JPH0225878B2 - - Google Patents

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JPH0225878B2
JPH0225878B2 JP56117222A JP11722281A JPH0225878B2 JP H0225878 B2 JPH0225878 B2 JP H0225878B2 JP 56117222 A JP56117222 A JP 56117222A JP 11722281 A JP11722281 A JP 11722281A JP H0225878 B2 JPH0225878 B2 JP H0225878B2
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、炭素材料の表面を処理して、炭素材
料と使用されるマトリツクス材料との間の結合力
（剪断強度）を改善することを目的とする。本発
明は、あらゆる形状及び寸法の炭素表面に応用し
うる。本発明は特に、フイラメント、マルチフイ
ラメント トウ、薄ストリツプ等（今後炭素繊維
と呼ぶ）に対して重要である。以下の論議は代表
例としてのフイラメントの処理に言及する。
炭素強化複合材料の分野において現在問題とな
つているものの一つは、炭素補強材とマトリツク
ス材料との間の結着力即ち剪断強度である。問題
は、マトリツクスがプラスチツク樹脂か金属かに
係りなく存する。歴史的には、炭素表面が使用下
の或いは提唱されている一般マトリツクス材料に
よつて容易には濡れないから強力な結着力を創生
することは非常に困難であつた。更に、幾つかの
場合、炭素表面はマトリツクス材料と反応する。
非常に多くの表面処理方法及び湿潤剤がこれま
で提唱された。分子酸素を使用する炭素質繊維材
料の表面特性を改質する為の方法が米国特許第
3754947号に記載されている。米国特許第3989802
号は、重クロム酸ナトリウム及び硫酸でもつて炭
素繊維を処理する為の方法を記載している。硼素
及び硼素化合物が炭素繊維用の処理剤として広く
使用されている。このような処理法の一つが米国
特許第3672936号に記載されている。米国特許第
3634220号において、酸素ガスを、ラジオ周派数
との組合せにおいて、炭素繊維処理用に用いるこ
とが提唱されている。この他にも無数の文献があ
る。金属マトリツクスと関連しては、炭素繊維
は、炭化チタン、炭化珪素及び炭化硼素でもつて
処理された。
本発明の目的は、金属マトリツクス複合材料用
の炭素フイラメント補強材表面の濡れを向上する
ことである。
炭化珪素が非化学量論的炭化珪素或いは不純物
の存在に特に敏感であることは推測されている。
例えば、ジヤーナル オブ ケミカル フイジツ
クス、21巻、821頁（1953）を参照されたい。ま
た、ザイツ アノルグ ケム、215巻、66頁
（1933）においても、非化学量論的炭化珪素の存
在の証拠は見出されなかつたが、炭化珪素中に過
剰量の炭素が不純物として存在することは推測さ
れている。炭化珪素の性質は、炭素のような不純
物の存在に特に敏感である。
炭素に富む炭化珪素の正確な組織は確認されて
いないけれども、定量的に過剰の炭素が存在する
領域が観測されている。また、珪素の一部は遊離
状態において存在していることも理論づけされて
いる。
ここで、第１図を参照すると、炭素に富む表面
層１３を上面に被覆した炭素フイラメント１１の
断面が示されている。炭素に富む表面層１３の組
成は、第２図のオーガー図（厚さ方向の各位置で
の組成を示す図）に例示されている。番号１５
は、炭素フイラメント１１と炭素に富む表面層１
３との間の界面を表す。表面層１３の外面１７に
おいて、化学量論的炭化珪素の％としての珪素水
準が40％として示されている。別の表現をするな
ら、これは、珪素対炭素の比が0.4であることを
意味する。珪素対炭素比は第２図に示されるよう
に曲線に沿つて幾分減少しそして界面１５におい
て零となる。
炭素に富む表面層１３の厚さは、0.25ミクロン
±20％のオーダである。外面１７における珪素対
炭素の好ましい比率は0.3〜0.5の範囲内にあり、
もつとも望ましい値として0.4が確立されている。
一番広い意味において、本発明は、珪素対炭素の
比が０〜１の範囲とされるような炭素表面上での
炭素富化炭化珪素層の付着を意図するものであ
る。厚さにおける僅かの変更は許容されうる。
蒸着法によつて炭素繊維上に炭素富化炭化珪素
層を形成する方法が第３図に例示されている。反
応器１９が用意される。反応器１９は多くの特許
に記載される反応器の一般形態に従う。その一例
は米国特許第4068037号に示されている。代表的
に、炭素繊維１３が供給リール２１に用意され
る。炭素繊維は、端子ａを介して電源に接続され
る水銀接点穴２３を通して通入される。その後、
炭素繊維は、反応器を通りそしてやはり端子ａを
介して電源に接続される水銀接点穴２５を通して
引出される。処理ずみの炭素繊維１３はその後反
応器１９の下側において巻取リール２７に収集さ
れる。反応器１９はガス導入口２９及びガス導出
口３１を備えている。
炭素繊維は、電気的端子ａ−ａを介して端子２
３及び２５への電気抵抗手段により適当な蒸着温
度が実現されるまで加熱される。代表的蒸着温度
は1200〜1300℃の範囲にある。
炭素に富む炭化珪素層を形成する為に、プロパ
ンとジクロロシランの混合物が、アルゴンと共
に、導入口２７を経て反応器１９に供給される。
混合物は、炭素繊維１３の移動方向と向流的に邪
魔板３３によつて導出口３１へと通流せしめられ
る。
混合物の好ましい組成は主にシランから成るも
のである。
ジクロロシランはプロパンより一層反応性であ
るから、前者は導入口２９に隣りあう領域Ｘにお
いて分解しそして炭素繊維上に主に炭化珪素とし
て付着する。プロパン及びジクロロシランの混合
物が領域Ｙに達する時点までに、混合物は今や主
にプロパンとなつており、従つてもつと少い量の
炭化珪素が炭素との組合せ下で領域Ｙにおいて付
着される。炭素繊維は下方向に移動しているか
ら、炭素繊維はプロパンが主体である領域Ｙに先
ず達する。炭素繊維が領域Ｙを通してそして続い
て領域Ｘを通して移行する過程において、炭素繊
維１３上に付着される炭素の量に対して炭化珪素
の量は増加して第２図に例示されるような断面を
形成する。
以上、本発明について具体的に説明したが、本
発明の範囲内で多くの改変を為しうることを銘記
されたい。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の原理を具体化した炭素に富む
炭化珪素表面層を具備する炭素繊維の断面図であ
り、第２図は炭素に富む表面層のオーガー表示に
従うグラフであり、そして第３図は炭素に富む表
面層を形成する為の好ましい方法において使用さ
れる蒸着反応炉を示す概略正面図である。 １１：炭素フイラメント、１３：炭素に富む炭
化珪素表面層、１５：界面、１７：外面、１９：
反応器、２１：供給リール、２７：巻取リール、
２９，３１：ガス口。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 金属マトリツクス複合材料用の炭素フイラメ
    ント補強材であつて、炭素フイラメント表面の濡
    れを向上するために、該炭素フイラメントの外周
    に被覆される炭素富化炭化珪素層を有し、その場
    合炭素富化炭化珪素層における珪素対炭素の比率
    が該炭素フイラメントの外周界面における零から
    該炭素富化炭化珪素層の外面における零と１との
    中間の値まで連続的に変化し、そして該炭素富化
    炭化珪素層の厚さが0.25ミクロン±20％であるこ
    とを特徴とする金属マトリツクス複合材料用の炭
    素フイラメント補強材。 ２ 炭素富化炭化珪素層の外面における珪素対炭
    素の比率が0.3〜0.5である特許請求の範囲第１項
    記載の金属マトリツクス複合材料用の炭素フイラ
    メント補強材。
JP56117222A 1980-07-30 1981-07-28 Surface treatment for carbon Granted JPS57118082A (en)

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