JPS627668A - 炭素繊維強化炭素複合材 - Google Patents

炭素繊維強化炭素複合材

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JPS627668A
JPS627668A JP60145988A JP14598885A JPS627668A JP S627668 A JPS627668 A JP S627668A JP 60145988 A JP60145988 A JP 60145988A JP 14598885 A JP14598885 A JP 14598885A JP S627668 A JPS627668 A JP S627668A
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JP
Japan
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carbon
composite material
carbon fiber
coating layer
reinforced
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JP60145988A
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English (en)
Inventor
奥山 公平
松浦 一志
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Kasei Corp
Original Assignee
Mitsubishi Kasei Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、摩擦特性の優れ九炭素繊維強化炭素複合材に
関するものである。
〔従来技術〕
炭素繊維強化炭素複合材(以下、r C/C複合材」と
記す。)は一般にポリアクリロニトリル系、ピッチ系あ
るいはレーヨン系等の長繊維もしくは短繊維の炭素繊維
にフェノール樹脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂、あ
るいはピッチなどの熱可塑性樹脂等のマトリックス物質
を含浸又は混合して、加熱成型したものを不活性ガス等
の非酸化性雰囲気においてCOO〜t000cで焼成す
るととくより製造されている。
しかしながら、この方法によって得られるC/C複合材
はマトリックス炭素の炭素化収率が4Io〜SO%であ
るため、得られるC/C複合材の密度は理論密度の6側
根度しか達せず、その強度も低い。また一般に摩擦部材
、特に摺動部材の動摩擦係数がo、17以上になると摩
擦量が増加し、摺動部材等の交換頻度が多くなり、逆に
0、/以下では摺動部材等としての性能面で問題がある
ので、動R1擦係数として0.7〜O,aの範囲が適当
てあり、かつ摩耗螢が7回の使用においてQ、Q / 
fl以下であることが望まれるが、従来のC/C複合材
は耐摩耗性が充分ではなく、摺動部材等として使用する
のは問題があった。
そこで、その強度を改良するために、上記方法により得
られたC/C複合材を更に樹脂又はピッチ等で再含浸し
、次いで再焼成する工程を繰り返して緻密化処理を行な
いC/C複合材の密度を上げる方法、あるいは化学蒸着
法(以下、r CVD法」と記す。)を用いて熱分解炭
素等をC/C複合材中に存在する空隙に充填して数置化
処理を行ないC/C複合材の密度を上げる方法等が提案
されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、かかる緻密化方法により c/c複合材
の密度を理論密度の約S側根度とすることが可能である
が、得られたC/C複合材は未だ耐摩耗性、摺動性の点
で更に改善が望まれていた。
〔問題点を解決するだめの手段〕
そこで、本発明者等はCVD法だよる緻密化処理に着目
して鋭意検討を行なった結果、従来の単なるマトリック
ス炭素中の空隙に熱分解炭素等を充填するのではなく、
C/C複合材の表面に炭素からなる被覆層を設けること
により、耐摩耗性、摺動性を大幅に改善することができ
ることを知得し、本発明を完成するに到った。
すなわち、本発明の目的は摩擦特性の優れた炭素繊維強
化炭素複合材を提供することKあり、その目的は炭素繊
維強化炭素複合材の表面に、化学蒸着法により形成さ九
た炭素被覆層を有することを特徴とする炭素繊維強化炭
素複合材により達成される。
