JPH11130537A - Production of carbon composite material of particulate-dispersed type - Google Patents

Production of carbon composite material of particulate-dispersed type

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JPH11130537A
JPH11130537A JP9315815A JP31581597A JPH11130537A JP H11130537 A JPH11130537 A JP H11130537A JP 9315815 A JP9315815 A JP 9315815A JP 31581597 A JP31581597 A JP 31581597A JP H11130537 A JPH11130537 A JP H11130537A
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JP
Japan
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carbon
powder
metal oxide
composite material
carbon composite
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Application number
JP9315815A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Ueno
和夫 上野
Takahiro Inoue
貴博 井上
Hiroshi Ishikawa
博 石川
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently produce a carbon composite material having high purity and strengthened with dispersed fine metal carbide grain having a particle diameter equal to or smaller than the preferred one at low cost by previously blending raw material powder having carbon as a matrix phase with metal oxide powder, and molding and calcining the blended product, followed by impregnating pitch into the calcined product and then calcining again the impregnated product. SOLUTION: This carbon composite material is prepared by adopting natural graphite, artificial graphite, coke powder, charcoal powder or the like, having a particle diameter of 5-200 μm as carbon materials and by usually blending the metal oxide powder into raw material powder having carbon materials as a matrix phase so as to make the metal carbide content in the carbon composite material come to the range of <=10 vol.%. Particle diameter of metal oxide is preferably in the range of about 0.2-1 μm. The uniform dispersion of fine metal oxide grain into carbon material powder is conducted by ball milling, attrition blending or the like using such a solvent as methyl alcohol, ethyl alcohol, acetone or the like. The usual blending portion of carbon material powder is 80-95 wt.% and that of fine metal oxide grain is 20-5 wt.%.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高性能の炭素複合
材料を効率的に製造する方法に関する。
The present invention relates to a method for efficiently producing a high-performance carbon composite material.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭素材料は、自己潤滑性(低摩擦性)、
耐熱性、耐食性、電気伝導性などの特性に優れているた
め、各種の工業分野で利用されている。代表的な用途の
一つである摺動部材としては、電動モーター用のブラシ
や軸受けなどとして広く利用されている。その他にも、
耐熱性および耐食性を生かした耐火物、炉壁材などの用
途、原子力分野での用途、或いは電気伝導性を生かした
アーク炉用電極としての用途など知られている。
2. Description of the Related Art Carbon materials are self-lubricating (low friction),
Because of its excellent properties such as heat resistance, corrosion resistance and electric conductivity, it is used in various industrial fields. Sliding members, which are one of the typical applications, are widely used as brushes and bearings for electric motors. In addition,
Known applications include refractories utilizing heat resistance and corrosion resistance, furnace wall materials, applications in the field of nuclear power, and applications as arc furnace electrodes utilizing electrical conductivity.

【0003】しかしながら、炭素材料は、広い分野で利
用されているものの、強度および耐磨耗性においては、
金属材料およびセラミックス材料に比較して、劣ってい
る。従って、これらの特性の改良は、部材の小型化、使
用寿命の向上などをもたらすので、極めて重要である。
[0003] However, although carbon materials are used in a wide range of fields, in terms of strength and wear resistance,
Inferior to metal and ceramic materials. Therefore, improvement of these characteristics is extremely important because it leads to downsizing of members, improvement of service life, and the like.

【0004】炭素材料の性能向上のために、繊維或いは
第2相粒子の分散が有効であることは、知られている。
例えば、高強度炭素繊維を複合した炭素繊維/炭素複合
材料は、C/C複合材料として知られており、従来の金属
材料に比べて高い比強度(=強度/密度)を有しているの
で、宇宙航空分野での利用が広がりつつある。その実用
化の1例として、輸送用大型航空機のブレーキシューが
挙げられる。
[0004] It is known that dispersion of fibers or second phase particles is effective for improving the performance of carbon materials.
For example, a carbon fiber / carbon composite material in which high-strength carbon fiber is composited is known as a C / C composite material, and has a higher specific strength (= strength / density) than a conventional metal material. Its use in the aerospace field is expanding. One example of its practical application is a brake shoe for a large aircraft for transportation.

【0005】炭素材料中に第2相粒子を分散させて強化
を図る複合化も種々試みられているが、分散粒子の添加
は複合材料の耐磨耗性を向上させるものの、添加物粒子
が破壊源となって、却って材料強度の低下をもたらす場
合がある。したがって、第2相粒子の存在により、炭素
材料の強度と耐磨耗性とを同時に向上させるためには、
強度の低下を招かない微細な第2相粒子を必要量添存在
させる必要がある。高強度を発現させるためには、平均
粒径1μm以下の微細な第2相粒子を添加する必要があ
る。また、第2相粒子としては、母相が炭素材料である
ことから、所定部材の製造過程においても変化すること
なく、安定である炭化タングステン、炭化チタン、炭化
ケイ素などの高純度金属炭化物が適しているものと想定
される。
[0005] Various attempts have been made to form a composite by dispersing the second phase particles in a carbon material for strengthening. However, although the addition of the dispersed particles improves the abrasion resistance of the composite material, the additive particles are destroyed. As a source, there is a case where the strength of the material is rather lowered. Therefore, in order to simultaneously improve the strength and wear resistance of the carbon material due to the presence of the second phase particles,
It is necessary to add a required amount of fine second phase particles that do not cause a decrease in strength. In order to achieve high strength, it is necessary to add fine second phase particles having an average particle size of 1 μm or less. As the second phase particles, since the parent phase is a carbon material, high-purity metal carbides such as tungsten carbide, titanium carbide, and silicon carbide which are stable without being changed even during the manufacturing process of the predetermined member are suitable. It is assumed that

【0006】しかしながら、微細な高純度金属炭化物粒
子を安価に製造することは、技術的に極めて困難であ
る。また、金属炭化物粒子は、粒径が小さくなるほど凝
集などの作用により母相炭素材料中への分散が難しくな
るので、母相炭素材料に均一に混合することも、技術的
に困難である。また、表面積が極めて大きい微細粒子
は、その製造過程において表面が容易に酸化される。従
って、炭素材料と純度の高い金属炭化物微細粒子とを複
合化することは、実用的には事実上不可能である。
[0006] However, it is technically extremely difficult to produce fine high-purity metal carbide particles at low cost. In addition, the smaller the particle size of the metal carbide particles becomes, the more difficult it is to disperse in the matrix carbon material due to agglomeration and the like. Therefore, it is technically difficult to uniformly mix the metal carbide particles with the matrix carbon material. Further, the surface of fine particles having an extremely large surface area is easily oxidized during the manufacturing process. Therefore, it is practically impossible to compound a carbon material with fine metal carbide particles having high purity.

【0007】[0007]

【本発明が解決しようとする課題】したがって,本発明
は、高純度で微細な金属炭化物粒子により分散強化され
た炭素複合材料の製造方法をより効率的に且つ安価に製
造する方法を提供することを主な目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a more efficient and inexpensive method for producing a carbon composite material dispersed and strengthened by high-purity fine metal carbide particles. The main purpose is.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を達成するため種々研究を重ねた結果、金属酸化物と炭
素との反応性に着目した。そして、金属酸化物微細粒子
を配合した炭素材料粉末からなる成型体を焼成する場合
には、金属酸化物粒子と炭素材料粉末とが反応して、微
細な金属炭化物微粒子が形成され、その結果、金属炭化
物微粒子により分散強化された炭素複合材料を効率的に
製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems The present inventor has conducted various studies to achieve the above object, and as a result, paid attention to the reactivity between metal oxide and carbon. Then, when firing a molded body made of a carbon material powder mixed with metal oxide fine particles, the metal oxide particles and the carbon material powder react to form fine metal carbide fine particles, and as a result, The present inventors have found that a carbon composite material dispersion-reinforced by metal carbide fine particles can be efficiently produced, and have completed the present invention.

【0009】即ち、 本発明は、下記の金属炭化物粒子
分散材料の製造方法を提供するものである; 1.母相炭素の原料粉末と少なくとも1種の金属酸化物
とを予め混合し、成型し、焼成した後、焼成体中にピッ
チを含浸させ、再度焼成することを特徴とする、平均粒
径1μm以下の金属炭化物粒子を強化粒子として分散含有
する炭素複合材料の製造方法。
That is, the present invention provides the following method for producing a metal carbide particle dispersed material; The raw material powder of the matrix carbon and at least one metal oxide are pre-mixed, molded, fired, impregnated with pitch in a fired body, and fired again, the average particle diameter of 1 μm or less A method for producing a carbon composite material containing the metal carbide particles dispersedly contained as reinforcing particles.

