JPH08183674A

JPH08183674A - Ｃ／ｃ複合材料の製造方法

Info

Publication number: JPH08183674A
Application number: JP6328989A
Authority: JP
Inventors: Hisao Okamoto; 本久夫岡
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 1996-07-16

Abstract

(57)【要約】【目的】炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）に成形する工
程を採用せず、従って炭素繊維強化樹脂の成形工程が不
要であると共に炭素繊維強化樹脂の炭化ないしは黒鉛化
処理工程が不要であって、短縮化された工程によって性
能に優れたＣ／Ｃ複合材料を製造する。【構成】炭素繊維／炭素複合材料（Ｃ／Ｃ複合材料）
を製造するに際し、所望の繊維体積率および繊維配向に
従って炭素繊維を配設し、炭素繊維の表面にフィラーと
してのカーボンブラックを１〜２０重量％付着させて繊
維体積率が４０〜７０体積％となるようにして治具で拘
束し、カーボンブラックが付着した炭素繊維の間にマト
リックスとなる炭素の前躯体として熱可塑性樹脂である
ピッチを真空含浸し、熱間等方圧圧縮（ＨＩＰ）によっ
て炭化処理し、場合によってはさらに黒鉛化処理し、必
要に応じてはピッチの含浸と炭化処理と黒鉛化処理を繰
り返すＣ／Ｃ複合材料の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軽量でかつ耐熱・耐食
性に優れたＣ／Ｃ複合材料（炭素繊維／炭素複合材料）
の製造方法に係わり、とくに、宇宙航空機器や化学装置
などの耐熱性や耐食性に優れていることが要求される部
品・部位等の素材などとして利用されるＣ／Ｃ複合材料
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】炭素繊維を強化材とし、炭素をマトリッ
クスとしたＣ／Ｃ複合材料は、通常の炭素材料に比較し
て高強度・高弾性であり、耐熱・耐食性に優れているこ
とから、宇宙航空機器の分野においては飛翔体のリーデ
ィングエッジ，ロケットのノズル，航空機のブレーキな
どの素材として利用され、その他ガスタービン機関のタ
ービンブレードや高速車両のブレーキなどの素材として
も利用されている。

【０００３】そして、炭素繊維としては、ＰＡＮ系繊
維，ピッチ系繊維，レーヨン系繊維などが使用され、マ
トリックスとなる炭素としては、フェノール樹脂，エポ
キシ樹脂，フラン樹脂，ポリイミド樹脂などの熱硬化性
樹脂を炭化処理ないしは炭化処理および黒鉛化処理した
ものが使用されていた。

【０００４】従来、この種のＣ／Ｃ複合材料を製造する
に際しては、図７にも示すように、高強度（ＨＴ）品と
する場合にはＰＡＮ系の炭素繊維を使用し、高弾性（Ｈ
Ｍ）品とする場合にはピッチ系の炭素繊維を使用して、
この炭素繊維に熱硬化性樹脂である例えばフェノール樹
脂を含浸させることによってプリプレグとなし、このプ
リプレグを積層したのち１５０℃程度に加熱・加圧（圧
締め）成形することによってフェノール樹脂を硬化させ
ることにより炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）素材に成形
し、この炭素繊維強化樹脂素材を例えば５００〜９００
℃程度で焼成することによって炭化処理し、場合によっ
てはさらに２０００〜３０００℃程度の温度で焼成する
ことによって黒鉛化処理し、密度を向上させるために、
ピッチ含浸とＨＩＰ（熱間等方圧圧縮；圧力１０００ｋ
ｇｆ／ｃｍ^２程度，温度６００〜７００℃程度）による
炭化処理、さらには黒鉛化処理を繰り返すことによって
Ｃ／Ｃ複合材料を製造するようにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のいわゆる樹脂炭化法によるＣ／Ｃ複合材料の
製造方法では、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）素材への
成形工程と、この炭素繊維強化樹脂成形体中のマトリッ
クスである熱硬化性樹脂の炭化工程およびさらには黒鉛
化工程が製造工程の大半を占めるものとなっていたた
め、工程数が多く、生産性があまり良くないと共に、炭
素繊維強化樹脂成形体中の樹脂の炭化工程において発生
する熱分解ガスによってＣ／Ｃ複合材料の内部ないしは
表面において剥離や割れ等の不具合が発生するおそれが
ないとはいえないという問題点を有しており、このよう
な問題点を解消することが課題であった。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、このような従来の課題にかん
がみてなされたものであって、従来のように炭素繊維強
化樹脂（ＣＦＲＰ）を成形する工程を採用せず、したが
って炭素繊維強化樹脂成形体への成形工程が不要である
と共に炭素繊維強化樹脂成形体中の樹脂の炭化ないしは
黒鉛化工程が不要であって、Ｃ／Ｃ複合材料への製造工
程が著しく短縮化され、生産性を大幅に向上させること
が可能であると共に、従来のような熱分解ガスの生成に
よる剥離や割れなどの不具合の発生のおそれがないＣ／
Ｃ複合材料の製造方法を提供することを目的としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係わるＣ／Ｃ複
合材料の製造方法は、請求項１に記載しているように、
炭素繊維／炭素複合材料（Ｃ／Ｃ複合材料）を製造する
に際し、所望の繊維体積率および繊維配向に従って炭素
繊維を配設したのち、マトリックスとなる炭素の前躯体
（プリカーサー）を炭素繊維の間に含浸し、次いで炭素
の前躯体を炭化処理し、必要に応じてさらに黒鉛化処理
してＣ／Ｃ化するようにしたことを特徴としている。

