JPH07100630B2 - 炭素／炭素複合材料の製造法 - Google Patents
炭素／炭素複合材料の製造法Info
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- JPH07100630B2 JPH07100630B2 JP63058367A JP5836788A JPH07100630B2 JP H07100630 B2 JPH07100630 B2 JP H07100630B2 JP 63058367 A JP63058367 A JP 63058367A JP 5836788 A JP5836788 A JP 5836788A JP H07100630 B2 JPH07100630 B2 JP H07100630B2
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
- C04B35/83—Carbon fibres in a carbon matrix
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、炭素／炭素複合材料の製造法に関する。
従来の技術および発明が解決しようとする問題点 炭素／炭素複合材料は、1000℃以上の高温においても高
強度、高弾性率を維持し、かつ熱膨張率が小さい等の特
異な性質を有する材料であり、航空宇宙機器の部品、ブ
レーキ、炉材等への利用が期待されている。しかしなが
ら、マトリックスと炭素繊維とを複合化する製造プロセ
スは複雑であり、かつ長い日数を要するためコストがか
かっている。本発明は簡便な方法で炭素／炭素複合材料
を製造する方法を提供することにある。
強度、高弾性率を維持し、かつ熱膨張率が小さい等の特
異な性質を有する材料であり、航空宇宙機器の部品、ブ
レーキ、炉材等への利用が期待されている。しかしなが
ら、マトリックスと炭素繊維とを複合化する製造プロセ
スは複雑であり、かつ長い日数を要するためコストがか
かっている。本発明は簡便な方法で炭素／炭素複合材料
を製造する方法を提供することにある。
問題点を解決するための手段 本発明者らは、前記問題点を解決した簡便な製造プロセ
スを開発すべく研究した結果、本発明の完成に至った。
スを開発すべく研究した結果、本発明の完成に至った。
本発明は、（Ａ）軟化点150〜400℃を有する炭素質ピッ
チ５〜50重量部、（Ｂ）炭素質ピッチを紡糸して得られ
るピッチ繊維の不融化処理により得られる不融化繊維お
よびこれらの不融化繊維をさらに不活性雰囲気下、350
〜800℃で前炭化処理して得られる前炭化繊維からなる
群より選ばれる１種または２種以上の繊維20〜95重量
部、および（Ｃ）ピッチ系炭素繊維５〜80重量部をプレ
ス下あるいは加圧下で炭化することを特徴とする炭素／
炭化複合材料の製造法に関する。
チ５〜50重量部、（Ｂ）炭素質ピッチを紡糸して得られ
るピッチ繊維の不融化処理により得られる不融化繊維お
よびこれらの不融化繊維をさらに不活性雰囲気下、350
〜800℃で前炭化処理して得られる前炭化繊維からなる
群より選ばれる１種または２種以上の繊維20〜95重量
部、および（Ｃ）ピッチ系炭素繊維５〜80重量部をプレ
ス下あるいは加圧下で炭化することを特徴とする炭素／
炭化複合材料の製造法に関する。
以下、本発明について詳述する。
本発明でいう、（Ａ）炭素質ピッチとは、軟化点150〜4
00℃好ましくは200〜350℃を有する石炭系あるいは石油
系のピッチである。炭素質ピッチは、光学的に等方性の
ピッチあるいは異方性のピッチのいずれも使用できる
が、光学的異方性相の含量が60〜100vol％、好ましくは
80〜100vol％の光学的異方性ピッチが特に好ましく用い
られる。
00℃好ましくは200〜350℃を有する石炭系あるいは石油
系のピッチである。炭素質ピッチは、光学的に等方性の
ピッチあるいは異方性のピッチのいずれも使用できる
が、光学的異方性相の含量が60〜100vol％、好ましくは
80〜100vol％の光学的異方性ピッチが特に好ましく用い
られる。
本発明でいう、（Ｂ）ピッチ繊維とは、前記の炭素質ピ
ッチの公知の方法で溶融紡糸することにより得られる平
