JP2672106B2 - Silicon nitride inorganic fiber and method for producing the same - Google Patents

Silicon nitride inorganic fiber and method for producing the same

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JP2672106B2
JP2672106B2 JP63068220A JP6822088A JP2672106B2 JP 2672106 B2 JP2672106 B2 JP 2672106B2 JP 63068220 A JP63068220 A JP 63068220A JP 6822088 A JP6822088 A JP 6822088A JP 2672106 B2 JP2672106 B2 JP 2672106B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は窒化珪素質無機繊維及びその製法に係り、よ
り詳しく述べるとポリメタロシラザンを紡糸/焼成して
得られるSi−M−N−O系及びSi−M−N−H−O−C
系繊維及びその製法に関する。このSi−M−N−H−O
−C系繊維は耐熱・高強度複合材料の強化材として有用
であり化学・金属、航空・宇宙、機械・精密、自動車分
野での広範な利用が期待される。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a silicon nitride inorganic fiber and a method for producing the same, and more specifically, it relates to Si-M-N-O obtained by spinning / firing polymetallosilazane. System and Si-M-N-H-O-C
System fiber and its manufacturing method. This Si-M-N-H-O
-C-based fibers are useful as a reinforcing material for heat-resistant and high-strength composite materials, and are expected to be widely used in the fields of chemicals / metals, aviation / space, machinery / precision, and automobiles.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ポリカルボシランとポリチタノシロキサンの共重合反
応により得られたポリチタノカルボシランを紡糸/焼成
して実質的に非晶質からなるSi−Ti−C−O系繊維が得
られることが報告されている(特公昭62−5201号公
報)。
It is reported that Si-Ti-C-O fibers consisting essentially of amorphous can be obtained by spinning / firing polytitanocarbosilane obtained by the copolymerization reaction of polycarbosilane and polytitanosiloxane. (Japanese Patent Publication No. 62-5201).

ポリシラザンについてはペルヒドロポリシラザン(特
開昭60−145903号公報、D.Seyferthら“A Liquid Silaz
ane Precursor To Silicon Nitride",Cominications of
Ame.Ceram.Soc.,1983年1月)、ポリオルガノシラザン
(特開昭61−89230号公報)と種々報告されているが、
金属アルコキシドとポリシラザンが縮合して得られるポ
リメタロシラザンを前駆体とし、これを紡糸/焼成して
得られるSi−M−N−O系あるいはSi−M−N−C−O
−H系繊維については従来知られていない。
Regarding polysilazane, perhydropolysilazane (JP-A-60-145903, D. Seyferth et al. “A Liquid Silaz
ane Precursor To Silicon Nitride ", Cominications of
Ame. Ceram. Soc., January 1983) and various polyorganosilazanes (JP-A-61-289230).
Si-M-N-O system or Si-M-N-C-O obtained by spinning / calcining polymetallosilazane obtained by condensation of metal alkoxide and polysilazane as a precursor
No conventional H-fiber has been known.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上記のポリチタノカルボシランあるいはポリカルボシ
ランを前駆体として得られるSi−Ti−C−O繊維やSi−
C繊維は遊離炭素を多量に含有する。これはアルミニウ
ムなどの溶融金属との反応性が高く強度低下を起こすた
め金属との複合材料を製造する際必ずしも十分な特性が
得られないという欠点がある。
Si-Ti-CO fibers or Si-obtained by using the above-mentioned polytitanocarbosilane or polycarbosilane as a precursor
C fiber contains a large amount of free carbon. This is disadvantageous in that sufficient reactivity cannot be obtained when producing a composite material with a metal because it has a high reactivity with a molten metal such as aluminum and causes a decrease in strength.

そこで、SiCを基本とするのではなく、Si3N4を基本と
する無機繊維を提供することによって、上記問題点を解
決することができると考えられるが、従来知られている
Si3N4系無機繊維の製法によると、連続繊維を製造でき
ないとか、遊離炭素が多量に残存するとか、機械的強度
が低い、などの欠点があるほか、金属との親和性に欠け
るためこれを改善することが望まれる。
Therefore, it is considered that the above-mentioned problems can be solved by providing an inorganic fiber based on Si 3 N 4 instead of based on SiC, which is conventionally known.
According to the manufacturing method of the Si 3 N 4 type inorganic fiber, there are drawbacks such as continuous fiber cannot be manufactured, a large amount of free carbon remains, mechanical strength is low, etc. Is desired to be improved.

そこで、本発明は機械的強度に優れ、とくに金属材料
との複合材料を製造するのに適したSi−N−M系及びSi
−N−M−C−O−H系無機繊維を提供することを目的
とする。
Therefore, the present invention has excellent mechanical strength and is particularly suitable for producing a composite material with a metal material.
It aims at providing -N-M-C-O-H type | system | group inorganic fiber.

〔課題を達成するための手段〕[Means for achieving the task]

本発明によれば、上記目的を達成するために、珪素、
窒素、酸素及び金属類(元素周期律表第1族〜第8族の
金属元素の群から選ばれる1種又は2種以上の金属元
素)を必須成分とし、炭素及び水素を任意成分とし、各
元素の比が原子比で表わして、N/Si=0.3〜3、O/Si=
0.001〜15、M/Si(式中、Mは上記金属類を表わす)=
0.001〜5、C/Si=7以下、H/Si=15以下であり、かつ
非晶質から非晶質層/結晶質層混層結晶層の構造を持つ
ことを特徴とする窒化珪素質無機繊維を提供する。
According to the present invention, in order to achieve the above object, silicon,
Nitrogen, oxygen and metals (one or more metal elements selected from the group of metal elements of Groups 1 to 8 of the Periodic Table of Elements) are essential components, and carbon and hydrogen are optional components. The ratio of elements is expressed by atomic ratio, N / Si = 0.3 to 3, O / Si =
0.001 to 15, M / Si (wherein M represents the above metals) =
0.001 to 5, C / Si = 7 or less, H / Si = 15 or less, and having a structure of amorphous to amorphous layer / crystalline layer mixed layer crystal layer, a silicon nitride inorganic fiber I will provide a.

同様に、本発明によれば、実質的に珪素、窒素、酸
素、金属類(元素周期律表第1族〜第8族の金属元素の
群から選ばれる1種又は2種以上の金属元素)、炭素及
び水素からなり、各元素の比が原子比で表わして、N/Si
=0.3〜5、O/Si=0.001〜15、M/Si=0.3〜5、M/Si
(式中、Mは上記金属類を表わす)=0.001〜5、C/Si
=0.001〜7、H/Si=0.001〜15であり、かつ非晶質から
非晶質層/結晶質層混層結晶層の構造を持つことを特徴
とする窒化珪素質無機繊維が提供される。
Similarly, according to the present invention, substantially silicon, nitrogen, oxygen, and metals (one or more metal elements selected from the group of metal elements of Groups 1 to 8 of the Periodic Table of Elements). , And carbon and hydrogen, and the ratio of each element is expressed by atomic ratio, N / Si
= 0.3-5, O / Si = 0.001-15, M / Si = 0.3-5, M / Si
(In the formula, M represents the above metals) = 0.001 to 5, C / Si
= 0.001 to 7, H / Si = 0.001 to 15 and a silicon nitride inorganic fiber characterized by having a structure of amorphous to amorphous layer / crystalline layer mixed layer crystal layer.

