JPH0798703B2 - 耐熱酸化性炭素繊維強化炭素複合材料の製造法 - Google Patents
耐熱酸化性炭素繊維強化炭素複合材料の製造法Info
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- JPH0798703B2 JPH0798703B2 JP1094225A JP9422589A JPH0798703B2 JP H0798703 B2 JPH0798703 B2 JP H0798703B2 JP 1094225 A JP1094225 A JP 1094225A JP 9422589 A JP9422589 A JP 9422589A JP H0798703 B2 JPH0798703 B2 JP H0798703B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
- C04B41/5057—Carbides
- C04B41/5059—Silicon carbide
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は炭素繊維強化炭素複合材料の製造法に関するも
のである。更に詳しくは、宇宙航空用構造材料、高温加
熱処理炉又は高温ジェット・エンジン等の耐熱構造部材
に利用可能な耐熱酸化性の優れた炭素繊維強化炭素複合
材料の製造法に関するものである。
のである。更に詳しくは、宇宙航空用構造材料、高温加
熱処理炉又は高温ジェット・エンジン等の耐熱構造部材
に利用可能な耐熱酸化性の優れた炭素繊維強化炭素複合
材料の製造法に関するものである。
従来、炭素繊維強化炭素複合材料は、その耐熱性、高強
度、高弾性、耐薬品性及び軽量性のゆえに宇宙航空材
料、耐熱構造材料等に広く利用されている。しかしなが
ら、炭素繊維強化炭素複合材料は、空気等の酸化性雰囲
気中では酸化消耗が著しく、その利用が限られていた。
度、高弾性、耐薬品性及び軽量性のゆえに宇宙航空材
料、耐熱構造材料等に広く利用されている。しかしなが
ら、炭素繊維強化炭素複合材料は、空気等の酸化性雰囲
気中では酸化消耗が著しく、その利用が限られていた。
この耐酸化性を改良する方法として、酸化防止剤として
は燐又は硼素の酸化物を添加して反応速度を減少させる
方法、或は、セラミックス被覆により酸素拡散に対する
バリヤを形成する方法等が検討されてきた。
は燐又は硼素の酸化物を添加して反応速度を減少させる
方法、或は、セラミックス被覆により酸素拡散に対する
バリヤを形成する方法等が検討されてきた。
しかし、この燐又は硼素の添加による耐酸化処理は、比
較的低温では酸化速度の顕著な減少が認められるもの
の、高温になるとその効果は小さくなる。炭化珪素等の
セラミックス被覆は、基材炭素と珪素との高温での反応
により、又は、メチルトリクロロシラン等による高温で
の化学気相蒸着法（CVD法）により行われるが、何れの
場合も1600℃以上の高温処理の必要があり、また、炭化
珪素の熱膨張率が基材の炭素のそれより大きく、このた
め降温時に炭化珪素層に微細な割れ目が生じ、この割れ
目から酸素が侵入して基材が酸化するといった不利があ
り、耐酸化処理としては適当ではなかった。
較的低温では酸化速度の顕著な減少が認められるもの
の、高温になるとその効果は小さくなる。炭化珪素等の
セラミックス被覆は、基材炭素と珪素との高温での反応
により、又は、メチルトリクロロシラン等による高温で
の化学気相蒸着法（CVD法）により行われるが、何れの
場合も1600℃以上の高温処理の必要があり、また、炭化
珪素の熱膨張率が基材の炭素のそれより大きく、このた
め降温時に炭化珪素層に微細な割れ目が生じ、この割れ
目から酸素が侵入して基材が酸化するといった不利があ
り、耐酸化処理としては適当ではなかった。
本発明は、炭素繊維強化炭素複合材料の耐熱酸化性を改
良することを目的とする。
良することを目的とする。
本発明は下記の通りである。
（１）炭素繊維強化炭素複合材料の表層部に炭化珪素、
酸化硼素及び有機硼素化合物の３種からなる混合物を付
与した後、熱処理することを特徴とする耐熱酸化性炭素
繊維強化炭素複合材料の製造法。
酸化硼素及び有機硼素化合物の３種からなる混合物を付
与した後、熱処理することを特徴とする耐熱酸化性炭素
繊維強化炭素複合材料の製造法。
（２）熱処理の温度が400〜600℃である請求項（１）記
載の方法。
載の方法。
（３）混合物が炭化珪素粉末及び酸化硼素粉末を液状の
有機硼素化合物中に分散したスラリーである請求項
（１）記載の方法。
有機硼素化合物中に分散したスラリーである請求項
（１）記載の方法。
（４）炭化珪素粉末／酸化硼素粉末の混合比が重量比で
0.1〜0.7であり、液状の有機硼素化合物が粉末混合物重
量の0.5〜３倍である請求項（３）記載の方法。
0.1〜0.7であり、液状の有機硼素化合物が粉末混合物重
量の0.5〜３倍である請求項（３）記載の方法。
（５）熱処理後、更に酸化硼素の粉末を付与して熱処理
する請求項（１）記載の方法。
する請求項（１）記載の方法。
本発明において、炭素繊維強化炭素複合材料の強化材と
した炭素繊維は、レーヨン、ポリアクリロニトリル、ピ
ッチ等の繊維をそれぞれ既知の方法で炭素化した繊維又
はそれらを更に高温で熱処理して黒鉛化した繊維であ
る。
した炭素繊維は、レーヨン、ポリアクリロニトリル、ピ
ッチ等の繊維をそれぞれ既知の方法で炭素化した繊維又
はそれらを更に高温で熱処理して黒鉛化した繊維であ
る。
本発明において炭素繊維強化炭素複合材料の製造は、炭
素（化）繊維又は黒鉛（化）繊維にフェノール樹脂、フ
ラン樹脂又はエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸し、
所望の形状に成形した後、不活性雰囲気中で炭素化、又
は、必要により黒鉛化処理して炭素繊維強化炭素複合材
料とする。
素（化）繊維又は黒鉛（化）繊維にフェノール樹脂、フ
ラン樹脂又はエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸し、
所望の形状に成形した後、不活性雰囲気中で炭素化、又
は、必要により黒鉛化処理して炭素繊維強化炭素複合材
料とする。
また、必要により、熱硬化性樹脂又はピッチ等を炭素繊
維強化炭素複合材料に含浸した後、炭素化又は黒鉛化処
理して緻密化処理を行ってもよい。この場合、必要とす
る機械的強度が得られるまで緻密化処理を繰り返すのが
よい。この緻密化処理は、高温に保持した炭素繊維強化
炭素複合材料に対して、又は、所定の形状に保持した炭
素繊維若しくは黒鉛繊維に対して炭化水素ガスを加熱分
解して炭素を蒸着するCVD法によって行ってもよい。
維強化炭素複合材料に含浸した後、炭素化又は黒鉛化処
理して緻密化処理を行ってもよい。この場合、必要とす
る機械的強度が得られるまで緻密化処理を繰り返すのが
よい。この緻密化処理は、高温に保持した炭素繊維強化
炭素複合材料に対して、又は、所定の形状に保持した炭
素繊維若しくは黒鉛繊維に対して炭化水素ガスを加熱分
解して炭素を蒸着するCVD法によって行ってもよい。
本発明において使用される炭素繊維強化炭素複合材料
は、その製造工程において800〜3000℃の熱処理を受け
ていることが望ましい。
は、その製造工程において800〜3000℃の熱処理を受け
ていることが望ましい。
本発明において使用される炭化珪素（SiC）、酸化硼素
（B2O3）は、液中に分散して使用する場合、粉末に、特
に1000メッシュより細かい微粉末が好ましい。
（B2O3）は、液中に分散して使用する場合、粉末に、特
に1000メッシュより細かい微粉末が好ましい。
炭化珪素粉末と酸化硼素粉末をよく攪拌混合した後、液
状の有機硼素化合物中に分散させて付与することが望ま
しい。耐熱酸化性の表層部に欠陥が生じた場合にも、分
散媒として有機硼素化合物を用いることにより、炭素繊
維強化炭素複合材料表面の微小クラック又は微小ボイド
に有機硼素化合物が含浸して、酸化硼素が生じて基材炭
素の酸化を防ぐことができる。
状の有機硼素化合物中に分散させて付与することが望ま
しい。耐熱酸化性の表層部に欠陥が生じた場合にも、分
散媒として有機硼素化合物を用いることにより、炭素繊
維強化炭素複合材料表面の微小クラック又は微小ボイド
に有機硼素化合物が含浸して、酸化硼素が生じて基材炭
素の酸化を防ぐことができる。
炭化珪素及び酸化硼素の混合比は、好ましくは重量比で
SiC/B2O3＝0.1〜0.7であり、更に好ましくはSiC/B2O3＝
0.2〜0.5である。
SiC/B2O3＝0.1〜0.7であり、更に好ましくはSiC/B2O3＝
0.2〜0.5である。
また、液状の有機硼素化合物は、炭化珪素及び酸化硼素
