JPH0416575A - 炭素繊維/炭素複合部材の製造方法 - Google Patents
炭素繊維/炭素複合部材の製造方法Info
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- JPH0416575A JPH0416575A JP2118342A JP11834290A JPH0416575A JP H0416575 A JPH0416575 A JP H0416575A JP 2118342 A JP2118342 A JP 2118342A JP 11834290 A JP11834290 A JP 11834290A JP H0416575 A JPH0416575 A JP H0416575A
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Landscapes
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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
(産業上の利用分野)
本発明は、高強度であると共に、耐熱性および耐酸化性
にも優れていることが要求される構造体の部分9部品お
よび製品の素材として好適に使用される耐熱・耐酸化性
の優れた炭素繊維/炭素複合部材を製造するのに利用さ
れる炭素繊維/炭素複合部材の製造方法に関するもので
ある。 (従来の技術) 近年、構造体の部分9部品および製品を構成する素材に
対する要求特性が一段と厳しくなり、従来の金属系の材
料や樹脂系の材料ではこのような要求特性に十分対応し
きれなくなってきており、セラミ−、クス系の材料が種
々開発され、また、繊維強化金属(FRM)や繊維強化
セラミックス(FRC)、 さらには炭素縁m/炭素複
合材(C/C材)なとの複合材料が開発され、そして器
用に供されるようになってきている。 このC/C材は、軽量でかつ高強度であるため比強度の
点においてすぐれており、かつまた耐熱性および耐酸化
性が比較的良好であって熱による損耗や強度低下が従来
の金属系の材料に比べてかなり少ないものであるので、
宇宙航空機器用部材や原子力設備用部材などのごとく苛
酷な条件下にさらされる用途に適しているものといえる
。 このC/C材の製造方法としては、カーボン繊維/フェ
ノールやグラファイト繊M/フェノール、あるいはカー
ボン繊!l/ピッチやグラファイト繊m/ピッチなどと
いった素材を一次焼成により炭化あるいは黒鉛化し、さ
らに高密度化するためにピッチ含浸と焼成とを繰返すレ
ジン・チャー法や、カーボンm、iiもしくはグラファ
イト繊維で編んだ骨材に炭化水素を熱分解して生成する
炭素を蒸着する蒸着法(CVD法)などがあり、二次元
タイプのC/C材のほか、三次元タイプ、四次元タイプ
などのような多次元に繊維が配向したC/C材の開発も
なされている。 このように、C/C材は、従来の金属系の材料に比べる
と、軽量で強度的に優れしかも耐熱・耐酸化性が良好で
あり、熱による損耗や強度の低下が少ないといえるが、
例えば、宇宙往還機などのように宇宙での活動後に大気
圏に再突入するような場合には、とくに空力加熱を受け
る部分でかなりの高温となり、C/C材では800℃位
となったところで表面から酸化消耗してくる。 そこで、C/C材の表面における酸化消耗を抑制するた
めの耐酸化表面処理法も開発されている。 この耐酸化表面処理法としては、例えば、10%アルミ
ナ(A文203)、30%珪素(57)、60%炭化珪
素(S i C)からなる粉末をグラファイト製のレト
ルト内でC/C材のまわりに詰め、アルゴン雰囲気中に
おいて約1650℃で加熱してC/C材の表面をSjC
に転化させ、この後の冷却過程で、C/C材とSiCと
の間における熱膨張差によって微少なりラックを生ずる
ので、この微小なりラックをテトラエチルオルトシリケ
ー) (TE01)で処理して5i02で含浸するよう
にした耐酸化表面処理法があった。また、SiCに生ず
る微少なりラックをシリコン吹質剤で処理して5i02
で含浸するようにした耐酸化表面処理法もあった(例え
ば、TEO5処理に関しては、CERAMICBULL
ETIN VOL、60.No、11(1981)に
記載されている。)。 また、C/C材の表面にSiC被覆層を形成させる他の
手段としては、CVD (化学蒸着)法によって直接S
