JP2000351672A - ＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料、その用途、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 適度の動摩擦係数、耐磨耗性、強酸化腐食環
境での耐食性、耐クリープ性、耐スポーリング性を有す
るＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料の提供。 【解決手段】 Ｃ／Ｃコンポジットと金属珪素とを、不
活性ガスを流しつつ、減圧下で高温で加熱し、炭化珪素
を成長させると同時に、残留気孔の中に充分に金属珪素
を充填する工程と、炉内温度を冷却するか、あるいは、
冷却することなく、炉内圧力を約１気圧程度まで上げ、
炉内温度をさらに上げて、生成した炭化珪素あるいは気
孔の充填に用いた金属珪素をマトリックスから炭素繊維
と炭素繊維外の炭素成分から構成されるＣ／Ｃコンポジ
ットの内部まで拡散させ、これら炭素と反応させる工程
とから製造されうるＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材
料、および、少なくとも金属溶湯と接触する部分を同Ｓ
ｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジットから構成することにより達
成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、高温下での耐酸
化性が要求される金属溶湯中で使用する溶湯搬送ポンプ
やドロスを除去するための溶湯ポンプ等の金属溶湯用冶
具、高温下での耐酸化性が要求される研削用部材、半導
体製造装置、精密測定器、自動車、航空機部品等に用い
られる転がり軸受、すべり軸受等の摺動材、および、大
型自動車、超高速列車、飛行機等の大量輸送手段の停止
または速度制御の際に使用する速度制御装置に連動して
装着されたブレーキデスク用の摩擦材として使用される
ブレーキ用部材として使用可能な新規なＳｉＣ−Ｃ／Ｃ
コンポジット複合材料、およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】 アルミニウム・亜鉛合金、ＳＵＳや各
種合金が、金属溶湯用冶具として使用されているが、高
温下で使用されるために、その寿命も約１週間と短い。
そのため、頻繁に交換作業を繰り返さなくてはならず、
高温下での交換作業は、大変な難行であり、溶湯中の金
属を汚染する物質を溶出することがなく、かつ、高温下
での長期間使用可能な耐摩耗性、耐酸化性、耐久性等の
高い材料の出現が望まれているのが現状である。例え
ば、自動車用鋼板等のメッキには、亜鉛、アルミニウム
等の加熱溶融した金属（金属溶湯）中に鋼板等を、被メ
ッキ物を浸漬することにより行う。しかしながら、被メ
ッキ物の浸漬を繰り返すと、溶湯中の不純物が粒成長を
起こすことにより金属溶湯に固体浮遊物（ドロス）が発
生し、これを放置したままメッキ作業を続けると、メッ
キ厚が不均一になったり、メッキ製品の外観が悪くなる
というような不都合が生じる。

【０００３】 そのため、金属メッキ工程においては、
溶湯ポンプを用いてドロスを除去しながらメッキ作業を
行っている。図９に溶湯ポンプの一例を示す。図９にお
いて、被メッキ物である鋼板１１は、水素雰囲気下、滑
車１２にて金属溶湯１３中に浸漬されメッキされる。溶
湯ポンプ１４は、一般に、ドロス蓄積部１５及び両端に
開口部を有するドロス流路１６を備え、ドロス流路１６
の一端側開口部はドロス蓄積部１５外側の金属溶湯液面
部においてのみ金属溶湯１３と連通し、ドロス流路１６
の他端側開口部はドロス蓄積部１５内の金属溶湯液面部
においてのみ金属溶湯１３と連通する。又、ドロス流路
１６は、他端側のドロス流路内に、回転軸１７に取り付
けられ、一端側から他端側への液流を引き起こすための
インペラ１８を有する。図９に示す溶湯ポンプ１４にお
いては、内側容器２０の内部空間がドロス蓄積部１５を
形成し、外側容器２１の内壁と内側容器２０の外壁との
間の空間がドロス流路１６を構成している。

【０００４】 また、転がり軸受、すべり軸受等の摺動
材は、半導体製造装置、精密測定器、自動車、航空機部
品等の構成部材として、半導体、窯業、電子部品、車輌
製造等のさまざまな分野において広範に使用されてい
る。特に、今日においては、技術革新が急速に進む中
で、宇宙往還機やスペースプレーン等の宇宙開発分野、
核エネルギー、太陽エネルギーさらに水素エネルギー等
のエネルギー分野では、滑軸受、スライダー、ベアリン
グ保持器等に用いられる摺動材は、燃焼あるいは炭化に
より油を潤滑剤として使うことができない４００℃以上
という高温下または油が凍結してしまう低温度下で使用
される。従って、摺動材自体はできるだけ小さい動摩擦
係数を有し、かつ磨耗しにくいことが必要である。ま
た、このような摺動材には、中〜高温（２００〜２００
０℃）下における高強度と材料としての高い信頼性（靱
性、耐衝撃性）、耐環境性（耐食性、耐酸化性、耐放射
線性）が要求されることはいうまでもない。また、最近
の省エネルギーの要請により、摺動材には、小さな負荷
で駆動することができるような軽量なものであることも
要求される。

【０００５】 このような状況下、従来においては、摺
動材として、耐熱性に優れ、かつ高強度である窒化珪素
や炭化珪素材料が用いられてきたが、動摩擦係数が０．
５〜１．０と大きく、相手材の磨耗を生じやすいことか
ら、必ずしも摺動材として最適とはいえず、また、密度
も大きいことから、大きい動摩擦係数と相まって、駆動
させるのに大きなエネルギーを消費するという欠点があ
った。さらに、固有の性質として脆さという欠点を有し
ており、小さな傷に対しても極めて脆く、熱的、機械的
衝撃に対しても充分な強度を有していなかった。

【０００６】 このセラミックスの欠点を克服する手段
として、連続したセラミックス系繊維を複合化させたセ
ラミックス系複合材料（ＣＭＣ）が開発され、摺動材と
して用いられている。この材料は高温でも高強度高靭性
で、優れた耐衝撃性、耐環境性を有しているため、超耐
熱摺動材の主流として欧米を中心に研究開発が盛んに行
われている。

【０００７】 一方、大型自動車、超高速列車、飛行機
等の大量輸送手段に装着されている制動装置で使用され
る摩擦材としては、現在は高温下での摩擦係数が極めて
高く、軽量であることから、しばしば、Ｃ／Ｃコンポジ
ットと称されることがあるカーボンファイバーインカー
ボンが広く使用されている。このような大量輸送手段に
おいては、その運転状況の変化に応じてブレーキによる
制動を長時間続けざるを得なかったり、または、高頻度
でブレーキによる制動を繰り返す必要に迫られることが
ある。そのため、Ｃ／Ｃコンポジットを摩擦材として使
用した制動装置の場合には、摩擦材が空気中で高温下に
長時間曝されることとなる。従って、Ｃ／Ｃコンポジッ
トを使用した摩擦材は、基本的には高温で燃焼しやすい
炭素繊維をその主成分とするものであるために、このよ
うに高温下に長時間曝される条件下では、酸素と反応し
て、著しく摩耗するだけでなく、発煙したりして大事故
寸前に至ったケースもあることが報告されている。しか
しながら、高温下に於ける摩擦力の高さ、デスクブレー
キに装着の際に要求される柔軟性などの性能の点から、
それに代わる原料を見いだせていないのが現状である。

【０００８】 一方、直径が１０μｍ前後のセラミック
ス長繊維を、通常、数百本〜数千本束ねて繊維束（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、ＣＶＩ法（化学的気相
含浸法）や無機ポリマー含浸焼成法等によりマトリック
スを形成したり、または、上記予備成形体内部にセラミ
ック粉末を鋳込み成形法によって充填した後に焼成する
ことにより、マトリックスを形成して、セラミックマト
リックス中に繊維を複合化したセラミックス系ＳｉＣ−
Ｃ／Ｃコンポジット複合材料（ＣＭＣ）が開発されてい
る。

【０００９】 ＣＭＣの具体例としては二次元または三
次元方向に配列した炭素繊維の間隔に炭素からなるマト
リックスを形成してなるＣ／Ｃコンポジット、ＳｉＣ繊
維とＳｉＣ粒子を含む成形体に金属珪素を含浸させて形
成されるＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合体等が知られ
ている。また、Ｃ／Ｃコンポジットを原料として使用
し、それに金属珪素を含浸させてＳｉＣを形成した複合
材料が英国特許第１４５７７５７号明細書に開示されて
いる。このものは、骨格部を形成するＣ／Ｃコンポジッ
トとしては、極めて一般的なものを使用している。すな
わち、適当な太さの炭素繊維にバインダーであるフェノ
ール樹脂を塗布し、これを所望の形状となるように繊維
方向を揃えて積層し、これを特定の形状を有する型内に
配置し、圧縮、硬化させてＣ／Ｃコンポジットの成形体
を得る。このものを焼成し、この焼成体に金属珪素を含
浸することにより製造する。焼成によりフェノール樹脂
は、炭化するが、炭素として残存する量は、多くても、
５０％程度であり、焼成後には、微細な気孔が不規則に
炭素繊維の周辺に多数存在した状態となる。これに金属
珪素を含浸させることとなるが、珪素を焼成体全体に均
等に含浸させることは、この気孔の不規則な存在で、著
しく困難となる。バインダーとして使用されるフェノー
ル樹脂の炭化により生成する遊離炭素と含浸に使用され
る金属珪素との反応により、ＳｉＣマトリックスは形成
されるが、その際、この不規則に存在する気孔のために
均質なＳｉＣマトリックスとはならず、同時に金属珪素
が炭素繊維ともランダムに反応して、炭素繊維にＳｉＣ
層が形成され、その結果、複合材料の少なくとも一部で
ＳｉＣ層が形成された箇所で炭素繊維が短繊維化してし
まい、耐衝撃性、曲げ強度、高潤滑性、耐摩耗性等が低
下するという問題がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】 Ｃ／Ｃコンポジット
は、靭性に富むため耐衝撃性に優れ、かつ軽量、高硬度
である点では、ブレーキ用部材として優れているが、炭
素から構成されているため、酸素の存在下で高温条件下
での使用はできず、超耐熱摺動材としての使用には制限
があった。また、硬度が比較的低いこととともに圧縮強
度が低いため、摺動材あるいはブレ−キ用部材として使
用した場合には、磨耗量が大きいという欠点があった。

【００１１】 一方、ＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合
体は、耐酸化性、耐クリープ性等には優れるものの、繊
維表面に傷がつきやすく、また、ＳｉＣ繊維はＳｉ−Ｓ
ｉＣ等との濡れ性が高く両者が強固に結合するために、
母体と繊維間の引き抜き効果が小さいことから、Ｃ／Ｃ
コンポジットに比べて靭性に劣り、そのため耐衝撃性が
低く、軸受、スライダー等の複雑な形状や薄肉部分を有
する摺動材には向かないという問題があった。さらにま
た、高温下で使用される金属溶湯用治具として長期間使
用可能な材料とするには信頼性に欠け、未だ信頼性の高
い長期間使用可能な材料は提供されていないのが現状で
ある。

【００１２】 即ち、上述の溶湯ポンプ１４において、
例えば５００〜８００℃という高温の金属溶湯１３と接
触する外側容器２１、内側容器２０、回転軸１７、イン
ペラ１８等の部材は、熱により破損しないよう、耐熱衝
撃性の材質にて構成する必要がある。又、溶湯ポンプを
構成する材質の成分が金属溶湯中に滲み出したのでは、
メッキ製品の品質に影響を与えるため、高温下において
も同成分が滲み出さないような材質を用いることも必要
となる。さらに、溶湯ポンプを構成する材質は、大気中
で使用されることもあるため、耐酸化性を備えることも
必要とされる。このような観点より、溶湯ポンプを構成
する部材のうち、金属溶湯と接触する外側容器等の部材
の材質にはサイアロンが用いられている。

【００１３】 本発明は上記した従来の課題に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、摺動性を
阻害することもない範囲内の動摩擦係数を有し、耐磨耗
性を有するとともに、軽量であり、さらに、耐衝撃性に
優れるとともに、強酸化腐食環境での耐食性、耐クリー
プ性、耐スポーリング性をも併せ持ち、かつ、硬度が高
いことから摺動材としても使用可能であり、また、Ｃ／
Ｃコンポジットが有する優れた耐衝撃性、軽量等の優れ
た点を保持しつつ酸素の存在下で高温に曝されても酸
化、摩耗することが少ないので、現在大量輸送手段用の
ブレーキ用摩擦材として使用したされているＣ／Ｃコン
ポジットが有するところの不可避的に発生する高温に起
因する酸素存在下での激しい摩耗のために、高頻度での
交換作業を余儀なく必要とするという欠点を克服した、
ブレーキ用部材として使用可能な新規なＳｉＣ−Ｃ／Ｃ
コンポジット複合材料を提供することにある。現在溶湯
用ポンプの内耐酸化性が要求される部分に使用されてい
るサイアロンは、耐酸化性の点では問題がないものの、
耐熱衝撃性に劣り、例えば８００℃の温度で１００時間
程度使用すると、特に金属溶湯の液面近傍に割れが生じ
るという問題があった。

【００１４】 本発明の一つの側面である溶湯ポンプ
は、かかる状況に鑑みてなされたものであり、その目的
とするところは、金属溶湯中で使用しても成分が溶出す
ることがないとともに、充分な耐熱衝撃性及び耐酸化性
を備えた溶湯ポンプを提供することにある。さらに、６
００℃、より好ましくは８００℃を超える高温下で使用
される金属溶湯用治具としても使用可能な高い耐久性を
有する新規なＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料を提
供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】 本願発明者らは上記の
目的を達成するために種々検討した結果、炭化珪素と炭
素繊維と炭素繊維以外の炭素成分とから構成され、骨格
部と骨格部の周囲に形成されマトリックスとからなる構
造を有するＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料であっ
て、炭化珪素の少なくとも５０％はβ型で、骨格部は、
炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分により形成されてお
り、その骨格部の一部分には炭化珪素が存在していても
よく、マトリックスは、炭化珪素により形成され、前記
マトリックスと前記骨格部とは一体的に形成されてお
り、かつ、前記複合材料は０．５％〜５％の気孔率と二
山型の平均気孔径の分布を有するＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポ
ジット複合材料が、第１に、耐酸化性、耐クリープ性、
耐スポーリング性に於いても優れ、酸素存在下で、か
つ、高温条件下のために潤滑剤を使用できないような条
件下でも摺動材として使用できること、第２に、ブレー
キ用の摩擦材として優れた耐衝撃性、軽量等の優れた点
を保持しつつ、高温の発生を余儀なくされるデスクブレ
ーキ用の摩擦材として使用しても、酸素存在下でも充分
な耐摩耗性を示し、交換作業の頻度もＣ／Ｃコンポジッ
トの様に高頻度で行うことを必要とせずに継続使用が可
能となること、第３に、金属溶湯中で使用しても、溶湯
中の溶融している金属を汚染する恐れのある成分を溶出
することがなく、かつ、充分な耐衝撃性および耐酸化性
を備えた複合材料であることから、この材料を使用して
溶湯用治具、特に、溶湯ポンプを製造することにより、
上記の目的を達成できることを見い出した。本発明は、
これらの知見に基づき完成されたものである。

【００１６】 すなわち、本発明によれば、炭化珪素と
炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分とから構成され、骨
格部と骨格部の周囲に形成されマトリックスとからなる
構造を有するＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料であ
って、炭化珪素の少なくとも５０％はβ型で、骨格部
は、炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分により形成され
ており、その骨格部の一部分には炭化珪素が存在してい
てもよく、マトリックスは、炭化珪素により形成され、
前記マトリックスと前記骨格部とは一体的に形成されて
おり、かつ、前記複合材料は０．５％〜５％の気孔率と
二山型の平均気孔径の分布を有することを特徴とするＳ
ｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料が提供される。

【００１７】 また、本発明によれば、少なくとも金属
溶湯と接触する部分が上記のＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジッ
ト複合材料から構成された溶湯ポンプが提供される。本
発明の別の側面に係る溶湯ポンプは、ドロス蓄積部及び
両端に開口部を有するドロス流路を備え、該ドロス流路
の一端側開口部は該ドロス蓄積部外側の金属溶湯液面部
においてのみ金属溶湯と連通し、該ドロス流路の他端側
開口部は該ドロス蓄積部内の金属溶湯液面部においての
み金属溶湯と連通し、該ドロス流路は、外側容器の内壁
と、該外側容器の内側に設置され、該ドロス蓄積部を構
成する内側容器の外壁により規定される空間によって構
成され、かつ、該ドロス流路は、該他端側のドロス流路
内に、回転軸に取り付けられ、該一端側から該他端側へ
の液流を引き起こすためのインペラを有する溶湯ポンプ
であって、同ポンプの少なくとも金属溶湯と接触する部
分が上記のＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料からな
る溶湯ポンプであることが好ましい。更に、該金属溶湯
と接触する部分が該ドロス流路と、該インペラ及び該回
転軸である溶湯ポンプあることが好ましい。又、本発明
の溶湯ポンプは、亜鉛溶湯又はアルミニウム溶湯に対し
て用いるものであってもよい。

【００１８】 一方、上記ＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット
複合材料の製造方法である、Ｃ／Ｃコンポジットからな
る成形体、または、Ｃ／Ｃコンポジット焼成体と金属珪
素とを、成形体または焼成体と金属珪素の合計重量１ｋ
ｇ当たり０．１ＮＬ以上の不活性ガスを流しつつ、炉内
温度１１００〜１４００℃、炉内圧０．１〜１０ｈＰａ
で１時間以上保持して、Ｃ／Ｃコンポジットのマトリッ
クスを形成している炭素成分と金属珪素とを反応させ
て、炭化珪素からなるマトリックスを形成する工程と、
炉内圧をそのまま保持しつつ、炉内温度を１４５０〜２
５００℃に昇温して、前記成形体または焼成体の開気孔
内部へ金属珪素を溶融、含浸させ、炭化珪素を成長させ
ると同時に、残留気孔の中に充分に金属珪素を充填する
工程と、炉内温度を一旦周囲環境温度まで冷却するか、
あるいは、炉内温度をそのまま保持しつつ、炉内圧力を
約１気圧程度まで上げ、炉内温度を２０００℃〜２８０
０℃まで上げて、生成した炭化珪素あるいは気孔の充填
に用いた金属珪素をマトリックスから炭素繊維と炭素繊
維外の炭素成分から構成されるＣ／Ｃコンポジットの内
部まで拡散させ、これら炭素と反応させる工程とからな
ることを特徴とするＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材
料の製造方法が提供される。

【００１９】 本発明に係るＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジッ
ト複合材料は、基本的には、２０重量％〜８０重量％の
炭素と、８０重量％〜２０重量％の炭化珪素とから構成
され、ＳｉＣ系材料からなるマトリックスが、三次元的
に組み合わされ互いに分離しないように一体化された炭
素繊維からなるヤーン集合体の間に一体的に形成されて
いる。なお、金属珪素が複合材料の全重量の約０．３重
量％程度残留しても、本発明に係る複合材料の性能には
実質的な影響はない。後述するようにＳｉＣ系材料から
形成されるマトリックスの層を設ける場合には、その厚
さは、少なくとも０．０１ｍｍあることが好ましい。さ
らに少なくとも０．０５ｍｍ以上であることが好まし
く、少なくとも０．１ｍｍ以上であることが一層好まし
い。

【００２０】 さらに、本発明に係る新規なＳｉＣ−Ｃ
／Ｃコンポジット複合材料において、前記マトリックス
が前記ヤーン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していることが好ましい。また、
上記ＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料は窒化ホウ
素、ホウ素、銅、ビスマス、チタン、クロム、タングス
テンおよびモリブデンからなる群より選択した１以上の
物質を含有してもよい。また、上記のＳｉＣ−Ｃ／Ｃコ
ンポジット複合材料は、常温に於ける動摩擦係数が０．
０５〜０．６であり、かつ、気孔率が０．５％〜５％に
制御されていることがことが好ましい。

【００２１】

【発明の実施の形態】 本発明に係るＳｉＣ−Ｃ／Ｃコ
ンポジット複合材料は、Ｃ／Ｃコンポジットからなる骨
格部にＳｉＣ系材料からなるマトリックス層を配した、
セラミックスと炭素からなる複合材料を用いて構成され
る。

【００２２】 以下、本発明に係る新規なＳｉＣ−Ｃ／
Ｃコンポジット複合材料について説明する。これは、新
規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。なお、本明細書
において、Ｃ／Ｃコンポジットとは、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であっ
て、焼成後には炭素繊維の束に対して遊離炭素となるピ
ッチ、コークス類を包含させ、さら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
束を調製し、この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なる柔軟な被膜を形成し、柔軟性中
間材としてのプレフォームードヤーンを得る。このプレ
フォームードヤーンを、特開平２−８０６３９号公報に
記載されている方法によりシート状にし、必要量を積層
した後、ホットプレスで成形し得られた成形体、また
は、この成形体を焼成して得られる焼成体をいう。

【００２３】 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、
この繊維束を熱可塑性樹脂で被覆して調製した柔軟性糸
状中間材を得、これを特開平２−８０６３９号公報に記
載されている方法によりシート状にし、このシート状と
したもの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、該予備成形
体の繊維束の外周に形成されている有機物からなる熱可
塑性樹脂等の被膜を焼成し、上記の同皮膜を炭化除去し
たものを使用すればよい。なお、本明細書に於いて、参
考のために特開平２−８０６３９号公報の記載を引用す
る。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。

【００２４】 本発明に係るＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジッ
ト複合材料は、骨格部として、各炭素繊維が炭素繊維束
から構成されているＣ／Ｃコンポジットを用いており、
そのため、その一部にＳｉＣが形成されていても、各炭
素繊維としては炭素繊維としての構造が、破壊されるこ
となく保持されているために炭素繊維が炭化珪素化によ
り短繊維化することがないので、原料であるＣ／Ｃコン
ポジットの有する機械的強度がほぼ保持されるか、炭化
珪素化により増大す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
Ｃ系材料からなるマトリックスが形成された複合構造を
有している。

【００２５】 本発明において、ＳｉＣ系材料とは、炭
素との結合度を異にする炭化珪素を含有する材料をい
い、この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コンポジットに対して、
金属珪素を含浸させるが、その際、金属珪素はコンポジ
ット内の炭素繊維を構成する炭素原子および／または炭
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
された珪素が生成し、かくして上記のヤーンとヤーンと
の間には炭化珪素からなるマトリックスが形成される。

【００２６】 このマトリックスにおいては、極微量の
珪素と炭素とが結合した炭化珪素質の相から、純粋な炭
化珪素結晶相に至るまで、いくつかの相異なる相を含み
うる。しかし、このマトリックスには、Ｘ線による検出
限界（０．３重量％）以下の金属珪素しか含まれない。
つまり、このマトリックスは、典型的には炭化珪素相か
らなるが、炭化珪素相には、珪素の含有量が傾斜的に変
化しているＳｉＣ質相を含みうる。従って、ＳｉＣ系材
料とは、このようなＳｉＣ系列において、炭素の濃度と
して、少なくとも０．０１ｍｏｌ％以上から５０ｍｏｌ
％までの範囲以内で含まれてる材料の総称である。な
お、炭素濃度が、０．０１ｍｏｌ％未満に制御するに
は、Ｃ／Ｃコンポジット中の遊離炭素の量とに関係で、
添加する金属珪素の量の厳密な計量が要求されること
と、後述する最終工程での温度管理が複雑になるので実
質的でない。従って、理論的には、炭素濃度を０．００
１ｍｏｌ％程度まで制御することは可能である。

【００２７】 本発明に係るＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジッ
ト複合材料は、マトリックスが、図６に示したようにヤ
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
ることは勿論のこと、一部マトリックスが、小突起部と
して表面に突出していることが好ましい。特に、ブレー
キ用部材、研削用部材用等として使用する場合に、表面
粗さがより粗くなるので好ましい。上記ＳｉＣ−Ｃ／Ｃ
コンポジット複合材料は、ヤーンとヤーンとの間に炭化
珪素相が形成されている。従って、ヤーンの表面は炭化
珪素相によって強化されることとなる。また、マトリッ
クスの中央部分には、中央値で約１００μｍという比較
的孔径の大きな気孔が形成されているので、加えられた
応力に応じて、この気孔部分が変形することにより微視
的な応力分散がなされる。

【００２８】 また、このＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット
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ＳｉＣ−Ｃ／Ｃコン
ポジット複合材料においては、好ましくは、炭素繊維か
らなるヤーン集合体は、複数のヤーン配列体から構成さ
れており、各ヤーン配列体はそれぞれ特定本数の炭素繊
維を束ねて構成した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、ＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料
は、複数層のヤーン配列体を特定方向に積層した積層構
造を有することになる。

【００２９】 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、ＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジ
ット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。

【００３０】 本発明に係るＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジッ
ト複合材料は、炭素繊維束からなるヤーンを特定の本数
配列したヤーン配列体を積層して構成されるヤーン集合
体からなる三次元構造を有するＣ／Ｃコンポジットから
なる骨格部と、同骨格部を構成する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
ＳｉＣ系材料とからなる複合材料である。本発明に係る
ＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料は、常温での動摩
擦係数が０．０５〜０．６の範囲内にあり、また、耐酸
化性、耐クリープ性、耐スポーリング性を有するＳｉＣ
系材料からなるマトリックス層を表面に配することによ
り、Ｃ／Ｃコンポジットの有する低耐酸化性を克服する
ことができ、酸素存在下において高温下に余儀なく曝さ
れる摺動材、ブレーキ用部材、金属溶湯用部材として使
用が可能である。特に、気孔率は０．５％〜５％に制御
されているので、動摩擦係数の周囲環境の変化による変
動量が極めて少なく、安定したブレーキ性能が発揮され
る。高温条件下での摩耗量は、５００℃で１．０％／時
間以下、より好ましくは０．６％／時間以下である。ま
た、本来炭化珪素が有する優れた耐磨耗性を取り入れた
耐磨耗性を有している。

