JP2001192270A - 炭素繊維複合材料 - Google Patents

炭素繊維複合材料

Info

Publication number
JP2001192270A
JP2001192270A JP2000003499A JP2000003499A JP2001192270A JP 2001192270 A JP2001192270 A JP 2001192270A JP 2000003499 A JP2000003499 A JP 2000003499A JP 2000003499 A JP2000003499 A JP 2000003499A JP 2001192270 A JP2001192270 A JP 2001192270A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon fiber
composite material
matrix
fiber composite
carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2000003499A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4450919B2 (ja
Inventor
Shigeru Hanzawa
茂 半澤
Kenji Nakano
健治 中野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP2000003499A priority Critical patent/JP4450919B2/ja
Priority to US09/499,004 priority patent/US6413640B1/en
Priority to DE2000616818 priority patent/DE60016818T2/de
Priority to EP00102628A priority patent/EP1028097B1/en
Publication of JP2001192270A publication Critical patent/JP2001192270A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4450919B2 publication Critical patent/JP4450919B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • C04B35/573—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained by reaction sintering or recrystallisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62844—Coating fibres
    • C04B35/62857—Coating fibres with non-oxide ceramics
    • C04B35/62873—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
    • C04B41/5057—Carbides
    • C04B41/5059—Silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81—Coating or impregnation
    • C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
    • C04B41/87—Ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/428—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208—Fibers
    • C04B2235/5216—Inorganic
    • C04B2235/524—Non-oxidic, e.g. borides, carbides, silicides or nitrides
    • C04B2235/5248—Carbon, e.g. graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208—Fibers
    • C04B2235/5268—Orientation of the fibers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/75—Products with a concentration gradient
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
    • C04B2235/762—Cubic symmetry, e.g. beta-SiC
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/80—Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
    • Y10T428/249924—Noninterengaged fiber-containing paper-free web or sheet which is not of specified porosity
    • Y10T428/249927—Fiber embedded in a metal matrix
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
    • Y10T428/249924—Noninterengaged fiber-containing paper-free web or sheet which is not of specified porosity
    • Y10T428/249928—Fiber embedded in a ceramic, glass, or carbon matrix
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/30—Self-sustaining carbon mass or layer with impregnant or other layer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/31—Surface property or characteristic of web, sheet or block

