-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung von keramischen Fasern, die aus einem aus Si, C,
N und O zusammengesetzten Vierstoffsystem bestehen, wobei
die Fasern mechanische Eigenschaften, wie beispielsweise
die Zugfestigkeit und den Elastizitätsmodul und
elektrische Eigenschaften, wie beispielsweise den elektrischen
Widerstand und die Dielektrizitätskonstante aufweisen,
die ausgezeichnet sind.
-
Gewöhnliche, durch Verwendung von Polycarbosilan als
Ausgangsmaterial erhaltene, anorganische Fasern schließen
SiC-Fasern (siehe japanische Patente Nr. 1 217 464 und
1 217 465 und dergleichen) und SION-Fasern (siehe
japanische Patentanmeldung, cffenlegungs-Nr. [sho.] 61-
12915 [12915/86]) ein.
-
Diese gewöhnlichen Fasern wurden nicht nur als
verstärkende Fasern für ein faserverstärktes Metall, für
faserverstärkte Kunststoffe und dergleichen verwendet,
sondern wegen ihrer ausgezeichneten Eigenschaften auch als
elektrisch isolierendes Material, als wärmebeständiges
Material und dergleichen.
-
Obwohl die SiC-Fasern ausgezeichnete mechanische
Eigenschaften aufweisen, sind sie elektrisch dadurch
nachteilig, daß sie einen spezifischen Widerstand von 10³
bis 10&sup5; Ω*cm haben, eine verhältnismäßig große
Dielektrizitätskonstante und einen dielektrischen Verlust
zeigen, wenn sie in Form eines aus SiC-Fasern/Kunstharz
zusammengesetzten Materials verwendet werden, und sie
weisen eine geringe spezifische Durchlässigkeit für
Radiowellen auf, wodurch sie sich für die Verwendung als
Radarkuppel oder dergleichen als ungeeignet erwiesen
haben.
-
Andererseits sind die SION-Fasern dadurch vorteilhaft, daß
sie einen 10¹&sup0; Ω*cm überschreitenden spezifischen
Widerstand, d.h. eine hohe elektrische Isolationsfähigkeit
aufweisen, eine geringere relative
Dielektrizitätskonstante und einen geringeren
dielektrischen Verlust als diejenigen der SiC-Fasern
zeigen, wenn sie in der Form eines mit Kunstharz
zusammengesetzten Materials verwendet werden, und eine
Durchlässigkeit für Radiowellen aufweisen, die besser ist
als die der SiC-Fasern. Jedoch erwächst mit den SiCN-
Fasern ein Problem, daß ihre mechanischen Eigenschaften
geringwertiger sind als die der SiC-Fasern.
-
Die EP-A-0 167 230 betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von Fasern aus Polycarbosilan, das erstens das Verspinnen
eines Organosilikonpolymers, wie beispielsweise
Polycarbosilan, in Fasern umfaßt, das hauptsächlich aus
einem Si-C-Skelett besteht und in seinem Molekülverband
keinen N enthält. Danach werden die versponnenen Fasern in
unschmelzbare Fasern umgewandelt, wobei solche
unschmelzbaren Fasern dann in einem Ammoniakgasstrom
erhitzt werden, so daß das Organosilikonpolymer vollständig
nitriert werden kann, ohne seine faserige Form während der
thermischen Zersetzung der Faser zu verlieren. Während der
Reaktion mit Ammoniak muß die Temperatur 800ºC bis 1650ºC
betragen.
-
Die EP-A-200 326 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung
eines keramischen Materials mit reduziertem
Kohlenstoffgehalt, bei dem ein Silikon enthaltendes,
vorkeramisches Polymer bei einer Temperatur von etwa 550ºC
bis 800ºC in einer Ammoniak enthaltenden Atmosphäre eine
Zeit lang erhitzt wird, die ausreichend ist, um den
Kohlenstoffgehalt des Polymers zu reduzieren, und danach
bei einer Temperatur von 900ºC bis 1500ºC in einer inerten
Atmosphäre oder dergleichen erhitzt wird.
-
Die wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, die oben beschriebenen Probleme zu lösen und ein
Verfahren zur Herstellung von keramischen Fasern zu
schaffen, die ausgezeichnete elektrische und mechanische
Eigenschaften aufweisen.
-
Im Hinblick auf die Lösung der oben beschriebenen Probleme
haben die vorliegenden Erfinder verschiedene
untersuchungen angestellt und infolgedessen
herausgefunden, daß diese oben beschriebenen Probleme
gelöst werden können durch eine wärmebehandlung von
unschmelzbaren Polycarbosilanfasern in einer
Ammoniakgasatmosphäre zum Nitrieren der Fasern und eine weitere
wärmebehandlung der somit erhaltenen nitrierten Fasern in
einem Inertgas oder in einer Atmosphäre, die 1 bis 30%
Volumenanteile Chlorwasserstoff aufweist, wobei der Rest
ein Inertgas ist, um die gewünschten keramischen Fasern zu
erzielen. Die vorliegende Erfindung ist diesem Ergebnis
zugrundegelegt.
-
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren
zur Herstellung von keramischen Fasern vorgesehen, die im
wesentlichen aus einem aus Si, C, N und O
zusammengesetzten Vierstoffsystem bestehen, das die
Schritte umfaßt:
-
(1) Reaktion von unschmelzbaren Polycarbosilanfasern mit
Ammoniak bei einer Temperatur von ab 100ºC bis 450ºC
zur Erzielung von Stickstoff enthaltenden Fasern und
-
(2) weitere wärmebehandlung der Stickstoff enthaltenden
Fasern in einem Inertgas.
-
Vorzugsweise enthält das Inertgas 1 bis 30% Volumenanteile
Chlorwasserstoff.
-
Die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung
hergestellten keramischen Fasern sind dadurch
gekennzeichnet, daß sie ein aus Si, C, N und
zusammengesetztes Vierstoffsystem aufweisen.
-
Es ist höchst wünschenswert, daß der Gehalt der Elemente,
d.h. Si, C, N und C, in den keramischen Fasern der
vorliegenden Erfindung jeweils 40 bis 60% Gewichtsanteile,
5 bis 30% Gewichtsanteile, 5 bis 25% Gewichtsanteile und 5
bis 15% Gewichtsanteile beträgt. Wenn der Gehalt von jedem
der Elemente in dem oben beschriebenen, entsprechenden
Bereich liegt, zeigen die keramischen Fasern
ausgezeichnete elektrische und mechanische Eigenschaften,
d.h. einen spezifischen Widerstand von 106 bis 1010 Ω*cm,
eine Zugfestigkeit von 2,94 10³ bis 4,41 10³N /mm² (300
bis 450 kg/mm²), einen Elastizitätsmodul von 1,96 10&sup5; bis
3,92 10&sup5; N/mm² (20 bis 40 ton/mm²), eine relative
Dielektrizitätskonstante von 3,0 bis 4,0, wenn sie in Form eines
aus Epoxidharz zusammengesetzten Materials vorliegen
(prozentuales Volumen der Fasern: 55%), und einen
dielektrischen Verlust von 0,02 oder weniger, wenn sie in
Form dieses Verbundwerkstoffes vorliegen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Fig. 1 zeigt ein Fließschema, das ein
Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur
Herstellung von keramischen Fasern darstellt,
die durch das Verfahren der vorliegenden
Erfindung hergestellt sind;
-
Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung, die die
Beziehung zwischen dem Gehalt jeder Komponente
und der Temperatur der Wärmebehandlung in einem
Ammoniakgas im Beispiel 1 wiedergibt;
-
Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung, die die
Beziehung zwischen jeweils der Zugfestigkeit und
dem Elastizitätsmodul und der Temperatur der
Wärmebehandlung im Ammoniakgas im Beispiel 1
wiedergibt; und
-
Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung, die die
Beziehung zwischen dem spezifischen Widerstand
und der Temperatur der Wärmebehandlung im
Ammoniakgas im Beispiel 1 wiedergibt.