均直径５〜100μｍ、好ましくは７〜30μｍの繊維であ
る。本発明でいう不融化繊維とは、前記ピッチ繊維を不
融化処理して得られる繊維である。不融化処理は、酸化
性ガス雰囲気下、50〜400℃、好ましくは100〜350℃で
行うことができる。酸化性ガスとしては、空気、酸素、
窒素酸化物、硫黄酸化物、ハロゲン、あるいはこれらの
混合物等が使用できる。不融化処理は通常10分〜20時間
実施する。一方、本発明でいう前炭化繊維とは、前記不
融化繊維をさらに前炭化処理して得られる繊維をいう。
前炭化処理は、不活性ガス雰囲気下、350〜800℃、好ま
しくは400〜700℃で行い、通常10分〜５時間実施する。
ッチの公知の方法で溶融紡糸することにより得られる平
均直径５〜100μｍ、好ましくは７〜30μｍの繊維であ
る。本発明でいう不融化繊維とは、前記ピッチ繊維を不
融化処理して得られる繊維である。不融化処理は、酸化
性ガス雰囲気下、50〜400℃、好ましくは100〜350℃で
行うことができる。酸化性ガスとしては、空気、酸素、
窒素酸化物、硫黄酸化物、ハロゲン、あるいはこれらの
混合物等が使用できる。不融化処理は通常10分〜20時間
実施する。一方、本発明でいう前炭化繊維とは、前記不
融化繊維をさらに前炭化処理して得られる繊維をいう。
前炭化処理は、不活性ガス雰囲気下、350〜800℃、好ま
しくは400〜700℃で行い、通常10分〜５時間実施する。
本発明でいう、（Ｃ）ピッチ系炭素繊維とは、前記前炭
化繊維をさらに炭化あるいは黒鉛化処理して得られる繊
維をいう。炭化処理は、不活性ガス雰囲気下、700〜200
0℃で通常10分〜５時間実施する。また黒鉛化処理は、
不活性ガス雰囲気下、2000〜3000℃で通常１秒〜５時間
実施する。
化繊維をさらに炭化あるいは黒鉛化処理して得られる繊
維をいう。炭化処理は、不活性ガス雰囲気下、700〜200
0℃で通常10分〜５時間実施する。また黒鉛化処理は、
不活性ガス雰囲気下、2000〜3000℃で通常１秒〜５時間
実施する。
本発明においては、（Ａ）炭素質ピッチ５〜50重量部、
好ましくは10〜40重量部、（Ｂ）不融化繊維および前炭
化繊維からなる群より選ばれる１種または２種以上の繊
維20〜95重量部、好ましくは25〜50重量部、および
（Ｃ）ピッチ系炭素繊維５〜80重量部、好ましくは10〜
70重量部をプレス下あるいは加圧下で炭化する。
好ましくは10〜40重量部、（Ｂ）不融化繊維および前炭
化繊維からなる群より選ばれる１種または２種以上の繊
維20〜95重量部、好ましくは25〜50重量部、および
（Ｃ）ピッチ系炭素繊維５〜80重量部、好ましくは10〜
70重量部をプレス下あるいは加圧下で炭化する。
プレス下の炭化は、ホットプレスにより非酸化性雰囲気
下、たとえば真空中あるいは窒素、アルゴン、ヘリウム
等の不活性ガス雰囲気下、５〜500kg/cm2、好ましくは1
0〜300kg/cm2、400〜2000℃、好ましくは500〜1500℃に
おいて実施する。加圧下の炭化は、不活性ガスにより50
〜10000kg/cm2、好ましくは100〜3000kg/cm2に加圧し、
400〜2000℃、好ましくは500〜1500℃において実施す
る。また、プレス下あるいは加圧下で炭化するに先だ
ち、繊維を室温において予備成型することもできる。
下、たとえば真空中あるいは窒素、アルゴン、ヘリウム
等の不活性ガス雰囲気下、５〜500kg/cm2、好ましくは1
0〜300kg/cm2、400〜2000℃、好ましくは500〜1500℃に
おいて実施する。加圧下の炭化は、不活性ガスにより50
〜10000kg/cm2、好ましくは100〜3000kg/cm2に加圧し、
400〜2000℃、好ましくは500〜1500℃において実施す
る。また、プレス下あるいは加圧下で炭化するに先だ
ち、繊維を室温において予備成型することもできる。
加圧下あるいはプレス下での炭化の後に、必要に応じて
非酸化性雰囲気下、たとえば真空中あるいは常圧下、不
活性ガス雰囲気下400〜3000℃において炭化あるいは黒
鉛化してもよい。
非酸化性雰囲気下、たとえば真空中あるいは常圧下、不
