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JP2529148B2 - Method for manufacturing carbon / carbon composite material - Google Patents

Method for manufacturing carbon / carbon composite material

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Publication number
JP2529148B2
JP2529148B2 JP3357474A JP35747491A JP2529148B2 JP 2529148 B2 JP2529148 B2 JP 2529148B2 JP 3357474 A JP3357474 A JP 3357474A JP 35747491 A JP35747491 A JP 35747491A JP 2529148 B2 JP2529148 B2 JP 2529148B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon
temperature
composite material
heat treatment
carbon composite
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP3357474A
Other languages
Japanese (ja)
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JPH05155660A (en
Inventor
喜穂 早田
岳史 河野
順三 藤岡
毅 末光
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.)
Kawasaki Motors Ltd
Original Assignee
Kawasaki Jukogyo KK
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Jukogyo KK filed Critical Kawasaki Jukogyo KK
Priority to JP3357474A priority Critical patent/JP2529148B2/en
Publication of JPH05155660A publication Critical patent/JPH05155660A/en
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Publication of JP2529148B2 publication Critical patent/JP2529148B2/en
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、炭素/炭素複合材料の
製造法に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing a carbon / carbon composite material.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭素/炭素複合材料は、1000℃以上
の高温においても高強度、高弾性率を維持し、かつ熱膨
張率が小さい等の特異な性質を有する材料であり、航空
宇宙機器の部品、炉材のほか摺動部材等へ利用されてい
る。
2. Description of the Related Art Carbon / carbon composite materials are materials having unique properties such as high strength and high elastic modulus even at a high temperature of 1000 ° C. or higher and a small coefficient of thermal expansion. It is used as a sliding member as well as parts and furnace materials.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら良好な摺
動特性を得ようとする場合、複数種の繊維を用いたり、
複数種のマトリックスを用いるなどの必要があり、簡便
な方法で良好な摺動特性を有する炭素/炭素複合材料を
製造するプロセスが開発されておらず、コスト高となっ
ている。
However, in order to obtain good sliding characteristics, a plurality of types of fibers are used,
Since it is necessary to use a plurality of types of matrix, a process for producing a carbon / carbon composite material having good sliding properties by a simple method has not been developed, and the cost is high.

【0004】本発明の目的は、前記問題点を解決し、良
好な摺動特性を有する炭素/炭素複合材料を製造するこ
と及びこれを製造する簡便な製造プロセスを確立するこ
とにある。
An object of the present invention is to solve the above problems, to produce a carbon / carbon composite material having good sliding properties, and to establish a simple production process for producing the same.

【0005】[0005]

【課題を解決しようとするための手段】すなわち本発明
は、繊維体積含有率10〜80%、マトリックス体積含
有率5〜50%、および空隙体積率20〜90%を有す
る炭素/炭素複合材料一次成形体を非酸化性雰囲気中、
1100〜3000℃において一時熱処理した後に、少
なくとも1000〜3000℃かつ一次熱処理温度より
も低い温度で緻密化する工程を行うことを特徴とする炭
素/炭素複合材料の製造法、および繊維体積含有率10
〜80%、マトリックス体積含有率5〜50%、および
空隙体積率20〜90%を有する炭素/炭素複合材料一
次成形体を、非酸化性雰囲気中、1100〜3000℃
において一時熱処理した後に、少なくとも1000〜3
000℃かつ一次熱処理温度よりも低い温度で緻密化
し、さらに非酸化性雰囲気中、1000〜3000℃か
つ一次熱処理温度よりも低い温度で熱処理する工程を行
うことを特徴とする炭素/炭素複合材料の製造法に関す
る。
That is, the present invention provides a carbon / carbon composite material primary material having a fiber volume content of 10 to 80%, a matrix volume content of 5 to 50%, and a void volume ratio of 20 to 90%. The molded body in a non-oxidizing atmosphere,
A method for producing a carbon / carbon composite material, which comprises performing a step of densifying at a temperature of at least 1000 to 3000 ° C. and a temperature lower than a primary heat treatment temperature after a temporary heat treatment at 1100 to 3000 ° C., and a fiber volume content of 10.
˜80%, matrix volume content of 5 to 50%, and void volume ratio of 20 to 90%, a carbon / carbon composite material primary compact in a non-oxidizing atmosphere at 1100 to 3000 ° C.
At least 1000 to 3 after temporary heat treatment in
Of a carbon / carbon composite material characterized by performing a step of densifying at 000 ° C. and a temperature lower than the primary heat treatment temperature, and further performing a heat treatment at 1000 to 3000 ° C. and a temperature lower than the primary heat treatment temperature in a non-oxidizing atmosphere. Regarding manufacturing method.

