JPH03109265A - Fiber reinforced carbonaceous composite material - Google Patents

Fiber reinforced carbonaceous composite material

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JPH03109265A
JPH03109265A JP1244981A JP24498189A JPH03109265A JP H03109265 A JPH03109265 A JP H03109265A JP 1244981 A JP1244981 A JP 1244981A JP 24498189 A JP24498189 A JP 24498189A JP H03109265 A JPH03109265 A JP H03109265A
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carbon
inorganic
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敏弘 石川
Yasuhiro Shioji
塩路 泰広
Masaki Shibuya
昌樹 渋谷
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Abstract

PURPOSE:To provide the above composite material which is excellent in strength, elasticity, toughness, etc., by using the specific high-strength and high- modulus inorg. fibers obtd. from a silicon-contg. polycyclic arom. polymer as a reinforcing material and a specific carbonaceous inorg. material as a matrix. CONSTITUTION:The fiber reinforced carbonaceous composite material is produced by using the high-strength and high-modulus inorg. fibers obtd. from the silicon-contg. polycyclic arom. polymer as the reinforcing material and the carbonaceous inorg. material obtd. from the silicon-contg. polyclic arom. polymer as the matrix. The constituting components of the inorg. fibers are the crystalline carbon derived from a polycyclic arom. compd. of a mesophase state constituting the polymer, the carbon in a non-oriented state derived from an optically isotropic polycyclic arom. compd. contg. the components insoluble in org. solvents constituting the polymer, and amorphous materials, etc., contg. Si, C, O, etc. The constituting components of the inorg. material are the crystalline carbon derived from the polycyclic arom. compd. constituting the polymer, amorphous carbon, and amorphous materials contg. Si, C, and O, etc.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は機械的特性に優れた、耐熱性、耐摩耗性炭素質
無機複合材料に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a heat-resistant, wear-resistant carbonaceous inorganic composite material with excellent mechanical properties.

(従来の技術及びその問題点) 無機繊維で強化した炭素質無機複合材料のうち、強化繊
維として炭素繊維、無機質マトリックスとして炭素を用
いた、所謂C/Cコンポ叱ッドツト強度、比弾性、非酸
化性雰囲気中における耐熱性、靭性、摩擦特性に優れ、
耐熱構造材、ブレーキ材として有望なものである。特に
ブレーキ用途においては、航空機、レーシングカー用と
して実用化が進められている。
(Prior art and its problems) Among carbonaceous inorganic composite materials reinforced with inorganic fibers, so-called C/C composite materials using carbon fiber as the reinforcing fiber and carbon as the inorganic matrix have strength, specific elasticity, and non-oxidation properties. Excellent heat resistance, toughness, and friction properties in a harsh atmosphere,
It is promising as a heat-resistant structural material and brake material. Particularly in brake applications, practical use is progressing for aircraft and racing cars.

しかし、C/Cコンポジットでは、強化材とマトリック
ス炭素との界面に致命的亀裂や剥離を生じやすく、充分
な機械的強度が得られず、また、C/Cコンポジットは
マトリックスが炭素のみからなるため、酸化性雰囲気中
での長時間の使用は困難であり、また、摩擦特性におい
ても潤滑性には優れているものの、耐摩耗性は必ずしも
充分ではなかった。
However, C/C composites tend to cause fatal cracks and peeling at the interface between the reinforcing material and matrix carbon, making it difficult to obtain sufficient mechanical strength. However, it is difficult to use it for a long time in an oxidizing atmosphere, and although it has excellent friction properties and lubricity, its wear resistance is not necessarily sufficient.

この欠点を改善し、炭素繊維とマトリックス炭素との界
面接着力の向上を図ることを目的として、炭素繊維表面
を種々の処理剤でサイジングする方法やCVD等の方法
によりコーティングする方法が行われている。
In order to improve this drawback and improve the interfacial adhesion between carbon fibers and matrix carbon, methods have been used in which the surface of carbon fibers is sized with various treatment agents and coated with methods such as CVD. There is.

しかし、上記のサイジングによる方法では、炭素繊維と
マトリックス炭素との界面接着性の問題を根本的に解決
することは難しく、処理剤と繊維又はマトリックス間で
新たな欠陥、剥離を生じ、また、処理剤によっては複合
材中に不純物とじて残存するため、C/Cコンポジット
の優れた特性のうち、耐食性、耐熱性等が失われること
になる。
However, with the above sizing method, it is difficult to fundamentally solve the problem of interfacial adhesion between carbon fibers and matrix carbon, and new defects and peeling occur between the treatment agent and the fibers or matrix. Some agents may remain as impurities in the composite material, resulting in loss of corrosion resistance, heat resistance, etc. among the excellent properties of the C/C composite.

一方、繊維−本一本にコーティング処理を施す方法は、
CVD工程等の生産性の低い工程を追加する必要があり
、複合材を高コストなものとし、かつ、得られた繊維の
繊維径が太くなるため、しなやかさを失わせ、複合材設
計の自由度を大きく減するものであった。
On the other hand, the method of coating each fiber is
It is necessary to add a process with low productivity such as a CVD process, which makes the composite material expensive, and the fiber diameter of the obtained fiber increases, which causes a loss of flexibility and freedom in composite material design. This was a significant reduction in severity.

一方、強化繊維として炭化珪素繊維等のアモルファス無
機繊維を用いた場合、強化繊維の炭素マトリックスとの
接着性は改善されるが、上記無機繊維は炭素マトリック
スが充分結晶化する温度では、機械的強度を充分保持出
来ないため、複合材料としての機械的特性を向上させる
ことはできなかった。
On the other hand, when amorphous inorganic fibers such as silicon carbide fibers are used as reinforcing fibers, the adhesion of the reinforcing fibers to the carbon matrix is improved; could not be retained sufficiently, so it was not possible to improve the mechanical properties of the composite material.

一方、マトリックス炭素の耐酸化性、耐磨耗性を向上さ
せる方法として、Am、Ceram、 So′c、Bu
ll、62(1983)916において、ウォーカー(
B、E、Walker、Jr)らは、C/Cコンポジッ
トに有機珪素高分子を含浸後、熱分解し、マトリックス
への炭化珪素成分の導入を図るという方法について記載
しているが、得られた複合材の曲げ強度は15BMPと
低強度である。
On the other hand, as a method for improving the oxidation resistance and abrasion resistance of matrix carbon, Am, Ceram, So'c, Bu
Walker (
B., E. Walker, Jr.) describe a method in which a C/C composite is impregnated with an organosilicon polymer and then thermally decomposed to introduce a silicon carbide component into the matrix. The bending strength of the composite material is as low as 15 BMP.

また、Proc、 of Int、Symp、on C
eramic、Compon。
Also, Proc, of Int, Symp, on C
eramic, Compon.

for Engine、1983+Japan、p50
5において、フィッツア−(E、Fitzer)らは、
C/Cコンポジットに珪素融液を含浸し、マトリックス
の炭化珪素化を図るという方法について記載しているが
、得られた複合材は、そのマトリックス粒子間に未反応
のまま残存する金属珪素のため、1300°C以上の高
温ではクリープ変成を生じ、C/Cコンポジットの有す
る高温特性を有していない。
for Engine, 1983+Japan, p50
In 5, Fitzer et al.
This paper describes a method in which a C/C composite is impregnated with a silicon melt to convert the matrix into silicon carbide, but the resulting composite material is made up of metal silicon that remains unreacted between the matrix particles. , creep metamorphosis occurs at high temperatures of 1300°C or higher, and it does not have the high-temperature properties of C/C composites.

上記のいずれのプロセスも、従来の複雑なC/Cコンポ
ジット製造過程に加え、さらに煩雑なプロセスが付加さ
れ、工業的利用の困難なものであった。
In addition to the conventional complicated C/C composite manufacturing process, each of the above-mentioned processes involves an additional complicated process, making it difficult to use industrially.

(問題を解決するための手段) 本発明の目的は、上記問題点を解決した新規な無機繊維
強化炭素材料の提供にある。
(Means for Solving the Problems) An object of the present invention is to provide a novel inorganic fiber-reinforced carbon material that solves the above problems.

本発明の他の目的は、機械的特性に優れた無機繊維強化
炭素材料の提供にある。
Another object of the present invention is to provide an inorganic fiber-reinforced carbon material with excellent mechanical properties.

本発明の他の目的は、耐食性、耐熱性、耐酸化性に優れ
た炭素材料の提供にある。
Another object of the present invention is to provide a carbon material with excellent corrosion resistance, heat resistance, and oxidation resistance.

本発明の無機繊維強化炭素質複合材料は、無機繊維を強
化材とし、無機物質をマトリックスとする複合材料であ
って、上記無機繊維が、珪素含有多環状芳香族重合体か
ら得られる無機繊維であって、その構成成分が t ) E’A重合体を構成するメソフェーズ状態にあ
る多環状芳香族化合物から導かれるラジアル構造、オニ
オン構造、ランダム構造、コアラジアル構造、スキンオ
ニオン構造及びモザイク構造からなる群から選ばれる少
なくとも一種の結晶配列状態を示す炭素質、 ii)該重合体を構成する有機溶媒不溶分を含む光学的
等方性の多環状芳香族化合物から導かれる、無配向状態
の結晶質炭素及び/又は非晶質炭素、及び 1ii)St、C及び0から実質的になる非晶質相及び
/又は粒径が500Å以下の実質的にβ−SiCからな
る結晶質超微粒子と非晶質のSiOx(0<x≦2)か
らなる集合体であり、構成元素の割合がS i ; 3
0〜70重量%、C;20〜60重量%及びO; 0.
5〜10重量%であるSi−C−0物質 よりなる高強度・高弾性率無機繊維であり、前記無機物
質が金属含有多環状芳香族重合体から得られる無機物質
であって、その構成成分が、a)該重合体を構成するメ
ソフェーズ状態にある多環状芳香族化合物から導かれる
結晶質炭素、又は結晶質炭素と非晶質炭素、 b)31重合体を構成する光学的等方性の多環状芳香族
化合物から導かれる、無配向状態の結晶質炭素及び/又
は非晶質炭素、及び c)(1)Si、M、C及び0から実質的になる非晶質
物質、及び/又は ■実質的にβ−SiC,MC1β−SiCとMCの固溶
体及びM CI−Xからなる粒径が500Å以下の結晶
超微粒子と、非晶質のSiOy及びMO□との集合体で
あり、 構成元素の割合がSi;5〜70重量%、M;0.5〜
45重量%、C;20〜40重量%及びO;0.01〜
30重量%であるSi−M−C−〇物質(上記式中、M
はTi、Zr及びHfから選択される少な(とも一種の
元素であり、Q<x<1、O<y≦2、Q<z≦2であ
る。) よりなる炭素質無機物質である。
The inorganic fiber-reinforced carbonaceous composite material of the present invention is a composite material having inorganic fibers as a reinforcing material and an inorganic substance as a matrix, wherein the inorganic fibers are inorganic fibers obtained from a silicon-containing polycyclic aromatic polymer. and its constituent components are t) Consisting of a radial structure, an onion structure, a random structure, a core radial structure, a skin onion structure, and a mosaic structure derived from the polycyclic aromatic compound in the mesophase state that constitutes the E'A polymer. ii) a non-oriented crystalline substance derived from an optically isotropic polycyclic aromatic compound containing an organic solvent insoluble component constituting the polymer; carbon and/or amorphous carbon, and 1ii) an amorphous phase consisting essentially of St, C and 0 and/or crystalline ultrafine particles consisting essentially of β-SiC with a particle size of 500 Å or less and amorphous It is an aggregate consisting of quality SiOx (0<x≦2), and the ratio of constituent elements is S i ; 3
0-70% by weight, C; 20-60% by weight and O; 0.
A high-strength, high-modulus inorganic fiber made of a Si-C-0 material of 5 to 10% by weight, wherein the inorganic material is an inorganic material obtained from a metal-containing polycyclic aromatic polymer, and its constituent components is a) crystalline carbon derived from a polycyclic aromatic compound in a mesophase state constituting the polymer, or crystalline carbon and amorphous carbon, b) optically isotropic carbon constituting the 31 polymer. non-oriented crystalline carbon and/or amorphous carbon derived from a polycyclic aromatic compound; and c) (1) an amorphous substance consisting essentially of Si, M, C and 0; and/or ■Substantially β-SiC, MC1 It is an aggregate of crystalline ultrafine particles with a particle size of 500 Å or less consisting of a solid solution of β-SiC and MC and MCI-X, and amorphous SiOy and MO□, and its constituent elements The proportion of Si: 5 to 70% by weight, M: 0.5 to 70% by weight
45% by weight, C: 20-40% by weight and O: 0.01-
30% by weight of Si-M-C-〇 material (in the above formula, M
is a carbonaceous inorganic substance consisting of a small amount selected from Ti, Zr, and Hf (all of which are one type of element, and Q<x<1, O<y≦2, and Q<z≦2).

まず、本発明における無機繊維について詳細に説明する
。以下の説明において「部」は「重量部」であり、「%
」は「重量%」である。
First, the inorganic fiber in the present invention will be explained in detail. In the following explanation, "part" means "part by weight" and "%
” is “% by weight”.

本発明における無機繊維は、前述した構成成分i)、i
i)及びji)からなっており、St;0.01〜29
%、C,70〜99.9%及びo 、 o、 o 。
The inorganic fibers in the present invention include the above-mentioned constituent components i), i)
Consisting of i) and ji), St; 0.01 to 29
%, C, 70-99.9% and o, o, o.

1〜10%、好ましくはSi;0.1〜25%、C;7
4〜99.8%及びO;0.01〜8%から実質的に構
成されている。
1-10%, preferably Si; 0.1-25%, C; 7
4 to 99.8% and O; 0.01 to 8%.

この無機繊維の構成成分である結晶質炭素は500Å以
下の結晶子サイズを有し、1.5人の分解能を有する高
分解能電子顕微鏡において、繊維軸方向に配向した3、
2人の(002)面に相当する微細なラティスイメージ
像が観察されうる超微粒子のグラファイト結晶である。
Crystalline carbon, which is a component of this inorganic fiber, has a crystallite size of 500 Å or less, and is oriented in the fiber axis direction in a high-resolution electron microscope with a resolution of 1.5 people.
It is an ultrafine graphite crystal in which a fine lattice image corresponding to two (002) planes can be observed.

無機繊維中の結晶質炭素は、ラジアル構造、オニオン構
造、ランダム構造、コアラジアル構造、スキンオニオン
構造、モザイク構造及び一部ラジアル構造を含むランダ
ム構造等をとることができる。これは、原料中にメソフ
ェーズ多環状芳香族化合物(2)が存在することに起因
する。
The crystalline carbon in the inorganic fibers can have a radial structure, an onion structure, a random structure, a core radial structure, a skin onion structure, a mosaic structure, a random structure including a partial radial structure, and the like. This is due to the presence of the mesophase polycyclic aromatic compound (2) in the raw material.

この無機繊維における構成成分i)及びii)の総和1
00部に対する構成成分1ii)の割合は0.015〜
200部であり、且つ構成成分i)、ii)の比率は1
:0.02〜4である。
Total sum of constituent components i) and ii) in this inorganic fiber 1
The ratio of component 1ii) to 0.00 parts is from 0.015 to
200 parts, and the ratio of components i) and ii) is 1
:0.02-4.

構成成分i)及びii)の総和100部に対する構成成
分1ii)の割合が0.015未満の場合は、はとんど
ピッチ繊維と変わらず、耐酸化性やマトリックスとの界
面接着力の向上は望めず、上記割合が200部を越えた
場合はグラファイトの微細結晶が効果的には生成せず、
高弾性率の繊維が得られない。
When the ratio of component 1ii) to 100 parts of the total of components i) and ii) is less than 0.015, the fiber is almost the same as pitch fiber, and the oxidation resistance and interfacial adhesive strength with the matrix are not improved. If the above ratio exceeds 200 parts, graphite fine crystals will not be effectively generated.
Fibers with high elastic modulus cannot be obtained.

本発明における連続無機繊維では、層間隔が小さく三次
元的配列が付与された微結晶が効果的に生成しており、
その微細結晶を包み込むように珪素原子が非常に均一に
分布している。
In the continuous inorganic fiber of the present invention, microcrystals with a small interlayer spacing and three-dimensional arrangement are effectively generated,
Silicon atoms are distributed very uniformly so as to surround the microcrystals.

本発明における無機繊維は、 1)結合単位(St  CH2)、又は結合単位(Si
CHz)と結合単位(Si−3t)から主としてなり、
珪素原子の側鎖に水素原子、低級アルキル基、フェニル
基及びシリル基からなる群から選ばれる側鎖基を有し、
結合単位(Si−CH2)(7)全数対結合単位(St
−3i)(7)全数の比が100〜20の範囲にある有
機珪素重合体の珪素原子の少なくとも一部が、石油系又
は石炭系のピッチあるいはその熱処理物の芳香族環の炭
素と結合した前駆重合体100部及び 2)石油系又は石炭系ピッチを熱処理して得られるメソ
フェーズ状態又はメソフェーズと光学的等吉相との両相
からなる多環状芳香族化合物(以下、両者を総称して「
メソフェーズ多環状芳香族化合物」と言うことがある。
The inorganic fiber in the present invention includes: 1) a bonding unit (St CH2) or a bonding unit (Si
Hz) and a bonding unit (Si-3t),
Having a side chain group selected from the group consisting of a hydrogen atom, a lower alkyl group, a phenyl group and a silyl group in the side chain of a silicon atom,
Bonding unit (Si-CH2) (7) Total number of pairs bonding unit (St
-3i) (7) At least a part of the silicon atoms of the organosilicon polymer whose total number ratio is in the range of 100 to 20 are bonded to the carbon of the aromatic ring of petroleum-based or coal-based pitch or its heat-treated product. 100 parts of a precursor polymer and 2) a mesophase state obtained by heat-treating petroleum-based or coal-based pitch, or a polycyclic aromatic compound consisting of both mesophase and optically isotonic phase (hereinafter both are collectively referred to as "
Sometimes referred to as ``mesophase polycyclic aromatic compounds''.

)5〜50000部を、 200〜500°Cの範囲の温度で加熱反応及び/又は
加熱溶融して、珪素含有多環状芳香族重合体を得る第1
工程、 上記珪素含有多環状芳香族重合体の紡糸原液を調製して
紡糸する第2工程、 該紡糸原糸を張力下あるいは無張力下で不融化する第3
工程、及び 不融化した前記紡糸繊維束を真空中あるいは不活性ガス
雰囲気中で800〜3000℃の範囲の温度で焼成する
第4工程 よりなる製造方法により提供される。
) 5 to 50,000 parts are heat-reacted and/or heat-melted at a temperature in the range of 200 to 500°C to obtain a silicon-containing polycyclic aromatic polymer.
a second step of preparing a spinning dope of the silicon-containing polycyclic aromatic polymer and spinning it; a third step of infusibleizing the spun yarn under tension or without tension;
and a fourth step of firing the infusible spun fiber bundle at a temperature in the range of 800 to 3000° C. in vacuum or in an inert gas atmosphere.

上記各工程についてさらに具体的に説明する。Each of the above steps will be explained in more detail.

第1工程: 出発原料の一つである有機珪素重合体は、公知の方法で
合成することができ、例えば、ジメチルジクロロシラン
と金属ナトリウムの反応により得られるポリメチルシラ
ンを不活性ガス中で400°C以上に加熱することによ
り得られる。
First step: The organosilicon polymer, which is one of the starting materials, can be synthesized by a known method. For example, polymethylsilane obtained by the reaction of dimethyldichlorosilane and metallic sodium is heated in an inert gas for 400 min. Obtained by heating above °C.

上記有機珪素重合体は、結合単位(Si  CHt)、
又は結合単位(St  CHz)と結合単位(3i−S
i)より主としてなり、結合単位(St−CH,)の全
数対結合単位(Si−3i)の全数の比率は100〜2
0の範囲内にある。
The organosilicon polymer has a bonding unit (Si CHt),
Or the bonding unit (St CHz) and the bonding unit (3i-S
i), and the ratio of the total number of bond units (St-CH,) to the total number of bond units (Si-3i) is 100 to 2
It is within the range of 0.

有機珪素重合体の重量平均分子量(MW )は、−船釣
には300〜1000で、Mlが400〜800のもの
が、優れた炭素系無機繊維を得るための中間原料である
前駆重合体(1)を調製するために特に好ましい。
The weight average molecular weight (MW) of the organosilicon polymer is 300 to 1000 for boat fishing, and those with Ml of 400 to 800 are suitable for use as precursor polymers (which are intermediate raw materials for obtaining excellent carbon-based inorganic fibers). Particularly preferred for preparing 1).

もう一つの出発原料である多環状芳香族化合物は石油類
及び/又は石炭類から得られるピッチで、特に石油類の
流動接触分解により得られる重質油、その重質油を蒸留
して得た留出成分又は残渣油及びそれらを熱処理して得
られるピッチである。
Another starting material, a polycyclic aromatic compound, is pitch obtained from petroleum and/or coal, especially heavy oil obtained by fluid catalytic cracking of petroleum, and pitch obtained by distilling the heavy oil. Distillate components or residual oils and pitch obtained by heat-treating them.

