JP2012046369A - Carbon fiber-reinforced carbon composite material and method for manufacturing the same - Google Patents

Carbon fiber-reinforced carbon composite material and method for manufacturing the same Download PDF

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毅 仲辻
Toru Fujii
藤井  透
Kazuya Okubo
和也 大窪
Kiyotaka Kotakeuchi
清貴 小武内
Masayuki Mizuno
雅之 水野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a C/C composite whose coefficient of friction at a low temperature is high compared with a C/C composite and temperature dependence of coefficient of friction is controlled, and a method for manufacturing the same.SOLUTION: By using a thermal CVD method such as an alcoholic CVD method to form carbon nanotubes (CNT) on the surface of a C/C composite, the C/C composite whose coefficient of friction at a low temperature is raised and temperature dependence of a coefficient of friction is improved and which has friction characteristics excellent in a broad temperature range and is suitable as a constituent material for application with intense temperature change like brake materials of vehicles of automobile, motorcycles, etc. and aircrafts etc. can be provided.

Description

本発明は、炭素繊維強化炭素複合材料(以下、「C/Cコンポジット」ともいう。)及びその製造方法に関するものであり、更に詳しくは、室温などの低温領域における摩擦係数を向上させ、摩擦係数の温度依存性を改善してなるC/Cコンポジット及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a carbon fiber reinforced carbon composite material (hereinafter also referred to as “C / C composite”) and a method for producing the same. More specifically, the friction coefficient is improved in a low temperature region such as room temperature. The present invention relates to a C / C composite obtained by improving the temperature dependency of and a manufacturing method thereof.

C/Cコンポジットは、炭素繊維を強化材とし、マトリクスを炭素とした複合材料であり、一般的には炭素材料に較べて機械的特性が高く、金属材料に較べて軽量であり、従来の材料に比べて多くの利点がある。更に、C/Cコンポジットには、耐熱特性が高く、摩擦・磨耗特性が良いなどの利点もある。このため、C/Cコンポジットは、宇宙往還機用のノズルコーンや、リーディングエッジ、航空機用、自動車用、自動二輪車用のブレーキディスク、人工歯根などに広く利用されている。   C / C composite is a composite material using carbon fiber as a reinforcing material and carbon as a matrix. Generally, it has higher mechanical properties than carbon materials and is lighter than metal materials. There are many advantages over. Further, the C / C composite has advantages such as high heat resistance and good friction and wear characteristics. For this reason, C / C composites are widely used for nozzle cones for spacecrafts, leading edges, aircraft, automobiles, motorcycle brake disks, artificial tooth roots, and the like.

前記のように、C/Cコンポジットは優れた機械的特性、耐熱性などを有するが、低温における摩擦係数が低い、高温時には低温時に較べて摩擦係数が3倍ほどになる、といった摩擦係数の温度依存性の高さといった問題がある。航空機、自動車、自動二輪車用のブレーキディスクなどにおいては、常温から高温までの広い温度範囲で安定して摩擦特性を発揮することが要求される。そこで、温度依存性が抑制され、広い温度範囲において優れた摩擦特性を安定して発揮しうるC/Cコンポジットの開発が望まれていた。   As described above, the C / C composite has excellent mechanical properties, heat resistance, etc., but has a low coefficient of friction at low temperatures, and a coefficient of friction coefficient such that the coefficient of friction is about three times higher at high temperatures than at low temperatures. There is a problem of high dependency. Brake discs for aircraft, automobiles, and motorcycles are required to stably exhibit friction characteristics in a wide temperature range from room temperature to high temperature. Therefore, it has been desired to develop a C / C composite capable of suppressing temperature dependency and stably exhibiting excellent friction characteristics in a wide temperature range.

従来、C/Cコンポジットの摩擦特性改善のため、カーボンナノチューブ(以下、「CNT」と略記することもある。)などの炭素繊維がマトリックス中に分散されてなる複合部材であり、該複合部材表面において該炭素繊維の先端が突出している炭素繊維含有複合部材が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。しかしながら、前記CNTをマトリックス中に分散させた炭素繊維含有複合部材においては、マトリックス中に分散されたCNTの先端を該複合部材の表面に突出させることで複合部材の表面を低摩擦化するというものであり、本願発明の目的とする、C/Cコンポジットの低温における摩擦係数を増大させ、摩擦係数の温度依存性を抑制することは全く異なる。   2. Description of the Related Art Conventionally, a composite member in which carbon fibers such as carbon nanotubes (hereinafter sometimes abbreviated as “CNT”) are dispersed in a matrix in order to improve the friction characteristics of a C / C composite. Has proposed a carbon fiber-containing composite member in which the tip of the carbon fiber protrudes (see, for example, Patent Document 1). However, in the carbon fiber-containing composite member in which the CNT is dispersed in the matrix, the surface of the composite member is reduced in friction by causing the tip of the CNT dispersed in the matrix to protrude from the surface of the composite member. Thus, the object of the present invention is to completely increase the coefficient of friction of the C / C composite at a low temperature and suppress the temperature dependence of the coefficient of friction.

特開2004−107534号公報JP 2004-107534 A

本発明は、上記のような従来の炭素繊維強化炭素複合材料(C/Cコンポジット)における摩擦係数に関する問題に鑑み、通常のC/Cコンポジットに較べて低温での摩擦係数が高く、また摩擦係数の温度依存性の抑制されたC/Cコンポジット及びその製造方法を提供することを目的とする。   In view of the problem related to the friction coefficient in the conventional carbon fiber reinforced carbon composite material (C / C composite) as described above, the present invention has a higher friction coefficient at a lower temperature than that of a normal C / C composite. An object of the present invention is to provide a C / C composite in which the temperature dependency is suppressed and a method for producing the same.

本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、炭素化後のC/Cコンポジットにカーボンナノチューブ(CNT)を生成させることで、低温における摩擦係数が上昇し、摩擦係数の温度依存性も抑制されたC/Cコンポジットが得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have generated carbon nanotubes (CNT) in the carbonized C / C composite, thereby increasing the coefficient of friction at low temperatures and increasing the coefficient of friction. The present inventors have found that a C / C composite with suppressed temperature dependence can be obtained and completed the present invention.

即ち、本発明に係る炭素繊維強化炭素複合材料(C/Cコンポジット)は、基材としての炭素繊維強化炭素複合部材の少なくとも表面に、カーボンナノチューブを生成してなることを特徴とする。   That is, the carbon fiber reinforced carbon composite material (C / C composite) according to the present invention is characterized in that carbon nanotubes are formed on at least the surface of a carbon fiber reinforced carbon composite member as a base material.

本発明に係るC/Cコンポジットの一実施形態では、前記カーボンナノチューブの直径が10〜500nm、長さが0.5〜10μmである。他の実施形態では、前記カーボンナノチューブの直径が50〜350nm、長さが2.5〜5.0μmである。
本発明に係るC/Cコンポジットの一実施形態では、炭素繊維強化炭素複合部材表面におけるカーボンナノチューブの生成密度が、0.0030mg/mm2以上である。
本発明に係るC/Cコンポジットの一実施形態では、常温での摩擦係数が0.20以上である。
本発明に係るC/Cコンポジットの一実施形態では、常温乃至300℃における摩擦係数の変動幅が0.1以下である。
In one embodiment of the C / C composite according to the present invention, the carbon nanotube has a diameter of 10 to 500 nm and a length of 0.5 to 10 μm. In another embodiment, the carbon nanotubes have a diameter of 50 to 350 nm and a length of 2.5 to 5.0 μm.
In one embodiment of the C / C composite according to the present invention, the production density of carbon nanotubes on the surface of the carbon fiber reinforced carbon composite member is 0.0030 mg / mm 2 or more.
In one embodiment of the C / C composite according to the present invention, the friction coefficient at room temperature is 0.20 or more.
In one embodiment of the C / C composite according to the present invention, the fluctuation range of the friction coefficient from room temperature to 300 ° C. is 0.1 or less.

また、本発明に係る炭素繊維強化炭素複合材料(C/Cコンポジット)の製造方法は、基材としての炭素繊維強化炭素複合部材を、触媒金属分散液に接触させて前記炭素繊維強化炭素複合材料に触媒金属を担持させた後、加熱炉内で炭化水素化合物を供給して加熱分解することで、基材としての炭素繊維強化炭素複合部材の少なくとも表面にカーボンナノチューブを生成させてなることを特徴とする。   Further, the method for producing a carbon fiber reinforced carbon composite material (C / C composite) according to the present invention comprises contacting the carbon fiber reinforced carbon composite member as a base material with a catalyst metal dispersion, and After the catalyst metal is supported on the carbon nanotube, carbon nanotubes are generated on at least the surface of the carbon fiber reinforced carbon composite member as a base material by supplying a hydrocarbon compound in a heating furnace and thermally decomposing it. And

本発明に係るC/Cコンポジットの製造方法の一実施形態では、前記触媒金属として、酢酸Co(II)四水和物及び/又は酢酸Mo(II)を用いてなる。
本発明に係るC/Cコンポジットの製造方法の一実施形態では、前記触媒金属分散液の分散溶媒としてエタノールを用いてなる。
本発明に係るC/Cコンポジットの製造方法の一実施形態では、前記炭化水素化合物として、エタノールを用いてなる。
本発明に係るC/Cコンポジットの製造方法の一実施形態では、前記基材としての炭素繊維強化炭素複合部材として、樹脂含浸法により作製されたものを用いてなる。
In one embodiment of the method for producing a C / C composite according to the present invention, Co (II) acetate tetrahydrate and / or Mo (II) acetate is used as the catalyst metal.
In one embodiment of the method for producing a C / C composite according to the present invention, ethanol is used as a dispersion solvent for the catalyst metal dispersion.
In one embodiment of the method for producing a C / C composite according to the present invention, ethanol is used as the hydrocarbon compound.
In one Embodiment of the manufacturing method of the C / C composite based on this invention, what was produced by the resin impregnation method is used as a carbon fiber reinforced carbon composite member as said base material.

上記のような本発明に係る炭素繊維強化炭素複合材料(C/Cコンポジット)は、ブレーキ材料として好適に使用できる。   The carbon fiber reinforced carbon composite material (C / C composite) according to the present invention as described above can be suitably used as a brake material.

以上にしてなる本発明に係るC/Cコンポジットは、少なくともその表面にカーボンナノチューブ(CNT)を生成させることで、CNT生成前に較べて低温での摩擦係数が上昇し、また摩擦係数の温度依存性が改善され、広い温度域において優れた摩擦特性を発揮する。よって、本発明に係るC/Cコンポジットは、車両や航空機などのブレーキ材料のように温度変化が激しい用途の構成材料として好適に使用することができる。   The C / C composite according to the present invention as described above has a carbon nanotube (CNT) generated at least on its surface, so that the friction coefficient at a low temperature is increased as compared with that before CNT generation, and the temperature dependence of the friction coefficient. And improved friction characteristics in a wide temperature range. Therefore, the C / C composite according to the present invention can be suitably used as a constituent material for applications where the temperature change is severe, such as brake materials for vehicles and aircraft.

従来のC/Cコンポジットでは、常温での摩擦係数が0.15以下と低い値であったが、本発明によれば、CNTを生成させることで、常温でのC/Cコンポジットの摩擦係数を0.2以上に上昇させることができる。   In the conventional C / C composite, the friction coefficient at room temperature was a low value of 0.15 or less. However, according to the present invention, by generating CNT, the friction coefficient of the C / C composite at room temperature can be reduced. It can be raised to 0.2 or more.

本発明によれば、CNTを生成させることで、常温乃至300℃における摩擦係数の変動幅が0.1以下で、摩擦係数の温度依存性が抑制されたC/Cコンポジットを提供することができる。   According to the present invention, by generating CNTs, it is possible to provide a C / C composite in which the variation range of the friction coefficient at room temperature to 300 ° C. is 0.1 or less and the temperature dependence of the friction coefficient is suppressed. .

また、触媒金属の担持方法として、触媒金属分散液(液相状態の触媒)に接触させること、とりわけ触媒金属分散液に浸漬してC/Cコンポジットに触媒金属を担持させるディップコート法を用いることで、基材となるC/Cコンポジットの空孔内部にも触媒を担持させ、その内部におけるCNTの生成が期待される。これにより、得られる炭素繊維強化炭素複合材料の表面の磨耗による摩擦特性の変化を抑制し、ブレーキ材料などとしての永続的使用の可能性も期待できる。   In addition, as a method for supporting the catalyst metal, contact with a catalyst metal dispersion (catalyst in a liquid phase state), in particular, a dip coating method in which the catalyst metal is supported on the C / C composite by being immersed in the catalyst metal dispersion. Thus, it is expected that the catalyst is also supported inside the pores of the C / C composite serving as the base material, and the generation of CNT in the inside is expected. Thereby, the change of the friction characteristic by the surface abrasion of the carbon fiber reinforced carbon composite material obtained is suppressed, and the possibility of permanent use as a brake material or the like can be expected.

