(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維径０．５〜５００ｎｍ、繊維長１０００μｍ以下を有し、中心軸が空洞構造からなる微細炭素繊維とチタン粉末又は酸化チタン粉末とを含有し、かつ、前記チタン粉末又は酸化チタン粉末の含有率が２０〜５０体積％である成形体に、アルミニウム又はアルミニウム合金を溶湯鍛造により加圧含浸させてなる複合材料であることを特徴とする炭素繊維Ｔｉ-Ａｌ複合材料。
【請求項２】
前記微細炭素繊維の体積比率が２０〜７０％である請求項１に記載の炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料。
【請求項３】
前記微細炭素繊維が、微細炭素繊維１００重量部あたり、１〜４０重量部のフェノール樹脂で表面が被覆されたフェノール樹脂被覆微細炭素繊維である請求項１又は２に記載の炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料。
【請求項４】
繊維径０．５〜５００ｎｍ、繊維長１０００μｍ以下であり、中心軸が空洞構造からなる微細炭素繊維にチタン粉末又は酸化チタン粉末を混合して成形体を形成し、該成形体を不活性雰囲気中において予熱した後に加圧型内に設置し、該成形体にアルミニウム又はアルミニウム合金の溶融金属を２０ＭＰａ以上の圧力で溶湯鍛造により含浸する、請求項１に記載の炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料の製造方法。
【請求項５】
前記微細炭素繊維とチタン粉末又は酸化チタン粉末との混合物にバインダーを添加して成形体を形成する請求項４に記載の炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料の製造方法。
【請求項６】
前記微細炭素繊維が、その表面をフェノール樹脂で被覆したフェノール樹脂被覆微細炭素繊維である請求項４又は５に記載の炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料の製造方法。
【請求項７】
フェノール樹脂の被覆量が微細炭素繊維１００重量部あたり４０重量部以下である請求項６に記載の炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱性、高熱伝導率、体磨耗性を有する炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
耐熱性と耐磨耗性に優れ、かつ軽量でブレーキ用摺動材料として好適な材料として、セラミックス繊維や炭素繊維、またはセラミックス粒子や炭素粒子と金属チタン粉末との予備成形体に、アルミニウム又はアルミニウム合金を溶湯鍛造により含浸させてなる金属複合材料が知られている（例えば、特許文献１参照）。この金属複合材料は、前記したような特性に加えて硬さと適度の摩擦係数を有しているため、ブレーキ用摺動材料に必要とされる特性は一応兼ね備えている。【０００３】
一方、ブレーキ用摺動材料に対しては、自動車や車両等の高速化と安全性の面から、近年ますます高度の性能と品質が要求されるようになり、前記金属複合材料に対してもより厳しい特性が求められている。また、更に軽量で大きい強度を有し、熱伝導率の高い材料が期待されている。【０００４】
しかしながら、従来の金属複合材料は、補強用のセラミックス繊維や炭素繊維等の制約から、軽量さ、強度及び熱伝導率などの更なる改善が困難とされている。また、補強用のセラミックス繊維や炭素繊維等（以下、補強用繊維等とする）に金属チタンを混合して成形体を形成し、この成形体にアルミニウム又はアルミニウム合金を溶湯鍛造により加圧含浸させているため、補強用繊維等と金属チタンの混合性、及びマトリックスとなるアルミニウム合金等との濡れ性が十分に満足できるものでない。その結果、上記金属複合材料では、製造時の金属チタンの混合性やアルミニウム合金等の溶湯鍛造における含浸性が低化すると共に、品質の均一性が低いなどの問題があった。
