JPH10101444A - Ｃ／ｃ複合材およびその製造方法 - Google Patents
Ｃ／ｃ複合材およびその製造方法Info
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- JPH10101444A JPH10101444A JP8255072A JP25507296A JPH10101444A JP H10101444 A JPH10101444 A JP H10101444A JP 8255072 A JP8255072 A JP 8255072A JP 25507296 A JP25507296 A JP 25507296A JP H10101444 A JPH10101444 A JP H10101444A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 層間剪断強度により一層優れ、耐久性がさら
に向上したＣ／Ｃ複合材を提供する。 【解決手段】 炭素繊維と、炭素質フィラー材を含有し
た炭素質マトリックス材とでプリフォームを成形したの
ち適宜積層し、炭化処理ないしは炭化処理および黒鉛化
処理を施すことによって、炭化ないしは黒鉛化した炭素
質マトリックス２中に炭素繊維３を配向させてなりかつ
前記炭素質マトリックス２中に炭素質フィラー材４が分
散しているＣ／Ｃ複合材１を製造する。
に向上したＣ／Ｃ複合材を提供する。 【解決手段】 炭素繊維と、炭素質フィラー材を含有し
た炭素質マトリックス材とでプリフォームを成形したの
ち適宜積層し、炭化処理ないしは炭化処理および黒鉛化
処理を施すことによって、炭化ないしは黒鉛化した炭素
質マトリックス２中に炭素繊維３を配向させてなりかつ
前記炭素質マトリックス２中に炭素質フィラー材４が分
散しているＣ／Ｃ複合材１を製造する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、軽量でかつ耐熱・
耐食性に優れたＣ／Ｃ複合材（炭素繊維／炭素複合材）
およびその製造方法に係わり、例えば、宇宙航空機器や
化学装置，溶解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・部位等の素材として好適に利用
されるＣ／Ｃ複合材およびその製造方法に関するもので
ある。
耐食性に優れたＣ／Ｃ複合材（炭素繊維／炭素複合材）
およびその製造方法に係わり、例えば、宇宙航空機器や
化学装置，溶解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・部位等の素材として好適に利用
されるＣ／Ｃ複合材およびそ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複合材は、通常の炭素材料に比べて高
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、あ
るいはまた各種化学装置や非汚染溶解装置などの素材と
しても利用されている。
クスとしたＣ／Ｃ複合材は、通常の炭素材料に比べて高
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、あ
るいはまた各種化学装置や非汚染溶解装置などの素材と
しても利用されている。
【０００３】このようなＣ／Ｃ複合材を構成する炭素繊
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、ピッチのほか、フェノール樹脂，エポキシ樹脂，フ
ラン樹脂，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
いる。
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、ピッチのほか、フェノール樹脂，エポキシ樹脂，フ
ラン樹脂，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
いる。
【０００４】従来、この種のＣ／Ｃ複合材を製造するに
際しては、図１０に示すように、炭素繊維として、高強
度（ＨＴ）品とする場合には例えばＰＡＮ系繊維を使用
し、高弾性（ＨＭ）品とする場合には例えばピッチ系の
炭素繊維を使用し、この炭素繊維にマトリックス材とし
て、ピッチや、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
リプレグを適宜積層してプリフォームに成形する。
際しては、図１０に示すように、炭素繊維として、高強
度（ＨＴ）品とする場合には例えばＰＡＮ系繊維を使用
し、高弾性（ＨＭ）品とする場合には例えばピッチ系の
炭素繊維を使用し、この炭素繊維にマトリックス材とし
て、ピッチや、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
