JPS6311569A - 炭素繊維強化炭素複合材 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は摩原特性、及び強度に優れた炭素線維強化炭素
複合材（以下「Ｃ／Ｃ複合材」という。）Ｋ関するもの
である。

（従来技術） 一般に、Ｃ／Ｃ複合材はポリアクリルニトリル系、ピッ
チ系、あるいはレーヨン系炭素繊維の短繊維又は長繊維
とフェノール樹脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂、あ
るいはピッチ類などの熱可塑性樹脂等を含浸、又は混合
して加熱成型したものを非酸化性雰囲気においてｂｏ。

〜コ５ｏｏｃで焼成することにより製造されている。

しかしながら、この方法によって得られるＣ／Ｃ複合材
は、マ）　ＩＪソックス素の炭化収率が約グθ〜約５０
％であるため気孔率が大きく強度、摩擦特性が悪いとい
う欠点を有していた。

そこで、これら従来のＣ／Ｃ複合材の緒特性をさらに改
良するために一般には、成型したものを加熱処理した後
更に吏脂又はピッチ類等で含浸し１次いで再焼成する工
程を繰り返して樹脂、又はピッチ等を気孔内に充填して
緻密化処理を行なう方法、あるいは化学蒸着法を用いて
炭化水素を原料として１ｏｃｏ℃以上の高温で生成する
熱分解炭素をＣ／Ｃ複合材の気孔内に充填して、緻密化
処理を行なう方法があり、必要に尾じて、この後、さら
に加熱してＣ／Ｃ複合材とする方法が知られている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、これら従来の緻密化方法においては含浸
法では工程が長く、煩雑であり、また化学蒸着法では１
ｏｏｏ℃以上の高温で熱処理され、且つ熱分解炭素の生
成速度が小さくて長時間を要するため製遁コストも高い
という欠点があった。そして、これら従来の緻密化処理
により得られたＣ／Ｃ複合材の気孔率が１０％以下にま
で減少するものの、得られたＣ／Ｃ複合材は必ずしも強
度、摩擦特性の点で充分とはいえず更に改善が望まれて
いた。大きく得られたＣ／Ｃ複合材が充分な強度を発現
しないことが懸念されている。

（問題点を解決するための手段） そこで本発明者等はかかる問題点を解決するため、化学
蒸着法によるＣ／Ｃ複合材の緻密化処理について再度、
詳細に検討を行なった結果、先に１本発明者等は、Ｃ／
　Ｃ複合材の表面にハロゲン化炭化水素を含有するガス
を用いて化学蒸着法により好ましくは／　００１１ａｚ
以上の炭素被覆層を設けてＭＷ特性を改善する提案を行
なったく％願昭６０６０−７ｑｓｑ号）が、更に検討を
重ねた結果、類似手法が気孔の緻密化にも極めて有効で
あって、コスト、強度、更には、摩擦特性に優れたＣ　
／　Ｃ複合材が得られることを見い出し、本発明に到達
した。

すなわち１本発明の目的は最終気孔率が一〇係以下とな
るよう緻密化処理して得られる高特性のＣ／　Ｃ複合材
を提供することにある。そして、その目的は気孔率が２
５ｒ−９ｊ　％の炭素繊維強化炭素複合材を、ハロゲン
化炭化水素含有ガスをｔｔｏｏ−にＯＯＣの温度で熱分
解して得られる熱分解炭素で、該複合材の最終気孔率が
１０％以下となるように緻密化処理して得られる炭素繊
維強化炭素複合材により容易に達成される。

以下１本発明の詳細な説明する。

本発明で用いる炭素繊維としては、ピッチ系。

ポリアクリロニトリル系あるいはレーヨン系炭素繊維等
の公知のいずれも使用することができ。

更に必ンに応じて、炭化ケイ素、アルミナ、カーボンブ
ラックなどの無機繊維、あるいは無機物などを添加して
もよい。

また、形状としては織布、不織布、短繊維等のいずれの
ものも用いられる。

かかる炭素繊維にフェノール樹脂、フラン樹脂あるいは
石油系、石炭系ピッチ類等のマトリックス物質を混合、
あるいは含浸させた後乾燥して、炭素ｆＲ維とマトリッ
クス物質からなる組成物を得る。この場合、マトリック
ス物質はアルコール、アセトン、アントラセン油等の溶
媒に溶解して適当な粘度に調整したものを使用してもよ
い。

