JP2023064741A - Method for producing carbon fiber-reinforced silicon carbide composite material, and carbon fiber reinforced silicon carbide composite material - Google Patents

Method for producing carbon fiber-reinforced silicon carbide composite material, and carbon fiber reinforced silicon carbide composite material Download PDF

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JP2023064741A JP2022170768A JP2022170768A JP2023064741A JP 2023064741 A JP2023064741 A JP 2023064741A JP 2022170768 A JP2022170768 A JP 2022170768A JP 2022170768 A JP2022170768 A JP 2022170768A JP 2023064741 A JP2023064741 A JP 2023064741A
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真行 原田
Masayuki Harada
裕輝 阪入
Hiroki Sakairi
伸彦 興津
Nobuhiko Okitsu
憲政 成瀬
Norimasa Naruse
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Abstract

To provide a method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide composite material, the method exhibiting excellent productivity, reducing a processing cost, and capable of producing the carbon fiber-reinforced silicon carbide composite material that has high impact strength, and to provide the carbon fiber-reinforced silicon carbide composite material.SOLUTION: A carbon fiber-reinforced silicon carbide composite material is produced by conducting the steps of: impregnating carbon fibers with a thermosetting resin to obtain a sheet-molding compound; aging the sheet-molding compound by exposing it to an atmosphere of at least 130°C or less and higher than the boiling point of a solvent component under atmospheric pressure if the thermosetting resin contains a solvent component, or to an atmosphere of 75°C or more to 130°C or less if the thermosetting resin does not contain a solvent component; forming the sheet-molding compound obtained after aging to obtain a carbon fiber-reinforced plastic; sintering the carbon fiber-reinforced plastic to obtain a carbon fiber-reinforced carbon composite material; and melt-impregnating the carbon fiber-reinforced carbon composite material with a metallic Si.SELECTED DRAWING: None

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。 TECHNICAL FIELD 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 materials (hereinafter also referred to as “C/C composite materials”) are excellent in heat resistance and thermal shock resistance, high strength and light weight, so they are used in aircraft and automobile brake discs, brake pads, etc. (for example, Patent Document 1). However, since the carbon material is generally oxidized at about 500° C., it cannot be used in the high-temperature atmosphere except for a very short period of 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 melted and impregnated with metal Si, and the carbon in the composite material is reacted with the metal Si to form silicon carbide. It is made into a carbon fiber reinforced silicon carbide 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, there is known a method of forming a laminate of sheets in which a non-woven fabric is impregnated with a matrix resin, and melting and impregnating the sheet with metallic Si after firing. For example, there is a method in which sheets obtained by entangling disentangled short carbon fibers are laminated, impregnated with resin or pitch, molded and then baked to melt and impregnate with metallic Si (Patent Document 2).

熱可塑性樹脂製のインサートを上下からシートモールディングコンパウンドで挟んだ状態で金型内に充填し、得られた成形体を焼成することでインサートを除去した後に金属Siを溶融含浸させる方法も知られている。(特許文献3)。 A method is also known in which a thermoplastic resin insert is sandwiched between sheet molding compounds from above and below and filled in a mold, and the resulting molded body is fired to remove the insert and melt and impregnate with metallic Si. there is (Patent document 3).

特開平7-33543号公報JP-A-7-33543 特開2007-39319号公報JP 2007-39319 A 米国特許第7163653号明細書U.S. Pat. No. 7,163,653

SiC-C/C複合材の製造技術において、生産性を高め、加工コストを削減しつつ、衝撃強度を高めることができれば、非常に有用である。
本発明は、生産性に優れ、加工コストを削減でき、衝撃強度が高い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。
In the manufacturing technology of SiC--C/C composite materials, it would be very useful if impact strength could be increased while increasing productivity and reducing processing costs.
The present invention provides a method for producing a SiC-C/C composite material that is excellent in productivity, can reduce processing costs, and can produce a SiC-C/C composite material with high impact strength, and a SiC-C/C composite material. intended to

本発明は、以下の態様を有する。
[1]炭素繊維に熱硬化性樹脂を含浸させてシートモールディングコンパウンドを得る工程と、
前記シートモールディングコンパウンドを、前記熱硬化性樹脂が溶媒成分を含有する場合は前記溶媒成分の大気圧下における沸点以上130℃以下、前記熱硬化性樹脂が溶媒成分を含有しない場合は75℃以上130℃以下の雰囲気下に暴露して熟成させる工程と、
熟成後のシートモールディングコンパウンドを成形して炭素繊維強化プラスチックを得る工程と、
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を得る工程と、
前記炭素繊維強化炭素複合材に金属Siを溶融含浸する工程とを含む、炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材の製造方法。
[2]前記炭素繊維がピッチ系炭素繊維である、[1]に記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材の製造方法。
[3]前記炭素繊維の繊維長が10mm以上60mm以下である、[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。
[4]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、[1]~[3]のいずれかに記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材の製造方法。
[5]前記熱硬化性樹脂がフェノール樹脂である、[1]~[4]のいずれかに記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材の製造方法。
[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30体積%以上60体積%以下である、[1]~[5]のいずれかに記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材の製造方法。
[7]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、[1]~[6]のいずれかに記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材の製造方法。
[8]前記ホットプレス法による成形の前記シートモールディングコンパウンドの温度が140℃以下の温度において、加圧状態から除圧して再度加圧する圧力操作を1回以上実施する、[7]に記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材の製造方法。
[9]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]~[8]のいずれかに記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材の製造方法。
[10]前記金属Siの不純物含有量が1.5質量%以下である、[1]~[9]のいずれかに記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材の製造方法。
[11]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、[1]~[10]のいずれかに記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材の製造方法。
[12]炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材であって、成形時の加圧方向に切断した断面に筋があり、前記断面に対して走査電子顕微鏡を用いて撮影した、2.4mm×2.4mmを視野範囲とし、成形時の加圧方向を垂直方向とした断面画像について、前記断面画像を大津の方法を用いて二値化処理することで前記筋の領域が白色である二値化画像が得られ、前記二値化画像を高速フーリエ変換処理して得られる、解像度が1024pixels×1024pixelsのパワースペクトル画像において、前記パワースペクトル画像の中心点から右を0°とし、半時計回りを正方向として0°から180°までを、頂角が10°、等辺が100pixelsの二等辺三角形を用いて、18分割した領域のそれぞれの平均輝度について、70°から110°の範囲における最大値をa、0°から20°および160°から180°の範囲における最大値をb、0°から180°の範囲における最小値をmとしたとき、下記式(1)で定義される方向性パラメータδの平均値が14.0以下である、炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材。
The present invention has the following aspects.
[1] A step of impregnating carbon fibers with a thermosetting resin to obtain a sheet molding compound;
When the thermosetting resin contains a solvent component, the sheet molding compound is heated to a boiling point of the solvent component under atmospheric pressure of 130°C or higher, and when the thermosetting resin does not contain a solvent component, the boiling point of the sheet molding compound is 75°C or higher and 130°C. A step of aging by exposure to an atmosphere of ℃ or less;
a step of molding the aged sheet molding compound to obtain a carbon fiber reinforced plastic;
a step of baking the carbon fiber reinforced plastic to obtain a carbon fiber reinforced carbon composite;
and a step of melt-impregnating the carbon fiber-reinforced carbon composite material with metal Si.
[2] The method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to [1], wherein the carbon fibers are pitch-based carbon fibers.
[3] The method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to [1] or [2], wherein the carbon fibers have a fiber length of 10 mm or more and 60 mm or less.
[4] The method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to any one of [1] to [3], wherein the FAW of the sheet molding compound is 200 g/m 2 or more and 2000 g/m 2 or less.
[5] The method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to any one of [1] to [4], wherein the thermosetting resin is a phenol resin.
[6] The carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to any one of [1] to [5], wherein the carbon fiber content per volume of the carbon fiber-reinforced plastic is 30% by volume or more and 60% by volume or less. Production method.
[7] The method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to any one of [1] to [6], wherein the molding using the sheet molding compound is performed by a hot press method.
[8] The carbon according to [7], wherein at a temperature of 140° C. or less of the sheet molding compound molded by the hot press method, a pressure operation of releasing pressure from a pressurized state and pressurizing again is performed one or more times. A method for producing a fiber-reinforced silicon carbide-based composite.
[9] The method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to any one of [1] to [8], wherein the carbon fiber-reinforced plastic is fired in an inert gas atmosphere.
[10] The method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to any one of [1] to [9], wherein the impurity content of the metal Si is 1.5% by mass or less.
[11] The carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to any one of [1] to [10], wherein the carbon fiber-reinforced carbon composite material is melt-impregnated with metal Si at 1400° C. or higher and 2000° C. or lower under vacuum conditions. manufacturing method.
[12] A carbon fiber reinforced silicon carbide composite material having streaks in a cross section cut in the direction of pressure during molding. A binarized image in which the streak region is white is obtained by binarizing the cross-sectional image using Otsu's method for a cross-sectional image in which the visual field range is 4 mm and the pressing direction during molding is the vertical direction. is obtained, and in a power spectrum image with a resolution of 1024 pixels × 1024 pixels obtained by fast Fourier transform processing the binarized image, the right from the center point of the power spectrum image is 0 °, and the counterclockwise direction is the positive direction 0 ° to 180 °, using an isosceles triangle with an apex angle of 10 ° and equilateral sides of 100 pixels, the average brightness of each of the 18 divided areas is the maximum value in the range of 70 ° to 110 °, The average of the directionality parameter δ defined by the following formula (1), where b is the maximum value in the range from 0° to 20° and 160° to 180°, and m is the minimum value in the range from 0° to 180°. A carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material having a value of 14.0 or less.

Figure 2023064741000001
Figure 2023064741000001

[13]前記二値化画像中に、短手方向が0.50mm以上である前記筋が存在する確率εが20%以下である、[12]に記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材。
[14]長手方向の長さが0.3mm以上、かつ、短手方向の長さが0.2mm以下の前記筋を有する、[12]又は[13]に記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材。
[15]前記二値化画像において白色となる面積の割合ζの平均値が55%以下である、[12]~[14]のいずれかに記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材。
[16]ピッチ系炭素繊維が含有されている、[12]~[15]のいずれかに記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材。
[17]前記筋にSi元素が含まれている、[12]~[16]のいずれかに記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材。
[18]含有されている炭素繊維の合計100質量%に対する、繊維長が10mm以上60mm以下の炭素短繊維の割合が50質量%以上である、[12]~[17]のいずれかに記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材。
[19]金属Siを溶融含浸する前の炭素繊維強化炭素複合材の気孔率が15体積%以上40体積%以下である、[12]~[18]のいずれかに記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材。
[13] The carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to [12], wherein the probability ε of the presence of the streak having a width of 0.50 mm or more in the binarized image is 20% or less.
[14] The carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite according to [12] or [13], which has the streaks with a longitudinal length of 0.3 mm or more and a transverse length of 0.2 mm or less. material.
[15] The carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to any one of [12] to [14], wherein the average value of the white area ratio ζ in the binarized image is 55% or less.
[16] The carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to any one of [12] to [15], which contains pitch-based carbon fibers.
[17] The carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to any one of [12] to [16], wherein the streaks contain Si element.
[18] According to any one of [12] to [17], the ratio of short carbon fibers having a fiber length of 10 mm or more and 60 mm or less is 50% by mass or more with respect to the total 100% by mass of the carbon fibers contained. Carbon fiber reinforced silicon carbide composite.
[19] The carbon fiber-reinforced silicon carbide according to any one of [12] to [18], wherein the carbon fiber-reinforced carbon composite material has a porosity of 15% by volume or more and 40% by volume or less before being melt-impregnated with metal Si. system composites.

本発明によれば、生産性に優れ、加工コストを削減でき、衝撃強度が高い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, which is excellent in productivity, can reduce processing costs, and can produce a SiC-C/C composite material with high impact strength, and a SiC-C/C composite material can provide

本発明における焼成工程でマイクロクラックが生じた炭素繊維束断面の一例を示した模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a cross section of a carbon fiber bundle in which microcracks are generated in the firing process of the present invention. 成形時の加圧によって炭素繊維束が扁平になった場合における、焼成工程でマイクロクラックが生じた炭素繊維束断面の一例を示した模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a cross section of a carbon fiber bundle in which microcracks are generated in a firing process when the carbon fiber bundle is flattened by pressure during molding. SiC-C/C複合材の成形時の加圧方向に切断した断面における、筋の長手方向の長さと短手方向の長さを説明する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating lengths in the longitudinal direction and the length in the lateral direction of the streaks in a cross section cut in the pressure direction during molding of the SiC—C/C composite material; パワースペクトル画像において、頂角が10°、等辺が100pixelsの二等辺三角形で分割した18個の領域を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing 18 regions divided by an isosceles triangle having an apex angle of 10° and an equilateral side of 100 pixels in a power spectrum image. 衝撃強度の測定に用いた衝撃試験片の寸法を示した模式図であって、図5(a)は側面から見た図であり、図5(b)はノッチを有する面とは反対側から見た図である。Fig. 5(a) is a schematic diagram showing the dimensions of an impact test piece used for measuring impact strength, Fig. 5(a) is a diagram viewed from the side, Fig. 5(b) is a diagram viewed from the side opposite to the notched surface It is a view. 実施例1で得られたSiC-C/C複合材の断面に対し、走査電子顕微鏡(SEM)を用いて反射電子像を撮影し、二値化処理した画像である。1 is a backscattered electron image of a cross section of the SiC--C/C composite material obtained in Example 1, taken with a scanning electron microscope (SEM), and binarized. 図7(a)は実施例1で得られたSiC-C/C複合材の断面外観で、図7(b)は比較例3で得られたSiC-C/C複合材の断面外観である。7(a) is a cross-sectional appearance of the SiC--C/C composite material obtained in Example 1, and FIG. 7(b) is a cross-sectional appearance of the SiC--C/C composite material obtained in Comparative Example 3. .

[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-based composite material]
A method for producing a carbon fiber reinforced silicon carbide composite (SiC--C/C composite) of the present invention will be described below. However, what will be described below is an example of embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to the following description at all as long as it does not exceed the gist of the present invention.

本発明のSiC-C/C複合材の製造方法は、下記のシートモールディングコンパウンド(以下、「SMC」ともいう。)作製工程、熟成工程、成形工程、焼成工程、及び溶融含浸工程を含む方法である。
SMC作製工程:炭素繊維にマトリックス樹脂を含浸させてシート状にしたSMCを作製する。
熟成工程:前記SMCを加熱雰囲気下で熟成させる。
成形工程:前記SMCを成形して炭素繊維強化プラスチック(以下、「CFRP」ともいう。)を得る。
焼成工程:前記CFRPを焼成して炭素繊維強化炭素複合材(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 the SiC-C/C composite material of the present invention is a method including the following sheet molding compound (hereinafter also referred to as "SMC") preparation step, aging step, molding step, firing step, and melt impregnation step. be.
SMC production step: SMC is produced by impregnating carbon fibers with a matrix resin and forming a sheet.
Aging step: The SMC is aged in a heated atmosphere.
Molding step: The SMC is molded to obtain a carbon fiber reinforced plastic (hereinafter also referred to as "CFRP").
Firing step: The CFRP is fired to form a carbon fiber reinforced carbon composite (C/C composite).
Melt-impregnation step: Melt-impregnate the C/C composite material with metal Si to obtain a SiC--C/C composite material.

(SMC作製工程)
炭素繊維に、マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂を含浸させ、シート状のSMCを得る。
(SMC manufacturing process)
Carbon fibers are impregnated with a thermosetting resin as a matrix resin to obtain a sheet-like SMC.

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及び金属Siとの反応性が低い点から、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. Of these, pitch-based carbon fibers are preferred because of their excellent thermal conductivity and low reactivity with metal 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炭素短繊維が好ましい。
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 raw material pitch to obtain pitch fibers, followed by infusibilization, carbonization, or further graphitization. Examples of the form of pitch-based carbon fibers include tows, strands, rovings, yarns, etc. composed of a plurality of single fibers, and short carbon fibers obtained by cutting these are preferred.
The number of filaments of the carbon fiber is preferably 1000 or more and 50000 or less, more preferably 6000 or more and 24000 or less.

炭素繊維の平均繊維長は、10mm以上が好ましく、12mm以上がより好ましい。炭素繊維の平均繊維長が前記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は、60mm以下が好ましく、40mm以下がより好ましい。炭素繊維の平均繊維長が前記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。炭素繊維の平均繊維長の下限と上限は任意に組み合わせることができ、例えば10mm以上60mm以下が好ましく、12mm以上40mm以下がより好ましい。
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 longer, more preferably 12 mm or longer. If the average fiber length of the carbon fibers is equal to or greater than the lower limit, excellent rigidity is likely to be obtained. The average fiber length of carbon fibers is preferably 60 mm or less, more preferably 40 mm or less. If the average fiber length of the carbon fibers is equal to or less than the upper limit, excellent fluidity can be easily obtained during molding. The lower limit and upper limit of the average fiber length of the carbon fibers can be arbitrarily combined, for example, 10 mm or more and 60 mm or less are preferable, and 12 mm or more and 40 mm or less are more preferable.
The average fiber length of carbon fibers is a value obtained by the following measuring method. The resin in the composite material is burned off and only the carbon fibers are taken out, and the fiber length of the carbon fibers is measured with a vernier caliper or the like. The measurement is performed 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以上が好ましく、250g/m以上がより好ましく、500g/m以上がさらに好ましい。SMCのFAWが前記下限値以上であれば、生産性が向上する。成形時のSMCのFAWは、2000g/m以下が好ましく、1500g/m以下がより好ましく、1000g/m以下がさらに好ましい。SMCのFAWが前記上限値以下であれば、樹脂の含浸性に優れる。成形時のSMCのFAWの下限と上限は任意に組み合わせることができ、例えば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。 The FAW (fiber mass per unit area) of SMC during molding is preferably 200 g/m 2 or more, more preferably 250 g/m 2 or more, and even more preferably 500 g/m 2 or more. If FAW of SMC is more than the said lower limit, productivity will improve. The FAW of SMC during molding is preferably 2000 g/m 2 or less, more preferably 1500 g/m 2 or less, and even more preferably 1000 g/m 2 or less. If the FAW of the SMC is equal to or less than the upper limit, the impregnating property of the resin is excellent. The lower and upper limits of FAW of SMC during molding can be arbitrarily combined, for example, 200 g/m 2 or more and 2000 g/m 2 or less are preferable, 250 g/m 2 or more and 1500 g/m 2 or less are more preferable, and 500 g/m 2 It is more preferable that it is more than or equal to 1000 g/m 2 or less.

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 resins, phenol resins, unsaturated polyester resins, urethane resins, urea resins, melamine resins, and imide resins. Among them, epoxy resins, phenolic resins, unsaturated polyester resins, and imide-based resins are preferable as thermosetting resins, since SiC--C/C composite materials having excellent mechanical strength can be easily obtained. Phenolic resin is more preferable because it has a high ratio of carbonization without being burned off 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 phenolic resins include resol-type phenolic resins and novolac-type phenolic resins. The resol-type phenolic resin is not particularly limited, and known resins obtained by reacting phenols and aldehydes using a basic catalyst can be used. The novolak-type phenolic resin is not particularly limited, and known resins obtained by reacting phenols and aldehydes using an acidic catalyst can be used.
The number average molecular weight of the resol type phenol resin is preferably 300-800. The number average molecular weight of the novolac type phenol resin is preferably 500-1500.

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。 Phenols are not particularly limited, and examples include phenol, cresol (o-cresol, m-cresol, p-cresol, etc.), xylenol (2,3-xylenol, 2,4-xylenol, 2,5-xylenol, 2,6-xylenol, 3,4-xylenol, 3,5-xylenol, etc.), ethylphenol (o-ethylphenol, m-ethylphenol, p-ethylphenol, etc.), butylphenol (isopropylphenol, butylphenol, p-tert -butylphenol, etc.), alkylphenols (p-tert-amylphenol, p-octylphenol, p-nonylphenol, p-cumylphenol, etc.), halogenated phenols (fluorophenol, chlorophenol, bromophenol, iodophenol, etc.), monovalent Phenol-substituted compounds (p-phenylphenol, aminophenol, nitrophenol, dinitrophenol, trinitrophenol, etc.), monovalent naphthols (1-naphthol, 2-naphthol, etc.), polyhydric phenols (resorcin, alkylresorcin , pyrogallol, catechol, alkylcatechol, hydroquinone, alkylhydroquinone, phloroglucine, bisphenol A, bisphenol F, bisphenol S, dihydroxynaphthalene, etc.).