リプレグを適宜積層してプリフォームに成形する。
【０００５】次いで、プリフォームに成形したのち例え
ば５００〜９００℃程度の温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、さ
らに場合によってより一層緻密化して密度をさらに向上
させるために、ピッチ含浸と、ＨＩＰ（熱間等方圧圧
縮；圧力１０００ｋｇｆ／ｃｍ２程度、温度６００〜７
００℃程度）による高圧炭化処理と、さらには２０００
〜３０００℃程度の温度での黒鉛化処理を適宜繰返すこ
とによってＣ／Ｃ複合材を得るようにしていた。
ば５００〜９００℃程度の温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、さ
らに場合によってより一層緻密化して密度をさらに向上
させるために、ピッチ含浸と、ＨＩＰ（熱間等方圧圧
縮；圧力１０００ｋｇｆ／ｃｍ２程度、温度６００〜７
００℃程度）による高圧炭化処理と、さらには２０００
〜３０００℃程度の温度での黒鉛化処理を適宜繰返すこ
とによってＣ／Ｃ複合材を得るようにしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このようにして製造さ
れたＣ／Ｃ複合材は、前述したように、軽量でかつ耐熱
・耐食性に著しく優れたものであるが、それでもなお、
従来よりもさらに破壊応力（曲げ強度や層間剪断強度な
ど）が大であって耐久性により一層優れたＣ／Ｃ複合材
の開発が望まれているという課題があった。
れたＣ／Ｃ複合材は、前述したように、軽量でかつ耐熱
・耐食性に著しく優れたものであるが、それでもなお、
従来よりもさらに破壊応力（曲げ強度や層間剪断強度な
ど）が大であって耐久性により一層優れたＣ／Ｃ複合材
の開発が望まれているという課題があった。
【０００７】
【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、曲げ強度や層間剪断強度
などの強度特性が従来以上にさらに向上したものとな
り、破壊応力をより一層増大させたものとすることがで
き、耐久性により一層優れたＣ／Ｃ複合材を提供するこ
とを目的としている。
がみてなされたものであって、曲げ強度や層間剪断強度
などの強度特性が従来以上にさらに向上したものとな
り、破壊応力をより一層増大させたものとすることがで
き、耐久性により一層優れたＣ／Ｃ複合材を提供するこ
とを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係わるＣ／Ｃ複
合材は、請求項１に記載しているように、炭化ないしは
黒鉛化した炭素質マトリックス中に炭素繊維を配向させ
てなり、前記炭素質マトリックス中に炭素質フィラー材
が分散してなる構成としたことを特徴としている。
合材は、請求項１に記載しているように、炭化ないしは
黒鉛化した炭素質マトリックス中に炭素繊維を配向させ
てなり、前記炭素質マトリックス中に炭素質フィラー材
が分散してなる構成としたことを特徴としている。
【０００９】そして、本発明に係わるＣ／Ｃ複合材の実
施態様においては、請求項２に記載しているように、炭
化繊維の繊維体積率が全体の４０〜７０体積％であるも
のとすることができ、また、請求項３に記載しているよ
うに、炭素質フィラー材はカーボンブラック，コロイダ
ルグラファイトのうちから選ばれるものとすることがで
き、請求項４に記載しているように、炭素質フィラー材
は粒径が０．０１〜２．０μｍの範囲内にあるものとす
ることができ、請求項５に記載しているように、炭素質
マトリックス中における炭素質フィラー材の含有量が１
〜２０重量％であるものとすることができる。
施態様においては、請求項２に記載しているように、炭
化繊維の繊維体積率が全体の４０〜７０体積％であるも
のとすることができ、また、請求項３に記載しているよ
うに、炭素質フィラー材はカーボンブラック，コロイダ
ルグラファイトのうちから選ばれるものとすることがで
き、請求項４に記載しているように、炭素質フィラー材
は粒径が０．０１〜２．０μｍの範囲内にあるものとす
ることができ、請求項５に記載しているように、炭素質
マトリックス中における炭素質フィラー材の含有量が１
〜２０重量％であるものとすることができる。
【００１０】本発明に係わるＣ／Ｃ複合材の製造方法
は、請求項６に記載しているように、炭化ないしは黒鉛
化した炭素質マトリックス中に炭素繊維を配向させてな
り、前記炭素質マトリックス中に炭素質フィラー材が分
散しているＣ／Ｃ複合材を製造するに際し、炭素繊維
と、炭素質フィラー材を含有した炭素質マトリックス材
とでプリフォームを成形したのち適宜積層し、炭化処理
ないしは炭化処理および黒鉛化処理を施すようにしたこ
とを特徴としている。
は、請求項６に記載しているように、炭化ないしは黒鉛
