JPH0699145B2 - ホウ素、炭素、窒素からなる繊維およびその製造法 - Google Patents
ホウ素、炭素、窒素からなる繊維およびその製造法Info
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- JPH0699145B2 JPH0699145B2 JP63079090A JP7909088A JPH0699145B2 JP H0699145 B2 JPH0699145 B2 JP H0699145B2 JP 63079090 A JP63079090 A JP 63079090A JP 7909088 A JP7909088 A JP 7909088A JP H0699145 B2 JPH0699145 B2 JP H0699145B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はホウ素、炭素、窒素からなる繊維およびその製
造法に関し、耐熱性、化学的安定性、耐熱衝撃性等に優
れた窒化ホウ素の物性とグラファイトの耐薬品性、高導
電性等の物性を併わせ持つ繊維に関するものであり、高
温耐食材料、導電性耐食材料等の各種複合材料用として
有用なものである。
造法に関し、耐熱性、化学的安定性、耐熱衝撃性等に優
れた窒化ホウ素の物性とグラファイトの耐薬品性、高導
電性等の物性を併わせ持つ繊維に関するものであり、高
温耐食材料、導電性耐食材料等の各種複合材料用として
有用なものである。
［従来技術］ 従来より各種基材マトリクスと繊維材料を混合して強
化、あるいは複合機能を付与した材料は種々知られてお
り、この繊維材料として、ガラス繊維、炭素繊維、各種
セラミクス繊維等がある。このうちセラミクス繊維とし
ては、炭化ケイ素、窒化ケイ素等が知られているが、ホ
ウ素、炭素、窒素からなる繊維を得た例はない。ホウ
素、炭素、窒素からなる材料については、A.R.Badzinら
（Proc.Int.Conf.Chem.Vap.Dep.3rd.1972,747〜753）が
BCl3、CCl3、N2、H2を用い、化学気相析出法（以下CVD法と
いう）により得ているが、生成物は粉状で得られる。
化、あるいは複合機能を付与した材料は種々知られてお
り、この繊維材料として、ガラス繊維、炭素繊維、各種
セラミクス繊維等がある。このうちセラミクス繊維とし
ては、炭化ケイ素、窒化ケイ素等が知られているが、ホ
ウ素、炭素、窒素からなる繊維を得た例はない。ホウ
素、炭素、窒素からなる材料については、A.R.Badzinら
（Proc.Int.Conf.Chem.Vap.Dep.3rd.1972,747〜753）が
BCl3、CCl3、N2、H2を用い、化学気相析出法（以下CVD法と
いう）により得ているが、生成物は粉状で得られる。
［問題点を解決するための手段］ 本発明者らは、かかる従来の問題点に鑑み、鋭意検討の
結果、CVD法において、基体として特定の材料を選び、
反応を減圧下でおこなうことにより、本質的にホウ素、
炭素、窒素からなる繊維を得ることに成功し、本発明に
至ったものである。
結果、CVD法において、基体として特定の材料を選び、
反応を減圧下でおこなうことにより、本質的にホウ素、
炭素、窒素からなる繊維を得ることに成功し、本発明に
至ったものである。
本質的にホウ素、炭素、窒素からなり、CuKα線による
Ｘ線回折測定による２θが23〜27°の範囲に回折ピーク
を有し、アスペクト比が10以上であることを特徴とする
繊維であり、製造法はホウ素源ガス、炭素源ガスおよび
窒素源ガスからなる混合ガスを金属基体を保持した反応
容器内に導入し、500mmHg以下の圧力で化学気相析出法
により該基体上に本質的にホウ素、炭素、窒素からな
り、CuKα線によるＸ線回折測定による２θが23〜27°
の範囲に回折ピークを有し、アスペクト比が10以上であ
る繊維を形成することを特徴とする繊維の製造法であ
る。
Ｘ線回折測定による２θが23〜27°の範囲に回折ピーク
を有し、アスペクト比が10以上であることを特徴とする
繊維であり、製造法はホウ素源ガス、炭素源ガスおよび
窒素源ガスからなる混合ガスを金属基体を保持した反応
容器内に導入し、500mmHg以下の圧力で化学気相析出法
により該基体上に本質的にホウ素、炭素、窒素からな
り、CuKα線によるＸ線回折測定による２θが23〜27°
の範囲に回折ピークを有し、アスペクト比が10以上であ
る繊維を形成することを特徴とする繊維の製造法であ
る。
本発明の繊維は窒化ホウ素と炭素の固溶体であるのか、
窒化ホウ素マトリックス中に炭素が均一に分散した連続