【００３１】 また、炭素繊維束からなるヤーン集合体
を基本構造とするＣ／Ｃコンポジットを骨格部としてい
ることから、軽量であり、省エネルギーの要請にもかな
う材料であるといる。特に、マトリックス形成後におい
ても、既に述べたように炭素繊維が短繊維化することが
ないので、機械的強度が維持され、ヤーン集合体に於い
て、各ヤーン配列体の繊維の長手方向が互いに交差、好
ましくは直交しているので、形状の異方性も生じない。
骨格部に形成された遊離炭素からなるマトリックスも均
一性に富む。従って、これに金属珪素を含浸させて製造
した本発明に係るＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料
は、均一に金属珪素が分散してゆき、炭素と反応するの
で、特定の体積中の構成物質の組成は均一である。組成
が均一であるので、内部応力が偏在することもない。従
って、焼成しても変形が生じにくく、大型で複雑な形状
の成型品、なかでも複雑な形状を有する薄肉大型成型品
を製造することができるという効果を発揮する。

【００３２】 さらに、骨格部がＣ／Ｃコンポジットで
あるため、靭性に富み、優れた耐衝撃性、高硬度性を有
する。従って、従来使用されているＣ／Ｃコンポジット
が有している特性を保持したまま、同Ｃ／Ｃコンポジッ
トが有する耐高温摩耗性が低いという欠点を克服するこ
とができる。また、Ｃ／Ｃコンポジットは連続した開気
孔を有するので、この気孔に対して金属珪素を含浸さ
せ、形成させるマトリックスとしてのＳｉＣは、連続構
造をとり三次元網目構造をとる。従って、どの部分を切
り出しても、骨格部となったＣ／Ｃコンポジットに比し
て高い耐磨耗性を有し、かつ本来Ｃ／Ｃコンポジットが
持っている高い放熱性、柔軟性なども維持される。

【００３３】 なお、本発明に別の側面である溶湯ポン
プの場合には、その少なくとも金属溶湯と接触する部分
を上記のＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料から構成
することにより、溶湯ポンプに充分な耐熱衝撃性と耐酸
化性を付与するとともに、金属溶湯中に溶湯ポンプを構
成する素材の成分が溶出するのを防止している。 即
ち、上記のＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料は、室
温（２０℃）のみならず、高温下においても優れた強度
及び耐熱衝撃性を有し、かつ、高温下においても耐酸化
性に優れるため、溶湯ポンプに上記の特性を付与できる
のである。特に耐熱衝撃性はサイアロンに比べ著しく大
きいという特性を有するものである。

【００３４】 本発明に係る溶湯ポンプには、その方
式、種類に特に制限はなく、金属溶湯に浸漬して使用さ
れるものであればよいが、例えば金属溶湯中のドロスを
除去するための溶湯ポンプは、一般には、図９に示すよ
うに、ドロス蓄積部と両端に開口部を有するドロス流路
を備えており、ドロス流路の一端側開口部がドロス蓄積
部外側の金属溶湯液面部と連通し、ドロス流路の他端側
開口部がドロス蓄積部内の金属溶湯液面部と連通するよ
うに構成されたものである。また、ドロス流路は、回転
軸に取り付けられたインペラ等のように、ドロス流路の
一端側から他端側への液流を引き起こすための手段を有
する。

【００３５】 上記の溶湯ポンプのより具体的な態様
は、図９に示すように、溶湯ポンプ１４を少なくとも内
側容器２０、外側容器２１、回転軸１７、インペラ１８
及び回転軸駆動部２４から構成し、内側容器２０の内部
空間がドロス蓄積部１５を形成し、外側容器２１の内壁
と内側容器の外壁との間の空間がドロス流路１６を構成
するようにしたものである。この場合、溶湯ポンプ１４
の使用時において金属溶湯１３と接触する、内側容器２
０、外側容器２１、回転軸１７及びインペラ１８等の部
材は、上記のＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料で構
成されることになる。ただし、回転軸駆動部２４等の他
の部材を上記材料で構成してもよい。 又、本発明の溶
湯ポンプが使用される金属溶湯の種類にも特に制限はな
く、亜鉛、アルミニウム、鉄、錫、銅等の金属溶湯に好
適に用いることができるが、溶湯温度を考慮した場合、
亜鉛溶湯又はアルミニウム溶湯に対して特に好適に用い
ることができる。

【００３６】 なお、本発明にいうＣ／Ｃコンポジット
とは、前述の如く、二次元または三次元方向に配列した
炭素繊維と炭素繊維の間隙に炭素からなるマトリックス
を形成してなる素材であるが、炭素繊維を１０〜７０％
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。

【００３７】 ＳｉＣ系材料からなるマトリックス層を
表面に有するものを用いた場合には、ＳｉＣ系材料が溶
融してガラスとなり骨格部を酸素から保護する速度の方
が、酸素の骨格部内部への拡散速度よりも早いため、骨
格部として使用されたＣ／Ｃコンポジットが拡散してき
た酸素により酸化されるような事態を回避でき、骨格部
を酸化から保護することができる。従って、本発明に係
るＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料の場合には、自
己修復性を示すので、より長期間にわたって使用が可能
となる。この効果は、マトリックスが前述の窒化ホウ
素、銅、ビスマス等の第三成分を含有していても有効で
ある。

【００３８】 さらに、ＳｉＣ系材料は熱膨張係数がＣ
／Ｃコンポジットより大きいため、長期間高温条件下で
の使用において、ＳｉＣ系材料を骨格部表面に単にコー
ティングするだけでは、高温酸化条件下においては両者
の熱膨張係数差により、容易にＳｉＣ系材料からなる層
が剥離するが、本発明に於いては、ＳｉＣ系材料をＳｉ
Ｃ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料のマトリックス層とし
て一体的に形成することにより、繊維の積層方向での強
度が増し、剥離を防止でき、摺動材やブレ−キ用部材と
して優れた特質を有するものであるということができ
る。

【００３９】 本発明に係るＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジッ
ト複合材料について、図面を使用してさらに説明するこ
ととする。図１は、本発明に係るＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポ
ジット複合材料の骨格部を説明するための概略斜視図で
あり、図２（ａ）は、本発明に係るＳｉＣ−Ｃ／Ｃコン
ポジット複合材料を、図１においてのIIａ−IIａ線で切
断した場合の断面図であり、図２（ｂ）は、同じく図１
においてのIIｂ−IIｂ線で切断した場合の断面図であ
る。図３は、図２（ａ）の一部拡大図である。ＳｉＣ−
Ｃ／Ｃコンポジット複合材料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、１Ｃ、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。すなわ
ち、各ヤーン配列体１Ａ、１Ｃ、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１
Ｂ、１Ｄ、１Ｆの各ヤーン２Ｂの長手方向に対して直交
している。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、やや楕円形になっている。

【００４０】 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。図２（ａ）、図２（ｂ）および図３に示した
ように、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４からなっている。炭化
珪素相の一部は、小突起部９として表面に突出するか、
あるいは、複合部材の内部においては、炭素繊維層に突
出していてもよい。この様な小突起部の内部には、中央
値が約１００μｍの孔径を有する気孔（空隙）が形成さ
れている。なお、この小突起部９は、殆どが原料のＣ／
Ｃコンポジットの炭素繊維以外の炭素成分からなるマト
リックスの跡に沿って形成されるので、ヤーンとヤーン
との間隔および／またはヤーン配列体とヤーン配列体と
の間隔を適宜選択することにより、単位面積当たりの小
突起部９の密度を調整することが可能である。隣接する
ヤーン２Ａと２Ｂとの間にも、炭化珪素相４が形成され
ていてもよい。

【００４１】 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。

【００４２】 図４は、本発明の他の実施形態に係るＳ
ｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料の要部の一部を概略
的に示す部分断面斜視図である。本例では、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２Ｂ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。各マトリックス８Ａ、
８Ｂは、それぞれ、ヤーン２Ａ、２Ｂの表面に接して形
成されている炭化珪素相４を備えている。

【００４３】 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い。ブレーキ用部材
用、研削用部材などの材料としては、図６に示すよう
に、ＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料の表面が炭化
珪素相であって、かつ炭化珪素からなる小突起部９が比
較的高密度で突出、形成されていることが好ましい。