化した炭素質マトリックス中に炭素繊維を配向させてな
り、前記炭素質マトリックス中に炭素質フィラー材が分
散しているＣ／Ｃ複合材を製造するに際し、炭素繊維
と、炭素質フィラー材を含有した炭素質マトリックス材
とでプリフォームを成形したのち適宜積層し、炭化処理
ないしは炭化処理および黒鉛化処理を施すようにしたこ
とを特徴としている。
【００１１】そして、本発明に係わるＣ／Ｃ複合材の製
造方法の実施態様においては、請求項７に記載している
ように、炭素質フィラー材はカーボンブラック粒子，コ
ロイダルグラファイト粒子のうちから選ばれるものとす
ることができ、請求項８に記載しているように、炭素質
マトリックス材はピッチからなるものとすることがで
き、請求項９に記載しているように、炭素質マトリック
ス材は熱硬化性樹脂からなるものとすることができ、あ
るいは請求項１０に記載しているように、ピッチ含浸と
高圧炭化処理と黒鉛化処理を繰返し施してさらに緻密化
するようになすことができる。
造方法の実施態様においては、請求項７に記載している
ように、炭素質フィラー材はカーボンブラック粒子，コ
ロイダルグラファイト粒子のうちから選ばれるものとす
ることができ、請求項８に記載しているように、炭素質
マトリックス材はピッチからなるものとすることがで
き、請求項９に記載しているように、炭素質マトリック
ス材は熱硬化性樹脂からなるものとすることができ、あ
るいは請求項１０に記載しているように、ピッチ含浸と
高圧炭化処理と黒鉛化処理を繰返し施してさらに緻密化
するようになすことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は本発明によるＣ／Ｃ複合材
の模型的拡大断面構造を示すものであって、このＣ／Ｃ
複合材１は、炭化ないしは黒鉛化した炭素質マトリック
ス２の中に炭素繊維（束）３を配向させてなり、前記炭
素質マトリックス２の中に炭素質フィラー材４が分散し
てなる構造を有するものである。
の模型的拡大断面構造を示すものであって、このＣ／Ｃ
複合材１は、炭化ないしは黒鉛化した炭素質マトリック
ス２の中に炭素繊維（束）３を配向させてなり、前記炭
素質マトリックス２の中に炭素質フィラー材４が分散し
てなる構造を有するものである。
【００１３】このような構造を有する本発明によるＣ／
Ｃ複合材１を製造するに際しては、図２に示すように、
まず、炭素繊維と、炭素質フィラー材を添加した炭素質
マトリックス材とでプリフォームを成形する。
Ｃ複合材１を製造するに際しては、図２に示すように、
まず、炭素繊維と、炭素質フィラー材を添加した炭素質
マトリックス材とでプリフォームを成形する。
【００１４】この場合、炭素繊維（ＣＦ）としては、高
強度（ＨＴ）のＣ／Ｃ複合材を得る場合には例えばＰＡ
Ｎ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複合材を得る場合には例えばピッチ
系のものを用いることができる。
強度（ＨＴ）のＣ／Ｃ複合材を得る場合には例えばＰＡ
Ｎ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複合材を得る場合には例えばピッチ
系のものを用いることができる。
【００１５】そして、この炭素繊維は、Ｃ／Ｃ複合材中
に４０〜７０体積％の配合量となるようにすることがよ
り望ましく、繊維量が４０体積％よりも少ないと高強度
ないしは高弾性のＣ／Ｃ複合材を得がたい傾向となり、
７０体積％よりも多いとマトリックスである炭素の特性
を得がたい傾向となる。
に４０〜７０体積％の配合量となるようにすることがよ
り望ましく、繊維量が４０体積％よりも少ないと高強度
ないしは高弾性のＣ／Ｃ複合材を得がたい傾向となり、
７０体積％よりも多いとマトリックスである炭素の特性
を得がたい傾向となる。
【００１６】また、炭素質マトリックス材としては、ピ
ッチや、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂，エポキシ
樹脂，フラン樹脂，イミド樹脂などを用いることができ
る。
ッチや、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂，エポキシ
樹脂，フラン樹脂，イミド樹脂などを用いることができ
る。
【００１７】そして、この炭素質マトリックス材に添加
する炭素質フィラー材としては、カーボンブラック粒子
やコロイダルグラファイト粒子などを用いることができ
る。
する炭素質フィラー材としては、カーボンブラック粒子
やコロイダルグラファイト粒子などを用いることができ
る。
【００１８】この場合、炭素質フィラー材の添加量とし
ては、炭化ないしは黒鉛化後において炭素質マトリック
ス中に１〜２０重量％含有させる量とすることがより望
ましい。ここで、炭化ないしは黒鉛化した炭素質マトリ