相からなるものかは定かでないところであるが、いずれ
にしても連続相からなるものであるのが特徴である。本
発明の繊維は本質的にホウ素、炭素、窒素からなるもの
であるが、原料ガスに由来する水素が含まれるものであ
る。
窒化ホウ素マトリックス中に炭素が均一に分散した連続
相からなるものかは定かでないところであるが、いずれ
にしても連続相からなるものであるのが特徴である。本
発明の繊維は本質的にホウ素、炭素、窒素からなるもの
であるが、原料ガスに由来する水素が含まれるものであ
る。
ホウ素、炭素、窒素の比は原子比でホウ素、窒素はほぼ
1:1であり、残部が炭素である。炭素量は80重量％以上
となる。
1:1であり、残部が炭素である。炭素量は80重量％以上
となる。
かかる本発明の繊維はCVD法において特定の基体を選
び、500mmHg以下の減圧下にすることによりはじめて得
られるものであり、基体としては金属、特に遷移金属が
好ましく、ニッケル、鉄等およびこれらの合金が挙げら
れる。
び、500mmHg以下の減圧下にすることによりはじめて得
られるものであり、基体としては金属、特に遷移金属が
好ましく、ニッケル、鉄等およびこれらの合金が挙げら
れる。
本発明によれば、直径１μｍ以下、アスペクト比10以上
の繊維状物が容易に得られるものである。金属、特にニ
ッケルあるいは鉄系の材料が本発明において特異的に優
れている理由は必ずしも定かではないが、これらの材料
が触媒的な作用をし、繊維化が進行するものと考えられ
る。本発明においては500mmHg以下の減圧下での反応が
好ましく、これ以上では繊維状とはならず、膜あるいは
粉として得られる。また、10mmHg以下では繊維径、長さ
のバラツキが大きくなり、好ましくない。また、圧力を
低くするほど他の条件が同一であれば繊維中の炭素量は
小さくなる。
の繊維状物が容易に得られるものである。金属、特にニ
ッケルあるいは鉄系の材料が本発明において特異的に優
れている理由は必ずしも定かではないが、これらの材料
が触媒的な作用をし、繊維化が進行するものと考えられ
る。本発明においては500mmHg以下の減圧下での反応が
好ましく、これ以上では繊維状とはならず、膜あるいは
粉として得られる。また、10mmHg以下では繊維径、長さ
のバラツキが大きくなり、好ましくない。また、圧力を
低くするほど他の条件が同一であれば繊維中の炭素量は
小さくなる。
本発明で用いる原料ガスとしては、特に限定されない
が、ホウ素源としてBCl3等のハロゲン化ホウ素、窒素源
としてはNH3等の反応性の高いガスが好ましく、炭素源
としては、炭化水素、特に不飽和結合を有するガスが好
ましく、反応性等からアセチレンが最も好ましい。ま
た、これら原料ガスの量的関係については特に制限され
ないがホウ素源ガスと窒素源ガスは少なくとも原子比
で、1:2以上が好ましい。炭素源ガスに対してホウ素源
ガスと窒素源ガスを増加すれば繊維中のBN含有量は20重
量％までは増加するが、これ以上ガス比を増大させても
BN含有量は増加せず、BN粉末あるいは膜として分離して
しまう。
が、ホウ素源としてBCl3等のハロゲン化ホウ素、窒素源
としてはNH3等の反応性の高いガスが好ましく、炭素源
としては、炭化水素、特に不飽和結合を有するガスが好
ましく、反応性等からアセチレンが最も好ましい。ま
た、これら原料ガスの量的関係については特に制限され
ないがホウ素源ガスと窒素源ガスは少なくとも原子比
で、1:2以上が好ましい。炭素源ガスに対してホウ素源
ガスと窒素源ガスを増加すれば繊維中のBN含有量は20重
量％までは増加するが、これ以上ガス比を増大させても
BN含有量は増加せず、BN粉末あるいは膜として分離して
しまう。
反応温度は特に限定的ではないが、600℃以上が好まし
い。これ以下では反応速度が極端に小さくなる。反応速
度の面からは反応温度は高い方が好ましいが、本発明に
おいては、基体として金属を用いており、この金属の耐
熱温度に依存し、1200℃程度以下での反応が推奨され
る。また、温度を高くすると他の条件が同一の場合、得
られる繊維中の炭素量が小さくなる傾向がある。
い。これ以下では反応速度が極端に小さくなる。反応速
度の面からは反応温度は高い方が好ましいが、本発明に
おいては、基体として金属を用いており、この金属の耐
熱温度に依存し、1200℃程度以下での反応が推奨され
る。また、温度を高くすると他の条件が同一の場合、得
られる繊維中の炭素量が小さくなる傾向がある。
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
