JPH10120473A - C/c composite material and its production - Google Patents
C/c composite material and its productionInfo
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- JPH10120473A JPH10120473A JP8270279A JP27027996A JPH10120473A JP H10120473 A JPH10120473 A JP H10120473A JP 8270279 A JP8270279 A JP 8270279A JP 27027996 A JP27027996 A JP 27027996A JP H10120473 A JPH10120473 A JP H10120473A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、軽量でかつ耐熱・
耐食性に優れたＣ／Ｃ複合材（炭素繊維／炭素複合材）
およびその製造方法に係わり、例えば、宇宙航空機器や
化学装置，溶解装置などの耐熱性や耐食性や非汚染性等
に優れていることが要求される部品・部位等の素材とし
て好適に利用されるＣ／Ｃ複合材およびその製造方法に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
C / C composite material with excellent corrosion resistance (carbon fiber / carbon composite material)
And its manufacturing method, for example, it is suitably used as a material for parts and parts that are required to have excellent heat resistance, corrosion resistance, non-contamination, etc., such as aerospace equipment, chemical equipment, and melting equipment. The present invention relates to a C / C composite material and a method for producing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】炭素繊維を強化材とし、炭素をマトリッ
クスとしたＣ／Ｃ複合材は、通常の炭素材料に比べて高
強度・高弾性であり、耐熱・耐食性に優れていることか
ら、宇宙航空機器の分野においては飛翔体のリーディン
グエッジ，ロケットのノズル，航空機のブレーキなどの
素材として利用され、その他ガスタービン機関のタービ
ンブレードや高速車両のブレーキなどの素材として、あ
るいはまた各種化学装置や非汚染溶解装置などの素材と
しても利用されている。2. Description of the Related Art A C / C composite material using carbon fiber as a reinforcing material and carbon as a matrix has higher strength and elasticity than ordinary carbon materials, and is excellent in heat resistance and corrosion resistance. In the field of aerospace equipment, it is used as a material for the leading edge of flying objects, rocket nozzles, and brakes for aircraft, as a material for turbine blades for gas turbine engines and brakes for high-speed vehicles, and also for various chemical devices and non-chemical devices. It is also used as a material for pollution dissolution equipment.
【０００３】このようなＣ／Ｃ複合材を構成する炭素繊
維としては、ＰＡＮ系繊維，ピッチ系繊維，レーヨン系
繊維などが使用され、マトリックスとなる炭素として
は、ピッチのほか、フェノール樹脂，エポキシ樹脂，フ
ラン樹脂，イミド樹脂などの熱硬化性樹脂を炭化処理な
いしは炭化処理および黒鉛化処理したものが使用されて
いる。[0003] As the carbon fibers constituting such a C / C composite material, PAN-based fibers, pitch-based fibers, rayon-based fibers, and the like are used. A thermosetting resin such as a resin, a furan resin, and an imide resin is carbonized or carbonized and graphitized.
【０００４】従来、この種のＣ／Ｃ複合材を製造するに
際しては、図１０に示すように、炭素繊維として、高強
度（ＨＴ）品とする場合には例えばＰＡＮ系の炭素繊維
を使用し、高弾性（ＨＭ）品とする場合には例えばピッ
チ系の炭素繊維を使用し、この炭素繊維にマトリックス
材として、ピッチや、熱硬化性樹脂である例えばフェノ
ール樹脂を含浸させることによってプリプレグシートを
得たのちこのプリプレグシートを積層するようにしてい
た。Conventionally, when manufacturing this kind of C / C composite material, as shown in FIG. 10, when a high-strength (HT) product is used, for example, PAN-based carbon fiber is used. When a high elasticity (HM) product is used, for example, pitch-based carbon fiber is used, and the carbon fiber is impregnated with a pitch or a thermosetting resin such as a phenol resin as a matrix material to form a prepreg sheet. After that, the prepreg sheets were laminated.
【０００５】次いで、この積層したプリプレグシートを
例えば５００〜９００℃程度の温度で焼成することによ
って炭化処理し、場合によってはさらに２０００〜３０
００℃程度の温度で焼成することによって黒鉛化処理
し、さらに場合によっては緻密化して密度をさらに向上
させるために、ピッチ含浸と、ＨＩＰ（熱間等方圧圧
縮；圧力１０００ｋｇｆ／ｃｍ２程度、温度６００〜７
００℃程度）による高圧炭化処理と、さらには２０００
〜３０００℃程度の温度での黒鉛化処理を適宜繰返すこ
とによってＣ／Ｃ複合材を得るようにしていた。[0005] Next, the laminated prepreg sheet is carbonized by firing at a temperature of, for example, about 500 to 900 ° C.
Pitch impregnation and HIP (hot isostatic pressing; pressure of about 1000 kgf / cm 2) are carried out to graphitize by firing at a temperature of about 00 ° C. and to further increase density by further densification in some cases. Temperature 600-7
(Approximately 00 ° C.)
The C / C composite material was obtained by appropriately repeating the graphitization treatment at a temperature of about 3000 ° C.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】このようにして製造さ
れたＣ／Ｃ複合材は、前述したように、軽量でかつ耐熱
・耐食性に著しく優れ、るつぼとして使用した場合の非
汚染溶解にも適したものであるが、それでもなお、従来
よりもさらに破壊応力（曲げ強度や層間剪断強度など）
が大であって耐久性により一層優れたＣ／Ｃ複合材の開
発が望まれているという課題があった。As described above, the C / C composite material manufactured as described above is lightweight, has remarkably excellent heat and corrosion resistance, and is suitable for non-staining dissolution when used as a crucible. Nevertheless, the fracture stress (bending strength, interlaminar shear strength, etc.) is still higher than before.
