JPH0551287A - 炭素材料の被覆方法 - Google Patents
炭素材料の被覆方法Info
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- JPH0551287A JPH0551287A JP3207881A JP20788191A JPH0551287A JP H0551287 A JPH0551287 A JP H0551287A JP 3207881 A JP3207881 A JP 3207881A JP 20788191 A JP20788191 A JP 20788191A JP H0551287 A JPH0551287 A JP H0551287A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ピッチ系Ｃ／Ｃ複合材料に対しても有効な耐
酸化皮膜が形成可能な炭素材料の被覆方法を提供する。 【構成】 炭素材料を耐酸化被覆するに際し、炭素材料
表面に酸化処理を施した後、前記炭素材料の表面を拡散
反応法により炭化けい素化し、さらに化学気相蒸着法に
より前記炭化けい素層上部に炭化けい素皮膜を形成する
ことを特徴とする。
酸化皮膜が形成可能な炭素材料の被覆方法を提供する。 【構成】 炭素材料を耐酸化被覆するに際し、炭素材料
表面に酸化処理を施した後、前記炭素材料の表面を拡散
反応法により炭化けい素化し、さらに化学気相蒸着法に
より前記炭化けい素層上部に炭化けい素皮膜を形成する
ことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、炭素材料の被覆方法に
関し、さらに詳述すれば炭素材料に被覆を施してその耐
酸化性を向上させ、宇宙飛行等の構造材、タービンブレ
ードおよび原子炉用部材等、高温酸化雰囲気において繰
り返し使用に耐える材料を提供するための炭素材料の被
覆方法に関するものである。
関し、さらに詳述すれば炭素材料に被覆を施してその耐
酸化性を向上させ、宇宙飛行等の構造材、タービンブレ
ードおよび原子炉用部材等、高温酸化雰囲気において繰
り返し使用に耐える材料を提供するための炭素材料の被
覆方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】航空・宇宙技術の発展に伴い、その分野
で使用される材料への要求性能はますます厳しくなりつ
つある。そのなかでも、アメリカのスペースシャトルに
代表される宇宙往還機においては、外表面の大部分が高
強度、高剛性の炭素繊維強化炭素複合材料（以下、Ｃ／
Ｃ複合材料という）からなり、その耐酸化性向上のため
に種々の被覆方法が研究開発されている。
で使用される材料への要求性能はますます厳しくなりつ
つある。そのなかでも、アメリカのスペースシャトルに
代表される宇宙往還機においては、外表面の大部分が高
強度、高剛性の炭素繊維強化炭素複合材料（以下、Ｃ／
Ｃ複合材料という）からなり、その耐酸化性向上のため
に種々の被覆方法が研究開発されている。
【０００３】従来の耐酸化被覆方法としては、特開昭６
１−２７２４８号公報に記載の方法、即ちＣ／Ｃ複合材
料に拡散反応法により炭化けい素被覆を行い、その外表
面に化学気相蒸着法（以下、ＣＶＤ法という）により窒
化けい素皮膜を形成する方法が最も特徴的である。この
方法における拡散反応法とは、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3
からなるセラミックス粉末中にＣ／Ｃ複合材料を埋没
させて加熱処理を施すことにより、Ｃ／Ｃ複合材料表層
部をＳｉＣに転化させるものである。さらに、この皮膜
上部に緻密な窒化けい素皮膜を形成させて耐酸化性の向
上をはかっている。
１−２７２４８号公報に記載の方法、即ちＣ／Ｃ複合材
料に拡散反応法により炭化けい素被覆を行い、その外表
面に化学気相蒸着法（以下、ＣＶＤ法という）により窒