iC被積層を形成させる方法もあった。 (発明が解決しようとする課M) 前述したようなC/C材の表面にTEO3処理を施した
SiC被覆層を形成した場合には、C/C材が空力加熱
を受けて酸化消耗するのを防止し、より高温での使用が
可能となるが、およそ1400℃位に達すると表面のS
iCが酸化して5i07となり、この5i02がおよそ
1700℃位で融解して航行中に飛散することにより消
耗される。 したがって、例えば、空力加熱を受けることによって1
700℃を超えるような温度に加熱されたときでも十分
に耐えうる部材が必要とされる場合には、上記の表面に
TEO3処理を行ったSiC被覆層を形成したC/C材
では要求特性を十分に満たすことができないという課題
があった。 また、C/C材の表面にSiC被¥II層を形成させる
に際し、CVD法により直接SiC被覆層を形成した場
合には、SiCがC/C材の細かいすき間に十分侵透せ
ず、ag!械的なアンカー効果が得られないため剥離の
問題も生じるという課題があった。 (発明の目的) 本発明は、このような従来の課題にかんかみてなされた
もので、構造部材として必要な高強度を有していると共
に、耐熱性および耐酸化性にもより一層優れており、例
えば、空力加熱を受けることによって1800℃を超え
るような温度に加熱されたときでも酸化消耗が少なく十
分に耐えることか可能である軽量な耐熱・耐酸化性の優
れた高強度部材を得ることができる炭素繊#l/炭素複
合部材の製造方法を提供することを目的としている。
にも優れていることが要求される構造体の部分9部品お
よび製品の素材として好適に使用される耐熱・耐酸化性
の優れた炭素繊維/炭素複合部材を製造するのに利用さ
れる炭素繊維/炭素複合部材の製造方法に関するもので
ある。 (従来の技術) 近年、構造体の部分9部品および製品を構成する素材に
対する要求特性が一段と厳しくなり、従来の金属系の材
料や樹脂系の材料ではこのような要求特性に十分対応し
きれなくなってきており、セラミ−、クス系の材料が種
々開発され、また、繊維強化金属(FRM)や繊維強化
セラミックス(FRC)、 さらには炭素縁m/炭素複
合材(C/C材)なとの複合材料が開発され、そして器
用に供されるようになってきている。 このC/C材は、軽量でかつ高強度であるため比強度の
点においてすぐれており、かつまた耐熱性および耐酸化
性が比較的良好であって熱による損耗や強度低下が従来
の金属系の材料に比べてかなり少ないものであるので、
宇宙航空機器用部材や原子力設備用部材などのごとく苛
酷な条件下にさらされる用途に適しているものといえる
。 このC/C材の製造方法としては、カーボン繊維/フェ
ノールやグラファイト繊M/フェノール、あるいはカー
ボン繊!l/ピッチやグラファイト繊m/ピッチなどと
いった素材を一次焼成により炭化あるいは黒鉛化し、さ
らに高密度化するためにピッチ含浸と焼成とを繰返すレ
ジン・チャー法や、カーボンm、iiもしくはグラファ
イト繊維で編んだ骨材に炭化水素を熱分解して生成する
炭素を蒸着する蒸着法(CVD法)などがあり、二次元
タイプのC/C材のほか、三次元タイプ、四次元タイプ
などのような多次元に繊維が配向したC/C材の開発も
なされている。 このように、C/C材は、従来の金属系の材料に比べる
と、軽量で強度的に優れしかも耐熱・耐酸化性が良好で
あり、熱による損耗や強度の低下が少ないといえるが、
例えば、宇宙往還機などのように宇宙での活動後に大気
圏に再突入するような場合には、とくに空力加熱を受け
る部分でかなりの高温となり、C/C材では800℃位
となったところで表面から酸化消耗してくる。 そこで、C/C材の表面における酸化消耗を抑制するた
めの耐酸化表面処理法も開発されている。 この耐酸化表面処理法としては、例えば、10%アルミ
ナ(A文203)、30%珪素(57)、60%炭化珪
素(S i C)からなる粉末をグラファイト製のレト
ルト内でC/C材のまわりに詰め、アルゴン雰囲気中に
おいて約1650℃で加熱してC/C材の表面をSjC
に転化させ、この後の冷却過程で、C/C材とSiCと
の間における熱膨張差によって微少なりラックを生ずる
ので、この微小なりラックをテトラエチルオルトシリケ
ー) (TE01)で処理して5i02で含浸するよう
にした耐酸化表面処理法があった。また、SiCに生ず
る微少なりラックをシリコン吹質剤で処理して5i02
で含浸するようにした耐酸化表面処理法もあった(例え
ば、TEO5処理に関しては、CERAMICBULL
ETIN VOL、60.No、11(1981)に
記載されている。)。 また、C/C材の表面にSiC被覆層を形成させる他の
手段としては、CVD (化学蒸着)法によって直接S
iC被積層を形成させる方法もあった。 (発明が解決しようとする課M) 前述したようなC/C材の表面にTEO3処理を施した
SiC被覆層を形成した場合には、C/C材が空力加熱
を受けて酸化消耗するのを防止し、より高温での使用が
可能となるが、およそ1400℃位に達すると表面のS
iCが酸化して5i07となり、この5i02がおよそ
1700℃位で融解して航行中に飛散することにより消
耗される。 したがって、例えば、空力加熱を受けることによって1
700℃を超えるような温度に加熱されたときでも十分
に耐えうる部材が必要とされる場合には、上記の表面に
TEO3処理を行ったSiC被覆層を形成したC/C材
では要求特性を十分に満たすことができないという課題
があった。 また、C/C材の表面にSiC被¥II層を形成させる
に際し、CVD法により直接SiC被覆層を形成した場
合には、SiCがC/C材の細かいすき間に十分侵透せ
ず、ag!械的なアンカー効果が得られないため剥離の
問題も生じるという課題があった。 (発明の目的) 本発明は、このような従来の課題にかんかみてなされた
もので、構造部材として必要な高強度を有していると共
に、耐熱性および耐酸化性にもより一層優れており、例
えば、空力加熱を受けることによって1800℃を超え
るような温度に加熱されたときでも酸化消耗が少なく十
分に耐えることか可能である軽量な耐熱・耐酸化性の優
れた高強度部材を得ることができる炭素繊#l/炭素複
合部材の製造方法を提供することを目的としている。
(課題を解決するための手段)
本発明の第1請求項に係わる炭素繊!l/炭素複合部材
の製造方法は、炭素繊維/炭素複合基材の表面の一部な
いしは全部にアルミニウム皮膜を形成したのち、窒化雰
囲気中で高温処理して前記アルミニウム皮膜を窒化アル
ミニウム皮膜に変化させることにより、前記炭素繊維/
炭素複合基材の表面の一部ないしは全部に窒化アルミニ
ウム皮膜を形成する構成としたことを特徴としており、
本発明の第2請求項に係わる炭素繊!l/炭素複合部材
の製造方法は、炭素繊M/炭素複合基材の表面の一部な
いしは全部にアルミニウム皮膜を形成したのち、非窒化
不活性雰囲気中で高温加圧処理して前記炭素繊維/産業
複合基材表面の一部ないしは全部での前記アルミニウム
の含浸を促進させ。 続いて窒化雰囲気中で高温処理して前記アルミニウム皮
膜を窒化アルミニウム皮膜に変化させることにより、前
記炭素繊M/炭素複合基材の表面の一部ないしは全部に
窒化アルミニウム皮膜を形成する構成としたことを特徴
としており、より好ましい実施態様においては、前記炭
素繊維/炭素複合基材の表面の一部ないしは全部に、イ
オン蒸着(IVD)法によりアルミニウム皮膜を形成す
る構成としたことを特徴としており、上記した炭素繊!
17炭素複合部材の製造方法の構成を前述した従来の課
題を解決するための手段としている。 第11ii!lないし第3図は本発明の一実施態様を示
すものであって、本発明に係わる耐熱・耐酸化性の優れ
た炭素繊維/炭素複合基材の製造方法において、構造基
体となる炭素繊M/炭素複合基材(C/C基材)1は、
その製造方法において特に限定されず、例えば、強化材
となる炭素繊維には平織や綾織したものが用いられ、マ
トリックス結合材としてはフェノール系、フラン系、ピ
ッチ系などのものが用いられ、カーボン繊M/フェノル
、グラファイトIja維/フェノール、カーボン繊!/
ピッチ、グラファイト繊維/ピッチなどといった素材を
一次焼成によって炭化あるいは黒鉛化し、さらに高密度
化するためにピッチ含浸と焼成を繰り返すレジン・チャ
ー法や、カーボン繊維またはグラファイト繊維で編んだ
骨材に炭化水素を熱分解して生成する炭素を基若する蒸
着法や、それらの組み合わせ法などによって製造された
ものが適用され、C/C材の製造方法は特に限定されな
い。 そして、このC/C基材1の表面の一部ないしは全部に
、第2図に示すように、アルミニウム皮膜2を形成する
が、このようなアルミニウム皮膜2を形成するに際して
は、C/C基材1の表面の一部ないしは全部にアルミニ
ウム粉末金層いた状態にして誘導加熱することによりC
/C基材1の表面の一部ないしは全部にアルミニウム皮
膜2を形成させるようにしたり、溶解したアルミニウム
融液中にC/C基材1を浸漬して前記C/C基材1の表
面の一部ないしは全部にアルミニウム皮膜2を形成させ
るようにしたり、C/C基材1の表面の一部ないしは全
部にイオンブレーティングや溶射などによってアルミニ
ウム皮g!2を形成させるようにしたりすることが可能
であるが、とくに望ましくは、C/C基材1の表面の一
部ないしは全部にイオン蒸着(IVD)法、イオン注入
法と称される金属イオンの打ち込み法によってアルミニ
ウム皮W12を例えば50〜l 00 uLm程度の厚
さで形成するようになす。 次いで、より望ましくは採用する工程として。 第2図に示すように、前記アルミニウム皮膜2を形成し
たC/C基材1を非窒化不活性雰囲気中で高温加圧処理
して前記C/C基材1の表面の−部ないしは全部での前
記C/C基材1中への前記アルミニウムの含浸を促進さ
せる。 この場合、非窒化不活性雰囲気としてアルゴン雰囲気を
用い、例えば、アルミニウムの融点以上である700〜
1000℃程度の温度で、1800〜2500kgf/
cm2程度の加圧力で、60〜120分程度の時間を高
温加圧処理することにより、C/C基材1の表面の一部
ないしは全部での前記アルミニウムの含浸を促進させる
。 次いで、前記のごとくアルミニウムが含浸されて機械的
なアンカー効果が得られるようにしたC/C基材1を第
3図に示すように窒化雰囲気中で高温処理して前記アル
ミニウム皮112を窒化アルミニウム皮[13に変化さ
せることにより、前記C/C基材1の表面の一部ないし
は全部に窒化アルミニウム皮膜3を形成させる″。 この場合、窒化雰囲気として100%N2ガスを用い、
例えば、1800〜2500℃程度の温度で、1800
〜2500kgf/cm2程度の加圧力で、120〜1
80分程度の時間を高温処理することにより、アルミニ
ウム皮膜2を窒化アルミニウム皮膜3に変化させる。 (発明の作用) 本発明に係わる炭素繊維/炭素複合部材の製造方法は、
前述したように、炭素繊維/炭素複合基材の表面にアル
ミニウム皮膜を形成したのち、必要に応じて非窒化不活
性雰囲気中で高温加圧処理して前記炭素繊II/炭素複
合基材表面での前記アルミニウムの含浸を促進させ、続
いて窒化雰囲気中で高温処理して前記アルミニウム皮膜
を窒化アルミニウム皮膜に変化させることにより前記炭
素繊維/産業複合基材の表面部分に窒化アルミニウム皮
膜を形成する構成としたから、窒化アルミニウム皮膜が
炭素縁、II/炭素複合基材中に浸透したものとなって
いて機械的なアンカー作用が得られることにより密着性
が良好で結合力が大きく剥離が生じがたいものとなり、
このような結合力の大きなそしてまた熱膨張係数の小さ
な窒化アルミニウム皮膜が表面を形成しているため耐熱
・耐酸化性が著しく良好なものとなっており、構造体と
しての機械的強度は炭素繊維/炭素複合基材によって十
分確保されたものとなり、高強度で耐熱性および耐酸化
性に優れた複合部材になる。 そして、窒化アルミニウムの分解点は約2000℃と高
く、例えば、1700℃程度の高温で4時間程度の長時
間さらされるような環境において、窒化アルミニウムの
一部は融点が約2015℃とより高い酸化アルミニウム
に変化して、より優れた耐熱性が得られるものとなる。 (実施例) 次に1本発明に係わる炭素縁#/*素複合部材の製造方
法の実施例を比較例と共に示し、さらには評価結果を第
1表にまとめて示す。 夫ム1ユ 第1図に示すような円弧形状をなす厚さ1.5mmの炭
素繊維/炭素複合基材1の表面部分の全体に、工業用純
アルミニウムを用いてイオン蒸着(IVD)法により厚
さ約1100pのアルミニウム皮膜2を形成した。 次いで、前記アルミニウム皮Hり2を形成した炭素M!
/炭素複合基材1に対し、N、雰囲気中において、温度
約2000℃、加圧力的2000kgf/cm2 、時
間約150分の条件で高温処理する熱間等方圧圧縮(H
I P)を行って、前記アルミニウム皮膜2を窒化アル
ミニウム皮膜3に変化させ、これによって炭素繊維1/
炭素複合基材1の表面部分の全体に窒化アルミニウム皮
膜3を形成させた炭素a維/rR素複合部材4を得てこ
れを後記する評価試験に供した。 実施例2 第1図に示すような円弧形状をなす厚さ1.5mmの炭
素繊維/炭素複合基材1の表面部分の全体に、工業用純
アルミニウムを用いてイオン蒸着(IVD)法により厚
さ約10071mのアルミニウム皮膜2を形成した。 次に、前記アルミニウム皮膜2を形成した炭素&11/
炭素複合基材1に対し、Ar雰囲気中において、温度約
1000℃、加圧力約2000kgf/cm2 、時間
約90分の条件で高温加圧処理する熱間等方圧圧縮(H
I P)を行って、炭素縁ji/炭素複合基材1の表面
部分の全体での前記アルミニウムの含浸を十分なものと
した。 次いで、前記アルミニウムが含浸した炭素繊維/炭素複
合基材1に対し、N2雰囲気中において、温度的200
0℃、加圧力的2000kgf/cm2 、時間約15
0分の条件で高温処理する熱間等方圧圧縮(HIP)を
行って、前記アルミニウム皮膜2を窒化アルミニウム皮
膜3に変化させることにより、炭素繊維/炭素複合基材
1の表面部分の全体に窒化アルミニウム皮ItI3を形
成させた炭素Wa維/炭素複合部材4を得てこれを後記
する評価試験に供した。 比較例1 81図に示すような円弧形状をなす厚さ1.5mmの炭
素繊維/炭素複合基材1を何んら表面被覆することなく
これを後記する評価試験に供した。 比較例2 密閉容器内で、厚さ1.5mmの炭素繊維/炭素複合基
材1のまわりに、10%A文203−30%5i−60
%SiCからなる粉末を詰め、Ar雰囲気中で1650
℃に加熱して、炭素繊維/炭素複合基材1の表面をSi
Cに転化させ、冷却過程で熱膨張係数差により発生する
クラック中に、テトラエチルオルトシリケート(TE0
1)で処理してS i 02を含浸させた炭素縁m/炭
素複合部材を得てこれを後記する評価試験に供した。 匠II(1カ 実施例1.2において作製した供試材と、比較例1.2
において作製した供試材とについて、1soo”cxi
o分の大気中プラズマトーチ加熱、1700″cxio
分の大気中プラズマトーチ加熱、および2000℃×1
0分の大気中プラズマトーチ加熱を行って、加熱後の酸
化消耗量(1平方メートルあたりの重量減少量)を調べ
ることにより耐熱・耐酸化性を評価した。この結果を第
1表に示す。なお、第1表における( )の数値は、
重量減少量により算出した板厚減少量を示している。ま
た、「使用不能」とは、板厚減少量が1mm以上であっ
たものを示している。 第1表に示すように、炭素繊維/炭素複合材の表面部分
に窒化アルミニウム皮膜を有する実施例1および実施例
2の場合には、表面部分に窒化アルミニウム皮膜を有し
ない炭素繊維/炭素複合材そのものである比較例1の場
合に比べて、耐熱・耐酸化性がかなり向上していること
が明らかであり、窒化アルミニウム皮膜を有する実施例
1および実施例2の場合には炭素線錐/炭素複合基材の
表面にSiC被覆およびTEO3処理を施した比較例2
の場合よりも耐熱・耐酸化性に優れていることが認めら
れ、炭素繊、II/炭素複合基材の表面部分にアルミニ
ウム皮膜を形成したのち高温加圧処理を行ってアルミニ
ウムの含浸を促進させたのち窒化アルミニウムに変化さ
せるようにした実施例2の場合には、アルミニウムの含
浸工程を別途設けない実施例1の場合に比べて耐熱・耐
酸化性がさらに向上していることが認められ、宇宙往還
機の大気圏再突入時において1900〜1950℃程度
にまで温度上昇した場合にも十分に耐え得るものである
ことが確かめられた。
の製造方法は、炭素繊維/炭素複合基材の表面の一部な
いしは全部にアルミニウム皮膜を形成したのち、窒化雰
囲気中で高温処理して前記アルミニウム皮膜を窒化アル
ミニウム皮膜に変化させることにより、前記炭素繊維/
炭素複合基材の表面の一部ないしは全部に窒化アルミニ
ウム皮膜を形成する構成としたことを特徴としており、
本発明の第2請求項に係わる炭素繊!l/炭素複合部材
の製造方法は、炭素繊M/炭素複合基材の表面の一部な
いしは全部にアルミニウム皮膜を形成したのち、非窒化
不活性雰囲気中で高温加圧処理して前記炭素繊維/産業
複合基材表面の一部ないしは全部での前記アルミニウム
の含浸を促進させ。 続いて窒化雰囲気中で高温処理して前記アルミニウム皮
膜を窒化アルミニウム皮膜に変化させることにより、前
記炭素繊M/炭素複合基材の表面の一部ないしは全部に
窒化アルミニウム皮膜を形成する構成としたことを特徴
としており、より好ましい実施態様においては、前記炭
素繊維/炭素複合基材の表面の一部ないしは全部に、イ
オン蒸着(IVD)法によりアルミニウム皮膜を形成す
る構成としたことを特徴としており、上記した炭素繊!
17炭素複合部材の製造方法の構成を前述した従来の課
題を解決するための手段としている。 第11ii!lないし第3図は本発明の一実施態様を示
すものであって、本発明に係わる耐熱・耐酸化性の優れ
た炭素繊維/炭素複合基材の製造方法において、構造基
体となる炭素繊M/炭素複合基材(C/C基材)1は、
その製造方法において特に限定されず、例えば、強化材
となる炭素繊維には平織や綾織したものが用いられ、マ
トリックス結合材としてはフェノール系、フラン系、ピ
ッチ系などのものが用いられ、カーボン繊M/フェノル
、グラファイトIja維/フェノール、カーボン繊!/
ピッチ、グラファイト繊維/ピッチなどといった素材を
一次焼成によって炭化あるいは黒鉛化し、さらに高密度
化するためにピッチ含浸と焼成を繰り返すレジン・チャ
ー法や、カーボン繊維またはグラファイト繊維で編んだ
骨材に炭化水素を熱分解して生成する炭素を基若する蒸
着法や、それらの組み合わせ法などによって製造された
ものが適用され、C/C材の製造方法は特に限定されな
い。 そして、このC/C基材1の表面の一部ないしは全部に
、第2図に示すように、アルミニウム皮膜2を形成する
が、このようなアルミニウム皮膜2を形成するに際して
は、C/C基材1の表面の一部ないしは全部にアルミニ
ウム粉末金層いた状態にして誘導加熱することによりC
/C基材1の表面の一部ないしは全部にアルミニウム皮
膜2を形成させるようにしたり、溶解したアルミニウム
融液中にC/C基材1を浸漬して前記C/C基材1の表
面の一部ないしは全部にアルミニウム皮膜2を形成させ
るようにしたり、C/C基材1の表面の一部ないしは全
部にイオンブレーティングや溶射などによってアルミニ
ウム皮g!2を形成させるようにしたりすることが可能
であるが、とくに望ましくは、C/C基材1の表面の一
部ないしは全部にイオン蒸着(IVD)法、イオン注入
法と称される金属イオンの打ち込み法によってアルミニ
ウム皮W12を例えば50〜l 00 uLm程度の厚
さで形成するようになす。 次いで、より望ましくは採用する工程として。 第2図に示すように、前記アルミニウム皮膜2を形成し
たC/C基材1を非窒化不活性雰囲気中で高温加圧処理
して前記C/C基材1の表面の−部ないしは全部での前
記C/C基材1中への前記アルミニウムの含浸を促進さ
せる。 この場合、非窒化不活性雰囲気としてアルゴン雰囲気を
用い、例えば、アルミニウムの融点以上である700〜
1000℃程度の温度で、1800〜2500kgf/
cm2程度の加圧力で、60〜120分程度の時間を高
温加圧処理することにより、C/C基材1の表面の一部
ないしは全部での前記アルミニウムの含浸を促進させる
。 次いで、前記のごとくアルミニウムが含浸されて機械的
なアンカー効果が得られるようにしたC/C基材1を第
3図に示すように窒化雰囲気中で高温処理して前記アル
ミニウム皮112を窒化アルミニウム皮[13に変化さ
せることにより、前記C/C基材1の表面の一部ないし
は全部に窒化アルミニウム皮膜3を形成させる″。 この場合、窒化雰囲気として100%N2ガスを用い、
例えば、1800〜2500℃程度の温度で、1800
〜2500kgf/cm2程度の加圧力で、120〜1
80分程度の時間を高温処理することにより、アルミニ
ウム皮膜2を窒化アルミニウム皮膜3に変化させる。 (発明の作用) 本発明に係わる炭素繊維/炭素複合部材の製造方法は、
前述したように、炭素繊維/炭素複合基材の表面にアル
ミニウム皮膜を形成したのち、必要に応じて非窒化不活
性雰囲気中で高温加圧処理して前記炭素繊II/炭素複
合基材表面での前記アルミニウムの含浸を促進させ、続
いて窒化雰囲気中で高温処理して前記アルミニウム皮膜
を窒化アルミニウム皮膜に変化させることにより前記炭
素繊維/産業複合基材の表面部分に窒化アルミニウム皮
膜を形成する構成としたから、窒化アルミニウム皮膜が
炭素縁、II/炭素複合基材中に浸透したものとなって
いて機械的なアンカー作用が得られることにより密着性
が良好で結合力が大きく剥離が生じがたいものとなり、
このような結合力の大きなそしてまた熱膨張係数の小さ
な窒化アルミニウム皮膜が表面を形成しているため耐熱
・耐酸化性が著しく良好なものとなっており、構造体と
しての機械的強度は炭素繊維/炭素複合基材によって十
分確保されたものとなり、高強度で耐熱性および耐酸化
性に優れた複合部材になる。 そして、窒化アルミニウムの分解点は約2000℃と高
く、例えば、1700℃程度の高温で4時間程度の長時
間さらされるような環境において、窒化アルミニウムの
一部は融点が約2015℃とより高い酸化アルミニウム
に変化して、より優れた耐熱性が得られるものとなる。 (実施例) 次に1本発明に係わる炭素縁#/*素複合部材の製造方
法の実施例を比較例と共に示し、さらには評価結果を第
1表にまとめて示す。 夫ム1ユ 第1図に示すような円弧形状をなす厚さ1.5mmの炭
素繊維/炭素複合基材1の表面部分の全体に、工業用純
アルミニウムを用いてイオン蒸着(IVD)法により厚
さ約1100pのアルミニウム皮膜2を形成した。 次いで、前記アルミニウム皮Hり2を形成した炭素M!
