JP7302123B2 - Fibrous boron carbide and method for producing the same - Google Patents

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Description

特許法第30条第2項適用 平成30年9月26日 公益社団法人日本セラミックス協会関東支部発行 第34回日本セラミックス協会関東支部研究発表会 講演予稿集 1B14にて公開 平成30年9月26日 第34回日本セラミックス協会関東支部研究発表会にて公開 平成30年9月26日 公益社団法人日本化学会発行 第8回CSJ化学フェスタ2018講演予稿集 P5-110にて公開 平成30年10月24日 第8回CSJ化学フェスタ2018にて公開 平成31年3月1日 公益社団法人日本セラミックス協会発行 日本セラミックス協会 2019年年会 講演予稿集 3D10にて公開 平成31年3月26日 公益社団法人日本セラミックス協会 2019年年会にて公開 平成31年3月29日 https://kaken.nii.ac.jp/ja/file/KAKENHI-PROJECT-16K21067/16K21067seika.pdf にて公開 令和1年7月9日 https://www.sciencedirect.com/journal/materials-letters/vol/254/suppl/C にて公開 令和1年9月3日 公益社団法人日本セラミックス協会関東支部発行 第35回日本セラミックス協会関東支部研究発表会 講演予稿集にて公開 令和1年9月3日 第35回日本セラミックス協会関東支部研究発表会にて公開 令和1年8月28日 https://smic-2019.events.gunma-u.ac.jp/ にて公開 令和1年9月6日 S-Membrane International Conference 2019にて公開Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act September 26, 2018 Published by the Ceramic Society of Japan, Kanto Branch 34th Research Presentation Meeting of the Ceramic Society of Japan, Kanto Branch Released at 1B14 September 26, 2018 Published at the 34th Ceramic Society of Japan Kanto Branch Research Presentation September 26, 2018 Published by The Chemical Society of Japan Published in the 8th CSJ Chemistry Festa 2018 Lecture Proceedings P5-110 October 24, 2018 Published at the 8th CSJ Chemistry Festa 2018 March 1, 2019 Public Interest Incorporated Association Japan Ceramic Society Issued by The Ceramic Society of Japan 2019 Annual Meeting Lecture Proceedings Published in 3D10 March 26, 2019 Public Interest Incorporated Association Japan Published at the Ceramic Society 2019 Annual Meeting March 29, 2019 https://kaken. nii. ac. jp/ja/file/KAKENHI-PROJECT-16K21067/16K21067seika. Published in pdf July 9, 2019 https://www. science direct. Published at com/journal/materials-letters/vol/254/suppl/C September 3, 2019 Published by the Ceramic Society of Japan Kanto Branch In the 35th Research Presentation of the Ceramic Society of Japan Kanto Branch Lecture Proceedings September 3, 2019 Published at the 35th Research Presentation Meeting of the Ceramic Society of Japan, Kanto Branch August 28, 2019 https://smic-2019. events. gunma-u. ac. Published at jp/ September 6, 2019 Published at S-Membrane International Conference 2019

本発明は繊維状炭化ホウ素及びその製造方法に関する。 The present invention relates to fibrous boron carbide and its production method.

ホウ素の炭化物である炭化ホウ素(BC)は優れた物性(高融点:融点2430℃、低密度、高硬度、耐摩耗性)及び機能性(中性子吸収能)を有する非酸化物セラミックスである。BCは高硬度と低比重を備えていることから、主に研磨材や構造材料などに用いられている。また、高温条件下においても高い耐摩耗性を示すため、耐摩耗材料や切削工具などに利用されている。さらにBCは高い中性子吸収能を示し、かつ高い化学的安定性と熱的安定性を備えるため、原子力工業の分野において中性子吸収材や遮蔽材として使用されている。 Boron carbide ( B4C ), which is a carbide of boron, is a non-oxide ceramic with excellent physical properties (high melting point: melting point 2430°C, low density, high hardness, wear resistance) and functionality (neutron absorption capacity). . Due to its high hardness and low specific gravity, B 4 C is mainly used as abrasives and structural materials. In addition, since it exhibits high wear resistance even under high temperature conditions, it is used for wear-resistant materials and cutting tools. Furthermore, B 4 C exhibits a high neutron absorption capacity and has high chemical and thermal stability, so it is used as a neutron absorber and shielding material in the field of nuclear power industry.

Cの工業的製法としては酸化ホウ祟(B)の熱炭素還元法(2B+7C→BC+6CO)が最も多く用いられているが、この方法は合成温度が約2000℃と高温である。また、粉末化には後粉砕及び洗浄工程を必要とする。
近年、ホウ酸と複数のヒドロキシ基をもつ有機化合物(ポリオール)の縮合物、ポリオールの酸化生成物である糖類等を用いた低温合成法(約1500℃)が検討されている(特許文献1)。この縮合物等は熱処理によってBと炭素の複合物となり、熱炭素還元反応に基づいてBCの生成が進行する。しかし、生成物中に有機化合物由来のフリーカーボンが残存するという問題があった。
As an industrial production method of B 4 C, the thermal carbon reduction method of boric oxide (B 2 O 3 ) (2B 2 O 3 +7C→B 4 C + 6CO) is most often used, but this method requires a synthesis temperature of about The temperature is as high as 2000°C. Also, pulverization requires post-grinding and washing steps.
In recent years, a low-temperature synthesis method (about 1500°C) using a condensate of boric acid and an organic compound (polyol) having multiple hydroxy groups, a saccharide that is an oxidation product of polyol, etc. has been studied (Patent Document 1). . This condensate or the like becomes a composite of B 2 O 3 and carbon by heat treatment, and the production of B 4 C proceeds based on the thermal carbon reduction reaction. However, there is a problem that free carbon derived from organic compounds remains in the product.

本願発明者は、ホウ酸と複数のヒドロキシ基をもつ有機化合物(ポリオール)の脱水縮合によりホウ酸エステル(B-O-C)結合を形成することでホウ素源と炭素源を分子レベルで分散させ、さらにホウ酸-ポリオール縮合物に対して不活性雰囲気下で焼成前に大気中での熱分解操作を導入することで反応に余剰な炭素を除去し、フリーカーボンの残存を抑制した。また、ホウ酸-ポリオール縮合物を大気中で熱分解することで得られるBと炭素からなる活性前駆体(B-炭素構造体)のナノ構造を制御することで、1200℃の低温で残存フリーカーボンを殆ど含まないBC粉末を合成することに成功している(非特許文献1、2)。 The present inventor disperses the boron source and the carbon source at the molecular level by forming a borate ester (B—O—C) bond through dehydration condensation of boric acid and an organic compound (polyol) having a plurality of hydroxy groups. In addition, by introducing a thermal decomposition operation in air before firing under an inert atmosphere to the boric acid-polyol condensate, excess carbon in the reaction was removed and residual free carbon was suppressed. In addition, by controlling the nanostructure of an active precursor (B 2 O 3 -carbon structure) composed of B 2 O 3 and carbon obtained by thermally decomposing a boric acid-polyol condensate in the atmosphere, 1200 We have succeeded in synthesizing a B 4 C powder containing almost no residual free carbon at a low temperature of 10° C. (Non-Patent Documents 1 and 2).