化けい素皮膜を形成する方法が最も特徴的である。この
方法における拡散反応法とは、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3
からなるセラミックス粉末中にＣ／Ｃ複合材料を埋没
させて加熱処理を施すことにより、Ｃ／Ｃ複合材料表層
部をＳｉＣに転化させるものである。さらに、この皮膜
上部に緻密な窒化けい素皮膜を形成させて耐酸化性の向
上をはかっている。
【０００４】また、特開平１−１３６９６２号公報に
は、耐熱材料表面に前処理を行った後、この耐熱材料の
表面をＲｅ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、ＴｉおよびＮｉか
ら選ばれた高融点金属の単層膜または多層膜で被覆する
方法が開示されている。
は、耐熱材料表面に前処理を行った後、この耐熱材料の
表面をＲｅ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、ＴｉおよびＮｉか
ら選ばれた高融点金属の単層膜または多層膜で被覆する
方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】特開昭６１−２７２４
８号公報に記載された方法では、外層として窒化けい素
を使用しているため、使用可能温度が１５００℃と低
く、しかも高温での強度低下が大きいため、熱負荷の大
きな部位への適用は困難である。また、光学的異方性が
大きく、かつ黒鉛化度の大きなピッチをマトリックスと
して用いたピッチ系Ｃ／Ｃ複合材料の場合、活性サイト
が従来の樹脂系Ｃ／Ｃ複合材料に比べて少ないため、前
記拡散反応法をそのままピッチ系Ｃ／Ｃ複合材料に適用
しても、ほとんどＳｉと炭素との反応は期待できない。
８号公報に記載された方法では、外層として窒化けい素
を使用しているため、使用可能温度が１５００℃と低
く、しかも高温での強度低下が大きいため、熱負荷の大
きな部位への適用は困難である。また、光学的異方性が
大きく、かつ黒鉛化度の大きなピッチをマトリックスと
して用いたピッチ系Ｃ／Ｃ複合材料の場合、活性サイト
が従来の樹脂系Ｃ／Ｃ複合材料に比べて少ないため、前
記拡散反応法をそのままピッチ系Ｃ／Ｃ複合材料に適用
しても、ほとんどＳｉと炭素との反応は期待できない。
【０００６】つまりこの方法によれば、低黒鉛化性部位
がほとんどである熱硬化性樹脂をマトリックスとして使
用した樹脂系Ｃ／Ｃ複合材料には有効な拡散反応層を形
成することが可能であるが、高黒鉛化性部位が多いピッ
チ系Ｃ／Ｃ複合材料では、熱応力緩和層として有効な拡
散反応層（ＳｉＣ層）を形成することができず、その結
果その上部にＣＶＤ法により形成されるＳｉＣ皮膜は、
わずかな熱負荷で破壊するという問題点があった。上述
したように、この技術は概念こそすばらしいものの、す
べての材料に適用可能な方法とはいえなかった。
がほとんどである熱硬化性樹脂をマトリックスとして使
用した樹脂系Ｃ／Ｃ複合材料には有効な拡散反応層を形
成することが可能であるが、高黒鉛化性部位が多いピッ
チ系Ｃ／Ｃ複合材料では、熱応力緩和層として有効な拡
散反応層（ＳｉＣ層）を形成することができず、その結
果その上部にＣＶＤ法により形成されるＳｉＣ皮膜は、
わずかな熱負荷で破壊するという問題点があった。上述
したように、この技術は概念こそすばらしいものの、す
べての材料に適用可能な方法とはいえなかった。
【０００７】特開平１−１３６９６２号公報に記載され
た方法では、Ｒｅ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉおよび
Ｎｉから選ばれた高融点金属の単層膜または多層膜の形
成を良好に行うために表面調整を行うことが特徴的であ
る。この表面調整は、０．１torr以下の圧力で１００〜
１５００℃の温度で加熱して脱ガスを行い、次いで１０
００〜２５００℃の温度で加熱して表面調整し、さらに
