JPH04310567A - 低摩擦係数を持つ炭素繊維強化炭素複合材料 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低摩擦係数をもち、耐
熱性および耐酸化性に優れ、ブッシユ、スラストワッシ
ヤ、ピストンリング、ポンプのベーン、ロ−タ、スリ−
ブ、高温用軸受けなどに利用して好適な炭素繊維強化炭
素複合材料に関する。本発明の炭素複合材料は、乾式摺
動下で摩擦係数が低く、耐焼付き性に優れる特性を有し
、機械構造体に利用してそのフリクションロス低減に寄
与する。このため、本発明の炭素複合材料は摺動部材、
特に高温下とか無潤滑状態で使用される摺動部材として
使用できる。

【０００２】

【従来の技術】従来、機械構造体の摺動部分はその耐焼
付き性が低いので、通常はオイル潤滑下で使用される。 乾式下で使用する摺動部材としてはオイルを含浸した焼
結材、銅系の焼結合金が知られている。一方、高温下と
か無潤滑状態で使用される材料には、低摩擦特性と耐熱
性および耐摩耗性が要求される。かかる材料として炭素
材料が知られている。炭素材料は炭素粉末とピッチ粉末
とを焼き固めたもの、高温で焼結することにより黒鉛化
したものが使用されている。

【０００３】近年、かかる目的で使用される炭素材料の
強度を向上させた材料として、炭素繊維強化炭素材料か
らなるものが提供されている。この炭素繊維強化炭素材
料は、例えば、炭化又は黒鉛化されかつ酸化処理などの
表面処理の施された強化材としての炭素繊維に、タ−ル
、ピッチまたは熱硬化性樹脂などの結合材としての液状
炭素材料を含浸し、不活性雰囲気下で焼成、必要に応じ
て黒鉛化することにより製造される（特開昭６３−２０
６３５１号公報）。

【０００４】さらに、炭素繊維強化炭素材料の摩擦係数
を高めることを目的として、炭素繊維強化炭素材料に金
属とか炭化物セラミック粉を配合した炭素繊維強化炭素
複合材料が報告されている（特開昭６３−１３９２６号
公報、特開昭６３−６０１７３号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の炭素繊維強化炭
素材料は室温等の比較的低い温度域とか低荷重時におい
て、摩擦係数μが低いという特色を持つ。しかし高温下
とか高荷重下では比較的摩擦係数が高い。本発明は、こ
の問題点に鑑みてなされたものであり、低い摩擦係数を
持つ炭素繊維強化炭素複合材料を提供することを目的と
する。さらに、本発明は、低い摩擦係数を持つとともに
高強度で耐摩耗性に優れた炭素繊維強化炭素複合材料を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の炭素繊維強化炭
素複合材料は、基材が炭素繊維強化炭素で構成され、該
基材中に１８００℃以上の融点を有し該基材の炭素と反
応しにくい金属硼化物粉末および／または繊維が１〜２
０重量％埋設されていることを特徴とする。本発明者は
、炭素繊維強化炭素材料に各種のセラミックスを配合し
て各種の炭素繊維強化炭素複合材料を作り、得られた複
合材料の密度、強度、乾式下および湿式下の摩擦係数お
よび摩耗量を詳細に調べてきた。セラミックスとして金
属硼化物を使用した場合には、他のセラミックスを配合
した場合とは異なり、基材の炭素繊維強化炭素材料より
低い摩擦係数を持つことが判明した。

【０００７】そこで、本発明者等は、一部の知見を特願
平１−３４１８８３および特願平２−１６３３８８とし
て特許出願した。これら特許出願した発明は、主に炭素
繊維強化炭素材料からなる基材に特色を持つもので、自
己焼結性をもつ炭素粉末と完全炭化前の未炭化炭素繊維
とを一体的に焼結したつした焼結体であり、耐摩耗性が
特に優れている。そして、この焼結体を基材としてこれ
に各種セラミックスを配合した炭素繊維強化炭素複合材
料は、優れた耐摩耗性とともに、セラミックスを選択す
ることにより、所望の摩擦係数が得られる。

【０００８】本発明者は、さらに基材となる炭素繊維強
化炭素材料の範囲を広げ、かつ広い範囲のセラミックス
を組合わせて研究した結果、低い摩擦係数をもちかつ構
造材として使用できる機械的強度をもつ新たな炭素繊維
強化炭素複合材料を見出し、本発明を完成したものであ
る。本発明の炭素繊維強化炭素複合材料は、炭素繊維強
化炭素で構成された基材と１８００℃以上の融点を有し
該基材の炭素と反応しにくい金属硼化物粉末および／ま
たは繊維１〜２０重量％とからなる。

【０００９】基材は炭素繊維とマトリツクス炭素とから
構成されている。炭素繊維としては、ＰＡＮ（ポリアク
リロニトリル）、石炭または石油系ピッチを原料として
紡糸し、炭化した炭素繊維が使用できる。好ましい炭素
繊維として、ピッチ系の光学的等方性の炭素繊維がある
。この光学的等方性炭素繊維は繊維方向による熱膨張係
数の異方性がなく２０〜１０００℃の範囲の平均熱膨張
係数は２〜４×１０−６／℃である。また、ＰＡＮ系お
よびピッチ系で、高強度、高剛性の光学的異方性をもつ
炭素繊維が知られている。この炭素繊維は、繊維方向の
熱膨張係数が室温から４００℃程度まで負の係数をもち
、４００〜１０００℃の熱膨張係数は０〜２×１０−６
／℃であり、かつ繊維の長手方向とそれに直行する方向
の熱膨張係数が異なる。この繊維も用途によっては充分
に活用できる。

【００１０】これら炭素繊維の繊維長さは、短繊維、長
繊維に限らない。しかし、短繊維の場合には０．０１〜
５０ｍｍのものを使用することができる。特に、０．０
３〜１０ｍｍのものが混合のしやすさ、アスペクト比の
関係から好ましい。長すぎては繊維同士が絡みあい分散
性が低下し、ひいては製品特性の均一性に劣り、また０
．０１ｍｍより短くては製品の強度が急激に低下して好
ましくない。また、繊維径としては、５〜２５μｍ程度
のものが好ましい。さらに、これらの繊維からなる不織
布またはコ−ティング布として使用することもできる。

【００１１】炭素繊維は、さらにタ−ル、ピッチ、有機
高分子などの粘結成分を含有する材料で表面処理し、結
合材とのなじみ性を向上させることが好ましい。この表
面処理は、炭素繊維１００重量部に１００〜１０００重
量部程度の粘結成分含有材料を加えて攪拌し、有機溶媒
により洗浄後、乾燥して行うことができる。炭素繊維は
、必要に応じて分散処理される。すなわち、乾燥させた
繊維が、塊状化または凝集していることがあるので、こ
のような場合には、通常の粉体ミル、アトマイザ−、パ
ルバライザ−などの任意の手段により分散を行う。

【００１２】マトリックス炭素としては、フェノール樹
脂等の樹脂を熱分解して炭化したもの、石炭または石油
ピッチを加熱してさらに炭化したもの、コークス粉砕品
、メソカーボンマイクロビーズのように自己焼結性をも
つ粉、ＣＶＤによる気相法で得られる炭素等が利用でき
る。金属硼化物としては、１８００℃以上の高融点を有
し、複合材製造時に炭素と反応しにくいものであること
が必要である。かかる金属硼化物として、ＴｉＢ２　、
ＺｒＢ２　、ＣｒＢ、ＣｒＢ２　等を挙げることができ
る。 なお、後で説明するが金属硼化物としては、前記高融点
、炭素と反応しにくいという条件以外に、低い熱膨張係
数（α２　）をもつことが好ましい。低熱膨張であると
いう観点から、ＴｉＢ２　（α２　；７．６〜８．３×
１０−６／℃）、ＺｒＢ２　（α２　；５．３〜６．２
×１０−６／℃）が推奨される。

