JPS60200860A - 高強度、耐酸化性のカ−ボン/カ−ボン複合材の製造法 - Google Patents
高強度、耐酸化性のカ−ボン/カ−ボン複合材の製造法Info
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- JPS60200860A JPS60200860A JP59264347A JP26434784A JPS60200860A JP S60200860 A JPS60200860 A JP S60200860A JP 59264347 A JP59264347 A JP 59264347A JP 26434784 A JP26434784 A JP 26434784A JP S60200860 A JPS60200860 A JP S60200860A
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- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、複合材マトリックス中に酸化防止剤を拡散す
ることにより形成された、高強度の、耐酸化性カーボン
/カーボン複合材に関する。酸化防止剤は複合材マトリ
ックスの内部に置かれ、複合材マトリックス中に拡散さ
れる。
ることにより形成された、高強度の、耐酸化性カーボン
/カーボン複合材に関する。酸化防止剤は複合材マトリ
ックスの内部に置かれ、複合材マトリックス中に拡散さ
れる。
本発明の背景
グラファイト粉末及びピッチ又は樹脂のようなグラファ
イト化できる物質のような充填材から作られたグラファ
イトの如きカーボン物質の製造において硼素を用いるこ
とは知られている。硼素は、材料の結合及びそれのグラ
ファイトへの転化を昂進する。
イト化できる物質のような充填材から作られたグラファ
イトの如きカーボン物質の製造において硼素を用いるこ
とは知られている。硼素は、材料の結合及びそれのグラ
ファイトへの転化を昂進する。
カーボン又はグラファイト布のような繊維状のカーボン
物質より成るカーボン/カーボン複合材の製造において
硼素を用いることも業界で知られている。この硼素又は
硼素含有物質は、繊1,1F形状の上に置かれ、次に繊
維はフラン/フルフラール樹脂で一回又は複数回含浸し
て高密度化される。
物質より成るカーボン/カーボン複合材の製造において
硼素を用いることも業界で知られている。この硼素又は
硼素含有物質は、繊1,1F形状の上に置かれ、次に繊
維はフラン/フルフラール樹脂で一回又は複数回含浸し
て高密度化される。
このタイプの複合材の例は、Leo C6旧+rcnr
eicl+の米国特許3.672.9.36号及び同4
.119.189号明細書に開示されている。これらの
特許は、樹脂含浸及び続く樹脂の炭化の前に硼素含有化
合物を繊維状カーボン物質に加える場合、積層量強度な
らびに耐酸化性においである改善があることを認識して
いる。
eicl+の米国特許3.672.9.36号及び同4
.119.189号明細書に開示されている。これらの
特許は、樹脂含浸及び続く樹脂の炭化の前に硼素含有化
合物を繊維状カーボン物質に加える場合、積層量強度な
らびに耐酸化性においである改善があることを認識して
いる。
Robert C,5harfer の米国特許4.1
64.601 号及び4.101.354号明細書は、
硼素を含むカーボン/カーボン複合材の層間引張り強度
は複合材が炭化及びグラファイト化の間に少な(とも2
160℃に加熱されると大きく改善されること、及びさ
らにそのような温度で繊維状カーボン物質の繊維の方向
′の引張強度は、高温での硼素との反応によりひき起こ
された複合材の繊維状カーボン物質の劣化に明らかに起
因して典型的にかなり減少することを開示している。こ
の特許の教示によれば、繊維状カーボン物質の繊維方向
の引張強度の重大な減少が繊維上の保護被覆の使用によ
り防がれる。
64.601 号及び4.101.354号明細書は、
硼素を含むカーボン/カーボン複合材の層間引張り強度
は複合材が炭化及びグラファイト化の間に少な(とも2
160℃に加熱されると大きく改善されること、及びさ
らにそのような温度で繊維状カーボン物質の繊維の方向
′の引張強度は、高温での硼素との反応によりひき起こ
された複合材の繊維状カーボン物質の劣化に明らかに起
因して典型的にかなり減少することを開示している。こ
の特許の教示によれば、繊維状カーボン物質の繊維方向
の引張強度の重大な減少が繊維上の保護被覆の使用によ
り防がれる。
この保護被覆は、硬化(キユアリング)温度にさらされ
た後に柔軟なままである熱硬化性物質を含む。該被覆は
、樹脂及び硼素含有化合物の付与の前に繊維に施与され
、硬化される。次に樹脂及び硼素含有化合物が付与され
、樹脂は“B ”段階プロセスの間に少なくとも部分的
に硬化される。積層物を形成し、そして樹脂を炭化しか
つ少なくとも部分的にグラファイト化するのに十分な温
度に該積層物を加熱した後に、積層物の繊維状カーボン
物質の繊維方向の複合材引張強度の重大な減少なしに層
間引張強度が大きく改善されることが見い出された。
た後に柔軟なままである熱硬化性物質を含む。該被覆は
、樹脂及び硼素含有化合物の付与の前に繊維に施与され
、硬化される。次に樹脂及び硼素含有化合物が付与され
、樹脂は“B ”段階プロセスの間に少なくとも部分的
に硬化される。積層物を形成し、そして樹脂を炭化しか
つ少なくとも部分的にグラファイト化するのに十分な温