-
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur
Herstellung von keramischen Fasern, die durch das
Verfahren nach der vorliegenden Erfindung hergestellt
sind, wird jetzt mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen ausführlich beschrieben.
-
Die Fig. 1 ist ein Fließschema, das ein Beispiel des
Verfahrens zur Herstellung von keramischen Fasern nach der
vorliegenden Erfindung darstellt. In der Fig. 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 1 eine Bombe für Ammoniakgas, das
Bezugszeichen 21 eine Bombe für ein Inertgas,
beispielsweise Argon oder Stickstoffgas, das Bezugszeichen
22 eine Bombe für chlorwasserstoffgas, die Bezugszeichen
3, 41 und 42 jeweils einen Durchflußmesser, die
Bezugszeichen 6, 51 und 52 jeweils ein Ventil, das
Bezugszeichen 7 einen Gasmischer, die Bezugszeichen 8, 91 und 92
jeweils einen Druckregler, das Bezugszeichen 10 einen
Fließgeschwindigkeitsregler, das Bezugszeichen 11 einen
Brennof en, das Bezugszeichen 12 eine Vakuumpumpe, das
Bezugszeichen 13 ein Manometer, das Bezugszeichen 14 eine
Gaswaschflasche und das Bezugszeichen 15 eine
Reaktionskammer
-
Im Verfahren nach der vorliegenden Erfindung werden die
durch ein stetiges Spinnverfahren erhaltenen
Polycarbosilanfasern zuerst durch Oxidation der Fasern mit
einem oxidierenden Gas, wie beispielsweise Luft oder
Sauerstoff, unschmelzbar gemacht, um dadurch zu
verhindern, daß die Fasern beim zweiten Brennschritt, der
später beschrieben wird, geschmolzen werden. Die
Behandlung der Fasern wird zum Beispiel in der in der Fig.
1 dargestellten Reaktionskammer 15 des Brennofens 11 in
einer oxidierenden Atmosphäre, wie beispielsweise Luft
oder Sauerstoff, bei einer Temperatur von 50ºC bis 400ºC
für mehrere Minuten bis 10 Stunden durchgeführt, um die
Fasern unschmelzbar zu machen.
-
Die so erhaltenen unschmelzbaren Fasern werden dann 0,5
bis 6 Stunden lang in einer Ammoniakgasatmosphäre bei
100ºC bis 600ºC wärmebehandelt, um eine Reaktion der
Fasern mit Ammoniak zu gewährleisten (auf diese Behandlung
ist der "erste Brennschritt" bezogen). Bei diesem Schritt
wird die Vorrichtung zur Behandlung mit der
Unterdruckpumpe 12 auf einen vorbestimmten
Unterdruck -evakuiert, während der Grad des Vakuums mit dem Manometer
13 beobachtet wird, und das Ammoniakgas wird aus der
Ammoniakgasbombe 1 durch das Ventil 6, den Durchflußmesser
3 und den Fließgeschwindigkeitsregler 10 der Vorrichtung
zugeführt, um innerhalb der Vorrichtung eine
Ammoniakgasatmosphäre zu erzeugen. Das Ammoniakgas wird
mit dem Fließgeschwindigkeitsregler 10 geregelt, um einen
vorgegebenen Durchsatz zu erreichen. Der Durchsatz des
Ammoniakgases beträgt vorzugsweise 10 bis 500 ml/min.
-
Nachdem in der Vorrichtung eine Ammoniakgasatmosphäre
erzeugt ist, werden die unschmelzbaren Fasern in dem
Brennofen 11 bei einer Temperatur von 100ºC bis 600ºC
wärmebehandelt Wenn die Wärmebehandlung bei einer
Temperatur unterhalb von 100ºC geführt wird, können keine
keramischen Fasern mit ausreichend hohem Gehalt an
Stickstoff hergestellt werden. Andererseits werden die
durch das nachfolgende zweite Brennen herzustellenden
keramischen Fasern in ihren mechanischen Eigenschaften,
wie beispielsweise der Zugfestigkeit, unerwünscht
verschlechtert, wenn die Wärmebehandlung mit einer
Temperatur geführt wird, die 600ºC überschreitet.
-
Dann werden die in dem Ammoniakgas so wärmebehandelten
Fasern in einem Inertgas, wie beispielsweise Stickstoff
oder Argongas 0,5 bis 6 Stunden bei einer Temperatur bis
zu 1600ºC weiter wärmebehandelt, um amorphe, endlose,
keramische Fasern zu erzeugen, die Si, C, N und
enthalten (auf diese Behandlung ist der "zweite
Brennschritt" bezogen). Bei diesem Schritt wird, wie im
ersten Brennschritt, die Vorrichtung mit der
Unterdruckpumpe 12 auf einen vorbestimmten Grad des Vakuums
evakuiert, während der Grad des Vakuums mit dem Manometer
13 beobachtet wird, und aus der Stickstoff- oder
Argongasbombe 21 wird ein Inertgas durch das Ventil 51,
den Durchflußmesser 41 und den Fließgeschwindigkeitsregler
10 in die Vorrichtung zugeführt, um in dieser Vorrichtung
eine Inertgasatmosphäre zu erzeugen. Das Inertgas wird mit
dem Fließgeschwindigkeitsregler 10 geregelt, um einen
vorgegebenen Durchsatz zu erreichen. Der Durchsatz des
Inertgases beträgt vorzugsweise 200 bis 2500 ml/min.
-
Nachdem in der Vorrichtung eine Inertgasatmosphäre erzeugt
ist, werden die Fasern vom ersten Brennschritt im
Brennofen 11 bei einer Temperatur bis zu 1600ºC
wärmebehandelt, um die gewünschten keramischen Fasern zu
erzielen. Wenn die Wärmebehandlung bei einer 1600ºC
überschreitenden Temperatur geführt wird, sind Teilchen
aus Si-N und Si-C in den Fasern zu Teilchen mit einer sehr
großen Größe gewachsen, wodurch sich die Festigkeit der
resultierenden Fasern unerwünscht verschlechtern wird.
-
Ferner kann das oben beschriebene Inertgas teilweise durch
ein Ohlorwasserstoffgas ersetzt werden, das aus der
Chlorwasserstoffgasbombe 22 durch das Ventil 52 und den
Durchflußmesser 42 der Gasmischpumpe 7 zugeführt wird, um
ein aus 1 bis 30% Volumenanteilen Chlorwasserstoff
bestehendes Mischgas zu erzeugen, wobei der Rest das
Inertgas ist. Das so erzeugte Mischgas kann mit einem
Durchsatz von 10 bis 500 ml/min gefördert werden, um die
W;rmebehandlung bei einer Temperatur bis zu 1600ºC zu
führen. In diesem Fall läßt es die Einstellung des Gehalts
an Chlorwasserstoff des Mischgases zu, den
Durchschnittswert und die Änderung des C-Gehalts der sich
ergebenden keramischen Fasern zu steuern, was es möglich
macht, homogene, keramische Fasern zu erzeugen. Wenn der
Gehalt des Mischgases an Chlorwasserstoff geringer als 1%
Volumenanteil ist, kann keine vorteilhafte Wirkung erzielt
werden. Ein 30% Volumenanteil überschreitender Gehalt an
Chlorwasserstoff ist außerdem ungünstig, weil die N oder C
Komponente in den Fasern reduziert ist, so daß die
Festigkeit der erzielten keramischen Fasern vermindert
ist.
