JP2021172564A - Method for producing carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material, and carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material - Google Patents

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Abstract

To provide a method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material, capable of producing the carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material that is excellent in moldability, has high mechanical strength, and is excellent in thermal conductivity; and to provide a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material.SOLUTION: A method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material includes: molding a carbon fiber-reinforced plastic using a sheet molding compound that comprises a carbon fiber and a matrix resin; calcinating the carbon fiber-reinforced plastic to make a carbon fiber-reinforced carbon composite material; and melt-impregnating a metal Si to the carbon fiber-reinforced carbon composite material. In the carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material, a cross-section obtained by cutting the composite material in a pressure direction at the time of molding has stripe-shaped impregnated parts comprising one or both of the metal Si and silicon carbide, and the stripes in the stripe-shaped impregnated parts are stretched in a random direction.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材の製造方法、及び炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材に関する。 The present invention relates to a method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material and a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material.

炭素繊維強化炭素複合材(以下、「C/C複合材」ともいう。)は、耐熱性、耐熱衝撃性に優れ、高強度で軽量なため、航空機用や自動車用のブレーキディスク、ブレーキパッド等に使用されている(例えば、特許文献1)。しかし、炭素材は、一般に500℃程度から酸化を受けるため、高温大気中では、極短時間だけ使用される場合を除き、使用不可能である。 Carbon fiber reinforced carbon composite material (hereinafter, also referred to as "C / C composite material") has excellent heat resistance and heat impact resistance, and is high in strength and light weight, so that it is used for brake discs, brake pads, etc. for aircraft and automobiles. (For example, Patent Document 1). However, since the carbon material is generally oxidized from about 500 ° C., it cannot be used in a high temperature atmosphere except when it is used for a very short time.

C/C複合材の酸化による物理的、化学的性質の低下を防止する方法としては、C/C複合材に金属Siを溶融含浸させ、複合材中の炭素を金属Siと反応させて炭化ケイ素化し、炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材(以下、「SiC−C/C複合材」ともいう。)とすることが行われている。 As a method of preventing deterioration of physical and chemical properties due to oxidation of the C / C composite material, the C / C composite material is melt-impregnated with metallic Si, and carbon in the composite material is reacted with the metallic Si to cause silicon carbide. It has been converted into a carbon fiber reinforced silicon carbide-based composite material (hereinafter, also referred to as "SiC-C / C composite material").

SiC−C/C複合材の製造方法としては、不織布にマトリックス樹脂を含浸したシートの積層体を成形し、焼成後に金属Siを溶融含浸させる方法等が知られている。例えば、解繊した炭素短繊維を絡み合わせて得たシートを積層し、樹脂やピッチを含浸させ、成形後に焼成して金属Siを溶融含浸させる方法がある(特許文献2)。 As a method for producing a SiC-C / C composite material, a method is known in which a laminate of sheets impregnated with a matrix resin is formed on a non-woven fabric, and metallic Si is melt-impregnated after firing. For example, there is a method in which a sheet obtained by entwining defibrated carbon short fibers is laminated, impregnated with resin or pitch, and fired after molding to melt-impregnate metallic Si (Patent Document 2).

炭素繊維以外の原材料を配合してから炭素繊維と混合した配合組成物を金型内で所定の形状に加圧成形し、SiC−C/C複合材を得る方法も知られている(特許文献3)。 A method of blending a raw material other than carbon fiber and then pressure-molding the blended composition mixed with carbon fiber into a predetermined shape in a mold to obtain a SiC-C / C composite material is also known (Patent Document). 3).

特開平7−33543号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-33543 特開2007−39319号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-39319 特開2009−227565号公報JP-A-2009-227565

しかし、特許文献2の方法は、成形時の材料の流動性が悪く、所望の形状への成形が困難である。そのため、例えば焼成後のC/C複合材に対して穴開け加工が必要になるなど、製造が煩雑化しやすくコスト面でも不利である。また、厚み方向に熱伝導率の高いSiC−C/C複合材を得ることが難しく、ブレーキディスク、ブレーキパッド等に適用したときの特性は十分とは言えない。
また、特許文献3の方法は繊維長が6mmの短い炭素繊維を使用する必要があるため、得られるSiC−C/C複合材の炭素繊維による補強効果が十分でない。
However, in the method of Patent Document 2, the fluidity of the material at the time of molding is poor, and it is difficult to mold into a desired shape. Therefore, for example, it is necessary to make a hole in the C / C composite material after firing, which tends to complicate the production and is disadvantageous in terms of cost. Further, it is difficult to obtain a SiC-C / C composite material having a high thermal conductivity in the thickness direction, and it cannot be said that the characteristics when applied to a brake disc, a brake pad, or the like are sufficient.
Further, since the method of Patent Document 3 needs to use a short carbon fiber having a fiber length of 6 mm, the reinforcing effect of the obtained SiC-C / C composite material by the carbon fiber is not sufficient.

本発明は、生産性に優れ、加工コストを削減でき、機械強度が高く、熱伝導性に優れるSiC−C/C複合材を製造できるSiC−C/C複合材の製造方法、及びSiC−C/C複合材を提供することを目的とする。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention relates to a method for producing a SiC-C / C composite material capable of producing a SiC-C / C composite material having excellent productivity, reduction of processing cost, high mechanical strength, and excellent thermal conductivity, and a SiC-C composite material. It is an object of the present invention to provide a / C composite material.

本発明は、以下の態様を有する。
[1]炭素繊維及びマトリックス樹脂を含有するシートモールディングコンパウンド(Sheet Molding Compound)(以下、「SMC」ともいう。)を用いて炭素繊維強化プラスチックを成形し、前記炭素繊維強化プラスチックを焼成してC/C複合材とし、前記C/C複合材に金属Siを溶融含浸する、SiC−C/C複合材の製造方法。
[2]前記炭素繊維がピッチ系炭素繊維である、[1]に記載のSiC−C/C複合材の製造方法。
[3]前記炭素繊維の平均繊維長が10mm以上60mm以下である、[1]又は[2]に記載のSiC−C/C複合材の製造方法。
[4]前記マトリックス樹脂がフェノール樹脂である、[1]〜[3]のいずれかに記載のSiC−C/C複合材の製造方法。
[5]前記SMCのFAWが200g/m以上2000g/m以下である、[1]〜[4]のいずれかに記載のSiC−C/C複合材の製造方法。
[6]前記炭素繊維強化プラスチックの体積当たりの炭素繊維含有率が20体積%以上60体積%以下である、[1]〜[5]のいずれかに記載のSiC−C/C複合材の製造方法。
[7]前記SMCを用いた成形をホットプレス法で行う、[1]〜[6]のいずれかに記載のSiC−C/C複合材の製造方法。
[8]不活性ガス雰囲気中で前記炭素繊維強化プラスチックを焼成する、[1]〜[7]のいずれかに記載のSiC−C/C複合材の製造方法。
[9]前記金属Siの不純物含有量が1.5質量%以下である、[1]〜[8]のいずれかに記載のSiC−C/C複合材の製造方法。
[10]真空条件下、1400℃以上2000℃以下で前記C/C複合材に金属Siを溶融含浸する、[1]〜[9]のいずれかに記載のSiC−C/C複合材の製造方法。
[11]成形時の加圧方向に切断した断面に金属Si及び炭化ケイ素のいずれか一方又は両方を含む筋状の含浸部分があり、前記筋状の含浸部分の筋の方向がランダムになっている、SiC−C/C複合材。
[12]含有されている炭素繊維がピッチ系炭素繊維である、[11]に記載のSiC−C/C複合材。
The present invention has the following aspects.
[1] A carbon fiber reinforced plastic is molded using a sheet molding compound (hereinafter, also referred to as “SMC”) containing a carbon fiber and a matrix resin, and the carbon fiber reinforced plastic is fired to obtain C. A method for producing a SiC-C / C composite material, which comprises a / C composite material and melt-impregnates the C / C composite material with metallic Si.
[2] The method for producing a SiC-C / C composite material according to [1], wherein the carbon fibers are pitch-based carbon fibers.
[3] The method for producing a SiC-C / C composite material according to [1] or [2], wherein the average fiber length of the carbon fibers is 10 mm or more and 60 mm or less.
[4] The method for producing a SiC-C / C composite material according to any one of [1] to [3], wherein the matrix resin is a phenol resin.
[5] The method for producing a SiC-C / C composite material according to any one of [1] to [4], wherein the FAW of the SMC is 200 g / m 2 or more and 2000 g / m 2 or less.
[6] Production of the SiC-C / C composite material according to any one of [1] to [5], wherein the carbon fiber content per volume of the carbon fiber reinforced plastic is 20% by volume or more and 60% by volume or less. Method.
[7] The method for producing a SiC-C / C composite material according to any one of [1] to [6], wherein molding using the SMC is performed by a hot press method.
[8] The method for producing a SiC-C / C composite material according to any one of [1] to [7], wherein the carbon fiber reinforced plastic is fired in an inert gas atmosphere.
[9] The method for producing a SiC-C / C composite material according to any one of [1] to [8], wherein the impurity content of the metallic Si is 1.5% by mass or less.
[10] Production of the SiC-C / C composite material according to any one of [1] to [9], wherein the C / C composite material is melt-impregnated with metallic Si at 1400 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower under vacuum conditions. Method.
[11] There is a streak-like impregnated portion containing either one or both of metallic Si and silicon carbide in the cross section cut in the pressurizing direction at the time of molding, and the streak direction of the streak-like impregnated portion becomes random. SiC-C / C composite material.
[12] The SiC-C / C composite material according to [11], wherein the contained carbon fibers are pitch-based carbon fibers.

本発明によれば、生産性に優れ、加工コストを削減でき、機械強度が高く、熱伝導性に優れるSiC−C/C複合材を製造できるSiC−C/C複合材の製造方法、及びSiC−C/C複合材を提供できる。 According to the present invention, a method for producing a SiC-C / C composite material capable of producing a SiC-C / C composite material having excellent productivity, reduction in processing cost, high mechanical strength, and excellent thermal conductivity, and SiC. -C / C composites can be provided.

実施例1のSiC−C/C複合材の厚み方向(成形時の加圧方向)に切断した断面を観察した画像である。It is an image which observed the cross section cut in the thickness direction (pressurizing direction at the time of molding) of the SiC-C / C composite material of Example 1.

[炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材の製造方法]
以下、本発明の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材(SiC−C/C複合材)の製造方法について説明する。ただし、以下に説明するものは本発明の実施形態の一例であって、本発明はその要旨を超えない限り、以下の説明に何ら限定されるものではない。
[Manufacturing method of carbon fiber reinforced silicon carbide composite material]
Hereinafter, a method for producing the carbon fiber reinforced silicon carbide-based composite material (SiC-C / C composite material) of the present invention will be described. However, what is described below is an example of an embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following description as long as the gist thereof is not exceeded.

本発明のSiC−C/C複合材の製造方法は、下記の成形工程、焼成工程、及び溶融含浸工程を含む方法である。
成形工程:炭素繊維及びマトリックス樹脂を含有するシートモールディングコンパウンド(SMC)を用いて炭素繊維強化プラスチック(以下、「CFRP」ともいう。)を成形する。
焼成工程:前記CFRPを焼成してC/C複合材とする。
溶融含浸工程:前記C/C複合材に金属Siを溶融含浸し、SiC−C/C複合材とする。
The method for producing a SiC-C / C composite material of the present invention is a method including the following molding step, firing step, and melt impregnation step.
Molding step: A carbon fiber reinforced plastic (hereinafter, also referred to as “CFRP”) is molded using a sheet molding compound (SMC) containing carbon fiber and a matrix resin.
Firing step: The CFRP is calcined to obtain a C / C composite material.
Melt impregnation step: The C / C composite material is melt-impregnated with metallic Si to obtain a SiC-C / C composite material.

(成形工程)
SMCを用いた成形によって、所望の形状に賦形したCFRPを得る。なお、「賦形」とは、SMC等の材料を削らずに変形によって所望の形状を付与することを意味する。CFRPの形状及び寸法は、用途に応じて適宜設定すればよい。
(Molding process)
By molding with SMC, CFRP shaped into a desired shape is obtained. In addition, "formation" means to give a desired shape by deformation without scraping a material such as SMC. The shape and dimensions of CFRP may be appropriately set according to the intended use.

SMCを用いた成形は、SMCに圧力を加えることにより、金型内部にSMCを行き渡らせた状態で熱硬化させる点から、ホットプレス法で行うことが好ましい。例えば、SMCを金型に充填して加圧成形し、CFRPを得る。
成形温度は、130℃以上300℃以下が好ましく、150℃以上250℃以下がより好ましい。
Molding using the SMC is preferably performed by a hot press method from the viewpoint of thermosetting the SMC in a state where the SMC is distributed inside the mold by applying pressure to the SMC. For example, SMC is filled in a mold and pressure-molded to obtain CFRP.
The molding temperature is preferably 130 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, and more preferably 150 ° C. or higher and 250 ° C. or lower.

CFRPの体積当たりの炭素繊維含有率Vfは、20体積%以上60体積%以下が好ましく、30体積%以上50体積%以下がより好ましい。Vfが前記範囲の下限値以上であれば、補強効果が得られやすく、機械強度が高いSiC−C/C複合材が得られやすい。
Vfは、成形時の圧力で調整することができる。例えば、高い圧力で成形すると、Vfは大きくなる傾向にある。逆に、低い圧力で成形すると、Vfは小さくなる傾向にある。
The carbon fiber content Vf per volume of CFRP is preferably 20% by volume or more and 60% by volume or less, and more preferably 30% by volume or more and 50% by volume or less. When Vf is equal to or higher than the lower limit of the above range, a reinforcing effect can be easily obtained, and a SiC-C / C composite material having high mechanical strength can be easily obtained.
Vf can be adjusted by the pressure at the time of molding. For example, when molding is performed at a high pressure, Vf tends to increase. On the contrary, when molding is performed at a low pressure, Vf tends to be small.

成形に用いるSMCは、炭素繊維及びマトリックス樹脂を含有する。 The SMC used for molding contains carbon fibers and a matrix resin.

炭素繊維としては、特に限定されず、例えば、ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維を例示できる。なかでも、熱伝導性に優れる点、金属Siとの反応性が低い点等から、ピッチ系炭素繊維が好ましい。 The carbon fiber is not particularly limited, and examples thereof include pitch-based carbon fiber and polyacrylonitrile (PAN) -based carbon fiber. Among them, pitch-based carbon fibers are preferable because of their excellent thermal conductivity and low reactivity with metallic Si.

ピッチ系炭素繊維は、原料ピッチを溶融紡糸してピッチ繊維を得た後、不融化、炭化、あるいはさらに黒鉛化することによって得られる。ピッチ系炭素繊維の形態としては、複数の単繊維からなるトウ、ストランド、ロービング、ヤーン等を例示でき、これらをカッティングすることにより得られる短繊維が好ましい。
炭素繊維のフィラメント数は、1000本以上50000本以下が好ましく、6000本以上24000本以下がより好ましい。
Pitch-based carbon fibers are obtained by melt-spinning the raw material pitch to obtain pitch fibers, and then insolubilizing, carbonizing, or further graphitizing. Examples of the form of the pitch-based carbon fibers include tows, strands, rovings, and yarns composed of a plurality of single fibers, and short fibers obtained by cutting these are preferable.
The number of filaments of the carbon fiber is preferably 1000 or more and 50,000 or less, and more preferably 6000 or more and 24,000 or less.

炭素繊維の平均繊維長は、10mm以上60mm以下が好ましく、12mm以上30mm以下がより好ましい。炭素繊維の平均繊維長が前記範囲の下限値以上であれば、優れた剛性が得られやすい。炭素繊維の平均繊維長が前記範囲の上限値以下であれば、成形時に優れた流動性が得られやすい。
なお、炭素繊維の平均繊維長は、以下の測定方法で得られる値である。複合材中の樹脂を焼き飛ばして炭素繊維のみを取り出し、該炭素繊維の繊維長をノギス等で測定する。測定は無作為に選択した100本の炭素繊維について行い、繊維長はそれらの質量平均として算出する。
The average fiber length of the carbon fibers is preferably 10 mm or more and 60 mm or less, and more preferably 12 mm or more and 30 mm or less. When the average fiber length of the carbon fibers is at least the lower limit of the above range, excellent rigidity can be easily obtained. When the average fiber length of the carbon fibers is not more than the upper limit of the above range, excellent fluidity can be easily obtained at the time of molding.
The average fiber length of the carbon fibers is a value obtained by the following measuring method. The resin in the composite material is burned off to take out only the carbon fibers, and the fiber length of the carbon fibers is measured with a caliper or the like. Measurements are made on 100 randomly selected carbon fibers and the fiber length is calculated as their mass average.

成形時のSMCのFAW(単位面積当たりの繊維質量)は、200g/m以上2000g/m以下が好ましく、250g/m以上1500g/m以下がより好ましく、500g/m以上1000g/m以下がさらに好ましい。SMCのFAWが前記範囲の下限値以上であれば、生産性が向上する。SMCのFAWが前記範囲の上限値以下であれば、樹脂の含浸性に優れる。 The FAW (fiber mass per unit area) of SMC at the time of molding is preferably 200 g / m 2 or more and 2000 g / m 2 or less, more preferably 250 g / m 2 or more and 1500 g / m 2 or less, and 500 g / m 2 or more and 1000 g / m. More preferably, m 2 or less. If the FAW of SMC is equal to or higher than the lower limit of the above range, the productivity is improved. When FAW of SMC is not more than the upper limit of the above range, the impregnation property of the resin is excellent.

マトリックス樹脂としては、熱可塑性樹脂であってもよく、熱硬化性樹脂であってもよい。マトリックス樹脂としては、機械強度が高いSiC−C/C複合材が得られやすい点から、熱硬化性樹脂が好ましい。 The matrix resin may be a thermoplastic resin or a thermosetting resin. As the matrix resin, a thermosetting resin is preferable because a SiC-C / C composite material having high mechanical strength can be easily obtained.

熱硬化性樹脂としては、特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン系樹脂、尿素性樹脂、メラミン樹脂、イミド系樹脂等が挙げられる。なかでも、機械強度に優れたSiC−C/C複合材が得られやすい点から、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、イミド系樹脂が好ましい。また、焼成時に焼失せずに炭化する比率が高い点から、フェノール樹脂がより好ましい。熱硬化性樹脂としては、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 The thermosetting resin is not particularly limited, and examples thereof include epoxy resin, phenol resin, unsaturated polyester resin, urethane resin, urea resin, melamine resin, and imide resin. Among them, epoxy resin, phenol resin, unsaturated polyester resin, and imide resin are preferable as the thermosetting resin from the viewpoint that a SiC-C / C composite material having excellent mechanical strength can be easily obtained. Further, a phenol resin is more preferable because it has a high ratio of carbonizing without being burnt during firing. As the thermosetting resin, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.

フェノール樹脂としては、例えば、レゾール型フェノール樹脂、ノボラック型フェノール樹脂等が挙げられる。レゾール型フェノール樹脂としては、特に限定されず、塩基性触媒を用いてフェノール類とアルデヒド類とを反応させて得られる公知の樹脂を使用できる。ノボラック型フェノール樹脂としては、特に限定されず、酸性触媒を用いてフェノール類とアルデヒド類とを反応させて得られる公知のものを使用できる。
レゾール型フェノール樹脂の数平均分子量は、300〜800が好ましい。ノボラック型フェノール樹脂の数平均分子量は、500〜1500が好ましい。
Examples of the phenol resin include a resol type phenol resin and a novolak type phenol resin. The resole-type phenol resin is not particularly limited, and a known resin obtained by reacting phenols with aldehydes using a basic catalyst can be used. The novolak type phenol resin is not particularly limited, and a known one obtained by reacting phenols and aldehydes with an acidic catalyst can be used.
The number average molecular weight of the resole-type phenol resin is preferably 300 to 800. The number average molecular weight of the novolak type phenol resin is preferably 500 to 1500.