実施例１ 内径40mm長さ1000mmの石英管からなる熱CVD装置の中央
に500mm×20mm×3mmのニッケル基板を設置し、BCl3、C2
H2およびNH3を原料とし、反応管中央を800℃に加熱した
炉内に導入した。それぞれのガス流量は次のとおりであ
る。
に500mm×20mm×3mmのニッケル基板を設置し、BCl3、C2
H2およびNH3を原料とし、反応管中央を800℃に加熱した
炉内に導入した。それぞれのガス流量は次のとおりであ
る。
BCl3 15cc/min NH3 30cc/min C2H2 8cc/min 炉内圧力は20mmHgに保持した。
以上の条件で６時間反応をおこなったのち、ガス導入と
基板加熱をやめ、炉内を真空排気、冷却した。基板上に
は黒色で長さ１〜5mm、径50〜500μｍの針状物質が2.8g
生成した。これは炭素基準で約80％の収率である。この
ものは直径0.1〜0.3μｍ、長さ１〜10の繊維から構成さ
れていた。このSEM写真を第１図に示した。この繊維
（生成繊維）の元素分析の結果を第１表に示した。
基板加熱をやめ、炉内を真空排気、冷却した。基板上に
は黒色で長さ１〜5mm、径50〜500μｍの針状物質が2.8g
生成した。これは炭素基準で約80％の収率である。この
ものは直径0.1〜0.3μｍ、長さ１〜10の繊維から構成さ
れていた。このSEM写真を第１図に示した。この繊維
（生成繊維）の元素分析の結果を第１表に示した。
また、この生成繊維を窒素ガス中2000℃で、１時間熱処
理し（焼成繊維）たところ形状の変化はなかった。ま
た、元素分析をおこない結果を第１表に示した。生成繊
維と焼成繊維とをCuKα線によるＸ線回折測定をおこな
い、この解析パターンを第３図（生成繊維）、第４図
（焼成繊維）に示した。第３図において、２θが20〜30
°においてブロードなピークを有し、無定形BNと無定形
Ｃの002の回折ピークが重なりあったものである。この
生成繊維は、結晶化度が低く、ブロードなパターンとな
ることが特徴である。生成繊維を焼成して得た繊維はこ
の熱処理により水素は除去され、Ｘ線回折線はよりシャ
ープになり、結晶性が向上したが、第４図に示したとお
り、２θが26°においてBNとＣの002の回折ピークが重
なりあったピークとなるが、これはｈ−BN、ｈ−Ｃの00
2の回折ピーク（２θが26.5°）よりも低角度であるこ
とが特徴であり、焼成によっても回折ピークが顕著には
鋭くならないものである。
理し（焼成繊維）たところ形状の変化はなかった。ま
た、元素分析をおこない結果を第１表に示した。生成繊
維と焼成繊維とをCuKα線によるＸ線回折測定をおこな
い、この解析パターンを第３図（生成繊維）、第４図
（焼成繊維）に示した。第３図において、２θが20〜30
°においてブロードなピークを有し、無定形BNと無定形
Ｃの002の回折ピークが重なりあったものである。この
生成繊維は、結晶化度が低く、ブロードなパターンとな
ることが特徴である。生成繊維を焼成して得た繊維はこ
の熱処理により水素は除去され、Ｘ線回折線はよりシャ
ープになり、結晶性が向上したが、第４図に示したとお
り、２θが26°においてBNとＣの002の回折ピークが重
なりあったピークとなるが、これはｈ−BN、ｈ−Ｃの00
2の回折ピーク（２θが26.5°）よりも低角度であるこ
とが特徴であり、焼成によっても回折ピークが顕著には
鋭くならないものである。
なお、元素分析において、Ｃ、Ｈ、Ｎは燃焼法により、
Ｂはアルカリ分解させたのちICPにより定量分析をおこ
なった。
Ｂはアルカリ分解させたのちICPにより定量分析をおこ
なった。
実施例２ 炉内圧力を30mmHgとする以外は実施例１と同様にして、
反応をおこなった。この結果径0.1〜１μｍで10μｍ以
下の種々の形状の繊維が0.3g得られた。繊維の収率は約
10％であった。
反応をおこなった。この結果径0.1〜１μｍで10μｍ以
下の種々の形状の繊維が0.3g得られた。繊維の収率は約
10％であった。
実施例１と同様にして生成繊維、焼成繊維の元素分析を
おこなった。この結果を第１表に示した。
おこなった。この結果を第１表に示した。
実施例３ 炉内圧力を400mmHgとする以外は実施例１と同様にし
て、反応をおこなった。この結果、径0.05〜0.3μｍ、
長さ１〜10μｍの繊維が1.1g、収率約30％であった。元
素分析の結果を第１表に示した。また、SEM写真を第２
図に示した。
て、反応をおこなった。この結果、径0.05〜0.3μｍ、
長さ１〜10μｍの繊維が1.1g、収率約30％であった。元
素分析の結果を第１表に示した。また、SEM写真を第２
図に示した。
