JP4647053B2 - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4647053B2 JP4647053B2 JP2000005168A JP2000005168A JP4647053B2 JP 4647053 B2 JP4647053 B2 JP 4647053B2 JP 2000005168 A JP2000005168 A JP 2000005168A JP 2000005168 A JP2000005168 A JP 2000005168A JP 4647053 B2 JP4647053 B2 JP 4647053B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- composite
- sic
- matrix
- composite material
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 271
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 118
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 118
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 95
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 94
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 83
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 76
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 76
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 73
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 72
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 72
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 49
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 49
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 48
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 13
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 13
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 10
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 claims description 6
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 5
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 5
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 5
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 5
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 92
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 44
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 44
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 30
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 26
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 22
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 18
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 17
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 12
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 9
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 8
- 239000002783 friction material Substances 0.000 description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 7
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 7
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 7
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 7
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 6
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 6
- 238000004901 spalling Methods 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 5
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 5
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 5
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 5
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 4
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 3
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 3
- 238000007088 Archimedes method Methods 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- -1 electronic parts Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 229920000592 inorganic polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000002902 bimodal effect Effects 0.000 description 1
- 239000011305 binder pitch Substances 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007833 carbon precursor Substances 0.000 description 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000011294 coal tar pitch Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000002074 melt spinning Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000011301 petroleum pitch Substances 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 239000011269 tar Substances 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
- F16D69/02—Composition of linings ; Methods of manufacturing
- F16D69/023—Composite materials containing carbon and carbon fibres or fibres made of carbonizable material
-
- 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
- C04B35/71—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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2206/00—Materials with ceramics, cermets, hard carbon or similar non-metallic hard materials as main constituents
- F16C2206/02—Carbon based material
- F16C2206/06—Composite carbon material, e.g. carbon fibre reinforced carbon (C/C)
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
- F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
- F16C33/043—Sliding surface consisting mainly of ceramics, cermets or hard carbon, e.g. diamond like carbon [DLC]
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D2200/00—Materials; Production methods therefor
- F16D2200/0034—Materials; Production methods therefor non-metallic
- F16D2200/0039—Ceramics
- F16D2200/0047—Ceramic composite, e.g. C/C composite infiltrated with Si or B, or ceramic matrix infiltrated with metal
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Braking Arrangements (AREA)
- Rolling Contact Bearings (AREA)
- Coating With Molten Metal (AREA)
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温下での耐酸化性が要求される金属溶湯中で使用する溶湯搬送ポンプやドロスを除去するための溶湯ポンプ等の金属溶湯用冶具、高温下での耐酸化性が要求される研削用部材、半導体製造装置、精密測定器、自動車、航空機部品等に用いられる転がり軸受、すべり軸受等の摺動材、および、大型自動車、超高速列車、飛行機等の大量輸送手段の停止または速度制御の際に使用する速度制御装置に連動して装着されたブレーキデスク用の摩擦材として使用されるブレーキ用部材として使用可能な新規なSiC−C/Cコンポジット複合材料、およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
アルミニウム・亜鉛合金、SUSや各種合金が、金属溶湯用冶具として使用されているが、高温下で使用されるために、その寿命も約1週間と短い。そのため、頻繁に交換作業を繰り返さなくてはならず、高温下での交換作業は、大変な難行であり、溶湯中の金属を汚染する物質を溶出することがなく、かつ、高温下での長期間使用可能な耐摩耗性、耐酸化性、耐久性等の高い材料の出現が望まれているのが現状である。
例えば、自動車用鋼板等のメッキには、亜鉛、アルミニウム等の加熱溶融した金属(金属溶湯)中に鋼板等を、被メッキ物を浸漬することにより行う。しかしながら、被メッキ物の浸漬を繰り返すと、溶湯中の不純物が粒成長を起こすことにより金属溶湯に固体浮遊物(ドロス)が発生し、これを放置したままメッキ作業を続けると、メッキ厚が不均一になったり、メッキ製品の外観が悪くなるというような不都合が生じる。
