DE3880371T2

DE3880371T2 - Oxynitrid-Glas und daraus hergestellte Fasern.

Info

Publication number: DE3880371T2
Application number: DE88304243T
Authority: DE
Inventors: Katsuhiko Kada; Junya Kobayashi; Hiroyoshi Minakuchi; Masaaki Oota
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1987-05-28
Filing date: 1988-05-11
Publication date: 1993-10-14
Anticipated expiration: 2008-05-12
Also published as: KR910001104B1; KR880013831A; US4957883A; EP0293105A2; DE3880371D1; EP0293105B1; EP0293105A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oxynitridglaszusammensetzung, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und Fasern daraus.
Ein Oxynitridglas besitzt eine Struktur, die durch das Ersetzen von Sauerstoff in einem Oxidglas durch dreiwertigen Stickstoff erzeugt wird. Man ist der Auffassung, daß das Ersetzen zu einer Verdichtung des Glasnetzwerks führt, da mehr Bindungen erzeugt werden als in einem Oxidglas. Daher hat ein Oxynitridglas im Vergleich zu einem herkömmlichen Glas ein hohes Elastizitätsmodul.
Die Zusammensetzungen von bekannten Oxynitridgläsern schließen Ca-Si-Al-O-N-, Na-Ca-Si-O-N, La-Si-Al-O-N, Na-B- Si-O-N, Mg-Si-Al-O-N, Si-Al-O-N, Y-Al-Si-O-N und Na-B-Al-P- O-N ein. Diese Oxynitridgläser wurden zum Beispiel durch Schmelz-, Sol-Gel- oder N&sub2;-Blasverfahren und durch Behandlung eines porösen Glases mit NH&sub3;-Gas hergestellt.
Gemäß dem Schmelzverfahren wird ein Metallnitrid in ein Metalloxid eingearbeitet und bei einer hohen Temperatur geschmolzen. Beispiele für ein solches Metalloxid schließen SiO&sub2;, Na&sub2;O, K&sub2;O, La&sub2;O&sub3;, Y&sub2;O&sub3;, ZrO&sub2;, TiO&sub2;, Na&sub2;O, K&sub2;O und B&sub2;O&sub3; (Bor kann in diesem Zusammenhang als Metall betrachtet werden) ein. Beispiele für ein solches Metallnitrid schließen Si&sub3;N&sub4; und AlN ein.
Gemäß dem Sol-Gel-Verfahren wird ein Oxidglasvorläufer mit -OH-Gruppen oder -OR-Resten mit NH&sub3; umgesetzt. Beispiele für einen solchen Oxidglasvorläufer sind Siliciumdioxid und Titantetraalkoholate.
Bekannte Oxynitridglaszusammensetzungen weisen einen Stickstoffgehalt von weniger als 15 Atomprozent (9 Gew.-%) auf. Es wird nicht der gesamte Stickstoff der Ausgangsmaterialien während der Herstellung eines Oxynitridglases im Glassystem gehalten, so daß üblicherweise Oxynitridglas mit einem niedrigen Stickstoffgehalt (5-6 Gew.-%) erhalten wird.
Glasfasern sind als Verstärkungsmaterial verwendbar, z.B. für ein Material zur Herstellung von Formlingen, wie Kunststoff oder Zement. In herkömmlichen Verbundmaterialien verwendete Fasern sind E-Glasfasern oder S-Glasfasern. E- Glas weist ein maximales Elastizitätsmodul von 7.500 kg/mm² auf. Imperial N-672 besitzt vielleicht das höchste Elastizitätsmodul, 12.110 kg/mm².
Eine mit dem Sol-Gel-Verfahren erhaltene bekannte Oxynitridglasfaser besitzt ein Elastizitätsmodul von etwa 8.000 kg/mm², das zur Verwendung als verstärkende Glasfaser in Verbundmaterialien unzureichend ist. US-A-4609631 offenbart eine Oxynitridglasfaser, die durch nochmaliges Schmelzen einer Oxynitridglasmasse mit dem maximalen Stickstoffgehalt von 15% und einem hohen Elastizitätsmodul von 140-180 GPa hergestellt wird; eine solche Faser ist aber sehr teuer, da sie 42,6-45,4 Gew.-% Yttrium enthält.
Eine neue Oxynitridglaszusammensetzung besitzt ein Si- M&sub1;-M&sub2;-O-N-System und enthält SiO&sub2;, Si&sub3;N&sub4; oder ein Metallnitrid und M&sub1;O in Mengen, die, in Mol-% ausgedrückt, die folgenden Gleichungen (a) und (b) erfüllen:
(SiO&sub2;+&sub3;Si3N&sub4;+M&sub1;O)x100/(100+2Si&sub3;N&sub4;) = 0,65 bis weniger als 1 (a)
(SiO&sub2;+3Si&sub3;N&sub4;)/M&sub1;O = 0,7 bis 2,3 (b)
in denen M&sub1; Ca oder Ca und Mg bedeutet und M&sub2; ein von Ca und Mg verschiedenes oxidbildendes Metall ist.
Ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Oxynitridglaszusammensetzung umfaßt das Erhitzen eines Gemisches aus SiO&sub2;, Si&sub3;N&sub4; oder einem Metallnitrid, einem Oxid von M&sub2; (oder einer Verbindung, die das Oxid durch thermische Zersetzung liefert) und M&sub1;O (oder einer Verbindung, die M&sub1;O durch thermische Zersetzung liefert) zur Schmelze bei 1400-1900ºC unter einer inerten Atmosphäre, wobei M&sub1;O Ca oder Ca und Mg und M&sub2; ein von Ca und Mg verschiedenes Metall bedeutet.
Das heißt, das Oxynitridglas kann durch Einarbeiten einer großen Menge an CaO oder CaO und MgO eine große Menge an Stickstoff enthalten, so daß das Glas ein bemerkenswert hohes Elastizitätsmodul und eine bemerkenswert hohe Härte aufweist.
Ein Verfahren zur Herstellung des verbesserten Oxynitridglases mit hohem Elastizitätsmodul umfaßt die folgenden Schritte:
(i) Mischen von
SiO&sub2;,
einem Nitrid, ausgewählt aus einer Gruppe, die aus Si&sub3;N&sub4; und einem Metallnitrid besteht,
einer Verbindung, ausgewählt aus einer Gruppe, die aus einem von CaO und MgO verschiedenen Metalloxid besteht, und einer Verbindung die durch thermische Zersetzung ein Metalloxid liefert,
einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe aus CaO, CaO+MgO und einer Verbindung, die durch thermische Zersetzung CaO oder MgO liefert,
die, in Mol-% ausgedrückt, die folgenden Gleichungen (a) und (b) erfüllen:
(SiO&sub2;+3Si&sub3;N&sub4;+CaO+MgO)x100/ (100+2Si&sub3;N&sub4;) = 65 bis weniger als 100 Mol-% (a)
(SiO&sub2;+3Si&sub3;N&sub2;)/CaO+MgO = 0,7 bis 2,3 (b)
wobei in den Gleichungen CaO Mol-% von CaO oder Mol-% einer Verbindung, die in CaO umgewandelt werden kann, bedeutet und MgO Mol-% von MgO oder Mol-% einer Verbindung, die in MgO umgewandelt werden kann, bedeutet.
(ii) Erhitzen des Gemisches zur Schmelze bei einer Temperatur von 1400-1900ºC unter einer inerten Atmosphäre.
Die vorliegende Oxynitridglasfaser ist eine Faser, die aus dem vorstehend angeführten Glas hergestellt ist.
Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Spinnapparatur, die zur Herstellung der Oxynitridglasfaser der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen Vickers-Härten und Stickstoffgehalten der Gläser, die in den Beispielen erhalten wurden, aus der geschlossen werden kann, daß die Härte mit zunehmendem Stickstoffgehalt zunimmt.
Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen den Elastizitätsmodulen und den Stickstoffgehalten der in den Beispielen erhaltenen Glasfasern. In Fig. 3 bezeichnet die Abszisse den Stickstoffgehalt (Atomprozent) in die Fasern, und die Ordinate bezeichnet das Elastizitätsmodul.
Fig. 4 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Angelrute unter Verwendung einer verstärkenden Glasfaser (Beispiel 65).
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht einer Druckeinheit eines optischen Faserkabels (Beispiel 67).
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht einer feuerfesten elektrischen Leitung, in der das Oxynitridglas der vorliegenden Erfindung verwendet wird (Beispiel 69).
Fig. 7 zeigt die zeitliche Veränderung der Biegefestigkeit von Formlingen, in denen verstärkende Glasfasern verwendet werden (Beispiel 70).
Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht eines Stoßfängers, in dem Oxynitridglasfaser verwendet wird (Beispiel 71).
Fig. 9 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Apparatur zur Herstellung der Oxynitridglasfaser, die in einem Schwungrad verwendet wird (Beispiel 72).
Fig. 10(a) ist eine perspektivische Ansicht eines Schlägerrahmens, in dem die Oxynitridglasfaser verwendet wird, Fig. 10(b) ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie A-A' von Fig. 10(a) aufgenommen wurde, und Fig. 10(c) ist eine perspektivische Ansicht, die teilweise aus dem Schlägerrahmen von Fig. 10(a) herausgenommen wurde (Beispiel 73).
Fig. 11(a) ist eine Aufrißansicht eines Schutzgewebes, in dem die Oxynitridglasfaser verwendet wird, und Fig. 11(b) ist eine Querschnittsansicht von Fig. 11(a) (Beispiel 74).
Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht eines Luftfilters, in dem Oxynitridglasfaser verwendet wird (Beispiel 75).
Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht eines Golfschlägerschaftes, in dem die Oxynitridglasfaser verwendet wird (Beispiel 76).
Fig. 14(a) ist eine Querschnittsansicht eines Druckzylinders, in dem die Oxynitridglasfaser verwendet wird, und Fig. 14(b) ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie A-A' von Fig. 14(a) aufgenommen wurde (Beispiel 77).
Das Oxynitridglas der vorliegenden Erfindung enthält vorzugsweise eine große Menge an Stickstoff, 15 Atomprozent oder mehr, und weist daher eine enge Brückenbildung auf der Basis von Si-N-Bindungen auf. Demgemäß besitzt das Glas der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einem bekannten Glas ein dichteres Glasnetzwerk, und dies führt zu Oberflächenhärte und zu einem hohen Elastizitätsmodul des Glases.
Die Erfindung stellt eine Glasfaser mit einem Stickstoffgehalt von 15-30 Atomprozent und einen Elastizitätsmodul von nicht weniger als 12.500 kg/mm² durch Schmelzen eines preiswerten Ausgangsmaterials und Spinnen zur Verfügung. Gemäß der Erfindung kann ein hohes Elastizitätsmodul erhalten werden, das mit einer bekannten Glasfaser nicht erhalten werden kann.
Das Oxynitridglas der vorliegenden Erfindung weist ein Si-M&sub1;-M&sub2;-O-N-Glassystem auf, in dem M&sub1; Ca oder Ca+Mg bedeutet. Das heißt, das Oxynitridglas besitzt ein Si-Ca-M&sub2;-O-N- oder ein Si-Ca-Mg-M&sub2;-O-N-Glassystem. Geeignete Beispiele für das Metall M&sub2; sind Al, Sr, La, Ba, Y, Ti, Zr, Na, K, Sb und B. Diese Metalle können als Kombinationen von zweien oder mehreren davon vorliegen. Daher sind die typischen Zusammensetzungen des Oxynitridglases Ca-Si-Al-O-N, Na-Ca- Si-O-N, La-Ca-Si-Al-O-N, Na-B-Ca-Si-O-N, Mg-Ca-Si-Al-O-N, Si-Ca-Al-O-N, Y-Al-Ca-Si-O-N, Na-B-Ca-Si-Al-P-O-N, Ca-Mg-Si- Al-O-N, Sr-Ca-Mg-Si-Al-O-N, Ba-Ca-Ng-Si-Al-O-N und Y-Ca-Mg- Si-Al-O-N.
Ferner besitzt das Oxynitridglas eine Zusammensetzung, in der das Oxidsystem in einer Menge vorliegt, die, in Mol-% ausgedrückt, die folgenden Gleichungen (a) und (b) erfüllt:
(SiO&sub2;+3Si&sub3;N&sub4;+CaO+MgO)x100/(100+2Si&sub3;N&sub4;) = 65 bis weniger als 100 Mol-% (a)
(SiO&sub2;+3Si&sub3;N&sub4;)/CaO+MgO = 0,7 bis 2,3 (b)
wobei in den Gleichungen CaO Mol-% von CaO oder Mol-% einer Verbindung, die in CaO umgewandelt werden kann, bedeutet und MgO Mol-% von MgO oder Mol-% einer Verbindung, die in MgO umgewandelt werden kann, bedeutet. Das Oxynitridglas der vorliegenden Erfindung enthält im Vergleich zu einem bekannten Oxynitridglas eine große Menge an Ca und Mg. Wenn (SiO&sub2;+3Si&sub3;N&sub4;+CaO+MgO)x100/ (100+2Si&sub3;N&sub4;) kleiner ist als 65 Mol-%, wird ein Glas mit einem Kristall erhalten. Wenn (SiO&sub2;+3Si&sub3;N&sub4;)/CaO+MgO kleiner als 0,7 oder größer als 2,3 ist, weist ein erhaltenes Glas einen Stickstoffgehalt von weniger als 15 Atomprozent auf, so daß das Glas kein hohes Elastizitätsmodul besitzt.
Um das Oxynitridglas der vorliegenden Erfindung zu erhalten, wird vorzugsweise
(i) SiO&sub2;;
(ii) Si&sub3;N&sub4; oder ein anderes Metallnitrid;
(iii) ein Metalloxid, ausgenommen CaO und MgO, und
(iv) CaO oder CaO+MgO vermischt.
Geeignete Beispiele für die Metalloxide in (iii) sind Al&sub2;O2, BaO, Sb&sub2;O&sub3;, SrO, Na&sub2;O, K&sub2;O, La&sub2;O&sub3;, CeO&sub2;, Y&sub2;O&sub3;, ZrO&sub2;, TiO&sub2;, Na&sub2;O, K&sub2;O und B&sub2;O&sub3;. Anstelle dieser Metalloxide kann eine Verbindung verwendet werden, die durch thermische Zersetzung das Metalloxid liefert, wie ein Carbonat, Hydroxid oder Oxalat. Diese Metalloxide und die Verbindungen, die Metalloxide liefern, können in Kombinationen aus zweien oder mehreren davon verwendet werden.
