JP2000081015A - Low heat expansion bolt and/or nut - Google Patents

Low heat expansion bolt and/or nut

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JP2000081015A
JP2000081015A JP10253700A JP25370098A JP2000081015A JP 2000081015 A JP2000081015 A JP 2000081015A JP 10253700 A JP10253700 A JP 10253700A JP 25370098 A JP25370098 A JP 25370098A JP 2000081015 A JP2000081015 A JP 2000081015A
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JP
Japan
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yarn
matrix
thermal expansion
sic
layer
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JP10253700A
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Japanese (ja)
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Shigeru Hanzawa
茂 半澤
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NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate any deformation and breaking under high temperature conditions and braze a brazing joint body at a slight torque strength by using a material provided with matrices composed of Si-SiC materials between a base material composed of a prescribed quantity of C/C composite and each yarn constituting the base material. SOLUTION: In respective yarn arrangement bodies 1A, 1C, 1E and 1B, 1D, 1F of a fiber composite material 7 using C/C composite as a base material, a matrix 8A and a matrix 8B which are filled into clearances between respective yarns adjoining with each other and extend parallel along the surfaces of yarn 2A, 2B respectively are composed of silicon carbide phases 4A, 4B and Si-SiC material phases 5A, 5B. The respective matrices 8A, 8B extending along the surfaces of respective yarns into narrow, long, and linear lines and crossing at right angles with each other are continued in clearance parts between respective yarns 2A, 2B. This constitution can constitute the matrices 8A, 8B to form a three-dimensional grid as a whole.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】 本発明は、複雑な構造を有
する各種機械部品、例えば自動車用のラジエーター等の
ように、多数の構造体を高温条件下でロウ接合により接
合して組み立てる機械部品の接合の際に使用する締め付
け用ボルト及び/又はナットとして有用な低熱膨張性ボ
ルト及び/又はナットに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the joining of various mechanical parts having a complicated structure, such as a radiator for an automobile, by joining a large number of structures by high-temperature joining by brazing. The present invention relates to a low-thermal-expansion bolt and / or nut useful as a tightening bolt and / or nut used in the above method.

【0002】[0002]

【従来の技術】 ラジエーター等のロウ接合には、接合
面全面で均一な設計応力で締め付けを行いながら加熱接
合を行っている。締め付けに際して、重石を使用して設
計応力を加えることは可能であるが、この場合には、加
熱の際にロウ接合を行う被接合体に加えて設計応力を加
えるために使用する重石も一緒に加熱炉内に収容するこ
とが必要となり、結果として、炉そのものが大型化する
と共に、被加熱体が重石も含むこととなるために加熱の
ための熱源を大容量とする必要が生じ、更に、均一加熱
のためには、長時間を要するなどの不都合が生ずること
となる。
2. Description of the Related Art In the brazing of a radiator or the like, heat joining is performed while tightening the entire joint surface with uniform design stress. At the time of tightening, it is possible to apply a design stress using a weight, but in this case, the weight used to apply the design stress together with the workpiece to be brazed at the time of heating is also included. It is necessary to house in a heating furnace, and as a result, the furnace itself becomes large, and since the object to be heated also contains weight, it is necessary to increase the heat source for heating, and further, For uniform heating, inconveniences such as a long time are required.

【0003】 金属製のボルト及びナットを用いて、被
接合体の両面から締め付けを行う場合には、ボルト及び
ナットの加熱による膨張をも予め考慮して被接合体を締
め付けることが必要となるために、大きなトルクで締め
付けることが必要になり、締め付け操作に可成りの負担
が掛かることとなる。また、被接合体とボルト及びナッ
トとの熱膨張係数の違いによりボルト及びナットが変形
したり、最悪の場合にはネジ山を破壊することとなる。
この様な事態が発生したときには、被接合体の接合も初
期の設計通りには行かず、不良品が発生することとな
る。
[0003] When fastening is performed from both sides of the joined body using metal bolts and nuts, it is necessary to fasten the joined body in consideration of expansion due to heating of the bolts and nuts in advance. In addition, it is necessary to tighten with a large torque, and a considerable load is imposed on the tightening operation. Further, the bolt and the nut are deformed due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the joined body and the bolt and the nut, or in the worst case, the screw thread is broken.
When such a situation occurs, the joining of the objects to be joined does not proceed according to the initial design, and defective products are generated.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】 金属製のボルト及び
ナットの代えて、高温条件下でも被ロウ接合体の変形
や、破壊を実質的に生ずることが無く、僅かなトルク強
度で被ロウ接合体をロウ接合することが可能なボルト及
び/又はナットを提供することをその目的とするもので
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION In place of metal bolts and nuts, there is substantially no deformation or destruction of a brazed object even under high temperature conditions, and a small torque strength is used for the brazed object. It is an object of the present invention to provide a bolt and / or a nut which can be brazed.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】 本発明者らは、上記の
課題を解決する為に種々検討した結果、特定量のC/C
コンポジットから成る母材と同母材を構成する各ヤーン
の間にSi−SiC系材料から形成された層がマトリッ
クスとして形成されている材料を使用してボルト及び/
又はナットを加工することにより、上記の課題を解決で
きることを見いだして、本発明を完成させたものであ
る。
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted various studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, have found that a specific amount of C / C
Bolts and / or bolts are formed by using a material in which a layer formed of a Si-SiC-based material is formed as a matrix between a matrix made of a composite and each yarn constituting the matrix.
Alternatively, it has been found that the above-mentioned problems can be solved by processing a nut, and the present invention has been completed.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】 本発明に係る低熱膨張性ボルト
及び/又はナットを製造する原料として、少なくとも炭
素繊維の束と炭素繊維以外の炭素成分とを含有するヤー
ンが層方向に配向しつつ3次元的に組み合わされ、互い
に分離しないように一体化されているヤーン集合体と、
このヤーン集合体を構成する各ヤーンの間に充填されて
いる、Si−SiC系材料からなるマトリックスを備え
た繊維複合材料を使用するものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As a raw material for producing a low-thermal-expansion bolt and / or nut according to the present invention, a yarn containing at least a bundle of carbon fibers and a carbon component other than carbon fibers is oriented in a layer direction. A yarn assembly that is dimensionally combined and integrated so as not to be separated from each other;
A fiber composite material having a matrix made of a Si-SiC-based material and filled between the yarns constituting the yarn aggregate is used.

【0007】 本発明に係る低熱膨張性ボルト及び/又
はナットに使用する上記の繊維複合材料は、ヤーンを構
成する炭素の量が繊維複合材料の全重量の55重量%〜
85重量%、より好ましくは65重量%〜75重量%、
マトリックスを構成するSi−SiC系材料中のSiの
量が繊維複合材料の全重量の0.1重量%〜10重量
%、より好ましくは1重量%〜5重量%、SiCの量が
繊維複合材料の全重量の10重量%〜45重量%、より
好ましくは10重量%〜30重量%からなる。炭素の量
が繊維複合材料の全重量の55重量%未満だと靱性が劣
るようになり、又、85重量%を超えると機械的強度が
劣るようになるので、ボルト及び/又はナットに加工す
る際に障害が出て好ましくない。Siの量が繊維複合材
料の全重量の0.1重量%未満だと耐摩耗性が所望の水
準まで達せず、ボルト及び/又はナットしての反復使用
性に問題が出てくるので好ましくない。また、Siの量
が10重量%を超えると靱性が低下する恐れがあり、ボ
ルト及び/又はナットとしても加工時のピッチング発生
等の問題が生ずることがあるので好ましくない。
[0007] In the above fiber composite material used for the low thermal expansion bolt and / or nut according to the present invention, the amount of carbon constituting the yarn is from 55% by weight to the total weight of the fiber composite material.
85% by weight, more preferably 65% to 75% by weight,
The amount of Si in the Si-SiC-based material constituting the matrix is 0.1% by weight to 10% by weight, more preferably 1% by weight to 5% by weight, based on the total weight of the fiber composite material, and the amount of SiC is From 10% to 45% by weight, more preferably from 10% to 30% by weight of the total weight of If the amount of carbon is less than 55% by weight of the total weight of the fiber composite material, the toughness will be poor, and if it exceeds 85% by weight, the mechanical strength will be poor, so that it is processed into bolts and / or nuts. When this happens, it is not preferable because of the obstacle. If the amount of Si is less than 0.1% by weight of the total weight of the fiber composite material, the abrasion resistance does not reach a desired level, which causes a problem in repeated use as a bolt and / or a nut. . On the other hand, if the amount of Si exceeds 10% by weight, the toughness may decrease, and the bolts and / or nuts are not preferred because they may cause problems such as pitting during processing.