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が挙げられる。 Aldehydes are not particularly limited, and examples include formaldehyde, paraformaldehyde, trioxane, acetaldehyde, propionaldehyde, polyoxymethylene, chloral, hexamethylenetetramine, furfural, glyoxal, n-butyraldehyde, caproaldehyde, allylaldehyde, 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 examples thereof include alkali metal hydroxides (sodium hydroxide, lithium hydroxide, potassium hydroxide, etc.), aqueous ammonia, tertiary amines (triethylamine, etc.), tetramethyl hydroxide. Ammonium, oxides and hydroxides of 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 (oxalic acid, etc.), organic sulfonic acids (paratoluenesulfonic acid, phenolsulfonic acid, etc.), mineral acids (hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, etc.), and the like. 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、熱硬化性樹脂に溶媒成分として水もしくは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。
Water or alcohols may be added as a solvent component to the thermosetting resin, since the viscosity is lowered and the carbon fibers are easily impregnated with the resin. Alcohols are not particularly limited, and examples thereof include methanol, ethanol, n-propyl alcohol and the like.
The ratio of the alcohol to 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 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 thickeners include calcium hydroxide and magnesium oxide. Examples of curing agents include hexamethylenetetramine and the like. Examples of internal release agents include stearic acid and zinc stearate. Examples of flame retardants include aluminum hydroxide, antimony trioxide, and antimony pentoxide. Examples of coupling agents include silane coupling agents, titanate coupling agents, aluminate coupling agents, zirconate coupling agents, 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 inorganic fillers include calcium carbonate, aluminum hydroxide, barium sulfate, clay, talc, silica, glass beads, alumina, mica, graphite, and carbon black. Examples of organic fillers include styrene resins and imide resins.

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ることでSMCを得る。 The method for producing SMC is not particularly limited. For example, using a known SMC manufacturing apparatus, the matrix resin paste is applied to each of the carrier films (polyethylene film, polypropylene film, etc.) arranged above and below so that the thickness is about 0.3 to 2.0 mm. do. A predetermined amount of carbon fiber cut to a predetermined length is dispersed on the paste applied on the lower carrier film, and the carbon dispersed in the paste (resin composition) applied on the upper and lower carrier films sandwich the fibers. Then, the whole of them is passed between impregnation rolls to impregnate the carbon fibers with the matrix resin to obtain the SMC.

(熟成工程)
熟成構成では、SMCを特定条件の加熱雰囲気下で熟成させる。SMCを加熱雰囲気下で熟成させることにより、後の成形工程においてSMCを所望の形状へ賦形するために必要となるSMCの適度な流動性が発現する。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。
(Aging process)
In the aging configuration, the SMC is aged in a heated atmosphere under specific conditions. By aging the SMC in a heated atmosphere, the SMC develops appropriate fluidity necessary for shaping the SMC into a desired shape in the subsequent molding process. In addition, "shaping" means imparting a desired shape by deformation without cutting a material such as SMC.

本発明におけるSMCの熟成の第一の目的は、SMCを加熱雰囲気下に暴露させることでマトリックス樹脂に含有させる溶媒成分を揮発させることである。熟成工程において前記溶媒成分を揮発させておくことで、後の成形工程での揮発量が少なくなり、成形体(CFRP)の気孔や割れを抑制できる。
本発明におけるSMCの熟成の第二の目的は、マトリックス樹脂の重合反応を硬化が完了しない程度に進行させることである。一般的に、未硬化の樹脂は、常温から硬化温度に至る間に粘度が低下する。その際の樹脂粘度は、重合反応が進行していないほど低く、逆に、重合反応が進行しているほど高くなる。樹脂粘度が低すぎると、成形工程における加圧時にSMCに含浸されているマトリックス樹脂が絞り出されるように流出し、成形体の気孔や割れの原因となることがある。逆に、樹脂粘度が高すぎると、成形工程で加圧してもSMCが流動せずに、所望の形状へ賦形することが不可能となる。
The primary purpose of aging the SMC in the present invention is to volatilize the solvent component contained in the matrix resin by exposing the SMC to a heated atmosphere. By volatilizing the solvent component in the aging process, the amount of volatilization in the subsequent molding process is reduced, and the formation of pores and cracks in the molded body (CFRP) can be suppressed.
A second purpose of aging the SMC in the present invention is to allow the polymerization reaction of the matrix resin to proceed to such an extent that curing is not completed. In general, the viscosity of uncured resin decreases from room temperature to curing temperature. At that time, the resin viscosity becomes lower as the polymerization reaction does not progress, and conversely becomes higher as the polymerization reaction progresses. If the resin viscosity is too low, the matrix resin impregnated in the SMC will be squeezed out during pressurization in the molding process, which may cause pores and cracks in the molded body. Conversely, if the resin viscosity is too high, the SMC will not flow even when pressurized in the molding process, making it impossible to shape it into a desired shape.

SMCのマトリックス樹脂が溶媒成分を含有する場合、前記の第一の目的と第二の目的の両方を同時に達成するように加熱雰囲気の温度を設定する。具体的には、加熱雰囲気の温度は、溶媒成分の大気圧下における沸点以上とし、沸点+5℃以上が好ましい。例えば、マトリックス樹脂に溶媒成分として水が含有されている場合、加熱雰囲気の温度は、100℃以上とし、105℃以上とすることが好ましい。加熱雰囲気の温度が前記下限値以上であれば、溶媒成分を揮発させやすく、マトリックス樹脂の重合反応を適度に進行させやすい。また、加熱雰囲気の温度は、130℃以下とし、120℃以下とすることが好ましい。加熱雰囲気の温度が前記上限値以下であれば、マトリックス樹脂の重合反応が過度に進行することを抑制できる。加熱雰囲気の温度の下限と上限は任意に組み合わせることができ、マトリックス樹脂が溶媒成分を含有する場合、溶媒成分の大気圧下における沸点以上、130℃以下であり、沸点+5℃以上、120℃以下が好ましい。
マトリックス樹脂が溶媒成分を含有しない場合は、溶媒成分を揮発させる第一の目的を考慮する必要がないため、マトリックス樹脂の重合反応を適度に進行させるという第二の目的のみを考慮すればよい。したがって、加熱雰囲気の温度は、75℃以上130℃以下とし、100℃以上120℃以下とすることが好ましい。
When the SMC matrix resin contains a solvent component, the temperature of the heating atmosphere is set so as to simultaneously achieve both the first and second purposes. Specifically, the temperature of the heating atmosphere should be equal to or higher than the boiling point of the solvent component under atmospheric pressure, and preferably equal to or higher than the boiling point +5°C. For example, when the matrix resin contains water as a solvent component, the temperature of the heating atmosphere is 100° C. or higher, preferably 105° C. or higher. When the temperature of the heating atmosphere is equal to or higher than the lower limit, the solvent component is easily volatilized, and the polymerization reaction of the matrix resin is easily allowed to proceed appropriately. Also, the temperature of the heating atmosphere is 130° C. or lower, preferably 120° C. or lower. When the temperature of the heating atmosphere is equal to or lower than the upper limit, excessive progress of the polymerization reaction of the matrix resin can be suppressed. The lower and upper limits of the temperature of the heating atmosphere can be combined arbitrarily. When the matrix resin contains a solvent component, the boiling point of the solvent component under atmospheric pressure is 130°C or higher, and the boiling point is +5°C or higher and 120°C or lower. is preferred.
When the matrix resin does not contain a solvent component, it is not necessary to consider the first purpose of volatilizing the solvent component, so only the second purpose of moderately progressing the polymerization reaction of the matrix resin can be considered. Therefore, the temperature of the heating atmosphere is preferably 75° C. or higher and 130° C. or lower, and preferably 100° C. or higher and 120° C. or lower.

SMCの熟成は、大気圧下、加圧下、もしくは、減圧下のいずれの雰囲気圧力で行ってもよい。加熱雰囲気を構成する気体は特に限定されず、例えば、空気や、窒素などの不活性ガスを例示できる。熟成時間は、マトリックス樹脂の種類、溶媒成分の種類、マトリックス樹脂に含まれる溶媒成分の割合、および、SMCのRAW(単位面積当たりの樹脂質量)などの条件を考慮して任意の熟成時間を設定する。前記条件については一概には記載できないが、熟成前後でのSMC重量の測定や熟成後SMCのゲルタイム測定などの既知の方法によって、適切な乾燥状態に至っているか判断することができる。 Aging of SMC may be performed under atmospheric pressure, under increased pressure, or under reduced pressure. The gas that constitutes the heating atmosphere is not particularly limited, and examples thereof include air and inert gases such as nitrogen. The aging time is set arbitrarily considering conditions such as the type of matrix resin, the type of solvent component, the ratio of the solvent component contained in the matrix resin, and the RAW (resin mass per unit area) of SMC. do. Although the above conditions cannot be described unconditionally, it is possible to determine whether an appropriate dry state has been achieved by known methods such as measuring the weight of SMC before and after aging and measuring the gel time of SMC after aging.

(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。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)
CFRP shaped into a desired shape is obtained by molding using SMC. The shape and dimensions of CFRP may be appropriately set according to the application.

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 SMC is preferably carried out by a hot press method from the viewpoint of thermally curing the SMC in a state in which the SMC is distributed inside the mold by applying pressure to the SMC. For example, SMC is filled into a mold and pressure-molded to obtain CFRP.
The molding temperature is preferably 130° C. or higher and 300° C. or lower, 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、30体積%以上が好ましく、35体積%以上がより好ましい。Vfが前記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。CFRPのVfは、60体積%以下が好ましく、50体積%以下がより好ましい。CFRPのVfの下限と上限は任意に組み合わせることができ、例えば30体積%以上60体積%以下が好ましく、35体積%以上50体積%以下がより好ましい。
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 30% by volume or more, more preferably 35% by volume or more. When Vf is equal to or higher than the lower limit, a reinforcing effect is likely to be obtained, and a SiC--C/C composite material having high mechanical strength is likely to be obtained. The Vf of CFRP is preferably 60% by volume or less, more preferably 50% by volume or less. The lower limit and upper limit of Vf of CFRP can be arbitrarily combined, for example, 30% by volume or more and 60% by volume or less, and more preferably 35% by volume or more and 50% by volume or less.
Vf can be adjusted by pressure during molding. For example, molding at high pressure tends to increase Vf. Conversely, molding at a low pressure tends to reduce Vf.

