JPH0597516A - 複合炭素材料 - Google Patents
複合炭素材料Info
- Publication number
- JPH0597516A JPH0597516A JP3262444A JP26244491A JPH0597516A JP H0597516 A JPH0597516 A JP H0597516A JP 3262444 A JP3262444 A JP 3262444A JP 26244491 A JP26244491 A JP 26244491A JP H0597516 A JPH0597516 A JP H0597516A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon material
- composite carbon
- silicon carbide
- mesocarbon microbeads
- carbonaceous raw
- Prior art date
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- Pending
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- Ceramic Products (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 各種産業用機械の部品等に利用される複合炭
素材料に関し、より機械的強度や耐磨耗性を向上させる
ことを目的とする。 【構成】 炭素質原料と、炭化ケイ素ウイスカーを配合
した複合炭素材料において、上記炭素質原料として７０
〜９９．５重量％のメソカーボンマイクロビーズもしく
は該メソカーボンマイクロビーズの粉砕物と、０．５〜
３０重量％の炭化ケイ素ウイスカーとを配合し、必要に
応じて上記配合により得られた複合炭素材料に対し、ピ
ッチ含浸・炭化処理を施すような構成とする。
素材料に関し、より機械的強度や耐磨耗性を向上させる
ことを目的とする。 【構成】 炭素質原料と、炭化ケイ素ウイスカーを配合
した複合炭素材料において、上記炭素質原料として７０
〜９９．５重量％のメソカーボンマイクロビーズもしく
は該メソカーボンマイクロビーズの粉砕物と、０．５〜
３０重量％の炭化ケイ素ウイスカーとを配合し、必要に
応じて上記配合により得られた複合炭素材料に対し、ピ
ッチ含浸・炭化処理を施すような構成とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は炭素材料に関し、特に各
種産業用機械の部品等に利用される複合炭素材料に関す
るものである。
種産業用機械の部品等に利用される複合炭素材料に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】炭素質原料を所要のバインダーで成形し
て得られる炭素材料は、熱的、化学的にも安定で表面の
摩擦係数が低い等、例えば産業用機械の摺動部品等に好
適な性質を備え、従来より盛んに利用されているが、そ
の一方で耐磨耗性、機械的強度等の点で金属やセラミッ
クスに劣る欠点がある。そこで近年では金属材料、セラ
ミックス、あるいは炭素繊維などの各種補強繊維等との
複合化の研究が盛んに行われている。
て得られる炭素材料は、熱的、化学的にも安定で表面の
摩擦係数が低い等、例えば産業用機械の摺動部品等に好
適な性質を備え、従来より盛んに利用されているが、そ
の一方で耐磨耗性、機械的強度等の点で金属やセラミッ
クスに劣る欠点がある。そこで近年では金属材料、セラ
ミックス、あるいは炭素繊維などの各種補強繊維等との
複合化の研究が盛んに行われている。
【０００３】このような状況の中で、炭素繊維強化プラ
スチックや炭素繊維強化金属等の製造にあたって上記炭
化ケイ素ウイスカーあるいは窒化ケイ素ウイスカー等が
繊維補強や耐磨耗性付与の目的で使用されていることに
着目して上記機械的強度や耐磨耗性の向上を図る目的
で、例えば、特開昭５８−１７２２６６号公報では、石