【0008】 また、SiCの量が繊維複合材料の全重
量の10重量%未満だと耐摩耗性が充分に発揮されない
ことがあり、反復使用性に問題が生ずる。また、50重
量%を超えると靱性が劣るようになることがあるので、
ボルト及び/又はナットとしての加工時にピッチングの
発生等の問題が出てくるので好ましくない。本発明に係
るボルト及び/又はナットとして使用する低熱膨張性材
料は、通常ロウ接合に使用される温度としては最高温度
である600℃に於いて、炭素繊維の層に平行な方向の
熱膨張率と同層に対して垂直な方向の熱膨張率の比が
1:1〜1:5で、炭素繊維の積層方向に平行な方向の
熱膨張率が1.0x10-6/℃〜3.0x10-6/℃で
ある。
If the amount of SiC is less than 10% by weight of the total weight of the fiber composite material, the abrasion resistance may not be sufficiently exhibited, which causes a problem in repeated use. On the other hand, if the content exceeds 50% by weight, the toughness may deteriorate.
Problems such as occurrence of pitching appear when processing as a bolt and / or a nut, which is not preferable. The low thermal expansion material used as the bolt and / or nut according to the present invention has a thermal expansion coefficient in a direction parallel to the carbon fiber layer at 600 ° C., which is the highest temperature usually used for brazing. The ratio of the coefficient of thermal expansion in the direction perpendicular to the same layer is 1: 1 to 1: 5, and the coefficient of thermal expansion in the direction parallel to the laminating direction of the carbon fibers is 1.0 × 10 −6 / ° C. to 3.0 × 10. −6 / ° C.

【0009】 以下、本発明のボルト及び/又はナット
に用いる新規な繊維複合材料について説明する。これ
は、いわゆるC/Cコンポジットを基本とし、その基本
的な構成に改善を加えた新しい概念の材料である。基本
素材として使用するC/Cコンポジットとしては、直径
が10μm前後の炭素繊維を、通常、数百本〜数万本束
ねて繊維束(ヤーン)を形成し、この繊維束を二次元ま
たは三次元方向に配列して一方向シート(UDシート)
や各種クロスとしたり、また上記シートやクロスを積層
したりすることにより、所定形状の予備成形体(繊維プ
リフォーム)を形成し、この予備成形体の内部に、CV
I法(Chemical Vapor Infiltration :化学的気相含浸
法)や無機ポリマー含浸焼結法等により、炭素から成る
マトリックスを形成して成るC/Cコンポジットとして
知られているものを使用すればよい。本発明に於いて使
用するC/Cコンポジットは、上記のヤーン中の炭素繊
維以外の炭素成分は、好ましくは炭素粉末であり、特に
好ましくは黒鉛化した炭素粉末である。
Hereinafter, a novel fiber composite material used for the bolt and / or nut of the present invention will be described. This is a material of a new concept based on a so-called C / C composite, with an improved basic configuration. As a C / C composite used as a basic material, carbon fibers having a diameter of about 10 μm are usually bundled to form a fiber bundle (yarn) by bundling hundreds to tens of thousands of carbon fibers, and this fiber bundle is two-dimensional or three-dimensional. One-way sheet (UD sheet)
Or various cloths, or by laminating the above sheets or cloths, to form a preformed body (fiber preform) having a predetermined shape, and a CV is formed inside the preformed body.
What is known as a C / C composite formed by forming a matrix made of carbon by an I method (Chemical Vapor Infiltration) or an inorganic polymer impregnation sintering method may be used. In the C / C composite used in the present invention, the carbon component other than the carbon fiber in the yarn is preferably a carbon powder, particularly preferably a graphitized carbon powder.

【0010】 本発明に於いて使用する上記の繊維複合
材料は、母材としてC/Cコンポジットを用いており、
その炭素繊維の構造が、破壊されることなく保持されて
いるという大きな特徴を有している。しかも、ヤーン集
合体中で隣り合うヤーンの間に、Si−SiC系材料か
らなるマトリックスを充填した微構造を有している。
[0010] The fiber composite material used in the present invention uses a C / C composite as a base material,
The structure of the carbon fiber has a great feature that it is maintained without being destroyed. Moreover, it has a microstructure in which a matrix made of a Si-SiC-based material is filled between adjacent yarns in the yarn aggregate.

【0011】 本発明において、Si−SiC系材料と
は、主成分としてシリコンと炭化珪素とを含有する材料
の総称であり、このSi−SiC系材料は以下のように
して製造されるものをいう。本発明では、C/Cコンポ
ジットまたはその成形体に対して、シリコンを含浸させ
るが、その際シリコンはコンポジット内の炭素繊維を構
成する炭素原子及び/又は炭素繊維の表面に残存してい
る遊離炭素原子と反応し、一部が炭化されるために、C
/Cコンポジットの最表面や炭素繊維からなるヤーンと
ヤーンとの間には、一部炭化されたシリコンが生成し、
かくして上記のヤーンとヤーンとの間には炭化されたシ
リコンを含むマトリックスが形成される。このマトリッ
クスにおいては、ほぼ純粋に珪素が残留している珪素相
から、ほぼ純粋な炭化珪素相に至るまで、いくつかの相
異なる相を含み得る。
In the present invention, the term “Si—SiC-based material” is a general term for a material containing silicon and silicon carbide as main components, and is a material manufactured as follows. . In the present invention, silicon is impregnated into a C / C composite or a molded product thereof. At this time, the silicon contains carbon atoms constituting carbon fibers in the composite and / or free carbon remaining on the surface of the carbon fibers. Reacts with atoms and is partially carbonized.
A partially carbonized silicon is formed between the yarns made of carbon fiber and the outermost surface of the / C composite,
Thus, a matrix containing carbonized silicon is formed between the yarns. This matrix may contain several different phases, from a silicon phase with almost pure silicon remaining to a substantially pure silicon carbide phase.

【0012】 つまり、このマトリックスは、典型的に
は珪素相と炭化珪素相とからなるが、珪素相と炭化珪素
相との間に、珪素をベースとして炭素の含有量が傾斜的
に変化しているSi−SiC共存相を含み得る。従っ
て、Si−SiC系材料とは、このようなSi−SiC
系列において、炭素の濃度が0mol%から50mol
%まで変化している材料の総称である。
In other words, this matrix is typically composed of a silicon phase and a silicon carbide phase, but the silicon content is changed between the silicon phase and the silicon carbide phase in a graded manner based on silicon. Si-SiC coexisting phase. Therefore, a Si-SiC-based material refers to such a Si-SiC
In the series, the concentration of carbon is from 0 mol% to 50 mol%
It is a generic term for materials that change to%.