【００１３】金属硼化物の粉末を採用する場合は、基材
とのなじみ性、分散性および複合材としての強度および
耐摩耗性を考慮して、粒径０．１〜１０μｍのものが好
ましく、より好ましくは粒径０．３〜５μｍのものがよ
い。粒径が０．１μｍより小さいと均一混合が難しく、
粒径が１０μｍより大きいと異常摩耗を起こす可能性が
ある。金属硼化物の繊維を採用する場合は、基材とのな
じみ性、分散性および複合材としての強度および耐摩耗
性を考慮して、直径０．７〜４０μｍ、長さ０．０１〜
８ｍｍのものが好ましく、より好ましくは直径１〜１５
μｍ、長さ０．０５〜３ｍｍのものがよい。なお、繊維
には、ウイスカ、セラミックス繊維が含まれる。

【００１４】本発明の炭素繊維強化炭素複合材料には、
金属硼化物と共に他の硼化物、例えば炭化硼素、窒化硼
素を配合することができる。配合割合は金属硼化物を含
め全硼化物の割合が２０％以内であるのが良い。多くの
試験結果から、本発明者は、炭素繊維強化炭素複合材料
を構成する基材の熱膨張係数と金属硼化物の熱膨張係数
が近い程、炭素繊維強化炭素複合材料の材料強度等の機
械的性質が向上することを知見している。本発明の炭素
繊維強化炭素複合材料の使用が期待される２０〜１００
０℃の温度範囲で、基材を構成する炭素繊維強化炭素材
料の平均熱膨張係数は比較的低く、逆に、金属硼化物の
平均熱膨張係数は高い。

【００１５】従って、基材は強度の低下が容認できる範
囲で、できるだけ熱膨張係数が高いものが好ましい。な
お、基材を構成する炭素繊維強化炭素材料の熱膨張係数
は、使用するマトリックス炭素原料、炭素繊維の種類を
選択したり、製造方法を変えることにより、ある程度任
意に調節できる。金属硼化物は、熱膨張係数の小さなも
のを選ぶのが好ましい。用途によって高い熱膨張係数を
もつセラミックスを選択しなければならない時は、その
配合量を少なくするとか、他の熱膨張係数の低い硼化物
と混合して使用する等の方法を採用できる。

【００１６】本発明の炭素繊維強化炭素複合材料の基材
の２０〜１０００℃の平均熱膨張係数α１　と金属硼化
物の２０〜１０００℃の平均熱膨張係数α２　とは次の
関係にあるのが好ましい。 −２×１０−６／℃≦α１　−α２　≦３．５×１０−
６／℃（α１　−α２　）が−２より小さい、すなわち
基材の平均熱膨張係数α１　が、金属硼化物の平均熱膨
張係数α２　より２×１０−６／℃小さいと、基材と金
属硼化物との境界部分に無視できない隙間が生じ、耐摩
耗性が低くなる。 また、同じことは、（α１　−α２　）が＋３．５より
大きい、すなわち基材の平均熱膨張係数α１　が、金属
硼化物の平均熱膨張係数α２　より３．５×１０−６／
℃大きいと、基材と金属硼化物との境界部分に無視でき
ない歪みが生じ、耐摩耗性が低くなる。なお、（α１　
−α２　）がプラス側とマイナス側で異なるのは、炭素
繊維強化炭素複合材料の基材と金属硼化物の境界部分の
関係が焼成温度で定まり、焼成温度から室温まで温度が
低下すると、その温度変化による熱収縮で基材と金属硼
化物との境界部分の関係が変化することによると考えて
いる。（α１　−α２　）がマイナス、すなわち金属硼
化物の熱膨張係数が大きいと、室温まで温度が低下する
と金属硼化物が大きく収縮し、基材と金属硼化物との境
界部分に隙間が生じる。逆に、（α１　−α２　）がプ
ラス、すなわち金属硼化物の熱膨張係数が小さいと、室
温まで温度が低下すると基材が大きく収縮し、基材は焼
き嵌めと同じ原理で金属硼化物を強く閉じ込め隙間が発
生しない。なお、（α１　−α２　）があまりにも大き
いと、基材が熱膨張の差に基ずく歪みを吸収できず、基
材か破壊され、耐摩耗性が大きく低下する。