【0010】2.炭素複合材料中の金属炭化物の含有量
が、10体積%以下となるように金属酸化物粉末を母相炭
素材料原料粉末に混合する上記項1に記載の炭素複合材
料の製造方法。
[0010] 2. Item 2. The method for producing a carbon composite material according to Item 1, wherein the metal oxide powder is mixed with the matrix carbon material raw material powder such that the content of the metal carbide in the carbon composite material is 10% by volume or less.

【0011】[0011]

【発明の実施の態様】本発明は、金属酸化物と炭素の反
応性を利用するものである。即ち、炭素材料粉末中に混
合した金属酸化物微粒子が、高温において炭素材料粉末
と反応し、当該金属酸化物を還元して金属炭化物を生じ
させる反応を利用する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention utilizes the reactivity between metal oxide and carbon. That is, a reaction is used in which the metal oxide fine particles mixed in the carbon material powder react with the carbon material powder at a high temperature to reduce the metal oxide to generate a metal carbide.

【0012】炭素材料としては、特に限定されず、天然
黒鉛、石油系人造黒鉛、石炭系人造黒鉛、コークス粉、
木炭粉などが例示される。炭素材料粉末は、金属酸化物
微粒子との混合に際し粉砕されるので、特に制限されな
いが、通常5〜200μm程度の範囲内にあり、より好まし
くは5〜120μm程度の範囲にある。なお、本明細書にお
ける各種粒子の粒径は、レーザー散乱法により測定した
値である。
The carbon material is not particularly limited, and may be natural graphite, petroleum artificial graphite, coal artificial graphite, coke powder,
Charcoal powder is exemplified. The carbon material powder is pulverized when mixed with the metal oxide fine particles, and is not particularly limited. However, it is usually in a range of about 5 to 200 μm, and more preferably in a range of about 5 to 120 μm. In addition, the particle diameter of various particles in the present specification is a value measured by a laser scattering method.

【0013】本発明において使用する金属酸化物も、炭
素材料との反応性、炭素複合材料の用途などに応じて選
択すれば良く、特に限定されるものではないが、酸化チ
タン、酸化クロム、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸
化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化タ
ンタル、酸化モリブデン、酸化バナジウムなどが例示さ
れる。これらの金属酸化物は、炭素材料との反応によ
り、対応する金属炭化物を形成する。金属酸化物の粒径
は、0.2〜1μm程度とすることが好ましい。金属酸化物
粒子の粒径が大きすぎる場合には、焼成により生成する
炭化物の粒径が粗大となるのに対し、小さすぎる場合に
は、炭素材料粉末への均一な混合が困難となる。金属酸
化物は、単独で使用しても良く、或いは2種以上を併用
しても良い。
The metal oxide used in the present invention may be selected according to the reactivity with the carbon material, the use of the carbon composite material, etc., and is not particularly limited. Examples include tungsten, niobium oxide, silicon oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, molybdenum oxide, and vanadium oxide. These metal oxides form corresponding metal carbides by reaction with the carbon material. The particle size of the metal oxide is preferably about 0.2 to 1 μm. If the particle size of the metal oxide particles is too large, the particle size of the carbide generated by firing becomes coarse, whereas if it is too small, uniform mixing with the carbon material powder becomes difficult. The metal oxides may be used alone or in combination of two or more.

【0014】炭素材料粉末中への金属酸化物微粒子の均
一分散は、メチルアルコール、エチルアルコール、アセ
トンなどの液媒を使用するボールミル混合法、アトリシ
ョン混合法などの常法に従って行うことができる。炭素
材料粉末と金属酸化物微粒子との割合は、使用する炭素
材料と金属酸化物の種類、炭素複合材料の用途などによ
り異なるが、両者の合計重量基準で、通常炭素材料粉末
80〜95%程度と金属酸化物微粒子20〜5%程度であり、
より好ましくは前者90〜95%程度と後者10〜5%程度で
ある。
The metal oxide fine particles can be uniformly dispersed in the carbon material powder by a conventional method such as a ball mill mixing method or an attrition mixing method using a liquid medium such as methyl alcohol, ethyl alcohol or acetone. The ratio between the carbon material powder and the metal oxide fine particles varies depending on the type of the carbon material and the metal oxide used, the use of the carbon composite material, and the like.
About 80-95% and metal oxide fine particles about 20-5%,
More preferably, the former is about 90 to 95% and the latter is about 10 to 5%.

