JPH11292646A

JPH11292646A - 炭素系摺動部材及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11292646A
Application number: JP10099479A
Authority: JP
Inventors: Mitsunobu Nikaido; 光信二階堂; Yoshio Inoue; 良男井上
Original assignee: Nabco Ltd
Current assignee: Nabco Ltd
Priority date: 1998-04-10
Filing date: 1998-04-10
Publication date: 1999-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】摩擦係数及び耐摩耗性等の摩擦特性を安定的
に発揮でき、耐酸化性、機械加工性及び耐衝撃性に優れ
た炭素系摺動部材及びその製法を提供する。【解決手段】炭素繊維強化炭素複合材料を作製し、こ
れに有機珪素化合物を含浸させて熱処理を行い、炭化珪
素及び窒化珪素の少なくとも一方からなる非酸化珪素セ
ラミックスを生成させて、炭素繊維強化炭素複合材料と
セラミックスとがそれぞれ連続相を形成し、炭素繊維が
非侵食状態で残存しており、全気孔率が18％以下である
炭素系摺動部材を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素系摺動部材及
びその製造方法に関し、詳しくは、炭素繊維強化炭素複
合材料（以下、「Ｃ／Ｃコンポジット」と称す）とセラ
ミックスとからなり、航空機、レース用車両及び鉄道車
両等のブレーキディスク及びパッドの材料として特に好
適に用いられる炭素系摺動部材及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、宇宙用部材の材料等として開発さ
れてきたＣ／Ｃコンポジットが、航空機、レース用車両
及び鉄道車両等のディスクブレーキ装置の摺動部材とし
て多く使用されている。このＣ／Ｃコンポジットは熱容
量が大きく、軽量で、耐熱性に優れているので、軽量化
が要求される航空機用に特に適した摺動部材といえる。
一方、最近になって、炭化珪素及び窒化珪素等のセラミ
ックス（以下「非酸化珪素セラミックス」と称す）のマ
トリックスとセラミックス繊維とからなるセラミックス
繊維強化セラミックス（特開平9-157050号公報）、及び
Ｃ／Ｃコンポジットとセラミックスとからなる複合材料
を、摺動部材の素材として用いることが検討されてお
り、後者の複合材料として、Ｃ／Ｃコンポジットに非酸
化珪素セラミックスを分散添加したものや、ＳｉＯガス
雰囲気中で熱処理して、Ｃ／Ｃコンポジットの一部又は
全部を炭化珪素に転化させたもの（特開平5-59350 号公
報）等が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、Ｃ／Ｃコンポ
ジットを摺動部材として用いたディスクブレーキは、温
度により摩擦係数が変化し易く、摩耗量も比較的多いと
いう欠点がある。また、Ｃ／Ｃコンポジットは炭素材で
あり、空気中で高温にさらされると酸化するので、摩擦
面以外の面に酸化防止剤を塗布する必要があるが、その
効果も十分とはいえなかった。

【０００４】一方、前記セラミックスマトリックスの複
合材料は、摩耗量が少なく、摩擦係数が高いことから摺
動部材として適しているが、セラミックスマトリックス
は硬くて機械加工が困難であり、ブレーキディスク等の
複雑な形状に加工するには、工数と費用とがかかりすぎ
て実用的でないという問題があった。

【０００５】また、Ｃ／Ｃコンポジットとセラミックス
とからなる複合材料は、セラミックス相が分散相である
ため、摺動部材として使用すると、表面に出たセラミッ
クス相が剥離してグルービングが生じ、摩耗量が増え、
強度も低下するという欠点がある。さらに、Ｃ／Ｃコン
ポジットの一部又は全部を炭化珪素に転化させた複合材
料からなる摺動部材は、表面と内部とで成分比が変わ
り、使用するに従って摩擦性能が変動するため摺動部材
としては問題があり、また、加工性もよくなかった。