【0013】 本発明に係るボルト及び/又はナットの
原料として使用される上記繊維複合材料は、マトリック
スが、ヤーンの表面に沿って生成している炭化珪素相を
備えていることが好ましい。この場合には、各ヤーンそ
れ自体の強度がより一層向上し、破壊しにくくなる。ま
た、上記繊維複合材料は、好ましくは、マトリックスが
珪素からなる珪素相を備えており、この珪素相とヤーン
との間に炭化珪素相が生成している。この場合には、ヤ
ーンの表面が炭化珪素相によって強化されるのと共に、
マトリックスの中央部分が比較的に硬度の低い珪素相か
らなることから、微視的な応力分散が一層促進される。
[0013] In the fiber composite material used as a raw material of the bolt and / or the nut according to the present invention, it is preferable that the matrix includes a silicon carbide phase generated along the surface of the yarn. In this case, the strength of each yarn itself is further improved, and it is difficult to break. Further, the fiber composite material preferably includes a silicon phase in which the matrix is made of silicon, and a silicon carbide phase is generated between the silicon phase and the yarn. In this case, while the surface of the yarn is strengthened by the silicon carbide phase,
Since the central portion of the matrix is made of a silicon phase having a relatively low hardness, microscopic stress dispersion is further promoted.

【0014】 また、この繊維複合材料は、好ましく
は、ヤーンの表面から離れるのに従って珪素の含有比率
が上昇する傾斜組成を有するマトリックスを有してい
る。また、この繊維複合材料は、好ましくは、ヤーン集
合体が複数のヤーン配列体を備えており、各ヤーン配列
体がそれぞれ複数のヤーンをほぼ平行に二次元的に配列
することによって形成されており、各ヤーン配列体が積
層されることによってヤーン集合体が構成されている。
これによって、繊維複合材料が、複数層のヤーン配列体
を一方向へと向かって積層した積層構造を有することに
なる。
Further, the fiber composite material preferably has a matrix having a gradient composition in which the silicon content increases as the distance from the yarn surface increases. Further, in this fiber composite material, preferably, the yarn aggregate includes a plurality of yarn arrays, and each yarn array is formed by arranging the plurality of yarns approximately two-dimensionally two-dimensionally in parallel. Each yarn array is laminated to form a yarn aggregate.
As a result, the fiber composite material has a laminated structure in which a plurality of yarn arrays are laminated in one direction.

【0015】 この場合において特に好ましくは、隣接
するヤーン配列体における各ヤーンの長手方向が互いに
交差していることである。これによって、一層応力の分
散が促進される。隣り合うヤーン配列体におけるヤーン
の長手方向は、特に好ましくは、直交している。また、
好ましくは、マトリックスが、繊維複合材料の中で互い
に連続することで三次元網目構造を形成している。この
場合において特に好ましくは、マトリックスが各ヤーン
配列体においてほぼ平行に二次元的に配列されており、
隣り合う各ヤーン配列体中に生成しているマトリックス
が互いに連続しており、これによってマトリックスが三
次元格子を形成している。また、隣り合うヤーンの間隙
には、100%マトリックスが充填されていてもよい
が、ヤーンの間隙のうち一部をマトリックスが充填して
いる場合も含む。
In this case, it is particularly preferable that the longitudinal directions of the yarns in adjacent yarn arrays cross each other. Thereby, the dispersion of the stress is further promoted. The longitudinal directions of the yarns in adjacent yarn arrangements are particularly preferably orthogonal. Also,
Preferably, the matrix is continuous with each other in the fiber composite material to form a three-dimensional network structure. In this case, particularly preferably, the matrix is two-dimensionally arranged substantially parallel in each yarn array,
The matrices produced in each adjacent yarn arrangement are continuous with one another, whereby the matrices form a three-dimensional lattice. Further, the gap between adjacent yarns may be filled with 100% matrix, but also includes a case where a part of the gap between yarns is filled with matrix.

【0016】 本発明に係る低熱膨張性ボルト及び/又
はナットは、上記のように製造された特定量のC/Cコ
ンポジットから成る母材と、同母材を構成する上記ヤー
ン集合体とヤーンとヤーンとの間にマトリックスとして
三次元的格子状に形成されたSi−SiC系材料と、か
らなる繊維複合材料から製造される。母材としてC/C
コンポジットを用いることにより、ボルト及びナットに
靱性を付与することができるため、耐衝撃性に優れ、軽
量かつ高強度の素材とすることができる。従って、ボル
ト及び/又はナットとして実質的に無酸素条件での高温
下で反復使用しても、長期の寿命を発揮することができ
る。
A low-thermal-expansion bolt and / or nut according to the present invention provides a base material made of a specific amount of C / C composite manufactured as described above, and the above-mentioned yarn aggregate and yarn constituting the base material. It is manufactured from a fiber composite material consisting of a Si-SiC-based material formed in a three-dimensional lattice as a matrix between the fiber and the yarn. C / C as base material
By using a composite, toughness can be imparted to the bolt and the nut, so that a material having excellent impact resistance, light weight and high strength can be obtained. Therefore, even if the bolt and / or the nut are repeatedly used under a high temperature under substantially oxygen-free conditions, a long life can be exhibited.

【0017】 また、同繊維複合材料には、三次元的格
子状に形成されたSi−SiC系材料がマトリックスと
して設けられた構造を有しているので、母材となったC
/Cコンポジットに比較して高い耐磨耗性を示すだけで
なく、本来C/Cコンポジットが持っている潤滑性もそ
のまま維持されることとなる。従って、ボルト及び/又
はナットとして使用するには極めて好適である。
In addition, since the fiber composite material has a structure in which a Si—SiC-based material formed in a three-dimensional lattice is provided as a matrix,
In addition to exhibiting higher abrasion resistance than the / C composite, the lubricity inherent in the C / C composite is maintained as it is. Therefore, it is very suitable for use as a bolt and / or nut.

【0018】 本発明に係るボルト及び/又はナットを
製造する際に使用する上記複合材料の場合には、その表
面にSi−SiC系材料層を配することにより、部材に
耐高熱性、耐クリープ性、耐摩耗性等を付与することが
でき、C/Cコンポジットが有する低熱膨張性という特
性を、高温下に曝されるような条件下でも使用が可能と
なるため、実質的に熱膨張が無いという極めて優れた特
性を生かして自動車用のラジエーター等のような機械部
品のロウ接合が可能となる。
In the case of the composite material used in manufacturing the bolt and / or nut according to the present invention, the member is provided with a Si—SiC-based material layer on its surface, so that the member has high heat resistance and creep resistance. Properties, abrasion resistance, etc., and the low thermal expansion property of the C / C composite can be used even under conditions exposed to high temperatures. By taking advantage of the extremely excellent property of not having such an element, brazing of mechanical parts such as radiators for automobiles can be performed.

【0019】 通常ロウ接合に使用される温度である6
00℃に於いて、本発明に係るボルト及び/又はナット
に使用される繊維複合材料は、炭素繊維の層に平行な方
向の熱膨張率と同層に対して垂直な方向の熱膨張率との
比が1:1〜1:5で、炭素繊維の積層方向に平行な方
向の熱膨張率が1.0x10-6/℃〜3.0x10-6
℃であり、実質的に熱膨張しないといえる特性を有して
いるので、ロウ接合の際に軽いトルクでボルトの締め付
けを行えば、加熱時に金属が熱膨張するのでロウ接合に
要する応力を自然と加えることとなり、極めて作業効率
を改善することができる。なお、1000℃での熱膨張
率は、炭素繊維の積層方向に平行な方向の熱膨張率で表
したとき1.5x10-6/℃〜3.5x10-6/℃であ
る。
The temperature used for brazing is 6
At 00 ° C., the fiber composite material used for the bolt and / or nut according to the present invention has a coefficient of thermal expansion parallel to the carbon fiber layer and a coefficient of thermal expansion perpendicular to the same layer. ratio of 1: 1 to 1: 5, in a direction parallel to the thermal expansion coefficient in the stacking direction of the carbon fibers 1.0x10 -6 /℃~3.0x10 -6 /
° C, and has the property of not being thermally expanded substantially, so if a bolt is tightened with a light torque at the time of brazing, the metal expands thermally when heated, so the stress required for brazing is naturally reduced. It is possible to significantly improve the work efficiency. The thermal expansion coefficients of 1000 ° C. is 1.5x10 -6 /℃~3.5x10 -6 / ℃ when expressed in a direction parallel to the thermal expansion coefficient in the stacking direction of the carbon fibers.

