JPH06294019A - 中空セラミックファイバー及びその製造方法 - Google Patents

中空セラミックファイバー及びその製造方法

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JPH06294019A
JPH06294019A JP5106152A JP10615293A JPH06294019A JP H06294019 A JPH06294019 A JP H06294019A JP 5106152 A JP5106152 A JP 5106152A JP 10615293 A JP10615293 A JP 10615293A JP H06294019 A JPH06294019 A JP H06294019A
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JP
Japan
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ceramic fiber
fiber
hollow
solid
powder
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Application number
JP5106152A
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English (en)
Inventor
Yoshikatsu Higuchi
義勝 樋口
Masanori Okabe
昌規 岡部
Yasunobu Kawakami
泰伸 川上
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
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  • Ceramic Products (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 Si、N、Oを主成分とし、濾材、吸着材、断
熱材、各種複合材等の材料として用いることができる中
空のセラミックファイバーを提供する。 【構成】 Si及びNを必須成分とする中実のセラミック
ファイバーを、真空中又は不活性ガス雰囲気下、酸化物
系セラミックスの粉末中で熱処理して得られたことを特
徴とする中空セラミックファイバーである。好ましく
は、上記の中実のセラミックファイバーが、ポリシラザ
ンからなるプレセラミックファイバーを焼成して製造さ
れたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、中空セラミックファイ
バー及びその製造方法に関し、特に、Si、N、Oを主成
分とし、濾材、吸着材、断熱材、各種複合材等の材料と
して用いることができる中空のセラミックファイバー及
びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】セラミ
ックファイバーは複合材の強化材を始めとして種々の用
途に広く用いられているが、最近では中空状のセラミッ
クファイバーが注目されており、複合材の強化材のみな
らず、濾材や吸着材、あるいは断熱材の材料として用い
られつつある。
【0003】中空状のセラミックファイバーを製造する
方法としてはいくつかの方法が知られているが、たとえ
ば、SiC−Si3 4 系の中空ファイバーを製造する方法
として、特開平2−104726号には、有機シラザン重合体
を溶融、紡糸して繊維を製造し、次に、この繊維の表面
を特定のガスで処理したのち、さらにアンモニア含有ガ
スで処理して表面に不融化膜を形成し、その後熱処理す
ることにより中空状のセラミックファイバーとする方法
が開示されている。
【0004】しかしながら、上記の方法では、中空のセ
ラミックファイバーを安定的に得ることは非常に難し
い。すなわち、セラミックファイバーの中空部分の径が
まちまちであったり、中実のセラミックファイバーが混
じったりすることがある。
【0005】したがって、本発明の目的は、Si及びNを
必須成分とする中空状のセラミックファイバー、及び中
空のセラミックファイバーを安定的に製造する方法を提
供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者らは、真空中又は不活性ガス雰囲気の
下、酸化物系セラミックスの粉末中で、Si及びNを必須
成分とする中実のセラミックファイバーを熱処理すれ
ば、安定的に中空状のセラミックファイバーを製造する
ことができることを発見し、本発明に想到した。
【0007】すなわち、本発明の中空セラミックファイ
バーは、Si及びNを必須成分とする中実のセラミックフ
ァイバーを、真空中又は不活性ガス雰囲気下、酸化物系
セラミックスの粉末中で熱処理して得られたことを特徴
とする。
【0008】また中空のセラミックファイバーを製造す
る本発明の方法は、(a) ポリシラザンを溶融紡糸してプ
レセラミックファイバーを製造し、(b) 前記プレセラミ
ックファイバーを不活性ガス雰囲気下又は真空中で熱分
解して中実のセラミックファイバーを製造し、(c) 真空
中又は不活性ガス雰囲気の下、酸化物系セラミックスの
粉末中で、前記中実のセラミックファイバーを熱処理す
ることにより、前記中実のセラミックファイバーを中空
化することを特徴とする。
【0009】本発明を以下詳細に説明する。プレセラミックファイバーの製造 プレセラミックファイバーを形成するのに用いるポリマ
ーとしてはポリシラザンが好ましい。ポリシラザンは、
(R2 SiNR)3 等(ここでRはH又はアルキル基を示
