[发明专利]碳纤维结构体及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维结构体及其制造方法，特别涉及由含有碳纤维和碳质基体的碳纤维增强碳复合材料构成的结构体。

背景技术

碳纤维由于具有较高的耐热性和强度，因而以含有碳纤维和碳质基体的碳纤维增强碳复合材料(在下文中也称为“C/C复合材”)的形式用于需要耐热性、化学稳定性以及强度的各种领域中。C/C复合材根据碳纤维的复合化方法有各种种类，可以使用其来形成各种碳纤维结构体。

C/C复合材由基体(该基体由热固性树脂或沥青等的碳化物形成)和碳纤维构成。根据碳纤维的构成，有使用碳纤维布(クロス)的布层积方式、使用碳纤维丝的丝缠绕(フイラメントワインデイング)方式、使用碳纤维毡(フエルト)的方式、使用碳纤维的抄造体的抄造方式等的各种C/C复合材。

布层积方式为如下的方法：对由碳纤维构成的机织物进行层积，将沥青或热固性树脂等基体前体浸入到机织物中，通过固化、烧制来得到C/C复合材(参见专利文献1)。通过层积平面的机织物并进行单轴向压制，可以得到平板的碳纤维增强碳复合材。另外，也可将切断为较小的机织物片贴附至立体型状的模具来得到纸糊物(張り子)状的复杂形状的C/C复合材。另外，进一步地，也可以利用对平面的机织物施加压力同时卷成卷状进行层积的布缠绕(クロスワインデイング)方式来得到筒形状的C/C复合材。

丝缠绕方式为如下的方法：一边对碳纤维束(线料(ストランド))施加张力一边将其缠绕在模型上后，使沥青或热固性树脂等基体前体浸渗，进行固化、烧制，由此来得到C/C复合材(参见专利文献2)。

使用碳纤维毡的方式为如下的方法：将碳纤维的长纤维层积为毡状，使树脂或沥青等基体前体浸渗，进行固化、烧制，由此来得到C/C复合材(参见专利文献3)。利用该方法，也可以与布层积方式同样地得到平面的C/C复合材、筒形状的C/C复合材、复杂形状的C/C复合材。特别是也可以通过一边施加压力一边将平面毡以卷状缠绕至芯轴(中芯)进行层积的片缠绕(シ一トワインデイング)方式来得到筒形状的C/C复合材(参照图13)。

进一步地，抄造方式为如下的方法：将碳纤维悬浮在液体中形成浆料，在该浆料中浸渍具有孔的吸引模具，使浆料中的液体通过到吸引模具的背面，使碳纤维堆积在该吸引模具的表面侧来成型出成型物，进行干燥和烧制，从而得到C/C复合材(参照专利文献4和5)。

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

发明内容

在C/C复合材的制造中，在制造单纯的平板C/C复合材的情况下，板材的端部被解放，因而在压制和烧制的过程中即使产生收缩，也仅是整体的尺寸变小，可以得到翘曲及变形少的C/C复合材。

在制造圆筒等环状形状的平板C/C复合材的情况下，使用丝缠绕方式或布缠绕方式等方法。在这些方法中，为了形成为高密度，通过一边施加张力一边将布或丝缠绕至芯轴来形成预成型体。由于利用这样的方法进行制造，因而能够容易地制造薄壁(薄肉)的C/C复合材；在制造厚壁(厚肉)的C/C复合材时，对布或者丝施加张力，在预成型体的周向不具有应力被解除的端部，因而会由于预成型体的外层侧和内层侧的张力差而使内层侧易于压曲。进一步地，通过烧制，产生收缩及粘结剂成分发生碳化，因而产生粘接力的降低，预成型体的内层侧更易压曲。其结果，在抽出芯轴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。因此难以通过丝缠绕法、布缠绕法得到厚壁的C/C复合材。

另外，在使用碳纤维毡的方式的情况下，是将薄毡重叠几层进行成型的，但由于毡间的粘接力小，因而易于产生剥离。特别是在制造C/C复合材的厚壁材的情况下，在固化、烧制的过程中会施加压缩应力，因而在抽出芯轴时在预成型体的内层侧易于压曲。即，与丝缠绕法及布缠绕法同样地具有由于压曲而在预成型体的内层侧出现变形或者强度降低的问题。因此，难以通过对碳纤维的毡进行层积来得到厚壁的C/C复合材。

另外，在现有的C/C复合材的制造方法中，在预成型体进行固化、烧制的阶段产生翘曲或变形的情况下、在制品形状的尺寸公差小的情况下、或在制品形状并非为单纯形状的情况下，据认为要实施切削或接合等加工。