【0020】 尚、本発明において、Si−SiC系材
料からなる層を母材であるC/Cコンポジットの表面に
配置させる理由は、Si−SiC系材料層の場合には、
高温での酸化的雰囲気下に於いてSi−SiC系材料層
の一部に欠陥が生じてもSiCの酸化速度はSiの酸化
速度より遅いためにSi−SiC層の一部分が溶融して
ガラスとなり母材を酸素から保護し、酸素の母材内部へ
の拡散を防止することができるため、この自己修復作用
により、ロウ接合用炉内の雰囲気中に於いて100pp
m〜1000ppm程度の酸素が仮に存在していたとし
ても母材が酸化されることを実質的に回避でき、母材を
酸化から保護することができる。即ち、本発明に係る低
熱膨張性のボルト及び/又はナットの場合には、自己修
復性を示すので安心してロウ接合に使用できるという極
めて優れた効果を有する。
In the present invention, the reason that the layer made of the Si—SiC-based material is disposed on the surface of the C / C composite as the base material is that, in the case of the Si—SiC-based material layer,
Even if a defect occurs in a part of the Si-SiC-based material layer in an oxidizing atmosphere at a high temperature, the SiC is oxidized at a lower rate than the Si oxidization rate, so that a part of the Si-SiC layer is melted to become glass. Since the base material can be protected from oxygen and the diffusion of oxygen into the base material can be prevented, this self-repairing action allows 100 pp in the atmosphere in the brazing furnace.
Oxidation of the base material can be substantially avoided even if about m to 1000 ppm of oxygen is present, and the base material can be protected from oxidation. That is, in the case of the low thermal expansion bolt and / or nut according to the present invention, the bolt and / or the nut exhibit a self-healing property, and thus have an extremely excellent effect that they can be used for brazing with confidence.

【0021】 この効果は、上記繊維複合材料に窒化ホ
ウ素、銅、ビスマス等の第三成分が含まれていても影響
を受けることはない。
This effect is not affected even if the fiber composite material contains a third component such as boron nitride, copper, bismuth or the like.

【0022】 さらに、Si−SiC系材料の熱膨張係
数はC/Cコンポジットの熱膨張係数と同程度であるた
め、熱膨張係数の差に起因するボルト及び/又はナット
の寿命に対する影響は無視でき、使用中に剥離が発生す
ることは実質的にない。本発明に係る低熱膨張性ボルト
及び/又はナットの製造用原料である複合材料の断面
は、図5に示すように、C/Cコンポジット15の上
に、繊維複合材料13が形成されていることが好まし
い。
Further, since the thermal expansion coefficient of the Si—SiC-based material is substantially the same as the thermal expansion coefficient of the C / C composite, the influence on the service life of the bolt and / or the nut due to the difference in the thermal expansion coefficient can be ignored. There is substantially no peeling during use. As shown in FIG. 5, the cross-section of the composite material that is the raw material for producing the low thermal expansion bolt and / or nut according to the present invention is such that the fiber composite material 13 is formed on the C / C composite 15. Is preferred.

【0023】 本発明に使用する繊維複合材料につい
て、図面を使用して更に説明することとする。図1は、
ヤーン集合体の概念を説明するための概略斜視図であ
り、図2(a)は図1のIIa−IIa線断面図であ
り、図2(b)は図1のIIb−IIb線断面図であ
る。図3は、図2(a)の一部拡大図である。繊維複合
材料7の骨格は、ヤーン集合体6によって構成されてい
る。ヤーン集合体6は、ヤーン配列体1A、1B、1
C、1D、1E、1Fを上下方向に積層してなる。各ヤ
ーン配列体においては、各ヤーン3が二次元的に配列さ
れており、各ヤーンの長手方向がほぼ平行である。上下
方向に隣り合う各ヤーン配列体における各ヤーンの長手
方向は、直交している。即ち、各ヤーン配列体1A、1
C、1Eの各ヤーン2Aの長手方向は、互いに平行であ
り、かつ各ヤーン配列体1B、1D、1Fの各ヤーン2
Bの長手方向に対して直交している。
The fiber composite material used in the present invention will be further described with reference to the drawings. FIG.
FIG. 2A is a schematic perspective view for explaining the concept of the yarn aggregate, FIG. 2A is a cross-sectional view taken along line IIa-IIa in FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line IIb-IIb in FIG. is there. FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. The skeleton of the fiber composite material 7 is constituted by the yarn aggregate 6. The yarn aggregate 6 includes the yarn arrays 1A, 1B, 1
C, 1D, 1E and 1F are vertically stacked. In each yarn array, the yarns 3 are two-dimensionally arranged, and the longitudinal directions of the yarns are substantially parallel. The longitudinal direction of each yarn in each vertically arranged yarn array is orthogonal. That is, each yarn array 1A, 1
The longitudinal direction of each yarn 2A of C and 1E is parallel to each other, and each yarn 2 of each yarn array 1B, 1D and 1F.
B is orthogonal to the longitudinal direction.

【0024】 各ヤーンは、炭素繊維と、炭素繊維以外
の炭素成分とからなる繊維束3からなる。ヤーン配列体
が積層されることによって、三次元格子形状のヤーン集
合体6が構成される。各ヤーンは、後述するような加圧
成形工程の間に押しつぶされ、略楕円形になっている。
Each yarn is composed of a fiber bundle 3 composed of carbon fibers and carbon components other than carbon fibers. The yarn assembly 6 having a three-dimensional lattice shape is formed by stacking the yarn arrays. Each yarn is crushed during a pressure forming process as described below, and has a substantially elliptical shape.

【0025】 各ヤーン配列体1A、1C、1Eにおい
ては、隣り合う各ヤーンの間隙には、マトリックス8A
が充填されており、各マトリックス8Aはヤーン2Aの
表面に沿ってそれと平行に延びている。各ヤーン配列体
1B、1D、1Fにおいては、隣り合う各ヤーンの間隙
には、マトリックス8Bが充填されており、各マトリッ
クス8Bは、ヤーン2Bの表面に沿ってそれと平行に延
びている。本例では、マトリックス8A、8Bは、それ
ぞれ、各ヤーンの表面を被覆する炭化珪素相4A、4B
と、炭化珪素相4A、4Bよりも炭素の含有割合が少な
いSi−SiC系材料相5A、5Bからなっている。炭
化珪素相中にも珪素を一部含有していてよい。また、本
例では、上下方向に隣接するヤーン2Aと2Bとの間に
も、炭化珪素相4A、4Bが生成している。
In each of the yarn arrays 1A, 1C, and 1E, a matrix 8A is provided between adjacent yarns.
And each matrix 8A extends along and parallel to the surface of the yarn 2A. In each of the yarn arrays 1B, 1D, and 1F, the gap between adjacent yarns is filled with a matrix 8B, and each matrix 8B extends along the surface of the yarn 2B and parallel thereto. In this example, the matrices 8A and 8B are respectively composed of silicon carbide phases 4A and 4B covering the surface of each yarn.
And Si-SiC-based material phases 5A and 5B having a lower carbon content than silicon carbide phases 4A and 4B. Silicon may be partially contained in the silicon carbide phase. In this example, silicon carbide phases 4A and 4B are also generated between yarns 2A and 2B that are vertically adjacent to each other.

