JPH03112865A - 炭素繊維無機質繊維強化炭素複合材料 - Google Patents
炭素繊維無機質繊維強化炭素複合材料Info
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- JPH03112865A JPH03112865A JP1248040A JP24804089A JPH03112865A JP H03112865 A JPH03112865 A JP H03112865A JP 1248040 A JP1248040 A JP 1248040A JP 24804089 A JP24804089 A JP 24804089A JP H03112865 A JPH03112865 A JP H03112865A
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- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は炭素繊維無機質繊維強化炭素複合材料に関し、
より詳しくは高い線膨脹係数を有する炭素繊維無機質繊
維強化炭素複合材料に関するものである。
より詳しくは高い線膨脹係数を有する炭素繊維無機質繊
維強化炭素複合材料に関するものである。
［従来の技術］
近年、繊維強化炭素複合材料は金属、セラミックスより
も優れた耐熱性、軽量性、強度、および耐衝撃性を有す
ることから航空機用耐熱材料として脚光を浴びている。
も優れた耐熱性、軽量性、強度、および耐衝撃性を有す
ることから航空機用耐熱材料として脚光を浴びている。
繊維強化炭素複合材料は、炭素マトリックス中に、母材
強化用の繊維を含有させており、物理的又は化学的に炭
素母材と繊維は接着している。繊維強化炭素複合材料は
、−次元、二次元、あるいは三次元の炭素繊維織布を基
材として用い、又は、−次元、二次元、あるいは三次元
の炭素と異なる無機質繊維織布を基材として用いる。更
に、炭素繊維の平均の配向方向、及び無機質繊維の平均
の配向が平行である、−次元、二次元、あるいは三次元
の炭素無機質繊維複合繊布を基材として用いる繊維強化
複合炭素材料がある。
強化用の繊維を含有させており、物理的又は化学的に炭
素母材と繊維は接着している。繊維強化炭素複合材料は
、−次元、二次元、あるいは三次元の炭素繊維織布を基
材として用い、又は、−次元、二次元、あるいは三次元
の炭素と異なる無機質繊維織布を基材として用いる。更
に、炭素繊維の平均の配向方向、及び無機質繊維の平均
の配向が平行である、−次元、二次元、あるいは三次元
の炭素無機質繊維複合繊布を基材として用いる繊維強化
複合炭素材料がある。
［発明が解決しようとする課題］
炭素繊維は繊維の中では、高温での機械的強度は最も優
れるが、線膨脹係数が一〇、５ＸＩＯ−６に−１であり
、また、繊維強化炭素複合材料においては、繊維方向の
線膨脹係数は主に使用する繊維に近い値を取る。このた
め、炭素繊維強化複合炭素材料の炭素繊維方向の線膨脹
係数は−０，５〜０．Ｉ Ｘ １０−６ Ｋ ’の値で
ある。この線膨脹係数は、セラミックス、あるいは金属
の示す線膨脹係数よりも一般に一桁以上小さい。
れるが、線膨脹係数が一〇、５ＸＩＯ−６に−１であり
、また、繊維強化炭素複合材料においては、繊維方向の
線膨脹係数は主に使用する繊維に近い値を取る。このた
め、炭素繊維強化複合炭素材料の炭素繊維方向の線膨脹
係数は−０，５〜０．Ｉ Ｘ １０−６ Ｋ ’の値で
ある。この線膨脹係数は、セラミックス、あるいは金属
の示す線膨脹係数よりも一般に一桁以上小さい。
従来の二次元、あるいは三次元の炭素繊維織布を基材と
して用いた炭素繊維強化炭素複合材料では、セラミック
スなどとの接合において、熱履歴により生じる熱応力を
緩和するための措置が必要である点で問題があった。又
、ｘｙｚ直交座標系において、Ｘ軸方向にのみ炭素繊維
を配向させた炭素繊維強化複合材料においては、ｙｚ平
面における熱膨張について非晶質炭素と同レベルの３〜
７ Ｘ １０−６ Ｋ ”の線膨脹係数を示すが、炭素