の合計重量の0.5〜３倍が好ましい。SiC/B2O3混合比が
0.1未満であると生成被覆の耐熱性が劣り、0.7を越える
と均一な被覆が得られない。
の合計重量の0.5〜３倍が好ましい。SiC/B2O3混合比が
0.1未満であると生成被覆の耐熱性が劣り、0.7を越える
と均一な被覆が得られない。
また、粉末混合物の重量に対する有機硼素化合物の量
が、0.5倍未満であるとスラリーの流動性がなく付与が
困難であり、３倍を越えるとスラリーが稀薄になり、付
与工程を繰り返さないと所望の被覆層が得られず、耐熱
酸化性が劣るようになる。
が、0.5倍未満であるとスラリーの流動性がなく付与が
困難であり、３倍を越えるとスラリーが稀薄になり、付
与工程を繰り返さないと所望の被覆層が得られず、耐熱
酸化性が劣るようになる。
本発明における有機硼素化合物としては、トリメチルボ
レイト、トリエチルボレイト、トリブチルボレイト、ト
リアミルボレイト等のアルキルボレイトが好ましい。
レイト、トリエチルボレイト、トリブチルボレイト、ト
リアミルボレイト等のアルキルボレイトが好ましい。
熱処理の条件としては、徐々に昇温して揮発分を除去し
た後、400〜600℃に加熱することが好ましい。400℃未
満では滑らかな被覆層が得られず、600℃を超えて加熱
しても、それに見合った耐熱酸化性の向上はみられな
い。
た後、400〜600℃に加熱することが好ましい。400℃未
満では滑らかな被覆層が得られず、600℃を超えて加熱
しても、それに見合った耐熱酸化性の向上はみられな
い。
耐熱酸化性を向上させるため、熱処理後、表層に酸化硼
素の粉末を付与して、酸化硼素の融点（577℃）以上に
加熱することが好ましい。この酸化硼素層は、高温時に
溶融して、表層の耐熱酸化層に欠陥が生じた場合に、こ
れをシールすることができる。
素の粉末を付与して、酸化硼素の融点（577℃）以上に
加熱することが好ましい。この酸化硼素層は、高温時に
溶融して、表層の耐熱酸化層に欠陥が生じた場合に、こ
れをシールすることができる。
従来は炭化珪素等の耐熱酸化性被覆を作製するために
は、処理温度1600〜2100℃が必要であったが、本発明に
よると、400〜600℃の低温で耐熱酸化性被覆が得られ、
しかも、耐熱酸化性が著しく向上し、空気中800℃での
酸化重量減少は炭化珪素単独被覆に比較して1/2〜1/10
以下になる。
は、処理温度1600〜2100℃が必要であったが、本発明に
よると、400〜600℃の低温で耐熱酸化性被覆が得られ、
しかも、耐熱酸化性が著しく向上し、空気中800℃での
酸化重量減少は炭化珪素単独被覆に比較して1/2〜1/10
以下になる。
実施例１ ポリアクリロニトリル系炭素繊維3000フィラメントの平
織クロス〔東邦レーヨン（株）製ベスファイト 繊維31
01〕にレゾール系フェノール樹脂を含浸して樹脂含有率
38重量％のプリプレグを作製し、積層後、加熱加圧硬化
させて、繊維体積含有率50容量％の炭素繊維強化複合材
料を得た。得られた複合材料を窒素雰囲気中1000℃で炭
素化した後、ピッチ含浸・再炭素化の緻密化工程及び不
活性雰囲気中2500℃での処理を繰り返して、嵩密度1.6g
/cm3の炭素繊維強化炭素複合材料を得た。
織クロス〔東邦レーヨン（株）製ベスファイト 繊維31
01〕にレゾール系フェノール樹脂を含浸して樹脂含有率
38重量％のプリプレグを作製し、積層後、加熱加圧硬化
させて、繊維体積含有率50容量％の炭素繊維強化複合材
料を得た。得られた複合材料を窒素雰囲気中1000℃で炭
素化した後、ピッチ含浸・再炭素化の緻密化工程及び不
活性雰囲気中2500℃での処理を繰り返して、嵩密度1.6g
/cm3の炭素繊維強化炭素複合材料を得た。
この炭素繊維強化炭素複合材料の表層部に、2000メッシ
ュに粉砕した炭化珪素と酸化硼素の混合物（重量比でSi
C/B2O3＝0.3）を液体のトリブチルボレイト中に分散し
たスラリー（粉末混合物との重量比1:1）を塗布した
後、60℃で30分乾燥して、更に10℃/minで500℃まで昇
温後放冷して、耐熱性炭素繊維強化炭素複合材料を得
た。
ュに粉砕した炭化珪素と酸化硼素の混合物（重量比でSi
C/B2O3＝0.3）を液体のトリブチルボレイト中に分散し
たスラリー（粉末混合物との重量比1:1）を塗布した
後、60℃で30分乾燥して、更に10℃/minで500℃まで昇
温後放冷して、耐熱性炭素繊維強化炭素複合材料を得
