碳纤维增强碳化硅成型体的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种由刚性、电阻值、热导率较高的碳纤维增强碳化硅(C/SiC)的复合材料构成的成型体的制造方法。
【背景技术】
[0002]在一般的设备部件等中，从特性较高、加工性优良、制造成本(cost)较低的方面考虑，大多使用金属部件。
[0003]然而，金属的比重较高、另外在使用磁体等的设备中，由于金属对电气特性的影响而存在问题。作为问题，可以举出由于受到磁场的影响产生的涡电流而引起的发热、以及散热性较差。
[0004]因此，作为轻量部件而使用塑料(plastic)等的情况不断增多，但由于机械特性变差，因此应用的范围有限。
[0005]因此，由于相对于设备部件具有与金属同等程度的机械特性、且不具有导电性，因此，不受磁体的影响的陶瓷(ceramics)类材料的应用受到期待。其中，在基材中具有陶瓷的复合材料的应用的研究正在进行。
[0006]作为陶瓷基复合材料，正在推进由碳纤维增强碳化硅(C/SiC)的复合材料构成的成型体向部件的应用。
[0007]该C/SiC的复合材料由于刚性、电阻值、热导率较高，不受涡电流的影响，且散热特性也较高，因此，适合作为解决前述的问题的材料。
[0008]作为制造使用该C/SiC的复合材料的复杂形状的部件的方法，例如，在专利文献1中所记载的制造方法中，首先，在使原料粉体混合后，根据目标形状加压成型为大型的块(block)状，然后形成为通过进行原料树脂的碳化而成的碳纤维增强碳(C/C)块。
[0009]然后，通过切削加工、磨削加工将该C/C块成型为与最终形状相近的形状的半成型品，然后通过使硅(Si)熔融浸渍于该半成型品中，从而制造出作为由C/SiC的复合材料构成的成型品的部件。
[0010]专利文献1:日本专利第5068218号公报
[0011]在由上述C/SiC的复合材料构成的部件的制造中，在Si浸渍时，将Si过剩地配置在半成型品的上表面以及下表面而加热使Si熔融，因此Si的残留物大量附着于表面，在最终精加工工序中，通过机械加工去除残留Si而加工出部件。
[0012]然而，存在下述问题，S卩，由该机械加工实现的残留Si去除工序需要较长时间，作为由C/SiC的复合材料构成的成型体的部件的制造时间增加，特别是对于小型部件的大量生产，会造成较大的妨碍。
[0013]另外，除了表面附着物，还存在下述问题，即，由于在Si熔融时C/C和Si的比重差，C/C悬浮于熔融Si内，导致在部件内部产生Si的波动(variability)。
【发明内容】
[0014]本发明就是为了解决该问题而提出的，其目的在于得到一种碳纤维增强碳化硅成型体的制造方法，其在制造由碳纤维增强碳化硅的复合材料构成的成型体时，抑制在表面的残留Si的附着物，抑制内部的Si的波动。
[0015]本发明所涉及的碳纤维增强碳化硅成型体的制造方法具有:
[0016]碳纤维增强碳块形成工序，在该工序中，形成将树脂以及碳纤维烧结而成的碳纤维增强碳块；
[0017]半成型品形成工序，在该工序中，对该碳纤维增强碳块进行加工而形成多个半成型品;
[0018]半成型品固定工序，在该工序中，将各个所述半成型品通过固定单元分别固定于形成在硅配置夹具中的多个凹部中；
[0019]硅配置工序，在该工序中，将硅配置于所述凹部中；
[0020]硅熔融浸渍工序，在该工序中，对所述硅进行加热而使其熔融，从而使所述硅浸渍于所述半成型品的内部；
[0021]未加工成型品拆下工序，在该工序中，将由使所述硅浸渍于所述半成型品中而通过化学反应生成的碳纤维增强碳化硅构成的未加工成型品，在所述固定单元部位处从所述硅配置夹具中拆下；以及
[0022]精加工工序，在该工序中，对所述未加工成型品进行精加工而形成成型品。
[0023]发明的效果
[0024]根据本发明所涉及的碳纤维增强碳化硅成型体的制造方法，在通过固定单元将各个半成型品固定在配置有硅的硅配置夹具的凹部中后，使加热、熔融后的硅浸渍于所述半成型品的内部。其结果，能够得到对在表面的残留硅的附着物以及在内部的硅的波动进行了抑制的碳纤维增强碳化硅成型体。
【附图说明】
[0025]图1是表示本发明的实施方式1的碳纤维增强碳化硅部件的制造方法的流程图。
