JPS60119222A - セラミツクス・コ−テイング炭素繊維 - Google Patents
セラミツクス・コ−テイング炭素繊維Info
- Publication number
- JPS60119222A JPS60119222A JP22753883A JP22753883A JPS60119222A JP S60119222 A JPS60119222 A JP S60119222A JP 22753883 A JP22753883 A JP 22753883A JP 22753883 A JP22753883 A JP 22753883A JP S60119222 A JPS60119222 A JP S60119222A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramic
- carbon fibers
- carbon fiber
- ceramic layer
- fiber
- Prior art date
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- Inorganic Fibers (AREA)
- Chemical Treatment Of Fibers During Manufacturing Processes (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明は冒温劣化を改善した高温強度の高い炭素繊維に
関するものであり、さらには金属との反応性を防止した
炭素繊維に関するものである。
関するものであり、さらには金属との反応性を防止した
炭素繊維に関するものである。
従来より、炭素繊維はその比強度、比弾性が他の素材に
比べ極めて優れ、スポーツ用品から航空機構造物に至る
巾広い用途をもっているが、その大部分はマトリックス
を高分子樹脂とする繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）の
繊維として使われている。
比べ極めて優れ、スポーツ用品から航空機構造物に至る
巾広い用途をもっているが、その大部分はマトリックス
を高分子樹脂とする繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）の
繊維として使われている。
しかしながら近年、省エネルギーや、構造材の面性能化
の観点から、高温での耐久性の優れた素材の開発が要望
てれてきているが、ＦＲＰの場合一部の特殊な耐熱性樹
脂をマトリックスにしたものを除けは、その実用強度が
保たれる温間は高々１５０℃前後である。
の観点から、高温での耐久性の優れた素材の開発が要望
てれてきているが、ＦＲＰの場合一部の特殊な耐熱性樹
脂をマトリックスにしたものを除けは、その実用強度が
保たれる温間は高々１５０℃前後である。
そこで、このマトリックスである高分子樹脂全会！Ａに
かえて、高温雰囲気（たとえば４００℃以上）で実用強
度を保つもの、つ１ク一般に繊維強化金属（ＦＲＭ）と
呼ばれているものが各方面で開発されつつあり、又、そ
の複合化方法についても、金属メーカーや自動車メーカ
ーなどで種々の方法が検討されている。
かえて、高温雰囲気（たとえば４００℃以上）で実用強
度を保つもの、つ１ク一般に繊維強化金属（ＦＲＭ）と
呼ばれているものが各方面で開発されつつあり、又、そ
の複合化方法についても、金属メーカーや自動車メーカ
ーなどで種々の方法が検討されている。
しかしながら、炭素繊維はマトリックスとなる金属に対
して、反応性が著しく悪く、又一般に炭素繊維の形態の
多くは直径が１０μ前後の単繊維を数千率から、数万本
の束にしたものであるため、そのま１では、マトリック
ス金属が繊維間に充分に１わり込互ないという欠点があ
る。
して、反応性が著しく悪く、又一般に炭素繊維の形態の
多くは直径が１０μ前後の単繊維を数千率から、数万本
の束にしたものであるため、そのま１では、マトリック
ス金属が繊維間に充分に１わり込互ないという欠点があ
る。
そのため、この複合化技術のほとんどは、マトリックス
金属をその融点前後の高い温度迄昇温して流動性を付与
し、さらに高圧プレスなどで強制的にマトリックスを１
わジ込１せる方法がどら扛ている。
金属をその融点前後の高い温度迄昇温して流動性を付与
