JPH07101783A - 炭素繊維強化炭素複合材及びそれを用いた摺動材 - Google Patents
炭素繊維強化炭素複合材及びそれを用いた摺動材Info
- Publication number
- JPH07101783A JPH07101783A JP5245202A JP24520293A JPH07101783A JP H07101783 A JPH07101783 A JP H07101783A JP 5245202 A JP5245202 A JP 5245202A JP 24520293 A JP24520293 A JP 24520293A JP H07101783 A JPH07101783 A JP H07101783A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- composite material
- carbon fiber
- web
- inorganic particles
- molding
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Braking Arrangements (AREA)
Abstract
維以外の無機粒子を含有することを特徴とする炭素繊維
強化炭素複合材。
Description
繊維強化炭素複合材（以下、Ｃ／Ｃ複合材という）の製
造方法、及びそれを用いた摺動材に関するものである。
のクラッチ等の摺動材には金属製のディスクロータ等が
使用されてきた。しかし近年、車両等の軽量化ならびに
耐熱性等の特性向上の目的から、Ｃ／Ｃ複合材がブレー
キ及びクラッチのディスクロータ等の摺動材に用いられ
てきている。そしてかかる目的に使用されるＣ／Ｃ複合
材はＰＡＮ系、ピッチ系、或いはレーヨン系などの長短
炭素繊維にフェノール樹脂、フラン樹脂などの熱硬化性
樹脂或いはピッチ類などの熱可塑性樹脂等を含浸、又は
混合して加熱成形したものを非酸化性雰囲気において焼
成し、更に緻密化、黒鉛化処理することにより製造され
ている。
複合材はブレーキやクラッチ等の摺動材として使用する
場合特に高エネルギーレベル、高圧力といった高負荷条
件での耐摩耗性が劣っており、高負荷条件での使用が繰
り返されると短期間のうちに摩耗が進み、寿命が短くな
るという問題があった。本出願人は先に特開平３−１４
０２１１号公報において、含浸されたシートを積層した
２次元ランダムのＣ／Ｃ複合材を提案した。該公報には
一般的な記載として、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 の無機繊維
を補強の為に添加しても良いことが開示されている。し
かながら、このような無機繊維を添加する場合は上記の
所期の目的が十分に達成できない事が分かった。そこで
本発明では、高負荷条件でも優れた耐摩耗性を有するＣ
／Ｃ複合材を提供し、Ｃ／Ｃ複合材の摺動材としての用
途を拡大することを目的として、無機物を添加する事に
着目して鋭意検討した。
を解決するために検討を繰り返した結果、Ｃ／Ｃ複合材
にヌープ硬度３００ｋｇ／ｍｍ2 以上の無機粒子を含有
させることにより、硬度が向上し耐摩耗性が向上するこ
とを見い出し、本発明を完成するに到った。即ち、本発
明は高負荷条件でも優れた耐摩耗性を有するＣ／Ｃ複合
材及びそれを用いた摺動材に関する。
用いる炭素繊維としては、ピッチ系、ＰＡＮ系、或いは
レーヨン系炭素繊維等の公知のものが使用できる。炭素
繊維の形態としては通常２０００〜８０００本の単繊維
束からなるトウ、ストランド、ロービング、ヤーン等で
あり、これらをカッティングすることによって得られる
短繊維状のものを用いる。本発明においては、通常０．
３〜１００ｍｍ、好ましくは５〜５０ｍｍ程度の短繊維
束を使用する。炭素繊維自体の径や弾性率は、一般に複
合材として用いられる範囲で差し支えないが、好ましく
は炭素繊維直径が２０μｍ以下のものを使用し、弾性率
は高過ぎると解繊工程時に切損する可能性があるため、
通常１０〜４０Ｔ／ｍｍ2 程度のものを使用する。
したシートの製造方法としては、例えば紡績において一
般的な機械的に炭素繊維をモノフィラメント化し、シー
トを作製するランダムウェバーを使用して製造したり、
またはエアーにより解繊し、シートを製造する方法等が
ある。また湿式解繊し、二次元ランダムに配向したシー
トを製造する方法としては、例えばパルプ等の叩解処理
に通常使用されているビーターや解繊処理に用いられる
パルパーを使用し、溶媒中で短繊維状炭素繊維を解繊
後、例えば底部にスクリーンを有す型枠等に少量ずつ供
給したり、解繊後攪拌等の手段で均一に分散させ、金網
等で抄紙後、乾燥させて作製する方法がある。短繊維状