【0003】
そのため、金属メッキ工程においては、溶湯ポンプを用いてドロスを除去しながらメッキ作業を行っている。図9に溶湯ポンプの一例を示す。図9において、被メッキ物である鋼板11は、水素雰囲気下、滑車12にて金属溶湯13中に浸漬されメッキされる。溶湯ポンプ14は、一般に、ドロス蓄積部15及び両端に開口部を有するドロス流路16を備え、ドロス流路16の一端側開口部はドロス蓄積部15外側の金属溶湯液面部においてのみ金属溶湯13と連通し、ドロス流路16の他端側開口部はドロス蓄積部15内の金属溶湯液面部においてのみ金属溶湯13と連通する。又、ドロス流路16は、他端側のドロス流路内に、回転軸17に取り付けられ、一端側から他端側への液流を引き起こすためのインペラ18を有する。図9に示す溶湯ポンプ14においては、内側容器20の内部空間がドロス蓄積部15を形成し、外側容器21の内壁と内側容器20の外壁との間の空間がドロス流路16を構成している。
【0004】
また、転がり軸受、すべり軸受等の摺動材は、半導体製造装置、精密測定器、自動車、航空機部品等の構成部材として、半導体、窯業、電子部品、車輌製造等のさまざまな分野において広範に使用されている。特に、今日においては、技術革新が急速に進む中で、宇宙往還機やスペースプレーン等の宇宙開発分野、核エネルギー、太陽エネルギーさらに水素エネルギー等のエネルギー分野では、滑軸受、スライダー、ベアリング保持器等に用いられる摺動材は、燃焼あるいは炭化により油を潤滑剤として使うことができない400℃以上という高温下または油が凍結してしまう低温度下で使用される。従って、摺動材自体はできるだけ小さい動摩擦係数を有し、かつ磨耗しにくいことが必要である。また、このような摺動材には、中〜高温(200〜2000℃)下における高強度と材料としての高い信頼性(靱性、耐衝撃性)、耐環境性(耐食性、耐酸化性、耐放射線性)が要求されることはいうまでもない。また、最近の省エネルギーの要請により、摺動材には、小さな負荷で駆動することができるような軽量なものであることも要求される。
【0005】
このような状況下、従来においては、摺動材として、耐熱性に優れ、かつ高強度である窒化珪素や炭化珪素材料が用いられてきたが、動摩擦係数が0.5〜1.0と大きく、相手材の磨耗を生じやすいことから、必ずしも摺動材として最適とはいえず、また、密度も大きいことから、大きい動摩擦係数と相まって、駆動させるのに大きなエネルギーを消費するという欠点があった。さらに、固有の性質として脆さという欠点を有しており、小さな傷に対しても極めて脆く、熱的、機械的衝撃に対しても充分な強度を有していなかった。
【0006】
このセラミックスの欠点を克服する手段として、連続したセラミックス系繊維を複合化させたセラミックス系複合材料(CMC)が開発され、摺動材として用いられている。この材料は高温でも高強度高靭性で、優れた耐衝撃性、耐環境性を有しているため、超耐熱摺動材の主流として欧米を中心に研究開発が盛んに行われている。
【0007】
一方、大型自動車、超高速列車、飛行機等の大量輸送手段に装着されている制動装置で使用される摩擦材としては、現在は高温下での摩擦係数が極めて高く、軽量であることから、しばしば、C/Cコンポジットと称されることがあるカーボンファイバーインカーボンが広く使用されている。このような大量輸送手段においては、その運転状況の変化に応じてブレーキによる制動を長時間続けざるを得なかったり、または、高頻度でブレーキによる制動を繰り返す必要に迫られることがある。そのため、C/Cコンポジットを摩擦材として使用した制動装置の場合には、摩擦材が空気中で高温下に長時間曝されることとなる。従って、C/Cコンポジットを使用した摩擦材は、基本的には高温で燃焼しやすい炭素繊維をその主成分とするものであるために、このように高温下に長時間曝される条件下では、酸素と反応して、著しく摩耗するだけでなく、発煙したりして大事故寸前に至ったケースもあることが報告されている。しかしながら、高温下に於ける摩擦力の高さ、デスクブレーキに装着の際に要求される柔軟性などの性能の点から、それに代わる原料を見いだせていないのが現状である。
【0008】
一方、直径が10μm前後のセラミックス長繊維を、通常、数百本〜数千本束ねて繊維束(ヤーン)を形成し、この繊維束を二次元または三次元方向に配列して一方向シート(UDシート)や各種クロスとしたり、また上記シートやクロスを積層したりすることにより、所定形状の予備成形体(繊維プリフォーム)を形成し、この予備成形体の内部に、CVI法(化学的気相含浸法)や無機ポリマー含浸焼成法等によりマトリックスを形成したり、または、上記予備成形体内部にセラミック粉末を鋳込み成形法によって充填した後に焼成することにより、マトリックスを形成して、セラミックマトリックス中に繊維を複合化したセラミックス系SiC−C/Cコンポジット複合材料(CMC)が開発されている。
【0009】
CMCの具体例としては二次元または三次元方向に配列した炭素繊維の間隔に炭素からなるマトリックスを形成してなるC/Cコンポジット、SiC繊維とSiC粒子を含む成形体に金属珪素を含浸させて形成されるSiC繊維強化Si−SiC複合体等が知られている。また、C/Cコンポジットを原料として使用し、それに金属珪素を含浸させてSiCを形成した複合材料が英国特許第1457757号明細書に開示されている。このものは、骨格部を形成するC/Cコンポジットとしては、極めて一般的なものを使用している。すなわち、適当な太さの炭素繊維にバインダーであるフェノール樹脂を塗布し、これを所望の形状となるように繊維方向を揃えて積層し、これを特定の形状を有する型内に配置し、圧縮、硬化させてC/Cコンポジットの成形体を得る。このものを焼成し、この焼成体に金属珪素を含浸することにより製造する。焼成によりフェノール樹脂は、炭化するが、炭素として残存する量は、多くても、50%程度であり、焼成後には、微細な気孔が不規則に炭素繊維の周辺に多数存在した状態となる。これに金属珪素を含浸させることとなるが、珪素を焼成体全体に均等に含浸させることは、この気孔の不規則な存在で、著しく困難となる。バインダーとして使用されるフェノール樹脂の炭化により生成する遊離炭素と含浸に使用される金属珪素との反応により、SiCマトリックスは形成されるが、その際、この不規則に存在する気孔のために均質なSiCマトリックスとはならず、同時に金属珪素が炭素繊維ともランダムに反応して、炭素繊維にSiC層が形成され、その結果、複合材料の少なくとも一部でSiC層が形成された箇所で炭素繊維が短繊維化してしまい、耐衝撃性、曲げ強度、高潤滑性、耐摩耗性等が低下するという問題がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
C/Cコンポジットは、靭性に富むため耐衝撃性に優れ、かつ軽量、高硬度である点では、ブレーキ用部材として優れているが、炭素から構成されているため、酸素の存在下で高温条件下での使用はできず、超耐熱摺動材としての使用には制限があった。また、硬度が比較的低いこととともに圧縮強度が低いため、摺動材あるいはブレ−キ用部材として使用した場合には、磨耗量が大きいという欠点があった。
【0011】
一方、SiC繊維強化Si−SiC複合体は、耐酸化性、耐クリープ性等には優れるものの、繊維表面に傷がつきやすく、また、SiC繊維はSi−SiC等との濡れ性が高く両者が強固に結合するために、母体と繊維間の引き抜き効果が小さいことから、C/Cコンポジットに比べて靭性に劣り、そのため耐衝撃性が低く、軸受、スライダー等の複雑な形状や薄肉部分を有する摺動材には向かないという問題があった。さらにまた、高温下で使用される金属溶湯用治具として長期間使用可能な材料とするには信頼性に欠け、未だ信頼性の高い長期間使用可能な材料は提供されていないのが現状である。
【0012】
即ち、上述の溶湯ポンプ14において、例えば500〜800℃という高温の金属溶湯13と接触する外側容器21、内側容器20、回転軸17、インペラ18等の部材は、熱により破損しないよう、耐熱衝撃性の材質にて構成する必要がある。又、溶湯ポンプを構成する材質の成分が金属溶湯中に滲み出したのでは、メッキ製品の品質に影響を与えるため、高温下においても同成分が滲み出さないような材質を用いることも必要となる。さらに、溶湯ポンプを構成する材質は、大気中で使用されることもあるため、耐酸化性を備えることも必要とされる。このような観点より、溶湯ポンプを構成する部材のうち、金属溶湯と接触する外側容器等の部材の材質にはサイアロンが用いられている。
【0013】
本発明は上記した従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、摺動性を阻害することもない範囲内の動摩擦係数を有し、耐磨耗性を有するとともに、軽量であり、さらに、耐衝撃性に優れるとともに、強酸化腐食環境での耐食性、耐クリープ性、耐スポーリング性をも併せ持ち、かつ、硬度が高いことから摺動材としても使用可能であり、また、C/Cコンポジットが有する優れた耐衝撃性、軽量等の優れた点を保持しつつ酸素の存在下で高温に曝されても酸化、摩耗することが少ないので、現在大量輸送手段用のブレーキ用摩擦材として使用したされているC/Cコンポジットが有するところの不可避的に発生する高温に起因する酸素存在下での激しい摩耗のために、高頻度での交換作業を余儀なく必要とするという欠点を克服した、ブレーキ用部材として使用可能な新規なSiC−C/Cコンポジット複合材料を提供することにある。
現在溶湯用ポンプの内耐酸化性が要求される部分に使用されているサイアロンは、耐酸化性の点では問題がないものの、耐熱衝撃性に劣り、例えば800℃の温度で100時間程度使用すると、特に金属溶湯の液面近傍に割れが生じるという問題があった。
【0014】
本発明の一つの側面である溶湯ポンプは、かかる状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、金属溶湯中で使用しても成分が溶出することがないとともに、充分な耐熱衝撃性及び耐酸化性を備えた溶湯ポンプを提供することにある。さらに、600℃、より好ましくは800℃を超える高温下で使用される金属溶湯用治具としても使用可能な高い耐久性を有する新規なSiC−C/Cコンポジット複合材料を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは上記の目的を達成するために種々検討した結果、炭化珪素と炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分とから構成され、骨格部と骨格部の周囲に形成されマトリックスとからなる構造を有するSiC−C/Cコンポジット複合材料であって、炭化珪素の少なくとも50%はβ型で、骨格部は、炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分により形成されており、その骨格部の一部分には炭化珪素が存在していてもよく、マトリックスは、炭化珪素により形成され、前記マトリックスと前記骨格部とは一体的に形成されており、かつ、前記複合材料は0.5%〜5%の気孔率と二山型の平均気孔径の分布を有するSiC−C/Cコンポジット複合材料が、第1に、耐酸化性、耐クリープ性、耐スポーリング性に於いても優れ、酸素存在下で、かつ、高温条件下のために潤滑剤を使用できないような条件下でも摺動材として使用できること、第2に、ブレーキ用の摩擦材として優れた耐衝撃性、軽量等の優れた点を保持しつつ、高温の発生を余儀なくされるデスクブレーキ用の摩擦材として使用しても、酸素存在下でも充分な耐摩耗性を示し、交換作業の頻度もC/Cコンポジットの様に高頻度で行うことを必要とせずに継続使用が可能となること、第3に、金属溶湯中で使用しても、溶湯中の溶融している金属を汚染する恐れのある成分を溶出することがなく、かつ、充分な耐衝撃性および耐酸化性を備えた複合材料であることから、この材料を使用して溶湯用治具、特に、溶湯ポンプを製造することにより、上記の目的を達成できることを見い出した。本発明は、これらの知見に基づき完成されたものである。
【0016】
すなわち、本発明によれば、炭化珪素と炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分とから構成され、骨格部と骨格部の周囲に形成されマトリックスとからなる構造を有するSiC−C/Cコンポジット複合材料であって、炭化珪素の少なくとも50%はβ型で、骨格部は、炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分により形成されており、その骨格部の一部分には炭化珪素が存在していてもよく、マトリックスは、炭化珪素により形成され、前記マトリックスと前記骨格部とは一体的に形成されており、前記マトリックスの一部が一連の小突起部を形成しており、かつ、前記複合材料は0.5%〜5%の気孔率と二山型の平均気孔径の分布を有することを特徴とするSiC−C/Cコンポジット複合材料が提供される。
【0017】