し、さらに高圧プレスなどで強制的にマトリックスを１
わジ込１せる方法がどら扛ている。
しかし、電気中で金属の融点前後の高い温度に繊維が加
熱されると、酸化反応による劣化を＠たし、繊維自身の
強度が低下する。又、真空中や不活性雰囲気中で複合化
を行ったとしても、高温状態であるために、金属と炭素
繊維が反応し脆い全屈炭化物をつくるために、複合材と
しては、複合剤から計算される強度よりは、はるかに低
いものしか得られていないのが現状である。
熱されると、酸化反応による劣化を＠たし、繊維自身の
強度が低下する。又、真空中や不活性雰囲気中で複合化
を行ったとしても、高温状態であるために、金属と炭素
繊維が反応し脆い全屈炭化物をつくるために、複合材と
しては、複合剤から計算される強度よりは、はるかに低
いものしか得られていないのが現状である。
さらに複合材として両温雰囲気で使用する場合は、前述
した金属炭化物の層が拡散により成長増大し、経時的な
強度低下をきたし、材料としての信頼ｔ！Ｊ：、を著し
く欠くものとなる。
した金属炭化物の層が拡散により成長増大し、経時的な
強度低下をきたし、材料としての信頼ｔ！Ｊ：、を著し
く欠くものとなる。
このように炭素繊維ｆ：ＦＲＭの材料として利用するに
は種々σ）問題点かあり、これらの問題点は全て炭素繊
維の表面における反応に起因したものでらることがわか
る。
は種々σ）問題点かあり、これらの問題点は全て炭素繊
維の表面における反応に起因したものでらることがわか
る。
この表面反応に対する対策として、近年特開昭５２−８
５５２４号、同５７−１１１２１３９号公報等に見られ
るように炭素繊昶二の表面にセラミックスをコーティン
グし、反応抑止又は防止することが提案されている。
５５２４号、同５７−１１１２１３９号公報等に見られ
るように炭素繊昶二の表面にセラミックスをコーティン
グし、反応抑止又は防止することが提案されている。
しかしながら、各種セラミックスを炭素繊維の表面に単
にコーティングするのみでは、表面反応の抑止又は防止
効果は少なく、又、コーティングした繊維の強度も低下
してし１い、炭素繊維の持つ不米の性能をｙＦｕ用する
に至らなかつた。この理由として発明者らは、単にコー
ティングしたものの表面が走査型電子顕微鏡の観察によ
り、凹凸の激しい岩のような形状や、小枝が堆積したよ
うな形状や、巨大な球状など様々な形状になっているこ
とを認め、このセラミック層の形態形状の複雑式と不均
一さが、反応防止効果を減らし、又繊維強度を低下嘔せ
る原因となっているのではないかと考え、コーティング
条件を種々検討の結果、セラミック層が緻密で均一な形
態形状はど、反応防止効果が向上し、さらに、繊維強度
の低下も少ないことを見出した。
にコーティングするのみでは、表面反応の抑止又は防止
効果は少なく、又、コーティングした繊維の強度も低下
してし１い、炭素繊維の持つ不米の性能をｙＦｕ用する
に至らなかつた。この理由として発明者らは、単にコー
ティングしたものの表面が走査型電子顕微鏡の観察によ
り、凹凸の激しい岩のような形状や、小枝が堆積したよ
うな形状や、巨大な球状など様々な形状になっているこ
とを認め、このセラミック層の形態形状の複雑式と不均
一さが、反応防止効果を減らし、又繊維強度を低下嘔せ
る原因となっているのではないかと考え、コーティング
条件を種々検討の結果、セラミック層が緻密で均一な形
態形状はど、反応防止効果が向上し、さらに、繊維強度
の低下も少ないことを見出した。
本発明は、緻密でしかも均一な形態形状ｔＷするセラミ
ック層を表面にＭする炭素繊維を入手することを目的と
するものである。
ック層を表面にＭする炭素繊維を入手することを目的と
するものである。
すなわち不発明の要旨は、芯材が炭素繊維であり、該界
面に走査型電子顕微鏡で観察される表面の結晶形態形状
が０．１μ以下の＠細な結晶粒の集合体であり、且つ、
その結晶粒が隙間なく緻密に集１！ｌｌ、表面の起伏と
して１μ以上の凹凸のない層状をなしたセラミック層を
被覆したセラミックス・コーティング炭素繊維にあり、
より詳しくはその被覆したセラミックス層が、Ｓｉｎ、
Ｓｉ３Ｎ４． Ｔｉｅ、 ＺｒＯ，Ｔａｇ、 ＷＯ，
ＮｂＯ；’！どの結晶系で形成されたものである。
面に走査型電子顕微鏡で観察される表面の結晶形態形状
が０．１μ以下の＠細な結晶粒の集合体であり、且つ、
その結晶粒が隙間なく緻密に集１！ｌｌ、表面の起伏と
して１μ以上の凹凸のない層状をなしたセラミック層を
被覆したセラミックス・コーティング炭素繊維にあり、
より詳しくはその被覆したセラミックス層が、Ｓｉｎ、
Ｓｉ３Ｎ４． Ｔｉｅ、 ＺｒＯ，Ｔａｇ、 ＷＯ，
ＮｂＯ；’！どの結晶系で形成されたものである。
不発明におけるセラミックスを被覆する方法としてはＯ
ＶＤ法、反応真空蒸着法、イオンブレーティング法、ス
パッタリング法、プラズマスプレィ法などがあるが、特
に限定するものではない。
ＶＤ法、反応真空蒸着法、イオンブレーティング法、ス
パッタリング法、プラズマスプレィ法などがあるが、特
に限定するものではない。
被覆の均一性からは、気相状態で行なう方法が適してい
る。
る。
以下、実施例によって本発明の詳細な説明する。
実施例１
直径が７μのＰＡＮ系炭素炭素繊維ＶＤ法によ、り、
ＳｉＯのコーティングを行った。用いた炭素繊維三菱レ
イヨン製の商品名パイロフィル長繊ｍ（ＭＭ−＋）の物
性を表１に示す。
ＳｉＯのコーティングを行った。用いた炭素繊維三菱レ
イヨン製の商品名パイロフィル長繊ｍ（ＭＭ−＋）の物
性を表１に示す。
表 １
セラミックスのコーティングは次の）Ｉ！！Ｖに行った
。
。
蒸発原料にノ・ロゲン化シラン液として、モノメチルジ
クロルシランを用い、水素をキャリアーガスとして、コ
ーティングを行い、その被覆層の結晶系がＸ線回析結果
よりβ型のＳｉＯであることを確認し、次にコーティン
グ条件を変えて、コーティングした。
クロルシランを用い、水素をキャリアーガスとして、コ
ーティングを行い、その被覆層の結晶系がＸ線回析結果
よりβ型のＳｉＯであることを確認し、次にコーティン
グ条件を変えて、コーティングした。
条件を変えたものについて、各々Ｘ線回析により、β型
のＳｉＯであることを確認し、各々のセラミック層の表
面形状を走査型霜、子顕微鏡にて観察した。表２に観察
結果と、ＴＧＡ（熱天秤）の測定から６００℃空気中で
のセラミック・コーティング炭素繊維の重量減少率の速
度と単繊維５０不の平均引張強度と、トウのｇＩｇを示
す。
のＳｉＯであることを確認し、各々のセラミック層の表
面形状を走査型霜、子顕微鏡にて観察した。表２に観察
結果と、ＴＧＡ（熱天秤）の測定から６００℃空気中で
のセラミック・コーティング炭素繊維の重量減少率の速
度と単繊維５０不の平均引張強度と、トウのｇＩｇを示
す。
表２に示す如く、微細で緻密な結晶形態の形状のものは
他の形状のものに比べ反応防止効果が艮好なことと強度
低下が少ないことが分かる。
他の形状のものに比べ反応防止効果が艮好なことと強度
低下が少ないことが分かる。
実施例２
実施例１と同じ炭素繊維を用い、ＣＶＤ法によりＳ ｉ
３ Ｎ４のコーティングを行った。
３ Ｎ４のコーティングを行った。
蒸発原料にハロゲン化シラン液としてジメチルジクロル
シランとアンモニア液ヲ用い１ｆＨｌキヤリアーガスと
してコーチ１ングを行い、次にコーティングした炭素繊
維を窒素中で再加熱して、Ｘ線回析により結晶系を調べ
、α型のＳ ｉ３Ｎ４であることを確認した０ 次に条件を変えてコーティングし、各々Ｘ線回析により
α型のＳ １３Ｎ４であることを確認し・その各々の表
面形状を走査型電子顕微鏡で観察した。弄３に観察結果
とＴＧＡの測定から６００℃空気甲でのセラミックス・
コーティング炭素繊維のＮＭ減少率の速度と単繊維５０
本の平均引張ｇ１度と、トウの強度全示す。
シランとアンモニア液ヲ用い１ｆＨｌキヤリアーガスと
してコーチ１ングを行い、次にコーティングした炭素繊
維を窒素中で再加熱して、Ｘ線回析により結晶系を調べ
、α型のＳ ｉ３Ｎ４であることを確認した０ 次に条件を変えてコーティングし、各々Ｘ線回析により
α型のＳ １３Ｎ４であることを確認し・その各々の表
面形状を走査型電子顕微鏡で観察した。弄３に観察結果
とＴＧＡの測定から６００℃空気甲でのセラミックス・
コーティング炭素繊維のＮＭ減少率の速度と単繊維５０
本の平均引張ｇ１度と、トウの強度全示す。
表２に承す如ぐ、微細で緻密な結晶形態の形状のものは
他の形状のものに比べ反応防止効果が艮好なことと、強
度低下が少ないことがわかる。
他の形状のものに比べ反応防止効果が艮好なことと、強
度低下が少ないことがわかる。
手続補正魯
特許庁長官 若杉和夫 殿
■、小事件表示
特願昭５８−２２７５３８号
２、発明の名称
セラミックス・コーティング炭素繊維
３、補正をする者
事件との関係 特許出願人
東京都中央区京橋二丁目３番１９号
（６０３）三菱レイヨン株式会社
取締役社長 河 崎 晃 夫
４、代 理 人
東京都中央区京橋二丁「１３酢１．９け三菱レイヨン株
式会社 内 ＋６９４９） ブ「埋土 告 澤 敏 夫５、補正命令
の日付 ７、補正の内容 手続補正書（自発） 昭和５９年４月２目 特願昭５８−２２７５３８号 ２、発明の名称 セラミックス゛コーティング炭素繊維 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 東京都中央区京橋二丁目３番１９号 （６０３）三菱レイヨン株式会社 取締役社長 河 崎 晃 夫 ４、 代 理 人 − 東京都中央区京橋二丁目３番１９８“
式会社 内 ＋６９４９） ブ「埋土 告 澤 敏 夫５、補正命令
の日付 ７、補正の内容 手続補正書（自発） 昭和５９年４月２目 特願昭５８−２２７５３８号 ２、発明の名称 セラミックス゛コーティング炭素繊維 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 東京都中央区京橋二丁目３番１９号 （６０３）三菱レイヨン株式会社 取締役社長 河 崎 晃 夫 ４、 代 理 人 − 東京都中央区京橋二丁目３番１９８“
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、 芯材が炭素繊維であり、該表面に、走査型電子顕
微鏡で観察される表面の結晶形態形状が０１μ以下の微
細な結晶粒の集合体であり、且つその結晶粒が隙間なく
緻密に集まり、表面の起伏として１μ以上の凹凸のない
層状をなしたセラミック層を被糧したセラミックス・コ
ーチ１ング炭素繊維。 ２、 セラミック層がＳｉｎ、 Ｓｉ３Ｎ４ 、 Ｔｉ
Ｃ，ＺｒＯ，Ｔａ（！。 ｗｅ又はＮｂＯの結晶系で形成されたものであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセラミックス・
コーチづング炭素繊維。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22753883A JPS60119222A (ja) | 1983-12-01 | 1983-12-01 | セラミツクス・コ−テイング炭素繊維 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22753883A JPS60119222A (ja) | 1983-12-01 | 1983-12-01 | セラミツクス・コ−テイング炭素繊維 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60119222A true JPS60119222A (ja) | 1985-06-26 |
Family
ID=16862467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22753883A Pending JPS60119222A (ja) | 1983-12-01 | 1983-12-01 | セラミツクス・コ−テイング炭素繊維 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60119222A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4971673A (en) * | 1987-02-26 | 1990-11-20 | Basf Aktiengesellschaft | Coating fibers with a layer of silicon |
-
1983
- 1983-12-01 JP JP22753883A patent/JPS60119222A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4971673A (en) * | 1987-02-26 | 1990-11-20 | Basf Aktiengesellschaft | Coating fibers with a layer of silicon |
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