スパッタクリーニング、ショットピーニング等により表
面近傍を粗化するものである。
た方法では、Ｒｅ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉおよび
Ｎｉから選ばれた高融点金属の単層膜または多層膜の形
成を良好に行うために表面調整を行うことが特徴的であ
る。この表面調整は、０．１torr以下の圧力で１００〜
１５００℃の温度で加熱して脱ガスを行い、次いで１０
００〜２５００℃の温度で加熱して表面調整し、さらに
スパッタクリーニング、ショットピーニング等により表
面近傍を粗化するものである。
【０００８】ところで、この方法によれば、ピッチ系Ｃ
／Ｃ複合材料の表面粗度は変化するものの黒鉛化度の変
化は期待できず、拡散反応法のように２０００℃以下、
さらに限定すれば主に１７００℃前後で化学反応を行わ
せる場合、有効な表面処理方法とはなりえなかった。
／Ｃ複合材料の表面粗度は変化するものの黒鉛化度の変
化は期待できず、拡散反応法のように２０００℃以下、
さらに限定すれば主に１７００℃前後で化学反応を行わ
せる場合、有効な表面処理方法とはなりえなかった。
【０００９】本発明の目的は、ピッチ系Ｃ／Ｃ複合材料
に対しても有効な耐酸化皮膜が形成可能な炭素材料の被
覆方法を提供することにある。
に対しても有効な耐酸化皮膜が形成可能な炭素材料の被
覆方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、炭素材料
の耐酸化被覆方法について鋭意検討を重ね、本発明に到
達したものである。
の耐酸化被覆方法について鋭意検討を重ね、本発明に到
達したものである。
【００１１】すなわち上記目的を達成するために本発明
によれば、炭素材料を耐酸化被覆するに際し、炭素材料
表面に酸化処理を施した後、前記炭素材料の表面を拡散
反応法により炭化けい素化し、さらに化学気相蒸着法に
より前記炭化けい素層上部に炭化けい素皮膜を形成する
ことを特徴とする炭素材料の被覆方法が提供される。
によれば、炭素材料を耐酸化被覆するに際し、炭素材料
表面に酸化処理を施した後、前記炭素材料の表面を拡散
反応法により炭化けい素化し、さらに化学気相蒸着法に
より前記炭化けい素層上部に炭化けい素皮膜を形成する
ことを特徴とする炭素材料の被覆方法が提供される。
【００１２】ここで、前記炭素材料表面の酸化処理温度
は、６００℃以上であるのが好ましい。
は、６００℃以上であるのが好ましい。
【００１３】また、前記化学気相蒸着法により形成され
る炭化けい素皮膜の膜厚は、５０〜５００μm であるの
が好ましい。
る炭化けい素皮膜の膜厚は、５０〜５００μm であるの
が好ましい。
【００１４】以下に本発明をさらに詳細に説明する。
【００１５】本発明において用いることのできる炭素材
料は、一般炭素材料、等方性黒鉛等の特殊炭素材料、Ｃ
／Ｃ複合材料等から用途に応じて選択される。このうち
Ｃ／Ｃ複合材料は高温比強度に優れているため、高温構
造材としての利用価値が大きい。
料は、一般炭素材料、等方性黒鉛等の特殊炭素材料、Ｃ
／Ｃ複合材料等から用途に応じて選択される。このうち
Ｃ／Ｃ複合材料は高温比強度に優れているため、高温構
造材としての利用価値が大きい。
【００１６】Ｃ／Ｃ複合材料を作製する場合、マトリッ
クスとして使用可能な樹脂は、熱可塑性樹脂としてピッ
チ、熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂、フラン樹脂、
エポキシ樹脂等が代表的なものとしてあげられる。この
なかでピッチは、１０００℃以上の熱処理を施すと容易
に黒鉛化する。そのため、炭素繊維織布を基材にしたＣ
／Ｃ複合材料では、ピッチから得られたマトリックスは
繊維軸に直角方向に層状構造が発達し、その結晶子はフ
ェノールやフラン等の樹脂から得られたマトリックスの
結晶子に比べて大きい。その結果、ピッチを用いて作製
したＣ／Ｃ複合材料はきわめて異方性が大きく黒鉛化度