SMCを用いたホットプレス法で行う成形においては、SMCの温度が上昇していく際、SMCの温度が140℃以下の温度において、加圧状態から除圧し、再度加圧する圧力操作を1回以上実施してもよい。本発明では、熟成工程によってSMCに成形に適した流動性を発現させるが、前記圧力操作によってもSMCの流動性を高めることが可能であり、SMCの流動不足による成形不良を抑制しやすくなる。
さらに、マトリックス樹脂としてフェノール樹脂を用いる場合、その重合反応は縮合重合であり、水分子を生成するため、水分子を金型外へ排出する目的としても前記圧力操作が有効となる。前記圧力操作により、水分子を金型外へ排出することで成形体への空隙や割れの発生を抑制できる。
SMCの流動性を高める効果と水分子を金型外へ排出する効果は、SMCの温度が40℃以上かつ140℃以下において発揮されやすい。40℃以上であれば、樹脂粘度が高くなりすぎず、SMCが流動可能な状態となるため、前記圧力操作の効果が期待できる。140℃以下であれば、重合反応が完了していない段階で前記圧力操作を行うことになるため、前記圧力操作の効果が期待できる。
In the molding performed by the hot press method using SMC, when the temperature of the SMC rises, the pressure is released from the pressurized state and pressurized again at a temperature of 140 ° C. or less, and the pressure operation is performed one or more times. may be implemented. In the present invention, the SMC is made to exhibit fluidity suitable for molding by the aging process, but the fluidity of the SMC can also be increased by the pressure operation, and molding defects due to insufficient SMC fluidity can be easily suppressed.
Furthermore, when a phenolic resin is used as the matrix resin, the polymerization reaction is condensation polymerization, and water molecules are generated. Therefore, the pressure operation is also effective for the purpose of discharging the water molecules out of the mold. The pressure operation discharges water molecules out of the mold, thereby suppressing the generation of voids and cracks in the compact.
The effect of increasing the fluidity of SMC and the effect of discharging water molecules out of the mold are likely to be exhibited when the temperature of SMC is 40° C. or higher and 140° C. or lower. If the temperature is 40° C. or higher, the viscosity of the resin does not become too high, and the SMC becomes in a fluid state, so the effect of the pressure operation can be expected. If the temperature is 140° C. or lower, the pressure operation is performed before the polymerization reaction is completed, so the effect of the pressure operation can be expected.

(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 process is sintered to carbonize the matrix resin and, if necessary, the pitch contained therein to form a C/C composite material.
Firing is preferably performed in an inert gas atmosphere. The inert gas is not particularly limited, and can be exemplified by nitrogen gas, for example.

焼成温度は、700℃以上が好ましい。焼成温度が前記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できる。焼成温度は、2500℃以下が好ましく、1600℃以下がより好ましい。焼成温度が前記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。焼成温度の下限と上限は任意に組み合わせることができ、例えば700℃以上2500℃以下が好ましく、700℃以上1600℃以下がより好ましい。 The firing temperature is preferably 700° C. or higher. If the firing temperature is equal to or higher than the lower limit, carbonization of the matrix resin and pitch can be sufficiently advanced. The firing temperature is preferably 2500° C. or lower, more preferably 1600° C. or lower. When the firing temperature is equal to or lower than the upper limit, the progress of the graphitization reaction of the carbon fibers is small, and it becomes easy to control the physical properties of the obtained composite material. The lower limit and upper limit of the firing temperature can be arbitrarily combined, and for example, 700° C. or higher and 2500° C. or lower are preferable, and 700° C. or higher and 1600° C. or lower are more preferable.

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 method of densification, for example, the C / C composite material after firing is impregnated with a thermosetting resin such as phenol resin, or a thermoplastic resin such as tar or pitch, and is heated to carbonize. Alternatively, a CVD method in which carbon is obtained by thermally decomposing a hydrocarbon gas such as methane or propane. The C/C composite material after sintering may be impregnated with pitch in a plurality of steps for carbonization.

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。前記軟化点の下限と上限は任意に組み合わせることができ、例えば70℃以上150℃以下が好ましく、80℃以上90℃以下がより好ましい。 The softening point of the pitch used for densification of 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. The lower limit and upper limit of the softening point can be arbitrarily combined, for example, 70° C. or higher and 150° C. or lower are preferable, and 80° C. or higher and 90° C. or lower are more preferable.

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質量%以上が好ましく、13質量%以上がより好ましい。ピッチのトルエン不溶分は、30質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましい。ピッチのトルエン不溶分の下限と上限は任意に組み合わせることができ、例えば10質量%以上30質量%以下が好ましく、13質量%以上20質量%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。
C/C複合材の緻密化に用いるピッチは、固定炭素を40質量%以上、好ましくは50質量%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% by mass or more, more preferably 13% by mass or more. The toluene-insoluble content of the pitch is preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less. The lower limit and upper limit of the toluene-insoluble content of the pitch can be arbitrarily combined, and for example, 10% by mass or more and 30% by mass or less are preferable, and 13% by mass or more and 20% by mass or less are more preferable.
The pitch used to densify the C/C composites is preferably substantially free of quinoline insolubles.
The pitch used for densifying the C/C composite preferably contains 40% by mass or more, preferably 50% by mass or more of fixed carbon. The pitches used for densifying the C/C composite material are not limited to those mentioned 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できる。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。C/C複合材の嵩密度の下限と上限は任意に組み合わせることができ、例えば1.2g/cm以上1.7g/cm以下が好ましく、1.3g/cm以上1.6g/cm以下がより好ましい。 The bulk density of the C/C composite material is preferably 1.2 g/cm 3 or more, more preferably 1.3 g/cm 3 or more. If the bulk density of the C / C composite material is at least the lower limit value, the carbon matrix that reacts with the metal Si is sufficient, and the presence of silicon carbide generated by the reaction is sufficient for the SiC-C / C composite material. A reinforcing effect can be expressed. The bulk density of the C/C composite material is preferably 1.7 g/cm 3 or less, more preferably 1.6 g/cm 3 or less. If the bulk density of the C/C composite material is equal to or less than the upper limit, metal Si is easily impregnated during melt impregnation with metal Si. Therefore, it is easy to suppress the occurrence of voids, cracks, and the like due to regions not impregnated with metal Si. The lower limit and upper limit of the bulk density of the C/C composite material can be combined arbitrarily, for example, preferably 1.2 g/cm 3 or more and 1.7 g/cm 3 or less, 1.3 g/cm 3 or more and 1.6 g/cm 3 or less is more preferable.

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. If the Vf of the C/C composite material is equal to or higher than the lower limit, the strength of the SiC--C/C composite material is improved. If the Vf of the C/C composite material is equal to or less than the upper limit, the carbon matrix easily reacts with metal Si, and silicon carbide is easily generated.

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。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複合材の気孔率の下限と上限は任意に組み合わせることができ、例えば15体積%以上40体積%以下が好ましく、20体積%以上35体積%以下がより好ましい。 The porosity of the C/C composite material is preferably 15% by volume or more, more preferably 20% by volume or more. If the porosity of the C/C composite material is equal to or higher than the lower limit, the impregnation of metal Si becomes sufficient, and silicon carbide is easily generated sufficiently. The porosity of the C/C composite material is preferably 40% by volume or less, more preferably 35% by volume or less. If the porosity of the C/C composite material is equal to or less than the upper limit, the carbon matrix becomes sufficient, and the carbon matrix easily reacts with metal Si. The lower limit and upper limit of the porosity of the C/C composite material can be arbitrarily combined, for example, 15% by volume or more and 40% by volume or less are preferable, and 20% by volume or more and 35% by volume or less are more preferable.

C/C複合材の気孔率は、Vf、C/C複合材に含まれる樹脂由来の炭素の体積分率(Vm)、及び、緻密化に用いたピッチ等由来の炭素の体積分率(Vc)を用いて、100-Vf-Vm-Vcで求められる。Vm(%)については、CFRPを焼成してC/C複合材とする際の重量減少が樹脂の炭化による重量減少に由来することから、樹脂の残炭率(樹脂炭化物重量を炭化前の樹脂重量で除した値)、重量減少量、C/C複合材の体積、及び、樹脂由来の炭素の比重を用いることでVmを算出できる。C/C複合材のVf(%)は焼成工程で得られるC/C複合材の重量、体積、炭素繊維の比重、樹脂由来の炭素の比重、及び、Vmを用いて算出することができる。Vc(%)は、緻密化によるC/C複合材の重量増加量、体積、緻密化で追加される炭化物の比重を用いて算出することができる。 The porosity of the C/C composite material is determined by Vf, the volume fraction (Vm) of carbon derived from the resin contained in the C/C composite material, and the volume fraction (Vc ) to obtain 100-Vf-Vm-Vc. Regarding Vm (%), since the weight loss when CFRP is sintered to form a C/C composite material is derived from the weight loss due to carbonization of the resin, the residual carbon ratio of the resin (the weight of the resin carbonized resin before carbonization Vm can be calculated by using the value divided by the weight), the amount of weight loss, the volume of the C/C composite material, and the specific gravity of the resin-derived carbon. Vf (%) of the C/C composite material can be calculated using the weight and volume of the C/C composite material obtained in the firing process, the specific gravity of the carbon fiber, the specific gravity of the resin-derived carbon, and Vm. Vc (%) can be calculated using the weight increase and volume of the C/C composite material due to densification, and the specific gravity of the carbide added during densification.

