JPH01239060A - 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分′！ｆ］ この発明は、炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法に関
する。

［従来の技術］ 従来、高密度の炭Ｘ繊維強化複合材料を製造する方法と
して、炭素マトリ−２クス原料として樹脂やピッチを使
用し、これを炭素繊維（強化材）と配合し、成型および
焼結炭化処理する方法が知られている。高密度化を達成
するために、焼結体にさらに樹脂またはピッチを含浸さ
せ、炭化させる工程を繰返す（含浸法）。

また、炭素繊維の成型体に、気相において熱分解炭素を
沈着させ、高密度炭素複合材料を製造する方法も知られ
ている（ＣＶＤ法）。

しかし、含浸法では、含浸−炭化工程を繰返す必要があ
り、生産性が低い、また、ＣＶＤ法では、熱分解炭素の
沈着に長時間を要し、同様に生産性が低く、高価である
。

そのような従来の欠点を解決するために、様々な提案が
なされている０例えば、特開昭６２−５６３６６号公報
では、炭化収率の高いマトリックス原料を使用し、含浸
−炭化工程数を減少させるようにしている。また、特開
昭６０−２００８６７号公報や同６２−１４８３６６号
公報には、炭化収率の高いバルクメソフェーズと炭素も
しくは黒鉛粉末との混合物をマトリックス原料として使
用し、加熱下に加圧成型する方法が開示されている。さ
らに、自己焼結性コークスをマトリックス原料として使
用する方法が特開昭６０−５４９７４号公報および同６
１−２１９７３号公報に開示されている。

しかしながら、特開昭６２−５６３６６号公報に記載の
方法でも、含浸−炭化工程を完全に省くことはできない
。特開昭６０−２００８６７号公報や同６２−１４８３
６６号公報に記載の方法では、炭化時にマトリックス原
料は液相となるため、マトリックスの流失が生じたり、
また発生するガスにより製品が多孔質となり、充分な強
度を有する炭素製品は得られない、さらに、特開昭６０
−５４９７４号公報および同６１−２１９７３号公報に
記載の方法でも、加熱成型時に高温を要し、使用する装
置が高価なものとなる。

［発明が解決しようとする課題］ したがって、この発明は、上記従来技術の欠点を解決し
、含浸−炭化工程をおこなうことなく、炭素繊維強化炭
素複合材料を比較的容易に製造することができる方法を
提供することを課題とする。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために、この発明は、炭素マトリッ
クス原料に炭素系繊維状強化材を配合し、成型した後、
この成型体を焼成してマトリックス原料を炭化させるこ
とによって炭素繊維強化炭素複合材料を製造するに当り
、微細な光学的異方性構造がランダムに配こしたピッチ
微小球体を不融化したものを炭素マトリックス原料とし
て用いることを特徴とする。原料に金属粉末または無機
粉末を配合することができる。これによって、炭素材料
の耐酸化性や摩擦摩耗特性を向上させることができる。

さて、この発明においては、先に記載したように、炭素
マトリックス原料として、微細な光学的異方性構造がラ
ンダムに配置したピッチ微小球体（Ｒ，ＯＭ　Ｓ　）を
不融化したものを使用する。

ＲＯＭ５は、光学的組織がモザイク状であり、これを酸
化することにより、不融化ＲＯＭ５を得ることができる
。不融化ＲＯＭ５はそれ自体既知のものである。特に好
ましくは、不融化ＲＯＭ５は、その炭化収率が８００℃
で８５重量％以上、２６００℃で８０重量％以上のもの
である。

上記不融化ＲＯＭ５と配合する強化材は、炭素系のもの
であり、炭素繊維（短繊維、長繊維、あるいは連続糸）
、その切断物や成型物（不織布、織布を含む）などを用
いることができる。また、黒鉛系、炭素繊維前駆体を用
いてもよい。

先に説明したように、原料に金属粉末または無機粉末あ
るいはそれらの混合物を添加することもできる。これら
添加材を配合することにより、炭素だけでは得られない
優れた耐酸化性、耐摩擦摩耗特性を炭素複合材料に付与
することができる。

金属粉末としては鉄、銅等があり、また無機粉末として
は、二酸化ケイ素、三酸化ホウ素、アルミナ、炭化ケイ
素、硫酸バリウム、タルク、二硫化モリブデン等がある
。

各成分の配合割合に特に制限はないが、通常、強化材お
よび添加材は、それぞれ、不融化ＲＯＭ５１００体積部
に対して４ないし２００体積部、および４ないし２００
体積部の割合で用いる。

