JPH04149068A - 炭素繊維強化炭素複合材製二重中空円筒体 - Google Patents
炭素繊維強化炭素複合材製二重中空円筒体Info
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- JPH04149068A JPH04149068A JP2271449A JP27144990A JPH04149068A JP H04149068 A JPH04149068 A JP H04149068A JP 2271449 A JP2271449 A JP 2271449A JP 27144990 A JP27144990 A JP 27144990A JP H04149068 A JPH04149068 A JP H04149068A
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Powder Metallurgy (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）
本発明は炭素繊維強化炭素複合材製二重中空円筒体に関
するものであり、より詳しくは、セラミックス粉体や超
硬合金等を焼結するために用いられるホットプレス用の
型や高温雰囲気下で使用される機械用治具、支持体等に
用いられる炭素繊維強化炭素複合材製二重中空円筒体に
関するものである。
するものであり、より詳しくは、セラミックス粉体や超
硬合金等を焼結するために用いられるホットプレス用の
型や高温雰囲気下で使用される機械用治具、支持体等に
用いられる炭素繊維強化炭素複合材製二重中空円筒体に
関するものである。
（従来の技術）
従来より、セラミックス粉体や超硬合金等を焼結するた
めに用いられるホットプレス法はこれらの材料を内側中
空円筒体のスリーブと外側中空円筒状のモールドからな
る型の中に載置し、ピストンより上部および下部から−
様な高圧を加えながら材料を加熱し、焼結する方法であ
る。
めに用いられるホットプレス法はこれらの材料を内側中
空円筒体のスリーブと外側中空円筒状のモールドからな
る型の中に載置し、ピストンより上部および下部から−
様な高圧を加えながら材料を加熱し、焼結する方法であ
る。
かかる方法において使用可能な型材料は加熱温度が１０
００〜２４００°Ｃと非常に高温であるため、極めて制
限され従来より黒鉛材料が使用されてきた。
００〜２４００°Ｃと非常に高温であるため、極めて制
限され従来より黒鉛材料が使用されてきた。
黒鉛材料は高温下でも強度を維持し不活性雰囲気下では
、化学的に極めて安定である等の好ましい材料であるが
、近年ホットプレス法において圧力操作を更に高圧にす
る傾向があり、黒鉛材料のみからなる型では強度の点で
問題があることが顕在化してきたため型、特にモールド
の肉厚を厚くする方法も考えられるが、作業性等で問題
があり、決して良い解決策ではなかった。そこで高強度
かつ薄肉化が可能な炭素繊維強化炭素複合材が黒鉛製モ
ールドの代替材料として開発されてきた。
、化学的に極めて安定である等の好ましい材料であるが
、近年ホットプレス法において圧力操作を更に高圧にす
る傾向があり、黒鉛材料のみからなる型では強度の点で
問題があることが顕在化してきたため型、特にモールド
の肉厚を厚くする方法も考えられるが、作業性等で問題
があり、決して良い解決策ではなかった。そこで高強度
かつ薄肉化が可能な炭素繊維強化炭素複合材が黒鉛製モ
ールドの代替材料として開発されてきた。
すなわち、従来の黒鉛材料製ホットプレス用型では、モ
ールドの内側にスリーブが構成されており、これらモー
ルド、スリーブはいずれも黒鉛材料で製造されているの
に対してモールドが炭素繊維強化炭素複合材で製造され
た型が提案されている。ここでスリーブを設ける理由は
焼結晶の脱型をスムーズに行えるようにすること、モー
ルドの摩耗を防くことおよびモールドを焼結晶との反応