フェノール類としては、特に限定されず、例えば、フェノール、クレゾール(o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール等)、キシレノール(2,3−キシレノール、2,4−キシレノール、2,5−キシレノール、2,6−キシレノール、3,4−キシレノール、3,5−キシレノール等)、エチルフェノール(o−エチルフェノール、m−エチルフェノール、p−エチルフェノール等);ブチルフェノール(イソプロピルフェノール、ブチルフェノール、p−tert−ブチルフェノール等)、アルキルフェノール(p−tert−アミルフェノール、p−オクチルフェノール、p−ノニルフェノール、p−クミルフェノール等)、ハロゲン化フェノール(フルオロフェノール、クロロフェノール、ブロモフェノール、ヨードフェノール等)、1価フェノール置換体(p−フェニルフェノール、アミノフェノール、ニトロフェノール、ジニトロフェノール、トリニトロフェノール等)、及び1価のナフトール類(1−ナフトール、2−ナフトール等)、多価フェノール類(レゾルシン、アルキルレゾルシン、ピロガロール、カテコール、アルキルカテコール、ハイドロキノン、アルキルハイドロキノン、フロログルシン、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ジヒドロキシナフタリン等)等が挙げられる。 The phenols are not particularly limited, and for example, phenol, cresol (o-cresol, m-cresol, p-cresol, etc.), xylenol (2,3-xylenol, 2,4-xylenol, 2,5-xylenol, etc.), 2,6-xylenol, 3,4-xylenol, 3,5-xylenol, etc.), ethylphenol (o-ethylphenol, m-ethylphenol, p-ethylphenol, etc.); butylphenol (isopropylphenol, butylphenol, p-tert, etc.) -Butylphenol, etc.), Alkylphenol (p-tert-amylphenol, p-octylphenol, p-nonylphenol, p-cumylphenol, etc.), halogenated phenol (fluorophenol, chlorophenol, bromophenol, iodophenol, etc.), monovalent Phenol substituents (p-phenylphenol, aminophenol, nitrophenol, dinitrophenol, trinitrophenol, etc.), monovalent naphthols (1-naphthol, 2-naphthol, etc.), polyhydric phenols (resorcin, alkylresorcin, etc.) , Pyrogalol, catechol, alkylcatechol, hydroquinone, alkylhydroquinone, fluoroglusin, bisphenol A, bisphenol F, bisphenol S, dihydroxynaphthalin, etc.) and the like.

アルデヒド類としては、特に限定されず、例えば、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、トリオキサン、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ポリオキシメチレン、クロラール、ヘキサメチレンテトラミン、フルフラール、グリオキザール、n−ブチルアルデヒド、カプロアルデヒド、アリルアルデヒド、ベンズアルデヒド、クロトンアルデヒド、アクロレイン、テトラオキシメチレン、フェニルアセトアルデヒド、o−トルアルデヒド、サリチルアルデヒド等を挙げられる。 The aldehydes are not particularly limited, and for example, formaldehyde, paraformaldehyde, trioxane, acetaldehyde, propionaldehyde, polyoxymethylene, chloral, hexamethylenetetramine, furfural, glioxal, n-butylaldehyde, caproaldehyde, allylaldehyde, etc. Examples thereof include benzaldehyde, crotonaldehyde, acrolein, tetraoxymethylene, phenylacetaldehyde, o-tolualdehyde, salicylaldehyde and the like.

塩基性触媒としては、特に限定されず、例えば、アルカリ金属の水酸化物(水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム等)、アンモニア水、第3級アミン(トリエチルアミン等)、水酸化テトラメチルアンモニウム、アルカリ土類金属(カルシウム、マグネシウム、バリウム等)の酸化物及び水酸化物、アルカリ性物質(炭酸ナトリウム、ヘキサメチレンテトラミン等)等が挙げられる。 The basic catalyst is not particularly limited, and is, for example, an alkali metal hydroxide (sodium hydroxide, lithium hydroxide, potassium hydroxide, etc.), aqueous ammonia, a tertiary amine (triethylamine, etc.), tetramethyl hydroxide. Examples thereof include oxides and hydroxides of ammonium and alkaline earth metals (calcium, magnesium, barium, etc.), alkaline substances (sodium carbonate, hexamethylenetetramine, etc.) and the like.

酸性触媒としては、特に限定されず、例えば、有機カルボン酸(シュウ酸等)、有機スルホン酸(パラトルエンスルホン酸、フェノールスルホン酸等)、鉱酸(塩酸、硫酸、リン酸等)等が挙げられる。 The acidic catalyst is not particularly limited, and examples thereof include organic carboxylic acids (such as oxalic acid), organic sulfonic acids (such as paratoluene sulfonic acid and phenol sulfonic acid), and mineral acids (such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid). Be done.

粘度が低下して炭素繊維に含浸させやすいことから、さらにアルコール類を配合してもよい。アルコール類としては、特に限定されず、例えば、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール等が挙げられる。
マトリックス樹脂の合計100質量部に対するアルコール類の割合は、1〜8質量部が好ましい。
Since the viscosity is lowered and the carbon fibers are easily impregnated, alcohols may be further added. The alcohols are not particularly limited, and examples thereof include methanol, ethanol, n-propyl alcohol and the like.
The ratio of alcohols to a total of 100 parts by mass of the matrix resin is preferably 1 to 8 parts by mass.

マトリックス樹脂には、増粘剤、硬化剤、重合開始剤、重合禁止剤、顔料、内部離型剤、難燃剤、カップリング剤、フィラー等の添加剤を配合してもよい。添加剤としては、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 Additives such as a thickener, a curing agent, a polymerization initiator, a polymerization inhibitor, a pigment, an internal mold release agent, a flame retardant, a coupling agent, and a filler may be added to the matrix resin. As the additive, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.

増粘剤としては、例えば、水酸化カルシウム、酸化マグネシウム等が挙げられる。硬化剤としては、例えば、ヘキサメチレンテトラミン等が挙げられる。内部離型剤としては、例えば、ステアリン酸、ステアリン酸亜鉛等が挙げられる。難燃剤としては、例えば、水酸化アルミ、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン等が挙げられる。カップリング剤としては、例えば、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミネートカップリング剤、ジルコネートカップリング剤等が挙げられる。 Examples of the thickener include calcium hydroxide, magnesium oxide and the like. Examples of the curing agent include hexamethylenetetramine and the like. Examples of the internal mold release agent include stearic acid and zinc stearate. Examples of the flame retardant include aluminum hydroxide, antimony trioxide, antimony pentoxide and the like. Examples of the coupling agent include a silane coupling agent, a titanate coupling agent, an aluminate coupling agent, a zirconate coupling agent and the like.