油コークス粉や黒鉛粉等の炭素質原料と、ピッチあるい
は熱硬化性樹脂等のバインダーとの配合に加え、炭化ケ
イ素ウイスカー、窒化ケイ素ウイスカーもしくはこれら
の混合物を添加して得られる複合炭素材料が開示されて
いる。
スチックや炭素繊維強化金属等の製造にあたって上記炭
化ケイ素ウイスカーあるいは窒化ケイ素ウイスカー等が
繊維補強や耐磨耗性付与の目的で使用されていることに
着目して上記機械的強度や耐磨耗性の向上を図る目的
で、例えば、特開昭５８−１７２２６６号公報では、石
油コークス粉や黒鉛粉等の炭素質原料と、ピッチあるい
は熱硬化性樹脂等のバインダーとの配合に加え、炭化ケ
イ素ウイスカー、窒化ケイ素ウイスカーもしくはこれら
の混合物を添加して得られる複合炭素材料が開示されて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが上記特開昭５
８−１７２２６６号公報に記載の複合炭素材料は、その
焼成工程における上記ピッチあるいは熱硬化性樹脂等の
バインダーの収縮率に対して、炭素質原料の収縮率が小
さいために上記炭化ケイ素ウイスカーあるいは窒化ケイ
素ウイスカーと炭素質原料との組織内での結合力が弱ま
り、上記炭化ケイ素ウイスカーあるいは窒化ケイ素ウイ
スカーの配合によって期待されるほどは機械的強度や耐
磨耗性の向上効果を果たしえない難点がある。
８−１７２２６６号公報に記載の複合炭素材料は、その
焼成工程における上記ピッチあるいは熱硬化性樹脂等の
バインダーの収縮率に対して、炭素質原料の収縮率が小
さいために上記炭化ケイ素ウイスカーあるいは窒化ケイ
素ウイスカーと炭素質原料との組織内での結合力が弱ま
り、上記炭化ケイ素ウイスカーあるいは窒化ケイ素ウイ
スカーの配合によって期待されるほどは機械的強度や耐
磨耗性の向上効果を果たしえない難点がある。
【０００５】また、一般に複合炭素材料に所期の機械的
強度や耐磨耗性を付与しようとする場合には、上記各原
料及びバインダーを均一に分散した緻密な組織構造をと
ることが求められるが、上記のようにバインダーとして
ピッチあるいは熱硬化性樹脂等の比較的粘度の高い物質
を使用しているところから、該混合に多くの時間を費や
しても上記各原料及びバインダーを均一に分散した緻密
な複合炭素材料を得ることが困難であるのが現状であ
る。
強度や耐磨耗性を付与しようとする場合には、上記各原
料及びバインダーを均一に分散した緻密な組織構造をと
ることが求められるが、上記のようにバインダーとして
ピッチあるいは熱硬化性樹脂等の比較的粘度の高い物質
を使用しているところから、該混合に多くの時間を費や
しても上記各原料及びバインダーを均一に分散した緻密
な複合炭素材料を得ることが困難であるのが現状であ
る。
【０００６】本発明は上記従来の事情に鑑み提案された
ものであって、より機械的強度や耐磨耗性に優れる複合
炭素材料を提供することを目的とするものである。
ものであって、より機械的強度や耐磨耗性に優れる複合
炭素材料を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は以下の手段を採用する。すなわち、炭素
質原料と、炭化ケイ素ウイスカーを配合した複合炭素材
料において、上記炭素質原料として７０〜９９．５重量
％のメソカーボンマイクロビーズもしくは該メソカーボ
ンマイクロビーズの粉砕物と、０．５〜３０重量％の炭
化ケイ素ウイスカーとを配合してなる複合炭素材料であ
る。
めに、本発明は以下の手段を採用する。すなわち、炭素
質原料と、炭化ケイ素ウイスカーを配合した複合炭素材
料において、上記炭素質原料として７０〜９９．５重量
％のメソカーボンマイクロビーズもしくは該メソカーボ
ンマイクロビーズの粉砕物と、０．５〜３０重量％の炭
化ケイ素ウイスカーとを配合してなる複合炭素材料であ
る。
【０００８】また、上記配合により得られた複合炭素材
料に対し、ピッチ含浸・炭化処理を施すことも上記目的
を達成するためにより好ましい。
料に対し、ピッチ含浸・炭化処理を施すことも上記目的
を達成するためにより好ましい。
