JP3690908B2 - 非晶質無機繊維 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、断熱材、フィルタ材またはプラスチック、金属、金属間化合物、セラミックス、コンクリート等の強化材等その他広範な用途に使用される非晶質無機繊維に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス繊維は、住宅用等の断熱材、プラスチックおよびコンクリート用の強化材等広範な用途に使用されている。これは、ガラス繊維が、非晶質構造であることなどにより高強度を有することや低価格であることなどによっている。
しかしながらガラス繊維は、高温での強度低下が著しいために、高温構造部材としての使用に耐えるものではなく、またＳｉＯ2 を主成分とし、一般的にはアルカリ金属酸化物および／またはアルカリ土類金属酸化物を含有するために、例えば強化材としては、成形温度が低く、その温度において上記物質と化学反応を起こさない基材のみを対象にせざるを得ない。
【０００３】
一方、金属の弾性率、高温強度等の改善のためには、ウィスカーや短繊維、連続繊維等で金属を強化する方法が有効とされ、これらの繊維で強化した金属基複合材料の製造研究が行われている。中でも強化用繊維として連続繊維を用いた場合が、弾性率、強度等の改善が著しいことから、現在、Ａｌ2 Ｏ3 系、ＳｉＣ系等の連続繊維を強化用繊維として用いた金属基複合材料の製造研究が最も活発になされている。
【０００４】
しかしながら、これらの連続繊維はいかなる温度範囲においても十分な延性加工性を有するものではなく、連続繊維強化型の金属基複合材料を従来の金属材料やウィスカーや短繊維強化型の金属基複合材料と同様に二次成形することは不可能である。
したがって、連続繊維強化型金属基複合材料の形状は現在のところ比較的単純なものに限られており、その広範な用途への適用のためには、最高使用温度においては十分な強度を持ちながらも、成形温度近傍においては延性加工性を有する連続繊維の開発が必要である。
【０００５】
米国特許第５，６０５，８７０号には、１０poises以下の粘度を有する溶融液より製造されるセラミックファイバーが開示されている。この繊維は、それ自体公知のいわゆるmelt extraction 法により製造され、非晶質相及び／又は結晶相から構成されている。しかし、非晶質相のみから構成される繊維の組成と物性との関係については何ら記載はない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような現状を鑑みて、本発明者らは、高強度を有し、高温での性能低下がほとんどなく、延性加工性を有する繊維を得るべく鋭意研究を重ね、本発明に記す新規な非晶質無機繊維を見出した。
すなわち、Ａ（ＡはＡｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｇａ及びＧｅからなる群から選択される少なくとも一種の元素）、Ｏおよび少なくとも一種の希土類金属元素から構成される溶融液を回転ロールに接触させて冷却し、細線状に凝固させて製造される非晶質無機繊維が、強化用繊維として十分な強度を持ち、その強度が高温（８００℃）でも低下することがないにも関わらず、８５０〜１１００℃の温度範囲で粘性流動加工性を有するという従来の繊維にはない特性を持つことが見出された。
【０００７】
本発明の目的は、室温から高温までの引張強度が大きく、粘性流動加工性を有し、断熱材、フィルタ材またはプラスチック、金属、金属間化合物、セラミックス、コンクリート等の強化材等その他広範な用途に好適に使用することができる非晶質無機繊維を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明は、Ａ（ＡはＡｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｇａ及びＧｅからなる群から選択される少なくとも一種の元素）、Ｏおよび少なくとも一種の希土類金属元素から構成され、８５０〜１１００℃の温度範囲で粘性流動加工性を有することを特徴とする非晶質無機繊維に関する。
【０００９】
この非晶質無機繊維は、構成元素の溶融液を急冷し細線状に凝固させて製造されるものである。
ここで、「粘性流動加工性」とは過冷却液体領域における粘性流動による塑性変形を利用した成形加工性を意味する。また、「非晶質」とはＸ線回折によりブロードなハローパターンを示す材料の原子構造を意味する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
Ａとしては、Ａｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｇａ及びＧｅからなる群から選択される少なくとも一種の元素が挙げられ、特に、Ａｌ，Ｃｒは得られる非晶質繊維の高温強度が高くなるので好ましい。
また、Ａが二種以上の元素である場合、あるいは、前記元素以外に、さらにＭｇ，Ｃａ，Ｂａ及びＳｉからなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有する場合には、得られる繊維が非晶質化し易くなる。
【００１１】
希土類金属元素としては、Ｇｄ，Ｌａ，Ｓｍ，Ｙ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕ，Ｄｙ，Ｙｂ，Ｅｒ，Ｔｂ，Ｈｏ，Ｔｍ及びＬｕからなる群から選択される少なくとも一種の元素が挙げられ、特に、Ｇｄ，Ｌａ，Ｓｍは得られる非晶質無機繊維の強度が高くなるので好ましい。
【００１２】
本発明の非晶質無機繊維におけるＡの割合は、Ａｌ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｇａの場合はＡ2 Ｏ3 換算で、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｇｅの場合はＡＯ2 換算で、Ｍｎ，Ｎｉの場合はＡＯ換算で、１０〜９０モル％の範囲にあることが好ましい。
また、本発明の非晶質無機繊維の形状は、特に限定されないが、円形または円形に近い断面を有することが好ましい。本発明の非晶質無機繊維は連続繊維としても、短繊維としても使用できる。
【００１３】
非晶質無機繊維の横断面の寸法は、断面形状にもより一概ではないが、３〜５０μｍ、好ましくは、５〜３０μｍの直径のものが好ましい。
非晶質無機繊維の室温、好ましくはさらに８００℃における引張強度は、２．０GPa 以上、好ましくは２．５GPa 以上であることが望ましい。
本発明の非晶質無機繊維は、８５０〜１１００℃の温度範囲内で粘性流動加工性を有することを特徴とし、本発明の非晶質無機繊維で強化した材料あるいは成形体をこの粘性流動加工性を利用して二次成形加工した後も本発明の非晶質無機繊維はその強度（室温〜８００℃）を実質的に失わないことが可能である。従って、本発明の非晶質無機繊維は二次成形加工性を有する強化用無機繊維として、有用である。
【００１４】
本発明の非晶質無機繊維は、Ａ（ＡはＡｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｇａ及びＧｅからなる群から選択される少なくとも一種の元素）、Ｏおよび少なくとも一種の希土類金属元素から構成される溶融液を、例えば、回転ロールに接触させるなどの方法で急冷し、細線状に凝固させることにより製造することができる。
【００１５】
溶融前の原料としては、一般的にはＡの酸化物および希土類金属元素の酸化物が用いられるが、溶融した時に酸化物になるものであればよく、水酸化物、炭酸塩等を用いてもよい。また、原料の形態としては、粉体、成形体、焼結体、凝固体のいずれでも良く、また、これらの二つ以上が組み合わさったものでも良い。
【００１６】
前記の原料の溶解方法は、少なくとも該原料の回転ロールに接触する部分をその融点以上の温度に加熱することが可能な方法であればいかなる方法でも良く、加熱源として、例えば、アーク、レーザー、電子ビーム、光、赤外線、高周波等を用いることができる。高周波を用いる場合は、該原料が室温近傍においてほとんど導電性を有さないために、導電性を有しかつ該原料の融点より高い融点を有する坩堝に該原料を収容する必要がある。例えば、Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｉｒ，Ｎｂ等の坩堝が好適に用いられる。また、原料が粉体である場合も上記のような材質の坩堝や支持台を用いる必要があるが、この場合は上記坩堝に加えて、水などによって冷却を施したＣｕ製の坩堝や支持台等を使用することもできる。原料が粉体である場合以外でもこれらの坩堝や支持台等を好適に使用することができる。
【００１７】
原料の溶解は、大気中、不活性ガス中、還元性ガス中、炭化水素ガス中、真空中などいかなる雰囲気中で行われても良いが、原料の融点以下の温度において酸化されやすい坩堝等を用いる場合は、アルゴンガスやヘリウムガスなどの不活性ガス雰囲気中または真空中などで溶解を行うことが好ましい。また、アークにより原料を溶解する場合は、アークが発生するに十分なアルゴンガス等が雰囲気中に含まれている必要がある。
【００１８】
回転ロールの材質には特に制限はないが、熱伝導率が大きいものや高融点金属などがロールの寿命や得られる繊維の品質の安定性の点で好ましい。具体的には、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ等を好適に使用することができる。
【００１９】
回転ロールと溶融液との接触は、例えば、溶融液中に回転ロールの先端を回転接触させるとか、あるいは回転ロール上に溶融液が落下させるなどのいずれの態様でもよい。
しかし、溶融液中に回転ロールの先端を回転接触させ、回転ロールの形状としてその先端が溶融液と小さい面積で接触することが可能なものが、得られる繊維の断面形状を均一にするのに都合が良く、例えば図１に示すように、先端にＶ字型の突起を有する回転ロールを好適に使用することができる。
【００２０】
このような回転ロールを溶融液に接触させる際の回転ロールの周速度は１０ｍ／sec 以下であることが望ましい。周速度が１０ｍ／sec より速い場合は、断面積が一定の繊維を得ることが難しくなる場合があるためである。
【００２１】
本発明の非晶質繊維を製造する装置としては、例えば図２に示すような機構を有するものを使用することができる。Ｗ電極（１）と水冷を施されたＣｕ製坩堝（２）の間に発生させたアーク（３）により溶解されたＡ（ＡはＡｌまたはＣｒ）、Ｏおよび希土類金属元素から構成される溶融液（４）をＣｕ製坩堝を横方向に移動させることにより矢印の方向に回転するロール（５）に接触させ細線状に凝固させることで非晶質無機繊維（６）を得るものである。
【００２２】
そのほか、非晶質金属を製造する方法として公知の製法、製造装置を使用することもできる。要するに、本発明の特性を持つ非晶質無機繊維が得られる条件で製造できればよい。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示して本発明についてさらに具体的に説明する。
実施例１
原料にはα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＹ2 Ｏ3 粉末を用いた。α−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＹ2 Ｏ3 粉末をモル比で前者を８２、後者を１８の割合でエタノールを用いた湿式ボールミルによって混合し、得られたスラリーからロータリーエバポレータを用いてエタノールを除去した。
【００２４】
得られた混合粉末をステンレス製のダイスを用いて一軸プレスにより直径１０mm、高さ１０mmの円柱状に成形し、次いでこの円柱状成形体をアークにより溶解しボタン状の凝固体を得た。
このボタン状凝固体を図２に示す水冷を施したＣｕ製坩堝（２）に収容し、その後、図２の機構が収容される系内を−０．０４MPa のアルゴンガス雰囲気にし、Ｗ電極とＣｕ製坩堝の間にアークを発生させた。アークによってボタン状凝固体を溶解し、この溶解状態を維持したまま、Ｃｕ製坩堝を移動させて、２ｍ／sec の周速度で回転する先端に３０°のＶ字型突起を有する直径７０mmのＣｕ製ロールに接触させ、平均直径１５μｍの連続繊維を得た。
【００２５】
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
【００２６】
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１５０％の伸びを示した。
つまり、この繊維が繊維強化型金属基複合材料の実質的な最高使用温度（Ｔｉ基の場合で６００℃以上）以上の温度で室温と同等の十分な強度を持ちながらも、その温度以上の多くの金属材料が成形可能な温度では粘性流動加工性を有することが示された。
【００２７】
実施例２
原料粉末にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＧｄ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で７８：２２とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００２８】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で２２０％の伸びを示した。
【００２９】
実施例３
原料粉末にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＬａ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で７７．５：２２．５とし、また回転ロールの周速度を１ｍ／sec にした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００３０】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、９００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
９００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で２３０％の伸びを示した。
【００３１】
実施例４
原料粉末にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＰｒ6 Ｏ11粉末を用い、その混合比をモル比で７８．８：２１．２とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００３２】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、９００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
９００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１６０％の伸びを示した。
【００３３】
実施例５
原料粉末にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＮｄ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で８０．３：１９．７とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００３４】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１７０％の伸びを示した。
【００３５】
実施例６
原料粉末にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＳｍ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で６９：３１とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００３６】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で２２０％の伸びを示した。
【００３７】
実施例７
原料粉末にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＥｕ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で７１．７：２８．３とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００３８】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、９００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
９００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１７０％の伸びを示した。
【００３９】
実施例８
原料粉末にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＤｙ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で７８．９：２１．１とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００４０】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１６０％の伸びを示した。
【００４１】
実施例９
原料粉末にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＹｂ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で８３．７：１６．３とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００４２】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１８０％の伸びを示した。
【００４３】
実施例１０
原料粉末にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＥｒ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で８１．１：１８．９とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００４４】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１７０％の伸びを示した。
【００４５】
実施例１１
原料粉末にＣｒ2 Ｏ3 粉末とＧｄ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で８０：２０とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００４６】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で２００％の伸びを示した。
【００４７】
実施例１２
原料粉末にＣｒ2 Ｏ3 粉末とＥｒ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で７８：２２とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００４８】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１６０％の伸びを示した。