特開2003-277039号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-277039

M. Kakiage et a1.,J. Ceram. Soc. Jpn.,119, 422 (2011).M. Kakiage et al., J. Ceram. Soc. Jpn., 119, 422 (2011). M. Kakiage et al.,J. Ceram. Soc. Jpn.,121, 40 (2013).M. Kakiage et al., J. Ceram. Soc. Jpn., 121, 40 (2013).

通常の熱炭素還元法により得られる炭化ホウ素はインゴットであり、粉砕により粉末化することで使用される。また、炭素源として有機化合物(ポリオール)を使用し、B-炭素構造体を調製して炭化ホウ素を作製する場合は粉末が得られる。このように、炭化ホウ素は従来、粉体として使用されている。炭化ホウ素は高融点、高硬度であることから、粉体として得られた炭化ホウ素は粉体のまま、あるいは焼結体として使わざるを得ず、そのために従来は炭化ホウ素の用途が限られるという課題があった。
本発明者は、従来法では粉体として得られる炭化ホウ素の製造方法について鋭意検討した結果、繊維状の形態を備える新規な炭化ホウ素体を得る方法を新たに見出した。
Boron carbide obtained by a conventional hot carbon reduction method is an ingot, and is used by pulverizing into powder. A powder is also obtained when an organic compound (polyol) is used as the carbon source and a B 2 O 3 -carbon structure is prepared to produce boron carbide. Thus, boron carbide is conventionally used as a powder. Since boron carbide has a high melting point and high hardness, boron carbide obtained as a powder must be used as a powder or as a sintered body. I had a problem.
As a result of intensive studies on methods for producing boron carbide, which is obtained as powder by conventional methods, the present inventors have found a new method for obtaining a novel boron carbide body having a fibrous form.

本発明は、炭化ホウ素の粒体が連なって繊維状の形態をなす新規な炭化ホウ素体である繊維状炭化ホウ素とその好適な製造方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide fibrous boron carbide, which is a novel boron carbide body in which grains of boron carbide are linked to form a fibrous form, and a suitable method for producing the same.

本発明に係る繊維状炭化ホウ素の製造方法は、ホウ酸と有機化合物との溶液を調製する工程と、ホウ酸と有機化合物との溶液を用いて、ホウ酸と有機化合物との縮合物繊維を紡糸する工程と、前記縮合物繊維を大気中で熱分解し、B-炭素構造体繊維を作製する工程と、前記B-炭素構造体繊維を、真空中又は不活性ガス雰囲気下で焼成し、粒体状の炭化ホウ素が連結した繊維状炭化ホウ素を作製する工程とを備える。
なお、前記縮合物繊維を好適に紡糸するための手段として、前記ホウ酸と有機化合物との溶液の粘度を、酸を使用して調整し、前記縮合物繊維を紡糸する工程において電界紡糸法を適用すること、前記ホウ酸と有機化合物との溶液の粘度を、前記有機化合物の可塑剤を使用して調整し、前記縮合物繊維を紡糸する工程において電界紡糸法を適用すること、等が好ましい。
前記ホウ酸と有機化合物との溶液の粘度調整に使用する酸としては、塩酸等の無機酸が好ましく、前記有機化合物の可塑剤としては、グリコール類、グリセリン、糖アルコールなどの低分子ポリオールが好ましい。
また、前記ホウ酸と有機化合物とを含む溶液の調製に用いられる有機化合物としてポリオールを使用することができる。前記ポリオールとしては、例えば、ポリビニルアルコール(以下、PVAと称することがある)を使用することができ、溶液の調製に使用される溶媒としては、例えば、ジメチルスルホキシド(以下、DMSOと称することがある)を使用することができる。
The method for producing fibrous boron carbide according to the present invention includes the steps of preparing a solution of boric acid and an organic compound, and using the solution of boric acid and an organic compound to produce condensate fibers of boric acid and an organic compound. spinning, pyrolyzing the condensate fiber in the air to produce a B 2 O 3 -carbon structure fiber, and exposing the B 2 O 3 -carbon structure fiber to a vacuum or an inert gas. sintering in an atmosphere to produce fibrous boron carbide in which granular boron carbide is linked.
As a means for suitably spinning the condensate fiber, an electrospinning method is used in the step of adjusting the viscosity of the solution of the boric acid and the organic compound using an acid and spinning the condensate fiber. adjusting the viscosity of the solution of the boric acid and the organic compound using the plasticizer of the organic compound, and applying electrospinning in the step of spinning the condensate fiber, etc. .
The acid used to adjust the viscosity of the solution of the boric acid and the organic compound is preferably an inorganic acid such as hydrochloric acid, and the plasticizer for the organic compound is preferably a low-molecular-weight polyol such as glycols, glycerin, or sugar alcohol. .
Moreover, a polyol can be used as the organic compound used for preparing the solution containing the boric acid and the organic compound. As the polyol, for example, polyvinyl alcohol (hereinafter sometimes referred to as PVA) can be used, and as the solvent used for preparing the solution, for example, dimethyl sulfoxide (hereinafter sometimes referred to as DMSO) ) can be used.

本発明に係る繊維状炭化ホウ素は、粒体状の炭化ホウ素が連なった繊維状炭化ホウ素であって、前記繊維状炭化ホウ素は、粒径が1μm~5μmの粒体状の炭化ホウ素が複数個連結されて繊維状に構成されてなる。
ここで、前記粒体状の炭化ホウ素は、各々、粒径1μm以下の炭化ホウ素の微粒子が複数個集結して構成される二次粒子を含むことが好ましい。
The fibrous boron carbide according to the present invention is fibrous boron carbide in which granular boron carbide is connected, and the fibrous boron carbide has a plurality of granular boron carbide particles having a particle size of 1 μm to 5 μm. It is connected and configured in a fibrous form.
Here, it is preferable that each of the granular boron carbide contains secondary particles each of which is formed by gathering a plurality of fine particles of boron carbide having a particle diameter of 1 μm or less.

本発明によれば、炭化ホウ素の粒体が連なって繊維状の形態をなす新規な炭化ホウ素体である繊維状炭化ホウ素とその好適な製造方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide fibrous boron carbide, which is a novel boron carbide body in which grains of boron carbide are linked to form a fibrous form, and a suitable method for producing the same.

繊維状炭化ホウ素の製造方法を示すフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram showing a method for producing fibrous boron carbide; 異なる塩酸添加量で調製したホウ酸-PVA/DMSO溶液を電界紡糸して 得られたホウ酸-PVA縮合物繊維の電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM)写真とその繊維径分布を示すグラフである。Field-emission scanning electron microscope (FE-SEM) photographs of boric acid-PVA condensate fibers obtained by electrospinning boric acid-PVA/DMSO solutions prepared with different amounts of hydrochloric acid added, and a graph showing the fiber diameter distribution. is. ホウ酸-PVA縮合物繊維を大気中で熱分解して得られたB-炭素構造体繊維のFE-SEM写真と外観写真である。FIG. 2 shows an FE-SEM photograph and an appearance photograph of a B 2 O 3 -carbon structure fiber obtained by pyrolyzing a boric acid-PVA condensate fiber in the air. 熱分解物を温水洗浄しBを除去した後のFE-SEM写真と熱分解物の孔径分布を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing an FE-SEM photograph and a pore size distribution of the pyrolyzate after washing the pyrolyzate with warm water to remove B 2 O 3 ; FIG. -炭素構造体繊維をArガス流通下で焼成して得られた焼成物の(a)XRDパターン、及び(b)焼成物の走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)写真である。(a) XRD pattern and (b) Scanning Electron Microscope (SEM) photograph of the fired product obtained by firing the B 2 O 3 -carbon structure fiber under Ar gas flow. be. グリセリンの添加量を変えて調製したホウ酸-PVA-グリセリン/DMSO溶液を電界紡糸して得られたホウ酸-PVA-グリセリン縮合物繊維のSEM写真とその繊維径分布を示すグラフである。1 is a graph showing SEM photographs of boric acid-PVA-glycerin condensate fibers obtained by electrospinning boric acid-PVA-glycerin/DMSO solutions prepared by varying the amount of glycerin added, and the fiber diameter distribution thereof. ホウ酸-PVA-グリセリン縮合物繊維を大気中で熱分解して得られた繊維状B-炭素構造体の(a)外観写真と、(b)デジタルマイクロスコープ写真と、(c)FE-SEM写真である。(a) Appearance photograph, (b) digital microscope photograph, and (c) of fibrous B 2 O 3 -carbon structure obtained by pyrolyzing boric acid-PVA-glycerin condensate fiber in air. It is an FE-SEM photograph. 繊維状B-炭素構造体を焼成して得られた焼成物のSEM写真であり、(a)は焼成温度1300℃の焼成物のSEM写真であり、(b)は焼成温度1400℃の焼成物のSEM写真である。SEM photographs of a fired product obtained by firing a fibrous B 2 O 3 -carbon structure, (a) is an SEM photo of a fired product at a firing temperature of 1300°C, and (b) is a firing temperature of 1400°C. is a SEM photograph of the baked product. 繊維状B-炭素構造体を焼成温度:1400℃で焼成して得られた焼成物の粉末X線回折(XDR;X-ray diffraction)パターンである。Fig. 2 shows a powder X-ray diffraction (XDR) pattern of a fired product obtained by firing a fibrous B 2 O 3 -carbon structure at a firing temperature of 1400°C.

以下、本発明の繊維状炭化ホウ素の製造方法及び繊維状炭化ホウ素を、具体例を挙げて説明する。
但し、以下の具体例は、本発明の一態様を示すものであり、本発明は以下の記載に限定されず、種々の変型例が可能であることはいうまでもない。
Hereinafter, the method for producing fibrous boron carbide and the fibrous boron carbide of the present invention will be described with specific examples.
However, the following specific example shows one aspect of the present invention, and the present invention is not limited to the following description, and it goes without saying that various modifications are possible.

本開示において「~」を用いて記載した数値範囲は、「~」の前後の数値を下限値及び上限値として含む数値範囲を表す。
本開示において組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
本開示において「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
また、本開示において、2以上の好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。
In the present disclosure, a numerical range described using "-" represents a numerical range including the numerical values before and after "-" as lower and upper limits.
In the present disclosure, the amount of each component in the composition means the total amount of the plurality of substances present in the composition when there are multiple substances corresponding to each component in the composition, unless otherwise specified. .
In the present disclosure, the term "process" includes not only an independent process, but also a process that cannot be clearly distinguished from other processes as long as the intended purpose of the process is achieved.
In the numerical ranges described step by step in the present disclosure, the upper limit or lower limit described in a certain numerical range may be replaced with the upper limit or lower limit of another numerical range described step by step. Moreover, in the numerical ranges described in the present disclosure, the upper limit value or lower limit value described in a certain numerical range may be replaced with the values shown in the examples.
Moreover, in the present disclosure, a combination of two or more preferred aspects is a more preferred aspect.

<<繊維状炭化ホウ素の製造方法>>
本発明に係る繊維状炭化ホウ素の製造方法を図1に工程図(フロー図)として示す。
<<Method for producing fibrous boron carbide>>
A method for producing fibrous boron carbide according to the present invention is shown in FIG. 1 as a process chart (flow chart).

〔ホウ酸と有機化合物とを含む溶液を調製する工程(工程I)〕、
本発明の製造方法においては、まず、ホウ酸と有機化合物としてポリオール(本例ではポリビニルアルコール(PVA))を用意し、ホウ酸とポリオールの溶液を調製する。
ホウ酸とポリオールの溶液としては、ホウ酸-PVA水溶液、あるいはジメチルスルホキシド(DMSO)溶液を使用することができる。ホウ酸と有機化合物の溶液に用いる溶媒としては、後工程の紡糸工程で繊維状に調製しやすい溶媒を使用すればよい。
本例では、溶媒としてDMSOを使用しているがこれに限定されず、例えば、水、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロ-2-プロパノールなどから適宜選択して使用することができる。
[Step of preparing a solution containing boric acid and an organic compound (Step I)],
In the production method of the present invention, first, boric acid and a polyol (polyvinyl alcohol (PVA) in this example) are prepared as an organic compound, and a solution of the boric acid and the polyol is prepared.
As a solution of boric acid and polyol, a boric acid-PVA aqueous solution or a dimethylsulfoxide (DMSO) solution can be used. As the solvent used for the solution of boric acid and the organic compound, a solvent that can be easily prepared into fibrous form in the subsequent spinning process may be used.
In this example, DMSO is used as a solvent, but it is not limited to this, and can be used by appropriately selecting from water, 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol, etc. can be done.

〔ホウ酸と有機化合物とを含む溶液を用いて、ホウ酸と有機化合物との縮合物繊維を紡糸する工程(工程II)〕
次いで、工程Iで得たホウ酸-ポリオール溶液を使用し、乾式紡糸または電界紡糸(エレクトロスピニング)により、ホウ酸とポリオールの縮合物繊維を作製する。図1は、ホウ酸とPVAの縮合物繊維を作製した例である。
なお、縮合物繊維を紡糸する際には、溶液の粘度を、繊維状に紡糸し易い粘度に調整することが好ましい。
粘度調整には、塩酸等の無機酸、前記有機化合物の可塑剤等を用いることができる。これらは1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の一態様では、溶液を調製するための有機化合物としてPVAを使用し、溶液の粘度を調整する有機化合物の可塑剤として、PVAの可塑剤として公知ポリオールであるグリセリンを使用する。しかし、有機化合物と粘度を調整する化合物との組み合わせは上記に限定されず、例えば、有機化合物としてPVAを使用した場合でも、溶液の粘度調整を塩酸のみを用いて行うことも可能である。
[Step of spinning a condensate fiber of boric acid and an organic compound using a solution containing boric acid and an organic compound (step II)]
The boric acid-polyol solution obtained in Step I is then used to make condensate fibers of boric acid and polyol by dry spinning or electrospinning. FIG. 1 shows an example of producing condensate fibers of boric acid and PVA.
When spinning the condensate fiber, it is preferable to adjust the viscosity of the solution to a viscosity that facilitates spinning into a fibrous form.
Inorganic acids such as hydrochloric acid, plasticizers for the above organic compounds, and the like can be used to adjust the viscosity. These may use only 1 type and may use 2 or more types together.
In one aspect of the present invention, PVA is used as the organic compound for preparing the solution, and glycerin, which is a known polyol as a plasticizer for PVA, is used as the plasticizer for the organic compound for adjusting the viscosity of the solution. However, the combination of the organic compound and the viscosity-adjusting compound is not limited to the above. For example, even when PVA is used as the organic compound, it is possible to adjust the viscosity of the solution using only hydrochloric acid.

〔縮合物繊維を大気中で熱分解し、B-炭素構造体繊維を作製する工程〔工程III〕
次に、上記工程IIで作製したホウ酸と有機化合物の縮合物繊維を大気中で熱分解し、B-炭素構造体繊維を作製する。縮合物繊維を大気中で熱分解するときの温度としては、例えば、400℃~900℃とすることができ、400℃~700℃が好ましい。熱分解するために上記温度に維持する加熱時間は0.5~5時間程度とすることができる。
なお、工程IIIにおける加熱温度、加熱時間などは、原料、紡糸方法、紡糸条件によって、適宜選択することが好ましい。
[Step of pyrolyzing the condensate fiber in the air to produce a B 2 O 3 -carbon structure fiber [step III]
Next, the condensate fiber of boric acid and an organic compound produced in step II above is thermally decomposed in the atmosphere to produce a B 2 O 3 -carbon structure fiber. The temperature at which the condensate fiber is thermally decomposed in the air can be, for example, 400°C to 900°C, preferably 400°C to 700°C. The heating time for maintaining the above temperature for thermal decomposition can be about 0.5 to 5 hours.
The heating temperature, heating time, and the like in step III are preferably appropriately selected depending on the raw material, spinning method, and spinning conditions.

〔B-炭素構造体繊維を、真空中又は不活性ガス雰囲気下で焼成し、粒体状の炭化ホウ素が連結した繊維状炭化ホウ素を作製する工程(工程IV)〕
次に、上記工程IIIで得られた、B-炭素構造体繊維を、真空中又は不活性ガス雰囲気下で焼成することにより、繊維状炭化ホウ素を得ることができる。
真空中又は不活性ガス雰囲気下で焼成することで、酸素の影響を低減した条件下で、効率よく繊維状炭化ホウ素を得ることができる。
なお、本開示における「真空中」とは、大気圧よりも減圧された条件を指し、必ずしも空気が全く存在しない状態を指すものではない。例えば、圧力領域として100Pa以下であることが好ましい。
不活性ガスとしては、例えば、Arガスなどが挙げられる。
焼成温度は、B-炭素構造体繊維を繊維状炭化ホウ素に変換できる温度であれば特に制限はなく、目的とする繊維状炭化ホウ素の物性、サイズ等により、適宜調製される。
焼成温度は、例えば、1100℃~2450℃に設定することができ、1200℃~1850℃が好ましい。
[Step of sintering B 2 O 3 -carbon structure fibers in vacuum or in an inert gas atmosphere to produce fibrous boron carbide in which granular boron carbide is linked (step IV)]
Next, fibrous boron carbide can be obtained by firing the B 2 O 3 -carbon structure fibers obtained in Step III above in a vacuum or in an inert gas atmosphere.
By firing in a vacuum or in an inert gas atmosphere, fibrous boron carbide can be efficiently obtained under conditions in which the influence of oxygen is reduced.
In the present disclosure, "in a vacuum" refers to a condition in which the pressure is reduced below atmospheric pressure, and does not necessarily refer to a state in which no air exists. For example, the pressure range is preferably 100 Pa or less.
Examples of inert gas include Ar gas.
The firing temperature is not particularly limited as long as it can convert the B 2 O 3 -carbon structure fibers into fibrous boron carbide, and is appropriately adjusted depending on the physical properties, size, etc. of the desired fibrous boron carbide.
The firing temperature can be set to, for example, 1100°C to 2450°C, preferably 1200°C to 1850°C.

本発明に係る繊維状炭化ホウ素の製造方法によれば、炭化ホウ素の粒体が繊維状に連なった形態の繊維状炭化ホウ素を容易に得ることができる。
また、後述の本発明に係る繊維状炭化ホウ素は、繊維状の炭化ホウ素として提供されることから、炭化ホウ素の新規な用途に利用することができる。
According to the method for producing fibrous boron carbide according to the present invention, it is possible to easily obtain fibrous boron carbide in which particles of boron carbide are linked in a fibrous form.
In addition, since the fibrous boron carbide according to the present invention, which will be described later, is provided as fibrous boron carbide, it can be used for new uses of boron carbide.

<<繊維状炭化ホウ素>>
本発明の繊維状炭化ホウ素は、粒体状の炭化ホウ素が連なった繊維状炭化ホウ素であって、前記繊維状炭化ホウ素は、粒径が1μm~5μmの粒体状の炭化ホウ素が複数個連結されて繊維状に構成されてなる。
<<Fibrous Boron Carbide>>
The fibrous boron carbide of the present invention is a fibrous boron carbide in which granular boron carbide is connected, and the fibrous boron carbide has a plurality of granular boron carbides having a particle size of 1 μm to 5 μm connected. It is made into a fibrous form.

前記繊維状の炭化ホウ素に含まれる前記粒体状の炭化ホウ素は、各々、粒径1μm以下の炭化ホウ素の微粒子が複数個集結して構成される二次粒子を含むことが好ましい。二次粒子の平均粒子径は、1μm~5μmの範囲であることが好ましい。なお、繊維状炭化ホウ素に含まれる粒体状の炭化ホウ素は粒径が1μm~5μmの一次粒子を含んでいてもよい。
本発明の繊維状炭化ホウ素の製造方法には特に制限はないが、既述の本発明の繊維状炭化ホウ素の製造方法により得ることが生産性の観点から好ましい。
It is preferable that each of the granular boron carbide contained in the fibrous boron carbide contains a secondary particle composed of a plurality of aggregated fine particles of boron carbide having a particle diameter of 1 μm or less. The average particle size of secondary particles is preferably in the range of 1 μm to 5 μm. The granular boron carbide contained in the fibrous boron carbide may contain primary particles having a particle size of 1 μm to 5 μm.
Although the method for producing the fibrous boron carbide of the present invention is not particularly limited, it is preferable from the viewpoint of productivity to obtain the fibrous boron carbide by the above-described method for producing the fibrous boron carbide of the present invention.

<繊維状炭化ホウ素体の作製例1>
以下、本発明の製造方法にしたがって、B-炭素構造体繊維を作製し、繊維状炭化ホウ素(以下、炭化ホウ素をBCと略称することがある)を作製した実験例について説明する。
本実験では有機化合物として、ポリオールであるPVAを使用し、溶媒にDMSOを使用した。
まず、DMSOに対してPVAを5質量%添加し、120℃で撹拌してPVAのDMSO溶液を調製した。次いで、PVAのDMSO溶液に対して、1M塩酸水溶液(1モル/リットルのHCl水溶液)を、0、5質量%、10質量%、又は15質量%となる量で、それぞれ添加し、さらにホウ酸を、ホウ酸:PVA=1:4のモル比となる量で添加して、ホウ酸-PVA/DMSO溶液、即ち、ホウ素と有機化合物とを含む溶液を調製した。(工程I)
<Production Example 1 of Fibrous Boron Carbide Body>
Experimental examples in which B 2 O 3 -carbon structure fibers were produced and fibrous boron carbide (hereinafter, boron carbide may be abbreviated as B 4 C hereinafter) are explained below according to the production method of the present invention. do.
In this experiment, PVA, which is a polyol, was used as the organic compound, and DMSO was used as the solvent.
First, 5% by mass of PVA was added to DMSO and stirred at 120° C. to prepare a DMSO solution of PVA. Next, 0, 5% by mass, 10% by mass, or 15% by mass of 1M hydrochloric acid aqueous solution (1 mol/liter HCl aqueous solution) was added to the DMSO solution of PVA, and further boric acid was added. was added in an amount to give a molar ratio of boric acid:PVA=1:4 to prepare a boric acid-PVA/DMSO solution, ie, a solution containing boron and an organic compound. (Process I)

次に、このホウ酸-PVA/DMSO溶液を電界紡糸してホウ酸-PVA縮合物繊維を得た。電界紡糸条件は、印加電圧20kV~22.5kVである。(工程II)
次に、電界紡糸して得られたホウ酸-PVA縮合物繊維を大気中で熱分解し、B-炭素構造体繊維を得た。熱分解条件は、大気中、加熱温度550℃、加熱時間2.5時間又は加熱温度600℃、加熱時間2時間とした。(工程III)
This boric acid-PVA/DMSO solution was then electrospun to obtain boric acid-PVA condensate fibers. Electrospinning conditions are an applied voltage of 20 kV to 22.5 kV. (Step II)
Next, the boric acid-PVA condensate fibers obtained by electrospinning were thermally decomposed in the atmosphere to obtain B 2 O 3 -carbon structure fibers. The thermal decomposition conditions were a heating temperature of 550° C. and a heating time of 2.5 hours in the air, or a heating temperature of 600° C. and a heating time of 2 hours. (Step III)

図2に、上記方法によって調製したホウ酸-PVA/DMSO溶液を電界紡糸して得られたホウ酸-PVA縮合物繊維のFE-SEM写真を示す。
図2は、異なる塩酸添加量で調製したホウ酸-PVA/DMSO溶液を電界紡糸して得られたホウ酸-PVA縮合物繊維のFE-SEM写真とその繊維径分布を示すグラフである。図2では、塩素をHClと記載し、塩素の添加量をそれぞれ、0wt%、10wt%、及び15wt%と記載している。本開示においては、wt%は質量%と同義である。
塩酸の添加量が0質量%のものは、ホウ酸-PVA溶液の粘度が高粘度であったため、紡糸が不可能であった。
図2では、塩酸の添加量を0、5質量%、10質量%、又は15質量%として電界紡糸して得られたホウ酸-PVA縮合物繊維のFE-SEM写真を示す。塩酸の添加量が10質量%、及び15質量%の場合については、縮合物繊維の分布をヒストグラムで示した。
FIG. 2 shows an FE-SEM photograph of boric acid-PVA condensate fibers obtained by electrospinning the boric acid-PVA/DMSO solution prepared by the above method.
FIG. 2 is a graph showing FE-SEM photographs of boric acid-PVA condensate fibers obtained by electrospinning boric acid-PVA/DMSO solutions prepared with different amounts of hydrochloric acid added, and the fiber diameter distribution thereof. In FIG. 2, chlorine is indicated as HCl, and the amount of chlorine added is indicated as 0 wt %, 10 wt %, and 15 wt %, respectively. In the present disclosure, wt% is synonymous with mass%.
When the amount of hydrochloric acid added was 0% by mass, spinning was impossible because the boric acid-PVA solution had a high viscosity.
FIG. 2 shows FE-SEM photographs of boric acid-PVA condensate fibers obtained by electrospinning with 0, 5% by weight, 10% by weight, or 15% by weight of hydrochloric acid added. The distribution of the condensate fibers is shown in histograms when the amount of hydrochloric acid added is 10% by mass and 15% by mass.

図2に示すように、塩酸の添加量を5質量%としたものは、繊維とともに膜状の生成物がみられ、安定した繊維形成とはならなかった。これに対して、塩酸の添加量を10質量%としたものについては、均一な繊維径の繊維状体として得ることができた。繊維径は約5μmである。また、塩酸の添加量を15質量%としたものについては、繊維状体として得ることができ、10質量%のものと比較して繊維径が細径化したものの、繊維形状が不均質化した。
この実験結果は、ホウ酸-PVA/DMSO溶液に塩酸を添加することにより、溶液の粘度を調整することができ、ホウ酸-PVA/DMSO溶液の粘度が低下し、ホウ酸-PVA縮合物繊維が作製しやすくなること、ホウ酸-PVA/DMSO溶液に塩酸を添加して電界紡糸することにより不織布状のホウ酸-PVA縮合物繊維を作製することができることを示す。
As shown in FIG. 2, when the amount of hydrochloric acid added was 5% by mass, a film-like product was observed together with the fibers, and stable fiber formation was not achieved. On the other hand, when the amount of hydrochloric acid added was 10% by mass, a fibrous body with a uniform fiber diameter could be obtained. The fiber diameter is approximately 5 μm. In addition, when the amount of hydrochloric acid added was 15% by mass, it was possible to obtain a fibrous body, and although the fiber diameter was smaller than that of 10% by mass, the fiber shape became heterogeneous. .
This experimental result shows that adding hydrochloric acid to the boric acid-PVA/DMSO solution can adjust the viscosity of the solution, the viscosity of the boric acid-PVA/DMSO solution decreases, and the boric acid-PVA condensate fiber It is shown that non-woven boric acid-PVA condensate fibers can be produced by electrospinning after adding hydrochloric acid to the boric acid-PVA/DMSO solution.

なお、最も均質な繊維形状が観察された、塩酸10質量%添加により得られたホウ酸-PVA縮合物繊維についてその縮合状態を、得られたホウ酸-PVA縮合物繊維に対してTG-DTAあるいはFT-IR測定を行って評価した。その結果、以前の研究で報告されているB-O-C結合の形成に由来する挙動が観察された。よって、得られた繊維は十分に縮合していることが確認された。このように、ホウ酸-PVA/DMSO溶液を電界紡糸することで不織布状のホウ酸-PVA縮合物繊維を作製することができた。 The condensed state of the boric acid-PVA condensate fiber obtained by adding 10% by mass of hydrochloric acid, in which the most homogeneous fiber shape was observed, was measured by TG-DTA for the obtained boric acid-PVA condensate fiber. Alternatively, it was evaluated by performing FT-IR measurement. As a result, behavior derived from B—O—C bond formation reported in previous studies was observed. Therefore, it was confirmed that the obtained fibers were sufficiently condensed. Thus, a non-woven boric acid-PVA condensate fiber could be produced by electrospinning the boric acid-PVA/DMSO solution.

図3は、上記方法によって得られたホウ酸-PVA縮合物繊維を大気中で熱分解して得られた熱分解物のFE-SEM写真と外観写真を示す。
熱分解物は、ホウ酸-PVA縮合物繊維の不織布形態を反映した不織布状のものとして得られ、FE-SEM写真から分かるように、その微細構造も繊維形状を維持していることが分かる。
FIG. 3 shows an FE-SEM photograph and an appearance photograph of the pyrolyzate obtained by pyrolyzing the boric acid-PVA condensate fiber obtained by the above method in the atmosphere.
The pyrolyzate was obtained in the form of a nonwoven fabric reflecting the nonwoven form of the boric acid-PVA condensate fiber, and as can be seen from the FE-SEM photograph, its fine structure also maintained the fiber form.

ホウ酸-PVA縮合物繊維を大気中で熱分解して得られた熱分解物の組織構造を観察するため、得られた熱分解物を温水洗浄しBを除去した後の炭素の形態をFE-SEMで観察した。図4は、熱分解物を温水洗浄しBを除去した後の形態をFE-SEM写真と熱分解物の孔径分布を示すグラフである。
空孔部分がBに対応する。本願発明者がこれまでに報告したホウ酸-PVA縮合物粉末(繊維化しないもの)と同様に、B粒子が炭素マトリックス中に分散した構造が観察された。温水洗浄後のB-炭素構造体で観察される孔径(B粒子に対応)のD50は25nmであった(図4に示すグラフより算出)。本願発明者の報告より、このような分散微細化したB-炭素構造の形成は低温での炭化ホウ素の合成に有利であることが明らかとなっている。したがって、ホウ酸-PVA縮合物繊維を大気中で熱分解することで、炭化ホウ素合成に有利な、繊維状かつ分散微細化したB-炭素構造体を作製することができる。
In order to observe the structure of the pyrolyzate obtained by thermally decomposing the boric acid-PVA condensate fiber in the air, the obtained pyrolyzate was washed with warm water to remove B 2 O 3 . The morphology was observed by FE-SEM. FIG. 4 is an FE-SEM photograph of the morphology of the pyrolyzate after B 2 O 3 is removed by washing with warm water, and a graph showing the pore size distribution of the pyrolyzate.
The vacant portion corresponds to B 2 O 3 . A structure in which B 2 O 3 particles were dispersed in a carbon matrix was observed, similar to the boric acid-PVA condensate powder (not fibrous) previously reported by the present inventors. The D 50 of the pore size (corresponding to B 2 O 3 particles) observed in the B 2 O 3 -carbon structure after washing with warm water was 25 nm (calculated from the graph shown in FIG. 4). A report by the inventor of the present application has revealed that the formation of such a finely dispersed B 2 O 3 -carbon structure is advantageous for the synthesis of boron carbide at low temperatures. Therefore, by thermally decomposing the boric acid-PVA condensate fiber in the air, it is possible to produce a fibrous and finely dispersed B 2 O 3 -carbon structure that is advantageous for the synthesis of boron carbide.

次に、上述した方法によって作製した、繊維状の集合体を含む不織布状に形成されたB-炭素構造体をArガス流通下で焼成し、BC合成操作を行って繊維状炭化ホウ素を得た。(工程IV)
図5(a)はB-炭素構造体をArガス流通下で焼成して得られた焼成物のXRDパターンであり、図5(b)は焼成物のSEM写真である。
実験では、Arガス流通下(流量:200mL/min)、焼成温度1150℃~1250℃、昇温速度10℃/min、焼成時間5時間とした。
図5(a)では、1200℃で焼成したものについてBCのピークを確認することができ、炭化ホウ素が形成されていることが分かる。なお、1150℃で焼成したものについても若干であるが、BCが生成されている。
Next, the B 2 O 3 -carbon structure formed in the form of a nonwoven fabric containing fibrous aggregates produced by the above-described method is sintered under Ar gas flow, and a B 4 C synthesis operation is performed to form a fibrous structure. Boron carbide was obtained. (Step IV)
FIG. 5(a) is an XRD pattern of a fired product obtained by firing a B 2 O 3 -carbon structure under Ar gas flow, and FIG. 5(b) is an SEM photograph of the fired product.
In the experiment, the firing temperature was 1150° C. to 1250° C., the heating rate was 10° C./min, and the firing time was 5 hours under Ar gas flow (flow rate: 200 mL/min).
In FIG. 5(a), a B 4 C peak can be confirmed for the material sintered at 1200° C., indicating that boron carbide is formed. A small amount of B 4 C is also generated in the material fired at 1150°C.

図5(b)に示す焼成物のSEM写真から、繊維状のB-炭素構造体を焼成したことにより、粒体状の炭化ホウ素体が1μm程度以下の大きさの炭化ホウ素の微粒子が集結した繊維状の形態に形成されていることが分かる。このような炭化ホウ素の微粒子が集結して粒体状の複数の粒子からなる繊維状に形成された炭化ホウ素体の形態は、繊維化していないホウ酸-PVA縮合物粉末から得られる炭化ホウ素の形状である粉末(非特許文献1及び非特許文献2に記載の粉末)とはまったく異なっている。 From the SEM photograph of the fired product shown in FIG. 5(b), it can be seen that by firing the fibrous B 2 O 3 -carbon structure, the granular boron carbide bodies are fine particles of boron carbide having a size of about 1 μm or less. It can be seen that it is formed in a fibrous form in which is gathered. Such a form of boron carbide body in which fine particles of boron carbide are aggregated and formed into a fibrous form composed of a plurality of granular particles is obtained from boron carbide obtained from unfiberized boric acid-PVA condensate powder. It is completely different from the powder (powder described in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2) which is shaped.

上述した実験例<作製例1>では、ホウ酸-PVA縮合物繊維を作製する際に、塩酸を用いてホウ酸-PVA溶液の粘度を調整してホウ酸-PVA縮合物繊維を作製した。ホウ酸-PVA溶液の粘度調整は繊維状のホウ酸-PVA縮合物繊維を作製する上で重要である。また、縮合物繊維の性状は、縮合物繊維を大気中で熱分解してB-炭素構造体を作製し、さらにB-炭素構造体を不活性ガス雰囲気下で焼成して繊維状の炭化ホウ素体を作製する上で重要である。 In the experimental example <Production Example 1> described above, the boric acid-PVA condensate fiber was produced by adjusting the viscosity of the boric acid-PVA solution using hydrochloric acid when producing the boric acid-PVA condensate fiber. The adjustment of the viscosity of the boric acid-PVA solution is important in making fibrous boric acid-PVA condensate fibers. Further, the properties of the condensate fiber are such that the condensate fiber is thermally decomposed in the air to produce a B 2 O 3 -carbon structure, and the B 2 O 3 -carbon structure is fired in an inert gas atmosphere. It is important for fabricating a fibrous boron carbide body.

<繊維状炭化ホウ素の作製例2>
本実験<作製例2>では、ホウ酸-PVA溶液の粘度を調整する方法として、有機化合物(ポリオール)の可塑剤を溶液に加えて粘度調整する方法を試みた。実際にはポリオールとしてPVAを使用し、PVAの可塑剤としてグリセリンを使用した。
<Preparation example 2 of fibrous boron carbide>
In this experiment <Production Example 2>, as a method of adjusting the viscosity of the boric acid-PVA solution, a method of adjusting the viscosity by adding a plasticizer of an organic compound (polyol) to the solution was tried. PVA was actually used as the polyol, and glycerin was used as the plasticizer for the PVA.

電界紡糸用の溶液は、有機化合物(ポリオール)としてPVA、有機化合物(ポリオール)の可塑剤としてグリセリンを使用し、溶媒としてDMSOを使用した。実験ではグリセリンの添加量をPVAに対して10質量%、15質量%、又は20質量%とした溶液を使用し、下記に示す条件で溶液を調製した。なお、溶液の調製は、ホウ酸-PVA/DMSO溶液(9質量%)にグリセリンを加え、さらにホウ酸をPVAとホウ酸が4:1、グリセリンとホウ酸が1:1のモル比となるように調製した溶液に混合して、ホウ酸-PVA-グリセリン/DMSO溶液を調製した。(工程I) The electrospinning solution used PVA as an organic compound (polyol), glycerin as a plasticizer for the organic compound (polyol), and DMSO as a solvent. In the experiments, solutions containing 10% by mass, 15% by mass, or 20% by mass of glycerin relative to PVA were used, and the solutions were prepared under the following conditions. The solution is prepared by adding glycerin to a boric acid-PVA/DMSO solution (9% by mass), and adding boric acid at a molar ratio of 4:1 for PVA and boric acid, and 1:1 for glycerin and boric acid. A boric acid-PVA-glycerin/DMSO solution was prepared by mixing with the solution prepared as above. (Process I)

次に、このホウ酸-PVA-グリセリン/DMSO溶液を電界紡糸してホウ酸-PVA-グリセリン縮合物繊維を作製した。電界紡糸条件は、印加電圧20kVである。(工程II)
次いで、ホウ酸-PVA-グリセリン縮合物繊維を大気中で640℃、2時間熱分解し、B-炭素構造体繊維を作製した。(工程III)
最後に、B-炭素構造体繊維を、Arガス流通下(流量:200mL/min)で焼成し(焼成温度1200℃~1400℃、昇温速度10℃/min、焼成時間5時間)、繊維状の炭素ホウ素体を得た。(工程IV)
This boric acid-PVA-glycerin/DMSO solution was then electrospun to make boric acid-PVA-glycerin condensate fibers. The electrospinning condition is an applied voltage of 20 kV. (Step II)
Then, the boric acid-PVA-glycerin condensate fiber was pyrolyzed in air at 640° C. for 2 hours to produce a B 2 O 3 -carbon structure fiber. (Step III)
Finally, the B 2 O 3 -carbon structure fiber is sintered under Ar gas flow (flow rate: 200 mL/min) (sintering temperature 1200° C. to 1400° C., heating rate 10° C./min, sintering time 5 hours). , a fibrous carbon boron body was obtained. (Step IV)

図6はグリセリンのPVAに対する添加量を10質量%、15質量%、又は20質量%としたホウ酸-PVA-グリセリン/DMSO溶液を用いて電界紡糸して得られたホウ酸-PVA-グリセリン縮合物繊維のSEM写真と、それぞれの繊維径分布を示すグラフである。図6では、グリセリンの添加量をそれぞれ、10wt%、15wt%、及び20wt%と記載している。ここで、wt%は質量%と同義である。
図6から、グリセリンの添加量が10質量%のものは均一な繊維形状となり、平均繊維径が2.5μmであること、添加量が15質量%のものは10質量%のものと比べて繊維径の均一性が若干劣る一方、平均繊維径が2.3μmで繊維径が細くなっている。また、添加量が20質量%のものについては、的確な繊維形状とならず、曳糸性に劣るものとなった。添加量が20質量%のものは焼成後にグリセリンが残存したことにより繊維凝固阻害が生じた可能性もある。
FIG. 6 shows boric acid-PVA-glycerin condensation obtained by electrospinning using a boric acid-PVA-glycerin/DMSO solution in which the amount of glycerin added to PVA is 10%, 15%, or 20% by weight. 1 is a SEM photograph of a material fiber and a graph showing each fiber diameter distribution. In FIG. 6, the amounts of glycerin added are indicated as 10 wt %, 15 wt %, and 20 wt %, respectively. Here, wt % is synonymous with mass %.
From FIG. 6, it can be seen that when the amount of glycerin added is 10% by mass, the fibers have a uniform fiber shape and the average fiber diameter is 2.5 μm, and when the amount of glycerin added is 15% by mass, compared to 10% by mass, the fibers While the uniformity of the diameter is slightly inferior, the average fiber diameter is 2.3 μm and the fiber diameter is thin. Moreover, when the added amount was 20% by mass, the fibers did not have an appropriate fiber shape, resulting in poor spinnability. When the amount of addition was 20% by mass, glycerin remaining after baking might have caused fiber coagulation inhibition.

図7は、ホウ酸-PVA-グリセリン縮合物繊維を大気中で熱分解して得られたB-炭素構造体の形態を示す。図7(a)は、繊維状のB-炭素構造体の外観写真、図7(b)はFE-SEM写真、図7(c)は温水洗浄後の繊維状のB-炭素構造体のFE-SEM写真である。図7(a)及び図7(b)から繊維状のB-炭素構造体がホウ酸-PVA縮合物繊維の形態を反映していることが分かる。また、図7(c)から繊維状のB-炭素構造体にはBと炭素のきわめて微細な分散が観察されており、繊維状B-炭素構造体は高い反応性を有する。 FIG. 7 shows the morphology of the B 2 O 3 -carbon structure obtained by pyrolyzing the boric acid-PVA-glycerin condensate fiber in air. FIG. 7(a) is an appearance photograph of a fibrous B 2 O 3 -carbon structure, FIG. 7(b) is an FE-SEM photograph, and FIG. 7(c) is a fibrous B 2 O 3 after hot water washing. - FE-SEM photographs of carbon structures. It can be seen from FIGS. 7(a) and 7(b) that the fibrous B 2 O 3 -carbon structures reflect the morphology of boric acid-PVA condensate fibers. Also, from FIG. 7(c), extremely fine dispersion of B 2 O 3 and carbon is observed in the fibrous B 2 O 3 -carbon structure, and the fibrous B 2 O 3 -carbon structure has a high Reactive.

図8は繊維状B-炭素構造体をArガス流通下で焼成して得られた焼成物のSEM写真である。図8(a)は焼成温度を1300℃として焼成した焼成物、図8(b)は焼成温度を1400℃として焼成した焼成物のSEM写真である。
図9は、焼成温度1400℃で得られた焼成物をXRD分析したデータである。図9から、繊維状B-炭素構造体を焼成したことにより不純物の少ないBCが生成されたことが分かる。
FIG. 8 is a SEM photograph of a fired product obtained by firing a fibrous B 2 O 3 -carbon structure under Ar gas flow. Fig. 8(a) is a SEM photograph of a fired product fired at a firing temperature of 1300°C, and Fig. 8(b) is a SEM photograph of a fired product fired at a firing temperature of 1400°C.
FIG. 9 shows XRD analysis data of a sintered product obtained at a sintering temperature of 1400°C. From FIG. 9, it can be seen that B 4 C with few impurities was produced by sintering the fibrous B 2 O 3 -carbon structure.

図8(a)及び図8(b)に示すように、焼成温度が1300℃と1400℃の焼成物ともに、複数個の炭化ホウ素からなる粒子が繊維状に連結して形成された焼成物であることが分かる。すなわち、繊維状形態の炭化ホウ素を得ることができた。1300℃で焼成した繊維状と1400℃で焼成した焼成物とを比較すると、1300℃で焼成した繊維状の方が粒子の形態が微細になっている。 As shown in FIGS. 8(a) and 8(b), both the fired products with firing temperatures of 1300° C. and 1400° C. are fired products formed by connecting a plurality of particles made of boron carbide in a fibrous form. I know there is. That is, it was possible to obtain fibrous boron carbide. Comparing the fibrous material sintered at 1300° C. with the sintered material sintered at 1400° C., the fibrous material sintered at 1300° C. has finer particles.

Claims (9)

ホウ酸と有機化合物とを含む溶液を調製する工程と、
ホウ酸と有機化合物とを含む溶液を用いて、ホウ酸と有機化合物との縮合物繊維を紡糸する工程と、
前記縮合物繊維を大気中で熱分解し、B-炭素構造体繊維を作製する工程と、
前記B-炭素構造体繊維を、真空中又は不活性ガス雰囲気下で焼成し、粒体状の炭化ホウ素が連結した繊維状炭化ホウ素を作製する工程と、
を備える繊維状炭化ホウ素の製造方法。
preparing a solution comprising boric acid and an organic compound;
A step of spinning a condensate fiber of boric acid and an organic compound using a solution containing boric acid and an organic compound;
pyrolyzing the condensate fibers in the atmosphere to produce B 2 O 3 -carbon structure fibers;
a step of sintering the B 2 O 3 -carbon structure fiber in vacuum or under an inert gas atmosphere to produce fibrous boron carbide in which granular boron carbide is linked;
A method for producing fibrous boron carbide.
前記ホウ酸と有機化合物とを含む溶液を調製する工程において、溶液の粘度を、酸を使用して調整し、前記縮合物繊維を紡糸する工程において電界紡糸法を適用する請求項1記載の繊維状炭化ホウ素の製造方法。 The fiber of claim 1, wherein in the step of preparing a solution containing boric acid and an organic compound, the viscosity of the solution is adjusted using an acid, and electrospinning is applied in the step of spinning the condensate fiber. A method for producing spheroidal boron carbide. 前記ホウ酸と有機化合物とを含む溶液を調製する工程において、溶液の粘度を、前記有機化合物の可塑剤を使用して調整し、前記縮合物繊維を紡糸する工程において電界紡糸法を適用する請求項1記載の繊維状炭化ホウ素の製造方法。 In the step of preparing a solution containing boric acid and an organic compound, the viscosity of the solution is adjusted using the plasticizer of the organic compound, and electrospinning is applied in the step of spinning the condensate fiber. Item 1. A method for producing fibrous boron carbide according to item 1. 前記有機化合物の可塑剤としてグリセリンを使用する請求項3記載の繊維状炭化ホウ素の製造方法。 4. The method for producing fibrous boron carbide according to claim 3, wherein glycerin is used as a plasticizer for said organic compound. 前記ホウ酸と有機化合物との溶液の粘度を、塩酸と前記有機化合物の可塑剤とを使用して、調整する請求項3または請求項4に記載の繊維状炭化ホウ素の製造方法。 5. The method for producing fibrous boron carbide according to claim 3, wherein the viscosity of the solution of said boric acid and organic compound is adjusted using hydrochloric acid and a plasticizer for said organic compound. 前記有機化合物は、ポリオールを含む請求項1~請求項5のいずれか一項記載の繊維状炭化ホウ素の製造方法。 The method for producing fibrous boron carbide according to any one of claims 1 to 5, wherein the organic compound contains a polyol. 前記ポリオールは、ポリビニルアルコールを含み、且つ、前記ホウ酸と有機化合物との溶液は、溶媒としてジメチルスルホキシドを含む請求項6記載の繊維状炭化ホウ素の製造方法。 7. The method for producing fibrous boron carbide according to claim 6, wherein said polyol contains polyvinyl alcohol, and said solution of boric acid and organic compound contains dimethylsulfoxide as a solvent. 粒体状の炭化ホウ素が連なった繊維状炭化ホウ素であって、前記繊維状炭化ホウ素は、粒径が1μm~5μmの粒体状の炭化ホウ素が複数個連結されて繊維状に構成されてなる繊維状炭化ホウ素。 A fibrous boron carbide in which granular boron carbide is connected, wherein the fibrous boron carbide is formed in a fibrous form by connecting a plurality of granular boron carbide particles having a particle size of 1 μm to 5 μm. fibrous boron carbide; 前記粒体状の炭化ホウ素は、各々、粒径1μm以下の炭化ホウ素の微粒子が複数個集結して構成される二次粒子を含む請求項8記載の繊維状炭化ホウ素。 9. The fibrous boron carbide according to claim 8, wherein each of said granular boron carbide contains secondary particles each composed of a plurality of aggregated fine particles of boron carbide having a particle size of 1 μm or less.
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