す)のシクロシラザンとクロロシラン(Rn SiCl4-n
ただしn=0,1,2,3、RはH又はアルキル基)と
から合成することができる。
【0010】シクロシラザンとしてヘキサメチルシクロ
トリシラザン(Me2 SiNH)3 を用い、クロロシランとし
てトリクロロメチルシランを用いる場合を例にとって、
ポリシラザンの合成方法を説明する。まず、ヘキサメチ
ルシクロトリシラザンとトリクロロメチルシランとを無
水の不活性雰囲気下で混合する。この場合、ヘキサメチ
ルシクロトリシラザンとトリクロロメチルシランとのモ
ル比は1:1〜1:5とするのが好ましく、より好まし
くは1:3程度とする。次に、この混合物を加熱還流す
る。これによってヘキサメチルシクロトリシラザンが開
環し、クロロシラザンオリゴマーが生成される。なお、
ヘキサメチルシクロトリシラザンとトリクロロメチルシ
ランとからクロロシラザンオリゴマーを製造する工程は
12時間程度で完了する。
【0011】クロロシラザンオリゴマーをシクロヘキサ
ン等の溶媒に溶解し、得られた溶液に対してアンモニア
ガスを吹き込みアンモノリシスを行う。吹き込むアンモ
ニアガスの量は70リットル/時程度とするのが好まし
く、またアンモニアガスを吹き込む時間は3〜4時間と
するのが好ましい。アンモノリシスにより、クロロシラ
ザンオリゴマーはアミノシラザンオリゴマーとなる。な
お、この時副生する塩化アンモニウムの沈殿は、吸引濾
過等で除去する。
【0012】次に、アミノシラザンオリゴマーを窒素ガ
ス等の不活性ガス中又は真空中で、250 〜400 ℃程度に
加熱しながら重縮合させて熱可塑性を示すポリシラザン
を得る。ポリシラザンの軟化点はこの加熱の条件を多少
変化させることにより調整可能であるが、ファイバーの
形態に成形する場合には、軟化点を50〜200 ℃程度に設
定するのが好ましい。
【0013】ファイバーへの成形では、ポリシラザンを
軟化点以上の温度に保ってこれを溶融し紡糸する。巻き
取り速度は25〜400 m/分程度が好ましい。これによっ
て5〜30μm径のポリシラザン繊維(プレセラミックフ
ァイバー)が得られる。
【0014】中実セラミックファイバーの製造 ポリシラザンからなるファイバーを40〜90℃の水蒸気に
接触させた後、Arガス、N2 ガス等の不活性ガス中又は
真空中で、800 〜1400℃で30分〜4時間程度焼成し、S
i,N,C,Oを主成分とする中実のセラミックファイ
バーを得る。
【0015】以上の方法により得られる中実のセラミッ
クファイバーは、Si:40〜60重量%、N:5〜40
重量%、C:20重量%以下、O:50重量%以下の組
成を有する。なお、上記の方法で得られた中実のセラミ
ックファイバーは、通常はアモルファスとなる。
【0016】中空セラミックファイバーの製造 上記の中実のセラミックファイバーと酸化物系セラミッ
クスの粉末とを混合し、真空中又は不活性ガス雰囲気下
で熱処理してこれを中空化する。このとき、中実のセラ
ミックファイバーの表面が外部に現れないように、中実
セラミックファイバーを酸化物系セラミックスの粉末中
に埋設するのが好ましい。なお、中実セラミックファイ
バーと酸化物系セラミックスの粉末との混合比は適宜調
節してよい。
【0017】酸化物系セラミックスの粉末としては、Al
2 3 、Y2 3 、MgO等を用いることができる。ま
た、これらの混合物を用いることもできる。好ましくは
Al2 3 及び/又はY2 3 を用いる。これら酸化物系
セラミックスの粉末の平均粒径は0.1 〜5μmであるの
が好ましい。
【0018】中実のセラミックファイバーと酸化物系セ
ラミックスの粉末との混合物を密度が1.3程度になる
ようにプレスした後、熱処理するのが好ましい。プレス
時の圧力は100 〜3000kg/cm2 程度とするのが好まし
い。
【0019】熱処理は、アルゴンガス、窒素ガス等の不
活性ガス、又はこれらの混合ガス雰囲気下、もしくは真
空中で行う。不活性ガス雰囲気下で熱処理を行う場合、
不活性ガス雰囲気圧は、0〜9kg/cm2 程度であるのが
好ましい。
【0020】熱処理は1400〜1600℃で行うのが好まし
い。また、熱処理時間は0.5 〜2時間であるのが好まし
い。熱処理温度が1400℃未満であると、中実のセラミッ
クファイバーが中空状にならない。一方、1600℃を超す
熱処理温度であるとセラミックファイバー自身が分解し
て消失してしまう。また、熱処理時間が0.5 時間未満で
あると良好な中空ファイバーが得られず、2時間を超す
とセラミックファイバー自身が分解して消失してしまう
可能性がある。
【0021】以上の熱処理により、M−Si−N−O(こ
こで、Mは用いた酸化物系セラミック粉末中の金属元素
を表す)を主成分とする中空のセラミックファイバーが
得られる。たとえば、酸化物系セラミックスの粉末とし
てY2 3 を用いると、Y−Si−N−O系の中空状セラ
ミックファイバーが得られる。また、酸化物系セラミッ
クスの粉末としてAl2 3 を用いると、Al−Si−N−O
系の中空状セラミックファイバーが得られる。
【0022】中空状のファイバーが得られる理由は必ず
しも明らかではないが、以下の機構によるものと思われ
る。SiとNとを必須成分とする中実のセラミックファイ
バーに酸化物系セラミックスの粉末中で熱処理を施す
と、中実のセラミックファイバーの表層部にまず酸化物
層が形成される。この酸化物層からOがファイバー内部
まで拡散していくが、ファイバー内部へ拡散したO及び
中実のセラミックファイバー内に始めから存在していた
OとSiとが結合してSiO(上述の熱処理温度付近ではSi
2 よりもSiOが安定である)が形成され、ガス状のSi
Oがファイバーから系外に放出される。なお、中実のセ
ラミックファイバー内にCが存在する場合には、Siと同
様にOと結合してCOを生成し、系外に放出される。こ
れにより、ファイバーが中空化されるものと思われる。
【0023】本発明の中空セラミックファイバーにおけ
る内径は、上述した熱処理条件(熱処理温度及びその時
間)によって適宜調節することができるが、中空セラミ
ックファイバーの外径が20μm程度の場合、内径は5
〜12μm程度となる。
【0024】
【実施例】以下、具体的実施例により本発明を詳細に説
明するが、本発明はこれに限定されない。
【0025】実施例1 ポリシラザンを120℃に加熱して溶融し、窒素雰囲気
下で巻き取り速度50m/分で紡糸し、平均直径が14
μmのポリシラザンファイバーを得た。
【0026】このポリシラザンファイバーを40℃の水
蒸気に接触させた後、窒素ガス中で1200℃で0.5 時間焼
成し、平均径が10μmの中実の(アモルファス)セラ
ミックファイバーを得た。この中実のセラミックファイ
バーの組成は、Si:51重量%、N:16重量%、C:
15重量%、O:18重量%であった。
【0027】得られた中実のセラミックファイバー0.1
gをY2 3 粉末(平均粒径0.8 μm)中に埋設し、20
0 kg/cm2 でプレスした後、3t/cm2 でCIP成形
し、窒素ガス雰囲気下で1500℃で2時間熱処理した。
【0028】熱処理後、Y2 3 粉中のセラミックファ
イバーの断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、セ
ラミックファイバーは中空状になっていた。熱処理後の
セラミックファイバーの断面部を示す電子顕微鏡写真
(5000倍)を図1に示す。またこのセラミックファイバ
ーの組成をXRDにより調べたところ、Y8 Si4 4
14であることがわかった。
【0029】比較例1 非酸化物粉末であるSi3 4 粉末中に埋設した以外は実
施例1と同様にして中実のアモルファスセラミックファ
イバーを熱処理した。熱処理後のセラミックファイバー
の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、セラミッ
クファイバーはすべて中実であった。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
れば、ポリシラザンを焼成して得られた中実のセラミッ
クファイバーから、中空状のセラミックファイバーを容
易に製造することができる。
【0031】本発明の中空状セラミックファイバーは、
濾材、吸着材、断熱材、各種複合材等の材料として幅広
く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Y2 3 粉末中で熱処理されて得た中空状のセ
ラミックファイバーの断面部における形状を示す電子顕
微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 C04B 35/58 U D01F 9/08 Z 7199−3B

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Si及びNを必須成分とする中実のセラミ
    ックファイバーを、真空中又は不活性ガス雰囲気下、酸
    化物系セラミックスの粉末中で熱処理して得られたこと
    を特徴とする中空セラミックファイバー。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の中空セラミックファイ
    バーにおいて、前記中実のセラミックファイバーがさら
    にOを含有することを特徴とする中空セラミックファイ
    バー。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載の中空セラミック
    ファイバーにおいて、前記中実のセラミックファイバー
    が、ポリシラザンからなるプレセラミックファイバーを
    焼成してなることを特徴とする中空セラミックファイバ
    ー。
  4. 【請求項4】 中空セラミックファイバーの製造方法で
    あって、(a) ポリシラザンを溶融紡糸してプレセラミッ
    クファイバーを製造し、(b) 前記プレセラミックファイ
    バーを不活性ガス雰囲気下又は真空中で熱分解して中実
    のセラミックファイバーを製造し、(c) 真空中又は不活
    性ガス雰囲気下で、前記中実のセラミックファイバーを
    酸化物系セラミックスの粉末中で熱処理することによ
    り、前記中実のセラミックファイバーを中空化すること
    を特徴とする中空セラミックファイバーの製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載の方法において、前記酸
    化物系セラミックスの粉末がAl2 3 及び/又はY2
    3 であることを特徴とする方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116041072A (zh) * 2023-01-09 2023-05-02 中国人民解放军国防科技大学 一种中空SiCN陶瓷纤维及其制备方法、应用

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116041072A (zh) * 2023-01-09 2023-05-02 中国人民解放军国防科技大学 一种中空SiCN陶瓷纤维及其制备方法、应用
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