【０００８】そして、本発明に係わるＣ／Ｃ複合材料の
製造方法の実施態様においては、請求項２に記載してい
るように、炭素繊維の表面にフィラーを付着させるよう
にし、この場合、請求項３に記載しているように、フィ
ラーの付着量を１〜２０重量％とすることができ、請求
項４に記載しているように、フィラーは炭素繊維の径よ
りも小さい径を有するものとすることができ、請求項５
に記載しているように、フィラーはカーボンブラックで
あるものとなすことができる。

【０００９】また、本発明に係わるＣ／Ｃ複合材料の製
造方法の実施態様においては、請求項６に記載している
ように、所望の繊維体積率および繊維配向に従って炭素
繊維を配設するに際し、所要量の炭素繊維を所要方向に
金型，治具等により拘束状態で配設するようになすこと
ができ、この場合、請求項７に記載しているように、繊
維体積率が４０〜７０体積％となるようにすることがで
きる。

【００１０】同じく、本発明に係わるＣ／Ｃ複合材料の
製造方法の実施態様においては、請求項８に記載してい
るように、マトリックスとなる炭素の前躯体の含浸は真
空含浸とすることができ、また、請求項９に記載してい
るように、マトリックスとなる炭素の前躯体は熱可塑性
樹脂であるものとすることができ、請求項１０に記載し
ているように、マトリックスとなる炭素の前躯体が石
炭，石油等の化石燃料を原料とするピッチであるものと
することができる。

【００１１】同じく、本発明に係わるＣ／Ｃ複合材料の
製造方法の実施態様においては、請求項１１に記載して
いるように、炭化処理を熱間等方圧圧縮による加圧下で
行うようになすことができ、この場合、請求項１２に記
載しているように、熱間等方圧圧縮は不活性雰囲気下に
おいて３００気圧以上の加圧下で行うようになすことが
でき、さらには、請求項１３に記載しているように、マ
トリックスとなる炭素の前躯体の含浸と炭化処理さらに
は必要に応じて黒鉛化処理を繰り返し行うようになすこ
とができる。

【００１２】本発明に係わるＣ／Ｃ複合材料の製造方法
においては、まず、所望の繊維体積率および繊維配向に
従って炭素繊維を配設する。

【００１３】ここで使用する炭素繊維（ＣＦ）として
は、図１にも示すように、高強度（ＨＴ）のＣ／Ｃ複合
材料を得る場合にはＰＡＮ系（ポリアクリロニトリル
系）のものを使用し、高弾性（ＨＭ）のＣ／Ｃ複合材料
を得る場合にはピッチ系のものを使用することができ
る。

【００１４】このような炭素繊維において、従来の樹脂
炭化法による場合には、熱硬化性樹脂によって固定化さ
れていたが、本発明の場合にはこのような熱硬化性樹脂
による固定化手段を採用しないため、適宜の治具，金型
等を用いて炭素繊維を固定化するのがよい。

【００１５】一方、複合材料中の炭素繊維含有率が高く
なるほど炭素繊維同士の接触が多くなり、マトリックス
が介在しない部分が増加する。そして、このマトリック
スが介在しない部分が多くなるほど複合材料としての層
間剪断強度が低下する。

【００１６】そこで、マトリックスとなる炭素の前躯体
を炭素繊維の間に含浸させる際の含浸性を向上させると
共に、複合材料における層間での接合を強化して層間剪
断強度を向上させるために、炭素繊維の表面にあらかじ
めフィラーを付着させるのが良い。

【００１７】このとき、炭素繊維の表面に付着させるフ
ィラーの付着・添加量は、１〜２０重量％とするのが良
く、フィラーの付着・添加量を増大させることによっ
て、図２に示すように、Ｃ／Ｃ複合材料の曲げ強度が増
大する傾向となり、また、図３に示すように、Ｃ／Ｃ複
合材料の層間剪断強度も増加する傾向となる。

【００１８】しかしながら、フィラーの付着・添加量が
多くなると相対的に炭素繊維の繊維体積率が低下するこ
ととなって、高強度ないしは高弾性のＣ／Ｃ複合材料が
得がたくなるので、２０重量％以下とすることが望まし
い。

【００１９】そして、この場合、フィラーとしては、炭
素繊維の径よりも小さい径を有するものを使用すること
が望ましく、例えば、カーボンブラックを使用すること
ができる。このとき、炭素繊維断面積（例えば、７〜１
０μｍ）よりも粒径の小さいカーボンブラック（例え
ば、１μｍ以下）を介在させることによって、マトリッ
クスである炭素の前躯体としてのピッチ（約１ｃＰ程度
に溶融軟化させた液状のもの）が炭素繊維間により一層
均質に含浸固化されるようになすことも望ましい（この
場合、含浸後に常温に戻すことによって、充填したピッ
チは固化する。）。

【００２０】そこで、炭素繊維を治具，金型等に固定化
する前にフィラーを付着・添加させるために、例えば、
２次元織物となっているＰＡＮ系またはピッチ系炭素繊
維にフィラー（例えば、粒径が２０〜８０ｎｍのカーボ
ンブラック）をアルコール等の溶剤中に分散させ、炭素
繊維の表層に１〜２０重量％塗布して付着させ、フィラ
ーを付着させた炭素繊維を積層して圧締めし、所望の炭
素繊維体積率および繊維配向に従って所要量の炭素繊維
を所要方向に配設した状態で治具・金型等に固定して拘
束する。

【００２１】この場合、炭素繊維体積率は、４０〜７０
体積％とすることができ、炭素繊維体積率が４０体積％
よりも少ないと高強度ないしは高弾性のＣ／Ｃ複合材料
が得がたい傾向となり、炭素繊維体積率が７０体積％よ
りも多いとマトリックスである炭素の特性が得がたくな
るので、炭素繊維体積率は４０〜７０体積％とするのが
よい。

【００２２】次に、治具，金型等によって固定化された
状態とした炭素繊維間に、マトリックスとなる炭素の前
躯体、例えば熱可塑性樹脂、更に具体的には、石炭，石
油等の化石燃料を原料とするピッチを含浸させる。

【００２３】この場合、ピッチを１５０〜３００℃の溶
融状態として炭素繊維中に例えば真空含浸する。

【００２４】この後、炭化処理を行うが、この炭化処理
に際しては、ＨＩＰ（熱間等方圧圧縮）による加圧下で
行うようになすことが望ましく、例えば、不活性雰囲気
下（ＡｒやＮ_２雰囲気下）において６００〜７００℃の
温度でかつ３００〜２０００ｋｇｆ／ｃｍ^２の加圧下で
のＨＩＰによる炭化処理を行うことによって、図４に示
すように、常圧では約５０％の炭素化収率しか得られな
いピッチの炭素化収率を８０〜９０％にまで引き上げ
て、緻密化処理回数の低減を図るようになすことも望ま
しい。

【００２５】この炭化処理によって、Ｃ／Ｃ複合材料と
しての形状が固定されるので、炭化処理が終了した時点
で拘束治具を取り外すこともできる。

【００２６】この後、場合によってはさらに温度２００
０〜３０００℃での黒鉛化処理を行い、必要に応じて
は、マトリックスとなる炭素の前躯体であるピッチの含
浸と、ＨＩＰによる炭化処理と、黒鉛化処理を繰り返し
行うことによって、マトリックスが緻密化した高強度な
いしは高弾性のＣ／Ｃ複合材料を得る。

【００２７】

【発明の作用】本発明に係わるＣ／Ｃ複合材料の製造方
法は、請求項１に記載しているように、炭素繊維／炭素
複合材料（Ｃ／Ｃ複合材料）を製造するに際し、所望の
繊維体積率および繊維配向に従って炭素繊維を配設した
のち、マトリックスとなる炭素の前躯体を炭素繊維の間
に含浸し、次いで炭素の前躯体を炭化処理し、必要に応
じてさらに黒鉛化処理してＣ／Ｃ化するようにしたか
ら、炭素繊維のプリプレグを固定化するためにフェノー
ル樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いた従来
の場合のように炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）素材の成
形工程が必要でなくなると共に、炭素繊維強化樹脂中の
マトリックスである樹脂の炭化ないしは黒鉛化工程も必
要でなくなり、Ｃ／Ｃ複合材料の製造工程が著しく短縮
化されると共に、炭素繊維強化樹脂の炭化工程において
発生する熱分解ガスによって剥離ないしは割れ等の不具
合が発生することがなくなり、高品質のＣ／Ｃ複合材料
が低コストで製造されるようになる。

【００２８】そして、本発明に係わるＣ／Ｃ複合材料の
製造方法の実施態様においては、請求項２に記載してい
るように、炭素繊維の表面にフィラーを付着させるよう
にすることによって、炭素繊維間へのマトリックスとな
る炭素の前躯体の含浸性が向上すると共に層間での接合
が強化されて層間剪断強度が向上する。この場合、請求
項３に記載しているように、フィラーの付着量を１〜２
０重量％とすることによって、炭素繊維がもつ高強度な
いしは高弾性特性を損うことなくマトリックスとなる炭
素の前躯体の炭素繊維への含浸性が向上すると共に層間
剪断強度が増大する。また、請求項４に記載しているよ
うに、フィラーは炭素繊維の径よりも小さい径を有する
ものとすることによって、フィラーの付着による作用が
十分良好に得られることとなり、請求項５に記載してい
るように、フィラーはカーボンブラックであるものとす
ることによって、マトリックスとなる炭素の前躯体の含
浸性が向上し、層間剪断強度がより一層向上したものと
なる。

【００２９】また、請求項６に記載しているように、所
望の繊維体積率および繊維配向に従って炭素繊維を配設
するに際し、所要量の炭素繊維を所要方向に拘束状態で
配設するようになすことによって、炭素繊維の凝集ない
しはばらつきを伴うことなく、炭素繊維を平均化させた
繊維体積率で所望の繊維配向方向に配向させうるものと
なり、請求項７に記載しているように、繊維体積率を４
０〜７０体積％とすることによって、炭素繊維による高
強度化ないしは高弾性化の作用が十分に得られると共に
マトリックスである炭素の作用も十分に得られるものと
なる。

【００３０】さらに、請求項８に記載しているように、
マトリックスとなる炭素の前躯体の含浸は真空含浸とす
ることによって、炭素繊維中への前躯体の含浸が十分良
好に行えるようになり、請求項９に記載しているよう
に、マトリックスとなる炭素の前躯体が熱可塑性樹脂で
あるようにし、なかでも、請求項１０に記載しているよ
うに、マトリックスとなる炭素の前躯体が石炭，石油等
の化石燃料を原料とするピッチであるものとすることに
よって、比較的入手しやすい原材料を用いて高品質のＣ
／Ｃ複合材料が得られることとなる。

【００３１】さらにまた、請求項１１に記載しているよ
うに、炭化処理を熱間等方圧圧縮による加圧下で行うよ
うになすことによって、マトリックスとなる炭素の炭素
化収率が向上したものとなってより少ない緻密化処理回
数による炭化処理でより緻密なＣ／Ｃ複合材料が製造さ
れることとなる。そして、請求項１２に記載しているよ
うに、熱間等方圧圧縮は不活性雰囲気下において３００
気圧以上の加圧下で行うことによって、熱間等方圧圧縮
による炭化処理（緻密化処理）がより一層良好に行える
こととなる。

【００３２】また、請求項１３に記載しているように、
マトリックスとなる炭素の前躯体の含浸と炭化処理さら
には必要に応じて黒鉛化処理を繰り返すことによって、
より一層高密度化したＣ／Ｃ複合材料が製造されること
となる。

【００３３】

【実施例】実施例１炭素繊維として引張強度が約３００ｋｇｆ／ｍｍ^２のＰ
ＡＮ系（ＨＴ）炭素繊維を使用し、２次元織物になった
炭素繊維クロスを用いた。

【００３４】そして、あらかじめ揃えた炭素繊維クロス
を繊維体積率が５０体積％とすることができる量でかつ
繊維配向方向が一方向となる向きにしたのち、フィラー
となる粒径２０〜８０ｎｍのカーボンブラックを分散さ
せた溶剤（メタノール）中に前記炭素繊維クロスを浸漬
し、炭素繊維の表面にフィラーとしてのカーボンブラッ
クを１０〜２０重量％付着させた。

【００３５】そして、カーボンブラックを付着させた炭
素繊維クロスを積層し、図５に示すように、炭素繊維１
の表面にカーボンブラック２が付着した状態で鉄板３，
４，スペーサ５，６，ボルト・ナット７，８などにより
圧締めして、所定厚さで炭素繊維含有率が５０体積％と
なるように治具拘束を行った。

【００３６】次に、図６に示すように、約２５０℃に保
持して溶融状態とし、約１ｃＰ程度の粘度に溶融軟化さ
せて液状としたマトリックスとしての炭素となる溶融ピ
ッチ９の中に、炭素繊維を治具と共に浸漬して、炭素繊
維の間にピッチを真空含浸させた。

【００３７】真空含浸後、常温に戻してピッチを固化さ
せ、熱間等方圧圧縮（ＨＩＰ）装置に入れて、圧力１０
００ｋｇｆ／ｃｍ^２，温度６００〜７００℃でＨＩＰに
よる炭化処理を行った。この炭化処理によりＣ／Ｃ複合
材料としての形態を保持しうることとなったので、拘束
治具を取り外した。

【００３８】さらに、温度２５００℃に加熱焼成するこ
とにより黒鉛化処理を行って、Ｃ／Ｃ複合材料を得た。

【００３９】ここで得たＣ／Ｃ複合材料の特性を調べた
ところ、表１に示す結果であった。

【００４０】なお、比較のために、炭素繊維として引張
強度が約３００ｋｇｆ／ｍｍ^２のＰＡＮ系（ＨＴ）炭素
繊維を使用し、従来の炭素繊維強化フェノール樹脂を中
間成形体とした樹脂炭化法によって繊維体積率が５０体
積％のＣ／Ｃ複合材料を得た場合の特性をも表１に併記
した。

【００４１】

【表１】

【００４２】表１に示すように、本発明例のＣ／Ｃ複合
材料では、従来法に比べてかなり工程の短縮化をはかっ
たにもかかわらず、従来のＣ／Ｃ複合材料に比べて勝る
とも劣らない良好なる特性を有するものであることが認
められた。

【００４３】実施例２炭素繊維として弾性率が４９０ＧＰａのピッチ系（Ｈ
Ｍ）炭素繊維を使用し、２次元織物となった炭素繊維ク
ロスを用いた。

【００４４】そして、あらかじめ揃えた炭素繊維クロス
を繊維体積率が５０体積％とすることができる量でかつ
繊維配向方向が一方向となる向きにしたのち、フィラー
となる粒径２０〜８０ｎｍのカーボンブラックを分散さ
せた溶媒（メタノール）中に前記炭素繊維クロスを浸漬
し、炭素繊維の表面にカーボンブラックを１０〜２０重
量％付着させた。

【００４５】そして、フィラーとしてのカーボンブラッ
クを付着させた炭素繊維クロスを積層し、図５に示した
ように、炭素繊維１の表面にカーボンブラック２が付着
した状態で鉄板３，４，スペーサ５，６，ボルト・ナッ
ト７，８などにより圧締めし、所定厚さで炭素繊維含有
率が５０体積％となるように治具拘束を行った。

【００４６】次に、図６に示したように、約２５０℃に
保持して溶融状態とし、約１ｃＰ程度の粘度に溶融軟化
させて液状としたマトリックスとしての炭素となる溶融
ピッチ９の中に、炭素繊維を治具と共に浸漬して、炭素
繊維の間にピッチを真空含浸させた。

【００４７】真空含浸後、常温に戻してピッチを固化さ
せ、熱間等方圧圧縮（ＨＩＰ）装置に入れて、圧力１０
００ｋｇｆ／ｃｍ^２，温度６００〜７００℃でＨＩＰに
よる炭化処理を行った。この炭化処理によりＣ／Ｃ複合
材料としての形態を保持しうることとなったので、拘束
治具を取り外した。

