JPS58130164A - 炭素−炭素複合材料ならびにその製造法 - Google Patents
炭素−炭素複合材料ならびにその製造法Info
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- JPS58130164A JPS58130164A JP57009929A JP992982A JPS58130164A JP S58130164 A JPS58130164 A JP S58130164A JP 57009929 A JP57009929 A JP 57009929A JP 992982 A JP992982 A JP 992982A JP S58130164 A JPS58130164 A JP S58130164A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は炭素−炭素複合材料に係り、史に詳細には、炭
素繊維材料、熱硬化性**、ホウ素含有化合物およびホ
ウ素含有化合物と反応して金属ホウ化物を生成すること
が可能な耐熱金属から造られる複合材料に係る。本発明
はまた、上記炭素−炭素複合材料のa!遺に有用な熱硬
化性樹脂バインダーの含浸した炭素!l#l維材料およ
びかかる複合材料の製造方法にも保る〇 黒鉛末のような充填材とピッチまたは樹脂のような#1
1鉛化し得る材料とから黒鉛のような炭素材料を製造す
る際にホウ素を使用することは知られている0ホウ累の
使用により、材料の結合および材料から黒鉛への変侯が
尚められる。
素繊維材料、熱硬化性**、ホウ素含有化合物およびホ
ウ素含有化合物と反応して金属ホウ化物を生成すること
が可能な耐熱金属から造られる複合材料に係る。本発明
はまた、上記炭素−炭素複合材料のa!遺に有用な熱硬
化性樹脂バインダーの含浸した炭素!l#l維材料およ
びかかる複合材料の製造方法にも保る〇 黒鉛末のような充填材とピッチまたは樹脂のような#1
1鉛化し得る材料とから黒鉛のような炭素材料を製造す
る際にホウ素を使用することは知られている0ホウ累の
使用により、材料の結合および材料から黒鉛への変侯が
尚められる。
炭素布ま九は黒鉛布のような炭素繊維材料と熱硬化性樹
脂とからなる炭素−炭素複合材料を製造する際にホウ素
を使用することも、機業において知られている。このタ
イプの複合材料の例は、L@o C,Ehr@nr*I
eh の米国特許@ 、3,1,7コ、736号(/
デフ2年6月27日)明細書中に開示されている。この
特許では、8Mの炭化に先立って、樹膚含浸済みの炭素
繊維材料にホウ素含有化合物をamする場合、層間引張
り強さのみならず耐酸化性が幾分改良されることが1繊
されている。
脂とからなる炭素−炭素複合材料を製造する際にホウ素
を使用することも、機業において知られている。このタ
イプの複合材料の例は、L@o C,Ehr@nr*I
eh の米国特許@ 、3,1,7コ、736号(/
デフ2年6月27日)明細書中に開示されている。この
特許では、8Mの炭化に先立って、樹膚含浸済みの炭素
繊維材料にホウ素含有化合物をamする場合、層間引張
り強さのみならず耐酸化性が幾分改良されることが1繊
されている。
Rob@rt C,8haff@rの米国特許第り、1
0八3jり号―細書には、ホウ素含有炭素−炭素複合材
料が炭化および黒鉛化の関少なくとも約コ/!rO”c
K加熱されるならば、該複合材料の層間引張り強さが大
いに改良されること、ならびKかかる温度では、炭素繊
維材料の嫌一方向の引張り強さが典型的に、実責的に減
少すること(これは、明らか処、為温におけるホウ素と
の反応によってもたらされる複合材料の@素−−材料の
劣化による)が開示されている。この特許によれば、#
R素繊維材料の繊維方向の引張り強さが有意に減少する
ことは繊維上への保−コーテング物の使用によって防止
される。
0八3jり号―細書には、ホウ素含有炭素−炭素複合材
料が炭化および黒鉛化の関少なくとも約コ/!rO”c
K加熱されるならば、該複合材料の層間引張り強さが大
いに改良されること、ならびKかかる温度では、炭素繊
維材料の嫌一方向の引張り強さが典型的に、実責的に減
少すること(これは、明らか処、為温におけるホウ素と
の反応によってもたらされる複合材料の@素−−材料の
劣化による)が開示されている。この特許によれば、#
R素繊維材料の繊維方向の引張り強さが有意に減少する
ことは繊維上への保−コーテング物の使用によって防止
される。
核保−コーテンダ物は熱硬化性材料を含んでおり、この
材料は硬化温度にさらした後でも可撓性を残しているよ
うなものである。倒膚およびホウ素含有化合物の添加前
に繊維にコーテングを運用し、硬化する。次いで、樹脂
およびホウ素含有化合物を桧加して、樹脂を少なくとも
部分的に硬化することができる。積層物を生成せしめ、
セして**を炭化しまた少なくとも部分的に黒鉛化する
のに光分な温度に積層物を力Ω熱すると、sNj物の炭
素繊維材料の繊維方向の引張り強さが有意(減少するこ
となく、層間引張り強さが大いに改良されることがわか
った0噴維上の保II樹脂コーテング物はバリヤーを生
じて、マトリックス内に存在するホウ素量が高くても、
異方性複合材料を生じる0しかしながら、このバリヤー
はホウ素の移行を制限するには不充分でありまたill
!+温の団結温度が一ダS−℃を越える場合に、l[金
材料の異方性を保持するには不充分である。この団結温
度より上では、高a度のホウ素により、等方性複合材料
が得られるかまたは複合材料が大きな破壊によって役に
立たなくなるような不安定性が示される〇本発明によれ
は、耐熱金属および熱硬化性樹脂を含む混合物が得られ
る。この樹脂は、硬化温度にさらされ死後でもOTN性
を残しているようなものである。金属は、粒状金属また
は微細な分数金属またはその両方の金属の形であること
ができる。
材料は硬化温度にさらした後でも可撓性を残しているよ
うなものである。倒膚およびホウ素含有化合物の添加前
に繊維にコーテングを運用し、硬化する。次いで、樹脂
およびホウ素含有化合物を桧加して、樹脂を少なくとも
部分的に硬化することができる。積層物を生成せしめ、
セして**を炭化しまた少なくとも部分的に黒鉛化する
のに光分な温度に積層物を力Ω熱すると、sNj物の炭
素繊維材料の繊維方向の引張り強さが有意(減少するこ
となく、層間引張り強さが大いに改良されることがわか
った0噴維上の保II樹脂コーテング物はバリヤーを生
じて、マトリックス内に存在するホウ素量が高くても、
異方性複合材料を生じる0しかしながら、このバリヤー
はホウ素の移行を制限するには不充分でありまたill
!+温の団結温度が一ダS−℃を越える場合に、l[金
材料の異方性を保持するには不充分である。この団結温
度より上では、高a度のホウ素により、等方性複合材料
が得られるかまたは複合材料が大きな破壊によって役に
立たなくなるような不安定性が示される〇本発明によれ
は、耐熱金属および熱硬化性樹脂を含む混合物が得られ
る。この樹脂は、硬化温度にさらされ死後でもOTN性
を残しているようなものである。金属は、粒状金属また
は微細な分数金属またはその両方の金属の形であること
ができる。
金属は炭素の三元系において高温でホウ素と反応するこ
とが可能である。炭素繊維材料は、この混合物で被覆さ
れ、熱硬化性樹脂は硬化される。次いで、被覆済み炭素
繊維材料を、ホウ素化合物な含む第二の熱硬化性II盾
および随意にホウ素と反応して金属ホウ化物を生成する
ことのできる耐熱金属で再含浸する0集−コーテング物
内の耐熱金属については、存在するならば、尚該金属は
粒状金lI4または微細な分散金属または両方の金属の
形であることができる。第二の熱硬化性1M#は少なく
とも部分的に硬化され、次いで複数の繊維状材料鳩な組
立てて積層物を遺る0熱硬化性W脂を炭化しまた感鉛化
するのに充分な温度に該積層物をIA熱する。得られた
炭素−炭素複合材料は、熱硬化性41膚内に耐熱金属を
存在させずに遣った複合材料と比べて、耐酸化性が良好
であり、高温安定性が改良され、より高い密度を有し、
層間引張り強さが改良された。
とが可能である。炭素繊維材料は、この混合物で被覆さ
れ、熱硬化性樹脂は硬化される。次いで、被覆済み炭素
繊維材料を、ホウ素化合物な含む第二の熱硬化性II盾
および随意にホウ素と反応して金属ホウ化物を生成する
ことのできる耐熱金属で再含浸する0集−コーテング物
内の耐熱金属については、存在するならば、尚該金属は
粒状金lI4または微細な分散金属または両方の金属の
形であることができる。第二の熱硬化性1M#は少なく
とも部分的に硬化され、次いで複数の繊維状材料鳩な組
立てて積層物を遺る0熱硬化性W脂を炭化しまた感鉛化
するのに充分な温度に該積層物をIA熱する。得られた
炭素−炭素複合材料は、熱硬化性41膚内に耐熱金属を
存在させずに遣った複合材料と比べて、耐酸化性が良好
であり、高温安定性が改良され、より高い密度を有し、
層間引張り強さが改良された。
本発明によれは、硬化にあ九っても可撓性が残っている
可撓性熱硬化性樹脂で、まず炭素繊維材料な被覆する0
熱硬化性樹脂は、ホウ素と反応して金属ホウ化物を生成
することのできる耐熱金属を含んでいる。耐熱金属は樹
脂内に微細に分散することができる(すなわち、耐熱金
属は樹脂の分子構造の不可欠部分である)0または耐熱
金属は粒状金属であることができ、ま九は両方の形の金
属を使用することもできる。
可撓性熱硬化性樹脂で、まず炭素繊維材料な被覆する0
熱硬化性樹脂は、ホウ素と反応して金属ホウ化物を生成
することのできる耐熱金属を含んでいる。耐熱金属は樹
脂内に微細に分散することができる(すなわち、耐熱金
属は樹脂の分子構造の不可欠部分である)0または耐熱
金属は粒状金属であることができ、ま九は両方の形の金
属を使用することもできる。
タングステン カルがニルおよび/またはモリブテン
カルlニルとピロリジンとの反応生成物の形で、耐熱金
属を樹脂内に入れることにより、微細に分散し九金属を
含有する熱硬化性樹脂を製造することがで龜る。かかる