-
Wie es oben beschrieben ist, können in der vorliegenden
Erfindung die keramischen Fasern, die Si, C, N und O in
jeweiligen vorbestimmten Mengen enthalten, durch Reaktion
von unschmelzbaren Polycarbosilanfasern mit Ammoniak bei
100ºC bis 600ºC und eine weitere Wärmebehandlung des
Reaktionsproduktes in einem Inertgas oder einer 1 bis 30%
Volumenanteile Chlorwasserstoff enthaltenden Atmosphäre
hergestellt werden, wobei der Rest ein Inertgas mit einer
Temperatur bis zu 1600ºC ist. Die keramischen Fasern
weisen elektrische und mechanische Eigenschaften auf, die
denen der gewöhnlichen Fasern aus SiC und SiON überlegen
sind.
Ausführungsbeispiele
-
Die vorliegende Erfindung wird jetzt mit Bezug auf die
folgenden Ausführungsbeispiele und Vergleichsbeispiele
ausführlicher erläutert.
Beispiel 1
-
Polycarbosilan (durchschnittliches Molekulargewicht von
etwa 2000; Schmelzpunkt von 220ºC bis 230ºC) wurde
geschmolzen versponnen und dann 1 Stunde bei 180ºC in
Luft unschmelzbar gemacht, um unschmelzbare
Polycarbosilanfasern zu erhalten. Die unschmelzbaren
Fasern wurden im Ammoniakgas (mit einem Durchsatz von 200
ml/min) 1 Stunde bei 100ºC, 400ºC und 600ºC
wärmebehandelt, um Proben zu erzielen, die bei jeweils
unterschiedlichen Temperaturen wärmebehandelt wurden. Jede der
Proben wurde 1 Stunde lang bei 1200ºC im Stickstoffgas
(mit einem Durchsatz von 2000 ml/min) wärmebehandelt, um
drei Arten von keramischen Fasern zu erzielen.
Vergleichsbeispiel 1
-
Dieselben unschmelzbaren Polycarbosilanfasern, wie die in
dem Ausführungsbeispiel 1 verwendeten, wurden 1 Stunde
jeweils bei 650ºC, 800ºC und 1000ºC unter ähnlichen
Bedingungen wie diejenigen des Ausführungsbeispiels 1
wärmebehandelt und 1 Stunde bei 1200ºC in der gleichen
Stickstoffatmosphäre wie der des Ausführungsbeispiels 1
weiter wärmebehandelt, wodurch drei Arten von keramischen
Fasern erzeugt wurden, die bei unterschiedlichen
Temperaturen, insbesondere beim ersten Brennschritt,
wärmebehandelt wurden.
-
Die drei Arten der so erzielten keramischen Fasern wurden
jeweils einer Elementanalyse unterzogen. Die Ergebnisse
sind in der Fig. 2 dargestellt. In ähnlicher Weise werden
in der Fig. 3 die Ergebnisse von Messungen der
Zugfestigkeit und des Elastizitätsmoduls von jeder der
drei Arten von keramischen Fasern gezeigt, während die
Ergebnisse der Messungen ihres jeweiligen spezifischen
Widerstandes in der Fig. 4 dargestellt sind.
-
Wie es aus den in der Fig. 2 dargestellten Ergebnissen
deutlich wird, zeigten die im Ammoniakgas mit 600ºC
überschreitenden Temperaturen wärmebehandelten keramischen
Fasern einen gesättigten Gehalt von gebundenem Stickstoff,
und die in Ammoniakgas mit einer Temperatur von 800ºC oder
höher wärmebehandelten, keramischen Fasern waren im
wesentlichen frei von gebundenem Kohlenstoff. Darüber
hinaus wiesen die keramischen Fasern, die dem ersten
Brennen bei einer 600ºC überschreitenden Temperatur
unterzogen wurden, eine verringerte Zugspannung und einen
verringerten Elastizitätsmodul auf, wie es aus der Fig. 3
deutlich wird.
Beispiel 2
-
Die in dem Ausführungsbeispiel 1 erzielten keramischen
Fasern wurden durch ein Hochdruck-Gießverf ahren an
Aluminium gebunden, um ein faserverstärktes Metall (FRM)
herzustellen.