が高くなり、Ｓｉとの反応部（活性サイト）が少なくな
る。そのため、従来からピッチ系Ｃ／Ｃ複合材料への拡
散反応は困難であった。本発明においては、炭素材料の
表面酸化処理により活性サイトを増やすことが可能なた
め、コールタールピッチ、石油系ピッチ等のピッチを成
型および含浸材料として自由に使用できる。
クスとして使用可能な樹脂は、熱可塑性樹脂としてピッ
チ、熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂、フラン樹脂、
エポキシ樹脂等が代表的なものとしてあげられる。この
なかでピッチは、１０００℃以上の熱処理を施すと容易
に黒鉛化する。そのため、炭素繊維織布を基材にしたＣ
／Ｃ複合材料では、ピッチから得られたマトリックスは
繊維軸に直角方向に層状構造が発達し、その結晶子はフ
ェノールやフラン等の樹脂から得られたマトリックスの
結晶子に比べて大きい。その結果、ピッチを用いて作製
したＣ／Ｃ複合材料はきわめて異方性が大きく黒鉛化度
が高くなり、Ｓｉとの反応部（活性サイト）が少なくな
る。そのため、従来からピッチ系Ｃ／Ｃ複合材料への拡
散反応は困難であった。本発明においては、炭素材料の
表面酸化処理により活性サイトを増やすことが可能なた
め、コールタールピッチ、石油系ピッチ等のピッチを成
型および含浸材料として自由に使用できる。
【００１７】本発明においては、上述の炭素材料の表面
に酸化処理を施すことが特徴となっている。酸化処理方
法としては、例えば以下の方法を用いることができる
が、本発明において用いられる酸化処理方法としては本
発明の目的を達成するものであればどのような方法でも
よい。炭素材料を電気炉内に静置し、不活性ガス雰囲気
または５torr以下の減圧下で６００℃以上の温度に加熱
し、しかる後電気炉内を空気と置換し、そのまま１〜６
０分間保持して炭素材料の表面酸化を行う。
に酸化処理を施すことが特徴となっている。酸化処理方
法としては、例えば以下の方法を用いることができる
が、本発明において用いられる酸化処理方法としては本
発明の目的を達成するものであればどのような方法でも
よい。炭素材料を電気炉内に静置し、不活性ガス雰囲気
または５torr以下の減圧下で６００℃以上の温度に加熱
し、しかる後電気炉内を空気と置換し、そのまま１〜６
０分間保持して炭素材料の表面酸化を行う。
【００１８】電気炉内で炭素材料の表面酸化を行う方法
において、酸化温度は６００℃以上であることが好まし
い。すなわち、６００℃未満であれば炭素材料、特にピ
ッチから得られるカーボンをマトリックスとして有する
Ｃ／Ｃ複合材料の酸化はほとんど進行せず、活性サイト
の増加は期待できないからである。
において、酸化温度は６００℃以上であることが好まし
い。すなわち、６００℃未満であれば炭素材料、特にピ
ッチから得られるカーボンをマトリックスとして有する
Ｃ／Ｃ複合材料の酸化はほとんど進行せず、活性サイト
の増加は期待できないからである。
【００１９】また、酸化温度における保持時間は１分間
以上必要であり、さらに好ましくは３分間以上であれば
よい。すなわち、低温域で空気酸化を行う場合、時間が
短すぎると、十分な酸化が行えないからである。逆に、
所定酸化温度における保持時間が６０分を超える場合、
炭素材料表層部だけでなく、中心部まで酸化が進行し、
炭素材料の著しい強度低下をもたらすため好ましくな
い。
以上必要であり、さらに好ましくは３分間以上であれば
よい。すなわち、低温域で空気酸化を行う場合、時間が
短すぎると、十分な酸化が行えないからである。逆に、
所定酸化温度における保持時間が６０分を超える場合、
炭素材料表層部だけでなく、中心部まで酸化が進行し、
炭素材料の著しい強度低下をもたらすため好ましくな
い。
【００２０】上述の方法によって表面を酸化処理された
炭素材料は、拡散反応法によりその表層部を炭化けい素
に改質する必要がある。すなわち、この改質層は後述の