た。
実施例２ 実施例１の最終製品である耐熱性炭素繊維強化炭素複合
材料に、酸化硼素の粉末を付けた後、徐々に600℃まで
昇温して、酸化硼素を塗布して製品を得た。
材料に、酸化硼素の粉末を付けた後、徐々に600℃まで
昇温して、酸化硼素を塗布して製品を得た。
比較例１ 実施例１と同様に嵩密度1.6g/cm3の炭素繊維強化炭素複
合材料を作製した後、このものを炭化珪素／珪素／酸化
アルミニウム粉末の混合物中に充填して1650℃に加熱し
て炭素複合材料の表面を炭化珪素層に変えて製品を得
た。前記の実施例、未処理の炭素繊維強化炭素複合材料
及び比較例で得た製品について、800℃空気中にて酸化
消耗速度を測定したところ、下表に示す結果を得た。
合材料を作製した後、このものを炭化珪素／珪素／酸化
アルミニウム粉末の混合物中に充填して1650℃に加熱し
て炭素複合材料の表面を炭化珪素層に変えて製品を得
た。前記の実施例、未処理の炭素繊維強化炭素複合材料
及び比較例で得た製品について、800℃空気中にて酸化
消耗速度を測定したところ、下表に示す結果を得た。
これによれば、本発明実施例の場合、耐熱酸化性が著し
く優れていることがわかる。
く優れていることがわかる。
Claims (5)
- 【請求項１】炭素繊維強化炭素複合材料の表層部に炭化
珪素、酸化硼素及び有機硼素化合物の３種からなる混合
物を付与した後、熱処理することを特徴とする耐熱酸化
性炭素繊維強化炭素複合材料の製造法。 - 【請求項２】熱処理の温度が400〜600℃である請求項
（１）記載の方法。 - 【請求項３】混合物が炭化珪素粉末及び酸化硼素粉末を
液状の有機硼素化合物中に分散したスラリーである請求
項（１）記載の方法。 - 【請求項４】炭化珪素粉末／酸化硼素粉末の混合比が重
量比で0.1〜0.7であり、液状の有機硼素化合物が粉末混
合物重量の0.5〜３倍である請求項（３）記載の方法。 - 【請求項５】熱処理後、更に酸化硼素の粉末を付与して
熱処理する請求項（１）記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1094225A JPH0798703B2 (ja) | 1989-04-13 | 1989-04-13 | 耐熱酸化性炭素繊維強化炭素複合材料の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1094225A JPH0798703B2 (ja) | 1989-04-13 | 1989-04-13 | 耐熱酸化性炭素繊維強化炭素複合材料の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02271963A JPH02271963A (ja) | 1990-11-06 |
| JPH0798703B2 true JPH0798703B2 (ja) | 1995-10-25 |
Family
ID=14104371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1094225A Expired - Lifetime JPH0798703B2 (ja) | 1989-04-13 | 1989-04-13 | 耐熱酸化性炭素繊維強化炭素複合材料の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0798703B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10279376A (ja) * | 1997-03-31 | 1998-10-20 | Toyo Tanso Kk | 炭素−炭化ケイ素複合材料を用いた連続鋳造用部材 |
| CN105541335B (zh) * | 2015-12-15 | 2017-12-15 | 浙江亚太机电股份有限公司 | 一种含梯度组分的碳陶制动盘制造方法 |
-
1989
- 1989-04-13 JP JP1094225A patent/JPH0798703B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02271963A (ja) | 1990-11-06 |
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