Geeignete Beispiele für andere Metallnitride als Si&sub3;N&sub4; sind AlN und BN. Vorzugsweise wird AlN mit Al&sub2;O&sub3; und BN mit B&sub2;O&sub3; verwendet. Diese Nitride und Si&sub3;N&sub4; können auch kombiniert verwendet werden.
Das Oxynitridglas enthält CaO als einen wesentlichen Bestandteil. Das Oxynitridglas kann CaO mit MgO enthalten. Ferner kann anstelle von CaO und MgO eine Verbindung verwendet werden, die durch thermische Zersetzung CaO oder MgO liefert, wie ein Carbonat, Hydrat oder Oxalat.
Diese Ausgangsmaterialien werden so gemischt, daß sie, in Mol-% ausgedrückt, die folgenden Gleichungen (a) und (b) erfüllen:
(SiO&sub2;+3Si&sub3;N&sub4;+CaO+MgO)x100/(100+2Si&sub3;N&sub4;) = 65 bis weniger als 100 Mol-% (a)
(SiO&sub2;+3Si&sub3;N&sub4;)/CaO+MgO = 0,7 bis 2,3 (b)
wobei in den Gleichungen CaO Mol-% von CaO oder Mol-% einer Verbindung, die in CaO umgewandelt werden kann und als CaO berechnet wird, bedeutet und MgO Mol-% von MgO oder Mol-% einer Verbindung, die in MgO umgewandelt werden kann und als MgO berechnet wird, bedeutet.
Die Oxide und Nitride werden gemischt und erhitzt, wobei das Oxynitridglas erhalten wird. Das Schmelzen des Gemisches wird vorzugsweise 1 Minute bis 3 Stunden bei einer Temperatur von 1400-1950ºC und einer Aufheizgeschwindigkeit von 10- 800ºC/min unter einer inerten oder einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Die inerte Atmosphäre kann unter Normaldruck stehen. Das Schmelzen wird in einem Heizofen, wie einem Elektroofen oder einem Spiegelofen, durchgeführt.
Davon abweichend kann ein Gemisch nur aus den Oxiden in einem Schmelztiegel in Luft geschmolzen und zu einem Pulver gemahlen werden. Dann wird das Oxidpulver mit einem Nitrid gemischt und bei hoher Temperatur unter einer inerten Atmosphäre geschmolzen, wobei das Oxynitridglas erhalten wird.
Dann wird das erhaltene Oxynitridglas schnell oder langsam abgekühlt. Das abgekühlte Oxynitridglas wird einer auf eine Temperatur von 1100-1600ºC aufgeheizten Spinnapparatur zugeführt und unter einer inerten Atmosphäre gesponnen, wobei bei der Spinngeschwindigkeit von 20-3000 m/min eine kontinuierliche Faser erhalten wird.
Davon abweichend kann das Spinnen des Oxynitridglases durch Abkühlen des geschmolzenen Glases von der Schmelztemperatur auf 1100-1600ºC in einem Heizofen oder einer Spinnapparatur und Spinnen unter einer inerten Atmosphäre durchgeführt werden. In diesem Verfahren führt eine Beschickungsvorrichtung die Ausgangsmaterialien des Oxynitridglases kontinuierlich einem Ofen in einer Spinnapparatur zu, wo direktes Spinnen durchgeführt werden kann.
Das erhaltene Glas besitzt vorzugsweise einen Stickstoffgehalt von 15-30 Atomprozent, ein Elastizitätsmodul von 12.500-25.000 kg/mm² und eine Zugfestigkeit von 70- 500 kg/mm².
Wenn der Stickstoffgehalt niedriger ist als 15 Atomprozent, zeigt das Glas kein hohes Elastizitätsmodul. Andererseits kristallisiert das Glas, wenn der Stickstoffgehalt über 30 Atomprozent beträgt. Der Stickstoffgehaltes wird durch Nitridmenge in einem zusätzlichen Ausgangsmaterial eingestellt.
Vorzugsweise beträgt der Durchmesser der Glasfaser 3-50 um. Wenn der Durchmesser geringer ist als ein solcher Bereich, wird die Handhabung des Spinnens schwierig. Andererseits nimmt die Festigkeit merkbar ab, wenn der Durchmesser über diesem Bereich liegt.
Unter Bezug auf die Referenznummern der Zeichnungen wird nun in Fig. 1 ein Spinnofen, der zur Herstellung der Oxynitridglasfasern verwendet wird, veranschaulicht. Der Spinnofen 1 für die Glasfasern ist ausgestattet mit einem Bornitridschmelztiegel 2 mit einer feinen Auslaßöffnung (3 mm ∅) für die Faser an seinem unteren Teil, einem langen Graphitheizelement 3, das die Seitenoberfläche des Schmelztiegels 2 umgibt, und einem Gehäuse 6, das den Schmelztiegel 2 und das Heizelement 3 enthält und mit einer Stickstoffgaskammer 5, die von der Glasfaser 4 durchlaufen wird, ausgestattet ist.
Der Schmelztiegel 2 befindet sich auf einem Schmelztiegelgestell 9, welches auf einem zylindrischen Graphitrohr 8 steht, das sich auf einem Bornitridisolator 7 mit einer zentralen Öffnung, durch die die Glasfaser läuft, befindet.
Das Gehäuse 6 besitzt an seiner gesamten Innenwand eine Wärmeisolation 10 und Kühlmäntel 11 und 12 an seinen oberen und unteren Teilen, wodurch sich eine Innenkammer ergibt, die den Schmelztiegel 2 und das Heizelement 3 enthält. Der untere Kühlmantel 11 steht in Kontakt zum Heizelement 3, wobei eine Elektrode geschaffen wird. Der obere Kühlmantel 12 besitzt eine zentrale Öffnung, in der sich ein Strahlungsthermometer 14 mit einer Quarzglasschutzplatte 13 an seiner unteren Seite befindet. Ferner befindet sich an der Seitenwand des Gehäuses 6 ein Gaseinlaß 15, der Stickstoff in die Stickstoffgaskammer, welche den Schmelztiegel enthält, zuführt. Ein Faserauslaß 16, der sich öffnen und schließen kann, befindet sich unter dem unteren Kühlmantel 11, um eine Stickstoffgasatmosphäre aufrechtzuerhalten, die in Kontakt mit dem Glas steht.
Eine entfernbare Umgebungskammer 17 befindet sich unmittelbar unter dem Faserauslaß 16, um das Spinnen in einer vollkommenen Stickstoffatmosphäre zu unterstützen. Die erhaltene Glasfaser 4 wird auf einen Aufroller 18 aufgerollt.
Die folgenden Beispiele 1 bis 55 veranschaulichen Glaszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung. Die Beispiele 56 bis 64 veranschaulichen Vergleichszusammensetzungen. Bedingungen und Ergebnisse werden in Tabelle 1 zusammengefaßt. Der Stickstoffgehalt der Glasfasern wurde mit dem Kjeldahl-Verfahren und der Röntgenphotoelektronenanalyse gemessen.