熱硬化性樹脂の例は、フルフリル アルコールとポリエ
ステル プレ4リマーとのコポリマーを含んでおり、こ
のポリエステル プレ4リマーは、タングステン カル
lニルおよび/またはモリブデン カルlニルとピロリ
ジンとの反応生成物である錯体と反応せしめられていた
。かかる;−リマーは、Rob@rt C。
カルlニルとピロリジンとの反応生成物の形で、耐熱金
属を樹脂内に入れることにより、微細に分散し九金属を
含有する熱硬化性樹脂を製造することがで龜る。かかる
熱硬化性樹脂の例は、フルフリル アルコールとポリエ
ステル プレ4リマーとのコポリマーを含んでおり、こ
のポリエステル プレ4リマーは、タングステン カル
lニルおよび/またはモリブデン カルlニルとピロリ
ジンとの反応生成物である錯体と反応せしめられていた
。かかる;−リマーは、Rob@rt C。
8haff@rの米国特許第ダ、Olり、り2号明細書
中に更に充分Kl!!示されており、本発明でこれらコ
ーリマーを使用することができる0化字的に結合した金
属を含んでいる他の熱硬化性−リマーであって、タング
ステン カルlニルおよび/またはモリブデン カルl
ニルとピロリジンとの反応生成物である錯体とモノ!−
およびグレfリマーとの反応によって造られ九−リマー
は、Rob@rt C,5hafferの米国咎許出I
II第gデ3,4二号(/デフを年ダ月3日出願)およ
び−纂ob7θtダ、3/θ号(lデクデ年IO月り−
日出願)の各明細書に開示されており、本発明でこれら
ポリマーを使用することができるOmats遣後、適当
な溶媒、例えばジメチルホルムアミドで樹脂を希釈して
、固形分を例えfi、7096にすることができる0 本発明を実施する際に使用することのできる炭素繊維材
料は繊維の形状またはフィラメントの形状または他の形
状である炭素材料を含むことができる。例えば、炭素布
ま九は愚鉛布のような織物が含まれる。本明細書で用い
る「炭素」という用語は、グー)ファイトを含め友その
全ての形11における炭素な意図するものとして使用さ
れるO本発明の好ましい実施の態様においては、可撓性
熱硬化性樹脂の第一のコーテンダ物は、微細に分散した
耐II&@磯の他に、!〜よOμの粒径を有する粒状耐
熱金属な含んでいる0かかる金属の例には、ニオブ、メ
ンタル、チタン(flえは、二酸化チタンとして)、モ
リブデンおよびタングステン等がある0耐熱金属はホウ
素との三元系(おいて安定なホウ化物に変換するものを
使用することができる0好ましくは、樹脂中の耐熱金属
全含量の約5θ〜90優が粒状金属であり、残部が微細
に分散した金属である。
中に更に充分Kl!!示されており、本発明でこれらコ
ーリマーを使用することができる0化字的に結合した金
属を含んでいる他の熱硬化性−リマーであって、タング
ステン カルlニルおよび/またはモリブデン カルl
ニルとピロリジンとの反応生成物である錯体とモノ!−
およびグレfリマーとの反応によって造られ九−リマー
は、Rob@rt C,5hafferの米国咎許出I
II第gデ3,4二号(/デフを年ダ月3日出願)およ
び−纂ob7θtダ、3/θ号(lデクデ年IO月り−
日出願)の各明細書に開示されており、本発明でこれら
ポリマーを使用することができるOmats遣後、適当
な溶媒、例えばジメチルホルムアミドで樹脂を希釈して
、固形分を例えfi、7096にすることができる0 本発明を実施する際に使用することのできる炭素繊維材
料は繊維の形状またはフィラメントの形状または他の形
状である炭素材料を含むことができる。例えば、炭素布
ま九は愚鉛布のような織物が含まれる。本明細書で用い
る「炭素」という用語は、グー)ファイトを含め友その
全ての形11における炭素な意図するものとして使用さ
れるO本発明の好ましい実施の態様においては、可撓性
熱硬化性樹脂の第一のコーテンダ物は、微細に分散した
耐II&@磯の他に、!〜よOμの粒径を有する粒状耐
熱金属な含んでいる0かかる金属の例には、ニオブ、メ
ンタル、チタン(flえは、二酸化チタンとして)、モ
リブデンおよびタングステン等がある0耐熱金属はホウ
素との三元系(おいて安定なホウ化物に変換するものを
使用することができる0好ましくは、樹脂中の耐熱金属
全含量の約5θ〜90優が粒状金属であり、残部が微細
に分散した金属である。
適当な技術を使用して、第一のoJgIa性コーテング
物を炭素繊維材料に適用し、そして硬化する○使用し得
る方法のうちの7つは、コーテング材料の入つfc開放
容器内に炭素繊維材料を浸漬し、次いで圧力ロールを通
して炭素繊維材料を引数ることにより過剰型のコーテン
グ材料を除き、その後繊維状材料を周囲温度で空気中に
吊下げてコーテフグ材料中の溶剤の一部を蒸発せしめる
ことによりコーテング物を乾燥せしめるものである。次
いで、炭素繊維材料を空気循環炉内Km<ことにより、
コーテング物料を硬化せしめて、樹脂の重合を進めかつ
さらに溶剤を除去する。熱硬化性コーテング材料の固形
分を調整して、約5〜−〇〇重童饅の炭素−線材料を含
む硬化済みコーテング物を遣る。
物を炭素繊維材料に適用し、そして硬化する○使用し得
る方法のうちの7つは、コーテング材料の入つfc開放
容器内に炭素繊維材料を浸漬し、次いで圧力ロールを通
して炭素繊維材料を引数ることにより過剰型のコーテン
グ材料を除き、その後繊維状材料を周囲温度で空気中に
吊下げてコーテフグ材料中の溶剤の一部を蒸発せしめる
ことによりコーテング物を乾燥せしめるものである。次
いで、炭素繊維材料を空気循環炉内Km<ことにより、
コーテング物料を硬化せしめて、樹脂の重合を進めかつ
さらに溶剤を除去する。熱硬化性コーテング材料の固形
分を調整して、約5〜−〇〇重童饅の炭素−線材料を含
む硬化済みコーテング物を遣る。
町椰性コーテンダ物の適用後、炭素繊維材料な第二のS
硬化性樹脂で再含浸する。この樹脂は部分的に硬化され
ているものまたはBR#のものである。この樹脂は、t
qIlll性熱硬化性1M脂と崗じであることができ、
また前記したように1微細九分散し九耐熱金属または粒
状耐熱金属または両方の金属の適当な童を含んでいても
よくあるいは含んでいなくてもよい。このamはまた、
ホウ素化合*を含んでおり、ホウ素の量は、系全体く存
在している金属の量と分子基準で釣り合わせるのが好ま
しい。ホウ素含有化合物は好ましくは無定形ホウ素であ
る。皺覆済み炭素fI&碓材層材料ホウ素および所望に
より耐熱金属を含んでいる熱硬化性樹脂の入った開放容
器内に浸すような適当な方法によって、含浸および硬化
をなし得る。炭素繊維材料を圧力ロールの闇で引抜くこ
とによって過剰量の材料を除き、その後周囲温度で空気
中に吊下げて樹脂に含まれた溶剤の一部を蒸発せしめる
ことくより該材料を乾燥する。次いで、乾燥済みの炭素
繊維材料を空気循環炉内に置いて樹脂の重合を進めるよ
うな方法などくよって、該材料を処理して、熱硬化性樹
脂な少なくとも部分的に硬化する。
硬化性樹脂で再含浸する。この樹脂は部分的に硬化され
ているものまたはBR#のものである。この樹脂は、t
qIlll性熱硬化性1M脂と崗じであることができ、
また前記したように1微細九分散し九耐熱金属または粒
状耐熱金属または両方の金属の適当な童を含んでいても
よくあるいは含んでいなくてもよい。このamはまた、
ホウ素化合*を含んでおり、ホウ素の量は、系全体く存
在している金属の量と分子基準で釣り合わせるのが好ま
しい。ホウ素含有化合物は好ましくは無定形ホウ素であ
る。皺覆済み炭素fI&碓材層材料ホウ素および所望に
より耐熱金属を含んでいる熱硬化性樹脂の入った開放容
器内に浸すような適当な方法によって、含浸および硬化
をなし得る。炭素繊維材料を圧力ロールの闇で引抜くこ
とによって過剰量の材料を除き、その後周囲温度で空気
中に吊下げて樹脂に含まれた溶剤の一部を蒸発せしめる
ことくより該材料を乾燥する。次いで、乾燥済みの炭素
繊維材料を空気循環炉内に置いて樹脂の重合を進めるよ
うな方法などくよって、該材料を処理して、熱硬化性樹
脂な少なくとも部分的に硬化する。
ai脂に配合する無定形ホウ掌の童は、無定形ホウ素が
積層物の約λ〜デ容當慢からな−るようK1l5ぶ。
積層物の約λ〜デ容當慢からな−るようK1l5ぶ。
ホウ素を含んでいる9侠性熱硬化性樹脂およびホウ素を
含んでいる熱硬化性lI脂中に含まれている金属の駿は
、存在するホウ素と結合するのに必要な化学會論的當よ
り過−に存在するのが好ましい。好ましくは、槓N#n
の全金属含量の約75〜100重當慢が第一のq便性熱
硬化性樹循コーテング物中に存在し、残部が第二の熱硬
化性樹脂コーテング物中に存在する。
含んでいる熱硬化性lI脂中に含まれている金属の駿は
、存在するホウ素と結合するのに必要な化学會論的當よ
り過−に存在するのが好ましい。好ましくは、槓N#n
の全金属含量の約75〜100重當慢が第一のq便性熱
硬化性樹循コーテング物中に存在し、残部が第二の熱硬
化性樹脂コーテング物中に存在する。
次いで、得られた積層物を一体化し、#M脂マトリック
スで強化し、さらに硬化する。これをなすための方法の
1つによれば、検層物は、高圧かつi%ljiで、積層
物に繊維−樹脂iトリックスの比較的高い豪*度合を与
えるのく充分な時間であってかつ検層物を次の加工の間
中その形状および寸法を維持するのに適切な自己支持性
にするのく充分な時間の閣、電気加熱された段ブレスの
整合性金型内に置かれる。
スで強化し、さらに硬化する。これをなすための方法の
1つによれば、検層物は、高圧かつi%ljiで、積層
物に繊維−樹脂iトリックスの比較的高い豪*度合を与
えるのく充分な時間であってかつ検層物を次の加工の間
中その形状および寸法を維持するのに適切な自己支持性
にするのく充分な時間の閣、電気加熱された段ブレスの
整合性金型内に置かれる。
次いで、積層物を炭化し、好ましくは少なくとも部分的
に黒鉛化する。これは、例えは、23コO〜−tqo℃
の温度および約35〜約λ//Kf/2”(soo〜3
000p*1)の圧力下で加熱することによって行なわ
れる。使用することのできる炭化法および黒鉛化法は、
真えばRlchard J、Lars@n尋の米国特許
出#lI票tt!、、 ttり号(7275年3月10
日出願)明細書く記載されている。Lars@n等の米
国脣許出願明細書く記載された方法では、炭素−有機1
M脂の複合材料は初めに成形によって何形され、少なく
とVS部分的予備硬化される。
に黒鉛化する。これは、例えは、23コO〜−tqo℃
の温度および約35〜約λ//Kf/2”(soo〜3
000p*1)の圧力下で加熱することによって行なわ
れる。使用することのできる炭化法および黒鉛化法は、
真えばRlchard J、Lars@n尋の米国特許
出#lI票tt!、、 ttり号(7275年3月10
日出願)明細書く記載されている。Lars@n等の米
国脣許出願明細書く記載された方法では、炭素−有機1
M脂の複合材料は初めに成形によって何形され、少なく
とVS部分的予備硬化される。
その後、複合材料を誘導電気炉内に置き、ここて、迅速
であるが離層することのないもしくは複合材料に他の損
害を与えることのない、a#Iを実質的に分解するよう
なS3ざt (1000”? ) のオーグーの温度
に第−速度で加熱する。次いで、複合材料が実質的に梁
状になりそして9曙性になるまで、典型的には約79コ
ア℃(3soo@F) を越える温度で、第二速度で
加熱を継続する。その後、複合材料を高温に、典型的に
は約−りto ’b (zoooヤ)を越える温度に維
持し、同時に高圧の印加な1lliftして複合材料の
実質的な強化を与える。連続法によれは、比較的短詩閣
内で、また異なった場所でもしくは異なつ九装置品を用
いて打なわれる逐次加工処理工程を行なう必胃もなく、
実質的に全てのIR票組成物を有しかつ密度の非常に高
いlll5蜜品が製造される。
であるが離層することのないもしくは複合材料に他の損
害を与えることのない、a#Iを実質的に分解するよう
なS3ざt (1000”? ) のオーグーの温度
に第−速度で加熱する。次いで、複合材料が実質的に梁
状になりそして9曙性になるまで、典型的には約79コ
ア℃(3soo@F) を越える温度で、第二速度で
加熱を継続する。その後、複合材料を高温に、典型的に
は約−りto ’b (zoooヤ)を越える温度に維
持し、同時に高圧の印加な1lliftして複合材料の
実質的な強化を与える。連続法によれは、比較的短詩閣
内で、また異なった場所でもしくは異なつ九装置品を用
いて打なわれる逐次加工処理工程を行なう必胃もなく、
実質的に全てのIR票組成物を有しかつ密度の非常に高
いlll5蜜品が製造される。
複合材料中の耐熱金属とホウ素との組合せにより、71
III熱加工処理の闇に金属ホウ化物が生成する。
III熱加工処理の闇に金属ホウ化物が生成する。
金属ホウ化物は炭化ホウ素の場合と比べて高温でかなり
安定である。かくしてホウ素の移行が制限され、それ和
よってホ?gKよる繊維に対する攻撃が防止され、繊維
の劣化が防止される0′awI物中に存在するホウ累と
金属との両方により、MkIl!にの炭素−炭素複合材
料の層間引張り強さに対する相乗効果が連成される。
安定である。かくしてホウ素の移行が制限され、それ和
よってホ?gKよる繊維に対する攻撃が防止され、繊維
の劣化が防止される0′awI物中に存在するホウ累と
金属との両方により、MkIl!にの炭素−炭素複合材
料の層間引張り強さに対する相乗効果が連成される。
以下の実施例は本発明を例示するものである。
実施例/
30重量暢の樹脂(ahafforの米国特許第q、o
ty、atコ号明細書記載の実施例1の方法に従って製
造した樹脂)およびjQ重量鳴の粒状ニオブ(−3コj
メツシユの粒径な有する)を含んでいる粉砕物を造った
。黒鉛織物を、粉砕物で充たした開放容器内に浸した。
ty、atコ号明細書記載の実施例1の方法に従って製
造した樹脂)およびjQ重量鳴の粒状ニオブ(−3コj
メツシユの粒径な有する)を含んでいる粉砕物を造った
。黒鉛織物を、粉砕物で充たした開放容器内に浸した。
織物の約/り5重量鳴からなるコーチング物を生成せし
めるように粉砕物の固形分を調節した。圧力ロールを通
して織物な引取って過剰量のコーチング物を除き、そし
て周囲温度で空気中に吊り下げて乾燥せしめた。次いで
、約/ A joc(、? 、2 !roF) f)温
tKMi持すtLft空気循環炉内に、約60分の間、
織物を置いた。
めるように粉砕物の固形分を調節した。圧力ロールを通
して織物な引取って過剰量のコーチング物を除き、そし
て周囲温度で空気中に吊り下げて乾燥せしめた。次いで
、約/ A joc(、? 、2 !roF) f)温
tKMi持すtLft空気循環炉内に、約60分の間、
織物を置いた。
この温度処理により、樹脂は、第二のコーチング物の樹
脂との混合を防止するのに充分硬化された。
脂との混合を防止するのに充分硬化された。
次いで、ahafforの米国特許第グ、θざり、弘t
コ号明細書記載の実施例/に従って製造した樹脂t7重
量憾、黒鉛繊維粉砕物5重量鳴および無定形ホウ素を重
量憾からなる粉砕物を保持している開放容器に被覆済み
の織物を浸して、さらに含浸せしめた。
コ号明細書記載の実施例/に従って製造した樹脂t7重
量憾、黒鉛繊維粉砕物5重量鳴および無定形ホウ素を重
量憾からなる粉砕物を保持している開放容器に被覆済み
の織物を浸して、さらに含浸せしめた。
織物の初めの重量の約l−0重量憾を塗布するのに充分
な量の粉砕物を加えた。圧力ロールの間で織物を引取り
、過剰の樹脂を除き、そして周囲温度で空気中に吊り下
げて乾燥せしめた。その後、約/6j’C(jJj’F
)F)ffi&で、約30分子)間。
な量の粉砕物を加えた。圧力ロールの間で織物を引取り
、過剰の樹脂を除き、そして周囲温度で空気中に吊り下
げて乾燥せしめた。その後、約/6j’C(jJj’F
)F)ffi&で、約30分子)間。
空気循環炉内(織物を置き1次いで約70分の間、温度
約−〇joc(ダoocv>に上昇せしめた。この温度
処理により樹脂はB段階へと進んだ0次いで、含浸済み
織物を、選定された寸法と形状を有する断片に切断し、
所望形状にレイアップ(lay−up) した。積層物
を一体化し、強化し、そして約70 ’fJ/3” (
1000psi ) k ZびJ t toc (06
0F)で約16時間の間、電気加熱された段デI/スの
整合性金型内で、マトリックス材料をさらに硬化せしめ
た。硬化に要した時間の長さは製品の壁厚および形状を
含めた種々のファクターに依存することが判った。プレ
スから除いたとき、製品は高い繊維−マトリックス接着
度を有していた。さらなる加工処理工程の間中、製品の
形状および寸法を維持するため製品を適切に自己支持性
にした。
約−〇joc(ダoocv>に上昇せしめた。この温度
処理により樹脂はB段階へと進んだ0次いで、含浸済み
織物を、選定された寸法と形状を有する断片に切断し、
所望形状にレイアップ(lay−up) した。積層物
を一体化し、強化し、そして約70 ’fJ/3” (
1000psi ) k ZびJ t toc (06
0F)で約16時間の間、電気加熱された段デI/スの
整合性金型内で、マトリックス材料をさらに硬化せしめ
た。硬化に要した時間の長さは製品の壁厚および形状を
含めた種々のファクターに依存することが判った。プレ
スから除いたとき、製品は高い繊維−マトリックス接着
度を有していた。さらなる加工処理工程の間中、製品の
形状および寸法を維持するため製品を適切に自己支持性
にした。
次いで、誘導加熱により約−t70oc(約3コ00a
F′)の温度く加部した装置内で、約7θ〜約/4!O
kl//cfIR” (1000−2000psi
)の圧力下で、積層物を充分炭化し、さらに圧縮しそし
てグラファイト状MKした。この工程により、樹脂マト
リックスの変換、進行したグラファイト結晶化度および
マトリックス内の金属ホウ化物の生成が完成された0本
実施例に従って造られた二種の異なった試料の層間引張
り強さおよび繊維の方向における引張り強さを測定した
ところ次のようであった。
F′)の温度く加部した装置内で、約7θ〜約/4!O
kl//cfIR” (1000−2000psi
)の圧力下で、積層物を充分炭化し、さらに圧縮しそし
てグラファイト状MKした。この工程により、樹脂マト
リックスの変換、進行したグラファイト結晶化度および
マトリックス内の金属ホウ化物の生成が完成された0本
実施例に従って造られた二種の異なった試料の層間引張
り強さおよび繊維の方向における引張り強さを測定した
ところ次のようであった。
試料/のX線回折により、高度に黒鉛性であるa、3z
X の黒鉛ピークが示され、これはホウ素が黒鉛化を
促進したのだということを示している。
X の黒鉛ピークが示され、これはホウ素が黒鉛化を
促進したのだということを示している。
またxll解析によりNbC,NbB2およびδ−WB
が示され念が、B4Cは見出されなかった。これらの結
果は、高温かつ高圧をかけた場合に、ホウ素と存在する
金属との反応が完全であることおよびホウ素が移動する
分子距離が大きいことを示している。
が示され念が、B4Cは見出されなかった。これらの結
果は、高温かつ高圧をかけた場合に、ホウ素と存在する
金属との反応が完全であることおよびホウ素が移動する
分子距離が大きいことを示している。
実施例コ
実施例/に記載したよう和して炭素−炭素複合材料を製
造した。ただし1粒状ニオブを使用せずtたコ3/4c
′cC4Lコoo’y>の高温の団結温度を使用しなか
った。この複合材料は微細(分散し九タングステンおよ
び分子基準で過剰量のホウ素のみを含んでおり、どんな
粒状金属も含んでいなかった。
造した。ただし1粒状ニオブを使用せずtたコ3/4c
′cC4Lコoo’y>の高温の団結温度を使用しなか
った。この複合材料は微細(分散し九タングステンおよ
び分子基準で過剰量のホウ素のみを含んでおり、どんな
粒状金属も含んでいなかった。
この複合材料は6 ? 3 kg/cII4” (9!