上記ピッチ中には、ベンゼン、トルエン、キシレン、テ
トラヒドロフランなどの有機溶媒に不溶の成分が5〜9
8重量%含まれていることが好ましい。上記の不溶成分
が5重量%未満のピッチを原料として用いた場合、強度
、弾性率共に優れた無機質繊維は得られず、また、98
重量%より多いピッチを原料として用いた場合、共重合
体の分子量上昇が激しく、一部コーキングの起こる場合
もあり、紡糸困難な状態になる。
The above pitch contains 5 to 9 components insoluble in organic solvents such as benzene, toluene, xylene, and tetrahydrofuran.
The content is preferably 8% by weight. If pitch containing less than 5% by weight of the above-mentioned insoluble components is used as a raw material, inorganic fibers with excellent strength and elastic modulus cannot be obtained;
If more than % by weight of pitch is used as a raw material, the molecular weight of the copolymer will increase sharply, and coking may occur in some cases, making spinning difficult.

このピッチの重量平均分子N (Mt、 )は、100
〜3000である。
The weight average molecule N (Mt, ) of this pitch is 100
~3000.

重量平均分子量は以下のようにして求めた値である。即
ち、ピッチがベンゼン、トルエン、キシレン、テトラヒ
ドロフラン、クロロホルム及びジクロロベンゼン等のゲ
ルパーミュエーションクロマトグラフ(GPC)測定用
有機溶媒不溶分を含有しない場合はそのままGPC測定
し、ピッチが上記有機溶媒不溶分を含有する場合は、温
和な条件で水添処理し、上記有機溶媒不溶分を上記有機
溶媒可溶な成分に変えて後GPC測定する。上記有機溶
媒不溶分を含有する重合体の重量平均分子量は、上記と
同様の処理を施し求めた値である。
The weight average molecular weight is a value determined as follows. That is, if the pitch does not contain organic solvent insoluble components for gel permeation chromatography (GPC) measurement, such as benzene, toluene, xylene, tetrahydrofuran, chloroform, and dichlorobenzene, the pitch is directly measured by GPC, and the pitch is determined from the above organic solvent insoluble components. If it contains, it is hydrogenated under mild conditions to change the organic solvent-insoluble components to the organic solvent-soluble components, followed by GPC measurement. The weight average molecular weight of the polymer containing the organic solvent insoluble matter is a value obtained by performing the same treatment as above.

前駆重合体(1)は、有機珪素重合体に、石油系又は石
炭系ピッチを添加し、不活性ガス中で好ましくは250
〜500″Cの範囲の温度で加熱反応させることにより
調製される。
Precursor polymer (1) is prepared by adding petroleum-based or coal-based pitch to an organosilicon polymer, and preparing the mixture preferably at 250% in an inert gas.
It is prepared by a heated reaction at a temperature in the range of ~500''C.

ピッチの使用割合は、有機珪素重合体100部当たり8
3〜4900部であることが好ましい。
The ratio of pitch used is 8 parts per 100 parts of organosilicon polymer.
It is preferable that it is 3-4900 parts.

ピッチの使用割合が過度に小さい場合は、得られる無機
繊維中の炭化珪素成分が多くなり、高弾性率を有する無
機繊維が得られなくなり、また、その割合が過度に多い
場合は、炭化珪素成分が少なくなり、マトリックス炭素
との界面接着性、耐酸化性に優れた無機繊維が得られな
くなる。
If the ratio of pitch used is too small, the silicon carbide component in the resulting inorganic fiber will increase, making it impossible to obtain an inorganic fiber with a high modulus of elasticity. As a result, inorganic fibers with excellent interfacial adhesion with matrix carbon and oxidation resistance cannot be obtained.

上記反応の反応温度が過度に低いと、珪素原子と芳香族
炭素の結合が生成しにくくなり、反応温度が過度に高い
と、生成した前駆重合体(1)の分解及び高分子量化が
激しく起こり好ましくない。
If the reaction temperature of the above reaction is too low, it will be difficult to form bonds between silicon atoms and aromatic carbon, and if the reaction temperature is too high, the resulting precursor polymer (1) will be violently decomposed and its molecular weight will increase. Undesirable.

メソフェーズ多環状芳香族化合物(2)は、例えば、石
油系又は石炭系ピッチを不活性ガス中で300〜500
°Cに加熱し、生成する軟質留分を除去しながら縮重合
することによってQすることができる。
The mesophase polycyclic aromatic compound (2) is, for example, petroleum-based or coal-based pitch heated to 300 to 500% in an inert gas.
Q can be carried out by heating to °C and performing condensation polymerization while removing the soft fraction produced.

上記縮重合反応温度が過度に低いと縮合環の成長が充分
でなく、またその温度が過度に高pzとコーキングによ
り不溶、不融の生成物が生ずる。
If the temperature of the condensation polymerization reaction is too low, the growth of the condensed ring will not be sufficient, and if the temperature is too high, an insoluble or infusible product will be produced due to coking.

メソフェーズ多環状芳香族化合物(2)は、融点が20
0〜400°Cの範囲にあり、また、重量平均分子量が
200〜10000である。
The mesophase polycyclic aromatic compound (2) has a melting point of 20
The temperature is in the range of 0 to 400°C, and the weight average molecular weight is in the range of 200 to 10,000.

メソフェーズ多環状芳香族化合物(2)の中でも、20
〜100%の光学的異方性度を有し、30〜100%の
ベンゼン、トルエン、キシレン又はテトラヒドロフラン
に対する不溶分を含むものが、機械的性能の優れた無機
繊維を得るために特に好ましい。
Among the mesophase polycyclic aromatic compounds (2), 20
Those having an optical anisotropy of 100% to 100% and containing 30 to 100% insoluble matter in benzene, toluene, xylene or tetrahydrofuran are particularly preferred in order to obtain inorganic fibers with excellent mechanical performance.

第1工程では、前駆重合体(1)とメソフェーズ多環状
芳香族化合物(2)を200〜500°Cの温度範囲で
加熱溶融及び/又は加熱反応し、珪素含有多環状芳香族
重合体からなる紡糸ポリマーを調製する。
In the first step, the precursor polymer (1) and the mesophase polycyclic aromatic compound (2) are heated and melted and/or reacted in a temperature range of 200 to 500°C to form a silicon-containing polycyclic aromatic polymer. Prepare the spun polymer.

メソフェーズ多環状芳香族化合物(2)の使用割合は前
駆重合体(1) 100部当たり5〜50000部であ
ることが好ましく、5部未満では、生成物におけるメソ
フェーズ含有量が不足するため、高弾性の焼成糸が得ら
れず、また、50000部より多い場合は、珪素成分の
不足のためマトリックス炭素との界面接着性、耐酸化性
に優れた無機繊維が得られなくなる。
The mesophase polycyclic aromatic compound (2) is preferably used in an amount of 5 to 50,000 parts per 100 parts of the precursor polymer (1). If it is less than 5 parts, the mesophase content in the product will be insufficient, resulting in high elasticity. If the amount is more than 50,000 parts, an inorganic fiber with excellent interfacial adhesion with matrix carbon and oxidation resistance cannot be obtained due to the lack of silicon component.

上記珪素含有多環状芳香族重合体の重量平均分子量は2
00〜11000で、融点が200〜400°Cである
The weight average molecular weight of the silicon-containing polycyclic aromatic polymer is 2
00-11000, and the melting point is 200-400°C.

第2工程: 第1工程で得られる珪素含有多環状芳香族重合体である
紡糸ポリマーを加熱溶融させて、場合によってはこれを
濾過してミクロゲル、不純物等の紡糸に際して有害とな
る物質を除去し、これを通常用いられる合成繊維紡糸装
置により紡糸する。
2nd step: The spinning polymer, which is a silicon-containing polycyclic aromatic polymer obtained in the 1st step, is heated and melted, and in some cases, it is filtered to remove substances that are harmful during spinning, such as microgels and impurities. This is then spun using a commonly used synthetic fiber spinning device.

紡糸する際の紡糸原液の温度は原料ポリマーの軟化温度
によって異なるが、220〜420°Cの範囲の温度が
有利である。
The temperature of the spinning dope during spinning varies depending on the softening temperature of the raw material polymer, but a temperature in the range of 220 to 420°C is advantageous.

前記紡糸装置において、必要に応じて紡糸筒を゛取付け
、該紡糸筒内の雰囲気を空気、−不活性ガス、熱空気、
熱不活性ガス、スチーム、及びアンモニアガスからなる
群から選ばれる一種以上の雰囲気とした後、巻取り速度
を大きくすることにより細い直径の繊維を得ることがで
きる。前記溶融紡糸における紡糸速度は原料の平均分子
量、分子量分布、分子構造によって異なるが、50〜5
000m/分の範囲であることが好ましい。
In the spinning device, a spinning tube is attached as necessary, and the atmosphere inside the spinning tube is changed to air, inert gas, hot air,
After creating an atmosphere of one or more selected from the group consisting of thermally inert gas, steam, and ammonia gas, fibers with a narrow diameter can be obtained by increasing the winding speed. The spinning speed in the melt spinning varies depending on the average molecular weight, molecular weight distribution, and molecular structure of the raw materials, but is 50 to 50%.
000 m/min is preferable.

第3工程: 第2工程で得られる紡糸繊維を張力又は無張力の作用も
とで不融化する。
Third step: The spun fibers obtained in the second step are made infusible under the action of tension or no tension.

代表的な不融化方法は上記成形体を酸化性雰囲気中で加
熱する方法である。不融化の温度は好ましくは50〜4
00 ’Cの範囲の温度である。不融化温度が過度に低
いとマトリックスを構成するポリマーのはしかけが起こ
らず、また、この温度が過度に高いとポリマーが燃焼す
る。
A typical method for infusibility is to heat the molded article in an oxidizing atmosphere. The infusibility temperature is preferably 50 to 4
The temperature is in the range of 00'C. If the infusibility temperature is too low, the polymer constituting the matrix will not deform, and if the temperature is too high, the polymer will burn.

不融化の目的は、紡糸繊維を構成するポリマーを三次元
構造の不融・不溶のはしかけ状態にし、次工程の焼成の
際に熔融せず、且つ隣接した繊維と融着しないようにす
ることである。不融化の際の酸化性雰囲気を構成するガ
スとしては、空気、オゾン、酸素、塩素ガス、臭素ガス
、アンモニアガス、及びこれらの混合ガスが挙げられる
The purpose of infusibility is to make the polymer that makes up the spun fibers into a three-dimensional structure that is infusible and insoluble, so that it does not melt during the next firing process and does not fuse with adjacent fibers. It is. Gases constituting the oxidizing atmosphere during infusibility include air, ozone, oxygen, chlorine gas, bromine gas, ammonia gas, and mixed gases thereof.

上記とは別の不融化方法として、紡糸繊維に酸化性雰囲
気あるいは非酸化性雰囲気で、張力あるいは無張力で必
要に応じて低温加熱しながら、γ線照射、あるいは電子
線照射して不融化する方法も採用することができる。
As an infusibilization method different from the above, the spun fibers are infusibilized by irradiation with gamma rays or electron beams in an oxidizing or non-oxidizing atmosphere, under tension or without tension, while heating at a low temperature as necessary. method can also be adopted.

このγ線あるいは電子線を照射する目的は、紡糸繊維を
形成するポリマーを、さらに重合させることによって、
紡糸原糸が融解し、繊維形状を失うことを防ぐことにあ
る。
The purpose of irradiating with gamma rays or electron beams is to further polymerize the polymer that forms the spun fibers.
The purpose is to prevent the spun yarn from melting and losing its fiber shape.

γ線あるいは電子線の照射線量は10’〜1010ラン
ドが適当である。
The appropriate dose of γ-rays or electron beams is 10' to 1010 rand.

照射は真空、不活性ガス雰囲気下、あるいは空気、オゾ
ン、酸素、塩素ガス、臭素ガス、アンモニアガス及びこ
れらの混合ガスのような酸化性ガス雰囲気で行うことが
できる。
Irradiation can be carried out in a vacuum, an inert gas atmosphere, or an oxidizing gas atmosphere such as air, ozone, oxygen, chlorine gas, bromine gas, ammonia gas, and mixtures thereof.

照射による不融化は室温で行うこともでき、必要であれ
ば50〜200°Cの温度範囲で加熱しながら行うこと
によって不融化をより短時間で達成させることもできる
Infusibility by irradiation can be carried out at room temperature, and if necessary, infusibility can be achieved in a shorter time by heating in the temperature range of 50 to 200°C.

不融化は、無張力下で行うと、前記紡糸繊維は収縮のた
め波状の形を呈するようになるが、次工程の焼成工程で
矯正できる場合もあり、張力は必ずしも必要ないが、張
力を作用させる場合には、その張力の大きさは不融化時
に紡糸繊維が収縮して波状となることを少な(とも防止
できる以上の張力を作用させると良い結果が得られる。
If infusibility is carried out without tension, the spun fibers will shrink and take on a wavy shape, but this can sometimes be corrected in the next firing process, and tension is not necessarily required. In this case, good results can be obtained by applying a tension that is small enough to prevent the spun fibers from shrinking and becoming wavy during infusibility.

不融化の際に、作用させる張力としては、1〜500 
g 7mm”の範囲が好ましく、1g7mm2以下の張
力を作用させても繊維をたるませないような緊張を与え
ることができず、500 g 7mm”以上の張力を作
用させると繊維が切断することがある。
The tension to be applied during infusibility is 1 to 500
A range of 7mm" is preferable; even if a tension of 1g7mm2 or less is applied, it will not be possible to apply enough tension to prevent the fibers from sagging; if a tension of 500g7mm2 or more is applied, the fibers may break. .

第4工程: 第3工程で得られる不融化糸を、真空あるいは不活性ガ
ス雰囲気中で800〜3000°Cの範囲の温度で焼成
することによって、主として炭素、珪素、酸素からなる
無機繊維が得られる。
Fourth step: By firing the infusible yarn obtained in the third step at a temperature in the range of 800 to 3000°C in a vacuum or inert gas atmosphere, inorganic fibers mainly composed of carbon, silicon, and oxygen are obtained. It will be done.

焼成工程において、張力を作用させることは必ずしも必
要ないがo、ooi〜100Kg/mm”の範囲で張力
を作用させながら高温焼成すると屈曲を少なくした強度
の高い無機繊維を得ることができる。
In the firing process, it is not necessarily necessary to apply tension, but high-temperature firing while applying tension in the range of 0, 00 to 100 Kg/mm" makes it possible to obtain high-strength inorganic fibers with less bending.

加熱過程において、約700°Cから無機化が激しくな
り、約800°Cでほぼ無機化が完了するものと推定さ
れる。従って、焼成は、800°C以上の温度で行うこ
とが好ましい。また、3000°Cより高い温度を得る
には高価な装置を必要とするため3000℃より高温で
の焼成は、コスト面からみて実際的でない。
It is estimated that during the heating process, mineralization becomes intense from about 700°C and is almost completed at about 800°C. Therefore, the firing is preferably performed at a temperature of 800°C or higher. Furthermore, since obtaining a temperature higher than 3000°C requires expensive equipment, firing at a higher temperature than 3000°C is not practical from a cost standpoint.

なお、本発明の無機繊維中の珪素の分布状態は、焼成時
の雰囲気や原料中のメソフェーズの大きさ、濃度によっ
ても制御することができる。例えば、メソフェーズを大
きく成長させた場合、珪素台をポリマーは繊維表面相に
押し出され易く、焼成後繊維表面に珪素に冨む層を生成
させることができる。
The distribution state of silicon in the inorganic fiber of the present invention can also be controlled by the atmosphere during firing and the size and concentration of mesophase in the raw material. For example, when the mesophase is grown to a large size, the silicon-based polymer is easily extruded into the fiber surface phase, and a silicon-rich layer can be formed on the fiber surface after firing.

尚、前記無機繊維の構成成分ji )−であるSi−C
−0物質の形態は、第4工程における無機化温度により
制御できる。
Incidentally, the constituent component of the inorganic fiber is Si-C
The form of the -0 substance can be controlled by the mineralization temperature in the fourth step.

実質的にSi、C,0からなる非晶質を得たい場合、無
機化温度を800〜1000 ’Cとすることが好適で
あり、実質的にβ−SiC及び非晶質のSinX (た
だし、O<x≦2)を得たい場合、1700°C以上の
温度が適している。
When it is desired to obtain an amorphous substance consisting essentially of Si, C, and 0, it is preferable to set the mineralization temperature to 800 to 1000'C, and to obtain an amorphous substance consisting essentially of β-SiC and amorphous SinX (however, When it is desired to obtain O<x≦2), a temperature of 1700°C or higher is suitable.

また、各集合体の混合系を望む場合、上記中間温度より
適宜選択することができる。
Further, when a mixed system of each aggregate is desired, the temperature can be appropriately selected from the above intermediate temperatures.

また、本発明の無機繊維中の酸素量は、例えば、第4工
程における不融化条件により制御することができる。
Further, the amount of oxygen in the inorganic fiber of the present invention can be controlled, for example, by the infusibility conditions in the fourth step.

次に、本発明の繊維強化炭素質複合材料のマトリックス
の原料となる金属含有多環状芳香族重合体の製造法につ
いて説明する。
Next, a method for producing a metal-containing polycyclic aromatic polymer, which is a raw material for the matrix of the fiber-reinforced carbonaceous composite material of the present invention, will be explained.

上記金属含有多環状芳香族重合体は 1)結合単位(Si CHz)、または結合単位(S 
i  CHz )と結合単位(St−3i)とから主と
してなり、珪素の側鎖に水素原子、低級アルキル基、フ
ェニル基あるいはシリル基を有し、上記結合単位からな
る主骨格の珪素原子に、Ti、Zr及びHfから選択さ
れる少なくとも一種の原子が直接あるいは酸素原子を介
して結合している遷移金属含有有機珪素重合体の珪素原
子の少な(とも一部が、石油系又は石炭系のピッチある
いはその熱処理物であって、有機溶媒不溶分を含むピッ
チより得られた多環状芳香族化合物の芳香族環の炭素と
結合したランダム共重合体(3)及び 2)石油系又は石炭系のピッチから得られる、メソフェ
ーズ又はメソフェーズと光学的等吉相との両相からなる
多環状芳香族化合物とを、200〜500°Cの範囲の
温度で加熱反応及び/又は加熱溶融することにより製造
される。
The metal-containing polycyclic aromatic polymer has 1) a bonding unit (Si CHz) or a bonding unit (S
i CHz) and a bonding unit (St-3i), and has a hydrogen atom, a lower alkyl group, a phenyl group, or a silyl group in the side chain of silicon, and the silicon atom of the main skeleton consisting of the bonding unit has Ti , Zr, and Hf are bonded directly or via oxygen atoms. The heat-treated product is a random copolymer (3) bonded to the carbon of the aromatic ring of a polycyclic aromatic compound obtained from pitch containing organic solvent-insoluble matter and (2) petroleum-based or coal-based pitch. It is produced by heating reaction and/or heating melting of the obtained mesophase or a polycyclic aromatic compound consisting of both the mesophase and the optically auspicious phase at a temperature in the range of 200 to 500°C.

上記ランダム共重合体(3)は、前記無機繊維製造第一
工程において製造された前駆重合体(1)と弐MX4で
示される遷移金属化合物とを100〜500℃の温度の
範囲で反応させて調製する。なお、金属含有多環状芳香
族重合体は、繊維化することが要求されないため、前記
無機繊維製造の場合と比べ、珪素及び炭素の構成比をい
くぶん広範囲に設定しても差し支えない。すなわち、前
記前駆重合体(1)製造におけるピッチの使用割合は、
有機珪素重合体100部当たり10〜4900部が好ま
しくい。
The random copolymer (3) is produced by reacting the precursor polymer (1) produced in the first step of producing inorganic fibers with a transition metal compound represented by MX4 at a temperature of 100 to 500°C. Prepare. Note that since the metal-containing polycyclic aromatic polymer is not required to be made into fibers, the composition ratio of silicon and carbon may be set to a somewhat wider range than in the case of producing the inorganic fibers. That is, the proportion of pitch used in the production of the precursor polymer (1) is:
It is preferably 10 to 4900 parts per 100 parts of organosilicon polymer.

前記MX、においで、Mは、Ti、Zr及びHfから選
択される少な(とも一種の元素であり、Xは縮合により
、Mが前駆重合体(1)の珪素と直接あるいは酸素原子
を介して結合し得るものであればよく、特に規定はない
が、ハロゲン原子、アルコキシ基又はβ−ジケトンのよ
うな錯体形成基が好ましい。
In the above-mentioned MX, M is a small amount selected from Ti, Zr, and Hf (both are one type of element, and X is a type of element selected from Ti, Zr, and Hf, and Any substance that can be bonded may be used, and although there is no particular limitation, a halogen atom, an alkoxy group, or a complex-forming group such as β-diketone is preferable.

