JPH0586509A - 炭化珪素質繊維及びその製法 - Google Patents

炭化珪素質繊維及びその製法

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JPH0586509A
JPH0586509A JP3192074A JP19207491A JPH0586509A JP H0586509 A JPH0586509 A JP H0586509A JP 3192074 A JP3192074 A JP 3192074A JP 19207491 A JP19207491 A JP 19207491A JP H0586509 A JPH0586509 A JP H0586509A
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silicon
yarn
nitrogen
ceramic precursor
fiber
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JP3192074A
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Toru Funayama
徹 舟山
Tomohiro Kato
智浩 加藤
Rika Takatsu
利佳 高津
Yuji Tashiro
裕治 田代
Toshihide Kishi
俊秀 岸
Takayuki Date
隆行 伊達
Takeshi Isoda
武志 礒田
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Tonen General Sekiyu KK
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Tonen Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 不融化工程が不要のため、酸素の取込み無
く、遊離炭素含量低減を可能とする炭化珪素質繊維の提
供。 【構成】 珪素、窒素及び炭素を必須成分とし、酸素、
水素及びAl,B,Ti,Zr,Hf,Yから選ばれる
金属元素を任意成分とし、各元素の比が原子比で表わし
て、N/Si=0.01〜1、C/Si=0.1〜1.
5、O/Si=0.3以下、M/Si=0.002〜
0.5(M:B,Al,Ti,Zr,Hf,Yから選ば
れる)、H/Si=0.1以下であって、実質的に珪
素、窒素及び炭素からなる非晶質または珪素、窒素及び
炭素からなる非晶質と結晶粒径が500Å以下のβ−S
iCの結晶質微粒子の集合体または混合系よりなり、し
かも空気に対するX線小角散乱強度比が1°及び0.5
°において各々1倍〜20倍であることを特徴とする炭
化珪素質繊維。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は炭化珪素質繊維とその製
法に係る。より詳しく述べると、この炭化珪素質繊維
は、主としてSi,N及びCからなる炭化珪素を主相と
する新規な無機繊維であり、高強度、高弾性率及び耐熱
性を有するため、各種複合材料の強化材として有用であ
り、広範な産業分野での応用が期待されるものである。
【0002】
【従来の技術】 ポリカルボシランを紡糸、不融化後焼成することで得
られるSiC繊維は報告されている。(J. Am. Ceram. S
oc.,59 (1976) 324-327; Chem. Lett. No.9 (1975) 931
-934) ポリチタノカルボシラン、ポリジルコノカルボシラン
より得られるSiC質繊維も報告されている。(特開昭
56−9209,57−106718,57−106719,60-99004号公報) 有機シラザンを紡糸、不融化、焼成して得られるSi
−N−C−O系セラミック繊維も多く報告されている。
(特開昭49-69717,49-20206,57−200210号公報;米国
特許第 4,482,669号;J. of Applied Polymer Sci.,Vo
l.27,3751-61(1982)) ペルヒドロポリシラザンを原料とするC含有量の低
い、窒化珪素繊維は本出願人らがすでに出願済みであ
る。(特開昭62−125015号公報)
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のうち、ポリカル
ボシラン、ポリチタノカルボシラン、ポリジルコノカル
ボシラン、有機シラザンには不融化工程が不可欠であ
り、工程が煩雑になり、しかも簡便な熱酸化不融化時に
導入される酸素は繊維の高温特性を損う原因になる欠点
があった。
【0004】また、これらの前駆体より誘導されたセラ
ミックス中には遊離炭素を多く含んでいた。一方、ペル
ヒドロポリシラザンからはポリマー中に炭素が含まれて
いないため炭化珪素を主相とするセラミックスは製造で
きなかった。そこで、本発明は、不融化工程が不要で、
そのため酸素の取り込みがなく、かつ遊離炭素を多く含
まない炭化珪素質繊維及びその製造方法を提供すること
を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は珪素、窒素及び炭素を必須成分とし、酸
素、水素及びAl,B,Ti,Zr,Hf,Yから選ば
れる金属元素を任意成分とし、各元素の比が原子比で表
わして、N/Si=0.01〜1、C/Si=0.1〜
1.5、O/Si=0.3以下、M/Si=0.002
〜0.5(M:B,Al,Ti,Zr,Hf,Yから選
ばれる)、H/Si=0.1以下であって、実質的に珪
素、窒素及び炭素からなる非晶質または珪素、窒素及び
炭素からなる非晶質と結晶粒径が500Å以下のβ−S
iCの結晶質微粒子の集合体または混合系よりなり、し
かも空気に対するX線小角散乱強度比が1°及び0.5
°において各々1倍〜20倍であることを特徴とする炭
化珪素質繊維。
【0006】この炭化珪素質繊維の製法として、珪素含
有熱可塑性セラミック前駆体とペルヒドロポリシラザン
とから数平均分子量200〜500,000の熱硬化性
セラミック前駆体ブロック共重合体を形成する工程と、
該熱硬化性セラミック前駆体コポリマーを含む紡糸溶液
を形成する工程と、該紡糸溶液を乾式紡糸して熱硬化性
セラミック前駆体ブロック共重合体の繊維を形成する工
程と、該繊維を張力下あるいは無張力下で、Ar,
2 ,H2 あるいはこれらの混合気流中、場合によって
は加圧雰囲気下あるいは減圧下で600〜1800℃の
温度で焼成してセラミック繊維を形成する工程からなる
ことを特徴とする、実質的に珪素、窒素及び炭素からな
る炭化珪素質繊維の製造方法を提供する。
【0007】本発明の炭化珪素質繊維は、珪素、窒素及
び炭素を必須成分とし、酸素、水素及びAl,B,T
i,Zr,Hf,Yから選ばれる金属元素を任意成分と
する無機繊維であり、結晶性については、結晶又は非晶
質の如何を問わないが、実質的に非晶質であるものが好
ましい。即ち、X線回折分析による非晶質のものまたは
結晶子の大きさ(X線回折半値巾法(JONES法)を
用いて測定)がすべての方位で500Å以下の微結晶相
(β−SiC)を含有するものが好ましい。
【0008】本発明の炭化珪素質繊維を構成する各元素
の比率は原子比で表わして、 N/Si 0.01〜1 C/Si 0.1〜1.5 O/Si 0.3以下 M/Si 0.002〜0.5 であり、好ましい原子比は、 N/Si 0.05〜0.8 O/Si 0.25以下 C/Si 0.2〜1.2 M/Si 0.004〜0.3 である。更に好ましい原子比は、 N/Si 0.1〜0.7 O/Si 0.2以下 C/Si 0.5〜1.0 M/Si 0.008〜0.2 である。
【0009】元素比が上記の範囲に包含されない場合、
繊維としての引張強度、弾性率及び耐熱性が低下する。
金属Mとしては、Al,B,Ti,Zr,Hf,Yから
選択する。更に、本発明者らの検討によれば、セラミッ
クス繊維が、特定の小角散乱強度を有することが極めて
有用であることが判明した。セラミックス繊維として有
用であるためには、小角散乱強度が1°及び0.5°に
おいて各々空気の散乱強度の1倍〜20倍の範囲にされ
る。好ましい小角散乱強度比は、1〜10倍であり、更
に好ましい強度は、1°及び0.5°のいずれもが1倍
〜5倍の範囲である。
【0010】小角散乱強度は、無機繊維の内部の微細
孔、即ちボイド(Void)又は空孔の存在を検知する
ものであり、繊維中に微細孔が存在すれば、系内の電子
密度の偏在により小角散乱が観測される。小角散乱強度
の測定は、一般に日本化学会編「実験化学講座4固体物
理学」(1956年)に記載される方法で行われるが、