繊維が一次元にしか複合されていないため、二次元、又
は三次元に炭素繊維強化された炭素複合材料に比較する
と、全温度域にわたって機械的強度が劣る点で問題があ
った。
して用いた炭素繊維強化炭素複合材料では、セラミック
スなどとの接合において、熱履歴により生じる熱応力を
緩和するための措置が必要である点で問題があった。又
、ｘｙｚ直交座標系において、Ｘ軸方向にのみ炭素繊維
を配向させた炭素繊維強化複合材料においては、ｙｚ平
面における熱膨張について非晶質炭素と同レベルの３〜
７ Ｘ １０−６ Ｋ ”の線膨脹係数を示すが、炭素
繊維が一次元にしか複合されていないため、二次元、又
は三次元に炭素繊維強化された炭素複合材料に比較する
と、全温度域にわたって機械的強度が劣る点で問題があ
った。
他方、−次元、二次元、あるいは三次元の炭素と異なる
無機質繊維織布を基材として用いる繊維強化複合炭素材
料では、線膨脹係数を非晶質炭素と同レベルの３〜７
Ｘ １０’ Ｋ ”にすることが可能であったが、１８
００Ｋまで十分な強度を有する炭素と異なる無機質繊維
が無いため、１８００に以上の温度での使用には機械的
に問題があった。
無機質繊維織布を基材として用いる繊維強化複合炭素材
料では、線膨脹係数を非晶質炭素と同レベルの３〜７
Ｘ １０’ Ｋ ”にすることが可能であったが、１８
００Ｋまで十分な強度を有する炭素と異なる無機質繊維
が無いため、１８００に以上の温度での使用には機械的
に問題があった。
本発明は、高い線膨脹係数を有し、かつ高い強度が付与
された、炭素繊維無機質繊維強化炭素複合材料を提供し
ようとするものである。
された、炭素繊維無機質繊維強化炭素複合材料を提供し
ようとするものである。
［課題を解決するための手段］
本発明の炭素繊維無機質繊維強化炭素複合材料は炭素繊
維、及び、炭素と異なる無機質繊維を含有しており、炭
素繊維のうちの９５〜１００％について各炭素繊維の配
向方向のなす角度が０〜７０′′である。
維、及び、炭素と異なる無機質繊維を含有しており、炭
素繊維のうちの９５〜１００％について各炭素繊維の配
向方向のなす角度が０〜７０′′である。
又本発明では、炭素繊維及び炭素と異なる無機質繊維と
の関係として、炭素繊維の平均の配向方向及び無機質繊
維の平均の配向方向のなす角度が３０〜９０″であるか
、炭素繊維の平均の配向方向及び無機質繊維の平均の配
向方向のなす角度が３０〜９０°である二次元織布を積
層させた構造をとるか、もしくは炭素と異なる、無機質
の繊維、無機質の短繊維及びウィスカーのうち少なくと
も一種をランダムに分布させて含有することを素材とす
る。
の関係として、炭素繊維の平均の配向方向及び無機質繊
維の平均の配向方向のなす角度が３０〜９０″であるか
、炭素繊維の平均の配向方向及び無機質繊維の平均の配
向方向のなす角度が３０〜９０°である二次元織布を積
層させた構造をとるか、もしくは炭素と異なる、無機質
の繊維、無機質の短繊維及びウィスカーのうち少なくと
も一種をランダムに分布させて含有することを素材とす
る。
又、炭素と異なる無機質繊維としては、炭化珪素、及び
ボロンよりなる群から選ばれた少なくとも１種を用いる
のが好都合である。
ボロンよりなる群から選ばれた少なくとも１種を用いる
のが好都合である。
［作 用］
この様に本発明によれば、炭素繊維を一方向に配向させ
ている構造であるために、炭素繊維無機質繊維強化炭素
複合材料の線膨脹係数には異方性が生じ、最大線膨脹係
数を有する面において、最大線膨脹係数及び最大線膨脹
係数を有する方向に垂直な方向の線膨脹係数の最大値が
、０．５〜ＩＯ，Ｏｘ １０−６ Ｋ−’であるような
面を有することができる。更に線膨脹係数は、炭素繊維
及び／又は炭素と異なる無機質繊維の量、炭素繊維及び
／又は炭素と異なる無機質繊維の配向の制御あるいは、
無機質繊維の種類の選択の少なくとも一種により変化さ
せることができる。
ている構造であるために、炭素繊維無機質繊維強化炭素
複合材料の線膨脹係数には異方性が生じ、最大線膨脹係
数を有する面において、最大線膨脹係数及び最大線膨脹