反応温度が過度に低いと、前駆重合体(1)と弐MX4
との縮合反応が進行せず、反応温度が過度に高いと、M
を介した前駆重合体(1)の架橋反応が過度に進行しゲ
ル化が起こったり、前駆重合体(1)自体が縮合し高分
子量化したり、あるいは、場合によっては、MX、が揮
散し好ましくない。−例を挙げれば、MがTiで、Xが
OC4Hqの場合、反応温度は200〜400°Cが適
している。
If the reaction temperature is too low, the precursor polymer (1) and 2MX4
If the condensation reaction with M does not proceed and the reaction temperature is excessively high, M
Preferably, the crosslinking reaction of the precursor polymer (1) may proceed excessively and cause gelation, or the precursor polymer (1) itself may condense and increase its molecular weight, or in some cases, MX may volatilize. do not have. - For example, when M is Ti and X is OC4Hq, a suitable reaction temperature is 200-400°C.

この反応によって、前駆重合体(1)の珪素原子の少な
くとも一部を金属Mと直接あるいは酸素原子を介して結
合させたランダム共重合体(3)が調製される。
Through this reaction, a random copolymer (3) in which at least some of the silicon atoms of the precursor polymer (1) are bonded to the metal M directly or via oxygen atoms is prepared.

金属Mは前駆重合体(1)の珪素原子に−M X sあ
るいは一〇−MXIのような結合様式で側鎖状に結合す
ることもできるし、前駆重合体(1)の珪素原子に直接
又は酸素を介して架橋した結合様式もとり得る。
The metal M can be bonded to the silicon atom of the precursor polymer (1) in the form of a side chain in a bonding mode such as -M Alternatively, a bonding mode such as crosslinking via oxygen may be adopted.

ランダム共重合体(3)を調製する方法としては、前述
の方法以外に、有機珪素重合体とMX、を反応させ、得
られた生成物にピッチをさらに反応させて調製する方法
も可能である。
As a method for preparing the random copolymer (3), in addition to the above-mentioned method, it is also possible to prepare the random copolymer (3) by reacting an organosilicon polymer with MX and further reacting the resulting product with pitch. .

ランダム共重合体(3)と前記無機繊維製造第一工程に
おいて製造されたメソフェーズ多環状芳香族化合物を加
熱反応及び/又は加熱溶融して、金属含有多環状芳香族
重合体を調製する。
A metal-containing polycyclic aromatic polymer is prepared by subjecting the random copolymer (3) and the mesophase polycyclic aromatic compound produced in the first step of producing inorganic fibers to a heating reaction and/or heating and melting.

メソフェーズ多環状芳香族化合物の使用割合は、ランダ
ム共重合体(3) 100部当たり5〜50000部で
あることが好ましく、5部未満では、生成する重合体に
おけるメソフェーズ含有量が不足するため、得られた重
合体を無機化しても高弾性の繊維や成形体は得られず、
また、50000部より多い場合は、珪素成分の不足の
ため重合体を無機化してもマトリックスに対する濡れ性
、耐酸化性等の特性が充分に発揮されない。
The proportion of the mesophase polycyclic aromatic compound to be used is preferably 5 to 50,000 parts per 100 parts of the random copolymer (3); if it is less than 5 parts, the mesophase content in the resulting polymer will be insufficient. Even if the resulting polymer is mineralized, highly elastic fibers or molded products cannot be obtained.
If the amount is more than 50,000 parts, the silicon component is insufficient, and even if the polymer is made inorganic, its properties such as matrix wettability and oxidation resistance cannot be sufficiently exhibited.

ランダム共重合体(3)とメソフェーズ多環状芳香族化
合物とを200〜500°Cで加熱反応及び/又は加熱
溶融させることにより、ランダム共重合体(3)の少な
くとも一部がメソフェーズ多環状芳香族化合物と結合し
た金属含有多環状芳香族重合体が得られる。ただし、こ
こで言う結合とは、珪素と多環状芳香族化合物の炭素と
の化学結合及び/又はランダム共重合体(3)中の光学
的等方性ピッチ部分とメソフェーズ多環状芳香族化合物
との間のファンデルワールス結合等の物理的結合を意味
する。
By heating the random copolymer (3) and the mesophase polycyclic aromatic compound at 200 to 500°C and/or heating and melting it, at least a part of the random copolymer (3) becomes a mesophase polycyclic aromatic compound. A metal-containing polycyclic aromatic polymer combined with a compound is obtained. However, the bond mentioned here refers to the chemical bond between silicon and carbon of the polycyclic aromatic compound and/or the bond between the optically isotropic pitch part in the random copolymer (3) and the mesophase polycyclic aromatic compound. It means a physical bond such as a van der Waals bond between.

上記溶融混合温度が200°Cより低いと不融部分が生
じ、系が不均一となり、また、溶融混合温度が500℃
より高いと縮合反応が激しく進行し、生成重合体が高融
点となり、重合体の流動性が失われる 金属含有多環状芳香族重合体を調製する方法としては、
前述の方法以外に、有機珪素重合体とピッチを反応させ
、得られた生成物にメソフェーズピッチとMX、を同時
に又は順次添加し、さらに反応させて調製する方法も可
能である。
If the above-mentioned melt mixing temperature is lower than 200°C, an infusible portion will occur and the system will become non-uniform;
If the temperature is higher, the condensation reaction will proceed violently, the resulting polymer will have a high melting point, and the fluidity of the polymer will be lost.As a method for preparing a metal-containing polycyclic aromatic polymer,
In addition to the above-mentioned method, it is also possible to prepare a product by reacting an organosilicon polymer and pitch, adding mesophase pitch and MX simultaneously or sequentially to the resulting product, and further reacting.

次に、本発明の繊維強化炭素質複合材料の製造方法につ
いて説明する。
Next, a method for manufacturing the fiber-reinforced carbonaceous composite material of the present invention will be explained.

まず、前記無機繊維の平織、朱子織、模紗織、綾織、ら
せん織物、三次元織物などの各種織物に前記金属含有多
環状芳香族重合体の粉末を加え加熱プレスし成形する方
法、前記織物に金属含有多環状芳香族重合体の溶液又は
スラリーを含浸後、溶媒を除去、乾燥したプリプレグシ
ートを加熱成形する方法、前記無機繊維の短繊維、又は
チョツプドファイバーと金属含有多環状芳香族重合体を
溶融混練し、プレス成形、又は射出成形等により繊維含
有成形体を製造する。その際、成形体中の無機繊維の含
有率は10〜70体積%が好ましい。
First, a method of adding powder of the metal-containing polycyclic aromatic polymer to various textiles such as plain weave, satin weave, mock-sawn weave, twill weave, spiral weave, three-dimensional weave, etc. of the inorganic fibers and hot pressing to form the said textile; A method of impregnating a solution or slurry of a metal-containing polycyclic aromatic polymer, removing the solvent, and heat-forming a dried prepreg sheet; The combined product is melt-kneaded and a fiber-containing molded article is produced by press molding, injection molding, or the like. At that time, the content of inorganic fibers in the molded body is preferably 10 to 70% by volume.

また、繊維含有成形体の製造に当たっては、上記金属含
有多環状芳香族重合体に、この重合体を例えば不活性ガ
ス雰囲気中、800〜1000°Cで焼成、無機化した
仮焼体粉末を混合し、使用しても差し支えない。
In addition, in producing a fiber-containing molded article, a calcined powder obtained by calcining and mineralizing this polymer at 800 to 1000°C in an inert gas atmosphere is mixed with the metal-containing polycyclic aromatic polymer. However, there is no harm in using it.

この仮焼体粉末は、Si:0.01〜69.9%、M 
: 0.005〜30.0%、C:29.9〜99.9
%及びo : o、oo i〜10%から実質的に構成
されていることが好ましい。
This calcined body powder contains Si: 0.01 to 69.9%, M
: 0.005-30.0%, C: 29.9-99.9
% and o: It is preferable that it substantially consists of o, oo i to 10%.

次に、上記成形体に、必要に応じて不融化処理を施す。Next, the molded body is subjected to an infusible treatment, if necessary.

不融化処理の方法は、前記無機繊維製造第3工程の方法
をそのまま採用することができる。
As the method of infusibility treatment, the method of the third step of inorganic fiber production can be directly adopted.

不融化された成形体は、真空あるいは不活性ガス中で、
800〜3000°Cの範囲の温度で焼成し、無機化さ
れ、繊維強化された、炭素、珪素、M及び酸素からなる
マトリックスを有する複合材料が得られる。
The infusible molded body is heated in vacuum or inert gas,
Calcined at temperatures in the range 800-3000° C., a mineralized, fiber-reinforced composite material with a matrix of carbon, silicon, M and oxygen is obtained.

加熱過程において、約700℃から無機化が激しくなり
、約800°Cでほぼ無機化が完了するものと推定され
る。従って、焼成は、800°C以上の温度で行うこと
が好ましい。また、3000°Cより高い温度を得るに
は高価な装置を必要とするため3000°Cより高温で
の焼成は、コスト面からみて実際的でない。
It is estimated that during the heating process, mineralization becomes intense from about 700°C and is almost completed at about 800°C. Therefore, the firing is preferably performed at a temperature of 800°C or higher. Furthermore, since obtaining a temperature higher than 3000°C requires expensive equipment, firing at a higher temperature than 3000°C is not practical from a cost standpoint.

なお、本工程における無機化の昇温速度を極めて遅くす
ることや、成形体保形用治具、パウダーヘッド等の保形
手段を用いること等により、不融化工程を省略すること
もできるし、成形方法として高温ホットプレスを用いる
ことにより一工程で高密度複合材を得ることも可能であ
る。
Note that the infusibility step can be omitted by extremely slowing down the temperature increase rate for mineralization in this step, or by using a shape-retaining means such as a molded object shape-retaining jig or a powder head. It is also possible to obtain a high-density composite material in one step by using high-temperature hot pressing as a molding method.

焼成、無機化によって得られた繊維強化炭素質複合材料
は、多少とも開気孔を含んでいるため、必要により、前
記金属含有多環状芳香族重合体の融液、溶液又はスラリ
ーを含浸後必要により不融化、焼成し、無機化すること
により複合体を高密度化、高強度化することができる。
Since the fiber-reinforced carbonaceous composite material obtained by calcination and mineralization contains open pores to some extent, it may be impregnated with the melt, solution or slurry of the metal-containing polycyclic aromatic polymer, if necessary. By making it infusible, firing it, and making it inorganic, it is possible to increase the density and strength of the composite.

含浸は、金属含有多環状芳香族重合体の融液、溶液又は
スラリーのいずれを用いてもさしつかえないが、微細な
開気孔への浸透を図るため、この複合材に前記重合体の
溶液又はスラリーを含浸後減圧下で微細気孔への浸透を
促進後溶媒を留去しつつ昇温し、10〜500kg /
 tin ”に加圧することにより、前記重合体の融液
を気孔に充填させる。
Impregnation can be carried out using either a melt, solution or slurry of the metal-containing polycyclic aromatic polymer; After impregnating, promote penetration into the fine pores under reduced pressure, and then raise the temperature while distilling off the solvent to produce 10 to 500 kg/
The pores are filled with the polymer melt by applying pressure to .tin''.

得られた含浸体は、第3工程と同様にして、不融化し、
焼成し、無機化することができる。この操作を2〜10
回繰り返すことにより高密度、高強度な繊維強化複合材
を得ることができる。
The obtained impregnated body is made infusible in the same manner as in the third step,
Can be calcined and mineralized. Repeat this operation 2 to 10 times
By repeating this process several times, a fiber-reinforced composite material with high density and high strength can be obtained.

(発明の効果) 本発明の繊維強化炭素質複合材料は、強化繊維が高強度
、高弾性であり、しかも、炭素マトリックスとの接着性
が改善されるため、高強度、高弾性で靭性に優れた炭素
質複合材料を得ることができる。また、繊維、マトリッ
クス中に含まれる炭化珪素成分及び炭化チタン成分の効
果により耐酸化性、耐摩耗性に優れた材料を得ることが
できる。
(Effects of the Invention) The fiber-reinforced carbonaceous composite material of the present invention has high strength, high elasticity, and improved adhesion with the carbon matrix, so the reinforcing fibers have high strength, high elasticity, and excellent toughness. A carbonaceous composite material can be obtained. Further, due to the effects of the silicon carbide component and the titanium carbide component contained in the fibers and matrix, a material with excellent oxidation resistance and wear resistance can be obtained.

従って、得られた複合材料は機械的物性、耐酸化性、耐
磨耗性に優れ、各種のブレーキ類、耐熱構造材料として
優れたものである。
Therefore, the obtained composite material has excellent mechanical properties, oxidation resistance, and abrasion resistance, and is excellent as a heat-resistant structural material for various types of brakes.

(実施例) 以下実施例によって本発明を説明する。(Example) The present invention will be explained below with reference to Examples.

参考例1(ポリマーIの製造) Siの三ロフラスコに無水キシレン2.Si及びナトリ
ウム400gを入れ、窒素ガス気流下でキシレンの沸点
まで加熱し、ジメチルジクロロシランllを1時間で滴
下した。滴下終了後、10時間加熱還流し沈澱物を生成
させた。沈澱を濾過し、メタノールついで水で洗浄して
、白色粉末のポリジメチルシラン420gを得た。
Reference Example 1 (Production of Polymer I) Anhydrous xylene 2. Si and 400 g of sodium were put therein, heated under a nitrogen gas stream to the boiling point of xylene, and 1 liter of dimethyldichlorosilane was added dropwise over 1 hour. After the dropwise addition was completed, the mixture was heated under reflux for 10 hours to form a precipitate. The precipitate was filtered and washed with methanol and then water to obtain 420 g of white powder polydimethylsilane.

このポリジメチルシラン400gを、ガス導入管、攪拌
機、冷却器及び留出管を備えた31の三ロフラスコに仕
込み、攪拌しながら50戚/分の窒素気流下に420°
Cで加熱処理して、留出受器に350gの無色透明な少
し粘性のある液体を得た。
400 g of this polydimethylsilane was charged into a 31-hole flask equipped with a gas inlet tube, a stirrer, a condenser, and a distillation tube, and heated at 420 degrees under a nitrogen flow of 50 mm/min while stirring.
C. to obtain 350 g of a colorless and transparent slightly viscous liquid in a distillation receiver.

この液体の数平均分子量は蒸気圧浸透法で測定したとこ
ろ470であった。
The number average molecular weight of this liquid was 470 as measured by vapor pressure osmosis.

この物質の赤外線吸収スペクトルを測定したところ、6
50〜900cm−’と1250cm−’にSiCH3
の吸収、2100cm−’にSi−Hの吸収、1020
cm−’付近と1355cm−’にSi  CHzSi
の吸収、2900c111−夏と2950cm−’にC
−Hの吸収が認められ、またこの物質の遠赤外線吸収ス
ペクトルを測定したところ、380cm−’にSi−3
iの吸収が認められることから、得られた液状物質は、
主として(St  CH2)結合単位及び(Si−3i
)結合単位からなり、珪素の側鎖に水素原子及びメチル
基を有する有機珪素重合体であることが判明した。
When the infrared absorption spectrum of this substance was measured, it was found that 6
SiCH3 at 50~900cm-' and 1250cm-'
Absorption of Si-H at 2100 cm-', 1020
Si CHzSi near cm-' and 1355 cm-'
absorption, C at 2900c111-summer and 2950cm-'
-H absorption was observed, and when the far infrared absorption spectrum of this material was measured, Si-3
Since absorption of i is observed, the obtained liquid substance is
Mainly (St CH2) bonding units and (Si-3i
) was found to be an organosilicon polymer consisting of bonding units and having hydrogen atoms and methyl groups in silicon side chains.

核磁気共鳴分析及び赤外線吸収分析の測定結果から、こ
の有機珪素重合体は(Si  CHI)結合単位の全数
対(Si−Si)結合単位の全数の比率がほぼ1:3で
ある重合体であることが確認された。
From the measurement results of nuclear magnetic resonance analysis and infrared absorption analysis, this organosilicon polymer is a polymer in which the ratio of the total number of (Si CHI) bond units to the total number of (Si-Si) bond units is approximately 1:3. This was confirmed.

上記有機珪素重合体300gをエタノールで処理して低
分子量物を除去して、数平均分子量が1200の重合体
40gを得た。
300 g of the above organosilicon polymer was treated with ethanol to remove low molecular weight substances to obtain 40 g of a polymer having a number average molecular weight of 1200.

この物質の赤外線吸収スペクトルを測定したところ、上
記と同様の吸収ピークが認められ、この物質は主として
(S 1−CH,)結合単位及び(Si−3i)結合単
位からなり、珪素の側鎖に水素原子及びメチル基を有す
る有機珪素重合体であることが判明した。
When we measured the infrared absorption spectrum of this substance, absorption peaks similar to those above were observed, and this substance mainly consists of (S1-CH,) bond units and (Si-3i) bond units, and It turned out to be an organosilicon polymer containing hydrogen atoms and methyl groups.

核磁気共鳴分析及び赤外線吸収分析の測定結果から、こ
の有機珪素重合体は(Si  CH2)結合単位の全数
対(Si−3i)結合単位の全数の比率がほぼ7:1で
ある重合体であることが確認された。
According to the measurement results of nuclear magnetic resonance analysis and infrared absorption analysis, this organosilicon polymer is a polymer in which the ratio of the total number of (Si CH2) bond units to the total number of (Si-3i) bond units is approximately 7:1. This was confirmed.

一方、石油留分のうち、軽油以上の高沸点物をシリカ・
アルミナ系分解触媒の存在下、500°Cの温度で流動
接触分解・精留を行い、その塔底より残渣を得た。以下
、この残渣をFCCスラリーオイルと呼ぶ。
On the other hand, among petroleum fractions, substances with a boiling point higher than that of light oil are removed using silica.
Fluid catalytic cracking and rectification were performed at a temperature of 500°C in the presence of an alumina-based cracking catalyst, and a residue was obtained from the bottom of the column. Hereinafter, this residue will be referred to as FCC slurry oil.

このFCCスラリーオイルは、元素分析の結果、炭素原
子対水素原子の原子比(C/H)が0675で、核磁気
共鳴分析による芳香炭素率が0.55であった。
As a result of elemental analysis, this FCC slurry oil had an atomic ratio of carbon atoms to hydrogen atoms (C/H) of 0675, and an aromatic carbon ratio of 0.55 as determined by nuclear magnetic resonance analysis.

上記FCCスラリーオイル200gを窒素ガス。200g of the above FCC slurry oil was added to nitrogen gas.

気流下450°Cに加熱し、同温度における留出分を留
去後、残渣を200 ’Cにて熱時濾過を行い、同温度
における不融部を除去し、軽質骨除去ビ・ソチ57gを
得た。
After heating to 450 °C under air flow and distilling off the distillate at the same temperature, the residue was filtered while hot at 200 °C to remove the infusible part at the same temperature, and 57 g of light bone-removed Bi-Sochi was obtained. I got it.

この軽質骨除去ピッチは25%のキシレン不溶分を含ん
でいた。
This light bone removal pitch contained 25% xylene insolubles.

この軽質骨除去ピッチ57gに有機珪素重合体25g及
びキシレン20−を加え、攪拌しながら昇温し、キシレ
ンを留去後、400°Cで6時間反応させSigの前駆
重合体(1)を得た。
Add 25 g of organosilicon polymer and 20 mm of xylene to 57 g of this light bone-removed pitch, raise the temperature while stirring, distill off the xylene, and react at 400°C for 6 hours to obtain Sig precursor polymer (1). Ta.

この前駆重合体(1)は赤外線吸収スペクトル測定の結
果、有機珪素重合体中に存在するSi−H結合(IR:
2100cm−’)の減少、及び新たなSi −C(ベ
ンゼン環の炭素)結合(IR:1135C11−’)の
生成が認められることより有機珪素重合体の珪素原子の
一部が多環状芳香族環の炭素と直接結合した部分を有す
る共重合体であることがわかった。
As a result of infrared absorption spectrum measurement, this precursor polymer (1) was found to have Si-H bonds (IR:
2100cm-') and the formation of a new Si-C (benzene ring carbon) bond (IR: 1135C11-'), some of the silicon atoms in the organosilicon polymer were found to be polycyclic aromatic rings. It was found that it is a copolymer with a portion directly bonded to carbon.

この前駆重合体(1)は、キシレン不溶部を含まず重量
平均分子量が1400で、融点が265°Cで、軟化点
が310°Cであだ。
This precursor polymer (1) contained no xylene-insoluble portion, had a weight average molecular weight of 1400, a melting point of 265°C, and a softening point of 310°C.

一方、前記軽質骨除去ピッチ180gを窒素気流下、反
応により生成する軽質骨を除去しながら400℃で8時
間縮重合を行い、熱処理ピ・ンチ97.2を得た。
On the other hand, 180 g of the light bone-removed pitch was subjected to condensation polymerization at 400° C. for 8 hours under a nitrogen stream while removing light bones produced by the reaction to obtain heat-treated pinch 97.2.

この熱処理ピッチは融点263°C1軟化点308゛C
,キシレン不溶分77%、キノリンネ溶分31%を含有
しており、研磨面の偏光顕微鏡観察による光学的異方性
が75%のメソフェーズ多環状芳香族化合物であった。
This heat-treated pitch has a melting point of 263°C and a softening point of 308°C.
It was a mesophase polycyclic aromatic compound containing 77% xylene-insoluble matter and 31% quinoline-soluble matter, and had an optical anisotropy of 75% when observed with a polarizing microscope on the polished surface.