【００１７】参考までに、基材を一定にし、配合する金
属硼化物等のセラミックスの種類を変えて熱膨張係数の
差（α１　−α２　）を変えた数種類の炭素繊維強化炭
素複合材料を作り、熱膨張係数の差（α１　−α２　）
と比摩耗量との関係を示す線図を図１に示すなお、図１
では熱膨張係数の差（α１　−α２　）を絶対値で示し
た。図１より、（α１　−α２　）がゼロ（０）に近ず
く程比摩耗量が低下しているのが判る。

【００１８】本発明の炭素繊維強化炭素複合材料を１０
０重量％（以下、％は特に明記しないかぎり重量％を示
す。）としたとき、金属硼化物粉末および／または繊維
の割合は、１〜２０％であるのが好ましい。１％以下で
は摩擦係数の低下に充分ではなく、逆に２０％を越える
と材料強度の低下が著しい。また、炭素繊維の含有量は
４０％以下とするのが好ましい。４０％を越えると材料
強度が著しく低下する。

【００１９】本発明の炭素繊維強化炭素複合材料はその
見掛け密度が１．６５ｇ／ｃｍ３　以上であるのが好ま
しい。見掛け密度が高くなる程、材料強度、耐摩耗性等
の機械的特性が向上する。本発明の炭素繊維強化炭素複
合材料の形状は特に限定されずブッシユ、ワッシヤ、ロ
−タ、スリ−ブなどの所定の形状とすることができる。

【００２０】本発明の炭素繊維強化炭素複合材料は公知
の方法によって製造できる。マトリックス炭素として自
己焼結性の炭素粉末を使用する場合は、例えば図２に示
すような乾式混合、乾式成形および焼成という簡単な工
程で製造できる。炭素粉末と金属硼化物粉末および繊維
は、強度および耐摩耗性を等方的にするために、前記し
た原料を均一に混合することが好ましい。

【００２１】成形は、常法によって行うことができ、通
常１〜１０ｔｏｎ／ｃｍ２　程度の加圧下に所定の形状
に成形すればよい。または、ＣＩＰ法、ＨＩＰ法、ホッ
トプレス法などによって成形を行ってもよい。成形は、
常温でまたは不活性雰囲気下５００℃程度までの加熱下
に行うことができる。焼成は、７００〜１５００℃程度
に加熱して炭素繊維および自己焼結性炭素粉末を炭化固
結させる。なお、必要に応じてこの炭化された複合体を
黒鉛化炉で焼結温度以上に加熱して黒鉛化させてもよい
。

【００２２】マトリックス炭素として液状あるいは加熱
により液化する原料を使用する場合は、金属硼化物はマ
トリックス炭素原料に混合する。炭素繊維は従来の方法
と同様にマトリックス炭素原料に混合しても、あるいは
炭素繊維でできた予備成形体にマトリックス炭素原料を
付着させる方法でも良い。複合体を得るには得られた成
形体を加熱しマトリックス炭素原料の炭化を進め、全体
を一体化する。炭化の条件は、特に限定されないが、通
常非酸化性雰囲気中０．１〜３００℃／時間程度の速度
で常温から１５００℃程度の温度まで昇温し、０．５〜
１０時間程度保持して行えばよい。なお、焼結時におい
てもより高温で焼結すると複合体の一部は炭化の後、黒
鉛化する。