フィラーとしては、無機フィラーでもよく、有機フィラーでもよい。無機フィラーとしては、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム、クレー、タルク、シリカ、ガラスビーズ、アルミナ、マイカ、黒鉛、カーボンブラック等が挙げられる。有機フィラーとしては、スチレン樹脂、イミド樹脂等が挙げられる。 The filler may be an inorganic filler or an organic filler. Examples of the inorganic filler include calcium carbonate, aluminum hydroxide, barium sulfate, clay, talc, silica, glass beads, alumina, mica, graphite, carbon black and the like. Examples of the organic filler include styrene resin and imide resin.

SMCの製造方法としては、特に限定されない。例えば、公知のSMC製造装置を用いて、上下に配置されたキャリアフィルム(ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム等)に対し、マトリックス樹脂のペーストを0.3〜2.0mm程度の厚みとなるようにそれぞれ塗布する。下側のキャリアフィルム上に塗布されたペーストの上に、所定の長さに切断された炭素繊維を所定量散布し、上下のキャリアフィルム上に塗布したペースト(樹脂組成物)で散布された炭素繊維を挟み込む。そして、それら全体を含浸ロール間に通してマトリックス樹脂を炭素繊維に含浸させ、熟成処理を行うことでSMCを得る。熟成処理としては、特に限定されず、例えば、40〜70℃で5〜100時間程度の熱処理が挙げられる。 The method for producing SMC is not particularly limited. For example, using a known SMC manufacturing apparatus, a matrix resin paste is applied to carrier films (polyethylene film, polypropylene film, etc.) arranged one above the other so as to have a thickness of about 0.3 to 2.0 mm. do. A predetermined amount of carbon fibers cut to a predetermined length is sprayed on the paste applied on the lower carrier film, and carbon sprayed with the paste (resin composition) applied on the upper and lower carrier films. Insert the fiber. Then, the whole of them is passed between the impregnating rolls to impregnate the carbon fibers with the matrix resin, and the aging treatment is performed to obtain an SMC. The aging treatment is not particularly limited, and examples thereof include heat treatment at 40 to 70 ° C. for about 5 to 100 hours.

(焼成工程)
成形工程で得たCFRPを焼成し、マトリックス樹脂、及び必要に応じて含まれるピッチを炭化してC/C複合材とする。
焼成は、不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。不活性ガスとしては、特に限定されず、例えば、窒素ガスを例示できる。
(Baking process)
The CFRP obtained in the molding step is fired to carbonize the matrix resin and, if necessary, the pitch contained therein to obtain a C / C composite material.
The firing is preferably carried out in an atmosphere of an inert gas. The inert gas is not particularly limited, and examples thereof include nitrogen gas.

焼成温度は、700℃以上2500℃以下が好ましく、700℃以上1600℃以下がより好ましい。焼成温度が前記範囲の下限値以上であれば、マトリックス樹脂及びピッチの炭素化を十分に進行させることが出来る。焼成温度が前記範囲の上限値以下であれば、炭素繊維の黒鉛化反応の進行が少なく、得られる複合材の物性制御が容易となる。 The firing temperature is preferably 700 ° C. or higher and 2500 ° C. or lower, and more preferably 700 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower. When the firing temperature is equal to or higher than the lower limit of the above range, carbonization of the matrix resin and pitch can be sufficiently promoted. When the firing temperature is not more than the upper limit of the above range, the progress of the graphitization reaction of the carbon fibers is small, and the physical properties of the obtained composite material can be easily controlled.

焼成によって得られたC/C複合材は、緻密化することが好ましい。これにより、熱伝導率が高いSiC−C/C複合材が得られやすくなる。
緻密化の方法としては、例えば、焼成後のC/C複合材にフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂や、タール、ピッチ等の熱可塑性樹脂を含浸させ、加熱して炭化させる含浸炭化プロセスを経る方法、あるいは、メタン、プロパン等の炭化水素ガスを熱分解して炭素を得るCVD法等が挙げられる。焼成後のC/C複合材に複数回に分けてピッチを含浸させて炭化させてもよい。
The C / C composite material obtained by firing is preferably densified. This makes it easier to obtain a SiC-C / C composite material with high thermal conductivity.
As a densification method, for example, a C / C composite material after firing is impregnated with a thermosetting resin such as a phenol resin or a thermoplastic resin such as tar or pitch, and then heated to carbonize. Examples thereof include a method or a CVD method in which a hydrocarbon gas such as methane or propane is thermally decomposed to obtain carbon. The C / C composite material after firing may be impregnated with a pitch in a plurality of times and carbonized.

C/C複合材の緻密化に用いるピッチの軟化点は、70℃以上が好ましく、80℃以上がより好ましい。ピッチの軟化点は、150℃以下が好ましく、90℃以下がより好ましい。 The softening point of the pitch used for densifying the C / C composite material is preferably 70 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher. The softening point of the pitch is preferably 150 ° C. or lower, more preferably 90 ° C. or lower.

C/C複合材の緻密化に用いるピッチのトルエン不溶分は、10%以上が好ましく、13%以上がより好ましい。ピッチのトルエン不溶分は、30%以下が好ましく、20%以下がより好ましい。C/C複合材の緻密化に用いるピッチは、実質上キノリン不溶分を含まないことが好ましい。また、C/C複合材の緻密化に用いるピッチは、固定炭素を40%以上、好ましくは50%以上含むことが好ましい。なお、C/C複合材の緻密化に用いるピッチは前述したものには限定されない。 The toluene insoluble content of the pitch used for densifying the C / C composite material is preferably 10% or more, more preferably 13% or more. The toluene insoluble content of the pitch is preferably 30% or less, more preferably 20% or less. The pitch used for densification of the C / C composite material preferably contains substantially no quinoline insoluble matter. The pitch used for densifying the C / C composite material preferably contains 40% or more, preferably 50% or more of fixed carbon. The pitch used for densifying the C / C composite material is not limited to that described above.

C/C複合材の嵩密度は、1.2g/cm以上が好ましく、1.3g/cm以上がより好ましい。C/C複合材の嵩密度は、1.7g/cm以下が好ましく、1.6g/cm以下がより好ましい。C/C複合材の嵩密度が前記下限値以上であれば、金属Siと反応する炭素マトリックスが十分となり、反応によって生成する炭化ケイ素の存在で、SiC−C/C複合材に対して十分な補強効果を発現させることが出来る。C/C複合材の嵩密度が前記上限値以下であれば、金属Siの溶融含浸の際、金属Siが含浸されやすくなる。そのため、金属Siが含浸されていない領域による、空隙やクラック等の発生を抑制しやすい。 The bulk density of the C / C composite material is preferably 1.2 g / cm 3 or more, and more preferably 1.3 g / cm 3 or more. The bulk density of the C / C composite material is preferably 1.7 g / cm 3 or less, 1.6 g / cm 3 or less is more preferable. When the bulk density of the C / C composite is equal to or higher than the lower limit, the carbon matrix that reacts with the metallic Si is sufficient, and the presence of silicon carbide produced by the reaction is sufficient for the SiC-C / C composite. A reinforcing effect can be exhibited. When the bulk density of the C / C composite material is not more than the upper limit value, the metal Si is likely to be impregnated when the metal Si is melt-impregnated. Therefore, it is easy to suppress the occurrence of voids, cracks, and the like due to the region not impregnated with metallic Si.

