JPS6126563A - 耐酸化性炭素繊維強化炭素材の製造法 - Google Patents
耐酸化性炭素繊維強化炭素材の製造法Info
- Publication number
- JPS6126563A JPS6126563A JP59145653A JP14565384A JPS6126563A JP S6126563 A JPS6126563 A JP S6126563A JP 59145653 A JP59145653 A JP 59145653A JP 14565384 A JP14565384 A JP 14565384A JP S6126563 A JPS6126563 A JP S6126563A
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- JP
- Japan
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- oxidation
- carbon fiber
- carbon
- resistant
- manufacture
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- Pending
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は耐酸化性を備える炭素繊維強化炭素材（以下ｒ
Ｃ／Ｃ材」という。）の製造法に関する。
Ｃ／Ｃ材」という。）の製造法に関する。
Ｃ／Ｃ材は、炭素繊維の織布、フェルト、トウなどに熱
硬化性樹脂、タールピッチ等のマトリックス結合材を含
浸または塗付し、これを積層成形したのち、硬化、焼成
（炭化）するが、得られたＣ／Ｃ材に更に熱硬化性樹脂
を含浸・炭化して二次的な緻密化処理を施すことにより
製造される。
硬化性樹脂、タールピッチ等のマトリックス結合材を含
浸または塗付し、これを積層成形したのち、硬化、焼成
（炭化）するが、得られたＣ／Ｃ材に更に熱硬化性樹脂
を含浸・炭化して二次的な緻密化処理を施すことにより
製造される。
このようにして製造されたＣ／Ｃ材は、炭素材料個有の
耐熱耐蝕性に加えて繊維強化に基づく卓越した機械的強
度ならびに弾性率を備えているため、特に高温および／
または腐蝕性雰囲気下において強度特性が要求される各
種部材用途に有用されている。
耐熱耐蝕性に加えて繊維強化に基づく卓越した機械的強
度ならびに弾性率を備えているため、特に高温および／
または腐蝕性雰囲気下において強度特性が要求される各
種部材用途に有用されている。
しかしながら、Ｃ／Ｃ材には炭素材特有の酸化され易い
欠点が依然として残されており、これが汎用性を阻害す
る大きな要因となっている。このため、Ｃ／Ｃ材の表面
をジルコニア、アルミナ、金属けい素のような耐熱物質
で被覆処理することにより耐酸化性を付与する試みもな
されているが、この方法による場合には使用時の熱サイ
クルで被覆層間に剥離あるいは亀裂が生じ、結果的に酸
化消耗の進行を十分に防止することができない。
欠点が依然として残されており、これが汎用性を阻害す
る大きな要因となっている。このため、Ｃ／Ｃ材の表面
をジルコニア、アルミナ、金属けい素のような耐熱物質
で被覆処理することにより耐酸化性を付与する試みもな
されているが、この方法による場合には使用時の熱サイ
クルで被覆層間に剥離あるいは亀裂が生じ、結果的に酸
化消耗の進行を十分に防止することができない。
近時、Ｃ／Ｃ材をスペースシャトルオービタのノーズ・
キャップおよび翼前縁、ロケットのノズルあるいはスカ
ート部などに適用する検討がなされており、このような
苛酷な酸化条件に耐える酸化抵抗性が一層強く要求され
てきている。
キャップおよび翼前縁、ロケットのノズルあるいはスカ
ート部などに適用する検討がなされており、このような
苛酷な酸化条件に耐える酸化抵抗性が一層強く要求され
てきている。
本発明は、高熱苛酷な酸化条件の使用に際しても効果的
な抵抗力をもつ耐酸化性Ｃ／Ｃ材の製造法を提供するも
のである。
な抵抗力をもつ耐酸化性Ｃ／Ｃ材の製造法を提供するも
のである。
本発明は、炭素繊維をマトリックス結合材とともに加圧
成形し硬化および炭化処理して得られたＣ／Ｃ体に、有
機けい素高分子化合物を溶液状態で強制含浸したのち、
不活性雰囲気中で１２００〜２０００℃の温度で高温焼
成して含浸物を炭化けい素に転化することを構成的特徴
とする。
成形し硬化および炭化処理して得られたＣ／Ｃ体に、有
機けい素高分子化合物を溶液状態で強制含浸したのち、
不活性雰囲気中で１２００〜２０００℃の温度で高温焼
成して含浸物を炭化けい素に転化することを構成的特徴
とする。
強化材となる炭素繊維には、平織、綾織などの織布のば
かフェルト、トウが用いられ、マトリックス結合材とし
てはフェノール素、フラン素のような炭化性の高い液状
の熱硬化性樹脂プレポリマーあるいはタールピンチが使
用される。炭素繊維は、含浸、塗付などの適宜手段を用
いてマトリックス結合相と十分に濡らしてプリプレグ化
したのぢ積層加圧成形する。成形体は、加熱してマトリ
ックス結合材を硬化し、引続き常法に従って焼成（炭化
）または更に黒鉛化することによりＣ／Ｃを得る。Ｃ／
℃体は、必要に応じてマトリックス結合材と同一物質を
含浸・炭化する処理を繰返して微密化することもできる
。
かフェルト、トウが用いられ、マトリックス結合材とし
てはフェノール素、フラン素のような炭化性の高い液状
の熱硬化性樹脂プレポリマーあるいはタールピンチが使
用される。炭素繊維は、含浸、塗付などの適宜手段を用
いてマトリックス結合相と十分に濡らしてプリプレグ化
したのぢ積層加圧成形する。成形体は、加熱してマトリ
ックス結合材を硬化し、引続き常法に従って焼成（炭化
）または更に黒鉛化することによりＣ／Ｃを得る。Ｃ／
℃体は、必要に応じてマトリックス結合材と同一物質を
含浸・炭化する処理を繰返して微密化することもできる
。
このようにして得られたＣ／Ｃ体には、有機けい素高分
子化合物が溶液状態で強制含浸される。
子化合物が溶液状態で強制含浸される。
有機けい素高分子化合物は、ポリシランを熱分解重縮合
して得られるポリカルボシランのような重合体で、分子
量１０００ 以上のものが好適に用いられる。該有機
けい素高分子化合物は、例えばベンゼン、キシレン、ヘ
キサン、エーテル、テトラヒドロフランなどの有機溶媒
に熔解して含浸溶液とするが、この場合の溶液濃度は含
浸に最適な粘度と含浸物質の歩留りを考慮して決定され
る。望ましい溶液濃度は、有機けい素高分子化合物の４
０〜７０重量部を有機溶媒６０〜３０重量部に溶解した
範囲にある。
して得られるポリカルボシランのような重合体で、分子
量１０００ 以上のものが好適に用いられる。該有機
けい素高分子化合物は、例えばベンゼン、キシレン、ヘ
キサン、エーテル、テトラヒドロフランなどの有機溶媒
に熔解して含浸溶液とするが、この場合の溶液濃度は含
浸に最適な粘度と含浸物質の歩留りを考慮して決定され
る。望ましい溶液濃度は、有機けい素高分子化合物の４
０〜７０重量部を有機溶媒６０〜３０重量部に溶解した
範囲にある。
溶液状態の有機けい素高分子化合物は、減圧および／ま
たは加圧下においてＣ／Ｃ体に強制含浸したのち、加熱
して有機溶媒を揮散するとともにＣ／、Ｃ体気孔内部に
介在する有機けい素高分子化合物を固定する。
たは加圧下においてＣ／Ｃ体に強制含浸したのち、加熱
して有機溶媒を揮散するとともにＣ／、Ｃ体気孔内部に
介在する有機けい素高分子化合物を固定する。
ついで、含浸体を不活性雰囲気中で１２００〜２０００
”Ｃ望ましくは１５００〜１８００°Ｃの温度域で高温
焼成する。この強制含浸−高温焼成の処理工程は１回で
も有効であるが、複数回繰返すことにより一層、耐酸化
性の付与効果を増大させることができる。
”Ｃ望ましくは１５００〜１８００°Ｃの温度域で高温
焼成する。この強制含浸−高温焼成の処理工程は１回で
も有効であるが、複数回繰返すことにより一層、耐酸化
性の付与効果を増大させることができる。
上記の強制含浸により、Ｃ／Ｃ体の組織には骨格内部に
至るまで有機けい素高分子化合物が浸透し、気孔部分を
悉く充満する。このようにして気孔内部に塾成固定化し
た有機けい素高分子化合物は、引続く高温焼成の処理過
程で含有するけい素成分が熱分解により生ずる炭素成分
およびＣ／Ｃ材を構成する骨格炭素と複合的に反応し、
気孔内部を充填密着する状態で炭化けい素に転化する。
至るまで有機けい素高分子化合物が浸透し、気孔部分を
悉く充満する。このようにして気孔内部に塾成固定化し
た有機けい素高分子化合物は、引続く高温焼成の処理過
程で含有するけい素成分が熱分解により生ずる炭素成分
およびＣ／Ｃ材を構成する骨格炭素と複合的に反応し、
気孔内部を充填密着する状態で炭化けい素に転化する。
〔実施例１〕
１５ポアズ／２０°Ｃの粘度を有するフルフリルアルコ
ール初期縮合物をマトリックス結合材とし、これを厚さ
０．２５＋ｎｉの平織炭素繊維布に塗布したものを積層
して厚さ１０鶴の板状体に加圧成形（適用圧力２００ｋ
ｇ／印２）した。
ール初期縮合物をマトリックス結合材とし、これを厚さ
０．２５＋ｎｉの平織炭素繊維布に塗布したものを積層
して厚さ１０鶴の板状体に加圧成形（適用圧力２００ｋ
