JP2931648B2 - 窒化ケイ素被覆繊維の製造方法 - Google Patents
窒化ケイ素被覆繊維の製造方法Info
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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FRP、FRM、FRCなどに使用される高強度で熱
伝導性に優れた窒化ケイ素被覆繊維の製造方法に関す
る。
伝導性に優れた窒化ケイ素被覆繊維の製造方法に関す
る。
従来、複合強化繊維としては、（シリカ＋アルミナ）
質又はアルミナ質の連続又は短繊維や、炭化ケイ素ウィ
スカー又は窒化ケイ素ウィスカーをはじめとするセラミ
ックウィスカーが使用されてきた。しかし、シリカ（シ
リカ＋アルミナ）質又はアルミナ質の連続又は短繊維を
用いて複合材を作製した場合、強度的には不充分であ
る。また、セラミックウィスカーは高価なため、用途が
限定されていた。
質又はアルミナ質の連続又は短繊維や、炭化ケイ素ウィ
スカー又は窒化ケイ素ウィスカーをはじめとするセラミ
ックウィスカーが使用されてきた。しかし、シリカ（シ
リカ＋アルミナ）質又はアルミナ質の連続又は短繊維を
用いて複合材を作製した場合、強度的には不充分であ
る。また、セラミックウィスカーは高価なため、用途が
限定されていた。
そこで、高強度で高熱伝導性の繊維状フィラー材とし
て、窒化ケイ素質繊維が有望視されている。従来、窒化
ケイ素質繊維の製造方法としては、例えば特開昭64−45
817号公報に記載された方法が提供されている。この方
法は、ペルヒドロポリシラザンを、塩基性条件下、アン
モニア又はヒドラジンと重縮合反応させて改質ペルヒド
ロポリシラザンを形成する工程と、改質ペルヒドロポリ
シラザンを含む紡糸溶液を形成する工程と、該紡糸溶液
を紡糸して改質ペルヒドロポリシラザンの繊維を形成す
る工程と、該繊維を焼成して窒化珪素繊維を形成する工
程からなるものである。
て、窒化ケイ素質繊維が有望視されている。従来、窒化
ケイ素質繊維の製造方法としては、例えば特開昭64−45
817号公報に記載された方法が提供されている。この方
法は、ペルヒドロポリシラザンを、塩基性条件下、アン
モニア又はヒドラジンと重縮合反応させて改質ペルヒド
ロポリシラザンを形成する工程と、改質ペルヒドロポリ
シラザンを含む紡糸溶液を形成する工程と、該紡糸溶液
を紡糸して改質ペルヒドロポリシラザンの繊維を形成す
る工程と、該繊維を焼成して窒化珪素繊維を形成する工
程からなるものである。
しかし、従来の方法は、高価な原料を必要とし、しか
も製造プロセスが複雑である。このため、この方法では
高価な窒化ケイ素質繊維しか得られず、この方法は実用
化されるには至っていない。
も製造プロセスが複雑である。このため、この方法では
高価な窒化ケイ素質繊維しか得られず、この方法は実用
化されるには至っていない。
本発明の目的は、安価な原料を用い、簡易なプロセス
により、高強度かつ高熱伝導性の窒化ケイ素被覆繊維を
製造し得る方法を提供することにある。
により、高強度かつ高熱伝導性の窒化ケイ素被覆繊維を
製造し得る方法を提供することにある。
本発明の窒化ケイ素被覆繊維の製造方法は、シリカ粉
又はシリカを主成分とするケイ素源粉末と（シリカ＋ア
ルミナ）質又はアルミナ質のセラミック繊維との混合物
を、炭化水素ガスとアンモニアガスとの混合ガス気流中
で1200〜1700℃に加熱することを特徴とするものであ
る。
又はシリカを主成分とするケイ素源粉末と（シリカ＋ア
ルミナ）質又はアルミナ質のセラミック繊維との混合物
を、炭化水素ガスとアンモニアガスとの混合ガス気流中
で1200〜1700℃に加熱することを特徴とするものであ
る。
本発明においては、原料として、シリカ粉又はシリカ
を主成分とするケイ素源粉末と（シリカ＋アルミナ）質
又はアルミナ質のセラミック繊維が用いられる。シリカ
粉又はシリカを主成分とするケイ素源粉末としては、例
えばヒュームドシリカが挙げられる。（シリカ＋アルミ
ナ）質又はアルミナ質のセラミック繊維としては、安価
な断熱材用繊維などを用いることができる。繊維の径、
長さ、シリカ／アルミナの比、結晶性は特に限定されな
い。ケイ素源粉末と繊維との混合粉末のカサ密度は特に
限定されない。この混合粉末中に含まれる繊維が少なす
ぎると、窒化ケイ素の生成反応の進行が遅くなり、未反
応のシリカが残る。このため、繊維／ケイ素源粉末の比
は、1/100以上、更に1/100〜20/100であることが好まし
い。繊維／ケイ素源粉末の比が1/100以上の範囲では、
その比に応じて、繊維表面に生成する窒化ケイ素層の厚
さをコントロールすることができる。窒化ケイ素層の厚
さは、この比が小さければ厚くなり、大きければ薄くな
る。すなわち、この比により窒化ケイ素被覆繊維の径を
制御できる。
を主成分とするケイ素源粉末と（シリカ＋アルミナ）質
又はアルミナ質のセラミック繊維が用いられる。シリカ
粉又はシリカを主成分とするケイ素源粉末としては、例
えばヒュームドシリカが挙げられる。（シリカ＋アルミ
ナ）質又はアルミナ質のセラミック繊維としては、安価
な断熱材用繊維などを用いることができる。繊維の径、
長さ、シリカ／アルミナの比、結晶性は特に限定されな
い。ケイ素源粉末と繊維との混合粉末のカサ密度は特に
限定されない。この混合粉末中に含まれる繊維が少なす
ぎると、窒化ケイ素の生成反応の進行が遅くなり、未反
応のシリカが残る。このため、繊維／ケイ素源粉末の比
は、1/100以上、更に1/100〜20/100であることが好まし
い。繊維／ケイ素源粉末の比が1/100以上の範囲では、
その比に応じて、繊維表面に生成する窒化ケイ素層の厚
さをコントロールすることができる。窒化ケイ素層の厚
さは、この比が小さければ厚くなり、大きければ薄くな
る。すなわち、この比により窒化ケイ素被覆繊維の径を
制御できる。
本発明において、前述した原料粉末は炭化水素ガスと
アンモニアガスとの混合ガス気流中で1200〜1700℃に加
熱される。この混合ガスに関しては、炭化水素ガス／NH
3ガスの体積比が小さすぎると反応の進行が遅くなり、
大きすぎるとカーボンが副生する。したがって、この比
は0.1〜50/100、更に0.1〜20/100であることが好まし
い。反応温度を1200〜1700℃と限定したのは、1200℃未
満では反応の進行が遅くなり、1700°を超えると繊維が
損傷したり、SiCが副生するためである。
アンモニアガスとの混合ガス気流中で1200〜1700℃に加
熱される。この混合ガスに関しては、炭化水素ガス／NH
3ガスの体積比が小さすぎると反応の進行が遅くなり、
大きすぎるとカーボンが副生する。したがって、この比
は0.1〜50/100、更に0.1〜20/100であることが好まし
い。反応温度を1200〜1700℃と限定したのは、1200℃未
満では反応の進行が遅くなり、1700°を超えると繊維が
損傷したり、SiCが副生するためである。
以下、本発明の実施例を説明する。
セラミック繊維としては、表１表に示すＡ〜Ｃの３種
のものを用いた。シリカ粉末としては、ヒュームドシリ
カを用いた。これらの原料を用い、以下の条件で反応を
行った。これらの条件を表２表にまとめて示す。
のものを用いた。シリカ粉末としては、ヒュームドシリ
カを用いた。これらの原料を用い、以下の条件で反応を
行った。これらの条件を表２表にまとめて示す。
実験No.1〜５ セラミック繊維A/シリカの重量比を種々変化させ、 液化石油ガス（以下LPGという）／NH3の体積比＝2/100
とし、合成温度1450℃の条件で反応させた。
とし、合成温度1450℃の条件で反応させた。
実験No.6〜10 セラミック繊維A/シリカの重量比＝10/100とし、LPG/
NH3の体積比を種々変化させ、合成温度1450℃の条件で
反応させた。
NH3の体積比を種々変化させ、合成温度1450℃の条件で
反応させた。
実験No.11〜14 セラミック繊維A/シリカの重量比＝10/100、LPG/NH3
の体積比＝2/100とし、合成温度を種々変化させて反応
させた。
の体積比＝2/100とし、合成温度を種々変化させて反応
させた。
実験No.15〜17 セラミック繊維Ａの代わりに、セラミック繊維Ｂ又は
Ｃを用い、セラミック繊維／シリカの重量比＝10〜20/1
00、LPG/NH3の体積比＝2/100、合成温度1450℃の条件で
反応させた。
Ｃを用い、セラミック繊維／シリカの重量比＝10〜20/1
00、LPG/NH3の体積比＝2/100、合成温度1450℃の条件で
反応させた。
各条件で得られた繊維について、径、長さ、表面に生
成した窒化ケイ素層の厚さ、及び結晶相（Ｘ線回折）を
調べた結果を第２表に示す。
成した窒化ケイ素層の厚さ、及び結晶相（Ｘ線回折）を
調べた結果を第２表に示す。
第２表から明らかなように、セラミック繊維／ケイ素
源粉末の重量比を変化させることにより、セラミック繊
維の表面に生成する窒化ケイ素層の厚さ、すなわち窒化
ケイ素被覆繊維の径を制御できることがわかる。又、LP
G/NH3の体積比が0.1〜50/100好ましくは0.1〜20/100の
範囲で、良好な窒化ケイ素被覆繊維を得ることができ
る。また、合成温度が1200〜1700℃の範囲で、良好な窒
化ケイ素被覆繊維を得ることができる。更に、セラミッ
ク繊維のシリカ／アルミナの組成比にはかかわらず、良
好な窒化ケイ素被覆繊維を得ることができる。実際に、
セラミック繊維Ｂを使用して得られたSi3N4被覆繊維の
形状を示す電子顕微鏡写真を第１図に示す。
源粉末の重量比を変化させることにより、セラミック繊
維の表面に生成する窒化ケイ素層の厚さ、すなわち窒化
ケイ素被覆繊維の径を制御できることがわかる。又、LP
G/NH3の体積比が0.1〜50/100好ましくは0.1〜20/100の
範囲で、良好な窒化ケイ素被覆繊維を得ることができ
る。また、合成温度が1200〜1700℃の範囲で、良好な窒
化ケイ素被覆繊維を得ることができる。更に、セラミッ
ク繊維のシリカ／アルミナの組成比にはかかわらず、良
好な窒化ケイ素被覆繊維を得ることができる。実際に、
セラミック繊維Ｂを使用して得られたSi3N4被覆繊維の
形状を示す電子顕微鏡写真を第１図に示す。
なお、（シリカ＋アルミナ）質又はアルミナ質のセラ
ミック繊維の代わりに、（シリカ＋アルミナ）質又はア
ルミナ質の粒子を用いれば、その表面に任意の厚さの窒
化ケイ素層が形成された窒化ケイ素被覆粒子を合成する
ことができる。実際に、アルミナ99.9％の粒子（粒径３
μｍ）を使用し、粒子／シリカ＝10/100の条件で合成さ
れたSi3N4被覆粒子の製造を示す電子顕微鏡写真を第２
図に示す。
ミック繊維の代わりに、（シリカ＋アルミナ）質又はア
ルミナ質の粒子を用いれば、その表面に任意の厚さの窒
化ケイ素層が形成された窒化ケイ素被覆粒子を合成する
ことができる。実際に、アルミナ99.9％の粒子（粒径３
μｍ）を使用し、粒子／シリカ＝10/100の条件で合成さ
れたSi3N4被覆粒子の製造を示す電子顕微鏡写真を第２
図に示す。
以上詳述したように本発明の方法を用いれば、安価な
原料を用い、簡易なプロセスにより、高強度かつ高熱伝
導性の窒化ケイ素被覆繊維を製造することができる。同
様に、高熱伝導性のSi3N4被覆粒子を製造することもで
きる。
原料を用い、簡易なプロセスにより、高強度かつ高熱伝
導性の窒化ケイ素被覆繊維を製造することができる。同
様に、高熱伝導性のSi3N4被覆粒子を製造することもで
きる。
第１図は本発明の実施例において製造されたSi3N4被覆
繊維の形状を示す写真、第２図は本発明の他の実施例に
おいて製造されたSi3N4被覆粒子の製造を示す写真であ
る。
繊維の形状を示す写真、第２図は本発明の他の実施例に
おいて製造されたSi3N4被覆粒子の製造を示す写真であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 肇 愛知県名古屋市港区築三町１丁目11番地 株式会社エス・ティー・ケー・セラミ ックス研究所内 (72)発明者 山下 肇 神奈川県秦野市曽屋30番地 東芝セラミ ックス株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 平１−179709（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−179706（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) D06M 11/77 D01F 11/00 D01F 9/08
Claims (1)
- 【請求項１】シリカ粉又はシリカを主成分とするケイ素
源粉末と（シリカ＋アルミナ）質又はアルミナ質のセラ
ミック繊維との混合物を、炭化水素ガスとアンモニアガ
スとの混合ガス気流中で1200〜1700℃に加熱することを
特徴とする窒化ケイ素被覆繊維の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20671490A JP2931648B2 (ja) | 1990-08-06 | 1990-08-06 | 窒化ケイ素被覆繊維の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20671490A JP2931648B2 (ja) | 1990-08-06 | 1990-08-06 | 窒化ケイ素被覆繊維の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0491226A JPH0491226A (ja) | 1992-03-24 |
| JP2931648B2 true JP2931648B2 (ja) | 1999-08-09 |
Family
ID=16527896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20671490A Expired - Fee Related JP2931648B2 (ja) | 1990-08-06 | 1990-08-06 | 窒化ケイ素被覆繊維の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2931648B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2701256B1 (fr) * | 1993-02-08 | 1995-04-28 | Europ Propulsion | Procédé d'obtention d'un matériau céramique à base de Sialon par réduction d'un précurseur aluminosilicaté et application à la formation de revêtement céramique sur un substrat réfractaire. |
-
1990
- 1990-08-06 JP JP20671490A patent/JP2931648B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0491226A (ja) | 1992-03-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |