JPH06173117A - 炭化珪素により被覆された炭素繊維の製造方法 - Google Patents
炭化珪素により被覆された炭素繊維の製造方法Info
- Publication number
- JPH06173117A JPH06173117A JP4323264A JP32326492A JPH06173117A JP H06173117 A JPH06173117 A JP H06173117A JP 4323264 A JP4323264 A JP 4323264A JP 32326492 A JP32326492 A JP 32326492A JP H06173117 A JPH06173117 A JP H06173117A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pitch
- silicon carbide
- carbon fiber
- coated
- fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims abstract description 46
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 34
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title abstract description 33
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 30
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 150000003961 organosilicon compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 claims description 6
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000002074 melt spinning Methods 0.000 claims 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 26
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 abstract 1
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 33
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 9
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 9
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 3
- RJCRUVXAWQRZKQ-UHFFFAOYSA-N oxosilicon;silicon Chemical compound [Si].[Si]=O RJCRUVXAWQRZKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000011300 coal pitch Substances 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 239000011301 petroleum pitch Substances 0.000 description 2
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011318 synthetic pitch Substances 0.000 description 2
- AQRLNPVMDITEJU-UHFFFAOYSA-N triethylsilane Chemical compound CC[SiH](CC)CC AQRLNPVMDITEJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011337 anisotropic pitch Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000011294 coal tar pitch Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000011269 tar Substances 0.000 description 1
- LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N tetramethyl orthosilicate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)OC LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
- Chemical Treatment Of Fibers During Manufacturing Processes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】エネルギー消費が少なく、製造コストを低下さ
せ得る新たな炭化珪素被覆炭素繊維の製造方法を提供す
ることを主な目的とする。 【構成】1 ピッチを溶融紡糸し、得られたピッチ繊維
を不融化し、炭素化して炭素繊維を製造するに際し、有
機珪素化合物を導入しつつ低温プラズマ気相析出法によ
りピッチ繊維表面に非晶質シリカを析出させた後、これ
を不融化し、1500〜2000℃で炭素化することを
特徴とする炭化珪素により被覆された炭素繊維の製造方
法。
せ得る新たな炭化珪素被覆炭素繊維の製造方法を提供す
ることを主な目的とする。 【構成】1 ピッチを溶融紡糸し、得られたピッチ繊維
を不融化し、炭素化して炭素繊維を製造するに際し、有
機珪素化合物を導入しつつ低温プラズマ気相析出法によ
りピッチ繊維表面に非晶質シリカを析出させた後、これ
を不融化し、1500〜2000℃で炭素化することを
特徴とする炭化珪素により被覆された炭素繊維の製造方
法。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炭化珪素により被覆さ
れた炭素繊維の製造方法に関する。
れた炭素繊維の製造方法に関する。
【0002】本明細書において、“%”とあるのは、
“重量%”を意味するものとする。
“重量%”を意味するものとする。
【0003】
【従来技術とその問題点】高い比強度および比弾性率を
有する炭素繊維(補強材)とセラミックス或いは金属
(母材)との複合材料を製造するためには、炭素繊維の
耐酸化性を改善し、且つ母材との反応を抑制する必要が
ある。このため、炭素繊維の表面を炭化珪素(Si
C)、ホウ化チタン(TiB2 )、窒化チタン(Ti
N)などで被覆する試みがなされている。
有する炭素繊維(補強材)とセラミックス或いは金属
(母材)との複合材料を製造するためには、炭素繊維の
耐酸化性を改善し、且つ母材との反応を抑制する必要が
ある。このため、炭素繊維の表面を炭化珪素(Si
C)、ホウ化チタン(TiB2 )、窒化チタン(Ti
N)などで被覆する試みがなされている。
【0004】その様な例として、炭素化或いは黒鉛化を
終えた炭素繊維の表面に高温で一酸化珪素ガスを反応さ
せて該表面を炭化珪素に転換させる方法、珪素を含む原
料ガスの反応或いは分解により生成した炭化珪素を炭素
繊維表面に析出させる方法(CVD法)などが提案され
ている。
終えた炭素繊維の表面に高温で一酸化珪素ガスを反応さ
せて該表面を炭化珪素に転換させる方法、珪素を含む原
料ガスの反応或いは分解により生成した炭化珪素を炭素
繊維表面に析出させる方法(CVD法)などが提案され
ている。
【0005】この様にして得られた炭化珪素被覆炭素繊
維は、高温酸化性雰囲気において優れた耐酸化性を発揮
するとともに、金属、プラスチックなどに対して優れた
密着性乃至付着性を発揮する。
維は、高温酸化性雰囲気において優れた耐酸化性を発揮
するとともに、金属、プラスチックなどに対して優れた
密着性乃至付着性を発揮する。
【0006】しかしながら、上記の様な従来技術では、
炭素繊維自体の製造に必要なエネルギーに加えて、表面
への炭化珪素被覆形成操作時にも高温が必要とされるの
で、大量の熱エネルギーがさらに必要となる。従って、
得られる炭化珪素被覆炭素繊維のコストが高くなり、且
つ製造工程が複雑で、長時間を要するという問題点があ
る。
炭素繊維自体の製造に必要なエネルギーに加えて、表面
への炭化珪素被覆形成操作時にも高温が必要とされるの
で、大量の熱エネルギーがさらに必要となる。従って、
得られる炭化珪素被覆炭素繊維のコストが高くなり、且
つ製造工程が複雑で、長時間を要するという問題点があ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、エ
ネルギー消費が少なく、製造コストを低下させ得る新た
な炭化珪素被覆炭素繊維の製造方法を提供することを主
な目的とする。
ネルギー消費が少なく、製造コストを低下させ得る新た
な炭化珪素被覆炭素繊維の製造方法を提供することを主
な目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記のよう
な技術の現状に鑑みて研究を進めた結果、従来技術の様
に炭素繊維形成後にその表面に珪素含有物質を析出させ
るのではなく、ピッチ繊維表面に特定の方法により非晶
質シリカを析出させた後、炭素化を行なう場合には、そ
の目的を達成し得ることを見出した。
な技術の現状に鑑みて研究を進めた結果、従来技術の様
に炭素繊維形成後にその表面に珪素含有物質を析出させ
るのではなく、ピッチ繊維表面に特定の方法により非晶
質シリカを析出させた後、炭素化を行なう場合には、そ
の目的を達成し得ることを見出した。
【0009】即ち、本発明は、下記の炭化珪素被覆炭素
繊維の製造方法を提供するものである: 1 ピッチを溶融紡糸し、得られたピッチ繊維を不融化
し、炭素化して炭素繊維を製造するに際し、有機珪素化
合物を導入しつつ低温プラズマ気相析出法によりピッチ
繊維表面に非晶質シリカを析出させた後、これを不融化
し、1500〜2000℃で炭素化することを特徴とす
る炭化珪素により被覆された炭素繊維の製造方法。
繊維の製造方法を提供するものである: 1 ピッチを溶融紡糸し、得られたピッチ繊維を不融化
し、炭素化して炭素繊維を製造するに際し、有機珪素化
合物を導入しつつ低温プラズマ気相析出法によりピッチ
繊維表面に非晶質シリカを析出させた後、これを不融化
し、1500〜2000℃で炭素化することを特徴とす
る炭化珪素により被覆された炭素繊維の製造方法。
【0010】本発明において出発原料として使用するピ
ッチは、特に制限されず、石炭系ピッチ、石油系ピッチ
および合成系ピッチのいずれであっても良く、また等方
性ピッチおよび異方性ピッチのいずれであっても良い。
石炭系ピッチとしては、コールタールピッチ、石炭液化
油などが例示される。石油系ピッチとしては、エチレン
タールなどが例示される。合成ピッチとしては、ナフタ
レンなどを原料として、例えば、特開平1−13962
1号公報、特開平1−254796号公報などに開示さ
れた方法で製造されたピッチなどが例示される。また、
これらのピッチは、必要に応じて、比重差による沈降処
理、濾過、蒸留、溶剤抽出、水素化反応、重縮合反応な
どの公知の方法により改質した後、使用しても良い。ピ
ッチの軟化点は、特に限定されるものではないが、紡糸
性の観点からは、220〜320℃程度であることが好
ましく、240〜300℃程度であることがより好まし
い。
ッチは、特に制限されず、石炭系ピッチ、石油系ピッチ
および合成系ピッチのいずれであっても良く、また等方
性ピッチおよび異方性ピッチのいずれであっても良い。
石炭系ピッチとしては、コールタールピッチ、石炭液化
油などが例示される。石油系ピッチとしては、エチレン
タールなどが例示される。合成ピッチとしては、ナフタ
レンなどを原料として、例えば、特開平1−13962
1号公報、特開平1−254796号公報などに開示さ
れた方法で製造されたピッチなどが例示される。また、
これらのピッチは、必要に応じて、比重差による沈降処
理、濾過、蒸留、溶剤抽出、水素化反応、重縮合反応な
どの公知の方法により改質した後、使用しても良い。ピ
ッチの軟化点は、特に限定されるものではないが、紡糸
性の観点からは、220〜320℃程度であることが好
ましく、240〜300℃程度であることがより好まし
い。
【0011】ピッチの紡糸工程は、実質的に常法と異な
るところはない。即ち、原料ピッチをピッチの溶融温度
に対応した所定の温度で溶融し、紡糸して、ピッチ繊維
とすれば良い。
るところはない。即ち、原料ピッチをピッチの溶融温度
に対応した所定の温度で溶融し、紡糸して、ピッチ繊維
とすれば良い。
【0012】この様にして得られたピッチ繊維の表面に
は、次いでラジオ波、マイクロ波などを使用して有機珪
素化合物を導入するする低温プラズマ気相析出法により
非晶質シリカを析出させる。
は、次いでラジオ波、マイクロ波などを使用して有機珪
素化合物を導入するする低温プラズマ気相析出法により
非晶質シリカを析出させる。
【0013】シリカ源としては、非晶質シリカを析出さ
せるための常温〜200℃程度の低温の反応温度で揮発
可能な有機珪素化合物が広く一般に使用できる。この様
な有機珪素化合物としては、テトラエトキシシラン(T
EOS)、テトラメトキシシラン、トリエチルシランな
どが例示される。
せるための常温〜200℃程度の低温の反応温度で揮発
可能な有機珪素化合物が広く一般に使用できる。この様
な有機珪素化合物としては、テトラエトキシシラン(T
EOS)、テトラメトキシシラン、トリエチルシランな
どが例示される。
【0014】非晶質シリカの析出反応は、公知のラジオ
波、マイクロ波などを使用する低温プラズマ気相析出装
置を使用して常法に従って実施することができる。反応