【００４４】 ここで、ＳｉＣ系材料を骨格部に含浸さ
せることにより形成されるマトリックス層の厚さは、少
なくとも０．０１ｍｍあることが好ましい。さらに少な
くとも０．０５ｍｍ以上あることが好ましく、少なくと
も０．１ｍｍ以上であることが一層好ましい。このマト
リックス層の厚さが０．０１ｍｍ未満の場合は、高酸化
条件下において、例えば、摺動材等として要求される耐
久性を充分に付与することができないからである。

【００４５】 また、本発明に係るＳｉＣ−Ｃ／Ｃコン
ポジット複合材料において、マトリックス層における炭
素と結合している珪素の濃度は、表面から内部に向かっ
て小さくなることが好ましい。マトリックス層におい
て、珪素濃度に傾斜を持たせることにより、強酸化腐食
環境での耐食性および強度、表層部および内層部の欠陥
へのヒーリング機能を著しく向上させることができ、さ
らに熱膨張係数差による材料の熱応力劣化を防止でき
る。これは、表層部の珪素濃度が、内層部の珪素濃度よ
りも相対的に高いため、発生したマイクロクラックが、
加熱中にヒーリングされ、耐酸化性を保持するからであ
る。また、本発明のＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材
料に用いるＣ／Ｃコンポジットは、窒化ホウ素、ホウ
素、銅、ビスマス、チタン、クロム、タングステンおよ
びモリブデンからなる群より選択した１以上の物質を含
有してもよい。

【００４６】 これらの物質は潤滑性を有するため、Ｃ
／Ｃコンポジットからなる骨格部に含有させることによ
り、ＳｉＣ系材料が含浸した骨格部の部分においても、
繊維の潤滑性を維持することができ、靭性の低下を防ぐ
ことができる。なお、例えば、窒化ホウ素の含有量は、
Ｃ／Ｃコンポジットからなる骨格部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充
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ＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料にも現れて
くるからである。

【００４７】 このような、本発明のＳｉＣ−Ｃ／Ｃコ
ンポジット複合材料は、Ｃ／Ｃコンポジットの耐衝撃
性、高硬度性および軽量性と、ＳｉＣ系材料の、耐酸化
性、耐スポーリング性、自己潤滑性、耐磨耗性等を併せ
持ち、さらに、自己修復性をも有するため、高温酸化条
件下での使用に長期間耐えることができるので、摺動
材、ブレーキ用部材等として、好適に用いることができ
る。加えて、金属溶湯用部材、特に上述のように、この
複合材料を使用した本発明の別の側面に係る溶湯ポンプ
は、耐熱衝撃性、耐酸化性に優れ、かつ、溶湯を汚染す
るような成分を溶出しないので、極めて優れた金属溶湯
ポンプであるといえる。

【００４８】 本発明の１つの側面に係るＳｉＣ−Ｃ／
Ｃコンポジット複合材料は、好ましくは以下の方法によ
って製造できる。すなわち、炭素繊維の束にマトリック
スとして作用し、最終的には、炭素繊維の束に対して遊
離炭素となる粉末状のバインダー、例えば、ピッチ、コ
ークス類を包含させ、さら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、特開平２−８０６３９号公
報に記載のように、熱可塑性樹脂等のプラスチックから
なる柔軟な被膜を形成し、柔軟性中間材であるプレフォ
ームドヤーンを得、このプレフォームドヤーンを、シー
ト状のプレプレグシートにし、必要量を積層した後、ホ
ットプレスで３００〜２０００℃、常庄〜５００ｋｇ／
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７００〜１２
００℃で炭化させ、１５００〜３０００℃で黒鉛化し
て、焼成体を得る。

【００４９】 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、紡糸用ピッチの調製、溶融紡
糸、不融化およ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のものでもよい。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およびター
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、無機および有機化合物等を含んでいて
もよい。

【００５０】 次いで、上記のように作製された成形体
または焼成体と金属珪素とを、１１００〜１４００℃の
温度域、炉内圧０．１〜１０ｈＰａで１時間以上保持す
る。保持時間は、種々の要因により変動しうるが、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
に充分な時間であればよい。また、この際、成形体また
は焼成体と珪素の合計重量１ｋｇ当たり０．１ＮＬ（ノ
ルマルリットル：１２００℃、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、成形体または焼成体表面にＳｉＣ層を形成するこ
とが好ましい。次いで、温度１４５０〜２５００℃、好
ましくは１７００〜１８００℃に昇温して前記成形体ま
たは焼成体の開気孔内部へ珪素を溶融、含浸させ、先
ず、ＳｉＣ系材料を形成させる。

【００５１】 次いで、炉内温度を一旦周囲環境温度
（２０℃〜２５℃）まで冷却するか、あるいは、炉内温
度をそのまま保持しつつ、炉内圧力を約１気圧程度まで
上げ、炉内温度を２０００℃〜２８００℃、好ましく
は、２１００℃〜２５００℃まで上げて、場合によって
は残存していることもある金属珪素と、既に生成してい
る炭化珪素を炭素繊維と炭素繊維外の炭素成分中（一部
黒鉛化した炭素を含む遊離炭素と同義である）にまで拡
散させ、これら炭素と反応させる。この場合の保持時間
は１時間程度で充分である。また、この過程において、
Ｃ／Ｃコンポジットからなる成形体を用いた場合は、前
記成形体の焼成も行われ、同時にＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポ
ジット複合材料が生成する。

【００５２】 成形体または焼成体と金属珪素を、１１
００〜１４００℃の温度、０．１〜１０ｈＰａの圧力に
１時間以上保持し、かつその際、成形体または焼成体と
金属珪素の合計重量１ｋｇ当たり不活性ガスを０．１Ｎ
Ｌ以上、好ましくは１ＮＬ以上、さらに好ましくは１０
ＮＬ以上流すように制御することが望ましい。このよう
な、焼成時（すなわち、金属珪素の溶融、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
りその後に金属珪素を溶融、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。

【００５３】 また、成形体または焼成体へ金属珪素を
溶融、含浸する際には、雰囲気温度を１４５０〜２５０
０℃、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。次いで、金属珪素として存在する珪素を含め、炭
素との反応を完結させ、また、炭化珪素を炭素繊維と炭
素繊維以外の炭素成分内に拡散させるために、炉内圧力
を約１気圧程度まで上げ、炉内温度を２０００℃〜２８
００℃、好ましくは、２１００℃〜２５００℃まで上げ
る。室温まで冷却した後でも、あるいは、そのまま昇温
を開始してもよい。この常圧下での高温加熱処理によ
り、金属珪素は完全に存在しなくなる。従って、金属溶
湯用部材として使用しても、金属珪素が溶湯中の金属に
溶出することはない。さらに、減圧下での加熱処理に形
成された炭化珪素が炭素繊維や炭素繊維外の炭素成分中
に拡散してゆき、ＳｉＣ質材料が形成され、同時に、珪
素が抜けたマトリックス内部には、孔径の大きな気孔が
形成される。

【００５４】 かくして、減圧下での加熱処理時に生成
する比較的孔径に小さいな気孔と、常圧、高温加熱で形
成される比較的孔径の大きな気孔との２種類の気孔がマ
トリックス中には形成されることとなる。すなわち、気
孔孔径が２山型の分散を示すＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジッ
ト複合材料が得られる。部材として加工した際に、微細
細孔として表面に表れてくる気孔が２種類存在すること
により、表面の粗さが大きくなり動摩擦係数が原料のＣ
／Ｃコンポジットの動摩擦係数よりも、大きくなり、ブ
レーキ用部材として使用するときに、マトリックスとし
てのＳｉＣを形成することによる耐酸化性、機械的強度
の向上に加えて、よりブレーキ制動がよくなるという効
果が発揮されることとなる。

【００５５】 Ｃ／Ｃコンポジットの長手方向への焼成
時における膨張現象が、炭化珪素の生成反応の際に押さ
えられるので、成形体における長手方向の寸法の精度を
上げることができる。従って、炭化珪素系材料を使用し
ては、製造できなかった大型の薄肉成型品を本発明に係
るＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料の製造方法によ
れば、容易に製造することができる。特に、本発明に係
るＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料は、耐酸化性が
高く、硬度、曲げ弾性率、引張り弾性率等を含む物理的
特性に優れているので、従来は、製造できなかった、耐
高温特性、耐酸化特性が要求される大型の薄肉部材を比
較的容易に製造することができる。炭化珪素化の程度
を、使用する金属珪素の量、減圧下での加熱温度、常圧
下での加熱温度を制御することにより連続的に変化させ
ることができる。従って、その使用分野での要求特性に
従い、一定の範囲内ではあるが、硬度、通気性、ヤング
率、熱伝導度、熱膨張率等を変更することが可能である
という優れた方法であるということができる。

【００５６】 上記のように、有機物からなる柔軟性中
間材を炭素繊維束の外周に使用し、珪素の含浸、溶融と
組み合わせると、成形体または焼成体において、該柔軟
性中間材が熱分解してヤーンの間隙には細長い開気孔が
残り、この細長い開気孔に沿って珪素が焼成体または成
形体の奥まで浸透しやすい。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ＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合
材料を生成させることができる。なお、用途に応じて、
このような構成を有するＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複
合材料をＣ／Ｃコンポジットからなる骨格部の表層部の
一部にのみいわゆるＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材
料層として形成してもよい。

【００５７】 マトリックス層の深さの調節は、成形体
または焼成体の開気孔率およびその細孔径により行う。
例えば、ＳｉＣ系材料層の厚さを０．０１〜１０ｍｍと
する場合には、少なくとも成形体または焼成体の表面近
傍における開気孔率を５〜５０％、平均細孔径を１μｍ
以上とする。成形体または焼成体の開気孔率は１０〜５
０％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、
成形体または焼成体中のバインダーを除去しきれず、５
０％より大きくすると、骨格部の内部深くにまでＳｉＣ
系材料が含浸形成し、複合材料の耐衝撃性が低下するか
らである。

【００５８】 また、ＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合
材料層をＣ／Ｃコンポジットの表面にのみ形成するに
は、少なくとも表面近傍の開気孔率が焼成中に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。すなわち、熱分解する有機物からなる柔軟性中間
材の被膜の炭素繊維束に対する厚さを調整すればよい。

【００５９】 成形体または焼成体の開気孔率を、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なる複数
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。

【００６０】 また、上記のＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジッ
ト複合材料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成体、または少なくとも表面近
傍の開気孔率が焼成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。ＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料の気孔率を
０．５％〜５％に制御するには、金属珪素を成形体ある
いは焼成体に含浸させる際に、成形体あるいは焼成体の
開気孔率に応じて金属珪素量を調整することにより容易
に行うことができる。

【００６１】 本発明に於いて、上記の新規なＳｉＣ−
Ｃ／Ｃコンポジット複合材料を使用して摺動材、ブレー
キ用部材、金属溶湯用治具等を製造するに際しては、上
記のように製造した複合材料を平面研削盤等により適宜
な寸法に切断加工し、平面研削仕上げすることにより製
造すればよい。特定形状の大型部材の場合には、Ｃ／Ｃ
コンポジットで先ず所望の形に成形し、これを焼成する
か、あるいは焼成することなく、金属珪素と本発明に係
るＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料の製造方法によ
り炭化珪素からなるマトリックスを形成させることによ
り製造することができる。本発明に係るＳｉＣ−Ｃ／Ｃ
コンポジット複合材料は、摺動材、ブレーキ用部材、特
に、大量輸送手段等の摺動材やブレーキ用部材として、
また、高温で使用する金属溶湯用治具として、好適に使
用できる。

【００６２】

【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。なお、本発明に係るＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジ
ット複合材料の密度はアルキメデス法、硬度はＪＩＳＫ
７２０２により測定し、それ以外の特性は以下に示す方
法より評価した。

【００６３】（開気孔率の測定方法） 開気孔率（％）＝［（Ｗ₃−Ｗ₁）／（ Ｗ₃−Ｗ₂）］×
１００ （アルキメデス法による。） 乾燥重量（Ｗ₁）：１００℃のオーブンで１Ｈｒ乾燥さ
せ、その後秤量 水中重量（Ｗ₂）：試料を煮沸し、開気孔中に完全に水
を侵入させて水中にて秤量 含水重量（Ｗ₃）：開気孔中に完全に水を侵入させた試
料を大気中にて秤量

【００６４】（曲げ強さ）１０ｍｍ×５０ｍｍ×２ｍｍ
の大きさの試験片を用いて、３点曲げ試験を行い下式に
より算出した。 曲げ強さ＝３／２Ｆ_MAX・Ｌ／ｂ・ｈ² （式中、ｂは試験片の幅を、Ｆ_MAXは最大荷重を、ｈは
試験片の高さ、Ｌは支点間の距離を表す。）

【００６５】（曲げ弾性率の評価方法）試験片の高さｈ
の４０倍の距離を支点間距離Ｌとして３点曲げを行い、
荷重−たわみ曲線の直線部の初期の勾配Ｐ／σを用い
て、下式により算出した。 曲げ弾性率＝１／４・Ｌ³／ｂ・ｈ³・Ｐ／σ （式中、ｂは試験片の幅、 ｈは試験片の高さ、および
Ｌは支点間の距離を表す。）

【００６６】（引張強さの評価方法）９．５ｍｍ×１０
０ｍｍ×６ｍｍの大きさを有し、中央部の太さが６．２
５ｍｍ、同長さが２８．５ｍｍ、両端部と中央部とは、
曲率半径が３８ｍｍである試験片を用い、これに引張荷
重を加え、破壊直前の最大荷重を求め、この最大荷重を
試験片の断面積で割り、算出する。

【００６７】（引張弾性率の評価方法）引張強さ試験と
同じ大きさの試験片を用いて、引張り、試験片に生じた
歪みで引張応力を割り、算出する。

【００６８】（圧縮強さの評価方法）試験片に圧縮荷重
を加え、下記の式により算出した。 圧縮強さ＝Ｐ／Ａ （式中、Ｐは最大荷重時の荷重、Ａは試験片の最小断面
積を表す。）

【００６９】（層間せん断強さの評価方法）試験片の厚
さｈの４倍の距離を支点間距離として３点曲げを行い、
下式により算出した。 層間せん断強さ＝３Ｐ／４ｂｈ （式中、Ｐは破壊時の最大曲げ荷重、ｂは試験片の幅、
ｈは試験片の高さを表す。）

【００７０】（せん断強さの評価方法）１０ｍｍ×２５
ｍｍ×６ｍｍの大きさの試験片に荷重を加え、試験片が
破断したときの荷重を最大荷重とし、この最大荷重を試
験片の面積で割り、単位面積当たりの破断加重を算出す
る。

【００７１】（ＩＺＯＤ衝撃強さの評価方法）ノッチ付
きの１０ｍｍ×１００ｍｍ×６ｍｍの大きさの試験片を
用い、これを試験台に取り付け、ノッチが付いている方
からハンマーで衝撃を加え、試験片を破断して、吸収エ
ネルギーを試験片のノッチ部の断面積で割り、算出す
る。

【００７２】（動摩擦係数の評価方法）試験片をジグに
セットして１００ｒｐｍで１０分間回転させ、相手材
（ＳＵＪ１０ｍｍ球）を２ｋｇの荷重Ｆｐ（Ｎ）にて試
験片に押し付け、その際の摩擦力Ｆｓ（Ｎ）を測定し
た。動摩擦係数の値は下式により算出した。 摩擦係数μ＝Ｆｓ／Ｆｐ

【００７３】（５％重量減の温度測定方法）大気中で充
分な気流の流れを与えつつ、１０℃／分の割合で昇温し
ながら、試料の重量の変化を測定し、試料の重量が５％
の減少を示す温度を求める。

【００７４】（実施例） １．本発明に係るＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料
の製造例 炭素繊維の束のマトリックスとして作用し、最終的に
は、炭素繊維の束に対しては遊離炭素となる粉末状のバ
インダーピッチを繊維の方向を一方向に引き揃えた炭素
繊維に包含させた後、さらにフェノール樹脂粉末等を含
有させることによって、炭素繊維束を調製した。かくし
て調製した炭素繊維束の周囲に、熱可塑性樹脂等のプラ
スチックからなる柔軟な被膜を形成し、柔軟性中間材で
あるプリフォームドヤーンを得た。このプリフォームド
ヤーンを、特開平２−８０６３９号公報に記載の方法に
よりシート状にして必要量を炭素繊維の繊維の方向が互
いに直交するように積層した後、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、１０ｍｍの厚さを有する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。

【００７５】 次に、得られたＣ／Ｃコンポジットを、
気孔率が５％となるのに充分な量からなる、純度９９．
８％、平均粒径１ｍｍの金属珪素粉末で充填されたカー
ボンるつぼ内に立設した。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
に金属珪素を含浸させて、気孔率５％のＳｉＣ−Ｃ／Ｃ
コンポジット複合材料を製造した。