【0026】 各マトリックス8Aと8Bとは、それぞ
れヤーンの表面に沿って細長く、好ましくは直線状に延
びており、各マトリックス8Aと8Bとは互いに直交し
ている。そして、ヤーン配列体1A、1C、1Eにおけ
るマトリックス8Aと、これに直交するヤーン配列体1
B、1D、1Fにおけるマトリックス8Bとは、それぞ
れヤーン2Aと2Bとの間隙部分で連続している。この
結果、マトリックス8A、8Bは、全体として、三次元
格子を形成している。
Each of the matrices 8A and 8B is elongated, preferably linear, along the surface of the yarn, respectively, and each of the matrices 8A and 8B is orthogonal to one another. Then, the matrix 8A in the yarn arrays 1A, 1C, and 1E and the yarn array 1 orthogonal to the matrix 8A
The matrix 8B in B, 1D, and 1F is continuous at the gap between the yarns 2A and 2B, respectively. As a result, the matrices 8A and 8B form a three-dimensional lattice as a whole.

【0027】 図4は、他の実施形態に係るボルト及び
/又はナットを構成する他の繊維複合材料の要部を概略
的に示す部分断面斜視図である。本例では、上下方向に
隣り合う各ヤーン2Aと2Bとの間には炭化珪素相が実
質的に存在していない。各ヤーン配列体において、隣り
合うヤーン2Aと2Aとの間、あるいはヤーン2Bと2
Bとの間には、それぞれマトリックス8A、8Bが形成
されている。マトリックス8A、8Bの形態は、上下方
向に隣り合うヤーン間に炭化珪素相がないことを除け
ば、図1〜図3の例と同様である。各マトリックス8
A、8Bは、それぞれ、ヤーン2A、2Bの表面に接し
て生成している炭化珪素相5Cと、その内側にヤーンと
は離れて生成しているSi−SiC系材料相4Cとを備
えている。
FIG. 4 is a partial sectional perspective view schematically showing a main part of another fiber composite material constituting a bolt and / or a nut according to another embodiment. In this example, a silicon carbide phase does not substantially exist between each of the yarns 2A and 2B that are vertically adjacent to each other. In each yarn arrangement, between adjacent yarns 2A and 2A or between yarns 2B and 2B
Matrixes 8A and 8B are formed between the two matrices B and B, respectively. The form of the matrices 8A and 8B is the same as the examples of FIGS. 1 to 3 except that there is no silicon carbide phase between the vertically adjacent yarns. Each matrix 8
A and 8B each include a silicon carbide phase 5C generated in contact with the surface of the yarns 2A and 2B, and a Si-SiC-based material phase 4C generated inside the yarn 2A and 2B apart from the yarn. .

【0028】 Si−SiC系材料相においては、それ
ぞれ、ヤーンの表面から離れるほど、炭素濃度が少なく
なる傾斜組成を有していることが好ましく、あるいは、
珪素相からなっていることが好ましい。本発明に係るボ
ルト及び/又はナットの材料としては、図5に示すよう
に、C/Cコンポジット15と、C/Cコンポジット1
5の表面にシリコンが含浸されることによって生成する
マトリックス層13とを備えていることが好ましく、特
にマトリックス層13上に珪素層14が形成されている
ものがよい。なお、12は、珪素を含浸させる前のC/
Cコンポジット本体の範囲を示す。
The Si—SiC-based material phase preferably has a gradient composition in which the carbon concentration decreases as the distance from the yarn surface increases, or
It is preferable that it is composed of a silicon phase. As shown in FIG. 5, the bolt and / or nut materials according to the present invention include a C / C composite 15 and a C / C composite 1
5 is preferably provided with a matrix layer 13 formed by impregnation of silicon on the surface, and in particular, a silicon layer 14 formed on the matrix layer 13 is preferable. In addition, 12 is C / before impregnation with silicon.
Shows the range of the C composite body.

【0029】 マトリックス層13を設ける場合には、
その厚さは、少なくとも0.01mmあることが好まし
い。更に少なくとも0.05mm以上であることがより
好ましく、少なくとも0.1mm以上であることが一層
好ましい。本発明のボルト及び/又はナットの大きさに
も依るが全部を上記のマトリックス層13で構成させて
もよい。マトリックス層におけるSi濃度は、表面から
内部に向かって小さく成ることが好ましい。なお、マト
リックス層13におけるSi濃度は、表面から内部にか
けて90/100〜0/100の範囲で傾斜するように
形成することが好ましい。
When the matrix layer 13 is provided,
Its thickness is preferably at least 0.01 mm. Further, it is more preferably at least 0.05 mm, more preferably at least 0.1 mm. Depending on the size of the bolts and / or nuts of the present invention, all may be constituted by the matrix layer 13 described above. Preferably, the Si concentration in the matrix layer decreases from the surface toward the inside. Preferably, the Si concentration in the matrix layer 13 is formed so as to be inclined from 90/100 to 0/100 from the surface to the inside.

【0030】 本発明に係るボルト及び/又はナットと
して使用するの繊維複合材料は、炭素繊維を10〜70
重量%含有していれば、例えば窒化ホウ素、ホウ素、
銅、ビスマス、チタン、クロム、タングステン、モリブ
デン等の炭素以外の他の元素を含んでいてもよい。な
お、これらの窒化ホウ素、ホウ素、銅、ビスマス、チタ
ン、クロム、タングステン及びモリブデン等の物質は2
種類以上含有していてもよい。これらの物質は潤滑性を
有するため、C/Cコンポジットから成る母材に含有さ
せることにより、Si−SiC系材料が含浸した母材の
部分においても、繊維の潤滑性を維持することができ、
物性の低下を防ぐことができる。
[0030] The fiber composite material used as the bolt and / or the nut according to the present invention has a carbon fiber of 10 to 70%.
% By weight, for example, boron nitride, boron,
It may contain elements other than carbon such as copper, bismuth, titanium, chromium, tungsten, molybdenum, and the like. These substances such as boron nitride, boron, copper, bismuth, titanium, chromium, tungsten, and molybdenum are 2
More than one kind may be contained. Since these substances have lubricity, the lubrication of the fibers can be maintained even in the part of the base material impregnated with the Si-SiC-based material by being contained in the base material made of the C / C composite,
Physical properties can be prevented from deteriorating.

【0031】 なお、例えば、窒化ホウ素の含有量は、
C/Cコンポジットから成る母材100重量%に対し、
0.1〜40重量%であることが好ましい。0.1重量
%未満では窒化ホウ素による潤滑性付与の効果が十分に
得られず、40重量%を超える場合は窒化ホウ素の脆さ
が複合材料に現れてくるからである。
For example, the content of boron nitride is
With respect to 100% by weight of the base material composed of C / C composite,
Preferably it is 0.1 to 40% by weight. If the content is less than 0.1% by weight, the effect of imparting lubricity by boron nitride cannot be sufficiently obtained, and if it exceeds 40% by weight, the brittleness of boron nitride appears in the composite material.

【0032】 本発明の繊維複合材料は、好ましくは以
下の方法によって製造できる。即ち、炭素繊維の束に対
して、最終的には、遊離炭素となり炭素繊維の束のマト
リックスとして作用する粉末状のバインダーピッチ、コ
ークス類を包含させ、更に必要に応じてフェノール樹脂
粉末等を含有させることによって、炭素繊維束を作製す
る。炭素繊維束の周囲に、熱可塑性樹脂等のプラスチッ
クから成る柔軟な被膜を形成し、柔軟性中間材料を得
る。この柔軟性中間材料を、ヤーン状にし特願昭63−
231791号明細書に記載のように、必要量を積層し
た後、ホットプレスで300〜2000℃、常庄〜50
0kg/cm2の条件下で成形することによって、成形
体を得る。または、この成形体を、必要に応じて700
〜1200℃で炭化させ、1500〜3000℃で黒鉛
化して、焼結体を得る。
The fiber composite material of the present invention can be preferably produced by the following method. That is, for the bundle of carbon fibers, powdered binder pitch, which eventually becomes free carbon and acts as a matrix of the bundle of carbon fibers, includes cokes, and further contains phenol resin powder and the like as necessary. This produces a carbon fiber bundle. A flexible coating made of a plastic such as a thermoplastic resin is formed around the carbon fiber bundle to obtain a flexible intermediate material. This flexible intermediate material is made into a yarn shape,
As described in Japanese Patent No. 231791, the required amount is laminated and then hot-pressed at 300 to 2000 ° C.,
A molded article is obtained by molding under the condition of 0 kg / cm 2 . Alternatively, the molded body may be replaced with 700
Carbonized at ~ 1200 ° C and graphitized at 1500-3000 ° C to obtain a sintered body.