Beispiel 1

SiO&sub2; (22,8 Mol-%), CaO (40,8 Mol-%), MgO (12,0 Mol-%) und Al&sub2;O&sub3; (14,4 Mol-%) wurden zusammengemischt und bei einer Temperatur von 1500ºC 2 Stunden in Luft geschmolzen. Nach dem Abkühlen des Gemisches wurde es mit einer Kugelmühle zu einer Partikelgröße von etwa 10 um gemahlen. Dann wurde es mit Si&sub3;N&sub4; (10 Mol-%) gemischt und in einen Bornitridschmelztiegel 2 gegeben, der sich in der in Fig. 1 gezeigten Spinnapparatur befand. Das Gemisch wurde bei einer Temperatur von 1750ºC 30 Minuten unter einer Stickstoffatmosphäre mittels eines zylindrischen Kohlenstoffheizelementes 3, das durch einen umgebenden Wärmeisolator 10 warm gehalten wurde, geschmolzen. Die Temperatur wurde bis auf 1500ºC verringert, und danach wurde das Gemisch gesponnen und auf einen Aufroller 18 aufgerollt. Das Spinnen wurde bei der Spinngeschwindigkeit von 1.000 m/min durchgeführt, wobei eine kontinuierliche Faser mit einem Durchmesser von 20 um erhalten wurde. Die physikalischen Eigenschaften der Oxynitridglasfaser werden in Tabelle 1 gezeigt.

Beispiel 2

Die Oxynitridglasfaser wurde auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1 beschrieben, aber mit veränderten Ausgangsmaterialien und Bedingungen wie in Tabelle 1 angegeben, hergestellt.
In Beispiel 2 wurden die Oxide gemischt und bei einer Temperatur von 1500ºC 40 Minuten in Luft geschmolzen, und das Gemisch der Oxide mit den Nitriden wurde bei einer Temperatur von 1790ºC 20 Minuten unter einer Stickstoffatmosphäre geschmolzen. Das Spinnen wurde bei der Spinngeschwindigkeit von 1.200 m/min durchgeführt, wobei eine kontinuierliche Faser mit einem Durchmesser von 18 um und einer Länge von 3 km erhalten wurde. Die physikalischen Eigenschaften der Oxynitridglasfaser werden in Tabelle 1 gezeigt.

Beispiel 3

SiO&sub2; (22,8 Mol-%), Si&sub3;N&sub4; (10,0 Mol-%), CaO (40,8 Mol-%), MgO (12,0 Mol-%) und Al&sub2;O&sub3; (14,4 Mol-%) wurden zusammengemischt bevor sie mittels einer Kugelmühle zu einer Partikelgröße von etwa 10 um gemahlen wurden. Dann wurde das Gemisch in einen in Fig. 1 gezeigten Bornitridschmelztiegel 2 gegeben und bei einer Temperatur von 1750ºC 30 Minuten unter einer Stickstoffatmosphäre geschmolzen. Die Temperatur des Oxynitridglases wurde bis zu einer Spinntemperatur von 1500ºC verringert und bei der Spinngeschwindigkeit von 1500 m/min gesponnen, wobei eine Faser mit einem Durchmesser von 15 um erhalten wurde. Die physikalischen Eigenschaften der Oxynitridglasfaser werden in Tabelle 1 gezeigt.

Beispiel 4

Die Oxynitridglasfaser wurde auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 3 beschrieben, aber mit veränderten Ausgangsmaterialmengen und Bedingungen wie in Tabelle 1 angegeben, hergestellt. In Beispiel 4 wurde das Gemisch aus Oxiden und Nitriden bei einer Temperatur von 1790ºC 30 Minuten geschmolzen. Die Temperatur wurde bis zu einer Spinntemperatur von 1490ºC verringert und bei einer Spinngeschwindigkeit von 1350 m/min gesponnen, wobei eine Faser mit einem Durchmesser von 15 um und einer Länge von 4,5 km erhalten wurde.

Beispiel 5

Die in Tabelle 1 aufgelisteten Ausgangsoxide wurden gemischt und bei einer Temperatur von 1500ºC 2 Stunden in Luft geschmolzen. Nach dem Abkühlen des Gemisches wurde es mittels einer Kugelmühle zu einer Partikelgröße von etwa 10 um gemahlen. Dann wurde es mit Si&sub3;N&sub4; gemischt und in einen Bornitridschmelztiegel gegeben. Das Gemisch wurde bei einer Temperatur von 1750ºC unter einer Stickstoffatmosphäre 30 Minuten geschmolzen, wobei ein Oxynitridglas erhalten wurde.
Das erhaltene Oxynitridglas wurde in einen Bornitridschmelztiegel 2, der sich in der in Fig. 1 gezeigten Spinnapparatur befand, gegeben. Das Glas wurde unter einer Stickstoffatmosphäre bis auf 1380ºC erhitzt, gesponnen und auf einen Aufroller aufgerollt. Das Spinnen wurde bei der Spinngeschwindigkeit von 1500 m/min durchgeführt, wobei eine kontinuierliche Faser mit einem Durchmesser von 15 um erhalten wurde.