次いで得られた炭素繊維とマ）　ＩＪラックス質からな
る組成物を炭素繊維の体積含有率が１０〜７０％、好ま
しくはコｏ−ｇｏ％どなる様にして、金型に充填しｉｏ
ｏ〜ＳＯＯ℃の温度で加圧成型する。次いで窒素ガス等
の不活性ガス雰囲気中でｌ−コｏｏｃ７時間の昇温速度
で５０θ〜コｏｏｏｃまで昇温し、焼成して気孔率？！
５−２３％、好ましくは６０〜３０　％（ＤＣ／Ｃ複合
材を得る。

本発明においてはこのＣ／Ｃ複合材に、ハロゲン化炭化
水素を原料としてμＯＯ〜ｔｏｏ℃の温度１通常コ０−
８０００時間程度で熱分解させた熱分解炭素をＣ／　Ｃ
複合材の気孔内に充填し、気孔率２０％以下、好ましく
は５−ｉｓ係のＣ／　Ｃ複合材となるように緻密化処理
することが重要である。

得られるＣ／Ｃ複合材の気孔率コθチ以下とするＫは例
えば化学蒸着反応条件の反応時間を長くしたり、あるい
は反応ガス濃度を低くする等、熱分解炭素の析出量を制
御することにより達成できる。また反応条件によっては
熱分解炭素がＣ／Ｃ複合材の表面を被覆してしまい、更
に緻密化が進行しない場合が生ずるが、その際には一旦
、化学蒸着法による緻密化処理を中断してＣ／Ｃ複合材
の表面被覆部を削った後、再度化学蒸着法による緻密化
処理を行なうとよい。

本発明で用いるハロゲン化炭化水素としては具体的には
ジクロルエチレン、ジクロルエタン。

トリクロルエタンなどをはじめとする塩素化炭化水素等
の種々のハロゲン化炭化水素が適用できるが、このうち
特にハロゲン原子が塩素原子であシ、ハロゲン原子と水
滓原子のモル比が等しい塩素化炭化水素が低温で堆積速
庇も大きく。

製造コストを低下させることが可能であるため好ましい
。

また、上記ハロゲン化炭化水素は、９索、アルゴン水素
などをキャリヤーガスとし、高周波誘導加熱コイルなど
によりｙｏｏ〜に００Ｃに加熱したＣ／Ｃ複合材と反応
させ必要に応じて通常−０時間以上の緻密化処理を行な
うのがよい。

かかる反応条件で緻密化処理することにより、Ｃ／Ｃａ
合材の気孔内に生成する熱分解炭素はＸ線回折法による
黒鉛結晶の面間隔がＪ、７　’に以上結晶子の厚さが／
ｕＡ以下となる。

このＣ／　Ｃ複合材は必要に応じてさらに加熱処理する
ことにより、熱分解炭素の黒鉛化が更に進行し面間隔３
．６Ａ以下、結晶子の厚さが／３Å以上の黒鉛結晶構造
を有することとなシ、この様なマトリックス層をもつＣ
／Ｃ複合材は、強度、摩擦特性において非常に優れたも
のとなる。

また１本発明においては、緻密化処理として。

本発明のハロゲン化炭化水素を用いた化学蒸着法による
緻密化処理単独でもよく、あるいは従来のピッチ類、又
は樹脂を用いた含浸−焼成処理による緻密化法、更には
従来の炭化水素を原料として用いる化学蒸着法による緻
密化法と本発明の方法とを組合わせて用いてもよい。

すなわち、本発明においては、前記のＸ線回折法により
特定された構造を有する熱分解炭素を化学蒸着法により
析出させ、Ｃ／　Ｃ複合材の気孔内に充填し、Ｃ／Ｃ複
合材を緻密化処理することが重要である。

（効果） 本発明によれば、ハロゲン化炭化水素を用いた化学蒸着
法によりＣ／Ｃ複合材の緻密化処理を行なうという簡便
な方法により強度、摩擦特性の優れたＣ／Ｃ複合材を低
コストで製造することができる。

以下１本発明を実施例を用いて、より具体的に説明する
が、本発明はその要旨をこえない限り下記の実施例に限
定されるものではない。

実施例１ 長さ１０Ｉ＋ｔｌＩのピッチ系炭素繊維コ１重Ａ゛部を
フェノール樹脂のエタノール溶液約７９重量部と共に混
合した後、−昼夜乾燥し、これを金型に充填して−ＳＯ
℃の温度で成型、硬化し、炭素繊維含有率ＳＯ％の成型
体を得た。

この成型体を加熱炉にてアルゴンガス雰囲気中コｏｏｏ
ｃで焼成して気孔率ｕｇ％のＣ／Ｃ複合材を得た。

得られたＣ　／　Ｃ複合材を化学蒸着装置内に載置し、
高周波銹導加熱により乙！θＣに加熱すると共に該装置
下部よりアルゴンガスをキャリヤーカスとし、１３マｏ
ｌ　％のジクロルエチレン蒸気を７０時間供給して化学
蒸着処理を行ない。