さて、こうして各成分を配合した後、これを例えば室温
でモールドに仕込み、加圧成型する。

この発明では、マトリックス原料として不融化ＲＯＭ５
を用いているので、成型は比較的低温でおこなうことが
できる。一般に、成型は３００ないし８００℃、好まし
くは４００ないし５００”０の温度でおこなうことがで
きる。成型時の圧力は、０．２〜３００ｋｇｆ／ｃｍ”
ｆｆｉある。特に高密度炭素材料を意図する場合、圧力
は５０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ”であることが好ましく、
また断熱材等比較的多孔質の材料を意図する場合、圧力
は１〜５ｋｇｆ／ｃｍ”であることが好ましい。いうま
でもなく、この成型の際、不融化ＲＯＭ５は、溶融、流
失することはない。

次に、こうして得た成型体を常法により焼成してマトリ
ックス原料を炭化する。焼成は、５００ないし１ｏｏｏ
℃の温度でおこなうことができる。この焼成に占り、成
型体をモールド内で加圧したままモールドごと焼成する
ことが好都合である。この焼成に際しても、不融化ＲＯ
Ｍ５は溶融、流失することがない。

以上説明したこの発明の方法によると、マトリックス原
料として不融化ＲＯＭ５を用いているので、炭化収率が
高く、成型および焼成に際して溶融せず゛、ガス発生も
ない。また、比較的低温で簡便に成型をおこなうことが
できるので、高価な、ｉＱ備を必要としない。また、金
属粉末、無機粉末添加材を配合することにより炭素のみ
では達成できない耐酸化性、耐摩擦摩耗性の向上が図れ
る。

この発明により製造された炭素！ａｍ強化炭素複合材料
は、航空機、自動車または各種機械等のブレーキ材料、
原子炉、核融合炉、宇宙航空または高温炉等の高断熱材
料・高温構造材料、あるいは各種産業分野における低熱
膨張軽量構造材料・耐食性材料として用いて好適である
。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を記載する。

実施例　ｌ 下記表１に示す炭化収率を有する不融化ＲＯＭ５をマト
リックス原料として用いた。なお、表１には、バルクメ
ソフェーズおよび２種のフェノール樹脂（ＡおよびＢ）
の炭化収率も併記しである。

表　　１ 上記不融化ＲＯＭ５５０重量部、炭素繊維２５重量部、
鉄粉末２０重量部およびタルク７重量部を混合し、モー
ルド内に入れ、４５０℃、５０ｋｇｆ／ｃｍ２で加圧成
型し、冷却後、成型体を取り出した。この成型体を炭化
炉に入れ、１０００℃で焼成して炭素繊維強化炭素複合
材料を得た。

この炭素複合材料の鋳鉄（Ｆｅ１２）に対する摩擦係数
弘の温度依存性を測定した。温度は、鋳鉄の摩擦面より
３ｍｍ下に埋め込んだ熱電対により測定したものである
。結果を第１図に曲線ａとして示す。

比較例　１ 炭素繊維３０重量部、バインダ−ピッチ４５改賃部およ
びコークス粉末３０重量部を混合し、モールドに入れ、
９０ｋｇｆ／ｃｍ”の圧力下、８００℃で成型した後、
ピッチ含浸−炭化を３回繰返して炭素ｒａｍ強化炭素複
合材料を製造した。

この材料につき実施例１と同様の特性を測定した。結果
を第１図に曲線すとして示す、なお、第１図には、市販
の０産アトラス用ブレーキ材（レジンポンドアスベスト
ブレーキ材）についての測定結果も曲線Ｃとして示しで
ある。

一般に、自動車用摩擦材の摩擦係数は０．３〜０．４種
度がよいとされている。第１図に示す結果かられかるよ
うに、実施例１の材料は、低温における摩擦係数が向上
し、また摩擦係数の経時安定性も良好である。

実施例　２ 実施例１で用いた不融化ＲＯＭ５４５重量部、炭素繊維
２０重量部、銅粉末３５重量部を混合し、実施例１と同
様の方法により成型、焼成して炭素複合材料を得た。こ
の材料の摩擦係数は０．３４であった。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、含浸−炭化工
程をおこなうことなく、特性の優れた炭素繊維強化炭素
複合材料を比較的容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の炭素繊維強化炭素複合材料の特性
を比較例とともに示すグラフ図。 温度（０Ｃ） 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素マトリックス原料に炭素系繊維状強化材を配
   合し、成型した後、この成型体を焼成してマトリックス
   原料を炭化させることによって強化炭素複合材料を製造
   するに当り、微細な光学的異方性構造がランダムに配置
   したピッチ微小球体を不融化したものを炭素マトリック
   ス原料として用いることを特徴とする炭素繊維強化炭素
   複合材料の製造方法。
2. （２）金属もしくは無機粉末をさらに配合することを特
   徴とする請求項１記載の製造方法。