Beispiel 6

Die Oxynitridglasfaser wurde auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 5 beschrieben, aber mit veränderten Ausgangsmaterialmengen und Bedingungen wie in Tabelle 1 beschrieben, hergestellt. Das Spinnen wurde bei einer Spinngeschwindigkeit von 80 m/min durchgeführt, wobei eine kontinuierliche Faser mit einem Durchmesser von 25 um erhalten wurde.

Beispiele 7-11, 16-18, 20, 24-34, 37-52 und 55

Die Oxynitridglasfasern wurden auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1 beschrieben, aber mit veränderten Ausgangsmaterialmengen und Bedingungen wie in Tabelle 1 beschrieben, hergestellt. In diesen Beispielen wurden die Oxide bei einer Temperatur von 1500ºC 1 Stunde in Luft geschmolzen.
Die physikalischen Eigenschaften der Oxynitridglasfasern werden ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt. Als Ergebnis weisen die in den Beispielen 7-9 erhaltenen Oxynitridglasfasern niedrige Stickstoffgehalte und niedrige Elastizitätsmodule auf.

Beispiel 12

SiO&sub2; (8,6 Mol-%), Si&sub3;N&sub4; (19,4 Mol-%), CaO (59,8 Mol-%), MgO (6,9 Mol-%) und Al&sub2;O&sub3; (5,2 Mol-%) wurden gemischt und unter einem Druck von 1500 kg/cm² 30 Sekunden mit einer Walzenmühle gepreßt. Das Gemisch wurde in einem Spiegelofen unter einer Stickstoffatmosphäre 3 Minuten bis auf 1780ºC erhitzt und geschmolzen. Dann wurde das Gemisch schnell mit einer Doppelwalze abgeschreckt, wobei ein Oxynitridglas erhalten wurde. Das erhaltene Glas war ein Splitter mit einer Dicke von etwa 25 um.
Das erhaltene Glas wurde in einen Schmelztiegel 2 in der in Fig. 1 gezeigten Spinnapparatur gegeben. Es wurde bei einer Temperatur von 1570ºC unter einer Stickstoffatmosphäre erhitzt und dann zu einer kontinuierlichen Faser gesponnen.

Beispiel 13

SiO&sub2; (8,6 Mol-%), Si&sub3;N&sub4; (19,4 Mol-%), CaO (58,3 Mol-%), MgO (6,9 Mol-%), Al&sub2;O&sub3; (5,2 Mol-%) und Y&sub2;O&sub3; (1,5 Mol-%) wurden unter einem Druck von 1500 kg/cm² 30 Sekunden gepreßt und geformt. Das Gemisch wurde in einem Spiegelofen unter einer Stickstoffatmosphäre auf 1770ºC erhitzt und geschmolzen. Das Gemisch wurde tropfenweise auf eine Eisenplatte gegossen, die sich unter dem Ofen befand, wobei ein Oxynitridglas erhalten wurde.
Das erhaltene Glas wurde dann auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 12 beschrieben gesponnen, wobei eine kontinuierliche Faser erhalten wurde.

Beispiele 14 und 54

Die Oxynitridglasfasern wurden auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 13 beschrieben, aber mit veränderten Ausgangsmaterialmengen und Bedingungen wie in Tabelle 1, hergestellt.

Beispiele 15, 19 und 21

Die Oxynitridglasfasern wurden auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 5 beschrieben, aber mit veränderten Ausgangsmaterialmengen und Bedingungen wie in Tabelle 1, hergestellt.

Beispiele 22, 35 und 36

Die Oxynitridglasfasern wurden auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 3 beschrieben, aber mit veränderten Ausgangsmaterialmengen und Bedingungen wie in Tabelle 1, hergestellt.

Beispiel 23

Die in Tabelle 1 aufgelisteten Ausgangsmaterialien (Oxide und Nitride) wurden gemischt, bevor sie mit einer Kugelmühle zu einer Partikelgröße von etwa 10 um gemahlen wurden. Das Gemisch wurde in einen Bornitridschmelztiegel gegeben und bei einer Temperatur von 1730ºC unter einer Stickstoffatmosphäre geschmolzen, wobei ein Oxynitridglas erhalten wurde.
Das erhaltene Oxynitridglas wurde in einen Bornitridschmelztiegel 2 gegeben, der sich in der in Fig. 1 gezeigten Spinnapparatur befand. Das Glas wurde unter einer Stickstoffatmosphäre erhitzt und bei einer Temperatur von 1530ºC gesponnen, wobei einer kontinuierliche Faser erhalten wurde.

Beispiel 53

Die Oxynitridglasfaser wurde auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 12 beschrieben, aber mit veränderten Ausgangsmaterialmengen und Bedingungen wie in Tabelle 1, hergestellt.

Beispiele 56-61

Die in Tabelle 1 aufgelisteten Oxide und Nitride wurden auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 7 behandelt, aber es wurden keine Oxynitridgläser erhalten.
In den Beispielen 56 und 57 war (SiO&sub2; + 3Si&sub3;N&sub4; + M&sub1;O) x 100/(100 + 2SiO&sub2;) weniger als 65 Mol-%, und es wurden unvollständige Gläser mit einer teilweise kristallinen Phase erhalten.
In den Beispielen 58 und 59 war (SiO&sub2; + 3Si&sub3;N&sub4;)/M&sub1;O weniger als 0,7, und die Gemische schmolzen nicht vollständig und ergaben Kristalle.
In den Beispielen 60 und 61 war (SiO&sub2; + 3Si&sub3;N&sub4;)/M&sub1;O höher als 2,3, und die Gemische konnten geschmolzen werden und enthielten eine kristalline Phase.