ックス中で分散する炭素質フィラー材の量が１重量％よ
りも少ないと、Ｃ／Ｃ複合材の曲げ強度や層間剪断強度
などを向上させる作用が少なく、２０重量％よりも多い
と引張強度や靭性などの特性が低下する傾向となる。
ては、炭化ないしは黒鉛化後において炭素質マトリック
ス中に１〜２０重量％含有させる量とすることがより望
ましい。ここで、炭化ないしは黒鉛化した炭素質マトリ
ックス中で分散する炭素質フィラー材の量が１重量％よ
りも少ないと、Ｃ／Ｃ複合材の曲げ強度や層間剪断強度
などを向上させる作用が少なく、２０重量％よりも多い
と引張強度や靭性などの特性が低下する傾向となる。
【００１９】また、炭素質フィラー材の粒径としては
０．０１〜２．０μｍ程度のものを用いることがより望
ましく、粒径を０．０１μｍよりも小さいものとするこ
とは製造性を低下させる傾向となり、２．０μｍよりも
大きいものとすることは炭素質マトリックスの強度およ
び靭性を低下させる傾向となる。
０．０１〜２．０μｍ程度のものを用いることがより望
ましく、粒径を０．０１μｍよりも小さいものとするこ
とは製造性を低下させる傾向となり、２．０μｍよりも
大きいものとすることは炭素質マトリックスの強度およ
び靭性を低下させる傾向となる。
【００２０】次に、上記のごとくしてプリフォームを成
形したのち、場合によっては適宜に積層して所望寸法の
プリフォームに成形したあと、例えば５００〜９００℃
程度の温度で炭化処理を行い、場合によってはさらに２
０００〜３０００℃程度の温度で焼成することによって
黒鉛化処理を行う。
形したのち、場合によっては適宜に積層して所望寸法の
プリフォームに成形したあと、例えば５００〜９００℃
程度の温度で炭化処理を行い、場合によってはさらに２
０００〜３０００℃程度の温度で焼成することによって
黒鉛化処理を行う。
【００２１】そしてさらに緻密化して密度をより一層向
上させるようにする場合には、ピッチ含浸とＨＩＰ（熱
間等方圧圧縮；圧力１０００ｋｇｆ／ｃｍ２程度、温度
６００〜７００℃程度）による高圧炭化処理を行い、次
いで２０００〜３０００℃程度の温度で焼成することに
よって黒鉛化処理を行い、必要に応じてこのような緻密
化工程を繰返えし施すことによって高密度化したＣ／Ｃ
複合材を得る。
上させるようにする場合には、ピッチ含浸とＨＩＰ（熱
間等方圧圧縮；圧力１０００ｋｇｆ／ｃｍ２程度、温度
６００〜７００℃程度）による高圧炭化処理を行い、次
いで２０００〜３０００℃程度の温度で焼成することに
よって黒鉛化処理を行い、必要に応じてこのような緻密
化工程を繰返えし施すことによって高密度化したＣ／Ｃ
複合材を得る。
【００２２】このようにして得たＣ／Ｃ複合材は、従来
と同様に、軽量でかつ耐熱・耐食性に著しく優れたもの
であるが、それに加えて、炭素質マトリックス中に炭素
質フィラー材が混入されて分散しているものとなってい
ることから、炭素質マトリックスの組織が従来以上に微
細化されたものとなり、その結果、破壊過程での亀裂進
展が炭素質マトリックス部分で分散されることとなって
破壊応力が上昇し、従来以上に曲げ強度や層間剪断強度
がより一層向上した耐久性に著しく優れたＣ／Ｃ複合材
となる。
と同様に、軽量でかつ耐熱・耐食性に著しく優れたもの
であるが、それに加えて、炭素質マトリックス中に炭素
質フィラー材が混入されて分散しているものとなってい
ることから、炭素質マトリックスの組織が従来以上に微
細化されたものとなり、その結果、破壊過程での亀裂進
展が炭素質マトリックス部分で分散されることとなって
破壊応力が上昇し、従来以上に曲げ強度や層間剪断強度
がより一層向上した耐久性に著しく優れたＣ／Ｃ複合材
となる。
【００２３】
【発明の効果】本発明によるＣ／Ｃ複合材は、炭化ない
しは黒鉛化した炭素質マトリックス中に炭素繊維を配向
させてなり、前記炭素質マトリックス中に炭素質フィラ
ー材が分散してなるものであるから、曲げ強度や層間剪
断強度などの特性が従来以上にさらに向上したものとな
り、破壊応力をより一層増大させたものとすることが可
能であって、耐久性により一層優れたＣ／Ｃ複合材を提
供することが可能であるという著大なる効果がもたらさ
れる。
しは黒鉛化した炭素質マトリックス中に炭素繊維を配向
させてなり、前記炭素質マトリックス中に炭素質フィラ
ー材が分散してなるものであるから、曲げ強度や層間剪
断強度などの特性が従来以上にさらに向上したものとな
り、破壊応力をより一層増大させたものとすることが可
能であって、耐久性により一層優れたＣ／Ｃ複合材を提
供することが可能であるという著大なる効果がもたらさ
れる。
【００２４】そして、請求項２に記載しているように、
炭素繊維の繊維体積率が全体の４０〜７０体積％である
ものとすることによって、炭素繊維がもつ高強度ないし
は高弾性特性を活かしたＣ／Ｃ複合材を提供することが