活性ガス雰囲気下400〜3000℃において炭化あるいは黒
鉛化してもよい。
（Ａ）および（Ｂ）成分のみでは補強効果が不十分であ
り、（Ｂ）および（Ｃ）成分のみでは成形性が不足し、
補強材成分のアスペクト比を大きくすることが出来な
い。さらに（Ａ）および（Ｃ）成分のみでは成形時に流
動性が過大となり、バインダー成分が流出して炭化装置
の汚染につながる。
り、（Ｂ）および（Ｃ）成分のみでは成形性が不足し、
補強材成分のアスペクト比を大きくすることが出来な
い。さらに（Ａ）および（Ｃ）成分のみでは成形時に流
動性が過大となり、バインダー成分が流出して炭化装置
の汚染につながる。
（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）の３成分を複合化する方法
としては、例えばこれらの成分を混合粉砕もしくは切断
し、あるいはこれらを個々に粉砕もしくは切断した後混
合し、プレス下あるいは加圧下で炭化する方法がある。
混合粉砕もしくは切断は少なくとも繊維の形状をとどめ
る程度までとし、それぞれの繊維のl/d（アスペスト
比）は、２〜5000、好ましくは５〜3000である。通常は
不融化繊維あるいは前炭化繊維のl/dをピッチ系炭素繊
維のl/dよりも小さくする。
としては、例えばこれらの成分を混合粉砕もしくは切断
し、あるいはこれらを個々に粉砕もしくは切断した後混
合し、プレス下あるいは加圧下で炭化する方法がある。
混合粉砕もしくは切断は少なくとも繊維の形状をとどめ
る程度までとし、それぞれの繊維のl/d（アスペスト
比）は、２〜5000、好ましくは５〜3000である。通常は
不融化繊維あるいは前炭化繊維のl/dをピッチ系炭素繊
維のl/dよりも小さくする。
他の例としては、（Ａ）および（Ｂ）の２成分を混合粉
砕もしくは切断し、これを（Ｃ）成分であるピッチ系炭
素繊維の織物内あるいは織物間に充填し、ともにプレス
下あるいは加圧下で炭化する方法がある。
砕もしくは切断し、これを（Ｃ）成分であるピッチ系炭
素繊維の織物内あるいは織物間に充填し、ともにプレス
下あるいは加圧下で炭化する方法がある。
実施例 以下に実施例をあげ、本発明を具体的に説明する。
（実施例１） （Ａ）軟化点280℃を有する光学的異方性相100vol％の
石油系ピッチ、（Ｂ）前記石油系ピッチを溶融紡糸し、
平均直径13μｍのピッチ繊維とし、さらにこのピッチ繊
維を空気中240℃で不融化処理して得た不融化繊維およ
び（Ｃ）アスペクト比が300のピッチ系炭素繊維の３成
分を、33重量部、33重量部および33重量部の割合で混
合、粉砕し、ホットプレスにより100kg/cm2の圧力下、1
000℃において30分プレス炭化し、かさ密度1.6g/ccの炭
素／炭素複合材料を製造した。ホットプレス装置内のよ
ごれは極めて軽微であり、得られた材料の空隙率は10％
未満であった。偏光顕微鏡あるいは電子顕微鏡を用いた
観察により、繊維組織がきわめて均一に分布しているこ
とも明らかとなった。
石油系ピッチ、（Ｂ）前記石油系ピッチを溶融紡糸し、
平均直径13μｍのピッチ繊維とし、さらにこのピッチ繊
維を空気中240℃で不融化処理して得た不融化繊維およ
び（Ｃ）アスペクト比が300のピッチ系炭素繊維の３成
分を、33重量部、33重量部および33重量部の割合で混
合、粉砕し、ホットプレスにより100kg/cm2の圧力下、1
000℃において30分プレス炭化し、かさ密度1.6g/ccの炭
素／炭素複合材料を製造した。ホットプレス装置内のよ
ごれは極めて軽微であり、得られた材料の空隙率は10％
未満であった。偏光顕微鏡あるいは電子顕微鏡を用いた
観察により、繊維組織がきわめて均一に分布しているこ
とも明らかとなった。
（比較例１） 実施例１の不融化繊維を粉砕し、アスペクト比が300の
ピッチ系炭素繊維と共に、ホットプレスにより100kg/cm
2の圧力下、1000℃において30分プレス炭化し、かさ密
度1.6g/ccの材料を製造した。得られた材料の空隙率は1
0％未満であったが成形性が不十分であった。
ピッチ系炭素繊維と共に、ホットプレスにより100kg/cm
2の圧力下、1000℃において30分プレス炭化し、かさ密
度1.6g/ccの材料を製造した。得られた材料の空隙率は1
0％未満であったが成形性が不十分であった。
（比較例２） 実施例１のピッチ系炭素繊維を、ホットプレスにより10
0kg/cm2の圧力下、1000℃において30分プレス炭化した
ところ、得られたものは成形性が悪く、機械加工ができ
なかった。
0kg/cm2の圧力下、1000℃において30分プレス炭化した
ところ、得られたものは成形性が悪く、機械加工ができ
なかった。
（比較例３） 実施例１のピッチおよびピッチ系炭素繊維を、ホットプ
レスにより100kg/cm2の圧力下、1000℃において30分プ
レス炭化したところ、ピッチが流出し良好に成形できな
かった。また炉内が汚染された。
レスにより100kg/cm2の圧力下、1000℃において30分プ
レス炭化したところ、ピッチが流出し良好に成形できな
かった。また炉内が汚染された。
（実施例２） （Ａ）軟化点280℃を有する光学的異方性相100vol％の
石油系ピッチの粉末、（Ｂ）前記石油系ピッチを溶融紡
糸し、平均直径13μｍのピッチ繊維とし、これを空気中
300℃で１時間不融化処理した後、窒素中、400℃で１時
間処理して前炭化繊維を得た。この前炭化繊維トウ37.5
重量部を粉砕してl/dが10の繊維とし、これに前記ピッ
チの粉砕物37.5重量部および（Ｃ）ピッチ系炭素繊維を
粉砕して得たl/dが50の繊維25重量部を混合し、ホット
プレスにより100kg/cm2の圧力下、600℃において１時間
プレス炭化した。この炭化物を窒素雰囲気下1200℃30分
焼成しかさ密度1.6g/ccの炭素繊維含有材料を製造し
た。得られた炭素材料の空隙率は10％未満であった。偏
光顕微鏡あるいは電子顕微鏡を用いた観察により、繊維
組織がきわめて均一に分布していることも明らかとなっ
た。
石油系ピッチの粉末、（Ｂ）前記石油系ピッチを溶融紡
糸し、平均直径13μｍのピッチ繊維とし、これを空気中
300℃で１時間不融化処理した後、窒素中、400℃で１時
間処理して前炭化繊維を得た。この前炭化繊維トウ37.5
重量部を粉砕してl/dが10の繊維とし、これに前記ピッ
チの粉砕物37.5重量部および（Ｃ）ピッチ系炭素繊維を
粉砕して得たl/dが50の繊維25重量部を混合し、ホット
プレスにより100kg/cm2の圧力下、600℃において１時間
プレス炭化した。この炭化物を窒素雰囲気下1200℃30分
焼成しかさ密度1.6g/ccの炭素繊維含有材料を製造し
た。得られた炭素材料の空隙率は10％未満であった。偏
光顕微鏡あるいは電子顕微鏡を用いた観察により、繊維
組織がきわめて均一に分布していることも明らかとなっ
た。
（実施例３） 軟化点280℃を有する光学的異方性相90vol％の石油系ピ
ッチを溶融紡糸し、平均直径13μｍのピッチ繊維とし、
これを空気中300℃で１時間不融化処理して不融化繊維
を得た。この不融化繊維25重量部と前記ピッチ繊維25重
量部を混合粉砕し、ピッチ系炭素繊維の平織50重量部の
あいだに充填して、ホットプレスにより50kg/cm2の圧力
下、窒素雰囲気中1200℃30分焼成し、かさ密度1.7g/cc
の炭素繊維含有材料を製造した。得られた炭素材料の空
隙率は10％未満であった。偏光顕微鏡あるいは電子顕微
鏡を用いた観察により、繊維組織がきわめて均一に分布
していることも明らかとなった。
ッチを溶融紡糸し、平均直径13μｍのピッチ繊維とし、
これを空気中300℃で１時間不融化処理して不融化繊維
を得た。この不融化繊維25重量部と前記ピッチ繊維25重
量部を混合粉砕し、ピッチ系炭素繊維の平織50重量部の
あいだに充填して、ホットプレスにより50kg/cm2の圧力
下、窒素雰囲気中1200℃30分焼成し、かさ密度1.7g/cc
の炭素繊維含有材料を製造した。得られた炭素材料の空
隙率は10％未満であった。偏光顕微鏡あるいは電子顕微
鏡を用いた観察により、繊維組織がきわめて均一に分布
していることも明らかとなった。
（実施例４） 軟化点280℃を有する光学的異方性相100vol％の石油系
ピッチを溶融紡糸して得た平均直径13μｍのピッチ繊維
を空気中300℃で１時間不融化処理した後、窒素中、350
℃で１時間処理して、前炭化繊維を得た。この前炭化繊
維トウを粉砕してl/dが10の繊維とし、この繊維24重量
部に前記ピッチの粉砕物16重量部を混合し、ピッチ系炭
素繊維の平織60重量部のあいだに充填したのち、ステン
レス容器中に入れ、200kg/cm2の圧力下、窒素雰囲気中1
000℃30分加圧炭化しかさ密度1.5g/ccの炭素繊維含有材
料を製造した。得られた炭素材料の空隙率は５％未満で
あった。偏光顕微鏡あるいは電子顕微鏡を用いた観察に
より、繊維組織マトリックスがきわめて均一に分布して
いることも明らかとなった。
ピッチを溶融紡糸して得た平均直径13μｍのピッチ繊維
を空気中300℃で１時間不融化処理した後、窒素中、350
℃で１時間処理して、前炭化繊維を得た。この前炭化繊
維トウを粉砕してl/dが10の繊維とし、この繊維24重量
部に前記ピッチの粉砕物16重量部を混合し、ピッチ系炭
素繊維の平織60重量部のあいだに充填したのち、ステン
レス容器中に入れ、200kg/cm2の圧力下、窒素雰囲気中1
000℃30分加圧炭化しかさ密度1.5g/ccの炭素繊維含有材
料を製造した。得られた炭素材料の空隙率は５％未満で
あった。偏光顕微鏡あるいは電子顕微鏡を用いた観察に
より、繊維組織マトリックスがきわめて均一に分布して
いることも明らかとなった。
Claims (1)
- 【請求項１】（Ａ）軟化点150〜400℃を有する炭素質ピ
ッチ５〜50重量部、（Ｂ）炭素質ピッチを紡糸して得ら
れるピッチ繊維の不融化処理により得られる不融化繊維
およびこれらの不融化繊維をさらに不活性雰囲気下、35
0〜800℃で前炭化処理して得られる前炭化繊維からなる
群より選ばれる１種または２種以上の繊維20〜95重量
部、および（Ｃ）ピッチ系炭素繊維５〜80重量部をプレ
ス下あるいは加圧下で炭化することを特徴とする炭素／
炭化複合材料の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63058367A JPH07100630B2 (ja) | 1988-03-14 | 1988-03-14 | 炭素／炭素複合材料の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63058367A JPH07100630B2 (ja) | 1988-03-14 | 1988-03-14 | 炭素／炭素複合材料の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01234367A JPH01234367A (ja) | 1989-09-19 |
| JPH07100630B2 true JPH07100630B2 (ja) | 1995-11-01 |
Family
ID=13082355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63058367A Expired - Lifetime JPH07100630B2 (ja) | 1988-03-14 | 1988-03-14 | 炭素／炭素複合材料の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07100630B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH068217B2 (ja) * | 1990-07-17 | 1994-02-02 | トヨタ自動車株式会社 | 炭素繊維強化炭素焼結体 |
| GB9015857D0 (en) * | 1990-07-19 | 1990-09-05 | Dunlop Ltd | Carbon-carbon composite material |
-
1988
- 1988-03-14 JP JP63058367A patent/JPH07100630B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01234367A (ja) | 1989-09-19 |
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