(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 step)
The C/C composite material is melt-impregnated with metal Si, and the carbon in the C/C composite material is reacted with the metal Si to form silicon carbide to form 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 metal Si at a temperature of 1400 ° C. or more and 2000 ° C. or less under vacuum conditions, the metal Si is melted and impregnated into the open pores of the C / C composite material. is reacted with the carbon of the C/C composite material to form 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しやすい。 The impurity content of metal 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. If the content of impurities in metal Si is equal to or less than the above upper limit, it is easy to suppress the impediment of impregnation and the occurrence of cracks in the composite material caused by impurities in melt impregnation of metal 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。 As described above, in the method for producing a SiC--C/C composite material of the present invention, CFRP molded using SMC is employed as an intermediate. SMC has excellent fluidity in the mold and is easy to mold into the desired shape, so there is no need to drill holes in the C/C composite material after firing, and compared to the conventional method using non-woven fabric etc. It excels in productivity and enables significant cost reduction.

本発明のSiC-C/C複合材が、他のSiC-C/C複合材と比較して、衝撃強度が高くなる理由は以下のふたつの理由が考えられる。
第一に、本発明の熟成条件を採用することで、成形体(CFRP)中の気孔や割れを抑制できる。成形体中の気孔や割れは、焼成工程および溶融含浸工程を経て、金属Siが含浸された状態、もしくは、気孔や割れの状態のままでSiC-C/C複合材中に存在することとなる。いずれの状態においても、衝撃強度を含めた機械強度の低下をもたらすため、本発明の熟成条件によって気孔や割れが抑制されることで機械強度が増大すると推測できる。
第二に、本発明の熟成条件を採用しない場合と比較して、樹脂の重合反応が適度に進行して樹脂粘度が高い。そのため、成形時には、SMCに含まれる炭素繊維束は流動しながらも、他のSiC-C/C複合材と比較して、その扁平化や分散化が抑制される。その結果、SiC-C/C複合材としたときに、炭素繊維束が衝撃破壊でのクラックの伸展を妨げる役割を果たし、衝撃強度が高くなると推測できる。
The SiC--C/C composite material of the present invention has higher impact strength than other SiC--C/C composite materials for the following two reasons.
First, by adopting the aging conditions of the present invention, pores and cracks in the compact (CFRP) can be suppressed. Pores and cracks in the molded body are present in the SiC-C/C composite material in the state of being impregnated with metal Si or in the state of pores and cracks through the firing process and the melt impregnation process. . Since the mechanical strength including the impact strength is lowered in any state, it is presumed that the aging conditions of the present invention suppress the formation of pores and cracks, thereby increasing the mechanical strength.
Secondly, compared with the case where the aging conditions of the present invention are not adopted, the polymerization reaction of the resin proceeds moderately and the resin viscosity is high. Therefore, during molding, while the carbon fiber bundles contained in the SMC flow, their flattening and dispersion are suppressed compared to other SiC--C/C composite materials. As a result, when the SiC--C/C composite material is produced, it can be assumed that the carbon fiber bundles play a role in preventing the extension of cracks in impact fracture, and the impact strength increases.

[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、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。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、筋、すなわち筋状の含浸部分(マトリックス)を有する。筋状の含浸部分は、金属Si及び炭化ケイ素のいずれか一方又は両方を含む。
筋には、Si元素が含まれていることが好ましい。筋にSi元素が存在することは、エネルギー分散型X線分光法(EDX)で分析することによって確認できる。
[Carbon fiber reinforced silicon carbide composite]
The SiC--C/C composite material of the present invention can be produced by the method for producing the SiC--C/C composite material of the present invention. The SiC--C/C composite material of the present invention has streaks, that is, streak-like impregnated portions (matrix) in a cross section cut in the pressurizing direction during molding. The streak-like impregnated portion contains either one or both of metallic Si and silicon carbide.
The streak preferably contains Si element. The presence of Si element in the muscle can be confirmed by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) analysis.

本発明では、熟成工程を経ることによってSMCの成形時における炭素繊維束の扁平化や分散化が抑制されるため、図1に示すように、焼成工程で生じる、炭素繊維束1を構成する単繊維2間のマイクロクラック3が成形時の加圧方向に長くなる。このマイクロクラック3に金属Siが含浸されることで、成形時の加圧方向に配向した筋状の含浸部分が生じる。同時に、繊維束間にも金属Siが含浸され、成形時の加圧方向に対して直交する方向に配向する筋状の含浸部分が生じる。そのため、本発明のSiC-C/C複合材では、成形時の加圧方向に切断した断面において、筋状の含浸部分が三次元的にランダムに配向している。 In the present invention, since flattening and dispersion of the carbon fiber bundles during molding of the SMC are suppressed by undergoing the aging process, as shown in FIG. Microcracks 3 between fibers 2 are lengthened in the pressurizing direction during molding. When the microcracks 3 are impregnated with metal Si, streaky impregnated portions oriented in the pressurizing direction during molding are generated. At the same time, metallic Si is also impregnated between the fiber bundles, resulting in streaky impregnated portions oriented in a direction perpendicular to the pressurizing direction during molding. Therefore, in the SiC--C/C composite material of the present invention, the streak-like impregnated portions are three-dimensionally randomly oriented in a cross section taken in the pressurizing direction during molding.

一方、炭素繊維束が成形時の加圧により扁平になった場合には、図2に示すように、焼成工程で生じる、炭素繊維束4を構成する単繊維5間のマイクロクラック6は成形時の加圧方向に対して短くなる。このマイクロクラック6に金属Siが含浸されて生じる加圧方向の筋状の含浸部分は短くなる。そのため、相対的に、成形時の圧力を加える方向に対して直交する方向に配向する筋状の含浸部分が目立つこととなり、それら含浸部分が三次元的にランダムに配向している断面外観とならない。特に炭素短繊維に樹脂を含浸させた成形原料に圧力を加えて成形する場合、ほとんどの炭素短繊維は圧力を加える方向に直交する方向で成形体中に存在するため、含浸部分も成形時の圧力を加える方向に対して直交する方向に配向しやすくなる。 On the other hand, when the carbon fiber bundle is flattened by pressure during molding, as shown in FIG. becomes shorter in the pressurizing direction. The streaky impregnated portion in the direction of pressure, which is produced by impregnating the microcracks 6 with metal Si, is shortened. Therefore, streak-like impregnated portions oriented in a direction orthogonal to the direction in which pressure is applied during molding are relatively conspicuous, and the cross-sectional appearance in which these impregnated portions are randomly oriented in three dimensions is not obtained. . In particular, when molding by applying pressure to a molding raw material in which short carbon fibers are impregnated with resin, most of the short carbon fibers are present in the molded body in a direction orthogonal to the direction of pressure application, so the impregnated part is also affected during molding. It becomes easier to orient in a direction perpendicular to the direction in which pressure is applied.

本発明のSiC-C/C複合材を成形時の加圧方向に切断した断面に対して、走査電子顕微鏡(SEM)を用い、2.4mm×2.4mmを視野範囲とし、成形時の加圧方向を垂直方向として撮影する。得られた前記断面画像を、大津の方法を用いて二値化処理することで前記筋の領域が白色である二値化画像を得る。さらに、前記二値化画像を高速フーリエ変換処理して、解像度が1024pixels×1024pixelsのパワースペクトル画像を得る。前記パワースペクトル画像の中心点から右を0°とし、半時計回りを正方向として0°から180°までを、頂角が10°、等辺が100pixelsの二等辺三角形を用いて18分割する。その18分割した領域のそれぞれの平均輝度について、70°から110°の範囲における最大値をa、0°から20°および160°から180°の範囲における最大値をb、0°から180°の範囲における最小値をmとする。このとき、本発明のSiC-C/C複合材では、下記式(1)で定義される方向性パラメータδの平均値が14.0以下となる。 A scanning electron microscope (SEM) is used for a cross section of the SiC-C/C composite material of the present invention cut in the direction of pressure during molding, with a viewing range of 2.4 mm × 2.4 mm. Take a picture with the pressure direction as the vertical direction. The obtained cross-sectional image is binarized using Otsu's method to obtain a binarized image in which the muscle region is white. Further, the binarized image is subjected to fast Fourier transform processing to obtain a power spectrum image with a resolution of 1024 pixels×1024 pixels. From the center point of the power spectrum image, the right side is 0°, and 0° to 180° with the counterclockwise direction as the positive direction is divided into 18 using isosceles triangles with a vertical angle of 10° and equilateral sides of 100 pixels. For the average luminance of each of the 18 divided regions, the maximum value in the range of 70 ° to 110 ° is a, the maximum value in the range of 0 ° to 20 ° and 160 ° to 180 ° is b, 0 ° to 180 ° Let m be the minimum value in the range. At this time, in the SiC-C/C composite material of the present invention, the average value of the directional parameter δ defined by the following formula (1) is 14.0 or less.

Figure 2023064741000002
Figure 2023064741000002

SEMを用いた観察方法および画像処理方法について、より詳細に説明する。
SEMを用いた観察およびその画像処理には、SiC-C/C複合材から無作為に、観察可能な面積が50mm以上の観察サンプルを3個以上準備し、視野が重ならないように、各サンプルから6視野以上、かつ、合計20視野以上撮影した画像を使用する。
The observation method and image processing method using the SEM will be described in more detail.
For observation using the SEM and its image processing, three or more observation samples having an observable area of 50 mm 2 or more were prepared at random from the SiC-C/C composite material, and the fields of view were not overlapped. Use images taken from 6 or more fields of view from the sample, and 20 or more fields of view in total.

まず、機械加工により、成形時の加圧方向に切断した断面を露出させた観察サンプルを得る。前記観察サンプルに対し、SEMを用いて、成形時の加圧方向が垂直方向であり、かつ、視野範囲が2.4mm×2.4mmである反射電子像を撮影する。得られた反射電子像に対し、画像処理ソフトとして例えばImageJ(Fiji)を用いて、濃淡画像を二値化する閾値を自動的に求める方法として一般的に用いられる大津の方法によって、筋状の含浸部分(筋)が白色、それ以外の領域が黒色となる二値化画像を得る。これらの操作によって、筋状の含浸部分を、それ以外の部分と明確に区別できる。そして、前記二値化画像から、画像処理ソフトを用いて白色となる面積の割合ζを求めることができる。
20視野以上の反射電子像についてそれぞれ分析し、それらの割合ζの平均値を求める。
割合ζは、金属Si及び炭化ケイ素のいずれか一方又は両方が存在する面積割合を間接的に示している。割合ζの平均値が55%以下であれば、SiC-C/C複合材中に存在する金属Si又は炭化ケイ素の量が少ないことで、衝撃強度が向上する。
First, by machining, an observation sample is obtained by exposing a cross section cut in the pressurizing direction during molding. Using an SEM, a backscattered electron image is taken of the observation sample in which the pressurizing direction during molding is the vertical direction and the viewing range is 2.4 mm×2.4 mm. For the obtained backscattered electron image, for example, ImageJ (Fiji) is used as image processing software, and streaks are obtained by the method of Otsu, which is generally used as a method of automatically obtaining a threshold value for binarizing a grayscale image. A binary image is obtained in which the impregnated portion (streak) is white and the other region is black. By these operations, the streaky impregnated portion can be clearly distinguished from other portions. Then, from the binarized image, using image processing software, it is possible to obtain the ratio ζ of the white area.
Backscattered electron images of 20 or more fields of view are analyzed, and the average value of their ratios ζ is obtained.
The ratio ζ indirectly indicates the area ratio in which either one or both of metal Si and silicon carbide are present. If the average value of the ratio ζ is 55% or less, the impact strength is improved due to the small amount of metallic Si or silicon carbide present in the SiC—C/C composite material.

なお、大津の二値化方法は、濃淡画像の輝度値ヒストグラムが画像の対象物と背景のそれぞれに対応した二つの山を作ると仮定し、画像の対象物と背景の集まり(クラス)の分離度が一番高くなる閾値を計算するものである。各輝度値を閾値としたときの各クラス内の分散とクラス間の分散を計算し、クラス内での分散とクラス間の分散の比が最小となる輝度値を閾値とする。 In addition, Otsu's binarization method assumes that the luminance value histogram of a grayscale image forms two mountains corresponding to the object of the image and the background, respectively, and separates the group (class) of the object and the background of the image. It calculates the threshold at which the degree is the highest. The variance within each class and the variance between classes are calculated using each brightness value as a threshold, and the brightness value that minimizes the ratio between the variance within the class and the variance between classes is used as the threshold.

図3に示すように、二値化画像に存在する白色領域内において、最も長くなる線分7の長さを「筋の長手方向の長さ」とする。また、白色領域内で前記線分に直交する最も長い線分8の長さを「筋の短手方向の長さ」とする。なお、筋が分岐している部分に描かれる線分9は、短手方向の長さとしてみなさない。20視野以上の反射電子像についてそれぞれ分析し、短手方向が0.50mm以上である筋が存在する確率εを求める。
短手方向が0.50mm以上である筋は、成形体中に存在していた気孔や割れに由来する。短手方向が0.50mm以上である筋は、炭素繊維による補強効果が得られず、SiC-C/C複合材の強度低下の原因になる。そのため、確率εが20%以下のSiC-C/C複合材は高強度である。
As shown in FIG. 3, the length of the longest line segment 7 in the white region in the binarized image is defined as the "longitudinal length of the muscle". In addition, the length of the longest line segment 8 perpendicular to the line segment in the white area is defined as "the length of the muscle in the lateral direction". Note that the line segment 9 drawn at the part where the streak branches is not regarded as the length in the lateral direction. Backscattered electron images of 20 or more fields of view are analyzed, and the probability ε of the presence of a streak having a width of 0.50 mm or more in the lateral direction is obtained.
The streaks having a width of 0.50 mm or more originate from pores and cracks existing in the compact. Streaks with a length of 0.50 mm or more in the transverse direction cannot obtain the reinforcing effect of the carbon fibers, and cause a reduction in the strength of the SiC--C/C composite material. Therefore, SiC--C/C composite materials with a probability ε of 20% or less have high strength.

本発明のSiC-C/C複合材の成形時の加圧方向に切断した断面には、長手方向の長さが0.3mm以上、かつ、短手方向の長さが0.2mm以下の筋があることが好ましく、長手方向の長さが1.0mm以下の筋とすることができる。また、短手方向の長さが0.01mm以上の筋とすることができる。長手方向の筋の長さは、炭素繊維の平均繊維長の200分の1以上10分の1以下とすることができる。 In a cross section cut in the pressurizing direction during molding of the SiC-C/C composite material of the present invention, the length in the longitudinal direction is 0.3 mm or more and the length in the lateral direction is 0.2 mm or less. It is preferable that there is a streak with a length of 1.0 mm or less in the longitudinal direction. Also, the length in the lateral direction can be 0.01 mm or more. The length of the stripes in the longitudinal direction can be 1/200 or more and 1/10 or less of the average fiber length of the carbon fibers.

次に、方向性パラメータδについてより詳細に説明する。
二値化画像に対し、画像処理ソフトを用いて、高速フーリエ変換処理を実施し、パワースペクトル画像を得る。なお、前記二値化画像の解像度は1024pixels×1024pixelsとし、パワースペクトル画像の解像度も1024pixels×1024pixelsとする。そして、図4に示すように、パワースペクトル画像の中心点から右方向を0°とし、半時計回りを正方向として0°から180°までを、頂角が10°、等辺が100pixelsの二等辺三角形を用いて、18個の領域に分割する。これら18個の領域のそれぞれの平均輝度を得た後、70°から110°の範囲における平均輝度の最大値をaとする。また、0°から20°の範囲と160°から180°の範囲における平均輝度の最大値をbとする。また、0°から180°の範囲における平均輝度の最小値をmとする。そして、a、b、およびmを用いて式(1)から方向性パラメータδを算出する。20視野以上の二値化画像に対して画像処理を行い、方向性パラメータδをそれぞれ算出し、その平均値を求める。
方向性パラメータδは、筋状の含浸部分が成形時の加圧方向に対して直交する方向に配向している度合いを示している。方向性パラメータδが大きいほど、筋状の含浸部分が成形時の加圧方向に対して直交する方向に配向している割合が大きくなる。方向性パラメータδが14.0以下のSiC-C/C複合材は、炭素繊維束の扁平化や分散化に由来する筋状の含浸部分の割合が小さく、衝撃強度が高い。
Next, the directivity parameter δ will be described in more detail.
Fast Fourier transform processing is performed on the binarized image using image processing software to obtain a power spectrum image. The resolution of the binarized image is 1024 pixels×1024 pixels, and the resolution of the power spectrum image is also 1024 pixels×1024 pixels. Then, as shown in FIG. 4, the right direction from the center point of the power spectrum image is 0°, the positive direction is counterclockwise, and the apex angle is 10° and the equilateral side is 100 pixels from 0° to 180°. Divide into 18 regions using triangles. After obtaining the average brightness of each of these 18 regions, let a be the maximum value of the average brightness in the range from 70° to 110°. Let b be the maximum value of the average luminance in the range from 0° to 20° and in the range from 160° to 180°. Let m be the minimum value of the average luminance in the range from 0° to 180°. Then, the directional parameter δ is calculated from the equation (1) using a, b, and m. Image processing is performed on the binarized images of 20 or more fields of view, the directional parameter δ is calculated for each, and the average value is obtained.
The directional parameter δ indicates the degree to which the streaky impregnated portions are oriented in a direction perpendicular to the pressurizing direction during molding. The greater the directivity parameter δ, the greater the ratio of the streaky impregnated portions oriented in the direction perpendicular to the pressurizing direction during molding. A SiC-C/C composite material having a directivity parameter δ of 14.0 or less has a small ratio of streaky impregnated portions resulting from flattening and dispersion of carbon fiber bundles, and has high impact strength.

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。
また、SiC-C/C複合材に含有されている炭素繊維の合計100質量%に対する、繊維長が10mm以上60mm以下の炭素短繊維の割合は、50質量%以上が好ましく、70質量%以上がより好ましく、80質量%以上がさらに好ましい。炭素短繊維の割合が前記下限値以上であれば、炭素繊維による補強効果が得られやすい。前記炭素短繊維の割合の上限は、特に限定されず、例えば100質量%とすることができる。
The carbon fibers contained in the SiC-C/C composite material are preferably pitch-based carbon fibers from the viewpoint of excellent thermal conductivity.
In addition, the ratio of short carbon fibers having a fiber length of 10 mm or more and 60 mm or less with respect to the total 100% by mass of carbon fibers contained in the SiC-C/C composite material is preferably 50% by mass or more, and 70% by mass or more. More preferably, 80% by mass or more is even more preferable. If the ratio of short carbon fibers is equal to or higher than the lower limit, the reinforcing effect of the carbon fibers is likely to be obtained. The upper limit of the proportion of short carbon fibers is not particularly limited, and can be set to 100% by mass, for example.

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。 Applications of the SiC-C/C composite material of the present invention are not particularly limited, and for example, it can be used as a sliding material. The SiC-C/C composite material of the present invention has excellent thermal conductivity, including in the thickness direction (pressing direction during molding), so it is particularly used for wheels of two-wheeled, four-wheeled vehicles, aircraft, etc. Brake discs and brakes 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。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to Examples, but the present invention is not limited by the following description.

[割合ζ]
機械加工により、各例のSiC-C/C複合材から、成形時の加圧方向に切断した断面を露出させた観察サンプルを得た。前記観察サンプルに対し、SEMを用いて、成形時の加圧方向が垂直方向であり、かつ、視野範囲が2.4mm×2.4mmである反射電子像を撮影した。得られた反射電子像に対し、画像処理ソフトとしてImageJ(Fiji)を用い、大津の方法によって筋状の含浸部分(筋)が白色、それ以外の領域が黒色となるように処理し、二値化画像を得た。そして、画像処理ソフトを用いて白色となる面積の割合ζを求めた。20視野以上の反射電子像についてそれぞれ分析を行い、それら割合ζの平均値を求めた。
[Ratio ζ]
Observation samples were obtained from the SiC--C/C composite material of each example by machining, in which a cross section cut in the pressure direction during molding was exposed. Using an SEM, a backscattered electron image was taken of the observed sample in which the pressure direction during molding was the vertical direction and the viewing range was 2.4 mm×2.4 mm. Using ImageJ (Fiji) as image processing software, the obtained backscattered electron image was processed according to Otsu's method so that the streak-like impregnated portion (streak) was white and the other region was black. obtained a modified image. Then, the ratio ζ of the white area was obtained using image processing software. Backscattered electron images of 20 or more fields of view were analyzed, and the average value of these ratios ζ was obtained.