【特許文献１】特開２００３−４９２５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、前記の如き従来の問題点に鑑み、硬度、耐熱性、耐磨耗性を有し、軽量さ、曲げ強度及び熱伝導率が改善されかつ品質の均一性が優れた炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料で、ブレーキ用摺動材料、エンジン部品、ロボットアームなどに好適な材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、前記目的を達成するために、鋭意検討を重ねたところ、補強用繊維等にチタン粉末を混合して含む成形体に、アルミニウム合金等を溶湯鍛造により加圧含浸してなる、従来の金属複合体において、前記補強用繊維として特定の物性を有する微細炭素繊維を使用することにより、成形体中におけるチタン粉末又は酸化チタン粉末の含有率が２０〜５０体積％という従来達成にはない含有率にせしめることを通じて前記課題を解決できること、またこの微細炭素繊維の表面をフェノール樹脂で被覆した微細炭素繊維を使用すると、より大きい効果が得られることを見出し、本発明に到達した。
【０００７】
かくして、本発明は、以下の要旨を特徴とするものである。
（１）繊維径０．５〜５００ｎｍ、繊維長１０００μｍ以下であり、中心軸が空洞構造からなる微細炭素繊維と、チタン粉末又は酸化チタン粉末とを含有し、かつ、チタン粉末又は酸化チタン粉末の含有率が２０〜５０体積％である成形体に、アルミニウム又はアルミニウム合金を熔湯鍛造により加圧含浸させてなる複合材料であることを特徴とする炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料。
（２）前記微細炭素繊維の体積比率が２０〜７０％である上記（１）に記載の微細炭素繊維・金属複合材料。
（３）前記微細炭素繊維が、微細炭素繊維１００重量部あたり、１〜４０重量部のフェノール樹脂で表面が被覆されたフェノール樹脂被覆微細炭素繊維である上記（１）又は（２）に記載の炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料。
（４）維径０．５〜５００ｎｍ、繊維長１０００μｍ以下であり、中心軸が空洞構造からなる微細炭素繊維にチタン粉末又は酸化チタン粉末を混合して成形体を形成し、該成形体を不活性雰囲気中において予熱した後に加圧型内に設置し、該成形体にアルミニウム又はアルミニウム合金の溶融金属を２０ＭＰａ以上の圧力で溶湯鍛造により含浸する、上記（１）に記載の炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料の製造方法
（５）前記微細炭素繊維とチタン粉末又は酸化チタン粉末との混合物にバインダーを添加して成形体を形成する上記（４）に記載の炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料の製造方法。
（６）前記微細炭素繊維が、その表面をフェノール樹脂で被覆したフェノール樹脂被覆微細炭素繊維である上記（４）又は（５）に記載の炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料の製造方法。
（７）フェノール樹脂の被覆量が微細炭素繊維１００重量部あたり４０重量部以下である上記（６）に記載の炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料は、特定の物性を有する微細炭素繊維に、従来にないようなチタン粉末又は酸化チタン粉末の含有量が極めて高いチタン又は酸化チタンを混合して成形体を形成し、該成形体にアルミニウム又はアルミニウム合金を溶湯鍛造により加圧含浸しているので、所望の硬度、耐熱性、耐磨耗性を有し、かつ軽量さ、強度及び熱伝導率が改善された複合材料を得ることができる。
【０００９】
また、前記微細炭素繊維の表面をフェノール樹脂で被覆した微細炭素繊維を使用することによって、チタン又は酸化チタンの混合性及びアルミニウム又はアルミニウム合金との濡れ性を改善できるので、チタン又は酸化チタンの均一な混合、及びアルミニウム又はアルミニウム合金の円滑な含浸を促進することができ、これにより作業性を向上し、かつ強度や品質の均一性が優れた複合材料を得ることができる。【００１０】
また、炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料が前記の構成をとることにより、特に微細炭素繊維の優れた特性によって、補強効果が向上し、組織構成が緻密で均一な複合材料となるので、この材料を用いた製品の製造加工時や使用時において、材料の割れ、欠けが生じ難くなる。これにより、製品の信頼性が向上すると共に、加工が容易となり、また加工精度の高い製品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の溶湯鍛造装置の一例を示す概略断面説明図。
【図２】クローズド−モールド方式の溶湯鍛造装置の概略断面説明図。
【符号の説明】
【００１２】
１：金型
２：押し子
３：プレス機
４：成形体
５：溶融金属
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明で使用される微細炭素繊維としては、繊維径０．５〜５００ｎｍ以下、繊維長１０００μｍ以下で、好ましくはアスペクト比３〜１０００を有する、好ましくは炭素六角網面からなる円筒が同心円状に配置された多層構造を有し、その中心軸が空洞構造の微細炭素繊維が使用される。かかる微細炭素繊維は、従来のＰＡＮ、ピッチ、セルロース、レーヨンなどの繊維を熱処理することによって得られる、繊維径が５〜１０μｍの従来のカーボンファイバーとは大きく異なるものである。本発明で使用される微細炭素繊維は、従来のカーボンファイバーと比べて繊維径や繊維長さが異なるだけでなく、構造的にも大きく異なっている。この結果、導電性、熱伝導性、摺動性などの物性の点で極めて優れるものである。【００１４】
上記微細炭素繊維は、その繊維径が０．５ｎｍより小さい場合には、得られる複合材料の強度が不十分になり、５００ｎｍより大きいと、機械的強度、熱伝導性、摺動性などが低下する。また、繊維長が１０００μｍより大きい場合には、微細炭素繊維がアルミニウム又はアルミニウム合金（以下、アルミニウム金属と総称する）などのマトリックス中に均一に分散し難くなるため、材料の組成が不均一になり、得られる複合材料の機械的強度が低下する。本発明で使用される微細炭素繊維は、繊維径が１０〜２００ｎｍ、繊維長が３〜３００μｍ、好ましくはアスペクト比が３〜５００を有するものが特に好ましい。なお、本発明において微細炭素繊維の繊維径や繊維長は、電子顕微鏡により測定することができる。【００１５】
本発明で使用される好ましい微細炭素繊維は、カーボンナノチューブである。このカーボンナノチューブは、グラファイトウイスカー、フィラメンタスカーボン、炭素フィブリルなどとも呼ばれているもので、チューブを形成するグラファイト膜が一層である単層カーボンナノチューブと、多層である多層カーボンナノチューブとがあり、本発明ではそのいずれも使用できる。しかし、多層カーボンナノチューブの方が、大きい機械的強度が得られるとともに経済面でも有利であり好ましい。【００１６】
カーボンナノチューブは、例えば、「カーボンナノチュ−ブの基礎」（コロナ社発行、２３〜５７頁、１９９８年発行）に記載されるようにアーク放電法、レーザ蒸発法及び熱分解法などにより製造される。このカーボンナノチューブは、繊維径が０．５〜５００ｎｍ、繊維長が１〜５００μｍ、アスペクト比が３〜５００のものが好ましい。【００１７】
本発明において特に好ましい微細炭素繊維は、上記カーボンナノチューブのうちで、繊維径と繊維長が比較的大きい気相法炭素繊維である。このような気相法炭素繊維は、ＶＧＣＦ（Vapor Growｎ Carbon Fiber）とも呼ばれ、特開２００３−１７６３２７号公報に記載されるように、炭化水素などのガスを有機遷移金属系触媒の存在下において水素ガスとともに気相熱分解することによって製造される。この気相法炭素繊維（ＶＧＣＦ）は、繊維径が好ましくは５０〜３００ｎｍ、繊維長が好ましくは３〜３００μｍ、好ましくはアスペクト比が３〜５００のものである。このＶＧＣＦは、製造しやすさや取り扱い性の点で優れている。【００１８】
本発明で使用される微細炭素繊維は、２３００℃以上、好ましくは２５００〜３５００℃の温度で非酸化性雰囲気にて熱処理することが好ましく、これにより、その表面が黒鉛化され、機械的強度、化学的安定性が大きく向上し、得られる複合材料の軽量化に貢献する。非酸化性雰囲気は、アルゴン、ヘリウム、窒素ガスが好ましく使用される。この熱処理において、炭化ホウ素、酸化ホウ素、ホウ酸、ホウ酸塩、窒化ホウ素、有機ホウ素化合物などのホウ素化合物を共存させた場合には、上記熱処理効果が一層向上するとともに、熱処理温度も低下し、有利に実施できる。このホウ素化合物は、熱処理された微細炭素繊維中にホウ素含有量が０．０１〜１０質量％、好ましくは０．１〜５質量％になるように存在させるのが好ましい。【００１９】
本発明では、上記の微細炭素繊維にチタン又は酸化チタンの粉末（以下、チタン粉末と総称することもある）を混合して成形体を形成し、該成形体を溶融したアルミニウム金属と加圧下において接触させることにより、該成形体に溶融アルミニウム金属（以下、溶融金属ということもある）を溶湯鍛造により加圧含浸させて炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料を製造することができる。上記チタン粉末としては、アルミニウムとチタンの反応性から通常は金属チタンの粉末が好ましい。また、チタン粉末の粒径としては、平均粒径１〜１５０μｍのものが好ましい。粒径がこの範囲のチタン粉末であれば、微細炭素繊維への混入が容易であり、またアルミニウム金属と反応してＡｌ−Ｔｉの金属間化合物の生成が促進される。また、アルミニウム合金を形成する金属としては、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕなどが挙げられるが、なかでもＳｉが多く使用される。なお、チタン又は酸化チタンの粉末は単独又は組み合わせて使用でき、またアルミニウムとアルミニウム合金も、アルミニウム金属として併用してもよい。【００２０】
上記微細炭素繊維を含む成形体は、微細炭素繊維に所定量のチタン粉末を混合し、好ましくはＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、エポキシ樹脂、フラン樹脂、フェノール樹脂などの結合材（バインダー）を適宜混合し、該混合物を成形型で所定形状に加圧成形、し、更に必要に応じて乾燥することにより、多孔質の成形体として得られる。【００２１】
成形体の形状は、用途によって異なり限定されないで、板状、円板状、角柱状、円柱状、円筒状、角筒状、球状などの適宜のものが採用される。通常は、成形が容易で、かつ用途が広い板状体が採用される。例えば、ブレーキ用摺動材料としては、厚みが好ましくは２〜１００ｍｍ、より好ましくは３〜５０ｍｍの円板状のものが好ましい。この成形体は、密度が２．４〜３．５ｇ／ｃｍ3程度のものが好適である。【００２２】
上記微細炭素繊維を含む成形体を製造する場合、微細炭素繊維は、そのまま使用してもよいが、表面にフェノール樹脂を被覆した微細炭素繊維が好ましい。フェノール樹脂を表面に被覆した微細炭素繊維は、予め製造されたフェノール樹脂粉末を使用し、該フェノール樹脂粉末をそのまま、あるいはアルコール、アセトンなどの溶剤を加えて希釈し、これを微細炭素繊維と混合し、ニーダー等で混練し、この混練物を押出した後に乾燥し、これを粉砕することによって製造できる。しかし、このようにして得られたフェノール樹脂を表面に被覆した微細炭素繊維は、微細炭素繊維を基準にしてフェノール樹脂の被覆量が３０〜５０質量％程度と多い。フェノール樹脂の量が多くなると、相対的に微細炭素繊維の量が少なくなるので、機械的強度、導電性、熱伝導性などが低下してしまう。【００２３】
そこで、予め製造されたフェノール樹脂を使用するのではなく、フェノール類とアルデヒド類とを、触媒の存在下で微細炭素繊維と混合させつつ反応させることにより、フェノール樹脂が微細炭素繊維の表面に極めて薄く均一に被覆できる。この結果、この方法によればフェノール樹脂の被覆量が４０質量％以下、更には２５質量％以下の微細炭素繊維を容易に得ることができる。【００２４】
かかる方法で使用されるフェノール樹脂の形成に用いるフェノール類としては、例えば、フェノール、カテコール、タンニン、レゾルシン、ヒドロキノン、ピロガロールなどの通常のフェノール類が使用できる。なかでも、疎水性で水に難溶性のものを使用するのが好ましく、この疎水性のフェノール類としては水に対する溶解度が常温（３０℃）で５以下であるものが好ましい。ここで、水に対する溶解度とは、水１００ｇに対して溶解するグラム数により定義されるものであり、水に対する溶解度が５以下とは、水１００ｇに対して５ｇ以下の溶解で飽和状態になることを意味する。溶解度は低い方が望ましい。【００２５】
上記疎水性フェノール類としては、例えば、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、ｐ−ｔ−ブチルフェノール、４−ｔ−ブチルカテコール、ｍ−フェニルフェノール、ｐ−フェニルフェノール、ｐ−（α−クミル）フェノール、ｐ−ノニルフェノール、グアヤコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＳ、ビスフェノールＦ、ｏ−クロロフェノール、ｐ−クロロフェノール、２，４−ジクロロフェノール、ｏ−フェニルフェノール、３，５−キシレノール、２，３−キシレノール、２，５−キシレノール、２，６−キシレノール、３，４−キシレノール、ｐ−オクチルフェノールなどを挙げることができ、これらの１種を単独で用いる他、２種以上のものを併用することもできる。本発明では使用するフェノール類のうち、５質量％以上が疎水性フェノール類であることが好ましい。フェノール類として疎水性フェノール類のみを用いてもよい。【００２６】
一方、上記フェノール樹脂の原料に用いるアルデヒド類としては、ホルムアルデヒドの水溶液の形態であるホルマリンが最適であるが、トリオキサン、テトラオキサン、パラホルムアルデヒドのような形態のものを用いることもでき、その他ホルムアルデヒドの一部あるいは大部分をフルフラールやフルフリルアルコールに置き換えることも可能である。【００２７】
また、フェノール類とアルデヒド類を付加縮合反応させる触媒としては、ナトリウム、カリウム、リチウムなどのアルカリ金属の酸化物や水酸化物や炭酸塩、カルシウム、マグネシウム、バリウムなどアルカリ土類金属の酸化物や水酸化物や炭酸塩、第三級アミンを用いるのが好ましい。これらの１種を単独で用いる他、２種以上のものを併用することもできる。具体例を挙げれば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、炭酸ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化バリウム、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］ウンデセン−７などがある。【００２８】
これらのアルカリ金属又はアルカリ土類金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩は、いずれも窒素成分を全く含有しない。また、第三級アミンは窒素成分を含有するが、第三級アミンではこの窒素成分はメチロール基に付加するようなことがないものであり、窒素成分がフェノール樹脂の分子中に取り込まれるようなことがないフェノール樹脂を形成することができるものである。【００２９】
また、フェノール樹脂の形成にあたっては、フェノール類及びアルデヒド類のほかに、滑剤、繊維、エポキシ樹脂、カップリング剤などを配合することもできる。【００３０】
フェノール樹脂で被覆された微細炭素繊維を製造する場合、フェノール類とアルデヒド類と反応触媒を反応容器にとり、さらに反応容器に微細炭素繊維、その他必要に応じた成分を投入し、これらの存在下でフェノール類とアルデヒド類を反応させる。この反応は反応系を攪拌するに足る量の水中で、攪拌しつつ行なわれるのが好ましく、反応の当初では反応系は粘稠であって攪拌に伴って流動する状態である。反応が進むにつれて、微細炭素繊維を含むフェノール類とアルデヒド類との縮合反応物が系中の水と分離し始め、生成されるフェノール樹脂と微細炭素繊維とが凝集した複合粒子が反応容器の全体に分散された状態になる。そして、さらに所望する程度にフェノール樹脂の反応を進めて冷却したのちに攪拌を停止すると、フェノール樹脂で被覆された微細炭素繊維は沈殿して水と分離され、濾過することによって水から容易に分離することができ、これを乾燥することによってフェノール樹脂被覆微細炭素繊維を容易に得ることができる。【００３１】
上記により製造されるフェノール樹脂被覆微細炭素繊維は、フェノール樹脂が微細炭素繊維の表面に極めて薄く均一に被覆されるため、フェノール樹脂の被覆量が少ない微細炭素繊維を容易に得ることができる。かくして、フェノール樹脂の被覆量は、微細炭素繊維１００重量部あたり、１〜４０重量部になるようにされる。被覆量が４０重量部より大きいと、繊維量が少なくなるため低強度になり、逆に１重量部より小さいと、均一な成形体を製造できなくなり好ましくはない。【００３２】
また、上記微細炭素繊維を含む成形体を製造する場合、後の工程で含浸されるアルミニウム金属の粉末を微細炭素繊維に混合し、該混合物を成形することが好ましく、これにより、溶湯鍛造における金属の含浸性が著しく改善される。この場合、アルミニウム金属の粉末の混入量としては、上記微細炭素繊維１００重量部あたり、１０〜５０重量部程度が好ましい。また、アルミニウム金属の粉末の平均粒径は、１〜１５０μｍが好適である。【００３３】