これらの窒化珪素系無機繊維は、本発明者らが別途開
示したポリメタロシラザン(特願昭62−223790号、同61
−22670号、及び本願と同日付けで出願した特許願「ポ
リメタロシラザン及びその製造方法」の各明細書等)を
紡糸し、焼成することによって得ることができる。この
ポリメタロシラザン及びその製造方法については、上記
の各特許願の明細書を参照されたいが、ここにその要点
を摘出すると以下の通りである。
These silicon nitride-based inorganic fibers are polymetallosilazanes (Japanese Patent Application Nos. 62-223790 and 61-61) which are separately disclosed by the present inventors.
No. -22670, and the patent applications “polymetallosilazane and its production method” filed on the same date as this application) are spun and fired. Regarding the polymetallosilazane and the method for producing the polymetallosilazane, refer to the specifications of each of the above-mentioned patent applications, and the main points thereof are extracted as follows.

このメタロシラザンは、主として一般式(I): (R1,R2,R3はそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、ア
ルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、またはこ
れらの基以外でケイ素に直結する基が炭素である基、ア
ルキルシリル基、アルキルアミノ基、アルコキシ基を表
わす。但し、R1,R2,R3の少なくとも1個は水素原子であ
る。) で表わされる単位からなる主骨格を有する数平均分子量
が約100〜5万のポリシラザンと、一般式(II): M(OR4 (II) (式中、Mは元素長周期律表第1族から第8族までの元
素であり;R4は、同一でも異なっていてもよく、水素原
子、炭素原子数1〜20個を有するアルキル基またはアリ
ール基を表わし、少なくとも1個のR4は上記アルキル基
またはアリール基であり;nはMの原子価である。) で表わされるメタルアルコキシドを反応させて、得られ
るメタル/ケイ素原子比が0.001〜3の範囲内かつ数平
均分子量が約200〜50万、好ましくは500〜50,000のポリ
メタロシラザンである。
This metallosilazane is mainly represented by the general formula (I): (R 1 , R 2 and R 3 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, or a group other than these groups in which a group directly bonded to silicon is carbon, an alkylsilyl group, Represents an alkylamino group or an alkoxy group, provided that at least one of R 1 , R 2 and R 3 is a hydrogen atom) and has a main skeleton composed of units represented by Polysilazane and the general formula (II): M (OR 4 ) n (II) (wherein, M is an element from Group 1 to Group 8 of the long-term table of the elements; R 4 is the same or different. May represent a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group having 1 to 20 carbon atoms, and at least one R 4 is the above alkyl group or aryl group; and n is a valence of M.) Obtained by reacting a metal alkoxide represented by It is a polymetallosilazane having a metal / silicon atomic ratio of 0.001 to 3 and a number average molecular weight of about 200 to 500,000, preferably 500 to 50,000.

このポリメタロシラザンは、ポリシラザンの主骨格中
の少なくとも一部のケイ素原子に結合した水素原子およ
び/または窒素原子に結合した水素原子とメタルアルコ
キシドとが反応して、そのケイ素原子および/または窒
素原子がメタルアルコキシドと縮合した側鎖基あるい
は、環状、架橋構造を有することを特徴とする化合物で
ある。
This polymetallosilazane is prepared by reacting a hydrogen atom bonded to at least a part of silicon atoms and / or a hydrogen atom bonded to a nitrogen atom in the main skeleton of the polysilazane with a metal alkoxide to form a silicon atom and / or a nitrogen atom. Is a compound having a side chain group condensed with a metal alkoxide, or a cyclic or crosslinked structure.

ポリシラザンのSi−H結合とメタルアルコキシドとの
反応では、メタルアルコキシド(M(OR4)の有機
基(R4)が、Si−H結合の水素原子を引き抜いてR4Hを
生じて脱離することにより、Si−O−M結合が形成され
る。
In the reaction between the Si—H bond of polysilazane and the metal alkoxide, the organic group (R 4 ) of the metal alkoxide (M (OR 4 ) n ) abstracts the hydrogen atom of the Si—H bond to generate R 4 H, thereby desorbing. Upon separation, a Si-OM bond is formed.

一方、ポリシラザンのN−H結合と、メタルアルコキ
シドとの反応ではメタルアルコキシドにより、N−H結
合の水素原子が引き抜かれ、下記のようにN−O−M結
合又はN−M結合(以下、これらをN−Y−M結合とし
て表わす)が形成される。
On the other hand, in the reaction between the N—H bond of polysilazane and the metal alkoxide, the hydrogen atom of the N—H bond is extracted by the metal alkoxide, and the N—O—M bond or the N—M bond (hereinafter, referred to as these Is represented as an N-Y-M bond).

メタルアルコキシドは最大n官能性であることができ
るので、出発メタルアルコキシドの種類あるいは反応条
件に応じて、生成するポリメタロシラザンはメタルに関
して1〜n官能性の重合体であることができる。1官能
性重合体はポリシラザンの主鎖のSiおよび/またはNに
ペンダント基が導入された下記構造を有する。
The metal alkoxide can be at most n-functional, so depending on the type of starting metal alkoxide or the reaction conditions, the resulting polymetallosilazane can be a 1-n functional polymer with respect to the metal. The monofunctional polymer has the following structure in which a pendant group is introduced into Si and / or N of the main chain of polysilazane.

2〜n官能性重合体ではポリシラザン骨格にM原子を
介して環状、架橋構造が形成される。環状構造はメタル
アルコキシド1分子内の2個の官能基が、ポリシラザン
の隣り合うケイ素原子及び窒素原子と縮合した構造が含
まれる。架橋構造はメタルアルコキシドの2個以上の官
能基が、2分子以上のポリシラザンと縮合した場合に生
じる。
In the 2-n functional polymer, a cyclic or crosslinked structure is formed in the polysilazane skeleton via an M atom. The cyclic structure includes a structure in which two functional groups in one molecule of a metal alkoxide are condensed with adjacent silicon atoms and nitrogen atoms of polysilazane. A crosslinked structure is formed when two or more functional groups of a metal alkoxide are condensed with two or more molecules of polysilazane.

また、3〜n官能性重合体の中には上記の環状構造と
架橋構造を同時に有するものもある。通常、ポリシラザ
ンとメタルアルコキシドとの反応により、(III)又は
(IV)で示した重合体が得られる。
Some 3- to n-functional polymers have both the above-mentioned cyclic structure and cross-linked structure. Usually, the polymer represented by (III) or (IV) is obtained by the reaction between polysilazane and metal alkoxide.

以上の様にポリシラザンからポリメタロシラザンへの
構造上の変化は、ポリシラザンの骨格を基本に新たにペ
ンダント基、あるいは環状、架橋構造が形成されること
である。
As described above, the structural change from polysilazane to polymetallosilazane is that a pendant group or a cyclic or crosslinked structure is newly formed based on the skeleton of polysilazane.

用いるポリシラザンの分子量に特に制約はなく、入手
可能なものを用いることができるが、メタルアルコキシ
ドとの反応性の点で、式(I)におけるR1,R2、及びR3
は立体障害の小さい基が好ましい。即ち、R1,R2及びR3
としては水素原子及びC1〜5のアルキル基が好まし
く、水素原子及びC1〜2のアルキル基がさらに好まし
い。
There is no particular restriction on the molecular weight of the polysilazane to be used, and any available polysilazane can be used, but R 1 , R 2 and R 3 in the formula (I) can be used in view of reactivity with a metal alkoxide.
Is preferably a group having a small steric hindrance. That is, R 1 , R 2 and R 3
Is preferably a hydrogen atom or a C 1-5 alkyl group, and more preferably a hydrogen atom or a C 1-2 alkyl group.

用いるメタルアルコキシドに特に制約はないが、反応
性の点で、式(I)におけるR4はC1〜20のアルキル基
が好ましく、C1 10のアルキル基がさらに好ましく、C
1〜4のアルキル基が最も好ましい。メタルアルコキシ
ドの金属の種類は特に限定されず、メタルアルコキシド
を生成可能な金属であればよく、元素周期律表第1〜8
族の殆んどの金属はメタルアルコキシドを生成する。好
ましい金属類は元素周期律表第2A族及び第3〜5族の金
属元素、より好ましくはチタン、アルミニウム、ジルコ
ニウム、ホウ素、イットリウムである。これらのメタル
アルコキシドは殆んど上市されており、上市されていな
いものを、上記のものと同様の手法で製造可能である。
But, in view of reactivity, R 4 is preferably an alkyl group of C 1 to 20 in the formula (I), more preferably an alkyl group of C 1 ~ 10 no particular restrictions on the metal alkoxide used, C
Most preferred are 1-4 alkyl groups. The type of metal of the metal alkoxide is not particularly limited, as long as it is a metal capable of producing a metal alkoxide, and the first to eighth elements of the periodic table of the elements are used.
Most metals in the group form metal alkoxides. Preferred metals are metal elements of Groups 2A and 3 to 5 of the Periodic Table of the Elements, more preferably titanium, aluminum, zirconium, boron and yttrium. Most of these metal alkoxides are on the market, and those not on the market can be produced by the same method as described above.

ポリシラザンとメタルアルコキシドとの混合比は、M/
Si原子比が0.001から60になるように、好ましくは0.01
から5になるように、さらに好ましくは0.05から2.5に
なる様に加える。メタルアルコキシドの添加量をこれよ
り増やすとポリシラザンとの反応性を高めることなく、
単にメタルアルコキシドが未反応のまま回収され、ま
た、少ないと顕著な高分子量化が起こらない。
The mixing ratio of polysilazane and metal alkoxide is M /
Si atomic ratio of 0.001 to 60, preferably 0.01
To 5 and more preferably from 0.05 to 2.5. If the addition amount of metal alkoxide is increased beyond this, without increasing the reactivity with polysilazane,
The metal alkoxide is simply recovered in an unreacted state, and when the amount is small, a remarkable increase in molecular weight does not occur.

反応は、無溶媒で行なうこともできるが、有機溶媒を
使用する時に比べて反応制御が難しく、ゲル状物質が生
成する場合もあるので、一般に有機溶媒を用いた方が良
い。
The reaction can be carried out without a solvent, but it is more difficult to control the reaction than when an organic solvent is used, and a gel-like substance may be formed. Therefore, it is generally preferable to use an organic solvent.

反応溶媒については、ポリシラザン、メタルアルコキ
シドと反応性を示さないものが用いられる。この様な非
反応性溶媒としては、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、
エーテル、硫黄化合物等が使用される。
As the reaction solvent, those not showing reactivity with polysilazane and metal alkoxide are used. Such non-reactive solvents include hydrocarbons, halogenated hydrocarbons,
Ethers, sulfur compounds and the like are used.

又反応温度、圧力については特に制限はないが、反応
温度は反応溶媒、メタルアルコキシドの沸点以下が好ま
しい。
The reaction temperature and pressure are not particularly limited, but the reaction temperature is preferably the boiling point of the reaction solvent or metal alkoxide or lower.

得られる新規ポリメタロシラザンは、ポリシラザンの
一部のケイ素−水素結合がメタルアルコキシドの有機基
と縮合し、新たにケイ素−酸素−メタル結合を形成し、
かつ/または、ポリシラザンの一部の窒素−水素結合も
メタルアルコキシドと縮合した構造を有する重合体であ
る。この数平均分子量は200〜50万であり、有機溶媒に
可溶である。
The resulting novel polymetallosilazane has a part of the silicon-hydrogen bond of polysilazane condensed with the organic group of the metal alkoxide to form a new silicon-oxygen-metal bond,
And / or a part of the nitrogen-hydrogen bonds of polysilazane is a polymer having a structure condensed with a metal alkoxide. This number average molecular weight is 200,000 to 500,000 and is soluble in organic solvents.

次に、ポリメタロシラザンの紡糸工程を説明する。 Next, the spinning process of polymetallosilazane will be described.

上記工程で得られたポリメタロシラザン溶液を、ロー
タリエバポレーター等で濃縮するか、一度溶媒を除去し
ポリメタロシラザンを乾固させ所定量のポリメタロシラ
ザンを溶媒に溶解させ、高粘度のポリメタロシラザン溶
液となった状態で紡糸溶液とする。
The polymetallosilazane solution obtained in the above step is concentrated with a rotary evaporator or the like, or once the solvent is removed and the polymetallosilazane is dried to dryness and a predetermined amount of the polymetallosilazane is dissolved in the solvent to obtain a highly viscous polymetallosilazane. The spinning solution is used as a solution.

ポリシラザンを含む紡糸溶液は、有機高分子を添加し
なくても、それ自体で乾式紡糸に適した十分な曳糸性を
示す。しかし、本発明では、必ずしも有機高分子の添加
を排除するものではなく、場合によっては、有機好分子
を微量添加する場合もある。紡糸溶液中におけるポリメ
タロシラザンの濃度は、紡糸溶液が曳糸性を示せばよ
く、紡糸原料であるポリメタロシラザンの平均分子量、
分子量分布、分子構造によって異なるが、通常、50〜98
%の範囲で良い結果が得られる。
The spinning solution containing polysilazane itself exhibits sufficient spinnability suitable for dry spinning without addition of an organic polymer. However, in the present invention, the addition of the organic polymer is not necessarily excluded, and in some cases, a small amount of the organic favor molecule may be added. The concentration of polymetallosilazane in the spinning solution may be such that the spinning solution shows spinnability, the average molecular weight of polymetallosilazane as a spinning raw material,
50 to 98 usually, depending on molecular weight distribution and molecular structure
Good results are obtained in the range of%.

紡糸溶媒としては既に述べた様にポリメタロシラザン
と反応性を示さないものが用いられ、このような非反応
性溶媒としては、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、エー
テル硫黄化合物等が使用できる。
As the spinning solvent, those which do not react with polymetallosilazane as described above are used, and as such non-reactive solvent, hydrocarbons, halogenated hydrocarbons, ether sulfur compounds and the like can be used.

紡糸溶液は、紡糸に先立ち、脱泡、濾過等の処理を施
すことによって、溶液中に含まれているゲル、來雑物等
の紡糸に対して有害な作用を与える物質を除去する。ま
た、紡糸を行うには、乾式紡糸が好都合であるが、遠心
防止、吹き出し紡糸等も用いることができる。乾式紡糸
においては、紡糸溶液を紡糸口金より紡糸筒内に吐出し
て繊維化し、巻取ることによって連続的ポリメタロシラ
ザン繊維を得ることができる。この場合、紡糸口金の孔
径、吐出速度及び巻取速度は、一般的には、口金孔径
(直径):0.035〜0.5mm、好ましくは0.05〜0.3mm、巻取
速度:30〜5000m/分、好ましくは60〜2500m/分である。
紡糸筒内の雰囲気としては、乾燥空気、アンモニア及び
不活性ガスの中から選ばれる少なくとも1種の気体を用
いたり、あるいは水蒸気や前記非反応性溶媒の少なくと
も1種を雰囲気中に共存させたり雰囲気を加熱すること
により紡糸筒内のポリメタロシラザン繊維の不融化や乾
燥による固化を制御する。
Prior to spinning, the spinning solution is subjected to treatments such as defoaming and filtration to remove substances contained in the solution, such as gels and contaminants, which have a harmful effect on spinning. Dry spinning is convenient for spinning, but centrifugal prevention, blow-off spinning and the like can be used. In dry spinning, a continuous polymetallosilazane fiber can be obtained by discharging a spinning solution from a spinneret into a spinning cylinder to form a fiber, and winding the fiber. In this case, the hole diameter of the spinneret, the discharge speed and the winding speed are generally spinneret hole diameter (diameter): 0.035 to 0.5 mm, preferably 0.05 to 0.3 mm, the winding speed: 30 to 5000 m / min, preferably Is 60 to 2500 m / min.
As the atmosphere in the spinning cylinder, at least one gas selected from dry air, ammonia and an inert gas is used, or at least one of water vapor and the non-reactive solvent is allowed to coexist in the atmosphere. Is heated to control the infusibilization of the polymetallosilazane fiber in the spinning cylinder and the solidification by drying.

紡糸溶液の温度は通常20〜300℃、好ましくは30〜200
℃であり、紡糸筒内の雰囲気温度は、通常20〜300℃、
好ましくは40〜250℃である。
The temperature of the spinning solution is usually 20 to 300 ° C, preferably 30 to 200.
℃, the ambient temperature in the spinning cylinder is usually 20 ~ 300 ℃,
It is preferably 40 to 250 ° C.

乾式紡糸して巻取ったポリメタロシラザン繊維中には
紡糸溶媒が残存しているので、通常の大気、真空条件
下、乾燥空気、アンモニア、不活性気体を使用して繊維
を乾燥、加熱することにより除去する。加熱温度は、通
常20〜500℃の範囲内である。また、この乾燥におい
て、繊維を緊張させると、固化に際して繊維に起る、よ
り、よじれ、屈曲を防止することができる。張力は通
常、1g/mm2〜50kg/mm2の範囲内である。
Since the spinning solvent remains in the dry-spun and wound polymetallosilazane fiber, the fiber should be dried and heated using normal air, vacuum conditions, dry air, ammonia, and an inert gas. To remove. The heating temperature is usually in the range of 20 to 500 ° C. In addition, when the fibers are strained during this drying, it is possible to prevent the fibers from twisting and bending due to the fibers being solidified. Tension is usually in the range of 1g / mm 2 ~50kg / mm 2 .

紡糸されたポリメタロシラザン繊維は、次に焼成して
セラミックス化する。以下、この焼成について説明す
る。
The spun polymetallosilazane fiber is then fired to a ceramic. The firing will be described below.

ポリメタロシラザン繊維の焼成は、真空条件下、又は
窒素、アルゴン等の不活性ガスや、アンモニア、水素あ
るいはそれらの混合物からなる気体の雰囲気下において
好ましく実施される。焼成温度は、通常、500〜1800
℃、好ましくは800〜1600℃であり、焼成時間は5分〜1
0時間である。この焼成工程において、繊維中の揮散成
分は300〜600℃の温度範囲でその殆どが気化するため、
繊維が収縮して、一般に、よじれや屈曲を生るが、この
ようなことは、焼成中に繊維に張力を作用させることに
よって防止することができる。この場合、張力として
は、通常、1g/mm2〜50kg/mm2の範囲のものが用いられ
る。
Firing of the polymetallosilazane fiber is preferably carried out under vacuum or in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen or argon, or a gas consisting of ammonia, hydrogen or a mixture thereof. The firing temperature is usually 500-1800
℃, preferably 800 ~ 1600 ℃, baking time 5 minutes ~ 1
0 hours. In this firing step, most of the volatile components in the fiber vaporize in the temperature range of 300 to 600 ° C,
The fibers shrink and generally kink or bend, which can be prevented by applying tension to the fibers during firing. In this case, the tension is usually in the range of 1 g / mm 2 to 50 kg / mm 2 .

ポリメタロシラザン繊維種類とその焼成条件に依存し
て[Si,N,O,M(C,H)]系または[Si,N,O,M,C,H]系の
無機繊維が得られる。原料ポリマーの組成、焼成雰囲
気、焼成温度が最も有効な組成制御手段である。例えば
N2中で十分に焼成すれば炭素を含まない繊維を得ること
ができる。
[Si, N, O, M (C, H)]-based or [Si, N, O, M, C, H] -based inorganic fibers are obtained depending on the type of polymetallosilazane fiber and the firing conditions. The composition of the raw material polymer, the firing atmosphere, and the firing temperature are the most effective composition control means. For example
Fibers free of carbon can be obtained by sufficient firing in N 2 .

この焼成工程において、焼成温度を変えることにより
非晶質相から非晶質相/結晶質層混相結晶相まで種々の
構造の全く新規のSi−M−N−O系あるいはSi−M−N
−C−O−H系繊維を得ることができる。
In this firing step, by changing the firing temperature, a completely new Si-M-N-O system or Si-M-N system having various structures from an amorphous phase to an amorphous phase / crystalline layer mixed phase crystal phase is obtained.
A -C-O-H type fiber can be obtained.