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原子状酸素による質量低下が少ない耐久性に
優れた航空宇宙材料を提供する。 【解決手段】 骨格部とその骨格部の周囲に形成された
マトリックスとからなる航空宇宙材料である。骨格部
は、炭素繊維束３と、炭素繊維束３内及び／又は炭素繊
維束３外周に形成された炭化珪素と金属珪素より主に構
成され、マトリックスは、炭化珪素と金属珪素より主に
構成されるか、あるいは、マトリックスは、炭化珪素に
より形成され、かつ、当該炭化珪素の少なくとも５０％
がβ型であり、０．５％〜５％の気孔率と二山型の平均
気孔径の分布を有する炭素繊維複合材料。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、航空宇宙用途材
料として好適に用いられる炭素繊維複合材料に関し、更
に詳しくは、原子状酸素による質量低下の少ない耐久性
に優れた炭素繊維複合材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】 近年、通信や防衛、気象観測等、目的
別に多数の人工衛星が打ち上げられ、人々の生活になく
てはならないものとなっている。このような人工衛星等
には、低高度地球周回軌道（地上２００〜７００ｋｍ）
に打ち上げられるものも多くある。
【０００３】 また、スペースシャトルに代表される宇
宙往還機の開発も着実に成果を上げ、既に数年先という
近い将来において商業ベースでの運転も計画されるに至
っている。このような航空宇宙分野における代表的な構
造材料の１つとしては、グラファイトや、カーボン繊維
とカーボン粉末からなるＣ／Ｃコンポジット等の炭素系
材料が広く用いられ、また、研究開発の対象とされてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】 ここで、低高度地球
周回軌道上に滞在する宇宙構造物は、その軌道上で、大
気の主成分である原子状酸素の影響を受けることが知ら
れている。例えば、前述した炭素系材料は、原子状酸素
が衝突することによって質量低下を起こし、機械的強度
の低下を招く等の問題が生ずることが明らかとなってき
ている。この問題は特に長期のミッションの場合に深刻
である。一方、宇宙往還機等の短時間しか低高度地球周
回軌道を通過しない場合であっても、質量低下等の劣化
が起こり難い材料を用いることが好ましいことはいうま
でもない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】 本発明は、このような
従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、従来のグラファイトやＣ／Ｃコンポ
ジットと比較して、原子状酸素による質量低下が極めて
少なく、耐久性に優れた新たな航空宇宙用途材料として
好適に用いられる炭素繊維複合材料を提供することにあ
る。
【０００６】 即ち、本発明によれば、先ず第１の材料
として、骨格部と当該骨格部の周囲に一体的に形成され
たマトリックスからなる構造を有し、当該骨格部は、炭
素繊維束と当該炭素繊維束内及び／又は当該炭素繊維束
外周に形成された炭化珪素と金属珪素より主に構成さ
れ、かつ、当該マトリックスは炭化珪素と金属珪素より
主に構成されてなる炭素繊維複合材料であって、航空宇
宙用途材料として用いられることを特徴とする炭素繊維
複合材料、が提供される。
【０００７】 このような第１の炭素繊維複合材料にお
いては、炭素繊維束中に、炭素繊維以外の炭素成分が含
まれていても構わない。また、金属珪素の含有比率が、
骨格部の内部から外周部に向かって、及び／又は骨格部
の外周からマトリックスの外周に向かって、及び／又は
マトリックスの外周部から内部に向かって増大する傾斜
組成を有しているものも好適に用いられる。このような
材料は、主に炭素繊維からなる束の外周を樹脂で被覆し
てなるヤーンを複数本略平行に配置して成形されたシー
トを複数層に積層して、非酸化雰囲気で熱処理し、金属
シリコンを含浸させることで、骨格部とマトリックスを
一体的に形成し、得ることが可能である。
【０００８】 次に、本発明によれば、第２の材料とし
て、骨格部と当該骨格部の周囲に一体的に形成されたマ
トリックスからなる構造を有し、当該骨格部は、炭素繊
維と、炭素繊維以外の炭素成分及び／又は炭化珪素によ
り形成されており、当該マトリックスは、炭化珪素によ
り形成され、かつ、当該炭化珪素の少なくとも５０％が
β型であり、０．５％〜５％の気孔率と二山型の平均気
孔径の分布を有する炭素繊維複合材料であって、航空宇
宙用途材料として用いられることを特徴とする炭素繊維
複合材料、もまた提供される。
【０００９】 ここで、第２の炭素繊維複合材料におい
ては、マトリックスは骨格部表面に沿って形成されてい
ることが好ましく、また、マトリックスは、骨格部表面
から離れるに従って珪素の含有比率が上昇する傾斜組成
を有していることも好ましい。更に、マトリックスは連
続した三次元網目構造を形成していることが好ましい。
【００１０】 一方、骨格部は、炭素繊維と炭素繊維以
外の炭素成分とからなるプリフォームドヤーンを、少な
くとも複数本ほぼ平行に二次元的に配列して作製したシ
ートを、プリフォームドヤーンの長手方向が直交するよ
うに必要数ほど交互に積層してなる積層体から構成され