の炭素繊維を均一に分散させる溶媒としては、好ましく
は水、或いはアセトン、炭素数１〜５のアルコール、ア
ントラセン油等を用いるがその他の有機溶剤を用いても
よい。又該溶媒中にフェノール樹脂、フラン樹脂或いは
ピッチ等を分散もしくは溶解させておくと、炭素繊維同
士が接着された状態となり、次工程での取り扱いをより
容易とするので好ましい。更に、繊維素グリコール酸ナ
トリウム、ポリビニルアルコール、ヒドロキシセルロー
ス等の増粘剤を溶媒中に加えておくと、その効果が更に
増大となるので好ましい。
は、種々のものが取り得るが、取り扱い性、含浸性、均
一性を考えると１０〜５００ｇ／ｍ2 が最適である。こ
の様にして得られた二次元ランダムに配向したシートに
フェノール樹脂、フラン樹脂、或いは石油系、石炭系ピ
ッチ等のマトリックスを含浸させる。その際、マトリッ
クスはアルコール、アセトン、アントラセン油等の溶媒
に溶解して適正な粘度に調整したものを使用する。次い
で、ヌープ硬度３００ｋｇ／ｍｍ2 以上の無機粒子を散
布する。散布する方法としては、シートにマトリックス
含浸後に散布しシートに付着させる方法や、該含浸シー
ト乾燥後にマトリックスを付着した無機粒子を散布する
方法、更に、樹脂やピッチへヌープ硬度３００ｋｇ／ｍ
ｍ2 以上の無機粒子を予め分散し、未含浸のシートへ該
マトリックスを含浸させる方法がある。また、必要な部
分だけに該無機粒子を付着するために、不要部分にマス
キングすることもできる。
は例えば天然ダイアモンド、天然コランダム、エメリ
ー、ザクロ石、ケイ砂、浮石、火山灰、ケイソウ土、石
英、長石、スピネル、リン灰石、螢石、人造ダイアモン
ド、立方晶窒化硼素、炭化硼素、酸化クロム、ベンガ
ラ、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、窒
化珪素、窒化硼素、アルミナ−炭化チタン、アルミナ−
ジルコニア、溶融アルミナ、燃結アルミナ、炭化珪素、
酸化珪素等のものを単独或いは組み合わせて使用するこ
とが出来る。
ｇ／ｍｍ2 以上のものであり、特に好ましくは各種アル
ミナ、窒化珪素（同２４００ｋｇ／ｍｍ2 ）、窒化ホウ
素（同４７００ｋｇ／ｍｍ2 ）、ダイアモンド（同７０
０ｋｇ／ｍｍ2 ）である。これらの無機粒子の粒径は
０．１〜８００μｍ好ましくは０．５〜５００μｍ更に
好ましくは１〜４００μｍであり、粒径が小さすぎると
添加剤の効果が無くなり、大きすぎると機械強度が低下
する。また、無機粒子の散布量は、成形時の体積含有量
が１〜５０ｖｏｌ％好ましくは１〜３０ｖｏｌ％となる
ように調整する。含有量が少なすぎると添加剤の効果が
無くなり、多すぎると機械強度が低下する。又、本発明
における粒子のアスペクト化としては、最大１０以下の
ものであり、より好ましくは３以下である。
を、乾燥後積層して金型へ充填し１００〜５００℃の温
度で加圧成形してＶｆ（繊維含有量）＝５〜６５％、好
ましくは１０〜５５％程度及び無機粒子体積含有量が１
〜５０ｖｏｌ％好ましくは１〜３０ｖｏｌ％である成形
体を得る。その後Ｎ2 ガスなどの不活性ガス雰囲気中で
１〜２００℃／ｈの昇温速度で８００℃以上２８００℃
以下、好ましくは緻密化を繰り返す際の最高温度以上２
５００℃以下、さらに好ましくは緻密化を繰り返す際の
最高温度以上、無機粒子が炭素と反応する温度または無
機粒子が分解する温度以下の温度で焼成し、無機粒子含
有Ｃ／Ｃ複合材を得る。
用に供することが出来ない。そこでこの気孔を低減する
ために、例えば以下の緻密化処理を、単独或いは組み合
わせて実施する。
複合材を加熱し、ＣＶＤ原料ガスをキャリアガスととも
に供給する。原料ガスとしては、メタン、プロパン等の
炭化水素系及びジクロロエチレン等のハロゲン化炭化水
素系のいずれのものも使用できる。キャリアガスとして
は、アルゴン、窒素、ヘリウム等の不活性ガスや水素
等、一般に使用されているものが使用できる。圧力とし
ては１ｔｏｒｒ〜常圧で反応できる。生成する熱分解炭
素により気孔を含浸し、緻密化を実施する。更に必要に
応じて黒鉛化処理を行う事が出来る。
し、槽内を真空とした後、樹脂又は溶融ピッチを供給
し、焼成により生じた気孔にマトリックスを含浸する。
この後再度８００℃以上２８００℃以下、好ましくは緻
密化を繰り返す際の最高温度以上、２５００℃以下、さ
らに好ましくは緻密化を繰り返す際の最高温度以上、無
機粒子が炭素と反応する温度または無機粒子が分解する
温度以下の温度で焼成する。該工程を繰り返すことによ
り目的のＣ／Ｃ複合材の緻密化を実施する。尚、好まし
いピッチとしては、軟化点７０〜１２０℃更に好ましく
は８０〜９０℃、トルエン不溶分１０〜３０％更に好ま
しくは１３〜２０％、キノリン不溶分１％以下、固定炭
素４０％以上更に好ましくは５０％以上のものである。
更により一層緻密化効発揮するために、特開平１−２９
８０１３号公報に記載の方法で含浸炭化する緻密化処理
を実施すると効率的である。
特性向上のために最終気孔率が２０％以下となるまで該
緻密化処理を実施する。このようにして、耐摩耗性及び
機械特性に優れたＣ／Ｃ複合材を製造できる。これを摺
動材として用いれば、摩擦特性に優れたＣ／Ｃ摺動材と
なる。
るが、本発明はその要旨を越えない限り、下記実施例に
よって限定されるものではない。 （実施例１）３０ｍｍ長に切断したフィラメント数４０
００のサイジング剤が付着していないピッチ系炭素繊維
束をランダムウェバーにて解繊し、目付＝２００ｇ／ｍ
2 の２次元ランダムに配向したシートを作製した。更に
該シートにエタノールで希釈したフェノール樹脂を含浸
させた後乾燥し１６０ｇ／ｍ2 のフェノール樹脂を含浸
したウェブを作製した。
×３０ｍｍφ）に切り抜いた物に、希釈したフェノール
樹脂で湿らせたローラーを用い、１００メッシュ（約１
５０μｍ）の溶融アルミナ（ヌープ硬度は約２０００ｋ
ｇ／ｍｍ2 ）をウェブ１枚当たり３ｇの割合で全体に均
一に付着した。該ウェブを約３０枚積層し、金型へ充填
して２５０℃にて加圧成形し、Ｖｆ≒４０％の成形体を
得た。この成形体を加熱炉で不活性雰囲気中１０００℃
まで焼成し、Ｖａｌ（アルミナ体積含有率）≒１０％、
気孔率４５％の焼成体を得た。得られた焼成体と固形の
ピッチを圧力容器内に入れ減圧状態のまま２５０℃まで
昇温し、次いで窒素を入れることにより雰囲気を陽圧と
した後、昇温し８時間で５００℃迄到達させた後、５０
０℃で５時間保持した。昇温時の圧力はバルブにより一
定に保持した。容器を冷却後Ｃ／Ｃ複合材を取り出し、
１０００℃まで昇温した。この操作を５回繰り返し、嵩
密度１．９ｇ／ｃｍ3 、気孔率９％、Ｖａｌ＝１０％、
Ｗａｌ（アルミナ重量含有率）≒２０％の含無機粒子有
Ｃ／Ｃ複合材を得た。この無機粒子含有Ｃ／Ｃ複合材の
硬度は１２５ＨＲＰであった。
シートを、無機粒子を添加せずに積層して金型へ充填し
２５０℃にて加圧成形し、Ｖｆ≒４６％の成形体を得
た。この成形体を加熱炉で不活性雰囲気中１０００℃ま
で焼成し、気孔率４５％の焼成体を得た。この物を実施
例１と同様の方法で緻密化し、嵩密度１．８ｇ／ｃｍ3
気孔率９％のＣ／Ｃ複合材を得た。このＣ／Ｃ複合材の
硬度は１１５ＨＲＰであった。
用して７０００ｒｐｍ、１２ｋｇ／ｃｍ2 の条件下で摩
擦特性試験を１０回実施し摩耗量を測定した所、実施例
１のＣ／Ｃ複合材は実質的に摩耗が見られず、比較例１
のＣ／Ｃ複合材に比べ極めて良好な耐摩耗性を示した。
ミナの代わりに、１４０メッシュ（約１００μｍ）の人
工ダイアモンド又は、立方晶窒化硼素を使用して得たＣ
／Ｃ複合材は、共に実施例１と同様に良好な耐摩耗性を
示した。
ミナ繊維（長さ３ｍｍ、平均直径２０μｍ）を用い、Ｖ
A1（アルミナ体積含有率）１０％とした以外は実施例１
と同様にして、無機繊維含有Ｃ／Ｃ複合材を得た。この
無機繊維含有Ｃ／Ｃ複合材の嵩密度は１．９ｇ／ｃ
ｍ3 、気孔率は９％、ＶA1は１０％、ＷA1（アルミナ重
量含有率）は約２０％であった。硬度は実施例１のもの
と平均して同等であったが、繊維の分散が不良であるた
めにばらつきが大きく、繊維の分散が不良であった。
又、７０００ｒｐｍ、１２ｋｇ／ｃｍ2 の条件下での摩
擦特性試験を１０回実施したところ、一部に偏摩耗を生
じ、摺動材としては不適当なものであった。
Ｃ／Ｃ複合材を容易に得る事ができる。
Claims (5)
- 【請求項１】 ヌープ硬度３００ｋｇ／ｍｍ2 以上の無
機粒子を含有することを特徴とする炭素繊維強化炭素複
合材。 - 【請求項２】 該無機粒子の粒径が０．１〜８００μｍ
である請求項１記載の炭素繊維強化炭素複合材。 - 【請求項３】 ＦＲＰ成形時の該無機粒子の体積含有量
が１〜５０ｖｏｌ％である請求項１記載の炭素繊維強化
炭素複合材。 - 【請求項４】 複数の単繊維からなる短繊維状の炭素繊
維束を解繊し、繊維が２次元ランダムに配向したシート
を作製し、樹脂又はピッチを含浸してウェブとし、該ウ
ェブ上に無機粒子を均一に散布した後、該無機粒子含有
ウェブを積層して成形後、焼成・緻密化することを特徴
とする炭素繊維強化炭素複合材の製造方法。 - 【請求項５】 請求項１記載の炭素繊維強化炭素複合材
を用いた摺動材
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24520293A JP3560065B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 炭素繊維強化炭素複合材及びそれを用いた摺動材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24520293A JP3560065B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 炭素繊維強化炭素複合材及びそれを用いた摺動材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07101783A true JPH07101783A (ja) | 1995-04-18 |
| JP3560065B2 JP3560065B2 (ja) | 2004-09-02 |
Family
ID=17130149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24520293A Expired - Fee Related JP3560065B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 炭素繊維強化炭素複合材及びそれを用いた摺動材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3560065B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7449234B2 (en) | 2002-05-24 | 2008-11-11 | Mitsubishi Chemical Functional Products, Inc. | Sliding material |
| CN100451375C (zh) * | 2003-12-03 | 2009-01-14 | 李海 | 一种制动器刹车块及其制造方法 |
| CN104446586A (zh) * | 2014-11-04 | 2015-03-25 | 山东国晶新材料有限公司 | 一种在C/C复合材料上涂层SiC的方法 |
-
1993
- 1993-09-30 JP JP24520293A patent/JP3560065B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7449234B2 (en) | 2002-05-24 | 2008-11-11 | Mitsubishi Chemical Functional Products, Inc. | Sliding material |
| CN100451375C (zh) * | 2003-12-03 | 2009-01-14 | 李海 | 一种制动器刹车块及其制造方法 |
| CN104446586A (zh) * | 2014-11-04 | 2015-03-25 | 山东国晶新材料有限公司 | 一种在C/C复合材料上涂层SiC的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3560065B2 (ja) | 2004-09-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5398784A (en) | Brake friction composite with reinforcing pyrolytic carbon and thermosetting resin | |
| US5578255A (en) | Method of making carbon fiber reinforced carbon composites | |
| JP4297138B2 (ja) | 炭素繊維強化ＳｉＣ系複合材及び摺動材 | |
| EP1911990A2 (en) | Carbon-carbon friction material with improved wear life | |
| WO1993025493A1 (fr) | Procede de fabrication d'un materiau composite renforce par fibres de carbone, materiau composite renforce par fibres de carbone, et materiau glissant | |
| JPH08226054A (ja) | 炭素一次成形体および炭素／炭素複合材の製造法 | |
| JP3560065B2 (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材及びそれを用いた摺動材 | |
| JP3433473B2 (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材とその製造方法及びそれを用いた摺動材 | |
| JPH01188468A (ja) | 摩擦材用炭素繊維強化炭素複合材料 | |
| JP3383992B2 (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材及びそれを用いた摺動材 | |
| JP3339075B2 (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材とその製造方法及びそれを用いた摺動材 | |
| JPH07180735A (ja) | ブレーキ摺動部 | |
| JPH07116962A (ja) | 研削砥石 | |
| JPH09278553A (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材の製造方法 | |
| JP3383990B2 (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材及びそれを用いた摺動材 | |
| JP4066896B2 (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材及びそれを用いた摺動材 | |
| JP4014237B2 (ja) | ブレーキ摺動部 | |
| JPH08120600A (ja) | シートとその製造方法 | |
| JP3383989B2 (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材の製造方法 | |
| JP3383993B2 (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材の製造方法及びこれを用いた摺動材 | |
| JP3484711B2 (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材の製造方法 | |
| JP2864304B2 (ja) | ブレーキ摺動部 | |
| JP3859748B2 (ja) | 航空機用ブレーキ材 | |
| JP3383991B2 (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材とそれを用いた摺動材 | |
| JP2969957B2 (ja) | ブレーキ摺動部 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040506 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040519 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080604 Year of fee payment: 4 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080604 Year of fee payment: 4 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090604 Year of fee payment: 5 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090604 Year of fee payment: 5 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090604 Year of fee payment: 5 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090604 Year of fee payment: 5 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090604 Year of fee payment: 5 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100604 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110604 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120604 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130604 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |