JPH05155661A - 炭素繊維強化炭素複合材料摩擦材及びその製造方法 - Google Patents
炭素繊維強化炭素複合材料摩擦材及びその製造方法Info
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- JPH05155661A JPH05155661A JP3348213A JP34821391A JPH05155661A JP H05155661 A JPH05155661 A JP H05155661A JP 3348213 A JP3348213 A JP 3348213A JP 34821391 A JP34821391 A JP 34821391A JP H05155661 A JPH05155661 A JP H05155661A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 摩擦特性に優れた摩擦材を提供すると共に、
製造期間の短縮化が図りうる製造方法を提供する。 【構成】 炭素繊維強化炭素複合材料摩擦材のマトリッ
クス中に、炭化硼素を含ませる。
製造期間の短縮化が図りうる製造方法を提供する。 【構成】 炭素繊維強化炭素複合材料摩擦材のマトリッ
クス中に、炭化硼素を含ませる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は摩擦特性を向上させた炭
素繊維強化炭素複合材料摩擦材に関するものである。
素繊維強化炭素複合材料摩擦材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より炭素繊維強化炭素複合材料摩擦
材を製造する方法としては、主にＣＶＤ法と液相含浸法
がある。ＣＶＤ法は高温に熱した炭素繊維基材上に減圧
下で炭化水素ガスに接触させ、炭素原子を基材上に沈積
させる方法である。一方、液相含浸法は炭素繊維基材に
液状レジン又は溶融ピッチ等のマトリックス材料を含浸
させ炭化焼成する方法である。このときマトリックス材
料の揮発成分が抜けることにより微細な空孔を生じるの
で、材料強度を上げるためには含浸、焼成を繰り返す必
要があり、製造に長期間を要していた。
材を製造する方法としては、主にＣＶＤ法と液相含浸法
がある。ＣＶＤ法は高温に熱した炭素繊維基材上に減圧
下で炭化水素ガスに接触させ、炭素原子を基材上に沈積
させる方法である。一方、液相含浸法は炭素繊維基材に
液状レジン又は溶融ピッチ等のマトリックス材料を含浸
させ炭化焼成する方法である。このときマトリックス材
料の揮発成分が抜けることにより微細な空孔を生じるの
で、材料強度を上げるためには含浸、焼成を繰り返す必
要があり、製造に長期間を要していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】製造期間の短縮化に関
しては、いくつかの提案がなされており、電着法につい
ての改良手法が特公昭６３−５３４９号公報、特願昭６
１−１９７４６７号等に、他の手法としては、特願平３
−２１７３３１号等に開示された方法があげられる。と
ころで、これらの手法を用い、更に製造期間の短縮化を
図ろうとすれば、加圧焼結工程の短縮化、より具体的に
は昇温速度の向上並びに焼成温度の低温化が考えられ
る。
しては、いくつかの提案がなされており、電着法につい
ての改良手法が特公昭６３−５３４９号公報、特願昭６
１−１９７４６７号等に、他の手法としては、特願平３
−２１７３３１号等に開示された方法があげられる。と
ころで、これらの手法を用い、更に製造期間の短縮化を
図ろうとすれば、加圧焼結工程の短縮化、より具体的に
は昇温速度の向上並びに焼成温度の低温化が考えられ
る。
【０００４】しかし、昇温速度を向上させても、マトリ
ックスの焼結速度より速くすることはできず、焼結温度
もマトリックスが焼結できる温度以下にすることはでき
ない。なぜなら、摩擦材として炭素繊維強化炭素複合材
料摩擦材を用いる場合、もしマトリックスが焼結してい
なければ、摩擦界面に原料粉末が摩耗粉として生成され
るため、これらが増摩剤として作用し、アブレージョン
摩耗が起こり、摩耗量が増加してしまう。又、マトリッ
クスが焼結していても炭素繊維基材との接着強度が不十
分であれば、やはりマトリックスが制動中に摩擦界面に
摩耗粉として生成され、摩耗量を増加させてしまうとい
う問題があった。
ックスの焼結速度より速くすることはできず、焼結温度
もマトリックスが焼結できる温度以下にすることはでき