【0006】以下、本発明による炭素/炭素複合材料の
製造法について詳述する。
The method for producing the carbon / carbon composite material according to the present invention will be described in detail below.

【0007】本発明において炭素/炭素複合材料一次成
形体とは、炭素繊維もしくは炭素繊維前駆体と炭素質マ
トリックスから成るものであり、炭素/炭素複合材料の
製造工程において完全に緻密化される前の状態をいう。
In the present invention, the carbon / carbon composite material primary molded body is composed of carbon fibers or a carbon fiber precursor and a carbonaceous matrix, and before being completely densified in the manufacturing process of the carbon / carbon composite material. The state of.

【0008】本発明で用いられる炭素/炭素複合材料一
次成形体は、繊維体積含有率20〜70%、マトリック
ス体積含有率5〜50%、好ましくは10〜30%、お
よび空隙体積率20〜40%を有するものである。
The carbon / carbon composite primary molding used in the present invention has a fiber volume content of 20 to 70%, a matrix volume content of 5 to 50%, preferably 10 to 30%, and a void volume ratio of 20. ˜40%.

【0009】該炭素/炭素複合材料一次成形体に用いら
れる炭素繊維もしくは炭素繊維前駆体としては、ピッチ
系、ポリアクリロニトリル系、レーヨン系の炭素繊維も
しくはれらの前駆体を挙げることができ、特にピッチ系
の炭素繊維もしくはその前駆体が、耐酸化性を高め易
く、好適である。
As the carbon fibers or carbon fiber precursors used for the carbon / carbon composite primary molding, pitch-based, polyacrylonitrile-based and rayon-based carbon fibers are also available.
Properly it can be mentioned those of the precursors, particularly pitch-based carbon fiber or a precursor thereof of, easily increasing the oxidation resistance, which is preferable.

【0010】ピッチ系炭素繊維の前駆体としてはピッチ
繊維、不融化繊維あるいは炭化繊維が挙げられる。
Examples of the pitch-based carbon fiber precursor include pitch fiber, infusible fiber and carbonized fiber.

【0011】ピッチ繊維とは、炭素質ピッチを公知の方
法で溶融紡糸することにより得られる平均直径5〜10
0μm、好ましくは7〜30μmの繊維である。
The pitch fiber is an average diameter of 5 to 10 obtained by melt spinning carbonaceous pitch by a known method.
The fibers are 0 μm, preferably 7 to 30 μm.

【0012】ここでいう炭素質ピッチとは、軟化点通常
150〜400℃、好ましくは200〜350℃を有す
る石炭系あるいは石油系のピッチである。炭素質ピッチ
は、光学的に等方性のピッチあるいは異方性のピッチの
いずれも使用できるが、光学的異方性相の含量が60〜
100%の光学的異方性ピッチが特に好ましく用いられ
る。
The carbonaceous pitch mentioned here is a coal-based or petroleum-based pitch having a softening point of usually 150 to 400 ° C, preferably 200 to 350 ° C. As the carbonaceous pitch, either an optically isotropic pitch or an anisotropic pitch can be used, but the content of the optically anisotropic phase is 60 to
An optically anisotropic pitch of 100% is particularly preferably used.

【0013】不融化繊維は、前記ピッチ繊維を不融化処
理して得られる繊維である。不融化処理は、酸化性ガス
雰囲気下、通常50〜400℃、好ましくは100〜3
50℃で行うことができる。酸化性ガスとしては、たと
えば空気、酸素、窒素化合物、硫黄化合物、ハロゲン、
あるいはこれらの混合物等が挙げられる。処理時間は通
常10分〜20時間である。
The infusibilized fiber is a fiber obtained by infusibilizing the pitch fiber. The infusibilizing treatment is usually performed at 50 to 400 ° C., preferably 100 to 3 in an oxidizing gas atmosphere.
It can be carried out at 50 ° C. Examples of the oxidizing gas include air, oxygen, nitrogen compounds, sulfur compounds, halogens,
Alternatively, a mixture thereof or the like can be used. The processing time is usually 10 minutes to 20 hours.