可能であるという優れた効果がもたらされる。
炭素繊維の繊維体積率が全体の４０〜７０体積％である
ものとすることによって、炭素繊維がもつ高強度ないし
は高弾性特性を活かしたＣ／Ｃ複合材を提供することが
可能であるという優れた効果がもたらされる。
【００２５】また、請求項３に記載しているように、炭
素質フィラー材はカーボンブラック，コロイダルグラフ
ァイトのうちから選ばれるものとすることによって、炭
素質マトリックスの破壊応力を増大したものとすること
が可能となり、請求項４に記載しているように、炭素質
フィラー材は粒径が０．０１〜２．０μｍの範囲内にあ
るものとすることによって、製造性を低下させることな
く炭素質マトリックスの曲げ強度および層間剪断強度を
増大させ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。
素質フィラー材はカーボンブラック，コロイダルグラフ
ァイトのうちから選ばれるものとすることによって、炭
素質マトリックスの破壊応力を増大したものとすること
が可能となり、請求項４に記載しているように、炭素質
フィラー材は粒径が０．０１〜２．０μｍの範囲内にあ
るものとすることによって、製造性を低下させることな
く炭素質マトリックスの曲げ強度および層間剪断強度を
増大させ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。
【００２６】さらに、請求項５に記載しているように、
炭素質マトリックス中における炭素質フィラー材の含有
量が１〜２０重量％であるものとすることによって、炭
素質マトリックスの引張強度や靭性を低下させることな
く破壊応力を増大させ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。
炭素質マトリックス中における炭素質フィラー材の含有
量が１〜２０重量％であるものとすることによって、炭
素質マトリックスの引張強度や靭性を低下させることな
く破壊応力を増大させ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。
【００２７】本発明に係わるＣ／Ｃ複合材の製造方法
は、炭化ないしは黒鉛化した炭素質マトリックス中に炭
素繊維を配向させてなり、前記炭素質マトリックス中に
炭素質フィラー材が分散してなるＣ／Ｃ複合材を製造す
るに際し、炭素繊維と、炭素質フィラー材を含有した炭
素質マトリックス材とでプリフォームを成形したのち適
宜積層し、炭化処理ないしは炭化処理および黒鉛化処理
を施すようにしたから、曲げ強度や層間剪断強度が従来
以上にさらに向上しており、破壊応力がより一層増大し
ていて、耐久性により優れたＣ／Ｃ複合材を製造するこ
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。
は、炭化ないしは黒鉛化した炭素質マトリックス中に炭
素繊維を配向させてなり、前記炭素質マトリックス中に
炭素質フィラー材が分散してなるＣ／Ｃ複合材を製造す
るに際し、炭素繊維と、炭素質フィラー材を含有した炭
素質マトリックス材とでプリフォームを成形したのち適
宜積層し、炭化処理ないしは炭化処理および黒鉛化処理
を施すようにしたから、曲げ強度や層間剪断強度が従来
以上にさらに向上しており、破壊応力がより一層増大し
ていて、耐久性により優れたＣ／Ｃ複合材を製造するこ
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。
【００２８】そして、請求項７に記載しているように、
炭素質フィラー材はカーボンブラック粒子，コロイダル
グラファイト粒子のうちから選ばれるものとすることに
よって、炭素質マトリックスの破壊応力が増大したＣ／
Ｃ複合材を製造することが可能であり、請求項８に記載
しているように、炭素質マトリックス材はピッチからな
るものとすることによって、ＦＲＰ状態を経ることなく
Ｃ／Ｃ複合材の製造を行うことが可能となり、請求項９
に記載しているように、炭素質マトリックス材は熱硬化
性樹脂からなるものとすることによって、耐熱・耐食性
に著しく優れたＣ／Ｃ複合材を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。
炭素質フィラー材はカーボンブラック粒子，コロイダル
グラファイト粒子のうちから選ばれるものとすることに
よって、炭素質マトリックスの破壊応力が増大したＣ／
Ｃ複合材を製造することが可能であり、請求項８に記載
しているように、炭素質マトリックス材はピッチからな
るものとすることによって、ＦＲＰ状態を経ることなく
Ｃ／Ｃ複合材の製造を行うことが可能となり、請求項９
に記載しているように、炭素質マトリックス材は熱硬化
性樹脂からなるものとすることによって、耐熱・耐食性
