JPH05306166A

JPH05306166A - 炭素複合材料

Info

Publication number: JPH05306166A
Application number: JP3073296A
Authority: JP
Inventors: Hirohisa Miura; 宏久三浦; Kunihiko Imahashi; 邦彦今橋; Yoshiteru Nakagawa; 喜照中川; Takayuki Azuma; 隆行東
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1991-04-05
Filing date: 1991-04-05
Publication date: 1993-11-19

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】耐摩耗性の優れた炭素複合材料を提供する。【構成】この炭素複合材料は、その構成成分であるマト
リックス炭素よりなる基材の２０〜１０００℃の平均熱
膨張係数α₁と、基材中に埋設されたセラミックスの２
０〜１０００℃の平均熱膨張係数α₂との関係を −２≦ａ_１−ａ_２≦＋3.5 として規定した。このように基材とセラミックスとが近
似した平均熱膨張係数を持つことにより、セラミックス
と基材との境界部分に生ずる隙間あるいは歪みを小さく
でき、摩擦、摺動に伴う摺動抵抗に耐え、セラミックス
の脱落を最小にすることができる。本発明の炭素複合材
料の耐摩耗性は、セラミックスを含まない基材のみで構
成された炭素材料より優れている。酸化物系のセラミッ
クスを用いると摩擦係数が高く、硼化物系のセラミック
スを用いると摩擦係数が低くなる。窒化物系のセラミッ
クスを用いるとその中間の摩擦係数が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、摩耗に強く、耐熱性お
よび耐酸化性にも優れ、航空機およびレ−ス車両などの
ブレ−キシュ−、ブレ−キライニングおよびブレ−キパ
ッド、ブッシユ、ワッシヤ、ロ−タ、スリ−ブ、軸受け
などの摺動部材に利用して好適な炭素複合材料に関す
る。

【０００２】本発明の炭素複合材料は、摺動下で優れた
耐摩耗性が要求されかつ摩擦係数が高く、耐焼付き性に
優れる特性を必要とするブレ−キ材料とかフリクション
ドライブ用の機械構造体とか、乾式摺動下あるいは高温
摺動下で優れた耐摩耗性が要求されかつ摩擦係数が低
く、耐焼付き性に優れる特性を必要とする無潤滑状態で
使用される機械構造体等の双方に摺動部材として適用す
ることができる。

【０００３】

【従来の技術】航空機およびレ−ス車両などのブレ−キ
材などに利用される炭素複合材料は、耐熱性および耐摩
耗性が特に要求される。一方、機械構造体の摺動部分は
その耐焼付き性が低いので、通常はオイル潤滑下で使用
される。乾式下で使用する摺動部材としてはオイルを含
浸した焼結材、銅系の焼結合金、炭素材料が知られてい
る。炭素材料は炭素粉末とピッチ粉末とを焼き固めたも
の、高温で焼結することにより黒鉛化したものが使用さ
れている。

【０００４】近年、かかる目的で使用される炭素材料の
強度を向上させた材料として、炭素繊維強化炭素材料が
提供されている。この炭素繊維強化炭素材料は、例え
ば、炭化又は黒鉛化されかつ酸化処理などの表面処理の
施された強化材としての炭素繊維に、タ−ル、ピッチま
たは熱硬化性樹脂などの結合材としての液状炭素質材料
を含浸し、不活性雰囲気下で焼成、必要に応じて黒鉛化
することにより製造される（特開昭６３−２０６３５１
号公報）。

【０００５】さらに、炭素繊維強化炭素材料の摩擦係数
を高める等を目的として、炭素繊維強化炭素材料に金属
とか炭化物セラミック粉を配合した炭素繊維強化炭素複
合材料が報告されている（特開昭６３−１３９２６号公
報、特開昭６３−６０１７３号公報）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の炭素繊維強化炭
素および炭素複合材料は、一般的に耐摩耗性が低い。特
にセラミックスを配合した複合材料は耐摩耗性が劣る。
また、炭素繊維強化炭素および炭素複合材料は、室温等
の比較的低い温度域とか低荷重時において、摩擦係数μ
が低いが、高温下とか高荷重下では比較的摩擦係数μが
高い。特開昭６３−１３９２６号公報、特開昭６３−６
０１７３号公報に記載されている金属、炭化物セラミッ
クを含有する炭素繊維強化炭素複合材料は、炭素繊維強
化炭素材料より高い摩擦係数をもつ。しかし、用途によ
ってはさらに高い摩擦係数を持つ炭素繊維強化炭素複合
材料が求められている。また、逆に高温下とか高荷重下
で低い摩擦係数を持つ炭素繊維強化炭素複合材料が求め
られている。

【０００７】本発明は、これらの問題点に鑑みてなされ
たものであり、本発明はまず第一に、耐摩耗性に優れた
炭素複合材料を提供することを目的とする。第二に、高
い耐摩耗性をもつとともに低い摩擦係数から高い摩擦係
数まで広い範囲の摩擦係数を選択できる優れた炭素複合
材料を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の炭素複合材料
は、マトリックス炭素で構成された基材と、この基材中
に埋設されたセラミツクス粉末および／または繊維とで
構成され、基材の２０〜１０００℃の平均熱膨張係数α
₁とセラミックスの２０〜１０００℃の平均熱膨張係数
α₂との差が以下の条件 −２×１０^-6／℃≦α₁−α₂≦３．５×１０^-6／℃ を満たす関係にあることを特徴とするものである。

【０００９】本発明者は、炭素繊維強化炭素材料に各種
のセラミックスを配合して各種の炭素繊維強化炭素複合
材料を作り、得られた複合材料の密度、強度、乾式下お
よび湿式下の摩擦係数および摩耗量を詳細に調べてき
た。セラミックスを使用した場合には、多くの場合、非
常に脆い複合材料しか得られないが、基材を特定するこ
とにより、耐摩耗性が高く優れた機械的特性を持つ炭素
繊維強化炭素複合材料が得られることが判明した。

【００１０】そこで、本発明者等は、一部の知見を特願
平１−３４１８８３および特願平２−１６３３８８とし
て特許出願した。これら特許出願した発明は、主に炭素
繊維強化炭素材料からなる基材に特色を持つもので、自
己焼結性をもつ炭素粉末と完全炭化前の未炭化炭素質繊
維とを一体的に焼結した焼結体であり、耐摩耗性が特に
優れている。そして、この焼結体を基材とし、これに各
種セラミックスを配合した炭素繊維強化炭素複合材料
は、優れた耐摩耗性とともに、セラミックスを選択する
ことにより、所望の摩擦係数が得られる。

【００１１】本発明者は、さらに基材となる炭素繊維強
化炭素の範囲を広げ、かつ広い範囲のセラミックスを組
合わせて研究した結果、炭素複合材料を構成する基材お
よびセラミックスの熱膨張係数が特定の関係、具体的に
は両者の熱膨張係数が互いに近似している場合には、基
材の材質に関係なく耐摩耗性が高いことを見出し、本発
明を完成したものである。

【００１２】すなわち、本発明の炭素複合材料は、基材
の２０〜１０００℃の平均熱膨張係数α₁とセラミック
スの２０〜１０００℃の平均熱膨張係数α₂との差が −２×１０^-6／℃≦α₁−α₂≦３．５×１０^-6／℃ を満たす関係にあるものである。炭素複合材料では、金
属材料と異なり、基材の炭素と基材中に埋設されている
セラミックスとが互いに濡れ性等で結合していることは
ほとんどない。また、炭素複合材料は、通常１５００〜
３０００℃という高温で焼結されるため焼結中に基材と
セラミックスの境界部分に隙間が生ずやすい。このため
セラミックスは、基材より脱落しやすい。特に摺動等の
シェアーが作用した場合には、炭素複合材料の摺動面よ
りセラミックスが脱落し易く、脱落したセラミックスが
炭素材料を摩耗させるため一層耐摩耗性が悪くなる。

【００１３】炭素複合材料を構成する基材とセラミック
スとの熱膨張の差も、基材とセラミックスとの境界部分
に生ずる隙間の原因になる。本発明の炭素複合材料で
は、その基材とセラミックスとの熱膨張係数の差が小さ
いため、熱膨張によって基材とセラミックスとの境界部
分に生ずる隙間が小さい。また、熱膨張の差に起因する
歪みも小さい。このため本発明の炭素複合材料は、基材
よりセラミックスが脱落しにくく、その分摩耗が少な
い。

【００１４】本発明の炭素複合材料を構成する基材は、
マトリックス炭素のみでも構成できる。しかし、炭素繊
維とマトリツクス炭素とから構成されするのが好まし
い。炭素繊維としては、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリ
ル）、石炭または石油系ピッチを原料として紡糸し、炭
化した炭素繊維が使用できる。好ましい炭素繊維とし
て、ピッチ系の光学的等方性の炭素繊維がある。この光
学的等方性炭素繊維は繊維方向による熱膨張係数の異方
性がなく２０〜１０００℃の範囲の平均熱膨張係数は２
〜４×１０^-6／℃である。また、ＰＡＮ系およびピッチ
系で、高強度、高剛性の光学的異方性をもつ炭素繊維が
知られている。この炭素繊維は、繊維方向の熱膨張係数
が室温から４００℃程度まで負の係数をもち、４００〜
１０００℃の熱膨張係数は０〜２×１０^-6／℃であり、
かつ繊維の長手方向とそれに直行する方向の熱膨張係数
が異なる。この繊維も用途によっては充分に活用でき
る。

【００１５】また、炭素繊維として完全炭化前の未炭化
炭素繊維も使用できる。ここで未炭化の炭素繊維とは、
通常の完全な炭化処理の施されていない状態の炭素繊維
を言う。換言すれば、さらに熱処理をすることによりさ
らに炭化する余地を有する炭素繊維を言う。具体的に
は、原料ピッチを使用した場合には、ビッチを紡糸した
ままの繊維または紡糸した繊維を５５０℃を越えない温
度で不融化した繊維を言う。ＰＡＮ（ポレアクリロニト
リル系繊維）等の高分子系の繊維では、分解工程を終
え、黒鉛化処理前の繊維を言う。

【００１６】これら炭素繊維の繊維長さは、短繊維、長
繊維に限らない。しかし、短繊維の場合には０．０１〜
５０ｍｍのものを使用することができる。特に、０．０
３〜１０ｍｍのものが混合のしやすさ、アスペクト比の
関係から好ましい。長すぎては繊維同士が絡みあい分散
性が低下し、ひいては製品特性の均等性に劣り、また
０．０１ｍｍより短くては製品の強度が急激に低下して
好ましくない。また、繊維径としては、５〜２５μｍ程
度のものが好ましい。さらに、これらの繊維からなる不
織布またはコ−ティング布として使用することもでき
る。

【００１７】炭素繊維は、さらにタ−ル、ピッチ、有機
高分子などの粘結成分を含有する材料で表面処理し、結
合材とのなじみ性を向上させることが好ましい。この表
面処理は、炭素繊維１００重量部に１００〜１０００重
量部程度の粘結成分含有材料を加えて攪拌し、有機溶媒
により洗浄後、乾燥して行うことができる。炭素繊維
は、必要に応じて分散処理される。すなわち、乾燥させ
た繊維が、塊状化または凝集していることがあるので、
このような場合には、通常の粉体ミル、アトマイザ−、
パルバライザ−などの任意の手段により分散を行う。

【００１８】マトリックス炭素としては、フェノール樹
脂等の樹脂を炭化したもの、石炭または石油ピッチを加
熱してさらに炭化したもの、コークス粉砕品、メソカー
ボンマイクロビーズのように自己焼結性をもつ粉、ＣＶ
Ｄによる気相法で得られる炭素等が利用できる。一般に
マトリックス炭素としては、メソカーボンマイクロビー
ズ、ＣＶＤによる気相炭素、メソフェーズピッチが比較
的高い熱膨張係数をもつ。

【００１９】基材は前記した炭素繊維とマトリツクス炭
素とから構成され、基材の熱膨張係数α₁は使用する炭
素繊維とマトリツクス炭素とで定まる。また、基材の熱
膨張係数α₁は炭素繊維の配向の方向により定まる。基
材の２０〜１０００℃の平均熱膨張係数α₁は、炭素繊
維の配向の仕方によっても異なるが、繊維方向で０．３
〜３×１０^-6／℃、繊維の長手方向と直角の方向で２．
０〜８．０×１０^-6／℃が普通である。