【０００６】本発明は、前記問題点を解決するものであ
り、摩擦特性を安定的に発揮できるとともに、耐酸化
性、耐摩耗性、耐衝撃性、耐熱衝撃性、引張強度特性、
及び圧縮強度特性に優れ、機械加工も容易な炭素系摺動
部材及びその製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る炭素系摺動
部材は、Ｃ／Ｃコンポジットを50〜90重量％、炭化珪素
又は窒化珪素の少なくとも一方からなるセラミックスを
50〜10重量％含み、前記Ｃ／Ｃコンポジット及びセラミ
ックスがそれぞれ連続相を形成し、炭素繊維が非侵食状
態で残存しているとともに、全気孔率が18％以下である
ことを特徴としている（請求項１）。前記の炭素系摺動
部材によれば、Ｃ／Ｃコンポジットと非酸化珪素セラミ
ックスとの比率が前記の範囲であるので、非酸化珪素セ
ラミックスが薄い連続相を形成し易くなり、その比率が
10重量％以上である点と相まって、非酸化珪素セラミッ
クスの特性である耐酸化性や耐摩耗性が効果的に発現す
るとともに、摩擦特性を安定的に発揮することができ
る。また、全気孔率を18％以下にしているので、非酸化
珪素セラミックスの連続相が剥離するのが抑制される。
このため、この剥離に起因して摩耗量が増加するのを防
止するとともに、圧縮強度が低下するのを防止すること
ができる。さらに、Ｃ／Ｃコンポジットの比率が50重量
％以上であるので、耐衝撃性に優れるとともに、略Ｃ／
Ｃコンポジット並の機械加工性を確保することができ
る。前記の炭素系摺動部材の内部組織は、実質的に炭素
繊維の周りを炭素相が覆っており、この炭素相の内部隙
間及び周囲を非酸化珪素セラミックスが覆っている状態
になっている。また、炭素繊維が非酸化珪素セラミック
スに侵食されることなく残存している。このため、炭素
繊維の特性である耐衝撃性及び引張強度をさらに良好に
発揮することができる。また、炭素相に由来して機械加
工性も良好であり、この機械加工性は、非酸化珪素セラ
ミックス相の厚みが薄いほど効果的に向上することが確
認されている。また、炭素相がクッションとなって耐熱
衝撃性も良好である。

【０００８】本発明に係る炭素系摺動部材の製造方法
は、請求項１記載の炭素系摺動部材の製造方法であっ
て、炭素繊維と炭素質マトリックスとからなるプリフォ
ームを炭化させるか、又は炭素繊維のプリフォームに化
学的気相蒸着法（以下、「ＣＶＤ法」と称す）により炭
素を沈積させて、Ｃ／Ｃコンポジットを作製し、このＣ
／Ｃコンポジットに非酸化珪素セラミックスを生成させ
ることを特徴としている（請求項２）。この炭素系摺動
部材の製造方法によれば、Ｃ／Ｃコンポジットと、非酸
化珪素セラミックスとがそれぞれ連続相を形成し、実質
的に炭素繊維が炭素相に覆われ、また、非侵食状態で残
存している炭素系摺動部材を容易かつ確実に得ることが
できるとともに、非酸化珪素セラミックス相の厚みを薄
くすることができる。また、非酸化珪素セラミックスが
表面相に偏在するのを防止することもできる。

【０００９】請求項２記載の炭素系摺動部材の製造方法
は、前記Ｃ／Ｃコンポジットに有機珪素化合物を含浸さ
せ、不活性ガス又は窒素ガス雰囲気中で熱処理を行うこ
とにより非酸化珪素セラミックスを生成させるものであ
ってもよい（請求項３）。前記の製造方法によれば、品
質の安定した炭素系摺動部材を得ることができる。

【００１０】請求項２記載の炭素系摺動部材の製造方法
は、前記Ｃ／Ｃコンポジットを作製した後、当該Ｃ／Ｃ
コンポジットに樹脂若しくはピッチを含浸させて炭化さ
せる工程、又は化学的気相蒸着法により炭素を沈積させ
る工程と、非酸化珪素セラミックスを生成させる工程と
を少なくとも１回行うものであってもよい（請求項
４）。前記の製造方法によれば、前記樹脂若しくはピッ
チの炭化、又は炭素の沈積によって、炭素系摺動部材の
ブランクとしての中間体が緻密化し、全気孔率18％以下
の炭素系摺動部材が容易に得られる。また、緻密化によ
り、空孔比率及び空孔の大きさがより小さくなるので、
非酸化珪素セラミックス相の厚みをさらに薄くすること
ができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳述する。本発明に係る炭素系摺動部材は、以下のよ
うにして製造する。まず、炭素繊維と炭素質マトリック
スとからＣ／Ｃコンポジットを作製する。炭素繊維は、
ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系、ピッチ系及びレー
ヨン系等の原料、長繊維及び短繊維等の形状並びに織
布、不織布及びチョップドファイバー等の形態等により
多くの種類があるが、摺動部材の用途に応じて適宜選択
する。また、炭化前の耐炎繊維等の中間繊維、他の繊維
との混紡品及び混合品等も使用できる。なお、実験結果
から、摺動部材用途には、不織布が好ましいことが判っ
ている。

【００１２】Ｃ／Ｃコンポジットを作製する方法は、前
記炭素繊維のプリフォームに、ＣＶＤ法により炭素を沈
積させる方法と、炭素繊維を炭素質マトリックスととも
にプリフォーム化した後に炭化させる方法の、２つの方
法がある。前者のＣＶＤ法により炭素を沈積させる方法
は、マトリックスとなる原料ガス（メタンやプロパンガ
ス等）とキャリヤーガスとを、一定の温度に保持した前
記炭素繊維のプリフォーム内に導入し、その空孔部の内
面で化学反応させて炭素を析出させるものである。後者
の炭素質マトリックスを使用する方法は、フェノール樹
脂、フラン樹脂及びポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂、
並びにコールタールピッチ及び石油系ピッチ等のピッチ
類等の種々の炭素質マトリックスの中から、摺動部材の
用途に応じて炭素質マトリックスを選択し、これを炭素
繊維に含浸させて硬化及び炭化させる。炭素質マトリッ
クスの含浸は、非酸化珪素セラミックスの含浸と比較し
て、摩擦特性に及ぼす効果は少ない。また、その中に炭
素粉及び黒鉛粉等の粉体を混ぜ込んでもよい。成形は、
ホットプレス成形及びハンドレイアップ等各種の手法を
使用することができ、成形時にいくつかのプリフォーム
を積み上げて、一体化してもよい。

【００１３】本発明に係るＣ／Ｃコンポジットでは、炭
素繊維と炭素質マトリックスとの比率は限定されず、使
用する炭素繊維の種類（ＰＡＮ系、ピッチ系等）及び形
態（織布、不織布、チョップドファイバー等）、炭素質
マトリックスの材質（樹脂系、ピッチ系、ＣＶＤ系
等）、並びに要求される摩擦特性等を考慮して好適な比
率に設定されるが、例えば、プリフォームの作り易さ及
び摺動部材の性能保持の観点から、炭素繊維の比率を20
〜50体積比（全体に対して）程度に設定するのが好まし
い。

【００１４】本発明の炭素系摺動部材は、Ｃ／Ｃコンポ
ジットの製造方法、空孔部の割合（空孔比率）、空孔の
大きさ及び均一性、並びに非酸化珪素セラミックスの生
成に寄与しない閉気孔の比率がどのくらいであるか等に
よって、最終的な非酸化珪素セラミックスの比率が決定
し、当該炭素系摺動部材の性能が決定する。ゆえに、閉
気孔が少なく、細かい孔が均一に存在するように、原料
及び製造方法の組み合わせを選択する。空孔比率は、前
記Ｃ／Ｃコンポジットに、フラン樹脂等の熱硬化性樹脂
若しくはコールタールピッチ等のピッチ類を含浸させ、
又はＣＶＤ法で炭素を沈積させることにより、調節する
ことができる。何れの方法でも摩擦特性に及ぼす影響は
少ない。

【００１５】次に、前記Ｃ／Ｃコンポジットの空孔部及
び表面相に非酸化珪素セラミックスを生成させるが、そ
の方法は、ポリシラザン及びポリカルボシラン等の有機
珪素化合物を溶媒に溶かしたものを、Ｃ／Ｃコンポジッ
トに含浸させた後に、アルゴン等の不活性ガス又は窒素
ガス雰囲気中で、温度700 ℃以上で焼成し、非酸化珪素
セラミックスを反応生成させるものであり、アルゴンガ
スの場合には炭化珪素が、窒素ガスの場合には窒化珪素
がそれぞれ生成される。通常は、この含浸及び焼成の操
作を数回繰り返して非酸化珪素セラミックスを生成させ
るが、前記操作を繰り返す回数は、要求される非酸化珪
素セラミックスの重量％と、最終密度とにより決定す
る。さらに、炭化珪素の歩留を上げる目的で不融化処理
を行ってもよい。不融化処理を行った場合、不純物とし
て酸化珪素が生成するが、量的に少なければ問題はな
い。その他、製造方法及び原料に起因する、炭素及び水
素等の副生成物、並びに不純物が混在することがある
が、混在しても極少量であり、問題はない。また、Ｃ／
Ｃコンポジットに、ＣＶＤ法により非酸化珪素セラミッ
クスを沈積させる方法もあるが、表面のＣＶＤ相を除去
するのにかなりの手間を要し、また奥まで沈積させるの
に時間がかかる。

【００１６】前記の炭素系摺動部材は、Ｃ／Ｃコンポジ
ット50〜90重量％と非酸化珪素セラミックス50〜10重量
％とからなるものであるのが好ましい。両者の比率が前
記の範囲内にある場合には、非酸化珪素セラミックスが
薄い連続相を形成し易くなり、非酸化珪素セラミックス
の比率が10重量％以上である点と相まって、耐酸化性及
び摩擦特性が向上する。また、Ｃ／Ｃコンポジットの比
率が50重量％以上であると、機械加工性及び耐衝撃性が
良好である。そして、前記の範囲内で、摩擦材料の用途
等に応じて好適な比率を選択すればよい。

【００１７】以上の構成の炭素系摺動部材の製造方法
は、前記非酸化珪素セラミックスを生成させた後、樹脂
若しくはピッチ類を含浸させて炭化させる工程、又はＣ
ＶＤ法により炭素を沈積させる工程を複数回行ってもよ
く、非酸化珪素セラミックスを生成させる工程をさらに
追加してもよい。また、前記Ｃ／Ｃコンポジットを作製
した後、樹脂若しくはピッチを含浸させて炭化させる工
程又はＣＶＤ法により炭素を沈積させる工程と、非酸化
珪素セラミックスを生成させる工程とを、この順にて複
数回繰り返してもよい。何れにおいても、炭素系摺動部
材のブランクとしての中間体が緻密化して空孔比率及び
空孔の大きさが小さくなるので、非酸化珪素セラミック
スの連続相が効果的に薄くなって、炭素系摺動部材の機
械加工性及び耐衝撃性がさらに向上する。

【００１８】また、前記樹脂又はピッチの含浸工程等を
行わずに、前記非酸化珪素セラミックス生成工程のみで
全気孔率18％以下の炭素系摺動部材を得るには、前記非
酸化珪素セラミックス生成工程を何回も繰り返さねばな
らず、結果的に非酸化珪素セラミックスの連続相が厚く
なるが、前記樹脂又はピッチの含浸工程等を行って炭素
系摺動部材の中間体を緻密化させると、全気孔率18％以
下の炭素系摺動部材が容易に得られる。炭素系摺動部材
の全気孔率については、これが18％を超える場合には、
両成分が連続相を形成していても、摺動試験を行うと、
非酸化珪素セラミックスが剥離してグルービングを起こ
すため、摩耗量が極度に増大する。しかし、全気孔率が
18％以下である場合には、グルービングが生じず、摩耗
量もＣ／Ｃコンポジット単独である場合より少なくな
る。なお、全気孔率は各成分の真密度（測定法はＪＩＳ
による）と、重量比とから算出する。

【００１９】

【実施例】以下に、実施例をあげて本発明を具体的に説
明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。［実施例１］直径７μｍのＰＡＮ（ポリアクリロニトリ
ル）系炭素繊維（東レ（株） T300）の6000本束を長さ
25mmにカットしたものと、レーヨンの有機繊維とを重量
比90：10の割合で混合し、これをカード機により目付30
0g/m² の不織布にした。この不織布について積層及びパ
ンチングを繰り返して目付10kg/m² の高目付不織布に
し、これにその重量の２倍量のフェノール樹脂液（昭和
高分子 BRL-2854）を含浸させて乾燥し、さらに熱板プ
レスで170 ℃の条件で20mmに硬化成形して、その後190
℃及び210 ℃でそれぞれ３時間、後硬化を実施した。こ
のようにして得られた成形体を、不活性雰囲気中で、30
0 ℃までは10℃/Hr、300 〜600 ℃は5 ℃/Hr 、600 ℃
以上は20℃/Hr の昇温速度で、1000℃まで昇温して炭化
させた。炭化後の嵩密度は0.95g/cm³ であった。

【００２０】さらに、このサンプルを黒鉛化炉に入れて
2500℃までの黒鉛化処理を行なった後、ポリカルボシラ
ン（日本カーボンニプシタイプＳ）のキシレン溶液
を含浸させて180 ℃で硬化処理を施し、Arガス雰囲気中
で、300 ℃までは20℃/Hr 、300 〜700 ℃は5 ℃/Hr 、
700 ℃以上は20℃/Hr の昇温速度で、1400℃まで昇温し
て炭化珪素を生成させた。さらに、含浸、硬化及び炭化
珪素生成の工程を4 回繰り返して炭素／セラミックス複
合材料を得た。

【００２１】次に、前記炭素／セラミックス複合材料に
軟化点120 ℃のコールタールピッチを含浸させ、これを
300 ℃までは50℃/Hr 、300 ℃以上は前記と同じ条件で
1000℃まで昇温して炭化させ、さらにピッチ含浸及び炭
化の工程を繰り返して1500℃で焼成を行い、密度2.1 の
炭素系摺動部材を得た。この炭素系摺動部材の炭化珪素
の含有量は45重量％で、気孔率は11％であった。

【００２２】［実施例２］実施例１の密度0.95g/cm³ の
サンプルに、軟化点120 ℃のコールタールピッチを含浸
させて、これを不活性雰囲気中で、300 ℃までは50℃/H
r 、300 ℃以上は前記と同じ条件で1000℃まで昇温して
炭化させ、さらに黒鉛化炉で2500℃までの黒鉛化処理を
行なって嵩密度1.25g/cm³ のサンプルを得た。このサン
プルについて、実施例１と同様に、ポリカルボシラン含
浸、硬化及び炭化珪素生成を２回行い、再度、ピッチ含
浸及び炭化の工程を２回繰り返し、1500℃で焼成を行っ
た。さらに、ポリカルボシラン含浸、硬化及び炭化珪素
生成を行って、密度1.76g/cm ³ の炭素系摺動部材を得
た。この炭素系摺動部材の炭化珪素の含有量は20重量％
で、気孔率は18％であった。

【００２３】［実施例３］実施例１の炭化後の0.95g/cm
³ のサンプルについて、ピッチ含浸及び炭化の工程を３
回繰り返し行い、さらに黒鉛化炉で2500℃までの黒鉛化
処理を行った。このときの嵩密度は1.57g/cm³ であっ
た。その後、ポリカルボシラン含浸、硬化及び窒素雰囲
気中での窒化珪素化処理を行い、密度1.78g/cm³ の炭素
系摺動部材を得た。この炭素系摺動部材の窒化珪素の含
有量は10重量％で、他に炭化珪素が2重量％入ってお
り、気孔率は15％であった。

【００２４】［比較例１］実施例２の途中工程のピッチ
含浸、黒鉛化処理後の嵩密度1.25g/cm³ のサンプルに、
金属珪素を含浸させ、1800℃で基材の炭素材と反応させ
て炭素系摺動部材を得た。この炭素系摺動部材の密度は
2.1g/cm³で、炭化珪素の含有量は58重量％、気孔率は15
％であった。

【００２５】［比較例２］実施例３の黒鉛化処理後の嵩
密度1.57g/cm³ のサンプルに、炭素のＣＶＤ処理を行
い、密度1.75g/cm³ のＣ/ Ｃコンポジットの炭素系摺動
部材を得た。この炭素系摺動部材より炭化珪素は検出さ
れず、気孔率は12％であった。

【００２６】［比較例３］実施例１のサンプルで、途中
工程のポリカルボシランを含浸後、炭化珪素生成工程を
終えた段階でサンプルを取り出し、炭素系摺動部材を得
た。この炭素系摺動部材の密度は1.90g/cm³ 、炭化珪素
の含有量は50重量％で、気孔率は22％であった。

【００２７】［評価試験］前記の６種類のサンプルにつ
いて以下の(1) 〜(4) の評価試験を行った。この評価試
験の結果を表１に示す。 (1) 一辺が５mmの立方体を作り、昇温速度５℃/min、エ
アー流量200ml/min の条件で、熱天秤試験を行って重量
減が５％を超えるときの温度を測定した。 (2) 外径150mm 、内径110mm 、厚み10mmのリング状の板
を加工するときの加工時間を測定した。 (3) 前記のリング状の板に加工し、コンクリートの地面
の上に3mの高さから落下させ、割れを調べた。 (4) 非酸化珪素セラミックスと炭素との界面を偏光顕微
鏡で観察し、珪素の炭素繊維に対する侵食の有無を調べ
た。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１に示す評価試験結果より、比較例２の
Ｃ／Ｃコンポジットは耐酸化性が劣るのに対し、他の実
施例及び比較例の酸化温度は高く、耐酸化性が良好であ
ることが判った。また、金属珪素を含浸させて反応焼結
させた、炭化珪素の比率が高い比較例１は、加工性が悪
く、加工された板は落下試験で割れたのに対し、他の実
施例及び比較例は加工性がよく、加工された板は落下試
験でも端が少し欠けた程度で、衝撃に強いことが明らか
になった。

【００３０】次に、前記の６種類のサンプルを機械加工
し、外径約150mm のステーター２枚と、外径約130mm の
ローターとを作成し、ダイナモテストを実施した。な
お、比較例１のサンプルは加工性が悪いので、事前に機
械加工した後、炭化珪素生成を実施し、再度手直しをす
ることによりテスト材を得た。試験は、押しつけ圧力45
KPa 、速度30〜150km/s の範囲５段階で実施し、繰り返
し50回の停止試験をした後に摩耗量を測定した。この結
果を表２に示す。さらに、実施例２、比較例１及び比較
例２については、ダイナモテストにより得られた瞬間摩
擦係数の変化を、図１のグラフに示す。

【００３１】

【表２】

【００３２】以上の結果より、比較例１は強度特性と瞬
間摩擦係数とが、比較例２は摩擦係数が、比較例３は耐
摩耗性が、実施例と比較して劣ることが明らかになり、
本発明の炭素系摺動材料は、摺動部材として良好な摩擦
特性、機械加工性、耐衝撃性及び耐酸化性を有している
ことが明らかになった。

【００３３】図２に、偏光顕微鏡により本発明の炭素系
摺動部材を観察した結果を示す。図２に示すように、本
発明の炭素系摺動部材の内部組織は、実質的に炭素繊維
１の周りを炭素相２が覆っており、炭素相２の内部隙間
及び周囲を非酸化珪素セラミックス相３が覆った状態と
なっている。また、炭素繊維１が、非酸化珪素セラミッ
クス相３により侵食されずに残存している。従って、炭
素繊維１の特性である耐衝撃性及び引張強度を良好に発
揮することができる。また、耐熱衝撃性も、炭素相２が
クッションとなって良好に発揮することができる。な
お、非酸化珪素セラミックス相３内には、島状に空孔４
が分布している。

【００３４】以上のように、前記炭素系摺動部材は、Ｃ
／Ｃコンポジットの空孔比率、空孔の大きさと均一性及
び開気孔率が好適であるので、非酸化珪素セラミックス
は、上述のように、炭素繊維を侵食することなく、炭素
相の狭い隙間に侵入した状態で、さらにはＣ／Ｃコンポ
ジットの表面相を層状に薄く覆った状態で、薄い連続相
を形成し、その比率が好適なものとなっている。従っ
て、炭素材料及びセラミックスの特性をバランスよく発
揮することができ、耐衝撃性、耐熱衝撃性、耐酸化性、
耐摩耗性、摩擦特性、引張強度特性、圧縮強度特性、及
び機械加工性等の諸特性を良好に発揮することができ
る。

【００３５】

【発明の効果】以上のように構成された本発明は、以下
の効果を奏する。請求項１記載の炭素系摺動部材によれ
ば、Ｃ／Ｃコンポジットと非酸化珪素セラミックスとの
比率が、非酸化珪素セラミックスが薄い連続相を形成し
易い比率となっており、しかも、その比率が10重量％以
上であるので、非酸化珪素セラミックスの特性である耐
酸化性及び耐摩耗性が効果的に発現するとともに、摩擦
特性を安定的に発揮することができる。特に耐摩耗性
は、全気孔率を18％以下にして、非酸化珪素セラミック
スの連続相が剥離するのを抑制していることと相まっ
て、向上している。また、この剥離に起因して圧縮強度
が低下するのも防止されている。そして、Ｃ／Ｃコンポ
ジットの比率が50重量％以上であるので、耐衝撃性が良
好であるともに、機械加工性もほぼＣ／Ｃコンポジット
並になっている。従って、ローター・ステーター方式及
びディスク・パッド方式等の長い穴加工を含んだ複雑な
形状にも加工できる。さらに、炭素繊維が非酸化珪素セ
ラミックスに侵食されることなく残存しているので、炭
素繊維の特性である耐衝撃性及び引張強度をさらに良好
に発揮することができる。また、炭素相がクッションと
なって耐熱衝撃性も良好となる。従って、本発明の炭素
系摺動部材は、高速、高負荷条件で使用される、航空
機、レース用車両及び鉄道車両のブレーキディスク及び
パッド等に適用することができる。

【００３６】請求項２記載の炭素系摺動部材の製造方法
によれば、Ｃ／Ｃコンポジットと、非酸化珪素セラミッ
クスとがそれぞれ連続相を形成し、実質的に炭素繊維が
炭素相に覆われ、また、非侵食状態で残存している炭素
系摺動部材を容易かつ確実に得ることができるととも
に、非酸化珪素セラミックス相の厚みを薄くすることが
できる。また、非酸化珪素セラミックスが表面相に偏在
するのを防止することもできるので、使用に伴って摩擦
係数が変化するおそれがなく、摩擦特性をより安定的に
発揮することができる。

【００３７】請求項３記載の炭素系摺動部材の製造方法
によれば、品質の安定した炭素系摺動部材を得ることが
できる。

【００３８】請求項４記載の炭素系摺動部材の製造方法
によれば、樹脂若しくはピッチの炭化、又は炭素の沈積
によって、中間体が緻密化し、全気孔率18％以下の炭素
系摺動部材が容易に得られる。また、緻密化により、空
孔比率及び空孔の大きさが小さくなるので、非酸化珪素
セラミックス相の厚みをさらに薄くすることができる。
したがって、機械加工性がより効果的に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例及び比較例の瞬間摩擦係数の変化を示す
グラフ図である。

【図２】本発明の炭素系摺動部材を偏光顕微鏡で観察し
た結果を示す概略図である。

【符号の説明】

１炭素繊維２炭素相３非酸化珪素セラミックス相４空孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素繊維強化炭素複合材料を50〜90重量
％、炭化珪素又は窒化珪素の少なくとも一方からなるセ
ラミックスを50〜10重量％含み、前記炭素繊維強化炭素
複合材及びセラミックスがそれぞれ連続相を形成し、炭
素繊維が非侵食状態で残存しているとともに、全気孔率
が18％以下である炭素系摺動部材。
【請求項２】請求項１記載の炭素系摺動部材の製造方法
であって、炭素繊維と炭素質マトリックスとからなるプリフォーム
を炭化させるか、又は炭素繊維のプリフォームに化学的
気相蒸着法により炭素を沈積させて、炭素繊維強化炭素
複合材料を作製し、この炭素繊維強化炭素複合材料に前
記セラミックスを生成させることを特徴とする炭素系摺
動部材の製造方法。
【請求項３】前記炭素繊維強化炭素複合材料に有機珪素
化合物を含浸させ、不活性ガス又は窒素ガス雰囲気中で
熱処理を行うことにより、前記セラミックスを生成させ
る請求項２記載の炭素系摺動部材の製造方法。
【請求項４】前記炭素繊維強化炭素複合材料を作製した
後、当該炭素繊維強化炭素複合材料に樹脂若しくはピッ
チを含浸させて炭化させる工程、又は化学的気相蒸着法
により炭素を沈積させる工程と、前記セラミックスを生
成させる工程とを少なくとも１回行う請求項２記載の炭
素系摺動部材の製造方法。