ＣＶＤ法により析出する緻密な炭化けい素皮膜と炭素材
料との間の熱膨張率差により生じる熱応力を緩和する、
いわゆる熱応力緩和層として必要なものである。この熱
応力緩和層、すなわち改質層を得るための拡散反応法と
して代表的なものは、金属シリコンを含むセラミックス
粉末中に炭素材料を埋没させ、１５００〜１９５０℃の
温度で３０〜３００分間反応させる方法、ＳｉＣを発生
する原料粉末、たとえばコークスと二酸化けい素の等モ
ル混合物上に炭素材料を置き、１６００〜２０００℃の
温度で５〜３００分間反応させる方法などが挙げられ
る。これらの方法によれば、炭素材料自体の表層部を炭
化けい素化するため、膜自体の密着性が強固になり、熱
衝撃によっても容易に剥離を起こさないという長所があ
る。
炭素材料は、拡散反応法によりその表層部を炭化けい素
に改質する必要がある。すなわち、この改質層は後述の
ＣＶＤ法により析出する緻密な炭化けい素皮膜と炭素材
料との間の熱膨張率差により生じる熱応力を緩和する、
いわゆる熱応力緩和層として必要なものである。この熱
応力緩和層、すなわち改質層を得るための拡散反応法と
して代表的なものは、金属シリコンを含むセラミックス
粉末中に炭素材料を埋没させ、１５００〜１９５０℃の
温度で３０〜３００分間反応させる方法、ＳｉＣを発生
する原料粉末、たとえばコークスと二酸化けい素の等モ
ル混合物上に炭素材料を置き、１６００〜２０００℃の
温度で５〜３００分間反応させる方法などが挙げられ
る。これらの方法によれば、炭素材料自体の表層部を炭
化けい素化するため、膜自体の密着性が強固になり、熱
衝撃によっても容易に剥離を起こさないという長所があ
る。
【００２１】拡散反応法によって改質される炭素材料表
層部（改質層）の厚さは、１０〜７００μm の範囲であ
ることが好ましい。すなわち、改質層が１０μm 未満で
あれば炭素材料と外層であるＣＶＤ層との密着性が強固
なものになりえず、逆に７００μm を超えた場合、前記
改質層の劣化に伴う割れが生じやすくなり、また急激な
熱サイクル負荷により炭化けい素皮膜の破壊が起こりや
すくなるため好ましくない。
層部（改質層）の厚さは、１０〜７００μm の範囲であ
ることが好ましい。すなわち、改質層が１０μm 未満で
あれば炭素材料と外層であるＣＶＤ層との密着性が強固
なものになりえず、逆に７００μm を超えた場合、前記
改質層の劣化に伴う割れが生じやすくなり、また急激な
熱サイクル負荷により炭化けい素皮膜の破壊が起こりや
すくなるため好ましくない。
【００２２】拡散反応法により得られた炭化けい素改質
層上部には、さらにＣＶＤ法により緻密な炭化けい素被
覆を行う。すなわち、拡散反応法により得られる炭化け
い素改質層は多孔質であり、それだけでは１５００℃以
上の高温下において十分な耐酸化皮膜とはならないから
である。ＣＶＤ法による炭化けい素の被覆は最も一般的
に行われており、しかも緻密な皮膜が得られることが特
徴となっている。その具体的方法としては、例えば四塩
化けい素、メタン、水素、アルゴンの混合気体（体積比
１：１：５：１）を５０〜４００mmHg、９００〜１５０
０℃の温度で２０〜９００分間程度反応させることによ
り得ることができる。但し、ＣＶＤ法の反応条件は析出
させる炭化けい素の結晶構造、用いる原料ガスの種類等
によって非常に異なるため、必ずしも上述の反応条件に
限定されるものではない。
層上部には、さらにＣＶＤ法により緻密な炭化けい素被
覆を行う。すなわち、拡散反応法により得られる炭化け
い素改質層は多孔質であり、それだけでは１５００℃以
上の高温下において十分な耐酸化皮膜とはならないから
である。ＣＶＤ法による炭化けい素の被覆は最も一般的
に行われており、しかも緻密な皮膜が得られることが特
徴となっている。その具体的方法としては、例えば四塩
化けい素、メタン、水素、アルゴンの混合気体（体積比
１：１：５：１）を５０〜４００mmHg、９００〜１５０
０℃の温度で２０〜９００分間程度反応させることによ