【0033】 炭素繊維は、石油ピッチ若しくはコール
タールピッチを原料とし、紡糸用ピッチの調整、溶融紡
糸、不融化及び炭素化して得られるピッチ系炭素繊維並
びにアクリロニトリル(共)重合体繊維を炭素化して得
られるPAN系炭素繊維のいずれでもよい。マトリック
スの形成に必要な炭素前駆体としては、フェノール樹脂
やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂及びタール、ピッチ等
が用いられるが、これらはコークス類、金属、金属化合
物、無機及び有機化合物等を含んでいてもよい。
The carbon fiber is obtained by adjusting pitch for spinning, melt-spinning, infusibilizing and carbonizing, and carbonizing pitch-based carbon fiber and acrylonitrile (co) polymer fiber using petroleum pitch or coal tar pitch as a raw material. Any of the obtained PAN-based carbon fibers may be used. Thermosetting resins such as phenolic resins and epoxy resins and tars and pitches are used as carbon precursors necessary for the formation of the matrix, and these include cokes, metals, metal compounds, inorganic and organic compounds, and the like. You may go out.

【0034】 次いで、上記のように作製された成形体
又は焼結体とSiとを、1100〜1400℃の温度
域、炉内圧0.1〜10hPaで1時間以上保持する。
好ましくは、この際、成形体又は焼結体とシリコンの合
計重量1kg当たり0.1NL(ノルマルリットル:1
200℃、圧力0.1hPaの場合、5065リットル
に相当)以上の不活性ガスを流しつつ、成形体又は焼結
体表面にSi−SiC層を形成する。次いで、温度14
50〜2500℃、好ましくは1700〜1800℃に
昇温して前記成形体又は焼結開気孔内部へシリコンを溶
融、含浸させ、Si−SiC材料を形成させる。又、こ
の過程において、成形体を用いた場合は、前記成形体の
焼成も行われ、繊維複合材料が生成する。
Next, the compact or sintered compact produced as described above and Si are held in a temperature range of 1100 to 1400 ° C. and a furnace pressure of 0.1 to 10 hPa for 1 hour or more.
Preferably, at this time, 0.1 NL (normal liter: 1 kg) per kg of the total weight of the molded body or the sintered body and the silicon
In the case of 200 ° C. and a pressure of 0.1 hPa, an Si—SiC layer is formed on the surface of the molded body or the sintered body while flowing an inert gas of 5065 liters or more. Then the temperature 14
The temperature is raised to 50 to 2500 ° C., preferably 1700 to 1800 ° C., and silicon is melted and impregnated into the compact or the sintered open pores to form a Si—SiC material. In this process, when a molded body is used, the molded body is also baked to produce a fiber composite material.

【0035】 成形体又は焼結体とSiを、1100〜
1400℃の温度、0.1〜10hPaの圧力に1時間
以上保持し、かつその際、成形体又は焼結体とSiの合
計重量1kg当たり不活性ガスを0.1NL以上、好ま
しくは1NL以上、さらに好ましくは10NL以上流す
ように制御することが望ましい。このように、焼成時
(即ち、Siの溶融、含浸前の段階)不活性ガス雰囲気
にすることにより、無機ポリマーないし無機物のセラミ
ックス化への変化に伴うCO等の発生ガスを焼成雰囲気
より除去し、また大気中のO2等による外部からの焼成
雰囲気の汚染を防止することによりその後にSiを溶
融、含浸して得られる複合材料の気孔率を低く維持する
ことができる。
[0035] The molded body or the sintered body and Si are
The temperature is maintained at 1400 ° C. and the pressure of 0.1 to 10 hPa for 1 hour or more, and at that time, the inert gas is 0.1 NL or more, preferably 1 NL or more per 1 kg of the total weight of the compact or sintered body and Si, More preferably, it is desirable to control so as to flow at 10 NL or more. As described above, by setting the atmosphere to an inert gas at the time of firing (that is, the stage before melting and impregnation of Si), the generated gas such as CO accompanying the change of the inorganic polymer or inorganic substance into ceramics is removed from the firing atmosphere. Also, by preventing contamination of the firing atmosphere from the outside by O2 or the like in the atmosphere, the porosity of the composite material obtained by subsequently melting and impregnating Si can be kept low.

【0036】 また、成形体又は焼結体へSiを溶触、
含浸する際には、雰囲気温度を1450〜2500℃、
好ましくは1700〜1800℃に昇温する。この場
合、焼成炉内圧は0.1〜10hPaの範囲が好まし
い。
In addition, Si is welded to a molded body or a sintered body,
When impregnating, the ambient temperature is 1450-2500 ° C,
Preferably, the temperature is raised to 1700 to 1800 ° C. In this case, the firing furnace internal pressure is preferably in the range of 0.1 to 10 hPa.

【0037】 上記のように、柔軟性中間材料を使用
し、珪素の含浸、溶融と組み合わせると、成形体または
焼結体において、ヤーンの間隙には細長い開気孔が残る
傾向があり、この細長い開気孔に沿って珪素が焼結体ま
たは成形体の奥まで浸透し易い。この浸透の過程で、珪
素がヤーンの炭素と反応してヤーン表面側から徐々に炭
化し、本発明で使用する繊維複合材料を生成させること
ができる。なお、用途に応じて、この様な構成を有する
繊維複合材料をC/Cコンポジットからなる母材の表層
部の一部にのみいわゆる繊維複合材料層として形成して
もよい。
As described above, when the flexible intermediate material is used and combined with silicon impregnation and melting, elongated open pores tend to remain in the gaps between the yarns in the formed or sintered body. Silicon easily penetrates deep into the sintered body or the formed body along the pores. During this infiltration process, the silicon reacts with the carbon of the yarn and gradually carbonizes from the yarn surface side, so that the fiber composite material used in the present invention can be produced. Note that, depending on the application, the fiber composite material having such a configuration may be formed as a so-called fiber composite material layer only on a part of the surface layer portion of the base material made of the C / C composite.

【0038】 マトリックス層の厚さの調節は、成形体
又は焼結体の開気孔率及びその細孔径により行う。例え
ば、Si−SiC材料層の厚さを0.01〜10mmと
する場合には、少なくとも成形体又は焼結体の表面近傍
における開気孔率を5〜50%、平均細孔径を1μm以
上とする。成形体又は焼結体の開気孔率は10〜50%
であることが好ましく、平均細孔径は10μm以上とす
ることが好ましい。開気孔率を5%未満とすると、成形
体または焼結体中のバインダーを除去しきれず、50%
より大きくすると、母材の内部深くにまでSi−SiC
材料が含浸形成し、複合材料の耐衝撃性が低下するから
である。
The thickness of the matrix layer is adjusted by adjusting the open porosity and the pore size of the compact or sintered body. For example, when the thickness of the Si—SiC material layer is 0.01 to 10 mm, the open porosity at least in the vicinity of the surface of the formed body or the sintered body is 5 to 50%, and the average pore diameter is 1 μm or more. . Open porosity of molded or sintered body is 10-50%
It is preferable that the average pore diameter be 10 μm or more. If the open porosity is less than 5%, the binder in the molded body or the sintered body cannot be completely removed, and 50%
If it is larger, Si-SiC is deeper inside the base material.
This is because the material is impregnated and the impact resistance of the composite material is reduced.