比較例１ 炉内圧力を700mmHgに保持した以外は実施例１と同じ条
件で反応を行ったが繊維は得られず、ホウ素、炭素、窒
素から成る膜、および粉、炭素粉、BN粉しか得られなか
った。
件で反応を行ったが繊維は得られず、ホウ素、炭素、窒
素から成る膜、および粉、炭素粉、BN粉しか得られなか
った。
［発明の効果］ 本発明の繊維は、耐熱性、化学的安定性、耐熱衝撃性等
に優れた窒化ホウ素の物性とグラファイトの耐薬品性、
高導電性等の物性を併わせ持つものであり各種の材料と
複合させ、高温耐食材料、導電性耐食材料等あるいは電
磁波シールド剤等として各種用途に供すことのできるも
のであり、CVD法により容易に得ることができるもので
ある。
に優れた窒化ホウ素の物性とグラファイトの耐薬品性、
高導電性等の物性を併わせ持つものであり各種の材料と
複合させ、高温耐食材料、導電性耐食材料等あるいは電
磁波シールド剤等として各種用途に供すことのできるも
のであり、CVD法により容易に得ることができるもので
ある。
第１図は実施例１の繊維の形状のSEM写真、第２図は実
施例３の繊維の形状のSEM写真、第３図は実施例１の生
成繊維のＸ線回折パターン、第４図は実施例１の焼成繊
維のＸ線回折パターンを示すものである。
施例３の繊維の形状のSEM写真、第３図は実施例１の生
成繊維のＸ線回折パターン、第４図は実施例１の焼成繊
維のＸ線回折パターンを示すものである。
Claims (2)
- 【請求項１】本質的にホウ素、炭素、窒素からなり、Cu
Kα線によるＸ線回折測定による２θが23〜27°の範囲
に回折ピークを有し、アスペクト比が10以上であること
を特徴とする繊維。 - 【請求項２】ホウ素源ガス、炭素源ガスおよび窒素源ガ
スからなる混合ガスを金属基体を保持した反応容器内に
導入し、500mmHg以下の圧力で化学気相析出法により該
基体上に本質的にホウ素、炭素、窒素からなり、CuKα
線によるＸ線回折測定による２θが23〜27°の範囲に回
折ピークを有し、アスペクト比が10以上である繊維を形
成することを特徴とする繊維の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63079090A JPH0699145B2 (ja) | 1988-03-31 | 1988-03-31 | ホウ素、炭素、窒素からなる繊維およびその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63079090A JPH0699145B2 (ja) | 1988-03-31 | 1988-03-31 | ホウ素、炭素、窒素からなる繊維およびその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01252520A JPH01252520A (ja) | 1989-10-09 |
| JPH0699145B2 true JPH0699145B2 (ja) | 1994-12-07 |
Family
ID=13680185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63079090A Expired - Fee Related JPH0699145B2 (ja) | 1988-03-31 | 1988-03-31 | ホウ素、炭素、窒素からなる繊維およびその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0699145B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3346496B2 (ja) * | 1992-11-06 | 2002-11-18 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 多結晶性ｂｃｎ物質及びその製造方法 |
| CN110589832A (zh) * | 2019-09-24 | 2019-12-20 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种SiC纳米线及其制备方法和应用 |
-
1988
- 1988-03-31 JP JP63079090A patent/JPH0699145B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01252520A (ja) | 1989-10-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |