C)中示出了自图7(A)的表面剥离的薄片体的照片。对于内表面，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，由于构成的碳纤维平行于面方向进行取向，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，因而不会出现到达至碳纤维结构体全体的剥离。对于这样的剥离，在沿着层方向破坏碳纤维结构体所形成的断裂面也同样地可以确认。

图8(A)示出了比较例的结构体的截面的放大SEM照片，图8(B)示出了其示意图。照片横方向为结构体的厚度方向(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9为实施例结构体的截面的SEM照片。照片上下方向为结构体的厚度方向(薄片体的层积方向)，横方向为面方向。图9(A)为倍数100时的照片、图9(B)为倍数200时的照片、图9(C)为倍数500时的照片。图9(A)为截面的SEM照片，示出了在照片中观察到的薄片体。图9(A)中的实线区域示出了各薄片体3。图9(B)为图9(A)的薄片体部分进一步放大的SEM照片。图9(C)为对图9(B)的薄片体部分进一步放大的SEM照片。对于图9(A)所示那样的薄片体，可以确认到在平行于碳纤维结构体的面方向进行取向并进行层积。

图10为比较例结构体的截面的SEM照片，照片上下方向为结构体的厚度方向(片材的层积方向)、横方向为面方向。图10(A)为倍数50的照片、图10(B)为倍数200的照片、图10(C)为倍数500的照片。图10(B)为图10(A)的放大SEM照片、图10(C)为图10(A)进一步放大的SEM照片。如图10(B)和图10(C)中所确认，存在碳纤维强取向在与碳纤维结构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，在比较例中，相对于图10(B)、图10(C)中照片上下方向的张力，上述的碳纤维强取向的区域成为缺陷。

图12(A)为本发明结构体的截面的偏振光显微镜照片。照片上下方向为结构体的厚度方向(薄片体的层积方向)、横方向为面方向。另外，图12(B)为比较例结构体的截面的偏振光显微镜照片。照片上下方向为结构体的厚度方向(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、基体，根据与观察面的关系，观察到纤维为线状、椭圆状、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12(A)中为碳纤维结构体100(含有基体和碳纤维的薄片体)，图12(B)中为碳纤维结构体C。

在图12(A)的实线所包围的区域内，可以确认到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1的成分。另外，在图12(B)中并未观察到这样的碳纤维成分。

在图12(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12(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。

工业实用性

本发明的碳纤维结构体由于耐热性、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(硅薄膜制造装置、硅结晶块的制造装置)、原子力、核熔合、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

1.一种碳纤维结构体，其为含有碳纤维增强碳复合材的碳纤维结构体，所述碳纤维增强碳复合材含有碳纤维和碳质基体，其中，

所述碳纤维由直线状纤维构成，

所述碳纤维构成所述碳纤维的长度方向在所述碳质基体内平行于所述碳纤维结构体的面方向进行取向的薄片体，

所述碳纤维结构体由层积该薄片体而成的层积体构成，

所述碳纤维将在所述薄片体的层积方向相邻的薄片体连接起来，

所述碳纤维结构体的堆积密度为1.2g/cm³以上。

2.如权利要求1所述的碳纤维结构体，其中，所述薄片体按照在所述薄片体的层积方向相邻的薄片体的端部在该层积方向错开的方式进行配置。

3.如权利要求1或2所述的碳纤维结构体，其中，所述碳纤维的平均纤维长小于1.0mm。

4.如权利要求1或2所述的碳纤维结构体，其中，所述碳纤维的在与所述碳纤维结构体的面方向垂直的方向上取向的成分在该垂直的方向上连续存在。

5.一种碳纤维结构体的制造方法，该制造方法具备下述工序，

工序(A)：将碳纤维和粘结剂悬浮在液体中的同时加入凝聚剂，使所述碳纤维和所述粘结剂凝集而形成絮凝物，其中所述粘结剂为碳质基体的前体成分；

工序(B)：利用具有多孔状型面的模具对形成有所述絮凝物的液体进行过滤，从而将所述絮凝物层积至该多孔状型面的表面，形成该絮凝物的层积体；

工序(C)：对所述絮凝物的层积体进行加压，使所述碳纤维的长度方向平行于所述多孔状型面的面方向进行取向，将该絮凝物薄片化，从而形成薄片体前体的层积体；以及

烧制工序(D)：对所述薄片体前体的层积体进行烧制，使所述粘结剂碳化而生成碳质基体，从而形成薄片体的层积体。

6.如权利要求5所述的制造方法，其中，所述工序(B)中的过滤为吸滤。

7.如权利要求5或6所述的制造方法，其中，所述工序(A)为以下工序：将碳纤维、第1粘结剂和第2粘结剂悬浮在液体中的同时加入凝聚剂，使所述碳纤维、所述第1粘结剂和所述第2粘结剂凝集而形成絮凝物，其中所述第1粘结剂为碳质基体的前体成分，所述第2粘结剂为使所述碳纤维与所述第1粘结剂结合的成分。

8.如权利要求5或6所述的制造方法，其中，所述工序(C)为以下工序：将所述絮凝物的层积体以用膜被覆了的状态利用高压釜进行加热压缩，使所述碳纤维的长度方向平行于所述多孔状型面的面方向进行取向，将该絮凝物薄片化，从而形成薄片体前体的层积体。

9.如权利要求5或6所述的制造方法，其中，所述碳纤维的平均纤维长小于所述多孔状型面的开口的尺寸。