こうして以上の工程により製造される新規な窒化珪素
質無機繊維は、珪素、窒素、酸素及び金属類を必須成分
とし、炭素及び水素を任意成分として含み、これらの元
素の原子数比がN/Si=0.3〜3、O/Si=0.01〜15、M/Si
(Mは金属類を表わす)=0.001〜5、C/Si=7以下、H
/Si=15以下であり、かつ非晶質から非晶質層/結晶質
層混層結晶層の構造を持つものである。これらの原子数
比は、好ましくはN/Si=0.6〜1.4、O/Si=0.001〜10以
下、M/Si=0.01〜2.5、C/Si=3.5以下、H/Si=5以下で
あり、さらに好ましくはN/Si=1〜1.3、O/Si=0.01〜
4、M/Si=0.01〜1、C/Si=3.5以下、H/Si=1以下で
ある。これらの原子比は出発ポリシラザン及びメタルア
ルコキシドの種類と混合比、反応条件によるポリメタロ
シラザン生成物の組成、ならびに紡糸したポリメタロシ
ラザン繊維の焼成条件によって調整することができる。
これらの条件の選択によって任意成分である炭素、水素
を実質的に含まない窒素珪素質無機繊維を得ることがで
きるが、一般的には珪素、窒素、酸素、金属類、炭素及
び水素を含む無機繊維が得られ、これらの元素の原子数
比はN/Si=0.3〜3、O/Si=0.001〜15、M/Si=0.001〜
5、C/Si=0.001/7、H/Si=0.001〜15、好ましくはN/Si
=1〜1.3、O/Si=0.01〜4、M/Si=0.01〜1、C/Si=
0.01〜3.5、H/Si=0.01〜1である。
Thus, the novel silicon nitride inorganic fiber produced by the above steps contains silicon, nitrogen, oxygen and metals as essential components, and contains carbon and hydrogen as optional components, and the atomic ratio of these elements is N / Si. = 0.3-3, O / Si = 0.01-15, M / Si
(M represents metals) = 0.001 to 5, C / Si = 7 or less, H
/ Si = 15 or less and has a structure of amorphous to amorphous layer / crystalline layer mixed layer crystal layer. The atomic ratio of these is preferably N / Si = 0.6 to 1.4, O / Si = 0.001 to 10 or less, M / Si = 0.01 to 2.5, C / Si = 3.5 or less, and H / Si = 5 or less, More preferably N / Si = 1 to 1.3, O / Si = 0.01 to
4, M / Si = 0.01 to 1, C / Si = 3.5 or less, and H / Si = 1 or less. These atomic ratios can be adjusted by the kind and mixing ratio of the starting polysilazane and the metal alkoxide, the composition of the polymetallosilazane product according to the reaction conditions, and the firing conditions of the spun polymetallosilazane fibers.
By selecting these conditions, it is possible to obtain a nitrogen silicon-based inorganic fiber which is substantially free of carbon and hydrogen, which are optional components, but generally, an inorganic fiber containing silicon, nitrogen, oxygen, metals, carbon and hydrogen is used. A fiber is obtained, and the atomic ratio of these elements is N / Si = 0.33-3, O / Si = 0.001-15, M / Si = 0.001-
5, C / Si = 0.001 / 7, H / Si = 0.001 to 15, preferably N / Si
= 1 to 1.3, O / Si = 0.01 to 4, M / Si = 0.01 to 1, C / Si =
0.01-3.5 and H / Si = 0.01-1.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明により提供される窒化珪素系無機繊維は高温ま
で結晶質の生成が抑制されて非晶質であることによって
機械的強度特に高温強度が高い無機繊維であり、たとえ
さらに高温で結晶変されても従来の窒化珪素系無機繊維
と比べて高い機械的強度を保つ。また、この窒化珪素系
無機繊維は窒化珪素を基本とすることにより、高温強度
(とくに耐衝撃性)、電気絶縁性に優れ、また遊離炭素
の少ない無機繊維を得ることができるので複合材料の強
化素材として好適であり、とりわけ金属材料に対しては
繊維自体が金属類を含んでいるので親和性があり、金属
材料との複合材料用途に好適である。
The silicon nitride-based inorganic fiber provided by the present invention is an inorganic fiber having high mechanical strength, particularly high-temperature strength, because the generation of crystalline is suppressed up to high temperature and is amorphous. Also has a higher mechanical strength than conventional silicon nitride-based inorganic fibers. In addition, since this silicon nitride-based inorganic fiber is based on silicon nitride, it is possible to obtain an inorganic fiber that is excellent in high-temperature strength (particularly impact resistance) and electrical insulation, and has little free carbon, so that it is possible to strengthen the composite material. It is suitable as a raw material, and particularly has a compatibility with metal materials because the fibers themselves contain metals, and is suitable for use as a composite material with metal materials.

〔実施例〕〔Example〕

参考例(原料ペルヒドロポリシラザンの製造) 内容積10の四つ口フラスコに、ガス吹きこみ管、メ
カニカルスターラー、ジュワーコンデンサーを装置し
た。反応器内部を脱酸素した乾燥空気で置換した後、四
つ口フラスコに脱気した乾燥ピリジン4900mlを入れ、こ
れを氷冷した。次にジクロロシラン744gを加えると白色
固体状のアダクト(SiH2Cl2・2C5H5N)が生成した。反
応混合物を氷冷し、撹拌しながら、水酸化ナトリウム管
及び活性炭管を通して精製したアンモニア735gを吹き込
んだ後、100℃に加熱した。
Reference Example (Production of Raw Material Perhydropolysilazane) A four-necked flask having an internal volume of 10 was equipped with a gas blowing tube, a mechanical stirrer, and a dewar condenser. After the inside of the reactor was replaced with deoxygenated dry air, 4900 ml of degassed dry pyridine was put into a four-necked flask, and this was ice-cooled. Next, 744 g of dichlorosilane was added to produce a white solid adduct (SiH 2 Cl 2 · 2C 5 H 5 N). The reaction mixture was ice-cooled, and while stirring, 735 g of purified ammonia was blown through a sodium hydroxide tube and an activated carbon tube, and then heated to 100 ° C.

反応終了後、反応混合物を遠心分離し、乾燥ピリジン
を用いて洗浄した後、更に窒素雰囲気下で濾過して濾液
5100mlを得た。濾液5mlから溶媒を減圧留去すると樹脂
状固体ペルヒドロポリシラザン0.249gが得られた。
After completion of the reaction, the reaction mixture was centrifuged, washed with dry pyridine, and further filtered under a nitrogen atmosphere to obtain a filtrate.
5100 ml were obtained. The solvent was distilled off from 5 ml of the filtrate under reduced pressure to obtain 0.249 g of resinous solid perhydropolysilazane.

得られたポリマーの数平均分子量はGPCにより測定し
たところ980であった。
The number average molecular weight of the obtained polymer was 980 as measured by GPC.

得られたペルヒドロポリシラザンのピリジン溶液5100
mlに乾燥O−キシレンを加えロータリーエバポレーター
にて減圧蒸留し5000mlのペルヒドロポリシラザン−乾燥
O−キシレン溶液とした。
Obtained perhydropolysilazane pyridine solution 5100
Dry O-xylene was added to ml and distilled under reduced pressure with a rotary evaporator to obtain 5000 ml of a perhydropolysilazane-dry O-xylene solution.

これを以後ポリメタロシラザンの合成原料として用い
た。
This was used as a raw material for synthesizing polymetallosilazane thereafter.

実施例1.(Si−Al−N−C−O−H繊維の製造) 内容積2000mlの四つ口フラスコにコンデンサー、シー
ラムキャップ、及びマグネチックスターラーを装置し
た。反応器内部を乾燥アルゴンで置換した後、四つ口フ
ラスコにアルミニウムトリイソプロポキシド14.7g(72.
0mmol)を入れ、参考例で得られたペルヒドロポリシラ
ザンの乾燥O−キシレン溶液(ペルヒドロポリシラザン
の濃度:58重量%)1000mlを注射器を用いて撹拌しなが
ら加え、均一相からなる混合溶液とした。この溶液をア
ルゴン雰囲気下で80℃で2時間撹拌しながら還流反応を
行なった。反応溶液は無色から淡黄色へと変化した。
Example 1. (Production of Si-Al-N-C-O-H fiber) A four-necked flask having an inner volume of 2000 ml was equipped with a condenser, a seam cap, and a magnetic stirrer. After replacing the inside of the reactor with dry argon, 14.7 g (72.
0 mmol), and 1000 ml of a dry O-xylene solution of perhydropolysilazane obtained in Reference Example (concentration of perhydropolysilazane: 58% by weight) was added with stirring using a syringe to obtain a mixed solution consisting of a homogeneous phase. . This solution was refluxed while stirring at 80 ° C. for 2 hours under an argon atmosphere. The reaction solution changed from colorless to pale yellow.