カーボンナノチューブの生成に用いる熱CVD装置の概略図。Schematic of the thermal CVD apparatus used for the production | generation of a carbon nanotube. 摩擦試験機の概略図。Schematic of a friction tester. C/Cコンポジット表面に生成したカーボンナノチューブのSEM写真。The SEM photograph of the carbon nanotube produced | generated on the C / C composite surface. CNT生成時間(CVD時間)の異なるC/Cコンポジット表面のカーボンナノチューブのSEM写真。The SEM photograph of the carbon nanotube of the C / C composite surface from which CNT production | generation time (CVD time) differs. CVD時間とカーボンナノチューブ生成密度との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between CVD time and a carbon nanotube production density. カーボンナノチューブ生成密度と室温における摩擦係数との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between a carbon nanotube production density and the friction coefficient in room temperature. C/Cコンポジットの温度変化による摩擦係数の変化を示すグラフ。The graph which shows the change of the friction coefficient by the temperature change of a C / C composite. C/Cコンポジットの室温における摩擦試験中のO2とCO2のイオン強度を示すグラフ。Graph showing the ionic strength of the O 2 and CO 2 in the friction test at room temperature of C / C composite. 摩擦試験後のC/Cコンポジットの摩擦面のSEM写真であり、左側が未処理材、右側がCNT生成材である。It is a SEM photograph of the friction surface of the C / C composite after a friction test, the left side is an untreated material, and the right side is a CNT production | generation material.

本発明では、基材としての炭化後のC/Cコンポジット部材の少なくとも表面にカーボンナノチューブ(CNT)を生成してなるものであり、基材として使用するC/Cコンポジット自体は、公知の方法により製造されるものを使用することができる。   In the present invention, carbon nanotubes (CNT) are formed on at least the surface of a carbonized C / C composite member as a substrate, and the C / C composite itself used as the substrate is obtained by a known method. What is manufactured can be used.

一般的なC/Cコンポジットの製造方法としては、樹脂含浸法と化学気相蒸着法(CVD法)が挙げられる。前記樹脂含浸法は、CVD法に較べて大掛かりな設備を必要とせず、簡便な方法である。樹脂含浸法では、フラン樹脂やフェノール樹脂など、炭素前駆体としての熱硬化性樹脂を含浸した炭素繊維プリフォームを成形硬化させた後、不活性雰囲気中で炭化してC/Cコンポジットを得る。   As a general method for producing a C / C composite, there are a resin impregnation method and a chemical vapor deposition method (CVD method). The resin impregnation method is a simple method that does not require large-scale equipment as compared with the CVD method. In the resin impregnation method, a carbon fiber preform impregnated with a thermosetting resin as a carbon precursor such as furan resin or phenol resin is molded and cured, and then carbonized in an inert atmosphere to obtain a C / C composite.

強化材としての炭素繊維は、例えば、ピッチ系、PAN系、レーヨン系などの炭素繊維のいずれでもよい。また、炭素繊維の径や弾性率は、一般に複合材として用いられる範囲でよく、特に限定はない。更に、炭素繊維のプリフォームの形態も特に限定されず、フィラメントワイディング方法により成形した1次元配向プリフォーム、平織り、朱子織り、織布、不織布などの2次元配向プリフォーム、3次元配向プリフォームのいずれでもよい。なお、本発明で前記「炭素繊維プリフォーム」とは、シート状などの所定に成形した炭素繊維にマトリクスとなる前駆体樹脂(母材樹脂)が含浸されたものをいい、樹脂含浸した炭素繊維をシート状などに成形したもの、シート状などの所定の形状に成形した炭素繊維集合体に樹脂含浸したものの両方を含み、フィラメントワイディング法により成形することもできる。   The carbon fiber as the reinforcing material may be any of carbon fibers such as pitch, PAN, and rayon. Further, the diameter and elastic modulus of the carbon fiber may be in a range generally used as a composite material and are not particularly limited. Further, the form of the carbon fiber preform is not particularly limited, and a one-dimensional oriented preform formed by a filament wiping method, a two-dimensional oriented preform such as a plain weave, satin weave, a woven fabric, and a non-woven fabric, and a three-dimensional oriented preform. Either of these may be used. In the present invention, the “carbon fiber preform” refers to a sheet-like carbon fiber impregnated with a precursor resin (matrix resin) serving as a matrix, and the resin-impregnated carbon fiber. Can be formed by a filament wiping method, including both those formed into a sheet shape, and those obtained by impregnating a carbon fiber aggregate formed into a predetermined shape such as a sheet shape with a resin.

炭素繊維に含浸する、C/Cコンポジットのマトリクスとなる前駆体樹脂(母材樹脂)についても特に限定はなく、フェノール樹脂、フラン樹脂、更には石油系、石炭系ピッチ等の公知のマトリクス樹脂のいずれでもよい。これらの樹脂の中でも、フェノール樹脂が安価で且つ炭化収率が高いことから好ましい。   There is also no particular limitation on the precursor resin (matrix resin) that becomes a C / C composite matrix that is impregnated into the carbon fiber, and there are known matrix resins such as phenol resins, furan resins, and petroleum-based and coal-based pitches. Either is acceptable. Among these resins, a phenol resin is preferable because it is inexpensive and has a high carbonization yield.

更に、樹脂含浸法によりC/Cコンポジットを製造する際に、炭素繊維プリフォームに含浸するマトリクスとしての前駆体樹脂(母材樹脂)に炭素粉末を添加してもよい。この炭素粉末としては、炭化ミクロフィブリル化セルロース(以下、「炭化MFC」ともいう。)を用いることができる。この炭化MFCとしては、MFCを不活性雰囲気中で炭化した炭化MFC粉末を使用することが好ましい。炭化MFC粉末を使用することで、炭化収率の改善及び炭化MFC粉末の3次元微細構造によりC/Cコンポジットの界面特性の改善が期待され、曲げ強度など、層間の剪断強度などの機械的強度が向上すると考えられる。特に、凍結乾燥したMFCを不活性雰囲気中で炭化することで、MFCの有する3次元構造を維持したままの炭素粉末を得ることができる。通常、MFCは、水分を含んだ状態でのみ3次元ネットワーク構造の維持が可能であり、そのまま炭化させると、MFCに含まれる水分が乾燥、蒸発し、自己凝縮とネットワーク構造による絡み合いが発生してしまう。そこで、炭化の前処理として、凍結乾燥により、MFCに吸着した水分を取り除いたうえで炭化することで、MFCに含まれている、樹脂にとって有害な水分が除去されるとともに、ミクロフィブリル化セルロースの3次元微細構造を維持したまま炭化することができ、前駆体樹脂に対する分散性が向上し、樹脂粘度の上昇を抑制することができる。凍結乾燥せずに炭化したものでは、3次元構造が維持されず、目的とする曲げ強度などの改善効果が十分に発揮されない場合がある。   Furthermore, when producing a C / C composite by a resin impregnation method, carbon powder may be added to a precursor resin (matrix resin) as a matrix to be impregnated into the carbon fiber preform. As the carbon powder, carbonized microfibrillated cellulose (hereinafter also referred to as “carbonized MFC”) can be used. As the carbonized MFC, carbonized MFC powder obtained by carbonizing MFC in an inert atmosphere is preferably used. The use of carbonized MFC powder is expected to improve the carbonization yield and the interfacial properties of the C / C composite due to the three-dimensional microstructure of the carbonized MFC powder. Mechanical strength such as bending strength and shear strength between layers Is thought to improve. In particular, by carbonizing lyophilized MFC in an inert atmosphere, carbon powder that maintains the three-dimensional structure of MFC can be obtained. Normally, MFC can maintain a three-dimensional network structure only when it contains moisture. If carbonized as it is, the moisture contained in MFC will dry and evaporate, and entanglement will occur due to self-condensation and network structure. End up. Therefore, as a pretreatment for carbonization, by removing the water adsorbed on the MFC by lyophilization and then carbonizing, the water harmful to the resin contained in the MFC is removed, and the microfibrillated cellulose Carbonization can be performed while maintaining the three-dimensional microstructure, dispersibility with respect to the precursor resin is improved, and an increase in resin viscosity can be suppressed. When carbonized without being lyophilized, the three-dimensional structure is not maintained, and there are cases where the intended effect of improving the bending strength or the like is not sufficiently exhibited.

MFCの炭化方法としては、水分を含んだMFCを、凍結乾燥機を用いて凍結乾燥し、凍結乾燥後のMFCを、不活性雰囲気中で、高温、例えば800℃で3〜5時間程度焼成することで、炭化MFC粉末が得られる。   As an MFC carbonization method, MFC containing water is freeze-dried by using a freeze dryer, and the MFC after freeze-drying is calcined in an inert atmosphere at a high temperature, for example, 800 ° C. for about 3 to 5 hours. Thus, carbonized MFC powder is obtained.

前記前駆体樹脂への炭化MFC粉末の添加量には特に限定はないが、添加量が少ないと効果が発揮されない場合があるが、1重量%の添加で、目的とする曲げ強度の改善効果が得られている。   There is no particular limitation on the amount of carbonized MFC powder added to the precursor resin, but if the added amount is small, the effect may not be exhibited, but the addition of 1% by weight has the effect of improving the desired bending strength. Has been obtained.

強化材となる炭素繊維への前駆体樹脂の含浸方法、樹脂付着量などは公知のものでよい。また、炭素繊維プリフォームの作製は、予め炭素繊維を含浸したものを1次元配向プリフォーム、平織り、朱子織り、織布、不織布などの2次元配向プリフォーム、3次元配向プリフォームに形成してもよいし、炭素繊維を前記のような所定形状の炭素繊維複合体に形成したうえで樹脂含浸を行ってもよい。   The impregnation method of the precursor resin into the carbon fiber as the reinforcing material, the resin adhesion amount, and the like may be known. The carbon fiber preform is prepared by forming a carbon fiber pre-impregnated one-dimensionally oriented preform, plain weave, satin weave, woven fabric, non-woven fabric, etc. Alternatively, resin impregnation may be performed after carbon fibers are formed into a carbon fiber composite having a predetermined shape as described above.

前記前駆体樹脂を炭素繊維に含浸することで、母材となる炭素繊維プリフォームを得る。この炭素繊維プリフォームを、加熱加圧成形した後、不活性雰囲気中で炭化する。母材となる炭素繊維プリフォームを、例えば、150℃、15MPa程度の高温、高圧条件下で成形することで、炭素前駆体樹脂の炭素化収率の向上が期待できる。   A carbon fiber preform as a base material is obtained by impregnating the carbon fiber with the precursor resin. The carbon fiber preform is heat-pressed and then carbonized in an inert atmosphere. An improvement in the carbonization yield of the carbon precursor resin can be expected by molding the carbon fiber preform as a base material under high temperature and high pressure conditions of about 150 ° C. and about 15 MPa, for example.

前記のようにして成形した炭素繊維プリフォームを、不活性雰囲気中で常温から10時間程度で最高温度、例えば1000℃まで昇温し、1時間程度保持することで、前駆体樹脂が炭素化して目的とするC/Cコンポジットが得られる。   The carbon fiber preform formed as described above is heated to a maximum temperature, for example, 1000 ° C. in about 10 hours from room temperature in an inert atmosphere, and held for about 1 hour, whereby the precursor resin is carbonized. The intended C / C composite is obtained.

本発明では、上記のような公知の方法により製造された炭化後のC/Cコンポジットの少なくとも表面にカーボンナノチューブを生成することで、得られるC/Cコンポジットの低温における摩擦係数を上昇させるとともに、摩擦係数の温度依存性を抑制する。   In the present invention, by generating carbon nanotubes on at least the surface of the carbonized C / C composite produced by a known method as described above, the friction coefficient at low temperature of the resulting C / C composite is increased, Reduces temperature dependence of friction coefficient.

基材としてのC/CコンポジットにCNTを生成させる方法は特に限定されず、通常の化学蒸着(CVD)法、従来のCVD法の合成雰囲気に微量の水分を添加するスーパーグロース(SG)−CVD法などを採用することができるが、一般的なCVD法、なかでもアルコールCVD法が好適に用いられる。一般的なCVD法では、触媒金属とCNTの炭素源となる炭化水素を500〜1,000℃で熱分解してCNTを得る方法であり、アルコールCVD法は、炭素源としての炭化水素としてアルコールを用いるCVD法である。   The method for producing CNTs in the C / C composite as the base material is not particularly limited, and a normal chemical vapor deposition (CVD) method or a super-growth (SG) -CVD in which a small amount of water is added to the synthesis atmosphere of the conventional CVD method. For example, a general CVD method, particularly an alcohol CVD method is preferably used. The general CVD method is a method of thermally decomposing a catalyst metal and a hydrocarbon serving as a carbon source of CNT at 500 to 1,000 ° C. to obtain CNT. The alcohol CVD method is an alcohol as a hydrocarbon as a carbon source. CVD method using

本発明では、基材となるC/Cコンポジットを、液相状態の触媒(触媒金属分散液)に接触させる。C/Cコンポジットを触媒金属分散液に接触させる方法には特に限定はなく、C/Cコンポジットを触媒金属分散液に浸漬する、C/Cコンポジットに触媒金属分散液をスプレーするなど、各種の方法がある。これらのうちでも、触媒金属分散液に浸漬して前記C/Cコンポジットに触媒金属を担持させるディップコート法を用いることが好ましい。これにより、基材となるC/Cコンポジットの空孔内部にも触媒金属を担持させ、空孔内部へのカーボンナノチューブの生成が期待できる。こうして得られたCNT生成C/Cコンポジット材料は、その表面が磨耗しても空孔内部に生成したCNTが、磨耗後の新たな表面に露出することで、表面の高い磨耗性を維持し、磨耗による摩擦係数の低下を抑制することができる。   In the present invention, a C / C composite serving as a substrate is brought into contact with a liquid phase catalyst (catalyst metal dispersion). The method for bringing the C / C composite into contact with the catalyst metal dispersion is not particularly limited. Various methods such as immersing the C / C composite in the catalyst metal dispersion, spraying the catalyst metal dispersion onto the C / C composite, etc. There is. Among these, it is preferable to use a dip coating method in which the catalyst metal is supported on the C / C composite by being immersed in a catalyst metal dispersion. As a result, the catalyst metal is supported inside the pores of the C / C composite serving as the base material, and generation of carbon nanotubes inside the pores can be expected. The CNT-generated C / C composite material thus obtained maintains the high surface wear characteristics by exposing the CNTs generated inside the pores to the new surface after the wear even if the surface is worn. A decrease in the coefficient of friction due to wear can be suppressed.

ディップコート法やスプレーなどにより基材となるC/Cコンポジットに触媒金属を担持させる際に使用する触媒金属分散液の分散溶媒には特に限定はないが、CNT生成時の炭素源となる炭化水素を用いることが好ましく、例えばエタノール、メタノール、プロパノールなどの低級アルコールなど、常温で液状の炭化水素を用いることが好ましい。   There is no particular limitation on the dispersion solvent of the catalyst metal dispersion used when the catalyst metal is supported on the C / C composite as the base material by dip coating or spraying, but it is a hydrocarbon that serves as a carbon source during CNT production. It is preferable to use hydrocarbons that are liquid at room temperature, such as lower alcohols such as ethanol, methanol, and propanol.

また、CNT生成のための触媒金属にも特に制限はなく、例えば、コバルト(Co)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、パラジウム(Pd)などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Further, there is no particular limitation on the catalyst metal for CNT generation, and examples thereof include cobalt (Co), molybdenum (Mo), nickel (Ni), iron (Fe), palladium (Pd), and the like. It is not limited.

基材となるC/Cコンポジットへのディップコート法による触媒金属の担持方法の一例を以下に示す。   An example of a method for supporting the catalytic metal by the dip coating method on the C / C composite as the base material is shown below.

(1)触媒担持工程
触媒金属を、例えば0.01重量%の濃度でエタノール中に分散して触媒金属分散液を調製する。この触媒金属分散液に、基材となるC/Cコンポジットを浸漬して触媒金属をC/Cコンポジットにコートした後、電気炉などの加熱装置内にて乾燥及び触媒金属の酸化を行う。このディップコート工程を、必要により繰り返すことで、基材となるC/Cコンポジットに所望量の触媒金属を担持させることができる。また、異なる複数種の触媒金属を併用する場合には、各触媒金属について、上記と同様に、触媒金属分散液への浸漬、乾燥及び触媒金属の酸化処理を行う。
(1) Catalyst supporting step A catalyst metal is dispersed in ethanol at a concentration of 0.01% by weight, for example, to prepare a catalyst metal dispersion. A C / C composite serving as a base material is immersed in this catalyst metal dispersion to coat the catalyst metal on the C / C composite, and then dried and oxidized in a heating apparatus such as an electric furnace. By repeating this dip coating step as necessary, a desired amount of catalyst metal can be supported on the C / C composite serving as the base material. When a plurality of different types of catalyst metals are used in combination, each catalyst metal is immersed in the catalyst metal dispersion, dried, and oxidized with the catalyst metal in the same manner as described above.

(2)CNT生成工程(熱CVD法)
CNTの生成に用いる熱CVD装置の概略を図1に示す。この熱CVD炉は、ヒータ、温度制御部、試料ホルダ(図示なし。)、透明石英管、ガス制御部から構成される。
触媒金属を担持させたC/Cコンポジットを熱CVD炉内に入れ、炉内を脱気した後、不活性ガス充填し、排気バルブを調整して炉内を減圧状態、例えば40kPa(絶対圧)程度に保持しつつ、反応温度(例えば900℃)まで昇温する。ついで、炉内の不活性ガスを排出し、炭素源ガス、例えばエタノールガスを供給する。この際、炉内温度は反応温度(例えば900℃)に維持し、また炉内圧力も例えば5kPa程度の減圧状態を維持する。
所定の反応時間(CVD時間)が経過した後、炭素源ガスの供給を停止し、炉内のガスを排出する。その後、再び不活性ガスを炉内に供給し、炉を室温まで冷却する。この冷却時にも、炉内の圧力は反応時の減圧状態を維持する。なお、本明細書において、前記「室温」とは、概ね25℃程度の温度をいう。
(2) CNT production process (thermal CVD method)
An outline of a thermal CVD apparatus used for producing CNTs is shown in FIG. This thermal CVD furnace includes a heater, a temperature controller, a sample holder (not shown), a transparent quartz tube, and a gas controller.
The C / C composite carrying the catalyst metal is placed in a thermal CVD furnace, degassed inside the furnace, filled with inert gas, and the exhaust valve is adjusted to reduce the pressure in the furnace, for example, 40 kPa (absolute pressure) The temperature is raised to the reaction temperature (for example, 900 ° C.) while maintaining the degree. Next, the inert gas in the furnace is discharged, and a carbon source gas such as ethanol gas is supplied. At this time, the furnace temperature is maintained at the reaction temperature (for example, 900 ° C.), and the furnace pressure is also maintained at a reduced pressure of, for example, about 5 kPa.
After a predetermined reaction time (CVD time) has elapsed, the supply of the carbon source gas is stopped and the gas in the furnace is discharged. Thereafter, the inert gas is again supplied into the furnace, and the furnace is cooled to room temperature. Even during this cooling, the pressure in the furnace maintains the reduced pressure during the reaction. In the present specification, the “room temperature” means a temperature of about 25 ° C.

上記のようにして製造される本発明に係るC/Cコンポジット材料は、少なくとも表面にCNTが生成されており、低温における摩擦係数が上昇しており、摩擦係数の温度依存性が抑制されて、摩擦係数が安定化されていることから、航空機、自動車用、自動二輪車等のブレーキディスクなどのブレーキ材料として好適に使用することができる。   In the C / C composite material according to the present invention produced as described above, CNT is generated at least on the surface, the friction coefficient at low temperature is increased, and the temperature dependence of the friction coefficient is suppressed, Since the coefficient of friction is stabilized, it can be suitably used as a brake material for brake disks for aircraft, automobiles, motorcycles and the like.

また、基材となるC/CコンポジットへのCNTの生成に際して、液相状態の触媒を用いたディップコート法などにより触媒金属を基材となるC/Cコンポジットに担持させ、基材の空孔内部に触媒金属を担持させて空孔内部までCNTを生成させることができれば、得られたCNT生成C/Cコンポジット材料の表面の磨耗による摩擦係数の低下が抑制されて永続的な摩擦効果も期待できる。   In addition, when producing CNTs on a C / C composite as a base material, a catalyst metal is supported on the C / C composite as a base material by a dip coating method using a catalyst in a liquid phase state, so that the pores of the base material If the catalyst metal is supported inside and CNTs can be generated to the inside of the pores, a decrease in coefficient of friction due to surface wear of the obtained CNT-generated C / C composite material is suppressed, and a permanent friction effect is also expected. it can.

以下、本発明の実施例を示すが、本発明は、この実施例により何ら限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

以下に示す要領により、基材としてのC/Cコンポジットに、液相触媒を用いたディップコート法により触媒金属を担持させ、熱CVD法によりCNTを生成した(以下、単に「熱CVD処理」ともいう。)。   According to the following procedure, a catalytic metal was supported on a C / C composite as a base material by a dip coating method using a liquid phase catalyst, and CNTs were generated by a thermal CVD method (hereinafter simply referred to as “thermal CVD treatment”). Say.).

<1.触媒担持>
基材には、C/Cコンポジット(Across社製 AC250、20mm×20mm×3mm)を用いた。CNTの生成のために、2種類の触媒金属(酢酸Co(II)四水和物、酢酸Mo(II))を用いた。触媒は、C/Cコンポジットの表面にディップコート法を用いて担持させた。以下に触媒担持の手順を示す。
(1)触媒金属を0.01重量%の濃度でエタノール中に分散し、酢酸Co(II)溶液及び酢酸Mo(II)溶液を調製した。
(2)基材としてのC/Cコンポジット表面の不純物を取り除くため、電気炉を用いて500℃の大気中にて5分間、C/Cコンポジットを加熱した、
(3)基材としてのC/Cコンポジットを酢酸Mo(II)溶液に5分間浸漬させた後、引き上げ速度3cm/minにて酢酸Mo(II)溶液から引き上げ、C/Cコンポジットの表面に酢酸Mo(II)をコートした。
(4)コートしたC/Cコンポジットを400℃の電気炉中に5分間保持し、乾燥及び触媒金属の酸化を行った。
(5)前記(3)及び(4)の工程を3回繰り返した。
(6)酢酸Co(II)溶液を用い、上記酢酸Mo(II)と同様の作業を行った。
<1. Catalyst support>
A C / C composite (AC250 manufactured by Across, 20 mm × 20 mm × 3 mm) was used as the substrate. Two types of catalytic metals (Co (II) acetate tetrahydrate, Mo (II) acetate) were used for the production of CNTs. The catalyst was supported on the surface of the C / C composite by using a dip coating method. The procedure for supporting the catalyst is shown below.
(1) A catalytic metal was dispersed in ethanol at a concentration of 0.01% by weight to prepare a Co (II) acetate solution and a Mo (II) acetate solution.
(2) In order to remove impurities on the surface of the C / C composite as a substrate, the C / C composite was heated in an atmosphere of 500 ° C. for 5 minutes using an electric furnace.
(3) After immersing the C / C composite as the base material in the Mo (II) acetate solution for 5 minutes, it was lifted from the Mo (II) acetate solution at a lifting speed of 3 cm / min, and acetic acid was applied to the surface of the C / C composite. Coated with Mo (II).
(4) The coated C / C composite was held in an electric furnace at 400 ° C. for 5 minutes to dry and oxidize the catalytic metal.
(5) The steps (3) and (4) were repeated three times.
(6) Using the Co (II) acetate solution, the same operation as the Mo (II) acetate was performed.

<2.CNTの生成>
触媒担持されたC/Cコンポジットに、図1に示す熱CVD装置を用い、以下の手順により、CNTを生成した。
(1)触媒担持されたC/Cコンポジットを石英ボードに載せ、熱CVD炉に入れ、真空ポンプを用いて炉内のガスを排出した。
(2)炉内に不活性ガス(Ar、H2−3%)を充填し、排気バルブを調整し、炉内圧力を40kPa(絶対圧)に保ちつつ900℃まで昇温した。
(3)炉内の不活性ガスを排出し、エタノールガスを供給した。この際、炉内の温度及び圧力を、それぞれ900℃及び5.0kPaに維持した。
(4)所定の時間(CVD時間)が経過した後、エタノールガスの供給を止め、真空ポンプを用い炉内から排出した。
(5)再び炉内に不活性ガスを供給し、炉を室温まで冷却した。この際、炉内の圧力は5.0kPaに維持した。
<2. Production of CNT>
Using the thermal CVD apparatus shown in FIG. 1 on the catalyst-supported C / C composite, CNTs were produced by the following procedure.
(1) A catalyst-supported C / C composite was placed on a quartz board, placed in a thermal CVD furnace, and the gas in the furnace was discharged using a vacuum pump.
(2) The furnace was filled with inert gas (Ar, H 2 -3%), the exhaust valve was adjusted, and the temperature was raised to 900 ° C. while maintaining the furnace pressure at 40 kPa (absolute pressure).
(3) The inert gas in the furnace was discharged and ethanol gas was supplied. At this time, the temperature and pressure in the furnace were maintained at 900 ° C. and 5.0 kPa, respectively.
(4) After a predetermined time (CVD time) had elapsed, the supply of ethanol gas was stopped, and the reactor was discharged from the furnace using a vacuum pump.
(5) The inert gas was again supplied into the furnace, and the furnace was cooled to room temperature. At this time, the pressure in the furnace was maintained at 5.0 kPa.

<3.評価試験方法>
(1)摩擦試験
摩擦試験機の概略を図2に示す。摩擦試験機は、ACモータ、トルクメータ、雰囲気チャンバ、ロードセルから構成される。試料取り付け部に設置したヒータによって試料温度の制御を行った。摩擦試験の条件を表1に示す。
<3. Evaluation Test Method>
(1) Friction test An outline of the friction tester is shown in FIG. The friction tester includes an AC motor, a torque meter, an atmosphere chamber, and a load cell. The sample temperature was controlled by a heater installed in the sample mounting part. Table 1 shows the conditions of the friction test.

なお、摩擦係数(μ)は、回転トルク、有効半径及び押付力から、以下の一般的な摩擦係数算出式により算出した。   The friction coefficient (μ) was calculated from the rotational torque, effective radius, and pressing force by the following general friction coefficient calculation formula.

μ=(Tr/R)/N
(但し、Tr:トルク,R:有効半径,N:押付力であり、R=8mm。)
μ = (Tr / R) / N
(However, Tr: Torque, R: Effective radius, N: Pushing force, R = 8mm.)

(2)CNT生成密度
CNTの生成密度は、熱CVD処理しないC/Cコンポジットとの重量差を、基材としてのC/Cコンポジット部材の表面積で除して定量化した(下式1参照。)。
(2) CNT production density The CNT production density was quantified by dividing the weight difference from the C / C composite not subjected to thermal CVD treatment by the surface area of the C / C composite member as the substrate (see the following formula 1). ).

(3)ガス分析
摩擦試験中の雰囲気ガスの変化を四重極質量分析計(ULVAC製、品番:REGA RG201)により評価した。雰囲気ガス中に含まれる分子のイオン強度は10秒間の値を平均して求めた。
(3) Gas analysis The change of the atmospheric gas during the friction test was evaluated by a quadrupole mass spectrometer (manufactured by ULVAC, product number: REGA RG201). The ionic strength of the molecules contained in the atmospheric gas was obtained by averaging the values for 10 seconds.

(4)走査型電子顕微鏡(SEM)観察
基材であるC/Cコンポジットの表面に生成したCNTを走査型電子顕微鏡(SEM、メーカ:日本電子製、品番:JSM7001FD)を用い、電子線加速電圧15.0kVにて観察した。
(4) Observation with a scanning electron microscope (SEM) CNT generated on the surface of a C / C composite as a substrate is subjected to electron beam acceleration voltage using a scanning electron microscope (SEM, manufacturer: JEOL Ltd., product number: JSM7001FD). Observation was performed at 15.0 kV.

<4.評価結果>
(1)C/Cコンポジット表面に生成したCNTの確認
CVD時間を30分とした時のC/Cコンポジット表面に生成したCNTのSEM写真を図3に示す。C/Cコンポジットの表面にCNTが生成されていることが確認できた(図中、白矢印で示す。)。
<4. Evaluation results>
(1) Confirmation of CNT produced | generated on C / C composite surface The SEM photograph of CNT produced | generated on the C / C composite surface when CVD time is 30 minutes is shown in FIG. It was confirmed that CNTs were generated on the surface of the C / C composite (indicated by white arrows in the figure).

(2)CVD時間とCNT生成密度との関係
CVD時間を15分、30分、45分としたときのC/Cコンポジット表面のCNTのSEM写真を図4に、生成密度を図5に示す。図4、図5に示すように、CVD時間に比例して、CNTの生成密度が増加することが分かった。
(2) Relationship between CVD time and CNT formation density FIG. 4 shows a SEM photograph of CNT on the surface of the C / C composite when the CVD time is 15 minutes, 30 minutes, and 45 minutes, and FIG. 5 shows the generation density. As shown in FIGS. 4 and 5, it was found that the CNT generation density increases in proportion to the CVD time.

(3)CNT生成密度と摩擦係数との関係
CNTの生成密度と、CNTを表面に生成したC/Cコンポジット材料同士の摩擦係数の関係を図6に示す。なお、摩擦試験機の回転速度は100rpm、加圧力1.0MPa、測定時の温度は室温とした。図6から明らかなように、表面にCNTを生成したC/Cコンポジット材料の摩擦係数は、表面に生成したCNTの生成密度の増加に伴い増加した。
(3) Relationship Between CNT Generation Density and Friction Coefficient FIG. 6 shows the relationship between the CNT generation density and the friction coefficient between C / C composite materials having CNTs generated on the surface. The rotational speed of the friction tester was 100 rpm, the applied pressure was 1.0 MPa, and the measurement temperature was room temperature. As is clear from FIG. 6, the friction coefficient of the C / C composite material in which CNTs were generated on the surface increased with an increase in the generation density of the CNTs generated on the surface.

得られたC/CコンポジットのCVD時間、CNT生成密度及び室温での摩擦係数を表2に示す。   Table 2 shows the CVD time, CNT generation density, and friction coefficient at room temperature of the obtained C / C composite.

(4)摩擦係数の温度依存性
表3及び図7に、CVD時間が30分で、CNTの生成密度がρ=0.0039mg/mm2のC/Cコンポジットの温度変化による摩擦係数の変化を示す(図7中、“Modified”で示す。)。図7には、CVD処理しない通常のC/Cコンポジットの温度変化による摩擦係数の変化も示している(図7中、“Unmodified”で示す。)。図7から明らかなように、CVD処理しないC/Cコンポジットでは低温(室温)における摩擦係数が小さく、摩擦係数の温度依存性が高いのに対し、CVD処理によりCNTを生成した本発明のC/Cコンポジットは、低温(室温)における摩擦係数が上昇し、室温乃至300℃の摩擦係数の変動幅は0.1以下であり、摩擦係数の温度依存性が低下した。これにより、C/Cコンポジット表面へのCNTの生成は、C/Cコンポジットの摩擦係数増加だけでなく、摩擦係数の温度依存性の抑制に有効であることが分かった。
(4) Temperature dependence of friction coefficient In Table 3 and FIG. 7, the change in the friction coefficient due to the temperature change of the C / C composite with a CVD time of 30 minutes and a CNT generation density of ρ = 0.039 mg / mm 2 is shown. (Indicated by “Modified” in FIG. 7). FIG. 7 also shows a change in the friction coefficient due to a temperature change of a normal C / C composite not subjected to the CVD process (indicated by “Unmodified” in FIG. 7). As is apparent from FIG. 7, the C / C composite not subjected to CVD treatment has a low friction coefficient at low temperature (room temperature) and the temperature dependence of the friction coefficient is high. In the C composite, the friction coefficient at low temperature (room temperature) increased, the fluctuation range of the friction coefficient from room temperature to 300 ° C. was 0.1 or less, and the temperature dependence of the friction coefficient decreased. Thus, it was found that the generation of CNTs on the surface of the C / C composite is effective not only for increasing the friction coefficient of the C / C composite but also for suppressing the temperature dependence of the friction coefficient.