【００２３】また、黒鉛化の条件も、特に限定されず、
非酸化性雰囲気中で焼結時の温度から０．１〜５００℃
／時間程度の速度で１５００〜３０００℃程度の温度ま
で昇温し、０．５〜１０時間程度保持すればよい。黒鉛
化を行った場合には、黒鉛結晶が十分に成長するととも
に秩序正しく配向し、これにより製品の密度、強度およ
び耐摩耗性などがさらに向上する。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 （実施例１）炭素繊維として、長さ２０ｍｍの石炭ピッ
チ系の不融化炭素繊維を用いた。マトリックス炭素原料
として平均粒径７μｍのコールタール系メソカーボンマ
イクロビーズ（大阪ガス製）を使用した。さらに金属硼
化物として平均粒径１．４μｍのＴｉＢ２　（α２　；
８．１×１０−６／℃）粉末を使用した。そして、炭素
繊維；メソカーボンマイクロビーズ；ＴｉＢ２　粉を重
量割合で３０；６５；５として配合した。この配合物を
ライカイ機で混合し、さらに室温で万能プレスで１ｔｏ
ｎ／ｃｍ２の成形圧力で成形した。その後、成形体を常
圧で非酸化性雰囲気中、１５０℃／時間の加熱速度で１
０００℃まで昇温し、同温度で１時間保持しさらに非酸
化性雰囲気中、５００℃／時間の速度で２０００℃まで
加熱して焼結した。これにより本発明の炭素繊維強化炭
素複合材料を得た。

【００２５】得られた炭素繊維強化炭素複合材料のＴｉ
Ｂ２　の割合および見掛け密度はそれぞれ５％と１．７
５ｇ／ｃｍ３　であった。また、この炭素繊維強化炭素
複合材料の２０〜１０００℃の平均熱膨張係数αは７．
５×１０−６／℃であった。なお、本実施例のＴｉＢ２
　粉を全く含まないことだけ異なり、他は本実施例と全
く同じ方法で、ＴｉＢ２　粉を全く含まない炭素繊維強
化炭素材料を作り、本実施例の炭素繊維強化炭素複合材
料を構成する基材とした。そしてこの基材の２０〜１０
００℃の平均熱膨張係数α１　を求めた。基材の２０〜
１０００℃の平均熱膨張係数α１　は７．３×１０−６
／℃であった。この基材の平均熱膨張係数α１　とＴｉ
Ｂ２　の平均熱膨張係数α２　から（α１　−α２　）
を求めると、ＴｉＢ２　を含む本実施例の炭素繊維強化
炭素複合材料の（α１　−α２　）は、−０．８×１０
−６／℃となる。 （実施例２）実施例１において使用した石炭ピッチ系の
不融化炭素繊維、メソカーボンマイクロビーズおよびＴ
ｉＢ２　をそれぞれ２５％、７０％および５％の割合で
配合しライカイ機で混合し、得られた混合物を２０００
ｋｇ／ｃｍ２　で冷間静水圧成形（ＣＩＰ法）し、窒素
ガス雰囲気中で１０００℃に加熱して焼結した。そして
さらに密度を高めるため、得られた焼結体をフェノール
樹脂液に漬けてフェノール樹脂を含浸させ、窒素ガス中
で１０００℃に加熱して炭化、焼結させた。この操作を
１０回繰り返した後、アルゴンガス中で２２００℃に加
熱して黒鉛化させて、本発明の炭素繊維強化炭素複合材
料を得た。

【００２６】この実施例２のＴｉＢ２　の割合および見
掛け密度はそれぞれ５％と１．８５ｇ／ｃｍ３　であっ
た。 また、２０〜１０００℃の平均熱膨張係数は７．７×１
０−６／℃であった。なお、本実施例のＴｉＢ２　粉を
全く含まないことだけ異なり、他は本実施例と全く同じ
方法で、ＴｉＢ２　粉を全く含まない炭素繊維強化炭素
材料を作り、本実施例の炭素繊維強化炭素複合材料を構
成する基材とした。そしてこの基材の２０〜１０００℃
の平均熱膨張係数α１　を求めた。基材の２０〜１００
０℃の平均熱膨張係数α１　は７．５×１０−６／℃で
あった。この基材の平均熱膨張係数α１　とＴｉＢ２　
の平均熱膨張係数α２　から（α１　−α２　）を求め
ると、ＴｉＢ２　を含む本実施例の炭素繊維強化炭素複
合材料の（α１　−α２　）は、−０．６×１０−６／
℃となる。 （実施例３）実施例１において使用したＴｉＢ２　に代
えて平均粒径３．５μｍのＣｒＢ２　（α２　；１０．
５×１０−６／℃）粉末を使用し、その他はまったく実
施例１と同じ方法で炭素繊維強化炭素複合材料を作った
。この実施例３のＣｒＢ２　の割合および見掛け密度は
それぞれ５％と１．７６ｇ／ｃｍ３　であった。また、
２０〜１０００℃の平均熱膨張係数は８．３×１０−６
／℃であった。