本発明に係る炭化珪素質繊維の測定においては、以下に
示される方法が採用される。
【0011】理学電機株式会社製RJ−200B型にP
SPC(位置検出比例計数装置)−5を持続し、管電圧
45KV、管電流95mA、第1及び第2スリットを各々
0.2mmφ、0.15mmφのものを使用し、0.02°
毎に1000秒積算して散乱強度を測定した。試料とし
て長さ15mmの繊維を18mg切り出し、10mm長さ×4
mm巾のスリット内に均一に張りつけ、1°及び0.5°
における空気散乱強度と比較して強度比 I(窒化珪素
質繊維)/I′(空気) を算出した。
【0012】本発明の炭化珪素質繊維は、熱硬化性セラ
ミック前駆体ブロック共重合体を紡糸、焼成して製造さ
れる。そして、この共重合体は、式−(SiH2 NH)
−で表される繰り返し単位からなる骨格を有し数平均分
子量が100〜50,000のペルヒドロポリシラザン
と、数平均分子量が100〜50,000の熱可塑性珪
素含有ポリマーとを反応させることによって製造され
る。
【0013】また、この製造において、ペルヒドロポリ
シラザン及び熱可塑性珪素含有セラミック前駆体と共
に、式MXn (式中、MはAl,B,Ti,Zr,Hf
から選ばれる少なくとも1種の金属元素であり、Xは同
一でも異なっていてもよく、水素原子、ハロゲン原子、
水酸基、カルボニル基、又は、炭素原子数1〜20個
の、アルコキシ基、フェノキシ基、アセチルアセトキシ
基、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、ア
ルキルアミノ基又はアミノ基であり、nは金属元素Mの
原子価数である。)とを、(全成分中のSi)/Mの原
子比500以下で反応させることができる。
【0014】ペルヒドロポリシラザンは加熱するだけで
Si−H結合又はN−H結合を有する多くの熱可塑性珪
素含有セラミック前駆体と結合するが、ペルヒドロポリ
シラザンブロックと熱可塑性珪素含有セラミック前駆体
ブロックとからなる共重合体は、ペルヒドロポリシラザ
ンブロックと熱可塑性珪素含有セラミック前駆体ブロッ
クとが主鎖同士で結合した構造、あるいはこれらのブロ
ックの側鎖基が反応して架橋した構造、あるいはその両
方を有する構造であることができる。熱可塑性珪素含有
セラミック前駆体内に官能基が存在する場合にはペルヒ
ドロポリシラザンは加熱するだけで多くの熱可塑性珪素
含有セラミック前駆体中の官能基と反応し結合を形成す
る。官能基がないとき、あるいは反応性が低いときは、
熱可塑性珪素含有セラミック前駆体の末端あるいは側鎖
に反応性の基を導入することにより、容易に結合を形成
させることができる。
【0015】本発明で用いるペルヒドロポリシラザン
は、式−(SiH2 NH)−で表される繰り返し単位か
らなる骨格を有する、すなわち側鎖がすべて水素原子で
あるポリシラザンであり、主として鎖状であるが、環状
部分を含み、さらには架橋構造を有することができる。
このようなペルヒドロポリシラザンとしては、ジクロロ
シラン・ピリジン錯体のアンモノリシスで得られるペル
ヒドロシラザンオリゴマー(特公昭63−16325号
公報)、このオリゴマーを塩基性溶液中で加熱して得ら
れる無機高重合体(特開平1−138108号公報)、
オリゴマーをアンモニア等と反応させて得られる改質ポ
リシラザン(特開平1−138107号公報)などを用
いることができる。ペルヒドロポリシラザンはSi−
H,N−H結合があり、反応性が大きいので共重合化が
容易であり、かつ熱硬化性であるので、本発明の目的に
最適である。またSiC前駆体との共重合化において
は、繰り返し単位にCが存在しないのでSiC前駆体の
最大の欠点である遊離炭素の残留を抑制する効果があ
る。
【0016】ペルヒドロポリシラザンの分子量は、数平
均分子量で100〜50,000の範囲のものを用い
る。分子量がこれより小さいとセラミック収率に優れた
高分子量の共重合体が得られない。またこれより大きい
と重合によりゲル化する。本発明で用いることができる
熱可塑性珪素含有セラミック前駆体は、主鎖に珪素を含
むポリシラン、ポリカルボシラン、ポリシロキサン、ポ
リシラザンなどであることができ、特に炭化珪素系前駆
体ポリマーであるポリカルボシラン、ポリシラスチレ
ン、ポリカルボシラスチレン、メチルポリシラン、フェ
ニルポリシラン、ポリチタノカルボシラン、ポリジルコ
ノカルボシラン、ポリジシリラザン等を好ましく用いる
ことができる。これらのポリマーがペルヒドロポリシラ
ザンと反応する基を有する場合には直接両ポリマーを混
合、加熱することにより共重合体が生成する。ペルヒド
ロポリシラザンと反応する基にはアミド基、イミド基、
ヒドロシリル基、水酸基、アルコキシ基、カルボキシル
基、ケト基、ハロゲン原子、エポキシ基等がある。
【0017】熱可塑性珪素含有セラミック前駆体の分子
量は、数平均分子量で100〜50,000の範囲のも
のを用いる。分子量がこれより小さいと反応中に揮発
し、ポリマー収率が低い。またこれより大きいと重合に
より共重合体がゲル化する。上記の如く、多くの熱可塑
性珪素含有セラミック前駆体とペルヒドロポリシラザン
は直接加熱すると結合を形成する。通常、溶媒を用いる
が、溶媒は熱可塑性珪素含有セラミック前駆体及びペル
ヒドロポリシラザンと反応しないものであればよく、例
えば塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、ブロモ
ホルム、塩化エチレン、塩化エチリデン、トリクロロエ
タン、テトラクロロエタン等のハロゲン化炭化水素、エ
チルエーテル、イソプロピルエーテル、エチルブチルエ
ーテル、ブチルエーテル、1,2−ジオキシエタン、ジ
オキサン、ジメチルジオキサン、テトラヒドロフラン、
テトラヒドロピラン等のエーテル類、ペンタン、ヘキサ
ン、イソヘキサン、メチルペンタン、ヘプタン、イソヘ
プタン、オクタン、イソオクタン、シクロペンタン、メ
チルシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘ
キサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼ
ン等の炭化水素類である。反応温度は限定するわけでは
ないが、0〜300℃の範囲が好ましい。反応時間は、
通常、30分以上あればよい。
【0018】また、熱可塑性珪素含有セラミック前駆体
がペルヒドロポリシラザンと反応する基を有する場合
も、有していない場合も、架橋結合させるために、さら
に金属化合物を添加することができる。架橋結合を形成
する金属化合物としては、例えば、B,Al,Ti,Z
r,Hf,等のハロゲン化物、水酸化物、アルキル化
物、アルコキシド、アセチルアセトナート、メタロセン
等を用いることができる。これらの金属化合物はペルヒ
ドロポリシラザンの珪素あるいは窒素原子と結合してい
る水素原子と反応し、また熱可塑性珪素含有セラミック
前駆体の側鎖基と反応して、主として、ペルヒドロポリ
シラザンの珪素あるいは窒素原子と熱可塑性珪素含有セ
ラミック前駆体の主鎖を構成する珪素等の原子とを金属
原子を介して結合した架橋結合を形成する。あるいは、
熱可塑性珪素含有セラミック前駆体の側鎖基中の反応性
部位と反応して側鎖を介して架橋結合を形成する。この
ような架橋結合を導入することによりペルヒドロポリシ
ラザンの熱硬化性を十分に反映した共重合体を得ること
ができる。
【0019】架橋結合を形成するための金属化合物の量
は、出発ポリマー中の珪素原子の合計に対する金属原子
の原子数比が500以下が好ましい。こうして、本発明
によれば、熱可塑性珪素含有セラミック前駆体とペルヒ
ドロポリシラザンとが直接結合して得られる熱硬化性共
重合体又は、熱可塑性珪素含有セラミック前駆体及びペ
ルヒドロポリシラザンに金属化合物を添加して混合反応
させて得られる熱硬化性共重合体が得られる。得られる
共重合体の分子量は200から500,000の範囲と
する。この分子量が大きすぎると、ゲルを形成し、溶媒
に対する溶解性が著しく悪くなる。
【0020】また、得られる共重合体に於けるペルヒド
ロポリシラザンブロックと熱可塑性珪素含有セラミック
前駆体ブロックとの比は、結果としてポリマーが熱硬化
性になればよく特に限定されないが、一般にそれぞれの
ブロックに含まれる珪素原子の比で0.5以上、好まし
くはこの比が1以上である。この比が大きいことによ
り、熱硬化性のペルヒドロポリシラザンブロックが熱可
塑性ブロックの軟化を阻害し、結果として熱硬化性の共
重合体が得られる。
【0021】こうして得られた熱硬化性共重合体は有機
溶媒に可溶であり、賦形化セラミックスが容易に得られ
る。また、セラミックス中の遊離Cをポリマーの組成を