-
Das so erzielte faserverstärkte Metall hatte ein
prozentuales Faservolumen von 40%, war frei von Poren und
wies eine ausgezeichnete Verbundwirkung zwischen den
Fasern und der Grundmasse auf. Die Zugfestigkeit und der
Elastizitätsmodul des faserverstärkten Metalls (FRM)
betrug bei Raumtemperatur 8,83 10² bis 9,81 10² N/mm²
(90 bis 100 kg/mm² ) bzw. 1,08 10&sup5; bis 1,18 10&sup5; N/mm²
(11 bis 12 ton/mm²)
-
Ferner wurden die keramischen Fasern an ein Epoxidharz
gebunden, um ein faserverstärktes Kunstharz (FRP) zu
erzeugen.
-
Die relative Dielektrizitätskonstante des
Reaktionsproduktes FRP wurde mit dem Ergebnis von 3 bis 4
gemessen, wobei das prozentuale Faservolumen des
faserverstärkten Kunstharzes (FRP) 55% betrug.
Beispiel 3
-
Dasselbe wie im Ausführungsbeispiel 1 verwendete
Polycarbosilan
wurde geschmolzen versponnen und dann in Luft 1
Stunde bei 180ºC unschmelzbar gemacht, um unschmelzbare
Polycarbosilanfasern zu erhalten. Die so erzielten
unschmelzbaren Fasern wurden in Ammoniakgas (mit einem
Durchsatz von 200 ml/ min) 2 Stunden bei 450ºC
wärmebehandelt und in einem Gas mit 5% Volumenanteil an
Ohlorwasserstoff, wobei der Rest Stickstoff war (mit einem
Durchsatz von 2000 ml/min) 1 Stunde bei 1200ºC weiter
wärmebehandelt, um keramische Fasern zu erzielen.
-
Die Zugfestigkeit und der Elastizitätsmodul der so
erzielten keramischen Fasern wurden gemessen, und es wurde
herausgefunden, daß sie 2,94 10³ N/mm² (300 kg/mm² ) bzw.
1,96 10&sup5; N/mm²( 20 ton/mm²) betragen. Die keramischen
Fasern wurden einer Elementanalyse mit dem Ergebnis
unterzogen, daß der Gehalt an Si, C, N und 0 53,2%, 8,4%,
26,2% bzw. 12,2% beträgt.
-
Der spezifische Widerstand der keramischen Fasern wurde
gemessen, und es wurde herausgefunden, daß er 8*10&sup6; Ω*cm
betrug. Ferner wurde ein Verbundwerkstoff erzeugt, der die
keramische Faser und ein Epoxidharz enthält (prozentuales
Faservolumen des Verbundwerkstoffs: 55%), und die relative
Dielektrizitätskonstante und der dielektrische Verlust des
Verbundwerkstoffs wurden gemessen, und es wurde
herausgefunden, daß sie 3,5 bzw. 0,02 betragen.
Vergleichsbeispiel 2
-
Dieselben unschmelzbaren Polycarbosilanfasern wie die im
Ausführungsbeispiel 1 verwendeten wurden in einem mit
Ammoniakgas gefüllten Brennofen 1,5 Stunden bei 600ºC
wärmebehandelt und in einem Gas mit 20% Volumenanteilen
Ohlorwasserstoff, wobei der Rest Stickstoff ist, 2 Stunden
bei 1200ºC weiter wärmebehandelt, um keramische Fasern zu
erzielen. Die Zugfestigkeit und der Elastizitätsmodul der
so erhaltenen keramischen Fasern wurden gemessen, und es
wurde herausgefunden, daß sie 2,45 10³ N/mm² (250 kg/mm²)
bzw. 1,77 10&sup5; N/mm² (18 ton/mm² )betragen. Die keramischen
Fasern wurden einer Elemenentanalyse mit den Ergebnissen
unterworfen, daß der Gehalt an Si, C, N und 0 56,7%,
0,2%, 25,9% bzw. 17,2% beträgt. Die Analyse der
keramischen Fasern durch Messung durch
Röntgendiffraktometrie zeigte, daß die keramischen Fasern
amorph waren. Der spezifische Widerstand der keramischen
Fasern wurde gemessen, und es wurde herausgefunden, daß er
6*108 Ω*cm beträgt.
Vergleichsbeisdiel 3
-
Die Zugfestigkeit und der Elastizitätsmodul der
handelsüblich verfügbaren SiC-Fasern wurden gemessen, und
es wurde herausgefunden, daß sie 2,94 10³ N/mm² (300
kg/mm²) bzw. 1,96 10&sup5; N/mm² (20 ton/mm²) betragen.
-
Der spezifische Widerstand der keramischen Fasern wurde
gemessen, und es wurde herausgefunden, daß er 7,8*103 Ω*cm
beträgt. Ein Verbundwerkstoff, der die keramischen Fasern
und ein Epoxidharz (prozentuales Faservolumen von 55%)
aufweist, wurde hergestellt und dessen relative
Dielektrizitätskonstante und dielektrischer Verlust wurden
gemessen, und es wurde herausgefunden, daß sie 5,2 bzw.
0,2 betragen.
Vergleichsbeispiel 4
-
Es wurden die gleichen wie die in dem Ausführungsbeispiel
1 verwendeten Polycarbosilanfasern in einem mit
Ammoniakgas gefüllten Brennofen mit einer
Temperaturanstiegsrate von
100ºC/h wärmebehandelt, bis die Temperatur eine maximale
Temperatur von 800ºC erreichte, und in einer
Argongasatmosphäre mit einer Temperaturanstiegsrate von
100ºC/Stunde weiter gebrannt und 1 Stunde auf einer
maximalen Temperatur von 1200ºC gehalten, um dadurch
keramische Fasern zu erzielen. Die keramischen Fasern
wurden einer Elernentanalyse mit den Ergebnissen
unterzogen, daß es sich bei den keramischen Fasern um
SiON-Fasern handelt mit einem Gehalt an Si, C, N und O von
57,2%, 0%, 29,5% bzw. 13,3%. Zugfestigkeit und
Elastizitätsmodul der keramischen Fasern wurden gemessen,
und es wurde herausgefunden, daß sie 1,86 10³ N/mm² (190
kg/mm²) bzw. 1,37 10&sup5; N/mm² (14 ton/mm²) betragen.
-
Der spezifische Widerstand der keramischen Fasern wurde
gemessen, und es wurde herausgefunden, daß er 8,8*10¹&sup0; Ω*cm
beträgt. Ein Verbundwerkstoff wurde hergestellt, der die
keramischen Fasern und ein Epoxidharz (prozentuales
Faservolumen von 55%) aufweist, und dessen relative
Dielektrizitätskonstante und dielektrischer Verlust wurden
gemessen, und es wurde herausgefunden, daß sie 3,8 bzw.
0,02 betragen.
-
Wie es oben beschrieben ist, haben die durch das Verfahren
der vorliegenden Erfindung hergestellten keramischen
Fasern ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, die denen
von SiC-Fasern gleich sind, einen hohen elektrischen
Widerstand und eine geringe relative
Dielektrizitätskonstante, die vergleichbar ist mit der von
SiON-Fasern, d.h. eine hohe übertragungsleistung für
Radiowellen, wodurch sich die keramischen Fasern der
vorliegenden Erfindung für die Verwendung als verstärkende
Fasern für einen Radarkuppelaufbau mit hoher Festigkeit
als sehr geeignet erweisen. Ferner macht das Verfahren
nach der vorliegenden Erfindung keramische Fasern möglich,
die ausgezeichnete Eigenschaften haben und ein aus Si, C,
N und O zusammengesetztes Vierstoffsystem aufweisen, wobei
diese wirtschaftlich mit hoher Reproduzierbarkeit
hergestellt werden können.