【0015】分散操作終了後、混合物を熱風乾燥炉など
により乾燥した後、塊状乾燥物を解砕し、篩分けするこ
とにより、成型用混合粉体を得る。成型用混合粉体の粒
径は、通常300μm〜1mm程度である。
After the dispersing operation is completed, the mixture is dried in a hot-air drying oven or the like, and then the dried mass is crushed and sieved to obtain a mixed powder for molding. The particle size of the mixed powder for molding is usually about 300 μm to 1 mm.

【0016】或いは、上記の分散操作終了後の液媒を含
むスラリーをスプレードライすることによっても、所定
粒径の成型用混合粉体を得ることができる。
Alternatively, a mixed powder having a predetermined particle size can be obtained by spray-drying a slurry containing a liquid medium after the above-described dispersion operation.

【0017】次いで、得られた成型用混合粉体にバイン
ダーを混合し、成型する。バインダーとしては、炭素材
料の成型に際し通常使用されているコールタール、コー
ルタールピッチ、石油ピッチ、合成樹脂(フェノール系
樹脂、フラン系樹脂など)を使用すればよい。バインダ
ー配合量は、成型用混合粉末重量の通常5〜30%程度、
より好ましくは、5〜10%程度である。成型方法も、特
に制限はなく、金型成型、ラバープレス(静水圧加圧成
型)、押し出し成型などが例示される。成型は、一次成
型(例えば、金型成型)と二次成型(例えば、静水圧加
圧成型)とによる二段階成型法によって行っても良い。
Next, the obtained mixed powder for molding is mixed with a binder and molded. As the binder, coal tar, coal tar pitch, petroleum pitch, or a synthetic resin (a phenol resin, a furan resin, or the like) that is commonly used in molding a carbon material may be used. The amount of the binder is usually about 5 to 30% of the weight of the mixed powder for molding,
More preferably, it is about 5 to 10%. The molding method is not particularly limited, and examples thereof include mold molding, rubber press (hydrostatic pressure molding), and extrusion molding. The molding may be performed by a two-stage molding method including primary molding (for example, mold molding) and secondary molding (for example, hydrostatic pressure molding).

【0018】次いで、得られた成型体を非酸化性雰囲気
中で焼成(一次焼結)する。一次焼成条件は、使用する
金属酸化物の種類などのより異なるが、通常700〜1300
℃程度の範囲内にあり、より好ましくは700〜1000℃程
度の範囲内にある。この焼成により、炭素材料と金属酸
化物とが反応して金属炭化物が形成されるとともに、バ
インダーが熱分解し、除去される。その結果、外気との
連通気孔を有する気孔率30〜45%程度、より好ましくは
30〜35%程度の一次焼結体が得られる。
Next, the obtained molded body is fired (primary sintering) in a non-oxidizing atmosphere. Primary firing conditions are more different, such as the type of metal oxide used, but are usually 700-1300
It is in the range of about 700C, more preferably in the range of about 700-1000C. By this firing, the carbon material reacts with the metal oxide to form a metal carbide, and the binder is thermally decomposed and removed. As a result, a porosity having a communication hole with the outside air is about 30 to 45%, more preferably
A primary sintered body of about 30 to 35% is obtained.

【0019】次いで、一次焼結体にピッチを含浸させた
後、再度焼成する。一次焼結体に対するピッチの含浸量
は、原料粒径、成型条件などに依存する気孔率、最終製
品の用途などに応じて適宜選択すれば良いが、通常一次
焼結体重量の20〜40%程度であり、より好ましくは20〜
30%程度である。
Next, after the primary sintered body is impregnated with the pitch, it is fired again. The amount of the pitch impregnated into the primary sintered body may be appropriately selected according to the raw material particle size, the porosity depending on the molding conditions, the use of the final product, and the like, but is usually 20 to 40% of the weight of the primary sintered body. Degree, more preferably 20 to
It is about 30%.

【0020】次いで、ピッチを含浸させた一次焼結体を
再度焼結(二次焼結)する。二次焼結は、1000〜1400℃
程度の温度で且つ一次焼結温度よりも高温度で行う。そ
の結果、外気との連通気孔を有する気孔率15〜30%程
度、より好ましくは15〜20%程度の二次焼結体が得られ
る。なお、焼結体の強度、耐摩耗性などの特性をより一
層改善するためには、ピッチの含浸および焼結をさらに
繰り返し行っても良い(高次焼結)。或いは、二次また
はそれ以上の高次の焼結体をより高温で焼結することに
より、黒鉛化複合材料を得ることもできる。
Next, the primary sintered body impregnated with the pitch is sintered again (secondary sintering). Secondary sintering is 1000 ~ 1400 ℃
It is performed at a temperature of the order of magnitude and higher than the primary sintering temperature. As a result, a secondary sintered body having a porosity of about 15 to 30%, more preferably about 15 to 20%, having continuous air holes with the outside air is obtained. In order to further improve the properties such as strength and wear resistance of the sintered body, pitch impregnation and sintering may be further repeated (higher order sintering). Alternatively, a graphitized composite material can be obtained by sintering a secondary or higher-order sintered body at a higher temperature.

【0021】本発明においては、所定量の金属酸化物微
粒子が、母相となる炭素材料原料粉末と予め均一に混合
される。次いで、混合物の焼成過程において、母相炭素
内で金属酸化物微粒子と炭素材料粉末との反応(内部反
応)が生じて、目的とする金属炭化物微粒子が母相炭素
中に均一に分散された状態で生成される。この様に、内
部反応により生成する金属炭化物微粒子を炭素複合材料
の強化粒子として利用することは、本発明により初めて
実現されたものである。従って、本発明においては、従
来技術とは異なって、予め調製した金属炭化物微粒子と
母相炭素材料粉末とを混合した後、焼成する必要はな
い。また、高純度の金属炭化物微粒子が、母相炭素材料
の焼成過程という1段階で形成されるので、炭素複合材
料の製造方法として効率的である。
In the present invention, a predetermined amount of metal oxide fine particles are uniformly mixed in advance with a carbon material raw material powder to be a matrix. Next, in the firing process of the mixture, a reaction (internal reaction) between the metal oxide fine particles and the carbon material powder occurs in the matrix carbon, and the desired metal carbide particles are uniformly dispersed in the matrix carbon. Generated by The use of the metal carbide fine particles generated by the internal reaction as the reinforcing particles of the carbon composite material has been realized for the first time by the present invention. Therefore, in the present invention, unlike the prior art, it is not necessary to mix the metal carbide fine particles prepared in advance and the matrix phase carbon material powder, and then fire them. In addition, since high-purity metal carbide fine particles are formed in one stage of the firing process of the matrix carbon material, the method is efficient as a method for producing a carbon composite material.

【0022】この反応において、金属酸化物微粒子とし
て酸化チタンを使用する場合には、次の反応式により、
炭化チタンが生成される. TiO2 + 3C → TiC + 2CO また、酸化タングステンを使用する場合には、次の反応
式により、炭化タングステンが生成される. WO3 + 4C → WC + 3CO 本発明方法により生成される金属炭化物粒子の粒径は、
原料である金属酸化物粒子とほぼ同程度であるか或いは
少し小さい。1μm以下の粒径を持つ金属酸化物は、多く
の種類が市販されているので、この種の市販原料を用い
ることにより、粒径1μm以下の金属炭化物微粒子により
分散強化された炭素複合材料を容易に製造することがで
きる。
In this reaction, when titanium oxide is used as the metal oxide fine particles, the following reaction formula is used.
Titanium carbide is produced. TiO 2 + 3C → TiC + 2CO When tungsten oxide is used, tungsten carbide is produced by the following reaction formula. WO 3 + 4C → WC + 3CO The method of the present invention The particle size of the metal carbide particles generated by
It is almost the same as or slightly smaller than the metal oxide particles as the raw material. Since many types of metal oxides having a particle size of 1 μm or less are commercially available, by using this kind of commercially available raw material, a carbon composite material dispersed and strengthened by metal carbide fine particles having a particle size of 1 μm or less can be easily obtained. Can be manufactured.

【0023】従来の炭素材料−金属炭化物混合法では、
粒径1μm以下の金属炭化物粒子が極めて高価であり、ま
たその粉砕過程における表面酸化、粉砕治具などからの
不純物の混入などを防止することは、困難であったこと
を考慮すれば、本発明の有用性は、明白である。
In the conventional carbon material-metal carbide mixing method,
In view of the fact that metal carbide particles having a particle size of 1 μm or less are extremely expensive, and that it was difficult to prevent surface oxidation during the pulverization process and contamination of impurities from a pulverization jig and the like, the present invention The usefulness of is obvious.

