JPH0859356A - 炭素繊維強化炭素複合材の耐酸化処理法 - Google Patents

炭素繊維強化炭素複合材の耐酸化処理法

Info

Publication number
JPH0859356A
JPH0859356A JP6216645A JP21664594A JPH0859356A JP H0859356 A JPH0859356 A JP H0859356A JP 6216645 A JP6216645 A JP 6216645A JP 21664594 A JP21664594 A JP 21664594A JP H0859356 A JPH0859356 A JP H0859356A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon carbide
carbon fiber
coating layer
composite material
carbon
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
Application number
JP6216645A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3599791B2 (ja
Inventor
Akihiro Kuroyanagi
聡浩 黒柳
Kunihiko Nakada
邦彦 中田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokai Carbon Co Ltd
Original Assignee
Tokai Carbon Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokai Carbon Co Ltd filed Critical Tokai Carbon Co Ltd
Priority to JP21664594A priority Critical patent/JP3599791B2/ja
Publication of JPH0859356A publication Critical patent/JPH0859356A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3599791B2 publication Critical patent/JP3599791B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 炭素繊維強化炭素複合材(C/C材)の基材
面に、炭化珪素の均一な被覆層を形成することのできる
C/C材の耐酸化処理法を提供する。 【構成】 珪素源と炭材の混合粉末に炭素繊維のチョッ
プあるいはミルド、および熱硬化性樹脂を混合し、所定
形状に成形したのち硬化した成形体を、C/C材に当接
した状態で非酸化性雰囲気下1600〜2000℃に加熱処理し
て炭化珪素の被覆処理を施す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炭素繊維強化炭素複合
材(以下「C/C材」という。)の基材面に高温下の酸
化抵抗性に優れる炭化珪素の均一な被覆層を形成するC
/C材の耐酸化処理法に関する。
【0002】
【従来の技術】C/C材は、卓越した比強度、比弾性率
を有するうえに優れた耐熱性および化学的安定性を備え
ているため、航空宇宙用をはじめ多くの分野で構造材料
として有用されている。ところが、この材料には大気中
において 500℃付近から酸化を受けるという炭素材固有
の材質的な欠点があり、これが汎用性を阻害する最大の
ネックとなっている。このため、C/C材の表面に耐酸
化性の被覆を施して改質化する試みがなされており、例
えば炭化珪素、窒化珪素、ジルコニヤ、アルミナ等の耐
熱セラミックス系物質によって被覆処理する方法が開発
されている。このうち、被覆層の形成操作、性状特性な
ど技術的、経済的の面から炭化珪素の被膜形成が最も工
業性に適合している。
【0003】従来、C/C基材の表面に炭化珪素の被覆
を施す方法として、気相反応により生成するSiCを直
接沈着させるCVD法(化学的気相蒸着法)と、基材の
炭素を反応源に利用してSiOガスと反応させることに
よりSiCに転化させるコンバージョン法が知られてい
る。このうち、前者のCVD法を適用して形成した炭化
珪素被覆層は、基材との界面が明確に分離している関係
で熱衝撃を与えると相互の熱膨張差によって層間剥離現
象が起こり易く、高温域での十分な耐酸化性は望めな
い。これに対し、後者のコンバージョン法による場合に
は基材の表層部が連続組織として炭化珪素層を形成する
傾斜機能材質となるため界面剥離を生じることがない。
【0004】コンバージョン法の改良方法としては、例
えばC/C基材の原料フィラー中に予め炭化珪素の微粉
末を混入しておき熱処理時に耐酸化膜を形成する方法
(特開平2−271963号公報) があるが、この方法では緻
密性の高い耐酸化性被膜を形成することは困難である。
また、特開平1−252578号公報にはC/C基材を
炭化珪素被覆用の珪素源と炭材からなる混合粉体中に埋
没させて加熱することにより耐酸化膜を形成する方法が
提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法 (特開平1−252578号公報) では炭化珪素被覆用の材
料が粉体であるために均一に混合することが難しいう
え、混合粉体中において珪素源と炭材が偏析を生じる問
題がある。このような原料系に偏析が発生すると、生成
するSiOガス濃度が変動して不均質になり易く、形成
される炭化珪素の被覆層の膜厚が不均一になる欠点があ
る。更に、C/C材が三次元的に複雑な形状を有する場
合には反応原料を基材に対して一定割合で設置すること
が困難となり、均一な膜厚を被覆することに多くの課題
を含んでいた。
【0006】本発明の目的は、生成するSiOガス濃度
の均質化を図ることにより、形成される炭化珪素被覆層
の膜厚を均一化するとともにハンドリング性の向上を図
り、処理作業の容易なC/C材の耐酸化処理法を提供す
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるC/C材の耐酸化処理法は、珪素源と
炭材の混合粉末に炭素繊維のチョップあるいはミルドお
よび熱硬化性樹脂を混合し、所定形状に成形したのち硬
化した成形体を、炭素繊維強化炭素複合材に当接した状
態で非酸化性雰囲気下1600〜2000℃に加熱処理
して炭化珪素の被覆層を形成することを構成上の特徴と
する。
【0008】C/C基材を構成する炭素繊維には、ポリ
アクリロニトリル系、レーヨン系、ピッチ系など各種原
料から製造された平織、朱子織、綾織などの織布を一次
元または多次元方向に配向した繊維体、フェルト、トウ
等が使用され、マトリックス樹脂としてはフェノール
系、フラン系など高炭化性の液状熱硬化性樹脂、タール
ピッチのような熱可塑性物質が用いられる。炭素繊維
は、含浸、塗布などの手段によりマトリックス樹脂で十
分に濡らしたのち半硬化してプリプレグを形成し、つい
で積層加圧成形する。成形体は加熱して樹脂成分を完全
に硬化し、引き続き常法に従って焼成炭化または更に黒
鉛化してC/C基材を得る。また、用途によってはマト
リックス樹脂の含浸、硬化、炭化の処理を反復したり、
CVD法を用いてメタン、プロパン等を原料とする熱分
解炭素を沈着させて組織の緻密化を図ることもできる。
なお、前記焼成炭化時の温度は炭化珪素膜を形成する際
の処理温度よりも高く設定しておくことが望ましい。
【0009】炭化珪素の被覆層を形成するための被覆材
料には、珪素源と炭材からなる混合物が用いられる。珪
素源としては、石英、珪石、珪砂等のSiO2 含有物質
を粒径10〜500 μm に粉砕したものが、また炭材として
は、粒径10〜500 μm のコークス、ピッチ、黒鉛、カー
ボンブラック等の炭素質物質が用いられる。珪素源と炭
材との配合組成は、各材料粉末の表面積を考慮して決定
されるが、一般的にはSiO2 :Cの重量比率が1:1
〜5:1の範囲になるように調整し、配合物をV型ブレ
ンダーなどの混合装置で十分に混合する。
【0010】この混合粉末に炭素繊維を裁断したチョッ
プあるいは粉砕したミルド、およびフェノール樹脂やフ
ラン樹脂などの熱硬化性樹脂液を配合して、充分に混練
して均一な混合物としたのち混合物を所定形状に成形
し、次いで加熱硬化して成形体とする。炭素繊維のチョ
ップやミルドは成形体の骨格として形状保持に機能し、
また熱硬化性樹脂は成形時のバインダーとして機能す
る。本発明は、この成形体を炭化珪素被覆用のSiOガ
ス発生の原材料として用いるものであり、成形体の形状
は、炭化珪素を被覆するC/C基材面の形状を考慮して
所定形状に成形されるが、とくにC/C基材の被覆面が
複雑な形状の場合には、その形状に対応した成形体を作
製することが好ましい。なお、成形時に加熱硬化の条件
設定や熱硬化性樹脂を選択することにより、曲面形状物
へのなじみ(フィッティング性)を向上させることも可
能である。
【0011】耐酸化処理は、前記成形体をC/C基材面
に当接させた状態で反応容器内に装入し、この反応容器
を加熱炉に入れて非酸化性雰囲気下に1600〜200
0℃の温度で加熱処理することにより行われ、均一な膜
厚を有する炭化珪素の被覆層を形成することができる。
【0012】
【作用】本発明による炭化珪素被膜層の形成は実質的に
コンバージョン法によるものであり、被覆材料から生成
するSiOガスをC/C基材に接触させて徐々にその表
面を炭化珪素層に転化させる機構に基づいている。
【0013】本発明によれば、炭化珪素被覆用のSiO
ガス発生の原材料として、珪素源粉末と炭材粉末との混
合粉末に炭素繊維のチョップあるいはミルド、およびフ
ェノール樹脂やフラン樹脂などの熱硬化性樹脂を配合し
た成形体を使用するものであるから、珪素源粉末と炭材
粉末の混合粉体を用いる方法に比べて偏析を生じること
がなく、成形体の表面から均一にSiOガスを発生させ
ることができる。更に、成形体はC/C基材面に当接し
た状態で加熱され、被覆処理されるのでC/C基材面に
おけるSiOガス濃度は均一化して、均等にSiC化反
応させることが可能となる。その結果、均一な炭化珪素
被覆層を形成することができ、更に、複雑な形状を有す
るC/C基材についても本発明を適用すれば均一な膜厚
の炭化珪素被覆層の形成が可能となる。
【0014】また、炭化珪素被覆用のSiOガス発生の
原材料が成形体であるから粉体に比べて取扱いが容易で
あり、C/C材のセッティングや取り出しなどのハンド
リング性が向上するので、能率よく耐酸化処理を行うこ
とができる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明する。
