JP2009227565A - 炭素繊維強化炭化ケイ素複合材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(i)樹脂、充填材及び有機繊維を混合する工程、
(ii)(i)の工程でられた混合物と炭素繊維を混合する工程、
(iii)(ii)の工程で得られた混合物を所定の形状に成形する工程、
(iv)(iii)の工程で得られた成形体を炭素化(焼成)する工程、並びに
(v)(iv)の工程で得られた焼成体にシリコンを溶融含浸する工程を含むことを特徴とする炭素繊維強化炭化ケイ素複合材の製造方法及びこの製造方法より得られる炭素繊維強化炭化ケイ素複合材。
【選択図】図1
Description
また、乾式製法の場合、均一なマトリックスを得ることが難しいため、さらなる改善が必要と思われる。
(ii)(i)の工程で得られた混合物と炭素繊維とを混合する工程、
(iii)(ii)の工程で得られた混合物を所定の形状に成形する工程、
(iv)(iii)の工程で得られた成形体を炭素化(焼成)する工程、並びに
(v)(iv)の工程で得られた焼成体にシリコンを溶融含浸する工程を含むことを特徴とする炭素繊維強化炭化ケイ素複合材の製造方法。
本発明の炭素繊維強化炭化ケイ素複合材の製造方法は、
(i)樹脂、充填材及び有機繊維を混合する工程、
(ii)(i)の工程で得られた混合物と炭素繊維とを混合する工程、
(iii)(ii)の工程で得られた混合物を所定の形状に成形する工程、
(iv)(iii)の工程で得られた成形体を炭素化(焼成)する工程並びに
(v)(iv)の工程で得られた焼成体にシリコンを溶融含浸する工程を含むことを特
徴とする。
本発明に用いられる樹脂は、(iii)の工程の所定の形状へ成形する際のバインダーとしての役割と(v)の工程で溶融シリコンと反応し炭化ケイ素マトリックスを生成するための炭素源としての役割を担っている。
また、樹脂、充填材及び有機繊維を混合する方法としては、これらが均一に混合できる方法であれば特に制限はないが、製造時間短縮及び設備費が安価な点で乾式混合法がより好ましく、例えば、レディーゲミキサー、アイリッヒミキサー等を用いて混合することが好ましい。
炭素繊維は、炭化ケイ素セラミックスの高靭化を目的として使用される。炭素繊維はピッチ系、ポリアクリロニトリル系、レーヨン系のいずれでもよく、またこれらの繊維は、1種類の繊維からなるものを用いてもよく、2種以上の繊維を組み合わせたものを用いてもよい。中でも、強度特性の点でポリアクリロニトリル系を用いることが好ましい。
成形方法としては、(ii)で得られた混合物が偏在なく成形できる方法であれば特に制限はないが、例えば、あらかじめ予熱した金型中に混合物を投入し、加熱加圧成形を行う方法が挙げられる。また、前記「所定の形状」としては、特に制限はなく、本発明を適用する用途に応じ、それぞれの用途に適した形状に任意に加工することができる。
また、成形圧力は、1〜70MPaで行うことが好ましく、10〜60MPaで行うことがより好ましく、25〜40MPaで行うことがさらに好ましい。
炭素化方法は、不活性雰囲気下で高温熱処理により行う。焼成温度としては、500〜2000℃で行うことが好ましく、600〜1800℃で行うことがより好ましく、900〜1500℃で行うことがさらに好ましい。不活性雰囲気の種類としては、アルゴン雰囲気、窒素雰囲気等が挙げられる。中でも、高温安定性の点でアルゴン雰囲気がより好ましい。
含浸温度としては、シリコンの融点以上であればよく特に制限はない。雰囲気の種類としては、均一にシリコンが含浸すれば特に制限はなく、例えば、真空又はアルゴン雰囲気などの不活性雰囲気が挙げられる。含浸に使用するシリコンの純度としては、99%以上が好ましく、99.5%以上がより好ましく、99.9%以上がさらに好ましい。
各実施例・比較例において、表1及び表2の配合比率(体積%)に従って炭素繊維以外の原材料を配合し、レディーゲミキサー((株)マツボー製、商品名:レディーゲミキサーM20)で混合し、その後、その混合粉とフェノール樹脂でコーティングした繊維長6mmの炭素繊維をVブレンダーで混合し、配合組成物を得た。なお、使用した有機繊維はいずれもフィブリル化したものであり、その繊維径は実施例1〜4で使用した有機繊維(CFF V110-1)は25μmであり、実施例5で使用した有機繊維(エクスパルD)は15μmであり、実施例6で使用した有機繊維(トワロン3091)は12μmであった。
なお、各実施例・比較例において、マトリックス中の有機繊維の含有率は、原材料の配合比率から算出される含有率、すなわち、表1、表2に示す有機繊維の含有率がそのままマトリックス中の有機繊維の含有率となる。
上記の曲げ強度、開気孔率及び密度の測定結果を表1及び表2に示した。
また、表1及び表2記載の曲げ試験結果からも、配合組成物中に有機繊維を含有した炭素繊維強化炭化ケイ素は、有機繊維を未含有のものより、曲げ強度が向上しているのが明らかである。
2 シリコン相
3 炭素繊維及び炭素相
Claims (6)
- (i)樹脂、充填材及び有機繊維を混合する工程、
(ii)(i)の工程で得られた混合物と炭素繊維とを混合する工程、
(iii)(ii)の工程で得られた混合物を所定の形状に成形する工程、
(iv)(iii)の工程で得られた成形体を炭素化(焼成)する工程、並びに
(v)(iv)の工程で得られた焼成体にシリコンを溶融含浸する工程を含むことを特徴とする炭素繊維強化炭化ケイ素複合材の製造方法。 - (i)及び/又は(ii)の工程が、乾式混合である請求項1記載の炭素繊維強化炭化ケイ素複合材の製造方法。
- 前記有機繊維が、フィブリル化した繊維である請求項1又は2記載の炭素繊維強化炭化ケイ素複合材の製造方法。
- 前記(iii)の工程を経て生成したマトリックス中の有機繊維の含有率が、1〜15重量%である請求項1〜3のいずれか1項に記載の炭素繊維強化炭化ケイ素複合材の製造方法。
- 前記有機繊維の繊維径が、10〜60μmである請求項1〜4のいずれか1項に記載の炭素繊維強化炭化ケイ素複合材の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法により得られる炭素繊維強化炭化ケイ素複合材。
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