Beispiele 62-64

Die Oxynitridglasfasern wurden auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 7 beschrieben, aber mit veränderten Ausgangsmaterialmengen und Bedingungen wie in Tabelle 1, hergestellt.
Die physikalischen Eigenschaften der Oxynitridglasfasern werden ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt. Als Ergebnis wird deutlich, daß die Oxynitridglasfasern eine niedrige Vickers- Härte und ein niedriges Elastizitätsmodul aufweisen.
Die physikalischen Eigenschaften der Oxynitridgläser werden in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 Beispiel Nr. Zusammensetzung (Mol-%) Schmelztemperatur (ºC) Spinntemperatur (ºC) N&sub2;-Gehalt (Atomprozent) Vickers Härte (kg mm²) Elastizitätsmodul (kg mm²) Beispiel Nr. Zusammensetzung (Mol-%) Schmelztemperatur (ºC) Spinntemperatur (ºC) N&sub2;-Gehalt (Atomprozent) Vickers Härte (kg mm²) Elastizitätsmodul (kg mm²) Beispiel Nr. Zusammensetzung (Mol-%) Schmelztemperatur (ºC) Spinntemperatur (ºC) N&sub2;-Gehalt (Atomprozent) Vickers Härte (kg mm²) Elastizitätsmodul (kg mm²) Beispiel Nr. Zusammensetzung (Mol-%) Schmelztemperatur (ºC) Spinntemperatur (ºC) N&sub2;-Gehalt (Atomprozent) Vickers Härte (kg mm²) Elastizitätsmodul (kg mm²) Beispiel Nr. Zusammensetzung (Mol-%) Schmelztemperatur (ºC) Spinntemperatur (ºC) N&sub2;-Gehalt (Atomprozent) Vickers Härte (kg mm²) Elastizitätsmodul (kg mm²) Beispiel Nr. Zusammensetzung (Mol-%) Schmelztemperatur (ºC) Spinntemperatur (ºC) N&sub2;-Gehalt (Atomprozent) Vickers Härte (kg mm²) Elastizitätsmodul (kg mm²) Beispiel Nr. Zusammensetzung (Mol-%) Schmelztemperatur (ºC) Spinntemperatur (ºC) N&sub2;-Gehalt (Atomprozent) Vickers Härte (kg mm²) Elastizitätsmodul (kg mm²)
Die Anwendungen der Oxynitridfasern der vorliegenden Erfindung werden durch die folgenden Beispiele spezieller veranschaulicht.

Beispiel 65 (Angelrute)

Eine Angelrute wurde unter Verwendung der Oxynitridglasfasern der vorliegenden Erfindung hergestellt. Fig. 4 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Angelrute. Ein gewobenes Fasergewebe (Größe 20-100 cm x 200-5000 cm, Feinheit einer Glasfaser: 15 um, Fadenzahl: 670 g/km) aus dem in Beispiel 5 erhaltenen Oxynitridglas wurde mit einem ungesättigten Polyesterharz imprägniert (Fasergehalt: 55 Gew.-%), wobei ein vorimprägniertes Glasfasermaterial 21 erhalten wurde. Das vorimprägnierte Glasfasermaterial 21 wurde dann auf einen Metallkern 22 (Größe: Durchmesser 3-12 mm x Länge 300 cm) aufgerollt und durch ein Kunststoffklebeband 23 festgehalten. Danach wurde es durch Erhitzen gehärtet. Die erhaltene Angelrute weist eine höhere Festigkeit auf als die eines herkömmlichen Produktes und besitzt das gleiche Elastizitätsmodul.

Beispiel 66 (Isolationsmaterial für einen Stecker)

Ein Isolationsmaterial für einen Stecker wurde unter Verwendung eines Pulvers hergestellt, das aus der Oxynitridglasfaser der vorliegenden Erfindung erhalten wurde. Ein in Beispiel 5 erhaltenes Oxynitridglasfaserbündel (durchschnittlicher Faserdurchmesser: 5 um) wurde 10 Minuten in einer Kugelmühle (Vibrationskugelmühle mit Aluminiumkugeln; 1200 U/min) zerkleinert. Die erhaltenen pulverisierten Fasern (4,5 kg) wurden trocken mit zerkleinerten Pellets eines Polybutylenterephthalatharzes gemischt, danach wurde das Gemisch mittels einer Einschrauben-Knet- Extrudiermaschine geknetet. Das erhaltene Gemisch wurde durch eine Spritzformmaschine zu einem rechteckigen Teststück (1,5 x 8 cm) eines Isolationsmaterials für einen Stecker geformt. Das Teststück weist keine Verwerfung auf. Die Wärmeverformungstemperatur des Teststückes beträgt 225ºC.

Beispiel 67 (Zugglied für eine optische Faser)

Ein Zugglied für eine optische Faser wurde unter Verwendung der Oxynitridglasfaser aus Beispiel 5 und Epoxyharz als Matrix mittels des Pulsextrusionsverfahrens hergestellt.
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht einer Druckeinheit eines optischen Faserkabels. Fig. 5 zeigt eine Fasereinheit 26 mit einem Zugglied 27 aus dem Oxynitridglas und einige coaxiale optische Faserleitungen 28. Das Zugglied 27 und die Leitungen 28 werden von einem Elastomer 29 umhüllt. Eine Nylonschicht 30 umgibt das Elastomer 29.

Beispiel 68 (Radarkuppelmembran)

Ein gewobenes Fasergewebe (Größe: 500 x 1000 cm, Glasfaserdurchmesser: 13 um, Fadenzahl: 500 g/km) aus dem in Beispiel 5 erhaltenen Oxynitridglas wurde mit einem ungesättigten Polyesterharz (200 g) imprägniert (Fasergehalt: 55 Gew.-%), wobei ein Folienmaterial erhalten wurde. Die erhaltene Membran zeigt folgende hervorragende Eigenschaften für eine Radarkuppel: Zugfestigkeit: 85 kg/cm Weite oder mehr, Dehnung: 3,5 % oder weniger, Radiowellentransmissionskoeffizient: 96 % oder mehr.

Beispiel 69 (feuerfeste elektrische Leitung)

Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht einer feuerfesten elektrischen Leitung 31, in der das Oxynitridglas der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Um einen Einkernleiter 33 (3 x 8 mm²) wurde eine feuerfeste Schicht 34 aus Glasfasergewebe (Gewebeweite: 20-100 cm, Gewebelänge: 2000-5000 cm, Faserdurchmesser: 10-15 um) gewickelt, das aus den Oxynitridglasfasern hergestellt wurde. Ferner wurde auf der feuerfesten Schicht 34 eine Beschichtungsschicht 36 aus einem Vinylchloridharz abgeschieden. Die Feuerfestigkeit der erhaltenen Leitung bestand den Test auf der Basis des Standards des Japanese Fire Defence Boards (Nr. 7, datiert 16. Oktober 1978) erfolgreich.

Beispiel 70 (Glasfaser zur Verstärkung von Zementformlingen)

In eine Zusammensetzung für Zementmörtel wurde ein Schaummittel (0,2 Gew.-%) zugegeben, um einen Schaummörtel zu erhalten. Dann wurde das in Beispiel 5 erhaltene Oxynitridglas (10 Vol.-%) zum Schaummörtel zugegeben und gemischt, um eine schäumende Vormischung zu erhalten. Die erhaltene Vormischung wurde auf einen Wassergehalt von 15 % getrocknet. Das erhaltene geformte Material wurde zu einem Würfel (30 cm) geschnitten und preßgeformt (150 kg) um ein Teststück zu erhalten, das 15 Tage gealtert und gehärtet wurde. Fig. 7 zeigt die zeitliche Veränderung der Biegefestigkeit des erhaltenen Formlings (Markierung O).
Ein Teststück wurde auf die gleiche Art und Weise erhalten wie vorstehend beschrieben, mit der Ausnahme, daß ein alkaliunempfindliches Oxidglas (MINERON-M #801, Faserdurchmesser: 20 um, Faserlänge: 25 mm, Bündelzahl: 160, hergestellt von Asahi fiber glass company) als verstärkende Faser verwendet wurde. Die Ergebnisse werden ebenfalls in Fig. 7 gezeigt (Markierung ).

Beispiel 71 (Stoßfänger)

Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht eines Stoßfängers, der durch Härten eines vorimprägnierten Glasfasermaterials in einer Form hergestellt wurde. Das vorimprägnierte Glasfasermaterial wurde durch Imprägnieren der Glasfaser aus Beispiel 5 mit einem synthetischen Harz erhalten. In Fig. 8 besteht der Halter 41 aus einem synthetischen Material, das durch die Glasfaser verstärkt ist, und weist einen U- förmigen Querschnitt auf. Wie in Fig. 8 gezeigt, besitzt der Halter 41 Vorsprünge auf den hauptsächlich beanspruchten Teilen der freien Enden an der oberen Kante 43 und der unteren Kante 44 der U-Form. Ferner können diese Teile, die eine große Kraft aufnehmen, durch daran angebrachte oder eingefügte verstärkende Stücke verstärkt werden. Zum Beispiel kann das gesamte eingefügte Metallstück 45 oder ein Teil davon in die hauptsächlich beanspruchten Teile versenkt werden. Die Frontoberfläche 46 des Halters 41 kann durch Formen einer Nut 47 verstärkt werden. Die obere Kante 43 und die untere Kante 44 werden durch einen Grat 48, der in die innere Seite des Halters 41 geformt wird, vor der Biegekraft geschützt. Ein solcher Grat 48 erfüllt eine Funktion als Verbindungsglied 49, das in den Halter 41 integriert ist.

Beispiel 72 (Schwungrad)

SiO&sub2; (22,8 Mol-%), CaO (40,8 Mol-%), MgO (12,0 Mol-%) uns Al&sub2;O&sub3; (14,4 Mol-%) wurden gemischt und bei einer Temperatur von 1500ºC 2 Stunden in Luft gebrannt. Danach wurde das Gemisch zu einem Pulver zerkleinert (Größe: 1-10 um), das in die in Fig. 9 gezeigte Beschickungsvorrichtung 51 gegeben wurde. Das Pulver in der Beschickungsvorrichtung 51 und das Si&sub3;N&sub4;-Pulver in der Beschickungsvorrichtung 52 wurden in einem kontinuierlichen Mischer 53 mit einer linearen Zunahme der Si&sub3;N&sub4;-Beschickungsmenge gemischt um den Stickstoffgehalt von 1 bis 12 Gew.-% zu verändern und dem Spinnofen 54 zugeführt. Die Ausgangspulver wurden im Spinnofen 54 geschmolzen und aus einer unteren Düse, die bei 1380ºC gehalten wurde, gesponnen. Die Oberfläche der Fasern wurde mit der Rolle 56 behandelt. Dann wurden die Fasern durch die Sammelkonsole 57 zu einem Strang geformt und auf den Aufroller 58 aufgerollt.
Dann wurden die Fasern abgerollt, wobei der Strang in einer Richtung angeordnet wurde, und mit einem Harz imprägniert, um ein vorimprägniertes Glasfasermaterial zu erzeugen. Der Stickstoffgehalt der Glasfasern im vorimprägnierten Glasfasermaterial erhöht sich kontinuierlich von einer Richtung zur anderen. Das vorimprägnierte Glasfasermaterial wurde vom Ende mit niedrigerem Stickstoffgehalt her auf eine Achse aufgerollt und geformt. Demgemäß wurde ein Schwungrad erhalten, dessen Elastizitätsmodul kontinuierlich vom Zentrum zur Peripherie hin zunimmt.

Beispiel 73 (Schlägerrahmen)

Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht eines Tennisschlägerrahmens, in dem die in Beispiel 5 erhaltenen Oxynitridglasfasern verwendet werden. Wie in Fig. 10(a) gezeigt, besteht der Rahmen 61 aus den integralen Teilen elliptischer Kopf 62 mit Saiten, Schlägergriff 64 und Halsstück 63. Fig. 10(b) ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie A- A' von Fig. 10(a) aufgenommen wurde. Der Kopf 62 weist eine kastenartige Querschnittsstruktur auf, die aus einem Kern aus einem geschäumten synthetischen Harz 65 und einer verstärkenden FRP-Schale 66 um den Kern besteht. Die verstärkende FRP-Schale 66 besteht, wie in Fig. 10(c) gezeigt, aus einer Umhüllung oder einem umhüllenden Gewebe 67 aus den Oxynitridglasfasern und Oxynitridglasfasern oder Kohlefasern 68. Das heißt, die Oxynitridglasfasern 67 sind entlang der peripheren x-Richtung des Schlägerrahmens angeordnet und die Oxynitridglasfasern oder die Kohlefasern 68 sind orthogonal zu den Oxynitridglasfasern 67 (y- und z-Richtungen) angeordnet.
Obwohl die Oxynitridglasfasern oder Kohlefasern 68 vorzugsweise parallel zur Rahmenbreite angeordnet werden, können diese Fasern im Winkel von ±45º, vorzugsweise nicht mehr als ±30º, zur bevorzugten Richtung angeordnet werden.

Beispiel 74 (Schutzgewebe)

Fig. 11(a) und Fig. 11(b) sind jeweils eine Aufrißansicht und eine Querschnittsansicht eines Schutzgewebes, in dem die Oxynitridglasfasern aus Beispiel 5 verwendet werden. Wie in Fig. 11 gezeigt, besteht das Schutzgewebe 71 aus einer Oxynitridglasfaserschicht 72 und einer Deckschicht 73, die zusammengenäht oder mit einem Kleber miteinander verbunden sind. Die Glasfaserschicht 72 besteht vorzugsweise aus vielen, mehr bevorzugt aus 3, Schichten eines gewobenen Fasergewebes aus den Oxynitridglasfasern, wodurch eine überlegene Hitzebeständigkeit und ein überlegenes Elastizitätsmodul erhalten werden. Die Schutzschicht 73 kann jedes herkömmliche Gewebe sein. Die Oberfläche der Deckschicht kann ferner mit einer Schicht eines synthetischen Harzes beschichtet sein, um wasserabweisende Eigenschaften zu verleihen.