f7Jp s 1 ) f)噴維方向の引張り強さおよ
び/7/ゆ/cllIハコダ3コpal)の層間引張り
強さを有していることが判った。この眉間引張り強さは
、 5haff@rの米国特許第4I、/4ダ、60/
号明細書く記載された炭素−炭素複合材料、すなわち耐
熱金属を含んでいなかった複合材料の場合と比べてかな
り改良されていた。しかしながら、−ざ710c(jコ
oo ’r)の高温の団結温度で同じ方法で造られ死別
の炭素−炭素複合材料であって、微細に分散したタング
ステンのみを含んでいる複合材料は、たったlざ/J/
、m”(コ5t3p畠量)の繊維方向の引張り強さおよ
び/ 4.2 IKg/lnr”(コjO/psi)の
眉間引張り強さを示した。これらの結果は、繊維方向の
引張り強さの低下を示しており、等方性複合材料を生じ
る。
f7Jp s 1 ) f)噴維方向の引張り強さおよ
び/7/ゆ/cllIハコダ3コpal)の層間引張り
強さを有していることが判った。この眉間引張り強さは
、 5haff@rの米国特許第4I、/4ダ、60/
号明細書く記載された炭素−炭素複合材料、すなわち耐
熱金属を含んでいなかった複合材料の場合と比べてかな
り改良されていた。しかしながら、−ざ710c(jコ
oo ’r)の高温の団結温度で同じ方法で造られ死別
の炭素−炭素複合材料であって、微細に分散したタング
ステンのみを含んでいる複合材料は、たったlざ/J/
、m”(コ5t3p畠量)の繊維方向の引張り強さおよ
び/ 4.2 IKg/lnr”(コjO/psi)の
眉間引張り強さを示した。これらの結果は、繊維方向の
引張り強さの低下を示しており、等方性複合材料を生じ
る。
実施例3
繊維の同一性および複合材料の異方性を一定に保つため
に、微細に分散したタングステンばかりでなく粒状耐熱
金属を含んでいた炭素−炭素複合材料を実施例/Kfi
載されたようにして製造した。
に、微細に分散したタングステンばかりでなく粒状耐熱
金属を含んでいた炭素−炭素複合材料を実施例/Kfi
載されたようにして製造した。
移行しているホウ素をさえぎるために、繊維上(置かれ
たバリヤーに上記粒状金属を加えた。この追加の金属が
繊維を保護したのであり、安定な複合材料が生じた。使
用した弘種の金属はタンタル。
たバリヤーに上記粒状金属を加えた。この追加の金属が
繊維を保護したのであり、安定な複合材料が生じた。使
用した弘種の金属はタンタル。
二酸化チタンとしてのチタン、モリブデンおよびタング
ステンであり、実施例/のニオブの代りに使用した。各
複合材料を製造するのに使用した高温の団結温度は約コ
1710C(kユooor)であった。
ステンであり、実施例/のニオブの代りに使用した。各
複合材料を製造するのに使用した高温の団結温度は約コ
1710C(kユooor)であった。
層間引張り強さおよび繊維方向の引張り強さを測定した
ところ次の通りであった。
ところ次の通りであった。
粒状金属の添加により繊維が保護され、安定な複合材料
が得られたことが判る。上記試料の夫々についての繊維
方向の引張り強さは、約コ3/6°C(μmoocF>
の高温の団結温度で製造された複合材料であって微
細に分散したタングステンのみを含んでいる複合材料よ
りは低いが、約−g’yioc(SコOO°F) の
高い団結温度で製造された複合材料であって微細に分散
したタングステンのみを含んでいる複合材料よりはかな
り高かった。
が得られたことが判る。上記試料の夫々についての繊維
方向の引張り強さは、約コ3/6°C(μmoocF>
の高温の団結温度で製造された複合材料であって微
細に分散したタングステンのみを含んでいる複合材料よ
りは低いが、約−g’yioc(SコOO°F) の
高い団結温度で製造された複合材料であって微細に分散
したタングステンのみを含んでいる複合材料よりはかな
り高かった。
実施例/、−およびJの複合材料から得られたデータの
解析により、これらの複合材料は繊維容積が変化したこ
とがわかる。得られた数値を、標準の複合材料が404
の標準の横線容積(おいて持つことが期待され得た数値
に標準化するため、次のチャートを与える。
解析により、これらの複合材料は繊維容積が変化したこ
とがわかる。得られた数値を、標準の複合材料が404
の標準の横線容積(おいて持つことが期待され得た数値
に標準化するため、次のチャートを与える。
高温団結温度 コ3/Aoc コt71%
コざクツ℃(lI200 oF) C!r200 ’
F) C!r200 ’F)添加金属 ※ ※
Tie2 ※ 粒状金属を添加せず 2g710C,2g7/ oc 217/’t
217/ ’10(rxoo OI′) (
zsoo a1′) (sxoo ’?) Czx
oo 0r)Nb Mo
W Tall93ke/lx”
7/3に/lx” 773kv’ca”
#27kt/lx?(りθ/jps i ) (
10/lI/psi) (10デ?Jpsi)
(シ14)si)上記チャートハ、繊mが、約217
/ QC(r、100oF)における三種の場合例えば
二酸化チタン、モリブデンおよびタングステン系の場合
に、約コ3/l、°C(ダニ00 oF′) におけ
る微細分散系の場合と比べて実際に良好に保護されたこ
とを示−している。
コざクツ℃(lI200 oF) C!r200 ’
F) C!r200 ’F)添加金属 ※ ※
Tie2 ※ 粒状金属を添加せず 2g710C,2g7/ oc 217/’t
217/ ’10(rxoo OI′) (
zsoo a1′) (sxoo ’?) Czx
oo 0r)Nb Mo
W Tall93ke/lx”
7/3に/lx” 773kv’ca”
#27kt/lx?(りθ/jps i ) (
10/lI/psi) (10デ?Jpsi)
(シ14)si)上記チャートハ、繊mが、約217
/ QC(r、100oF)における三種の場合例えば
二酸化チタン、モリブデンおよびタングステン系の場合
に、約コ3/l、°C(ダニ00 oF′) におけ
る微細分散系の場合と比べて実際に良好に保護されたこ
とを示−している。
かくして、温度がコダIコ旬を越えない限り、微細分散
金属単独(よりホウ素からの複合材料中の繊維が保護さ
れること、またこの保護が金属を含んでいない可撓性フ
ルフリル樹脂、すなわち5haff@rの米国特許第’
1./441−、l、0/号明細書に開示された樹脂の
場合よりも優れていることがわかる。
金属単独(よりホウ素からの複合材料中の繊維が保護さ
れること、またこの保護が金属を含んでいない可撓性フ
ルフリル樹脂、すなわち5haff@rの米国特許第’
1./441−、l、0/号明細書に開示された樹脂の
場合よりも優れていることがわかる。
金属粒状物を用いることなく造った複合材料は金属粒状
物を用いて造った複合材料よりも低い密度を示すので、
微細分散金属な使用して保護された繊14kKより、大
切な重量の節約が与えられる。しかるに、金属粒状物の
使用目的は、より高温の団結温度1例えば24!fJ’
cより高い温度を使用する場合に、繊−を保護すること
Kある。
物を用いて造った複合材料よりも低い密度を示すので、
微細分散金属な使用して保護された繊14kKより、大
切な重量の節約が与えられる。しかるに、金属粒状物の
使用目的は、より高温の団結温度1例えば24!fJ’
cより高い温度を使用する場合に、繊−を保護すること
Kある。
Claims (3)
- (1)ホウ素と反応して金属ホウ化量を生成することが
9舵な耐熱金属を含有している可撓性熱硬化性ll脂コ
ーテング物を包含した、炭素繊維を取り囲む第一部分と
、ホウ素化合物を含有している熱硬化性樹脂を包含した
、鍍第一部分の上に被覆された第二部分とを含んでいる
熱硬化性樹脂バインダーで含浸された炭素繊維材料。 - (2)金属ホウ化物を含んでいる炭素マトリックス内に
炭素繊維材料の複数の層を含んでいることからなる炭素
−炭素複合材料であって、M樹脂マトリックスが、ホウ
素と反応して金属ホウ化q1iを主成することが可能な
耐熱金属を含有している9椰性熱硬化性樹脂コーテング
物を包含した、該繊維を散り囲む熱硬化性樹脂の第一部
分と、ホウ素化合物、フルフリルアルコールトポリエス
テルグレ−リマーとのコポリマーを含有している熱硬化
性11J!1てあってかつ[[fポリエステルプレポリ
マーがタングステン ガルlニルおよび/またはモリブ
デン カル−ニルとピロリジンとの反応生成物である錯
体と反応せしめられていたものである熱硬化性樹脂を包
含した、該第一部分の上に被覆された第二部分とから生
成されるものである咳炭業−炭素複合材料。 - (3)硬化にあ九っても可撓性が残っている可撓性熱硬
化性樹脂であってかつホウ素と反応して金属ホウ化物を
生成することが可能な耐熱金属を含有しているBI!町
椰性熱硬化性樹脂のコーテング物をgl、素繊維材料に
適用し、 可撓性熱硬化性樹脂を硬化せしめ、 ホウ素化合物を含有している第二の熱硬化性樹脂で炭素
繊維材料を含浸せしめ、 第二のfI&硬化性慎Bvtを少なくとも部分的に硬化
せしめ、 区数の炭S稙細材料層を組立てて積層物を遺り、そして 熱硬化性樹脂を炭化するのに充分な温9f、に積メー物
を加熱する工程を含むことからなる炭素−炭素複合材料
の製造法0
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57009929A JPS58130164A (ja) | 1982-01-25 | 1982-01-25 | 炭素−炭素複合材料ならびにその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57009929A JPS58130164A (ja) | 1982-01-25 | 1982-01-25 | 炭素−炭素複合材料ならびにその製造法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58130164A true JPS58130164A (ja) | 1983-08-03 |
JPS6135148B2 JPS6135148B2 (ja) | 1986-08-11 |
Family
ID=11733754
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57009929A Granted JPS58130164A (ja) | 1982-01-25 | 1982-01-25 | 炭素−炭素複合材料ならびにその製造法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58130164A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60200860A (ja) * | 1983-12-14 | 1985-10-11 | ハイトコ | 高強度、耐酸化性のカ−ボン/カ−ボン複合材の製造法 |
JPH01142245A (ja) * | 1987-11-30 | 1989-06-05 | Isuzu Motors Ltd | コンポジット・ピストン |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4925413A (ja) * | 1972-06-30 | 1974-03-06 |
-
1982
- 1982-01-25 JP JP57009929A patent/JPS58130164A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4925413A (ja) * | 1972-06-30 | 1974-03-06 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60200860A (ja) * | 1983-12-14 | 1985-10-11 | ハイトコ | 高強度、耐酸化性のカ−ボン/カ−ボン複合材の製造法 |
JPH0242790B2 (ja) * | 1983-12-14 | 1990-09-26 | ||
JPH01142245A (ja) * | 1987-11-30 | 1989-06-05 | Isuzu Motors Ltd | コンポジット・ピストン |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6135148B2 (ja) | 1986-08-11 |
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