は、特に限定されるものではないが、通常常温〜200
℃程度の低温度で、この種のプラズマを継続的に保持し
得る減圧度(0.1〜10torr程度)の条件下に行な
う。即ち、低温プラズマ気相析出装置に不融化ピッチ繊
維を配置し、所定の減圧条件下に装置内で酸素プラズマ
が安定した後、TEOSなどの有機珪素化合物を装置内
に導入する。かくして、有機珪素化合物は、酸素プラズ
マの作用により分解されて、非晶質シリカとしてピッチ
繊維の表面に析出する。プラズマの作用により、ピッチ
繊維も加熱されるが、反応自体が低温で行なわれるの
で、軟化したり、溶融したりすることはない。
波、マイクロ波などを使用する低温プラズマ気相析出装
置を使用して常法に従って実施することができる。反応
は、特に限定されるものではないが、通常常温〜200
℃程度の低温度で、この種のプラズマを継続的に保持し
得る減圧度(0.1〜10torr程度)の条件下に行な
う。即ち、低温プラズマ気相析出装置に不融化ピッチ繊
維を配置し、所定の減圧条件下に装置内で酸素プラズマ
が安定した後、TEOSなどの有機珪素化合物を装置内
に導入する。かくして、有機珪素化合物は、酸素プラズ
マの作用により分解されて、非晶質シリカとしてピッチ
繊維の表面に析出する。プラズマの作用により、ピッチ
繊維も加熱されるが、反応自体が低温で行なわれるの
で、軟化したり、溶融したりすることはない。
【0015】本発明方法で利用するラジオ波などを利用
する低温プラズマ法は、高周波誘導式無電極放電プラズ
マ法であるため、その装置の構造が簡単であり、また電
極を使用しないので、ガス純度の制御が容易で且つ不純
物の混入が回避できる。さらに、ピッチ繊維への非晶質
シリカによる被覆形成時の析出物の回り込み特性に優れ
ているので、ピッチ繊維が粗面状態である場合にも、非
晶質シリカによる被覆表面の平滑性が改善される。ま
た、ピッチ繊維が短繊維である場合には、破断面をも被
覆し得る。
する低温プラズマ法は、高周波誘導式無電極放電プラズ
マ法であるため、その装置の構造が簡単であり、また電
極を使用しないので、ガス純度の制御が容易で且つ不純
物の混入が回避できる。さらに、ピッチ繊維への非晶質
シリカによる被覆形成時の析出物の回り込み特性に優れ
ているので、ピッチ繊維が粗面状態である場合にも、非
晶質シリカによる被覆表面の平滑性が改善される。ま
た、ピッチ繊維が短繊維である場合には、破断面をも被
覆し得る。
【0016】非晶質シリカで被覆されたピッチ繊維の不
融化工程は、常法と同様にして行なわれる。即ち、特に
限定されるものではないが、非晶質シリカ被覆ピッチ繊
維を含酸素雰囲気下に昇温温度0.5〜3℃/分程度、
保持温度210〜350℃程度、保持時間1時間程度ま
で(より好ましくは2〜30分間程度)の条件を適宜組
合わせて不融化処理すれば良い。含酸素雰囲気として
も、特に限定されず、空気、酸素富化空気、酸素−不活
性ガス混合物などが例示される。炭素繊維の物性の改善
という観点からは、ピッチ繊維の半径方向に均一なプロ
ファイルとなる様に処理を行なうことが望ましい。
融化工程は、常法と同様にして行なわれる。即ち、特に
限定されるものではないが、非晶質シリカ被覆ピッチ繊
維を含酸素雰囲気下に昇温温度0.5〜3℃/分程度、
保持温度210〜350℃程度、保持時間1時間程度ま
で(より好ましくは2〜30分間程度)の条件を適宜組
合わせて不融化処理すれば良い。含酸素雰囲気として
も、特に限定されず、空気、酸素富化空気、酸素−不活
性ガス混合物などが例示される。炭素繊維の物性の改善
という観点からは、ピッチ繊維の半径方向に均一なプロ
ファイルとなる様に処理を行なうことが望ましい。
【0017】或いは、不融化の促進およびコストの削減
という観点からは、250℃以下の温度でNO2 、オゾ
ンなどの酸化剤を含む雰囲気中で不融化処理を開始し、
その後必要に応じて最高350℃まで昇温して、不融化
を完了させても良い。但し、均一な不融化を目的とする
場合には、酸化剤を使用しないことが好ましい。従っ
て、酸化剤を使用するか否かは、目的に応じて決定すべ
きである。
という観点からは、250℃以下の温度でNO2 、オゾ
ンなどの酸化剤を含む雰囲気中で不融化処理を開始し、
その後必要に応じて最高350℃まで昇温して、不融化
を完了させても良い。但し、均一な不融化を目的とする
場合には、酸化剤を使用しないことが好ましい。従っ
て、酸化剤を使用するか否かは、目的に応じて決定すべ
きである。
【0018】本発明では、不融化を終えた非晶質シリカ
被覆ピッチ繊維は、次いで常法に従って予備炭化され
る。予備炭化は、特に限定されるものではないが、不活
性雰囲気中で通常昇温速度5〜300℃/分程度(より
好ましくは10〜150℃/分程度)、最高到達温度5