【0024】粒径1μm以下の第2相金属炭化物微粒子を
分散させることによる炭素材料の強度の向上効果は、母
相炭素材料と金属炭化物粒子との熱膨張係数が異なるた
め、製造時の高温からの冷却過程において、当該粒子の
周囲に局所的な残留応力場が発生することに起因する。
残留応力場は、破壊の原因となる微細な欠陥に対して
は、欠陥の成長を抑制する様に作用する。即ち、通常で
は欠陥が容易に成長して、脆性的破壊が生じるような応
力レベルにおいても、粒子周辺の残留応力場が全体応
力、特に欠陥先端における応力集中を防ぐので、欠陥の
成長が抑制される。その結果、炭素材料の破壊靭性を向
上させることが可能となり、このため脆性的な破壊荷重
も向上する。即ち、破壊靭性の向上により破壊強度が向
上することになる。これに対し、当該粒子が大きい場合
は、粒子と母相炭素材料の間の粒界が破壊源となり、逆
に炭素材料の強度低下を生じる。
The effect of improving the strength of the carbon material by dispersing the second-phase metal carbide fine particles having a particle size of 1 μm or less is because the matrix carbon material and the metal carbide particles have different coefficients of thermal expansion, so that the high temperature during the production is reduced. During the cooling process, a local residual stress field is generated around the particle.
The residual stress field acts to suppress the growth of defects with respect to minute defects that cause destruction. That is, even at a stress level at which defects usually grow easily and brittle fracture occurs, the residual stress field around the particles prevents the overall stress, particularly the stress concentration at the defect tip, so that the growth of defects is suppressed. You. As a result, the fracture toughness of the carbon material can be improved, and the brittle fracture load is also improved. That is, the fracture strength is improved by improving the fracture toughness. On the other hand, when the particle is large, a grain boundary between the particle and the matrix carbon material becomes a fracture source, and conversely, the strength of the carbon material is reduced.

【0025】また、本発明による炭素材料の耐磨耗性改
善効果は、微細な第2相粒子周辺の残留応力場が、摩擦
に伴う母相炭素材料粒子の脱離を防ぐとともに、硬度の
高い金属炭化物が材料としての硬度を向上させるためで
ある。
Further, the effect of improving the wear resistance of the carbon material according to the present invention is that the residual stress field around the fine second phase particles prevents the detachment of the matrix carbon material particles due to friction and has a high hardness. This is because the metal carbide improves the hardness as a material.

【0026】[0026]

【本発明の効果】本発明によれば、強度、破壊靱性、耐
磨耗性などに優れた高性能の炭素複合材料を経済的に製
造することが可能となった。その結果、炭素複合材料の
応用分野が広がり、且つ各種部材の小型化、部材寿命の
向上などの効果が達成される。
According to the present invention, it has become possible to economically produce a high-performance carbon composite material having excellent strength, fracture toughness, abrasion resistance and the like. As a result, the field of application of the carbon composite material is expanded, and effects such as miniaturization of various members and improvement of the life of the members are achieved.

【0027】[0027]

【実施例】以下に実施例を示し、本発明の特徴とすると
ころを一層明確にする。
The following examples are provided to further clarify the features of the present invention.

【0028】実施例1 石油コークスを原料とする炭素粉末(粒径5〜20μm)に対
し、焼成時の内部反応により10体積%の炭化チタン(Ti
C)が生成する様に、平均粒径1.1μmの酸化チタン粒子を
混合し(炭素:TiO=77:23、重量比)、エチルアルコー
ルを媒体として、ボールミルにより24時間混合した。得
られた均一混合物を濾過し、熱風乾燥し、篩い分けする
ことにより、粒径300〜500μmの混合物造粒体を得た。
Example 1 10% by volume of titanium carbide (Ti) was added to a carbon powder (particle size: 5 to 20 μm) made from petroleum coke by an internal reaction during firing.
To produce C), titanium oxide particles having an average particle size of 1.1 μm were mixed (carbon: TiO = 77: 23, weight ratio), and mixed for 24 hours by a ball mill using ethyl alcohol as a medium. The obtained homogeneous mixture was filtered, dried with hot air, and sieved to obtain a granulated mixture having a particle size of 300 to 500 µm.

【0029】次いで、得られた造粒体に対し、バインダ
ーとして石油ピッチ20重量%を加え、金型で一次成型
(圧力100kgf/cm2)した後、得られた一次成型体を真空
バッグに入れ、3000kgf/cm2で二次成型することによ
り、厚さ8mm×直径35mm、密度1.8g/cm3のディスク状試
料を得た。
Next, 20% by weight of petroleum pitch was added as a binder to the obtained granules, and the mixture was subjected to primary molding (pressure: 100 kgf / cm 2 ) with a mold, and the obtained primary molded body was placed in a vacuum bag. By performing secondary molding at 3000 kgf / cm 2 , a disk-shaped sample having a thickness of 8 mm × a diameter of 35 mm and a density of 1.8 g / cm 3 was obtained.