に著しく優れたＣ／Ｃ複合材を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。
【００２９】さらに、請求項１０に記載しているよう
に、ピッチ含浸と高圧炭化処理と黒鉛化処理を繰返し施
してさらに緻密化するようになすことによって、強度が
より一層増大したＣ／Ｃ複合材を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。
に、ピッチ含浸と高圧炭化処理と黒鉛化処理を繰返し施
してさらに緻密化するようになすことによって、強度が
より一層増大したＣ／Ｃ複合材を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。
【００３０】
【実施例】実施例１ 炭素繊維として高弾性炭素繊維（東レ（株）製 商品記
号：Ｍ４０）を使用すると共に、炭素質マトリックス材
としてピッチ（川崎製鉄（株）製 商品記号：ＰＫ−Ｑ
Ｌ）を使用し、炭素質マトリックス材には炭素質フィラ
ー材として、３，５，１０，２０重量％のカーボンブラ
ック粒子（粒子径２４ｎｍ）を添加したものを用いた。
号：Ｍ４０）を使用すると共に、炭素質マトリックス材
としてピッチ（川崎製鉄（株）製 商品記号：ＰＫ−Ｑ
Ｌ）を使用し、炭素質マトリックス材には炭素質フィラ
ー材として、３，５，１０，２０重量％のカーボンブラ
ック粒子（粒子径２４ｎｍ）を添加したものを用いた。
【００３１】次いで、上記高弾性炭素繊維と、カーボン
ブラック粒子を添加した炭素質マトリックス材とでプリ
フォームを成形した。この場合、炭素繊維の含有量は、
Ｃ／Ｃ複合材中に６０体積％含まれる量とした。また、
０°方向と９０°方向に交互に合計１４層積層して積層
プリフォームを成形した。
ブラック粒子を添加した炭素質マトリックス材とでプリ
フォームを成形した。この場合、炭素繊維の含有量は、
Ｃ／Ｃ複合材中に６０体積％含まれる量とした。また、
０°方向と９０°方向に交互に合計１４層積層して積層
プリフォームを成形した。
【００３２】続いて、上記のようにして積層プリフォー
ムを成形したのち温度７００℃で炭化処理を行い、さら
に温度２５００℃で黒鉛化処理を行った。
ムを成形したのち温度７００℃で炭化処理を行い、さら
に温度２５００℃で黒鉛化処理を行った。
【００３３】さらに、より一層緻密化して密度を向上さ
せるために、ピッチ含浸と、圧力１０００ｋｇｆ／ｃｍ
２，温度６５０℃での高圧炭化処理と、温度２５００℃
での黒鉛化処理を３回繰返し行って本発明実施例１のＣ
／Ｃ複合材を得た。
せるために、ピッチ含浸と、圧力１０００ｋｇｆ／ｃｍ
２，温度６５０℃での高圧炭化処理と、温度２５００℃
での黒鉛化処理を３回繰返し行って本発明実施例１のＣ
／Ｃ複合材を得た。
【００３４】実施例２ 炭素繊維にとして高弾性炭素繊維（東レ（株）製 商品
記号：Ｍ４０）を使用すると共に、炭素質マトリックス
材としてピッチ（川崎製鉄（株）製 商品記号：ＰＫ−
ＱＬ）を使用し、炭素質マトリックス材には炭素質フィ
ラー材として、３，５，１０，２０重量％のコロイダル
グラファイト粒子（粒子径１μｍ以下）を添加したもの
を用いた。
記号：Ｍ４０）を使用すると共に、炭素質マトリックス
材としてピッチ（川崎製鉄（株）製 商品記号：ＰＫ−
ＱＬ）を使用し、炭素質マトリックス材には炭素質フィ
ラー材として、３，５，１０，２０重量％のコロイダル
グラファイト粒子（粒子径１μｍ以下）を添加したもの
を用いた。
【００３５】次いで、上記高弾性炭素繊維と、コロイダ
ルグラファイト粒子を添加した炭素質マトリックス材と
でプリフォームを成形した。この場合、炭素繊維の含有
量は、Ｃ／Ｃ複合材中に６０体積％含まれる量とした。
また、０°方向と９０°方向に交互に合計１４層積層し
て積層プリフォームを成形した。
ルグラファイト粒子を添加した炭素質マトリックス材と
でプリフォームを成形した。この場合、炭素繊維の含有
量は、Ｃ／Ｃ複合材中に６０体積％含まれる量とした。
また、０°方向と９０°方向に交互に合計１４層積層し
て積層プリフォームを成形した。
【００３６】続いて、上記のようにして積層プリフォー
ムを成形したのち温度７００℃で炭化処理を行い、さら
に温度２５００℃で黒鉛化処理を行った。
ムを成形したのち温度７００℃で炭化処理を行い、さら
に温度２５００℃で黒鉛化処理を行った。
【００３７】さらに、より一層緻密化して密度を向上さ
せるために、ピッチ含浸と、圧力１０００ｋｇｆ／ｃｍ
２，温度６５０℃での高圧炭化処理と、温度２５００℃
での黒鉛化処理を３回繰返し行って本発明実施例２のＣ
／Ｃ複合材を得た。
せるために、ピッチ含浸と、圧力１０００ｋｇｆ／ｃｍ
２，温度６５０℃での高圧炭化処理と、温度２５００℃
での黒鉛化処理を３回繰返し行って本発明実施例２のＣ
／Ｃ複合材を得た。
【００３８】評価試験 ◎ 実施例１，２で得たＣ／Ｃ複合材と炭素質フィラー