また、本発明によれば、少なくとも金属溶湯と接触する部分が上記のSiC−C/Cコンポジット複合材料から構成された溶湯ポンプが提供される。本発明の別の側面に係る溶湯ポンプは、ドロス蓄積部及び両端に開口部を有するドロス流路を備え、該ドロス流路の一端側開口部は該ドロス蓄積部外側の金属溶湯液面部においてのみ金属溶湯と連通し、該ドロス流路の他端側開口部は該ドロス蓄積部内の金属溶湯液面部においてのみ金属溶湯と連通し、該ドロス流路は、外側容器の内壁と、該外側容器の内側に設置され、該ドロス蓄積部を構成する内側容器の外壁により規定される空間によって構成され、かつ、該ドロス流路は、該他端側のドロス流路内に、回転軸に取り付けられ、該一端側から該他端側への液流を引き起こすためのインペラを有する溶湯ポンプであって、同ポンプの少なくとも金属溶湯と接触する部分が上記のSiC−C/Cコンポジット複合材料からなる溶湯ポンプであることが好ましい。更に、該金属溶湯と接触する部分が該ドロス流路と、該インペラ及び該回転軸である溶湯ポンプあることが好ましい。又、本発明の溶湯ポンプは、亜鉛溶湯又はアルミニウム溶湯に対して用いるものであってもよい。
【0018】
一方、上記SiC−C/Cコンポジット複合材料の製造方法である、C/Cコンポジットからなる成形体、または、C/Cコンポジット焼成体と金属珪素とを、成形体または焼成体と金属珪素の合計重量1kg当たり0.1NL以上の不活性ガスを流しつつ、炉内温度1100〜1400℃、炉内圧0.1〜10hPaで1時間以上保持して、C/Cコンポジットのマトリックスを形成している炭素成分と金属珪素とを反応させて、炭化珪素からなるマトリックスを形成する工程と、炉内圧をそのまま保持しつつ、炉内温度を1450〜2500℃に昇温して、前記成形体または焼成体の開気孔内部へ金属珪素を溶融、含浸させ、炭化珪素を成長させると同時に、残留気孔の中に充分に金属珪素を充填する工程と、炉内温度を一旦周囲環境温度まで冷却するか、あるいは、炉内温度をそのまま保持しつつ、炉内圧力を約1気圧程度まで上げ、炉内温度を2000℃〜2800℃まで上げて、生成した炭化珪素あるいは気孔の充填に用いた金属珪素をマトリックスから炭素繊維と炭素繊維外の炭素成分から構成されるC/Cコンポジットの内部まで拡散させ、これら炭素と反応させる工程とからなることを特徴とするSiC−C/Cコンポジット複合材料の製造方法が提供される。
【0019】
本発明に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料は、基本的には、20重量%〜80重量%の炭素と、80重量%〜20重量%の炭化珪素とから構成され、SiC系材料からなるマトリックスが、三次元的に組み合わされ互いに分離しないように一体化された炭素繊維からなるヤーン集合体の間に一体的に形成されている。なお、金属珪素が複合材料の全重量の約0.3重量%程度残留しても、本発明に係る複合材料の性能には実質的な影響はない。後述するようにSiC系材料から形成されるマトリックスの層を設ける場合には、その厚さは、少なくとも0.01mmあることが好ましい。さらに少なくとも0.05mm以上であることが好ましく、少なくとも0.1mm以上であることが一層好ましい。
【0020】
さらに、本発明に係る新規なSiC−C/Cコンポジット複合材料において、前記マトリックスが前記ヤーンから離れるのに従って、珪素の含有比率が上昇する傾斜組成を有していることが好ましい。また、上記SiC−C/Cコンポジット複合材料は窒化ホウ素、ホウ素、銅、ビスマス、チタン、クロム、タングステンおよ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い。また、上記のSiC−C/Cコンポジット複合材料は、常温に於ける動摩擦係数が0.05〜0.6であり、かつ、気孔率が0.5%〜5%に制御されていることがことが好ましい。
【0021】
【発明の実施の形態】
本発明に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料は、C/Cコンポジットからなる骨格部にSiC系材料からなるマトリックス層を配した、セラミックスと炭素からなる複合材料を用いて構成される。
【0022】
以下、本発明に係る新規なSiC−C/Cコンポジット複合材料について説明する。
これは、新規C/Cコンポジットを基本とし、その基本的な構成に改善を加えた新しい概念の材料である。なお、本明細書において、C/Cコンポジットとは、炭素繊維の束のマトリックスとして作用する粉末状のバインダーであって、焼成後には炭素繊維の束に対して遊離炭素となるピッチ、コークス類を包含させ、さらに必要に応じてフェノール樹脂粉末等を含有させることによって、炭素繊維束を調製し、この炭素繊維束の周囲に、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、柔軟性中間材としてのプレフォームードヤーンを得る。このプレフォームードヤーンを、特開平2−80639号公報に記載されている方法によりシート状にし、必要量を積層した後、ホットプレスで成形し得られた成形体、または、この成形体を焼成して得られる焼成体をいう。
【0023】
基本素材として使用するC/Cコンポジットとしては、直径が10μm前後の炭素繊維を、通常、数百本〜数万本束ねて繊維束(ヤーン)を形成し、この繊維束を熱可塑性樹脂で被覆して調製した柔軟性糸状中間材を得、これを特開平2−80639号公報に記載されている方法によりシート状にし、このシート状としたものを二次元または三次元方向に配列して一方向シート(UDシート)や各種クロスとしたり、また上記シートやクロスを積層したりすることにより、所定形状の予備成形体(繊維プリフォーム)を形成し、該予備成形体の繊維束の外周に形成されている有機物からなる熱可塑性樹脂等の被膜を焼成し、上記の同皮膜を炭化除去したものを使用すればよい。なお、本明細書に於いて、参考のために特開平2−80639号公報の記載を引用する。本発明に於いて使用するC/Cコンポジットは、上記のヤーン中の炭素繊維以外の炭素成分は、好ましくは炭素粉末であり、特に好ましくは黒鉛化した炭素粉末である。
【0024】
本発明に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料は、骨格部として、各炭素繊維が炭素繊維束から構成されているC/Cコンポジットを用いており、そのため、その一部にSiCが形成されていても、各炭素繊維としては炭素繊維としての構造が、破壊されることなく保持されているために炭素繊維が炭化珪素化により短繊維化することがないので、原料であるC/Cコンポジットの有する機械的強度がほぼ保持されるか、炭化珪素化により増大するという大きな特徴を有している。しかも、ヤーン集合体中で隣り合うヤーンの間に、SiC系材料からなるマトリックスが形成された複合構造を有している。
【0025】
本発明において、SiC系材料とは、炭素との結合度を異にする炭化珪素を含有する材料をいい、このSiC系材料は以下のようにして製造されるものをいう。本発明では、C/Cコンポジットに対して、金属珪素を含浸させるが、その際、金属珪素はコンポジット内の炭素繊維を構成する炭素原子および/または炭素繊維の表面に残存している遊離炭素原子と反応し、一部が炭化されるために、C/Cコンポジットの最表面や炭素繊維からなるヤーンとヤーンとの間には、一部炭化された珪素が生成し、かくして上記のヤーンとヤーンとの間には炭化珪素からなるマトリックスが形成される。
【0026】
このマトリックスにおいては、極微量の珪素と炭素とが結合した炭化珪素質の相から、純粋な炭化珪素結晶相に至るまで、いくつかの相異なる相を含みうる。しかし、このマトリックスには、X線による検出限界(0.3重量%)以下の金属珪素しか含まれない。つまり、このマトリックスは、典型的には炭化珪素相からなるが、炭化珪素相には、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。従って、SiC系材料とは、このようなSiC系列において、炭素の濃度として、少なくとも0.01mol%以上から50mol%までの範囲以内で含まれてる材料の総称である。なお、炭素濃度が、0.01mol%未満に制御するには、C/Cコンポジット中の遊離炭素の量とに関係で、添加する金属珪素の量の厳密な計量が要求されることと、後述する最終工程での温度管理が複雑になるので実質的でない。従って、理論的には、炭素濃度を0.001mol%程度まで制御することは可能である。
【0027】
本発明に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料は、マトリックスが、図6に示したようにヤーンの表面に沿って生成している炭化珪素相を備えていることは勿論のこと、一部マトリックスが、小突起部として表面に突出していることが好ましい。特に、ブレーキ用部材、研削用部材用等として使用する場合に、表面粗さがより粗くなるので好ましい。上記SiC−C/Cコンポジット複合材料は、ヤーンとヤーンとの間に炭化珪素相が形成されている。従って、ヤーンの表面は炭化珪素相によって強化されることとなる。また、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ているので、加えられた応力に応じて、この気孔部分が変形することにより微視的な応力分散がなされる。
【0028】
また、このSiC−C/Cコンポジット複合材料は、好ましくは、ヤーンの表面から離れるのに従って珪素の含有比率が上昇する傾斜組成を有するマトリックスを有している。また、このSiC−C/Cコンポジット複合材料においては、好ましくは、炭素繊維からなるヤーン集合体は、複数のヤーン配列体から構成されており、各ヤーン配列体はそれぞれ特定本数の炭素繊維を束ねて構成したヤーンをほぼ平行に二次元的に配列することによって形成されており、各ヤーン配列体が積層されることによってヤーン集合体が構成されている。これによって、SiC−C/Cコンポジット複合材料は、複数層のヤーン配列体を特定方向に積層した積層構造を有することになる。
【0029】
この場合において特に好ましくは、隣接するヤーン配列体における各ヤーンの長手方向が互いに交差していることである。これによって、一層応力の分散が促進される。隣り合うヤーン配列体におけるヤーンの長手方向は、特に好ましくは、直交している。また、好ましくは、マトリックスが、SiC−C/Cコンポジット複合材料の中で互いに連続することで三次元網目構造を形成している。この場合において特に好ましくは、マトリックスが各ヤーン配列体においてほぼ平行に二次元的に配列されており、隣り合う各ヤーン配列体中に生成しているマトリックスが互いに連続しており、これによってマトリックスが三次元格子を形成している。また、隣り合うヤーンの間隙には、100%マトリックスが充填されていてもよいが、ヤーンの間隙のうち一部をマトリックスが充填している場合も含む。
【0030】
本発明に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料は、炭素繊維束からなるヤーンを特定の本数配列したヤーン配列体を積層して構成されるヤーン集合体からなる三次元構造を有するC/Cコンポジットからなる骨格部と、同骨格部を構成するとヤーンとヤーンとの間にマトリックスとして三次元的格子状に形成されたSiC系材料とからなる複合材料である。本発明に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料は、常温での動摩擦係数が0.05〜0.6の範囲内にあり、また、耐酸化性、耐クリープ性、耐スポーリング性を有するSiC系材料からなるマトリックス層を表面に配することにより、C/Cコンポジットの有する低耐酸化性を克服することができ、酸素存在下において高温下に余儀なく曝される摺動材、ブレーキ用部材、金属溶湯用部材として使用が可能である。特に、気孔率は0.5%〜5%に制御されているので、動摩擦係数の周囲環境の変化による変動量が極めて少なく、安定したブレーキ性能が発揮される。高温条件下での摩耗量は、500℃で1.0%/時間以下、より好ましくは0.6%/時間以下である。また、本来炭化珪素が有する優れた耐磨耗性を取り入れた耐磨耗性を有している。
【0031】
また、炭素繊維束からなるヤーン集合体を基本構造とするC/Cコンポジットを骨格部としていることから、軽量であり、省エネルギーの要請にもかなう材料であるといる。特に、マトリックス形成後においても、既に述べたように炭素繊維が短繊維化することがないので、機械的強度が維持され、ヤーン集合体に於いて、各ヤーン配列体の繊維の長手方向が互いに交差、好ましくは直交しているので、形状の異方性も生じない。骨格部に形成された遊離炭素からなるマトリックスも均一性に富む。従って、これに金属珪素を含浸させて製造した本発明に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料は、均一に金属珪素が分散してゆき、炭素と反応するので、特定の体積中の構成物質の組成は均一である。組成が均一であるので、内部応力が偏在することもない。従って、焼成しても変形が生じにくく、大型で複雑な形状の成型品、なかでも複雑な形状を有する薄肉大型成型品を製造することができるという効果を発揮する。
【0032】
さらに、骨格部がC/Cコンポジットであるため、靭性に富み、優れた耐衝撃性、高硬度性を有する。従って、従来使用されているC/Cコンポジットが有している特性を保持したまま、同C/Cコンポジットが有する耐高温摩耗性が低いという欠点を克服することができる。また、C/Cコンポジットは連続した開気孔を有するので、この気孔に対して金属珪素を含浸させ、形成させるマトリックスとしてのSiCは、連続構造をとり三次元網目構造をとる。従って、どの部分を切り出しても、骨格部となったC/Cコンポジットに比して高い耐磨耗性を有し、かつ本来C/Cコンポジットが持っている高い放熱性、柔軟性なども維持される。
【0033】
なお、本発明に別の側面である溶湯ポンプの場合には、その少なくとも金属溶湯と接触する部分を上記のSiC−C/Cコンポジット複合材料から構成することにより、溶湯ポンプに充分な耐熱衝撃性と耐酸化性を付与するとともに、金属溶湯中に溶湯ポンプを構成する素材の成分が溶出するのを防止している。 即ち、上記のSiC−C/Cコンポジット複合材料は、室温(20℃)のみならず、高温下においても優れた強度及び耐熱衝撃性を有し、かつ、高温下においても耐酸化性に優れるため、溶湯ポンプに上記の特性を付与できるのである。特に耐熱衝撃性はサイアロンに比べ著しく大きいという特性を有するものである。
【0034】
本発明に係る溶湯ポンプには、その方式、種類に特に制限はなく、金属溶湯に浸漬して使用されるものであればよいが、例えば金属溶湯中のドロスを除去するための溶湯ポンプは、一般には、図9に示すように、ドロス蓄積部と両端に開口部を有するドロス流路を備えており、ドロス流路の一端側開口部がドロス蓄積部外側の金属溶湯液面部と連通し、ドロス流路の他端側開口部がドロス蓄積部内の金属溶湯液面部と連通するように構成されたものである。また、ドロス流路は、回転軸に取り付けられたインペラ等のように、ドロス流路の一端側から他端側への液流を引き起こすための手段を有する。
【0035】
上記の溶湯ポンプのより具体的な態様は、図9に示すように、溶湯ポンプ14を少なくとも内側容器20、外側容器21、回転軸17、インペラ18及び回転軸駆動部24から構成し、内側容器20の内部空間がドロス蓄積部15を形成し、外側容器21の内壁と内側容器の外壁との間の空間がドロス流路16を構成するようにしたものである。この場合、溶湯ポンプ14の使用時において金属溶湯13と接触する、内側容器20、外側容器21、回転軸17及びインペラ18等の部材は、上記のSiC−C/Cコンポジット複合材料で構成されることになる。ただし、回転軸駆動部24等の他の部材を上記材料で構成してもよい。 又、本発明の溶湯ポンプが使用される金属溶湯の種類にも特に制限はなく、亜鉛、アルミニウム、鉄、錫、銅等の金属溶湯に好適に用いることができるが、溶湯温度を考慮した場合、亜鉛溶湯又はアルミニウム溶湯に対して特に好適に用いることができる。
【0036】
なお、本発明にいうC/Cコンポジットとは、前述の如く、二次元または三次元方向に配列した炭素繊維と炭素繊維の間隙に炭素からなるマトリックスを形成してなる素材であるが、炭素繊維を10〜70%含有していれば、例えば窒化ホウ素、ホウ素、銅、ビスマス、チタン、クロム、タングステン、モリブデン等の炭素以外の他の元素を含んでいてもよい。
【0037】
SiC系材料からなるマトリックス層を表面に有するものを用いた場合には、SiC系材料が溶融してガラスとなり骨格部を酸素から保護する速度の方が、酸素の骨格部内部への拡散速度よりも早いため、骨格部として使用されたC/Cコンポジットが拡散してきた酸素により酸化されるような事態を回避でき、骨格部を酸化から保護することができる。従って、本発明に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料の場合には、自己修復性を示すので、より長期間にわたって使用が可能となる。この効果は、マトリックスが前述の窒化ホウ素、銅、ビスマス等の第三成分を含有していても有効である。
【0038】
さらに、SiC系材料は熱膨張係数がC/Cコンポジットより大きいため、長期間高温条件下での使用において、SiC系材料を骨格部表面に単にコーティングするだけでは、高温酸化条件下においては両者の熱膨張係数差により、容易にSiC系材料からなる層が剥離するが、本発明に於いては、SiC系材料をSiC−C/Cコンポジット複合材料のマトリックス層として一体的に形成することにより、繊維の積層方向での強度が増し、剥離を防止でき、摺動材やブレ−キ用部材として優れた特質を有するものであるということができる。
【0039】
本発明に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料について、図面を使用してさらに説明することとする。
図1は、本発明に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料の骨格部を説明するための概略斜視図であり、図2(a)は、本発明に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料を、図1においてのIIa−IIa線で切断した場合の断面図であり、図2(b)は、同じく図1においてのIIb−IIb線で切断した場合の断面図である。図3は、図2(a)の一部拡大図である。
SiC−C/Cコンポジット複合材料7の骨格は、ヤーン集合体6によって構成されている。ヤーン集合体6は、ヤーン配列体1A、1B、1C、1D、1E、1Fを上下方向に積層してなる。各ヤーン配列体においては、各ヤーン3が二次元的に配列されており、各ヤーンの長手方向がほぼ平行である。上下方向に隣り合う各ヤーン配列体における各ヤーンの長手方向は、直交している。すなわち、各ヤーン配列体1A、1C、1Eの各ヤーン2Aの長手方向は、互いに平行であり、かつ各ヤーン配列体1B、1D、1Fの各ヤーン2Bの長手方向に対して直交している。各ヤーンは、炭素繊維と、炭素繊維以外の炭素成分とからなる繊維束3からなる。ヤーン配列体が積層されることによって、三次元格子形状のヤーン集合体6が構成される。各ヤーンは、後述するような加圧成形工程の間に押しつぶされ、やや楕円形になっている。
【0040】
各ヤーン配列体1A、1C、1Eにおいては、隣り合う各ヤーンの間隙には、マトリックス8Aが充填されており、各マトリックス8Aはヤーン2Aの表面に沿ってそれと平行に延びている。各ヤーン配列体1B、1D、1Fにおいては、隣り合う各ヤーンの間隙には、マトリックス8Bが充填されており、各マトリックス8Bは、ヤーン2Bの表面に沿ってそれと平行に延びている。
図2(a)、図2(b)および図3に示したように、マトリックス8A、8Bは、それぞれ、各ヤーンの表面を被覆する炭化珪素相4からなっている。炭化珪素相の一部は、小突起部9として表面に突出するか、あるいは、複合部材の内部においては、炭素繊維層に突出していてもよい。この様な小突起部の内部には、中央値が約100μmの孔径を有する気孔(空隙)が形成されている。なお、この小突起部9は、殆どが原料のC/Cコンポジットの炭素繊維以外の炭素成分からなるマトリックスの跡に沿って形成されるので、ヤーンとヤーンとの間隔および/またはヤーン配列体とヤーン配列体との間隔を適宜選択することにより、単位面積当たりの小突起部9の密度を調整することが可能である。隣接するヤーン2Aと2Bとの間にも、炭化珪素相4が形成されていてもよい。
【0041】
各マトリックス8Aと8Bとは、それぞれヤーンの表面に沿って細長く、好ましくは直線状に延びており、各マトリックス8Aと8Bとは互いに直交している。そして、ヤーン配列体1A、1C、1Eにおけるマトリックス8Aと、これに直交するヤーン配列体1B、1D、1Fにおけるマトリックス8Bとは、それぞれヤーン2Aと2Bとの間隙部分で連続している。この結果、マトリックス8A、8Bは、全体として、三次元格子を形成している。
【0042】
図4は、本発明の他の実施形態に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料の要部の一部を概略的に示す部分断面斜視図である。本例では、各ヤーン配列体において、隣り合うヤーン2Aと2Aとの間、あるいはヤーン2Bと2Bとの間には、それぞれマトリックス8A、8Bが形成されている。各マトリックス8A、8Bは、それぞれ、ヤーン2A、2Bの表面に接して形成されている炭化珪素相4を備えている。
【0043】
SiC系材料相においては、それぞれ、ヤーンの表面から離れるほど、炭素濃度が少なくなる傾斜組成を有していることが好ましい。
ブレーキ用部材用、研削用部材などの材料としては、図6に示すように、SiC−C/Cコンポジット複合材料の表面が炭化珪素相であって、かつ炭化珪素からなる小突起部9が比較的高密度で突出、形成されていることが好ましい。
【0044】
ここで、SiC系材料を骨格部に含浸させることにより形成されるマトリックス層の厚さは、少なくとも0.01mmあることが好ましい。さらに少なくとも0.05mm以上あることが好ましく、少なくとも0.1mm以上であることが一層好ましい。このマトリックス層の厚さが0.01mm未満の場合は、高酸化条件下において、例えば、摺動材等として要求される耐久性を充分に付与することができないからである。
【0045】
また、本発明に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料において、マトリックス層における炭素と結合している珪素の濃度は、表面から内部に向かって小さくなることが好ましい。
マトリックス層において、珪素濃度に傾斜を持たせることにより、強酸化腐食環境での耐食性および強度、表層部および内層部の欠陥へのヒーリング機能を著しく向上させることができ、さらに熱膨張係数差による材料の熱応力劣化を防止できる。これは、表層部の珪素濃度が、内層部の珪素濃度よりも相対的に高いため、発生したマイクロクラックが、加熱中にヒーリングされ、耐酸化性を保持するからである。
また、本発明のSiC−C/Cコンポジット複合材料に用いるC/Cコンポジットは、窒化ホウ素、ホウ素、銅、ビスマス、チタン、クロム、タングステンおよ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い。
【0046】
これらの物質は潤滑性を有するため、C/Cコンポジットからなる骨格部に含有させることにより、SiC系材料が含浸した骨格部の部分においても、繊維の潤滑性を維持することができ、靭性の低下を防ぐことができる。
なお、例えば、窒化ホウ素の含有量は、C/Cコンポジットからなる骨格部100重量%に対し、0.1〜40重量%であることが好ましい。0.1重量%未満では窒化ホウ素による潤滑性付与の効果が充分に得られず、40重量%を超える場合は窒化ホウ素の脆さがSiC−C/Cコンポジット複合材料にも現れてくるからである。
【0047】
このような、本発明のSiC−C/Cコンポジット複合材料は、C/Cコンポジットの耐衝撃性、高硬度性および軽量性と、SiC系材料の、耐酸化性、耐スポーリング性、自己潤滑性、耐磨耗性等を併せ持ち、さらに、自己修復性をも有するため、高温酸化条件下での使用に長期間耐えることができるので、摺動材、ブレーキ用部材等として、好適に用いることができる。加えて、金属溶湯用部材、特に上述のように、この複合材料を使用した本発明の別の側面に係る溶湯ポンプは、耐熱衝撃性、耐酸化性に優れ、かつ、溶湯を汚染するような成分を溶出しないので、極めて優れた金属溶湯ポンプであるといえる。
【0048】
本発明の1つの側面に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料は、好ましくは以下の方法によって製造できる。
すなわち、炭素繊維の束にマトリックスとして作用し、最終的には、炭素繊維の束に対して遊離炭素となる粉末状のバインダー、例えば、ピッチ、コークス類を包含させ、さらに必要に応じてフェノール樹脂粉末等を含有させることによって、炭素繊維束を作製する。炭素繊維束の周囲に、特開平2−80639号公報に記載のように、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、柔軟性中間材であるプレフォームドヤーンを得、このプレフォームドヤーンを、シート状のプレプレグシートにし、必要量を積層した後、ホットプレスで300〜2000℃、常庄〜500kg/cm2の条件下で成形することによって、成形体を得る。または、この成形体を、必要に応じて700〜1200℃で炭化させ、1500〜3000℃で黒鉛化して、焼成体を得る。
【0049】
炭素繊維は、石油ピッチ若しくはコールタールピッチを原料とし、紡糸用ピッチの調製、溶融紡糸、不融化および炭素化して得られるピッチ系炭素繊維並びにアクリロニトリル(共)重合体繊維を炭素化して得られるPAN系炭素繊維のいずれのものでもよい。
マトリックスの形成に必要な炭素前駆体としては、フェノール樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂およびタール、ピッチ等が用いられるが、これらはコークス類、金属、金属化合物、無機および有機化合物等を含んでいてもよい。
【0050】
次いで、上記のように作製された成形体または焼成体と金属珪素とを、1100〜1400℃の温度域、炉内圧0.1〜10hPaで1時間以上保持する。保持時間は、種々の要因により変動しうるが、無機ポリマーないし無機物のセラミックス化への変化に伴うCO等の発生ガスを焼成雰囲気より除去し、また大気中のO2等による外部からの焼成雰囲気の汚染を防止するに充分な時間であればよい。また、この際、成形体または焼成体と珪素の合計重量1kg当たり0.1NL(ノルマルリットル:1200℃、圧力0.1hPaの場合、5065リットルに相当)以上の不活性ガスを流しつつ、成形体または焼成体表面にSiC層を形成することが好ましい。次いで、温度1450〜2500℃、好ましくは1700〜1800℃に昇温して前記成形体または焼成体の開気孔内部へ珪素を溶融、含浸させ、先ず、SiC系材料を形成させる。