【００２７】なお、本実施例のＴｉＢ２　粉を全く含ま
ないことだけ異なり、他は本実施例と全く同じ方法で、
ＣｒＢ２　粉を全く含まない炭素繊維強化炭素材料を作
り、本実施例の炭素繊維強化炭素複合材料を構成する基
材とした。そしてこの基材の２０〜１０００℃の平均熱
膨張係数α１　を求めた。基材の２０〜１０００℃の平
均熱膨張係数α１　は７．３×１０−６／℃であった。 この基材の平均熱膨張係数α１　とＣｒＢ２　の平均熱
膨張係数α２　から（α１　−α２　）を求めると、Ｃ
ｒＢ２　を含む本実施例の炭素繊維強化炭素複合材料の
（α１　−α２　）は、−３．２×１０−６／℃となる
。 （比較例１）実施例１において使用した金属硼化物を使
用せず、実施例１で使用したのと同じ炭素繊維３０％お
よび同じマトリックス炭素原料７０％を使用し、その他
はまったく実施例１と同じ方法で金属硼化物を含まない
炭素繊維強化炭素材料を作った。この比較例１の見掛け
密度は１．７４ｇ／ｃｍ３　であった。また、２０〜１
０００℃の平均熱膨張係数は７．３×１０−６／℃であ
った。なお、この比較例１で得られた炭素繊維強化炭素
材料は、実施例１および実施例３の基材に相当するもの
である。 （評価１）実施例１〜３および比較例１の炭素繊維強化
炭素複合材量および炭素繊維強化炭素材料につてい、無
潤滑下における摩擦係数を測定した。この測定は、機械
試験所式摩擦摩耗試験機により、回転数１６０ｒｐｍ（
すべり速度；２ｃｍ／秒）で、荷重５０ｋｇｆから荷重
を２分毎に１０ｋｇｆずつ上昇させ、５００ｋｇｆまで
の摩擦係数μを測定した。なお、相手材としては高炭素
クロム軸受鋼材（ＪＩＳ　　ＳＵＪ２、以下、ＳＵＪ２
と称する。）を使用した。その結果を図３に示す。

【００２８】図３より明らかなように、本発明の実施例
１〜３の金属硼化物を配合した炭素繊維強化炭素複合材
量は、いずれも荷重が高くなるに連れ摩擦係数が０．１
あるいはそれ以下と急速に低下している。この傾向は、
比較例１の摩擦係数が荷重が高くなるにつれ大きくなっ
ているのと対照的である。実施例１〜３の炭素繊維強化
炭素複合材料の摩擦係数が荷重の増大とともに低下する
のは金属硼化物配合の作用と考えられる。なお、実施例
３の炭素繊維強化炭素複合材料の摩擦係数が比較的高い
のは、ＣｒＢ２　と基材との平均熱膨張係数の差（α１
　−α２　）が、−３．２×１０−６／℃と大きく、Ｃ
ｒＢ２　粉末が基材より脱落するためと考えられる。

【００２９】金属硼化物が配合されていない比較例１は
、摩擦係数が０．１５程度から荷重の増大とともに摩擦
係数が急激に高くなる傾向が見られた。 （評価２）実施例１〜３および比較例１の炭素繊維強化
炭素複合材および炭素繊維強化炭素材料につてい、湿式
下（油潤滑）に摩耗量を測定した。この測定は、ＬＦＷ
摩擦摩耗試験機により、荷重１５ｋｇｆ、回転数１６０
ｒｐｍで１５分間の試験を実施し、得られる摩耗痕の深
さを測定するものである。相手材としてはＳＵＪ２製の
リングを使用し、テストピースとしては１０．０ｍｍ×
１５．７ｍｍの平板を、潤滑油としては５Ｗ−３０ベー
スオイルを使用した。その結果を表１に示す。なお、参
考までに各実施例の基材と金属硼化物との２０〜１００
０℃の平均熱膨張係数の差（α１　−α２　）を合わせ
て示す。

【００３０】

【表１】 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−−−−−−　　試験材料　　　　　　　　摩耗
痕の深さ　　　　　　平均熱膨張係数の差（α１　−α
２　）−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−−−−−−−−−　　実施例１　　　　　　　
　２５μｍ　　　　　　　　　　−０．８×１０−６／
℃−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−−−−−−−　　実施例２　　　　　　　　１
８μｍ　　　　　　　　　　−０．６×１０−６／℃−
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−−−−−　　実施例３　　　　　　　　６０μ
ｍ　　　　　　　　　　−３．２×１０−６／℃−−−
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−−−　　比較例１　　　　　　　　３２μｍ　
　　　　　　　　　　　　　−−−−−　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　−−−−−−−−−−
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−実
施例１および２の本発明の炭素繊維強化炭素複合材料の
摩耗痕が浅いのは、配合した金属硼化物と基材との平均
熱膨張係数の差（α１　−α２　）が小さく、かつ、複
合材の見掛け密度が高く、真密度に近く、ためだと考え
られる。一方、実施例３の本発明の炭素繊維強化炭素複
合材料の摩耗痕が深いのは、配合した金属硼化物と基材
との熱膨張係数の差が−３．２×１０−６／℃と大きい
ため、金属硼化物が基材より脱落するためだと思われる
。

【００３１】

【効果】本発明の金属硼化物を配合した炭素繊維強化炭
素複合材料は、金属硼化物を配合しない炭素繊維強化炭
素材料より低い摩擦係数をもつ。また、マトリックスと
なる基材の熱膨張係数α１　と金属硼化物の熱膨張係数
α２の差（α１　−α２　）が−２×１０−６／℃≦α
１　−α２　≦３．５×１０−６／℃の範囲にあるもの
は、摩耗量も少ない。このため本発明の炭素繊維強化炭
素複合材料は、潤滑油が使用できない部分、特に高温と
なるブッシュ、メカニカルシール材料として適している
。よって、本発明の炭素繊維強化炭素複合材料を航空機
や自動車のエンジンの摺動部分に使用することにより、
摺動抵抗の少ない、高い耐久性をもつ優れたエンジンと
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】炭素繊維強化炭素複合材料を構成する基材とセ
ラミックスとの平均熱膨張係数の差と比摩耗量との関係
を示す図である。

【図２】本発明の炭素繊維強化炭素複合材料の一製造方
法を示すブロック図である。

【図３】実施例および比較例で得られた炭素繊維強化炭
素複合材料の乾式摩擦下の摩擦係数を示す図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基材が炭素繊維強化炭素で構成され、
   該基材中に１８００℃以上の融点を有し該基材の炭素と
   反応しにくい金属硼化物粉末および／または繊維が１〜
   ２０重量％埋設されていることを特徴とする低摩擦係数
   を持つ炭素繊維強化炭素複合材料。
2. 【請求項２】　　炭素繊維の含有量が４０重量％以下で
   ある請求項１記載の炭素繊維強化炭素複合材料。
3. 【請求項３】　　見掛け密度が１．６５ｇ／ｃｍ３　以
   上である請求項１記載の炭素繊維強化炭素複合材料。
4. 【請求項４】　　基材の２０〜１０００℃の平均熱膨張
   係数α１　と金属硼化物の２０〜１０００℃の平均熱膨
   張係数α２　との間に −２×１０−６／℃≦α１　−α２　≦３．５×１０−
   ６／℃の関係がある請求項１記載の炭素繊維強化炭素複
   合材料。