00〜1000℃程度(より好ましくは600〜800
℃程度)での保持時間3〜20分間程度の条件下に行な
われる。
被覆ピッチ繊維は、次いで常法に従って予備炭化され
る。予備炭化は、特に限定されるものではないが、不活
性雰囲気中で通常昇温速度5〜300℃/分程度(より
好ましくは10〜150℃/分程度)、最高到達温度5
00〜1000℃程度(より好ましくは600〜800
℃程度)での保持時間3〜20分間程度の条件下に行な
われる。
【0019】予備炭化を終えた繊維は、常法に従って不
活性雰囲気中1500〜2000℃程度で炭化処理さ
れ、非晶質シリカが炭化珪素に転換された炭化珪素被覆
炭素繊維が得られる。より詳細には、非晶質シリカで被
覆された炭素繊維表面の炭素質と非晶質シリカとの間で
下記の反応が起こり、炭化珪素が形成される。
活性雰囲気中1500〜2000℃程度で炭化処理さ
れ、非晶質シリカが炭化珪素に転換された炭化珪素被覆
炭素繊維が得られる。より詳細には、非晶質シリカで被
覆された炭素繊維表面の炭素質と非晶質シリカとの間で
下記の反応が起こり、炭化珪素が形成される。
【0020】SiO2 +3C→SiC+2CO この反応は、固相−固相の界面で進行するので、得られ
る炭素繊維においては、炭化珪素被覆層が炭素繊維に強
固に付着した構造となる。
る炭素繊維においては、炭化珪素被覆層が炭素繊維に強
固に付着した構造となる。
【0021】
【発明の効果】本発明方法によれば、下記の様な顕著な
効果が達成される。
効果が達成される。
【0022】(1)炭化珪素被覆炭素繊維の製造に際
し、エネルギー消費を低減させることができ、製造装置
も簡単なので、全体としての製造コストを低下させるこ
とができる。
し、エネルギー消費を低減させることができ、製造装置
も簡単なので、全体としての製造コストを低下させるこ
とができる。
【0023】(2)非晶質シリカで被覆されたピッチ繊
維の不融化および炭素化工程において、生成した低分子
量成分が繊維から留出するとともに、繊維内では重縮合
などの反応が進行するので、繊維体積が収縮減少する。
一方、繊維表面に被覆形成された非晶質シリカも、脱水
素および結晶化により体積が収縮減少するので、従来法
による炭化珪素被覆炭素繊維に比して、炭化珪素被覆層
と炭素繊維との界面での密着性が向上する。
維の不融化および炭素化工程において、生成した低分子
量成分が繊維から留出するとともに、繊維内では重縮合
などの反応が進行するので、繊維体積が収縮減少する。
一方、繊維表面に被覆形成された非晶質シリカも、脱水
素および結晶化により体積が収縮減少するので、従来法
による炭化珪素被覆炭素繊維に比して、炭化珪素被覆層
と炭素繊維との界面での密着性が向上する。
【0024】(3)本発明で得られた炭化珪素被覆炭素
繊維は、公知の方法で製造された炭化珪素被覆炭素繊維
に比して、耐酸化性、密着性に優れている。また、本発
明による炭化珪素被覆炭素繊維は、金属、セラミックス
などと組合わせて複合材料と使用する場合に、相手材に
対し優れた付着性を発揮する。
繊維は、公知の方法で製造された炭化珪素被覆炭素繊維
に比して、耐酸化性、密着性に優れている。また、本発
明による炭化珪素被覆炭素繊維は、金属、セラミックス
などと組合わせて複合材料と使用する場合に、相手材に
対し優れた付着性を発揮する。
【0025】
【実施例】以下に実施例を示し、本発明の特徴とすると
ころをより一層明確にする。
ころをより一層明確にする。
【0026】実施例1 常法に従って軟化点270℃の等方性ピッチを溶融紡糸
して、繊維径14μmのピッチ繊維を得た後、これをラ
ジオ波を使用する低温プラズマ気相析出装置のガラス製
反応器内に充填した。次いで、反応器内を減圧して残存
ガスを除去した後、酸素ガスを導入して反応器内を1to
rrに調整した。
して、繊維径14μmのピッチ繊維を得た後、これをラ
ジオ波を使用する低温プラズマ気相析出装置のガラス製
反応器内に充填した。次いで、反応器内を減圧して残存
ガスを除去した後、酸素ガスを導入して反応器内を1to
rrに調整した。
【0027】次に、反応器周囲に取り付けた高周波コイ
ルに通電してプラズマを発生させ、プラズマが安定した
時点で、約30℃に保温した反応容器内に毎分1mgの
割合でTEOSを導入した。10分間反応を継続するこ
とにより、非晶質シリカで被覆されたピッチ繊維を得
た。このピッチ繊維におけるシリカの重量分率は、2.
1%であった。
ルに通電してプラズマを発生させ、プラズマが安定した
時点で、約30℃に保温した反応容器内に毎分1mgの
割合でTEOSを導入した。10分間反応を継続するこ
とにより、非晶質シリカで被覆されたピッチ繊維を得
た。このピッチ繊維におけるシリカの重量分率は、2.
