JP3203651B2 - 炭素繊維強化炭素複合材製二重中空円筒体 - Google Patents
炭素繊維強化炭素複合材製二重中空円筒体Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は炭素繊維強化炭素複合材製二重中空円筒体に
関するものであり、より詳しくは、セラミックス粉体や
超硬合金等を焼結するために用いられるホットプレス用
の型や高温雰囲気下で使用される機械用治具、支持体等
に用いられる炭素繊維強化炭素複合材製二重中空円筒体
に関するものである。
関するものであり、より詳しくは、セラミックス粉体や
超硬合金等を焼結するために用いられるホットプレス用
の型や高温雰囲気下で使用される機械用治具、支持体等
に用いられる炭素繊維強化炭素複合材製二重中空円筒体
に関するものである。
（従来の技術） 従来より、セラミックス粉体や超硬合金等を焼結する
ために用いられるホットプレス法はこれらの材料を内側
中空円筒体のスリーブと外側中空円筒状のモールドから
なる型の中に載置し、ピストンより上部および下部から
一様な高圧を加えながら材料を加熱し、焼結する方法で
ある。
ために用いられるホットプレス法はこれらの材料を内側
中空円筒体のスリーブと外側中空円筒状のモールドから
なる型の中に載置し、ピストンより上部および下部から
一様な高圧を加えながら材料を加熱し、焼結する方法で
ある。
かかる方法において使用可能な型材料は加熱温度が10
00〜2400℃と非常に高温であるため、極めて制限され従
来より黒鉛材料が使用されてきた。
00〜2400℃と非常に高温であるため、極めて制限され従
来より黒鉛材料が使用されてきた。
黒鉛材料は高温下でも強度を維持し不活性雰囲気下で
は、化学的に極めて安定である等の好ましい材料である
が、近年ホットプレス法において圧力操作を更に高圧に
する傾向があり、黒鉛材料のみからなる型では強度の点
で問題があることが顕在化してきたため型、特にモール
ドの肉厚を厚くする方法も考えられるが、作業性等で問
題があり、決して良い解決策ではなかった。そこで高強
度かつ薄肉化が可能な炭素繊維強化炭素複合材が黒鉛製
モールドの代替材料として開発されてきた。
は、化学的に極めて安定である等の好ましい材料である
が、近年ホットプレス法において圧力操作を更に高圧に
する傾向があり、黒鉛材料のみからなる型では強度の点
で問題があることが顕在化してきたため型、特にモール
ドの肉厚を厚くする方法も考えられるが、作業性等で問
題があり、決して良い解決策ではなかった。そこで高強
度かつ薄肉化が可能な炭素繊維強化炭素複合材が黒鉛製
モールドの代替材料として開発されてきた。
すなわち、従来の黒鉛材料製ホットプレス用型では、
モールドの内側にスリーブが構成されており、これらモ
ールド、スリーブはいずれも黒鉛材料で製造されている
のに対してモールドが炭素繊維強化炭素複合材で製造さ
れた型が提案されている。ここでスリーブを設ける理由
は焼結品の脱型をスムーズに行えるようにすること、モ
ールドの摩耗に防ぐことおよびモールドを焼結品との反
応から保護すること等である（特開昭61−58860、特開
平１−98893、特開平１−157804、特開平１−224570、
実開昭62−107907各号公報等）。
モールドの内側にスリーブが構成されており、これらモ
ールド、スリーブはいずれも黒鉛材料で製造されている
のに対してモールドが炭素繊維強化炭素複合材で製造さ
れた型が提案されている。ここでスリーブを設ける理由
は焼結品の脱型をスムーズに行えるようにすること、モ
ールドの摩耗に防ぐことおよびモールドを焼結品との反
応から保護すること等である（特開昭61−58860、特開
平１−98893、特開平１−157804、特開平１−224570、
実開昭62−107907各号公報等）。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、炭素繊維強化炭素複合材からなるモー
ルドと黒鉛材料からなるスリーブとで構成された従来の
型では、炭素繊維強化炭素複合材の熱膨張は一般的に黒
鉛材料の熱膨張に比較して小さいため、この熱膨張差に
より炭素繊維強化炭素複合材からなるモールドが塑性変
形を生じて実用化するには課題を有していた。
ルドと黒鉛材料からなるスリーブとで構成された従来の
型では、炭素繊維強化炭素複合材の熱膨張は一般的に黒
鉛材料の熱膨張に比較して小さいため、この熱膨張差に
より炭素繊維強化炭素複合材からなるモールドが塑性変