【００４９】
実施例１３
原料粉末にＺｒＯ2 粉末とＬａ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で６５：３５とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００５０】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１６０％の伸びを示した。
【００５１】
実施例１４
原料粉末にＭｎＯ粉末とＧｄ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で２７：７３とし、また回転ロールの周速度を１ｍ／sec にした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００５２】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１７０％の伸びを示した。
【００５３】
実施例１５
原料粉末にＦｅ2 Ｏ3 粉末とＳｍ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で１６．８：８３．２とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００５４】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１８０％の伸びを示した。
【００５５】
実施例１６
原料粉末にＧａ2 Ｏ3 粉末とＧｄ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で６９．２：３０．８とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００５６】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１７０％の伸びを示した。
【００５７】
実施例１７
原料粉末にＧｅＯ2 粉末とＬａ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で４５．５：５４．５とし、また回転ロールの周速度を１．５ｍ／sec にした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００５８】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１６０％の伸びを示した。
【００５９】
実施例１８
原料粉末にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末、Ｙ2 Ｏ3 粉末及びＭｇＯ粉末を用い、その混合比をモル比で６６．３：３２．７：１とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００６０】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１９０％の伸びを示した。
【００６１】
比較例１
原料にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＺｒＯ2 粉末を用い、その混合比をモル比で前者を６２、後者を３８とし、また回転ロールの周速度を０．５ｍ／sec にした以外は実施例１と同様の方法で平均直径１５μｍの連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンとシャープなピークが示されたことにより、非晶質相と結晶相が混在したものであることがわかった。
【００６２】
この繊維の室温および８００℃、１０００℃の空気中での引張試験を実施例１と同様の条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は脆性的に破断し、引張強度は０．３GPa であった。
【００６３】
比較例２
原料にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末、ＺｒＯ2 粉末、ＴｉＯ2 を用い、その混合比をモル比で前者より４４．８，３７．９，１７．３とした以外は比較例１と同様の方法で平均直径１５μｍの連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンとシャープなピークが示されたことにより、非晶質相と結晶相が混在したものであることがわかった。
【００６４】
この繊維の室温および８００℃、１０００℃の空気中での引張試験を実施例１と同様の条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は脆性的に破断し、引張強度は０．１GPa であった。
【００６５】
【表１】
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、室温から高温までの引張強度が大きく、粘性流動加工性を有し、断熱材、フィルタ材またはプラスチック、金属、セラミックス、コンクリート等の強化材等その他広範な用途に好適に使用することができる非晶質無機繊維が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の非晶質無機繊維の製造に用いる回転ロールの形状の一例を示す図面である。
【図２】図２は、本発明の非晶質無機繊維の製造に用いる装置の機構の一例を示す図面である。
【符号の説明】
１…Ｗ電極
２…Ｃｕ製坩堝
３…アーク
４…溶融液
５…ロール
６…非晶質無機繊維
【発明の属する技術分野】
本発明は、断熱材、フィルタ材またはプラスチック、金属、金属間化合物、セラミックス、コンクリート等の強化材等その他広範な用途に使用される非晶質無機繊維に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス繊維は、住宅用等の断熱材、プラスチックおよびコンクリート用の強化材等広範な用途に使用されている。これは、ガラス繊維が、非晶質構造であることなどにより高強度を有することや低価格であることなどによっている。
しかしながらガラス繊維は、高温での強度低下が著しいために、高温構造部材としての使用に耐えるものではなく、またＳｉＯ2 を主成分とし、一般的にはアルカリ金属酸化物および／またはアルカリ土類金属酸化物を含有するために、例えば強化材としては、成形温度が低く、その温度において上記物質と化学反応を起こさない基材のみを対象にせざるを得ない。
【０００３】
一方、金属の弾性率、高温強度等の改善のためには、ウィスカーや短繊維、連続繊維等で金属を強化する方法が有効とされ、これらの繊維で強化した金属基複合材料の製造研究が行われている。中でも強化用繊維として連続繊維を用いた場合が、弾性率、強度等の改善が著しいことから、現在、Ａｌ2 Ｏ3 系、ＳｉＣ系等の連続繊維を強化用繊維として用いた金属基複合材料の製造研究が最も活発になされている。
【０００４】
しかしながら、これらの連続繊維はいかなる温度範囲においても十分な延性加工性を有するものではなく、連続繊維強化型の金属基複合材料を従来の金属材料やウィスカーや短繊維強化型の金属基複合材料と同様に二次成形することは不可能である。
したがって、連続繊維強化型金属基複合材料の形状は現在のところ比較的単純なものに限られており、その広範な用途への適用のためには、最高使用温度においては十分な強度を持ちながらも、成形温度近傍においては延性加工性を有する連続繊維の開発が必要である。
【０００５】
米国特許第５，６０５，８７０号には、１０poises以下の粘度を有する溶融液より製造されるセラミックファイバーが開示されている。この繊維は、それ自体公知のいわゆるmelt extraction 法により製造され、非晶質相及び／又は結晶相から構成されている。しかし、非晶質相のみから構成される繊維の組成と物性との関係については何ら記載はない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような現状を鑑みて、本発明者らは、高強度を有し、高温での性能低下がほとんどなく、延性加工性を有する繊維を得るべく鋭意研究を重ね、本発明に記す新規な非晶質無機繊維を見出した。
すなわち、Ａ（ＡはＡｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｇａ及びＧｅからなる群から選択される少なくとも一種の元素）、Ｏおよび少なくとも一種の希土類金属元素から構成される溶融液を回転ロールに接触させて冷却し、細線状に凝固させて製造される非晶質無機繊維が、強化用繊維として十分な強度を持ち、その強度が高温（８００℃）でも低下することがないにも関わらず、８５０〜１１００℃の温度範囲で粘性流動加工性を有するという従来の繊維にはない特性を持つことが見出された。
【０００７】
本発明の目的は、室温から高温までの引張強度が大きく、粘性流動加工性を有し、断熱材、フィルタ材またはプラスチック、金属、金属間化合物、セラミックス、コンクリート等の強化材等その他広範な用途に好適に使用することができる非晶質無機繊維を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明は、Ａ（ＡはＡｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｇａ及びＧｅからなる群から選択される少なくとも一種の元素）、Ｏおよび少なくとも一種の希土類金属元素から構成され、８５０〜１１００℃の温度範囲で粘性流動加工性を有することを特徴とする非晶質無機繊維に関する。
【０００９】
この非晶質無機繊維は、構成元素の溶融液を急冷し細線状に凝固させて製造されるものである。
ここで、「粘性流動加工性」とは過冷却液体領域における粘性流動による塑性変形を利用した成形加工性を意味する。また、「非晶質」とはＸ線回折によりブロードなハローパターンを示す材料の原子構造を意味する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
Ａとしては、Ａｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｇａ及びＧｅからなる群から選択される少なくとも一種の元素が挙げられ、特に、Ａｌ，Ｃｒは得られる非晶質繊維の高温強度が高くなるので好ましい。
また、Ａが二種以上の元素である場合、あるいは、前記元素以外に、さらにＭｇ，Ｃａ，Ｂａ及びＳｉからなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有する場合には、得られる繊維が非晶質化し易くなる。
【００１１】
希土類金属元素としては、Ｇｄ，Ｌａ，Ｓｍ，Ｙ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕ，Ｄｙ，Ｙｂ，Ｅｒ，Ｔｂ，Ｈｏ，Ｔｍ及びＬｕからなる群から選択される少なくとも一種の元素が挙げられ、特に、Ｇｄ，Ｌａ，Ｓｍは得られる非晶質無機繊維の強度が高くなるので好ましい。
【００１２】
本発明の非晶質無機繊維におけるＡの割合は、Ａｌ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｇａの場合はＡ2 Ｏ3 換算で、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｇｅの場合はＡＯ2 換算で、Ｍｎ，Ｎｉの場合はＡＯ換算で、１０〜９０モル％の範囲にあることが好ましい。
また、本発明の非晶質無機繊維の形状は、特に限定されないが、円形または円形に近い断面を有することが好ましい。本発明の非晶質無機繊維は連続繊維としても、短繊維としても使用できる。
【００１３】
非晶質無機繊維の横断面の寸法は、断面形状にもより一概ではないが、３〜５０μｍ、好ましくは、５〜３０μｍの直径のものが好ましい。
非晶質無機繊維の室温、好ましくはさらに８００℃における引張強度は、２．０GPa 以上、好ましくは２．５GPa 以上であることが望ましい。
本発明の非晶質無機繊維は、８５０〜１１００℃の温度範囲内で粘性流動加工性を有することを特徴とし、本発明の非晶質無機繊維で強化した材料あるいは成形体をこの粘性流動加工性を利用して二次成形加工した後も本発明の非晶質無機繊維はその強度（室温〜８００℃）を実質的に失わないことが可能である。従って、本発明の非晶質無機繊維は二次成形加工性を有する強化用無機繊維として、有用である。
【００１４】
本発明の非晶質無機繊維は、Ａ（ＡはＡｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｇａ及びＧｅからなる群から選択される少なくとも一種の元素）、Ｏおよび少なくとも一種の希土類金属元素から構成される溶融液を、例えば、回転ロールに接触させるなどの方法で急冷し、細線状に凝固させることにより製造することができる。
【００１５】
溶融前の原料としては、一般的にはＡの酸化物および希土類金属元素の酸化物が用いられるが、溶融した時に酸化物になるものであればよく、水酸化物、炭酸塩等を用いてもよい。また、原料の形態としては、粉体、成形体、焼結体、凝固体のいずれでも良く、また、これらの二つ以上が組み合わさったものでも良い。
【００１６】
前記の原料の溶解方法は、少なくとも該原料の回転ロールに接触する部分をその融点以上の温度に加熱することが可能な方法であればいかなる方法でも良く、加熱源として、例えば、アーク、レーザー、電子ビーム、光、赤外線、高周波等を用いることができる。高周波を用いる場合は、該原料が室温近傍においてほとんど導電性を有さないために、導電性を有しかつ該原料の融点より高い融点を有する坩堝に該原料を収容する必要がある。例えば、Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｉｒ，Ｎｂ等の坩堝が好適に用いられる。また、原料が粉体である場合も上記のような材質の坩堝や支持台を用いる必要があるが、この場合は上記坩堝に加えて、水などによって冷却を施したＣｕ製の坩堝や支持台等を使用することもできる。原料が粉体である場合以外でもこれらの坩堝や支持台等を好適に使用することができる。
【００１７】
原料の溶解は、大気中、不活性ガス中、還元性ガス中、炭化水素ガス中、真空中などいかなる雰囲気中で行われても良いが、原料の融点以下の温度において酸化されやすい坩堝等を用いる場合は、アルゴンガスやヘリウムガスなどの不活性ガス雰囲気中または真空中などで溶解を行うことが好ましい。また、アークにより原料を溶解する場合は、アークが発生するに十分なアルゴンガス等が雰囲気中に含まれている必要がある。
【００１８】
回転ロールの材質には特に制限はないが、熱伝導率が大きいものや高融点金属などがロールの寿命や得られる繊維の品質の安定性の点で好ましい。具体的には、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ等を好適に使用することができる。
【００１９】
回転ロールと溶融液との接触は、例えば、溶融液中に回転ロールの先端を回転接触させるとか、あるいは回転ロール上に溶融液が落下させるなどのいずれの態様でもよい。
しかし、溶融液中に回転ロールの先端を回転接触させ、回転ロールの形状としてその先端が溶融液と小さい面積で接触することが可能なものが、得られる繊維の断面形状を均一にするのに都合が良く、例えば図１に示すように、先端にＶ字型の突起を有する回転ロールを好適に使用することができる。
【００２０】
このような回転ロールを溶融液に接触させる際の回転ロールの周速度は１０ｍ／sec 以下であることが望ましい。周速度が１０ｍ／sec より速い場合は、断面積が一定の繊維を得ることが難しくなる場合があるためである。
【００２１】
本発明の非晶質繊維を製造する装置としては、例えば図２に示すような機構を有するものを使用することができる。Ｗ電極（１）と水冷を施されたＣｕ製坩堝（２）の間に発生させたアーク（３）により溶解されたＡ（ＡはＡｌまたはＣｒ）、Ｏおよび希土類金属元素から構成される溶融液（４）をＣｕ製坩堝を横方向に移動させることにより矢印の方向に回転するロール（５）に接触させ細線状に凝固させることで非晶質無機繊維（６）を得るものである。
【００２２】
そのほか、非晶質金属を製造する方法として公知の製法、製造装置を使用することもできる。要するに、本発明の特性を持つ非晶質無機繊維が得られる条件で製造できればよい。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示して本発明についてさらに具体的に説明する。
実施例１
原料にはα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＹ2 Ｏ3 粉末を用いた。α−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＹ2 Ｏ3 粉末をモル比で前者を８２、後者を１８の割合でエタノールを用いた湿式ボールミルによって混合し、得られたスラリーからロータリーエバポレータを用いてエタノールを除去した。
【００２４】
得られた混合粉末をステンレス製のダイスを用いて一軸プレスにより直径１０mm、高さ１０mmの円柱状に成形し、次いでこの円柱状成形体をアークにより溶解しボタン状の凝固体を得た。
このボタン状凝固体を図２に示す水冷を施したＣｕ製坩堝（２）に収容し、その後、図２の機構が収容される系内を−０．０４MPa のアルゴンガス雰囲気にし、Ｗ電極とＣｕ製坩堝の間にアークを発生させた。アークによってボタン状凝固体を溶解し、この溶解状態を維持したまま、Ｃｕ製坩堝を移動させて、２ｍ／sec の周速度で回転する先端に３０°のＶ字型突起を有する直径７０mmのＣｕ製ロールに接触させ、平均直径１５μｍの連続繊維を得た。
【００２５】
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
【００２６】
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１５０％の伸びを示した。
つまり、この繊維が繊維強化型金属基複合材料の実質的な最高使用温度（Ｔｉ基の場合で６００℃以上）以上の温度で室温と同等の十分な強度を持ちながらも、その温度以上の多くの金属材料が成形可能な温度では粘性流動加工性を有することが示された。
【００２７】
実施例２
原料粉末にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＧｄ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で７８：２２とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００２８】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で２２０％の伸びを示した。
【００２９】
実施例３
原料粉末にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＬａ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で７７．５：２２．５とし、また回転ロールの周速度を１ｍ／sec にした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００３０】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、９００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
９００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で２３０％の伸びを示した。
【００３１】
実施例４
原料粉末にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＰｒ6 Ｏ11粉末を用い、その混合比をモル比で７８．８：２１．２とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００３２】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、９００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
９００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１６０％の伸びを示した。
【００３３】
実施例５
原料粉末にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＮｄ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で８０．３：１９．７とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００３４】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１７０％の伸びを示した。
【００３５】
実施例６
原料粉末にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＳｍ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で６９：３１とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００３６】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で２２０％の伸びを示した。
【００３７】
実施例７
原料粉末にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＥｕ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で７１．７：２８．３とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００３８】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、９００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
９００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１７０％の伸びを示した。
【００３９】
実施例８
原料粉末にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＤｙ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で７８．９：２１．１とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００４０】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１６０％の伸びを示した。
【００４１】
実施例９
原料粉末にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＹｂ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で８３．７：１６．３とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００４２】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１８０％の伸びを示した。
【００４３】
実施例１０
原料粉末にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＥｒ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で８１．１：１８．９とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００４４】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１７０％の伸びを示した。
【００４５】
実施例１１
原料粉末にＣｒ2 Ｏ3 粉末とＧｄ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で８０：２０とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００４６】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で２００％の伸びを示した。
【００４７】
実施例１２
原料粉末にＣｒ2 Ｏ3 粉末とＥｒ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で７８：２２とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００４８】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１６０％の伸びを示した。
【００４９】
実施例１３
原料粉末にＺｒＯ2 粉末とＬａ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で６５：３５とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００５０】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１６０％の伸びを示した。
【００５１】
実施例１４
原料粉末にＭｎＯ粉末とＧｄ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で２７：７３とし、また回転ロールの周速度を１ｍ／sec にした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００５２】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１７０％の伸びを示した。
【００５３】
実施例１５
原料粉末にＦｅ2 Ｏ3 粉末とＳｍ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で１６．８：８３．２とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００５４】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１８０％の伸びを示した。
【００５５】
実施例１６
原料粉末にＧａ2 Ｏ3 粉末とＧｄ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で６９．２：３０．８とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００５６】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１７０％の伸びを示した。
【００５７】
実施例１７
原料粉末にＧｅＯ2 粉末とＬａ2 Ｏ3 粉末を用い、その混合比をモル比で４５．５：５４．５とし、また回転ロールの周速度を１．５ｍ／sec にした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００５８】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１６０％の伸びを示した。
【００５９】
実施例１８
原料粉末にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末、Ｙ2 Ｏ3 粉末及びＭｇＯ粉末を用い、その混合比をモル比で６６．３：３２．７：１とした以外は実施例１と同様の方法で連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンが示されたことにより、非晶質であることがわかった。
【００６０】
また、この繊維の引張試験を、室温の場合は負荷速度２mm／min 、スパン２５mmの条件で、８００℃、１０００℃の空気中の場合は負荷速度２mm／min 、スパン１００mmの条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は低応力下で１９０％の伸びを示した。
【００６１】
比較例１
原料にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＺｒＯ2 粉末を用い、その混合比をモル比で前者を６２、後者を３８とし、また回転ロールの周速度を０．５ｍ／sec にした以外は実施例１と同様の方法で平均直径１５μｍの連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンとシャープなピークが示されたことにより、非晶質相と結晶相が混在したものであることがわかった。
【００６２】
この繊維の室温および８００℃、１０００℃の空気中での引張試験を実施例１と同様の条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は脆性的に破断し、引張強度は０．３GPa であった。
【００６３】
比較例２
原料にα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末、ＺｒＯ2 粉末、ＴｉＯ2 を用い、その混合比をモル比で前者より４４．８，３７．９，１７．３とした以外は比較例１と同様の方法で平均直径１５μｍの連続繊維を得た。
得られた繊維の構造は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折によりブロードなハローパターンとシャープなピークが示されたことにより、非晶質相と結晶相が混在したものであることがわかった。
【００６４】
この繊維の室温および８００℃、１０００℃の空気中での引張試験を実施例１と同様の条件で行った。測定された室温および８００℃での引張強度の平均値を表１に示す。
１０００℃での引張試験では、この繊維は脆性的に破断し、引張強度は０．１GPa であった。
【００６５】
【表１】
【発明の効果】
本発明によれば、室温から高温までの引張強度が大きく、粘性流動加工性を有し、断熱材、フィルタ材またはプラスチック、金属、セラミックス、コンクリート等の強化材等その他広範な用途に好適に使用することができる非晶質無機繊維が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の非晶質無機繊維の製造に用いる回転ロールの形状の一例を示す図面である。
【図２】図２は、本発明の非晶質無機繊維の製造に用いる装置の機構の一例を示す図面である。
【符号の説明】
１…Ｗ電極
２…Ｃｕ製坩堝
３…アーク
４…溶融液
５…ロール
６…非晶質無機繊維
Claims (7)
- 構成元素の溶融液を急冷し、細線状に凝固させて製造されたものである非晶質無機繊維であって、Ａ（ＡはＡｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｇａ及びＧｅからなる群から選択される少なくとも一種の元素）、Ｏおよび少なくとも一種の希土類金属元素から構成され、８５０〜１１００℃の温度範囲で粘性流動加工性を有することを特徴とする非晶質無機繊維。
- ＡがＡｌ及び／又はＣｒである請求項１記載の非晶質無機繊維。
- 非晶質無機繊維が、さらにＭｇ，Ｃａ，Ｂａ及びＳｉからなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有する請求項１記載の非晶質無機繊維。
- 非晶質無機繊維が、さらにＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ及びＳｉからなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有する請求項２記載の非晶質無機繊維。
- 非晶質無機繊維が、構成元素の溶融液を回転ロールに接触させて冷却し、細線状に凝固させて製造されたものである請求項１〜４のいずれか１項に記載の非晶質無機繊維。
- 希土類金属元素がＧｄ，Ｌａ，Ｓｍ，Ｙ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕ，Ｄｙ，Ｙｂ，Ｅｒ，Ｔｂ，Ｈｏ，Ｔｍ及びＬｕからなる群から選択される少なくとも一種の元素であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の非晶質無機繊維。
- 希土類金属元素が、Ｇｄ，Ｌａ及びＳｍからなる群から選択される少なくとも一種の元素であることを特徴とする請求項６に記載の非晶質無機繊維。
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