【００４８】さらに、温度２０００℃に加熱焼成するこ
とにより黒鉛化処理を行って、フィラーを添加したＣ／
Ｃ複合材料を得た。

【００４９】また、比較のために、上記の工程でフィラ
ーを添加しないほかは同じ工程としてＣ／Ｃ複合材料を
得た。

【００５０】ここで得た各々のＣ／Ｃ複合材料の特性を
調べたところ、表２に示す結果であった。

【００５１】

【表２】

【００５２】表２に示すように、フィラーを添加したＣ
／Ｃ複合材料では、フィラーを添加しないＣ／Ｃ複合材
料に比べて、曲げ強度および弾性率を大幅に向上させる
ことが可能であると共に、層間剪断強度もかなり高める
ことが可能であった。

【００５３】

【発明の効果】本発明に係わるＣ／Ｃ複合材料の製造方
法は、請求項１に記載しているように、炭素繊維／炭素
複合材料（Ｃ／Ｃ複合材料）を製造するに際し、所望の
繊維体積率および繊維配向に従って炭素繊維を配設した
のち、マトリックスとなる炭素の前躯体を炭素繊維の間
に含浸し、次いで炭素の前躯体を炭化処理し、必要に応
じてさらに黒鉛化処理してＣ／Ｃ化するようにしたか
ら、炭素繊維のプリプレグを固定化するためにフェノー
ル樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いた従来
の場合のように炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）素材の成
形工程が必要でなくなると共に、炭素繊維強化樹脂中の
マトリックスである樹脂の炭化ないしは黒鉛化工程も必
要でなくなり、Ｃ／Ｃ複合材料の製造工程を著しく短縮
化することが可能であると共に、炭素繊維強化樹脂の炭
化工程において発生する熱分解ガスによって剥離ないし
は割れ等の不具合が発生するのを防止することが可能で
あり、高品質のＣ／Ｃ複合材料を低コストで製造するこ
とが可能であるという著しく優れた効果がもたらされ
る。

【００５４】そして、本発明に係わるＣ／Ｃ複合材料の
製造方法の実施態様においては、請求項２に記載してい
るように、炭素繊維の表面にフィラーを付着させるよう
にすることによって、炭素繊維間へのマトリックスとな
る炭素の前躯体の含浸性を向上させることが可能である
と共に層間での接合が強化されて層間剪断強度を向上さ
せることが可能である。この場合、請求項３に記載して
いるように、フィラーの付着量を１〜２０重量％とする
ことによって、炭素繊維がもつ高強度ないしは高弾性特
性を損うことなくマトリックスとなる炭素の前躯体の炭
素繊維への含浸性を向上させることが可能であると共に
層間剪断強度を増大することが可能である。また、請求
項４に記載しているように、フィラーは炭素繊維の径よ
りも小さい径を有するものとすることによって、フィラ
ーの付着による作用を十分良好に得ることが可能とな
り、請求項５に記載しているように、フィラーはカーボ
ンブラックであるものとすることによって、マトリック
スとなる炭素の前躯体の含浸性を向上し、層間剪断強度
をより一層向上したものとすることが可能である。

【００５５】また、請求項６に記載しているように、所
望の繊維体積率および繊維配向に従って炭素繊維を配設
するに際し、所要量の炭素繊維を所要方向に拘束状態で
配設するようになすことによって、炭素繊維の凝集ない
しはばらつきを伴うことなく、炭素繊維を平均化させた
繊維体積率で所望の繊維配向方向に配向させることが可
能となり、請求項７に記載しているように、繊維体積率
を４０〜７０体積％とすることによって、炭素繊維によ
る高強度化ないしは高弾性化の作用を十分に得ることが
できると共にマトリックスである炭素の作用も十分に得
ることができる。

【００５６】さらに、請求項８に記載しているように、
マトリックスとなる炭素の前躯体の含浸は真空含浸とす
ることによって、炭素繊維中への前躯体の含浸を十分良
好に行うことが可能になり、請求項９に記載しているよ
うに、マトリックスとなる炭素の前躯体が熱可塑性樹脂
であるようにし、なかでも、請求項１０に記載している
ように、マトリックスとなる炭素の前躯体が石炭，石油
等の化石燃料を原料とするピッチであるものとすること
によって、比較的入手しやすい原材料を用いて高品質の
Ｃ／Ｃ複合材料を得ることが可能となる。