【００２０】また、基材の熱膨張係数α₁は炭素繊維の
配合割合によっても異なる。一般に炭素繊維はマトリッ
クス炭素より熱膨張係数が小さい。従って炭素繊維の配
合割合の低い炭素繊維強化炭素は、炭素繊維の配合割合
が多い炭素繊維強化炭素に比較して熱膨張係数α₁が大
きい。また、基材の熱膨張係数α₁は、基材の密度によ
っても変わり、密度が高くなる程熱膨張係数α₁も大き
くなる。例えば、図１に炭素繊維強化炭素複合材料の２
０〜１０００℃の平均熱膨張係数αと密度との関係を示
す。図１のデータは、初期の炭素繊維強化炭素複合材料
を使用し、緻密化条件を変えて初期の炭素繊維強化炭素
複合材料を緻密化し、密度の異なる数種類の炭素繊維強
化炭素複合材料を作り、これらの２０〜１０００℃の平
均熱膨張係数αおよび密度を測定することにより求めた
ものである。図１の結果は、直接基材の熱膨張係数α₁
を測定しているものではないが、基材についても同じ現
象が生じることは容易に類推できる。

【００２１】さらに、黒鉛化の割合、無定形炭素の割合
等で基材の熱膨張係数α₁は異なる。このため上記した
炭素繊維の種類、配合割合、黒鉛化の程度等を最適に選
択することにより目的とする熱膨張係数α₁あるいはそ
れに近い熱膨張係数を持つ基材を得ることができる。炭
素繊維として前述した繊維方向に異方性をもたない等方
性の炭素繊維を使用し、マトリックス炭素として比較的
熱膨張係数の大きい炭素を使用することにより、繊維方
向によって熱膨張係数に異方性がない熱膨張係数α₁が
３〜９．０×１０^-6／℃程度の基材が得られる。

【００２２】セラミックスとしては、１６００℃以上の
高融点を有し、複合材製造時に炭素と反応しにくいもの
であることが好ましい。また、基材の熱膨張係数α₁が
３〜９．０×１０^-6／℃程度と比較的小さいので、セラ
ミックスとしては、比較的熱膨張係数α₂が小さいもの
が好ましい。このような高融点を有し、炭素と反応しに
くくかつ比較的小さい熱膨張係数α ₂をもつ無機酸化物
よりなるセラミックスとして、例えばムライト（３Ａｌ
₂Ｏ ₃・２ＳｉＯ₂、α₂；４．５〜５．７×１０^-6／
℃）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃、α₂；７．２〜９．０×
１０^-6／℃）、ルチル（ＴｉＯ₂、α₂；６．８〜８．
３×１０^-6／℃）、ジルコニア（ＺｒＯ₂；α₂；１
０．４×１０^-6／℃）、ベリリア（ＢｅＯ、α₂；７．
５〜９．０×１０^-6／℃）が推奨される。なお、マグネ
シア（ＭｇＯ、α；１３．０〜１３．５×１０^-6／℃）
は摩擦係数を高くする効果はあるが、熱膨張係数が大き
いため、複合材としたときに耐摩耗性が低下する。この
ため多量の配合は好ましくない。酸化物セラミックスを
配合することにより、乾式下の摩擦係数が０．２８〜
０．４５の範囲にある炭素複合材料が得られる。

【００２３】好ましい硼化物セラミックスとして、硼化
チタン（ＴｉＢ₂、α₂；７．６〜８．３×１０^-6／
℃）、硼化ジルコン（ＺｒＢ₂、α₂；５．３〜６．２
×１０ ^-6／℃）が推奨される。これら以外に用途によっ
てはＢ₄Ｃ、ＮｉＢ、ＣｏＢ、ＢＮ、ＴａＢ₂等を使用
できる。硼化物セラミックスを配合することにより、乾
式下の摩擦係数が０．０５〜０．１３の範囲の炭素繊維
強化炭素複合材料が得られる。

【００２４】好ましい窒化物セラミックスとして、窒化
アルミ（ＡｌＮ、α₂；４．４〜５．０×１０^-6／
℃）、窒化ジルコン（ＺｒＮ、α₂；６．５〜７．５×
１０^-6／℃）、窒化チタン（ＴｉＮ、α₂；８．５〜
９．５×１０^-6／℃）、窒化タンタル（ＴａＮ、α₂：
３．８×１０^-6／℃）が推奨される。これら以外に用途
によってはＣｒ₂Ｎ、ＢＮ等を使用できる。窒化物セラ
ミックスを配合することにより、乾式下の摩擦係数が
０．１９〜０．４３の範囲にある炭素複合材料が得られ
る。

【００２５】他のセラミックスとしてＢ₄Ｃ、ＴｉＣ、
ＴａＣ、ＺｒＣ等の炭化物も使用できる。前記したセラ
ミックスの一種または複数種類を混合して使用できる。
また、セラミックスとして粉末を採用する場合は、基材
とのなじみ性、分散性および複合材としての強度および
耐摩耗性を考慮して、粒径０．１〜１０μｍのものが好
ましく、より好ましくは粒径０．３〜５μｍのものがよ
い。粒径が０．１μｍより小さいと均一混合が難しく、
粒径が１０μｍより大きいと異常摩耗を起こす可能性が
ある。繊維を採用する場合は、基材とのなじみ性、分散
性および複合材としての強度および耐摩耗性を考慮し
て、直径０．７〜４０μｍ、長さ０．０１〜８ｍｍのも
のが好ましく、より好ましくは直径１〜１５μｍ、長さ
０．０５〜３ｍｍのものがよい。なお、クロス等にはフ
ィラメント等の長繊維を使用できる。繊維には、ウイス
カ、セラミックス繊維が含まれる。