C/C複合材の気孔率は、15体積%以上が好ましく、20体積%以上がより好ましい。C/C複合材の気孔率は、40体積%以下が好ましく、35体積%以下がより好ましい。C/C複合材の気孔率が前記上限値以下であれば、炭素マトリックスが十分となり、炭素マトリックスが金属Siと反応しやすい。C/C複合材の気孔率が前記下限値以上であれば、金属Siの含浸が十分となり、炭化ケイ素が充分に生成しやすい。 The porosity of the C / C composite material is preferably 15% by volume or more, more preferably 20% by volume or more. The porosity of the C / C composite material is preferably 40% by volume or less, more preferably 35% by volume or less. When the porosity of the C / C composite material is not more than the above upper limit value, the carbon matrix is sufficient and the carbon matrix easily reacts with the metal Si. When the porosity of the C / C composite material is at least the above lower limit value, the impregnation of metallic Si is sufficient, and silicon carbide is easily sufficiently produced.

C/C複合材の体積当たりの炭素繊維含有率Vfは、20体積%以上50体積%以下が好ましい。C/C複合材のVfが前記下限値以上であれば、SiC−C/C複合材の強度が向上する。C/C複合材のVfが前記上限値以下であれば、炭素マトリックスが金属Siと反応しやすく、炭化ケイ素が生成しやすい。 The carbon fiber content Vf per volume of the C / C composite material is preferably 20% by volume or more and 50% by volume or less. When the Vf of the C / C composite material is equal to or higher than the lower limit value, the strength of the SiC-C / C composite material is improved. When the Vf of the C / C composite material is not more than the above upper limit value, the carbon matrix easily reacts with the metallic Si and silicon carbide is easily produced.

(溶融含浸工程)
C/C複合材に金属Siを溶融含浸させ、C/C複合材中の炭素を金属Siと反応させて炭化ケイ素化してSiC−C/C複合材とする。得られるSiC−C/C複合材におけるマトリックスは、未反応の炭素及び金属Siと、反応によって生じた炭化ケイ素からなる。
(Melting impregnation process)
The C / C composite material is melt-impregnated with metallic Si, and the carbon in the C / C composite material is reacted with the metal Si to form silicon carbide to obtain a SiC-C / C composite material. The matrix in the resulting SiC-C / C composite consists of unreacted carbon and metallic Si and silicon carbide produced by the reaction.

C/C複合材への金属Siの溶融含浸は、各種の方法で行うことができる。例えば、C/C複合材と金属Siとを真空条件下、1400℃以上2000℃以下の温度に保持することにより、C/C複合材の開気孔内部へ金属Siを溶融含浸させ、その一部をC/C複合材の炭素と反応させてSiC−C/C複合材とする。 Melt impregnation of metallic Si into the C / C composite material can be performed by various methods. For example, by holding the C / C composite material and the metal Si at a temperature of 1400 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower under vacuum conditions, the metal Si is melt-impregnated inside the open pores of the C / C composite material, and a part thereof is melt-impregnated. Is reacted with carbon of the C / C composite material to obtain a SiC-C / C composite material.

金属Siの不純物含有量は、1.5質量%以下が好ましく、1.0質量%以下がより好ましく、0.5質量%以下がさらに好ましい。金属Siの不純物含有量が前記上限値以下であれば、金属Siの溶融含浸において不純物が原因となる、含浸阻害や複合材への割れの発生を抑制することが出来る。 The impurity content of metallic Si is preferably 1.5% by mass or less, more preferably 1.0% by mass or less, and even more preferably 0.5% by mass or less. When the impurity content of the metallic Si is not more than the upper limit value, it is possible to suppress impregnation inhibition and cracking of the composite material caused by impurities in the melt impregnation of the metallic Si.

以上説明したように、本発明のSiC−C/C複合材の製造方法では、SMCを用いて成形したCFRPを中間体として採用する。SMCは金型内での流動性に優れ、所望の形状への成形が容易なため、焼成後のC/C複合材に対する穴開け加工等が必要なく、不織布等を用いる従来の方法に比べて生産性に優れ、大幅なコスト削減が可能である。また、SMCに通常用いられる炭素繊維は、補強効果を発揮するのに十分な繊維長を有しており、得られるSiC−C/C複合材は、曲げ強度、圧縮強度等の機械強度が十分に高い。 As described above, in the method for producing a SiC-C / C composite material of the present invention, CFRP molded using SMC is adopted as an intermediate. Since SMC has excellent fluidity in the mold and can be easily formed into a desired shape, it does not require drilling of the C / C composite material after firing, and is compared with the conventional method using a non-woven fabric or the like. It has excellent productivity and can significantly reduce costs. Further, the carbon fibers normally used for SMC have a sufficient fiber length to exert a reinforcing effect, and the obtained SiC-C / C composite material has sufficient mechanical strength such as bending strength and compressive strength. Is expensive.

さらに、SMCを用いて製造したSiC−C/C複合材は、熱伝導性にも優れている。特に成形時の加圧方向の熱伝導性に優れている。SMCを用いることによって熱伝導性が向上する理由は必ずしも明らかではないが、以下のように推測される。
例えば不織布を用いる従来の方法では、成形時に加圧されると、解繊された炭素繊維はほぼすべてが加圧方向に対して垂直な方向に寝た状態となるため、焼成後のC/C複合材における繊維間の隙間が小さいと考えられる。そのため、金属Siの溶融含浸時には、成形時の加圧方向において、不織布の繊維間へと金属Siが十分に含浸されにくいと推測される。これに対し、SMCを用いた成形では、通常、成形後も炭素繊維が解繊されずに束として残っている比率が高く、不織布を用いる場合に比べてC/C複合材における炭素繊維間の隙間が大きくなると考えられる。これにより、金属Siの溶融含浸時に、成形時の加圧方向にも金属Siが十分に含浸されやすいことが、成形時の加圧方向の熱伝導性が向上する一因になっていると推測される。また、SMCは成形時に流動しやすいため、不織布を用いる場合に比べ、繊維軸方向が成形時の加圧方向や、加圧方向に対して斜めの方向に向いた炭素繊維が多く存在すると考えられ、これも成形時の加圧方向の熱伝導性が向上する一因になり得ると推測される。
Further, the SiC-C / C composite material produced by using SMC is also excellent in thermal conductivity. In particular, it has excellent thermal conductivity in the pressurizing direction during molding. The reason why the thermal conductivity is improved by using SMC is not always clear, but it is presumed as follows.
For example, in the conventional method using a non-woven fabric, when pressure is applied during molding, almost all of the defibrated carbon fibers lie in a direction perpendicular to the pressure direction, so that C / C after firing is used. It is considered that the gap between the fibers in the composite material is small. Therefore, it is presumed that when the metal Si is melt-impregnated, it is difficult for the metal Si to be sufficiently impregnated between the fibers of the non-woven fabric in the pressure direction during molding. On the other hand, in molding using SMC, the ratio of carbon fibers remaining as bundles without being defibrated is usually high even after molding, and the ratio between carbon fibers in the C / C composite material is higher than that in the case of using non-woven fabric. It is thought that the gap will be large. As a result, it is presumed that when the metal Si is melt-impregnated, the metal Si is easily sufficiently impregnated in the pressurizing direction during molding, which is one of the factors for improving the thermal conductivity in the pressurizing direction during molding. Will be done. Further, since SMC easily flows during molding, it is considered that there are more carbon fibers whose fiber axial direction is directed in the pressurizing direction during molding or in a direction oblique to the pressurizing direction, as compared with the case of using a non-woven fabric. It is speculated that this can also contribute to the improvement of thermal conductivity in the pressurizing direction during molding.

[炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材]
本発明のSiC−C/C複合材は、成形時の加圧方向に切断した断面に金属Si及び炭化ケイ素のいずれか一方又は両方を含む筋状の含浸部分(マトリックス)があり、筋状の含浸部分の筋の方向がランダムになっている。
[Carbon fiber reinforced silicon carbide composite material]
The SiC-C / C composite material of the present invention has a streak-like impregnated portion (matrix) containing either one or both of metallic Si and silicon carbide in a cross section cut in the pressurizing direction at the time of molding, and is streaky. The direction of the streaks in the impregnated part is random.

本発明のSiC−C/C複合材は、前記した本発明のSiC−C/C複合材の製造方法によって製造できる。SMCを用いて成形したCFRPを焼成したC/C複合材に金属Siを溶融含浸することで、成形時の加圧方向にも金属Siが十分に含浸され、含浸部分の筋の方向がランダムなSiC−C/C複合材になると考えられる。
SiC−C/C複合材に含有されている炭素繊維は、熱伝導性に優れる点から、ピッチ系炭素繊維であることが好ましい。
The SiC-C / C composite material of the present invention can be produced by the above-mentioned method for producing a SiC-C / C composite material of the present invention. By melt-impregnating the C / C composite material obtained by firing CFRP molded using SMC with metallic Si, the metallic Si is sufficiently impregnated in the pressurizing direction during molding, and the direction of the streaks in the impregnated portion is random. It is considered to be a SiC-C / C composite material.
The carbon fibers contained in the SiC-C / C composite material are preferably pitch-based carbon fibers from the viewpoint of excellent thermal conductivity.

本発明のSiC−C/C複合材の用途は、特に限定されず、例えば、摺動材として使用できる。本発明のSiC−C/C複合材は、厚み方向(成形時の加圧方向)も含めて熱伝導性に優れるため、特に二輪、四輪車両、航空機等の車輪に用いられるブレーキディスク、ブレーキパッド等に好適である。 The application of the SiC-C / C composite material of the present invention is not particularly limited, and for example, it can be used as a sliding material. Since the SiC-C / C composite material of the present invention has excellent thermal conductivity including the thickness direction (pressurization direction at the time of molding), brake discs and brakes used especially for wheels of two-wheeled vehicles, four-wheeled vehicles, aircraft, etc. Suitable for pads and the like.

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following description.

[実施例1]
ピッチ系炭素繊維(フィラメント直径:10μm、フィラメント数:12000本、平均繊維長:25.4mm)と、マトリックス樹脂としてフェノール樹脂とを含有するFAWが1000g/mのSMCを金型内に充填し、180℃で加圧成形して、体積当りの炭素繊維の体積含有率Vfが40体積%の板状のCFRPを得た。
得られたCFRPを窒素雰囲気中にて750℃で5時間焼成し、C/C複合材を得た。得られたC/C複合材と金属Siとを真空条件下、1600℃に保持し、C/C複合材に金属Siを溶融含浸してSiC−C/C複合材を得た。得られたSiC−C/C複合材を厚み方向(成形時の加圧方向)に切断した断面を撮影した画像を図1に示す。
[Example 1]
The mold is filled with SMC having a FAW of 1000 g / m 2 containing pitch-based carbon fibers (filament diameter: 10 μm, number of filaments: 12,000, average fiber length: 25.4 mm) and phenol resin as a matrix resin. , 180 ° C. was pressure-molded to obtain a plate-shaped CFRP having a volume content Vf of carbon fibers per volume of 40% by volume.
The obtained CFRP was calcined at 750 ° C. for 5 hours in a nitrogen atmosphere to obtain a C / C composite material. The obtained C / C composite material and metallic Si were kept at 1600 ° C. under vacuum conditions, and the C / C composite material was melt-impregnated with metallic Si to obtain a SiC-C / C composite material. FIG. 1 shows an image of a cross section of the obtained SiC-C / C composite material cut in the thickness direction (pressurization direction at the time of molding).

[比較例1]
不織布にマトリックス樹脂としてフェノール樹脂とを含有するFAWが170g/mのシートを金型内に積層し、250℃で加圧成形して、体積当りの炭素繊維の体積含有率Vfが50体積%の板状のCFRPを得た。得られたCFRPを窒素雰囲気中にて750℃で5時間焼成した。次いで、ピッチを含浸させて750℃で5時間焼成する含浸炭化プロセスを2回行った。得られたC/C複合材と金属Siとを真空条件下、1600℃に保持し、C/C複合材に金属Siを溶融含浸してSiC−C/C複合材を得た。
[Comparative Example 1]
A sheet having a FAW of 170 g / m 2 containing a phenol resin as a matrix resin on a non-woven fabric is laminated in a mold and pressure-molded at 250 ° C., and the volume content Vf of carbon fibers per volume is 50% by volume. CFRP in the form of a plate was obtained. The obtained CFRP was calcined at 750 ° C. for 5 hours in a nitrogen atmosphere. Then, the impregnation carbonization process of impregnating the pitch and firing at 750 ° C. for 5 hours was performed twice. The obtained C / C composite material and metallic Si were kept at 1600 ° C. under vacuum conditions, and the C / C composite material was melt-impregnated with metallic Si to obtain a SiC-C / C composite material.