[確率ε]
割合ζの測定において得た二値化画像を用い、白色領域内における最も長くなる線分の長さを「筋の長手方向の長さ」、白色領域内で前記線分に直交する最も長い線分の長さを「筋の短手方向の長さ」としてそれぞれ求めた。20視野以上の反射電子像についてそれぞれ分析を行い、短手方向が0.50mm以上である筋が存在する確率εを求めた。
[Probability ε]
Using the binarized image obtained in the measurement of the ratio ζ, the length of the longest line segment in the white region is the “longitudinal length of the muscle”, and the longest line perpendicular to the line segment in the white region The length of each minute was obtained as the "length in the short direction of the muscle". Backscattered electron images of 20 or more fields of view were analyzed, and the probability ε of the presence of a streak having a length of 0.50 mm or more in the lateral direction was obtained.

[方向性パラメータδ]
割合ζの測定において得た二値化画像に対し、画像処理ソフトを用いて、高速フーリエ変換処理を実施し、パワースペクトル画像を得た。ただし、処理対象の二値化画像の解像度は1024pixels×1024pixelsとし、パワースペクトル画像の解像度も1024pixels×1024pixelsとした。そして、パワースペクトル画像の中心点から右方向を0°とし、半時計回りを正方向として0°から180°までを、頂角が10°、等辺が100pixelsの二等辺三角形を用いて、18個の領域に分割した。これら18個の領域のそれぞれの平均輝度を得た後、70°から110°の範囲における平均輝度の最大値をa、0°から20°の範囲と160°から180°の範囲における平均輝度の最大値をb、0°から180°の範囲における平均輝度の最小値をmとして、前記式(1)から方向性パラメータδを算出した。20視野以上の二値化画像に対して画像処理を行い、それぞれ算出した方向性パラメータδの平均値を求めた。
[Directivity parameter δ]
The binarized image obtained in the measurement of the ratio ζ was subjected to fast Fourier transform processing using image processing software to obtain a power spectrum image. However, the resolution of the binarized image to be processed was 1024 pixels×1024 pixels, and the resolution of the power spectrum image was also 1024 pixels×1024 pixels. Then, the right direction from the center point of the power spectrum image is 0 °, the counterclockwise direction is 0 ° to 180 °, using an isosceles triangle with an apex angle of 10 ° and equilateral sides of 100 pixels, 18 divided into areas of After obtaining the average brightness of each of these 18 regions, the maximum value of the average brightness in the range of 70° to 110° is a, the average brightness in the range of 0° to 20° and the range of 160° to 180°. The directionality parameter δ was calculated from the above equation (1), where b is the maximum value and m is the minimum value of the average luminance in the range from 0° to 180°. Image processing was performed on the binarized images of 20 or more fields of view, and the average value of the directionality parameter δ calculated for each was obtained.

[衝撃強度]
各例で得たSiC-C/C複合材を用いて、図5(a)及び図5(b)に示す、長さL=50mm、幅10mm、厚さ10mmで、深さ2mmのノッチを有する直方体の衝撃試験片を作製した。衝撃試験片においては、ノッチの深さ方向、すなわちノッチを有する面からその反対側の面に向かう方向(厚さ方向)が、成形時の加圧方向と平行になるようにした。
各例について、6個以上の衝撃試験片を用い、JIS7110アイゾット衝撃強さの試験方法に従って測定を実施した。試験片を破断するのに要したエネルギーを試験片のノッチ部の断面積で除した値を衝撃強度とし、その平均強度をSiC-C/C複合材の衝撃強度とした。打撃は、試験片のノッチを有する面に対し、成形時の加圧方向と平行な方向となるように実施した。
[Impact strength]
Using the SiC-C/C composite material obtained in each example, a notch with a length L of 50 mm, a width of 10 mm, a thickness of 10 mm, and a depth of 2 mm, shown in FIGS. A rectangular parallelepiped impact test piece was prepared. In the impact test piece, the depth direction of the notch, that is, the direction from the surface having the notch to the opposite surface (thickness direction) was parallel to the pressurizing direction during molding.
For each example, 6 or more impact test pieces were used, and measurements were carried out according to JIS7110 Izod impact strength test method. The value obtained by dividing the energy required to break the test piece by the cross-sectional area of the notch portion of the test piece was defined as the impact strength, and the average strength was defined as the impact strength of the SiC--C/C composite material. The impact was applied to the notched surface of the test piece in a direction parallel to the pressing direction during molding.

[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)に、マトリックス樹脂として、水を14質量%含有するフェノール樹脂を含浸させ、FAWが600g/mのSMCを作製した(SMC作製工程)。
次いで、SMCを115℃の空気雰囲気下において80分間熟成させた(熟成工程)。
熟成後のSMCを金型内に充填した後、最高到達温度180℃で加圧成形し、体積当りの炭素繊維の体積含有率Vfが43体積%の板状のCFRPを得た(成形工程)。このとき、40℃から130℃に達するまでは、55秒間加圧してから5秒間除圧し、再度加圧する操作を繰り返し、圧力は40℃のときに30kgf/cm、130℃のとき80kgf/cmとなるように漸増させた。
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(焼成工程)。
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(溶融含浸工程)。
溶融含浸工程前のC/C複合材の気孔率は33体積%であった。得られたSiC-C/C複合材の確率εと、割合ζの平均値はそれぞれ13%と41%であった。
[Example 1]
Pitch-based carbon fibers (filament diameter: 10 μm, number of filaments: 12,000, average fiber length: 25.4 mm) are impregnated with a phenol resin containing 14% by mass of water as a matrix resin, and the FAW is 600 g / m 2 . SMC was produced (SMC production process).
The SMC was then aged for 80 minutes in an air atmosphere at 115° C. (aging step).
After the aged SMC was filled in a mold, it was pressure-molded at a maximum temperature of 180° C. to obtain a plate-shaped CFRP having a carbon fiber volume content Vf of 43% by volume (molding step). . At this time, until the temperature reaches 130°C from 40°C, pressure is applied for 55 seconds, pressure is released for 5 seconds, and pressure is applied again . It was gradually increased to 2 .
The resulting CFRP was sintered at 750° C. for 5 hours in a nitrogen atmosphere to obtain a C/C composite material (sintering step).
The resulting C/C composite material and metal Si were held at 1600° C. under vacuum conditions, and the C/C composite material was melt impregnated with metal Si to obtain a SiC—C/C composite material (melt impregnation process).
The porosity of the C/C composite before the melt impregnation step was 33% by volume. The mean values of probability ε and proportion ζ of the obtained SiC-C/C composites were 13% and 41%, respectively.

[実施例2]
CFRPを焼成して得たC/C複合材に対し、金属Siを溶融含浸する前に、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1回行った。それ以外は実施例1と同様にしてSiC-C/C複合材を得た。
溶融含浸工程前のC/C複合材の気孔率は26体積%であった。得られたSiC-C/C複合材の確率εと、割合ζの平均値はそれぞれ9%と19%であった。
[Example 2]
An impregnation carbonization process in which pitch was impregnated and sintered at 750° C. for 5 hours was performed once before the C/C composite material obtained by sintering CFRP was melt-impregnated with metallic Si. A SiC--C/C composite material was obtained in the same manner as in Example 1 except for the above.
The porosity of the C/C composite before the melt impregnation step was 26% by volume. The mean values of the probability ε and fraction ζ of the obtained SiC-C/C composites were 9% and 19%, respectively.

[実施例3]
CFRPを焼成して得たC/C複合材に対し、金属Siを溶融含浸する前に、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。それ以外は実施例1と同様にしてSiC-C/C複合材を得た。
溶融含浸工程前のC/C複合材の気孔率は22体積%であった。得られたSiC-C/C複合材の確率εと、割合ζの平均値はそれぞれ10%と17%であった。
[Example 3]
The C/C composite material obtained by sintering CFRP was impregnated with pitch and sintered at 750° C. for 5 hours. A SiC--C/C composite material was obtained in the same manner as in Example 1 except for the above.
The porosity of the C/C composite before the melt impregnation step was 22% by volume. The mean values of probability ε and proportion ζ of the obtained SiC-C/C composites were 10% and 17%, respectively.

[実施例4]
炭素繊維の平均繊維長を38.1mmとし、それ以外は実施例1と同様にしてSiC-C/C複合材を得た。
溶融含浸工程前のC/C複合材の気孔率は34体積%であった。得られたSiC-C/C複合材の確率εと、割合ζの平均値はそれぞれ13%と38%であった。
[Example 4]
A SiC--C/C composite material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the carbon fibers had an average fiber length of 38.1 mm.
The porosity of the C/C composite before the melt impregnation step was 34% by volume. The mean values of probability ε and proportion ζ of the obtained SiC-C/C composites were 13% and 38%, respectively.

[実施例5]
炭素繊維の平均繊維長を12.7mmとし、それ以外は実施例1と同様にしてSiC-C/C複合材を得た。
溶融含浸工程前のC/C複合材の気孔率は33体積%であった。得られたSiC-C/C複合材の確率εと、割合ζの平均値はそれぞれ8%と39%であった。
[Example 5]
A SiC--C/C composite material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the carbon fibers had an average fiber length of 12.7 mm.
The porosity of the C/C composite before the melt impregnation step was 33% by volume. The mean values of the probability ε and fraction ζ of the obtained SiC-C/C composites were 8% and 39%, respectively.

[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。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。
溶融含浸工程前のC/C複合材の気孔率は42体積%であった。得られたSiC-C/C複合材の確率εと、割合ζの平均値はそれぞれ0%と69%であった。
[Comparative Example 1]
A sheet having an FAW of 170 g/m 2 containing a phenolic resin as a matrix resin is laminated on a nonwoven fabric in a mold, and pressure-molded at 250 ° C. to obtain a carbon fiber volume content Vf of 50% by volume. A plate-like CFRP was obtained. The resulting CFRP was sintered at 750° C. for 5 hours in a nitrogen atmosphere. The resulting C/C composite material and metal Si were held at 1600° C. under vacuum conditions, and the C/C composite material was melt-impregnated with metal Si to obtain a SiC—C/C composite material.
The porosity of the C/C composite before the melt impregnation step was 42% by volume. The mean values of probability ε and proportion ζ of the obtained SiC-C/C composites were 0% and 69%, respectively.