1%であった。
【0028】上記の様にして得られた非晶質シリカ被覆
ピッチ繊維を空気中2.5℃/分の速度で350℃まで
昇温させた後、同温度に15分間保持して不融化を行な
った。
ピッチ繊維を空気中2.5℃/分の速度で350℃まで
昇温させた後、同温度に15分間保持して不融化を行な
った。
【0029】次いで、反応器内をアルゴンガスにより置
換した後、1500℃まで昇温し、同温度で2時間保持
することにより、炭化珪素被覆炭素繊維を製造した。
換した後、1500℃まで昇温し、同温度で2時間保持
することにより、炭化珪素被覆炭素繊維を製造した。
【0030】この炭化珪素被覆炭素繊維における炭化珪
素被覆層の厚さは、平均500nmであり、その表面
は、平滑であった。
素被覆層の厚さは、平均500nmであり、その表面
は、平滑であった。
【0031】この炭化珪素被覆炭素繊維の耐酸化性を調
べるために、空気中毎分10℃の速度で昇温加熱したと
ころ、その重量変化の様子は、図1に曲線Aとして示す
通りであった。
べるために、空気中毎分10℃の速度で昇温加熱したと
ころ、その重量変化の様子は、図1に曲線Aとして示す
通りであった。
【0032】実施例2 実施例1と同様にしてピッチを溶融紡糸し、非晶質シリ
カ被覆を形成し、不融化した後、不融化ピッチ繊維をア
ルゴンガスにより置換した反応器内において、1500
℃まで昇温し、同温度で1時間保持することにより、酸
化珪素−炭化珪素被覆層を有する炭素繊維を製造した。
カ被覆を形成し、不融化した後、不融化ピッチ繊維をア
ルゴンガスにより置換した反応器内において、1500
℃まで昇温し、同温度で1時間保持することにより、酸
化珪素−炭化珪素被覆層を有する炭素繊維を製造した。
【0033】この酸化珪素−炭化珪素被覆炭素繊維の耐
酸化性を調べるために、空気中毎分10℃の速度で昇温
加熱したところ、その重量変化の様子は、図1に曲線B
として示す通りであった。
酸化性を調べるために、空気中毎分10℃の速度で昇温
加熱したところ、その重量変化の様子は、図1に曲線B
として示す通りであった。
【0034】比較例1 ピッチ繊維に非晶質シリカを被覆しない以外は実施例1
と同様にして炭素繊維を得た。
と同様にして炭素繊維を得た。
【0035】得られた炭素繊維の耐酸化性を実施例1と
同様な方法で調べたところ、その重量変化の様子は、図
1に曲線Cとして示す通りであった。
同様な方法で調べたところ、その重量変化の様子は、図
1に曲線Cとして示す通りであった。
【0036】図1に示す結果から明らかな様に、比較例
1により得られた被覆されていない炭素繊維は、200
℃以下の温度ですでに酸化により重量が減少し始め、約
490℃で重量減少が急速に進行し、約620℃でほぼ
完全に燃焼分解している。
1により得られた被覆されていない炭素繊維は、200
℃以下の温度ですでに酸化により重量が減少し始め、約
490℃で重量減少が急速に進行し、約620℃でほぼ
完全に燃焼分解している。
【0037】これに対し、実施例1により得られた炭化
珪素被覆炭素繊維は、約650℃まで重量の変化は殆ど
認められない。
珪素被覆炭素繊維は、約650℃まで重量の変化は殆ど
認められない。
【0038】また、実施例2により得られた酸化珪素−
炭化珪素被覆炭素繊維は、約550℃まで重量の減少は
殆ど認められない。
炭化珪素被覆炭素繊維は、約550℃まで重量の減少は
殆ど認められない。
図1は、本発明により得られた炭化珪素被覆炭素繊維お
よび酸化珪素−炭化珪素被覆炭素繊維の耐酸化性を被覆
されていない炭素繊維の耐酸化性と対比して示すグラフ
である。
よび酸化珪素−炭化珪素被覆炭素繊維の耐酸化性を被覆
されていない炭素繊維の耐酸化性と対比して示すグラフ
である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 D06M 11/73
Claims (1)
- 【請求項1】 ピッチを溶融紡糸し、得られたピッチ繊
維を不融化し、炭素化して炭素繊維を製造するに際し、
有機珪素化合物を導入しつつ低温プラズマ気相析出法に
よりピッチ繊維表面に非晶質シリカを析出させた後、こ
れを不融化し、1500〜2000℃で炭素化すること
を特徴とする炭化珪素により被覆された炭素繊維の製造
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4323264A JPH06173117A (ja) | 1992-12-02 | 1992-12-02 | 炭化珪素により被覆された炭素繊維の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4323264A JPH06173117A (ja) | 1992-12-02 | 1992-12-02 | 炭化珪素により被覆された炭素繊維の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06173117A true JPH06173117A (ja) | 1994-06-21 |
Family
ID=18152851
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4323264A Pending JPH06173117A (ja) | 1992-12-02 | 1992-12-02 | 炭化珪素により被覆された炭素繊維の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06173117A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004036073A (ja) * | 2002-07-10 | 2004-02-05 | Advanced Composite Materials Corp | 実質的にウイスカのない炭化ケイ素繊維およびその製造方法 |