Beispiel 75 (Luftfilter)

Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht eines Luftfilters, in dem die Oxynitridglasfaser aus Beispiel 5 verwendet wird. Die Oxynitridglasfaser 74 wurde auf ein nichtgewobenes Gewebe 75 (METSUKE: 80 g/m², Dicke: 0,5 mm) aus einer Polypropylenfaser (Faserdurchmesser: 2-5 um) laminiert, wobei ein Glasfaserfilter für Staub (METSUKE: 10 g/mm², Dicke: 0,05 mm) erhalten wurde. Der erhaltene Filter besaß einen geringen Druckverlust, eine hohe Festigkeit und einen hervorragenden Staubsammelkoeffizienten.

Beispiel 76 (Golfschlägerschaft)

Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht eines Golfschlägerschaftes, in dem die Oxynitridglasfaser aus Beispiel 5 verwendet wurde.
Wie in Fig. 13 gezeigt, werden Kohlefasern (Torayca; T 200, hergestellt von Toray Co. Ltd.), die mit einem Epoxyharz imprägniert sind, mittels Filamentaufwicklung auf einen konischen Metallkern (Durchmesser des dünneren Endes: 4 mm; Durchmesser des dickeren Endes: 14 mm; Länge: 1300 mm) augewickelt, um eine innere Schicht 77 mit einer Dicke von 3 mm zu erzeugen. Das vorimprägnierte Glasfasergewebe, das durch Imprägnieren der Oxynitridglasfaser aus Beispiel 5 mit einem Epoxyharz erhalten wurde, wurde dann auf die innere Schicht 77 gewickelt, um die äußere Schicht 76 mit einer Dicke von 1 mm zu erzeugen. Auf die äußere Schicht 76 wurde ein Film gespannt, der die Eigenschaft besitzt, sich gut aus einer Form herauszulösen. Nach dem Härten und dem Herauslösen aus der Form wurde das erhaltene Produkt geschnitten, und dann wurde die äußere Schicht zu einer gewünschten Größe und Härte gemahlen, wobei ein faserverstärkter Kunststoffschaft eines Golfschlägers erhalten wurde.

Beispiel 77 (Druckzylinder)

Fig. 14(a) ist eine Querschnittsansicht eines Druckzylinders, in dem die Oxynitridglasfaser aus Beispiel 5 verwendet wurde. Fig. 14(b) ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie A-A' aufgenommen wurde. In Fig. 14(a) besteht der Druckbehälter 78 aus einem inneren Zylinder 80 aus einem Kunststoff und einem Mantel 90 darauf, welcher ein Teil 79 einschließt, das eine Öffnung des Druckbehälters 78 bildet.
Der innere Zylinder 80 ist, wie in Fig. 14(b) gezeigt, aus einer mit Fasern 81 verstärkten Harzschicht 82 hergestellt. Geeignete Beispiele für die Fasern sind Glasfasern wie Oxynitridglasfasern, E-Glasfasern, S-Glasfasern; Metallfasern wie Stahlfasern; anorganische Fasern wie Kohlefasern, Borfasern, SiC-Fasern, Aluminiumoxidfasern; Fasern aus organischen Polymeren wie Aramidfasern, Polyesterfasern, Nylonfasern; und Gemische daraus. Hinsichtlich der relativen Festigkeit ist die bevorzugteste Faser die Oxynitridglasfaser. Die Fasern in der Harzschicht 82 können ein gewobenes Fasergewebe, wie in Fig. 14(b) gezeigt, eine Schicht aus Fasern, die in einer Richtung verlaufen, ein Blatt aus Stapelfasern oder jede herkömmliche Form der Fasern bilden.
Der Faserdurchmesser und die Dicke einer Schicht oder eines gewobenen Fasergewebes kann jeden gewünschten Wert aufweisen. Es wird bevorzugt, 40 bis 80% verstärkende Fasern, bezogen auf die Harzschicht, zu verwenden.
Der Mantel, der den inneren Zylinder 80 zur Verstärkung überzieht, besteht aus der verstärkenden Faserschicht 91 und der Harzschutzschicht 92, die die Schicht 91 schützt. Die verstärkende Faserschicht 91 enthält mindestens Oxynitridglasfasern. Vorzugsweise wird ein Oxynitridglasmantel auf die Harzschicht 92 gewickelt. Die Faserschicht 91 kann ferner jede andere verstärkende Faser enthalten. Bevorzugtes Harz für die Harzschutzschicht 92 kann jedes herkömmliche Harz sein, wie ein hitzehärtbares oder thermoplastisches Harz.
Ferner kann der Druckzylinder ohne eine Verstärkungsfaser in einem Mantel aus einer einzelnen Schicht aus einer Harzmatrix bestehen, die die Oxynitridglasfasern als Verstärkungsmaterial enthält. Als Verstärkungsmaterialien können die Oxynitridglasfasern mit einer geeigneten Form der vorstehend angeführten anorganischen, organischen oder Metallfasern verwendet werden.

Claims

1. Oxynitridglaszusammensetzung mit einem Si-M&sub1;-M&sub2;-O-N- System, enthaltend SiO&sub2;, Si&sub3;N&sub4; oder ein Metallnitrid und M&sub1;O in Mengen, die, in Mol-% ausgedrückt, die nachstehenden Gleichungen erfüllen:

(SiO&sub2;+3Si&sub3;N&sub4;+M&sub1;O)/(100+2Si&sub3;N&sub4;) = 0,65 bis weniger als 1

(SiO&sub2;+3Si&sub3;N&sub4;)/M&sub1;O = 0,7 bis 2,3

in denen M&sub1; Ca oder Ca und Mg bedeutet und M&sub2; ein von Ca und Mg verschiedenes oxidbildendes Metall ist.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei M&sub1; Ca ist.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei M&sub1; Ca und Mg ist.

4. Zusammensetzung nach einem vorangehenden Anspruch, die einen Stickstoffgehalt von nicht weniger als 15 Atomprozent aufweist.

5. Zusammensetzung nach Anspruch 4, die einen Stickstoffgehalt von 15 bis 30 Atomprozent aufweist.

6. Zusammensetzung nach einem vorangehenden Anspruch, wobei M&sub2; ausgewählt ist aus Al, Sr, La, Ba, Y, Ti, Zr, Na, K, Sb und B.

7. Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung nach einem vorangehenden Anspruch umfassend das Erhitzen eines Gemisches aus SiO&sub2;, Si&sub3;N&sub4; oder einem Metallnitrid, einem Oxid von M&sub2; (oder einer Verbindung, die das Oxid durch thermische Zersetzung liefert) und M&sub1;O (oder einer Verbindung, die M&sub1;O durch thermische Zersetzung liefert) zur Schmelze bei 1400 bis 1900ºC unter einer inerten Atmosphäre.

8. Glasfaser, die eine Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.

9. Glasfaser nach Anspruch 8 mit einem Durchmesser von 3 bis 50 um.

10. Glasfaser nach Anspruch 8 oder 9 mit einem Elastizitätsmodul von nicht weniger als 12500 kg/mm².