【０００９】
【作用】本発明において炭素質材料として配合するメソ
カーボンマイクロビーズは、例えば石油重質油やコール
タールピッチ等の有機物を３５０〜４５０℃にまで加熱
した段階で液相中に存在する多環芳香族の偏平な分子が
薄層状に積層した構造の光学的異方性を呈する数〜数十
μｍの微小球体であり、上記温度よりもさらに昇温する
と各球体が合体して成長する、いわゆる自己焼結性をも
つ。
カーボンマイクロビーズは、例えば石油重質油やコール
タールピッチ等の有機物を３５０〜４５０℃にまで加熱
した段階で液相中に存在する多環芳香族の偏平な分子が
薄層状に積層した構造の光学的異方性を呈する数〜数十
μｍの微小球体であり、上記温度よりもさらに昇温する
と各球体が合体して成長する、いわゆる自己焼結性をも
つ。
【００１０】従って、上記のように炭素質原料としてメ
ソカーボンマイクロビーズを採用すれば、成形及び焼成
工程において必要とされてきたバインダーを添加する必
要がなくなる。
ソカーボンマイクロビーズを採用すれば、成形及び焼成
工程において必要とされてきたバインダーを添加する必
要がなくなる。
【００１１】本発明においては上記炭素質原料としての
メソカーボンマイクロビーズの配合量を７０〜９９．５
重量％、炭化ケイ素ウイスカーの配合量を０．５〜３０
重量％とする。メソカーボンマイクロビーズの配合量が
７０重量％未満である（炭化ケイ素ウイスカーの配合量
が３０重量％を超える）と、複合炭素材料の表面の滑性
が低下するとともに、上記メソカーボンマイクロビーズ
の自己焼結性が大きく損なわれる。また、一方メソカー
ボンマイクロビーズの配合量が９９．５重量％を超える
（炭化ケイ素ウイスカーの配合量が０．５重量％を未満
である）と、炭化ケイ素ウイスカーの配合によって期待
できる耐磨耗性の向上効果が得られなくなり、特にメカ
ニカルシール等で問題となるブリスターの発生及びそれ
に伴う粒子の脱落による摩耗の抑制に効果がなくなる。
メソカーボンマイクロビーズの配合量を７０〜９９．５
重量％、炭化ケイ素ウイスカーの配合量を０．５〜３０
重量％とする。メソカーボンマイクロビーズの配合量が
７０重量％未満である（炭化ケイ素ウイスカーの配合量
が３０重量％を超える）と、複合炭素材料の表面の滑性
が低下するとともに、上記メソカーボンマイクロビーズ
の自己焼結性が大きく損なわれる。また、一方メソカー
ボンマイクロビーズの配合量が９９．５重量％を超える
（炭化ケイ素ウイスカーの配合量が０．５重量％を未満
である）と、炭化ケイ素ウイスカーの配合によって期待
できる耐磨耗性の向上効果が得られなくなり、特にメカ
ニカルシール等で問題となるブリスターの発生及びそれ
に伴う粒子の脱落による摩耗の抑制に効果がなくなる。
【００１２】上記メソカーボンマイクロビーズの粒径
は、１００μｍ以下であればよいが、より緻密で表面の
平滑性を高くするためには１５μｍ以下、さらに５μｍ
以下の超微粉で配合することが望ましく、上記のように
例えば石油重質油やタールピッチから直接分離して得ら
れるものの他、得られたメソカーボンマイクロビーズを
上記粒径に粉砕して使用することができる。
は、１００μｍ以下であればよいが、より緻密で表面の
平滑性を高くするためには１５μｍ以下、さらに５μｍ
以下の超微粉で配合することが望ましく、上記のように
例えば石油重質油やタールピッチから直接分離して得ら
れるものの他、得られたメソカーボンマイクロビーズを
上記粒径に粉砕して使用することができる。
【００１３】炭化ケイ素ウイスカーとしては例えば市販
されている直径０．１〜３．０μｍ、アスペクト比２０
〜１０００、引っ張り強さ２００〜２５００kgf/mm2 の
ものを使用することができるが、本発明は特に上記各物
性を限定するものではない。
されている直径０．１〜３．０μｍ、アスペクト比２０
〜１０００、引っ張り強さ２００〜２５００kgf/mm2 の
ものを使用することができるが、本発明は特に上記各物
性を限定するものではない。
【００１４】また本発明においては上記配合により得ら
れた複合炭素材料に対し、加圧しながらピッチ含浸処理
