JPH11256253A - Carbon fiber for composite material and composite material - Google Patents

Carbon fiber for composite material and composite material

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JPH11256253A
JPH11256253A JP8250698A JP8250698A JPH11256253A JP H11256253 A JPH11256253 A JP H11256253A JP 8250698 A JP8250698 A JP 8250698A JP 8250698 A JP8250698 A JP 8250698A JP H11256253 A JPH11256253 A JP H11256253A
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JP
Japan
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carbon fiber
composite material
coating layer
aluminum
matrix
Prior art date
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JP8250698A
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Japanese (ja)
Inventor
Junji Ninomiya
淳司 二宮
Akira Hideno
晃 秀野
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aluminum base composite material free from the generation of deterioration in the boundary between carbon fiber and a matrix even in the case thermal stress is applied and maintaining thermal expansibility and thermal conductivity and to provide carbon fiber. SOLUTION: This carbon fiber for a composite material is the one provided with a coating layer in which silicon carbide contains in the boundary with the carbon fiber, silicon oxide contains on the surface side, and silicon carbide and silicon oxide are mixed in the middle, and the aluminum base composite material is the one in which the carbon fiber for a composite material provided with such coating layer is dispersed into a matrix of aluminum or an aluminum alloy. Thus, even in the case thermal stress is applied, its thermal expansibility and thermal conductivity are maintained without generating deterioration in the boundary, and its reliability is high.

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】本発明は複合材用炭素繊維、
複合材用炭素繊維の製造方法、及びアルミニウム基複合
材料に関する。
The present invention relates to carbon fibers for composites,
The present invention relates to a method for producing a carbon fiber for a composite material, and an aluminum-based composite material.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、電子機器その他の産業部材とし
て、熱歪みが発生しない低熱膨張で、放熱性を高めるた
めに熱伝導の優れた、信頼性の高い材料が要求されてい
る。従来、このような要求に適用する材料には、熱膨張
特性の良好な材料として、Fe−Co合金(コバー
ル)、42アロイ等のNi合金、Cu−W合金等が一般
的である。また、熱伝導率の高い材料としては、Cu、
Al等の高伝導性金属がある。近年では、これらに対し
て、熱膨張係数の小さい炭素繊維を分散材とし、マトリ
ックスに熱伝導特性の高いアルミニウム等で構成された
複合材料が提案されている(例えば、特開平1−319
639号公報、特開平4−147654号公報)。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been a demand for a highly reliable material having low thermal expansion which does not generate thermal distortion and excellent heat conduction in order to enhance heat radiation, as electronic equipment and other industrial members. Conventionally, as a material applied to such a requirement, a Ni-alloy such as a Fe-Co alloy (Kovar), a 42 alloy, a Cu-W alloy, or the like is generally used as a material having good thermal expansion characteristics. Further, as a material having a high thermal conductivity, Cu,
There is a highly conductive metal such as Al. In recent years, there has been proposed a composite material in which carbon fibers having a small coefficient of thermal expansion are used as a dispersing material, and a matrix is formed of aluminum or the like having a high heat conduction property (see, for example, JP-A-1-319).
639, JP-A-4-147654).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術の分散材である炭素繊維は、マトリックスであ
るアルミニウム、アルミニウム合金との濡れ性が悪く、
複合時に十分な界面特性を得ることができないという問
題点があった。また、炭素繊維の熱膨張係数は−1×1
−6/℃に対して、アルミニウムの熱膨張係数は24
×10−6/℃であるので、その差が大きく、熱ストレ
スを繰り返し与えると炭素繊維とアルミニウム、アルミ
ニウム合金マトリックスとの界面で大きなストレスが発
生し、界面剥離などを発生した。これにより熱膨張特性
および熱伝導特性が劣化する問題点があった。本発明の
目的は、このような問題点に鑑み、熱ストレスを与えて
も炭素繊維とマトリックスとの界面で劣化を生じること
がなく、熱膨張特性、熱伝導特性が維持される信頼性の
高いアルミニウム基複合材料、およびこれに用いられる
炭素繊維を提供するものである。
However, the carbon fiber, which is the dispersant of the above-mentioned prior art, has poor wettability with the matrix aluminum and aluminum alloy.
There was a problem that sufficient interfacial properties could not be obtained at the time of compounding. The thermal expansion coefficient of the carbon fiber is -1 × 1
For 0 −6 / ° C., the coefficient of thermal expansion of aluminum is 24
Since it is × 10 −6 / ° C., the difference is large. When thermal stress is repeatedly applied, a large stress is generated at the interface between the carbon fiber and the aluminum or aluminum alloy matrix, and the interface peels off. As a result, there is a problem that thermal expansion characteristics and thermal conduction characteristics are deteriorated. In view of the above problems, the object of the present invention is to provide a highly reliable thermal expansion property and a heat conduction property that are not deteriorated at an interface between a carbon fiber and a matrix even when a thermal stress is applied. An aluminum-based composite material and a carbon fiber used for the same are provided.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、コーティング
層を設けた炭素繊維において、コーティング層は炭素繊
維との界面では炭化珪素であり、表面側では酸化珪素で
あり、中間では炭化珪素と酸化珪素が混合していること
を特徴とするコーティング層を設けた複合材料炭素繊維
である。上記コーティング層は、炭素繊維との界面から
離れて表面側になるにつれて酸化珪素の割合が多くなる
ように、組成が傾斜的に変化していることが好ましい。
また本発明は、炭素繊維にセラミックス前駆体ポリマー
を付着し、焼成することにより、炭素繊維との界面では
炭化珪素、表面側では酸化珪素、中間では炭化珪素と酸
化珪素が混合しているコーティング層を形成することを
特徴とする複合材用炭素繊維の製造方法であり、セラミ
ックス前駆体ポリマーとしては、例えばポリカルボシラ
ンを用いるものである。
According to the present invention, in a carbon fiber provided with a coating layer, the coating layer is silicon carbide at the interface with the carbon fiber, silicon oxide on the surface side, and silicon oxide at the middle. A composite material carbon fiber provided with a coating layer characterized by being mixed with silicon. It is preferable that the composition of the coating layer changes in a gradient manner so that the proportion of silicon oxide increases toward the surface side away from the interface with the carbon fiber.
Further, the present invention provides a coating layer in which a ceramic precursor polymer is adhered to carbon fibers and baked to form silicon carbide at the interface with the carbon fibers, silicon oxide on the surface side, and a mixture of silicon carbide and silicon oxide in the middle. This is a method for producing a carbon fiber for a composite material, characterized by forming, for example, polycarbosilane as a ceramic precursor polymer.

【0005】また本発明は、上記のコーティング層を設
けた複合材用炭素繊維をアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金のマトリックスに分散させたことを特徴とするア
ルミニウム基複合材料であり、コーティグ層を設けた複
合材用炭素繊維のアスペクト比は8〜40であることが
好ましい。またマトリックスのアルミニウム合金は、S
iを12〜25重量%含むアルミニウム合金であること
が好ましい。さらに、コーティング層を設けた複合材用
炭素繊維は、複合材料の熱膨張を抑制しようとする方向
に配向していることが好ましい。
The present invention is also an aluminum-based composite material, characterized in that the carbon fibers for a composite material provided with the coating layer are dispersed in a matrix of aluminum or an aluminum alloy, and the composite material provided with a coating layer is provided. The aspect ratio of the carbon fibers for use is preferably 8 to 40. The aluminum alloy of the matrix is S
An aluminum alloy containing 12 to 25% by weight of i is preferable. Furthermore, it is preferable that the carbon fiber for composite material provided with the coating layer is oriented in a direction in which thermal expansion of the composite material is to be suppressed.

【0006】[0006]

【作用】本発明の複合材用炭素繊維は、炭素繊維との界
面では炭化珪素、表面側では酸化珪素、中間では炭化珪
素と酸化珪素が混合しているコーティング層を設けるこ
とにより、特に炭素繊維との界面では炭化珪素であり、
炭素繊維との界面から離れ表面側になるにつれて酸化珪
素に傾斜的に変化しているコーティング層を設けること
により、炭素繊維のコーティング層の表面が複合材料の
マトリックスであるアルミニウム、アルミニウム合金と
濡れ性がよく、マトリックスの界面で密着性を上げるこ
とができる。本発明のコーティング層を設けた複合材用
炭素繊維をアルミニウムまたはアルミニウム合金のマト
リックスに分散させたアルミニウム基複合材料は熱膨張
特性等の劣化を抑えることができるものである。
The carbon fiber for a composite material of the present invention has a coating layer in which silicon carbide is provided at the interface with the carbon fiber, silicon oxide is provided on the surface side, and silicon carbide and silicon oxide are provided in the middle. Silicon carbide at the interface with
By providing a coating layer that is inclined to silicon oxide as it moves away from the interface with the carbon fiber and becomes closer to the surface, the surface of the carbon fiber coating layer becomes wettable with aluminum, aluminum alloy, which is the matrix of the composite material And the adhesion can be increased at the interface of the matrix. The aluminum-based composite material in which the carbon fibers for a composite material provided with the coating layer of the present invention are dispersed in a matrix of aluminum or an aluminum alloy can suppress deterioration of thermal expansion characteristics and the like.

【0007】すなわち、従来の複合材料は、炭素繊維と
アルミニウム、アルミニウム合金の濡れ性が悪く良好な
界面を得ることができなかったが、炭素繊維との界面で
は炭化珪素、表面側では酸化珪素、中間では炭化珪素と
酸化珪素が混合しているコーティング層を設けること
で、特に界面に組成が傾斜的に変化したセラミックスコ
ーティング層を設けることで炭素繊維とマトリックスの
界面を原因とする熱膨張劣化などを抑えることができ
る。つまり、炭素繊維との界面が炭化珪素、マトリック
ス側が酸化珪素のコーティング層を設けることにより界
面での密着性を上げることができ、かつコーティング層
の組成が傾斜的に変化していることにより界面での熱膨
張差によるストレスを軽減することができるものであ
る。
That is, in the conventional composite material, a good interface could not be obtained due to poor wettability between the carbon fiber and aluminum or aluminum alloy, but silicon carbide was used at the interface with the carbon fiber and silicon oxide was used at the surface side. In the middle, by providing a coating layer in which silicon carbide and silicon oxide are mixed, in particular, by providing a ceramic coating layer whose composition changes in a gradient at the interface, thermal expansion deterioration due to the interface between carbon fiber and matrix, etc. Can be suppressed. That is, by providing a coating layer of silicon carbide at the interface with the carbon fiber and silicon oxide on the matrix side, it is possible to increase the adhesion at the interface, and the composition of the coating layer is inclined to change at the interface. Can reduce the stress due to the difference in thermal expansion between them.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】本発明のコーティング層を設けた
炭素繊維は、表面にセラミックス前駆体ポリマーを付着
させ、これを焼成することでコーティング層は、炭素繊
維側で炭化珪素であり、炭素繊維から離れ表面側(マト
リックス側)になるにしたがって傾斜的に組成が変化
し、表面では酸化珪素になっているものである。炭素繊
維の表面へのセラミックス前駆体ポリマーの付着は、前
記ポリマーを溶解したコーティング溶液に炭素繊維を浸
漬して付着させる。例えば、コーティング溶液は、溶媒
としてヘキサンを用いた3%のポリカルボシラン溶液で
ある。また、焼成は、窒素+酸素の雰囲気中で1150
〜1250℃、特に1200℃で行うことが好ましい。
コーティング層の形成は、炭素繊維の成形体に、セラミ
ックス前駆体ポリマーを付着させ焼成する、または炭素
繊維にセラミックス前駆体ポリマーを付着させ焼成して
コーティング層の形成し、その後炭素繊維の成形体にす
るものである。コーティング層の厚さは、1μm〜5μ
mであることが好ましい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A carbon fiber provided with a coating layer of the present invention has a ceramic precursor polymer adhered to its surface and is baked to form a coating layer of silicon carbide on the carbon fiber side. The composition changes in a gradient manner toward the surface side (matrix side) away from the surface, and silicon oxide is formed on the surface. The attachment of the ceramic precursor polymer to the surface of the carbon fiber is performed by immersing the carbon fiber in a coating solution in which the polymer is dissolved. For example, the coating solution is a 3% polycarbosilane solution using hexane as a solvent. In addition, firing is performed in an atmosphere of nitrogen + oxygen at 1150.
It is preferably carried out at a temperature of from 1250C to 1200C.
The coating layer is formed by attaching a ceramic precursor polymer to a carbon fiber molded body and firing it, or attaching a ceramic precursor polymer to the carbon fiber and firing it to form a coating layer, and then forming the carbon fiber molded body. Is what you do. The thickness of the coating layer is 1 μm to 5 μm
m is preferable.

【0009】炭素繊維のコーティング層は、複合材料に
分散させる炭素繊維との密着性及び複合材料のマトリッ
クスのアルミニウム、アルミニウム合金との密着性が得
られるようにするものであり、炭素繊維の界面では炭化
珪素、表面側では酸化珪素、中間では炭化珪素と酸化珪
素が混合しているコーティング層を形成することによ
り、特に炭化珪素から酸化珪素へと、傾斜的に組成が変
化することで、熱膨張差によるストレスの緩和ができる
ものである。炭素繊維は、炭化珪素と密着性が良好で熱
膨張差が小さい。またマトリックス側の酸化珪素はマト
リックスのアルミニウム、アルミニウム合金との濡れ性
が良好であり、また炭化珪素との熱膨張差が小さい。従
って、コーティング層は、焼成により炭素繊維側は炭化
珪素になっおり、マトリックス側は酸化珪素になってい
ることが重要である。
[0009] The coating layer of carbon fiber is used to obtain adhesion to carbon fibers dispersed in the composite material and adhesion to aluminum and aluminum alloy of the matrix of the composite material. By forming a coating layer in which silicon carbide, silicon oxide on the surface side, and silicon carbide and silicon oxide in the middle are mixed, thermal expansion is caused by a gradient change in composition, particularly from silicon carbide to silicon oxide. The stress caused by the difference can be reduced. Carbon fibers have good adhesion to silicon carbide and a small difference in thermal expansion. The silicon oxide on the matrix side has good wettability with the matrix aluminum and aluminum alloy, and has a small difference in thermal expansion with silicon carbide. Therefore, it is important that the carbon fiber side of the coating layer is turned into silicon carbide and the matrix side is turned into silicon oxide by firing.

【0010】本発明のアルミニウム基複合材料は、上述
したようにコーティング層を設けた複合材用炭素繊維を
アルミニウム、アルミニウム合金に分散させたもので、
高熱伝導性金属マトリックスとしてのアルミニウム、ア
ルミニウム合金に、低熱膨張の炭素繊維を分散させたも
ので構成されている。本発明のコーティング層を設けた
炭素繊維を分散させたアルミニウム基複合材料は、例え
ば半導体デバイスを搭載する基板として用いるものであ
る。マトリックスに分散させる炭素繊維のアスペクト比
は、8〜40のものが好ましい。それはこの範囲ではア
ルミニウムまたはアルミニウム合金のマトリックスとコ
ーティング層を設た炭素繊維の間でアンカー効果が生じ
て熱ストレスによる界面剥離などが生じず、より信頼性
の高い複合材料を得ることができる。アスペクト比が8
よりも小さい場合は、炭素繊維が細かすぎ所定の体積充
填率を得ることができない。40より大きいと炭素繊維
成形体作製時に繊維の折損が著しい上に所定の体積充填
率を得ることができない。さらに適当なアスペクト比は
10〜30である。
The aluminum-based composite material of the present invention is obtained by dispersing a composite carbon fiber provided with a coating layer as described above in aluminum or an aluminum alloy.
It is composed of aluminum or an aluminum alloy as a high thermal conductive metal matrix in which carbon fibers having low thermal expansion are dispersed. The aluminum-based composite material in which carbon fibers provided with a coating layer are dispersed according to the present invention is used, for example, as a substrate on which a semiconductor device is mounted. The aspect ratio of the carbon fibers dispersed in the matrix is preferably 8 to 40. In this range, an anchor effect occurs between the matrix of the aluminum or aluminum alloy and the carbon fiber provided with the coating layer, and interfacial delamination due to thermal stress does not occur, so that a more reliable composite material can be obtained. Aspect ratio 8
If it is smaller, the carbon fibers are too fine to obtain a predetermined volume filling rate. If it is larger than 40, the fiber breakage is remarkable at the time of producing the carbon fiber molded body, and a predetermined volume filling rate cannot be obtained. A more suitable aspect ratio is 10 to 30.

【0011】本発明のアルミニウム基複合材料は、マト
リックスとして高熱伝導性であるアルミニウムまたはア
ルミニウム合金を用いるものであるが、特に、Siを1
2〜25重量%含むアルミニウム合金が炭素繊維との熱
膨張係数の差、加工性、含浸性の点で適当である。これ
は、Si量が12重量%より少なければ、マトリックス
の熱膨張係数と炭素繊維の熱膨張係数の差が大きくなり
界面でのストレスが大きくなり十分なアンカー効果を得
ることができない。25重量%以上では初晶Siが増大
し加工性が悪くなり、また複合時においてもマトリック
スの融点を上げ含浸性が劣化し複合体の割れ、潰れなど
の複合欠陥が生じることがある。
The aluminum-based composite material of the present invention uses aluminum or an aluminum alloy having high thermal conductivity as a matrix.
An aluminum alloy containing 2 to 25% by weight is suitable in terms of difference in thermal expansion coefficient from carbon fiber, workability, and impregnation. If the amount of Si is less than 12% by weight, the difference between the coefficient of thermal expansion of the matrix and the coefficient of thermal expansion of the carbon fiber becomes large, the stress at the interface becomes large, and a sufficient anchor effect cannot be obtained. If the content is 25% by weight or more, the primary crystal Si increases and the workability deteriorates, and also at the time of compounding, the melting point of the matrix is increased, impregnating property is deteriorated, and composite defects such as cracking and crushing of the composite may occur.

【0012】マトリックスに分散しているコーティング
層を設た炭素繊維は、複合材料の熱膨張を抑制しようと
する方向に配向していることが好ましい。アスペクト比
を8〜40とし、かつ炭素繊維が複合材料の熱膨張を抑
制しようとする方向に配向することにより、アンカー効
果をより有効に発現することができる。
The carbon fibers provided with the coating layer dispersed in the matrix are preferably oriented in a direction in which the thermal expansion of the composite material is to be suppressed. By setting the aspect ratio to 8 to 40 and orienting the carbon fibers in a direction in which thermal expansion of the composite material is to be suppressed, the anchor effect can be more effectively exhibited.

【0013】[0013]

【実施例1】本発明の第1の実施例を表1に示し説明す
る。複合材に分散する炭素繊維は繊維径10μmのもの
を用い、この炭素繊維のアスペクト比は成形後に10と
なるように炭素繊維成形体を作製した。この作製は炭素
繊維を無機バインダーを主成分とする水溶液に撹拌し
て、次いでこのスラリーを金型に入れて金型底部より真
空脱水を行い、寸法100mm×100mm×20mm
の炭素繊維成形体を得た。炭素繊維はその長手方向が面
方向に配向している。即ち、炭素繊維が吸引脱水される
ために脱水の抵抗から炭素繊維長手が面方向に配向した
ものが得られた。また、種々の体積充填率の炭素繊維成
形体を作製した。
Embodiment 1 A first embodiment of the present invention will be described with reference to Table 1. The carbon fibers dispersed in the composite material had a fiber diameter of 10 μm, and a carbon fiber molded body was manufactured such that the aspect ratio of the carbon fibers became 10 after molding. In this production, the carbon fiber was stirred in an aqueous solution containing an inorganic binder as a main component, and then this slurry was put into a mold and vacuum dewatered from the bottom of the mold, and the dimensions were 100 mm × 100 mm × 20 mm.
Was obtained. The longitudinal direction of the carbon fiber is oriented in the plane direction. That is, since the carbon fiber was subjected to suction dehydration, a carbon fiber whose longitudinal direction was oriented in the plane direction was obtained from the resistance of dehydration. Also, carbon fiber molded bodies having various volume filling rates were produced.

【0014】次に、この炭素繊維成形体に、本発明の実
施例のものはコーティング層を形成する処理を行い、比
較例は処理を行わないものである。本発明の実施例のコ
ーティング層を形成する処理は、炭素繊維成形体を乾燥
し、コーティング溶液に浸漬して付着させる。コーティ
ング溶液は3%のポリカルボシラン溶液(溶媒はヘキサ
ン)である。炭素繊維成形体にコーティング溶液を付着
させるには、このコーティング溶液である3%のポリカ
ルボシラン溶液に浸漬後減圧度30cmHgで30mi
n真空脱泡する。これを3回繰り返した。減圧浸漬後、
炭素繊維成形体を大気中で24hr乾燥させ、さらに6
0℃で減圧乾燥させる。乾燥後、窒素+酸素(2%)ガ
ス中で1200℃で2hr焼成した。焼成後の炭素繊維
表面には、繊維側で炭化珪素、表層で酸化珪素がオージ
ェ分析で確認された。
Next, the carbon fiber molded body according to the embodiment of the present invention is subjected to a treatment for forming a coating layer, and the comparative example is not treated. In the treatment for forming the coating layer according to the embodiment of the present invention, the carbon fiber molded body is dried and dipped in a coating solution to adhere. The coating solution is a 3% polycarbosilane solution (solvent is hexane). In order to attach the coating solution to the carbon fiber molded body, the coating solution is immersed in a 3% polycarbosilane solution, which is 30% at a reduced pressure of 30 cmHg.
Degas in a vacuum. This was repeated three times. After immersion in vacuum,
The carbon fiber molded body was dried in the air for 24 hours, and further dried for 6 hours.
Dry at 0 ° C. under reduced pressure. After drying, firing was performed at 1200 ° C. for 2 hours in a nitrogen + oxygen (2%) gas. On the carbon fiber surface after firing, silicon carbide was confirmed on the fiber side and silicon oxide on the surface layer by Auger analysis.

【0015】本発明実施例のコーティング層処理を行っ
た炭素繊維成形体、及び比較例の処理を行わない炭素繊
維成形体のいずれも、予熱炉にて700℃に加熱し、炉
内雰囲気はアルゴン雰囲気で予熱を行った。次に、炭素
繊維成形体と同形状のキャビティを有する250℃に予
熱した鋳造金型に、予熱炉から取り出した繊維成形体を
設置した。そして、溶湯鍛造法による加圧鋳造装置で型
締め後、750℃のAl−Si20%合金溶湯を射出速
度10cm/secで鋳込み、鋳込み後1000atm
の圧力で1min加圧保持後、凝固させた。これによ
り、面方向において金属マトリックス中に炭素繊維が配
向、分散したアルミニウム基複合材料を作製した。これ
ら複合材料に熱ストレスを与える熱衝撃試験を行った。
試験条件は200℃の加熱雰囲気と−30℃の冷却雰囲
気を用意して、交互に投げ込み、1000回数で熱特性
の評価を行った。
Both the carbon fiber molded article treated with the coating layer of the present invention and the carbon fiber molded article without the treatment of the comparative example were heated to 700 ° C. in a preheating furnace, and the atmosphere in the furnace was argon. Preheating was performed in an atmosphere. Next, the fiber molding taken out of the preheating furnace was placed in a casting mold having a cavity of the same shape as the carbon fiber molding and preheated to 250 ° C. Then, after clamping with a pressure casting apparatus by a molten metal forging method, a 20% Al—Si alloy at 750 ° C. is cast at an injection speed of 10 cm / sec, and 1000 atm after the casting.
After pressurizing and holding for 1 minute at the pressure described above, solidification was performed. Thus, an aluminum-based composite material in which carbon fibers were oriented and dispersed in the metal matrix in the plane direction was produced. A thermal shock test for applying a thermal stress to these composite materials was performed.
As the test conditions, a heating atmosphere of 200 ° C. and a cooling atmosphere of −30 ° C. were prepared and thrown alternately, and the thermal characteristics were evaluated 1000 times.

【0016】表1から明らかなように、本発明の実施例
のコーティング層を設けた炭素繊維を分散させたもの
は、体積充填率が15%〜40%のいずれも熱膨張係数
(/℃)、熱伝導率(W/mK)で、比較例のものよ
り、試験前の特性が向上しており、また熱履歴を加えて
も(熱衝撃試験後)安定した熱特性が得られている。
As is clear from Table 1, the carbon fiber provided with the coating layer according to the embodiment of the present invention in which the carbon fibers are dispersed has a coefficient of thermal expansion (/ ° C.) of 15% to 40% for all the volume filling ratios. And the thermal conductivity (W / mK) is higher than that of the comparative example before the test, and stable thermal characteristics are obtained even after adding a thermal history (after the thermal shock test).

【表1】 [Table 1]

【0017】[0017]

【実施例2】本発明の第2の実施例を表2に示し説明す
る。第2の実施例は、炭素繊維のアスペクト比を変えて
炭素繊維成形体を作製したものである。分散材として炭
素繊維(繊維径10μm)を用い、種々のアスペクト比
の炭素繊維で炭素繊維成形体を作製した。作製は無機バ
インダーを主成分とする水溶液に撹拌して、次いでこの
スラリーを金型に入れて金型底部より真空脱水を行い、
体積充填率35%として、寸法100mm×100mm
×20mmの炭素繊維成形体を得た。炭素繊維は吸引脱
水のために脱水の抵抗から繊維長手が面方向に配向して
いる。次いで上記実施例1と同様の条件で炭素繊維成形
体に、コーティング層を形成する処理、及び上記実施例
1と同様の条件でアルミニウム基複合材料を作製した。
Embodiment 2 A second embodiment of the present invention is shown in Table 2 and will be described. In the second embodiment, a carbon fiber molded body was manufactured by changing the aspect ratio of the carbon fiber. Carbon fiber (fiber diameter: 10 μm) was used as a dispersant, and carbon fiber molded bodies were produced from carbon fibers having various aspect ratios. The preparation is stirred in an aqueous solution containing an inorganic binder as a main component, and then the slurry is put into a mold and subjected to vacuum dehydration from the bottom of the mold.
Assuming a volume filling rate of 35%, dimensions 100 mm x 100 mm
A carbon fiber molded body of × 20 mm was obtained. The length of the carbon fiber is oriented in the plane direction due to dehydration resistance due to suction dehydration. Next, a treatment for forming a coating layer on the carbon fiber molded body was performed under the same conditions as in Example 1 and an aluminum-based composite material was manufactured under the same conditions as in Example 1.

【0018】これら複合材料に熱ストレスを与える熱衝
撃試験を行った。試験条件は200℃の加熱雰囲気と−
30℃の冷却雰囲気を用意して、交互に投げ込み、10
00回数で熱特性の評価を行った。表2から明らかなよ
うに、本発明の実施例のコーティング層を設けた炭素繊
維を分散させたものは、いずれのアスペクト比のもの
も、熱膨張係数(/℃)、熱伝導率(W/mK)で、試
験前の特性が向上し、また熱履歴を加えても(熱衝撃試
験後)安定した熱特性が得られている。
A thermal shock test for applying a thermal stress to these composite materials was performed. The test conditions were a heating atmosphere of 200 ° C and-
Prepare a cooling atmosphere of 30 ° C and throw it in alternately.
The evaluation of the thermal characteristics was performed at 00 times. As is evident from Table 2, the dispersion of the carbon fibers provided with the coating layer according to the embodiment of the present invention has a thermal expansion coefficient (/ ° C.) and a thermal conductivity (W / mK), the properties before the test were improved, and stable thermal properties were obtained even after adding a thermal history (after the thermal shock test).

【表2】 [Table 2]

【0019】[0019]

【実施例3】本発明の第3の実施例を表3に示し説明す
る。第3の実施例は、マトリックスのAl−Si合金の
Si量を変えて含浸複合化を行ったものである。分散材
として炭素繊維(繊維径10μm)を用い、炭素繊維の
アスペクト比が35のものを使用し、上記実施例1と同
様の条件で炭素繊維成形体を作製し、次いで上記実施例
1と同様の条件で炭素繊維成形体に、コーティング層を
形成する処理を行った。次に繊維成形体と同形状のキャ
ビティを有する250℃に予熱した鋳造金型に、予熱炉
から取り出した繊維成形体を設置し、溶湯鍛造法による
加圧鋳造装置で型締め後、750℃のAl−Si合金溶
湯を射出速度10cm/secで鋳込み、鋳込み後10
00atmの圧力で1min加圧保持後、凝固させた。
体積充填率は25%である。
Embodiment 3 A third embodiment of the present invention will be described with reference to Table 3. In the third embodiment, impregnation is performed by changing the amount of Si in the Al—Si alloy of the matrix. Using a carbon fiber (fiber diameter: 10 μm) as the dispersing material and using a carbon fiber having an aspect ratio of 35, a carbon fiber molded body was produced under the same conditions as in Example 1 above, and then as in Example 1 above. Under the conditions described above, a process of forming a coating layer was performed on the carbon fiber molded body. Next, the fiber molded body taken out of the preheating furnace was placed in a casting mold preheated to 250 ° C. having a cavity having the same shape as the fiber molded body, and clamped by a pressure casting apparatus by a molten metal forging method. Al-Si alloy melt is cast at an injection speed of 10 cm / sec, and after casting, 10
After pressurizing and holding at a pressure of 00 atm for 1 minute, solidification was performed.
The volume filling factor is 25%.

【0020】このアルミニウム基複合材料に熱ストレス
を与える熱衝撃試験を行った。試験条件は200℃の加
熱雰囲気と−30℃の冷却雰囲気を用意して、交互に投
げ込み、1000回数で熱特性の評価を行った。表3か
ら明らかなように、本発明の実施例のコーティング層を
設けた炭素繊維を分散させたアルミニウム基複合材料
は、熱膨張係数(/℃)、熱伝導率(W/mK)とも
に、試験前の特性が向上し、また熱履歴を加えても(熱
衝撃試験後)安定した熱特性が得られている。
A thermal shock test for applying a thermal stress to the aluminum-based composite material was performed. As the test conditions, a heating atmosphere of 200 ° C. and a cooling atmosphere of −30 ° C. were prepared and thrown alternately, and the thermal characteristics were evaluated 1000 times. As is evident from Table 3, the aluminum-based composite material in which the carbon fibers provided with the coating layers according to the examples of the present invention are dispersed has both a thermal expansion coefficient (/ ° C.) and a thermal conductivity (W / mK) which are tested. The previous characteristics are improved, and stable thermal characteristics are obtained even after adding a thermal history (after the thermal shock test).

【表3】 [Table 3]

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明の複合材用炭素繊維によれば、マ
トリックスのアルミニウム、アルミニウム合金と濡れ性
がよく、マトリックスの界面で良好な密着性が得られる
という効果を有し、また本発明のアルミニウム基複合材
料によれば、熱ストレスを与えても炭素繊維とマトリッ
クスの界面での劣化が生じることなく熱膨張特性、熱伝
導特性を維持した信頼性の高い複合材料を提供すること
ができるという効果を奏するものである。
According to the carbon fiber for a composite material of the present invention, it has good wettability with the matrix aluminum and aluminum alloy, and has an effect that good adhesion can be obtained at the interface of the matrix. According to the aluminum-based composite material, it is possible to provide a highly reliable composite material that maintains thermal expansion characteristics and heat conduction characteristics without causing deterioration at the interface between the carbon fiber and the matrix even when subjected to thermal stress. It is effective.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 コーティング層を設けた炭素繊維におい
て、コーティング層は炭素繊維との界面では炭化珪素で
あり、表面側では酸化珪素であり、中間では炭化珪素と
酸化珪素が混合していることを特徴とするコーティング
層を設けた複合材用炭素繊維。
In a carbon fiber provided with a coating layer, the coating layer is made of silicon carbide at an interface with the carbon fiber, silicon oxide on the surface side, and a mixture of silicon carbide and silicon oxide in the middle. Carbon fiber for composite materials provided with a characteristic coating layer.
【請求項2】 炭素繊維にセラミックス前駆体ポリマー
を付着し、焼成することにより、炭素繊維との界面では
炭化珪素、表面側では酸化珪素、中間では炭化珪素と酸
化珪素が混合しているコーティング層を形成することを
特徴とする請求項1に記載のコーティング層を設けた複
合材用炭素繊維の製造方法。
2. A coating layer in which a ceramic precursor polymer is adhered to carbon fibers and baked, so that silicon carbide is present at the interface with the carbon fibers, silicon oxide is present on the surface side, and silicon carbide and silicon oxide are mixed in the middle. The method for producing a carbon fiber for a composite material provided with a coating layer according to claim 1, wherein:
【請求項3】 請求項1に記載のコーティング層を設け
た複合材用炭素繊維をアルミニウムまたはアルミニウム
合金のマトリックスに分散させたことを特徴とするアル
ミニウム基複合材料。
3. An aluminum-based composite material, wherein the composite carbon fiber provided with the coating layer according to claim 1 is dispersed in a matrix of aluminum or an aluminum alloy.
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