以下1本発明の詳細な説明する。
本発明で用いる炭素繊維としては、ピッチ系、ポリアク
リロニトリル系、レーヨン系等の公知のいずれの炭素S
維をも使用できる。更に必要て応じて、炭化ケイ素1、
l1ltアルミナ05.カーボンブラックなどの無機繊
維、あるいは無機物などを添加してもよい。それらの形
状としては、織布、不織布、短繊維等いずれのものであ
ってもよい。
かかる炭素繊維にフェノール樹脂、フラン樹脂あるいは
石油系・石炭系ピッチ等のマトリックス物質を混合ある
いは含浸させた後乾燥して、炭素繊維とマトリックス物
質からなる組成物を得る。その際、マトリックス物質は
アルコール、アセトン、アントラセン油等の溶媒に溶解
して適当な粘度に調製したものを使用する。
次いで、該組成物を炭素繊維の体積含有率がlO〜7θ
係、好ましくは、コO〜よθチとして、金型に充填し、
too−!00Cの温度で加圧成型する。その後、窒素
ガスなどの不活性ガス雰囲気中でl−一〇〇℃/時間の
昇温速度でgoo〜/、000℃まで昇温し焼成してC
/C複合材を得る。
不発gAにおいては、このC/C複合材にそのままか、
あるいは先の焼成温度より高い温度で再熱処理をした後
C/C複合材表面にCVD法により熱分解炭素を堆積さ
せて熱分解炭素の被覆層全形成することが重要である。
CVD法としては、通常の方法即ち、熱Cv    ′
D法、プラズマCVD法が挙げられる。熱CVD法の場
合、熱分解炭素の原料として、メタン、プロパン、プロ
ピレン、ベンゼン、アセチレン、ハロゲン化炭化水素な
どを用い、lI0θ℃以上の温度(基板温度)で、s〜
りA OtpmHf程度の減圧、もしくは常圧下に、該
原料を熱分解する方法が挙げられる。
本発明においては、特に、ハロゲン化炭化水素を原料と
し、’l00−/、ユoo℃、好まし゛くは、100〜
/、100℃の温度で熱分解する方法がより耐摩耗性の
良好な熱分解炭素被覆層が形成されるので好ましい。
この様なハロゲン化炭化水素としては、種々     
□のものが使用できるが、具体的には、l、/、! −
トリクロロエタン、 /、/−一トリクロロエタン、/
、コージクロロエチレン、/、/−ジ−クロロエチレン
などがある。これらのハロゲン化炭化水素は単独でも二
種以上併用してもよい。
上記ハロゲン化炭化水素はそのまま気化させるか、窒素
、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスで希釈して用いて
もよい。好ましくはio〜J Oyo1%の濃度を希釈
し、上記温度の範囲で熱分解させて熱分解炭素を被覆す
る方法が低温で、析出速度も大きく好ましい。
本発明において炭素被覆J−は、通常20μm以上、好
ましくは!00μm以上、特に好ましくはQ、j;−1
0mとなる様に化学蒸着法により熱分解炭素?堆積させ
る。
上記の様にして、炭素被覆層を形成した後、本発明のC
/C複合材は、更にl、θθ0〜.7,000Cで適宜
再熱処理を行なってもよい。
また、本発明だおいては、炭素被覆層を形成する前に従
来の緻密化処理を行なっておいてもよい。
即ち、成型後too−iooocで焼成を行なったC/
C複合材にピッチ等を含浸した後、600〜lθθθ℃
の温度で焼成する工程金、操り返したものをそのま゛ま
か、あるいは先の焼成湛より高い温度で再熱処理をした
後、本発明に基づいてCVD法により炭素被覆層を設け
てもよい。
あるいは、前記化学蒸着法により、マトリックス炭素中
の空隙を充填化したものを、そのまま引続き熱分解炭素
を堆積させ、炭素被覆層を形成させるか、あるいは10
00℃〜3θ0θCの温度で再熱処理をした後、炭素被
覆層を形成させてもよい。
(効果) 本発明によれば、 C/C複合材の表面全面に炭素被覆
層を設けることにより摩擦特性が大福に改善された摺動
部材等を藺便に得ることができる。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが1
本発明はその要旨をこえない限シ。
下記実施例に限定されるものではない。
実施例1 長さ、フキのピッチ系炭素繊維31重量部をフエ27−
ル樹脂77重量部及びエタノール52重量部と共だ混合
した後、約、211.時間乾燥し、これを金型に充填し
7て21θ℃の温度で加圧することKよ°り炭素繊維の
体積含有率(Vf)がSθ秀の成型体を得た。この成型
体を加熱炉にて窒素ガス雰囲気中1000℃で焼成して
C/C複合複合材全欠いでとのC/C複合材を約コOO
℃の温度の液状ピップで含浸した後、再び加熱炉で窒素
ガス雰囲気中gooc、で焼成した。同様の処理条件で
含浸−焼成操作1+回繰り返した後、更に窒素ガス雰囲
気中/A(100℃で熱処理1−で。
嵩密度ハロ?/鷹の緻密化されたC/C複合材を得た。
得られたC/C複合材全円板状に加工した後、CvD処
理装置内に載置し、高周波誘導コイルを用い700℃で
加熱するとともに該装置下部よυアルゴンガスをキャリ
アーガスとしIJ体lj[の6111−/、2−ジクロ
ルエチレン蒸気をIQ時間供給してCVD処理を行ない
、c7c複合材の表面に約コ0θμの均質な炭素被覆層
を生成させた。この炭素被覆層を有するC/C複合材を
再度アルゴンガス雰囲気中/ AOOCで熱処理し、本
発明のC/C複合体を得た。
この炭素被覆層を有する円板状のC/C複合材を互いに
擦り合わせることてより摩擦試験全行なった。その結果
を第1表に示す。
比較例1 実施例/において得られたCVD処理前の嵩密度ハAy
−/c111のC/C複合材を円板状に加工したものを
実施例1と同様にして摩擦試験を行なった。その結果を
第1表に示す。
実施例二〜ダ CVD処理時間をそれぞれ/、コθ、50時間とし各々
コSμ、Sθ071,2000μの炭素被覆層をC/C
複合材表面に生成させた以外は実施例/と同様の方法に
より行ない、その後実施例/と同様にアルゴンガス雰囲
気中i&00Cで熱処理して同様の摩擦試験を行なった
。その結果を第1表に示す。
第1表から明らかなようにC/C複合材表面に炭素被覆
層が残存している限り、実施例1と同様に優れた摩擦特
性を有することがわかる。
実施例j、6 炭素繊維の体積含有率(Vf)を20、りOチとした以
外は実施例1同様にして炭素被覆層の厚さが約200μ
のC/C複合材を得た。これを実施例1と同様にして摩
擦試験を行ない、その結果を第1表に示した。
実施例り、g 実施例1で得られた炭素被覆層の厚さが約−〇θμのC
/C複合材をアルゴンガス雰囲気中lコOOC,コoo
or:、で再度熱処理して炭素被覆層を有した円板状の
C/C複合材を得た。これを実施例1と同様にして摩擦
試験を行なった。
その結果をgt表に示す。
比較例コ 実施例1で得られた炭素繊維の体積含有率(vf)がよ
Oチの成型体を窒素ガス雰囲気中7000℃で焼成して
C70初、合材を得、次いで実施例1と同様の条件でC
VD処理してc7c複合材中に存在する空隙に熱分解炭
素を充填するように緻密化処理を行ない緻密化したC/
C複合材を得た。このC/C複合材をアルゴンガス雰囲
気中/A00Cで熱処理した後1円板状に加工し、摩擦
面が炭素繊維とマ) IJラックス分解炭素からなる嵩
密!/、jg−/cfAのC/C複合材を得た。これを
実施例/と同様圧して摩擦試験を行ない、その結果をv
J1表に示した。
(参考写真の簡単な説F!4) (375倍)であり、第2図は比較例コで得られたc/
c複合材の表面部分を示した走査型電子顕微鏡写真(3
り5倍)である。
手続ネ市正書(方式) 昭和60年1り月/タ日

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)炭素繊維強化炭素複合材の表面に、化学蒸着法に
    より形成された炭素被覆層を有することを特徴とする炭
    素繊維強化炭素複合材。
  2. (2)炭素被覆層が、ハロゲン化炭化水素を含有するガ
    スを400℃以上の温度で熱分解させることによつて形
    成されたものであることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の炭素繊維強化炭素複合材。
  3. (3)炭素被覆層の厚さが、20μ以上であることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の炭素繊維強化炭素
    の複合材。
  4. (4)炭素繊維強化炭素複合材が、炭素繊維の体積含有
    率が10〜70%である炭素繊維とマトリックス物質か
    らなる成型体を炭化焼成して得られたものであることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の炭素繊維強化炭
    素複合材。
JP60145988A 1985-07-03 1985-07-03 炭素繊維強化炭素複合材 Pending JPS627668A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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