係数を有する方向に垂直な方向の線膨脹係数の最大値が
、０．５〜ＩＯ，Ｏｘ １０−６ Ｋ−’であるような
面を有することができる。更に線膨脹係数は、炭素繊維
及び／又は炭素と異なる無機質繊維の量、炭素繊維及び
／又は炭素と異なる無機質繊維の配向の制御あるいは、
無機質繊維の種類の選択の少なくとも一種により変化さ
せることができる。
又、本発明の炭素繊維無機質繊維強化炭素複合材料にお
いては、一方向に配向された炭素繊維の他に、炭素と異
なる無機質繊維を配向方向のなす角度の平均値が３０°
以上となるように含有するために、１８００に以下での
強度は一次元炭素繊維強化炭素複合材料よりも優れた値
を有し、更に、１８００に以上での強度は炭素と異なる
無機質繊維のみで強化された炭素複合材料よりも優れた
値を示す。
いては、一方向に配向された炭素繊維の他に、炭素と異
なる無機質繊維を配向方向のなす角度の平均値が３０°
以上となるように含有するために、１８００に以下での
強度は一次元炭素繊維強化炭素複合材料よりも優れた値
を有し、更に、１８００に以上での強度は炭素と異なる
無機質繊維のみで強化された炭素複合材料よりも優れた
値を示す。
［実施例コ
以下、炭素繊維あるいは無機質繊維のみを用いた従来技
術を比較例として説明し、それを基礎に両方の繊維を併
用した本発明の詳細な説明する。
術を比較例として説明し、それを基礎に両方の繊維を併
用した本発明の詳細な説明する。
比較例１
ＰＡＮ系炭素繊維（直径７μｍ）を一方向に配列させた
基材に、軟化点２００℃のピッチを真空中で含浸し、昇
温速度１０℃／ｈｒ、最高温度８００℃で焼成を行った
。この工程を６回繰り返し緻密化を行った後、昇温速度
２００℃／ｈｒ、最高温度２０００℃で焼成を行った。
基材に、軟化点２００℃のピッチを真空中で含浸し、昇
温速度１０℃／ｈｒ、最高温度８００℃で焼成を行った
。この工程を６回繰り返し緻密化を行った後、昇温速度
２００℃／ｈｒ、最高温度２０００℃で焼成を行った。
こうして得られた試料の密度は１．５０ｇ／ｃａ＋ ３
であった。
であった。
比較例２
三次元直交織物のｘｙｚ軸方向にそれぞれＰＡＮ系炭素
繊維（直径７μｍ）の６０００本収束光重用いたものを
基材とした。この基材の炭素繊維のＶ、は４０％であっ
た。次にこの基材に比較例１と同様な操作を行い試料を
作製した。こうして得られた試料の密度は１．５４ｇ／
Ｃｍ３であった。
繊維（直径７μｍ）の６０００本収束光重用いたものを
基材とした。この基材の炭素繊維のＶ、は４０％であっ
た。次にこの基材に比較例１と同様な操作を行い試料を
作製した。こうして得られた試料の密度は１．５４ｇ／
Ｃｍ３であった。
比較例３
三次元直交織物のｘｙｚ軸方向にそれぞれＳｉＣ繊維（
直径１０μｌｌ１）の６０００本収束光重用いたものを
基材とした。この基材のＳｉＣ繊維のＶ、は４０％であ
った。次にこの基材に比較例１と同様な操作を行い試料
を作製した。こうして得られた試料の密度は１．８５ｇ
／ｃｍ ３であった。
直径１０μｌｌ１）の６０００本収束光重用いたものを
基材とした。この基材のＳｉＣ繊維のＶ、は４０％であ
った。次にこの基材に比較例１と同様な操作を行い試料
を作製した。こうして得られた試料の密度は１．８５ｇ
／ｃｍ ３であった。
比較例４
ＳｉＣ繊維（直径１０μｍ）の３０００本収束収束平織
りにした織布を積層した基材に、比較例１と同様な操作
を行い試料を作製した。こうして得られた試料の密度は
１．８０ｇ／ｃｍ ３であった。
りにした織布を積層した基材に、比較例１と同様な操作
を行い試料を作製した。こうして得られた試料の密度は
１．８０ｇ／ｃｍ ３であった。
比較例５
三次元直交織物のｘｙｚ軸方向にそれぞれボロン繊維（
直径１００μｌ１１）の５０本収束糸を用いたものを基
材とした。この基材のボロン繊維のＶｌは３４％であっ
た。次にこの基材に比較例１と同様な操作を行い試料を
作製した。こうして得られた試料の密度は１．６５ｇ／
Ｃｍ ’であった。
直径１００μｌ１１）の５０本収束糸を用いたものを基
材とした。この基材のボロン繊維のＶｌは３４％であっ