【００７６】 得られたＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複
合材料の密度、気孔率、層間せん断強さ、圧縮強さ、曲
げ弾性率等の測定結果は、骨格部として使用したＣ／Ｃ
コンポジットと比較して表１に示す。表１に示した結果
から明らかなように、比較例である原料のＣ／Ｃコンポ
ジットに比較して、顕著な硬度の増加、曲げ弾性率、引
張り強さ、圧縮強さ、せん断強さなどにおける向上が認
められる一方で、ＳｉＣが本来的に有する脆さのため、
曲げ強さ、ＩＺＯＤ衝撃強さ等に低下が認められるもの
の、耐酸化性の著しい向上を考慮すれば、これらの低下
は、容易に甘受できる範囲内であるということができ
る。

【００７７】 また、図６は、試験片の表面の状態を示
す二次電子像写真である。図７は同じ試験片の断面構造
を示す反射電子像写真である。図８は図７の拡大写真で
ある。図６〜８の写真から生成したＳｉＣの一部が微細
な突起部９となり表面に突出していることがわかる。な
お、この突起部は、原料であるＣ／Ｃコンポジットのマ
トリックスに沿い形成されていることも分かる。その内
部には空隙、すなわち、気孔が形成されていることもわ
かる。この気孔には、大きな気孔と小さな気孔の２種類
あるのが特徴である。大きな気孔は気孔径の中央値が約
１００μｍで図８に示した拡大写真からもその形成を明
瞭に認めることができる。小さなものは、中央値が約
０．５μｍと小さく、図８からはその存在を直接確認す
ることはできない。

【００７８】 しかし、ブレーキ用部材として加工され
た際に、表面に表れてくる微細細孔は、孔径が相互に異
なる２種類の気孔からなることから、表面の粗さがより
大きくなる。つまり、原料であるＣ／Ｃコンポジットよ
りも、表面粗さが増すことにより、動摩擦係数が大きく
なり、結果としてブレーキ制動がよくなるという効果が
発揮されることとなる。なお、金属珪素含浸率は４０％
であった。

【００７９】 上記のＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合
材料から、試験片を、ＳｉＣ系材料とＣ／Ｃコンポジッ
トが充分複合化しているＣ／Ｃコンポジット表層近傍か
ら切り出し、平面研削盤により縦６０ｍｍ、横６０ｍ
ｍ、厚さ５ｍｍの大きさに切断加工した後、８００＃砥
石で平面研削仕上げし、摺動材とした。得られた摺動材
の研削面における表面粗さはＲａ＝１μｍであり、平面
度は真直度で２μｍであった。摺動材としての性能試験
したがＣ／Ｃコンポジットから製造されてものに比較し
て、特に、高温下での耐酸化性において優れた摺動材で
あることが分かった。

【００８０】

【表１】

【００８１】 表１より、ＳｉＣ系材料からなるマトリ
ックスをＣ／Ｃコンポジットからなる骨格部に形成させ
た本発明に係る複合材料は、骨格部として使用したＣ／
Ｃコンポジットに比較して、大きな動摩擦係数を有する
ことが分かる。

【００８２】 また、本発明に係る複合材料は、Ｃ／Ｃ
コンポジットに比較して、曲げ弾性率、引張り強さ、引
張り弾性率、圧縮強さ、せん断強さにおいて優れた値を
示し、層間せん断強さにおいてＣ／Ｃコンポジットと同
程度の値を示した。曲げ強さ、引張り強さおよびＩＺＯ
Ｄ衝撃強さにおいては、Ｃ／Ｃコンポジットに劣るが、
摺動材、ブレーキ用部材、金属溶湯用部材などの高い耐
酸化性が要求される用途においては、実使用上は問題と
なるような範囲までの低下ではない。

【００８３】２．溶湯ポンプ 上記のＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料から構成し
た溶湯ポンプを用いてアルミニウム溶湯のドロス除去を
行い、溶湯ポンプを構成する部材における割れの発生、
酸化及び珪素の溶出について調べた。アルミニウム溶湯
１３は、図９に示すように、鋼板メッキ用のものであ
り、その温度は７５０℃であった。又、溶湯ポンプ１４
は、図９に示すように、内側容器２０、外側容器２１、
回転軸１７、インペラ１８及び回転軸駆動部２４から成
り、内側容器２０の内部空間がドロス蓄積部１５を形成
し、外側容器２１の内壁と内側容器２０の外壁との間の
空間がドロス流路１６を構成する。上記部材のうち、内
側容器２０、外側容器２１、回転軸１７及びインペラ１
８を上記材料により構成した。

【００８４】 上記溶湯ポンプ１４をアルミニウム溶湯
１３に浸漬し、インペラ１８を回転させつつ、１００時
間ドロス除去を行った後、溶湯ポンプを構成する部材に
おける割れの発生、酸化及び珪素の溶出について調べ
た。

【００８５】 割れの発生は、内側容器、外側容器、回
転軸、インペラの各部材について目視にて観察すること
により調べた。酸化の程度の指標としては、これらの部
材の重量減少を測定した。耐酸化性の評価については、
重量減少率５％未満の場合を○、重量減少率５％以上、
１０％未満の場合を△、重量減少率１０％以上の場合を
×とした。珪素の溶出については、試験ピースの組成変
化を調べることにより判断した。珪素の溶出についての
評価は、アルミニウム中に珪素が混在していることがＸ
線により確認された場合を「有り」、珪素の混在が確認
されなかった場合を「無し」とした。その結果、割れの
発生もなく、耐酸化性の点でも当然のことながら、問題
なく、珪素の溶出も全くなかった。

【００８６】 一方、内側容器、外側容器、回転軸及び
インペラをサイアロンにて構成させた溶湯ポンプを上記
と同様に用意して、これを使用して、アルミニウム溶湯
のドロス除去を行い、溶湯ポンプを構成する部材におけ
る割れの発生、酸化及び珪素の溶出について調べた。耐
酸化性の点、珪素の溶出点では問題なかったが、１００
時間の使用により、明らかな割れの発生が認められた。

【００８７】 サイアロンを用いた溶湯ポンプの場合に
は、酸化の程度は小さかったものの、外側容器のアルミ
ニウム溶湯液面近傍部分に割れの発生が認められた。一
方、本発明に係る溶湯ポンプの場合には、内側容器、外
側容器、回転軸、インペラの各部材において割れの発生
は認められず、酸化の程度も低かった。勿論、溶湯中へ
の珪素の溶出もみとめられなかった。

【００８８】

【発明の効果】 本発明の新規なＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポ
ジット複合材料を摺動材として使用したときには、動摩
擦係数が０．０５〜０．５と適度な範囲内にあり、ま
た、耐酸化性、耐クリープ性、耐スポーリング性を有す
るＳｉＣ系材料からマトリックスを配しているため、Ｃ
／Ｃコンポジットの有する低耐酸化性を克服することが
でき、酸素存在下においても、潤滑剤として油を用いる
ことができないような高温での使用が可能である。さら
に、図５に示したように酸化特性を示す指標である５％
重量減の温度も７５７℃と高く、高い耐高温特性を有し
ているので、高温に曝される条件下で使用される摺動材
として有用である。また、Ｃ／Ｃコンポジットを骨格部
としていることから、軽量であり、動摩擦係数が小さい
こととも相まって、エネルギーの損失が少なく、省エネ
ルギーの要請にも沿う。さらに、骨格部がＣ／Ｃコンポ
ジットであるため、靭性に富み、優れた耐衝撃性、高硬
度性を有する。従って、ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合体の
有する低耐衝撃性という欠点を克服することができ、複
雑な形状や薄肉部分を有する摺動材にも用いることがで
きる。

【００８９】 本発明の新規なＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジ
ット複合材料をブレーキ用部材として使用した場合に
は、酸素の存在下での高温条件での耐摩耗性において著
しく優れており、耐酸化性、耐クリープ性、耐スポーリ
ング性を有するＳｉＣ系材料からなる層を表面に配して
いるため、Ｃ／Ｃコンポジットの有する低耐酸化性を克
服することができ、高温でかつ酸素存在下においても、
使用が可能である。また、優れた耐磨耗性をも併せ持
つ。特に、悪環境条件下でも、その動摩擦係数の変動の
幅が低いことから、悪条件下でも高い信頼性を要求され
る、航空機用等の制動装置に於けるブレーキ用部材とし
て極めて有望な素材であることは明らかである。特に、
孔径が相互に異なる２種類の気孔からなることから、表
面の粗さがより大きくなり、原料であるＣ／Ｃコンポジ
ットよりも、表面粗さが増すことにより、大量輸送手段
用のブレーキ用部材として極めて優れた性質を有してい
るということができる。また、Ｃ／Ｃコンポジットを骨
格部としていることから、軽量であり、エネルギーの損
失が少なく、省エネルギーの要請にも沿う。