【0030】次いで、上記のディスク状試料を窒素雰囲
気中1000℃で5時間焼成して、密度1.5g/cm3の一次焼結
体を得た。
Next, the disk-shaped sample was fired in a nitrogen atmosphere at 1000 ° C. for 5 hours to obtain a primary sintered body having a density of 1.5 g / cm 3 .

【0031】次いで、一次焼結体をオートクレーブ内に
収容し、250℃、100kgf/cm2でピッチを加圧含浸させた
後、1200℃で1時間焼成することにより、密度1.7g/cm3
の二次焼結体(炭素複合材料)を得た。
Next, the primary sintered body was placed in an autoclave, impregnated with pitch at 250 ° C. and 100 kgf / cm 2 , and then baked at 1200 ° C. for 1 hour to obtain a density of 1.7 g / cm 3.
Was obtained (carbon composite material).

【0032】得られた炭素複合材料の一部を粉砕し、10
0メッシュの網目を通過させることにより得られた粉末
を用いて、その構造をX線回折法により調べたところ、
母相炭素以外には炭化チタンの回折ピークのみが見ら
れ、予測された通り、内部反応が完全に進行しているこ
とが分かった。
A part of the obtained carbon composite material is pulverized,
Using a powder obtained by passing through a mesh of 0 mesh, the structure was examined by an X-ray diffraction method.
Only the diffraction peak of titanium carbide was observed other than the matrix carbon, and it was found that the internal reaction had progressed completely as expected.

【0033】さらに、得られた炭素複合材料の一部を樹
脂に埋め込み、自動研磨機にて1μmダイヤモンドで最終
ラッピング仕上げした後、その微細組織を走査型電子顕
微鏡で観察したところ,図1に示す様に、平均粒径0.8
μmの炭化チタン粒子が母相炭素炭素材料組織中に分散
されていることが分かった。
Further, a part of the obtained carbon composite material was embedded in resin, and after final lapping with 1 μm diamond by an automatic polishing machine, the fine structure was observed with a scanning electron microscope. Like, average particle size 0.8
It was found that μm titanium carbide particles were dispersed in the matrix carbonaceous material structure.

【0034】本実施例による炭素複合材料の曲げ強度、
ショア硬度、および滑り磨耗試験機により面圧200g/cm2
で測定した1000m当たりの磨耗量を表1に示す。なお、
表1は、実施例2および比較例1〜4で得られた炭素複
合材料についての同様の試験結果を併せて示す。
The bending strength of the carbon composite material according to the present embodiment,
Surface pressure 200 g / cm 2 by Shore hardness and sliding wear tester
Table 1 shows the amount of wear per 1000 m measured in the above. In addition,
Table 1 also shows the same test results for the carbon composite materials obtained in Example 2 and Comparative Examples 1 to 4.

【0035】比較例1 実施例1と同様の炭素粉末に対し、エチルアルコールを
媒体として、平均粒径5μmの炭化チタン10体積%をボー
ルミル混合した後、得られた混合物を実施例1と同様の
手順で順次成型し、焼成して、炭素複合材料を得た。
Comparative Example 1 10% by volume of titanium carbide having an average particle size of 5 μm was mixed with the same carbon powder as in Example 1 in a ball mill using ethyl alcohol as a medium. The carbon composite material was obtained by sequentially molding and firing according to the procedure.

【0036】比較例2 実施例1と同様の炭素粉末を実施例1と同様の手順で成
型し、焼成して、炭素材料を得た。
Comparative Example 2 The same carbon powder as in Example 1 was molded and fired in the same procedure as in Example 1 to obtain a carbon material.

【0037】実施例2 天然黒鉛を原料とする炭素粉末(粒径5〜20μm)に対し
て、焼成時の内部反応により10体積%の炭化ケイ素を生
成する様に、平均粒径0.65μmの酸化ケイ素をボールミ
ル混合し(炭素:SiO2=82:18、重量比)、エチルアルコ
ールを媒体として、ボールミルにより24時間混合した。
Example 2 Oxidation with an average particle size of 0.65 μm was performed on carbon powder (particle size: 5 to 20 μm) using natural graphite as a raw material so as to produce 10% by volume of silicon carbide by an internal reaction during firing. Silicon was mixed with a ball mill (carbon: SiO 2 = 82: 18, weight ratio) and mixed with ethyl alcohol as a medium by a ball mill for 24 hours.

【0038】得られた混合粉末を使用して、実施例1と
同様の手順により、成型、一次焼成、ピッチ含浸、二次
焼成などを順次行い、炭素複合材料を得た。
Using the mixed powder thus obtained, molding, primary baking, pitch impregnation, secondary baking and the like were sequentially performed in the same procedure as in Example 1 to obtain a carbon composite material.

【0039】得られた炭素複合材料の構造をX線回折法
により調べたところ、母相炭素以外には炭化ケイ素の回
折ピークのみが見られ、予測された通り、内部反応が完
全に進行していることが分かった。
When the structure of the obtained carbon composite material was examined by an X-ray diffraction method, only the diffraction peak of silicon carbide was observed except for the matrix carbon, and as expected, the internal reaction completely proceeded. I knew it was there.

【0040】さらに、得られた炭素複合材料の微細組織
を電子顕微鏡で調べたところ、平均粒径0.8μmの炭化ケ
イ素粒子が母相炭素材料組織中に分散されていることが
分かった。
Further, when the microstructure of the obtained carbon composite material was examined by an electron microscope, it was found that silicon carbide particles having an average particle diameter of 0.8 μm were dispersed in the structure of the matrix carbon material.

【0041】比較例3 実施例2と同様の炭素粉末に対し、エチルアルコールを
媒体として、平均粒径5μmの炭化ケイ素10体積%をボー
ルミル混合した後、得られた混合物を実施例2と同様の
手順で順次成型し、焼成して、炭素複合材料を得た。
Comparative Example 3 10% by volume of silicon carbide having an average particle diameter of 5 μm was mixed with the same carbon powder as in Example 2 using ethyl alcohol as a medium in a ball mill, and the resulting mixture was subjected to the same method as in Example 2. The carbon composite material was obtained by sequentially molding and firing according to the procedure.

【0042】比較例4 実施例2と同様の炭素粉末を実施例2と同様の手順でに
成型し、焼成して、炭素材料を得た。
Comparative Example 4 The same carbon powder as in Example 2 was molded and fired in the same procedure as in Example 2 to obtain a carbon material.

【0043】[0043]

【表1】 [Table 1]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例1で得られた炭素複合材料の微細組織を
示す図面代用電子顕微鏡写真である。
FIG. 1 is a drawing-substituting electron micrograph showing the fine structure of the carbon composite material obtained in Example 1.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】母相炭素の原料粉末と少なくとも1種の金
属酸化物粒子とを予め混合し、成型し、焼成した後、焼
成体中にピッチを含浸させ、再度焼成することを特徴と
する、平均粒径1μm以下の金属炭化物粒子を強化粒子と
して分散含有する炭素複合材料の製造方法。
The present invention is characterized in that the raw material powder of the matrix carbon and at least one kind of metal oxide particles are preliminarily mixed, molded, fired, then impregnated with pitch in a fired body and fired again. And a method for producing a carbon composite material in which metal carbide particles having an average particle size of 1 μm or less are dispersed and contained as reinforcing particles.
【請求項2】炭素複合材料中の金属炭化物の含有量が、
10体積%以下となるように金属酸化物粉末を母相炭素材
料原料粉末に混合する請求項1に記載の炭素複合材料の
製造方法。
2. The content of a metal carbide in a carbon composite material is as follows:
2. The method for producing a carbon composite material according to claim 1, wherein the metal oxide powder is mixed with the matrix carbon material raw material powder so as to be 10% by volume or less.
JP9315815A 1997-10-30 1997-10-30 Production of carbon composite material of particulate-dispersed type Pending JPH11130537A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005102961A1 (en) 2004-04-23 2005-11-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Composite carbon material having metal carbide particles dispersed therein and method for preparation thereof

Cited By (3)

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WO2005102961A1 (en) 2004-04-23 2005-11-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Composite carbon material having metal carbide particles dispersed therein and method for preparation thereof
EP2216310A1 (en) 2004-04-23 2010-08-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Composite carbon material having metal carbide particles dispersed therein and method for preparation thereof
US8058197B2 (en) 2004-04-23 2011-11-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Carbon composite materials comprising particles of metal carbides dispersed therein and method for producing the same

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