たものであることが好ましい。
【００１１】 上述した第１、第２の双方の炭素繊維複
合材料においては、その表面に炭化珪素被膜を形成した
形態とすることも好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】 以下、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照しながら説明するが、本発明が以下の
実施の形態に限定されるものでないことはいうまでもな
い。本発明の第１の炭素繊維複合材料は、主に、骨格部
と骨格部の周囲に形成されたマトリックスとからなる。
骨格部とマトリックスは一体的に形成され、当然に連続
した形態を有するが、後述する好適な製造方法を用いた
場合の使用材料及び処理過程における各部の形成段階を
考慮し、また、骨格部とマトリックスに分けることで、
容易に本発明の炭素繊維複合材料を説明することが可能
となることを踏まえて、本発明の炭素繊維複合材料を骨
格部とマトリックスとに分けたものである。
【００１３】 骨格部は、炭素繊維束と、炭素繊維束内
及び／又は当該炭素繊維束外周に形成された炭化珪素
（ＳｉＣ）と、金属珪素（金属Ｓｉ）より主に構成され
る。ここで、炭素繊維としては、石油ピッチ若しくはコ
ールタールピッチを原料としたピッチ系炭素繊維や、ア
クリロニトリル繊維を原料としたＰＡＮ系炭素繊維等を
好適に用いることができる。また、繊維径として直径１
０μｍ前後のものを用いることが好ましく、このような
繊維を数百本から数万本を束ねて繊維束を構成すること
が好ましい。
【００１４】 このような炭素繊維を束状とするには、
束ねた炭素繊維の内部に粉末状のバインダ、ピッチ、カ
ーボン、コークス類を包含させ、また必要に応じてフェ
ノール樹脂粉末等を含有させて、更に必要に応じて表面
にバインダ等（バインダ、ピッチ、カーボン、コークス
類、フェノール樹脂粉末等を指す。）を炭素繊維を束ね
たものの表面にも付着させることで、炭素繊維束を調整
し、その外周に熱可塑性樹脂等のプラスチックからなる
柔軟な被膜を形成して作製することができる。つまり、
炭素繊維束には、炭素繊維以外の炭素成分が含まれるこ
とも好ましい。以下、このようにして作製された柔軟性
を有する炭素繊維束を、以下、「プリフォームドヤー
ン」と呼ぶこととする。
【００１５】 骨格部におけるＳｉＣや金属Ｓｉは、プ
リフォームドヤーンを更に所定形状に成形した後、プリ
フォームドヤーンに含まれるバインダ等がカーボン等の
炭素成分として残留するように、非酸化雰囲気において
熱処理（焼成）させたものに、金属Ｓｉを溶融、含浸さ
せることによって生成させることができる。
【００１６】 プリフォームドヤーンの成形は、例え
ば、プリフォームドヤーンを略平行に並べ、また、各段
における繊維の長さ方向が直角に交差するように積層
し、或いは予めクロス状に編んでシート状に成形したも
のを積層したものを、熱ホットプレス等により成形する
ことで行うことができる。また、プリフォームドヤーン
を所定形状の金型内に充填してプレス成形することも可
能である。このとき、プリフォームドヤーン間や積層す
る各段の間に、フェノール樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬
化性樹脂及びタール、ピッチ等を充填することも好まし
い。
【００１７】 非酸化雰囲気での熱処理によって生成し
たカーボンは、黒鉛化した炭素粉末の形態を有すること
が好ましく、熱処理条件を制御することにより、黒鉛化
させることが可能である。溶融金属Ｓｉがカーボンと化
学反応することによってＳｉＣが生成し、金属Ｓｉは生
成したＳｉＣ間や炭素繊維間等に残留する。従って、骨
格部は炭素繊維束を主成分として形成され、炭素繊維束
の内部及び表面にＳｉ成分（Ｓｉを構成元素して含む化
合物全体を指す。）が存在する形態をとることとなる。
【００１８】 但し、通常は、炭素繊維束の内部深くま
では金属Ｓｉは含浸し難く、従って、金属Ｓｉとしての
形態は炭素繊維束の表面近傍に多く存在するようにな
り、一方で、炭素繊維束の構造や化学的、機械的特性が
保持されることとなる。金属Ｓｉはマトリックスの成分
でもあることから、金属Ｓｉは骨格部からマトリックス
にわたって連続的に存在することとなる。
【００１９】 なお、プリフォームドヤーンを非酸化雰
囲気で焼成し、金属Ｓｉを含浸させた後の炭素繊維束と
樹脂被膜のカーボン化を経て形成されたＳｉＣを主成分
とする相を含めて、以下、「ヤーン」と称することとす
る。従って、本発明の炭素繊維複合材料における骨格部
は、ヤーンによって構成されることとなる。
【００２０】 さて、本発明の第１の炭素繊維複合材料
のマトリックスは、ＳｉＣと金属Ｓｉより主に構成され
る。前述したように、プリフォームドヤーンを所定形状
に成形したものを、非酸化雰囲気で焼成した後、金属Ｓ
ｉを含浸させると、ヤーン間の間隙に多く金属Ｓｉが充
填されるようにして、ヤーン間の間隙が連通する形でマ
トリックスが形成される。このとき、ヤーン間に存在す
るカーボンと金属Ｓｉが反応してＳｉＣもまた生成す
る。従って、マトリックスにおける金属ＳｉとＳｉＣの
存在割合は、プリフォームドヤーンを成形するときの配
置状態やプリフォームドヤーン間に充填されたバインダ
等の種類や量によって異なるものとなる。
【００２１】 上述した骨格部とマトリックスを有する