However, there has been a problem that development of a C / C composite material having a large durability and more excellent durability has been desired.
【０００７】[0007]
【発明の目的】本発明は、このような従来の課題にかん
がみてなされたものであって、曲げ強度や層間剪断強度
などの強度特性が従来以上にさらに向上したものとな
り、破壊応力をより一層増大させたものとすることがで
き、耐久性により一層優れたＣ／Ｃ複合材を提供できる
ようにすることを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such conventional problems, and has improved strength characteristics such as bending strength and interlaminar shear strength more than before, thereby further reducing fracture stress. It is an object of the present invention to provide a C / C composite material which can be increased and has more excellent durability.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明に係わるＣ／Ｃ複
合材は、請求項１に記載しているように、内部に炭素繊
維が配向しかつ炭化ないしは黒鉛化した炭素質マトリッ
クスが積層した構造を有し、前記炭素質マトリックス同
士の積層界面部分に炭素質フィラー材が介在している構
成としたことを特徴としている。The C / C composite material according to the present invention has a laminated carbonaceous matrix in which carbon fibers are oriented and carbonized or graphitized, as described in claim 1. It has a structure in which a carbonaceous filler material is interposed at a layered interface between the carbonaceous matrices.
【０００９】そして、本発明に係わるＣ／Ｃ複合材の実
施態様においては、請求項２に記載しているように、炭
素繊維の繊維体積率が全体の４０〜７０体積％であるも
のとすることができ、また、請求項３に記載しているよ
うに、炭素質フィラー材はカーボンブラック，コロイダ
ルグラファイトのうちから選ばれるものとすることがで
き、請求項４に記載しているように、炭素質フィラー材
は粒径が０．０１〜２．０μｍの範囲内にあるものとす
ることができ、請求項５に記載しているように、炭素質
マトリックス同士の積層界面部分における炭素質フィラ
ー材の介在量が１〜２０重量％であるものとすることが
できる。[0009] In the embodiment of the C / C composite material according to the present invention, as described in claim 2, the fiber volume ratio of the carbon fibers is 40 to 70% by volume. In addition, as described in claim 3, the carbonaceous filler material can be selected from carbon black and colloidal graphite, and as described in claim 4, The carbonaceous filler material may have a particle size in a range of 0.01 to 2.0 μm, and as described in claim 5, a carbonaceous filler at a lamination interface between carbonaceous matrices. The intervening amount of the material can be 1 to 20% by weight.
【００１０】同じく、本発明に係わるＣ／Ｃ複合材の実
施態様においては、請求項６に記載しているように、る
つぼ形状をなすものとすることができる。[0010] Similarly, in an embodiment of the C / C composite material according to the present invention, the C / C composite material may have a crucible shape.
【００１１】本発明に係わるＣ／Ｃ複合材の製造方法
は、請求項７に記載しているように、内部に炭素繊維が
配向しかつ炭化ないしは黒鉛化した炭素質マトリックス
が積層した構造を有し、前記炭素質マトリックス同士の
積層界面部分に炭素質フィラー材が介在しているＣ／Ｃ
複合材を製造するに際し、炭素繊維と炭素質マトリック
ス材とでプリプレグシートを形成したのち、前記プリプ
レグシートに炭素質フィラー材を付着させ、前記フィラ
ー材を付着したプリプレグシートを積層して、炭化処理
ないしは炭化処理および黒鉛化処理を施すようにしたこ
とを特徴としている。The method for producing a C / C composite material according to the present invention has a structure in which a carbonaceous matrix in which carbon fibers are oriented and carbonized or graphitized is laminated as described in claim 7. And C / C in which a carbonaceous filler material is interposed at a layer interface between the carbonaceous matrices.
In producing a composite material, after forming a prepreg sheet with carbon fibers and a carbonaceous matrix material, a carbonaceous filler material is attached to the prepreg sheet, and the prepreg sheet to which the filler material is attached is laminated and carbonized. Or a carbonization treatment and a graphitization treatment.
【００１２】そして、本発明に係わるＣ／Ｃ複合材の製
造方法の実施態様においては、請求項８に記載している
ように、炭素質フィラー材はカーボンブラック粒子，コ
ロイダルグラファイト粒子のうちから選ばれるものとす
ることができ、請求項９に記載しているように、炭素質
フィラー材は粒径が０．０１〜２．０μｍの範囲内のも
のであるようになすことができ、請求項１０に記載して
いるように、炭素質マトリックス材はピッチからなるも
のとすることができ、請求項１１に記載しているよう
に、炭素質マトリックス材は熱硬化性樹脂からなるもの
とすることができる。In a preferred embodiment of the method for producing a C / C composite material according to the present invention, the carbonaceous filler material is selected from carbon black particles and colloidal graphite particles. The carbonaceous filler material may have a particle size in the range of 0.01 to 2.0 μm, as described in claim 9. According to a tenth aspect, the carbonaceous matrix material may be composed of a pitch, and as described in the eleventh aspect, the carbonaceous matrix material may be composed of a thermosetting resin. Can be.
【００１３】同じく、本発明に係わるＣ／Ｃ複合材の製
造方法の実施態様においては、請求項１２に記載してい
るように、ピッチ含浸と高圧炭化処理と黒鉛化処理を繰
返し施してさらに緻密化するようになすことができる。[0013] Similarly, in an embodiment of the method of manufacturing a C / C composite material according to the present invention, as described in claim 12, pitch impregnation, high pressure carbonization, and graphitization are repeatedly performed to further densify. It can be made to be.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】図１は本発明によるＣ／Ｃ複合材
の模型的拡大断面構造を示すものであって、このＣ／Ｃ
複合材１は、内部に炭素繊維２が配向しかつ炭化ないし
は黒鉛化した炭素質マトリックス３が積層した構造を有
し、前記炭素質マトリックス３同士の積層界面部分４に
炭素質フィラー材５が介在している構造を有するもので
ある。FIG. 1 shows a schematic enlarged sectional structure of a C / C composite material according to the present invention.