/炭素複合基材1に対し、N、雰囲気中において、温度
約2000℃、加圧力的2000kgf/cm2 、時
間約150分の条件で高温処理する熱間等方圧圧縮(H
I P)を行って、前記アルミニウム皮膜2を窒化アル
ミニウム皮膜3に変化させ、これによって炭素繊維1/
炭素複合基材1の表面部分の全体に窒化アルミニウム皮
膜3を形成させた炭素a維/rR素複合部材4を得てこ
れを後記する評価試験に供した。 実施例2 第1図に示すような円弧形状をなす厚さ1.5mmの炭
素繊維/炭素複合基材1の表面部分の全体に、工業用純
アルミニウムを用いてイオン蒸着(IVD)法により厚
さ約10071mのアルミニウム皮膜2を形成した。 次に、前記アルミニウム皮膜2を形成した炭素&11/
炭素複合基材1に対し、Ar雰囲気中において、温度約
1000℃、加圧力約2000kgf/cm2 、時間
約90分の条件で高温加圧処理する熱間等方圧圧縮(H
I P)を行って、炭素縁ji/炭素複合基材1の表面
部分の全体での前記アルミニウムの含浸を十分なものと
した。 次いで、前記アルミニウムが含浸した炭素繊維/炭素複
合基材1に対し、N2雰囲気中において、温度的200
0℃、加圧力的2000kgf/cm2 、時間約15
0分の条件で高温処理する熱間等方圧圧縮(HIP)を
行って、前記アルミニウム皮膜2を窒化アルミニウム皮
膜3に変化させることにより、炭素繊維/炭素複合基材
1の表面部分の全体に窒化アルミニウム皮ItI3を形
成させた炭素Wa維/炭素複合部材4を得てこれを後記
する評価試験に供した。 比較例1 81図に示すような円弧形状をなす厚さ1.5mmの炭
素繊維/炭素複合基材1を何んら表面被覆することなく
これを後記する評価試験に供した。 比較例2 密閉容器内で、厚さ1.5mmの炭素繊維/炭素複合基
材1のまわりに、10%A文203−30%5i−60
%SiCからなる粉末を詰め、Ar雰囲気中で1650
℃に加熱して、炭素繊維/炭素複合基材1の表面をSi
Cに転化させ、冷却過程で熱膨張係数差により発生する
クラック中に、テトラエチルオルトシリケート(TE0
1)で処理してS i 02を含浸させた炭素縁m/炭
素複合部材を得てこれを後記する評価試験に供した。 匠II(1カ 実施例1.2において作製した供試材と、比較例1.2
において作製した供試材とについて、1soo”cxi
o分の大気中プラズマトーチ加熱、1700″cxio
分の大気中プラズマトーチ加熱、および2000℃×1
0分の大気中プラズマトーチ加熱を行って、加熱後の酸
化消耗量(1平方メートルあたりの重量減少量)を調べ
ることにより耐熱・耐酸化性を評価した。この結果を第
1表に示す。なお、第1表における( )の数値は、
重量減少量により算出した板厚減少量を示している。ま
た、「使用不能」とは、板厚減少量が1mm以上であっ
たものを示している。 第1表に示すように、炭素繊維/炭素複合材の表面部分
に窒化アルミニウム皮膜を有する実施例1および実施例
2の場合には、表面部分に窒化アルミニウム皮膜を有し
ない炭素繊維/炭素複合材そのものである比較例1の場
合に比べて、耐熱・耐酸化性がかなり向上していること
が明らかであり、窒化アルミニウム皮膜を有する実施例
1および実施例2の場合には炭素線錐/炭素複合基材の
表面にSiC被覆およびTEO3処理を施した比較例2
の場合よりも耐熱・耐酸化性に優れていることが認めら
れ、炭素繊、II/炭素複合基材の表面部分にアルミニ
ウム皮膜を形成したのち高温加圧処理を行ってアルミニ
ウムの含浸を促進させたのち窒化アルミニウムに変化さ
せるようにした実施例2の場合には、アルミニウムの含
浸工程を別途設けない実施例1の場合に比べて耐熱・耐
酸化性がさらに向上していることが認められ、宇宙往還
機の大気圏再突入時において1900〜1950℃程度
にまで温度上昇した場合にも十分に耐え得るものである
ことが確かめられた。
【発明の効果】
本発明に係わる炭素繊維/炭素複合部材の製造方法では
、炭素繊#II/炭票複合基材の表面部分にアルミニウ
ム皮膜を形成したのち、必要に応じて非窒化不活性雰囲
気中で高温加圧処理して前記炭素縁Jl/炭素複合基材
の表面部分でのアルミニウムの含浸を促進させ、続いて
窒化雰囲気中で高温処理して前記アルミニウム皮膜を窒
化アルミニウム皮膜に変化させることにより前記炭素縁
、11/炭素複合基材の表面部分に窒化アルミニウム皮
膜を形成する構成としているので、炭素線錐/炭素複合
基材を構造基体とすることにより軽量でありながら高強
度が得られると共に、熱膨張係数が炭素縁All/炭素
複合基材の熱膨張係数に近く分解点も約2000℃と高
い窒化アルミニウム皮膜を有していることから、高温酸
化雰囲気中での耐熱令耐酸化性に優れたものとなってお
り、高温酸化雰囲気中において窒化アルミニウムがたと
え酸化されて酸化アルミニウム(アルミナ)に変化した
としてもこの融点が約2015℃とさらに高くなるので
炭素繊維/炭素複合基材の酸化消耗を防止して耐熱台耐
酸化性の著しく良好なものとなると同時に、窒化アルミ
ニウム皮膜が炭素繊維/炭素複合基材中に浸透して十分
な機械的アンカー作用が得られていることにより熱膨張
係数差等に起因する窒化アルミニウム皮膜のクラッタな
いしは剥離の発生をも防ぐことかできるものとなってお
り、例えば、空力加熱を受けることによって1800℃
を超えるような温度に加熱されたときでも酸化消耗が著
しく少なく十分に耐え得る炭素縁#l/炭素複合部材を
提供することができるという非常に優れた効果がもたら
される。
、炭素繊#II/炭票複合基材の表面部分にアルミニウ
ム皮膜を形成したのち、必要に応じて非窒化不活性雰囲
気中で高温加圧処理して前記炭素縁Jl/炭素複合基材
の表面部分でのアルミニウムの含浸を促進させ、続いて
窒化雰囲気中で高温処理して前記アルミニウム皮膜を窒
化アルミニウム皮膜に変化させることにより前記炭素縁
、11/炭素複合基材の表面部分に窒化アルミニウム皮
膜を形成する構成としているので、炭素線錐/炭素複合
基材を構造基体とすることにより軽量でありながら高強
度が得られると共に、熱膨張係数が炭素縁All/炭素
複合基材の熱膨張係数に近く分解点も約2000℃と高
い窒化アルミニウム皮膜を有していることから、高温酸
化雰囲気中での耐熱令耐酸化性に優れたものとなってお
り、高温酸化雰囲気中において窒化アルミニウムがたと
え酸化されて酸化アルミニウム(アルミナ)に変化した
としてもこの融点が約2015℃とさらに高くなるので
炭素繊維/炭素複合基材の酸化消耗を防止して耐熱台耐
酸化性の著しく良好なものとなると同時に、窒化アルミ
ニウム皮膜が炭素繊維/炭素複合基材中に浸透して十分
な機械的アンカー作用が得られていることにより熱膨張
係数差等に起因する窒化アルミニウム皮膜のクラッタな
いしは剥離の発生をも防ぐことかできるものとなってお
り、例えば、空力加熱を受けることによって1800℃
を超えるような温度に加熱されたときでも酸化消耗が著
しく少なく十分に耐え得る炭素縁#l/炭素複合部材を
提供することができるという非常に優れた効果がもたら
される。
第1図ないし第3図は本発明に係わる炭素繊維/産業複
合部材の製造方法の実施態様を示す工程説明図である。 1・・・炭素繊維/炭素複合基材、2・・・アルミニウ
ム皮膜、3・・・窒化アルミニウム皮膜、4・・・炭素
繊維/炭素複合部材。 第3図
合部材の製造方法の実施態様を示す工程説明図である。 1・・・炭素繊維/炭素複合基材、2・・・アルミニウ
ム皮膜、3・・・窒化アルミニウム皮膜、4・・・炭素
繊維/炭素複合部材。 第3図
Claims (3)
- (1)炭素繊維/炭素複合基材の表面にアルミニウム皮
膜を形成したのち、窒化雰囲気中で高温処理して前記ア
ルミニウム皮膜を窒化アルミニウム皮膜に変化させるこ
とにより前記炭素繊維/炭素複合基材の表面に窒化アル
ミニウム皮膜を形成することを特徴とする炭素繊維/炭
素複合部材の製造方法。 - (2)炭素繊維/炭素複合基材の表面にアルミニウム皮
膜を形成したのち、非窒化不活性雰囲気中で高温加圧処
理して前記炭素繊維/炭素複合基材表面での前記アルミ
ニウムの含浸を促進させ、続いて窒化雰囲気中で高温処
理して前記アルミニウム皮膜を窒化アルミニウム皮膜に
変化させることにより前記炭素繊維/炭素複合基材の表
面に窒化アルミニウム皮膜を形成することを特徴とする
炭素繊維/炭素複合部材の製造方法。 - (3)炭素繊維/炭素複合基材の表面に、イオン蒸着法
によりアルミニウム皮膜を形成する請求項第(1)項ま
たは第(2)項に記載の炭素繊維/炭素複合部材の製造
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2118342A JPH0416575A (ja) | 1990-05-08 | 1990-05-08 | 炭素繊維/炭素複合部材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2118342A JPH0416575A (ja) | 1990-05-08 | 1990-05-08 | 炭素繊維/炭素複合部材の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0416575A true JPH0416575A (ja) | 1992-01-21 |
Family
ID=14734311
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2118342A Pending JPH0416575A (ja) | 1990-05-08 | 1990-05-08 | 炭素繊維/炭素複合部材の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0416575A (ja) |
-
1990
- 1990-05-08 JP JP2118342A patent/JPH0416575A/ja active Pending
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