【0051】
次いで、炉内温度を一旦周囲環境温度(20℃〜25℃)まで冷却するか、あるいは、炉内温度をそのまま保持しつつ、炉内圧力を約1気圧程度まで上げ、炉内温度を2000℃〜2800℃、好ましくは、2100℃〜2500℃まで上げて、場合によっては残存していることもある金属珪素と、既に生成している炭化珪素を炭素繊維と炭素繊維外の炭素成分中(一部黒鉛化した炭素を含む遊離炭素と同義である)にまで拡散させ、これら炭素と反応させる。この場合の保持時間は1時間程度で充分である。また、この過程において、C/Cコンポジットからなる成形体を用いた場合は、前記成形体の焼成も行われ、同時にSiC−C/Cコンポジット複合材料が生成する。
【0052】
成形体または焼成体と金属珪素を、1100〜1400℃の温度、0.1〜10hPaの圧力に1時間以上保持し、かつその際、成形体または焼成体と金属珪素の合計重量1kg当たり不活性ガスを0.1NL以上、好ましくは1NL以上、さらに好ましくは10NL以上流すように制御することが望ましい。
このような、焼成時(すなわち、金属珪素の溶融、含浸前の段階)不活性ガス雰囲気にすることにより、無機ポリマーないし無機物のセラミックス化への変化に伴うCO等の発生ガスを焼成雰囲気より除去し、また大気中のO2等による外部からの焼成雰囲気の汚染を防止することによりその後に金属珪素を溶融、含浸して得られる複合材料の気孔率を低く維持することができる。
【0053】
また、成形体または焼成体へ金属珪素を溶融、含浸する際には、雰囲気温度を1450〜2500℃、好ましくは1700〜1800℃に昇温する。この場合、焼成炉内圧は0.1〜10hPaの範囲が好ましい。次いで、金属珪素として存在する珪素を含め、炭素との反応を完結させ、また、炭化珪素を炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分内に拡散させるために、炉内圧力を約1気圧程度まで上げ、炉内温度を2000℃〜2800℃、好ましくは、2100℃〜2500℃まで上げる。室温まで冷却した後でも、あるいは、そのまま昇温を開始してもよい。この常圧下での高温加熱処理により、金属珪素は完全に存在しなくなる。従って、金属溶湯用部材として使用しても、金属珪素が溶湯中の金属に溶出することはない。さらに、減圧下での加熱処理に形成された炭化珪素が炭素繊維や炭素繊維外の炭素成分中に拡散してゆき、SiC質材料が形成され、同時に、珪素が抜けたマトリックス内部には、孔径の大きな気孔が形成される。
【0054】
かくして、減圧下での加熱処理時に生成する比較的孔径に小さいな気孔と、常圧、高温加熱で形成される比較的孔径の大きな気孔との2種類の気孔がマトリックス中には形成されることとなる。すなわち、気孔孔径が2山型の分散を示すSiC−C/Cコンポジット複合材料が得られる。部材として加工した際に、微細細孔として表面に表れてくる気孔が2種類存在することにより、表面の粗さが大きくなり動摩擦係数が原料のC/Cコンポジットの動摩擦係数よりも、大きくなり、ブレーキ用部材として使用するときに、マトリックスとしてのSiCを形成することによる耐酸化性、機械的強度の向上に加えて、よりブレーキ制動がよくなるという効果が発揮されることとなる。
【0055】
C/Cコンポジットの長手方向への焼成時における膨張現象が、炭化珪素の生成反応の際に押さえられるので、成形体における長手方向の寸法の精度を上げることができる。従って、炭化珪素系材料を使用しては、製造できなかった大型の薄肉成型品を本発明に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料の製造方法によれば、容易に製造することができる。特に、本発明に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料は、耐酸化性が高く、硬度、曲げ弾性率、引張り弾性率等を含む物理的特性に優れているので、従来は、製造できなかった、耐高温特性、耐酸化特性が要求される大型の薄肉部材を比較的容易に製造することができる。炭化珪素化の程度を、使用する金属珪素の量、減圧下での加熱温度、常圧下での加熱温度を制御することにより連続的に変化させることができる。従って、その使用分野での要求特性に従い、一定の範囲内ではあるが、硬度、通気性、ヤング率、熱伝導度、熱膨張率等を変更することが可能であるという優れた方法であるということができる。
【0056】
上記のように、有機物からなる柔軟性中間材を炭素繊維束の外周に使用し、珪素の含浸、溶融と組み合わせると、成形体または焼成体において、該柔軟性中間材が熱分解してヤーンの間隙には細長い開気孔が残り、この細長い開気孔に沿って珪素が焼成体または成形体の奥まで浸透しやすい。この浸透の過程で、珪素がヤーンの炭素と反応してヤーン表面側から徐々に炭化し、本発明で使用するSiC−C/Cコンポジット複合材料を生成させることができる。なお、用途に応じて、このような構成を有するSiC−C/Cコンポジット複合材料をC/Cコンポジットからなる骨格部の表層部の一部にのみいわゆるSiC−C/Cコンポジット複合材料層として形成してもよい。
【0057】
マトリックス層の深さの調節は、成形体または焼成体の開気孔率およびその細孔径により行う。例えば、SiC系材料層の厚さを0.01〜10mmとする場合には、少なくとも成形体または焼成体の表面近傍における開気孔率を5〜50%、平均細孔径を1μm以上とする。成形体または焼成体の開気孔率は10〜50%であることが好ましく、平均細孔径は10μm以上とすることが好ましい。開気孔率を5%未満とすると、成形体または焼成体中のバインダーを除去しきれず、50%より大きくすると、骨格部の内部深くにまでSiC系材料が含浸形成し、複合材料の耐衝撃性が低下するからである。
【0058】
また、SiC−C/Cコンポジット複合材料層をC/Cコンポジットの表面にのみ形成するには、少なくとも表面近傍の開気孔率が焼成中に0.1〜30%になるように調整した成形体を用いることが好ましい。すなわち、熱分解する有機物からなる柔軟性中間材の被膜の炭素繊維束に対する厚さを調整すればよい。
【0059】
成形体または焼成体の開気孔率を、表面から内部に向かって小さくなるようにするには、バインダーピッチの異なるプリフォームドヤーンからなる複数のプリフォームドシートを、内側から表層側に向かってバインダーピッチが大きくなるように配置して成形することにより行う。
【0060】
また、上記のSiC−C/Cコンポジット複合材料層における珪素濃度に傾斜を設ける場合には、表面近傍の開気孔率が表面から内部に向かって小さくなるように調整した焼成体、または少なくとも表面近傍の開気孔率が焼成中に表面から内部に向かって小さくなるように調整した成形体を用いて、複合材料の製造を行う。SiC−C/Cコンポジット複合材料の気孔率を0.5%〜5%に制御するには、金属珪素を成形体あるいは焼成体に含浸させる際に、成形体あるいは焼成体の開気孔率に応じて金属珪素量を調整することにより容易に行うことができる。
【0061】
本発明に於いて、上記の新規なSiC−C/Cコンポジット複合材料を使用して摺動材、ブレーキ用部材、金属溶湯用治具等を製造するに際しては、上記のように製造した複合材料を平面研削盤等により適宜な寸法に切断加工し、平面研削仕上げすることにより製造すればよい。
特定形状の大型部材の場合には、C/Cコンポジットで先ず所望の形に成形し、これを焼成するか、あるいは焼成することなく、金属珪素と本発明に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料の製造方法により炭化珪素からなるマトリックスを形成させることにより製造することができる。本発明に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料は、摺動材、ブレーキ用部材、特に、大量輸送手段等の摺動材やブレーキ用部材として、また、高温で使用する金属溶湯用治具として、好適に使用できる。
【0062】
【実施例】
次に、本発明を実施例を用いてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
なお、本発明に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料の密度はアルキメデス法、硬度はJISK7202により測定し、それ以外の特性は以下に示す方法より評価した。
【0063】
(開気孔率の測定方法)
開気孔率(%)=[(W3−W1)/( W3−W2)]×100
(アルキメデス法による。)
乾燥重量(W1):100℃のオーブンで1Hr乾燥させ、その後秤量
水中重量(W2):試料を煮沸し、開気孔中に完全に水を侵入させて水中にて秤量
含水重量(W3):開気孔中に完全に水を侵入させた試料を大気中にて秤量
【0064】
(曲げ強さ)
10mm×50mm×2mmの大きさの試験片を用いて、3点曲げ試験を行い下式により算出した。
曲げ強さ=3/2FMAX・L/b・h2
(式中、bは試験片の幅を、FMAXは最大荷重を、hは試験片の高さ、Lは支点間の距離を表す。)
【0065】
(曲げ弾性率の評価方法)
試験片の高さhの40倍の距離を支点間距離Lとして3点曲げを行い、荷重−たわみ曲線の直線部の初期の勾配P/σを用いて、下式により算出した。
曲げ弾性率=1/4・L3/b・h3・P/σ
(式中、bは試験片の幅、 hは試験片の高さ、およびLは支点間の距離を表す。)
【0066】
(引張強さの評価方法)
9.5mm×100mm×6mmの大きさを有し、中央部の太さが6.25mm、同長さが28.5mm、両端部と中央部とは、曲率半径が38mmである試験片を用い、これに引張荷重を加え、破壊直前の最大荷重を求め、この最大荷重を試験片の断面積で割り、算出する。
【0067】
(引張弾性率の評価方法)
引張強さ試験と同じ大きさの試験片を用いて、引張り、試験片に生じた歪みで引張応力を割り、算出する。
【0068】
(圧縮強さの評価方法)
試験片に圧縮荷重を加え、下記の式により算出した。
圧縮強さ=P/A
(式中、Pは最大荷重時の荷重、Aは試験片の最小断面積を表す。)
【0069】
(層間せん断強さの評価方法)
試験片の厚さhの4倍の距離を支点間距離として3点曲げを行い、下式により算出した。
層間せん断強さ=3P/4bh
(式中、Pは破壊時の最大曲げ荷重、bは試験片の幅、 hは試験片の高さを表す。)
【0070】
(せん断強さの評価方法)
10mm×25mm×6mmの大きさの試験片に荷重を加え、試験片が破断したときの荷重を最大荷重とし、この最大荷重を試験片の面積で割り、単位面積当たりの破断加重を算出する。
【0071】
(IZOD衝撃強さの評価方法)
ノッチ付きの10mm×100mm×6mmの大きさの試験片を用い、これを試験台に取り付け、ノッチが付いている方からハンマーで衝撃を加え、試験片を破断して、吸収エネルギーを試験片のノッチ部の断面積で割り、算出する。
【0072】
(動摩擦係数の評価方法)
試験片をジグにセットして100rpmで10分間回転させ、相手材(SUJ10mm球)を2kgの荷重Fp(N)にて試験片に押し付け、その際の摩擦力Fs(N)を測定した。動摩擦係数の値は下式により算出した。
摩擦係数μ=Fs/Fp
【0073】
(5%重量減の温度測定方法)
大気中で充分な気流の流れを与えつつ、10℃/分の割合で昇温しながら、試料の重量の変化を測定し、試料の重量が5%の減少を示す温度を求める。
【0074】
(実施例)
1.本発明に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料の製造例
炭素繊維の束のマトリックスとして作用し、最終的には、炭素繊維の束に対しては遊離炭素となる粉末状のバインダーピッチを繊維の方向を一方向に引き揃えた炭素繊維に包含させた後、さらにフェノール樹脂粉末等を含有させることによって、炭素繊維束を調製した。かくして調製した炭素繊維束の周囲に、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、柔軟性中間材であるプリフォームドヤーンを得た。このプリフォームドヤーンを、特開平2−80639号公報に記載の方法によりシート状にして必要量を炭素繊維の繊維の方向が互いに直交するように積層した後、ホットプレスで180℃、10kg/cm2で樹脂を硬化させた。次いで、窒素中で2000℃で焼成し、10mmの厚さを有するC/Cコンポジットを得た。得られたC/Cコンポジットの密度は1.0g/cm3、開気孔率は50%であった。
【0075】
次に、得られたC/Cコンポジットを、気孔率が5%となるのに充分な量からなる、純度99.8%、平均粒径1mmの金属珪素粉末で充填されたカーボンるつぼ内に立設した。次いで、焼成炉内にカーボンるつぼを移動した。焼成炉内の温度を1300℃、不活性ガスとしてアルゴンガス流量を20NL/分、焼成炉内圧を1hPaその保持時間を4時間として処理した後、焼成炉内の圧力をそのまま保持しつつ、炉内温度を1600℃に昇温することにより、C/Cコンポジットに金属珪素を含浸させて、気孔率5%のSiC−C/Cコンポジット複合材料を製造した。
【0076】
得られたSiC−C/Cコンポジット複合材料の密度、気孔率、層間せん断強さ、圧縮強さ、曲げ弾性率等の測定結果は、骨格部として使用したC/Cコンポジットと比較して表1に示す。表1に示した結果から明らかなように、比較例である原料のC/Cコンポジットに比較して、顕著な硬度の増加、曲げ弾性率、引張り強さ、圧縮強さ、せん断強さなどにおける向上が認められる一方で、SiCが本来的に有する脆さのため、曲げ強さ、IZOD衝撃強さ等に低下が認められるものの、耐酸化性の著しい向上を考慮すれば、これらの低下は、容易に甘受できる範囲内であるということができる。
【0077】
また、図6は、試験片の表面の状態を示す二次電子像写真である。図7は同じ試験片の断面構造を示す反射電子像写真である。図8は図7の拡大写真である。図6〜8の写真から生成したSiCの一部が微細な突起部9となり表面に突出していることがわかる。なお、この突起部は、原料であるC/Cコンポジットのマトリックスに沿い形成されていることも分かる。その内部には空隙、すなわち、気孔が形成されていることもわかる。この気孔には、大きな気孔と小さな気孔の2種類あるのが特徴である。大きな気孔は気孔径の中央値が約100μmで図8に示した拡大写真からもその形成を明瞭に認めることができる。小さなものは、中央値が約0.5μmと小さく、図8からはその存在を直接確認することはできない。
【0078】
しかし、ブレーキ用部材として加工された際に、表面に表れてくる微細細孔は、孔径が相互に異なる2種類の気孔からなることから、表面の粗さがより大きくなる。つまり、原料であるC/Cコンポジットよりも、表面粗さが増すことにより、動摩擦係数が大きくなり、結果としてブレーキ制動がよくなるという効果が発揮されることとなる。なお、金属珪素含浸率は40%であった。
【0079】
上記のSiC−C/Cコンポジット複合材料から、試験片を、SiC系材料とC/Cコンポジットが充分複合化しているC/Cコンポジット表層近傍から切り出し、平面研削盤により縦60mm、横60mm、厚さ5mmの大きさに切断加工した後、800#砥石で平面研削仕上げし、摺動材とした。得られた摺動材の研削面における表面粗さはRa=1μmであり、平面度は真直度で2μmであった。摺動材としての性能試験したがC/Cコンポジットから製造されてものに比較して、特に、高温下での耐酸化性において優れた摺動材であることが分かった。
【0080】
【表1】
【0081】
表1より、SiC系材料からなるマトリックスをC/Cコンポジットからなる骨格部に形成させた本発明に係る複合材料は、骨格部として使用したC/Cコンポジットに比較して、大きな動摩擦係数を有することが分かる。
【0082】
また、本発明に係る複合材料は、C/Cコンポジットに比較して、曲げ弾性率、引張り強さ、引張り弾性率、圧縮強さ、せん断強さにおいて優れた値を示し、層間せん断強さにおいてC/Cコンポジットと同程度の値を示した。曲げ強さ、引張り強さおよびIZOD衝撃強さにおいては、C/Cコンポジットに劣るが、摺動材、ブレーキ用部材、金属溶湯用部材などの高い耐酸化性が要求される用途においては、実使用上は問題となるような範囲までの低下ではない。
【0083】
2.溶湯ポンプ
上記のSiC−C/Cコンポジット複合材料から構成した溶湯ポンプを用いてアルミニウム溶湯のドロス除去を行い、溶湯ポンプを構成する部材における割れの発生、酸化及び珪素の溶出について調べた。
アルミニウム溶湯13は、図9に示すように、鋼板メッキ用のものであり、その温度は750℃であった。又、溶湯ポンプ14は、図9に示すように、内側容器20、外側容器21、回転軸17、インペラ18及び回転軸駆動部24から成り、内側容器20の内部空間がドロス蓄積部15を形成し、外側容器21の内壁と内側容器20の外壁との間の空間がドロス流路16を構成する。上記部材のうち、内側容器20、外側容器21、回転軸17及びインペラ18を上記材料により構成した。
【0084】
上記溶湯ポンプ14をアルミニウム溶湯13に浸漬し、インペラ18を回転させつつ、100時間ドロス除去を行った後、溶湯ポンプを構成する部材における割れの発生、酸化及び珪素の溶出について調べた。
【0085】
割れの発生は、内側容器、外側容器、回転軸、インペラの各部材について目視にて観察することにより調べた。酸化の程度の指標としては、これらの部材の重量減少を測定した。耐酸化性の評価については、重量減少率5%未満の場合を○、重量減少率5%以上、10%未満の場合を△、重量減少率10%以上の場合を×とした。珪素の溶出については、試験ピースの組成変化を調べることにより判断した。珪素の溶出についての評価は、アルミニウム中に珪素が混在していることがX線により確認された場合を「有り」、珪素の混在が確認されなかった場合を「無し」とした。その結果、割れの発生もなく、耐酸化性の点でも当然のことながら、問題なく、珪素の溶出も全くなかった。
【0086】
一方、内側容器、外側容器、回転軸及びインペラをサイアロンにて構成させた溶湯ポンプを上記と同様に用意して、これを使用して、アルミニウム溶湯のドロス除去を行い、溶湯ポンプを構成する部材における割れの発生、酸化及び珪素の溶出について調べた。耐酸化性の点、珪素の溶出点では問題なかったが、100時間の使用により、明らかな割れの発生が認められた。
【0087】
サイアロンを用いた溶湯ポンプの場合には、酸化の程度は小さかったものの、外側容器のアルミニウム溶湯液面近傍部分に割れの発生が認められた。一方、本発明に係る溶湯ポンプの場合には、内側容器、外側容器、回転軸、インペラの各部材において割れの発生は認められず、酸化の程度も低かった。勿論、溶湯中への珪素の溶出もみとめられなかった。
【0088】
【発明の効果】
本発明の新規なSiC−C/Cコンポジット複合材料を摺動材として使用したときには、動摩擦係数が0.05〜0.5と適度な範囲内にあり、また、耐酸化性、耐クリープ性、耐スポーリング性を有するSiC系材料からマトリックスを配しているため、C/Cコンポジットの有する低耐酸化性を克服することができ、酸素存在下においても、潤滑剤として油を用いることができないような高温での使用が可能である。さらに、図5に示したように酸化特性を示す指標である5%重量減の温度も757℃と高く、高い耐高温特性を有しているので、高温に曝される条件下で使用される摺動材として有用である。また、C/Cコンポジットを骨格部としていることから、軽量であり、動摩擦係数が小さいこととも相まって、エネルギーの損失が少なく、省エネルギーの要請にも沿う。さらに、骨格部がC/Cコンポジットであるため、靭性に富み、優れた耐衝撃性、高硬度性を有する。従って、SiC繊維強化SiC複合体の有する低耐衝撃性という欠点を克服することができ、複雑な形状や薄肉部分を有する摺動材にも用いることができる。
【0089】
本発明の新規なSiC−C/Cコンポジット複合材料をブレーキ用部材として使用した場合には、酸素の存在下での高温条件での耐摩耗性において著しく優れており、耐酸化性、耐クリープ性、耐スポーリング性を有するSiC系材料からなる層を表面に配しているため、C/Cコンポジットの有する低耐酸化性を克服することができ、高温でかつ酸素存在下においても、使用が可能である。また、優れた耐磨耗性をも併せ持つ。特に、悪環境条件下でも、その動摩擦係数の変動の幅が低いことから、悪条件下でも高い信頼性を要求される、航空機用等の制動装置に於けるブレーキ用部材として極めて有望な素材であることは明らかである。特に、孔径が相互に異なる2種類の気孔からなることから、表面の粗さがより大きくなり、原料であるC/Cコンポジットよりも、表面粗さが増すことにより、大量輸送手段用のブレーキ用部材として極めて優れた性質を有しているということができる。また、C/Cコンポジットを骨格部としていることから、軽量であり、エネルギーの損失が少なく、省エネルギーの要請にも沿う。
【0090】
さらに、骨格部がC/Cコンポジットであるため、靭性に富み、優れた耐衝撃性、高硬度性を有する。従って、高温でかつ酸素の存在下で使用されることとなる大量輸送手段用の動摩擦係数が大きくなるという効果を発揮することとなる。さらに、図5に示したように酸化特性を示す指標である5%重量減の温度も757℃と高く、高い耐高温特性を有しているので、高温に曝される条件下で使用される金属溶湯用部材としても有望である。例えば、本発明の溶湯ポンプは、少なくとも金属溶湯と接触する部分が優れた耐熱衝撃性と耐酸化性を有する上記のSiC−C/Cコンポジット複合材料から構成されているため、高温の金属溶湯中で長時間使用しても割れたり、酸化することがなく、溶湯ポンプの寿命を長くすることができるため、メッキ製品の製造コストを低減することができる。又、金属溶湯中に珪素が溶出しにくいため、溶出した珪素がメッキ製品のメッキ純度を低下させるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料の骨格部の構造を模式的に示す斜視図である。
【図2】 (a)は、本発明に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料の図1におけるIIa−IIa線断面図であり、(b)は、本発明に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料の図1における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】 本発明に係るSiC−C/Cコンポジット複合材料の要部を概略的に示す部分断面斜視図である。
【図5】 温度と重量減少との関係を示すチャートである。
【図6】 試験片の表面に突出している小突起部の形成状態を示す写真である。
【図7】 同じ試験片の断面の相構造を示す写真である。
【図8】 図7におけるマトリックス中に形成された開気孔の一例を示す拡大写真である。
【図9】 溶湯ポンプの一般的構成を示す模式断面図である。
【符号の説明】
1A、1B、1C、1D、1E、1F…ヤーン配列体、2A…ヤーン、2B…ヤーン、3…繊維束(ヤーン)、4…炭化珪素相、5…気孔、6…ヤーン集合体、7…SiC−C/Cコンポジット複合材料、8A…マトリックス、8B…マトリックス、9…小突起部、11…鋼板、12…滑車、13…金属溶湯、14…溶湯ポンプ、15…ドロス蓄積部、16…ドロス流路、17…回転軸、18…インペラ、20…内側容器、21…外側容器、22…ドロス、23…真空ポンプ、24…回転軸駆動部。
Claims (13)
- 炭化珪素と炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分とから構成され、骨格部と骨格部の周囲に形成されマトリックスとからなる構造を有するSiC−C/Cコンポジット複合材料であって、
炭化珪素の少なくとも50%はβ型で、
骨格部は、炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分により形成されており、その骨格部の一部分には炭化珪素が存在していてもよく、
マトリックスは、炭化珪素により形成され、
前記マトリックスと前記骨格部とは一体的に形成されており、
前記マトリックスの一部が一連の小突起部を形成しており、かつ、
前記複合材料は0.5%〜5%の気孔率と二山型の平均気孔径の分布を有することを特徴とするSiC−C/Cコンポジット複合材料。 - 前記マトリックスが、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1に記載のSiC−C/Cコンポジット複合材料。
- 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1または2に記載のSiC−C/Cコンポジット複合材料。
- 前記骨格部は、炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分とからなるヤーンを、少なくとも複数本ほぼ並行に二次元的に配列して作製したヤーン配列体を、交互に直交するように必要数積層して作製されたものであるヤーン集合体から構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のSiC−C/Cコンポジット複合材料。
- 前記マトリックスが、前記SiC−C/Cコンポジット複合材料の中で互いに連続することで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1〜4のいずれか1項に記載のSiC−C/Cコンポジット複合材料。
- 動摩擦係数が0.05〜0.6である請求項1〜5のいずれか1項に記載のSiC−C/Cコンポジット複合材料。
- 大気中で10℃/分の割合で昇温したときに5%重量減少が生じる温度が600℃以上である請求項1〜6のいずれか1項に記載のSiC−C/Cコンポジット複合材料。
- ドロス蓄積部及び両端に開口部を有するドロス流路を備え、
該ドロス流路の一端側開口部は該ドロス蓄積部外側の金属溶湯液面部においてのみ金属溶湯と連通し、該ドロス流路の他端側開口部は該ドロス蓄積部内の金属溶湯液面部においてのみ金属溶湯と連通し、
該ドロス流路は、外側容器の内壁と、該外側容器の内側に設置され、該ドロス蓄積部を構成する内側容器の外壁により規定される空間によって構成され、かつ、該ドロス流路は、該他端側のドロス流路内に、回転軸に取り付けられ、該一端側から該他端側への液流を引き起こすためのインペラを有する溶湯ポンプであって、同ポンプの少なくとも金属溶湯と接触する部分が請求項1〜7のいずれか1項に記載のSiC−C/Cコンポジット複合材料からなることを特徴とする溶湯ポンプ。 - 該金属溶湯と接触する部分が該ドロス流路と、該インペラ及び該回転軸であることを特徴とする請求項8に記載の溶湯ポンプ。
- 亜鉛溶湯又はアルミニウム溶湯に対して用いる請求項8または9に記載の溶湯ポンプ。
- C/Cコンポジットからなる成形体、または、C/Cコンポジット焼成体と金属珪素とを、成形体または焼成体と金属珪素の合計重量1kg当たり0.1NL以上の不活性ガスを流しつつ、炉内温度1100〜1400℃、炉内圧0.1〜10hPaで1時間以上保持して、C/Cコンポジットのマトリックスを形成している炭素成分と金属珪素とを反応させて、炭化珪素からなるマトリックスを形成する工程と、
炉内圧をそのまま保持しつつ、炉内温度を1450〜2500℃に昇温して、前記成形体または焼成体の開気孔内部へ金属珪素を溶融、含浸させ、炭化珪素を成長させ、同時に残留気孔の中に充分に金属珪素を充填する工程と、
炉内温度を一旦周囲環境温度まで冷却するか、あるいは、炉内温度をそのまま保持しつつ、炉内圧力を約1気圧程度まで上げ、炉内温度を2000℃〜2800℃まで上げて、生成した炭化珪素をマトリックスから炭素繊維と炭素繊維外の炭素成分から構成されるC/Cコンポジットの内部まで拡散させ、これら炭素と反応させる工程とからなることを特徴とする、
炭化珪素と炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分とから構成され、骨格部と骨格部の周囲に形成されマトリックスとからなる構造を有するSiC−C/Cコンポジット複合材料であって、
炭化珪素の少なくとも50%はβ型で、
骨格部は、炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分により形成されており、その骨格部の一部分には炭化珪素が存在していてもよく、
マトリックスは、炭化珪素により形成され、
前記マトリックスと前記骨格部とは一体的に形成されており、かつ、
前記複合材料は0.5%〜5%の気孔率と二山型の平均気孔径の分布を有するSiC−C/Cコンポジット複合材料の製造方法。 - 使用するC/Cコンポジットの表面近傍の開気孔率が5%〜50%であることを特徴とする請求項11に記載のSiC−C/Cコンポジット複合材料の製造方法。
- 成形体が大型部材であることを特徴とする請求項11または12に記載のSiC−C/Cコンポジット複合材料の製造方法。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000005168A JP4647053B2 (ja) | 1999-02-09 | 2000-01-14 | 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 |
US09/496,377 US6355206B1 (en) | 1999-02-09 | 2000-02-02 | Sic-C/C composite material, uses thereof, and method for producing the same |
EP00102630A EP1028098B1 (en) | 1999-02-09 | 2000-02-08 | SiC-C/C composite material and uses thereof |
DE60004899T DE60004899T2 (de) | 1999-02-09 | 2000-02-08 | SiC-C/C Verbundwerkstoff und seine Verwendungen |
US10/011,060 US6627143B2 (en) | 1999-02-09 | 2001-12-06 | SiC—C/C composite material, uses thereof, and method for producing the same |
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3197999 | 1999-02-09 | ||
JP11-101881 | 1999-04-08 | ||
JP10188199 | 1999-04-08 | ||
JP11-31979 | 1999-11-04 | ||
JP2000005168A JP4647053B2 (ja) | 1999-02-09 | 2000-01-14 | 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 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000351672A JP2000351672A (ja) | 2000-12-19 |
JP4647053B2 true JP4647053B2 (ja) | 2011-03-09 |
Family
ID=27287536
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000005168A Expired - Fee Related JP4647053B2 (ja) | 1999-02-09 | 2000-01-14 | 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 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US6355206B1 (ja) |
EP (1) | EP1028098B1 (ja) |
JP (1) | JP4647053B2 (ja) |
DE (1) | DE60004899T2 (ja) |
Families Citing this family (39)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
DE10048012A1 (de) * | 2000-09-26 | 2002-04-11 | Sgl Carbon Ag | Reib- oder Gleitkörper aus mit Faserbündeln verstärkten Verbundwerkstoffen mit keramischer Matrix |
JP3980262B2 (ja) * | 2000-10-31 | 2007-09-26 | 日本碍子株式会社 | SiC質熱処理用治具 |
JP4464552B2 (ja) | 2000-12-08 | 2010-05-19 | 日本碍子株式会社 | 新規な複合材料および複合材料の製造方法 |
DE10131769C5 (de) * | 2001-06-30 | 2010-02-18 | Audi Ag | Bremssystem mit Verbundwerkstoff-Bremsscheibe |
JP4540890B2 (ja) * | 2001-07-12 | 2010-09-08 | 日本碍子株式会社 | ブレーキ材 |
JP4980524B2 (ja) * | 2001-08-07 | 2012-07-18 | 日本碍子株式会社 | 炭素−セラミックス系複合体、被鍍金体搬送ローラ、及びアルミ溶湯攪拌シャフト |
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 |
DE10208991B4 (de) * | 2002-02-28 | 2007-07-19 | Sgl Carbon Ag | Keramische Verbundwerkstoffe mit unidirektionaler Ausrichtung der Verstärkungsfasern, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung |
US20030201237A1 (en) * | 2002-04-26 | 2003-10-30 | Grichar Charles Newton | Shale shakers |
US7484625B2 (en) * | 2003-03-13 | 2009-02-03 | Varco I/P, Inc. | Shale shakers and screens with identification apparatuses |
US7740474B2 (en) * | 2003-06-13 | 2010-06-22 | Schunk Kohlenstofftechnik Gmbh | Support for structural components and method for producing the same |
US20050276961A1 (en) * | 2003-08-04 | 2005-12-15 | Sherwood Walter J | Materials and methods for making ceramic matrix composites |
US20050221051A1 (en) * | 2004-04-01 | 2005-10-06 | Simpson Allen H | Titanium carbide as a friction and wear modifier in friction materials |
FR2869609B1 (fr) * | 2004-05-03 | 2006-07-28 | Snecma Propulsion Solide Sa | Procede de fabrication d'une piece en materiau composite thermostructural |
US8058186B2 (en) * | 2004-11-10 | 2011-11-15 | Tokyo Electron Limited | Components for substrate processing apparatus and manufacturing method thereof |
WO2006101799A2 (en) | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Honeywell International Inc. | Carbon fiber containing ceramic particles |
JP4297138B2 (ja) | 2005-07-05 | 2009-07-15 | 三菱樹脂株式会社 | 炭素繊維強化SiC系複合材及び摺動材 |
DE102005044494B3 (de) * | 2005-09-16 | 2007-03-08 | Wenzel, Lothar | Vorrichtung zur Beseitigung von schädlichen Bestandteilen aus Abgasen von Brennkraftmaschinen |
JP5052803B2 (ja) * | 2006-03-24 | 2012-10-17 | 日本碍子株式会社 | 複合材ブレーキおよびその製造方法 |
DE102006026550A1 (de) * | 2006-06-08 | 2007-12-13 | Audi Ag | Keramische Werkstoffe enthaltend Kohlenstoff-Teilchen mit kugelförmiger Gestalt |
US8231010B2 (en) * | 2006-12-12 | 2012-07-31 | Varco I/P, Inc. | Screen assemblies and vibratory separators |
US8124047B2 (en) * | 2006-12-22 | 2012-02-28 | Ngk Insulators, Ltd. | Method for manufacturing (Li, Na, K)(Nb, Ta)O3 type piezoelectric material |
GB2452779A (en) * | 2007-09-17 | 2009-03-18 | Surface Transforms Plc | Carbon fibre reinforced brake discs |
US20090214826A1 (en) * | 2008-01-04 | 2009-08-27 | Charles West | Controlling diamond film surfaces |
US8227350B2 (en) * | 2008-01-04 | 2012-07-24 | Advanced Diamond Technologies, Inc. | Controlling diamond film surfaces and layering |
JP2011168414A (ja) * | 2010-02-16 | 2011-09-01 | Mitsubishi Plastics Inc | 炭素繊維強化炭化ケイ素複合材及びその製造方法 |
WO2012022027A1 (zh) | 2010-08-17 | 2012-02-23 | 南京钛威科技有限公司 | 一种无铜陶瓷型摩擦材料及其制备方法 |
US9243641B2 (en) * | 2012-02-16 | 2016-01-26 | Bruno H. Thut | Pump for pumping molten metal including components that resist deterioration |
MX2014012373A (es) | 2012-04-13 | 2015-05-08 | Arcelormittal Investigacion Y Desarrollo Sl | Bomba de burbuja mejorada resistente a ataque por aluminio fundido. |
US9624138B2 (en) * | 2014-04-08 | 2017-04-18 | United Technologies Corporation | Formation of voids within components formed from porous substrates |
EP3180455B1 (en) * | 2014-08-14 | 2020-01-15 | Pyrotek, Inc. | Advanced material for molten metal processing equipment |
US9962903B2 (en) * | 2014-11-13 | 2018-05-08 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Reinforced composites, methods of manufacture, and articles therefrom |
RU2712557C2 (ru) * | 2015-02-27 | 2020-01-29 | Пиротек, Инк. | Переливной перекачивающий насос из материала с улучшенными свойствами |
DE102018216268A1 (de) * | 2017-09-29 | 2019-04-04 | Robert Bosch Gmbh | Additiv hergestellte bremsklotzanordnung mit gesteuertem kompressibilitätsfaktor |
CN109518100A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-03-26 | 北京天仁道和新材料有限公司 | 一种高速列车制动用粉末冶金摩擦材料及其制备方法 |
US11649191B2 (en) * | 2019-10-08 | 2023-05-16 | Goodrich Corporation | Fabrication of high heat capacity ceramic matrix composite aircraft brakes using spark plasma sintering |
WO2023277052A1 (ja) * | 2021-06-30 | 2023-01-05 | キヤノン株式会社 | 炭化珪素を主成分とする物品とその製造方法 |
US20230193541A1 (en) * | 2021-12-20 | 2023-06-22 | Raytheon Technologies Corporation | Gradient tow ribbonizing for chemical vapor infiltration ceramic matrix composites |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999019273A1 (fr) * | 1997-10-09 | 1999-04-22 | Ngk Insulators, Ltd. | Materiau composite fibreux et son procede de fabrication |
JP2001192270A (ja) * | 1999-02-09 | 2001-07-17 | Ngk Insulators Ltd | 炭素繊維複合材料 |
Family Cites Families (16)
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 |
US4998879A (en) * | 1988-04-29 | 1991-03-12 | Norton Company | High purity diffusion furnace components |
JPH04124065A (ja) * | 1990-09-14 | 1992-04-24 | Showa Denko Kk | 炭素繊維複合炭化珪素焼結体およびその製造方法 |
JPH05163065A (ja) * | 1991-06-03 | 1993-06-29 | General Electric Co <Ge> | ケイ素を含有しない炭化ケイ素およびケイ化モリブデンの溶浸形成性複合材 |
JP2642573B2 (ja) * | 1991-12-27 | 1997-08-20 | 日本碍子株式会社 | SiC質焼結体 |
CN1102632A (zh) * | 1993-06-25 | 1995-05-17 | 株式会社日立制作所 | 纤维增强复合材料及其制造方法以及用它制成的部件 |
US5685701A (en) | 1995-06-01 | 1997-11-11 | Metaullics Systems Co., L.P. | Bearing arrangement for molten aluminum pumps |
JPH10130081A (ja) * | 1996-06-27 | 1998-05-19 | Mitsui Chem Inc | 高温耐熱性部材およびその製造方法 |
JPH1112038A (ja) * | 1997-06-27 | 1999-01-19 | Nippon Carbon Co Ltd | SiC繊維強化SiC複合材料の製造方法 |
JPH11130558A (ja) * | 1997-10-29 | 1999-05-18 | Tokai Konetsu Kogyo Co Ltd | 多孔質炭化珪素焼結体とその製造方法 |
JP3652900B2 (ja) * | 1997-12-16 | 2005-05-25 | 日本碍子株式会社 | 繊維複合材料およびその用途 |
DE19834018C1 (de) * | 1998-07-28 | 2000-02-03 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Verfahren zum Erzeugen einer Siliziumkarbid enthaltenden Schutzschicht |
JP2000052461A (ja) | 1998-08-05 | 2000-02-22 | Ngk Insulators Ltd | 加工性に優れた窯道具 |
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 |
JP2001261470A (ja) * | 2000-03-23 | 2001-09-26 | Ngk Insulators Ltd | 耐酸化性炭素質材料およびその製造方法 |
JP2001278683A (ja) * | 2000-03-30 | 2001-10-10 | Ngk Insulators Ltd | 保護層形成用層を有する炭素製部材、およびその製造方法 |
-
2000
- 2000-01-14 JP JP2000005168A patent/JP4647053B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2000-02-02 US US09/496,377 patent/US6355206B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-02-08 EP EP00102630A patent/EP1028098B1/en not_active Revoked
- 2000-02-08 DE DE60004899T patent/DE60004899T2/de not_active Revoked
-
2001
- 2001-12-06 US US10/011,060 patent/US6627143B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999019273A1 (fr) * | 1997-10-09 | 1999-04-22 | Ngk Insulators, Ltd. | Materiau composite fibreux et son procede de fabrication |
JP2001192270A (ja) * | 1999-02-09 | 2001-07-17 | Ngk Insulators Ltd | 炭素繊維複合材料 |
JP4450919B2 (ja) * | 1999-02-09 | 2010-04-14 | 日本碍子株式会社 | 炭素繊維複合材料 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE60004899T2 (de) | 2004-07-08 |
DE60004899D1 (de) | 2003-10-09 |
EP1028098A2 (en) | 2000-08-16 |
JP2000351672A (ja) | 2000-12-19 |
US6355206B1 (en) | 2002-03-12 |
EP1028098B1 (en) | 2003-09-03 |
EP1028098A3 (en) | 2000-12-27 |
US20020084558A1 (en) | 2002-07-04 |
US6627143B2 (en) | 2003-09-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4647053B2 (ja) | 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 | |
JP3652900B2 (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 | |
EP0926111B2 (en) | Fiber-composite material and its use | |
EP0985647B2 (en) | A member for brakes | |
JP4374339B2 (ja) | ブレーキ用部材の製造方法 | |
EP1346969B1 (en) | Novel composite material and production method for composite material | |
JP5052803B2 (ja) | 複合材ブレーキおよびその製造方法 | |
US6162544A (en) | Kiln tool with good workability | |
JP3562989B2 (ja) | 溶射層を有する複合材およびその製造方法 | |
JP2000288916A (ja) | 研磨処理用治具 | |
JP3574583B2 (ja) | 放熱材及びその製造方法 | |
JP2005162601A (ja) | 繊維複合材料およびその用途 | |
JP4266056B2 (ja) | 高耐酸化性Si含浸複合材料およびその製造方法 | |
RU2749387C1 (ru) | Способ получения композиционного материала с керамической матрицей и послойной укладкой армирующего компонента в виде ткани карбида кремния |
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: 20081001 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090811 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A132 Effective date: 20100126 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A132 Effective date: 20100713 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100826 |
|
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: 20101207 |
|
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: 20101208 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131217 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4647053 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |