JPH01275468A - 炭素繊維強化炭素ブレーキ材料の製造方法 - Google Patents

炭素繊維強化炭素ブレーキ材料の製造方法

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JPH01275468A
JPH01275468A JP63102618A JP10261888A JPH01275468A JP H01275468 A JPH01275468 A JP H01275468A JP 63102618 A JP63102618 A JP 63102618A JP 10261888 A JP10261888 A JP 10261888A JP H01275468 A JPH01275468 A JP H01275468A
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JP
Japan
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carbon
pitch
carbon fiber
carbonaceous
brake
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JP63102618A
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English (en)
Inventor
Masaki Shimada
政紀 島田
Masaaki Tadokoro
正昭 田所
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Akebono Brake Industry Co Ltd
Akebono Research and Development Centre Ltd
Nippon Steel Corp
Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Original Assignee
Akebono Brake Industry Co Ltd
Akebono Research and Development Centre Ltd
Nippon Steel Corp
Nippon Steel Chemical Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • C04B35/83Carbon fibres in a carbon matrix

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、レーシングカー、大型トラック等の、特に軽
量で高い機械的強度および良好な摩擦特性が要求される
炭素繊維強化炭素ブレーキ材料の製造方法に関するもの
である。
(従来の技術) 炭素繊維強化炭素材料(以下、C/ Cコンポジットと
いう)は炭素繊維を補強材とし、炭素をマトリックスと
した複合材料である。C/ Cコンポジットは炭素繊維
で強化されているために従来の炭素材料にくらべ常温、
高温での機械的特性にまさり、また摩擦・制動特性、熱
・電気伝導性、耐蝕性などもすぐれていることから、ロ
ケットノズル、航空機のブレーキディスクなどの宇宙航
空機部材として欠かせない材料となっている。このよう
に応用範囲の広いC/ Cコンポジットの製造法として
は現在大別して2つの系統がある。
その1つはポリアクリロニトリルやレーヨンやピッチ系
繊維を炭化して得られる炭素繊維のトウ、クロス、フェ
ルトなどを簡単に成形した後、炉に入れて1000〜1
500℃に加熱し、そこへ炭化水素ガスを導入して分解
炭化させ、炭素を炭素繊維裏面に沈着せしめてC/ C
コンポジットとする方法である(以下この方法をCVD
法と称する)。
CV、 D法は生産性が低く所定の密度を得るには多犬
な時間を要し、まだ均一な気孔の少ない炭素材料を得る
にはかなり高度な技術を要する(例えば、Carbon
 Vol、6P、 397−−4031968 )。
他の1つはポリアクリロニトリルやレーヨンやピッチ系
繊維を炭化して得られる炭素繊維のトウ。
クロス、フェルトなどと、フェノール樹脂やピッチ系の
炭素材原料を、加圧加熱し硬化成形体とした後、非酸化
性雰囲気で炭化処理をし、必要ならば含浸処理、炭化処
理を繰り返しC/ Cコンポジットする方法である(ト
リガー随4 、92−71983)。
(発明が解決しようとする田題、刀) 本発明の目的は、ピッチ類と炭素質粉末をマトリックス
の構成原料として使用し、良好なブレーキ特性を示すC
/ Cコンポジットを製造することにある。
(饅頭7久を解決するだめの手段) 本発明は、補強材として炭素繊維を含みピッチ期と炭素
質粉末をマトリックスの構成原料とした成形体に炭化処
理を捲し、その後常法により含浸処理、炭化処理を適宜
症した後に、最後に非酸化性ガス雰囲気下で1000℃
〜1900℃以下の温度で熱処理することによって、優
れたブレーキ特性を示す炭素繊維強化炭素ブレーキ材料
を製造することを特徴とする。
本発明のブレーキ材料は、炭素繊維強化炭素材同士を組
合せて用いられる。すなわち−殻内には、ブレーキディ
スクとパッドの両方とも同じC/ Cコンポジットから
なっている。
次に本発明の内容をさらに詳細に説明する。
本発明に用いられる補強用の炭素繊維はポリアクリロニ
トリル(PAN)系、レーヨン系、ピッチ系のいずれで
あってもよく、また炭素質、黒鉛質のいずれであっても
よい。炭素繊維の形態は、長さ0.05〜50w程度の
短繊維であっても、連続繊維であっても使用できる。ま
たクロスやフェルト、マットなどシート状等の炭素繊維
構造物となった形態であってもよい。上記炭素繊維は、
マトリックス中にそのままの状態で、または解繊された
状態で全くランダムな方向を向いていてもよいし、任意
の特定の方向に向けて配列せしめられていてもよい。
また、マトリックスとなる炭素材の原料は、含浸ピッチ
、バインダーピッチ等のピッチ類と、生ピツチコークス
、黒鉛粉末、カーボンブラック等の炭素質粉末を混合し
て使用する。炭素質粉末としては、好ましくはピッチと
馴染がよく、炭化時の収縮率がピッチに類似した生ピツ
チコークスを使用し、生ピツチコ−クスの揮発分は、3
〜10チとすることが望ましい。
かかる炭素繊維または炭素繊維の構造物と、前記マトリ
ックスを積層もしくは混合したものを、プレス成形等を
行って成形体とする。
前記成形材料において、炭素繊維または炭素繊維構造物
は20〜90重量%、好ましくは40〜80重量%含有
されていることが望ましい。
炭素繊維が20重量%未満では、得られるC/Cコンポ
ジットの補強繊維が少なすぎる為、強度が低くなる。一
方90重量%を越えた場合にはマトリックスの含有量が
少なすぎる為、層間における剪断強度が低下し、炭素繊
維の補強効果が充分に発揮されない。
まだ、マトリックスを構成するピッチ類と炭素質粉末の
割合は、ピッチ類を20〜95重量%、炭素質粉末を5
〜80重量%とし揮発分率、粘度等を調整する。
ピッチ類が少なく、20重量%未満では、粘度が上昇し
成形が難しい、また、95重量%を越えると、炭化時に
粘度が下がってマ) IJソックス料の流出が起こり層
間強度が非常に弱くなる。より好ましくは、ピッチ類を
30〜70重量%含有させる。
前記成形体を、そのまま炭化するとピッチ類が液状にな
った時点で熱分解による生成ガスが成形体の脹れを引き
起こすのでこれを防止するため、この成形体を金属、セ
ラミックス、黒鉛、C/ Cコンポジット等の炭化時の
高温においても変形しない材料からなる板状体あるいは
型枠状の固定材をボルト等を用いて固定した状態でその
まま炭化処理を行う。成形体の全体を固定材で囲むと炭
化時に生成するガスの逃げがなくなるので、完全て成形
体の周囲を囲む必要はなく、少なくともガスを逃がすだ
めの開口部あるいは開放部分を設けておくようにすれば
よい。また炭素繊維とピンチ類と炭素質粉末からなる炭
素材の層とを積層するような場合には、脹れが最も、顕
著に起こるのは、成形時の加圧方向であるので、少なく
とも成形加圧方向の脹れを抑制するように固定すること
でもよい。成形体が、板状体あるいは直方体の時には、
板状体の固定材を使用し、また成形体が、異形体の時に
は、予め形状をあわせた型枠状の固定材を使用して固定
する。
その後、固定材をボルト等を用いて固定した成形体を窒
素、アルゴン等の非酸化性ガス雰囲気中で600℃以上
、1000℃以下の温度で炭化する。この場合、炭化時
の昇温速度が早すぎるとマトリックス材料の熱分解によ
る収縮と、ガス発生が激しくなり、大きな亀裂が発生し
やすくなる。
その為昇温速度は、通常100℃/hr以下、好ましく
は20℃/hr以下とすることが望ましい。
このようにして炭化処理されて得られた中間体は、いま
だ気孔率が大きく、高密度、高強度のC/Cコンポジッ
トを得る為にさらにこの中間体にピッチまたは炭化可能
な樹脂を含浸する含浸処理を施し、ふたたびアルゴン等
の非酸化性雰囲気中で炭化処理する。このときの温度は
、1000℃以下が好ましい。
この含浸処理、炭化処理はC/ Cコンポジットの使用
目的特性に応じて適宜行うことができる。
含浸処理、炭化処理は、C/ Cコンポジットの細孔が
うまり、密度がはソ一定になるまで繰返すことが望しい
。そして、最終的に炭素の組織を均一にし物性を決定す
る熱処理を窒素、アルゴン、ヘリウム等の非酸化性ガス
雰囲気中で1000℃以上1900℃以下で行ない最終
C/ Cコンポジットとする。・熱処理温度が10・0
0°C未満であると、摩擦時忙熱拡散が不十分で摩擦面
のみ加熱され、C/ Cコンポジットの摩擦面における
ヒートリングが起こり、摩擦係数が安定しない。また1
900℃超である−と黒鉛化が進行して硬度が下がり摩
耗量が多くなり好ましくない。
最終熱処理の際の昇温速度は、多量のガス発生を伴なわ
ないため、通常20℃/min 以下打着しくは5℃/
min 以下とすることで差支えない。熱処理の時間は
特性を安定させるため所定温度で30分以上、好ましく
は1時間以上とする。
以下、実施例に従って、本発明を説明する。
(実施例) 平均粒度10μm、軟化点240℃のピッチ50重量%
と、平均粒度10μmの生コークス(揮発分xo4)5
o重量%をニーダ−を使用し27Q℃で混合し、その後
この混合物を、100μm以下に粒度調整したものと炭
素繊素クロス(朱子織り)120X120.を交互に金
型に25層積層し、温度300℃、圧力1o o Kq
/−でプレス成形し120×120×厚み9刷の板状成
形体を得た。
次にこの成形体をステンレス板(160X160×厚み
101)の固定材に挾み、ボルトを使用して固定した。
これを、窒素雰囲気中10°C/hrの昇温速度で60
0’Cまで昇温しマトリックスを炭化した。次に、固定
材を取り外した後、窒素雰囲気中で3℃/hrの昇温速
度でl l OO’Cまで昇温し炭化体を得た。さらに
、この炭化体に、含浸用ピッチを真空下、200℃で含
浸した後、この含浸体を窒素雰囲気中にて10℃/hr
の昇温速度で850″Cまで昇温し含浸したピッチを完
全に炭化させた。続いて、上記炭化工程をさらに3回繰
り返して中間体を得た。
得られた中間体をアルゴン雰開気中で第2表に示した8
50〜2400℃の温度まで10℃/minの昇温速度
で昇温しで所定温度にて1時間保持する熱処理を行ない
C/ Cコンポジット製品を得た。
摩擦性能試験は第1表の様なフルサイズのl/10のテ
ストピース面積を有する小型テスターを使用した。その
結果は、第2表に示したが、摩擦面圧を50Kyfと1
00Kpf、M擦速度をg OKm /hと100 K
m / hとして、計400回の摺り合わせを行ない、
パッドの減量を摩耗量とし、摩擦係数は、全体の平均を
示した。
第2表かられかるように、本発明の製造方法によるブレ
ーキ材料は摩耗量も少なく、摩擦係数も0.3以上と高
く、曲げ強度も高いことを示している。
第1表 ブレーキテスト条件 第2表 (発明の効果) 以上のように本発明の方法によると現在はとんど一般に
製造されていないピッチをマトリックストスるC / 
Cコンポジットを製造でき、金属より軽量でより高い機
械的強度および良好なブレーキ特性が要求される炭素繊
維強化炭素ブレーキ材料手続補正書 1、事件の表示 昭和63年 特許願 第102618号2、発明の名称 炭素繊維強化炭素ブレーキ材料の製造方法3、補正をす
る者 事件との関係   特許出願人 住所  東京都千代田区大手町2−6−3名称  (6
65)新日本製鐵株式会社(ほか3名)代表者   m
s   裕 4、代理人 〒105   Ta(503)4877自発 6、補正の対象 明細書の特許請求の範囲及び発明の詳細な説明の欄(1
)特許請求の範囲を別紙の通り補正する。
(2)明細書第2頁18行において、 「裏面」とあるを、 「表面」と訂正する。
(3)明細書第4頁1行において、 r1000℃〜1900℃以下」とあるを、「1oOo
℃以上1900℃以下」と訂正する。
(4)明細書第9頁9行において、 r生コークス」とあるを、 「生ピツチコークス」と訂正する。
特許請求の範囲 [(1)炭素繊維強化炭素材を組合せて用いるブレーキ
材料であって、補強材として炭素繊維を含み、ピッチ類
と炭素質粉末からなる炭素材成形体を炭化処理し、得ら
れた炭素材を非酸化性ガス雰囲気下1000℃以上19
00℃以下で熱処理することを特徴とする炭素繊維強化
炭素ブレーキ材料の製造方法。
(2)熱処理温度が1100℃以上1800℃以下であ
る特許請求の範囲第1項記載の炭素繊維強化炭素ブレー
キ材料の製造方法。」 8、前記以外の補正をする者 事件との関係   特許出願人 住所  東京都中央区銀座5−13−16名称  新日
鐵化学株式会社 代表者   森口 l: 住所  東京都中央区日本橋小絹町19番5−r8i名
称  曙ブレーキ工業株式会社 代表者   信元 安置 住所  埼玉県羽生市東5−4−71 名称  株式会社 曙ブレーキ中央技術研究所代表者 
  岡野  茂

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)炭素繊維強化炭素材を組合せて用いるブレーキ材
    料であつて補強材として炭素繊維を含み、ピッチ類と炭
    素質粉末からなる炭素材成形体を炭化処理し、得られた
    炭素材を非酸化性ガス雰囲気下1000℃以上1900
    ℃以下で熱処理することを特徴とする炭素繊維強化炭素
    ブレーキ材料の製造方法。
  2. (2)熱処理温度が1100℃以上1800℃以下であ
    る特許請求の範囲第1項記載の炭素繊維強化炭素ブレー
    キ材料の製造方法。
JP63102618A 1988-04-27 1988-04-27 炭素繊維強化炭素ブレーキ材料の製造方法 Pending JPH01275468A (ja)

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