[0026]图2(a)是通过图1的制造方法制造出的部件的正视图，图2 (b)是图2(a)的俯视图。
[0027]图3(a)、(b)是表示作为图2的部件的制造工序的粉体加压成型工序的图。
[0028]图4是表示苯树脂的重量变化的图。
[0029]图5(a)、(b)是表示图2的部件的制造过程中的半成品的图。
[0030]图6(a)是表示在作为图2的部件的制造工序的硅熔融浸渍工序中使用的碳制的硅配置夹具的俯视图，图6(b)是沿图6(a) 4 —4线的矢向剖面图。
[0031]图7是表示作为图2的部件的制造工序的硅熔融浸渍工序的图。
[0032]图8是表示作为图2的部件的制造工序的未加工部件拆下工序的图。
[0033]图9将通过本实施方式1得到的未加工部件和通过现有方法得到的未加工部件的成品率进行比较的图。
[0034]图10将通过本实施方式1得到的未加工部件和通过现有方法得到的未加工部件的比重进行比较的图。
[0035]图11是表示通过本发明的实施方式2的碳纤维增强碳化硅部件的制造方法制造出的部件的部分剖面正视图。
[0036]图12(a)是表示在作为图11的部件的制造工序的硅熔融浸渍工序中使用的碳制的硅配置夹具的正剖面图，图12(b)是表示作为图11的部件的制造工序的硅熔融浸渍工序的图。
[0037]图13是表示作为图11的部件的制造工序的未加工部件拆下工序的图。
[0038]标号的说明
[0039]1,20部件(成型体)，2、21小径部，3、22大径部，4 PAN基碳纤维，5沥青基碳颗粒，7石墨颗粒，8混合粉体，9金属模具，10碳纤维增强碳(C/C)块，11、24半成品(半成型品)，12、25硅配置夹具，13、26外螺纹部，14硅(Si), 15,23内螺纹部，16 BN涂层，17、27凹部，18、28未加工部件，19、29残留部，30块状构造体。
【具体实施方式】
[0040]下面，基于附图对本发明的各实施方式的碳纤维增强碳化硅(C/SiC)成型体的制造方法进行说明，在各图中，对于相同或相当的部件、部位标注相同标号进行说明。
[0041]此外，本发明并不限定于以下的各实施方式的制造方法，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够适当地进行变更。
[0042]实施方式1.
[0043]图1是表示本发明的实施方式1的C/SiC部件的制造方法的流程(flowchart)图，图2(a)是表示作为通过图1所示的制造方法制造出的成型体的部件1的正视图，图2(b)是图2(a)的俯视图。
[0044]该部件1是带台阶的圆柱形状，由小径部2以及中空的大径部3构成，其中，该小径部2的长度为几十_，该大径部3具有与小径部2相比更大的直径，其直径为几十_且长度与小径部2相同。
[0045]首先，基于图1的流程图对制造该部件1的方法进行说明。
[0046]在制造该部件1时，首先，将PAN基碳纤维4、沥青基碳颗粒5以及苯树脂颗粒6、石墨颗粒7的各原料混合，制成混合粉体8 (S 1:原料粉体混合工序)。
[0047]然后，对混合粉体8进行加压成型(S2:粉体加压成型工序)。
[0048]然后，通过加压加热成型对苯(plenolic)树脂颗粒6进行加热硬化，对碳纤维增强树脂(CFRP)进行成型(S3:粉体中树脂硬化工序)。
[0049]然后，将CFRP内的苯树脂碳化，形成碳纤维增强碳(C/C)块(S4:C/C块形成工序)。
[0050]然后，将C/C块加工成目标形状，形成作为半成型品的半成品(S5:半成型品形成工序)。
[0051]然后，通过固定单元将该半成品固定于形成在硅配置夹具中的各个凹部中(S6:半成型品固定工序)。
[0052]然后，将硅配置在硅配置夹具的凹部中(S7:硅配置工序)。
[0053]然后，通过对Si进行加热而使其熔融，从而利用毛细现象使Si浸渍于半成品的内部，并通过化学反应使成分中的碳(C)实现碳化硅(SiC)化，形成作为由C/SiC构成的未加工成型品的未加工部件(S8:硅熔融浸渍工序)。
[0054]然后，利用固定单元将未加工部件从硅配置夹具折断，并从硅配置夹具中取出该未加工部件(S9:未加工成型品拆下工序)。