JPH03350B2 - - Google Patents
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- JPH03350B2 JPH03350B2 JP62089780A JP8978087A JPH03350B2 JP H03350 B2 JPH03350 B2 JP H03350B2 JP 62089780 A JP62089780 A JP 62089780A JP 8978087 A JP8978087 A JP 8978087A JP H03350 B2 JPH03350 B2 JP H03350B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、耐酸化性の優れた炭素繊維強化炭素
複合材の製造方法に関する。 〔従来の技術〕 炭素繊維で強化した炭素複合材は、優れた耐熱
性や耐蝕性を有し、また軽量かつ高強度であるた
め航空機やロケツト等の構造材をはじめ、高温化
に使用される各種の部材として有用されている。 この炭素繊維強化炭素複合材を製造する手段と
して炭素繊維の織布、フエルト、トウ等に熱硬化
性樹脂プレポリマーやタール、ピツチ等の結合材
を含浸または塗布し、これを所定枚数積層して熱
圧成形した後焼成炭化する方法、あるいは更にこ
の炭素複合材に結合材を含浸炭化して緻密化処理
する方法がある。 しかしながら、炭素複合材は高温酸化性雰囲気
下では酸化消耗するために、例えば400℃以上の
酸化性雰囲気中では使用できないという欠点があ
る。 この欠点を解消するために、炭素複合材の表面
にSiCの被膜を形成する方法もあるが、充分な厚
さの被膜を形成することが困難である。また、母
材である炭素複合材とSiCとの熱膨張率の差異に
よりクラツクが発生し易く、そのクラツクを通し
て酸化消耗が進行するために長期に亙つて安定に
使用することができない。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、上記問題点を解決をはかり、高温に
おける耐酸化性が著しく向上した炭素複合材の製
造方法を提案するものである。 〔問題点を解決するための手段〕 すなわち、本発明の耐酸化性炭素複合材の製造
方法は、結合材を浸透した炭素繊維布を積層成形
して焼成する炭素複合材の製造方法において積層
成形体の表層部に耐酸化性炭化物を介在させると
ともに炭素複合材表面にSiCの被膜を形成するこ
とを構成的特徴とするものである。 強化材となる炭素繊維布には平織、朱子織等の
織布のほかフエルト、トウが用いられ、結合材と
してはフエノール系、フラン系のような高炭化性
の熱硬化性樹脂プレポリマーあるいはタール、ピ
ツチが使用される。 熱硬化性樹脂プレポリマーやタール、ピツチ等
の結合材を含浸、塗布等により浸透した炭素繊維
布を積層成形する際に、積層成形体の表層部に耐
酸化性炭化物が分散した結合材を浸透した炭素繊
維布を使用することにより、積層成形体の表層部
に耐酸化性炭化物を介在させることができる。例
えば、表層部に位置する第１層から数層までの炭
素繊維布には耐酸化性炭化物が分散した結合材を
浸透し、他の層には結合材のみを浸透した炭素繊
維布を用いて積層成形すればよい。 耐酸化性炭化物としてはSi、Ｂ、Ti、Al、
Ta、Ｗ等の元素の炭化物が耐酸化性および熱耐
性が優れているため好ましく用いられる。これら
の炭化物は粉体あるいはウイスカー等の微粉末状
態で１種もしくは２種以上を混合して結合材中に
分散して使用に供される。 結合材を浸透した炭素繊維布は風乾してプリプ
レグ化し、このプリプレグ化シートを所定枚数積
層して熱圧処理により結合材を硬化させて炭素繊
維布の積層成形体を得る。この積層成形体は、不
活性雰囲気中700℃以上の温度で焼成して結合材
を炭化することにより、表層部の炭素繊維間に耐
酸化性炭化物が介在した炭素複合材が製造され
る。次いで、この炭素複合材の表面にSiCの被膜
を形成させる。SiCの被膜は、CVD法あるいはコ
ンバージヨン法等通常適用される公知の方法で形
成することができる。 このようにして得られる炭素複合材は、表層部
に介在するSiCやB4C等の炭化物の有する優れた
耐酸化性と表面に形成したSiCの被膜により、産
化消耗が効果的に防止される。 更に、このSiC被膜を形成した炭素複合材表面
にセラミツクコーテイング液を含浸して熱処理す
ると、炭素複合材表面の耐酸化性は一層増大す
る。セラミツクコーテイング液は、熱処理するこ
とにより、セラミツクスに転化するものであり、
転化生成した耐酸化性のセラミツクスが炭素複合
材表面に形成するSiCの被膜中のクラツク内に充
填され強固に結合するためである。 〔作用〕 上記構成に基づき、積層した炭素繊維層の表層
部に介在するSi、Ｂ、Ti、Al、Ta、Ｗ等の炭化
物の有する優れた耐酸化機能と表面に形成した
SiC被膜により、炭素複合材に耐酸化性が著しく
向上する。 更に、表層部表面に形成させたSiC被膜中のク
ラツク内に、セラミツクコーテイング材から転化
生成したセラミツクスが充填結合して、炭素複合
材表面からの酸素侵入も防止されるので、炭素複
合材の酸化消耗の低減化により一層効果的に機能
する。 〔実施例〕 実施例 １ フエノール樹脂初期縮合物にSiCウイスカー
（直径0.3〜0.5μｍ、長さ20〜30μｍ）とB4C粉末
（直径7μｍ以下）を夫々48、4.2重量部の割合で添
加し、均一分散させて結合材を調製した。 朱子織の炭素繊維布を縦横25mmに切断して、上
記の結合材を塗布し、48時間風乾してプリプレグ
シートを作製した。このプリプレグシートを17枚
積層してモールドに詰め、40℃／時の昇温速度で
加熱し、130℃、20Kg／cm2の条件に18時間保持し
て樹脂結合材を硬化した。なお、炭素繊維布の積
層は、第１層から第３層まではSiCウイスカーな
らびにB4C粉末を均一分散させた結合材を塗布し
たものを使用し、そのほかはフエノール樹脂初期
縮合物のみを塗布した炭素繊維布を用いた。得ら
れた成形体をN2ガス雰囲気中、５℃／時の昇温
速度で加熱し、1000℃に５時間保持して結合材を
焼成炭化した。次いで、コンバージヨン法により
表面にSiCの被膜（厚さ約35μｍ）を形成した。 このようにして製造した炭素複合材を空気中で
加熱処理して酸化消耗試験を行なつた。酸化消耗
試験は、まず800℃×0.5時間処理した後、900℃
×0.5時間、更に1000℃×0.5時間の３段階に亙つ
て行なつた。 実施例 ２ 実施例１で得た炭素複合材表面のSiC被膜面
を、ポリカルボシランのキシレン溶液（濃度60重
量％）中に浸潰して2Torrの真空化に２時間含浸
させた後、100℃で３時間乾燥し、N2ガス雰囲気
中で1800℃、２時間熱処理した。得られた炭素複
合材を実施例１と同じ条件で酸化消耗試験を行な
つた。 比較例 比較例として、SiCウイスカーおよびB4C粉末
を含まない実施例１と同じフエノール樹脂初期縮
合物を結合材として使用し、その表面にSiC被膜
（厚さ約35μｍ）を形成した炭素複合材について
実施例１と同じ条件で酸化消耗試験を行なつた。 得られた結果を下表に示した。
複合材の製造方法に関する。 〔従来の技術〕 炭素繊維で強化した炭素複合材は、優れた耐熱
性や耐蝕性を有し、また軽量かつ高強度であるた
め航空機やロケツト等の構造材をはじめ、高温化
に使用される各種の部材として有用されている。 この炭素繊維強化炭素複合材を製造する手段と
して炭素繊維の織布、フエルト、トウ等に熱硬化
性樹脂プレポリマーやタール、ピツチ等の結合材
を含浸または塗布し、これを所定枚数積層して熱
圧成形した後焼成炭化する方法、あるいは更にこ
の炭素複合材に結合材を含浸炭化して緻密化処理
する方法がある。 しかしながら、炭素複合材は高温酸化性雰囲気
下では酸化消耗するために、例えば400℃以上の
酸化性雰囲気中では使用できないという欠点があ
る。 この欠点を解消するために、炭素複合材の表面
にSiCの被膜を形成する方法もあるが、充分な厚
さの被膜を形成することが困難である。また、母
材である炭素複合材とSiCとの熱膨張率の差異に
よりクラツクが発生し易く、そのクラツクを通し
て酸化消耗が進行するために長期に亙つて安定に
使用することができない。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、上記問題点を解決をはかり、高温に
おける耐酸化性が著しく向上した炭素複合材の製
造方法を提案するものである。 〔問題点を解決するための手段〕 すなわち、本発明の耐酸化性炭素複合材の製造
方法は、結合材を浸透した炭素繊維布を積層成形
して焼成する炭素複合材の製造方法において積層
成形体の表層部に耐酸化性炭化物を介在させると
ともに炭素複合材表面にSiCの被膜を形成するこ
とを構成的特徴とするものである。 強化材となる炭素繊維布には平織、朱子織等の
織布のほかフエルト、トウが用いられ、結合材と
してはフエノール系、フラン系のような高炭化性
の熱硬化性樹脂プレポリマーあるいはタール、ピ
ツチが使用される。 熱硬化性樹脂プレポリマーやタール、ピツチ等
の結合材を含浸、塗布等により浸透した炭素繊維
布を積層成形する際に、積層成形体の表層部に耐
酸化性炭化物が分散した結合材を浸透した炭素繊
維布を使用することにより、積層成形体の表層部
に耐酸化性炭化物を介在させることができる。例
えば、表層部に位置する第１層から数層までの炭
素繊維布には耐酸化性炭化物が分散した結合材を
浸透し、他の層には結合材のみを浸透した炭素繊
維布を用いて積層成形すればよい。 耐酸化性炭化物としてはSi、Ｂ、Ti、Al、
Ta、Ｗ等の元素の炭化物が耐酸化性および熱耐
性が優れているため好ましく用いられる。これら
の炭化物は粉体あるいはウイスカー等の微粉末状
態で１種もしくは２種以上を混合して結合材中に
分散して使用に供される。 結合材を浸透した炭素繊維布は風乾してプリプ
レグ化し、このプリプレグ化シートを所定枚数積
層して熱圧処理により結合材を硬化させて炭素繊
維布の積層成形体を得る。この積層成形体は、不
活性雰囲気中700℃以上の温度で焼成して結合材
を炭化することにより、表層部の炭素繊維間に耐
酸化性炭化物が介在した炭素複合材が製造され
る。次いで、この炭素複合材の表面にSiCの被膜
を形成させる。SiCの被膜は、CVD法あるいはコ
ンバージヨン法等通常適用される公知の方法で形
成することができる。 このようにして得られる炭素複合材は、表層部
に介在するSiCやB4C等の炭化物の有する優れた
耐酸化性と表面に形成したSiCの被膜により、産
化消耗が効果的に防止される。 更に、このSiC被膜を形成した炭素複合材表面
にセラミツクコーテイング液を含浸して熱処理す
ると、炭素複合材表面の耐酸化性は一層増大す
る。セラミツクコーテイング液は、熱処理するこ
とにより、セラミツクスに転化するものであり、
転化生成した耐酸化性のセラミツクスが炭素複合
材表面に形成するSiCの被膜中のクラツク内に充
填され強固に結合するためである。 〔作用〕 上記構成に基づき、積層した炭素繊維層の表層
部に介在するSi、Ｂ、Ti、Al、Ta、Ｗ等の炭化
物の有する優れた耐酸化機能と表面に形成した
SiC被膜により、炭素複合材に耐酸化性が著しく
向上する。 更に、表層部表面に形成させたSiC被膜中のク
ラツク内に、セラミツクコーテイング材から転化
生成したセラミツクスが充填結合して、炭素複合
材表面からの酸素侵入も防止されるので、炭素複
合材の酸化消耗の低減化により一層効果的に機能
する。 〔実施例〕 実施例 １ フエノール樹脂初期縮合物にSiCウイスカー
（直径0.3〜0.5μｍ、長さ20〜30μｍ）とB4C粉末
（直径7μｍ以下）を夫々48、4.2重量部の割合で添
加し、均一分散させて結合材を調製した。 朱子織の炭素繊維布を縦横25mmに切断して、上
記の結合材を塗布し、48時間風乾してプリプレグ
シートを作製した。このプリプレグシートを17枚
積層してモールドに詰め、40℃／時の昇温速度で
加熱し、130℃、20Kg／cm2の条件に18時間保持し
て樹脂結合材を硬化した。なお、炭素繊維布の積
層は、第１層から第３層まではSiCウイスカーな
らびにB4C粉末を均一分散させた結合材を塗布し
たものを使用し、そのほかはフエノール樹脂初期
縮合物のみを塗布した炭素繊維布を用いた。得ら
れた成形体をN2ガス雰囲気中、５℃／時の昇温
速度で加熱し、1000℃に５時間保持して結合材を
焼成炭化した。次いで、コンバージヨン法により
表面にSiCの被膜（厚さ約35μｍ）を形成した。 このようにして製造した炭素複合材を空気中で
加熱処理して酸化消耗試験を行なつた。酸化消耗
試験は、まず800℃×0.5時間処理した後、900℃
×0.5時間、更に1000℃×0.5時間の３段階に亙つ
て行なつた。 実施例 ２ 実施例１で得た炭素複合材表面のSiC被膜面
を、ポリカルボシランのキシレン溶液（濃度60重
量％）中に浸潰して2Torrの真空化に２時間含浸
させた後、100℃で３時間乾燥し、N2ガス雰囲気
中で1800℃、２時間熱処理した。得られた炭素複
合材を実施例１と同じ条件で酸化消耗試験を行な
つた。 比較例 比較例として、SiCウイスカーおよびB4C粉末
を含まない実施例１と同じフエノール樹脂初期縮
合物を結合材として使用し、その表面にSiC被膜
（厚さ約35μｍ）を形成した炭素複合材について
実施例１と同じ条件で酸化消耗試験を行なつた。 得られた結果を下表に示した。
【表】
上記結果から、本発明の実施例は比較例に比べ
て優れた酸化抑制効果を有し、酸化消耗による重
量減少率が極めて少ないことが明らかである。 〔発明の効果〕 本発明によれば、高温酸化性雰囲気における耐
酸化度が著しく向上するので、炭素材料特有の
種々の特性を具備した工業材料として、広汎な用
途分野に適用することが可能となる。
て優れた酸化抑制効果を有し、酸化消耗による重
量減少率が極めて少ないことが明らかである。 〔発明の効果〕 本発明によれば、高温酸化性雰囲気における耐
酸化度が著しく向上するので、炭素材料特有の
種々の特性を具備した工業材料として、広汎な用
途分野に適用することが可能となる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 結合材を浸透した炭素繊維布を積層成形して
焼成する炭素複合材の製造方法において、表層部
に位置する炭素繊維布には耐酸化性炭化物が分散
した結合材を浸透し、他の層には結合材のみを浸
透した炭素繊維布を用いて積層成形したのち、該
積層成形体を不活性雰囲気中700℃以上の温度で
焼成して結合材を炭化し、ついで得られた炭素複
合材表面にSiCの被膜を形成することを特徴とす
る耐酸化性炭素複合材の製造方法。 ２ SiCの被膜を形成した後セラミツクコーテイ
ング液を含浸熱処理する特許請求の範囲第１項記
載の耐酸化性炭素複合材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62089780A JPS63256586A (ja) | 1987-04-14 | 1987-04-14 | 耐酸化性炭素複合材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62089780A JPS63256586A (ja) | 1987-04-14 | 1987-04-14 | 耐酸化性炭素複合材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63256586A JPS63256586A (ja) | 1988-10-24 |
| JPH03350B2 true JPH03350B2 (ja) | 1991-01-07 |
Family
ID=13980192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62089780A Granted JPS63256586A (ja) | 1987-04-14 | 1987-04-14 | 耐酸化性炭素複合材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63256586A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2567455B2 (ja) * | 1988-05-10 | 1996-12-25 | 住友電気工業株式会社 | 被覆炭素材料 |
| JPH0421583A (ja) * | 1990-05-15 | 1992-01-24 | Tokai Carbon Co Ltd | 炭素繊維強化炭素材の耐酸化処理方法 |
-
1987
- 1987-04-14 JP JP62089780A patent/JPS63256586A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63256586A (ja) | 1988-10-24 |
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