Ｃ／　Ｃ複合材の気孔内に熱分解炭素を光項させること
Ｋより緻密化処理して気孔率１３％のＣ／Ｃ複合材を得
た。

このＣ／Ｃ複合材な再圧アルゴン雰囲気中で８０００℃
で熱処理することにより本発明のＣ／Ｃ複合材を得た。

得られたＣ　／　Ｃ複合材を円板状に加工し、互いにシ
シ合わせることにより摩擦試験を行なった。その結果を
表７に示す。

棟た３点曲げ強度を測定した結果も表１に示す。

比較例１ 実施例１で得られた化学蒸着処理前の気孔率ｒｉ−ｇ％
のＣ／　Ｃ複合材を約−〇〇Ｃの温度の液状ピッチで含
浸処理した後、アルゴン雰囲気中の加熱炉にて８００℃
で焼成した。同様の処理条件で含浸−焼成操作を５回操
り返して、Ｃ／Ｃ複合材の気孔内にピッチが炭素化した
マトリックスを充填させることにより緻密化処理し、気
孔率１３チのＣ／Ｃ複合材を得た。

このＣ／　Ｃ’Ｍ合材を実施例／と同様にしてアルゴン
雰囲気中でコｏｏｏｃで熱処理をした後、同様の摩擦試
験と３回曲げ試験を実施した。結果を表／に示す。

実施例コ 実施例／における化学蒸着処理時間をｉｏ待時間してＣ
／Ｃ複合材の気孔内に熱分解炭素を充填させること罠よ
り緻密化処理して、気孔率−１壬のＣ／　Ｃ複合材を得
た。この後、比較例１で行なったと同様の含浸−焼成操
作なダ回操り返して、Ｃ／　Ｃ複合材の気孔内Ｑてピッ
チが炭素化したマトリックスを充填させて、気孔率／、
？％の本発明のＣ／Ｃｕ合材を得た。

このＣ／　Ｃ複合材を実施例１と同様にしてアルゴン雰
囲気中で２０００Ｃで熱処理をした後。

同様の摩擦試験と３点曲げ試販を実施した。その結果を
表１に示す。

手続補正書（自発） 昭和６λ年亭　月２Ｚ日 特許庁長官殿　　　　　　エ、。

１　事件の表示　昭和６ノ年　特　許　願第ｔｚ４Ｉｓ
ｔｔ　号２　発明　の名称　炭素繊維強化炭素複合材３
　補正をする者 出願人　（ｊｙｅ）三菱化成工業株式会社４代理人〒８
００ 細々説明の掴 ６補正の内容 ｆｉ＋　　％許請求の範囲を別紙のとおシ補正する。

（２）　　明＃Ｉ書第ダ貢第３−３行に「大きく伜ら別
紙 「特許請求の範囲 ｆｉｌ　　気孔率がコｊ〜デｊ方の炭素繊維強化炭素炭
素繊維強化炭素複合材。

である特許請求の範囲第１項記載の複合材。

朋　ハロゲン化炭化水素が￥ｊＡ素化炭化水素である特
許請求の範囲第１項もしくは第一項のいずれかに記載の
複合材。

■　緻密化前の炭素繊維強化炭素複合材の気孔率がＪＯ
〜ｂｏｘである特許請求の範囲第１項記載の複合材。

（５）緻密化処理を最終気孔系がＳ〜／よ九となるよう
に行なう特許請求の範囲第７項記載の複合材。

（６）緻密化処理された該複合材中の熱分隋炭素が、Ｘ
線回折法による黒鉛結晶の面間隔が３、りへ以上で、結
晶子の厚さが／ｕＡ以下である特許請求の範囲第１項記
載の複合材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）気孔率が２５〜９５％の炭素繊維強化炭素複合材
   と、ハロゲン化炭化水素含有ガスを ４００〜８００℃の温度で熱分解して得られる熱分解炭
   素で、該複合材の最終気孔率が ２０％以下となるように緻密化処理して得られる炭素繊
   維強化炭素複合材。 （２）ハロゲン化炭化水素が、塩素化炭化水素である特
   許請求の範囲第１項記載の複合材。 （３）緻密化前の炭素繊維強化炭素複合材の気孔率が３
   ０〜６０％である特許請求の範囲第１項記載の複合材。 （４）緻密化処理を最終気孔率が５〜１５％となるよう
   に行なう特許請求の範囲第１項記載の複合材。 （５）緻密化処理された該複合材中の熱分解炭素が、Ｘ
   線回折法による黒鉛結晶の面間隔が ３．７Å以上で、結晶子の厚さが１２Å以下である特許
   請求の範囲第１項記載の複合材。