JPH02503904A - 部品、とくに炭素‐炭素ブレーキディスクの製造方法および得られた部品 - 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】 発明の名称 部品、とくに炭素−炭素ブレーキディスクの製造方法および得られた部品 技術分野 本発明は、炭素−炭素型の複合材料部品の製造方法、ならびにこの方法によって 得られる部品に関する！とくに、これらの部品は陸上車両、航空機、または宇宙 船（ロケットまたはシャトル）についての使用に向けられるブレーキディスクで ある。

より詳細にｔよ、本発明は炭素−炭素が構造的役割を演するすべての型の部品に 適用し得る。

従来技術 炭素−炭素型の複合材料は、グラファイトまたは炭素マトリクスに埋め込まれた 、炭素補強繊維からなる基板から形成される材料である。

これらの複合材料は、液体炭化水素または樹脂により圧縮されるような構造を含 浸しかつ次いでコークスマトリクスを得るように炭化水素または樹脂を熱分解す るか、または炭素含有ガスを次いで基板内に堆積されることができる熱分解グラ ファイトまたは炭素に熱的に分解するために炭素含有ガス流中に適切な温度に上 昇されて圧縮されるように基板を配置することからなる多孔性基板の圧縮によっ て得られる。

残念ながら、これらの圧縮過程は比較的長くかつそれゆえ高価である。気相方法 （ＣＶＰＤ）に関連して、これは多孔性基板の内部に熱分解されるべきガスを貫 通させることができるという問題点に結び付けられ、この問題点は部品の厚さを 増大する。加えて、基板の多孔性が低ければ低いほど、炭素含有ガスの貫通を達 成するのが益々困難になる。熱分解されるべきガスのこの貫通の問題点は比較的 不均一な密度を有する部品を導く。

液体含浸方法に関しては、工程の長さが含浸サイクルを数回やり直すような必要 に帰すべきものである。

圧縮されるべき多孔性基板は一方向または多方向製織によって製造され、製織ま たはニードルフェルティングによって多分形成される孔は単に複合材料の炭素補 強繊維の通過のために使用する。

さらに、均一材料、一般に金属から製造されるブレーキディスクがしたたってい る水かつ一般に冷却水により制動を助けるためにディスクの回転軸にしたがって 方向付けされた複数の孔を有することは知られている。これらの孔はディスクの 製造に続いて該ディスクを穿孔することによって得られる。

とくにフランス特許出願第２．１４３，３２９号は樹脂の炭化の間中形成される ガスを排出するために、液体樹脂中への浸漬に続いて、ブレーキブランクに孔を 穿つことを教示する。これらの孔の単一の作用はその場合に従来の鋳造方法にお いて長い間知られている通気孔の作用である。

イギリス特許出願第２．０２８．２３０号は、また、すでに圧縮した繊維層への 他の繊維の導入のために、繊維層に孔を穿つことを教示する。

発明の開示 本発明は、従来方法の圧縮段階より実現し易い圧縮段階を有する複合材料部品の 製造方法に関する。

本発明は圧縮以前の複合部品の繊維基板の孔の製造に関するものである。これら の孔は最終材料の製造後穿孔によって得られずかつそれらはまたそれらを密封す る繊維の通路にも向けられない。

より詳しくは、本発明は、 ａ）炭素含有繊維によって独占的に構成される多孔性基板を形成し、 ｂ）　その軸線が最大表面を有する基板の壁に対して垂直である複数の流出孔を 多孔性基板に形成し、Ｃ）　基板の細孔に熱分解グラファイトまたは炭素を堆積 することにより炭素マトリクスを形成するために炭化水素ガス流の熱分解により 多孔性基板を圧縮し、複数の孔が基板に作られかつ該基板中のガス通路を減少す るのに役立つことからなることを特徴とする、炭素マトリクスに埋め込まれた炭 素補強繊維から形成された複合材料部品の製造方法に関する。

用語、強化繊維は、一般に複合材料の分野において使用される、長いかまたは短 かい編組または不編組フィラメントを意味するものと理解される。用語、繊維基 板は、炭素または炭素先駆物質から作られる、樹脂で含浸されずかつ圧縮されな い複数の裸繊維を意味するものと理解される。

本発明による孔の本質的な点は圧縮の間中基板の繊細な多孔性において熱分解さ れるようなガスの通路の長さを減じることである。かくして、前記能動ガスの少 なくとも一部がそれらが合流する熱い壁土で分解されることなしに基板の最も少 なく接近し得る区域に達することが極めて重大である。かくして、亀裂が熱い壁 との分子の最初の接触から発生する傾向がある。しかしながら、その目途が、フ ランス特許出願第２，１４４，３２９号におけるように、樹脂の熱分解の間中に 形成される受動ガスを排出することのみであるならば、そのような通路の長さに 帰せられることは重要でない。その場合に重要であることのすべては、ガス漏洩 が部品の壁と反応しないため、ガス漏洩の存在である。

したがって、本発明による孔はすべての多孔性基板層への同一の接近を保証し、 その結果複合材料部品の均一性およびガス相圧縮におけるかなりの減小がある。

かくして、完全な多孔性基板へのガスの浸透は基板の外面を通ってだけでなく、 とくに孔の壁によって行なわれる。

最後に、これらの孔は得られた部品の亀裂の伝播の停止点を構成し、かくしてそ の衝撃抵抗を増加する。

炭化水素ガスはガス状炭化水素またはガス状炭化水素の混合物によって形成され る。これらの炭化水素は、メタン、エタン、プロパンおよびブタンのごとく、と くに１〜４個の炭素原子を有する飽和または不飽和、置換または不置換炭化水素 である。

本発明の方法は、基板の型式が孔を備えない多孔性基板における炭素繊維の最大 理論密度に近づき過ぎる値に達しないならば、考え得るすべての多孔性基板の型 式（布、フェルト等）に適用し得る。

かくして、本発明による方法はニードルフェルトかまたはそうでなくても良い任 意のマット、任意に広げられる多重フィラメントからなる芯、一方向層、積層布 等に適用し得る。

かかる多孔性基板の型式に関して、複数の孔は、基板を切断することなしに、例 えば個々にまたは集合方法において繊維が基板のそれらの通過の間中合流する繊 維への非常に制限された損傷のみを生ずる完全に滑らかなかつテーバの付いたニ ードルを挿入することにより基板の繊維の移動またはそれからの間隔によって形 成される。

非常に密集した多孔性基板（とくに三次元製織）の場合において、本発明による 方法はまた、空の孔が設けられる、すなわち繊維の導入に向けられないならば、 多孔性基板の製織の間中、適用できる。

本発明による方法の本質的な特徴の一つは種々の孔の開いた、多孔性基板が、炭 素マトリクスの製造に続いて、または少なくとも前記マトリクスを製造する最初 の段階後、作られた孔の記憶を保持するということである。

使用された穿孔または孔開は方法の結果として、作られた孔は常に同一形状にな い。かくして、短い繊維を有する幾つかの基板は前記孔の壁にけばの出現を与え て形成される孔を部分的に再び密封するような傾向を有する。かくして、光は孔 を経由して複合材料を通過することができないが、孔はＸ線撮影においてそれら の最初の形状において非常に明瞭に現われる。このようなけばのある孔は炭素含 有ガスの通過にかつしたがって滑らかな壁を有する孔のような迅速圧縮にまさし くを効である。

芯および布のような、グループ分けされた、長い繊維の基板に作られた孔は常に けばのある壁を有しないが、また軽く密集することができ、一方Ｘ線撮影におい てそれらの最初の形状を保持する。

より明瞭に画成された縁部を備えかつとくに滑らかなかつ規則的な壁を有する孔 を得るために、基板に作られた孔の各々に問題の温度が浸炭させられることがで きない材料からなるかつとくに銅またはモリブデンからなるロンドを配置するこ とができる。これらのロンドはまだ圧縮されておらずかつ基板の特性を改良する のに使用する基板の考え得る熱処理の間中、または基板が最初に炭素先駆物質の 形であるならば、または選択的にＣＶＤによる基板の圧縮の開始において導入さ れることができる。

ＣＶＤによる基板の圧縮はこのようなロンドの不存在において明らかに継続する 。

基板の多孔性の性質の結果として、基板に炭素含有液体温、例えば液体炭化水素 中での予備含浸を受けさせかつ孔内に存在する液体を除去するために排出するこ とにより前記含浸に追随させることができる。構体の炭化はその場合に多孔性コ ークスマトリクスの形成を可能にする。得られる材料は従来技術の方法による場 合でない多孔性材料内でのガス接近容易性を失なうことなく、ガス状ルートによ って圧縮を受けることができる。

材料のガス状内部圧縮の達成時、炭素含有ガスを分解する物びに孔を部分的にま たは全体的に密封するために該孔の壁に熱分解グラファイトまたは炭素の皮の形 成に至ることができる。

この場合に、孔の直径は圧縮の終りにおける前記自動密封のために最初に十分に 小さく作られることができる。これらの任意の変更はとくにガスの温度または圧 力を増加することからなる。

機械工において、孔は専門用語で材料の亀裂の伝播を停止する方法である。本発 明の範囲において、これらの孔はそれらの壁がとくに抵抗性がありかつ強い最大 マトリクス密度領域であるためとくに有効である。さらに、繊維は切断されずか つ単に孔を取り囲む。幾つかの複合材料部品に関しては、多孔性基板に形成され た孔を完全に密封することが必要かも知れない。

この場合に、孔の最終密封、すなわち気相圧縮後、例えば熱分解可能な樹脂、ま たは炭化水素ガス熱分解による最終圧縮の間中支持体として多分役立つコークス を得るために構体の炭化が続いて行なわれる、例えば熱分解可能な樹脂、または 充填または非充填液体炭化水素によって構成される炭素含有液体浴中に圧縮した 材料を浸漬することからなることができる。

また、幾つかの金属またはセラミックー金属混合物のごとき、摩擦またはフリク ションに適するかも知れない炭素より広く使用されかつコストの低い材料で孔を 密封することができる。可能な材料は銅でありかつすべての製品がブレーキブロ ックにおいて市場で使用される。

また、孔を密封するための材料として第３リン酸カルシウムのごとき、炭素用酸 化防止力を有する材料を使用することができる。明らかなように、非炭素含有材 料によるこの孔の密封はガス状相における複合材料の圧縮後実施されねばならな い。

本発明はまた、本発明による方法によって得られた炭素含有マトリクスに埋め込 まれた炭素含有強化繊維から形成された複合材料部品に関する。これらの部品は その軸線が最大表面を有する部品の壁に対して垂直である。

使用された方法の結果として、孔は滑らかなまたは規則的な壁を有することがで きるか、またはけばのある壁を有することができる。さらに、これらの孔は前述 された非炭素含有材料の１つによって密封されることができる。この場合に、孔 の最初の存在はχ線撮影によってかつとくに光学顕微鏡撮影によって現わされる ことができる。

とくに、これらの複合材料部品はブレーキディスクである。

この場合に、孔はブレーキディスクの回転軸線に対して平行に向けられる。これ らの孔が圧縮の間中完全に密封されないとき、これらの孔は、孔への水の浸透に より、ブレーキの応答時間を改善することにより湿った道路上での制動効率の増 加を可能にする。

複合材料部品の製造中のこれらの孔の有効性は、孔とそれらの直径との間の距離 、または複合材料部品の表面単位当りの孔の壁の全体のパラメータを含んでいる 、多数の要因に依存している。

航空機のブレーキディスクの場合において、本発明を制限しない方法において孔 の直径は０．５〜５Ｍでかつそれらの間隔は３〜３０ｎａである。

これらの孔は任意なまたは任意でない方法において分布されることができる。摩 擦に関して、孔はそれらがブレーキディスクの圧縮の終りにおいて密封されると き、任意な分布を有することができる。逆に、孔が密封されないとき、ブレーキ ディスクに対する最小の摩耗が孔がディスクの回転軸線上に心出しされた同中心 円上に配置されるとき得られ、その結果ブレーキディスクは如何なる不連続性も なしに周部でＰｉ！擦することができるような適切な表面比率を保持する。

発明の実施するための好適な形態 実施例１ 第１図を参照して、本発明によるブレーキディスクの好適な実施例を説明する。

ブロック２０によって示されるような、本方法の第１の段階は、同一面のｎ個の 方向にかつ公知の方法においてむき出しの炭素繊維（非含浸または非圧縮）を配 置して、炭素多孔性繊維基板を形成することからなる。基板の形状はとくにブレ ーキディスクの形状である。

ブロック２２によって示される本方法の第２の段階は、繊維を破壊することなく 該繊維を移動するために、完全に滑らかでかつテーパが付けられる金属針を挿入 することにより、繊維基板に０．５〜５鵬の直径を有する孔を形成することから なる。孔の密度は１１０２である。

ブロック２３で示されるように、本方法の次の段階は、メタンを使用する化学気 相堆積（ＣＶＤ）により、多孔性基板に熱分解炭素を堆積することからなる。化 学分解は約１５０時間約１０００’Ｃに保持された炉内で行なわれ、ガスは５０ ０〜３０００Ｐａの圧力により循環させられる。

この単一圧縮段階は２０ｎｍの厚さのブレーキディスクについて１．８の密度を 付与する。

従来のＣＶＤ圧縮は同一寸法を存するブレーキディスクについて６００時間を必 要とする。

圧縮された基板を機械加工してそれにその最終の形状を付与する。

この方法は第２図に示されるようなブレーキディスクの獲得を可能にし、ブレー キディスクは非密封孔３４を備えた炭素−炭素機械的構造３２によって構成され 、孔の軸線はディスクの回転軸線３６に対して平行にかつ最大表面の表面３２ａ 　、　３２ｂに対して垂直に向けられる。これらの孔３４はディスクの両側３２ ａ、３２ｂに出る。加えて、孔は回転軸線３６上に心出しされる同中心円３８上 に配置される。

実施例２ 実施例２において、実施例１の段階にすべて関連して同一の段階が同一符号を有 するブロックによって第３図に示される。

実施例２は本発明による方法の有効性を示す、したがって、孔の開いていない基 板により従来得られた効率より十分上の効率により、気相圧縮以前の多孔性基板 の液体含浸による圧縮を使用することができる。

このために、浸漬がその孔を備えかつ実施例１による繊維基板について、第３図 にブロック２４によって示されるような、コールタールのごとき液体中で行なわ れる。基板は次いで、次の炭化段階の間中第２図における孔３４を密封しないよ うに、ブロック２６によって示されるように、野外へのしたたりを許容する。

この段階は孔内にかつ基板の多孔性中に存在する液体炭化水素を熱分解グラファ イトまたは炭素に変換するために、約７００°Ｃに上昇された炉内に含浸された 基板を置くことからなる。この段階はブロック２８によって示される。この実施 例において、ブレーキディスク中の孔は部分的にのみ密封される。

実施例３ 第４図は炭素−炭素部品の獲得を可能にする本発明の方法の実施例を示し、その 本発明による孔は圧縮の終りに密封される。

この実施例の各段階は、繊維基板の製造、孔の形成、ＣＶＤによる第１圧縮、液 体炭化水素中の浸漬および炭化のごとき、前述した段階にすべて関連して同一で ありかつ同一符号を有するブロックによって示される。。

この実施例は液体炭化水素の炭化２８の直後に熱分解グラファイトまたは炭素の 化学気相堆積により、符号３０で示される第２圧縮を実施することにより実施例 ２と異なる。この最終圧縮は１０〜２０時間１０００℃に加熱された炉中で分解 するメタンによって行なわれる。

加えて、液体炭化水素中の浸漬２４と孔の密封に寄与する炭化との間にしたたり または排出段階がない。

上記記載は単に例示的方法において示されかつ変更は本発明の範囲を越えずして 可能である。例えば、実施例２に記載されるように、排出および炭化がそれに続 く、液体炭化水素中の浸清にまで実施例３におけるＣＶＤによる第１圧縮２３を 先行させることができる。

図面の簡単な説明 本発明は非限定的な実施例および添付図面に関連して以下に詳細に説明される。

第１図、第３図および第４閏は本発明による複合材料部品を製造するための方法 の実施例を示す概略図、第２図は本発明による方法によって得られたブレーキデ ィスクを示す概略斜視図である。

手続補正書防式） ％式％ １、事件の表示 国際出願番号　ＰＣＴ／ＦＲ８８１００３１７２、発明の名称 部品、とくに炭素−炭素ブレーキディスクの製造方法および得られＩ〔部品 ３、補正をする者 事件との関係：特許出願人 名　称　ニアロスバチアール・ソシエテ・ナショナル・アンシュストリニル ４、代理人 住所〒１００ 東京都千代田区霞が関３丁目８番１号　虎の門三井ビル１４階栄光特許事務所 ６、補正の対象 （１）明細書のｖＡ訳文の浄書 国際調査報告 国際調査報告 ＦＲε８００３１７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．炭素マトリクスに埋め込まれた炭素補強繊維から形成された複合材料部品の 製造方法において、ａ）炭素含有繊維によって独占的に構成される多孔性基板を 形成（２０）し、 ｂ）その軸線が最大表面を有する基板の壁（３２ａ，３２ｂ）に対して垂直であ る複数の流出孔を前記多孔性基板に形成（２２）し、Ｃ）前記基板の細孔に熱分 解グラファイトまたは炭素を堆積することにより炭素マトリクス（３２）を形放 するために炭化水素ガス流の熱分解により多孔性基板を圧縮（２３）し、複数の 孔が基板に作られかつ該基板中のガス通路を減少するのに役立つことからなるこ とを特徴とする複合材料部品の製造方法。 ２．前記孔（３４）は前記基板の繊維を間隔を置くことにより形成されることを 特徴とする請求の範囲第１項に記載の複合材料部品の製造方法。 ３．前記基板が製織によって得られるとき、前記孔（３４）が製織の間に形成さ れることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の複合材料部品の製造方法。 ４．前記段階ａ）とｂ）との間で前記多孔性基板は炭素含有液体浴中に浸漬（２ ４）され、それに排出（２６）および孔（３４）を密封しない構体の炭化（２８ ）が続くことを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記載 の複合材料部品の製造方法。 ５．実質上、以下の段階、すなわち、 ａ）多孔性基板の形成（２０）、 ｂ）前記基板内の孔（３４）の形成、 ｃ）炭化水素の熱分解により孔（３４）を備えた多孔性基板の圧縮かつ次いで ｄ）前記圧縮された基板に多分残される孔（３４）の部分的または全体的密封（ ２４，２８，３０） からなることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項に記載 の複合材料部品の製造方法。 ６．段階ｄ）は、孔を部分的にまたは全体的に密封するために、前記孔の壁に熱 分解グラファイトまたは炭素の皮を、炭化水素の熱分解により、形成することか らなることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の複合材料部品の製造方法。 ７．段階ｄ）は炭素含有液体浴中に圧縮された基板を浸漬（２４）することから なり、それに構体の炭化（２８）および炭化水素ガス流の熱分解による最終圧縮 （３０）の任意の実施が続くことを特徴とする請求の範囲第５項に記載の複合材 料部品の製造方法。 ８．多分後ろに残される孔（３４）は金属およびセラミックー金属混合物および 炭素用酸化防止材料から選ばれる少なくとも１つの材料によって密封されること を特徴とする請求の範囲第５項ないし第７項のいずれか１項に記載の複合材料部 品の製造方法。 ９．孔（３４）が滑らかな、規則的な壁を有することを特徴とする請求の範囲第 １項ないし第８項のいずれか１項に記載の方法によって得られる複合材料部品。 １０．前記孔（３４）が裸眼には比較的見えないがＸ線撮影または光学顕微鏡に おいて見ることができるけばのある壁を有することを特徴とする請求の範囲第１ 項ないし第８項のいずれか１項に記載の方法によって得られる複合材料部品。 １１．第９項または第１０項による複合材料部品によって形成されることを特徴 とする回転軸線（３６）を有するブレーキディスク。 １２．前記孔（３４）の軸線が前記回転軸線（３６）に対して平行であることを 特徴とする請求の範囲第１１項に記載のブレーキデイスク。 １３．前記孔（３４）は前記回転軸線（３６）上に心出しされる同中心円（３８ ）上に配置されることを特徴とする請求の範囲第１１項または第１２項に記載の ブレーキディスク。