[曲げ強度]
各例で得た複合材に対し、長さL=50.0mm、幅W=10.0mm、厚さt=2.0mmの板状体を切り出し、曲げ試験片とした。この試験片について、クロスヘッド1mm/minの速度で曲げ荷重を加え、破壊直前の最大荷重を求めることによって、厚み方向(成形時の加圧方向)の曲げ強度(MPa)を測定した。
[Bending strength]
A plate-like body having a length L = 50.0 mm, a width W = 10.0 mm, and a thickness t = 2.0 mm was cut out from the composite material obtained in each example to obtain a bending test piece. The bending strength (MPa) in the thickness direction (pressurizing direction at the time of molding) was measured by applying a bending load to this test piece at a speed of 1 mm / min of the crosshead and determining the maximum load immediately before breaking.

[圧縮強度]
各例で得た複合材に対し、長さL=6.0mm、幅W=6.0mm、厚さt=10.0mmの直方体状の圧縮試験片を作製した。この試験片について、クロスヘッド0.5mm/minの速度で圧縮荷重を加え、破壊直前の最大荷重を求めることによって、厚み方向(成形時の加圧方向)の圧縮強度(MPa)を測定した。
[Compression strength]
For the composite materials obtained in each example, a rectangular parallelepiped compression test piece having a length L = 6.0 mm, a width W = 6.0 mm, and a thickness t = 10.0 mm was prepared. The compressive strength (MPa) of this test piece was measured in the thickness direction (pressurization direction at the time of molding) by applying a compressive load at a crosshead speed of 0.5 mm / min and determining the maximum load immediately before fracture.

[熱伝導率]
各例で得た複合材に対し、長さL=10.0mm、幅W=10.0mm、厚さt=2.0mmの板状体を切り出し、試験片とした。この試験片についてレーザーフラッシュ法によって、27℃における厚み方向(成形時の加圧方向)の熱伝導率(W/mK)を測定した。
[Thermal conductivity]
From the composite material obtained in each example, a plate-like body having a length L = 10.0 mm, a width W = 10.0 mm, and a thickness t = 2.0 mm was cut out and used as a test piece. The thermal conductivity (W / mK) of this test piece in the thickness direction (pressurization direction at the time of molding) at 27 ° C. was measured by a laser flash method.

各例の評価結果を表1に示す。 The evaluation results of each example are shown in Table 1.

Figure 2021172564
Figure 2021172564

図1に示すように、SMCを用いて製造した実施例1のSiC−C/C複合材は、成形時の加圧方向に切断した断面において、金属Si及び炭化ケイ素のいずれか一方又は両方を含む筋状の含浸部分の筋の方向がランダムになっていた。
表1に示すように、SMCを用いて製造した実施例1のSiC−C/C複合材は、曲げ強度及び圧縮強度が十分に高いうえ、不織布を用いた比較例1のSiC−C/C複合材に比べ、厚み方向(成形時の加圧方向)の熱伝導性に優れていた。
As shown in FIG. 1, the SiC-C / C composite material of Example 1 produced by using SMC has either one or both of metallic Si and silicon carbide in a cross section cut in the pressurizing direction at the time of molding. The direction of the streaks in the impregnated part of the streaks including the streaks was random.
As shown in Table 1, the SiC-C / C composite material of Example 1 produced by using SMC has sufficiently high bending strength and compressive strength, and the SiC-C / C of Comparative Example 1 using a non-woven fabric is used. Compared to composite materials, it was superior in thermal conductivity in the thickness direction (pressurization direction during molding).

Claims (12)

炭素繊維及びマトリックス樹脂を含有するシートモールディングコンパウンドを用いて炭素繊維強化プラスチックを成形し、前記炭素繊維強化プラスチックを焼成して炭素繊維強化炭素複合材とし、前記炭素繊維強化炭素複合材に金属Siを溶融含浸する、炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材の製造方法。 A carbon fiber reinforced plastic is molded using a sheet molding compound containing carbon fiber and a matrix resin, and the carbon fiber reinforced plastic is fired to obtain a carbon fiber reinforced carbon composite material, and metallic Si is added to the carbon fiber reinforced carbon composite material. A method for producing a carbon fiber reinforced silicon carbide-based composite material that is melt-impregnated. 前記炭素繊維がピッチ系炭素繊維である、請求項1に記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材の製造方法。 The method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to claim 1, wherein the carbon fibers are pitch-based carbon fibers. 前記炭素繊維の繊維長が10mm以上60mm以下である、請求項1又は2に記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材の製造方法。 The method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to claim 1 or 2, wherein the carbon fiber has a fiber length of 10 mm or more and 60 mm or less. 前記マトリックス樹脂がフェノール樹脂である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材の製造方法。 The method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to any one of claims 1 to 3, wherein the matrix resin is a phenol resin. 前記シートモールディングコンパウンドのFAWが200g/m以上2000g/m以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材の製造方法。 The method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to any one of claims 1 to 4, wherein the FAW of the sheet molding compound is 200 g / m 2 or more and 2000 g / m 2 or less. 前記炭素繊維強化プラスチックの体積当たりの炭素繊維含有率が20体積%以上60体積%以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材の製造方法。 The method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to any one of claims 1 to 5, wherein the carbon fiber content per volume of the carbon fiber reinforced plastic is 20% by volume or more and 60% by volume or less. 前記シートモールディングコンパウンドを用いた成形をホットプレス法で行う、請求項1〜6のいずれか一項に記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材の製造方法。 The method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to any one of claims 1 to 6, wherein molding using the sheet molding compound is performed by a hot press method. 不活性ガス雰囲気中で前記炭素繊維強化プラスチックを焼成する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材の製造方法。 The method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to any one of claims 1 to 7, wherein the carbon fiber reinforced plastic is fired in an inert gas atmosphere. 前記金属Siの不純物含有量が1.5質量%以下である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材の製造方法。 The method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to any one of claims 1 to 8, wherein the impurity content of the metallic Si is 1.5% by mass or less. 真空条件下、1400℃以上2000℃以下で前記炭素繊維強化炭素複合材に金属Siを溶融含浸する、請求項1〜9のいずれか一項に記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材の製造方法。 The method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to any one of claims 1 to 9, wherein the carbon fiber-reinforced carbon composite material is melt-impregnated with metallic Si at 1400 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower under vacuum conditions. .. 成形時の加圧方向に切断した断面に金属Si及び炭化ケイ素のいずれか一方又は両方を含む筋状の含浸部分があり、前記筋状の含浸部分の筋の方向がランダムになっている、炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材。 Carbon having a streak-like impregnated portion containing either one or both of metallic Si and silicon carbide in a cross section cut in the pressurizing direction at the time of molding, and the streak direction of the streak-like impregnated portion is random. Fiber-reinforced silicon carbide-based composite material. 含有されている炭素繊維がピッチ系炭素繊維である、請求項11に記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材。 The carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to claim 11, wherein the contained carbon fiber is a pitch-based carbon fiber.
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