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JP2000290081A - ホットプレス用スペーサー - Google Patents

ホットプレス用スペーサー

Info

Publication number
JP2000290081A
JP2000290081A JP11097603A JP9760399A JP2000290081A JP 2000290081 A JP2000290081 A JP 2000290081A JP 11097603 A JP11097603 A JP 11097603A JP 9760399 A JP9760399 A JP 9760399A JP 2000290081 A JP2000290081 A JP 2000290081A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
yarn
carbon fibers
hot press
composite
carbon
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
JP11097603A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeru Hanzawa
茂 半澤
Kenji Nakano
健治 中野
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.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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 NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP11097603A priority Critical patent/JP2000290081A/ja
Publication of JP2000290081A publication Critical patent/JP2000290081A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高熱伝導性であり、ホットプレス焼結時にお
ける試料粉末との接触面の熱伝導を均一にし、炉内の温
度分布を改善することができるとともに、圧縮強度及び
耐衝撃性にも優れたホットプレス用スペーサーを提供す
る。 【解決手段】 炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分とか
らなるヤーン2を、少なくとも複数本ほぼ並行に二次元
的に配列することにより形成されたヤーン配列体1を、
上下方向に隣り合うヤーン配列体1の長手方向に平行に
なるように必要数積層されてなるヤーン集合体6と、ヤ
ーン集合体6の三次元方向に配列した炭素繊維と炭素繊
維との間隙に形成された炭素からなるマトリックスとを
有するC/Cコンポジットからなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】 本発明は、ホットプレス焼
結時に用いられるホットプレス用スペーサーに関する。
【0002】
【従来の技術】 現在、比較的低温度、短時間で緻密な
セラミック製品を得るために、ホットプレス焼結法が利
用されている。上記ホットプレス焼結法は、焼結の駆動
力に圧力を加わえることにより、粒子成長が抑制される
低温度で緻密に焼結することができる。このため、特
に、機械的強度等の点で優れた高強度セラミックスを好
適に作製することができ、例えば、図3に示すホットプ
レス30が用いられている。このホットプレス30は、
成形型35の上部パンチ32と下部パンチ34との間に
試料粉末38を入れ、上部押し棒31と下部押し棒33
を通して圧力をかけると同時に、これら全体を電気炉3
6で加熱するようになっている。また、ホットプレス3
0は、成形型35内に、スペーサー37とスペーサー3
7との間に試料粉末38を入れたものを複数個(3個)
セットし、複数個(3個)の焼結体を1回の焼結で得る
ことにより、生産性を向上させている。
【0003】 このとき、上記に用いるスペーサー37
は、高耐熱性及び高熱伝導性である黒鉛製のものが主に
用いられてきた。しかしながら、黒鉛製のスペーサー
は、圧力をかけすぎると、圧縮強度や耐衝撃性が十分で
ないため、ホットプレス焼結時に破損してしまう。一
方、黒鉛製以外(例えば、特殊耐熱鋼等)のスペーサー
は、圧縮強度や耐衝撃性の点では優れているが、熱伝導
性が十分でなく、ホットプレス焼結時における試料粉末
との接触面の熱伝導や炉内の温度分布も不均一になるた
め、特に、大型セラミック製品を焼結した場合、生産性
や品質が低下するという問題点があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】 本発明は、このよう
な従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、高熱伝導性であり、ホットプ
レス焼結時における試料粉末との接触面の熱伝導を均一
にし、炉内の温度分布を改善することができるととも
に、圧縮強度及び耐衝撃性にも優れたホットプレス用ス
ペーサーを提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】 すなわち、本発明によ
れば、炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分とからなるヤ
ーンを、少なくとも複数本ほぼ並行に二次元的に配列す
ることにより形成されたヤーン配列体を、上下方向に隣
り合うヤーン配列体の長手方向に平行になるように必要
数積層されてなるヤーン集合体と、前記ヤーン集合体の
三次元方向に配列した炭素繊維と炭素繊維との間隙に形
成された炭素からなるマトリックスとを有するC/Cコ
ンポジットからなることを特徴とするホットプレス用ス
ペーサーが提供される。
【0006】 このとき、本発明では、炭素繊維がピッ
チ系炭素繊維であることが好ましく、また、C/Cコン
ポジットのヤーンの長手方向に平行な方向における熱伝
導率が、400W/m・K以上であることが好ましい。
【0007】 更に、本発明では、C/Cコンポジット
のヤーンの長手方向に平行な方向における熱伝導率とヤ
ーンの積層方向における熱伝導率との比が、少なくとも
5:1以上であることが好ましい。
【0008】
【発明の実施の形態】 本発明のホットプレス用スペー
サーは、熱伝導異方性を有するC/Cコンポジットで形
成されていることが主な特徴である。これにより、上記
スペーサーは、熱伝導率を400W/m・K以上(好ま
しくは、600W/m・K以上)にすることができ、ホ
ットプレス焼結時における試料粉体との接触面の熱伝導
を均一にし、炉内の温度分布を改善することができると
ともに、圧縮強度及び耐衝撃性にも優れているため、特
に、大型セラミック製品を焼結する場合、生産性や品質
を向上させることができる。
【0009】 ここで、本発明で用いるC/Cコンポジ
ットについて更に詳細に説明する。本発明で用いるC/
Cコンポジットは、三次元方向に配列した炭素繊維と炭
素繊維の間隙に炭素からなるマトリックスを形成してな
る素材であり、図1〜2に示すように、ヤーン配列体1
A、1B、1C、1D、1E、1Fを上下方向に積層さ
れ、各ヤーン配列体1が、各ヤーン2が二次元的に配列
されており、各ヤーン2の長手方向が平行であるだけで
なく、上下方向に隣り合う各ヤーン配列体1における各
ヤーン2の長手方向も平行であることが特徴である。
【0010】 ここで、上記C/Cコンポジットは、ヤ
ーン2の長手方向に平行な方向の熱伝導率が400W/
m・K以上であるとともに、ヤーン2の長手方向に平行
な方向における熱伝導率とヤーン2の積層方向における
熱伝導率との比が、少なくとも5:1以上であることが
重要である。これにより、上記C/Cコンポジットは、
熱伝導異方性を有し、上記C/Cコンポジットのヤーン
の長手方向が平行になるように、製品の平面部を形成す
ることにより、その平面部の熱伝導を均一にすることが
できるだけでなく、熱伝導性も向上させることができる
ため、ホットプレス焼結時の炉内の温度を改善すること
ができる。
【0011】 尚、上記C/Cコンポジットは、靭性に
富み、優れた耐衝撃性、高硬度性及び高放熱性を有する
だけでなく、軽量である。
【0012】 上記C/Cコンポジットに用いる炭素繊
維は、石油ピッチ若しくはコールタールピッチを原料と
し、紡糸用ピッチの調製、溶融紡糸、不融化および炭素
化して得られるピッチ系炭素繊維であることが好まし
い。これは、PAN系炭素繊維と比較して、熱伝導率を
高める(約5倍程度)ことができるからである。また、
上記ピッチ系炭素繊維から作製された予備成形体を焼成
して、本発明で用いるC/Cコンポジットを製造する場
合、焼成温度を2400℃以上にすることが、マトリッ
クスの内部ごと黒鉛化し、熱伝導率を高めることができ
るため好ましい。
【0013】 更に、上記C/Cコンポジットは、炭素
繊維が20〜70%含有し、残部が、窒化ホウ素、ホウ
素、銅、ビスマス、チタン、クロム、タングステン、モ
リブデンからなる群より選択した1以上の物質を含有し
ていてもよい。これは、これらの物質が潤滑性を有する
ため、繊維の潤滑性を維持することができ、靭性の低下
を防ぐことができからである。例えば、窒化ホウ素の含
有量は、C/Cコンポジットからなる母材100重量%
に対し、0.1〜40重量%であることが好ましい。
0.1重量%未満では窒化ホウ素による潤滑性付与の効
果が充分に得られず、40重量%を超える場合は窒化ホ
ウ素の脆さがC/Cコンポジットにも現れてくるからで
ある。
【0014】 ここで、上記C/Cコンポジットは、直
径が10μm前後の炭素繊維を、通常、数百本〜数万本
束ねて繊維束(ヤーン)を形成し、この繊維束を熱可塑
性樹脂で被覆して調製した柔軟性糸状中間材を得、これ
を特開平2−80639号公報に記載されている方法に
よりシート状にし、このシート状としたものを二次元ま
たは三次元方向に配列して一方向シート(UDシート)
にしたり、また上記シートを積層したりすることによ
り、所定形状の予備成形体(繊維プリフォーム)を形成
し、予備成形体の繊維束の外周に形成されている有機物
からなる熱可塑性樹脂等の被膜を焼成し、上記の同皮膜
を炭化除去したものを使用すればよい。尚、C/Cコン
ポジットは、上記のヤーン中の炭素繊維以外の炭素成分
は、好ましくは炭素粉末であり、特に好ましくは黒鉛化
した炭素粉末である。
【0015】 次に、本発明で用いるC/Cコンポジッ
トは、好ましくは以下の方法によって製造できる。すな
わち、炭素繊維の束にマトリックスとして作用し、最終
的には、炭素繊維の束に対して遊離炭素となる粉末状の
バインダー、例えば、ピッチ、コークス類を包含させ、
さらに必要に応じてフェノール樹脂粉末等を含有させる
ことによって、炭素繊維束を作製する。炭素繊維束の周
囲に、特開平2−80639号公報に記載のように、熱
可塑性樹脂等のプラスチックからなる柔軟な被膜を形成
し、柔軟性中間材であるプレフォームドヤーンを得、こ
のプレフォームドヤーンを、シート状のプレプレグシー
トにし、必要量を図1〜2に示すように積層した後、ホ
ットプレスで180〜2000℃、常庄〜500kg/
cm2の条件下で成形することにより、予備成形体を得
る。または、この予備成形体を、必要に応じて700〜
1200℃で炭化させ、2400℃以上で黒鉛化して、
焼成体であるC/Cコンポジットが製造される。
【0016】 炭素繊維は、石油ピッチ若しくはコール
タールピッチを原料とし、紡糸用ピッチの調製、溶融紡
糸、不融化および炭素化して得られるピッチ系炭素繊維
を用いる。マトリックスの形成に必要な炭素前駆体とし
ては、フェノール樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂
およびタール、ピッチ等が用いられるが、これらはコー
クス類、金属、金属化合物、無機および有機化合物等を
含んでいてもよい。
【0017】 尚、本発明のホットプレス用スペーサー
を製造するに際しては、上記のように製造したC/Cコ
ンポジットを平面研削盤等により適宜な寸法に切断加工
し、研磨仕上げすることにより製造すればよい。
【0018】
【実施例】 次に、本発明を実施例を用いてさらに詳し
く説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもの
ではない。 (実施例)炭素繊維を一方向に引き揃えたものにフェノ
ール樹脂を含浸させたプリプレグシートを図1に示すよ
うに積層し、ホットプレスで180℃、10kg/cm
2で樹脂を硬化させた。次いで、窒素中で2400℃で
焼成することにより、C/Cコンポジットを製造した。
このとき、得られたC/Cコンポジットの密度は1.9
g/cm3、開気孔率は10%、ヤーンの長手方向に平
行な方向における熱伝導率は、400W/m・K、ヤー
ンの積層方向における熱伝導率は、80W/m・Kであ
った。
【0019】 上記のように製造されたC/Cコンポジ
ットからなる板材から、平面研削盤により、切断加工し
た後、800#砥石で、平面度:0.1mm以下、平坦
度[Rmax]:10μm以下になるように研磨仕上げ
することにより、図4(b)に示す円分状部材37a
(半径:100mm、角度:45°、厚さ:20mm)
を作製した。尚、円分状部材37aは、その半径方向に
C/Cコンポジットのヤーン2の長手方向ができるだけ
平行になるように作製されており、円分状部材37aの
平面部における熱伝導率は、400W/m・Kであっ
た。次に、得られた円分状部材37aを8枚組み合わせ
ることにより、図4(a)に示すようなホットプレス用
スペーサー37(直径:200mm、厚さ:20mm)
を得た。
【0020】 次に、得られたホットプレス用スペーサ
ーを、図3に示すホットプレスに適用した場合における
セラミック製品の生産性や歩留まりについて検討した。
この結果、得られたホットプレス用スペーサー(実施
例)は、高熱伝導性であり、ホットプレス焼結時におけ
る試料粉末との接触面の熱伝導を均一にすることができ
るとともに、圧縮強度や耐衝撃性にも優れているため、
従来のホットプレス用スペーサーと比較して、大型セラ
ミック製品の生産性と品質を大幅に向上させることがで
きた。
【0021】
【発明の効果】 以上の説明から明らかなように、本発
明のホットプレス用スペーサーは、高熱伝導性であり、
ホットプレス焼結時における試料粉末との接触面の熱伝
導を均一にし、炉内の温度分布を改善することができる
とともに、圧縮強度及び耐衝撃性にも優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明で用いるヤーン集合体の一例を模式的
に示す斜視図である。
【図2】 本発明で用いるヤーン集合体の他の例を模式
的に示す斜視図である。
【図3】 ホットプレスの一例を示す説明図である。
【図4】 実施例で作製したホットプレス用スペーサー
の一例を示すものであり、(a)は斜視図であり、
(b)はスペーサーを構成する円分状部材を示す斜視図
である。
【符号の説明】
1A,1B,1C,1D,1E,1F…ヤーン配列体、
2…ヤーン(繊維束)、6…ヤーン集合体、30…ホッ
トプレス、31…上部押し棒、32…上部パンチ、33
…下部押し棒、34…下部パンチ、35…成形型、36
…電気炉、37…スペーサー、37a…円分状部材、3
8…試料粉末。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4F100 AA37A AA37B AK33 BA02 BA03 BA04 BA05 BA14 DG01A DG01B DG06A DG06B DH01A DH01B EJ08 GB51 GB90 JJ01 JJ01A JJ01B JK05 JK10 YY00A YY00B

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分とか
    らなるヤーンを、少なくとも複数本ほぼ並行に二次元的
    に配列することにより形成されたヤーン配列体を、上下
    方向に隣り合うヤーン配列体の長手方向に平行になるよ
    うに必要数積層されてなるヤーン集合体と、前記ヤーン
    集合体の三次元方向に配列した炭素繊維と炭素繊維との
    間隙に形成された炭素からなるマトリックスとを有する
    C/Cコンポジットからなることを特徴とするホットプ
    レス用スペーサー。
  2. 【請求項2】 前記炭素繊維が、ピッチ系炭素繊維であ
    る請求項1に記載のホットプレス用スペーサー。
  3. 【請求項3】 前記C/Cコンポジットのヤーンの長手
    方向に平行な方向における熱伝導率が、400W/m・
    K以上である請求項1又は2に記載のホットプレス用ス
    ペーサー。
  4. 【請求項4】 前記C/Cコンポジットのヤーンの長手
    方向に平行な方向における熱伝導率とヤーンの積層方向
    における熱伝導率との比が、少なくとも5:1以上であ
    る請求項1〜3のいずれか1項に記載のホットプレス用
    スペーサー。
JP11097603A 1999-04-05 1999-04-05 ホットプレス用スペーサー Withdrawn JP2000290081A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019163311A1 (ja) * 2018-02-23 2019-08-29 Tmtマシナリー株式会社 加熱ローラ及び紡糸延伸装置

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Effective date: 20060606