形を生じて実用化するには課題を有していた。
（課題を解決するための手段） そこで、本発明者等はかかる課題を解決すべく鋭意検
討した結果、モールドに用いられる炭素繊維強化炭素複
合材すなわち外側中空円筒体とほぼ同一の熱膨張係数を
有する材料でスリーブすなわち内側中空円筒体を構成す
ることにより、かかる課題が解消することを見出し本発
明に到達した。
討した結果、モールドに用いられる炭素繊維強化炭素複
合材すなわち外側中空円筒体とほぼ同一の熱膨張係数を
有する材料でスリーブすなわち内側中空円筒体を構成す
ることにより、かかる課題が解消することを見出し本発
明に到達した。
すなわち、本発明の目的は高温下で塑性変形あるいは
欠損等を生じない実用性の高い炭素繊維強化炭素複合材
製二重中空円筒体を提供することにある。
欠損等を生じない実用性の高い炭素繊維強化炭素複合材
製二重中空円筒体を提供することにある。
そして、その目的は炭素繊維強化炭素複合材からなる
内側中空円筒と当該内側中空円筒の外表面と接する様に
嵌合配置された炭素繊維強化炭素複合材からなる外側中
空円筒で構成された炭素繊維強化炭素複合材製二重中空
円筒体により容易に達成される。
内側中空円筒と当該内側中空円筒の外表面と接する様に
嵌合配置された炭素繊維強化炭素複合材からなる外側中
空円筒で構成された炭素繊維強化炭素複合材製二重中空
円筒体により容易に達成される。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の炭素繊維強化炭素複合材からなる内側中空円
筒は常法に従い作製できる。例えば、ピッチ系、PAN系
あるいはレーヨン系等の炭素繊維または黒鉛繊維の長繊
維束をフェノール樹脂、フラン樹脂あるいはエポキシ樹
脂等の熱硬化樹脂類またはピッチ等の熱可塑性樹脂類に
含浸した後、円筒形の型に一定角度および所定の肉厚に
捲回する。捲回角度としては通常45〜90度、好ましくは
75〜90度とするのがよく、また繊維の体積含有率として
は30〜70％、好ましくは40〜60％とするのがよく樹脂の
体積含有率は30〜70％、好ましくは40〜50％で成形す
る。あるいは、短繊維およびミドルファイバーと呼ばれ
る数ミリメートルあるいは数センチメートル程度の炭素
繊維またはそれらの黒鉛繊維を前記した樹脂類に含浸、
混練が必要な場合には混練後、型内に充填し成形する。
この場合、成形品の繊維体積含有率、樹脂体積含有率は
前述の長繊維の場合と同様に行われる。次いで、これら
を150〜250℃で後硬化処理した後、脱型する。脱型後、
不活性雰囲気下で800〜1000℃で炭化処理を行い更に100
0〜3000℃で黒鉛化することにより成形体を得られる。
なお、必要に応じてより緻密なものを所望する場合に
は、上記した樹脂類を用いて含浸・焼成処理を繰り返す
ことにより緻密化処理を行い目的とする円筒体の強度等
の向上を行ってもよい。また、３次元的に織られた織物
を前記同様樹脂類に含浸し、焼成、黒鉛化後、前記同様
緻密化処理して製作する方法もある。このようにして得
られた中空円筒体は円周方向の熱膨張係数が通常4.0×1
0-6/℃以下となる。
筒は常法に従い作製できる。例えば、ピッチ系、PAN系
あるいはレーヨン系等の炭素繊維または黒鉛繊維の長繊
維束をフェノール樹脂、フラン樹脂あるいはエポキシ樹
脂等の熱硬化樹脂類またはピッチ等の熱可塑性樹脂類に
含浸した後、円筒形の型に一定角度および所定の肉厚に
捲回する。捲回角度としては通常45〜90度、好ましくは
75〜90度とするのがよく、また繊維の体積含有率として
は30〜70％、好ましくは40〜60％とするのがよく樹脂の
体積含有率は30〜70％、好ましくは40〜50％で成形す
る。あるいは、短繊維およびミドルファイバーと呼ばれ
る数ミリメートルあるいは数センチメートル程度の炭素
繊維またはそれらの黒鉛繊維を前記した樹脂類に含浸、
混練が必要な場合には混練後、型内に充填し成形する。
この場合、成形品の繊維体積含有率、樹脂体積含有率は
前述の長繊維の場合と同様に行われる。次いで、これら
を150〜250℃で後硬化処理した後、脱型する。脱型後、
不活性雰囲気下で800〜1000℃で炭化処理を行い更に100
0〜3000℃で黒鉛化することにより成形体を得られる。
なお、必要に応じてより緻密なものを所望する場合に
は、上記した樹脂類を用いて含浸・焼成処理を繰り返す
ことにより緻密化処理を行い目的とする円筒体の強度等
の向上を行ってもよい。また、３次元的に織られた織物
を前記同様樹脂類に含浸し、焼成、黒鉛化後、前記同様