【００５７】さらにまた、請求項１１に記載しているよ
うに、炭化処理を熱間等方圧圧縮による加圧下で行うよ
うになすことによって、マトリックスとなる炭素の炭素
化収率を向上したものにできてより少ない緻密化処理回
数による炭化処理でより緻密なＣ／Ｃ複合材料を製造す
ることが可能となる。そして、請求項１２に記載してい
るように、熱間等方圧圧縮は不活性雰囲気下において３
００気圧以上の加圧下で行うことによって、熱間等方圧
圧縮による炭化処理（緻密化処理）をより一層良好に行
うことが可能となる。

【００５８】また、請求項１３に記載しているように、
マトリックスとなる炭素の前躯体の含浸と炭化処理さら
には必要に応じて黒鉛化処理を繰り返すことによって、
より一層高密度化したＣ／Ｃ複合材料を製造することが
可能になるという優れた効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＣ／Ｃ複合材料の製造方法におけ
る製造工程を例示する説明図である。

【図２】炭素繊維表面へのフィラー付着量による曲げ強
度への影響を例示するグラフである。

【図３】炭素繊維表面へのフィラー付着量による層間剪
断強度への影響を例示するグラフである。

【図４】ＨＩＰによる炭化処理に際しての圧力による炭
素化収率への影響を例示するグラフである。

【図５】本発明の実施例において炭素繊維を治具で固定
化する様子を示す概略説明図である。

【図６】本発明の実施例において治具で固定化された炭
素繊維に溶融ピッチを真空含浸させる様子を示す概略説
明図である。

【図７】従来の樹脂炭化法によるＣ／Ｃ複合材料の製造
工程を例示する説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素繊維／炭素複合材料（Ｃ／Ｃ複合材
料）を製造するに際し、所望の繊維体積率および繊維配
向に従って炭素繊維を配設したのち、マトリックスとな
る炭素の前躯体を炭素繊維の間に含浸し、次いで炭素の
前躯体を炭化／黒鉛化処理してＣ／Ｃ化することを特徴
とするＣ／Ｃ複合材料の製造方法。
【請求項２】炭素繊維の表面にフィラーを付着させる
請求項１に記載のＣ／Ｃ複合材料の製造方法。
【請求項３】フィラーの付着量を１〜２０重量％とす
る請求項２に記載のＣ／Ｃ複合材料の製造方法。
【請求項４】フィラーは炭素繊維の径よりも小さい径
を有する請求項２または３に記載のＣ／Ｃ複合材料の製
造方法。
【請求項５】フィラーはカーボンブラックである請求
項２ないし４のいずれかに記載のＣ／Ｃ複合材料の製造
方法。
【請求項６】所望の繊維体積率および繊維配向に従っ
て炭素繊維を配設するに際し、所要量の炭素繊維を所要
方向に拘束状態で配設する請求項１ないし５のいずれか
に記載のＣ／Ｃ複合材料の製造方法。
【請求項７】繊維体積率を４０〜７０体積％とする請
求項１ないし６のいずれかに記載のＣ／Ｃ複合材料の製
造方法。
【請求項８】マトリックスとなる炭素の前躯体の含浸
は真空含浸とする請求項１ないし７のいずれかに記載の
Ｃ／Ｃ複合材料の製造方法。
【請求項９】マトリックスとなる炭素の前躯体は熱可
塑性樹脂である請求項１ないし８のいずれかに記載のＣ
／Ｃ複合材料の製造方法。
【請求項１０】マトリックスとなる炭素の前躯体が石
炭，石油等の化石燃料を原料とするピッチである請求項
１ないし９のいずれかに記載のＣ／Ｃ複合材料の製造方
法。
【請求項１１】炭化処理を熱間等方圧圧縮による加圧
下で行う請求項１ないし１０のいずれかに記載のＣ／Ｃ
複合材料の製造方法。
【請求項１２】熱間等方圧圧縮は不活性雰囲気下にお
いて３００気圧以上の加圧下で行う請求項１１に記載の
Ｃ／Ｃ複合材料の製造方法。
【請求項１３】マトリックスとなる炭素の前躯体の含
浸と炭化／黒鉛化処理とを繰り返す請求項１ないし１２
のいずれかに記載のＣ／Ｃ複合材料の製造方法。