(5)ガス分析
図8に、CVD処理していない通常のC/Cコンポジット(Unmodified)と、CVD処理により表面にCNTを生成したC/Cコンポジット(Modified、ρ=0.0044mg/mm2)との、室温における摩擦試験中のO2とCO2のイオン強度を示す。ただし、イオン強度は、試験前のO2イオン強度により正規化した。図8に示すとおり、CVD処理していないC/Cコンポジットにおいては、摩擦試験前後におけるO2とCO2のイオン強度の変化に大きな変化はない。一方、CVD処理によりCNTを生成したC/Cコンポジットにおいては、摩擦試験後にO2イオン強度が低下し、CO2イオン強度は上昇した。この結果から、表面にCNTの生成を行ったC/Cコンポジットでは、室温においても磨耗に起因して酸化現象が発生したと考えられる。この現象は、高摩擦条件下においてグラファイトの酸化によりC/Cコンポジットの摩擦係数が増加する現象と類似している。このことから、本発明のC/Cコンポジットにおいては、表面にカーボンナノチューブを生成することによって、低摩擦条件下でもグラファイトの酸化が起こり、摩擦係数が上昇したと考えられる。
(5) Gas analysis FIG. 8 shows a normal C / C composite not subjected to CVD treatment (Unmodified) and a C / C composite in which CNTs are generated on the surface by the CVD treatment (Modified, ρ = 0.444 mg / mm 2). And the ionic strength of O 2 and CO 2 during the friction test at room temperature. However, the ionic strength was normalized by the O 2 ionic strength before the test. As shown in FIG. 8, in the C / C composite not subjected to the CVD treatment, there is no significant change in the ionic strength changes of O 2 and CO 2 before and after the friction test. On the other hand, in the C / C composite in which CNTs were generated by the CVD process, the O 2 ionic strength decreased and the CO 2 ionic strength increased after the friction test. From this result, it is considered that in the C / C composite in which CNTs were generated on the surface, an oxidation phenomenon occurred due to wear even at room temperature. This phenomenon is similar to a phenomenon in which the coefficient of friction of the C / C composite increases due to oxidation of graphite under high friction conditions. From this, it is considered that in the C / C composite of the present invention, by generating carbon nanotubes on the surface, graphite is oxidized even under low friction conditions, and the friction coefficient is increased.

(6)摩擦試験後の摩擦面のSEM観察
CVD処置していないC/Cコンポジットと、CVD処理によりCNTを生成したC/Cコンポジット(ρ=0.0039mg/mm2)とにおける、摩擦試験後の摩擦面をSEMにて観察した(図9参照。図9中、左側の写真がCVD処置していないC/Cコンポジット、右側の写真がCVD処理によりCNTを生成したC/Cコンポジットである)。図9に示す未処理材(左)とCNT生成材(右)の2枚の写真から、CVD処理によりCNTを生成したC/Cコンポジットにおいては、摩擦試験によって摩擦面の粗さが増加していることが分かる。このことから、表面のCNT生成によるアブレシブ摩擦の発生が示唆される。
(6) SEM observation of friction surface after friction test After friction test in C / C composite not subjected to CVD treatment and C / C composite (ρ = 0.039 mg / mm 2 ) produced CNT by CVD treatment (See FIG. 9. In FIG. 9, the photo on the left is a C / C composite not subjected to CVD treatment, and the photo on the right is a C / C composite in which CNT is generated by CVD treatment) . From the two photographs of untreated material (left) and CNT generating material (right) shown in FIG. 9, in the C / C composite in which CNT is generated by CVD processing, the friction surface roughness is increased by the friction test. I understand that. This suggests the occurrence of abrasive friction due to CNT formation on the surface.

本発明に係るC/Cコンポジットは、従来のC/Cコンポジットに較べて、低温における摩擦係数が上昇しており、また摩擦係数の温度依存性が抑制されており、航空機や車両などのブレーキ材料に好適に使用することができる。
Compared to conventional C / C composites, the C / C composite according to the present invention has an increased friction coefficient at a low temperature, and the temperature dependence of the friction coefficient is suppressed. Can be suitably used.

Claims (11)

基材としての炭素繊維強化炭素複合部材の少なくとも表面に、カーボンナノチューブを生成してなることを特徴とする炭素繊維強化炭素複合材料。   A carbon fiber reinforced carbon composite material comprising carbon nanotubes formed on at least the surface of a carbon fiber reinforced carbon composite member as a base material. 前記カーボンナノチューブの直径が10〜500nm、長さが0.1〜10μmである請求項1記載の炭素繊維強化炭素複合材料。   The carbon fiber reinforced carbon composite material according to claim 1, wherein the carbon nanotube has a diameter of 10 to 500 nm and a length of 0.1 to 10 µm. 炭素繊維強化炭素複合部材表面におけるカーボンナノチューブの生成密度が、0.0030mg/mm2以上である請求項1又は2に記載の炭素繊維強化炭素複合材料。 The carbon fiber reinforced carbon composite material according to claim 1 or 2, wherein the generation density of carbon nanotubes on the surface of the carbon fiber reinforced carbon composite member is 0.0030 mg / mm 2 or more. 常温での摩擦係数が0.20以上である請求項1〜3のいずれかに記載の炭素繊維強化炭素複合材料。   The carbon fiber reinforced carbon composite material according to any one of claims 1 to 3, which has a friction coefficient at room temperature of 0.20 or more. 常温乃至300℃における摩擦係数の変動幅が0.1以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載の炭素繊維強化炭素複合材料。   The carbon fiber reinforced carbon composite material according to any one of claims 1 to 4, wherein a fluctuation range of a friction coefficient at room temperature to 300 ° C is 0.1 or less. 請求項1〜5のいずれかに記載の炭素繊維強化炭素複合材料からなるブレーキ材料。   The brake material which consists of a carbon fiber reinforced carbon composite material in any one of Claims 1-5. 基材としての炭素繊維強化炭素複合部材を、触媒金属分散液に接触させて前記炭素繊維強化炭素複合材料に触媒金属を担持させた後、加熱炉内で炭化水素化合物を供給して加熱分解することで、基材としての炭素繊維強化炭素複合部材の少なくとも表面にカーボンナノチューブを生成させてなることを特徴とする炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法。   A carbon fiber reinforced carbon composite member as a base material is brought into contact with a catalyst metal dispersion and the catalyst metal is supported on the carbon fiber reinforced carbon composite material, and then a hydrocarbon compound is supplied in a heating furnace and thermally decomposed. Thus, a method for producing a carbon fiber reinforced carbon composite material, wherein carbon nanotubes are generated on at least the surface of a carbon fiber reinforced carbon composite member as a base material. 前記触媒金属として、酢酸Co(II)四水和物及び/又は酢酸Mo(II)を用いてなる請求項7に記載の炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法。   The method for producing a carbon fiber-reinforced carbon composite material according to claim 7, wherein Co (II) acetate tetrahydrate and / or Mo (II) acetate is used as the catalyst metal. 前記触媒金属分散液の分散溶媒としてエタノールを用いてなる請求項7又は8に記載の炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法。   The method for producing a carbon fiber-reinforced carbon composite material according to claim 7 or 8, wherein ethanol is used as a dispersion solvent for the catalyst metal dispersion. 前記炭化水素化合物として、エタノールを用いてなる請求項7〜9のいずれか1項に記載の炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法。   The method for producing a carbon fiber-reinforced carbon composite material according to any one of claims 7 to 9, wherein ethanol is used as the hydrocarbon compound. 前記基材としての炭素繊維強化炭素複合部材として、樹脂含浸法により作製されたものを用いてなる請求項7〜10のいずれか1項に記載の炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法。   The method for producing a carbon fiber reinforced carbon composite material according to any one of claims 7 to 10, wherein the carbon fiber reinforced carbon composite member as the base material is produced by a resin impregnation method.
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