り得ることができる。但し、ＣＶＤ法の反応条件は析出
させる炭化けい素の結晶構造、用いる原料ガスの種類等
によって非常に異なるため、必ずしも上述の反応条件に
限定されるものではない。
【００２３】ＣＶＤ法によって被覆される炭化けい素皮
膜の膜厚は、５０〜５００μm の範囲にあることが必要
である。すなわち、膜厚が５０μm より薄い場合、炭素
材料への酸素拡散バリヤーとして十分な機能を果たさ
ず、逆に５００μm を超える場合、析出に要する時間が
極めて長くなり実用的でないことおよび熱サイクル負荷
により、皮膜の割れ、欠けが発生しやすくなるからであ
る。
膜の膜厚は、５０〜５００μm の範囲にあることが必要
である。すなわち、膜厚が５０μm より薄い場合、炭素
材料への酸素拡散バリヤーとして十分な機能を果たさ
ず、逆に５００μm を超える場合、析出に要する時間が
極めて長くなり実用的でないことおよび熱サイクル負荷
により、皮膜の割れ、欠けが発生しやすくなるからであ
る。
【００２４】以上の方法により、炭素材料の耐酸化性は
飛躍的に改善され、かつ急激な熱サイクル負荷によるＣ
ＶＤ皮膜の剥離もなくなる。
飛躍的に改善され、かつ急激な熱サイクル負荷によるＣ
ＶＤ皮膜の剥離もなくなる。
【００２５】
【実施例】以下に、本発明を実施例に基づき具体的に説
明する。
明する。
【００２６】（実施例１〜４）基材となるＣ／Ｃ複合材
料は以下の方法によって作製した。二次元炭素繊維織布
（使用糸：ＰＡＮ系高弾性炭素繊維、１Ｋ８ＨＳ）を３
００×３００ｍｍに切断し、１２枚積層して多孔板に挟
んだ後、含浸槽に装入した。その後、２２０℃に溶融し
たコールタールピッチ（軟化点９０℃、ベンゼン不溶
分：３１．２％、キノリン不溶分：８．６％、これらの
特性の測定はＪＩＳＫ−２４２５に従った。以下同じ）
を５mmHgの真空下において含浸槽に注入し、炭素繊維織
布にピッチを含浸させた。引き続いて、常圧下において
昇温速度２００℃／Ｈｒで窒素ガス雰囲気中、炭素繊維
をピッチ中に浸したまま６００℃まで加熱し、さらにこ
の温度で１Ｈｒ保持した。次いで含浸槽より成型体を取
り出した後、アルゴンガス雰囲気下３００℃／Ｈｒの昇
温速度で２４００℃まで昇温し、さらにこの温度で２Ｈ
ｒ保持し、Ｃ／Ｃ基材を得た。このＣ／Ｃ基材にコール
タールピッチ（軟化点２０８℃（この軟化点の測定はフ
ローテスターで行った）、ベンゼン不溶分：４２．０
％、キノリン不溶分：trace）を３mmHgの真空下３１０
℃で含浸した後、この成型体を常圧下窒素ガス雰囲気で
２０℃／Ｈｒの昇温速度で１０００℃まで昇温し炭化処
理した。次いで、３００℃／Ｈｒの昇温速度で、アルゴ
ン雰囲気中２４００℃まで昇温し、さらにこの温度で２
Ｈｒ保持した。この含浸、再炭化処理、再黒鉛化処理を
合計４回繰り返し、嵩密度１．７６g/cm3 、曲げ強度３
５．８kg/cm2の高強度Ｃ／Ｃ複合材料を得た。
料は以下の方法によって作製した。二次元炭素繊維織布
（使用糸：ＰＡＮ系高弾性炭素繊維、１Ｋ８ＨＳ）を３
００×３００ｍｍに切断し、１２枚積層して多孔板に挟
んだ後、含浸槽に装入した。その後、２２０℃に溶融し
たコールタールピッチ（軟化点９０℃、ベンゼン不溶
分：３１．２％、キノリン不溶分：８．６％、これらの
特性の測定はＪＩＳＫ−２４２５に従った。以下同じ）
を５mmHgの真空下において含浸槽に注入し、炭素繊維織
布にピッチを含浸させた。引き続いて、常圧下において
昇温速度２００℃／Ｈｒで窒素ガス雰囲気中、炭素繊維
をピッチ中に浸したまま６００℃まで加熱し、さらにこ
の温度で１Ｈｒ保持した。次いで含浸槽より成型体を取
り出した後、アルゴンガス雰囲気下３００℃／Ｈｒの昇
温速度で２４００℃まで昇温し、さらにこの温度で２Ｈ
ｒ保持し、Ｃ／Ｃ基材を得た。このＣ／Ｃ基材にコール
タールピッチ（軟化点２０８℃（この軟化点の測定はフ
ローテスターで行った）、ベンゼン不溶分：４２．０
％、キノリン不溶分：trace）を３mmHgの真空下３１０
℃で含浸した後、この成型体を常圧下窒素ガス雰囲気で
２０℃／Ｈｒの昇温速度で１０００℃まで昇温し炭化処
理した。次いで、３００℃／Ｈｒの昇温速度で、アルゴ
ン雰囲気中２４００℃まで昇温し、さらにこの温度で２
Ｈｒ保持した。この含浸、再炭化処理、再黒鉛化処理を
合計４回繰り返し、嵩密度１．７６g/cm3 、曲げ強度３
５．８kg/cm2の高強度Ｃ／Ｃ複合材料を得た。
【００２７】上記の方法によって得られたＣ／Ｃ複合材
料を５０×５０ｍｍに切断し、通常の横型電気炉に装入
し、０．１torrの減圧下７００℃まで昇温した。その
後、電気炉内に空気を導入し、６５０℃の温度でそれぞ
れ１、５、３０、６０分間保持した。続いて、得られた
酸化Ｃ／Ｃ複合材料を、高純度コークスと二酸化けい素
の等モル混合物の入った黒鉛容器に入れ、Ａｒガス１０
L/min 流通下１８００℃で６０分間反応させることによ
り、この複合材料表層部を炭化けい素に転化させた。Ｓ
ｉＣ転化層の膜厚は、ＥＰＭＡによって求めた。さら
に、この試料に、ＣＶＤ法によりＳｉＣ被覆を行った。
反応条件は、メチルトリクロロシランを３０wt％含有す
る水素ガスを１２L/min でＣＶＤ反応室に送り、反応温
度１３００℃、圧力１５torr、保持時間１０Ｈｒで、平
均膜厚１００μm のＳｉＣ皮膜が形成された。以上の方
法によって得られた耐酸化性Ｃ／Ｃ複合材料を、前述の
横型電気炉に入れ１５００℃で３０分間保持する酸化試
験を行った。その結果を表１に示した。
料を５０×５０ｍｍに切断し、通常の横型電気炉に装入
し、０．１torrの減圧下７００℃まで昇温した。その
後、電気炉内に空気を導入し、６５０℃の温度でそれぞ
れ１、５、３０、６０分間保持した。続いて、得られた
酸化Ｃ／Ｃ複合材料を、高純度コークスと二酸化けい素
の等モル混合物の入った黒鉛容器に入れ、Ａｒガス１０
L/min 流通下１８００℃で６０分間反応させることによ
り、この複合材料表層部を炭化けい素に転化させた。Ｓ
ｉＣ転化層の膜厚は、ＥＰＭＡによって求めた。さら
に、この試料に、ＣＶＤ法によりＳｉＣ被覆を行った。
反応条件は、メチルトリクロロシランを３０wt％含有す
る水素ガスを１２L/min でＣＶＤ反応室に送り、反応温
度１３００℃、圧力１５torr、保持時間１０Ｈｒで、平
均膜厚１００μm のＳｉＣ皮膜が形成された。以上の方
法によって得られた耐酸化性Ｃ／Ｃ複合材料を、前述の
横型電気炉に入れ１５００℃で３０分間保持する酸化試
験を行った。その結果を表１に示した。
【００２８】（比較例１）実施例１と同様の方法で作製
したＣ／Ｃ複合材料を、酸化処理を施すことなくそのま
ま実施例１と同様の拡散反応法およびＣＶＤ法によりＳ
ｉＣ被覆した。その後、実施例１と同様の条件で空気酸
化試験を行った。その結果を表２に示した。
したＣ／Ｃ複合材料を、酸化処理を施すことなくそのま
ま実施例１と同様の拡散反応法およびＣＶＤ法によりＳ
ｉＣ被覆した。その後、実施例１と同様の条件で空気酸
化試験を行った。その結果を表２に示した。
【００２９】（比較例２、３）実施例１と同様の方法で
作製したＣ／Ｃ複合材料を前述の横型電気炉に導入し、
０．１torrの減圧下５００℃まで昇温した。その後、電
気炉内に空気を導入し、その温度でそれぞれ１５分、３
０分保持した。以上の方法によって得られた表面酸化Ｃ
／Ｃ複合材料に、実施例１と同様の拡散反応法、ＣＶＤ
法を施し耐酸化性Ｃ／Ｃ複合材料とした。この試料につ
いて実施例１と同様の条件で空気酸化試験を行った。そ
の結果を表２に示した。
作製したＣ／Ｃ複合材料を前述の横型電気炉に導入し、
０．１torrの減圧下５００℃まで昇温した。その後、電
気炉内に空気を導入し、その温度でそれぞれ１５分、３
０分保持した。以上の方法によって得られた表面酸化Ｃ
／Ｃ複合材料に、実施例１と同様の拡散反応法、ＣＶＤ
法を施し耐酸化性Ｃ／Ｃ複合材料とした。この試料につ