材を含有させない従来例のＣ／Ｃ複合材について、見か
け密度をアルキメデス法により測定したところ、図３に
示す結果であった。
材を含有させない従来例のＣ／Ｃ複合材について、見か
け密度をアルキメデス法により測定したところ、図３に
示す結果であった。
【００３９】図３に示すように、炭素質フィラー材の添
加量によってＣ／Ｃ複合材の見かけ密度はほとんど変化
しないものとなっていた。
加量によってＣ／Ｃ複合材の見かけ密度はほとんど変化
しないものとなっていた。
【００４０】◎ 実施例１，２で得たＣ／Ｃ複合材と炭
素質フィラー材を含有させない従来例のＣ／Ｃ複合材に
ついて、図４に示す形状の曲げ試験片１１を用い、この
曲げ試験片１１を左右の支点１２Ａ，１２Ｂで支えた状
態にして圧子１３で加圧する曲げ試験を行ったところ、
図５に示す結果であった。
素質フィラー材を含有させない従来例のＣ／Ｃ複合材に
ついて、図４に示す形状の曲げ試験片１１を用い、この
曲げ試験片１１を左右の支点１２Ａ，１２Ｂで支えた状
態にして圧子１３で加圧する曲げ試験を行ったところ、
図５に示す結果であった。
【００４１】図５に示すように、炭素質フィラー材を添
加することによって曲げ強度が増大することが確かめら
れ、カーボンブラック粒子の場合には３〜１０重量％で
より大きな曲げ強度を得ることができ、コロイダルグラ
ファイト粒子の場合には１０〜２０重量％程度でより大
きな曲げ強度を得ることができることが認められた。
加することによって曲げ強度が増大することが確かめら
れ、カーボンブラック粒子の場合には３〜１０重量％で
より大きな曲げ強度を得ることができ、コロイダルグラ
ファイト粒子の場合には１０〜２０重量％程度でより大
きな曲げ強度を得ることができることが認められた。
【００４２】◎ 実施例１，２で得たＣ／Ｃ複合材と炭
素質フィラー材を含有させない従来例のＣ／Ｃ複合材に
ついて、図６に示す層間剪断試験片１４を用い、この層
間剪断試験片１４を左右の支点１５Ａ，１５Ｂで支えた
状態にして圧子１６で加圧する層間剪断試験を行ったと
ころ、図７に示す結果であった。
素質フィラー材を含有させない従来例のＣ／Ｃ複合材に
ついて、図６に示す層間剪断試験片１４を用い、この層
間剪断試験片１４を左右の支点１５Ａ，１５Ｂで支えた
状態にして圧子１６で加圧する層間剪断試験を行ったと
ころ、図７に示す結果であった。
【００４３】図７に示すように、炭素質フィラー材の添
加量を増大することによってＣ／Ｃ複合材の層間剪断強
度をかなり向上できることが認められた。
加量を増大することによってＣ／Ｃ複合材の層間剪断強
度をかなり向上できることが認められた。
【００４４】◎ 実施例１，２で得たＣ／Ｃ複合材と炭
素質フィラー材を含有させない従来例のＣ／Ｃ複合材に
ついて、図８に示す形状の引張試験片１７を用いること
によって、引張試験を行ったところ、図９に示す結果で
あった。
素質フィラー材を含有させない従来例のＣ／Ｃ複合材に
ついて、図８に示す形状の引張試験片１７を用いること
によって、引張試験を行ったところ、図９に示す結果で
あった。
【００４５】図９に示すように、炭素質フィラー材を添
加することによって引張強度が低下する傾向もみられ、
したがって、他の部材・部位との引張強度バランスを取
る際に炭素質フィラー材の添加量を調整する手法を採用
することも可能であることが確かめられた。
加することによって引張強度が低下する傾向もみられ、
したがって、他の部材・部位との引張強度バランスを取
る際に炭素質フィラー材の添加量を調整する手法を採用
することも可能であることが確かめられた。
【図１】 本発明の一実施例によるＣ／Ｃ複合材の断面
構造を模型的に示す説明図である。
構造を模型的に示す説明図である。
【図２】 本発明によるＣ／Ｃ複合材の製造工程を例示
する説明図である。
する説明図である。
【図３】 本発明の実施例において炭素質マトリックス
中における炭素質フィラー材の添加量による密度（かさ
密度）への影響を調べた結果を例示するグラフである。
中における炭素質フィラー材の添加量による密度（かさ
密度）への影響を調べた結果を例示するグラフである。
【図４】 本発明の評価試験において用いた曲げ試験片
および曲げ試験要領の正面説明図（図４の（Ａ））なら
びに曲げ試験片の側面説明図（図４の（Ｂ））である。
および曲げ試験要領の正面説明図（図４の（Ａ））なら
びに曲げ試験片の側面説明図（図４の（Ｂ））である。
【図５】 本発明の実施例において炭素質マトリックス
中における炭素質フィラー材の添加量による曲げ強度へ
の影響を調べた結果を例示するグラフである。
中における炭素質フィラー材の添加量による曲げ強度へ
の影響を調べた結果を例示するグラフである。
【図６】 本発明の評価試験において用いた層間剪断試
験片および層間剪断試験要領の正面説明図（図６の
（Ａ））ならびに層間剪試験片の側面説明図（図６の
