JPH0737345B2 - 炭素繊維強化炭素複合材 - Google Patents
炭素繊維強化炭素複合材Info
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- JPH0737345B2 JPH0737345B2 JP61154587A JP15458786A JPH0737345B2 JP H0737345 B2 JPH0737345 B2 JP H0737345B2 JP 61154587 A JP61154587 A JP 61154587A JP 15458786 A JP15458786 A JP 15458786A JP H0737345 B2 JPH0737345 B2 JP H0737345B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は摩擦特性、及び強度に優れた炭素繊維強化炭素
複合材（以下「C/C複合材」という。）に関するもので
ある。
複合材（以下「C/C複合材」という。）に関するもので
ある。
（従来技術） 一般に、C/C複合材はポリアクリルニトリル系、ピツチ
系、あるいはレーヨン系炭素繊維の短繊維又は長繊維と
フエノール樹脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂、ある
いはピツチ類などの熱可塑性樹脂等を含浸、又は混合し
て加熱成型したものを非酸化性雰囲気において600〜250
0℃で焼成することにより製造されている。
系、あるいはレーヨン系炭素繊維の短繊維又は長繊維と
フエノール樹脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂、ある
いはピツチ類などの熱可塑性樹脂等を含浸、又は混合し
て加熱成型したものを非酸化性雰囲気において600〜250
0℃で焼成することにより製造されている。
しかしながら、この方法によつて得られるC/C複合材
は、マトリツクス炭素の炭化収率が約40〜約50％である
ため気孔率が大きく強度、摩擦特性が悪いという欠点を
有していた。
は、マトリツクス炭素の炭化収率が約40〜約50％である
ため気孔率が大きく強度、摩擦特性が悪いという欠点を
有していた。
そこで、これら従来のC/C複合材の諸特性をさらに改良
するために一般には、成型したものを加熱処理した後更
に樹脂又はピツチ類等で含浸し、次いで再焼成する工程
を繰り返して樹脂、又はピツチ等を気孔内に充填して緻
密化処理を行なう方法、あるいは化学蒸着法を用いて炭
化水素を原料として1000℃以上の高温で生成する熱分解
炭素をC/C複合材の気孔内に充填して、緻密化処理を行
なう方法があり、必要に応じて、この後、さらに加熱し
てC/C複合材とする方法が知られている。
するために一般には、成型したものを加熱処理した後更
に樹脂又はピツチ類等で含浸し、次いで再焼成する工程
を繰り返して樹脂、又はピツチ等を気孔内に充填して緻
密化処理を行なう方法、あるいは化学蒸着法を用いて炭
化水素を原料として1000℃以上の高温で生成する熱分解
炭素をC/C複合材の気孔内に充填して、緻密化処理を行
なう方法があり、必要に応じて、この後、さらに加熱し
てC/C複合材とする方法が知られている。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、これら従来の緻密化方法においては含浸
法では工程が長く、煩雑であり、また化学蒸着法では10
00℃以上の高温で熱処理され、且つ熱分解炭素の生成速
度が小さくて長時間を要するため製造コストも高いとい
う欠点があつた。そして、これら従来の緻密化処理によ
り得られたC/C複合材の気孔率が20％以下にまで減少す
るものの、得られたC/C複合材は必ずしも強度、摩擦特
性の点で充分とはいえず更に改善が望まれていた。
法では工程が長く、煩雑であり、また化学蒸着法では10
00℃以上の高温で熱処理され、且つ熱分解炭素の生成速
度が小さくて長時間を要するため製造コストも高いとい
う欠点があつた。そして、これら従来の緻密化処理によ
り得られたC/C複合材の気孔率が20％以下にまで減少す
るものの、得られたC/C複合材は必ずしも強度、摩擦特
性の点で充分とはいえず更に改善が望まれていた。
（問題点を解決するための手段） そこで本発明者等はかかる問題点を解決するため、化学
蒸着法によるC/C複合材の緻密化処理について再度、詳
細に検討を行なつた結果、先に、本発明者等は、C/C複
