JPH0726166B2 - Inorganic fiber reinforced metal composite material - Google Patents

Inorganic fiber reinforced metal composite material

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JPH0726166B2
JPH0726166B2 JP1244979A JP24497989A JPH0726166B2 JP H0726166 B2 JPH0726166 B2 JP H0726166B2 JP 1244979 A JP1244979 A JP 1244979A JP 24497989 A JP24497989 A JP 24497989A JP H0726166 B2 JPH0726166 B2 JP H0726166B2
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inorganic fiber
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inorganic
polymer
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泰広 塩路
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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、機械的性質に優れた無機繊維強化金属複合材
料(以下、「複合材料」と略記することがある。)に関
するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an inorganic fiber reinforced metal composite material (hereinafter, may be abbreviated as “composite material”) having excellent mechanical properties.

(従来の技術及びその問題点) 繊維強化された金属複合材料は、高靱性をはじめ機械的
特性により、主に、高温下における構造材料として、エ
ンジン部品、超音速機一次構造材等として実用化が期待
されている。しかし、繊維強化金属複合材料は、その製
造時に、マトリックス金属と強化繊維との反応により、
強化繊維が劣化するため、複合則による理論強度に比べ
かなり低いものとなっている。例えば、強化繊維として
炭素繊維、マトリックスとしてアルミニウムを用いた場
合、炭素繊維とアルミニウム溶湯との反応によりアルミ
ニウム炭化物を生じ、強度が著しく減少することが知ら
れている。そのため、炭素繊維の表面にアルミニウムに
対し不活性な層を設ける表面処理が行われているが、満
足な機械強度を得るまでに至っていない。
(Prior art and its problems) Fiber-reinforced metal composite materials are practically used mainly as structural materials at high temperatures, such as engine parts and supersonic primary structural materials, due to their high toughness and mechanical properties. Is expected. However, the fiber-reinforced metal composite material is produced by the reaction between the matrix metal and the reinforcing fiber during its production.
Since the reinforcing fiber deteriorates, the strength is considerably lower than the theoretical strength according to the composite rule. For example, when carbon fibers are used as the reinforcing fibers and aluminum is used as the matrix, it is known that the reaction between the carbon fibers and the molten aluminum produces aluminum carbide, and the strength is significantly reduced. Therefore, although a surface treatment for forming a layer inert to aluminum on the surface of the carbon fiber is performed, it has not been possible to obtain a satisfactory mechanical strength.

(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機械的強度の優
れた複合材料の提供にある。
(Means for Solving the Problem) An object of the present invention is to provide a composite material having excellent mechanical strength, which solves the above problems.

本発明の他の目的は、金属類からなるマトリックスと無
機繊維との結合強さに優れた複合材料の提供にある。
Another object of the present invention is to provide a composite material having excellent bond strength between a matrix made of metals and inorganic fibers.

本発明の他の目的は、マトリックスと無機繊維との間の
適合性に優れ、無機繊維による強度効率に優れた複合材
料の提供のある。
Another object of the present invention is to provide a composite material having excellent compatibility between the matrix and the inorganic fibers and excellent strength efficiency due to the inorganic fibers.

さらに、本発明の他の目的は、複合材料形成時の無機繊
維の強度低下が少ない複合材料を提供することにある。
Further, another object of the present invention is to provide a composite material in which the strength of the inorganic fiber is not significantly reduced when forming the composite material.

本発明の複合材料は、無機繊維を強化材とし、金属また
は、合金をマトリックスとし、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SiOx(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;0.5〜10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ることを特徴と
する。
The composite material of the present invention comprises inorganic fibers as a reinforcing material, a metal or an alloy as a matrix, and the inorganic fibers are inorganic fibers obtained from a silicon-containing polycyclic aromatic polymer, the constituent components of which are i) Shows at least one crystal arrangement state 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 which constitutes a polymer. Carbonaceous, ii) non-oriented crystalline carbon and / or amorphous carbon derived from an optically isotropic polycyclic aromatic compound containing an organic solvent insoluble component constituting the polymer, and iii) From an amorphous phase consisting essentially of Si, C and O and / or crystalline ultrafine particles consisting essentially of β-SiC having a particle size of 500Å or less and amorphous SiO x (0 <x ≦ 2) Na A high-strength, high-modulus inorganic material composed of Si—C—O material, which is an aggregate and whose proportions of constituent elements are Si; 30 to 70% by weight, C; 20 to 60% by weight, and O; 0.5 to 10% by weight. It is characterized by being a fiber.

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 described in detail. In the following description, "part" is "part by weight",
"%" Is "% by weight".

本発明の無機繊維は前述した構成成分i)、ii)及びii
i)からなっており、Si;0.01〜29%、C;70〜99.9%及び
O;0.001〜10%、好ましくはSi;0.1〜25%、C;74〜99.8
%及びO;0.01〜8%から実質的に構成されている。
The inorganic fiber of the present invention comprises the above-mentioned constituents i), ii) and ii.
i), Si; 0.01-29%, C; 70-99.9% and
O; 0.001-10%, preferably Si; 0.1-25%, C; 74-99.8
% 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、1.5Å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3.2Å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。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, which is a constituent component of this inorganic fiber, has a crystallite size of 500 Å or less, and corresponds to a 3.2 Å (002) plane oriented in the fiber axis direction in a high resolution electron microscope having a resolution of 1.5 Å. It is an ultrafine graphite crystal that allows the observation of a fine lattice image. The crystalline carbon in the inorganic fiber may 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, or 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100
部に対する構成成分iii)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。
Sum of constituents i) and ii) of this inorganic fiber 100
The ratio of constituent iii) to parts is 0.015 to 200 parts, and the ratio of constituents i) and ii) is 1: 0.02 to 4.

構成成分i)及びii)の総和100部に対する構成成分ii
i)の割合が0.015未満の場合は、ほとんどピッチ繊維と
変わらず、耐酸化性の向上やマトリックス金属との反応
性低下効果が充分でなく、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。
Component ii for 100 parts of the sum of components i) and ii)
When the ratio of i) is less than 0.015, it is almost the same as the pitch fiber, and the effect of improving the oxidation resistance and decreasing the reactivity with the matrix metal is not sufficient, and when the ratio exceeds 200 parts, the graphite fine Crystals are not effectively formed, and fibers having a 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 in the present invention, microcrystals having a small layer spacing and a three-dimensional array are effectively generated,
Silicon atoms are distributed very uniformly so as to enclose the fine crystals.

本発明における無機繊維は、 1)結合単位(Si−CH2)、又は結合単位(Si−CH2)と
結合単位(Si−Si)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)の全数対結合単位(Si−Si)の全数の比が1:0〜20
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
の芳香族環と珪素−炭素連結基を介して結合したランダ
ム共重合体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方相との両
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。)5〜50000部を、200〜500℃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。
The inorganic fiber in the present invention is mainly composed of 1) a bond unit (Si—CH 2 ), or a bond unit (Si—CH 2 ) and a bond unit (Si—Si), and a hydrogen atom or a lower alkyl group in a side chain of a silicon atom. Group having a side chain group selected from the group consisting of a phenyl group and a silyl group, a bond unit (Si-
The ratio of the total number of CH 2 ) to the total number of bonding units (Si-Si) is 1: 0 to 20
At least a part of the silicon atoms of the organosilicon polymer in the range of 100 parts of a random copolymer bonded to the aromatic ring of a petroleum-based or coal-based pitch or a heat-treated product thereof through a silicon-carbon linking group, and (2) A polycyclic aromatic compound obtained by heat-treating a petroleum-based or coal-based pitch or composed of both phases of a mesophase and an optically isotropic phase (hereinafter, both are collectively referred to as “mesophase polycyclic aromatic compound”). The compound is sometimes referred to as a "compound".) 5 to 50,000 parts are heated and reacted and / or melted at a temperature in the range of 200 to 500 ° C to obtain a silicon-containing polycyclic aromatic polymer, the above-mentioned silicon. A second step of preparing and spinning a spinning dope of a polycyclic aromatic polymer containing the compound, a third step of infusibilizing the spinning dope under tension or no tension
And a fourth step of firing the infusibilized spun fiber bundle at a temperature in the range of 800 to 3000 ° C. in a vacuum or 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 described more specifically.

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℃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 sodium metal is added in an inert gas at 400 It is obtained by heating to ℃ or more.

上記有機珪素重合体は、結合単位(Si−CH2)、又は結
合単位(Si−CH2)と結合単位(Si−Si)より主として
なり、結合単位(Si−CH2)の全数対結合単位(Si−S
i)の全数の比率は1:0〜20の範囲内にある。
The organosilicon polymer, binding unit (Si-CH 2), or binding units (Si-CH 2) primarily consists binding units (Si-Si), the total number pairing unit of coupling units (Si-CH 2) (Si-S
The ratio of the total number of i) is in the range of 1: 0 to 20.