（Ｂ））である。
験片および層間剪断試験要領の正面説明図（図６の
（Ａ））ならびに層間剪試験片の側面説明図（図６の
（Ｂ））である。
【図７】 本発明の実施例において炭素質マトリックス
中における炭素質フィラー材の添加量による層間剪断強
度への影響を調べた結果を例示するグラフである。
中における炭素質フィラー材の添加量による層間剪断強
度への影響を調べた結果を例示するグラフである。
【図８】 本発明の評価試験において用いた引張試験片
の平面説明図である。
の平面説明図である。
【図９】 本発明の実施例において炭素質マトリックス
中における炭素質フィラー材の添加量による引張強度へ
の影響を調べた結果を例示するグラフである。
中における炭素質フィラー材の添加量による引張強度へ
の影響を調べた結果を例示するグラフである。
【図１０】 従来例におけるＣ／Ｃ複合材の製造工程を
例示する説明図である。
例示する説明図である。
１ Ｃ／Ｃ複合材 ２ 炭素質マトリックス ３ 炭素繊維（束） ４ 炭素質フィラー材
Claims (10)
- 【請求項１】 炭化ないしは黒鉛化した炭素質マトリッ
クス中に炭素繊維を配向させてなり、前記炭素質マトリ
ックス中に炭素質フィラー材が分散していることを特徴
とするＣ／Ｃ複合材。 - 【請求項２】 炭素繊維の繊維体積率が全体の４０〜７
０体積％である請求項１に記載のＣ／Ｃ複合材。 - 【請求項３】 炭素質フィラー材はカーボンブラック，
コロイダルグラファイトのうちから選ばれる請求項１ま
たは２に記載のＣ／Ｃ複合材。 - 【請求項４】 炭素質フィラー材は粒径が０．０１〜
２．０μｍの範囲内にある請求項１ないし３のいずれか
に記載のＣ／Ｃ複合材。 - 【請求項５】 炭素質マトリックス中における炭素質フ
ィラー材の含有量が１〜２０重量％である請求項１ない
し４のいずれかに記載のＣ／Ｃ複合材。 - 【請求項６】 炭化ないしは黒鉛化した炭素質マトリッ
クス中に炭素繊維を配向させてなり、前記炭素質マトリ
ックス中に炭素質フィラー材が分散しているＣ／Ｃ複合
材を製造するに際し、炭素繊維と、炭素質フィラー材を
含有した炭素質マトリックス材とでプリフォームを成形
したのち、炭化処理ないしは炭化処理および黒鉛化処理
を施すことを特徴とするＣ／Ｃ複合材の製造方法。 - 【請求項７】 炭素質フィラー材はカーボンブラック粒
子，コロイダルグラファイト粒子のうちから選ばれる請
求項６に記載のＣ／Ｃ複合材の製造方法。 - 【請求項８】 炭素質マトリックス材はピッチからなる
ものとする請求項６または７に記載のＣ／Ｃ複合材の製
造方法。 - 【請求項９】 炭素質マトリックス材は熱硬化性樹脂か
らなるものとする請求項６または７に記載のＣ／Ｃ複合
材の製造方法。 - 【請求項１０】 ピッチ含浸と高圧炭化処理と黒鉛化処
理を繰返し施してさらに緻密化する請求項６ないし９の
いずれかに記載のＣ／Ｃ複合材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8255072A JPH10101444A (ja) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | Ｃ／ｃ複合材およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8255072A JPH10101444A (ja) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | Ｃ／ｃ複合材およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10101444A true JPH10101444A (ja) | 1998-04-21 |
Family
ID=17273752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8255072A Pending JPH10101444A (ja) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | Ｃ／ｃ複合材およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10101444A (ja) |
-
1996
- 1996-09-26 JP JP8255072A patent/JPH10101444A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060703 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060710 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070403 |