【0014】炭化繊維とは、前記不融化繊維をさらに炭
化処理して得られる繊維をいう。炭化処理は、不活性ガ
ス雰囲気下、通常350〜800℃、好ましくは400
〜700℃で通常10分〜5時間実施する。
The carbonized fiber is a fiber obtained by further carbonizing the infusible fiber. The carbonization treatment is usually 350 to 800 ° C., preferably 400, in an inert gas atmosphere.
It is usually carried out at ˜700 ° C. for 10 minutes to 5 hours.

【0015】またピッチ系炭素繊維とは、不融化繊維も
しくは炭化繊維をさらに高温、具体的には1200〜3
000℃で処理して得られる繊維をいう。これは広義の
炭素化のうちの黒鉛化に相当する。この黒鉛化処理は、
不活性ガス雰囲気下、通常1200〜3000℃で通常
1秒〜5時間実施する。
Pitch-based carbon fiber means infusible fiber or carbonized fiber at a higher temperature, specifically 1200 to 3
A fiber obtained by treating at 000 ° C. This is in a broad sense
It corresponds to graphitization of carbonization. This graphitization process
It is usually carried out at 1200 to 3000 ° C. for 1 second to 5 hours in an inert gas atmosphere.

【0016】前記炭素繊維あるいはこれらの前駆体は通
常、5mm〜100cm、好ましくは1〜50cmの長
さに切断されて無配向に堆積されたり、連続した炭素繊
維の500〜25000本の繊維束とされて用いられ
る。さらに一方向積層物、2次元織物あるいはその積層
物、3次元織物、マット状成形物、フェルト状成形物な
ど、2次元あるいは3次元の成形体としたものを用いて
もよい。
The carbon fibers or their precursors are usually cut into a length of 5 mm to 100 cm, preferably 1 to 50 cm and deposited non-oriented, or a continuous carbon fiber bundle of 500 to 25,000 fibers. Is used. Further, a one-dimensional laminate, a two-dimensional woven fabric or a laminate thereof, a three-dimensional woven fabric, a mat-shaped molded product, a felt-shaped molded product such as a two-dimensional or three-dimensional molded product may be used.

【0017】炭素質マトリックスとは有機前駆体の熱処
理により得られるもの及び炭化水素等の気相熱分解によ
り得られるものを示す。有機前駆体には熱可塑性のもの
および熱硬化性のものがある。
The carbonaceous matrix refers to those obtained by heat treatment of an organic precursor and those obtained by vapor phase pyrolysis of hydrocarbons and the like. Organic precursors include thermoplastics and thermosets.

【0018】熱可塑性有機前駆体の代表的なものは炭素
質ピッチである。炭素質ピッチとは、軟化点通常150
〜400℃、好ましくは200〜350℃を有する石炭
系あるいは石油系のピッチである。炭素質ピッチとして
は、光学的に等方性のピッチあるいは異方性のピッチの
いずれも使用できるが、光学的異方性相の含量が60〜
100%の光学的異方性ピッチが特に好ましく用いられ
る。
A typical example of the thermoplastic organic precursor is carbonaceous pitch. Carbonaceous pitch has a softening point of usually 150.
It is a coal-based or petroleum-based pitch having a temperature of up to 400 ° C, preferably 200 to 350 ° C. As the carbonaceous pitch, either an optically isotropic pitch or an anisotropic pitch can be used, but the content of the optically anisotropic phase is 60 to
An optically anisotropic pitch of 100% is particularly preferably used.

【0019】一方、熱硬化性有機前駆体の代表的なもの
としては、炭化性樹脂、具体的にはフェノール樹脂やフ
ラン樹脂などの炭化可能な熱硬化性樹脂等が挙げられ
る。
On the other hand, a typical example of the thermosetting organic precursor is a carbonizing resin, specifically, a carbonizing thermosetting resin such as phenol resin or furan resin.

【0020】本発明の基材となる炭素/炭素複合材料の
1次成形体の製造法は特に限定されず、適宜公知の方法
を用いることができる。
The method for producing the primary molded body of the carbon / carbon composite material, which is the base material of the present invention, is not particularly limited, and a known method can be appropriately used.

【0021】炭素質マトリックスに熱可塑性有機前駆体
を用いる場合には、例えば炭素質ピッチなどを炭素繊維
の織物あるいは成形物などに含浸した後、常圧下、加圧
下あるいはプレス下で炭化して得られる。含浸は、炭素
質ピッチなどを真空下で加熱、溶融するかこれを溶剤で
希釈することにより達成される。また必要に応じ炭素質
ピッチを不融化処理することもできる。
When the thermoplastic organic precursor is used for the carbonaceous matrix, for example, it is obtained by impregnating a carbon fiber woven fabric or a molded product with carbonaceous pitch or the like and then carbonizing it under normal pressure, pressurization or press. To be Impregnation is achieved by heating and melting carbonaceous pitch or the like under vacuum or diluting it with a solvent. If necessary, the carbonaceous pitch may be infusibilized.

【0022】フェノール樹脂、フラン樹脂など熱硬化性
有機前駆体を用いる場合には、これらを炭素繊維の織物
あるいは成形物などに含浸した後、硬化し、常圧下、加
圧下あるいはプレス下で炭化される。含浸は、樹脂を真
空下で加熱、溶融するかこれを溶剤で希釈することによ
り達成される。
When a thermosetting organic precursor such as a phenol resin or a furan resin is used, it is impregnated with a carbon fiber woven fabric or a molded product, and then cured, and carbonized under normal pressure, pressure or press. It Impregnation is achieved by heating and melting the resin under vacuum or diluting it with a solvent.

【0023】炭素質マトリックスに有機前駆体を用いる
場合、熱可塑性有機前駆体、熱硬化性有機前駆体ともに
常圧下の炭化は、アルゴン、窒素、ヘリウム等の不活性
ガス雰囲気下で通常400〜3000℃に加熱すること
で実施できる。また、加圧下の炭化は、上記不活性ガス
により通常50〜10000kg/cm、好ましくは
200〜2000kg/cmに等方加圧し、400〜
3000℃に加熱することで実施できる。圧媒ガスとし
ては、上記不活性ガスが使用できる。また、プレス下の
炭化は、ホットプレスなどにより通常10〜500kg
/cmの一軸加圧下、通常400〜3000℃に加熱
して実施することができる。
When an organic precursor is used for the carbonaceous matrix, carbonization under atmospheric pressure is usually 400 to 3000 in an inert gas atmosphere such as argon, nitrogen or helium for both the thermoplastic organic precursor and the thermosetting organic precursor. It can be carried out by heating to ℃. Also, the carbide under pressure, usually 50~10000kg / cm 2 by the inert gas, preferably 200~2000kg / cm 2 two like lateral pressurized, 400
It can be carried out by heating to 3000 ° C. The above inert gas can be used as the pressure medium gas. In addition, carbonization under press is usually 10 to 500 kg by hot pressing.
It can be carried out by heating normally to 400 to 3000 ° C. under uniaxial pressure of / cm 2 .

【0024】炭素/炭素複合材料一次成形体の他の製造
法の例としては、空隙部に気相分解により炭素を沈積充
填するCVI(CHEMICAL VAPOR INF
ILTRATION)が挙げられる。CVIにより、炭
素を沈積する場合、炭素を得るための熱分解ガスとして
は炭化水素、好ましくはC1〜C6の炭化水素、具体的
には、メタン、天然ガス、プロパン、ベンゼン等が用い
られる。反応条件は、温度が900〜1500℃、圧力
が0.1〜760Torrである。
As another example of the method for producing the carbon / carbon composite primary molded body, CVI (CHEMICAL VAPOR INF) in which the void is deposited and filled with carbon by vapor phase decomposition
ILTRATION). When depositing carbon by CVI, hydrocarbons, preferably C1 to C6 hydrocarbons, specifically, methane, natural gas, propane, benzene and the like are used as the pyrolysis gas for obtaining carbon. The reaction conditions are a temperature of 900 to 1500 ° C. and a pressure of 0.1 to 760 Torr.

【0025】以上述べた炭素/炭素複合材料の1次成形
体の製造法のうち、炭素質マトリックスとして有機前駆
体を用いる方法、特に炭素質ピッチなどを用いる方法が
好ましい。
Among the above-mentioned methods for producing a primary molded body of carbon / carbon composite material, a method using an organic precursor as a carbonaceous matrix, particularly a method using carbonaceous pitch is preferable.

【0026】本発明においては、前記炭素/炭素複合材
料一次成形体を非酸化性雰囲気中、1100〜3000
℃において一次熱処理した後、これを特定の手段で一次
熱処理温度よりも低い温度で緻密化工程を行う。また所
望によりさらに非酸化性雰囲気中、1000〜3000
℃かつ一次熱処理温度よりも低い温度で熱処理する工程
を行うこともできる。ここで一次熱処理温度と同じある
いはこれより高い温度で緻密化もしくは所望によりさら
に熱処理を行う場合には、良好な摺動特性を得ることが
できない。
In the present invention, the above-mentioned carbon / carbon composite material primary compact is placed in a non-oxidizing atmosphere in the range of 1100 to 3000.
After the primary heat treatment at 0 ° C., the densification step is performed by a specific means at a temperature lower than the primary heat treatment temperature. Further, if desired, in a non-oxidizing atmosphere, 1000 to 3000
It is also possible to perform the step of heat treatment at a temperature of ℃ and lower than the primary heat treatment temperature. If the densification is performed at a temperature equal to or higher than the primary heat treatment temperature or further heat treatment is performed if desired, good sliding characteristics cannot be obtained.

【0027】緻密化法は、前記炭素/炭素複合材料一次
成形体に一次熱処理を行ったものに対し、CVIにより
熱分解温度700〜3000℃でかつ一次熱処理温度よ
りも低い温度で緻密化するかあるいは炭素質ピッチを含
浸させたのち加圧下あるいはプレス下500〜1500
℃かつ一次熱処理温度よりも低い温度で緻密化するもの
である。
The densification method, the carbon / carbon composite primary molded body to having been subjected to the primary heat treatment, the CVI
Pyrolysis temperature is 700 ~ 3000 ℃ and temperature of primary heat treatment
Densification at lower temperatures or carbonaceous pitch
After immersion, pressurize or press 500-1500
Densified at ℃ and lower than the primary heat treatment temperature
It is.

【0028】熱処理あるいはこれら緻密化工程の熱処理
温度は前記一次熱処理温度よりも低いことが必要であ
る。一次熱処理温度との温度差は50〜1000℃の範
囲が好ましく、特に100〜800℃の範囲が好まし
い。
The heat treatment temperature or the heat treatment temperature in these densification steps must be lower than the primary heat treatment temperature. The temperature difference from the primary heat treatment temperature is preferably in the range of 50 to 1000 ° C, particularly preferably in the range of 100 to 800 ° C.

【0029】CVIを用いた緻密化においては、例えば
メタン、エタン、アセチレン、プロパン、ベンゼンある
いは天然ガスなどの炭化水素の少なくとも一種を不活性
ガスあるいは水素で希釈したものを原料として、繊維成
形体上に熱分解炭素を沈着させる。熱分解温度は、通常
700〜3000℃、好ましくは800〜2500℃で
ある。熱分解圧力は常圧で行うこともできるが、減圧が
好ましく、具体的には、通常0.5〜100Torr、
好ましくは0.5〜50Torr程度である。
In the densification using CVI, for example, at least one kind of hydrocarbon such as methane, ethane, acetylene, propane, benzene or natural gas diluted with an inert gas or hydrogen is used as a raw material, and a fiber molded product is obtained. Pyrolytic carbon is deposited on. The thermal decomposition temperature is usually 700 to 3000 ° C, preferably 800 to 2500 ° C. The thermal decomposition pressure may be atmospheric pressure, but reduced pressure is preferable, and specifically, it is usually 0.5 to 100 Torr,
It is preferably about 0.5 to 50 Torr.

【0030】緻密化において、炭素質ピッチを出発原料
とする炭素質マトリックスを形成させる場合には、具体
的には、軟化点通常100〜400℃、好ましくは15
0〜350℃を有する石炭系あるいは石油系のピッチが
用いられる。
When forming a carbonaceous matrix using carbonaceous pitch as a starting material in densification, specifically, the softening point is usually 100 to 400 ° C., preferably 15
Coal or petroleum pitch having a temperature of 0 to 350 ° C. is used.

【0031】炭素質ピッチとしては、光学的に等方性の
ピッチあるいは異方性のピッチのいずれも使用できる
が、光学的異方性相の含量が60〜100%の光学的異
方性ピッチが特に好ましく用いられる。これらの炭素質
ピッチを繊維成形体に含浸させたのち、炭化する。炭化
は加圧下あるいはプレス下で行う。加圧下の炭化は、不
活性ガスにより通常50〜10000kg/cm、好
ましくは100〜2000kg/cmに加圧し、50
0〜1500℃において実施する。また、プレス下の炭
化は、ホットプレスにより通常10〜500kg/cm
、好ましくは20〜200kg/cmの圧力下、
00〜1500℃において実施する。
As the carbonaceous pitch, either an optically isotropic pitch or an anisotropic pitch can be used, but the optically anisotropic pitch has an optically anisotropic phase content of 60 to 100%. Are particularly preferably used. The carbonaceous pitch is impregnated in the fiber molding and then carbonized. Carbonization
Is performed under pressure or press. Under pressure carbonization is usually 50~10000kg / cm 2 with an inert gas, preferably pressurized to 100 to 2,000 kg / cm 2, 50
It is carried out at 0 to 1500 ° C. Also, carbonization under press is usually 10 to 500 kg / cm by hot pressing.
2 , preferably under a pressure of 20-200 kg / cm 2 , 5
It is carried out at 00 to 1500 ° C.

