JP3050959B2 - 超高強度耐熱性炭化ケイ素系繊維とその製造方法 - Google Patents
超高強度耐熱性炭化ケイ素系繊維とその製造方法Info
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- C04B35/571—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained from Si-containing polymer precursors or organosilicon monomers
Description
紡糸した繊維を前駆体(プリカーサー)とする超高強度耐
熱性炭化ケイ素系繊維とその製造方法に関するものであ
り、さらに詳しくは該前駆体にできる限り損傷を与えな
い方法で不融化処理することによって得られる、5GP
a(500kg/mm2)以上の高い強度と熱分解温度が18
00K以上の耐熱性とを有する超高強度耐熱性炭化ケイ
素系繊維と、該炭化ケイ素系繊維を電離性放射線を照射
して製造する方法に関するものである。
維は、ポリカルボシラン及びポリチタノカルボシランの
繊維を前駆体として、熱酸化により不融化処理を行い、
その後不活性ガス中で焼成して製造されている。このよ
うな繊維には、炭化ケイ素繊維(商品名:ニカロン)及び
チタン含有炭化ケイ素繊維(商品名:チラノ繊維)があ
る。
素が導入される。ニカロンでは、酸素が約10重量%、
チラノ繊維では約18重量%の酸素を含有している。こ
の含有酸素のために、ニカロン、チラノ繊維ともに15
00Kを越えると熱分解を起こし、強度が急激に低下し
てくる。熱分解以下の温度での最大強度はニカロンで3
GPa、チラノ繊維で3.5GPaと報告されている。
処理を電離性放射線を用いて行い酸素含有量を低減さ
せ、熱分解温度を1800K以上に向上させる試みがな
されている。このような方法によって製造された炭化ケ
イ素繊維は、1800Kで熱処理した後でも2.5GPa
の破断強度が保持される。
線を照射して、不融化処理に必要な照射線量を低減する
技術も開発されている。この技術は、放射線架橋の効率
を上げることを特徴とするものである。
化ケイ素繊維の強度を向上させる方法として、放射線酸
化で不融化処理する技術が開発されている。これによれ
ば、最大5GPaの破断強度を有する炭化ケイ素繊維が
得られる。しかしながら、この方法では繊維内に酸素が
導入されるために、耐熱性は熱酸化による不融化処理で
得られる炭化ケイ素繊維と同程度か又はこれを多少上回
るものでしかない。
発明は高強度と耐熱性とを共に有する炭化ケイ素系繊維
を提供することを目的とする。
照射によって前駆体を不融化処理してセラミック化する
方法では、不融化の際に前駆体に大きな損傷を与えると
考えられている。特に、その繊維表面層に欠陥やクラッ
クを生じさせていると推定される。
前駆体にそのような表面層の欠陥を少なくし、且つ酸素
の導入を無くする方法を目指して鋭意研究し、本発明に
到達したものである。
〜15容量%のアセチレンガスと残部がヘリウムガスの
混合気流中で有機ケイ素系化合物の繊維から成る前駆体
に電離性放射線を照射して不融化処理をした後、不活性
ガス中で焼成して得られた、1800K以上の分解温
度、5GPa以上の破断強度及び30GPa以上の弾性率
を有する超高強度耐熱性炭化ケイ素系繊維であることを
特徴とする。
系繊維は、2〜15容量%のアセチレンガスと残部がヘ
リウムガスの混合気流中で有機ケイ素系化合物の繊維か
ら成る前駆体に電離性放射線を照射して不融化処理をし
た後、不活性ガス中で焼成する方法により製造される。
有機ケイ素系化合物とは、炭素−ケイ素結合を有する高
分子化合物をいい、例えばポリカルボシラン若しくはポ
リカルボシラン系化合物、又はポリメチルシラン系化合
物等を用いることができる。ポリカルボシラン系化合物
には、例えばポリチタノカルボシラン等がある。また、
ポリメチルシラン系化合物には、例えばポリシラン等が
ある。前駆体は、有機ケイ素系化合物を繊維の形態とし
て用い、ステープルファイバーのような短繊維または連
続フィラメントのような長繊維の形態のいずれも使用で
きる。
ガスとしてのヘリウムの気流中に反応性ガスとしてのア
セチレンを添加した状態で行い、前駆体の放射線架橋が
促進されると共に、その表面層にアセチレンが反応し
て、欠陥やクラックが修復される。すなわちアセチレン
ガスは、繊維表面で反応して前駆体の高分子間に架橋を
生じさせるために、比較的少ない照射線量で不融化処理
ができ、且つ表面層及び内部に生じる欠陥部を低減する
ことができる。
線の照射によって前駆体の表面に高分子の架橋を形成す
るものをいい、特に、アセチレンを用いる。
及び反応に伴う繊維の発熱を熱伝導によって冷却させる
と共に、反応性ガスを希釈することでその単独重合や不
均一重合を抑制する働きがある。本発明において使用さ
れる不活性ガスはヘリウムである。
ヘリウムの混合ガスを流通させる。混合ガス中のアセチ
レンの容量比は2〜15%の範囲とする。アセチレンが
2%未満の場合、有機ケイ素系化合物の繊維とのラジカ
ル反応が不十分となり、一方、15%よりも多いと放射
線によるアセチレンの単独重合が生じてしまう。
は、α線、β線、γ線、X線、加速電子線又は紫外線等
がある。実用的にはγ線又は加速電子線を用いることが
有利である。電離性放射線の照射線量は10kGy〜10
MGyの範囲であることが、前駆体不融化及びアセチレ
ンによる架橋反応を効率的に行う観点から好ましく、特
に0.3MGy〜3MGyであることが好ましい。
に、不活性ガス中で焼成を行う。焼成に用いられる不活
性ガスには、例えばアルゴン、ヘリウム、窒素等があ
る。焼成温度は使用する前駆体の種類によって異なる
が、一般に800Kから1800Kの範囲である。
素系繊維は、分解温度1800K以上を有し、しかも破
断強度が5GPa以上、弾性率が30GPa以上を有する
超高強度耐熱性繊維である。
に説明する。
0μm)を前駆体として用いた。この繊維をガラス製の照
射容器に入れ、容器内を真空排気した後、12容量%の
アセチレンガスを混合したヘリウムガスをこの容器内に
流通させながら2MeVの電子線を照射した。線量率は
1kGy/sであり、照射線量は2MGy及び4MGyであっ
た。次いで、アルゴンガス流通下で温度1400Kで1
時間焼成して炭化ケイ素繊維を得た。
室温にて引張試験を行いその弾性率と破断強度を測定し
た。その結果、線量が2MGyのときの弾性率は250
GPa、破断強度は5.6GPaであり、線量が4MGyの
ときの弾性率は310GPa、破断強度は6.7GPaで
あった。また、この繊維の分解温度は1800Kであっ
た。
とを用いて炭化ケイ素繊維を製造した。混合ガスは、ア
セチレンガスを6容量%混合したヘリウムガスであっ
た。電子線を4MGy照射した後、アルゴンガス流通下
で温度1800Kで1時間焼成して、炭化ケイ素繊維を
得た。
室温にて引張試験を行いその弾性率と破断強度を測定し
た。その結果、弾性率は350GPa、破断強度は5.0
GPaであった。また、この繊維の分解温度は1800
Kであった。
とを用いて炭化ケイ素繊維を製造した。アセチレンを8
容量%混合したヘリウム気流中で温度2000Kで1時
間焼成して炭化ケイ素繊維を得た。
ついて室温にて引張試験を行い、その弾性率と破断強度
を測定した。その結果、弾性率は250GPa、破断強
度は1.5GPaであった。
Claims (3)
- 【請求項1】 2〜15容量%のアセチレンガスと残部
がヘリウムガスの混合気流中で有機ケイ素系化合物の繊
維から成る前駆体に電離性放射線を照射して不融化処理
をした後、不活性ガス中で焼成して得られた、1800
K以上の分解温度、5GPa以上の破断強度及び30G
Pa以上の弾性率を有する超高強度耐熱性炭化ケイ素系
繊維。 - 【請求項2】 有機ケイ素系化合物が、ポリカルボシラ
ン若しくはポリカルボシラン系化合物、又はポリメチル
シラン系化合物である請求項1に記載の炭化ケイ素系繊
維。 - 【請求項3】 2〜15容量%のアセチレンガスと残部
がヘリウムガスの混合気流中で有機ケイ素系化合物の繊
維から成る前駆体に電離性放射線を照射して不融化処理
をした後、不活性ガス中で焼成することから成る超高強
度耐熱性炭化ケイ素系繊維の製造方法。
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1992
- 1992-11-04 US US07/971,088 patent/US5322822A/en not_active Expired - Lifetime
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