C/C复合材料成型体及其制造方法技术

本发明专利技术提供高强度且耐热性高的C/C复合材料成型体及其制造方法，所述C/C复合材料成型体由C/C复合材料构成。所述C/C复合材料成型体为含有碳纤维和碳质基体的C/C复合材料成型体，其特征在于，该C/C复合材料成型体为由整体组成均匀连续体构成的壳状结构体，其表面由三维曲面或者多个面的组合构成，并且碳纤维1的长度方向沿着表面取向。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及C/C复合材料成型体及其制造方法，特别涉及含有碳纤维和碳质基体的C/C复合材料成型体。
技术介绍
碳纤维具有高的耐热性和强度，因此，它以与碳质基体复合化的C/C复合材料(碳纤维增强碳复合材料)的形式用于需要耐热性、化学稳定性、强度的各种领域。根据碳纤维的复合化方法的不同，C/C复合材料有很多种类，并且可以用其形成各式各样的碳纤维成型体。C/C复合材料由基质和碳纤维构成，所述基质由浙青或热固性树脂等的碳化物组成。根据碳纤维的固定方法的不同，存在各种C/C复合材料，所述碳纤维的固定方法例如有使用碳纤维布的布层积方法、使用碳纤维丝的绕丝法、使用碳纤维毡的方法、使用碳纤维抄制体的抄制方法方法等。布层积方法为这样的方法通过将由碳纤维构成的机织物层积，使浙青或热固性树脂等基质前体浸入机织物，并进行固化、烧制，从而得到C/C复合材料(参照专利文献1)。 通过将平坦的机织物层积并进行单轴向压制，从而得到平板的C/C复合材料。此外，还可以通过将切成小片的机织物片粘贴到立体形状的模具上，从而得到铸纸状的复杂形状的C/C 复合材料。而且，还可以在施加压力下将平面的机织物卷绕成辊状来进行层积，由此得到筒状C/C复合材料(卷布法)。绕丝法为这样的方法将碳纤维束(线料)在张紧状态卷绕在模具上，然后浸渍浙青或热固性树脂等基质前体，并进行固化、烧制，从而得到C/C复合材料(参照专利文献2)。使用碳纤维毡的方法为这样的方法将碳纤维的长纤维层积成毡状，浸渍树脂或浙青等基质前体，并进行固化、烧制，由此得到C/C复合材料(参照专利文献；3)。与布层积方法同样，利用该方法，也可以得到平面的C/C复合材料、筒形状C/C复合材料、复杂形状的 C/C复合材料。特别是也可通过在施加压力下将平面的机织物卷绕成辊状来进行层积，由此得到筒状C/C复合材料(卷绕片材法例如参照图15)。进而，提出了抄制方法的C/C复合材料的制造方法(参照专利文献4和幻。抄制方法的C/C复合材料是如下得到的使碳纤维悬浮于液体中而形成浆料，将具有孔的吸入式模具浸入在该浆料，使浆料中的液体通过吸入式模具的背面，在该吸入式模具的表面侧堆积碳纤维而成型为成型物，并进行干燥和烧制来得到C/C复合材料。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开平11-60373号公报专利文献2 日本特开平10-152391号公报专利文献3 日本特开2000-143360号公报专利文献4 日本特开2002-68851号公报专利文献5 日本特开2002-97082号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题制造C/C复合材料时，在制造简单的平板的C/C复合材料的情况下，板材的端部是自由的，因此，即使在压制和烧制过程中发生收缩，也只是整体的尺寸变小，得到的C/C复合材料的翘曲和变形较少。在制造圆筒等环状平板的C/C复合材料的情况下，可以使用绕丝法或卷布法。在这些方法中，为了形成高密度，一边施加张力，一边将布或丝卷绕在芯体上，从而形成预成型体。由于用这样的方法来制造，因此可容易制造薄的C/C复合材料，但是在制造厚的C/C复合材料时，布或丝上施加了张力，而在预成型体的周向上没有可以释放应力的端部，因此，由于预成型体的外层侧和内层侧的张力之差导致内层侧易于发生压曲。并且，烧制时，出现收缩的产生以及粘结剂成分的碳化所形成的粘接力的降低，从而预成型体的内层侧更易于发生压曲。其结果是，拔出芯体时，由于压曲而在预成型体的内层侧发生变形，进而出现强度的降低。因此，难以利用绕丝法或卷布法来得到厚的C/C复合材料。此外，在使用碳纤维毡的方法的情况下，将薄的毡叠置好几层来进行成型，但由于毡之间的粘接力较小，因而容易产生剥离。特别是在制造厚的C/C复合材料的情况下，在进行固化、烧制的过程中受到压缩应力，因此在拔出芯体时预成型体的内层侧易于发生压曲。即，与绕丝法和卷布法同样，该方法存在由于压曲而在预成型体的内层侧发生变形或者造成强度的降低。因此，难以将碳纤维毡进行层积来得到厚的C/C复合材料。另外，在使用现有的C/C复合材料的制造方法时，在对预成型体进行固化、烧制的阶段中发生翘曲或变形的情况、产品形状的尺寸公差较小的情况、或者产品的形状不是板材等简单形状的情况下，需要实施切削或粘结等加工。然而，在绕丝法、卷布法和卷绕片材法等中，将丝、布、碳纤维毡等层积成好几层来制作预成型体，因此，如果实施如上所述的加工，则将会切断能保持强度的长纤维，强度部分降低，从而在强度弱的层间容易产生剥离。此外，为了使用布或毡来得到三维结构体，对于由平面不能形成三维曲面的形状，需要在平面片材上形成刻痕、或者分割为小片材后贴合来形成(手工铺叠)。因此，在贴合的片材的端部彼此不能得到充分的结合，而且片材的层间强度小，所以不能得到充分的强度，并且存在这样的问题与周围相比，刻痕的接合部中的面方向和厚度方向上强度均变此外，根据使用绕丝等方法，只能对应于筒状、碗状等被有限的形状，而难以对应于复杂的形状。然而，在抄制法中，通过适当选择模具，可以得到各种三维结构体，但是，在现有的抄制法中，抄制时疏水阻力逐渐增高，因此难以得到厚且密度高的抄制体。因此，需要将高密度的薄的片状抄制体叠置好几层来进行层积。另一方面，根据现有的抄制方法，可以形成低密度且厚的片材，但需要用于形成高密度化的处理工序，例如，通过化学气相渗透(CVI =Chemical Vapor Integration)处理，使热分解碳渗入抄制体等。热分解碳化学气相渗入其中的抄制体存在这样的问题纤维间的气孔变少、硬度变高、加工困难。此外，即使引入处理工序，也难以充分进行高密度化。如上所述，根据现有的方法，难以得到具有所期望的强度且高耐热性的C/C复合材料成型体。特别是，形成单晶硅提拉装置(例如坩埚的保温筒)、形成三维曲面、或曲面和平面的复合结构体是非常困难的。此外，即使能够得到成型体，也会出现结构上不牢固的部分，从该处发生破损的概率高。因此，期待有高强度、高密度、高耐热性的C/C复合材料成型体。本专利技术鉴于上述实际情况而进行的，其目的在于提供一种高强度、高密度且高耐热性的C/C复合材料成型体。用于解决问题的手段本专利技术发现，根据下述C/C复合材料成型体及其制造方法可以解决上述问题。 一种C/C复合材料成型体，该C/C复合材料成型体为含有碳纤维和碳质基体的C/C复合材料成型体，其特征在于，该C/C复合材料成型体为由整体组成均勻的连续体构成的壳状结构体，其表面由三维曲面或者多个面的组合构成，所述碳纤维的长度方向沿着所述表面取向。如所述的C/C复合材料成型体，其中，所述表面为(A)三维曲面与平面或曲面的组合、(B)曲面与平面的组合、(C)曲面与曲面的组合、(D)多个平面的组合中的任一种形式。如或所述的C/C复合材料成型体，其特征在于，所述碳纤维由直线状纤维构成。如至中任一项所述的C/C复合材料成型体，其中，形成所述碳纤维的长度方向沿着所述壳状结构体的表面取向的薄片物，所述壳状结构体由该薄片物的层积体构成。如至中任一项所述的C/C复合材料成型体，其中，所述碳纤维的平均纤维长度不足1mm。如至中任一项所述的C/C复合材料成型体，其中，在与所述壳状结构体的表面垂直的方向取向的碳纤维成分连续存在。如至中任一项所述的C/C复合材料成本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种Ｃ／Ｃ复合材料成型体，该Ｃ／Ｃ复合材料成型体为含有碳纤维和碳质基体的Ｃ／Ｃ复合材料成型体，其特征在于，该Ｃ／Ｃ复合材料成型体为由整体组成均匀的连续体构成的壳状结构体，其表面由三维曲面或者多个面的组合构成，所述碳纤维的长度方向沿着所述表面取向。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：加藤秀树，鹿野治英，安藤友行，
申请(专利权)人：揖斐电株式会社，
类型：发明
国别省市：JP