いて実施例１と同様の条件で空気酸化試験を行った。そ
の結果を表２に示した。
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【発明の効果】前述したように、ピッチをマトリックス
として用いたＣ／Ｃ複合材料は、反応の活性サイトが少
なく、拡散反応法によってＳｉとの反応が十分に起こら
なかった。その結果、拡散反応法によって得られた層
は、Ｃ／Ｃ複合材料とＣＶＤ層との熱応力緩和層となり
えず、熱サイクル試験において容易に皮膜が剥離してい
た。ところが、黒鉛化性の高い炭素材料に同法を適用す
る前に、本発明で開示された簡単な表面酸化を施すこと
により、ピッチ系Ｃ／Ｃ複合材料の反応の活性サイトを
増加させ、Ｓｉ等との反応性を向上させることが可能に
なった。本発明の方法を適用すれば、従来困難を極めて
いた黒鉛化度の高い炭素材料への拡散反応被覆が可能に
なるため、Ｃ／Ｃ複合材料の利用分野が飛躍的に拡大す
ることが期待される。
として用いたＣ／Ｃ複合材料は、反応の活性サイトが少
なく、拡散反応法によってＳｉとの反応が十分に起こら
なかった。その結果、拡散反応法によって得られた層
は、Ｃ／Ｃ複合材料とＣＶＤ層との熱応力緩和層となり
えず、熱サイクル試験において容易に皮膜が剥離してい
た。ところが、黒鉛化性の高い炭素材料に同法を適用す
る前に、本発明で開示された簡単な表面酸化を施すこと
により、ピッチ系Ｃ／Ｃ複合材料の反応の活性サイトを
増加させ、Ｓｉ等との反応性を向上させることが可能に
なった。本発明の方法を適用すれば、従来困難を極めて
いた黒鉛化度の高い炭素材料への拡散反応被覆が可能に
なるため、Ｃ／Ｃ複合材料の利用分野が飛躍的に拡大す
ることが期待される。
Claims (3)
- 【請求項１】 炭素材料を耐酸化被覆するに際し、炭素
材料表面に酸化処理を施した後、前記炭素材料の表面を
拡散反応法により炭化けい素化し、さらに化学気相蒸着
法により前記炭化けい素層上部に炭化けい素皮膜を形成
することを特徴とする炭素材料の被覆方法。 - 【請求項２】 前記炭素材料表面の酸化処理温度は、６
００℃以上である請求項１に記載の炭素材料の被覆方
法。 - 【請求項３】 前記化学気相蒸着法により形成される炭
化けい素皮膜の膜厚は、５０〜５００μm である請求項
１または２に記載の炭素材料の被覆方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3207881A JPH0551287A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 炭素材料の被覆方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3207881A JPH0551287A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 炭素材料の被覆方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0551287A true JPH0551287A (ja) | 1993-03-02 |
Family
ID=16547108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3207881A Withdrawn JPH0551287A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 炭素材料の被覆方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0551287A (ja) |
-
1991
- 1991-08-20 JP JP3207881A patent/JPH0551287A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19981112 |