ない。なぜなら、摩擦材として炭素繊維強化炭素複合材
料摩擦材を用いる場合、もしマトリックスが焼結してい
なければ、摩擦界面に原料粉末が摩耗粉として生成され
るため、これらが増摩剤として作用し、アブレージョン
摩耗が起こり、摩耗量が増加してしまう。又、マトリッ
クスが焼結していても炭素繊維基材との接着強度が不十
分であれば、やはりマトリックスが制動中に摩擦界面に
摩耗粉として生成され、摩耗量を増加させてしまうとい
う問題があった。
【０００５】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであって、摩耗特性に優れた摩擦材を提供する
と共に、製造期間の短縮化が図りうる製造方法を提供す
ることを目的とするものである。
れたものであって、摩耗特性に優れた摩擦材を提供する
と共に、製造期間の短縮化が図りうる製造方法を提供す
ることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明摩擦材は炭素繊維基材及びマトリックスか
らなる炭素繊維強化炭素複合材料摩擦材であって、前記
マトリックス中に炭化硼素を含むことを特徴とするもの
である。
めに、本発明摩擦材は炭素繊維基材及びマトリックスか
らなる炭素繊維強化炭素複合材料摩擦材であって、前記
マトリックス中に炭化硼素を含むことを特徴とするもの
である。
【０００７】前記摩擦材の製造方法は２通りある。第１
の方法は、炭素質の微粉末及び金属硼素及び／又は炭化
硼素に液体中でイオン化しうる担体を吸着させた後、液
体中に分散させ、その後炭素繊維基材を前記液体中に浸
漬し、対向電極との間に直流電圧を印加して、炭素質微
粉末、金属硼素及び／又は炭化硼素並びに担体を前記炭
素繊維基材上に析出させた電着体を得て、この電着体を
乾燥したものを加熱成形、熱処理及び炭化焼成すること
を特徴とするものである。ここで、前記の担体は、ポリ
アクリロニトリル樹脂誘導体若しくは熱硬化性樹脂を改
質し、電着可能な樹脂としたものを用いることが好まし
い。
の方法は、炭素質の微粉末及び金属硼素及び／又は炭化
硼素に液体中でイオン化しうる担体を吸着させた後、液
体中に分散させ、その後炭素繊維基材を前記液体中に浸
漬し、対向電極との間に直流電圧を印加して、炭素質微
粉末、金属硼素及び／又は炭化硼素並びに担体を前記炭
素繊維基材上に析出させた電着体を得て、この電着体を
乾燥したものを加熱成形、熱処理及び炭化焼成すること
を特徴とするものである。ここで、前記の担体は、ポリ
アクリロニトリル樹脂誘導体若しくは熱硬化性樹脂を改
質し、電着可能な樹脂としたものを用いることが好まし
い。
【０００８】又、第２の製造方法は、炭素繊維基材、炭
素質の微粉末、金属硼素及び／又は炭化硼素を混合した
ものを、加熱成形、熱処理及び炭化焼成することを特徴
とするものである。
素質の微粉末、金属硼素及び／又は炭化硼素を混合した
ものを、加熱成形、熱処理及び炭化焼成することを特徴
とするものである。
【０００９】上記の摩擦材又はその製造方法において、
炭素繊維基材は、短繊維を束ねたひも状のもの、織布、
ペーパー、不織布から選択されたものを用いることが好
ましい。また、炭素質の微粉末は、自己焼結性炭素粉
末、ピッチ、グラッシーカーボン、天然黒鉛、人造黒
鉛、カーボンブラック、か焼コークス若しくは焼成する
ことにより炭素化可能な樹脂より選択された少なくとも
１種類以上を含むことが好ましい。
炭素繊維基材は、短繊維を束ねたひも状のもの、織布、
ペーパー、不織布から選択されたものを用いることが好
ましい。また、炭素質の微粉末は、自己焼結性炭素粉
末、ピッチ、グラッシーカーボン、天然黒鉛、人造黒
鉛、カーボンブラック、か焼コークス若しくは焼成する
ことにより炭素化可能な樹脂より選択された少なくとも
１種類以上を含むことが好ましい。
【００１０】
【作用】このように、本発明摩擦材はそのマトリックス
中に炭化硼素を含むことを特徴とするものであるが、こ
れにより製造期間の短縮及び耐摩耗性の改善を図ること
ができる。これは硼素が炭素質粉末の焼結を助ける作用
をするためで、本来炭素質粉末だけでは焼結しないよう
な速い焼成速度や、低い焼成温度でもマトリックスの焼
結が可能となる。又、炭化硼素はマトリックスと炭素繊
維とを化学的に結合させる働きもあるため、マトリック
スと炭素繊維の接着強度が向上する。従って、製造期間
が短縮できると共に、耐摩耗性に優れたより強固なマト
リックスを形成することが可能となる。
中に炭化硼素を含むことを特徴とするものであるが、こ