度に該積層物を加熱した後に、積層物の繊維状カーボン
物質の繊維方向の複合材引張強度の重大な減少なしに層
間引張強度が大きく改善されることが見い出された。
Robert C,5haffer 及びWillia
m L、]’arasenの米国特許4.321.29
8号明細書は、より高度の耐酸化性、改善された高温安
定性、より高い密度及び改善された積層材引張強度を持
つカーボン/カーボン複合材の形成を開示している。本
f’+許の教示によれば、耐火性金属及び硬化温度にさ
らされた後に柔軟なままである熱硬化性樹脂を含む混合
物が形成される。この金属は、粒子状金属又は原子状に
分散された金属又は両者の形であることができる。この
金属は、カーボンの三成分系中で高温で硼素と反応でき
る。繊維状カーボン物質はこの混合物で被覆され、熱硬
化性樹脂が硬化される。
m L、]’arasenの米国特許4.321.29
8号明細書は、より高度の耐酸化性、改善された高温安
定性、より高い密度及び改善された積層材引張強度を持
つカーボン/カーボン複合材の形成を開示している。本
f’+許の教示によれば、耐火性金属及び硬化温度にさ
らされた後に柔軟なままである熱硬化性樹脂を含む混合
物が形成される。この金属は、粒子状金属又は原子状に
分散された金属又は両者の形であることができる。この
金属は、カーボンの三成分系中で高温で硼素と反応でき
る。繊維状カーボン物質はこの混合物で被覆され、熱硬
化性樹脂が硬化される。
被覆された繊維状カーボン物質は次に、硼素化合物及び
硼素と反応して安定な金属硼化物を形成できる任意的耐
火性金属を含む第二の熱硬化性樹脂で再含浸される。
硼素と反応して安定な金属硼化物を形成できる任意的耐
火性金属を含む第二の熱硬化性樹脂で再含浸される。
第一の被覆中あ耐火性金属に関しては、もしこれが存在
するなら、粒子状金属又は原子状に分散された金属又は
両者の形であることができる。
するなら、粒子状金属又は原子状に分散された金属又は
両者の形であることができる。
第二の熱硬化性樹脂は少なくとも部分的に硬化され、次
に繊維物質の複数の層が集合されて複合材を形成する。
に繊維物質の複数の層が集合されて複合材を形成する。
この複合材は次に、熱硬化性樹脂を炭化しグラファイト
化するのに十分な温度に加熱される。米国特許4.16
4.601 号及び4.32L 298号明細書に記載
される方法により作られたカーボン/カーボン複合材は
、特有の空隙をほとんど持たない。
化するのに十分な温度に加熱される。米国特許4.16
4.601 号及び4.32L 298号明細書に記載
される方法により作られたカーボン/カーボン複合材は
、特有の空隙をほとんど持たない。
この方法で形成された複合材は酸素の攻撃にさらされる
表面として望ましく、複合材の酸化速度はかなり低減さ
れた。
表面として望ましく、複合材の酸化速度はかなり低減さ
れた。
本発明の構成及び効果
米国特許4.164.601号及びt 321.298
号明細書に記載される方法により形成されたカーボン/
カーボン複合材の機械的特性は、下記の方法により改善
される。
号明細書に記載される方法により形成されたカーボン/
カーボン複合材の機械的特性は、下記の方法により改善
される。
本発明に従い、繊維状カーボン物質は最初に、硬化(キ
ュア)後に柔軟(フレキシブル)なままである柔軟な熱
硬化性樹脂旨で被覆される。熱硬化性樹脂は所望により
、硼素と反応して金FA硼化物を形成できる耐火性金属
を含むことができる。熱硬化性樹脂は次に硬化され、そ
してこの被覆された繊維は、ill素化合物及び硼素と
反応して金属硼化物を形成できる任意的な耐火性金属を
含む第二の熱硬化性樹脂で再被覆される。第一の被覆中
の任意的な耐火性金属に関しては、この金属は、もし存
在するなら、粒子状金属又は原子状に分散された金属又
は両者の形であることができる。第二の熱硬化性樹脂は
少な(とも部分的に硬化される。
ュア)後に柔軟(フレキシブル)なままである柔軟な熱
硬化性樹脂旨で被覆される。熱硬化性樹脂は所望により
、硼素と反応して金FA硼化物を形成できる耐火性金属
を含むことができる。熱硬化性樹脂は次に硬化され、そ
してこの被覆された繊維は、ill素化合物及び硼素と
反応して金属硼化物を形成できる任意的な耐火性金属を
含む第二の熱硬化性樹脂で再被覆される。第一の被覆中
の任意的な耐火性金属に関しては、この金属は、もし存
在するなら、粒子状金属又は原子状に分散された金属又
は両者の形であることができる。第二の熱硬化性樹脂は
少な(とも部分的に硬化される。
すなわち、それは第二の熱硬化性樹脂被覆を゛13″段
階に付す温度及び時間で加熱される。含浸された織物は
次にパターンへと切断され、成形されて熱硬化生成物を
与え、それは更に熱硬化性樹脂を炭化しかつグラファイ
ト化しそして実質上カーボン/カーボン複合材を形成す
るべ(熱処理される。
階に付す温度及び時間で加熱される。含浸された織物は
次にパターンへと切断され、成形されて熱硬化生成物を
与え、それは更に熱硬化性樹脂を炭化しかつグラファイ
ト化しそして実質上カーボン/カーボン複合材を形成す
るべ(熱処理される。
複合材は次に原子状に分散された硼素を含む樹脂及び所
望により硼素°と反応して金属硼化物を形成できる原子
状分散耐火性金属を含む樹脂での再含浸により高密度化
することができる。その後、複合材は最後に、炭素化学
的蒸着の利用により、あるいは更に再含浸樹脂での処理