【0016】C/C基材の作製;ポリアクリロニトリル
系の平織炭素繊維布〔東邦レーヨン(株)製、W6101 〕
にフェノール樹脂初期縮合物〔住友デュレズ(株)製、
PR940 〕をマトリックスとして体積含有率が60%になる
ように塗布し、48時間風乾してプリプレグシートを作製
した。このプリプレグシート10枚を、L型雌治具に積層
してオートクレーブに入れ、20kg/cm2の圧力を適用して
加熱温度 130℃で10時間、加熱温度 170℃で3時間の条
件により加圧成形して複合化した。次いで、複合体を窒
素ガス雰囲気に保持された焼成炉に移し、20℃/hr の昇
温速度で1000℃まで上昇して炭化処理をおこなった。こ
の材料にフルフリルアルコール初期縮合物を真空・加圧
含浸し、再び焼成炉に移して50℃/hr の昇温速度で2000
℃まで加熱して厚さ2.5mmで、縦75mm、横75mm、
長さ200mmのL型のC/C基材を作製した。
【0017】実施例1 粒径40〜300 μm の珪砂粉末と粒径40〜300 μm の黒鉛
粉末を4:1の重量比で混合した混合粉末中に、黒鉛化
炭素繊維チョップドファイバー(繊維径7μm、長さ
0.1mm) を黒鉛粉末に対して5重量%の割合で配合
し、また全重量に対して40重量%のフェノール樹脂を
加えて充分に混練したのち、前記C/C基材の形状に対
応させて成形し、L型形状の成形体を得た。この成形体
を170℃の温度で硬化したのちC/C基材面に当接し
た状態にして黒鉛容器に入れ、黒鉛容器を窒素ガス雰囲
気に保持された加熱炉中で1900℃に2時間加熱処理
して、C/C基材表面に炭化珪素の被覆層を形成した。
【0018】実施例2 添加したフェノール樹脂量を、全重量に対して60重量
%としたほかは、実施例1と同一の条件で成形体の作製
ならびに炭化珪素の被覆処理を行った。
【0019】実施例3 炭素繊維ミルドファイバー(数平均繊維長40μm )を
使用し、黒鉛粉末に対して3重量%の割合で配合したほ
かは、実施例1と同一の条件で成形体の作製ならびに炭
化珪素の被覆処理を行った。
【0020】比較例1 粒径40〜300 μm の珪砂粉末と粒径40〜300 μm の黒鉛
粉末を4:1の重量比で混合充填した黒鉛容器の中に前
記C/C基材を埋没するように入れた。黒鉛容器を窒素
ガス雰囲気に保持された加熱炉中で1900℃に2時間
加熱処理して、C/C基材表面に炭化珪素の被覆層を形
成した。
【0021】比較例2 前記C/C基材の形状にあわせて雄雌型の黒鉛治具を作
製し、黒鉛治具面に直径30mm、深さ30mmの穴を等間
隔に36個設け、この穴の中に比較例1と同一の混合粉
末を充填した。C/C基材を雄雌型の黒鉛治具間に入れ
て、窒素ガス雰囲気に保持された加熱炉中で1900℃
に2時間加熱処理して、C/C基材表面に炭化珪素の被
覆層を形成した。
【0022】このようにして形成した炭化珪素被覆層の
膜厚を走査型電子顕微鏡により測定し、その結果を表1
に示した。膜厚の測定は、被覆層の10ヶ所の点につい
て行い膜厚の均一性を比較した。また、外観検査により
被覆層の形成状況を観察してその結果も表1に併載し
た。
【0023】
【表1】
【0024】表1の結果から、実施例の場合は均等に炭
化珪素の被覆層が形成されており、膜厚の均一性が高
い。一方、比較例では膜厚は不均一であり、均等に被覆
層が形成されていないことが認められる。
【0025】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば炭化珪素
被覆用のSiOガス発生の原材料として成形体を用いる
ので、珪素源と炭材とが均等に反応し発生するSiOガ
スの濃度が均一化するので、炭化珪素の被覆層を均等に
形成することが可能である。更に混合粉体のようにハン
ドリング上の問題もなく、能率的に耐酸化処理をするこ
とができる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 珪素源と炭材の混合粉末に炭素繊維のチ
    ョップあるいはミルドおよび熱硬化性樹脂を混合し、所
    定形状に成形したのち硬化した成形体を、炭素繊維強化
    炭素複合材に当接した状態で非酸化性雰囲気下1600
    〜2000℃に加熱処理して炭化珪素の被覆層を形成す
    ることを特徴とする炭素繊維強化炭素複合材の耐酸化処
    理法。
JP21664594A 1994-08-18 1994-08-18 炭素繊維強化炭素複合材の耐酸化処理法 Expired - Lifetime JP3599791B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21664594A JP3599791B2 (ja) 1994-08-18 1994-08-18 炭素繊維強化炭素複合材の耐酸化処理法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21664594A JP3599791B2 (ja) 1994-08-18 1994-08-18 炭素繊維強化炭素複合材の耐酸化処理法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0859356A true JPH0859356A (ja) 1996-03-05
JP3599791B2 JP3599791B2 (ja) 2004-12-08

Family

ID=16691690

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP21664594A Expired - Lifetime JP3599791B2 (ja) 1994-08-18 1994-08-18 炭素繊維強化炭素複合材の耐酸化処理法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3599791B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114907145A (zh) * 2022-06-10 2022-08-16 辽宁奥亿达新材料有限公司 一种碳纤维复合材料表面碳化硅涂层胶及其制备使用方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114907145A (zh) * 2022-06-10 2022-08-16 辽宁奥亿达新材料有限公司 一种碳纤维复合材料表面碳化硅涂层胶及其制备使用方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP3599791B2 (ja) 2004-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6773528B2 (en) Process for producing fiber-reinforced-silicon carbide composites
EP2543650B1 (en) Method for manufacturing high-density fiber reinforced ceramic composite materials
US5067999A (en) Method for providing a silicon carbide matrix in carbon-fiber reinforced composites
JP2006290670A (ja) 繊維強化炭化ケイ素複合材料及びその製造方法
JP2879675B1 (ja) 二次元繊維強化炭化ケイ素/炭素複合セラミックスの製造方法
JP2607409B2 (ja) 炭素繊維強化炭素複合材の耐酸化処理法
Marković Use of coal tar pitch in carboncarbon composites
JP3599791B2 (ja) 炭素繊維強化炭素複合材の耐酸化処理法
JPH02111679A (ja) 耐酸化性炭素繊維強化炭素材の製造方法
JP3494533B2 (ja) 耐酸化性c/c複合材の製造方法
JP2579563B2 (ja) 炭素繊維強化炭素複合材の耐酸化処理法
JPH0848509A (ja) 炭素質多孔体の製造方法
JP3548597B2 (ja) 炭素繊維強化炭素複合材の耐酸化処理方法
JPH11292647A (ja) 炭素繊維強化複合材料及びその製造方法
JPH0532457A (ja) 炭素繊維強化炭素複合材料及びその製造方法
JP4208217B2 (ja) 耐酸化性c/c複合材の製造方法
JP2001181062A (ja) 樹脂含浸炭素繊維強化炭素複合材とその製造方法
JP2579560B2 (ja) 炭素繊維強化炭素材の耐酸化処理法
JPH0952777A (ja) 耐酸化性c/c複合材の製造方法
JP3461424B2 (ja) 耐酸化性c/c複合材の製造方法
JPH0735313B2 (ja) 炭素/炭素複合材の表面処理方法
JPH11199354A (ja) 耐酸化性c/c複合材及びその製造方法
JPH07133173A (ja) 耐酸化性炭素繊維強化炭素材の製造方法
JP2000219584A (ja) 炭化ケイ素被覆した炭素繊維強化炭素複合材料及びその製造方法
JPH08169786A (ja) 耐酸化性炭素繊維強化炭素複合材の製造法

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040628

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040702

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040824

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: 20040914

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040915

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070924

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080924

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080924

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090924

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100924

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110924

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120924

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120924

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130924

Year of fee payment: 9

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term