【００２６】本発明の炭素複合材料の基材２０〜１００
０℃の平均熱膨張係数α₁とセラミックスの２０〜１０
００℃の平均熱膨張係数α₂とは次の関係にある。 −２×１０^-6／℃≦α₁−α₂≦３．５×１０^-6／℃ （α₁−α₂）が−２より小さい、すなわち基材の平均
熱膨張係数α₁が、セラミックスの平均熱膨張係数α₂
より２×１０^-6／℃小さいと、基材とセラミックスとの
境界部分に無視できない隙間が生じ、耐摩耗性が低くな
る。また、同じことは、（α₁−α₂）が＋３．５より
大きい、すなわち基材の平均熱膨張係数α ₁が、セラミ
ックスの平均熱膨張係数α₂より３．５×１０^-6／℃大
きいと、基材とセラミックスとの境界部分に無視できな
い歪みが生じ、耐摩耗性が低くなる。なお、（α₁−α
₂）がプラス側とマイナス側で異なるのは、炭素複合材
料の基材とセラミックスの境界部分の関係が焼成温度で
定まり、焼成温度から室温まで温度が低下すると、その
温度変化による熱収縮で基材とセラミックスとの境界部
分の関係が変化することによると考えている。（α₁−
α₂）がマイナス、すなわちセラミックスの熱膨張係数
が大きいと、室温まで温度が低下するとセラミックスが
大きく収縮し、基材とセラミックスとの境界部分に隙間
が生じる。逆に、（α₁−α₂）がプラス、すなわちセ
ラミックスの熱膨張係数が小さいと、室温まで温度が低
下すると基材が大きく収縮し、基材は焼き嵌めと同じ原
理でセラミックスを強く閉じ込め隙間が発生しない。な
お、（α₁−α₂）があまりにも大きいと、基材が熱膨
張の差に基ずく歪みを吸収できず、基材か破壊され、耐
摩耗性が大きく低下する。

【００２７】参考までに、基材を一定にし、配合するセ
ラミックスの種類を変えて熱膨張係数の差（α₁−
α₂）を変えた数種類の炭素複合材料を作り、熱膨張係
数の差−（α₁−α₂）と比摩耗量との関係を示す線図
を図２に示す。なお、図２では、熱膨張の差を絶対値と
して示した。図２より、（α₁−α₂）がゼロ（０）に
近ずく程比摩耗量が低下しているのが判る。

【００２８】本発明の炭素複合材料を１００重量％（以
下、％は特に明記しないかぎり重量％を示す。）とした
とき、セラミツク粉末および／または繊維の割合は、１
〜２０％であるのが好ましい。１％以下ではセラミック
スを配合したことによる摩擦係数の向上あるいは低下に
充分ではなく、逆に２０％を越えると材料強度の低下が
著しい。

【００２９】また、炭素繊維の含有量は０から４０％の
範囲とするのが好ましい。４０％を越えると材料強度が
著しく低下する。本発明の炭素複合材料はその見掛け密
度が１．７ｇ／ｃｍ³以上であるのが好ましい。見掛け
密度が高くなる程、材料強度、耐摩耗性等の機械的特性
が向上する。

【００３０】本発明の炭素複合材料の形状は特に限定さ
れず、ブレ−キシュ−、ブレ−キライニング、ブレ−キ
パッド、ブッシユ、ワッシヤ、ロ−タ、スリ−ブなどの
所定の形状とすることができる。本発明の炭素複合材料
は公知の方法によって製造できる。マトリックス炭素と
して自己焼結性の炭素粉末を使用する場合は、例えば図
３に示すような乾式混合、乾式成形および焼成という簡
単な工程で製造できる。炭素粉末とセラミックス粉末お
よび繊維は、強度および耐摩耗性を等方的にするため
に、前記した原料を均一に混合することが好ましい。

【００３１】成形は、常法によって行うことができ、通
常１〜１０ｔｏｎ／ｃｍ²程度の加圧下に所定の形状に
成形すればよい。または、ＣＩＰ法、ＨＩＰ法、ホット
プレス法などによって成形を行ってもよい。成形は、常
温でまたは不活性雰囲気下５００℃程度までの加熱下に
行うことができる。焼成は、７００〜１５００℃程度に
加熱して炭素繊維および自己焼結性炭素粉末を炭化固結
させる。なお、必要に応じてこの炭化された複合体を黒
鉛化炉で焼結温度以上に加熱して黒鉛化させてもよい。

【００３２】マトリックス炭素として液状あるいは加熱
により液化する原料を使用する場合は、セラミックスは
マトリックス炭素原料に混合するのが良い。炭素繊維は
従来の方法と同様にマトリックス炭素原料に混合して
も、あるいは炭素繊維でできた予備成形体にマトリック
ス炭素原料を付着させる方法でも良い。複合体を得るに
は得られた成形体を加熱しマトリックス炭素原料の炭化
を進め、全体を一体化する。炭化の条件は、特に限定さ
れないが、通常非酸化性雰囲気中０．１〜３００℃／時
間程度の速度で常温から１５００℃程度の温度まで昇温
し、０．５〜１０時間程度保持して行えばよい。なお、
焼結時においてもより高温で焼結すると複合体の一部は
炭化の後、黒鉛化する。

【００３３】また、黒鉛化の条件も、特に限定されず、
非酸化性雰囲気中で焼結時の温度から０．１〜５００℃
／時間程度の速度で１５００〜３０００℃程度の温度ま
で昇温し、０．５〜１０時間程度保持すればよい。黒鉛
化を行った場合には、黒鉛結晶が十分に成長するととも
に秩序正しく配向し、これにより製品の密度、強度およ
び耐摩耗性などがさらに向上する。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の実施例および比較例を示し、
本発明をさらに具体的に説明する。（実施例１−１）炭素繊維として、フィラメント６００
０本よりなるＰＡＮ系等方性炭素繊維を使用した。マト
リックス炭素原料としてフェノール樹脂粉末を、セラミ
ックスとして粒径１．０μｍのアルミナ粉末（α₂：
７．２×１０^-6／℃）を使用した。まず、フェノール樹
脂粉末：水：アルミナ粉末を重量比で５０：４０：１０
の配合比で配合混合し均一なスラリーを調製した。この
スラリーに前記炭素繊維束を浸漬し、各フィラメントの
表面にスラリーを付着させた。これを１２０℃で乾燥
し、乾燥後長さ３０ｍｍに切断した。このようにして得
られたプリプレグを直径１００ｍｍの金型内に入れ、１
６０℃、１２０ｋｇ／ｃｍ²で圧縮成形した後、窒素ガ
ス雰囲気中で１０００℃まで徐々に加熱し、炭化焼結し
て初期の炭素複合材料を得た。

【００３５】続いて、同じアルミナ粉末と軟化点８０℃
の石炭系ピッチとの重量比で２０：８０の混合物を１２
０℃で溶融した混合融液に、前記初期の炭素複合材料を
浸漬し、炭素複合材料の気孔中にこの混合融液を含浸さ
せた。得られた含浸材料を再度１０００℃まで徐々に加
熱した。この含浸、加熱の操作を３度繰り返して、見掛
け密度１．５６ｇ／ｃｍ³の中期の炭素複合材料を得
た。

【００３６】この複合材をさらに１７００℃で３０分間
焼成し、見掛け密度１．７０ｇ／ｃｍ³の最終的に本実
施例の炭素複合材料を得た。この炭素複合材料中のアル
ミナの割合は５．６％であり、この２０〜１０００℃の
平均熱膨張係数αは７．０×１０^-6／℃であった。な
お、本実施例のアルミナを含まない炭素繊維とフェノー
ル樹脂炭化物からなる基材の２０〜１０００℃の平均熱
膨張係数α₁は６．５×１０^-6／℃であった。従ってこ
の実施例の炭素複合材料の基材とセラミックスとの熱膨
張係数の差は−０．７×１０^-6／℃である。（実施例１−２）実施例１−１のアルミナ粉末に代えて
粒径１．４μｍの硼化チタン粉末（α₂：８．２×１０
^-6／℃）を使用した以外は、実施例１−１とまったく同
じにして、硼化チタンを含有する本実施例の炭素複合材
料を得た。

【００３７】この炭素複合材料の見掛け密度は１．７２
ｇ／ｃｍ³、硼化チタンの割合は５．８％であり、この
２０〜１０００℃の平均熱膨張係数αは６．８×１０^-6
／℃であった。また、本実施例の炭素複合材料の基材と
セラミックスとの熱膨張係数の差は−１．７×１０^-6／
℃であった。（実施例１−３）実施例１−１のアルミナ粉末に代えて
粒径１．４μｍの窒化アルミ粉末（α₂：４．５×１０
^-6／℃）を使用した以外は、実施例１−１とまったく同
じにして、窒化アルミを含有する本実施例の炭素複合材
料を得た。

【００３８】この炭素複合材料の見掛け密度は１．７５
ｇ／ｃｍ³、窒化アルミの割合は５．７％であり、この
２０〜１０００℃の平均熱膨張係数αは６．７×１０^-6
／℃であった。また、本実施例の炭素複合材料の基材と
セラミックスとの熱膨張係数の差は＋２．０×１０^-6／
℃であった。（実施例２−１）炭素繊維と
して、長さ２０ｍｍのピッチ系炭素繊維（光学的等方性
繊維、ドナック製ドナカーボＳ２１０）を用い、これ
を粉砕してミルド粉（繊維長さ０．５ｍｍ）としたもの
を使用した。マトリックス炭素原料として平均粒径７μ
ｍのコールタール系メソカーボンマイクロビーズ（大阪
ガス製）を使用した。さらにセラミックスとして粒径
１．４μｍの硼化チタン（ＴｉＢ₂）粉末（α₂：８．
２×１０^-6／℃）を使用した。そして、炭素繊維；メソ
カーボンマイクロビーズ；硼化チタン粉を重量割合で２
５；７５；５として配合した。得られた配合物をライカ
イ機で混合し、さらに室温で万能プレスで１ｔｏｎ／ｃ
ｍ²の成形圧力で成形した。その後、この成形体を常圧
で非酸化性雰囲気中、１５０℃／時間の加熱速度で１０
００℃まで昇温し、同温度で１時間保持しさらに非酸化
性雰囲気中、５００℃／時間の速度で１９００℃まで加
熱して焼結した。これにより本実施例の炭素複合材料を
得た。

【００３９】この炭素複合材料の見掛け密度は１．８７
ｇ／ｃｍ³、硼化チタンの割合は５．８％であり、この
２０〜１０００℃の平均熱膨張係数αは７．５×１０^-6
／℃であった。なお、本実施例の硼化チタンを含まない
炭素繊維とメソカーボンマイクロビーズとからなる基材
の２０〜１０００℃の平均熱膨張係数α₁は７．３×１
０^-6／℃であった。従ってこの実施例の炭素複合材料の
基材とセラミックスとの熱膨張係数の差は−０．９×１
０^-6／℃である。（実施例２−２）実施例２−１の硼化チタン粉末に代え
て粒径３．１μｍの窒化タンタル（ＴａＮ）（α₂：
３．８×１０^-6／℃）粉末を使用した以外は、実施例２
−１とまったく同じにして、窒化タンタルを含有する本
実施例の炭素複合材料を得た。

【００４０】得られた炭素複合材料の窒化タンタルの割
合および見掛け密度はそれぞれ５．７％と１．９０ｇ／
ｃｍ³であった。また、この炭素複合材料の２０〜１０
００℃の平均熱膨張係数αは７．２×１０^-6／℃であっ
た。また、本実施例の炭素複合材料の基材とセラミック
スとの熱膨張係数の差は３．５×１０^-6／℃であった。（比較例２−１）実施例２−１の硼化チタン粉末に代え
て粒径１．０μｍのジルコニア（ＺｒＯ ₂）（α₂：１
０．４×１０^-6／℃）を使用した以外は、実施例２−１
とまったく同じにして、ジルコニアを含有する本実施例
の炭素複合材料を得た。

【００４１】この炭素複合材料の見掛け密度は１．８３
ｇ／ｃｍ³、ジルコニアの割合は６．２％であり、この
２０〜１０００℃の平均熱膨張係数αは７．６×１０^-6
／℃であった。また、本実施例の炭素複合材料の基材と
セラミックスとの熱膨張係数の差は−３．１×１０^-6／
℃であった。（実施例３−１）炭素繊維として、フィラメント３００
０本よりなるピッチ系炭素繊維を使用した。マトリック
ス炭素原料として軟化点２８０℃のピッチ粉砕品とコー
クスの粉砕品の等体積混合物を使用した。そしてセラミ
ックスとして、粒径２．０μｍの硼化ジルコニウム（Ｚ
ｒＢ₂）粉末（α₂：８．３×１０^-6／℃）を使用し
た。

【００４２】まずピッチ粉砕品、コークス粉砕品および
ジルコニウム粉末をそれぞれ重量換算で１：１：０．５
の割合で配合し、充分に混合して混合粉を得た。次に、
前記炭素繊維の各フィラメントの表面にこの混合粉を粒
子付着装置で付着させた。混合粉が付着した繊維の表面
を膜厚１０μｍのポリエチレンで被覆し、ボビンに巻き
取って中間体を作った。この中間体を成形型内に入れて
一方向に配列し板状の集積体とし、成形圧力５００ｋｇ
／ｃｍ²、６００℃で３０分間ホットプレスして焼結
し、さらに１７００℃まで加熱して黒鉛化して本実施例
の炭素繊維強化炭素複合材量を得た。

【００４３】この炭素複合材料のジルコニウムの見掛け
密度は１．９５ｇ／ｃｍ³、硼化ジルコニウムの割合は
５．９％であり、この２０〜１０００℃の平均熱膨張係
数αは５．６×１０^-6／℃であった。なお、本実施例の
硼化ジルコニウムを含まない炭素繊維とマトリックス炭
素原料のみを同じ方法で製造した炭素繊維強化炭素より
なる基材の２０〜１０００℃の平均熱膨張係数α₁は
５．６×１０^-6／℃であった。従って本実施例の炭素複
合材料の基材とセラミックスとの熱膨張係数の差は＋
０．３×１０^-6／℃である。（実施例３−２）実施例３−１の硼化ジルコニウム粉末
に代えて粒径３．１μｍの窒化タンタル（ＴａＮ）粉末
（α₂：３．８×１０^-6／℃）を使用した以外は、実施
例３−１とまったく同じにして、窒化タンタルを含有す
る本実施例の炭素複合材料を得た。

【００４４】得られた炭素複合材料の窒化タンタルの割
合および見掛け密度はそれぞれ５．８％と１．９８ｇ／
ｃｍ³であった。また、この炭素複合材料の２０〜１０
００℃の平均熱膨張係数αは５．４×１０^-6／℃であっ
た。また、本実施例の炭素複合材料の基材とセラミック
スとの熱膨張係数の差は＋１．８×１０^-6／℃であっ
た。（比較例３−１）実施例３−１の硼化ジルコニウム粉末
に代えて粒径０．４μｍのルチル（ＴｉＯ₂）粉末（α
₂：８．３×１０^-6／℃）を使用した以外は、実施例３
−１とまったく同じにして、ルチルを含有する本実施例
の炭素複合材料を得た。

【００４５】この炭素複合材料の割合および見掛け密度
はそれぞれ５．８％と１．７６ｇ／ｃｍ³であった。ま
たこの炭素複合材料の２０〜１０００℃の平均熱膨張係
数αは５．３×１０^-6／℃であった。また、この実施例
の炭素複合材料の基材とセラミックスとの熱膨張係数の
差は−２．７×１０^-6／℃であった。（実施例４−１）炭素繊維としてフィラメント１０００
本のＰＡＮ系炭素繊維を平織りにしたクロスを使用し
た。マトリックス炭素原料として、実施例２−１で使用
した自己焼結性炭素粉を用いた。セラミックスとして粒
径１．４μｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末
（α₂：４．５×１０^-6／℃）を使用した。

【００４６】まず炭素粉およびセラミックスを重量換算
で４：１の割合で配合し、充分に混合して混合粉を得
た。次に、前記炭素繊維のクロスの表面にこの混合粉を
練り込んで付着させプレプリグを得、中間体を作った。
この中間体を成形型内に入れ、成形圧力２００ｋｇ／ｃ
ｍ²、２００℃で１０分間ホットプレスして焼結し、さ
らに加圧を５００ｋｇ／ｃｍ²にして１７００℃まで加
熱して３０分間保持し、黒鉛化して本実施例の炭素繊維
強化炭素複合材量を得た。

【００４７】この炭素複合材料の見掛け密度は１．８２
ｇ／ｃｍ³、窒化アルミニウムの割合は６．１％であ
り、この２０〜１０００℃の平均熱膨張係数αは４．１
×１０ ^-6／℃であった。なお、本実施例の窒化アルミニ
ウムを含まない炭素繊維とマトリックス炭素原料のみを
同じ方法で製造した炭素繊維強化炭素よりなる基材の２
０〜１０００℃の平均熱膨張係数α₁は４．０×１０^-6
／℃であった。従って、本実施例の炭素複合材料の基材
とセラミックスとの熱膨張係数の差は−０．５×１０^-6
／℃である。（実施例４−２）実施例４−１の窒化アルミニウム粉末
に代えて粒径３．１μｍの窒化タンタル（ＴａＮ）粉末
（α₂：３．８×１０^-6／℃）を使用した以外は、実施
例４−１とまったく同じにして、窒化タンタルを含有す
る本実施例の炭素複合材料を得た。

【００４８】得られた炭素複合材料の窒化タンタルの割
合および見掛け密度はそれぞれ５．３％と１．８９ｇ／
ｃｍ³であった。また、この炭素複合材料の２０〜１０
００℃の平均熱膨張係数は４．９×１０^-6／℃であっ
た。また、本実施例の炭素複合材料の基材とセラミック
スとの熱膨張係数の差は＋０．２×１０^-6／℃であっ
た。（比較例４−１）実施例４−１の窒化アルミニウム粉末
に代えて粒径１．０μｍのアルミナ（α ₂：７．２×１
０^-6／℃）を使用した以外は、実施例４−１とまったく
同じにして、アルミナを含有する本実施例の炭素複合材
料を得た。

【００４９】この炭素複合材料のアルミナの割合および
見掛け密度はそれぞれ５．９％と１．７３ｇ／ｃｍ³で
あった。この炭素繊維強化炭素複合材の２０〜１０００
℃の平均熱膨張係数αは３．８×１０^-6／℃であった。
この実施例の炭素複合材料の基材とセラミックスとの熱
膨張係数の差は−３．２×１０^-6／℃であった。（評価１）前記実施例および比較例の１２種類の炭素繊
維強化炭素複合材量につてい、無潤滑下における摩擦係
数を測定した。この測定は、機械試験所式摩擦摩耗試験
機により、回転数１６０ｒｐｍ（すべり速度；２ｃｍ／
秒）で、荷重５０ｋｇｆから荷重を２分毎に１０ｋｇｆ
ずつ上昇させ、５０ｋｇｆまでの摩擦係数μを測定し
た。なお、相手材としては高炭素クロム軸受鋼材（ＪＩ
ＳＳＵＪ２、以下、ＳＵＪ２と称する。）を使用し
た。その結果を図４に示す。

【００５０】図４より明らかなように、本発明の実施例
１−１、比較例２−１、比較例３−１および比較例４−
１の酸化物セラミックスを配合した４種類の炭素繊維強
化炭素複合材量は、いずれも０．２８ないし０．４５程
度の摩擦係数の範囲にあり、いずれも高い摩擦係数を持
つ。一方、本発明の実施例１−３、実施例２−２、実施
例３−２、実施例４−１および実施例４−２の窒化物セ
ラミックスを配合した５種類の炭素繊維強化炭素複合材
量は、いずれも０．１９ないし０．４３程度の摩擦係数
の範囲にあり、比較的中程度の摩擦係数を持つ。

【００５１】また、本発明の実施例１−２、実施例２−
１および実施例３−１の硼化物セラミックスを配合した
３種類の炭素繊維強化炭素複合材量は、いずれも０．０
５ないし０．１３程度の摩擦係数の範囲にあり、いずれ
も低い摩擦係数を持つ。これらの結果より、配合するセ
ラミックスの種類を選択することにより、得られる炭素
複合材料の摩擦係数を変えることができることが明らか
になった。（評価２）前記１２種類の本発明の実施例および比較例
の炭素繊維強化炭素複合材につてい、湿式下（油潤滑）
における摩耗量を測定した。この測定は、ＬＦＷ摩擦摩
耗試験機により、荷重１５ｋｇｆ、回転数１６０ｒｐｍ
で１５分間の試験を実施した。相手材としてはＳＵＪ２
製のリングを使用し、テストピースとしては１０．０ｍ
ｍ×１５．７ｍｍの平板を使用した。その結果の摩耗量
（μｍ）を表１に示す。また、各炭素複合材料の基材と
セラミックスとの２０〜１０００℃の平均熱膨張係数の
差（α₁−α₂）と摩耗量との相対関係を示す図を図５
に示す。

【００５２】図５より、基材とセラミックスとの平均熱
膨張係数の差（α₁−α₂）が−２よりさらに小さくな
ると摩耗量が急激に増大しているのがわかる。今回の実
施例および比較例では示さなかったが、基材とセラミッ
クスとの平均熱膨張係数の差（α₁−α₂）が３．５を
越えて大きくなる場合も摩耗量は急激に増大する。な
お、セラミックスを含まない基材のみからなる炭素繊維
強化炭素材料の平均的な摩耗量は２０〜２５μｍであ
る。従って本発明の炭素複合材料派、セラミックスを含
まない炭素繊維強化炭素材料より優れた耐摩耗性を持つ
ことが判る。

【００５３】

【表１】

【効果】本発明のセラミックスを配合した炭素複合材料
は、その基材の熱膨張係数α₁と配合されるセラミック
スの熱膨張係数α₂の差を−２×１０^-6／℃≦α₁−α
₂≦３．５×１０^-6／℃の関係にあるように作られてい
る。このため、本発明の炭素複合材料は、耐摩耗性が高
く、セラミックスを配合していない炭素繊維強化炭素材
料よりも優れた耐摩耗性をもっている。

【００５４】また、基材とセラミックスの熱膨張係数を
前記範囲の関係内に維持した状態でセラミックスを選択
することにより、本発明の炭素複合材料の優れた耐摩耗
性をもった状態で摩擦係数を任意に設定できる。このた
め本発明の炭素複合材料は、耐久性がありかつ所定の摩
擦特性を持つ、優れた航空機およびレ−ス車両などのブ
レ−キシュ−、ブレ−キライニングおよびブレ−キパッ
ド、ブッシユ、ワッシヤ、ロ−タ、スリ−ブ、軸受けな
どに適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】炭素複合材料の密度と平均熱膨張係数の関係を
示す線図である。

【図２】炭素複合材料を構成する基材とセラミックスと
の平均熱膨張係数の差と比摩耗量との関係を示す図であ
る。

【図３】炭素複合材料の一製造方法を示すブロック図で
ある。

【図４】実施例および比較例で得られた炭素複合材料の
乾式摩耗下の摩擦係数とセラミックスとの関係を示す図
である。

【図５】実施例および比較例で得られた炭素複合材料の
基材とセラミックスとの平均熱膨張係数の差と摩耗量と
の関係を示す図である。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年５月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項３

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項５

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】本発明の炭素複合材料を構成する基材は、
マトリックス炭素のみでも構成できる。しかし、炭素繊
維とマトリツクス炭素とから構成されるのが好ましい。
炭素繊維としては、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、
石炭または石油系ピッチを原料として紡糸し、炭化した
炭素繊維が使用できる。好ましい炭素繊維として、ピッ
チ系の光学的等方性の炭素繊維がある。この光学的等方
性炭素繊維は繊維方向による熱膨張係数の異方性がなく
２０〜１０００℃の範囲の平均熱膨張係数は２〜４×１
０^-6／℃である。また、ＰＡＮ系およびピッチ系で、高
強度、高剛性の光学的異方性をもつ炭素繊維が知られて
いる。この炭素繊維は、繊維方向の熱膨張係数が室温か
ら４００℃程度まで負の係数をもち、４００〜１０００
℃の熱膨張係数は０〜２×１０^-6／℃であり、かつ繊維
の長手方向とそれに直行する方向の熱膨張係数が異な
る。この繊維も用途によっては充分に活用できる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】好ましい窒化物セラミックスとして、窒化
アルミ（ＡｌＮ、α₂；４．４〜５．０×１０^-6／
℃）、窒化ジルコン（ＺｒＮ、α₂；６．５〜７．５×
１０^-6／℃）、窒化チタン（ＴｉＮ、α₂；８．５〜
９．５×１０^-6／℃）、窒化タンタル（ＴａＮ、α₂：
３．８×１０^-6／℃）が推奨される。これら以外に用途
によってはＣｒ₂Ｎ、ＢＮ等を使用できる。窒化物セラ
ミックスを配合することにより、乾式下の摩擦係数が
０．１９〜０．３４の範囲にある炭素複合材料が得られ
る。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】本発明の炭素複合材料の基材２０〜１００
０℃の平均熱膨張係数α₁とセラミックスの２０〜１０
００℃の平均熱膨張係数α₂とは次の関係にある。−２
×１０^-6／℃≦α₁−α₂≦３．５×１０^-6／℃（α₁
−α₂）が−２×１０^-6 より小さい、すなわち基材の平
均熱膨張係数α₁が、セラミックスの平均熱膨張係数α
₂より２×１０^-6／℃小さいと、基材とセラミックスと
の境界部分に無視できない隙間が生じ、耐摩耗性が低く
なる。また、同じことは、（α₁−α₂）が＋３．５×
１０^-6 より大きい、すなわち基材の平均熱膨張係数α₁
が、セラミックスの平均熱膨張係数α₂より３．５×１
０^-6／℃大きいと、基材とセラミックスとの境界部分に
無視できない歪みが生じ、耐摩耗性が低くなる。なお、
（α₁−α₂）がプラス側とマイナス側で異なるのは、
炭素複合材料の基材とセラミックスの境界部分の関係が
焼成温度で定まり、焼成温度から室温まで温度が低下す
ると、その温度変化による熱収縮で基材とセラミックス
との境界部分の関係が変化することによると考えてい
る。（α₁−α₂）がマイナス、すなわちセラミックス
の熱膨張係数が大きいと、室温まで温度が低下するとセ
ラミックスが大きく収縮し、基材とセラミックスとの境
界部分に隙間が生じる。逆に、（α₁−α₂）がプラ
ス、すなわちセラミックスの熱膨張係数が小さいと、室
温まで温度が低下すると基材が大きく収縮し、基材は焼
き嵌めと同じ原理でセラミックスを強く閉じ込め隙間が
発生しない。なお、（α₁−α ₂）があまりにも大きい
と、基材が熱膨張の差に基ずく歪みを吸収できず、基材
か破壊され、耐摩耗性が大きく低下する。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】また、炭素繊維の含有量は０から４０％の
範囲とするのが好ましい。４０％を越えると材料強度が
著しく低下する。本発明の炭素複合材料はその見掛け密
度が１．６５ｇ／ｃｍ³以上であるのが好ましい。見掛
け密度が高くなる程、材料強度、耐摩耗性等の機械的特
性が向上する。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４９】この炭素複合材料のアルミナの割合および
見掛け密度はそれぞれ５．９％と１．７３ｇ／ｃｍ³で
あった。この炭素繊維強化炭素複合材の２０〜１０００
℃の平均熱膨張係数αは３．８×１０^-6／℃であった。
この実施例の炭素複合材料の基材とセラミックスとの熱
膨張係数の差は−３．２×１０^-6／℃であった。（評価
１）前記実施例および比較例の１２種類の炭素繊維強化
炭素複合材量につてい、無潤滑下における摩擦係数を測
定した。この測定は、機械試験所式摩擦摩耗試験機によ
り、回転数１６０ｒｐｍ（すべり速度；２０ｃｍ／秒）
で、荷重５０ｋｇｆから荷重を２分毎に１０ｋｇｆずつ
上昇させ、２００ｋｇｆまでの摩擦係数μを測定した。
なお、相手材としては高炭素クロム軸受鋼材（ＪＩＳ
ＳＵＪ２、以下、ＳＵＪ２と称する。）を使用した。そ
の結果を図４に示す。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５０】図４より明らかなように、本発明の実施例
１−１、比較例２−１、比較例３−１および比較例４−
１の酸化物セラミックスを配合した４種類の炭素繊維強
化炭素複合材量は、いずれも０．２８ないし０．４５程
度の摩擦係数の範囲にあり、いずれも高い摩擦係数を持
つ。一方、本発明の実施例１−３、実施例２−２、実施
例３−２、実施例４−１および実施例４−２の窒化物セ
ラミックスを配合した５種類の炭素繊維強化炭素複合材
量は、いずれも０．１９ないし０．３４程度の摩擦係数
の範囲にあり、比較的中程度の摩擦係数を持つ。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５２】図５より、基材とセラミックスとの平均熱
膨張係数の差（α₁−α₂）が−２×１０^-6 よりさらに
小さくなると摩耗量が急激に増大しているのがわかる。
今回の実施例および比較例では示さなかったが、基材と
セラミックスとの平均熱膨張係数の差（α₁−α₂）が
３．５×１０^-6 を越えて大きくなる場合も摩耗量は急激
に増大する。なお、セラミックスを含まない基材のみか
らなる炭素繊維強化炭素材料の平均的な摩耗量は２０〜
２５μｍである。従って本発明の炭素複合材料は、セラ
ミックスを含まない炭素繊維強化炭素材料より優れた耐
摩耗性を持つことが判る。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【図５】 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年７月６日

【手続補正１１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

フロントページの続き (72)発明者中川喜照大阪市中央区平野町４丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者東隆行大阪市中央区平野町４丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マトリックス炭素で構成された基材と、
該基材中に埋設されたセラミツクス粉末および／または
繊維とで構成され、該基材の２０〜１０００℃の平均熱
膨張係数α₁と該セラミックスの２０〜１０００℃の平
均熱膨張係数α₂との差が以下の条件 −２×１０^-6／℃≦α₁−α₂≦３．５×１０^-6／℃ を満たす関係にあることを特徴とする炭素複合材料。
【請求項２】全体を１００重量％としたときセラミッ
クスの含有量が３〜２０重量％であり、炭素繊維の含有
量が４０重量％以下である請求項１記載の炭素複合材
料。
【請求項３】見掛け密度が１．７ｇ／ｃｍ³以上であ
る請求項１記載の炭素複合材料。
【請求項４】セラミックスは酸化物であり、乾式下の
摩擦係数が０．２８〜０．４５の範囲にある請求項１記
載の炭素複合材料。
【請求項５】セラミックスは窒化物であり、乾式下の
摩擦係数が０．１９〜０．４３の範囲にある請求項１記
載の炭素複合材料。
【請求項６】セラミックスは硼化物であり、乾式下の
摩擦係数が０．０５〜０．１３の範囲にある請求項１記
載の炭素複合材料。