【0039】 また、マトリックス層をヤーンの炭素繊
維の表面に形成するには、少なくとも表面近傍の開気孔
率が焼結中に0.1〜30%になるように調整した成形
体を用いることが好ましい。
In order to form the matrix layer on the surface of the carbon fiber of the yarn, it is necessary to use a molded body adjusted so that the open porosity at least near the surface becomes 0.1 to 30% during sintering. preferable.

【0040】 成形体又は焼結体の開気孔率を、表面か
ら内部に向かって小さくなるようにするには、バインダ
ーピッチの異なるプリフォームドヤーンから成る複数の
プリフォームドシートを、内側から表層側に向かってバ
インダーピッチが大きくなるように配置して成形するこ
とにより行う。
In order to reduce the open porosity of the molded body or the sintered body from the surface toward the inside, a plurality of preformed sheets made of preformed yarns having different binder pitches are formed from the inside to the surface layer side. This is carried out by arranging and molding such that the binder pitch increases toward.

【0041】 又、マトリックス層における珪素濃度に
傾斜を設ける場合には、表面近傍の開気孔率が表面から
内部に向かって小さくなるように調整した焼結体、又は
少なくとも表面近傍の開気孔率が焼結中に表面から内部
に向かって小さくなるように調整した成形体を用いて、
複合材料の製造を行う。
When a gradient is provided in the silicon concentration in the matrix layer, the sintered body is adjusted so that the open porosity near the surface decreases from the surface toward the inside, or at least the open porosity near the surface increases. Using a compact that has been adjusted to decrease from the surface to the inside during sintering,
Manufacture of composite materials.

【0042】[0042]

【実施例】 次に、本発明を実施例を用いてさらに詳し
く説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもの
ではない。尚、以下に示す方法より本発明に係る低熱膨
張性ボルトの熱膨張性を評価した。理学電機社製熱膨張
計を用いて、アルゴン雰囲気中で常温から1000℃の
間の熱膨張率を測定する。
EXAMPLES Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In addition, the thermal expansion property of the low thermal expansion bolt according to the present invention was evaluated by the following method. The coefficient of thermal expansion between room temperature and 1000 ° C. is measured in an argon atmosphere using a thermal dilatometer manufactured by Rigaku Corporation.

【0043】(製造例)炭素繊維を一方向に引き揃えた
ものにフェノール樹脂を含浸させることで、直径7μm
の炭素長繊維を約1万本束ね、繊維束(ヤーン)として
いるプリプレグシートを炭素繊維が互いに直交するよう
に積層し、ホットプレスで180℃、10kg/cm2
で樹脂を硬化させた。次いで、窒素中で2000℃で焼
成し、C/Cコンポジットを得た。得られたC/Cコン
ポジットの密度は1.0g/cm3、開気孔率は50%
であった。
(Production Example) A carbon fiber aligned in one direction was impregnated with a phenol resin to obtain a carbon fiber having a diameter of 7 μm.
Approximately 10,000 carbon long fibers are bundled, and prepreg sheets as fiber bundles (yarns) are laminated so that the carbon fibers are orthogonal to each other, and are hot-pressed at 180 ° C. and 10 kg / cm 2.
To cure the resin. Next, the mixture was fired at 2000 ° C. in nitrogen to obtain a C / C composite. The density of the obtained C / C composite was 1.0 g / cm 3 , and the open porosity was 50%.
Met.

【0044】 次に、得られたC/Cコンポジットを、
純度99.8%で平均粒径1mmのSi粉末で充填され
たカーボンるつぼ内に施設した。次いで、焼成炉内にカ
ーボンるつぼを移動した。焼成炉内の温度を1300
℃、不活性ガスとしてアルゴンガス流量を20NL/
分、焼成炉内圧を1hPaその保持時間を4時間として
処理した後、焼成炉内の圧力をそのまま保持しつつ、炉
内温度を1600℃に昇温することにより、C/Cコン
ポジットにSiの量が7重量%、SiCの量が45重量
%となるようにSiを含浸させて、100mmの厚さを
有するC/Cコンポジット母材に、Si−SiC系材料
から成るマトリックス層を配した部材を製造した。Si
−SiC系材料を母材に含浸成形させる層の表面からの
厚さは50mmとした。
Next, the obtained C / C composite is
It was set up in a carbon crucible filled with Si powder having a purity of 99.8% and an average particle size of 1 mm. Next, the carbon crucible was moved into the firing furnace. The temperature inside the firing furnace was 1300
° C, the flow rate of argon gas as an inert gas is 20 NL /
Min, the furnace pressure was set to 1 hPa, and the holding time was set to 4 hours. Then, while maintaining the pressure in the firing furnace, the furnace temperature was increased to 1600 ° C., thereby increasing the amount of Si in the C / C composite. Was impregnated with Si so that the amount of SiC was 7% by weight and the amount of SiC was 45% by weight, and a member in which a matrix layer made of a Si-SiC-based material was disposed on a C / C composite base material having a thickness of 100 mm Manufactured. Si
-The thickness from the surface of the layer in which the base material was impregnated with the SiC-based material was 50 mm.

【0045】 得られた部材の熱膨張率は600℃に於
いて、炭素繊維の層に平行な方向の熱膨張率と、同層に
対して垂直な方向の熱膨張率はそれぞれ、1.3x10
-6/℃、2.9x10-6/℃、であった。なお、測定の
際に、得られた温度と熱膨張率との関係を示すチャート
の1例を図6及び図7に示す。図6は炭素繊維の層に平
行な方向の熱膨張率を、また、図7は炭素繊維の層に垂
直な方向の熱膨張率のチャートを示す。図6及び図7に
示した二本の線は昇温と冷却のヒスラリシスが良く一致
していることを示している。これを使用してラジエータ
ー組立用の締め付け用ボルト(径:10mm、長さ:1
00mm)及びナット(内径:10mm)を製造した。
The coefficient of thermal expansion of the obtained member was 600 ° C., and the coefficient of thermal expansion in the direction parallel to the carbon fiber layer and the coefficient of thermal expansion in the direction perpendicular to the layer were 1.3 × 10 5
−6 / ° C., 2.9 × 10 −6 / ° C. 6 and 7 show an example of a chart showing the relationship between the obtained temperature and the coefficient of thermal expansion at the time of measurement. FIG. 6 is a chart showing the coefficient of thermal expansion in the direction parallel to the carbon fiber layer, and FIG. 7 is a chart showing the coefficient of thermal expansion in the direction perpendicular to the carbon fiber layer. The two lines shown in FIGS. 6 and 7 indicate that the hysteresis of the temperature rise and the hysteresis of the cool are well matched. Using this, tightening bolts for radiator assembly (diameter: 10 mm, length: 1
00 mm) and a nut (inner diameter: 10 mm).

【0046】(使用例)内径10mm、厚さ1mm、長
さ100mmの銅製パイプ8本を準備し、それぞれ4本
づつ直交させて2段に緊密に積み重ねた。各パイプ間の
接点部には銅ロウ剤ペーストを塗りつけた。この様にし
て用意したものを縦横各140mm、厚さ5mmのNi
系スーパーアロイの板2枚の間に挟み込み、各板の4隅
を上記のボルトとナットを用いて固定した。この状態で
強く銅製パイプをかしめると銅製パイプが潰れてしまう
ので、上記2枚の板の間の距離を20mm丁度となるよ
うに締め付けた。締め付け操作が完了した後、このもの
を1000℃に加熱炉内で加熱した後、常温まで冷却
し、銅製のパイプ同士の結合状況を検査した。本発明に
係るボルトとナットとを使用したのでパイプ同士は強固
に結合していた。
(Example of Use) Eight copper pipes having an inner diameter of 10 mm, a thickness of 1 mm, and a length of 100 mm were prepared, and four pipes each of which were perpendicular to each other were closely stacked in two stages. A copper brazing paste was applied to the contact points between the pipes. The thus-prepared Ni was 140 mm long and 5 mm wide and 5 mm thick.
The two superalloy plates were sandwiched between two plates, and the four corners of each plate were fixed using the above-mentioned bolts and nuts. If the copper pipe was strongly caulked in this state, the copper pipe would be crushed, so it was tightened so that the distance between the two plates was exactly 20 mm. After the tightening operation was completed, this was heated to 1000 ° C. in a heating furnace, then cooled to room temperature, and the state of connection between the copper pipes was inspected. Since the bolt and the nut according to the present invention were used, the pipes were firmly connected to each other.

【0047】 一方、比較例として固定にNi系スーパ
ーアロイ製のボルトとナットとを使用したがこのもの
は、銅製のパイプ同士の結合は認められず、確認操作中
に容易に離れてしまった。その原因は、Ni系スーパー
アロイ製のボルトとナットの場合には、熱膨張率が銅製
パイプよりも熱膨張率が高いために加熱炉内で伸びてし
まい固定に必要な締め付けができなかったためである。
On the other hand, as a comparative example, a bolt and a nut made of Ni-based superalloy were used for fixing, but in this case, the connection of the copper pipes was not recognized, and they were easily separated during the checking operation. The cause is that in the case of bolts and nuts made of Ni-based superalloys, the coefficient of thermal expansion is higher than that of copper pipes, so they expand in the heating furnace and cannot be tightened for fixing. is there.

【0048】[0048]

【発明の効果】 本発明に係る低熱膨張性ボルト及び/
又はナットは、加熱前の組立時に締め付けを実質上行わ
なくとも、その低熱膨張性の為に加熱時に金属材料が膨
張することにより、両者の膨張率の差に対応した締め付
け力が掛かるので、ラジエーター等の比較的かしめ力な
どの圧力に弱い金属製の物の場合には、加熱前にはかし
めのための力を加えることなくロウ接合を行うことがで
きるので、従来から使用されている金属製ボルト及びナ
ットに比較して、その加熱前の組立時の作業には特に経
験やノウハウなどを必要とせず、また、極めて良好な状
態での接合も可能になるという効果を奏するものであ
る。
The low thermal expansion bolt and / or the low thermal expansion bolt according to the present invention
Alternatively, even if the nut is not substantially tightened at the time of assembly before heating, the metal material expands at the time of heating due to its low thermal expansion property, so that a tightening force corresponding to the difference in expansion rate between the two is applied, so the radiator In the case of metal objects that are relatively weak to pressure such as caulking force, etc., brazing can be performed without applying caulking force before heating. Compared to bolts and nuts, the work of assembling before heating does not require any particular experience or know-how, and has the effect that joining can be performed in an extremely good state.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明のボルト及び/又はナットに使用する
一つの繊維複合材料の基本構造をなすヤーン集合体の構
造を模式的に示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a structure of a yarn aggregate which is a basic structure of one fiber composite material used for a bolt and / or a nut of the present invention.

【図2】 (a)は図1のIIa−IIa線断面図であ
り、(b)は図1のIIb−IIb線断面図である。
2A is a sectional view taken along line IIa-IIa in FIG. 1, and FIG. 2B is a sectional view taken along line IIb-IIb in FIG.

【図3】 図2(a)の一部拡大図である。FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG.

【図4】 本発明に係るボルト及び/又はナットに使用
可能な別の態様の繊維複合材料の要部を概略的に示す部
分断面斜視図である。
FIG. 4 is a partial cross-sectional perspective view schematically showing a main part of another embodiment of a fiber composite material usable for a bolt and / or a nut according to the present invention.

【図5】 本発明のボルト及び/又はナットに使用する
一つの繊維複合材料の断面構造を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of one fiber composite material used for the bolt and / or nut of the present invention.

【図6】 炭素繊維の層に平行な方向の熱膨張率の測定
例のチャートを示す。
FIG. 6 shows a chart of a measurement example of a thermal expansion coefficient in a direction parallel to a carbon fiber layer.

【図7】 炭素繊維の層に垂直な方向の熱膨張率の測定
例のチャートを示す。
FIG. 7 shows a chart of a measurement example of a coefficient of thermal expansion in a direction perpendicular to a carbon fiber layer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1A,1B,1C,1D,1E,1F…ヤーン配列体、
2A…ヤーン、2B…ヤーン、3…繊維束(ヤーン)、
4A…炭化珪素相、4B…炭化珪素相、4C…炭化珪素
相、5A…Si−SiC系材料相、5B…Si−SiC
系材料相、5C…Si−SiC系材料相、6…ヤーン集
合体、7…繊維複合材料、8A…マトリックス、8B…
マトリックス、11…繊維複合材料、12…珪素を含浸
させる前のC/Cコンポジット本体の範囲、13…マト
リックス層、14…珪素層、15…C/Cコンポジッ
ト。
1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F...
2A: yarn, 2B: yarn, 3: fiber bundle (yarn),
4A: Silicon carbide phase, 4B: Silicon carbide phase, 4C: Silicon carbide phase, 5A: Si-SiC material phase, 5B: Si-SiC
5C: Si-SiC-based material phase, 6: Yarn aggregate, 7: Fiber composite material, 8A: Matrix, 8B:
Matrix, 11: fiber composite material, 12: range of C / C composite body before impregnation with silicon, 13: matrix layer, 14: silicon layer, 15: C / C composite.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも炭素繊維の束と炭素繊維以外
の炭素成分とを含有するヤーンが層方向に配向しつつ3
次元的に組み合わされ、互いに分離しないように一体化
されているヤーン集合体と、このヤーン集合体を構成す
る各ヤーンの間に充填されている、Si−SiC系材料
からなるマトリックスを備えた繊維複合材料よりなるこ
とを特徴とする低熱膨張性ボルト及び/又はナット。
1. A yarn containing at least a bundle of carbon fibers and a carbon component other than carbon fibers is oriented in a layer direction.
Fiber comprising a yarn assembly that is dimensionally combined and integrated so as not to be separated from each other, and a matrix made of a Si-SiC-based material filled between the yarns constituting the yarn assembly A low thermal expansion bolt and / or nut, comprising a composite material.
【請求項2】 該繊維複合材料が、該繊維複合材料の母
材であるC/Cコンポジットの表面にマトリックス層が
形成されたものであり、600℃に於ける炭素繊維の層
に平行な方向の熱膨張率と同層に対して垂直な方向の熱
膨張率の比が1:1〜1:5で、炭素繊維の積層方向に
平行な方向の熱膨張率が1.0x10-6/℃〜3.0x
10-6/℃であることを特徴とする低熱膨張性ボルト及
び/又はナット。
2. The fiber composite material according to claim 1, wherein a matrix layer is formed on a surface of a C / C composite, which is a base material of the fiber composite material, and a direction parallel to the carbon fiber layer at 600 ° C. The ratio of the coefficient of thermal expansion to the layer perpendicular to the same layer is 1: 1 to 1: 5, and the coefficient of thermal expansion in the direction parallel to the laminating direction of the carbon fibers is 1.0 × 10 −6 / ° C. ~ 3.0x
Low thermal expansion bolts and / or nuts having a temperature of 10 −6 / ° C.
【請求項3】 該マトリックス層の厚さが少なくとも
0.01mmであることを特徴とする請求項1または2
に記載の低熱膨張性ボルト及び/又はナット。
3. The method according to claim 1, wherein the thickness of the matrix layer is at least 0.01 mm.
A low thermal expansion bolt and / or nut according to item 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011027182A (en) * 2009-07-24 2011-02-10 Oki Kogei:Kk Screwing member

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