[比較例2]
CFRPを焼成して得たC/C複合材に対し、金属Siを溶融含浸する前に、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。それ以外は比較例1と同様にしてSiC-C/C複合材を得た。
溶融含浸工程前のC/C複合材の気孔率は21体積%であった。得られたSiC-C/C複合材の確率εと、割合ζの平均値はそれぞれ0%と25%であった。
[Comparative Example 2]
The C/C composite material obtained by sintering CFRP was impregnated with pitch and sintered at 750° C. for 5 hours. A SiC--C/C composite material was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except for the above.
The porosity of the C/C composite before the melt impregnation step was 21% by volume. The mean values of probability ε and proportion ζ of the obtained SiC-C/C composites were 0% and 25%, respectively.

各例の評価結果を表1に示す。
また、実施例1で得られたSiC-C/C複合材について、SEMを用い、成形時の加圧方向に切断した断面の反射電子像を撮影し、二値化処理した画像を図6に示す。
Table 1 shows the evaluation results of each example.
Further, for the SiC-C/C composite material obtained in Example 1, a backscattered electron image of a cross section cut in the pressure direction during molding was taken using an SEM, and the binarized image is shown in FIG. show.

[比較例3]
実施例1と同様にしてSMCを作製した後、熟成工程ではSMCを90℃の空気雰囲気下で80分間熟成させた。成形工程以降は実施例1と同様にしてSiC-C/C複合材を得た。
溶融含浸工程前のC/C複合材の気孔率は41体積%であった。得られたSiC-C/C複合材の確率εと、割合ζの平均値はそれぞれ28%と46%であった。
図7に実施例1で得られたSiC-C/C複合材の断面外観(a)及び比較例3で得られたSiC-C/C複合材の断面外観(b)を示す。実施例1と比較して、比較例3では金属Siが不均一に含浸されており、気孔の存在も確認された。
[Comparative Example 3]
After SMC was produced in the same manner as in Example 1, the SMC was aged in an air atmosphere at 90° C. for 80 minutes in the aging step. A SiC--C/C composite material was obtained in the same manner as in Example 1 after the molding step.
The porosity of the C/C composite before the melt impregnation step was 41% by volume. The mean values of probability ε and proportion ζ of the obtained SiC-C/C composites were 28% and 46%, respectively.
7 shows the cross-sectional appearance (a) of the SiC--C/C composite material obtained in Example 1 and the cross-sectional appearance (b) of the SiC--C/C composite material obtained in Comparative Example 3. FIG. Compared with Example 1, Comparative Example 3 was unevenly impregnated with metal Si, and the presence of pores was also confirmed.

Figure 2023064741000003
Figure 2023064741000003

表1に示すように、SMCを用い、特定の熟成工程を実施して製造した実施例1~5のSiC-C/C複合材は、不織布を用いた比較例1、2のSiC-C/C複合材に比べ、また、特定の熟成工程を経ない比較例3のSiC-C/C複合材に比べ、衝撃強度が高かった。 As shown in Table 1, the SiC-C/C composite materials of Examples 1 to 5 manufactured by performing a specific aging process using SMC are the SiC-C/C composite materials of Comparative Examples 1 and 2 using nonwoven fabrics. Compared to the C composite material, and compared to the SiC--C/C composite material of Comparative Example 3 which did not undergo a specific aging process, the impact strength was higher.

Claims (19)

炭素繊維に熱硬化性樹脂を含浸させてシートモールディングコンパウンドを得る工程と、
前記シートモールディングコンパウンドを、前記熱硬化性樹脂が溶媒成分を含有する場合は前記溶媒成分の大気圧下における沸点以上130℃以下、前記熱硬化性樹脂が溶媒成分を含有しない場合は75℃以上130℃以下の雰囲気下に暴露して熟成させる工程と、
熟成後のシートモールディングコンパウンドを成形して炭素繊維強化プラスチックを得る工程と、
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を得る工程と、
前記炭素繊維強化炭素複合材に金属Siを溶融含浸する工程とを含む、炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材の製造方法。
impregnating carbon fibers with a thermosetting resin to obtain a sheet molding compound;
When the thermosetting resin contains a solvent component, the sheet molding compound is heated to a boiling point of the solvent component under atmospheric pressure of 130°C or higher, and when the thermosetting resin does not contain a solvent component, the boiling point of the sheet molding compound is 75°C or higher and 130°C. A step of aging by exposure to an atmosphere of ℃ or less;
a step of molding the aged sheet molding compound to obtain a carbon fiber reinforced plastic;
a step of baking the carbon fiber reinforced plastic to obtain a carbon fiber reinforced carbon composite;
and a step of melt-impregnating the carbon fiber-reinforced carbon composite material with metal Si.
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。 2. The method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite according to claim 1, wherein said 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。 3. The method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to claim 1, wherein the carbon fibers have a fiber length of 10 mm or more and 60 mm or less. 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 composite material according to claim 1 or 2, wherein the sheet molding compound has a FAW of 200 g/m 2 or more and 2000 g/m 2 or less. 前記熱硬化性樹脂がフェノール樹脂である、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。 3. The method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to claim 1, wherein said thermosetting resin is a phenolic resin. 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30体積%以上60体積%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。 3. The method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide composite material according to claim 1, wherein the carbon fiber content per volume of said carbon fiber reinforced plastic is 30% 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。 3. The method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to claim 1, wherein the molding using the sheet molding compound is performed by a hot press method. 前記ホットプレス法による成形の前記シートモールディングコンパウンドの温度が140℃以下の温度において、加圧状態から除圧して再度加圧する圧力操作を1回以上実施する、請求項7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 carbon fiber reinforced carbonization according to claim 7, wherein at a temperature of 140 ° C. or less of the sheet molding compound molded by the hot press method, a pressure operation of releasing pressure from a pressurized state and pressurizing again is performed one or more times. A method for manufacturing a silicon-based composite material. 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。 3. The method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to claim 1, 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。 3. The method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to claim 1, wherein the impurity content of said metal 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 composite material according to claim 1 or 2, wherein the carbon fiber reinforced carbon composite material is melt-impregnated with metal Si at 1400°C or higher and 2000°C or lower under vacuum conditions. 炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材であって、成形時の加圧方向に切断した断面に筋があり、前記断面に対して走査電子顕微鏡を用いて撮影した、2.4mm×2.4mmを視野範囲とし、かつ、成形時の加圧方向を垂直方向とした断面画像について、前記断面画像を大津の方法を用いて二値化処理することで前記筋の領域が白色である二値化画像が得られ、前記二値化画像を高速フーリエ変換処理して得られる、解像度が1024pixels×1024pixelsのパワースペクトル画像において、前記パワースペクトル画像の中心点から右を0°とし、半時計回りを正方向として0°から180°までを、頂角が10°、等辺が100pixelsの二等辺三角形を用いて、18分割した領域のそれぞれの平均輝度について、70°から110°の範囲における最大値をa、0°から20°および160°から180°の範囲における最大値をb、0°から180°の範囲における最小値をmとしたとき、下記式(1)で定義される方向性パラメータδの平均値が14.0以下である、炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材。
Figure 2023064741000004
A carbon fiber reinforced silicon carbide composite material having streaks in a cross section cut in the direction of pressure during molding, and a field of view of 2.4 mm × 2.4 mm taken with a scanning electron microscope for the cross section. A binarized image in which the muscle region is white is obtained by binarizing the cross-sectional image using Otsu's method for a cross-sectional image in which the pressure direction during molding is the vertical direction. In a power spectrum image with a resolution of 1024 pixels × 1024 pixels obtained by fast Fourier transforming the binarized image, the right from the center point of the power spectrum image is 0 °, and the counterclockwise direction is the positive direction. 0° to 180° is divided into 18 regions using an isosceles triangle with an apex angle of 10° and an equilateral side of 100 pixels. The average value of the directional parameter δ defined by the following formula (1), where b is the maximum value in the range from 20 ° and 160 ° to 180 ° and m is the minimum value in the range from 0 ° to 180 ° is 14.0 or less, a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material.
Figure 2023064741000004
前記二値化画像中に、短手方向が0.50mm以上である前記筋が存在する確率εが20%以下である、請求項12に記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材。 13. The carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to claim 12, wherein the probability ε of existence of said streak having a width of 0.50 mm or more in said binarized image is 20% or less. 長手方向の長さが0.3mm以上、かつ、短手方向の長さが0.2mm以下の前記筋を有する、請求項12又は13に記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材。 14. The carbon fiber reinforced silicon carbide-based composite material according to claim 12 or 13, having said streaks having a length in the longitudinal direction of 0.3 mm or more and a length in the transverse direction of 0.2 mm or less. 前記二値化画像において白色となる面積の割合ζの平均値が55%以下である、請求項12又は13に記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材。 14. The carbon fiber reinforced silicon carbide-based composite material according to claim 12 or 13, wherein the average value of the ratio ζ of the area that is white in the binarized image is 55% or less. ピッチ系炭素繊維が含有されている、請求項12又は13に記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材。 14. The carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to claim 12 or 13, which contains pitch-based carbon fibers. 前記筋にSi元素が含まれている、請求項12又は13に記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材。 14. The carbon fiber reinforced silicon carbide-based composite material according to claim 12 or 13, wherein said streaks contain Si element. 含有されている炭素繊維の合計100質量%に対する、繊維長が10mm以上60mm以下の炭素短繊維の割合が50質量%以上である、請求項12又は13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 12 or 13, wherein the proportion of short carbon fibers having a fiber length of 10 mm or more and 60 mm or less is 50% by mass or more with respect to the total 100% by mass of the carbon fibers contained. . 金属Siを溶融含浸する前の炭素繊維強化炭素複合材の気孔率が15体積%以上40体積%以下である、請求項12又は13に記載の炭素繊維強化炭化ケイ素系複合材。 14. The carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material according to claim 12 or 13, wherein the carbon fiber-reinforced carbon composite material has a porosity of 15% by volume or more and 40% by volume or less before being melt-impregnated with metal Si.
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