により高密度化される。これは次に、再含浸物質を炭化
する加熱サイクルに付され、得られたカーボン/カーボ
ン複合材は次に更に、炭素化学的蒸着により又は最後に
施与された再含浸樹脂により形成された複合材マトリッ
クス中に硼素を拡散するために熱処理される。
望により硼素°と反応して金属硼化物を形成できる原子
状分散耐火性金属を含む樹脂での再含浸により高密度化
することができる。その後、複合材は最後に、炭素化学
的蒸着の利用により、あるいは更に再含浸樹脂での処理
により高密度化される。これは次に、再含浸物質を炭化
する加熱サイクルに付され、得られたカーボン/カーボ
ン複合材は次に更に、炭素化学的蒸着により又は最後に
施与された再含浸樹脂により形成された複合材マトリッ
クス中に硼素を拡散するために熱処理される。
原子状に分散した硼素を含む樹脂による再含浸は、任意
な好ましい段階である。複合材の全硼素含量は、プレプ
レツク化操作の間に加えられる第二の熱硬化性樹脂に含
まれることができるが、硼素の一部を繊維から離れて、
かつ硼素不含の最後の高密度化媒体すなわち化学的蒸着
からのカーボン又は最後の再含浸からのカーボンに近く
置くことが好ましい。このことは、最後の高密度化カー
ボン中への硼素の最良の拡散を与え、繊維の囲りの鞘状
被覆を参らせる可能性を低減する。
な好ましい段階である。複合材の全硼素含量は、プレプ
レツク化操作の間に加えられる第二の熱硬化性樹脂に含
まれることができるが、硼素の一部を繊維から離れて、
かつ硼素不含の最後の高密度化媒体すなわち化学的蒸着
からのカーボン又は最後の再含浸からのカーボンに近く
置くことが好ましい。このことは、最後の高密度化カー
ボン中への硼素の最良の拡散を与え、繊維の囲りの鞘状
被覆を参らせる可能性を低減する。
本発明に従い、繊維状カーボン物質は最初に、硬化後に
柔軟なまま留まる柔軟な熱硬化性物質で被覆される。熱
硬化性樹脂は所望により、硼素と反応して金属硼化物を
゛形成できる耐火性金属を含む。耐火性金属は樹脂中に
原子状に分散されることができる、すなわち耐火性金属
は樹脂の分子構造の一部であることができる;又はそれ
は粒子状金属であることができる;又は両者を用いるこ
とができる。
柔軟なまま留まる柔軟な熱硬化性物質で被覆される。熱
硬化性樹脂は所望により、硼素と反応して金属硼化物を
゛形成できる耐火性金属を含む。耐火性金属は樹脂中に
原子状に分散されることができる、すなわち耐火性金属
は樹脂の分子構造の一部であることができる;又はそれ
は粒子状金属であることができる;又は両者を用いるこ
とができる。
Robert C15haffer の米国特許3+
J44,5JO号明細書に開示されたような熱硬化性樹
脂を本発明において用いることができ、ここでこれらを
引用しておく。この特許はフルフリルアルコールコポリ
マーを記載し、これはマレイン酸又は無水マレイン酸を
エチレングリコールのようなポリヒドロキシ化合物と反
応させることにより作られる。それは、エチレン性不飽
和のポリカルボン酸エステルプレポリマーを形成する。
J44,5JO号明細書に開示されたような熱硬化性樹
脂を本発明において用いることができ、ここでこれらを
引用しておく。この特許はフルフリルアルコールコポリ
マーを記載し、これはマレイン酸又は無水マレイン酸を
エチレングリコールのようなポリヒドロキシ化合物と反
応させることにより作られる。それは、エチレン性不飽
和のポリカルボン酸エステルプレポリマーを形成する。
エステルプレポリマーは次にフルフリルアルコールと共
重合されて、フルフリルアルコールコポリマーを形成す
る。
重合されて、フルフリルアルコールコポリマーを形成す
る。
原子状に分散された金属を含む熱硬化性樹脂はタングス
テンカルボニル及び/又はモリブデンカルボニルとピロ
リジンの反応生成物の形で耐火性金属を樹脂中に組込む
ことによって作ることができる。そのような熱硬化性樹
脂の一例としては、フルフリルアルコールとポリエステ
ルプレポリマーのコポリマーが挙げられ、このポリエス
テルプレポリマーはタングステンカルボニル及び/又は
モリブデンカルボニルとピロリジンの反応生成物である
錯体と反応されたものである。そのようなコポリマーは
、Robert C,5haffer の米国特許4、
087.482号の明細書により詳しく開示されている
。タングステンカルボニル及び/又はモリブデンカルボ
ニルとピロリジンとの反応生成物である錯合体をモノマ
ー及びプレポリマーに反応させることにより作られた、
化学的に結合された金属原子を含む他の熱硬化性ポリマ
ーはRoberLC。
テンカルボニル及び/又はモリブデンカルボニルとピロ
リジンの反応生成物の形で耐火性金属を樹脂中に組込む
ことによって作ることができる。そのような熱硬化性樹
脂の一例としては、フルフリルアルコールとポリエステ
ルプレポリマーのコポリマーが挙げられ、このポリエス
テルプレポリマーはタングステンカルボニル及び/又は
モリブデンカルボニルとピロリジンの反応生成物である
錯体と反応されたものである。そのようなコポリマーは
、Robert C,5haffer の米国特許4、
087.482号の明細書により詳しく開示されている
。タングステンカルボニル及び/又はモリブデンカルボ
ニルとピロリジンとの反応生成物である錯合体をモノマ
ー及びプレポリマーに反応させることにより作られた、
化学的に結合された金属原子を含む他の熱硬化性ポリマ
ーはRoberLC。
5hafferの米国特許4.185.043号、4.
302.392号明細書に開示されている。樹脂を調製
した後、それをジメチルホルムアミドのような適当な溶
媒で希釈して、たとえば70%の固形分含量にすること
ができる。
302.392号明細書に開示されている。樹脂を調製
した後、それをジメチルホルムアミドのような適当な溶
媒で希釈して、たとえば70%の固形分含量にすること
ができる。
本発明で用いうる繊維状カーボン物質は、繊維フィラメ
ント又は他の形態の任意のカーボン物質を包含する。例
としてはカーボン布又はグラファイト布のような布が挙
げられる。ここでカーボンという言葉は、グラファイト
を包含する総べての形態の炭素を云うものとする。
ント又は他の形態の任意のカーボン物質を包含する。例
としてはカーボン布又はグラファイト布のような布が挙
げられる。ここでカーボンという言葉は、グラファイト
を包含する総べての形態の炭素を云うものとする。
柔軟な第一の被覆は、適当なやり方で繊維状カーボン物
質に施与され、そして硬化される。用いうる一つの方法
は、被覆物質の解放容器中に繊維状カーボン物質を浸漬
し、次に繊維状カーボン物質を加圧ローラーに通ずこと
により過剰の被覆物質を除き、そして次に繊維状物質を
環境温度で空気中につるして被覆物質中の溶媒の一部を
気化させることによって被覆を乾燥することである。次
に被覆物質の硬化は、たとえば繊維状カーボン物質を空
気循環炉中に置いて樹脂の重合を進め残る溶媒を更に除
去することによって達成される。熱硬化性被覆物質の固
形分含量は、繊維状カーボン物質の約5〜200重量%
を成す硬化被覆を与えるように調節される。
質に施与され、そして硬化される。用いうる一つの方法
は、被覆物質の解放容器中に繊維状カーボン物質を浸漬
し、次に繊維状カーボン物質を加圧ローラーに通ずこと
により過剰の被覆物質を除き、そして次に繊維状物質を
環境温度で空気中につるして被覆物質中の溶媒の一部を
気化させることによって被覆を乾燥することである。次
に被覆物質の硬化は、たとえば繊維状カーボン物質を空
気循環炉中に置いて樹脂の重合を進め残る溶媒を更に除
去することによって達成される。熱硬化性被覆物質の固
形分含量は、繊維状カーボン物質の約5〜200重量%
を成す硬化被覆を与えるように調節される。
柔軟な被覆の施与に続いて、繊維状カーボン物質は次に
、第二の熱硬化性樹脂で再含浸され、これは部分的に硬
化されるすなわち” B段階に付される’(”B″’−
staged)。この樹脂は、柔軟な熱硬化性樹脂と同
じであってもよい。この樹脂は、先述したような原子状
に分散した又は粒子状の耐火性金属又は両者の適当量を
含むこと又は含まないことができる。この樹脂はまた硼
素化合物を含み、硼素の量は好ましくは全系に存在する
金属量と分子基準でバランスされなければならない。硼
素含有化合物は、好ましくは無定形硼素である。熱硬化
性樹脂の第二の被覆の含浸及び硬化は、硼素及びもし所
望なら耐火性金属を含む熱硬化性樹脂の解放容器中に被
覆された繊維状カーボン物質を浸けるような適当な方法
により達成できる。過剰の物質は、繊維状カーボン物質
を加圧ローラーの間に通すことにより除去され、その後
、該物質は環境温度で空気中につるして樹脂中に含まれ
た溶媒の一部を気化させることにより乾燥される。好ま
しくは、樹脂と配合される無定型硼素の量は無定型硼素
が積層体の約2〜9体積%を成ずように選ばれる。乾い
た繊維状カーボン物質は次に、たとえば空気循環炉中に
置いて樹脂の重合を進めることによって、熱硬化性樹脂
を少なくとも部分的に硬化するべく処理される。
、第二の熱硬化性樹脂で再含浸され、これは部分的に硬
化されるすなわち” B段階に付される’(”B″’−
staged)。この樹脂は、柔軟な熱硬化性樹脂と同
じであってもよい。この樹脂は、先述したような原子状
に分散した又は粒子状の耐火性金属又は両者の適当量を
含むこと又は含まないことができる。この樹脂はまた硼
素化合物を含み、硼素の量は好ましくは全系に存在する
金属量と分子基準でバランスされなければならない。硼
素含有化合物は、好ましくは無定形硼素である。熱硬化
性樹脂の第二の被覆の含浸及び硬化は、硼素及びもし所
望なら耐火性金属を含む熱硬化性樹脂の解放容器中に被
覆された繊維状カーボン物質を浸けるような適当な方法
により達成できる。過剰の物質は、繊維状カーボン物質
を加圧ローラーの間に通すことにより除去され、その後
、該物質は環境温度で空気中につるして樹脂中に含まれ
た溶媒の一部を気化させることにより乾燥される。好ま
しくは、樹脂と配合される無定型硼素の量は無定型硼素
が積層体の約2〜9体積%を成ずように選ばれる。乾い
た繊維状カーボン物質は次に、たとえば空気循環炉中に
置いて樹脂の重合を進めることによって、熱硬化性樹脂
を少なくとも部分的に硬化するべく処理される。
得た積層体は次に好ましくは合体され、更に硬化される
樹脂マトリックスで高密度化される。これを行う一つの
プロセスにおいて、5゛i層体は電気的に加熱されたプ
ラテン(ρ1aten)プレス中の型中に高められた圧
力及び温度で、積層体に仕較的11!J!度の繊維・樹
脂マトリックス接着を与えてそれを後の加工の間その形
及び大きさをR,IF持するためにそれを十分に自己支
持性とするのに十分な時間置かれる。
樹脂マトリックスで高密度化される。これを行う一つの
プロセスにおいて、5゛i層体は電気的に加熱されたプ
ラテン(ρ1aten)プレス中の型中に高められた圧
力及び温度で、積層体に仕較的11!J!度の繊維・樹
脂マトリックス接着を与えてそれを後の加工の間その形
及び大きさをR,IF持するためにそれを十分に自己支
持性とするのに十分な時間置かれる。
積層体は次に、たとえば1400〜2200℃の温度で
加熱することよにり炭化しそして好ましくは少なくとも
部分的にグラファイト化する。たとえばカーボン−有機
樹脂複合材は初めに成形により形作られ、そして少なく
とも部分的に予備硬化される。その後に複合材は、所定
の速度で1000’F(538℃)程度の温度に加熱さ
れる炉中に置き、複合材の層剥離又は他の損傷なしに樹
脂を本質的に分解する。この炭化を行うために、炭化時
間は14日間まで永くすることができる。
加熱することよにり炭化しそして好ましくは少なくとも
部分的にグラファイト化する。たとえばカーボン−有機
樹脂複合材は初めに成形により形作られ、そして少なく
とも部分的に予備硬化される。その後に複合材は、所定
の速度で1000’F(538℃)程度の温度に加熱さ
れる炉中に置き、複合材の層剥離又は他の損傷なしに樹
脂を本質的に分解する。この炭化を行うために、炭化時
間は14日間まで永くすることができる。
積層体は次に、樹脂を更に炭化及び/又はグラファイト
化するためにより高い温度に炉中で更に加熱する。この
より高い温度は1400℃〜2200℃の間にあること
ができる。
化するためにより高い温度に炉中で更に加熱する。この
より高い温度は1400℃〜2200℃の間にあること
ができる。
得たカーボン/カーボン複合体中の特(数的な空隙は、
カーボン−グラファイト物質を含む媒体での処理により
少なくとも部分的に充填される。これは、原子状に分散
された硼素を含む再含浸樹脂で初めに複合材を処理する
ことにより達成される。
カーボン−グラファイト物質を含む媒体での処理により
少なくとも部分的に充填される。これは、原子状に分散
された硼素を含む再含浸樹脂で初めに複合材を処理する
ことにより達成される。
再含浸樹脂は任意的に、樹脂系に原子状に分散された耐
火性金属を含むことができる。そのような樹脂の例は、
P、 Anthony Hinman の米国特許4.
412,064号明細書に記載されている。
火性金属を含むことができる。そのような樹脂の例は、
P、 Anthony Hinman の米国特許4.
412,064号明細書に記載されている。
任意的な樹脂再含浸処理に続いて、複合材は化学的蒸着
又は更なる中間相コールタールピッチでの再含浸により
、更に高密度化に伺される。化学的蒸着は、熱分解タイ
プのカーボン−グラファイト物質を空隙の内部及び表面
に付着させる。表面はこの方法により封口被覆されるこ
とができ、この封口被覆により、かなり表面積の小さい
複合材が得られる。中間相コールタールピッチは、カー
ボン−グラファイトマトリックスを沈着し、複合材を高
密度化するために用いることができる。
又は更なる中間相コールタールピッチでの再含浸により
、更に高密度化に伺される。化学的蒸着は、熱分解タイ
プのカーボン−グラファイト物質を空隙の内部及び表面
に付着させる。表面はこの方法により封口被覆されるこ
とができ、この封口被覆により、かなり表面積の小さい
複合材が得られる。中間相コールタールピッチは、カー
ボン−グラファイトマトリックスを沈着し、複合材を高
密度化するために用いることができる。
しかしこの方法は、高密度化後の複合材がなお比較的多
量の多孔性を保持しているので、好ましい実施態様では
ない。このカーボン−グラファイト物質は、化学的蒸着
により沈着されたものであれ又はコールクールピッチ再
含浸により沈着されたものであれ、酸素の攻撃に敏感で
ある。しかし複合体は今や3500〜4500℃のよう
な温度で処理されて、化学的蒸着又はコールタールピッ
チのカーボン中に、硼素含有再含浸樹脂に含まれた硼素
を拡散する。
量の多孔性を保持しているので、好ましい実施態様では
ない。このカーボン−グラファイト物質は、化学的蒸着
により沈着されたものであれ又はコールクールピッチ再
含浸により沈着されたものであれ、酸素の攻撃に敏感で
ある。しかし複合体は今や3500〜4500℃のよう
な温度で処理されて、化学的蒸着又はコールタールピッ
チのカーボン中に、硼素含有再含浸樹脂に含まれた硼素
を拡散する。
この拡散された硼素は、化学的蒸着されたカーボン又は
コールタールピッチカーボンの性質を変え、従って続く
炭化ケイ素の被覆又は他の表面被覆は1200゛F〜1
400 ’Fの範囲でもはや被攻撃性を有しない。すな
わち本発明の実施は、硼素攻撃からの繊維の保護を与え
るのみでなく、複合材全体の均一な耐酸化性を与え、そ
して化学的蒸着カーボン又はコールタールピッチカーボ
ンを変化させて、他の被覆のための改善された酸化抵抗
を促進する相乗的表面を与える。
コールタールピッチカーボンの性質を変え、従って続く
炭化ケイ素の被覆又は他の表面被覆は1200゛F〜1
400 ’Fの範囲でもはや被攻撃性を有しない。すな
わち本発明の実施は、硼素攻撃からの繊維の保護を与え
るのみでなく、複合材全体の均一な耐酸化性を与え、そ
して化学的蒸着カーボン又はコールタールピッチカーボ
ンを変化させて、他の被覆のための改善された酸化抵抗
を促進する相乗的表面を与える。
実施例l
5haffer の米国特許4,087,482号の実
施例1に従って作られた樹脂を開放容器に入れ、この樹
脂中に炭素織物を浸漬した。樹脂の固形分含量は、織物
の重量の約28%を成す被覆を作るように調節された。
施例1に従って作られた樹脂を開放容器に入れ、この樹
脂中に炭素織物を浸漬した。樹脂の固形分含量は、織物
の重量の約28%を成す被覆を作るように調節された。
この織物を加圧ローラに通して過剰の被覆材を除去し、
空気中に吊して環境温度で乾燥した。織物を次に、約3
25’Fに保った空気循環炉中に約30分間置いた。こ
の温度処理は、第二の被覆中の樹脂との混合を避けるた
めに十分なほど樹脂を硬化した。
空気中に吊して環境温度で乾燥した。織物を次に、約3
25’Fに保った空気循環炉中に約30分間置いた。こ
の温度処理は、第二の被覆中の樹脂との混合を避けるた
めに十分なほど樹脂を硬化した。
被覆された織物を次に、82.2重量%のフェノール樹
脂と17.8重量%の無定形硼素から成る粉砕物(a
grind)を入れた開放容器に浸けることにより更に
含浸、した。織物の元の重量の約55重量%を与えるた
めに十分な粉砕物が加えられた。織物を加圧ローラーに
通して過剰の樹脂を除き、プレプL/ッグを環境温度で
空気中に吊して乾燥した。
脂と17.8重量%の無定形硼素から成る粉砕物(a
grind)を入れた開放容器に浸けることにより更に
含浸、した。織物の元の重量の約55重量%を与えるた
めに十分な粉砕物が加えられた。織物を加圧ローラーに
通して過剰の樹脂を除き、プレプL/ッグを環境温度で
空気中に吊して乾燥した。
その後、織物を約180下の温度の空気Ill!l環炉
中に約60分間置き、次に温度を200 ’Fに約30
分間上げ、次に温度を225 ’Fに約10分間上げる
。この温度処理は、樹脂を” B ”段階に進める。
中に約60分間置き、次に温度を200 ’Fに約30
分間上げ、次に温度を225 ’Fに約10分間上げる
。この温度処理は、樹脂を” B ”段階に進める。
含浸された織物を次に、選んだ大きさ及びJ(aの断片
に切断し、この断片を次に望む形状に構成した。
に切断し、この断片を次に望む形状に構成した。
積層体を一体にし、高密度化し、マl−IJ・ノクス物
質を電気加熱されたプラテン(Platen ) プレ
スで型(conforming mold )中で約2
1.1 kg/Cm2(300psi ) 、約177
℃(350°F)で約90分間置に硬化した。
質を電気加熱されたプラテン(Platen ) プレ
スで型(conforming mold )中で約2
1.1 kg/Cm2(300psi ) 、約177
℃(350°F)で約90分間置に硬化した。
硬化のために必要な時間は、壁厚さ及び該部品の形を含
む種々の因子に依存することが判った。
む種々の因子に依存することが判った。
プレスから取出したとき、部品は高度の織物−マトリッ
クス接着を有した。部品は、後の加工段階でこの形及び
寸法を維持するに十分な自己支持性を有する。積層体を
次に炉に入れ、そして約260時間かけて約538℃(
1000’F )に温度をゆっくり上げることにより、
これを十分に炭化した。この部品を次に約36時間かけ
て環境温度に冷却した。炭化した積層体を減圧炉中の容
器に入れ、29インチの真空に約1時間引いた。この部
品を次に約185℃(365°F)に約1時間加熱し、
そして再含浸樹脂が溶融して部品上を流れるようにした
。再含浸樹脂は、米国特許4.412.064号の実施
例7に従い作られた樹脂である。次に減圧を開放し、再
含浸した複合体を次に約224℃(435’F)に約1
2時間更に加熱した。この更なる加熱処理は、再含浸樹
脂が次の炭化工程で流れることを防ぐのに十分なほど再
含浸樹脂を硬化した。
クス接着を有した。部品は、後の加工段階でこの形及び
寸法を維持するに十分な自己支持性を有する。積層体を
次に炉に入れ、そして約260時間かけて約538℃(
1000’F )に温度をゆっくり上げることにより、
これを十分に炭化した。この部品を次に約36時間かけ
て環境温度に冷却した。炭化した積層体を減圧炉中の容
器に入れ、29インチの真空に約1時間引いた。この部
品を次に約185℃(365°F)に約1時間加熱し、
そして再含浸樹脂が溶融して部品上を流れるようにした
。再含浸樹脂は、米国特許4.412.064号の実施
例7に従い作られた樹脂である。次に減圧を開放し、再
含浸した複合体を次に約224℃(435’F)に約1
2時間更に加熱した。この更なる加熱処理は、再含浸樹
脂が次の炭化工程で流れることを防ぐのに十分なほど再
含浸樹脂を硬化した。
積層体を次に炉に入れ、約538℃(1000下)に約
48時間かけて加熱することにより炭化した。
48時間かけて加熱することにより炭化した。
積層体は、複合材マ) IJソックス更に炭化及びグラ
ファイト化するために約3800 ’Fに約2時間かけ
て加熱された。積層体を次に炉に入れ、マトリックスに
おけるカーボンの化学的蒸着により約125時間かけて
高密度化した。積層体を次に望む大きさ及び形に機械で
仕上げ、次に更に化学的蒸着により約125時間、二度
目の高密度化を行った。高密度化した部品を次に約42
50 ’Fに約3時間かけて加熱し、この温度に約1時
間:tf11′!iする。この更なる加熱処理は、化学
的蒸着されたカーボン中に1M素を拡散したことが判っ
た。積層体を次にテストして、下記の機械的ね゛性G
r4iつことか判った。
ファイト化するために約3800 ’Fに約2時間かけ
て加熱された。積層体を次に炉に入れ、マトリックスに
おけるカーボンの化学的蒸着により約125時間かけて
高密度化した。積層体を次に望む大きさ及び形に機械で
仕上げ、次に更に化学的蒸着により約125時間、二度
目の高密度化を行った。高密度化した部品を次に約42
50 ’Fに約3時間かけて加熱し、この温度に約1時
間:tf11′!iする。この更なる加熱処理は、化学
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(支) (社) 111o 聞 (支)CVJIJ”)
■←ト マN■ト ■ 寸0寸−ト 1 超 で 躯 へ 谷ζ田1区ト谷 実施例2 実施例1のようにしてカーボン/カーボン複合材を作っ
た。但し、第1の炭化は約48時間で終了し、第一の熱
分解は3500°Fに制限し、硼素を拡散するための最
後の熱処理は3500 ’Fに制限した。積層体を次に
テストして、下記の機械的特性を持つことが判った。
■←ト マN■ト ■ 寸0寸−ト 1 超 で 躯 へ 谷ζ田1区ト谷 実施例2 実施例1のようにしてカーボン/カーボン複合材を作っ
た。但し、第1の炭化は約48時間で終了し、第一の熱
分解は3500°Fに制限し、硼素を拡散するための最
後の熱処理は3500 ’Fに制限した。積層体を次に
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CD !、−1−〇
わ■ω−ぐ
1 憾
寸 碓
i長円・\ト召
実施例3
実施例1と同様にカーボン/カーボン複合材を作ったが
、但し、第一の炭化は約48時間で終了した。積層体を
次にテストして、下記の機械的特性を持つことが判った
。
、但し、第一の炭化は約48時間で終了した。積層体を
次にテストして、下記の機械的特性を持つことが判った
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−〜−−五 へ
Φ ψ W の の
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ご− Cリ Cqm (Mつ
Ll”) 00ω−
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1 餡
豐 侶
実施例4
実施例3と同様にカーボン/カーボン複合材を作った。
但し、第二の被覆粉砕物中の硼素の量は8.9重量%に
制限した。積層体をテストして、下記の機械的特性を持
つことが判った。
制限した。積層体をテストして、下記の機械的特性を持
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実施例5
実施例3と同様にカーボン/カーボン複合材を作った。
但し、複合材は樹脂を含む硼素で3度再含浸され、各再
含浸の間に約3000 ’Fでの48時間炭化サイクル
を伴う。積層体をテストンて、下記の機械的特性を持つ
ことが判った。
含浸の間に約3000 ’Fでの48時間炭化サイクル
を伴う。積層体をテストンて、下記の機械的特性を持つ
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ω■Q−り
一一一 囚
1 昭
寸 州
関東…・へト田
実施例6(比較例)
先の実施例で用いたのと同じ高強度炭素織物を用いて、
米国特許4,321,298号明細書に従ってカーボン
/カーボン複合材を作った。積層体を次にテストして、
下記の機械的特性を持つことが判った。
米国特許4,321,298号明細書に従ってカーボン
/カーボン複合材を作った。積層体を次にテストして、
下記の機械的特性を持つことが判った。
Co w−@ 00 ?+ ば〕
COC’l”l■−ト
\ \ \ \ \
l:io(社)(支)(2)(社)
oOjO代■
従って、本発明に従って作られた5つの試料において硼
素を含むこれら複合材の引張、たわみ、圧縮及び正規化
した引張強度の点での機械的特性は、公知の方法で得ら
れたものよりも良いことが示された。
素を含むこれら複合材の引張、たわみ、圧縮及び正規化
した引張強度の点での機械的特性は、公知の方法で得ら
れたものよりも良いことが示された。
これら複合材は、かなり改善された耐酸化性を示すこと
も判った。約1800下の酸化性雰囲気中でのテストに
おいて、3時間で実施例2の物は45.4重量%を失な
い、実施例3の物は32.03重量%を失なった。一方
、化学的蒸着法で作られた通常のカーボン/カーボン複
合材は84.92重量%の損失である。
も判った。約1800下の酸化性雰囲気中でのテストに
おいて、3時間で実施例2の物は45.4重量%を失な
い、実施例3の物は32.03重量%を失なった。一方
、化学的蒸着法で作られた通常のカーボン/カーボン複
合材は84.92重量%の損失である。
これら複合材は、炭化ケイ素又は他の被覆材で被覆され
ると、これら被覆材が酸化されやすいより低い温度にお
いて被覆を修復することによって被覆材と相乗的に働く
能力を示す。
ると、これら被覆材が酸化されやすいより低い温度にお
いて被覆を修復することによって被覆材と相乗的に働く
能力を示す。
Claims (5)
- (1)硬化した後に柔軟なまま留まる柔軟な熱硬化性樹
脂の被覆を繊維状カーボン物質に施与すること、 この柔軟な熱硬化性樹脂を硬化すること、上記繊維状カ
ーボン物質に、硼素化合物を含む第二の熱硬化性樹脂を
含浸すること、第二の熱硬化性樹脂を少なくとも部分的
に硬化すること、 複数の上記繊維状カーボン物質の層を集合して積層体を
形成すること、 熱硬化性樹脂を炭化するのに−1分な温度に上記積層体
を加熱すること、 1蒔たカーボン/カーボン複合相中の′11jイ]の空
隙をカーボン/クラファイト物質−C充9iするようカ
ーボン/カーホン複合材を処理すること、及び カーボン/カーボン複合材を加熱して、これに含まれる
硼素を、沈着されたカーボン/グラファイト物質中に拡
散せしめること の各段階を包含する、カーボン/カーボン複合材の製造
法。 - (2)熱硬化性樹脂を炭化するための上記加熱後に得ら
れたカーボン/カーボン複合材を、原子状に分散された
硼素を含む樹脂で処理する特許請求の範囲第°(1)項
記載の方法。 - (3) 複合材を化学的蒸着又はコールクールピッチ再
含浸により更に高密度化する特許請求の範囲第(2)項
記載の方法。 - (4)複合材を、硼素をカーボン中に拡散させる・加熱
処理の前に再含浸物質を炭化するために更に加熱処理す
る特許請求の範囲第(3)項記載の方法。 - (5)上記樹脂の少なくとも一つが、硼素と反応して金
属硼化物を形成できる耐火性金属を含む特許請求の範囲
第(1)項〜菓(4)項のいずれか一つに記載の方法。
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|---|---|---|---|
| US56145983A | 1983-12-14 | 1983-12-14 | |
| US561459 | 1990-08-01 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60200860A true JPS60200860A (ja) | 1985-10-11 |
| JPH0242790B2 JPH0242790B2 (ja) | 1990-09-26 |
Family
ID=24242063
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59264347A Granted JPS60200860A (ja) | 1983-12-14 | 1984-12-14 | 高強度、耐酸化性のカ−ボン/カ−ボン複合材の製造法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60200860A (ja) |
| DE (1) | DE3445510A1 (ja) |
| FR (1) | FR2556713B1 (ja) |
| GB (1) | GB2151221B (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2010507556A (ja) * | 2006-10-26 | 2010-03-11 | スネクマ・プロピュルシオン・ソリド | 熱構造複合材料部品の製造方法 |
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| JPH064513B2 (ja) * | 1990-03-20 | 1994-01-19 | 工業技術院長 | 高性能c/cコンポジットおよびその製造方法 |
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-
1984
- 1984-12-11 GB GB08431197A patent/GB2151221B/en not_active Expired
- 1984-12-12 FR FR8418967A patent/FR2556713B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1984-12-13 DE DE19843445510 patent/DE3445510A1/de not_active Ceased
- 1984-12-14 JP JP59264347A patent/JPS60200860A/ja active Granted
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2556713B1 (fr) | 1991-12-06 |
| DE3445510A1 (de) | 1985-06-20 |
| GB8431197D0 (en) | 1985-01-23 |
| FR2556713A1 (fr) | 1985-06-21 |
| JPH0242790B2 (ja) | 1990-09-26 |
| GB2151221A (en) | 1985-07-17 |
| GB2151221B (en) | 1987-09-23 |
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