を行い、その後加熱することにより該含浸させたピッチ
を炭化させる炭化処理を施すことにより、複合炭素材料
の組織をより緻密にできて表面平滑度が向上する。
れた複合炭素材料に対し、加圧しながらピッチ含浸処理
を行い、その後加熱することにより該含浸させたピッチ
を炭化させる炭化処理を施すことにより、複合炭素材料
の組織をより緻密にできて表面平滑度が向上する。
【００１５】
【実施例】以下、表１に記載した本発明に基づく実施例
１〜３と、従来技術に基づく比較例１、２との配合及び
各物性を比較しながら説明する。尚、後出の表１に示す
複合炭素材料の組成は全て重量％で表した。
１〜３と、従来技術に基づく比較例１、２との配合及び
各物性を比較しながら説明する。尚、後出の表１に示す
複合炭素材料の組成は全て重量％で表した。
【００１６】〔実施例１〕平均粒径１５μｍのメソカー
ボンマイクロビーズ９５重量％と炭化ケイ素ウイスカー
５重量％とを樹脂製のボールミルを用いて充分混合した
のち、低温（２０℃）で乾燥させ、所要の大きさの凝固
した乾燥物を得、さらに該乾燥物を再び解砕し、ゴムモ
ールドに充填後、１０００kgf/cm2 の圧力でＣＩＰ成形
した。得られた成形物を約１０００℃で一次焼成し、２
０００℃で二時焼成（黒鉛化処理）を行った。
ボンマイクロビーズ９５重量％と炭化ケイ素ウイスカー
５重量％とを樹脂製のボールミルを用いて充分混合した
のち、低温（２０℃）で乾燥させ、所要の大きさの凝固
した乾燥物を得、さらに該乾燥物を再び解砕し、ゴムモ
ールドに充填後、１０００kgf/cm2 の圧力でＣＩＰ成形
した。得られた成形物を約１０００℃で一次焼成し、２
０００℃で二時焼成（黒鉛化処理）を行った。
【００１７】〔実施例２〕上記実施例１で配合した平均
粒径１５μｍのメソカーボンマイクロビーズをさらに粉
砕して得られた平均粒径３μｍの超微粉のメソカーボン
マイクロビーズ９５重量％と炭化ケイ素ウイスカー５重
量％とを上記実施例１と同様の成形、焼成条件で製作し
た。
粒径１５μｍのメソカーボンマイクロビーズをさらに粉
砕して得られた平均粒径３μｍの超微粉のメソカーボン
マイクロビーズ９５重量％と炭化ケイ素ウイスカー５重
量％とを上記実施例１と同様の成形、焼成条件で製作し
た。
【００１８】〔実施例３〕実施例２で得られた複合炭素
材料を２０kgf/cm2 の圧力でピッチ含浸し、約１０００
℃で炭化処理する操作を二回繰り返して製作した。
材料を２０kgf/cm2 の圧力でピッチ含浸し、約１０００
℃で炭化処理する操作を二回繰り返して製作した。
【００１９】〔比較例１〕平均粒径１５μｍのメソカー
ボンマイクロビーズ１００重量％をそのままゴムモール
ドに充填し、実施例１と同様の成形・焼成条件で製作し
た。
ボンマイクロビーズ１００重量％をそのままゴムモール
ドに充填し、実施例１と同様の成形・焼成条件で製作し
た。
【００２０】〔比較例２〕炭素質原料としてコークス
を、バインダーとしてピッチを配合した従来の炭素材料
をそのままゴムモールドに充填し、実施例１と同様の成
形・焼成条件で製作した。表１下欄に示す上記各試料の
物性値を測定したところ、実施例１〜３はいずれも炭化
ケイ素ウイスカーを配合しない比較例１、及び従来の炭
素材料である比較例２よりも耐磨耗性が向上したことが
確認できる。また同量の炭化ケイ素ウイスカーを配合し
た実施例同士でも、メソカーボンマイクロビーズの粒径
が小さいほど上記効果は向上し、またピッチ含浸・炭化
処理を施すことによってさらに一層上記効果が向上する
ことが確認できる。
を、バインダーとしてピッチを配合した従来の炭素材料
をそのままゴムモールドに充填し、実施例１と同様の成
形・焼成条件で製作した。表１下欄に示す上記各試料の
物性値を測定したところ、実施例１〜３はいずれも炭化
ケイ素ウイスカーを配合しない比較例１、及び従来の炭
素材料である比較例２よりも耐磨耗性が向上したことが
確認できる。また同量の炭化ケイ素ウイスカーを配合し
た実施例同士でも、メソカーボンマイクロビーズの粒径
が小さいほど上記効果は向上し、またピッチ含浸・炭化