【００９０】 さらに、骨格部がＣ／Ｃコンポジットで
あるため、靭性に富み、優れた耐衝撃性、高硬度性を有
する。従って、高温でかつ酸素の存在下で使用されるこ
ととなる大量輸送手段用の動摩擦係数が大きくなるとい
う効果を発揮することとなる。さらに、図５に示したよ
うに酸化特性を示す指標である５％重量減の温度も７５
７℃と高く、高い耐高温特性を有しているので、高温に
曝される条件下で使用される金属溶湯用部材としても有
望である。例えば、本発明の溶湯ポンプは、少なくとも
金属溶湯と接触する部分が優れた耐熱衝撃性と耐酸化性
を有する上記のＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料か
ら構成されているため、高温の金属溶湯中で長時間使用
しても割れたり、酸化することがなく、溶湯ポンプの寿
命を長くすることができるため、メッキ製品の製造コス
トを低減することができる。又、金属溶湯中に珪素が溶
出しにくいため、溶出した珪素がメッキ製品のメッキ純
度を低下させるのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複
合材料の骨格部の構造を模式的に示す斜視図である。

【図２】 （ａ）は、本発明に係るＳｉＣ−Ｃ／Ｃコン
ポジット複合材料の図１におけるIIａ−IIａ線断面図で
あり、（ｂ）は、本発明に係るＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジ
ット複合材料の図１におけるIIｂ−IIｂ線断面図であ
る。

【図３】 図２（ａ）の一部拡大図である。

【図４】 本発明に係るＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複
合材料の要部を概略的に示す部分断面斜視図である。

【図５】 温度と重量減少との関係を示すチャートであ
る。

【図６】 試験片の表面に突出している小突起部の形成
状態を示す写真である。

【図７】 同じ試験片の断面の相構造を示す写真であ
る。

【図８】 図７におけるマトリックス中に形成された開
気孔の一例を示す拡大写真である。

【図９】 溶湯ポンプの一般的構成を示す模式断面図で
ある。

【符号の説明】

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）、
４…炭化珪素相、５…気孔、６…ヤーン集合体、７…Ｓ
ｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料、８Ａ…マトリック
ス、８Ｂ…マトリックス、９…小突起部、１１…鋼板、
１２…滑車、１３…金属溶湯、１４…溶湯ポンプ、１５
…ドロス蓄積部、１６…ドロス流路、１７…回転軸、１
８…インペラ、２０…内側容器、２１…外側容器、２２
…ドロス、２３…真空ポンプ、２４…回転軸駆動部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｃ 33/62 Ｆ１６Ｄ 65/02 Ｂ Ｆ１６Ｄ 65/02 69/02 Ｋ 69/02 Ｃ０４Ｂ 35/80 Ｂ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭化珪素と炭素繊維と炭素繊維以外の炭
   素成分とから構成され、骨格部と骨格部の周囲に形成さ
   れマトリックスとからなる構造を有するＳｉＣ−Ｃ／Ｃ
   コンポジット複合材料であって、 炭化珪素の少なくとも５０％はβ型で、 骨格部は、炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分により形
   成されており、その骨格部の一部分には炭化珪素が存在
   していてもよく、 マトリックスは、炭化珪素により形成され、 前記マトリックスと前記骨格部とは一体的に形成されて
   おり、かつ、 前記複合材料は０．５％〜５％の気孔率と二山型の平均
   気孔径の分布を有することを特徴とするＳｉＣ−Ｃ／Ｃ
   コンポジット複合材料。
2. 【請求項２】 前記マトリックスが、骨格部表面に沿っ
   て形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＳ
   ｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料。
3. 【請求項３】 前記マトリックスの一部が一連の小突起
   部を形成していることを特徴とする請求項１または２に
   記載のＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料。
4. 【請求項４】 前記マトリックスが前記骨格部表面から
   離れるに従って、珪素の含有比率が上昇する傾斜組成を
   有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
   項に記載のＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料。
5. 【請求項５】 前記骨格部は、炭素繊維と炭素繊維以外
   の炭素成分とからなるヤーンを、少なくとも複数本ほぼ
   並行に二次元的に配列して作製したヤーン配列体を、交
   互に直交するように必要数積層して作製されたものであ
   るヤーン集合体から構成されていることを特徴とする請
   求項１〜４のいずれか１項に記載のＳｉＣ−Ｃ／Ｃコン
   ポジット複合材料。
6. 【請求項６】 前記マトリックスが、前記ＳｉＣ−Ｃ／
   Ｃコンポジット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とを特徴とする請求項１
   〜５のいずれか１項に記載のＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジッ
   ト複合材料。
7. 【請求項７】 動摩擦係数が０．０５〜０．６である請
   求項１〜６のいずれか１項に記載のＳｉＣ−Ｃ／Ｃコン
   ポジット複合材料。
8. 【請求項８】 大気中で１０℃／分の割合で昇温したと
   きに５％重量減少が生じる温度が６００℃以上である請
   求項１〜７のいずれか１項に記載のＳｉＣ−Ｃ／Ｃコン
   ポジット複合材料。
9. 【請求項９】 ドロス蓄積部及び両端に開口部を有する
   ドロス流路を備え、 該ドロス流路の一端側開口部は該ドロス蓄積部外側の金
   属溶湯液面部においてのみ金属溶湯と連通し、該ドロス
   流路の他端側開口部は該ドロス蓄積部内の金属溶湯液面
   部においてのみ金属溶湯と連通し、 該ドロス流路は、外側容器の内壁と、該外側容器の内側
   に設置され、該ドロス蓄積部を構成する内側容器の外壁
   により規定される空間によって構成され、かつ、該ドロ
   ス流路は、該他端側のドロス流路内に、回転軸に取り付
   けられ、該一端側から該他端側への液流を引き起こすた
   めのインペラを有する溶湯ポンプであって、同ポンプの
   少なくとも金属溶湯と接触する部分が請求項１〜８のい
   ずれか１項に記載のＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材
   料からなることを特徴とする溶湯ポンプ。
10. 【請求項１０】 該金属溶湯と接触する部分が該ドロス
    流路と、該インペラ及び該回転軸であることを特徴とす
    る請求項９に記載の溶湯ポンプ。
11. 【請求項１１】 亜鉛溶湯又はアルミニウム溶湯に対し
    て用いる請求項９または１０に記載の溶湯ポンプ。
12. 【請求項１２】 Ｃ／Ｃコンポジットからなる成形体、
    または、Ｃ／Ｃコンポジット焼成体と金属珪素とを、成
    形体または焼成体と金属珪素の合計重量１ｋｇ当たり
    ０．１ＮＬ以上の不活性ガスを流しつつ、炉内温度１１
    ００〜１４００℃、炉内圧０．１〜１０ｈＰａで１時間
    以上保持して、Ｃ／Ｃコンポジットのマトリックスを形
    成している炭素成分と金属珪素とを反応させて、炭化珪
    素からなるマトリックスを形成する工程と、 炉内圧をそのまま保持しつつ、炉内温度を１４５０〜２
    ５００℃に昇温して、前記成形体または焼成体の開気孔
    内部へ金属珪素を溶融、含浸させ、炭化珪素を成長さ
    せ、同時に残留気孔の中に充分に金属珪素を充填する工
    程と、 炉内温度を一旦周囲環境温度まで冷却するか、あるい
    は、炉内温度をそのまま保持しつつ、炉内圧力を約１気
    圧程度まで上げ、炉内温度を２０００℃〜２８００℃ま
    で上げて、生成した炭化珪素をマトリックスから炭素繊
    維と炭素繊維外の炭素成分から構成されるＣ／Ｃコンポ
    ジットの内部まで拡散させ、これら炭素と反応させる工
    程とからなることを特徴とする、 炭化珪素と炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分とから構
    成され、骨格部と骨格部の周囲に形成されマトリックス
    とからなる構造を有するＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複
    合材料であって、 炭化珪素の少なくとも５０％はβ型で、 骨格部は、炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分により形
    成されており、その骨格部の一部分には炭化珪素が存在
    していてもよく、 マトリックスは、炭化珪素により形成され、 前記マトリックスと前記骨格部とは一体的に形成されて
    おり、かつ、 前記複合材料は０．５％〜５％の気孔率と二山型の平均
    気孔径の分布を有するＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合
    材料の製造方法。
13. 【請求項１３】 使用するＣ／Ｃコンポジットの表面近
    傍の開気孔率が５％〜５０％であることを特徴とする請
    求項１２に記載のＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料
    の製造方法。
14. 【請求項１４】 成形体が大型部材であることを特徴と
    する請求項１２または１３に記載のＳｉＣ−Ｃ／Ｃコン
    ポジット複合材料の製造方法。