変えることで抑制できると共に、不融化工程で混入する
不純物も抑制できる。炭化珪素前駆体ポリマーから得ら
れるSiCに比べ、熱硬化性セラミック前駆体ブロック
共重合体から誘導されるSiCにはNが導入されている
ため、高温まで非晶質〜微結晶構造を保持する。このた
め、熱硬化性セラミック前駆体ブロック共重合体から得
られる構造材の高温強度の改善が図れる。
【0022】この熱硬化性ブロック共重合体は、紡糸し
て焼成する。このとき、熱硬化性ブロック共重合体をセ
ラミックス化するには固体状ポリマーは溶媒に溶解し、
必要な粘度を有するまで溶媒を除いた後、紡糸する。必
要に応じてさらに溶媒を除いた後、熱分解を行う。液体
状ポリマーは紡糸後、加熱硬化させる。ひきつづき、熱
分解を行う。
【0023】本発明の共重合体は熱硬化性であるから、
不融化工程は不要である。不融化工程を省略できれば工
程が簡単化されるのみならず、不融化工程で繊維中に酸
素が不純物として取り込まれることを防止することがで
き、高純度、高品質の最終炭化珪素質繊維を得ることが
できる。こうして、紡糸した繊維は、張力下あるいは無
張力下で、Ar,N2 ,H2 あるいはこれらの混合気流
中、場合によっては加圧雰囲気下あるいは減圧下で60
0〜1800℃の温度で焼成してセラミック繊維を形成
する。張力は典型的には1g/mm2 〜50kg/mm2 程度
が用いられる。
【0024】
【作用及び発明の効果】本発明の炭化珪素質繊維及びそ
の製造方法では、熱硬化性セラミック前駆体ブロック共
重合体は紡糸助剤を添加せずに連続紡糸可能なため、炭
化珪素質繊維中には助剤由来の不純物混入がない。ま
た、煩雑な不融化工程を必要としない。そして、炭化珪
素質繊維は不融化に由来する不純物を含まないため、高
温まで非晶質または非晶質中に均一に分散した微結晶構
造を保持し、従来のセラミック繊維に比べ、高温機械強
度の改善が図れる。
【0025】また、炭化珪素質繊維は本質的に非晶質ま
たは非晶質中に均一分散した微結晶からなるため、大き
い機械強度を有する。また、炭化珪素質繊維の元素組成
は、熱硬化性セラミック前駆体ブロック共重合体の組成
を変えることで容易に制御できる。こうして、本発明に
係る炭化珪素質繊維の構造は、高温まで結晶質の生成が
実質的に抑制されて非晶質もしくはこの物と結晶粒径が
500Å以下のβ−SiCの結晶質微粒子の集合体また
は混合系であり、かつ空気に対するX線小角散乱強度比
が1°及び0.5°において各々1倍〜20倍であるこ
とから、機械的強度、特に高温強度が高いセラミック繊
維である。また、この炭化珪素質繊維は炭化珪素を基本
とすることにより、高温強度、硬度、熱伝導性に優れ、
半導性であり、また遊離Cの少ないセラミック繊維を得
ることができるので複合材料の強化材として好適であ
る。
【0026】
【実施例】参考例1 内容積1lの四つ口フラスコにガス吹きこみ管、メカニ
カルスターラー、ジュワーコンデンサーを装置した。反
応器内部を脱酸素した乾燥窒素で置換した後、四つ口フ
ラスコに脱気した乾燥ピリジン490mlを入れ、これを
氷冷した。次にジクロロシラン51.6gを加えると白
色固体状のアダクト(SiH2Cl2 ・2C5 5 N)
が生成した。反応混合物を氷冷し、攪拌しながら、水酸
化ナトリウム管及び活性炭管を通して精製したアンモニ
ア51.0gを吹き込んだ。
【0027】反応終了後、反応混合物を遠心分離し、乾
燥ピリジンを用いて洗浄した後、更に窒素雰囲気下でろ
過して、ろ液850mlを得た。ろ液5mlから溶媒を減圧
留去すると樹脂固体ペルヒドロポリシラザン0.102
gが得られた。得られたポリマーの数平均分子量はGP
Cにより測定したところ、980であった。また、この
ポリマーのIR(赤外吸収)スペクトル(溶媒:乾燥o
−キシレン;ペルヒドロポリシラザンの濃度:10.2
g/l)を検討すると、波数(cm-1)3350(見かけ
の吸光係数ε=0.557lg-1cm-1)及び1175の
NHに基づく吸収;2170(ε=3.14)のSiH
に基づく吸収;1020〜820のSiH及びSiNS
iに基づく吸収を示すことが確認された。またこのポリ
マーの 1HNMR(プロトン核磁気共鳴)スペクトル
(60MHz 、溶媒CDCl3 /基準物質TMS)を検討
すると、いずれも幅広い吸収を示していることが確認さ
れた。即ちδ4.8及び4.4(br,SiH);1.