れにより製造期間の短縮及び耐摩耗性の改善を図ること
ができる。これは硼素が炭素質粉末の焼結を助ける作用
をするためで、本来炭素質粉末だけでは焼結しないよう
な速い焼成速度や、低い焼成温度でもマトリックスの焼
結が可能となる。又、炭化硼素はマトリックスと炭素繊
維とを化学的に結合させる働きもあるため、マトリック
スと炭素繊維の接着強度が向上する。従って、製造期間
が短縮できると共に、耐摩耗性に優れたより強固なマト
リックスを形成することが可能となる。
【００１１】ただし、硼素の添加量は、マトリックス原
料中に０．１〜３０重量％、より好ましくは２〜１０重
量％とする。０．１重量％未満では上記のような効果が
得られず、１０重量％を越えると炭素繊維にダメージを
与えたり、マトリックス中に炭化硼素の単独層が発生
し、炭素繊維基材との密着性を悪くする原因となるから
である。又、炭化硼素の添加量が多くなると、高速ある
いは高負荷制動による高温制動時に、炭化硼素が酸化
物、即ち硼酸ガラスに転化し、摩擦係数の低下を招くと
いう問題があるからである。
料中に０．１〜３０重量％、より好ましくは２〜１０重
量％とする。０．１重量％未満では上記のような効果が
得られず、１０重量％を越えると炭素繊維にダメージを
与えたり、マトリックス中に炭化硼素の単独層が発生
し、炭素繊維基材との密着性を悪くする原因となるから
である。又、炭化硼素の添加量が多くなると、高速ある
いは高負荷制動による高温制動時に、炭化硼素が酸化
物、即ち硼酸ガラスに転化し、摩擦係数の低下を招くと
いう問題があるからである。
【００１２】
【実施例】実際に本発明摩擦材を製造し、比較例との対
比を行った。各実施例、比較例の製造条件を以下に示
す。 （実施例１） 自己焼結性炭素粉末とポリアクリロニトリル系電着用
樹脂、炭化硼素を重量比で７３：２４：３の割合で溶剤
とよく昆練りした後、水に分散させ、いわゆるアニオン
系塗料分散状態とした。 ＰＡＮ系炭素繊維織布を用意し、これをの液中に浸
漬して陽極とし、対向する陰極にステンレス鋼板を用い
て、基材と被覆物との重量比が１０：１２となるよう
に、よく攪拌しながら約５０Ｖの電圧を印加した。電着
時間は２分間であった。 上記で得られた電着体を２００枚積層し、温度２５
０℃、面圧力７５Ｋｇ／ｃｍ2 で５０分間加圧した。 上記で得られた成形体の厚みを保持しながら３５０
℃で９時間加熱した。 その後、不活性雰囲気中で６００Ｋｇ／ｃｍ2 面圧下
で３０℃／ｈｒの昇温速度で７００℃まで昇温し、更に
４００℃／ｈｒの昇温速度で１８００℃まで昇温し、炭
素繊維強化炭素複合材料を得た。
比を行った。各実施例、比較例の製造条件を以下に示
す。 （実施例１） 自己焼結性炭素粉末とポリアクリロニトリル系電着用
樹脂、炭化硼素を重量比で７３：２４：３の割合で溶剤
とよく昆練りした後、水に分散させ、いわゆるアニオン
系塗料分散状態とした。 ＰＡＮ系炭素繊維織布を用意し、これをの液中に浸
漬して陽極とし、対向する陰極にステンレス鋼板を用い
て、基材と被覆物との重量比が１０：１２となるよう
に、よく攪拌しながら約５０Ｖの電圧を印加した。電着
時間は２分間であった。 上記で得られた電着体を２００枚積層し、温度２５
０℃、面圧力７５Ｋｇ／ｃｍ2 で５０分間加圧した。 上記で得られた成形体の厚みを保持しながら３５０
℃で９時間加熱した。 その後、不活性雰囲気中で６００Ｋｇ／ｃｍ2 面圧下
で３０℃／ｈｒの昇温速度で７００℃まで昇温し、更に
４００℃／ｈｒの昇温速度で１８００℃まで昇温し、炭
素繊維強化炭素複合材料を得た。
【００１３】（実施例２） 自己焼結性炭素粉末、フェノール樹脂粉末、グラッシ
ーカーボン粉末、金属硼素、ＰＡＮ系炭素繊維（繊維長
５ｍｍ〜５０ｍｍ）を重量比で１９：３９：９：４：２
９の割合で混合した。 上記混合体を金型に充填し、温度１５０℃、面圧力７
５Ｋｇ／ｃｍ2で５０分間加圧した。 成形体の厚みを保持しながら２９０℃で１４時間加熱
した。 その後、不活性雰囲気中で４００Ｋｇ／ｃｍ2 面圧下
で３０℃／ｈｒの昇温速度で７００℃まで昇温し、更に
４００℃／ｈｒの昇温速度で１８００℃まで昇温し、金
属硼素を炭化硼素に転化した炭素繊維強化炭素複合材料
を得た。
ーカーボン粉末、金属硼素、ＰＡＮ系炭素繊維（繊維長
５ｍｍ〜５０ｍｍ）を重量比で１９：３９：９：４：２
９の割合で混合した。 上記混合体を金型に充填し、温度１５０℃、面圧力７
５Ｋｇ／ｃｍ2で５０分間加圧した。 成形体の厚みを保持しながら２９０℃で１４時間加熱
した。 その後、不活性雰囲気中で４００Ｋｇ／ｃｍ2 面圧下
で３０℃／ｈｒの昇温速度で７００℃まで昇温し、更に
４００℃／ｈｒの昇温速度で１８００℃まで昇温し、金
属硼素を炭化硼素に転化した炭素繊維強化炭素複合材料
を得た。
【００１４】（比較例１） 自己焼結性炭素粉末とポリアクリロニトリル系電着用
樹脂を重量比で７５：２５の割合で溶剤とよく昆練りし
た後、水に分散させ、いわゆるアニオン系塗料分散状態
とした。 ＰＡＮ系炭素繊維織布を用意し、これをの液中に浸
漬して陽極とし、対向する陰極にステンレス鋼板を用い
て、基材と被覆物との重量比が１０：１２となるよう
に、よく攪拌しながら約５０Ｖの電圧を印加した。電着
時間は２分間であった。 上記で得られた電着体を２００枚積層し、温度２５
０℃、面圧力７５Ｋｇ／ｃｍ2 で５０分間加圧した。 上記で得られた成形体の厚みを保持しながら３５０
℃で９時間加熱した。 その後、不活性雰囲気中で６００Ｋｇ／ｃｍ2 面圧下
で３０℃／ｈｒの昇温速度で１０００℃まで昇温し、更
に２００℃／ｈｒの昇温速度で２０００℃まで昇温し、
炭素繊維強化炭素複合材料を得た。
樹脂を重量比で７５：２５の割合で溶剤とよく昆練りし
た後、水に分散させ、いわゆるアニオン系塗料分散状態
とした。 ＰＡＮ系炭素繊維織布を用意し、これをの液中に浸
漬して陽極とし、対向する陰極にステンレス鋼板を用い
て、基材と被覆物との重量比が１０：１２となるよう
に、よく攪拌しながら約５０Ｖの電圧を印加した。電着
時間は２分間であった。 上記で得られた電着体を２００枚積層し、温度２５
０℃、面圧力７５Ｋｇ／ｃｍ2 で５０分間加圧した。 上記で得られた成形体の厚みを保持しながら３５０
℃で９時間加熱した。 その後、不活性雰囲気中で６００Ｋｇ／ｃｍ2 面圧下
で３０℃／ｈｒの昇温速度で１０００℃まで昇温し、更
に２００℃／ｈｒの昇温速度で２０００℃まで昇温し、
炭素繊維強化炭素複合材料を得た。
【００１５】（比較例２） 自己焼結性炭素粉末、フェノール樹脂粉末、グラッシ
ーカーボン粉末、ＰＡＮ系炭素繊維（繊維長５ｍｍ〜５
０ｍｍ）を重量比で２０：４０：１０：３０の割合で混
合した。 上記混合体を金型に充填し、温度１５０℃、面圧力７
５Ｋｇ／ｃｍ2で５０分間加圧した。 成形体の厚みを保持しながら２９０℃で１４時間加熱
した。 その後、不活性雰囲気中で４００Ｋｇ／ｃｍ2 面圧下
で３０℃／ｈｒの昇温速度で１０００℃まで昇温し、更
に２００℃／ｈｒの昇温速度で２０００℃まで昇温し、
炭素繊維強化炭素複合材料を得た。
ーカーボン粉末、ＰＡＮ系炭素繊維（繊維長５ｍｍ〜５
０ｍｍ）を重量比で２０：４０：１０：３０の割合で混
合した。 上記混合体を金型に充填し、温度１５０℃、面圧力７
５Ｋｇ／ｃｍ2で５０分間加圧した。 成形体の厚みを保持しながら２９０℃で１４時間加熱
した。 その後、不活性雰囲気中で４００Ｋｇ／ｃｍ2 面圧下
で３０℃／ｈｒの昇温速度で１０００℃まで昇温し、更
に２００℃／ｈｒの昇温速度で２０００℃まで昇温し、
炭素繊維強化炭素複合材料を得た。
【００１６】上記の実施例、比較例で得られた炭素繊維
強化炭素複合材料からそれぞれ１セットのローター及び
パッドを切り出し、ダイナモ試験機にてその摩擦特性を
評価した。その結果、実施例１の摩耗量は、比較例１に
比べて２５％、実施例２の摩耗量は、比較例２に比べて
１５％改善することができた。このように、本発明炭素
繊維強化炭素複合材料は、比較例の炭素繊維強化炭素複
合材料に比べて摩擦特性が優れており、しかも前記製造
条件からも明らかなように製造時間の短縮化が図れるこ
とが確認された。
強化炭素複合材料からそれぞれ１セットのローター及び
パッドを切り出し、ダイナモ試験機にてその摩擦特性を
評価した。その結果、実施例１の摩耗量は、比較例１に
比べて２５％、実施例２の摩耗量は、比較例２に比べて
１５％改善することができた。このように、本発明炭素
繊維強化炭素複合材料は、比較例の炭素繊維強化炭素複
合材料に比べて摩擦特性が優れており、しかも前記製造
条件からも明らかなように製造時間の短縮化が図れるこ
とが確認された。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、炭化硼素を炭素繊
維強化炭素複合材料のマトリックス中に含ませることに
より、従来に比べて摩擦特性が改善された炭素繊維強化
炭素複合材料を短期間に得ることができ、摩擦材として
有効利用することができる。
維強化炭素複合材料のマトリックス中に含ませることに
より、従来に比べて摩擦特性が改善された炭素繊維強化
炭素複合材料を短期間に得ることができ、摩擦材として
有効利用することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹本 隆俊 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内
Claims (6)
- 【請求項１】 炭素繊維基材及びマトリックスからなる
炭素繊維強化炭素複合材料摩擦材であって、前記マトリ
ックス中に炭化硼素を含むことを特徴とする炭素繊維強
化炭素複合材料摩擦材。 - 【請求項２】 炭素質の微粉末及び金属硼素及び／又は
炭化硼素に液体中でイオン化しうる担体を吸着させた
後、液体中に分散させ、その後炭素繊維基材を前記液体
中に浸漬し、対向電極との間に直流電圧を印加して、炭
素質微粉末、金属硼素及び／又は炭化硼素並びに担体を
前記炭素繊維基材上に析出させた電着体を得て、この電
着体を乾燥したものを加熱成形、熱処理及び炭化焼成す
ることを特徴とする炭素繊維強化炭素複合材料摩擦材の
製造方法。 - 【請求項３】 炭素繊維基材、炭素質の微粉末、金属硼
素及び／又は炭化硼素を混合したものを、加熱成形、熱
処理及び炭化焼成することを特徴とする炭素繊維強化炭
素複合材料摩擦材の製造方法。 - 【請求項４】 炭素繊維基材が、短繊維を束ねたひも状
のもの、織布、ペーパー、不織布から選択されたもので
あることを特徴とする請求項１記載の炭素繊維強化炭素
複合材料摩擦材又は請求項２若しくは請求項３記載の炭
素繊維強化炭素複合材料摩擦材の製造方法。 - 【請求項５】 担体が、ポリアクリロニトリル樹脂誘導
体若しくは熱硬化性樹脂を改質し、電着可能な樹脂とし
たものであることを特徴とする請求項２記載の炭素繊維
強化炭素複合材料摩擦材の製造方法。 - 【請求項６】 炭素質の微粉末が、自己焼結性炭素粉
末、ピッチ、グラッシーカーボン、天然黒鉛、人造黒
鉛、カーボンブラック、か焼コークス若しくは焼成する
ことにより炭素化可能な樹脂より選択された少なくとも
１種類以上を含むことを特徴とする請求項２又は請求項
３記載の炭素繊維強化炭素複合材料摩擦材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3348213A JPH05155661A (ja) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | 炭素繊維強化炭素複合材料摩擦材及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3348213A JPH05155661A (ja) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | 炭素繊維強化炭素複合材料摩擦材及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05155661A true JPH05155661A (ja) | 1993-06-22 |
Family
ID=18395516
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3348213A Pending JPH05155661A (ja) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | 炭素繊維強化炭素複合材料摩擦材及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05155661A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117187715A (zh) * | 2023-09-06 | 2023-12-08 | 浙江万赛汽车零部件股份有限公司 | 一种金属陶瓷复合材料刹车片的制备方法 |
-
1991
- 1991-12-03 JP JP3348213A patent/JPH05155661A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117187715A (zh) * | 2023-09-06 | 2023-12-08 | 浙江万赛汽车零部件股份有限公司 | 一种金属陶瓷复合材料刹车片的制备方法 |
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