緻密化処理して製作する方法もある。このようにして得
られた中空円筒体は円周方向の熱膨張係数が通常4.0×1
0-6/℃以下となる。
次に、炭素繊維強化炭素複合材からなる外側中空円筒
は内側中空円筒と同程度の熱膨張率のものなら限定され
ないが上記した内側中空円筒と同様の方法により製造す
るのが簡易でよい。従って、この外側中空円筒も円周方
向の熱膨張係数が4.0×10-6/℃以下となる。
は内側中空円筒と同程度の熱膨張率のものなら限定され
ないが上記した内側中空円筒と同様の方法により製造す
るのが簡易でよい。従って、この外側中空円筒も円周方
向の熱膨張係数が4.0×10-6/℃以下となる。
本発明は、かかる炭素繊維強化炭素複合材からなる内
側中空円筒の外表面と炭素繊維強化炭素複合材からなる
外側中空円筒の内表面とが接するように嵌合して構成し
てなるものであり、その特徴はそれぞれの中空円筒の円
周方向の熱膨張係数がほぼ同じ程度であることにある。
側中空円筒の外表面と炭素繊維強化炭素複合材からなる
外側中空円筒の内表面とが接するように嵌合して構成し
てなるものであり、その特徴はそれぞれの中空円筒の円
周方向の熱膨張係数がほぼ同じ程度であることにある。
そして、本発明の炭素繊維強化炭素複合材製二重中空
円筒体をホットプレス用型に使用した場合を第１図を用
いて説明する。炭素繊維強化炭素複合材からなる外側中
空円筒をモールド１として配置し、炭素繊維強化炭素複
合材からなる内側中空円筒をスリーブ２として使用し、
モールド内表面とスリーブ外表面とが接するように嵌合
して構成する。上下にはピストン3,4が配置され、スリ
ーブ内にはセラミックス等の粉体５を充填後ホットプレ
ス炉内に載置し不活性雰囲気下所定温度例えば、1700度
程度まで昇温し、加圧・加熱焼結させて製品を得る。
円筒体をホットプレス用型に使用した場合を第１図を用
いて説明する。炭素繊維強化炭素複合材からなる外側中
空円筒をモールド１として配置し、炭素繊維強化炭素複
合材からなる内側中空円筒をスリーブ２として使用し、
モールド内表面とスリーブ外表面とが接するように嵌合
して構成する。上下にはピストン3,4が配置され、スリ
ーブ内にはセラミックス等の粉体５を充填後ホットプレ
ス炉内に載置し不活性雰囲気下所定温度例えば、1700度
程度まで昇温し、加圧・加熱焼結させて製品を得る。
（実施例） 本発明を実施例に基づいてより具体的に説明するが、
本発明はその要旨を越えない限り下記の実施に限定され
るものではない。
本発明はその要旨を越えない限り下記の実施に限定され
るものではない。
実施例 実施例１ １゜のテーパーをもち平均外径63m/mの円筒体をマン
ドレルとして4000フィラメントの炭素繊維を使用し、フ
ェノール樹脂（郡栄化学（株）製“レジトップPL221
1"）を含浸後フィラメントワインディング法により巻き
角度89゜にて、平均外径73m/mまで巻きつけた。この成
形体は、200℃まで昇温硬化した。次に不活性雰囲気下
で1000℃まで昇温し、マトリックスを炭化した。その後
アルゴン雰囲気中2400℃まで昇温し、炭素繊維及びマト
リックスを黒鉛化した。この炭素繊維強化炭素複合材は
緻密化のため、ピッチを含浸し、前記条件でマトリック
スを炭化及び黒鉛化した。この操作を５回くり返し実施
し加工して、平均外径73m/m、平均内径63m/m、高さ43m/
mの外側中空円筒を得た。この炭素繊維強化炭素複合材
は円周方向（繊維軸方向）の熱膨張係数0.1×10-6/℃を
有している一方、内側中空円筒は43m/mの円筒体をマン
ドレルとし前記同様フィラメントワインデング法により
巻き角度75゜にて外径64m/mまで巻きつけた。以下、前
記同様の工程を経たのち若干の加工を施し、平均外径63
m/m、内径45m/m、高さ55m/mに仕上げ内側中空円筒を得
た。この内側中空円筒は0.1×10-6/℃の熱膨張係数をも
つ。
ドレルとして4000フィラメントの炭素繊維を使用し、フ
ェノール樹脂（郡栄化学（株）製“レジトップPL221
1"）を含浸後フィラメントワインディング法により巻き
角度89゜にて、平均外径73m/mまで巻きつけた。この成
形体は、200℃まで昇温硬化した。次に不活性雰囲気下
で1000℃まで昇温し、マトリックスを炭化した。その後
アルゴン雰囲気中2400℃まで昇温し、炭素繊維及びマト
リックスを黒鉛化した。この炭素繊維強化炭素複合材は
緻密化のため、ピッチを含浸し、前記条件でマトリック
スを炭化及び黒鉛化した。この操作を５回くり返し実施
し加工して、平均外径73m/m、平均内径63m/m、高さ43m/
mの外側中空円筒を得た。この炭素繊維強化炭素複合材
は円周方向（繊維軸方向）の熱膨張係数0.1×10-6/℃を
有している一方、内側中空円筒は43m/mの円筒体をマン
ドレルとし前記同様フィラメントワインデング法により
巻き角度75゜にて外径64m/mまで巻きつけた。以下、前
記同様の工程を経たのち若干の加工を施し、平均外径63
m/m、内径45m/m、高さ55m/mに仕上げ内側中空円筒を得
た。この内側中空円筒は0.1×10-6/℃の熱膨張係数をも
つ。
外側中空円筒内表面、内側中空円筒外表面には１゜の
テーパーがつけてあり、嵌合加工が施してある。両者は
一定の力で接触させるため万能試験機にて15kgの荷重で
内側中空円筒端面に荷重を加えて外側中空円筒、内側中
空円筒を密着させた。これを高温熱処理炉に入れ、アル
ゴン雰囲気中1700℃まで昇温し、３時間保持後、常温ま
で冷却、取り出し後、内側中空円筒をはずして、外側中
空円筒の寸法変化を測定した。
テーパーがつけてあり、嵌合加工が施してある。両者は
一定の力で接触させるため万能試験機にて15kgの荷重で
内側中空円筒端面に荷重を加えて外側中空円筒、内側中
空円筒を密着させた。これを高温熱処理炉に入れ、アル
ゴン雰囲気中1700℃まで昇温し、３時間保持後、常温ま
で冷却、取り出し後、内側中空円筒をはずして、外側中
空円筒の寸法変化を測定した。
結果を表１に示す。
比較例１ 実施例１と同様に製作した炭素繊維強化炭素複合材を
使用したこの炭素繊維強化炭素複合材は、実施例１と同
様の形状、熱膨張係数をもつ。前記炭素繊維強化炭素複
合材を外側中空円筒とした。
使用したこの炭素繊維強化炭素複合材は、実施例１と同
様の形状、熱膨張係数をもつ。前記炭素繊維強化炭素複
合材を外側中空円筒とした。
一方、内側中空円筒には等方性黒鉛（東洋カーボン
（株）製“AX650"）のブロックから加工、平均外径63m/
m、内径45m/m、高さ55m/mに仕上げ内側中空円筒とし
た。この内側中空円筒は熱膨張係数5.1×10-6/℃を有す
る。以下、実施例１と同様の操作をしたあと、高温熱処
理炉に入れ、実施例１と同じ条件で昇温冷却後とり出
し、内側中空円筒をはずし、外側中空円筒の内径寸法変
化を測定した。
（株）製“AX650"）のブロックから加工、平均外径63m/
m、内径45m/m、高さ55m/mに仕上げ内側中空円筒とし
た。この内側中空円筒は熱膨張係数5.1×10-6/℃を有す
る。以下、実施例１と同様の操作をしたあと、高温熱処
理炉に入れ、実施例１と同じ条件で昇温冷却後とり出
し、内側中空円筒をはずし、外側中空円筒の内径寸法変
化を測定した。
結果を表１に示す。
表１に示すように本発明は内側中空円筒と外側中空円
筒の熱膨張係数の差がないため熱応力の発生がなく塑性
変形を防止できる事が明らかとなった。
筒の熱膨張係数の差がないため熱応力の発生がなく塑性
変形を防止できる事が明らかとなった。
（効果） 本発明によれば、内側中空円筒と外側中空円筒とがほ
ぼ同一の円周方向の熱膨張係数を有するので、両者の熱
膨張係数の差による熱応力の発生がなく熱応力による塑
性変形が防止できる。
ぼ同一の円周方向の熱膨張係数を有するので、両者の熱
膨張係数の差による熱応力の発生がなく熱応力による塑
性変形が防止できる。
第１図は本発明の二重中空円筒体を、ホットプレス法の
モールドスリーブとして用いた状態の模式図である。 1:モールド（外側中空円筒体） 2:スリーブ（内側中空円筒体） 3:上部ピストン 4:下部ピストン 5:粉体
モールドスリーブとして用いた状態の模式図である。 1:モールド（外側中空円筒体） 2:スリーブ（内側中空円筒体） 3:上部ピストン 4:下部ピストン 5:粉体
フロントページの続き (72)発明者 松浦 一志 神奈川県横浜市緑区鴨志田町1000番地 三菱化成工業株式会社総合研究所内 (72)発明者 石原 正司 神奈川県横浜市緑区鴨志田町1000番地 三菱化成工業株式会社総合研究所内 (56)参考文献 特開 平２−225372（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−250032（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−93003（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−107907（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/83 C01B 31/02 101 C04B 35/52
Claims (2)
- 【請求項１】炭素繊維強化炭素複合材からなる内側中空
円筒と当該内側中空円筒の外表面と接する様に嵌合配置
された炭素繊維強化炭素複合材からなる外側中空円筒で
構成された炭素繊維強化炭素複合材製二重中空円筒体。 - 【請求項２】炭素繊維強化炭素複合材製二重中空円筒体
がホットプレス用型である請求項１記載の炭素繊維強化
炭素複合材製二重中空円筒体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27144990A JP3203651B2 (ja) | 1990-10-09 | 1990-10-09 | 炭素繊維強化炭素複合材製二重中空円筒体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27144990A JP3203651B2 (ja) | 1990-10-09 | 1990-10-09 | 炭素繊維強化炭素複合材製二重中空円筒体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04149068A JPH04149068A (ja) | 1992-05-22 |
| JP3203651B2 true JP3203651B2 (ja) | 2001-08-27 |
Family
ID=17500184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27144990A Expired - Fee Related JP3203651B2 (ja) | 1990-10-09 | 1990-10-09 | 炭素繊維強化炭素複合材製二重中空円筒体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3203651B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110124253A1 (en) * | 2009-11-23 | 2011-05-26 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | Cnt-infused fibers in carbon-carbon composites |
| CA2785803A1 (en) | 2010-02-02 | 2011-11-24 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | Carbon nanotube-infused fiber materials containing parallel-aligned carbon nanotubes, methods for production thereof, and composite materials derived therefrom |
| US9017854B2 (en) | 2010-08-30 | 2015-04-28 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | Structural energy storage assemblies and methods for production thereof |
| JP2012254916A (ja) * | 2011-05-18 | 2012-12-27 | Covalent Materials Corp | 炭素繊維強化炭素複合円筒部材及び炭素繊維強化炭素複合円筒部材の製造方法、並びに炭素繊維強化炭素複合材ルツボ及びこのルツボの製造方法 |
| JP6947625B2 (ja) * | 2017-12-25 | 2021-10-13 | イビデン株式会社 | 焼結磁石の製造方法、ホットプレス用黒鉛型およびホットプレス用黒鉛型の製造方法 |
-
1990
- 1990-10-09 JP JP27144990A patent/JP3203651B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04149068A (ja) | 1992-05-22 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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