生成したポリアルミノシラザンは数平均分子量:175
0、重量平均分子量:14500(ゲル透過クロマトグラフィ
法ポリスチレン標準)になった。
The generated polyaluminosilazane has a number average molecular weight of 175.
0, weight average molecular weight: 14500 (gel permeation chromatography polystyrene standard).

このポリアルミノシラザンの乾燥キシレン溶液にポチ
エチルメタクリレート(分子量34万)をポリアルミノシ
ラザンに対し5.0重量%加え、1時間カク拌した後、ロ
ータリーエバポレーターで溶媒を除去した。
To this dry xylene solution of polyaluminosilazane, 5.0% by weight of polyaluminosilazane (molecular weight 340,000) was added, and the mixture was stirred for 1 hour, and then the solvent was removed by a rotary evaporator.

溶液が十分に曳糸性を示すようになった時減圧除去を
中止した。この溶液を乾式糸装置の脱泡容器に移送して
紡糸溶液とした。約2時間、60℃で静置脱泡後、30℃で
口径0.1mmのノズルより、130℃の空気雰囲気下の紡糸筒
内に吐出し、300m/分の速度で巻き取り、平均繊維径10
μmの繊維を得た。
The vacuum removal was stopped when the solution became sufficiently spinnable. This solution was transferred to a defoaming container of a dry yarn device to prepare a spinning solution. After static defoaming at 60 ° C for about 2 hours, it was discharged from a nozzle with a diameter of 0.1mm at 30 ° C into a spinning cylinder in an air atmosphere of 130 ° C, wound at a speed of 300m / min, and an average fiber diameter of 10
A μm fiber was obtained.

次いでこのポリメタロシラザン繊維に500g/mm2の張力
を作用させながら、窒素雰囲気下で室温から1350℃まで
180℃/時間で昇温してSi−Al−N−C−O−H系繊維
を得た。
Then, while applying a tension of 500 g / mm 2 to this polymetallosilazane fiber, from room temperature to 1350 ° C. under a nitrogen atmosphere
The temperature was raised at 180 ° C./hour to obtain Si—Al—N—C—O—H fiber.

この繊維をX線回折測定した結果、非晶質相の回折線
のみ観測された。
As a result of X-ray diffraction measurement of this fiber, only the diffraction line of the amorphous phase was observed.

この繊維の機械強度、組成は以下の通りであった。 The mechanical strength and composition of this fiber were as follows.

機械強度 引張強度(kg/mm2) 弾性率(ton/mm2) 210〜360(平均280) 21〜67(平均26) 組成 N/Si=1.03 O/Si=0.33 C/Si=0.64 H/Si=0.57 Al/Si=0.05 (Si=48.6wt%、Al=2.5、N=25.1、C=13.5、O=
9.3、H=1.0) 実施例2.(Si−Ti−N−C−O−H繊維の製造) 内容積2000mlの四つ口フラスコにコンデンサー、シー
ラムキャップ、温度計、及びマグネティックスターラー
を装置した。反応器内部を乾燥窒素で置換した後、四つ
口フラスコに参考例で得られたペルヒドロポリシラザン
の乾燥O−キシレン溶液(ペルヒドロポリシラザンの濃
度:5.8重量%)1000gを入れ、撹拌しながらチタンテト
ライソプロポキシド7.0g(24.6mmol)を乾燥キシレン6.
5mlに溶解させたものを注射器を用いて加えた。反応溶
液は無色から淡褐色、紫色、黒色へと変化した。反応終
了後、溶媒を減圧留去すると、ポリヒドロチタノシラザ
ンが暗褐色固体として得られた。収率は84.0重量%であ
った。
Mechanical strength Tensile strength (kg / mm 2 ) Elastic modulus (ton / mm 2 ) 210 to 360 (Average 280) 21 to 67 (Average 26) Composition N / Si = 1.03 O / Si = 0.33 C / Si = 0.64 H / Si = 0.57 Al / Si = 0.05 (Si = 48.6 wt%, Al = 2.5, N = 25.1, C = 13.5, O =
9.3, H = 1.0) Example 2. (Production of Si-Ti-N-C-O-H fiber) A four-necked flask having an inner volume of 2000 ml was equipped with a condenser, a seam cap, a thermometer, and a magnetic stirrer. . After purging the inside of the reactor with dry nitrogen, 1000 g of a dry O-xylene solution of perhydropolysilazane obtained in Reference Example (concentration of perhydropolysilazane: 5.8% by weight) was placed in a four-necked flask, and titanium was stirred. Tetraisopropoxide 7.0 g (24.6 mmol) was added to dry xylene 6.
What was dissolved in 5 ml was added using a syringe. The reaction solution changed from colorless to light brown, purple, and black. After completion of the reaction, the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain polyhydrotitanosilazane as a dark brown solid. The yield was 84.0% by weight.

生成したポリヒドロチタノシラザンは数平均分子量:1
800、重量平均分子量:15000(ゲル透過クロマトグラフ
ィ法、ポリスチレン標準)になった。このポリチタノシ
ラザンの乾燥キシレン溶液にポリエチルメタクリレート
(分子量34万)をポリチタノシラザンに対し5.0重量%
加え1時間カク拌した後、ロータリーエバポレーターで
溶媒を除去した。
The number average molecular weight of the produced polyhydrotitanosilazane was 1
800, weight average molecular weight: 15000 (gel permeation chromatography, polystyrene standard). To this dry xylene solution of polytitanosilazane, polyethylmethacrylate (molecular weight 340,000) was added to the polytitanosilazane at 5.0% by weight.
After the mixture was stirred for 1 hour, the solvent was removed by a rotary evaporator.

溶液が十分に曳糸性を示すようになった時減圧除去を
中止した。この溶液を乾式紡糸装置の脱泡容器に移送し
て紡糸溶液とした。約2時間、60℃で静置脱泡後、30℃
で口径0.1mmのノズルより、130℃の空気雰囲気下の紡糸
筒内に吐出し、300m/分の速度で巻き取り、平均繊維径1
0μmの繊維を得た。
The vacuum removal was stopped when the solution became sufficiently spinnable. This solution was transferred to a defoaming vessel of a dry spinning device to obtain a spinning solution. Approximately 2 hours after static degassing at 60 ℃, 30 ℃
With a nozzle with a diameter of 0.1 mm, it was discharged into a spinning cylinder in an air atmosphere of 130 ° C, wound at a speed of 300 m / min, and the average fiber diameter was 1
Fibers of 0 μm were obtained.

次いで、このポリメタロシラザン繊維に実施例1と同
様に500g/mm2の張力を作用させながら、窒素雰囲気下で
室温から1350℃まで、180℃/時間で昇温してSi−Ti−
N−C−O−H系繊維を得た。
Then, while applying a tension of 500 g / mm 2 to this polymetallosilazane fiber in the same manner as in Example 1, the temperature was raised from room temperature to 1350 ° C. at 180 ° C./hour in a nitrogen atmosphere and Si—Ti—
N-COH fiber was obtained.

この繊維をX線回折測定した結果、非晶質TiNの回折
線のみであった。
As a result of X-ray diffraction measurement of this fiber, only the diffraction line of amorphous TiN was found.

機械試験結果、組成は以下に示す通りであり優れた特
性を示した。
As a result of a mechanical test, the composition was as shown below and showed excellent properties.

引張強度(kg/mm2) 220〜360(平均290) 弾性率(ton/mm2) 22〜70(平均28) 組成 N/Si=0.95 O/Si=0.28 C/Si=0.35 H/Si=0.46 Ti/Si=0.02 (Si=54.5wt%、Ti=1.8、N=25.9、C=8.1、O=8.
7、H=1.9) またこのポリメタロシラザン繊維を、張力を作用させ
ず、室温から1500℃まで180℃/時間で昇温して得られ
た繊維をX線回折測定した結果、非晶質TiNの回折線の
みであり、高温まで結晶質α型あるいはβ型窒化珪素の
生成が抑制されることが判明した。
Tensile strength (kg / mm 2 ) 220 to 360 (average 290) Elastic modulus (ton / mm 2 ) 22 to 70 (average 28) Composition N / Si = 0.95 O / Si = 0.28 C / Si = 0.35 H / Si = 0.46 Ti / Si = 0.02 (Si = 54.5wt%, Ti = 1.8, N = 25.9, C = 8.1, O = 8.
(7, H = 1.9) Further, the polymetallosilazane fiber was heated from room temperature to 1500 ° C. at 180 ° C./hour at 180 ° C./hour without applying tension, and the fiber obtained was measured by X-ray diffraction. As a result, amorphous TiN was obtained. It was found that the formation of crystalline α-type or β-type silicon nitride was suppressed even at high temperatures.

実施例3.(Si−Zr−N−C−O−H繊維の製造) 内容積2000mlの四つ口フラスコにコンデンサー、シー
ラムキャップ、温度計、及びマグネティックスターラー
を装置した。反応器内部を乾燥窒素で置換した後四つ口
フラスコに参考例で得られたペルヒドロポリシラザンの
乾燥O−キシレン溶液ペルヒドロポリシラザン濃度:5.8
重量%)1000gを入れ撹拌しながらジルコニウムイソプ
ロポキシド18.3gr(0.055mol)を乾燥O−キシレン100m
lに溶解させたものを加えた。この混合溶液を、窒素雰
囲気下130℃で反応させた。反応溶液をGPC分取後、分子
量測定した結果、Mn=1850(ゲル透過クロマトグラフィ
法、ポリスチレン標準)であった。このポリジルコノシ
ラザンの乾燥キシレン溶液をロータリーエバポレーター
にて溶媒を除去した。
Example 3 (Production of Si-Zr-N-C-O-H fiber) A four-necked flask having an inner volume of 2000 ml was equipped with a condenser, a seam cap, a thermometer, and a magnetic stirrer. After replacing the inside of the reactor with dry nitrogen, a dry O-xylene solution of perhydropolysilazane obtained in Reference Example was placed in a four-necked flask. Perhydropolysilazane concentration: 5.8
%) 1000 g of zirconium isopropoxide and 18.3 gr (0.055 mol) of zirconium isopropoxide are dried and stirred with 100 m of O-xylene.
What was dissolved in 1 was added. This mixed solution was reacted at 130 ° C. under a nitrogen atmosphere. After GPC fractionation of the reaction solution, the molecular weight was measured and the result was Mn = 1850 (gel permeation chromatography, polystyrene standard). The solvent of the dry xylene solution of polyzirconosilazane was removed by a rotary evaporator.

溶液が十分に曳糸性を示すようになった時減圧除去を
中止した。
The vacuum removal was stopped when the solution became sufficiently spinnable.

この溶液を乾式紡糸装置の脱泡容器に移送して紡糸溶
液とした。約2時間60℃で静置脱泡後60℃で口径0.1mm
のノズルより120℃の空気雰囲気下の紡糸筒内に吐出
し、500m/分の速度で巻き取り平均繊維径8μmのポリ
ジルコノシラザン繊維を得た。
This solution was transferred to a defoaming vessel of a dry spinning device to obtain a spinning solution. Approximately 2 hours at 60 ℃, after degassing, at 60 ℃, caliber 0.1 mm
Was discharged from the nozzle into a spinning cylinder under an air atmosphere at 120 ° C., and was wound at a speed of 500 m / min to obtain a polyzirconosilazane fiber having an average fiber diameter of 8 μm.

次いでこのポリジルコノシラザン繊維に実施例1と同
様に500g/mm2の張力を作用させながら窒素雰囲気下で室
温から1350℃まで180℃/時間で昇温してSi−Zr−N−
C−O−H系繊維を得た。
Then, while applying a tension of 500 g / mm 2 to the polyzirconosilazane fiber in the same manner as in Example 1, the temperature was raised from room temperature to 1350 ° C. at 180 ° C./hour in a nitrogen atmosphere and Si—Zr—N— was added.
A COH fiber was obtained.

この繊維をX線回折測定した結果、非晶質相の回折線
のみであった。
As a result of X-ray diffraction measurement of this fiber, only the diffraction line of the amorphous phase was found.

この繊維の機械的強度組成は以下の通りである。 The mechanical strength composition of this fiber is as follows.

引張強度(kg/mm2) 200〜320(平均275) 弾性率(ton/mm2) 22〜74(平均29) 組成 N/Si=1.0 O/Si=0.24 C/Si=0.44 H/Si=0.55 Zr/Si=0.04 (Si=50.4wt%、Zr=7.0、N=25.2、C=9.5、O=6.
9、H=1.0) 実施例4.(Si−Ti−N−O繊維の製造) 実施例2と同様の方法で得られたポリチタノシラザン
繊維に500g/mm2の張力を作用させながら、アンモニア雰
囲気下で室温から1350℃まで180℃/時間で昇温して、S
i−Ti−N−O−系繊維を得た。
Tensile strength (kg / mm 2 ) 200 to 320 (average 275) Elastic modulus (ton / mm 2 ) 22 to 74 (average 29) Composition N / Si = 1.0 O / Si = 0.24 C / Si = 0.44 H / Si = 0.55 Zr / Si = 0.04 (Si = 50.4 wt%, Zr = 7.0, N = 25.2, C = 9.5, O = 6.
9, H = 1.0) Example 4. (Production of Si-Ti-NO fiber) While applying a tension of 500 g / mm 2 to the polytitanosilazane fiber obtained by the same method as in Example 2, In an ammonia atmosphere, the temperature was raised from room temperature to 1350 ° C at 180 ° C / hour, and S
An i-Ti-NO-based fiber was obtained.

この繊維をX線回折測定した結果、非晶質TiNの回折
線のみであった。
As a result of X-ray diffraction measurement of this fiber, only the diffraction line of amorphous TiN was found.

機械試験結果、組成は以下に示す通りであった。 As a result of the mechanical test, the composition was as shown below.

引張強度(kg/mm2) 200〜350(平均295) 弾性率(ton/mm2) 23〜72(平均28) 組成 N/Si=1.22 O/Si=0.28 Ti/Si=0.02 (Si=55.3wt%、Ti=1.8、N=34.0、O=8.7、C=0.
1 、H=0.1 ) 比較例1.(Si−N−O−C系繊維の製造) 参考例で得られたペルヒドロポリシラザンのピリジン
溶液1000mlを内容積2の耐圧反応容器に入れ、窒素雰
囲気、密閉系で120℃3時間撹拌しながら反応を行なっ
た。この間大量の気体が発生し、反応前後で圧力が2.0k
g/cm2上昇した。室温まで静置後、窒素で気体を放出置
換した。この改質されたペルヒドロポリシラザンの数平
均分子は2500であった。この溶液に1000mlのエチルベン
ゼンを加えて、温度70℃で溶媒を減圧留去したところ、
白色粉末が得られた。
Tensile strength (kg / mmTwo) 200-350 (average 295) Elastic modulus (ton / mmTwo) 23-72 (28 on average) Composition N / Si = 1.22 O / Si = 0.28 Ti / Si = 0.02 (Si = 55.3 wt%, Ti = 1.8, N = 34.0, O = 8.7, C = 0.
1 , H = 0.1 ) Comparative Example 1 (Production of Si-N-O-C Fiber) Pyridine of perhydropolysilazane obtained in Reference Example
1000 ml of the solution was placed in a pressure resistant reactor with an internal volume of 2 and placed in a nitrogen atmosphere.
The reaction is carried out in an air-tight, closed system while stirring at 120 ° C for 3 hours.
Was. During this time, a large amount of gas is generated and the pressure before and after the reaction is 2.0k.
g / cmTwoRose. After standing to room temperature, release the gas with nitrogen.
Changed. This modified perhydropolysilazane
The average molecular weight was 2500. Add 1000 ml of ethylben to this solution.
When zen was added and the solvent was distilled off under reduced pressure at a temperature of 70 ° C,
A white powder was obtained.

この白色粉末にトルエンを徐々に加えて溶解し、溶液
が十分に曳糸性を示すようになった時、トルエンの添加
を中止した。この溶液を乾式防止装置の脱泡容器に移送
し、約4時間、60℃で静置脱泡後、40℃で口径0.08mmの
ノズルより100℃のアルゴン雰囲気下の紡糸筒内に吐出
し、1000m/分の速度で巻き取り平均繊維径10μmの繊維
を得た。次いで前記紡糸繊維に500g/mm2の張力を作用さ
せながらN2雰囲気で室温から1350℃まで180℃/時間で
昇温してSi−N−O−C−H系繊維とした。
Toluene was gradually added to this white powder to dissolve it. When the solution became sufficiently spinnable, the addition of toluene was stopped. This solution was transferred to the defoaming container of the dry prevention device, degassed by leaving still at 60 ° C. for about 4 hours, and then discharged from a nozzle with a diameter of 0.08 mm at 40 ° C. into a spinning cylinder under an argon atmosphere of 100 ° C., A fiber having an average fiber diameter of 10 μm was wound at a speed of 1000 m / min. Then, the spun fiber was heated at 180 ° C./hour from room temperature to 1350 ° C. in a N 2 atmosphere while applying a tension of 500 g / mm 2 to obtain a Si—N—O—C—H fiber.

この繊維のX線回折測定を実施した結果、α型窒化珪
素の回折線(CuKα2θ=30.8゜、34.5゜、35.2゜、38.
8゜)が若であるが観測された。
As a result of X-ray diffraction measurement of this fiber, diffraction lines of α-type silicon nitride (CuKα2θ = 30.8 °, 34.5 °, 35.2 °, 38.
8 °) was young but observed.

この繊維の機械強度は、実施例のSi−M−N−C−O
−H系及びSi−M−N−O系繊維に比べ劣っていた。
The mechanical strength of this fiber is Si-M-N-C-O of the example.
It was inferior to -H and Si-M-N-O fibers.

引張強度(kg/mm2) 150〜230(平均200) 弾性率(ton/mm2) 15〜32(平均20) 組成 N/Si=0.96 O/Si=0.07 C/Si=0.02 H/Si=0.08 (Si=65.4wt%、N=31.4、O=2.5、C=0.5、H=0.
2)
Tensile strength (kg / mm 2 ) 150 to 230 (average 200) Elastic modulus (ton / mm 2 ) 15 to 32 (average 20) Composition N / Si = 0.96 O / Si = 0.07 C / Si = 0.02 H / Si = 0.08 (Si = 65.4 wt%, N = 31.4, O = 2.5, C = 0.5, H = 0.
2)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 礒田 武志 埼玉県新座市東北1丁目11番地の5 (72)発明者 茅 博司 埼玉県新座市野火止5丁目17番地の12 (56)参考文献 特開 昭61−28018(JP,A) 特開 平1−229817(JP,A) 特開 昭62−125015(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takeshi Isoda 5-11-1 Tohoku, Niiza-city, Saitama Prefecture (72) Inventor Hiroshi Kaya 12-12-5-5 Nobitome, Niiza City, Saitama Prefecture (56) References 61-28018 (JP, A) JP-A 1-229817 (JP, A) JP-A 62-125015 (JP, A)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】珪素、窒素、酸素及び金属類(元素周期律
表第1族〜第8族の金属元素の群から選ばれる1種又は
2種以上の金属元素)を必須成分とし、炭素及び水素を
任意成分とし、各元素の比が原子比で表わして、N/Si=
0.3〜3、O/Si=0.001〜15、M/Si(式中、Mは上記金属
類を表わす)=0.001〜5、C/Si=7以下、H/Si=15以
下であり、かつ非晶質から非晶質層/結晶質層混層結晶
層の構造を持つことを特徴とする窒化珪素質無機繊維。
1. Silicon, nitrogen, oxygen and metals (one or more metal elements selected from the group of metal elements of Groups 1 to 8 of the Periodic Table of Elements) as essential components, and carbon and Hydrogen is an arbitrary component, and the ratio of each element is expressed by the atomic ratio, N / Si =
0.3-3, O / Si = 0.001-15, M / Si (where M represents the above metals) = 0.001-5, C / Si = 7 or less, H / Si = 15 or less, and non- A silicon nitride inorganic fiber having a structure of crystalline to amorphous layer / crystalline layer mixed layer crystal layer.
【請求項2】実質的に珪素、窒素、酸素、金属類(元素
周期律表第1族〜第8族の金属元素の群から選ばれる1
種又は2種以上の金属元素)、炭素及び水素からなり、
各元素の比が原子比で表わして、N/Si=0.3〜5、O/Si
=0.001〜15、M/Si(式中、Mは上記金属類を表わす)
=0.001〜5、C/Si=0.001〜7、H/Si=0.001〜15であ
り、かつ非晶質から非晶質層/結晶質層混層結晶層の構
造を持つことを特徴とする窒化珪素質無機繊維。
2. Substantially silicon, nitrogen, oxygen and metals (1 selected from the group of metal elements of Groups 1 to 8 of the Periodic Table of the Elements).
One or more metal elements), carbon and hydrogen,
The ratio of each element is expressed by atomic ratio, N / Si = 0.3-5, O / Si
= 0.001 to 15, M / Si (wherein M represents the above metals)
= 0.001 to 5, C / Si = 0.001 to 7, H / Si = 0.001 to 15 and has a structure of amorphous to amorphous layer / crystalline layer mixed layer crystal layer Quality inorganic fiber.
【請求項3】ポリメタロシラザンを紡糸し、焼成して請
求項1に記載の窒化珪素質無機繊維を製造する方法。
3. A method for producing the silicon nitride inorganic fiber according to claim 1, wherein polymetallosilazane is spun and fired.
【請求項4】ポリメタロシラザンを紡糸し、焼成して請
求項2に記載の窒化珪素質無機繊維を製造する方法。
4. A method for producing a silicon nitride inorganic fiber according to claim 2, wherein polymetallosilazane is spun and fired.
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