The composite material 1 has a structure in which carbon fibers 2 in which carbon fibers 2 are oriented and carbonized or graphitized are laminated, and a carbonaceous filler material 5 is interposed at a lamination interface 4 between the carbonaceous matrices 3. It has a structure which has.
【００１５】このような構造を有する本発明によるＣ／
Ｃ複合材１を製造するに際しては、図２に示すように、
まず、炭素繊維とマトリックス材とでプリプレグシート
を成形する。According to the present invention, the C /
When manufacturing the C composite material 1, as shown in FIG.
First, a prepreg sheet is formed from carbon fibers and a matrix material.
【００１６】この場合、炭素繊維（ＣＦ）としては、高
強度（ＨＴ）のＣ／Ｃ複合材を得る場合には例えばＰＡ
Ｎ系（ポリアクリロニトリル系）のものを使用し、高弾
性（ＨＭ）のＣ／Ｃ複合材を得る場合には例えばピッチ
系のものを用いることができる。In this case, in order to obtain a high-strength (HT) C / C composite material, for example, PA is used as the carbon fiber (CF).
When an N-based (polyacrylonitrile-based) material is used to obtain a high elasticity (HM) C / C composite material, for example, a pitch-based material can be used.
【００１７】そして、この炭素繊維は、Ｃ／Ｃ複合材中
に４０〜７０体積％の配合量となるようにすることがよ
り望ましく、繊維量が４０体積％よりも少ないと高強度
ないしは高弾性のＣ／Ｃ複合材を得がたい傾向となり、
７０体積％よりも多いとマトリックスである炭素の特性
を得がたい傾向となる。It is more desirable that the carbon fiber be contained in the C / C composite material in an amount of 40 to 70% by volume. If the fiber amount is less than 40% by volume, high strength or high elasticity is obtained. It is difficult to obtain C / C composite material of
If it is more than 70% by volume, it tends to be difficult to obtain the characteristics of carbon as a matrix.
【００１８】また、炭素質マトリックス材としては、ピ
ッチや、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂，エポキシ
樹脂，フラン樹脂，イミド樹脂などを用いることができ
る。As the carbonaceous matrix material, pitch and thermosetting resins such as phenolic resin, epoxy resin, furan resin and imide resin can be used.
【００１９】そして、プリプレグシートを成形したの
ち、このプリプレグシートに炭素質フィラー材を塗布し
て付着させる。この場合、炭素質フィラー材を適宜の溶
媒に分散させたものをプリプレグシートに塗布して付着
させるようになすことができる。After forming the prepreg sheet, a carbonaceous filler material is applied to the prepreg sheet and adhered thereto. In this case, a material obtained by dispersing the carbonaceous filler material in an appropriate solvent can be applied to and adhered to the prepreg sheet.
【００２０】この場合、炭素質フィラー材としては、カ
ーボンブラック粒子やコロイダルグラファイト粒子など
を用いることができ、このような炭素質フィラー材の付
着量としては炭化ないしは黒鉛化後における炭素質マト
リックス同士の積層界面部分において炭素質フィラー材
が１〜２０重量％分散する量とすることがより望まし
い。ここで、炭化ないしは黒鉛化した炭素質マトリック
ス同士の積層界面部分で分散する炭素質フィラー材の分
散量が１重量％よりも少ないと、Ｃ／Ｃ複合材の炭素質
マトリックス同士の積層界面部分での曲げ強度や層間剪
断強度を向上させる作用が少なく、２０重量％よりも多
いと炭素質マトリックス同士の積層界面部分での引張強
度や靭性などの特性が低下する傾向となる。In this case, as the carbonaceous filler material, carbon black particles and colloidal graphite particles can be used, and the amount of such carbonaceous filler material to be attached to the carbonaceous matrix after carbonization or graphitization is determined. It is more preferable that the amount is such that the carbonaceous filler material is dispersed at 1 to 20% by weight at the laminated interface portion. Here, when the dispersion amount of the carbonaceous filler material dispersed at the lamination interface between the carbonized or graphitized carbonaceous matrices is less than 1% by weight, the lamination interface between the carbonaceous matrices of the C / C composite material is reduced. The effect of improving the bending strength and the interlaminar shear strength is small, and if it is more than 20% by weight, properties such as tensile strength and toughness at the lamination interface between the carbonaceous matrices tend to decrease.
【００２１】また、炭素質フィラー材の粒径としては
０．０１〜２．０μｍ程度のものを用いることがより望
ましく、粒径を０．０１μｍよりも小さいものとするこ
とは製造性を低下させる傾向となり、２．０μｍよりも
大きいものとすることは炭素質マトリックス同士の積層
界面部分での強度および靭性を低下させる傾向となる。It is more desirable to use a carbonaceous filler material having a particle size of about 0.01 to 2.0 μm. Making the particle size smaller than 0.01 μm lowers the productivity. When the thickness is larger than 2.0 μm, the strength and the toughness at the lamination interface between the carbonaceous matrices tend to decrease.
【００２２】次に、上記のごとくしてプリプレグシート
の積層体を得たのちは、例えば５００〜９００℃程度の
温度で炭化処理を行い、場合によってはさらに２０００
〜３０００℃程度の温度で焼成することによって黒鉛化
処理を行う。Next, after obtaining a laminate of prepreg sheets as described above, carbonization is performed at a temperature of, for example, about 500 to 900 ° C.
Graphitization is performed by firing at a temperature of about 3000 ° C.
【００２３】そして、さらに緻密化して密度をより一層
向上させるようにする場合には、ピッチ含浸とＨＩＰ
（熱間等方圧圧縮；圧力１０００ｋｇｆ／ｃｍ２程度、
温度６００〜７００℃程度）による高圧炭化処理を行
い、次いで２０００〜３０００℃程度の温度で焼成する
ことによって黒鉛化処理を行い、必要に応じてこのよう
な緻密化工程を繰返えし施すことによって高密度化した
Ｃ／Ｃ複合材を得る。To further increase the density by further densification, pitch impregnation and HIP
(Hot isostatic compression; pressure about 1000 kgf / cm 2 ,
High temperature carbonization treatment at a temperature of about 600 to 700 ° C.), and then graphitization treatment by firing at a temperature of about 2000 to 3000 ° C., and repeating such a densification step as necessary. To obtain a C / C composite material having a high density.
【００２４】このようにして得たＣ／Ｃ複合材は、従来
と同様に、軽量でかつ耐熱・耐食性に著しく優れたもの
であるが、それに加えて、炭素質マトリックス同士の積
層界面部分に炭素質フィラー粒子が混入されて分散して
いるものとなっていることから、積層界面部分における
炭素質マトリックスの組織がより一層微細化されたもの
となり、その結果、破壊過程での亀裂進展が炭素質マト
リックス同士の積層界面部分で分散されることとなって
破壊応力が上昇し、積層界面部分での曲げ強度や層間剪
断強度がより一層向上した耐久性に著しく優れたＣ／Ｃ
複合材となる。The C / C composite material obtained in this way is lightweight and extremely excellent in heat resistance and corrosion resistance, as in the prior art. Filler particles are mixed and dispersed, the structure of the carbonaceous matrix at the lamination interface is further refined, and as a result, the crack growth during the fracture process Dispersed at the lamination interface between the matrices, the fracture stress increases, and the bending strength and interlaminar shear strength at the lamination interface are further improved.
It becomes a composite material.
【００２５】[0025]
【発明の効果】本発明によるＣ／Ｃ複合材は、内部に炭
素繊維が配向しかつ炭化ないしは黒鉛化した炭素質マト
リックスが積層した構造を有し、前記炭素質マトリック
ス同士の積層界面部分に炭素質フィラー材が介在させて
なるものであるから、炭素質マトリックス同士の積層界
面部分における曲げ強度や層間剪断強度などの特性がさ
らに向上したものとなり、破壊応力をより一層増大させ
たものとすることが可能であって、耐久性により一層優
れたＣ／Ｃ複合材を提供することが可能であるという著
大なる効果がもたらされる。The C / C composite material according to the present invention has a structure in which carbon fibers are oriented and carbonized or graphitized carbonaceous matrices are laminated inside, and the carbonaceous matrix has carbon Characteristics such as bending strength and interlaminar shear strength at the lamination interface between the carbonaceous matrices are further improved, and the fracture stress is further increased. And a remarkable effect that it is possible to provide a C / C composite material having more excellent durability.
【００２６】そして、請求項２に記載しているように、
炭素繊維の繊維体積率が全体の４０〜７０体積％である
ものとすることによって、炭素繊維がもつ高強度ないし
は高弾性特性を十分に活かしたＣ／Ｃ複合材を提供する
ことが可能であるという優れた効果がもたらされる。And, as described in claim 2,
By setting the fiber volume ratio of the carbon fibers to 40 to 70% by volume, it is possible to provide a C / C composite material that fully utilizes the high strength or high elasticity characteristics of the carbon fibers. This is an excellent effect.
【００２７】また、請求項３に記載しているように、炭
素質フィラー材はカーボンブラック，コロイダルグラフ
ァイトのうちから選ばれるものとすることによって、炭
素質マトリックス同士の積層界面部分での破壊応力を増
大したものとすることが可能となり、請求項４に記載し
ているように、炭素質フィラー材は粒径が０．０１〜
２．０μｍの範囲内にあるものとすることによって、製
造性を低下させることなく炭素質マトリックス同士の積
層界面部分での曲げ強度および層間剪断強度を増大させ
ることが可能であるという著しく優れた効果がもたらさ
れる。Further, as described in claim 3, the carbonaceous filler material is selected from carbon black and colloidal graphite, so that the fracture stress at the lamination interface between the carbonaceous matrices is reduced. As described in claim 4, the particle size of the carbonaceous filler material is 0.01 to
By setting the average particle diameter in the range of 2.0 μm, it is possible to increase the bending strength and the interlaminar shear strength at the lamination interface between the carbonaceous matrices without lowering the manufacturability. Is brought.
【００２８】さらに、請求項５に記載しているように、
炭素質マトリックス同士の積層界面部分における炭素質
フィラー材の含有量が１〜２０重量％であるものとする
ことによって、炭素質マトリックス同士の積層界面部分
における引張強度や靭性を低下させることなく破壊応力
を増大させることが可能であるという著しく優れた効果
がもたらされる。Further, as described in claim 5,
By setting the content of the carbonaceous filler material in the lamination interface between the carbonaceous matrices to be 1 to 20% by weight, the fracture stress without lowering the tensile strength and toughness in the lamination interface between the carbonaceous matrices is reduced. Is significantly improved.
【００２９】さらに、請求項６に記載しているように、
るつぼ形状をなすものとすることによって、高純度材料
の非汚染溶解に適するるつぼとなすことができるという
著しく優れた効果がもたらされる。Further, as described in claim 6,
By having a crucible shape, a remarkably excellent effect that a crucible suitable for non-contamination dissolution of a high-purity material can be obtained is obtained.
【００３０】本発明に係わるＣ／Ｃ複合材の製造方法
は、内部に炭素繊維が配向しかつ炭化ないしは黒鉛化し
た炭素質マトリックスが積層した構造を有し、前記炭素
質マトリックス同士の積層界面部分に炭素質フィラー材
が介在しているＣ／Ｃ複合材を製造するに際し、炭素繊
維と炭素質マトリックス材とでプリプレグシートを形成
したのち、前記プリプレグシートに炭素質フィラー材を
付着させ、前記フィラー材を付着したプリプレグシート
を積層して、炭化処理ないしは炭化処理および黒鉛化処
理を施すようにしたから、炭素質マトリックス同士の積
層界面部分における曲げ強度や層間剪断強度をより一層
向上させたものとし、破壊応力をより一層増大させたも
のとして、耐久性により優れたＣ／Ｃ複合材を製造する
ことが可能であるという著しく優れた効果がもたらされ
る。The method for producing a C / C composite material according to the present invention has a structure in which carbon fibers are oriented and carbonized or graphitized carbonaceous matrices are laminated inside, and a lamination interface between the carbonaceous matrices is provided. In producing a C / C composite material in which a carbonaceous filler material is interposed, a prepreg sheet is formed from carbon fibers and a carbonaceous matrix material, and then a carbonaceous filler material is adhered to the prepreg sheet. Since the prepreg sheets to which the material has been attached are laminated and subjected to carbonization or carbonization and graphitization, the bending strength and interlayer shear strength at the lamination interface between the carbonaceous matrices should be further improved. As a result, it is possible to manufacture a C / C composite material having a higher durability and a more excellent durability. Cormorants leads to significantly better effect.
【００３１】そして、請求項８に記載しているように、
炭素質フィラー材はカーボンブラック粒子，コロイダル
グラファイト粒子のうちから選ばれるものとすることに
よって、炭素質マトリックス同士の積層界面部分におけ
る破壊応力が増大したＣ／Ｃ複合材を製造することが可
能であり、請求項９に記載しているように、炭素質フィ
ラー材は粒径が０．０１〜２．０μｍの範囲内のもので
あるようになすことによって、製造性を低下させること
なく炭素質マトリックス同士の積層界面部分における曲
げ強度および層間剪断強度を増大させたＣ／Ｃ複合材を
製造することが可能であるという著しく優れた効果がも
たらされる。And, as described in claim 8,
By making the carbonaceous filler material selected from carbon black particles and colloidal graphite particles, it is possible to produce a C / C composite material in which the fracture stress at the lamination interface between the carbonaceous matrices is increased. As described in claim 9, the carbonaceous filler material has a particle size in the range of 0.01 to 2.0 μm, so that the carbonaceous matrix can be produced without lowering the productivity. A remarkably excellent effect that it is possible to produce a C / C composite material in which the bending strength and the interlaminar shear strength at the lamination interface between them are increased.
【００３２】また、請求項１０に記載しているように、
炭素質マトリックス材はピッチからなるものとすること
によって、ＦＲＰ状態を経ることなくＣ／Ｃ複合材の製
造を行うことが可能となり、請求項１１に記載している
ように、炭素質マトリックス材は熱硬化性樹脂からなる
ものとすることによって、耐熱・耐食性に著しく優れた
Ｃ／Ｃ複合材を製造することが可能であるという著しく
優れた効果がもたらされる。Also, as described in claim 10,
By making the carbonaceous matrix material consist of pitch, it becomes possible to produce a C / C composite material without going through the FRP state, and as described in claim 11, the carbonaceous matrix material is By using a thermosetting resin, a remarkably excellent effect that a C / C composite material having remarkably excellent heat resistance and corrosion resistance can be produced can be obtained.
【００３３】さらに、請求項１２に記載しているよう
に、ピッチ含浸と高圧炭化処理と黒鉛化処理を繰返し施
してさらに緻密化するようになすことによって、強度が
より一層増大したＣ／Ｃ複合材を製造することが可能で
あるという著しく優れた効果がもたらされる。Further, as described in claim 12, the pitch impregnation, the high pressure carbonization treatment and the graphitization treatment are repeatedly performed to further densify the C / C composite, whereby the strength is further increased. A remarkable advantage is that the material can be produced.
【００３４】[0034]
【実施例】実施例１ 炭素繊維として高弾性炭素繊維（東レ（株）製 商品記
号：Ｍ４０）を使用すると共に炭素質マトリックス材と
して熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂を使用してプリ
プレグシートを作製した。 EXAMPLE 1 A prepreg sheet was prepared by using a highly elastic carbon fiber (M40, manufactured by Toray Industries, Inc.) as a carbon fiber and using a phenol resin which is a thermosetting resin as a carbonaceous matrix material. did.
【００３５】次いで、水１００重量部と、カーボンブラ
ック粒子１５重量部と、分散剤２重量部と、固定剤３重
量部を配合したカーボンブラック粒子分散液を調製した
のち、前記プリプレグシートに上記カーボンブラック粒
子分散液を塗布することによって、プリプレグシートに
炭素質フィラー材としてのカーボンブラック粒子を付着
させ、このようにして炭素フィラー材であるカーボンブ
ラック粒子を付着したプリプレグシートを１４層積層し
た。このとき、炭素繊維の方向は０°方向と９０°方向
が交互となるように積層した。Next, a carbon black particle dispersion was prepared by mixing 100 parts by weight of water, 15 parts by weight of carbon black particles, 2 parts by weight of a dispersant, and 3 parts by weight of a fixing agent. By applying the black particle dispersion, carbon black particles as a carbonaceous filler material were adhered to the prepreg sheet, and 14 layers of the prepreg sheets thus adhered with the carbon black particles as the carbon filler material were laminated. At this time, the carbon fibers were laminated so that the directions of 0 ° and 90 ° were alternated.
【００３６】続いて、上記のプリプレグシート積層体に
対して温度７００℃で炭化処理を行い、さらに温度２５
００℃で黒鉛化処理を行った。Subsequently, the above prepreg sheet laminate was carbonized at a temperature of 700.degree.
Graphitization was performed at 00 ° C.
【００３７】さらに、より一層緻密化して密度を向上さ
せるために、ピッチ含浸と、圧力１０００ｋｇｆ／ｃｍ
２，温度６５０℃での高圧炭化処理と、温度２５００℃
での黒鉛化処理を３回繰返し行って本発明実施例１のＣ
／Ｃ複合材を得た。In order to further increase the density by further densification, pitch impregnation and pressure of 1000 kgf / cm
2. High pressure carbonization at 650 ° C and 2500 ° C
The graphitization treatment was repeated three times to obtain C in Example 1 of the present invention.
/ C composite material was obtained.
【００３８】実施例２ 炭素繊維として高弾性炭素繊維（東レ（株）製 商品記
号：Ｍ４０）を使用すると共に炭素質マトリックス材と
して熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂を使用してプリ
プレグシートを作製した。 Example 2 A prepreg sheet was prepared by using a highly elastic carbon fiber (M40, manufactured by Toray Industries, Inc.) as the carbon fiber and using a phenol resin which is a thermosetting resin as the carbonaceous matrix material. .
【００３９】次いで、水１００重量部と、コロイダルグ
ラファイト粒子１５重量部と、分散剤２重量部と、固定
剤３重量部を配合したコロイダルグラファイト粒子分散
液を調製したのち、前記プリプレグシートに上記コロイ
ダルグラファイト粒子分散液を塗布することによって、
プリプレグシートに炭素質フィラー材としてのコロイダ
ルグラファイト粒子を付着させ、このようにして炭素フ
ィラー材であるコロイダルグラファイト粒子を付着した
プリプレグシートを１４層積層した。このとき、炭素繊
維の方向は０°方向と９０°方向が交互となるように積
層した。Next, a colloidal graphite particle dispersion liquid prepared by mixing 100 parts by weight of water, 15 parts by weight of colloidal graphite particles, 2 parts by weight of a dispersant, and 3 parts by weight of a fixing agent was prepared. By applying the graphite particle dispersion,
Colloidal graphite particles as a carbonaceous filler material were attached to the prepreg sheet, and 14 layers of prepreg sheets thus attached with the colloidal graphite particles as the carbon filler material were laminated. At this time, the carbon fibers were laminated so that the directions of 0 ° and 90 ° were alternated.
【００４０】続いて、上記のプリプレグシート積層体に
対して温度７００℃で炭化処理を行い、さらに温度２５
００℃で黒鉛化処理を行った。Subsequently, the above prepreg sheet laminate was carbonized at a temperature of 700 ° C.
Graphitization was performed at 00 ° C.
【００４１】さらに、より一層緻密化して密度を向上さ
せるために、ピッチ含浸と、圧力１０００ｋｇｆ／ｃｍ
２，温度６５０℃での高圧炭化処理と、温度２５００℃
での黒鉛化処理を３回繰返し行って本発明実施例２のＣ
／Ｃ複合材を得た。Further, in order to further densify and improve the density, pitch impregnation and pressure of 1000 kgf / cm
2. High pressure carbonization at 650 ° C and 2500 ° C
The graphitization treatment in Example 2 was repeated three times to obtain C of Example 2 of the present invention.
/ C composite material was obtained.
【００４２】評価試験 ◎ 実施例１，２で得たＣ／Ｃ複合材と炭素質フィラー
材を積層界面部分に介在させない従来例のＣ／Ｃ複合材
について、見かけ密度をアルキメデス法により測定した
ところ、図３に示す結果であった。 Evaluation Test ◎ The apparent density of the C / C composite material obtained in Examples 1 and 2 was measured by the Archimedes method for the conventional C / C composite material in which the carbonaceous filler material was not interposed at the lamination interface. And the results shown in FIG.
【００４３】図３に示すように、炭素質フィラー材の介
在量によってＣ／Ｃ複合材の見かけ密度はほとんど変化
しないものとなっていた。As shown in FIG. 3, the apparent density of the C / C composite material was hardly changed by the intervening amount of the carbonaceous filler material.
【００４４】◎ 実施例１，２で得たＣ／Ｃ複合材と炭
素質フィラー材を介在させない従来例のＣ／Ｃ複合材に
ついて、図４に示す形状の曲げ試験片１１を用い、この
曲げ試験片１１を左右の支点１２Ａ，１２Ｂで支えた状
態にして圧子１３で加圧する曲げ試験を行ったところ、
図５に示す結果であった。With respect to the C / C composite material obtained in Examples 1 and 2 and the conventional C / C composite material in which no carbonaceous filler material was interposed, a bending test piece 11 having the shape shown in FIG. When a bending test was performed in which the test piece 11 was supported by the left and right fulcrums 12A and 12B and pressed by the indenter 13,
The result was as shown in FIG.
【００４５】図５に示すように、炭素質フィラー材を介
在させることによって炭素質マトリックス同士の積層界
面部分の曲げ強度が増大することが確かめられ、カーボ
ンブラック粒子の場合には３〜１０重量％でより大きな
曲げ強度を得ることができ、コロイダルグラファイト粒
子の場合には１０〜２０重量％程度でより大きな曲げ強
度を得ることができることが認められた。As shown in FIG. 5, it was confirmed that the presence of the carbonaceous filler material increased the flexural strength at the interface between the carbonaceous matrices, and 3-10% by weight in the case of carbon black particles. , It was recognized that greater bending strength could be obtained with colloidal graphite particles at about 10 to 20% by weight.
【００４６】◎ 実施例１，２で得たＣ／Ｃ複合材と炭
素質フィラー材を介在させない従来例のＣ／Ｃ複合材に
ついて、図６に示す層間剪断試験片１４を用い、この層
間剪断試験片１４を左右の支点１５Ａ，１５Ｂで支えた
状態にして圧子１６で加圧する層間剪断試験を行ったと
ころ、図７に示す結果であった。With respect to the C / C composite material obtained in Examples 1 and 2 and the conventional C / C composite material in which no carbonaceous filler material was interposed, an interlayer shear test piece 14 shown in FIG. When the test piece 14 was supported by the left and right fulcrums 15A and 15B, an interlayer shear test in which the test piece 14 was pressed by the indenter 16 was performed, and the results are shown in FIG.
【００４７】図７に示すように、炭素質フィラー材の介
在量を増大することによってＣ／Ｃ複合材の炭素質マト
リックス同士の積層界面部分での層間剪断強度をかなり
向上できることが認められた。As shown in FIG. 7, it was recognized that the interlaminar shear strength at the interface between the carbonaceous matrices of the C / C composite material could be considerably improved by increasing the amount of the carbonaceous filler material.
【００４８】◎ 実施例１，２で得たＣ／Ｃ複合材と炭
素質フィラー材を介在させない従来例のＣ／Ｃ複合材に
ついて、図８に示す形状の引張試験片１７を用いること
によって、引張試験を行ったところ、図９に示す結果で
あった。With respect to the C / C composite material obtained in Examples 1 and 2 and the conventional C / C composite material without the carbonaceous filler material interposed therebetween, the tensile test piece 17 having the shape shown in FIG. When a tensile test was performed, the results were as shown in FIG.
【００４９】図９に示すように、炭素質フィラー材を介
在させることによって炭素質マトリックス同士の積層界
面部分での引張強度が低下する傾向もみられ、したがっ
て、他の部材・部位との引張強度バランスを取る際に炭
素質フィラー材の介在量を調整する手法を採用すること
も可能であることが確かめられた。As shown in FIG. 9, the tensile strength at the lamination interface between the carbonaceous matrices tends to be reduced by interposing the carbonaceous filler material, and therefore, the tensile strength balance with other members / parts is observed. It has been confirmed that it is also possible to adopt a method of adjusting the amount of the carbonaceous filler material when removing the carbonaceous material.
【図１】 本発明の一実施例によるＣ／Ｃ複合材の断面
構造を模型的に示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a cross-sectional structure of a C / C composite material according to an embodiment of the present invention.
【図２】 本発明によるＣ／Ｃ複合材の製造工程を例示
する説明図である。FIG. 2 is an explanatory view illustrating a production process of a C / C composite material according to the present invention.
【図３】 本発明の実施例において炭素質マトリックス
同士の積層界面部分における炭素質フィラー材の介在量
による見かけ密度（かさ密度）および気孔率への影響を
調べた結果を例示するグラフである。FIG. 3 is a graph illustrating the results of examining the effects on the apparent density (bulk density) and porosity due to the intervening amount of carbonaceous filler material at the layered interface between carbonaceous matrices in Examples of the present invention.
【図４】 本発明の評価試験において用いた曲げ試験片
および曲げ試験要領の正面説明図（図４の（Ａ））なら
びに曲げ試験片の側面説明図（図４の（Ｂ））である。FIG. 4 is an explanatory front view of the bending test piece and the procedure of the bending test used in the evaluation test of the present invention (FIG. 4A) and a side explanatory view of the bending test piece (FIG. 4B).
【図５】 本発明の実施例において炭素質マトリックス
同士の積層界面部分における炭素質フィラー材の介在量
による曲げ強度への影響を調べた結果を例示するグラフ
である。FIG. 5 is a graph illustrating the result of examining the effect on the bending strength due to the intervening amount of the carbonaceous filler material at the lamination interface between the carbonaceous matrices in the example of the present invention.
【図６】 本発明の評価試験において用いた層間剪断試
験片および層間剪断試験要領の正面説明図（図６の
（Ａ））ならびに層間剪試験片の側面説明図（図６の
（Ｂ））である。6 is an explanatory front view of the interlaminar shear test piece and the procedure of the interlaminar shear test used in the evaluation test of the present invention (FIG. 6A) and an explanatory side view of the interlaminar shear test piece (FIG. 6B). It is.
【図７】 本発明の実施例において炭素質マトリックス
同士の積層界面部分における炭素質フィラー材の介在量
による層間剪断強度への影響を調べた結果を例示するグ
ラフである。FIG. 7 is a graph illustrating the result of examining the effect on the interlaminar shear strength due to the intervening amount of the carbonaceous filler material at the interface between the carbonaceous matrices in the embodiment of the present invention.
【図８】 本発明の評価試験において用いた引張試験片
の平面説明図である。FIG. 8 is an explanatory plan view of a tensile test piece used in the evaluation test of the present invention.
【図９】 本発明の実施例において炭素質マトリックス
同士の積層界面部分における炭素質フィラー材の介在量
による引張強度への影響を調べた結果を例示するグラフ
である。FIG. 9 is a graph illustrating the result of examining the effect on the tensile strength due to the intervening amount of the carbonaceous filler material at the interface between the carbonaceous matrices in the embodiment of the present invention.
【図１０】 従来例におけるＣ／Ｃ複合材の製造工程を
例示する説明図である。FIG. 10 is an explanatory view illustrating a manufacturing process of a C / C composite material in a conventional example.
１ Ｃ／Ｃ複合材 ２ 炭素繊維（束） ３ 炭素質マトリックス ４ 炭素質マトリックス同士の積層界面部分 ５ 炭素質フィラー材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 C / C composite material 2 Carbon fiber (bundle) 3 Carbonaceous matrix 4 Laminated interface part between carbonaceous matrices 5 Carbonaceous filler material
Claims (12)
は黒鉛化した炭素質マトリックスが積層した構造を有
し、前記炭素質マトリックス同士の積層界面部分に炭素
質フィラー材が介在していることを特徴とするＣ／Ｃ複
合材。Claims 1. A carbonaceous matrix in which carbon fibers are oriented and carbonized or graphitized are laminated, and a carbonaceous filler material is interposed at a lamination interface between the carbonaceous matrices. Characteristic C / C composite.
０体積％である請求項１に記載のＣ／Ｃ複合材。2. The carbon fiber has a fiber volume ratio of 40 to 7 as a whole.
The C / C composite material according to claim 1, which is 0% by volume.
コロイダルグラファイトのうちから選ばれる請求項１ま
たは２に記載のＣ／Ｃ複合材。3. The carbonaceous filler material is carbon black,
The C / C composite material according to claim 1 or 2, which is selected from colloidal graphite.
２．０μｍの範囲内にある請求項１ないし３のいずれか
に記載のＣ／Ｃ複合材。4. The carbonaceous filler material has a particle size of 0.01 to 0.01.
The C / C composite material according to any one of claims 1 to 3, which is in a range of 2.0 µm.
における炭素質フィラー材の介在量が１〜２０重量％で
ある請求項１ないし４のいずれかに記載のＣ／Ｃ複合
材。5. The C / C composite material according to claim 1, wherein an intervening amount of the carbonaceous filler material at a lamination interface between the carbonaceous matrices is 1 to 20% by weight.
ずれかに記載のＣ／Ｃ複合材。6. The C / C composite material according to claim 1, wherein the C / C composite material has a crucible shape.
は黒鉛化した炭素質マトリックスが積層した構造を有
し、前記炭素質マトリックス同士の積層界面部分に炭素
質フィラー材が介在しているＣ／Ｃ複合材を製造するに
際し、炭素繊維と炭素質マトリックス材とでプリプレグ
シートを形成したのち、前記プリプレグシートに炭素質
フィラー材を付着させ、前記フィラー材を付着したプリ
プレグシートを積層して、炭化処理ないしは炭化処理お
よび黒鉛化処理を施すことを特徴とするＣ／Ｃ複合材の
製造方法。7. A carbon / carbon matrix in which carbon fibers are oriented and carbonized or graphitized are laminated, and a carbonaceous filler material is interposed at a lamination interface between the carbonaceous matrices. In producing the C composite material, after forming a prepreg sheet with carbon fibers and a carbonaceous matrix material, a carbonaceous filler material is attached to the prepreg sheet, and the prepreg sheet to which the filler material is attached is laminated, and carbonized. A method for producing a C / C composite material, which comprises performing a treatment or a carbonization treatment and a graphitization treatment.
子，コロイダルグラファイト粒子のうちから選ばれる請
求項７に記載のＣ／Ｃ複合材の製造方法。8. The method for producing a C / C composite material according to claim 7, wherein the carbonaceous filler material is selected from carbon black particles and colloidal graphite particles.
２．０μｍの範囲内のものである請求項７または８に記
載のＣ／Ｃ複合材。9. The carbonaceous filler material has a particle size of 0.01 to 0.01.
The C / C composite according to claim 7 or 8, which is in a range of 2.0 µm.
るものとする請求項７ないし９のいずれかに記載のＣ／
Ｃ複合材の製造方法。10. The C / C according to claim 7, wherein the carbonaceous matrix material comprises pitch.
Method for producing C composite material.
からなるものとする請求項７ないし９のいずれかに記載
のＣ／Ｃ複合材の製造方法。11. The method for producing a C / C composite material according to claim 7, wherein the carbonaceous matrix material is made of a thermosetting resin.
理を繰返し施してさらに緻密化する請求項７ないし１１
のいずれかに記載のＣ／Ｃ複合材の製造方法。12. The method of claim 7, further comprising repeatedly performing pitch impregnation, high pressure carbonization, and graphitization to further densify.
The method for producing a C / C composite material according to any one of the above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27027996A JP3969600B2 (en) | 1996-10-11 | 1996-10-11 | C / C composite and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27027996A JP3969600B2 (en) | 1996-10-11 | 1996-10-11 | C / C composite and manufacturing method thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10120473A true JPH10120473A (en) | 1998-05-12 |
| JP3969600B2 JP3969600B2 (en) | 2007-09-05 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP (1) | JP3969600B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106316437A (en) * | 2015-06-26 | 2017-01-11 | 上海航天设备制造总厂 | Satellite high-thermal-conductivity carbon/carbon composite material honeycomb preparation method |
-
1996
- 1996-10-11 JP JP27027996A patent/JP3969600B2/en not_active Expired - Fee Related
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| CN106316437A (en) * | 2015-06-26 | 2017-01-11 | 上海航天设备制造总厂 | Satellite high-thermal-conductivity carbon/carbon composite material honeycomb preparation method |
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| JP3969600B2 (en) | 2007-09-05 |
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