このメソフェーズ多環状芳香族化合物90gと前記前駆
重合体(1)6.4gとを混合、窒素雰囲気下380℃
で1時間溶融加熱し、均一な状態にある珪素含有多環状
芳香族重合体を得た。
90 g of this mesophase polycyclic aromatic compound and 6.4 g of the precursor polymer (1) were mixed at 380°C under a nitrogen atmosphere.
The mixture was melted and heated for 1 hour to obtain a silicon-containing polycyclic aromatic polymer in a uniform state.

この重合体の融点は267°Cで、軟化点315°C1
70%のキシレン不溶分を含んでいた。
The melting point of this polymer is 267°C and the softening point is 315°C.
It contained 70% xylene insoluble matter.

参考例2(ポリマー■の製造) メソフェーズ多環状芳香族化合物97gと前記前駆重合
体(1)3gを混合し、400“Cで溶融加熱した以外
は参考例1と同様にして珪素含有多環状芳香族重合体を
得た。
Reference Example 2 (Production of Polymer ■) A silicon-containing polycyclic aromatic compound was prepared in the same manner as in Reference Example 1, except that 97 g of the mesophase polycyclic aromatic compound and 3 g of the precursor polymer (1) were mixed and melted and heated at 400"C. A family polymer was obtained.

この重合体の融点は272°C(、軟化点319°C1
71%のキシレン不溶分を含んでいた。
The melting point of this polymer is 272°C (and the softening point is 319°C).
It contained 71% xylene insoluble matter.

参考例3(ポリマー■の製造) 前駆重合体(1)57.4 gにテトラオクトキシチタ
ン(T i (OCs H17)4) 3.87 gの
キシレン溶液(25%キシレン溶液15.5g)を加え
、キシレン留去後、340°Cで1時間反応させ、ラン
ダム共重合体(2) 56 gを得た。
Reference Example 3 (Production of Polymer ■) A xylene solution (15.5 g of 25% xylene solution) of 3.87 g of tetraoctoxytitanium (T i (OCs H17) 4) was added to 57.4 g of precursor polymer (1). In addition, after xylene was distilled off, the mixture was reacted at 340°C for 1 hour to obtain 56 g of random copolymer (2).

得られたランダム共重合体(2)と参考例Iで得たメソ
フェーズ多環状芳香族化合物を1:1の割合で窒素雰囲
気下380°Cで溶融混合しポリマー■を製造した。
The obtained random copolymer (2) and the mesophase polycyclic aromatic compound obtained in Reference Example I were melt-mixed at a ratio of 1:1 at 380°C under a nitrogen atmosphere to produce Polymer (2).

参考例4(ポリマー■の製造) 参考例1で得られた前駆重合体39gにテトラキスアセ
チルアセトナトシルコニウム5.4gのエタノール−キ
シレン溶液(1,5%)を加え、キシレン留去後250
°Cで1時間重合し39.5 gのランダム共重合体(
2)を得た。
Reference Example 4 (Production of Polymer ①) To 39 g of the precursor polymer obtained in Reference Example 1, an ethanol-xylene solution (1.5%) of 5.4 g of tetrakis acetylacetonatosilconium was added, and after distilling off the xylene,
Polymerization for 1 hour at °C yielded 39.5 g of random copolymer (
2) was obtained.

得られたランダム共重合体(2)と参考例1で得たメソ
フェーズ多環状芳香族化合物を1:1の割合で窒素雰囲
気下380°Cで溶融混合しポリマー■を製造した。
The obtained random copolymer (2) and the mesophase polycyclic aromatic compound obtained in Reference Example 1 were melt-mixed at a ratio of 1:1 at 380°C under a nitrogen atmosphere to produce Polymer (2).

参考例5(ポリマー■の製造) 軽質骨除去ピッチ及び有機珪素重合体の使用量をそれぞ
れ60g及び40gに変えた以外は実施例1と同様にし
て57gの前駆重合体を得た。
Reference Example 5 (Production of Polymer (1)) 57 g of a precursor polymer was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amounts of light bone removal pitch and organosilicon polymer used were changed to 60 g and 40 g, respectively.

この前駆重合体(1) 40 gにハフニウムクロライ
ド7.2gのエタノール−キシレン溶液(1,5%)を
加え、キシレン留去後250°Cで1時間重合し43、
5 gのランダム共重合体(2)を得た。
An ethanol-xylene solution (1.5%) of 7.2 g of hafnium chloride was added to 40 g of this precursor polymer (1), and after the xylene was distilled off, polymerization was carried out at 250 °C for 1 hour.
5 g of random copolymer (2) was obtained.

得られたランダム共重合体(2)と参考例1で得られた
メソフェーズ多環状芳香族化合物を1:1の割合で窒素
雰囲気下380℃で溶融混合しポリマー■を製造した。
The obtained random copolymer (2) and the mesophase polycyclic aromatic compound obtained in Reference Example 1 were melt-mixed at a ratio of 1:1 at 380° C. under a nitrogen atmosphere to produce Polymer (1).

参考例6(無機繊維の製造) 参考例1で得られたポリマー■を紡糸用原料とし、ノズ
ル径0.15amの金属製ノズルを用い、360℃で溶
融紡糸を行い、得られた紡糸原糸を、空気中、300℃
で酸化、不融化し、更にアルゴン雰囲気中、1300℃
で焼成を行い、直径8μmの無機繊維■を得た。
Reference Example 6 (Manufacture of inorganic fiber) Using the polymer (1) obtained in Reference Example 1 as a raw material for spinning, melt spinning was performed at 360°C using a metal nozzle with a nozzle diameter of 0.15 am, and the obtained spun yarn was obtained. , in air at 300℃
oxidized and made infusible, and then heated at 1300°C in an argon atmosphere.
The fibers were fired to obtain inorganic fibers (2) with a diameter of 8 μm.

この繊維は引張強度が320 kg/m” 、引張弾性
率26t/mm”であり、破断面の走査型電子顕微鏡を
用いた観察より、あきらかにラジアル構造であった。
This fiber had a tensile strength of 320 kg/m'' and a tensile modulus of 26 t/mm'', and an observation of the fractured surface using a scanning electron microscope clearly showed a radial structure.

この無機繊維Iを粉砕後、アルカリ溶融、塩酸処理を施
し、水溶液とした後高周波プラズマ発光分光分析(I 
CP)を行った結果、珪素含有率は0.95%であった
After pulverizing the inorganic fiber I, it was melted with alkali and treated with hydrochloric acid to form an aqueous solution, which was then subjected to high-frequency plasma emission spectrometry analysis (I
CP), the silicon content was 0.95%.

参考例2で得られたポリマー■を上記と同様に紡糸、不
融化後、アルゴン雰囲気中、2500°Cで焼成を行い
、直径7.2μmの無機繊維■を得た。
Polymer (2) obtained in Reference Example 2 was spun and infusible in the same manner as above, and then fired at 2500°C in an argon atmosphere to obtain inorganic fiber (2) with a diameter of 7.2 μm.

この繊維の引張強度は335 )cg/mm” 、引張
弾性率53t/mm”であった。
The tensile strength of this fiber was 335) cg/mm'', and the tensile modulus was 53 t/mm''.

この無機繊維■を粉砕後、アルカリ溶融、塩酸処理を施
し、水溶液とした後高周波プラズマ発光分光分析(1、
CP )を行った結果、珪素含有率は0.42%であっ
た。
After pulverizing this inorganic fiber, it was melted with alkali and treated with hydrochloric acid to form an aqueous solution, which was then analyzed by high-frequency plasma emission spectroscopy (1,
CP), the silicon content was 0.42%.

参考例7(炭化珪素繊維の製造) 比較例2で使用するポリカルボシランのみから得られる
炭化珪素繊維は下記のようにして製造した。
Reference Example 7 (Manufacture of silicon carbide fiber) The silicon carbide fiber obtained only from polycarbosilane used in Comparative Example 2 was manufactured as follows.

ジメチルジクロロシランを金属ナトリウムで脱塩素縮合
して合成されるポリジメチルシラン100重量部に対し
ポリボロシロキサン3重量部を添加し、窒素中、350
°Cで熱縮合して、式(Si−CH2)のカルボシラン
単位から主としてなる主鎖骨格を有し、該カルボシラン
単位の珪素原子に水素原子およびメチル基を有している
ポリカルボシランを得た。このポリマーを溶融紡糸し、
空気中190℃で不融化処理し、さらに引きつづいて窒
素中1300°Cで焼成して、繊維径13μ、引張強度
が300 Kg/mm” 、引張弾性率16t/Inf
l12の主として珪素、炭素及び酸素からなる炭化珪素
繊維を得た。
3 parts by weight of polyborosiloxane was added to 100 parts by weight of polydimethylsilane synthesized by dechlorination condensation of dimethyldichlorosilane with metallic sodium, and 350 parts by weight of polyborosiloxane was added in nitrogen.
Thermal condensation was carried out at °C to obtain a polycarbosilane having a main chain skeleton mainly composed of carbosilane units of the formula (Si-CH2) and having a hydrogen atom and a methyl group on the silicon atom of the carbosilane unit. . This polymer is melt-spun,
Infusibility treatment was carried out at 190°C in air, followed by firing at 1300°C in nitrogen, resulting in a fiber diameter of 13μ, tensile strength of 300 Kg/mm, and tensile modulus of 16t/Inf.
A silicon carbide fiber consisting mainly of silicon, carbon and oxygen was obtained.

実施例1 参考例6で得た無機繊維rの2次元平織織布を直径7c
mの円板状に切り、ポリマー■の30%キシレンスラリ
ーに含浸後乾燥し、プリプレグシートを作成した。金型
内で、プリプレグシート間にポリマー■の微粉末を充填
し、怜プリプレグシートを、強化繊維の繊維方向を45
°ずつ順次ずらしながら30枚積層し、50kg/dの
加圧化、350°Cにてホットプレスし円板状成形体を
得た。
Example 1 The two-dimensional plain woven fabric of the inorganic fiber r obtained in Reference Example 6 had a diameter of 7 cm.
It was cut into discs of 500 m in diameter, impregnated in a 30% xylene slurry of polymer (1), and dried to produce prepreg sheets. In the mold, fill the spaces between the prepreg sheets with fine powder of polymer ①, and set the fiber direction of the reinforcing fibers to 45.
Thirty sheets were laminated while being shifted sequentially by .degree., and hot-pressed at 350.degree. C. under pressure of 50 kg/d to obtain a disc-shaped molded product.

この成形体を炭素粉末のパウダーベツド中に埋め保形し
、窒素気流中で5°C/hの速度で800°Cまで昇温
後、さらに1300°Cへ昇温しマトリックスを無機化
した。得られた複合材料の嵩密度は1.19g/cdで
あった。
This molded body was buried in a powder bed of carbon powder to maintain its shape, and the temperature was raised to 800°C at a rate of 5°C/h in a nitrogen stream, and then further raised to 1300°C to inorganize the matrix. The bulk density of the obtained composite material was 1.19 g/cd.

この複合材料をポリマー■の50%キシレンスラリーに
浸し、減圧下キシレンを留去しながら350°Cに昇温
、その後100 kg/cJに加圧含浸した後、空気中
で5°C/hの速度で300°Cまで昇温し、不融化し
た後1300″Cで無機化した。この含浸・無機化処理
を、さらに3回繰り返し嵩密度が1.96 g lc東
の材料を得た。得られた複合材料の曲げ強度は57kg
/mm”であった。
This composite material was immersed in a 50% xylene slurry of polymer Ⅰ, heated to 350°C while distilling off the xylene under reduced pressure, then impregnated at a pressure of 100 kg/cJ, and then heated at 5°C/h in air. The temperature was raised to 300°C at a high speed to make it infusible and then mineralized at 1300''C. This impregnation and mineralization treatment was repeated three more times to obtain a material with a bulk density of 1.96 g LC. The bending strength of the composite material was 57 kg.
/mm”.

実施例2 ポリマー■を窒素中、1300°Cで仮焼した無機物質
50部とポリマー■の粉末50部を混合したものと参考
例6で得た無機繊維■の2次元平織織布とを交互に敷き
詰め、400°C1100kg/c4でホットプレスし
成形体を得た。この成形体を実施例1と同様に無機化し
、さらにポリマー■を用い、実施例1と同様に含浸、無
機化を、さらに4回繰り返した。得られた複合材は嵩密
度が2.03g/ci、曲げ強度が58kg/mm2で
、この複合材をさらに、アルゴン中、2200 ’Cで
焼成したところ、嵩密度が2.06 g /ci、曲げ
強度が63kg/鵬2に向上した。
Example 2 A mixture of 50 parts of an inorganic material calcined in nitrogen at 1300°C and 50 parts of powder of polymer ■ and a two-dimensional plain woven fabric of the inorganic fiber ■ obtained in Reference Example 6 were alternately mixed. and hot pressed at 400°C and 1100kg/c4 to obtain a molded body. This molded body was mineralized in the same manner as in Example 1, and the impregnation and mineralization were repeated four more times in the same manner as in Example 1 using Polymer (1). The obtained composite material had a bulk density of 2.03 g/ci and a bending strength of 58 kg/mm2. When this composite material was further fired at 2200'C in argon, the bulk density was 2.06 g/ci, The bending strength was improved to 63 kg/Peng2.

実施例3 プリプレグシート製造用ポリマー、金型充填用ポリマー
、含浸用ポリマーとして、参考例5のポリマー■を用い
た以外実施例1と同様にして複合材を得た。得られた複
合材の嵩密度が2.IOg/ci、曲げ強度が54kg
/in2であった。
Example 3 A composite material was obtained in the same manner as in Example 1 except that Polymer (2) of Reference Example 5 was used as the prepreg sheet manufacturing polymer, mold filling polymer, and impregnation polymer. The bulk density of the obtained composite material is 2. IOg/ci, bending strength 54kg
/in2.

比較例1 強化繊維として、参考例6の無機繊維の代わりに、繊維
径7μm、引張強度300 kg/+nm”及び引張弾
性率21 t 7mm”の市販PAN系炭素繊維を用い
、ポリマー■の代わりに、軟化点が150°Cで、残炭
率が60%の石油系熱処理ピッチを用い、実施例1と同
様にして炭素繊維強化炭素材料を得た。この材料は嵩密
度が1.67g/cmと低く、曲げ強度も15kg/m
m”であった。
Comparative Example 1 As reinforcing fibers, commercially available PAN-based carbon fibers with a fiber diameter of 7 μm, a tensile strength of 300 kg/+nm", and a tensile modulus of 21 t 7 mm" were used instead of the inorganic fibers of Reference Example 6, and instead of the polymer A carbon fiber-reinforced carbon material was obtained in the same manner as in Example 1 using petroleum-based heat-treated pitch with a softening point of 150°C and a residual carbon content of 60%. This material has a low bulk density of 1.67 g/cm and a bending strength of 15 kg/m.
It was "m".

比較例2 参考例7で得た炭化珪素繊維を用い、無荷重時の嵩密度
が0.15 g /cJの人造黒鉛と比較例1に使用し
たと同様のピッチの粉末の等重量混合物をマトリックス
原料として、実施例2と同様、ホットプレス法により成
形体とした後、無機化し、さらに、上記ピッチによる含
浸、無機化処理を4回繰り返し施したところ、嵩密度が
1.90 g /ciで、曲げ強度が21kg/a+m
”の複合材料が得られた。
Comparative Example 2 Using the silicon carbide fibers obtained in Reference Example 7, a matrix was prepared using an equal weight mixture of artificial graphite with a bulk density of 0.15 g/cJ when no load was applied and powder with the same pitch as that used in Comparative Example 1. As in Example 2, the raw material was made into a molded body by hot pressing, mineralized, and then impregnated with the pitch and mineralized four times, resulting in a bulk density of 1.90 g/ci. , bending strength is 21kg/a+m
” composite material was obtained.

この複合材料を2200 ’Cで黒鉛化を試みたが、強
化繊維が劣化し、強度は5kg/mm”まで低下した。
Graphitization of this composite material at 2200'C was attempted, but the reinforcing fibers deteriorated and the strength decreased to 5 kg/mm''.

実施例4 実施例1.2.3、比較例1.2の複合材を、600“
Cの大気雰囲気のオーブン中で1時間加熱処理後曲げ強
度を測定した。
Example 4 The composite materials of Example 1.2.3 and Comparative Example 1.2 were
The bending strength was measured after heat treatment for 1 hour in an oven in an air atmosphere of C.

比較例1.2の複合材は強度測定ができないほど酸化劣
化が進行していたが、実施例1.2.3の複合材は、ま
ったく強度低下が認められなかった。
The composite material of Comparative Example 1.2 had undergone oxidative deterioration to such an extent that its strength could not be measured, but the composite material of Example 1.2.3 showed no decrease in strength at all.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 無機繊維を強化材とし、無機物質をマトリックスとする
繊維強化複合材料において、上記無機繊維が、珪素含有
多環状芳香族重合体から得られる無機繊維であって、そ
の構成成分が i)該重合体を構成するメソフェーズ状態にある多環状
芳香族化合物から導かれるラジアル構造、オニオン構造
、ランダム構造、コアラジアル構造、スキンオニオン構
造及びモザイク構造からなる群から選ばれる少なくとも
一種の結晶配列状態を示す炭素質、 ii)該重合体を構成する有機溶媒不溶分を含む光学的
等方性の多環状芳香族化合物から導かれる、無配向状態
の結晶質炭素及び/又は非晶質炭素、及び iii)Si,C及びOから実質的になる非晶質相及び
/又は粒径が500Å以下の実質的にβ−SiCからな
る結晶質超微粒子と非晶質のSiO_x(0<x≦2)
からなる集合体であり、構成元素の割合がSi;30〜
70重量%、C:20〜60重量%及びO;0.5〜1
0重量%であるSi−C−O物質 よりなる高強度・高弾性率無機繊維であり、前記無機物
質が金属含有多環状芳香族重合体から得られる無機物質
であって、その構成成分が、a)該重合体を構成するメ
ソフェーズ状態にある多環状芳香族化合物から導かれる
結晶質炭素、又は結晶質炭素と非晶質炭素、 b)該重合体を構成する光学的等方性の多環状芳香族化
合物から導かれる、無配向状態の結晶質炭素及び/又は
非晶質炭素、及び c)(1)Si、M、C及びOから実質的になる非晶質
物質、及び/又は (2)実質的にβ−SiC、MC、β−SiCとMCの
固溶体及びMC_1_−_xからなる粒径が500Å以
下の結晶超微粒子と、非晶質のSiO_y及びMO_z
との集合体であり、 構成元素の割合がSi;5〜70重量%、M;0.5〜
45重量%、C;20〜40重量%及びO;0.01〜
30重量%であるSi−M−C−O物質(上記式中、M
はTi、Zr及びHfから選択される少なくとも一種の
元素であり、0<x<1、0<y≦2、0<z≦2であ
る。) よりなる炭素質無機物質であることを特徴とする繊維強
化炭素質複合材料。
[Scope of Claims] A fiber-reinforced composite material having inorganic fibers as a reinforcing material and an inorganic substance as a matrix, wherein the inorganic fibers are inorganic fibers obtained from a silicon-containing polycyclic aromatic polymer, and the constituent components thereof i) at least one type of crystal selected from the group consisting of a radial structure, an onion structure, a random structure, a core radial structure, a skin onion structure, and a mosaic structure derived from a polycyclic aromatic compound in a mesophase state constituting the polymer; ii) crystalline carbon and/or amorphous carbon in a non-oriented state derived from an optically isotropic polycyclic aromatic compound containing an organic solvent insoluble component constituting the polymer; , and iii) an amorphous phase consisting essentially of Si, C and O and/or crystalline ultrafine particles consisting essentially of β-SiC with a particle size of 500 Å or less and amorphous SiO_x (0<x≦ 2)
It is an aggregate consisting of Si, and the proportion of the constituent elements is Si; 30 ~
70% by weight, C: 20-60% by weight and O: 0.5-1
0% by weight of a Si-C-O material, the inorganic material is an inorganic material obtained from a metal-containing polycyclic aromatic polymer, and its constituent components are: a) Crystalline carbon derived from a polycyclic aromatic compound in a mesophase state constituting the polymer, or crystalline carbon and amorphous carbon, b) Optically isotropic polycyclic constituting the polymer non-oriented crystalline carbon and/or amorphous carbon derived from an aromatic compound; and c) an amorphous substance consisting essentially of (1) Si, M, C and O; and/or (2) ) Crystalline ultrafine particles with a particle size of 500 Å or less consisting essentially of β-SiC, MC, a solid solution of β-SiC and MC, and MC_1_-_x, and amorphous SiO_y and MO_z
The proportion of the constituent elements is Si: 5-70% by weight, M: 0.5-70% by weight.
45% by weight, C: 20-40% by weight and O: 0.01-
30% by weight of Si-M-C-O material (where M
is at least one element selected from Ti, Zr, and Hf, and satisfies 0<x<1, 0<y≦2, and 0<z≦2. ) A fiber-reinforced carbonaceous composite material characterized by being a carbonaceous inorganic material.
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