5(br,NH)の吸収が確認された。
【0028】参考例2 参考例1で得られたペルヒドロポリシラザンのピリジン
溶液(ペルヒドロポリシラザンの濃度、5.04重量
%)100mlを内容積300mlの耐圧反応容器に入れ、
精製した無水アンモニア2.8g(0.165mol)を加
えて密閉系で60℃で3時間攪拌しながら反応を行なっ
た。この間大量の気体が発生した。反応前後で圧力は
1.2kg/cm2 上昇した。室温に冷却後、乾燥o−キシ
レン200mlを加え、圧力3〜5mmHg、温度50〜70
℃で溶媒を除いたところ、5.22gの白色粉末が得ら
れた。この粉末は、トルエン、テトラヒドロフラン、ク
ロロホルム及びその他の有機溶媒に可溶であった。
【0029】前記重合体粉末の数平均分子量は、GPC
により測定したところ1740であった。また、そのI
Rスペクトル(溶媒:o−キシレン)の分析の結果、波
数(cm-1)3350及び1175のNHに基づく吸収;
2170のSiHに基づく吸収;1020〜820のS
iH及びSiNSiに基づく吸収を示すことが確認され
た。さらに、前記重合体粉末の 1HNMRスペクトル
(CDCl3 ,TMS)を分析したところ、いずれも幅
広い吸収を示している。すなわちδ4.8(br,Si
2 ),δ4.4(br,SiH3 ),δ1.5(b
r,NH)の吸収が観測された。(SiH2 )/(Si
3 )=4.1であった。
【0030】参考例3 参考例1で得られたペルヒドロポリシラザンのピリジン
溶液(ペルヒドロポリシラザンの濃度、5.24重量
%)100mlを内容積300mlの耐圧反応容器に入れ、
窒素雰囲気、密閉系で100℃で3時間攪拌しながら反
応を行なった。この間大量の気体が発生した。反応前後
で圧力は1.0kg/cm2 上昇した。室温に冷却後、乾燥
エチルベンゼン200mlを加え、圧力3〜5mmHg、温度
50〜70℃で溶媒を除いたところ、4.68gの白色
粉末が得られた。この粉末は、トルエン、テトラヒドロ
フラン、クロロホルム及びその他の有機溶媒に可溶であ
った。
【0031】前記重合体粉末の数平均分子量は、GPC
により測定したところ2070であった。また、そのI
Rスペクトル(溶媒:エチルベンゼン)の分析の結果、
波数(cm-1)3350及び1175のNHに基づく吸
収;2170のSiHに基づく吸収;1020〜820
のSiH及びSiNSiに基づく吸収を示すことが確認
された。さらに、前記重合体粉末の 1HNMRスペクト
ル(CDCl3 ,TMS)を分析したところ、いずれも
幅広い吸収を示している。すなわちδ4.8(br,S
iH2 ),δ4.4(br,SiH3 ),δ1.5(b
r,NH)の吸収が観測された。(SiH2 )/(Si
3 )=4.1であった。
【0032】実施例1 ポリカルボシラン(信越化学製)のφ−キシレン溶液5
00ml(ポリカルボシラン25.0g)にチタンn−ブ
トキシド6.5gを加えN2 中、1時間加熱還流した。
室温に冷却後、参考例2で得られたペルヒドロポリシラ
ザンのφ−キシレン溶液400ml(ペルヒドロポリシラ
ザン20.0g)を加え、N2 中、100℃で1時間加
熱した。室温に冷却後、圧力3〜7mmHg、温度50〜7
0℃で溶媒を除いたところ、48gの黒青色粉末が得ら
れた。この粉末はトルエン、テトラヒドロフラン、クロ
ロホルム及びその他の有機溶媒に可溶であった。
【0033】前記重合体粉末の数平均分子量は、GPC
により測定したところ2540であった。また、そのI
Rスペクトルの分析の結果、波数(cm-1)3350及び
1170のNHに基づく吸収;2170及び2120の
SiHに基づく吸収;1020〜820のSiH及びS
iNSiに基づく吸収;1250のSiCH3 に基づく
吸収;1100のSiOに基づく吸収;2950,29
00,2880,1470〜1360のCHに基づく吸
収を示すことが確認された。更に、前記重合体粉末の 1
HNMRスペクトル(CDCl3 ,TMS)を分析した
ところ、いずれも幅広い吸収を示している。すなわち、
δ4.8(br,SiH2 ),δ4.3(br,SiH
3 ),δ0.2(br,SiCH3 ),δ1.4及びδ
0.9(br,CH),δ3.7(br,−C−CH2
O)の吸収が観測された。
【0034】前記重合体粉末をφ−キシレンに溶解した
後、ロータリーエバポレーターで溶媒を除去した。溶液
が十分な曳糸性を示すようになった時、減圧留去を中止
した。この溶液を乾式紡糸装置の脱泡容器に移送して紡
糸溶液とした。約6時間、60℃で静置脱泡後、40℃
で直径0.1mmのノズルより、120℃の乾燥空気雰囲
気下の紡糸筒内に吐出し、100m/分の速度で巻き取
り、平均径約10μmの繊維を得た。この繊維に500
g/mm2 の張力を作用させながら、窒素雰囲気下で室温
から1500℃まで600℃/時間で昇温し、1500
℃で1時間保持して、黒色の繊維を得た。この繊維の直
径は約8.5μmで、引張強度は220kg/mm2 、弾性
率30 ton/mm2 であった。得られた繊維のX線回折測
定より、微結晶質(結晶子径30Å)のβ−SiCが認
められた。得られた繊維の元素分析結果は、重量基準
で、Si:66.6%、N:10.6%、C:18.2
%、O:2.56%、Ti:1.94%であった。
【0035】実施例2 1lの四つ口フラスコに無水ベンゼン200mlと金属ナ
トリウム20gと金属カリウム7gを加え70℃に保持
した。ここにメチルジクロロシラン25g、ジメチルジ
クロロシラン30g、トリメチルクロロシラン50gを
滴下し、24時間反応を行い、数平均分子量400のS
i−H結合を有する淡黄色ポリシランを得た。1lの四
つ口フラスコにこのポリシラン20gとジルコニウムイ
ソプロポキシド5gとφ−キシレン400mlを加え、N
2 中3時間加熱還流を行なった。室温に冷却後、参考例
3で得られたペルヒドロポリシラザンのφ−キシレン溶
液300ml(ペルヒドロポリシラザン55g)を加え、
2 中、120℃で1時間加熱した。室温に冷却後、圧
力3〜7mmHg、温度50〜70℃で溶媒を除いたとこ
ろ、72gの淡黄色粉末が得られた。この粉末はトルエ
ン、テトラヒドロフラン、クロロホルム及びその他の有
機溶媒に可溶であった。
【0036】前記重合体粉末の数平均分子量は、GPC
により測定したところ、2480であった。また、その
IRスペクトルの分析の結果、波数(cm-1)3350及
び1170のNHに基づく吸収;2170のSiHに基
づく吸収;1020〜820のSiH及びSiNSiに
基づく吸収;1250のSiCH3 に基づく吸収;11
00のSiOに基づく吸収;2950,2900,28
80,1470〜1360のCHに基づく吸収を示すこ
とが確認された。更に、前記重合体粉末の 1HNMRス
ペクトル(CDCl3 ,TMS)を分析したところ、い
ずれも幅広い吸収を示している。すなわち、δ4.8
(br,SiH2 ),δ4.4(br,SiH3 ),δ
0.2(br,SiCH3 ),δ1.4及びδ0.9
(br,CH),δ3.5(br,−C−CHO)の吸
収が観測された。
【0037】前記重合体粉末をトルエンに溶解した後、
ロータリーエバポレーターで溶媒を除去した。溶液が十
分に曳糸性を示すようになった時、減圧留去を中止し
た。この溶液を乾式紡糸装置の脱泡容器に移送して紡糸
溶液とした。約4時間60℃で静置脱泡後、30℃で口
径0.08mmのノズルより80℃の乾燥空気雰囲気下の
紡糸筒内に吐出し、100m/分の速度で巻き取り、平
均約10μm径の繊維を得た。この繊維に300g/mm
2 の張力を作用させながら、アルゴン雰囲気下で室温か
ら1400℃まで600℃/時間で昇温し、1400℃
で1時間保持して黒色の繊維を得た。この繊維の直径は
約9μmで引張強度は180kg/mm2 、弾性率は24 t
on/mm2 であった。得られた繊維のX線回折測定より微
結晶質(結晶子径43Å)のβ−SiCであることが確
認された。得られた繊維の元素分析結果は、重量基準で
Si:62.3%、N:8.51%、C:23.2%、
O:1.50%、Zr:2.14%であった。
【0038】実施例3 500ml四つ口フラスコにメカニカルスターラー、ガス
導入管、冷却管、滴下ロートを取りつけた。ここに50
gのジシラン混合物(テトラクロロジメチルジシラン5
0wt%、トリクロロトリメチルジシラン50wt%)を導
入し、N2 雰囲気に保ち、ヘキサメチルジシラザン12
0gを滴下ロートよりジシランに加えた。この混合物を
2 下、220℃まで副生成物を除きながら加熱した。
220℃に3時間保った後、室温に冷却したところ、白
濁したガラス状ポリマーが得られた。ここに乾燥トルエ
ンを300ml加え、ポリマーを溶解し、この溶液を1.
0μmのメンプレンフィルターでろ過をした。ろ液の溶
媒を除くと淡黄色樹脂状固体が22.5g得られた。こ
の樹脂の軟化点は約80℃であった。
【0039】前記ポリマー15gを200mlのφ−キシ
レンに溶解し、1l四つ口フラスコに導入した。ここに
参考例2で得られたペルヒドロポリシラザンのφ−キシ
レン溶液500ml(ペルヒドロポリシラザン45g)を
加え、氷冷した。ここにトリエチルアルミニウム1.5
gを加え、80℃まで徐々に加熱し、1時間保持した。
室温に冷却後、溶媒を除くと、淡黄色粉末が50g得ら
れた。
【0040】前記淡黄色粉末をφ−キシレンに溶解した
後、ロータリーエバポレーターで溶媒を除去した。溶液
が十分に曳糸性を示すようになった時減圧留去を中止し
た。この溶液を乾式紡糸装置の脱泡容器に移送して紡糸
溶液とした。4時間、60℃で静置脱泡後、60℃で口
径0.1mmのノズルより80℃の窒素雰囲気の紡糸筒内
に吐出し、80m/分の速度で巻き取り、平均径約12
μmの繊維を得た。この繊維を無張力、窒素5kg/cm2
加圧雰囲気下で室温から1500℃まで600℃/時間
で昇温し、1500℃で1時間保持して黒色の繊維を得
た。この繊維の直径は約9μmで引張強度は160kg/
mm2 、弾性率は24 ton/mm2 であった。得られた繊維
のX線回折測定より、微結晶質(結晶子径33Å)のβ
−SiCが確認された。得られた繊維の元素分析結果
は、重量基準で、Si:61.6%、N:12.3%、
C:18.0%、O:2.20%、Al:5.56%で
あった。
【0041】実施例4 ポリシラスチレン(日本曹達製)のφ−キシレン溶液3
00ml(ポリシラスチレン35g)と参考例1で得られ
たペルヒドロポリシラザンのφ−キシレン溶液300ml
(ペルヒドロポリシラザン35g)を1lの四つ口フラ
スコに入れ、0℃に冷却した。ここに三塩化ホウ素0.
6gを徐々に加えた。添加後溶液を60℃まで加熱し、
1時間保持した。室温に冷却後、ロータリーエバポレー
ターで溶媒を除去した。溶液が十分な曳糸性を示すよう
になった時減圧留去を中止した。この溶液を乾式紡糸装
置の脱泡容器に移送して紡糸溶液とした。4時間、60
℃で静置脱泡後、60℃で口径0.1mmのノズルより8
0℃の乾燥空気雰囲気の紡糸筒内に吐出し、100m/
分の速度で巻き取り、平均径約10μmの繊維を得た。
この繊維に500g/mm2 の張力を作用させながら、窒
素雰囲気下で室温から1500℃まで600℃/時間で
昇温し、1500℃で1時間保持して黒色の繊維を得
た。この繊維の直径は約9μmで引張強度は200kg/
mm2 、弾性率は28 ton/mm2 であった。得られた繊維
のX線回折測定により、微結晶質(結晶子径34Å)の
β−SiCが確認された。得られた繊維の元素分析結果
は、重量基準でSi:59.6%、N:12.3%、
C:22.2%、O:1.85%、B:3.58%であ
った。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 D01F 9/10 Z 7199−3B (72)発明者 田代 裕治 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡1丁目3番1 号 東燃株式会社総合研究所内 (72)発明者 岸 俊秀 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡1丁目3番1 号 東燃株式会社総合研究所内 (72)発明者 伊達 隆行 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡1丁目3番1 号 東燃株式会社総合研究所内 (72)発明者 礒田 武志 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡1丁目3番1 号 東燃株式会社総合研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 珪素、窒素及び炭素を必須成分とし、酸
    素、水素及びAl,B,Ti,Zr,Hf,Yから選ば
    れる金属元素を任意成分とし、各元素の比が原子比で表
    わして、N/Si=0.01〜1、C/Si=0.1〜
    1.5、O/Si=0.3以下、M/Si=0.002
    〜0.5(M:B,Al,Ti,Zr,Hf,Yから選
    ばれる)、H/Si=0.1以下であって、実質的に珪
    素、窒素及び炭素からなる非晶質または珪素、窒素及び
    炭素からなる非晶質と結晶粒径が500Å以下のβ−S
    iCの結晶質微粒子の集合体または混合系よりなり、し
    かも空気に対するX線小角散乱強度比が1°及び0.5
    °において各々1倍〜20倍であることを特徴とする炭
    化珪素質繊維。
  2. 【請求項2】 珪素含有熱可塑性セラミック前駆体とペ
    ルヒドロポリシラザンとから数平均分子量200〜50
    0,000の熱硬化性セラミック前駆体ブロック共重合
    体を形成する工程と、該熱硬化性セラミック前駆体ブロ
    ック共重合体を含む紡糸溶液を形成する工程と、該紡糸
    溶液を乾式紡糸して熱硬化性セラミック前駆体ブロック
    共重合体の繊維を形成する工程と、該繊維を張力下ある
    いは無張力下で、Ar,N2 ,H2 あるいはこれらの混
    合気流中、場合によっては加圧雰囲気下あるいは減圧下
    で600〜1800℃の温度で焼成してセラミック繊維
    を形成する工程からなることを特徴とする、実質的に珪
    素、窒素及び炭素からなる炭化珪素質繊維の製造方法。
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