かかる微細炭素繊維を含む成形体は、次いで加圧型内に設置して溶融したアルミニウム金属と加圧下において接触させることにより、前記成形体に溶湯鍛造により注湯してアルミニウム金属を加圧含浸させる。この場合、まず工程（１）において、成形体は金型内に設置された後、好ましくは不活性雰囲気下において金型と一緒に予備加熱される。不活性雰囲気としてはアルゴンガス、窒素ガス等が使用可能であるが、アルゴンガスが好ましく使用できる。また、予備加熱はアルミニウム金属の融点又は融点以上、具体的には融点より１００℃以上、より好ましくは１００〜２５０℃に保持することにより行なわれる。この工程（１）を経ることで、アルミニウム金属の流動性を保持し、かつ微細炭素繊維と金属との界面での反応を抑制しながら、多孔質の成形体の気孔にアルミニウム金属を一様に含浸することができる。【００３４】
次に、工程（２）において、アルミニウム金属をその融点より好ましくは１００〜１５０℃高い温度で溶融し、この溶融金属を金型に供給して予備加熱した前記成形体と接触させ、この状態で溶融金属を加圧装置を用いて加圧し、溶湯鍛造により溶融金属を前記成形体に加圧含浸させる。この加圧の大きさとしては、１０ＭＰａ
以上、好ましくは２０〜１００ＭＰａが好ましい。工程（２）において、溶融金属の温度が融点より１５０℃を超えると潮解性のある炭化アルミニウムを生成しやすくなり、実用的な複合材料が得られない。また、圧力が１０ＭＰａ
に達しないと効率よく金属成分の含浸が行なわれず、金属充填率が低下するおそれがある。【００３５】
次に、本発明の炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料の製造に用いられる溶湯鍛造装置の具体例（以下、本装置とする）を図面に従って説明する。図１は本装置の概略断面を示す。図１において、１は金型、２は押し子（パンチ）であり、３はプレス機である。図１に示すように本装置は、内部に空間を有する金型１と押し子２とからなり、該押し子２が該金型１の開口部内壁面に密接し、金型１の開口部の内外部方向へ移動自由とし、プレス機３により内部方向へ移動可能になっている。金型１内に成形体４を入れ、アルゴンガス中で予備加熱を行ない、その後、所定温度に加熱した溶融金属５を供給し、押し子２により金型内部の溶融金属５を加圧し、所定時間この状態にて維持する。所定時間経過後、金型１から凝固体をアルミニウム金属の塊ごと取り出しアルミニウム金属部分を切削又は溶解その他の方法で除き、炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料を得ることができる。【００３６】
なお、溶湯鍛造方式としては、図１のオープン−モールド方式（直接加圧方式）のほかに、図２に示すクローズド−モールド方式（間接加圧方式）も適用できる。【００３７】
このようにして製造される本発明の炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料において、含有される微細炭素繊維の体積含有率は、好ましくは２０〜７０体積％、より好ましくは３０〜６０体積％である。この体積含有率が、２０体積％より小さい場合には、低物性（強度、熱）になり、逆に７０体積％より大きい場合には、均一な含浸が困難になり好ましくはない。なお、ここで体積含有率とは、炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料中の各材料成分の体積の百分率である。【００３８】
また、本発明の炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料において成形体を構成するチタン粉末又は酸化チタン粉末の含有率は、２０〜５０体積％が好ましく、２０〜４０体積％であればより好ましい。成形体にアルミニウム金属を含浸させると、一部のチタンはアルミニウム金属と反応してＡｌ−Ｔｉ金属間化合物を形成する。このＡｌ−Ｔｉ金属間化合物の形成により、耐熱性及び硬度が高くなり、さらに適度の摩擦係数とその安定性を得ることができる。かくして、この含有率が１５体積％未満では耐熱性が不十分となり、また５０体積％を超えるとアルミニウム金属のほとんどがＡｌ−Ｔｉ金属間化合物を形成し、得られる複合材料の靭性が著しく低下するので好ましくない。
【００３９】
さらに、溶湯鍛造で得られた炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料は、特許文献１に記載されているように５５０℃以上において熱処理すると、強度や硬度を向上させることができる。この熱処理の条件としては、アルミニウム金属の融点より１０〜１００℃程度低い範囲が好ましく、また熱処理時間としては０．５〜２４時間が好ましい。【００４０】
本発明の炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料は、高熱伝導率、大きい硬度および強度を有するために、特にブレーキ用摺動材料に好適に使用される。この場合、熱伝導率は５０Ｗ/(ｍ・Ｋ)以上であり、強度は１００〜３００ＭＰａを有するので、従来のブレーキ用摺動材料が有している問題点は解消される。【００４１】
本発明の炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料は、上記したように特にブレーキ用摺動材料として優れているが、これに限定されず、例えば、エンジン部品、工作機械定盤、タービンブレード、ロボットアームなどの広範囲の分野の材料としても使用できる。
【実施例】
【００４２】
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明の解釈は実施例等により限定されるものではない。なお、実施例及び比較例により作製した炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料の品質・性能評価について下記の測定方法を用いた。
・密度：島津製作所社製電子分析天びんＡＥＬ−２００を用いてアルキメデス法により測定した。
・曲げ強度：島津製作所社製精密万能試験器ＡＧ−５００を用い、作成した強度試験片について曲げ強度を測定した。試験片サイズ４ｍｍ×４ｍｍ×８ｍｍ、スパン間距離６０ｍｍ、クロスヘッド降下速度０．５ｍｍ／分の条件で測定した。
・熱伝導率：熱拡散率と比熱及び密度の積として求めた。熱拡散率は、レーザーフラッシュ法により真空理工社製ＴＣ−７０００を用い２５℃で測定した。また、照射光としてルビーレーザー光（励起電圧２．５ｋｖ、均一フィルター及び滅光フィルター１枚）を使用した。
・熱膨張率：マックスサイエンス社製熱分析装置００１、ＴＤ−５０２０を用いて室温から３００℃までの熱膨張率を測定した。
・弾性率：強度試験の応力−歪データから計算で求めた。【００４３】
（実施例１）
繊維径が１５０ｎｍ、繊維長が１５μｍ、アスペクト比が１００の気相法炭素繊維をアルゴンガス雰囲気中、温度２８００℃で３０分間処理した微細炭素繊維５０重量部、チタン粉末（平均粒径１００μｍ）５０重量部及びフェノール樹脂（商品名：リグナイト社製、ＬＡ−１００Ｐ）１６重量部の混合物を調製し、この混合物を用いて１６０℃、２０ＭＰａ条件下に熱板プレスを使用して板状成形体（縦１２５ｍｍ、横１０５ｍｍ、厚さ１２ｍｍ）を製造した。【００４４】
この成形体をアルゴンガス中で７６０℃に予熱し、５００℃に予熱した金型に設置した後、８１０℃で溶融したアルミニウムを金型内にいれ、押し子を介してプレス機で圧力５００ｋｇ／ｃｍ2
（約４９ＭＰａ）になるように加圧し、成形体に溶湯鍛造により前記アルミニウムを加圧含浸し、その状態で３０分保持した。冷却後アルミニウムの塊ごと取出し切削加工し、炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料を得た。【００４５】
この炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料は、密度：２．５ｇ／ｃｍ３、熱伝導率：８０Ｗ／ｍＫ、線膨張率：１０×１０−６／℃、弾性率：１３０ＧＰａ及び曲げ強度２５０ＭＰａであった。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明に係る炭素繊維Ｔｉ−Ａｌ複合材料は、硬度、耐熱性、耐磨耗性を有し、軽量さ、強度及び熱伝導率が改善されかつ品質の均一性が優れているので、例えばブレーキ用摺動材料やエンジン部品、ロボットアームなどの材料として好適する。
【図１】
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【図２】
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