本発明の第１の炭素繊維複合材料を、以下、「Ｓｉ−Ｃ
／Ｃ」と記すこととし、次に、このＳｉ−Ｃ／Ｃの具体
例について、図１〜図３を参照しながら更に詳細に説明
することとする。
【００２２】 図１はＳｉ−Ｃ／Ｃ７の一実施形態を示
す斜視図であって、ヤーン２Ａ・２Ｂの配列の一形態、
つまりはＳｉ−Ｃ／Ｃ７の骨格部の構造を示したもので
ある。従って、図１においては、ヤーン２Ａ・２Ｂの配
列状態を明確に記すために、マトリックスを構成する金
属Ｓｉ等は記載していない。当然に、ヤーン２Ａ・２Ｂ
の配列状態は、プリフォームドヤーンを用いて成形体を
作製する際のプリフォームドヤーンの配列状態に等し
い。
【００２３】 図１において、Ｓｉ−Ｃ／Ｃ７は、三次
元直交座標におけるＸ軸方向と繊維長さ方向が略平行で
あるヤーン２Ｂを複数ほど略平行に配したシート１Ｂ・
１Ｄ・１Ｆと、Ｙ軸方向と繊維長さ方向が略平行である
ヤーン２Ａを複数ほど平行に配したシート１Ａ・１Ｃ・
１Ｅとを、Ｚ軸方向である上下方向に交互に積層した構
造を有している。
【００２４】 図２（ａ）には、図１中のＩＩａ−ＩＩ
ａ線断面図を、図２（ｂ）には図１中のＩＩｂ−ＩＩｂ
線断面図をそれぞれ示す。図２の両図に示されるよう
に、シート１Ａ〜１Ｆが積層されることによって、主に
ヤーン２Ａ・２Ｂからなる三次元格子形状の骨格部が構
成される。なお、プリフォームヤーンの成形時に、シー
ト１Ａ〜１Ｆの積層方向に加圧が行われるため、形成さ
れたヤーン２Ａ・２Ｂの断面形状は、押し潰された略楕
円形となっている。
【００２５】 図３は図２（ａ）の一部拡大図である。
シート１Ａ・１Ｃ・１Ｅにおいては、隣り合うヤーン２
Ａの間隙にはマトリックス８Ａが形成され、マトリック
ス８Ａはヤーン２Ａの表面に沿ってそれと平行にＹ軸方
向に延びている。一方、シート１Ｂ・１Ｄ・１Ｆにおい
ては、隣り合うヤーン２Ｂの間隙には、マトリックス８
Ｂが形成されており、マトリックス８Ｂはヤーン２Ｂの
表面に沿ってＸ軸方向に平行に延びている。
【００２６】 マトリックス８Ａ・８Ｂは、ヤーン２Ａ
・２Ｂの表面相であるＳｉＣ相４Ａ・４Ｂよりもカーボ
ンの含有割合が少ない金属Ｓｉ−ＳｉＣ系コンポジット
相５Ａ・５Ｂから主に形成されている。ＳｉＣ相４Ａ・
４Ｂと金属Ｓｉ−ＳｉＣ系コンポジット相５Ａ・５Ｂと
の境界は、図３に示されるように、必ずしも明瞭である
とは限らず、また、明瞭である必要はなく、プリフォー
ムドヤーンの樹脂被膜の表面性状によっても変化し得
る。マトリックス８Ａ・８Ｂにおける金属ＳｉとＳｉＣ
の存在割合は、プリフォームドヤーンの成形時に、プリ
フォームドヤーン間に充填される材料等によって異なら
しめることが可能である。
【００２７】 マトリックス８Ａ・８Ｂは、それぞれヤ
ーン２Ａ・２Ｂの表面に沿って細長く、好ましくは直線
状に延びており、マトリックス８Ａ・８Ｂは互いに直交
している。そして、シート１Ａ・１Ｃ・１Ｅにおけるマ
トリックス８Ａと、これに直交するシート１Ｂ・１Ｄ・
１Ｆにおけるマトリックス８Ｂとは、それぞれヤーン２
Ａとヤーン２Ｂとの間隙部分で連続している。この結
果、Ｓｉ−Ｃ／Ｃ７においては、マトリックス８Ａ・８
Ｂは、全体として三次元格子を形成している。
【００２８】 なお、ＳｉＣ層４Ａ・４Ｂは、主に、プ
リフォームドヤーンの樹脂被膜が炭化されて生成した活
性なカーボンと反応して形成された層であって、炭素繊
維束３と共にＳｉ−Ｃ／Ｃ７の骨格部を形成している。
後述するＳｉ−Ｃ／Ｃの製造方法から容易に推察される
ように、ＳｉＣ相４Ａ・４Ｂは金属Ｓｉを一部含有して
いてもよい。また、本例では上下方向に隣接するヤーン
２Ａ・２Ｂとの間にも、ＳｉＣ相４Ａ・４Ｂが形成され
ている。
【００２９】 さて、このようなＳｉ−Ｃ／Ｃ７の好適
な作製方法は、先ず、プリフォームドヤーンからなる成
形体（積層体）上に所定量の金属Ｓｉを載置し、最初に
不活性ガス等の非酸化雰囲気下にて、金属Ｓｉの融点以
下である１１００℃〜１４００℃の温度に保持して、プ
リフォームドヤーンの樹脂被膜やバインダ等の有機成分
を炭化させる。
【００３０】 次いで１４５０℃〜２５００℃の温度に
昇温させることにより、金属Ｓｉを溶融させる。こうし
て、プリフォームドヤーンが燃焼した後の炭素繊維束３
間の間隙へ金属Ｓｉが含浸し、このとき、プリフォーム
ドヤーンの樹脂被膜やバインダ等から生成したカーボ
ン、プリフォームドヤーン間に充填された樹脂等から生
成したカーボンが溶融金属Ｓｉと反応してＳｉＣが生成
する。即ち、プリフォームドヤーンを元にして、炭素繊
維束とＳｉＣと金属Ｓｉからなるヤーンが形成されると
同時にヤーンは骨格部を構成することとなり、同時に、
金属Ｓｉの含浸によってＳｉＣと金属Ｓｉから主になる
マトリックスが形成されることで、Ｓｉ−Ｃ／Ｃ７を得
ることができる。
【００３１】 なお、積層体等の成形体を単独で、非酸
化雰囲気下にて焼成して炭化処理した焼結体を得て、そ
の後に、得られた焼結体上に金属Ｓｉを載置して金属Ｓ
ｉの含浸処理を行っても構わない。上述したＳｉ−Ｃ／
Ｃの作製方法は、あくまで一例に過ぎず、各工程の趣旨
を逸脱しない範囲で、種々に作製方法を変更することが
可能である。
【００３２】 上述のように、周囲に樹脂被膜を有する
プリフォームドヤーンの炭化工程と、金属Ｓｉの含浸と
を組み合わせることにより、ヤーンの樹脂被膜は炭化
し、炭素繊維束の間隙に細長い開気孔が残り、この細長
い開気孔に沿って金属Ｓｉが積層体等の奥まで浸透す
る。この浸透の過程で、金属Ｓｉはプリフォームドヤー
ンの樹脂被膜から生じたカーボンと反応し始めることと
なるため、炭素繊維束表面側から徐々に炭化反応が起こ
り、ＳｉＣが形成される。
【００３３】 つまり、高温の溶融金属Ｓｉは、炭素繊
維束に添加した有機バインダ等や樹脂被膜が熱分解して
生成される活性度の高いカーボンと先ず接触反応してＳ
ｉＣとなる一方、炭素繊維には直接には接触し難く、そ
の結果、炭素繊維束及びその炭素繊維の構造が破壊され
難くなる。こうして、炭素繊維束の機械的強度の確保が
図られる。
【００３４】 なお、マトリックスにおいては、ほぼ純
粋に金属Ｓｉが残留している相から、ほぼ純粋なＳｉＣ
相に至るまで、いくつかの中間相を含み得ることは前述
したＳｉ−Ｃ／Ｃの作製工程から容易に推測される。ま
た、骨格部への金属Ｓｉの含浸の過程を考慮すると、骨
格部においても金属ＳｉやＳｉＣの含有量が異なる部分
が、位置的に存在することとなることも推測される。
【００３５】 つまり、金属Ｓｉの含有比率が、骨格部
の内部から外周部に向かって増大し、及び／又は骨格部
の外周からマトリックスの外周に向かって増大し、及び
／又はマトリックスの外周部から内部に向かって増大す
るように、骨格部とマトリックスは、それぞれ組成が変
化する傾斜層を有し得る。このような傾斜層の存在は、
構成部材の熱的特性に基づく応力を緩和する効果を奏
し、材料特性上、好ましいものである。
【００３６】 次に、上述したＳｉ−Ｃ／Ｃを航空宇宙
用途材料として使用する場合の重要な特性である原子状
酸素との反応性について説明する。なお、航空宇宙用途
材料とは、具体的には、人工衛星、ロケット、宇宙往還
機、宇宙ステーション等の宇宙構造物に用いられる構造
材料をいう。
【００３７】 図４は、Ｓｉ−Ｃ／Ｃと原子状酸素との
反応性を調べる試験装置２０の構成を示す説明図であ
り、チャンバ２５内は真空ポンプ２６を用いて所定の減
圧状態とすることが可能であり、チャンバ内には、ガス
供給装置２１、電圧装置２２、冷却装置２３に接続され
た原子状酸素発生装置２４が取り付けられている。
【００３８】 原子状酸素発生装置２４としては、図５
に示すようなＤＣアークジェットを使用した。ＤＣアー
クジェットにおいては、作動流体としてアルゴン（Ａ
ｒ）ガスを用い、アーク放電により高温となった放電部
の下流からＡｒガスに比べると少量である酸素（Ｏ2）
ガスを投入し、Ｏ2ガスを熱解離させて原子状とする。
こうして生成した原子状酸素は、Ａｒガスと共にノズル
２８で加速され、試料片２７に照射される。
【００３９】 投入されたＯ2ガスが全て原子状に解離
したと仮定すると、試験片に照射される原子状酸素のフ
ラックスは、１．４×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ-2／ｓで
ある。照射速度は、測定したアークジェットの推力から
計算され、約２．１±０．４ｋｍ／ｓであった。従っ
て、その場合の衝突エネルギーは、０．３８±０．１４
ｅＶとなる。
【００４０】 試験片としては、本発明に係るＳｉ−Ｃ
／Ｃ（密度２．０ｇ／ｃｍ3）の他、比較のために市販
の等方性高密度グラファイト（密度１．８２ｇ／ｃ
ｍ3）、Ｃ／Ｃコンポジット（密度１．７０ｇ／ｃｍ3）
を用いた。試験温度は３１０Ｋと３４５Ｋの２通りと
し、原子状酸素の照射時間は２０分〜４０分、照射後の
試料片の質量損失を原子状酸素によるものとした。
【００４１】 図６に、原子状酸素の照射時間と質量損
失との関係を示す。３１０Ｋの温度では、グラファイト
とＣ／Ｃのいずれの材料についても、質量損失は殆ど起
こらないことが明らかとなった。なお、図６において、
３１５Ｋの場合のプロットは、重複している。
【００４２】 一方、試験温度を３４５Ｋとした場合に
は、２０分の照射時間で、グラファイトで約１７．５
％、Ｃ／Ｃで約１２％の質量損失を示し、照射時間を長
くするに従って、ほぼ直線的に質量減少が生じているこ
とが判る。これに対し、Ｓｉ−Ｃ／Ｃでは、２０分の照
射後の質量損失は約７％と小さく、グラファイトやＣ／
Ｃよりも極めて良好な、耐原子状酸素特性を示した。な
お、Ｓｉ−Ｃ／Ｃについては、３１５Ｋでの試験は行っ
ていないが、３４５Ｋでの試験結果から、Ｓｉ−Ｃ／Ｃ
でも３１５Ｋでは質量損失は生じないと考えて差し支え
ないと考えられる。
【００４３】 上述した試験における質量損失は、材料
の酸化によるものと推定され、従って、より耐酸化性に
優れた材料を用いることで、より優れた航空宇宙用途材
料を得ることが可能であると考えられる。このような観
点から、本発明によれば、以下に説明する第２の炭素繊
維複合材料が提供される。
【００４４】 第２の炭素繊維複合材料もまた、骨格部
と骨格部の周囲に一体的に形成されたマトリックスから
なる構造を有する。骨格部は、炭素繊維と、炭素繊維以
外の炭素成分及び／又はＳｉＣにより形成される。一
方、マトリックスはＳｉＣにより形成され、かつ、Ｓｉ
Ｃの少なくとも５０％がβ型である。更に、第２の炭素
繊維複合材料は、０．５％〜５％の気孔率と二山型の平
均気孔径の分布を有する。
【００４５】 このような特徴を有する第２の炭素繊維
複合材料は、第１の炭素繊維複合材料において存在する
金属Ｓｉを、存在しなくなる程度にまで熱処理すること
によって得られるものである。そこで、以下、第２の炭
素繊維複合材料を「ＳｉＣ−Ｃ／Ｃ」と記すこととす
る。
【００４６】 従って、ＳｉＣ−Ｃ／Ｃの製造原料、製
造方法は基本的には第１の炭素繊維複合材料と同様であ
り、通常、マトリックスは骨格部表面に沿って形成され
る。また、プリフォームドヤーンを平行にして形成され
たシートを、プリフォームドヤーンの長手方向が直交す
るように交互に積層してなる積層体を用いて作製したＳ
ｉＣ−Ｃ／Ｃでは、連続した三次元網目構造のマトリッ
クスが形成される。
【００４７】 更に、ＳｉＣ−Ｃ／Ｃのマトリックスに
おいては、炭素に極微量の珪素が結合してなるＳｉＣ質
相から、純粋なＳｉＣ相に至るまで、いくつかの相異な
る相を含み得る。しかし、マトリックスには、金属Ｓｉ
はＸ線による検出限界である０．３重量％以下しか含ま
れない。つまり、マトリックスは、典型的にはＳｉＣ相
からなるが、このＳｉＣ相には、珪素の含有量が傾斜的
に変化しているＳｉＣ質相を含みうる。
【００４８】 このように、ＳｉＣ−Ｃ／Ｃは、骨格を
形成するヤーン同士の間にＳｉＣ相を主としてなるマト
リックスが形成された構造であって、ヤーンの表面がＳ
ｉＣ相やＳｉＣ質層によって強化された構造を有するこ
ととなる。また、後述するＳｉＣ−Ｃ／Ｃの製造方法に
併記して説明するように、マトリックスの中央部分に
は、中央値で約１００μｍという比較的孔径の大きな気
孔が形成されることとなるため、ＳｉＣ−Ｃ／Ｃに加え
られた応力は、この気孔部分によって分散され、こうし
て機械的強度及び耐衝撃性に優れた特性を示すようにな
る。
【００４９】 更に、ＳｉＣ−Ｃ／Ｃは、金属Ｓｉを殆
ど含有しないことから、前述したＳｉ−Ｃ／Ｃよりも優
れた耐酸化性を示すようになり、航空宇宙用途材料とし
て、より好ましい材料となる。なお、ＳｉＣ−Ｃ／Ｃに
は、窒化ホウ素、ホウ素、銅、ビスマス、チタン、クロ
ム、タングステン及びモリブデンからなる群より選択し
た１以上の物質を含有してもよく、これらの物質は好適
には、炭素繊維束に含まれる形で供給されることが好ま
しい。
【００５０】 次に、ＳｉＣ−Ｃ／Ｃの製造方法ついて
述べる。前述したＳｉ−Ｃ／Ｃの製造方法と同様に、プ
リフォームドヤーンを用いてなる積層体等各種の成形体
を準備し、非酸化雰囲気下にて焼成し、炭化処理した焼
結体を得る。次いで、温度１４５０〜２５００℃、好ま
しくは１７００〜１８００℃に昇温して焼成体の開気孔
内部へ金属Ｓｉを溶融、含浸させる。こうして得られる
試料は、金属Ｓｉの含浸処理温度及び時間によって、金
属Ｓｉを多く含むＳｉ−Ｃ／Ｃである場合もあり、金属
Ｓｉが微量にしか存在しないものである場合もある。こ
の金属Ｓｉの含浸処理は、焼成炉内圧を０．１〜１０ｈ
Ｐａの範囲として行うことが好ましい。
【００５１】 次いで、炉内温度を一旦室温程度まで冷
却するか、或いは炉内温度をそのまま保持しつつ、炉内
圧力を約１気圧程度にまで上げて、炉内温度を２０００
℃〜２８００℃、好ましくは、２１００℃〜２５００℃
まで上げて、先の金属Ｓｉの含浸条件によっては残存し
ていることもあり得る金属Ｓｉと、既に生成しているＳ
ｉＣを、炭素繊維と炭素繊維以外の別の炭素成分にまで
拡散させ、これら両炭素と反応させる。なお、本熱処理
によって、ＳｉＣ相の少なくとも５０％はβ型となるこ
とが、Ｘ線回折強度の比較等により確認された。
【００５２】 こうして、ＳｉＣ質相が形成され、同時
に、金属Ｓｉが抜けたマトリックス内部に、約１００μ
ｍφという比較的孔径の大きな気孔が形成されることと
なる。この気孔は、先に示した図２におけるコンポジッ
ト相５Ａ・５Ｂの位置に形成される。本処理の処理時間
は１時間程度で充分であり、この常圧下での高温加熱処
理により、処理試料中に金属Ｓｉが完全に存在しない状
態とすることができる。
【００５３】 なお、上述した減圧下での加熱処理時に
は、比較的孔径に小さいな気孔が生成し、一方、常圧下
での高温加熱処理は、比較的孔径の大きな気孔が形成さ
れることから、ＳｉＣ−Ｃ／Ｃは、２種類の気孔がマト
リックス中に形成されることとなる。即ち、気孔径が二
山型の分散を示すという特徴を有し、ＳｉＣ−Ｃ／Ｃ全
体の気孔率は、使用されたプリフォームドヤーンの形態
にも依存するが、おおよそ０．５〜５％である。
【００５４】 以上、本発明に係る炭素繊維複合材料に
ついて説明してきたが、これらの材料は、切断や研削等
の加工を行った場合には、その表面に露出する組成が加
工方向、加工深さ等によって異なったものとなることが
ある。このような加工品の耐酸化性を更に高めるため
に、本発明においては、上述したＳｉ−Ｃ／Ｃ、ＳｉＣ
−Ｃ／Ｃの表面、好適には加工体の表面に、ＳｉＣ被膜
を形成することも好ましい。このようなＳｉＣ被膜は、
CVD、CVIといった化学気相蒸着法、スラリーコーティン
グ法等により形成することができる。
【００５５】
【発明の効果】 上述の通り、本発明の炭素繊維複合材
料は、耐酸化性に優れていることから、原子状酸素に対
する質量低下が極めて小さく、優れた耐久性を示すと共
に、比重はグラファイトやＣ／Ｃと同程度であることか
ら、航空宇宙用途材料、例えば、人工衛星、ロケット、
宇宙往還機、宇宙ステーション等の宇宙構造物の構造材
料として好適に用いることができ、これにより、宇宙構
造物の寿命の長期化を図ることが可能となるという優れ
た効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の炭素繊維複合材料における炭素繊維
束の配列の一形態を示す斜視図である。
【図２】 図２（ａ）は図１中のＩＩａ−ＩＩａ線断面
図であり、図２（ｂ）は図１中のＩＩｂ−ＩＩｂ線断面
図である。
【図３】 図２（ａ）の一部拡大図である。
【図４】 試験装置の構成を示す説明図である。
【図５】 原子状酸素発生装置の構成を示す説明図であ
る。
【図６】 原子状酸素による試験片の質量損失を示すグ
ラフである。
【符号の説明】
１Ａ〜１Ｆ，２Ａ・２Ｂ…ヤーン、３…炭素繊維束、４
Ａ・４Ｂ…ＳｉＣ相、５Ａ・５Ｂ…コンポジット相、７
…Ｓｉ−Ｃ／Ｃ、８Ａ・８Ｂ…マトリックス、２０…試
験装置、２１…ガス供給装置、２２…電圧装置、２３…
冷却装置、２４…原子状酸素発生装置、２５…チャン
バ、２６…真空ポンプ、２７…試料片、２８…ノズル。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 骨格部と当該骨格部の周囲に一体的に形
    成されたマトリックスからなる構造を有し、 当該骨格部は、炭素繊維束と当該炭素繊維束内及び／又
    は当該炭素繊維束外周に形成された炭化珪素と金属珪素
    より主に構成され、かつ、当該マトリックスは炭化珪素
    と金属珪素より主に構成されていることを特徴とする炭
    素繊維複合材料。
  2. 【請求項２】 前記炭素繊維束中に、当該炭素繊維以外
    の炭素成分が含まれていることを特徴とする請求項１記
    載の炭素繊維複合材料。
  3. 【請求項３】 前記金属珪素の含有比率が、 前記骨格部の内部から外周部に向かって、及び／又は前
    記骨格部の外周から前記マトリックスの外周に向かっ
    て、及び／又は前記マトリックスの外周部から内部に向
    かって増大する傾斜組成を有していることを特徴とする
    請求項１又は２記載の炭素繊維複合材料。
  4. 【請求項４】 主に炭素繊維からなる束の外周を樹脂で
    被覆してなるプリフォームドヤーンを複数本略平行に配
    置して成形されたシートを複数層に積層して、非酸化雰
    囲気で熱処理し、金属珪素を含浸させて、前記骨格部と
    前記マトリックスを一体的に形成したものであることを
    特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の炭素繊
    維複合材料。
  5. 【請求項５】 骨格部と当該骨格部の周囲に一体的に形
    成されたマトリックスからなる構造を有し、 当該骨格部は、炭素繊維と、炭素繊維以外の炭素成分及
    び／又は炭化珪素により形成されており、 当該マトリックスは、炭化珪素により形成され、かつ、
    当該炭化珪素の少なくとも５０％がβ型であり、 ０．５％〜５％の気孔率と二山型の平均気孔径の分布を
    有することを特徴とする炭素繊維複合材料。
  6. 【請求項６】 前記マトリックスが、前記骨格部表面に
    沿って形成されていることを特徴とする請求項５記載の
    炭素繊維複合材料。
  7. 【請求項７】 前記マトリックスが前記骨格部表面から
    離れるに従って、珪素の含有比率が上昇する傾斜組成を
    有していることを特徴とする請求項５又は６記載の炭素
    繊維複合材料。
  8. 【請求項８】 前記マトリックスが、連続した三次元網
    目構造を形成していることを特徴とする請求項５〜７の
    いずれか一項に記載の炭素繊維複合材料。
  9. 【請求項９】 前記骨格部が、炭素繊維と炭素繊維以外
    の炭素成分とからなるプリフォームドヤーンを、少なく
    とも複数本ほぼ平行に二次元的に配列して作製したシー
    トを、当該プリフォームドヤーンの長手方向が直交する
    ように必要数ほど交互に積層してなる積層体から構成さ
    れたものであることを特徴とする請求項５〜８のいずれ
    か一項に記載の炭素繊維複合材料。
  10. 【請求項１０】 表面に炭化珪素被膜が形成されてなる
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の
    炭素繊維複合材料。
  11. 【請求項１１】 炭素繊維複合材料が航空宇宙用材料で
    あることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に
    記載の炭素繊維複合材料。
JP2000003499A 1999-02-09 2000-01-12 炭素繊維複合材料 Expired - Lifetime JP4450919B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000003499A JP4450919B2 (ja) 1999-02-09 2000-01-12 炭素繊維複合材料
US09/499,004 US6413640B1 (en) 1999-02-09 2000-02-04 Carbon fiber composite materials
DE2000616818 DE60016818T2 (de) 1999-02-09 2000-02-08 Kohlenfaserverbundwerkstoffe
EP00102628A EP1028097B1 (en) 1999-02-09 2000-02-08 Carbon fiber composite materials

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3197999 1999-02-09
JP11-313788 1999-11-04
JP31378899 1999-11-04
JP11-31979 1999-11-04
JP2000003499A JP4450919B2 (ja) 1999-02-09 2000-01-12 炭素繊維複合材料

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001192270A true JP2001192270A (ja) 2001-07-17
JP4450919B2 JP4450919B2 (ja) 2010-04-14

Family

ID=27287537

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000003499A Expired - Lifetime JP4450919B2 (ja) 1999-02-09 2000-01-12 炭素繊維複合材料

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6413640B1 (ja)
EP (1) EP1028097B1 (ja)
JP (1) JP4450919B2 (ja)
DE (1) DE60016818T2 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000351672A (ja) * 1999-02-09 2000-12-19 Ngk Insulators Ltd ＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料、その用途、およびその製造方法
JP2007255623A (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Ngk Insulators Ltd 複合材ブレーキ
JP2007535461A (ja) * 2004-05-28 2007-12-06 ダック カンパニー リミテッド 炭素繊維強化のセラミックの複合体の製造方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4772239B2 (ja) * 2001-10-02 2011-09-14 ポリマテック株式会社 黒鉛化炭素粉末及び熱伝導性複合材料組成物
US7754126B2 (en) 2005-06-17 2010-07-13 General Electric Company Interlaminar tensile reinforcement of SiC/SiC CMC's using fugitive fibers
US7549840B2 (en) 2005-06-17 2009-06-23 General Electric Company Through thickness reinforcement of SiC/SiC CMC's through in-situ matrix plugs manufactured using fugitive fibers
US7572741B2 (en) * 2005-09-16 2009-08-11 Cree, Inc. Methods of fabricating oxide layers on silicon carbide layers utilizing atomic oxygen
DE102006009388B4 (de) 2006-03-01 2009-02-26 Audi Ag Vorrichtung zur Silicierung von kohlenstoffhaltigen Werkstoffen und darin durchführbares Verfahren
IL191258A0 (en) * 2008-05-05 2009-05-04 Gigi Simovich Composite ballistic ceramic armor and method for making the same
US10464849B2 (en) * 2015-12-08 2019-11-05 Edward J. A. Pope Fast-densified ceramic matrix composite and fabrication method

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1457757A (en) 1973-11-28 1976-12-08 Secr Defence Carbon fibre/carbon composite materials impregnated with silicon
EP1818320A1 (en) 1997-10-09 2007-08-15 Ngk Insulators, Ltd. Fiber-composite material and method of preparing the same
EP0926111B2 (en) * 1997-12-16 2005-08-24 Ngk Insulators, Ltd. Fiber-composite material and its use

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000351672A (ja) * 1999-02-09 2000-12-19 Ngk Insulators Ltd ＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料、その用途、およびその製造方法
JP4647053B2 (ja) * 1999-02-09 2011-03-09 日本碍子株式会社 ＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料、その用途、およびその製造方法
JP2007535461A (ja) * 2004-05-28 2007-12-06 ダック カンパニー リミテッド 炭素繊維強化のセラミックの複合体の製造方法
JP2007255623A (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Ngk Insulators Ltd 複合材ブレーキ

Also Published As

Publication number Publication date
US6413640B1 (en) 2002-07-02
DE60016818T2 (de) 2005-12-08
DE60016818D1 (de) 2005-01-27
EP1028097A2 (en) 2000-08-16
EP1028097A3 (en) 2000-12-27
EP1028097B1 (en) 2004-12-22
JP4450919B2 (ja) 2010-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Binner et al. Selection, processing, properties and applications of ultra-high temperature ceramic matrix composites, UHTCMCs–a review
JP4458510B2 (ja) 繊維可変密度を有する熱防護システム
US4944904A (en) Method of obtaining a fiber-containing composite
US5635300A (en) Process for producing articles of carbon-silicon carbide composite material and carbon-silicon carbide composite material
KR100624094B1 (ko) 탄소섬유 강화 세라믹 복합체 제조방법
US5021367A (en) Fiber-containing composite
US10793478B2 (en) Single phase fiber reinforced ceramic matrix composites
KR20020025875A (ko) 복합 탄소질 단열재 및 그의 제조 방법
JPH11292662A (ja) 繊維複合材料およびその用途
EP1028099B1 (en) Fibrous composite material and process for producing the same
CN112573937A (zh) 一种C/C-SiC-Cu复合材料及其制备方法
JP4450919B2 (ja) 炭素繊維複合材料
KR102492434B1 (ko) 다층 코팅이 적용된 내산화성 탄소 복합재 제조방법 및 이에 의해 제조된 내산화성 탄소 복합재
JP2000081062A (ja) ブレーキ用部材
KR102258338B1 (ko) 탄소 복합재의 제조방법
JP7085388B2 (ja) ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材料の製造方法
JP3562989B2 (ja) 溶射層を有する複合材およびその製造方法
GB2250516A (en) Fiber-containing composite
RU2780174C1 (ru) Способ изготовления двумерно армированного углерод-карбидного композиционного материала на основе углеродного волокнистого наполнителя со смешанной углерод-карбидной матрицей
JP3574583B2 (ja) 放熱材及びその製造方法
JP2000288916A (ja) 研磨処理用治具
JP2007255623A (ja) 複合材ブレーキ
JP2001328887A (ja) 珪化金属含浸複合材料とその製造方法
JP2001097792A (ja) 耐酸化保護層を有する炭素質材料およびその製造方法
JP2000256064A (ja) 高耐酸化性Ｓｉ含浸複合材料およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060825

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080930

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090811

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091007

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100126

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100127

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4450919

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130205

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130205

Year of fee payment: 3

EXPY Cancellation because of completion of term