JPH042660A - 短炭素繊維分散強化炭素材料 - Google Patents

短炭素繊維分散強化炭素材料

Info

Publication number
JPH042660A
JPH042660A JP2100940A JP10094090A JPH042660A JP H042660 A JPH042660 A JP H042660A JP 2100940 A JP2100940 A JP 2100940A JP 10094090 A JP10094090 A JP 10094090A JP H042660 A JPH042660 A JP H042660A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
short carbon
short
carbon fiber
strength
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2100940A
Other languages
English (en)
Inventor
Ichitaro Ogawa
一太郎 小川
Hisayoshi Yoshida
吉田 久良
Toru Niwa
徹 丹羽
Susumu Nishikawa
進 西川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KOBE CHUTETSUSHO KK
Kobe Cast Iron Works Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
KOBE CHUTETSUSHO KK
Agency of Industrial Science and Technology
Kobe Cast Iron Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KOBE CHUTETSUSHO KK, Agency of Industrial Science and Technology, Kobe Cast Iron Works Ltd filed Critical KOBE CHUTETSUSHO KK
Priority to JP2100940A priority Critical patent/JPH042660A/ja
Publication of JPH042660A publication Critical patent/JPH042660A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高温下て使用される機械構造用部材として用い
られる、高強度、高靭性で耐酸化性を有した短炭素繊維
分散強化炭素材料に関するものである。さらに詳しくい
えば、本発明は特に高温の大気、金属溶湯中などの酸化
性雰囲気において、耐酸化性、高強度、高靭性を要求さ
れるような条件下て使用される、構造用部材としての短
炭素繊維分散強化炭素材料に関するものである。
(従来の技術) 炭素材料は耐熱衝撃性、耐摩耗性、加工性、耐濡れ性等
の多くの特性を有し、溶湯部材、モールド部材、摺動部
材などに用いられているが、高温下で酸化されやすいこ
とと、強度か比較的低いという欠点がある。例えば、炭
素材を大気中で加熱すると300℃付近から酸化され始
め、600℃以上で急激に酸化が進行する。このため高
温下での使用は非酸化性雰囲気下に限定されていた。ま
た、強度も通常100〜500 Kgf/cm”で、高
強度のものても10口OKgf/c■2程度であり、高
強度部材、とじての使用−7にも制約があった。
これらの欠点を改善するために、高温耐酸化性に優れた
、耐酸化性高強度炭素−セラミックス複合材を先に開発
した。これら材料は生コークスを主体として、炭化ホウ
素と炭化ケイ素粉末を混合し、焼結して得られるもので
ある。この耐酸化性高強度炭素−セラミックス複合材は
1200°Cの大気中で1000時間放置しても重量減
はわずかに数重量%てあり、強度も1000〜3000
Kgf/c鳳2と炭素材に比べてはるかに高強度である
。このような特徴を生かして、溶湯部材、モールド部材
、摺動部材などに、実用されている。しかし、機械構造
用部材として使用する場合、靭性に乏しく、機械的衝撃
による割れが生じやすいため、用途が限定されているの
か現状である。
〔発明か解決しようとする課題〕
本発明は、高温下て耐酸化性に優れ、かつ高強度である
、耐酸化性高強度炭素−セラミックス複合材の特性を損
なわず、かつ耐機械的衝撃性を改善した、短炭素繊維分
散強化炭素材料を開発することを課題とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らは生コークスを主体とし、所定のセラミック
ス粉末を混合し、焼結することにより、耐酸化性高強度
炭素−セラミックス複合材を得る方法をすてに開発した
。この製法に基づき、短炭素繊維を複合化した短炭素M
&維分散強化炭素材料の製造が可能であることを見出し
た。この知見に基づいて鋭意研究を重ねた結果、本発明
をなすにいたった。
本発明の短炭素繊維分散強化炭素材料は、生コークスの
炭素粉末と、5〜50容量%のセラミックス粉末と、5
〜20容量%の短炭素繊維との混合物の焼結体からなる
ものである。
〔作用〕
本発明て用いる生コークス粉末は、石油系、石炭系のい
ずれてもよいが、残留揮発分を8〜20重量%含むもの
がよい。特に短炭素繊維を多く配合する場合には15〜
20重量%の残留揮発分を含む生コークス粉末を配合す
るほうか望ましい。その粒径は30ルー以下、好ましく
は1ops以下のものか良好である。
セラミックス粉末は、炭化ホウ素、炭化ケイ素、元素周
期律表の第4a族の炭化物あるいはホウ化物の中から選
択されたlまたは2以上を組合せたものである。セラミ
ックス粉末の粒径は、5糾−以下、好ましくはIg■以
下のものか良好である。炭化ホウ素以外のセラミックス
は、1種を単用してもよいが、2種以上を混合して用い
てもよい。セラミックス粉末の配合量か5容量%未溝の
場合には曲げ強さは低く、耐酸化性は悪い。同配合量か
50容量%をこえると耐衝撃性1機械加工性の低下など
の問題か生しる。本発明の短炭素繊維分散強化炭素材料
か特に高強度を必要とする場合には、炭化ケイ素粉末を
15〜25容量%配合するのが好ましい。また、耐酸化
性を必要とする場合には、炭化ホウ素粉末を5〜10容
量%配合するのが好ましく、特に1400℃以上の高温
耐酸化性を必要とする場合には、元素周期律表の第4a
族の炭化物あるいはホウ化物、例えばホウ化ジルコニウ
ム粉末を10〜30容量%配合するのが好ましい。
短炭素繊維は、100 Kgf/m■2以上の引張り強
さをもつ高強度短炭素繊維て、長さ10〜1000弘1
のものを用いる。短炭素繊維は有機系、ピッチ系のいず
れてもよいが、引張り強さ100 Kgf/+*m2以
上、引張り弾性率2 X 10’ Kgf/am2以上
の高強度、高弾性率のものを用いるのか好ましく、これ
より低強度の短炭素m維では、強靭化の効果かあまり期
待てきない。そして、短炭素繊維は1500°C以]−
の温度て処理されたものが好ましい。ということは、本
発明の短炭素繊維分散強化炭素材料の熱処理温度か15
00〜2300°Cの範囲てあり、1500°C以下て
処理された短炭素繊維ては劣化してしまうためである。
短炭素繊維の配合量か5%未満の場合には、強靭化の効
果は認められず、20%をこえると、成形性が低下し、
焼結体の密度、強度の低下か著しくなる。より好ましい
短炭素繊維の配合量は10〜15容量%の範囲である。
短炭素繊維の長さは10JLm未満ては強靭化の効果は
認められず1000gmをこえると混合の不均一性が著
しくなる。より好ましい短炭素繊維の長さは10〜10
0ル■の範囲である。
本発明の短炭素繊維分散強化炭素材料の製造方法は例え
ば、生コークス粉末とセラミックス粉末を所定量配合し
、十分に摩砕処理を施し、成形性、焼結性を高めた後、
この処理粉と短炭素繊維を所定量配合しさらに粉砕、摩
砕処理をする。そしてこれら混合粉末を成形し焼結させ
る。熱処理は不活性雰囲気下て、温度は1500〜23
00°Cの範囲か好ましい。
このように本発明ては揮発分の多い生コークスを用い、
摩砕処理によるメカノケミカル効果を利用して、成形性
、焼結性を付与している。そのため、短炭素繊維とマト
リックスとの接着性か良好てしかも高密度、高強度とな
る。また、短炭素繊維は粉砕、摩砕処理により、均一に
分散させることがてきる。
本発明の短炭素繊維分散強化炭素材料において、マトリ
ックスの炭素は機械加工性、耐熱衝撃性を付与し、セラ
ミックスは高温の耐酸化性とその焼結による高強度を付
与する。さらに、短炭素m維は靭性を付与し、機械的衝
撃に対する割れが改善される。すなわち、短炭素繊維を
複合することにより、破壊時に亀裂の偏向、短炭素繊維
の引抜きなどをおこさせ、クラックの伝播を抑制する効
果かある。
市販の炭素材の曲げ強度は100〜500 Kgf/c
■2であるのに対して、先に開発した炭素セラミックス
複合材および本発明の短炭素繊維分散強化炭素材てはい
ずれも曲げ強度が1000〜3000Kgf/c■2て
あり、炭素材に比べるとはるかに高強度である。
高温の耐酸化性は、炭素材ては600°Cて急激に酸化
か進行するのに対して、炭素セラミックス複合材および
短炭素繊維分散強化炭素材ではいずれも1200℃の大
気中で100時間放置しても重量減はわずかに5重量%
以下てあり、炭素材に比べてはるかに改善されている。
そして、シャルピー衝撃値は、市販品の中て最も高密度
、高強度の炭素材てもI Kgf−cm/ c■2程度
であるが、炭素セラミックス複合材ては約2 Kgf−
cm/cm2てあり、短炭素繊維分散強化炭素材では約
4 Kgf−cm/cm2てあり、破壊エネルギーの増