た。次にこの基材に比較例１と同様な操作を行い試料を
作製した。こうして得られた試料の密度は１．６５ｇ／
Ｃｍ ’であった。
実施例１
三次元直交織物の２軸方向にＰＡＮ系炭素繊維（直径７
μＩｍ）の６０００本収束光重ｘ、Ｘ軸方向に５ｉＣ（
直径１０μｍ）の６０００本収束光重用いたものを基材
とした。この基材の炭素繊維のＶｒは４０％であった。
μＩｍ）の６０００本収束光重ｘ、Ｘ軸方向に５ｉＣ（
直径１０μｍ）の６０００本収束光重用いたものを基材
とした。この基材の炭素繊維のＶｒは４０％であった。
次にこの基材に比較例１と同様な操作を行い試料を作製
した。こうして得られた試料の密度は１．６１ｇ／ｃａ
＋ ３であった。
した。こうして得られた試料の密度は１．６１ｇ／ｃａ
＋ ３であった。
実施例２
ＳｉＣ繊維（直径ｌＯμｒＡ）の３０００本収束収束Ｘ
軸方向、ＰＡＮ系炭素繊維（直径７μＩ）の３０００本
収束収束２軸方向に平織りにした織布を積層した基材に
、比較例１と同様な操作を行い試料を作製した。こうし
て得られた試料の密度は１．８５ｇ／ｃＩ１１”であっ
た。
軸方向、ＰＡＮ系炭素繊維（直径７μＩ）の３０００本
収束収束２軸方向に平織りにした織布を積層した基材に
、比較例１と同様な操作を行い試料を作製した。こうし
て得られた試料の密度は１．８５ｇ／ｃＩ１１”であっ
た。
実施例３
三次元直交織物のｘｙＸ軸方向ボロン繊維（直径１００
μｍｌ）の５０本収束糸、Ｚ軸方向にＰＡＮ系炭素繊維
（直径７μｍ）の６０００本収束光重用いたものを基材
とした。この基材の炭素繊維のＶｆは３７％であった。
μｍｌ）の５０本収束糸、Ｚ軸方向にＰＡＮ系炭素繊維
（直径７μｍ）の６０００本収束光重用いたものを基材
とした。この基材の炭素繊維のＶｆは３７％であった。
次にこの基材に比較例１と同様な操作を行い試料を作製
した。こうして得られた試料の密度は１．５９ｇ／ｃｍ
３であった。
した。こうして得られた試料の密度は１．５９ｇ／ｃｍ
３であった。
評価試験
実施例および比較例でそれぞれ得られた炭素繊維無機質
繊維強化炭素複合材料について、線膨張係数、及び層間
剪断強度を測定した。
繊維強化炭素複合材料について、線膨張係数、及び層間
剪断強度を測定した。
線膨脹の測定は、ＡＳＴＭ Ｅａｓ９−ｙｏに従って、
室温〜１２０ＯＫの範囲で不活性ガス中で行い、測定温
度域での平均値をもって示した。
室温〜１２０ＯＫの範囲で不活性ガス中で行い、測定温
度域での平均値をもって示した。
層間剪断強度の測定は、ＡＳＴＭ Ｄ−２３４４に従っ
て、試験片寸法４ｍ＋ｎＸ ４ｍｍ Ｘ ２８ｎ＋ｍ、
スパン２０ｍｎ＋ｑクロスヘツド速度０．５ｉｍ／分の
３点曲げ試験法で行った。
て、試験片寸法４ｍ＋ｎＸ ４ｍｍ Ｘ ２８ｎ＋ｍ、
スパン２０ｍｎ＋ｑクロスヘツド速度０．５ｉｍ／分の
３点曲げ試験法で行った。
試験結果を次表に示す。便宜上、ｘｙｚ直交座標系にお
いてクロスヘツドの移動方向を２軸、試験片の２軸以外
の軸において試験片寸法が異なる場合、より長軸である
方向をＸ軸とする。
いてクロスヘツドの移動方向を２軸、試験片の２軸以外
の軸において試験片寸法が異なる場合、より長軸である
方向をＸ軸とする。
表より層間剪断強度、高温引張強度が向上していること
がわかる。又、ＳｉＣなどのセラミックスに近い線膨張
を２軸方向に有することがわかる。
がわかる。又、ＳｉＣなどのセラミックスに近い線膨張
を２軸方向に有することがわかる。
［発明の効果］
以上説明したように、本発明の炭素繊維無機質繊維強化
炭素複合材料は、各繊維の配向方向を制御することによ
り、高強度かつ任意の高線膨脹係数を有するようになる
ので、セラミックスなどと接合して、耐熱構造材料とし
て利用すると効果的である。
炭素複合材料は、各繊維の配向方向を制御することによ
り、高強度かつ任意の高線膨脹係数を有するようになる
ので、セラミックスなどと接合して、耐熱構造材料とし
て利用すると効果的である。
Claims (5)
- （１）炭素繊維、及び炭素と異なる無機質繊維を含有す
る繊維強化炭素複合材料において、炭素繊維のうちの９
５〜１００％について各炭素繊維の配向方向のなす角度
が０〜７０゜である炭素繊維無機質繊維強化炭素複合材
料。 - （２）炭素繊維の平均の配向方向、及び炭素と異なる無
機質繊維の平均の配向方向のなす角度が３０〜９０゜で
ある請求項（１）記載の炭素繊維無機質繊維強化炭素複
合材料。 - （３）炭素繊維の平均の配向方向、及び、炭素と異なる
無機質繊維の平均の配向方向のなす角度が３０〜９０゜
である二次元織布を積層させた構造を内部に有する請求
項（１）記載の炭素繊維無機質繊維強化炭素複合材料。 - （４）前記無機質繊維、あるいは、無機質単繊維が、炭
化珪素及びボロンよりなる群から選ばれた少なくとも１
種を素材とする請求項（１）、（２）及び（３）記載の
炭素繊維無機質繊維強化炭素複合材料。 - （５）最大線膨脹係数を有する面において、最大線膨脹
係数及び最大線膨脹係数を有する方向に垂直な方向の線
膨脹係数の最大値が０．５〜１０．０×１０＾−＾６Ｋ
＾−＾１であるような面を有する請求項（１）、（２）
および（３）記載の炭素繊維無機質繊維強化炭素複合材
料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1248040A JPH03112865A (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 炭素繊維無機質繊維強化炭素複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1248040A JPH03112865A (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 炭素繊維無機質繊維強化炭素複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03112865A true JPH03112865A (ja) | 1991-05-14 |
Family
ID=17172304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1248040A Pending JPH03112865A (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 炭素繊維無機質繊維強化炭素複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03112865A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001057179A (ja) * | 1999-08-18 | 2001-02-27 | Sony Corp | 二次電池及びそのケース |
| JP2002003281A (ja) * | 2000-06-20 | 2002-01-09 | Natl Aerospace Lab | 耐酸化型ｃ／ｃ基材 |
| JP2017105662A (ja) * | 2015-12-08 | 2017-06-15 | イビデン株式会社 | セラミック複合材 |
-
1989
- 1989-09-26 JP JP1248040A patent/JPH03112865A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001057179A (ja) * | 1999-08-18 | 2001-02-27 | Sony Corp | 二次電池及びそのケース |
| JP2002003281A (ja) * | 2000-06-20 | 2002-01-09 | Natl Aerospace Lab | 耐酸化型ｃ／ｃ基材 |
| JP2017105662A (ja) * | 2015-12-08 | 2017-06-15 | イビデン株式会社 | セラミック複合材 |
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