ｇ／印２）した。
板状成形体を硬化炉に移し、１５０°Ｃに加熱してマト
リックス結合材を硬化したのち、焼成炉で５°Ｃ／ｈｒ
の昇温速度により１０００°Ｃまで加熱し、この温度に
２時間保持した。得られた０７０体に、次のようにして
有機けい素高分子化合物を溶液状態で強制含浸した。
リックス結合材を硬化したのち、焼成炉で５°Ｃ／ｈｒ
の昇温速度により１０００°Ｃまで加熱し、この温度に
２時間保持した。得られた０７０体に、次のようにして
有機けい素高分子化合物を溶液状態で強制含浸した。
分子量１０００〜５０００の有機けい素高分子化合物（
口軽加工（株）製゛マークＤＩ”）の６０重量部をキシ
レン４０重量部に攪拌溶解して粘度１５ポアズ／２０゜
Ｃの含浸溶液を開裂した。Ｃ／Ｃ材をオートクレーブに
入れ、系内を１０ｔｏｒｒに真空引きしたのち上記含浸
溶液を注入し、ついで５ ｋｇ ／ ｃｍ ２の加圧下
に２時間保持して強制含浸を施した。含浸物を取り出し
表面に付着した余剰の含浸溶液をキシレン湿布で除去し
て１００℃の硬化炉に置き、２０時間保持してキシレン
を揮散した。強制含浸処理されたＣ／Ｃ体を焼成炉に詰
め周囲をコークスノ々・ノキングで被色して不活性雰囲
気に保ちながら１００°／ｈｒの昇温速度で１８００°
Ｃまで高温焼成し、介在する有機けい素高分子化合物を
炭化けい素に転化した。
口軽加工（株）製゛マークＤＩ”）の６０重量部をキシ
レン４０重量部に攪拌溶解して粘度１５ポアズ／２０゜
Ｃの含浸溶液を開裂した。Ｃ／Ｃ材をオートクレーブに
入れ、系内を１０ｔｏｒｒに真空引きしたのち上記含浸
溶液を注入し、ついで５ ｋｇ ／ ｃｍ ２の加圧下
に２時間保持して強制含浸を施した。含浸物を取り出し
表面に付着した余剰の含浸溶液をキシレン湿布で除去し
て１００℃の硬化炉に置き、２０時間保持してキシレン
を揮散した。強制含浸処理されたＣ／Ｃ体を焼成炉に詰
め周囲をコークスノ々・ノキングで被色して不活性雰囲
気に保ちながら１００°／ｈｒの昇温速度で１８００°
Ｃまで高温焼成し、介在する有機けい素高分子化合物を
炭化けい素に転化した。
同様にして上記の強制含浸−高温焼成処理を３回繰返し
てＣ／Ｃ材を得た。
てＣ／Ｃ材を得た。
このようにして製造された各Ｃ／Ｃ材の物理特性を測定
し、結果を表１に示した。比較のために、本発明による
有機化合物の処理をおこなわなか−２たＣ／Ｃ体（比較
例）の物理特性についても表Ｉに併載した。
し、結果を表１に示した。比較のために、本発明による
有機化合物の処理をおこなわなか−２たＣ／Ｃ体（比較
例）の物理特性についても表Ｉに併載した。
表Ｉ
次に、各Ｃ／Ｃ材を０．０２Ｋｃａｌ／ｃｍ２． ｓｅ
ｃの条件で６分間加熱気流に表面暴露する酸化テストを
５回繰返し、酸化消耗の厚さを測定した。その結果を表
Ｈに示した。
ｃの条件で６分間加熱気流に表面暴露する酸化テストを
５回繰返し、酸化消耗の厚さを測定した。その結果を表
Ｈに示した。
表■
表Ｈの結果は、 本発明により製造されたＣ／Ｃ材は比
較例に比べ著しい耐酸化性を備えることを示している。
較例に比べ著しい耐酸化性を備えることを示している。
〔実施例２〕
実施例１と同一手法により得たＣ／Ｃ体に、マトリック
ス結合材として使用したフルフリルアルコール初期縮合
物を真空度ＩＱｔｏｒｒ、加圧度５ ”ｋｇ ／■２の
条件で含浸し、硬化後１０００°Ｃで焼成する処理を２
回繰返してＣ／Ｃ体の組織を予め微密化した。
ス結合材として使用したフルフリルアルコール初期縮合
物を真空度ＩＱｔｏｒｒ、加圧度５ ”ｋｇ ／■２の
条件で含浸し、硬化後１０００°Ｃで焼成する処理を２
回繰返してＣ／Ｃ体の組織を予め微密化した。
このようにして微密化したＣ／Ｃ体に、実施例■と同一
条件で有機けい素高分子化合物の強制含浸−高温焼成の
処理を３回繰返して耐酸化性Ｃ／Ｃ材を製造した。
条件で有機けい素高分子化合物の強制含浸−高温焼成の
処理を３回繰返して耐酸化性Ｃ／Ｃ材を製造した。
強制含浸−高温焼成処理前後における材質特性と実施例
１と同一の酸化消耗テスト結果を表■に示した。
１と同一の酸化消耗テスト結果を表■に示した。
表■
〔本発明の効果〕
本発明により製造されるＣ／Ｃ材は、組織の表層部から
内部に至る気孔中に高度の耐熱耐酸化性を有する炭化け
い素が基材炭素と密着状態に充填されているから従来の
耐熱物質被覆法のような眉間の剥離、亀裂等の現象を伴
うことなしに高熱苛酷な使用条件下での酸化侵蝕を効果
的に防止する。
内部に至る気孔中に高度の耐熱耐酸化性を有する炭化け
い素が基材炭素と密着状態に充填されているから従来の
耐熱物質被覆法のような眉間の剥離、亀裂等の現象を伴
うことなしに高熱苛酷な使用条件下での酸化侵蝕を効果
的に防止する。
そのうえ曲げ強さ、弾性率などの強度特性も併せて向上
させることができ、適用用途が拡大する利点がもたらさ
れる。
させることができ、適用用途が拡大する利点がもたらさ
れる。
Claims (1)
- 炭素繊維をマトリックス結合材とともに加圧成形し硬化
および炭化処理して得られた炭素繊維強化炭素体に有機
けい素高分子化合物を溶液状態で強制含浸したのち、不
活性雰囲気中で１２００〜２０００℃の温度に高温焼成
して含浸物を炭化けい素に転化することを特徴とする耐
酸化性炭素繊維強化炭素材の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59145653A JPS6126563A (ja) | 1984-07-13 | 1984-07-13 | 耐酸化性炭素繊維強化炭素材の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59145653A JPS6126563A (ja) | 1984-07-13 | 1984-07-13 | 耐酸化性炭素繊維強化炭素材の製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6126563A true JPS6126563A (ja) | 1986-02-05 |
Family
ID=15389986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59145653A Pending JPS6126563A (ja) | 1984-07-13 | 1984-07-13 | 耐酸化性炭素繊維強化炭素材の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6126563A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01305869A (ja) * | 1988-04-06 | 1989-12-11 | Aerospat Soc Natl Ind | 繊維構造複合セラミック材及びその製造方法 |
| JPH02275709A (ja) * | 1989-04-14 | 1990-11-09 | Nippon Carbon Co Ltd | 耐熱耐食性無機材料およびその製造方法 |
| US5759688A (en) * | 1991-01-16 | 1998-06-02 | Sgl Carbon Composites, Inc. | Silicon carbide fiber reinforced carbon composites |
| US7364794B2 (en) | 2002-02-14 | 2008-04-29 | Toyo Tanso Co., Ltd. | Oxidation resistant carbon fiber reinforced carbon composite material and process for producing the same |
-
1984
- 1984-07-13 JP JP59145653A patent/JPS6126563A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01305869A (ja) * | 1988-04-06 | 1989-12-11 | Aerospat Soc Natl Ind | 繊維構造複合セラミック材及びその製造方法 |
| JPH02275709A (ja) * | 1989-04-14 | 1990-11-09 | Nippon Carbon Co Ltd | 耐熱耐食性無機材料およびその製造方法 |
| US5759688A (en) * | 1991-01-16 | 1998-06-02 | Sgl Carbon Composites, Inc. | Silicon carbide fiber reinforced carbon composites |
| US7364794B2 (en) | 2002-02-14 | 2008-04-29 | Toyo Tanso Co., Ltd. | Oxidation resistant carbon fiber reinforced carbon composite material and process for producing the same |
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