JP2007107151A (ja) * | 2005-10-17 | 2007-04-26 | Showa Denko Kk | シリカ被覆炭素繊維 |
CN103266470A (zh) * | 2013-05-17 | 2013-08-28 | 东南大学 | 一种碳纤维抗氧化涂层及其制备方法 |
US9688583B2 (en) | 2006-03-30 | 2017-06-27 | Advanced Composite Materials, Llc | Composite materials and devices comprising single crystal silicon carbide heated by electromagnetic radiation |
CN109706553A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-05-03 | 中喜(宁夏)新材料有限公司 | 一种石墨烯纳米硅镁防燃碳纤维的制备方法 |
WO2024048445A1 (ja) * | 2022-08-29 | 2024-03-07 | 国立大学法人東海国立大学機構 | 繊維及び繊維の製造方法 |
-
1992
- 1992-12-02 JP JP4323264A patent/JPH06173117A/ja active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004036073A (ja) * | 2002-07-10 | 2004-02-05 | Advanced Composite Materials Corp | 実質的にウイスカのない炭化ケイ素繊維およびその製造方法 |
JP4612287B2 (ja) * | 2002-07-10 | 2011-01-12 | アドヴァンスド・コンポジット・マテリアルズ・コーポレーション | 実質的にウイスカのない炭化ケイ素繊維およびその製造方法 |
JP2007107151A (ja) * | 2005-10-17 | 2007-04-26 | Showa Denko Kk | シリカ被覆炭素繊維 |
US9688583B2 (en) | 2006-03-30 | 2017-06-27 | Advanced Composite Materials, Llc | Composite materials and devices comprising single crystal silicon carbide heated by electromagnetic radiation |
CN103266470A (zh) * | 2013-05-17 | 2013-08-28 | 东南大学 | 一种碳纤维抗氧化涂层及其制备方法 |
CN103266470B (zh) * | 2013-05-17 | 2015-03-18 | 东南大学 | 一种碳纤维抗氧化涂层及其制备方法 |
CN109706553A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-05-03 | 中喜(宁夏)新材料有限公司 | 一种石墨烯纳米硅镁防燃碳纤维的制备方法 |
WO2024048445A1 (ja) * | 2022-08-29 | 2024-03-07 | 国立大学法人東海国立大学機構 | 繊維及び繊維の製造方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPH06173117A (ja) | 炭化珪素により被覆された炭素繊維の製造方法 | |
JPH06173118A (ja) | 酸化珪素により被覆された炭素繊維の製造方法 | |
US4474617A (en) | Pitch for carbon fibers | |
JPH02187494A (ja) | メソフェーズピッチの製造方法 | |
US4574077A (en) | Process for producing pitch based graphite fibers | |
JPH0150272B2 (ja) | ||
JP2963021B2 (ja) | 炭化ケイ素繊維の製造方法 | |
US4608150A (en) | Pitch material for carbonaceous body and a method for the preparation thereof | |
JP4358313B2 (ja) | 半導体単結晶引き上げ装置のシードチャック | |
JP3279144B2 (ja) | 高耐熱性セラミックス繊維及びその製造方法 | |
JPH0150269B2 (ja) | ||
JPS63156886A (ja) | ピツチの製造方法 | |
JPH05247731A (ja) | 繊維状活性炭とその製造方法 | |
JPH0665859A (ja) | 炭化ケイ素被覆炭素繊維の製造方法 | |
JPH0941225A (ja) | 炭化ケイ素繊維の製造方法 | |
US4490239A (en) | Pitch for carbon fibers | |
JPH06146120A (ja) | 高強度、高弾性率ピッチ系炭素繊維及びその製造方法 | |
JPH0315954B2 (ja) | ||
JPH0140127B2 (ja) | ||
JP2766521B2 (ja) | ピッチ系炭素繊維の製造方法 | |
JPH0796725B2 (ja) | ピッチ系炭素繊維の製造法 | |
JPH054435B2 (ja) | ||
JPH041088B2 (ja) | ||
JPH0733515B2 (ja) | ピッチ類の不融化法 | |
JPS59161483A (ja) | 炭素材用ピツチの製造方法 |