合材の表面にハロゲン化炭化水素を含有するガスを用い
て化学蒸着法により好ましくは100μｍ以上の炭素被覆
層を設けて摩擦特性を改善する提案を行なつた（特開昭
62−7668号公報（特願昭60−145988号））が、更に検討
を重ねた結果、類似手法が気孔の緻密化にも極めて有効
であつて、コスト、強度、更には、摩擦特性に優れたC/
C複合材が得られることを見い出し、本発明に到達し
た。
蒸着法によるC/C複合材の緻密化処理について再度、詳
細に検討を行なつた結果、先に、本発明者等は、C/C複
合材の表面にハロゲン化炭化水素を含有するガスを用い
て化学蒸着法により好ましくは100μｍ以上の炭素被覆
層を設けて摩擦特性を改善する提案を行なつた（特開昭
62−7668号公報（特願昭60−145988号））が、更に検討
を重ねた結果、類似手法が気孔の緻密化にも極めて有効
であつて、コスト、強度、更には、摩擦特性に優れたC/
C複合材が得られることを見い出し、本発明に到達し
た。
すなわち、本発明の目的は最終気孔率が20％以下となる
よう緻密化処理して得られる高特性のC/C複合材を提供
することにある。そして、その目的は気孔率が25〜95％
の炭素繊維強化炭素複合材を、ハロゲン化炭化水素含有
ガスを400〜800℃の温度で熱分解して得られる熱分解炭
素で、該複合材の最終気孔率が20％以下となるように緻
密化処理して得られる炭素繊維強化炭素複合材により容
易に達成される。
よう緻密化処理して得られる高特性のC/C複合材を提供
することにある。そして、その目的は気孔率が25〜95％
の炭素繊維強化炭素複合材を、ハロゲン化炭化水素含有
ガスを400〜800℃の温度で熱分解して得られる熱分解炭
素で、該複合材の最終気孔率が20％以下となるように緻
密化処理して得られる炭素繊維強化炭素複合材により容
易に達成される。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で用いる炭素繊維としては、ピツチ系、ポリアク
リロニトリル系あるいはレーヨン系炭素繊維等の公知の
いずれも使用することができ、更に必要に応じて、炭化
ケイ素、アルミナ、カーボンブラツクなどの無機繊維、
あるいは無機物などを添加してもよい。
リロニトリル系あるいはレーヨン系炭素繊維等の公知の
いずれも使用することができ、更に必要に応じて、炭化
ケイ素、アルミナ、カーボンブラツクなどの無機繊維、
あるいは無機物などを添加してもよい。
また、形状としては織布、不織布、短繊維等のいずれの
ものも用いられる。
ものも用いられる。
かかる炭素繊維にフエノール樹脂、フラン樹脂あるいは
石油系、石炭系ピツチ類等のマトリツクス物質を混合、
あるいは含浸させた後乾燥して、炭素繊維とマトリツク
ス物質からなる組成物を得る。この場合、マトリツクス
物質はアルコール、アセトン、アントラセン油等の溶媒
に溶解して適当な粘度に調整したものを使用してもよ
い。
石油系、石炭系ピツチ類等のマトリツクス物質を混合、
あるいは含浸させた後乾燥して、炭素繊維とマトリツク
ス物質からなる組成物を得る。この場合、マトリツクス
物質はアルコール、アセトン、アントラセン油等の溶媒
に溶解して適当な粘度に調整したものを使用してもよ
い。
次いで得られた炭素繊維とマトリツクス物質からなる組
成物を炭素繊維の体積含有率が10〜70％、好ましくは20
〜50％となる様にして、金型に充填し100〜500℃の温度
で加圧成型する。次いで窒素ガス等の不活性ガス雰囲気
中で１〜200℃／時間の昇温速度で800〜2000℃まで昇温
し、焼成して気孔率95〜25％、好ましくは60〜30％のC/
C複合材を得る。
成物を炭素繊維の体積含有率が10〜70％、好ましくは20
〜50％となる様にして、金型に充填し100〜500℃の温度
で加圧成型する。次いで窒素ガス等の不活性ガス雰囲気
中で１〜200℃／時間の昇温速度で800〜2000℃まで昇温
し、焼成して気孔率95〜25％、好ましくは60〜30％のC/
C複合材を得る。
本発明においてはこのC/C複合材に、ハロゲン化炭化水
素を原料として400〜800℃の温度、通常20〜1000時間程
度で熱分解させた熱分解炭素をC/C複合材の気孔内に充
填し、気孔率20％以下、好ましくは５〜15％のC/C複合
材となるように緻密化処理することが重要である。
素を原料として400〜800℃の温度、通常20〜1000時間程
度で熱分解させた熱分解炭素をC/C複合材の気孔内に充
填し、気孔率20％以下、好ましくは５〜15％のC/C複合
材となるように緻密化処理することが重要である。
得られるC/C複合材の気孔率20％以下とするには例えば
化学蒸着反応条件の反応時間を長くしたり、あるいあ反
応ガス濃度を低くする等、熱分解炭素の析出量を抑制す
ることにより達成できる。また反応条件によつては熱分
解炭素がC/C複合材の表面を被覆してしまい、更に緻密
化が進行しない場合が生ずるが、その際には一旦、化学
蒸着法による緻密化処理を中断してC/C複合材の表面被
覆部を削つた後、再度化学蒸着法による緻密化処理を行
なうとよい。
化学蒸着反応条件の反応時間を長くしたり、あるいあ反
応ガス濃度を低くする等、熱分解炭素の析出量を抑制す
ることにより達成できる。また反応条件によつては熱分
解炭素がC/C複合材の表面を被覆してしまい、更に緻密
化が進行しない場合が生ずるが、その際には一旦、化学
蒸着法による緻密化処理を中断してC/C複合材の表面被
覆部を削つた後、再度化学蒸着法による緻密化処理を行
なうとよい。
本発明で用いるハロゲン化炭化水素としては具体的には
ジクロルエチレン、ジクロルエタン、トリクロルエタン
などをはじめとする塩素化炭化水素等の種々のハロゲン
化炭化水素が適用できるが、このうち特にハロゲン原子
が塩素原子であり、ハロゲン原子と水素原子のモル比が
等しい塩素化炭化水素が低温で堆積速度も大きく、製造
コストを低下させることが可能であるため好ましい。
ジクロルエチレン、ジクロルエタン、トリクロルエタン
などをはじめとする塩素化炭化水素等の種々のハロゲン
化炭化水素が適用できるが、このうち特にハロゲン原子
が塩素原子であり、ハロゲン原子と水素原子のモル比が
等しい塩素化炭化水素が低温で堆積速度も大きく、製造
コストを低下させることが可能であるため好ましい。
また、上記ハロゲン化炭化水素は、窒素、アルゴン水素
などをキヤリヤーガスとし、高周波誘導加熱コイルなど
により400〜800℃に加熱したC/C複合材と反応させ必要
に応じて通常20時間以上の緻密化処理を行なうのがよ
い。
などをキヤリヤーガスとし、高周波誘導加熱コイルなど
により400〜800℃に加熱したC/C複合材と反応させ必要
に応じて通常20時間以上の緻密化処理を行なうのがよ
い。
かかる反応条件で緻密化処理することにより、C/C複合
材の気孔内に生成する熱分解炭素はＸ線回折法による黒
鉛結晶の面間隔が3.7Å以上結晶子の厚さが12Å以下と
なる。
材の気孔内に生成する熱分解炭素はＸ線回折法による黒
鉛結晶の面間隔が3.7Å以上結晶子の厚さが12Å以下と
なる。
このC/C複合材は必要に応じてさらに加熱処理すること
により、熱分解炭素の黒鉛化が更に進行し面間隔3.6Å
以下、結晶子の厚さが13Å以上の黒鉛結晶構造を有する
こととなり、この様なマトリツクス層をもつC/C複合材
は、強度、摩擦特性において非常に優れたものとなる。
により、熱分解炭素の黒鉛化が更に進行し面間隔3.6Å
以下、結晶子の厚さが13Å以上の黒鉛結晶構造を有する
こととなり、この様なマトリツクス層をもつC/C複合材
は、強度、摩擦特性において非常に優れたものとなる。
また、本発明においては、緻密化処理として、本発明の
ハロゲン化炭化水素を用いた化学蒸着法による緻密化処
理単独でもよく、あるいは従来のピツチ類、又は樹脂を
用いた含浸−焼成処理による緻密化法、更には従来の炭
化水素を原料として用いる化学蒸着法による緻密化法と
本発明の方法とを組合わせて用いてもよい。
ハロゲン化炭化水素を用いた化学蒸着法による緻密化処
理単独でもよく、あるいは従来のピツチ類、又は樹脂を
用いた含浸−焼成処理による緻密化法、更には従来の炭
化水素を原料として用いる化学蒸着法による緻密化法と
本発明の方法とを組合わせて用いてもよい。
すなわち、本発明においては、前記のＸ線回折法により
特定された構造を有する熱分解炭素を化学蒸着法により
析出させ、C/C複合材の気孔内に充填し、C/C複合材を緻
密化処理することが重要である。
特定された構造を有する熱分解炭素を化学蒸着法により
析出させ、C/C複合材の気孔内に充填し、C/C複合材を緻
密化処理することが重要である。
（効果） 本発明によれば、ハロゲン化炭化水素を用いた化学蒸着
法によりC/C複合材の緻密化処理を行なうという簡便な
方法により強度、摩擦特性の優れたC/C複合材を低コス
トで製造することができる。
法によりC/C複合材の緻密化処理を行なうという簡便な
方法により強度、摩擦特性の優れたC/C複合材を低コス
トで製造することができる。
以下、本発明の実施例を用いて、より具体的に説明する
が、本発明はその要旨をこえない限り下記の実施例に限
定されるものではない。
が、本発明はその要旨をこえない限り下記の実施例に限
定されるものではない。
実施例１ 長さ10mmのピツチ系炭素繊維21重量部をフエノール樹脂
のエタノール溶液約79重量部と共に混合した後、一昼夜
乾燥し、これを金型に充填して250℃の温度で成型、硬
化し、炭素繊維含有率50％の成型体を得た。
のエタノール溶液約79重量部と共に混合した後、一昼夜
乾燥し、これを金型に充填して250℃の温度で成型、硬
化し、炭素繊維含有率50％の成型体を得た。
この成型体を加熱炉にてアルゴンガス雰囲気中2000℃で
焼成して気孔率48％のC/C複合材を得た。
焼成して気孔率48％のC/C複合材を得た。
得られたC/C複合材を化学蒸着装置内に載置し、高周波
誘導加熱により650℃に加熱すると共に該装置下部より
アルゴンスをキヤリヤーガスとし、13vol％のジクロル
エチレン蒸気を70時間供給して化学蒸着処理を行ない、
C/C複合材の気孔内に熱分解炭素を充填させることによ
り緻密化処理して気孔率13％のC/C複合材を得た。
誘導加熱により650℃に加熱すると共に該装置下部より
アルゴンスをキヤリヤーガスとし、13vol％のジクロル
エチレン蒸気を70時間供給して化学蒸着処理を行ない、
C/C複合材の気孔内に熱分解炭素を充填させることによ
り緻密化処理して気孔率13％のC/C複合材を得た。
このC/C複合材を再度アルゴンガス雰囲気中で2000℃で
熱処理することにより本発明のC/C複合材を得た。
熱処理することにより本発明のC/C複合材を得た。
得られたC/C複合材を円板状に加工し、互いに擦り合わ
せることにより摩擦試験を行なつた。その結果を表１に
示す。
せることにより摩擦試験を行なつた。その結果を表１に
示す。
また３点曲げ強度を測定した結果も表１に示す。
比較例１ 実施例１で得られた化学蒸着処理前の気孔率48％のC/C
複合材を約200℃の温度の液状ピツチで含浸処理した
後、アルゴン雰囲気中の加熱炉にて800℃で焼成した。
同様の処理条件で含浸−焼成操作を８回繰り返して、C/
C複合材の気孔内にピツチが炭素化したマトリツクスを
充填させることにより緻密化処理し、気孔率13％のC/C
複合材を得た。
複合材を約200℃の温度の液状ピツチで含浸処理した
後、アルゴン雰囲気中の加熱炉にて800℃で焼成した。
同様の処理条件で含浸−焼成操作を８回繰り返して、C/
C複合材の気孔内にピツチが炭素化したマトリツクスを
充填させることにより緻密化処理し、気孔率13％のC/C
複合材を得た。
このC/C複合材を実施例１と同様にしてアルゴン雰囲気
中で2000℃で熱処理をした後、同様の摩擦試験と３回曲
げ試験を実施した。結果を表１に示す。
中で2000℃で熱処理をした後、同様の摩擦試験と３回曲
げ試験を実施した。結果を表１に示す。
実施例２ 実施例１における化学蒸着処理時間を10時間としてC/C
複合材の気孔内に熱分解炭素を充填させることにより緻
密化処理して、気孔率22％のC/C複合材を得た。この
後、比較例１で行なつたと同様の含浸−焼成操作を４回
繰り返して、C/C複合材の気孔内にピツチが炭素化した
マトリツクスを充填させて、気孔率13％の本発明のC/C
複合材を得た。
複合材の気孔内に熱分解炭素を充填させることにより緻
密化処理して、気孔率22％のC/C複合材を得た。この
後、比較例１で行なつたと同様の含浸−焼成操作を４回
繰り返して、C/C複合材の気孔内にピツチが炭素化した
マトリツクスを充填させて、気孔率13％の本発明のC/C
複合材を得た。
このC/C複合材を実施例１と同様にしてアルゴン雰囲気
中で2000℃で熱処理をした後、同様の摩擦試験と３点曲
げ試験を実施した。その結果を表１に示す。
中で2000℃で熱処理をした後、同様の摩擦試験と３点曲
げ試験を実施した。その結果を表１に示す。
Claims (6)
- 【請求項１】気孔率が25〜95％の炭素繊維強化炭素複合
材を緻密化処理することにより最終気孔率を20％以下と
した炭素繊維強化炭素複合材であって、該緻密化処理が
ハロゲン化炭化水素含有ガスを400〜800℃の温度で熱分
解して得られた熱分解炭素によるものであることを特徴
とする炭素繊維強化炭素複合材。 - 【請求項２】緻密化処理が、ハロゲン化炭化水素含有ガ
スを400〜800℃の温度で熱分解して得られた熱分解炭素
とピッチ類もしくは樹脂を含浸−焼成処理して得られた
炭素によるものである特許請求の範囲第１項記載の複合
材。 - 【請求項３】ハロゲン化炭化水素が塩素化炭化水素であ
る特許請求の範囲第１項もしくは第２項のいずれかに記
載の複合材。 - 【請求項４】緻密化前の炭素繊維強化炭素複合材の気孔
率が30〜60％である特許請求の範囲第１項記載の複合
材。 - 【請求項５】緻密化処理を最終気孔率が５〜15％となる
ように行なう特許請求の範囲第１項記載の複合材。 - 【請求項６】緻密化処理された該複合材中の熱分解炭素
が、Ｘ線回折法による黒鉛結晶の面間隔が3.7Å以上
で、結晶子の厚さが12Å以下である特許請求の範囲第１
項記載の複合材。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP61154587A JPH0737345B2 (ja) | 1986-07-01 | 1986-07-01 | 炭素繊維強化炭素複合材 |
| DE8787109421T DE3772119D1 (de) | 1986-07-01 | 1987-06-30 | Mit kohlenstoffasern verstaerkter kohlenstoffkoerper. |
| EP87109421A EP0251301B1 (en) | 1986-07-01 | 1987-06-30 | Carbon fiber-reinforced carbon composite material |
| US07/382,039 US5077130A (en) | 1986-07-01 | 1989-07-18 | Carbon fiber-reinforced carbon composite material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61154587A JPH0737345B2 (ja) | 1986-07-01 | 1986-07-01 | 炭素繊維強化炭素複合材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6311569A JPS6311569A (ja) | 1988-01-19 |
| JPH0737345B2 true JPH0737345B2 (ja) | 1995-04-26 |
Family
ID=15587455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61154587A Expired - Lifetime JPH0737345B2 (ja) | 1986-07-01 | 1986-07-01 | 炭素繊維強化炭素複合材 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP0251301B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0737345B2 (ja) |
| DE (1) | DE3772119D1 (ja) |
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| JPS5616575A (en) * | 1979-07-18 | 1981-02-17 | Toho Rayon Co Ltd | Friction material and its preparation |
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- 1987-06-30 DE DE8787109421T patent/DE3772119D1/de not_active Expired - Fee Related
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-
1989
- 1989-07-18 US US07/382,039 patent/US5077130A/en not_active Expired - Fee Related
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| US5077130A (en) | 1991-12-31 |
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