処理を施すことによってさらに一層上記効果が向上する
ことが確認できる。
【００２１】尚、摩耗量及び摩耗係数の試験は試料を摺
動試験機に装着し、周速1.3m/s、摺動時間２００時間、
相手材ＳＵＳ３０４（ＪＩＳ）、面圧４kgf/cm2 の条件
により測定したものである。
動試験機に装着し、周速1.3m/s、摺動時間２００時間、
相手材ＳＵＳ３０４（ＪＩＳ）、面圧４kgf/cm2 の条件
により測定したものである。
【００２２】本発明は上記実施例１〜３の配合に限定さ
れるものではなく、メソカーボンマイクロビーズと炭化
ケイ素ウイスカーの配合割合も種々調整が可能である。
れるものではなく、メソカーボンマイクロビーズと炭化
ケイ素ウイスカーの配合割合も種々調整が可能である。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の複合炭素材料
は炭素質原料として自己焼結性を備えるメソカーボンマ
イクロビーズを配合することにより、従来必要とされて
いたバインダーが不要になることで、組織の緻密性が焼
成で損なわれることがなくなるとともに、炭化ケイ素ウ
イスカーを該組織中に均一に分散させることができるの
で、優れた機械的強度と耐摩耗性を複合炭素材料に付与
することができる。
は炭素質原料として自己焼結性を備えるメソカーボンマ
イクロビーズを配合することにより、従来必要とされて
いたバインダーが不要になることで、組織の緻密性が焼
成で損なわれることがなくなるとともに、炭化ケイ素ウ
イスカーを該組織中に均一に分散させることができるの
で、優れた機械的強度と耐摩耗性を複合炭素材料に付与
することができる。
【００２５】さらに上記配合の複合炭素材料に対し、ピ
ッチ含浸・炭化処理を施すことにより、上記効果が一層
高まることとなる。
ッチ含浸・炭化処理を施すことにより、上記効果が一層
高まることとなる。
Claims (2)
- 【請求項１】 炭素質原料と、炭化ケイ素ウイスカーを
配合した複合炭素材料において、 上記炭素質原料として７０〜９９．５重量％のメソカー
ボンマイクロビーズもしくは該メソカーボンマイクロビ
ーズの粉砕物と、０．５〜３０重量％の炭化ケイ素ウイ
スカーとを配合してなることを特徴とする複合炭素材
料。 - 【請求項２】 上記配合により得られた複合炭素材料に
対し、ピッチ含浸・炭化処理を施して得られる請求項１
に記載の複合炭素材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3262444A JPH0597516A (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | 複合炭素材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3262444A JPH0597516A (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | 複合炭素材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0597516A true JPH0597516A (ja) | 1993-04-20 |
Family
ID=17375879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3262444A Pending JPH0597516A (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | 複合炭素材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0597516A (ja) |
-
1991
- 1991-10-09 JP JP3262444A patent/JPH0597516A/ja active Pending
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