【0032】緻密化の後、さらに非酸化性雰囲気中、1
000〜3000℃かつ一次熱処理温度よりも低い温度
で熱処理する工程を行うこともできる。この場合の一次
熱処理との温度差も50〜1000℃、特に100〜8
00℃の範囲が好ましい。
After densification, in a non-oxidizing atmosphere, 1
It is also possible to perform the step of heat treatment at 000 to 3000 ° C. and a temperature lower than the primary heat treatment temperature. In this case, the temperature difference from the primary heat treatment is 50 to 1000 ° C., especially 100 to 8
The range of 00 ° C is preferred.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明により、良好な摺動特性を有する
炭素/炭素複合材料を簡便な方法で製造することが可能
となる。
According to the present invention, a carbon / carbon composite material having good sliding characteristics can be manufactured by a simple method.

【0034】[0034]

【実施例】以下に実施例をあげ、本発明を具体的に説明
するが、本発明はこれに限定されるものではない。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited thereto.

【0035】実施例1 軟化点280℃、光学異方性相の含有量が100vol
%の石油系ピッチを溶融紡糸し、平均直径13μmのピ
ッチ繊維を得た。このピッチ繊維を酸化雰囲気中、22
0℃で4時間不融化処理した後、760mmHgのN
ガス中、700℃において焼成することにより直径10
ミクロンの炭化繊維が得られた。該炭化繊維を長さ/直
径の比が15,000(平均)となるようにチョップ
し、これに軟化点280℃の光学的異方性ピッチを混合
比が50重量部/100重量部となるように真空容器
内、350℃にて混合含浸した。含浸物を12.5kg
/cmの圧力下、500℃において1時間ホットプレ
スして炭素/炭素複合材料一次成形体とした。これをさ
らにNガス中、常圧下、2000℃で1時間、一次熱
処理して炭素/炭素複合材料一次成形体熱処理物とし
た。
Example 1 Softening point 280 ° C., content of optically anisotropic phase 100 vol
% Of petroleum pitch was melt-spun to obtain pitch fibers having an average diameter of 13 μm. This pitch fiber is placed in an oxidizing atmosphere for 22
After infusibilizing treatment at 0 ° C. for 4 hours, N 2 of 760 mmHg
Diameter 10 by firing at 700 ° C in gas
Micron carbonized fiber was obtained. The carbonized fiber is chopped so that the length / diameter ratio becomes 15,000 (average), and an optically anisotropic pitch having a softening point of 280 ° C. is mixed in the mixture ratio of 50 parts by weight / 100 parts by weight. Thus, the mixture was impregnated in the vacuum container at 350 ° C. 12.5 kg of impregnated material
A hot pressing was performed at a temperature of 500 ° C. for 1 hour under a pressure of / cm 2 to obtain a carbon / carbon composite material primary molded body. This was further subjected to primary heat treatment at 2000 ° C. for 1 hour under normal pressure in N 2 gas to obtain a heat-treated product of carbon / carbon composite material primary compact.

【0036】この炭素/炭素複合材料一次成形体熱処理
物に、さらにピッチを真空容器中350℃で含浸し、不
活性ガス中、温度800℃、圧力1000kg/cm
で30分間、炭化した後、これを不活性雰囲気中、17
00℃で30分間焼成して炭素/炭素複合材料を得た。
The heat-treated product of the carbon / carbon composite primary molded body was further impregnated with pitch at 350 ° C. in a vacuum vessel, and the temperature was 800 ° C. and the pressure was 1000 kg / cm 2 in an inert gas.
After carbonizing for 30 minutes in an inert atmosphere,
A carbon / carbon composite material was obtained by firing at 00 ° C. for 30 minutes.

【0037】得られた炭素/炭素複合材料について、摺
動試験を実施したところ、低速度および高速度のいずれ
においても安定した摩擦係数を示し、また低速度時と高
速度時の摩擦係数の差が比較的小さかった。
When a sliding test was carried out on the obtained carbon / carbon composite material, it showed a stable friction coefficient at both low speed and high speed, and the difference in friction coefficient between low speed and high speed. Was relatively small.

【0038】比較例1 実施例1の炭素/炭素複合材料一次成形体熱処理物にさ
らに真空容器中、350℃でピッチを含浸し、温度80
0℃、圧力1000kg/cmで30分間炭化処理し
た後、さらにこれをNガス雰囲気中2300℃で焼成
して炭素/炭素複合材料を得た。得られた炭素/炭素複
合材料について摺動試験を実施したところ、低速度にお
いては安定した摩擦係数を示したが、高速度では摩擦係
数が上昇し、安定した摺動特性を得ることができなかっ
た。
Comparative Example 1 The heat-treated product of the carbon / carbon composite material primary compact of Example 1 was further impregnated with pitch at 350 ° C. in a vacuum vessel at a temperature of 80.
After carbonization treatment at 0 ° C. and a pressure of 1000 kg / cm 2 for 30 minutes, the carbonization treatment was further performed at 2300 ° C. in an N 2 gas atmosphere to obtain a carbon / carbon composite material. When a sliding test was conducted on the obtained carbon / carbon composite material, it showed a stable friction coefficient at low speeds, but at high speeds the friction coefficient increased and stable sliding characteristics could not be obtained. It was

【0039】実施例2 実施例1で得られた炭化繊維を、長さ/直径の比が、1
5,000(平均)となるようにチョップし、これに軟
化点280℃の光学的異方性ピッチを混合比が50重量
部/100重量部となるように真空容器内、350℃に
て混合含浸した。含浸物を12.5kg/cmの圧力
下、500℃において1時間ホットプレスして炭素/炭
素複合材料一次成形体とし、さらに常圧下、1700℃
で1時間炭化処理して炭素/炭素複合材料一次成形体熱
処理物とした。
Example 2 The carbonized fiber obtained in Example 1 had a length / diameter ratio of 1
Chop to 5,000 (average), and mix with it an optically anisotropic pitch with a softening point of 280 ° C at 350 ° C in a vacuum container so that the mixing ratio is 50 parts by weight / 100 parts by weight. Impregnated. The impregnated material is hot-pressed at 500 ° C. for 1 hour under a pressure of 12.5 kg / cm 2 to obtain a carbon / carbon composite material primary molded body, and further, under normal pressure, 1700 ° C.
Was carbonized for 1 hour to obtain a heat-treated carbon / carbon composite material primary molded body.

【0040】この炭素/炭素複合材料一次成形体熱処理
物にさらにピッチを、真空容器中350℃で含浸し、温
度800℃、圧力1000kg/cmで30分間、炭
化したのち、不活性雰囲気中、1500℃で30分間焼
成して炭素/炭素複合材料を得た。
The heat-treated product of the carbon / carbon composite primary molded body was further impregnated with pitch in a vacuum vessel at 350 ° C., carbonized at a temperature of 800 ° C. and a pressure of 1000 kg / cm 2 for 30 minutes, and then in an inert atmosphere. A carbon / carbon composite material was obtained by firing at 1500 ° C. for 30 minutes.

【0041】得られた炭素/炭素複合材料の摺動試験を
実施したところ、低速度および高速度のいずれにおいて
も安定した摩擦係数を示し、また低速度時と高速度時の
摩擦係数の差が比較的小さかった。
When a sliding test was conducted on the obtained carbon / carbon composite material, it showed a stable friction coefficient at both low speed and high speed, and the difference in friction coefficient between low speed and high speed was It was relatively small.

【0042】比較例2 実施例1で得られた炭素/炭素複合材料一次成形体熱処
理物にさらにピッチを、真空容器中350℃で含浸し、
温度800℃、圧力1000kg/cmで30分間炭
化したのち、これを不活性雰囲気中、2000℃で30
分間焼成して炭素/炭素複合材料を得た。
Comparative Example 2 The heat treatment product of the carbon / carbon composite material primary molded body obtained in Example 1 was further impregnated with pitch at 350 ° C. in a vacuum vessel,
After carbonizing at a temperature of 800 ° C and a pressure of 1000 kg / cm 2 for 30 minutes, this is carbonized at 2000 ° C for 30 minutes in an inert atmosphere.
It was calcined for a minute to obtain a carbon / carbon composite material.

【0043】得られた炭素/炭素複合材料の摺動試験を
実施したところ、低速度においては安定した摩擦係数を
示したが、高速度では摩擦係数が上昇し、安定した摺動
特性を得ることができなかった。
When a sliding test of the obtained carbon / carbon composite material was carried out, it showed a stable friction coefficient at low speeds, but at high speeds the friction coefficient increased and stable sliding characteristics were obtained. I couldn't.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤岡 順三 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工 業株式会社技術研究所内 (72)発明者 末光 毅 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工 業株式会社技術研究所内 (56)参考文献 特開 平2−283666(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Junzo Fujioka 1-1, Kawasaki-cho, Akashi-shi, Hyogo Kawasaki Heavy Industries, Ltd. Technical Research Institute (72) Takeshi Suemitsu 1-1, Kawasaki-cho, Akashi-shi, Hyogo Kawasaki Heavy Industries, Ltd. Technical Research Institute (56) Reference JP-A-2-283666 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 繊維体積含有率20〜70%、マトリッ
クス体積含有率5〜50%、および空隙体積率20〜
%を有する炭素/炭素複合材料一次成形体を非酸化性
雰囲気中、1100〜3000℃において一時熱処理し
た後に、CVIにより熱分解温度700〜3000℃で
かつ一次熱処理温度よりも低い温度で緻密化する工程あ
るいは炭素質ピッチを含浸させたのち加圧下あるいはプ
レス下500〜1500℃かつ一次熱処理温度よりも低
い温度で緻密化する工程を行うことを特徴とする炭素/
炭素複合材料の製造法。
1. A fiber volume content of 20 to 70 %, a matrix volume content of 5 to 50%, and a void volume ratio of 20 to 4.
After temporarily heat treating the carbon / carbon composite material primary compact having 0 % at 1100 to 3000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere, CVI at a thermal decomposition temperature of 700 to 3000 ° C.
In addition, the process of densification at a temperature lower than the primary heat treatment temperature
After impregnation with carbonaceous pitch, pressurization or press
Of carbon / characterized in that the step of densifying is performed at a temperature of 500 to 1500 ° C. below the pressure and a temperature lower than the primary heat treatment temperature.
Manufacturing method of carbon composite material.
【請求項2】 繊維体積含有率20〜70%、マトリッ
クス体積含有率5〜50%、および空隙体積率20〜
%を有する炭素/炭素複合材料一次成形体を非酸化性
雰囲気中、1100〜3000℃において一時熱処理し
た後に、CVIにより熱分解温度700〜3000℃で
かつ一次熱処理温度よりも低い温度で緻密化する工程あ
るいは炭素質ピッチを含浸させたのち加圧下あるいはプ
レス下500〜1500℃かつ一次熱処理温度よりも低
い温度で緻密化する工程を行い、さらに非酸化性雰囲気
中、1000〜3000℃かつ一次熱処理温度よりも低
い温度で熱処理する工程を行うことを特徴とする炭素/
炭素複合材料の製造法。
2. A fiber volume content of 20 to 70 %, a matrix volume content of 5 to 50%, and a void volume ratio of 20 to 4.
After temporarily heat treating the carbon / carbon composite material primary compact having 0 % at 1100 to 3000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere, CVI at a thermal decomposition temperature of 700 to 3000 ° C.
In addition, the process of densification at a temperature lower than the primary heat treatment temperature
After impregnation with carbonaceous pitch, pressurization or press
Characterized by performing a densification step at a temperature of 500 to 1500 ° C. under a pressureless condition and a temperature lower than the primary heat treatment temperature, and further performing a heat treatment step at a temperature of 1000 to 3000 ° C. and a temperature lower than the primary heat treatment temperature in a non-oxidizing atmosphere. Carbon
Manufacturing method of carbon composite material.
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JPH0822783B2 (en) * 1988-02-17 1996-03-06 日本石油株式会社 Method for manufacturing carbon / carbon composite material
JPH02283666A (en) * 1989-04-24 1990-11-21 Kawasaki Steel Corp Production of high-density carbon composite reinforced with carbon fiber
JPH03197358A (en) * 1989-12-25 1991-08-28 Kawasaki Steel Corp Production of carbon fiber-reinforced carbon composite material
JP2889878B2 (en) * 1990-06-12 1999-05-10 三菱化学株式会社 Pitch-based carbon fiber reinforced carbon composite and method for producing the same

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