加かみられ、靭性か大きく改善される。
第1図は生コークスと14容量%の炭化ケイ素、8容量
%の炭化ホウ素、l容量%のホウ化ジルコニウムおよび
0〜30容量%の短炭素繊維の混合物の成形体を215
0°Cて熱処理した焼結体について、曲げ強さとシャル
ピー衝撃値を測定した結果である。シャルピー衝撃値は
計装化によって測定した試料への全吸収エネルギーから
求めた値である。
この結果から、短炭素繊維量が20容量%をこえると強
度の低下が著しくなることがわかる。
第2図は前記と同様のセラミックス配合て短炭素繊維を
10容量%一定とし、繊維の長さを1終■〜25■■ま
で変えた場合の曲げ強さおよびシャルピー衝撃値の測定
値である。繊維長さが100μ腸をこえると強度の低下
が著しくなり、10JL■以下では靭性改善の効果が少
ない。
〔実施例〕
揮発分約16重量%の生コークス粉末(粒径10ル■以
下)に全混合粉末に対して、炭化ケイ素粉末(平均粒径
0.8μm)と炭化ホウ素粉末(平均粒径2μ重)およ
びホウ化ジルコニウム粉末(平均粒径2#Lm)を表1
に実施例1〜5及び比較例1.2として示す割合て配合
し、ボールミルて6時間摩砕処理を施しマトリックス粉
末とした。このマトリックス粉末と有機系短炭素繊維を
実施例1〜5として示す全混合粉末に対して5〜20容
量%配合し、ボールミルて2時間摩砕処理を施した。短
炭素繊維は引張り強さ370 Kgf/am2.引張り
弾性率24000にgf/as2て直径7IL璽、長さ
100μ園のものを用しまた。
このようにして得られた実施例1〜5及び比較例1.2
の混合物を100100O/c鳳2の圧力で成形し、不
活性雰囲気下2150°Cて1時間熱処理し、焼結体を
得た。この実施例1〜5及び比較例1.2の曲げ強さと
密度を表1に示す。また、比較例3として、市販の中で
最も高密度高強度の炭素材の測定値も併記する。曲げ強
さは試料を5 x 7 x 30−■に切断し、実温3
点曲げにより測定した。
上記実施例2.5及び比較例1.3について計装化シャ
ルピー衝撃試験機で破壊エネルギーな測定し、その結果
を表2に示す。試験片は]Ox ]Ox55mmである
。試験機は5 Kgf−mて、持ち上げ角は30°とし
た。計装化により破壊峙の荷重−変位曲線をfUた。こ
の曲線のピークまての面積を求め亀裂発生に必要なエネ
ルギー(E、)とし、ピークから後の面積を求め亀裂進
展に必要なエネルギー(E2)とした。また、全吸収エ
ネルギー(E、)も測定した。
表       2 」−記実施例2.5及び比較例2.3について高温大気
中における重量増減を測定した。結果を図3に示す。こ
れは、焼結体6 x 8 X 30mmの大きさに切断
し、1200°Cに保持された箱型電気炉の中に静置し
、所定時間保持した後重量増減を測定した。
(発明の効果) 本発明によれば、炭素セラミックス複合材中に短炭素繊
維を適切に存在させることにより、その炭素セラミック
ス複合材の良好な特性を損なうことなく、耐機械的衝撃
性か改善された短炭素繊維分散強化炭素材料か得られる
【図面の簡単な説明】
第1図はセラミックス配合量を一定とし短炭素繊維配合
量を変えた場合の曲げ強さとシャルピー衝撃値の測定結
果を示すグラフ、第2図は混合の配合を一定とし短炭素
繊維の長さを変えた場合の曲げ強さとシャルピー衝撃値
の測定結果を示すグラフ、第3図は実施例及び比較例の
高温大気中ての酸化による重量変化率を示すグラフであ
る。 特許出願人  工 業 技 術 院 長復代理人  清
 水  哲 ほか2名 特許出願人  株式会社 神戸鋳鉄圧 伏  理  人   清  水   哲  はか2名め 図 兜 凹 辻M東績1t4;”l(mm)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)生コークスの炭素粉末と、5〜50容量%のセラ
    ミックス粉末と、5〜20容量%の短炭素繊維との混合
    物の焼結体からなる短炭素繊維分散強化炭素材料。
  2. (2)上記セラミックス粉末が、炭化ホウ素、炭化ケイ
    素、元素周期律表の第4a族の炭化物あるいはホウ化物
    の中から選択された1または2以上を組合せたものから
    なる請求項(1)に記載の短炭素繊維分散強化炭素材料
  3. (3)上記短炭素繊維の引張り強さが100Kgf/m
    m^2以上、同短炭素繊維の長さが10〜1000μm
    である請求項(1)または(2)に記載の短炭素繊維分
    散強化炭素材料。
JP2100940A 1990-04-16 1990-04-16 短炭素繊維分散強化炭素材料 Pending JPH042660A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2100940A JPH042660A (ja) 1990-04-16 1990-04-16 短炭素繊維分散強化炭素材料

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2100940A JPH042660A (ja) 1990-04-16 1990-04-16 短炭素繊維分散強化炭素材料

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH042660A true JPH042660A (ja) 1992-01-07

Family

ID=14287351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2100940A Pending JPH042660A (ja) 1990-04-16 1990-04-16 短炭素繊維分散強化炭素材料

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH042660A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003068707A1 (fr) 2002-02-14 2003-08-21 Toyo Tanso Co., Ltd. Materiau composite carbone renforce a fibre de carbone resistante a l'oxydation, et procede de production dudit materiau

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5888167A (ja) * 1981-11-19 1983-05-26 東芝セラミツクス株式会社 炭素質耐火物
JPH01145371A (ja) * 1987-11-30 1989-06-07 Agency Of Ind Science & Technol 耐摩耗性に優れたc−b↓4c系摺動部材

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5888167A (ja) * 1981-11-19 1983-05-26 東芝セラミツクス株式会社 炭素質耐火物
JPH01145371A (ja) * 1987-11-30 1989-06-07 Agency Of Ind Science & Technol 耐摩耗性に優れたc−b↓4c系摺動部材

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003068707A1 (fr) 2002-02-14 2003-08-21 Toyo Tanso Co., Ltd. Materiau composite carbone renforce a fibre de carbone resistante a l'oxydation, et procede de production dudit materiau
EP1481954A1 (en) * 2002-02-14 2004-12-01 Toyo Tanso Co., Ltd. Oxidation resistant carbon fiber reinforced carbon composite material and process for producing the same
US7364794B2 (en) 2002-02-14 2008-04-29 Toyo Tanso Co., Ltd. Oxidation resistant carbon fiber reinforced carbon composite material and process for producing the same
EP1481954A4 (en) * 2002-02-14 2010-03-03 Toyo Tanso Co OXIDATION-RESISTANT CARBON FIBER REINFORCED CARBON COMPOSITE MATERIAL AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Schwetz et al. Mechanical properties of injection molded B4C–C ceramics
Calderon et al. Manufacture of biomorphic SiC components with homogeneous properties from sawdust by reactive infiltration with liquid silicon
Shin et al. Tribological properties of Si3N4/SiC nano–nano composite ceramics
Sha et al. Microstructure and mechanical properties of hot-pressed ZrC–Ti–CNTs composites
Jia et al. Preparation and characterization of mechanical properties of carbon nanotube/45S5Bioglass composites for biologic applications
US5573985A (en) Ceramic matrix composites using strengthening agents of silicon borides of the form Si-B-C
Munoz et al. High temperature compressive mechanical behavior of joined biomorphic silicon carbide ceramics
RU2718682C2 (ru) Способ изготовления керамики на основе карбида кремния, армированного волокнами карбида кремния
Li et al. Effects of random chopped fiber on the flexural strength and toughness of reaction bonded silicon carbide composite
Cui et al. Improved fracture resistance and toughening mechanisms of GNPs reinforced ceramic composites
Ghafuri et al. Effect of short carbon fiber content on the mechanical properties of TiB2‐based composites prepared by spark plasma sintering
JPH042660A (ja) 短炭素繊維分散強化炭素材料
Tian et al. SiC-nanoparticle-reinforced Si3N4 matrix composites
Zhang et al. Strengthening mechanisms in carbon nanotube reinforced bioglass composites
Vandana et al. Hardness and fracture toughness of ceramic composite using experimental and analytical methods
Jin et al. Fabrication and properties of CNT/Ni/Y/ZrB2 nanocomposites reinforced in situ
JP3616829B2 (ja) 炭素−炭化硼素焼結体、その製造方法およびこの焼結体を用いた材料
Manocha et al. Structural, mechanical and frictional studies on carbon-fly ash-ceramic composites
JPS61247661A (ja) 耐酸化性高強度炭素材料
JPH05194022A (ja) セラミックス複合材料及びその製造方法
JPH0617271B2 (ja) 切削工具とその製造方法
Xu et al. Preparation and mechanical properties of self-reinforced in situ Si3N4 composite with La2O3 and Y2O3 additives
JP2511292B2 (ja) スライドゲ―ト用耐火物の製造方法
US20130108666A1 (en) Glass/carbon nanotube composite material for bone graft support
Zhou et al. Mechanical properties and strengthening mechanism of SiC particle reinforced porcelain