から保護すること等である（特開昭６１−５８８６０、
特開平１−９８８９３、特開平１−１５７８０４、特開
平１−２２４５７０、実開昭６２１０７９０７各号公報
等）。
ールドの内側にスリーブが構成されており、これらモー
ルド、スリーブはいずれも黒鉛材料で製造されているの
に対してモールドが炭素繊維強化炭素複合材で製造され
た型が提案されている。ここでスリーブを設ける理由は
焼結晶の脱型をスムーズに行えるようにすること、モー
ルドの摩耗を防くことおよびモールドを焼結晶との反応
から保護すること等である（特開昭６１−５８８６０、
特開平１−９８８９３、特開平１−１５７８０４、特開
平１−２２４５７０、実開昭６２１０７９０７各号公報
等）。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、炭素繊維強化炭素複合材からなるモール
ドと黒鉛材料からなるスリーブとで構成された従来の型
では、炭素繊維強化炭素複合材の熱膨張は一般的に黒鉛
材料の熱膨張に比較して小さいため、この熱膨張差によ
り炭素繊維強化炭素複合材からなるモールドか塑性変形
を生し実用化するには課題を有していた。
ドと黒鉛材料からなるスリーブとで構成された従来の型
では、炭素繊維強化炭素複合材の熱膨張は一般的に黒鉛
材料の熱膨張に比較して小さいため、この熱膨張差によ
り炭素繊維強化炭素複合材からなるモールドか塑性変形
を生し実用化するには課題を有していた。
（課題を解決するだめの手段）
そこで、本発明者等はかかる課題を解決す−ζく鋭意検
討した結果、モールドに用いられる炭素繊維強化炭素複
合材すなわち外側中空円筒体とほぼ同一の熱膨張係数を
有する材料でスリーブすなわち内側中空円筒体を構成す
ることにより、かかる課題が解消することを見出し本発
明に到達した。
討した結果、モールドに用いられる炭素繊維強化炭素複
合材すなわち外側中空円筒体とほぼ同一の熱膨張係数を
有する材料でスリーブすなわち内側中空円筒体を構成す
ることにより、かかる課題が解消することを見出し本発
明に到達した。
すなわち、本発明の目的は高温下で塑性変形あるいは欠
損等を生じない実用性の高い炭素繊維強化炭素複合材製
二重中空円筒体を提供することにある。
損等を生じない実用性の高い炭素繊維強化炭素複合材製
二重中空円筒体を提供することにある。
そして、その目的は炭素繊維強化炭素複合材からなる内
側中空円筒と当該内側中空円筒の外表面と接する様に嵌
合配置された炭素繊維強化炭素複合材からなる外側中空
円筒で構成された炭素繊維強化炭素複合材製二重中空円
筒体により容易に達成される。
側中空円筒と当該内側中空円筒の外表面と接する様に嵌
合配置された炭素繊維強化炭素複合材からなる外側中空
円筒で構成された炭素繊維強化炭素複合材製二重中空円
筒体により容易に達成される。
以下、本発明の詳細な説明する。
本発明の炭素繊維強化炭素複合材からなる内側中空円筒
は常法に従い作製できる。例えば、ピッチ系、ＰＡＮ系
あるいはレーヨン系等の炭素繊維または黒鉛繊維の長繊
維束をフェノール樹脂、フラン樹脂あるいはエポキシ樹
脂等の熱硬化樹脂類またはピッチ等の熱可塑性樹脂類に
含浸した後、円筒形の型に一定角度および所定の肉厚に
捲回する。捲回角度としては通常４５〜９０度、好まし
くは７５〜９０度とするのがよく、また繊維の体積含有
率としては３０〜７０％、好ましくは４０〜６０％とす
るのがよく樹脂の体積含有率は３０〜７０％、好ましく
は４０〜５０％で成形する。
は常法に従い作製できる。例えば、ピッチ系、ＰＡＮ系
あるいはレーヨン系等の炭素繊維または黒鉛繊維の長繊
維束をフェノール樹脂、フラン樹脂あるいはエポキシ樹
脂等の熱硬化樹脂類またはピッチ等の熱可塑性樹脂類に
含浸した後、円筒形の型に一定角度および所定の肉厚に
捲回する。捲回角度としては通常４５〜９０度、好まし
くは７５〜９０度とするのがよく、また繊維の体積含有
率としては３０〜７０％、好ましくは４０〜６０％とす
るのがよく樹脂の体積含有率は３０〜７０％、好ましく
は４０〜５０％で成形する。
あるいは、短繊維およびミドルファイバーと呼ばれる数
ミリメートルあるいは数センチメートル程度の炭素繊維
またはそれらの黒鉛繊維を前記した樹脂類に含浸、混練
が必要な場合には混練後、型内に充填し成形する。この
場合、成形品の繊維体積含有率、樹脂体積含有率は前述
の長繊維の場合と同様に行われる。次いで、これらを】
５０〜２５０℃で後硬化処理した後、脱型する。脱型後
、不活性雰囲気下で８００〜１０００ ’Ｃて炭化処理
を行い更に１０００〜３０００°Ｃで黒鉛化することに
より成形体を得られる。なお、必要に応してより緻密な
ものを所望する場合には、上記した樹脂類を用いて含浸
・焼成処理を操り返すことにより緻密化処理を行い目的
とする円筒体の強度等の向上を行ってもよい。また、３
次元的に織られた織物を前記同様樹脂類に含浸し、焼成
、黒鉛化後、前記同様緻密化処理して製作する方法もあ
る。このようにして得られた中空円筒体は円周方向の熱
膨張係数が通常４．０ Ｘ １０−６／’Ｃ以下となる
。
ミリメートルあるいは数センチメートル程度の炭素繊維
またはそれらの黒鉛繊維を前記した樹脂類に含浸、混練
が必要な場合には混練後、型内に充填し成形する。この
場合、成形品の繊維体積含有率、樹脂体積含有率は前述
の長繊維の場合と同様に行われる。次いで、これらを】
５０〜２５０℃で後硬化処理した後、脱型する。脱型後
、不活性雰囲気下で８００〜１０００ ’Ｃて炭化処理
を行い更に１０００〜３０００°Ｃで黒鉛化することに
より成形体を得られる。なお、必要に応してより緻密な
ものを所望する場合には、上記した樹脂類を用いて含浸
・焼成処理を操り返すことにより緻密化処理を行い目的
とする円筒体の強度等の向上を行ってもよい。また、３
次元的に織られた織物を前記同様樹脂類に含浸し、焼成
、黒鉛化後、前記同様緻密化処理して製作する方法もあ
る。このようにして得られた中空円筒体は円周方向の熱
膨張係数が通常４．０ Ｘ １０−６／’Ｃ以下となる
。
次に、炭素繊維強化炭素複合材からなる外側中空円筒は
内側中空円筒と同程度の熱膨張率のものなら限定されな
いが上記した内側中空円筒と同様の方法により製造する
のが簡易でよい。従って、この外側中空円筒も円周方向
の熱膨張係数が４、ＯＸｌ ０−６／’Ｃ以下となる。
内側中空円筒と同程度の熱膨張率のものなら限定されな
いが上記した内側中空円筒と同様の方法により製造する
のが簡易でよい。従って、この外側中空円筒も円周方向
の熱膨張係数が４、ＯＸｌ ０−６／’Ｃ以下となる。
本発明は、かかる炭素繊維強化炭素複合材からなる内側
中空円筒の外表面と炭素繊維強化炭素複合材からなる外
側中空円筒の内表面とが接するように嵌合して構成して
なるものであり、その特徴はそれぞれの中空円筒の円周
方向の熱膨張係数かほぼ同じ程度であることにある。
中空円筒の外表面と炭素繊維強化炭素複合材からなる外
側中空円筒の内表面とが接するように嵌合して構成して
なるものであり、その特徴はそれぞれの中空円筒の円周
方向の熱膨張係数かほぼ同じ程度であることにある。
そして、本発明の炭素繊維強化炭素複合千オ製二重中空
円筒体をホントブレス用型に使用した場合を第１図を用
いて説明する。炭素繊維強化炭素複合材からなる外側中
空円筒をモールド１として配置し、炭素繊維強化炭素複
合材からなる内側中空円筒をスリーブ２として使用し、
モールド内表面とスリーブ外表面とが接するように嵌合
して構成する。上下にはピストン３，４が配置され、ス
リーブ内にはセラミックス等の粉体５を充填後ホ。
円筒体をホントブレス用型に使用した場合を第１図を用
いて説明する。炭素繊維強化炭素複合材からなる外側中
空円筒をモールド１として配置し、炭素繊維強化炭素複
合材からなる内側中空円筒をスリーブ２として使用し、
モールド内表面とスリーブ外表面とが接するように嵌合
して構成する。上下にはピストン３，４が配置され、ス
リーブ内にはセラミックス等の粉体５を充填後ホ。
ドブレス炉内に載置し不活性雰囲気上所定温度例えば、
１７００度程度まで昇温し、加圧・加熱焼結させて製品
を得る。
１７００度程度まで昇温し、加圧・加熱焼結させて製品
を得る。
（実施例）
本発明を実施例に基づいてより具体的に説明するが、本
発明はその要旨を越えない限り下記の実施例に限定され
るものではない。
発明はその要旨を越えない限り下記の実施例に限定され
るものではない。
実施例
実施例１
１°のテーパーをもち平均外径６３ｍ／ｍの円筒体をマ
ンドレルとして４０００フイラメントの炭素繊維を使用
し、フェノール樹脂（郡栄化学＠製°°レジトップＰＬ
２２１１“）を含浸後フィラメントワインディング法に
より巻き角度８９°にて、平均外径７３ｍ／ｍまで巻き
つけた。この成形体は、２００°Ｃまで昇温硬化した。
ンドレルとして４０００フイラメントの炭素繊維を使用
し、フェノール樹脂（郡栄化学＠製°°レジトップＰＬ
２２１１“）を含浸後フィラメントワインディング法に
より巻き角度８９°にて、平均外径７３ｍ／ｍまで巻き
つけた。この成形体は、２００°Ｃまで昇温硬化した。
次に不活性雰囲気下で１０００ ’Ｃまで昇温し、マト
リックスを炭化した。その後アルゴン雰囲気中２４００
°Ｃまで昇温し、炭素繊維及びマトリックスを黒鉛化し
た。この炭素繊維強化炭素複合材は緻密化のため、ピッ
チを含浸し、前記条件でマトリックスを炭化及び黒鉛化
した。この操作を５回くり返し実施し加工して、平均外
径７３ｍ／ｍ、平均内径６３ＩＩｌ／Ｉ１１、高さ４３
ｍ／ｍの外側中空円筒を得た。この炭素繊維強化炭素複
合材は円周方向（繊維軸方向）の熱膨張係数０． Ｉ
Ｘ １０−６／”Ｃを有している一方、内側中空円筒は
４３ｍ／ｍの円筒体をマンドレルとし前記同様フィラメ
ントワインデング法により巻き角度７５°にて外径６４
ｍ／ｍまで巻きつげた。以下、前記同様の工程を経たの
ち若干の加工を施し、平均外径６３ｍ／ｍ、内径４５ｍ
／ｍ、高さ５５ｍ／ｍに仕上げ内側中空円筒を得た。こ
の内側中空円筒は０、 Ｉ Ｘ １０−６／”Ｃの熱膨
張係数をもつ。
リックスを炭化した。その後アルゴン雰囲気中２４００
°Ｃまで昇温し、炭素繊維及びマトリックスを黒鉛化し
た。この炭素繊維強化炭素複合材は緻密化のため、ピッ
チを含浸し、前記条件でマトリックスを炭化及び黒鉛化
した。この操作を５回くり返し実施し加工して、平均外
径７３ｍ／ｍ、平均内径６３ＩＩｌ／Ｉ１１、高さ４３
ｍ／ｍの外側中空円筒を得た。この炭素繊維強化炭素複
合材は円周方向（繊維軸方向）の熱膨張係数０． Ｉ
Ｘ １０−６／”Ｃを有している一方、内側中空円筒は
４３ｍ／ｍの円筒体をマンドレルとし前記同様フィラメ
ントワインデング法により巻き角度７５°にて外径６４
ｍ／ｍまで巻きつげた。以下、前記同様の工程を経たの
ち若干の加工を施し、平均外径６３ｍ／ｍ、内径４５ｍ
／ｍ、高さ５５ｍ／ｍに仕上げ内側中空円筒を得た。こ
の内側中空円筒は０、 Ｉ Ｘ １０−６／”Ｃの熱膨
張係数をもつ。
外側中空円筒内表面、内側中空円筒外表面には１°のテ
ーパーがつけてあり、嵌合加工が施しである。両者は一
定の力で接触させるため万能試験機にて１５ｋｇの荷重
で内側中空円筒端面に荷重を加えて外側中空円筒、内側
中空円筒を密着させた。
ーパーがつけてあり、嵌合加工が施しである。両者は一
定の力で接触させるため万能試験機にて１５ｋｇの荷重
で内側中空円筒端面に荷重を加えて外側中空円筒、内側
中空円筒を密着させた。
これを高温熱処理炉に入れ、アルゴン雰囲気中１７００
°Ｃまで昇温し、３時間保持後、常温まで冷却、取り出
し後、内側中空円筒をはずして、外側中空円筒の寸法変
化を測定した。
°Ｃまで昇温し、３時間保持後、常温まで冷却、取り出
し後、内側中空円筒をはずして、外側中空円筒の寸法変
化を測定した。
結果を表１に示す。
比較例１
実施例１と同様に製作した炭素繊維強化炭素複合材を使
用したこの炭素繊維強化炭素複合材は、実施例１と同様
の形状、熱膨張係数をもつ。前記炭素繊維強化炭素複合
材を外側中空円筒とした。
用したこの炭素繊維強化炭素複合材は、実施例１と同様
の形状、熱膨張係数をもつ。前記炭素繊維強化炭素複合
材を外側中空円筒とした。
一方、内側中空円筒には等方性黒鉛（東洋カーボン株製
”ＡＸ６５０” ）のブロックから加工、平均外径６３
１Ｉｌ／Ｉ１１、内径４５ｍ／ｍ、高さ５５ｍ／ｍに仕
上げ内側中空円筒とした。この内側中空円筒は熱膨張係
数５． Ｉ Ｘ １０−”／’Ｃを有する。以下、実施
例１と同様の操作をしたあと、高温熱処理炉に入れ、実
施例１と同じ条件で昇温冷却後とり出し、内側中空円筒
をはずし、外側中空円筒の内径寸法変化を測定した。
”ＡＸ６５０” ）のブロックから加工、平均外径６３
１Ｉｌ／Ｉ１１、内径４５ｍ／ｍ、高さ５５ｍ／ｍに仕
上げ内側中空円筒とした。この内側中空円筒は熱膨張係
数５． Ｉ Ｘ １０−”／’Ｃを有する。以下、実施
例１と同様の操作をしたあと、高温熱処理炉に入れ、実
施例１と同じ条件で昇温冷却後とり出し、内側中空円筒
をはずし、外側中空円筒の内径寸法変化を測定した。
結果を表１に示す。
表Ｉ Ｃ／Ｃコンボシフトの内径寸法変化表１に示す
ように本発明は内側中空円筒と外側中空円筒の熱膨張係
数の差がないため熱応力の発生がなく塑性変形を防止で
きる事が明らかとなった。
ように本発明は内側中空円筒と外側中空円筒の熱膨張係
数の差がないため熱応力の発生がなく塑性変形を防止で
きる事が明らかとなった。
（効果）
本発明によれば、内側中空円筒と外側中空円筒とがほぼ
同一の円周方向の熱膨張係数ををするので、両者の熱膨
張係数の差による熱応力の発生がなく熱応力による塑性
変形が防止できる。
同一の円周方向の熱膨張係数ををするので、両者の熱膨
張係数の差による熱応力の発生がなく熱応力による塑性
変形が防止できる。
第１図は本発明の二重中空円筒体を、ホットプレス法の
モールドスリーブとして用いた状態の模式図である。 １：モールド（外側中空円筒体） ２ニスリーブ（内側中空円筒体） ３：上部ピストン ４：下部ピストン ５：粉体 出願人 東洋カーボン株式会社（ほか１名）代理人 弁
理士 長谷用 −（ほか１名）第 巳
モールドスリーブとして用いた状態の模式図である。 １：モールド（外側中空円筒体） ２ニスリーブ（内側中空円筒体） ３：上部ピストン ４：下部ピストン ５：粉体 出願人 東洋カーボン株式会社（ほか１名）代理人 弁
理士 長谷用 −（ほか１名）第 巳
Claims (2)
- （１） 炭素繊維強化炭素複合材からなる内側中空円筒
と当該内側中空円筒の外表面と接する様に嵌合配置され
た炭素繊維強化炭素複合材からなる外側中空円筒で構成
された炭素繊維強化炭素複合材製二重中空円筒体。 - （２） 炭素繊維強化炭素複合材製二重中空円筒体がホ
ットプレス用型である請求項１記載の炭素繊維強化炭素
複合材製二重中空円筒体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27144990A JP3203651B2 (ja) | 1990-10-09 | 1990-10-09 | 炭素繊維強化炭素複合材製二重中空円筒体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27144990A JP3203651B2 (ja) | 1990-10-09 | 1990-10-09 | 炭素繊維強化炭素複合材製二重中空円筒体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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