有機珪素重合体の重量平均分子量(Mw)は、一般的には
300〜1000、特に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ランダム共重合体
(1)を調製するために好ましい。
The weight average molecular weight (M w ) of the organosilicon polymer is generally
Those of 300 to 1000, especially 400 to 800 are preferable for preparing the random copolymer (1) which is an intermediate raw material for obtaining an excellent carbon-based inorganic fiber.

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、特に好ましい
ピッチは、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 a pitch obtained from petroleum and / or coal, and a particularly preferable pitch is a heavy oil obtained by fluid catalytic cracking of petroleum, and the heavy oil is distilled. The obtained distillate components or residual oil and the 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5〜98
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 pitch contains 5 to 98% of insoluble components in organic solvents such as benzene, toluene, xylene, and tetrahydrofuran.
It is preferably contained in a weight percentage. When a pitch containing less than 5% by weight of the insoluble component is used as a raw material, the strength,
Inorganic fibers with excellent elastic modulus cannot be obtained, and when pitch of more than 98% by weight is used as a raw material, the molecular weight of the copolymer increases sharply and some coking may occur, making spinning difficult. Become.

このピッチの重量平均分子量(Mw)は、100〜3000であ
る。
The weight average molecular weight (M w ) of this pitch is 100 to 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党のゲ
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, when the pitch does not contain the organic solvent insoluble matter for gel permeation chromatograph (GPC) measurement of benzene, toluene, xylene, tetrahydrofuran, chloroform and dichlorobenzene, GPC measurement is performed as it is,
When the pitch contains the above-mentioned organic solvent-insoluble matter, hydrogenation treatment is performed under mild conditions to change the above-mentioned organic solvent-insoluble matter into the above-mentioned organic solvent-soluble component, and then perform 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.

ランダム共重合体(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℃の範囲の温度で加熱反応させることにより調
製される。
Random copolymer (1) is preferably obtained by adding petroleum-based or coal-based pitch to an organosilicon polymer, and preferably in an inert gas.
It is prepared by reacting by heating at a temperature in the range of 250 to 500 ° C.

ピッチの使用割合は、有機珪素重合体100部当たり83〜4
900部であることが好ましい。
The ratio of the pitch used is 83 to 4 per 100 parts of the organosilicon polymer.
It is preferably 900 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
繊維中の炭素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、炭素珪素成分が少なくなり、耐酸化性の向上や
マトリックス金属との反応劣化の低減等の効果が十分に
は現れない。
If the use ratio of the pitch is too small, the carbon-silicon component in the obtained inorganic fiber will increase, and the inorganic fiber having a high elastic modulus will not be obtained, and if the ratio is too large, the carbon-silicon component will increase. Therefore, the effects of improving the oxidation resistance and reducing the reaction deterioration with the matrix metal are not sufficiently exhibited.

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、生成したランダム共重合体(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 excessively low, the bond between the silicon atom and the aromatic carbon becomes difficult to form, and if the reaction temperature is excessively high, the generated random copolymer (1) decomposes and becomes high in molecular weight. It does not happen.

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℃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
によって調製することができる。
The mesophase polycyclic aromatic compound (2) is prepared, for example, by heating petroleum-based or coal-based pitch in an inert gas at 300 to 500 ° C. and polycondensating while removing the produced soft fraction. You can

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いとコーキングにより
不溶、不融の生成物が生ずる。
If the polycondensation reaction temperature is too low, the condensed ring will not grow sufficiently, and if the temperature is too high, an insoluble and infusible product will be produced by coking.

メソフェーズ多環状芳香族化合物(2)は、融点が200
〜400℃の範囲にあり、また、重量平均分子量が200〜10
000である。
The melting point of mesophase polycyclic aromatic compound (2) is 200.
~ 400 ℃, the weight average molecular weight of 200 ~ 10
It is 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、機械的性能上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-
Having 100% optical anisotropy, 30-100% benzene,
Those containing an insoluble matter in toluene, xylene or tetrahydrofuran are particularly preferable in order to obtain an inorganic fiber excellent in mechanical performance.

第1工程では、ランダム共重合体(1)とメソフェーズ
多環状芳香族化合物(2)を200〜500℃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 random copolymer (1) and the mesophase polycyclic aromatic compound (2) are heated and melted and / or reacted in the temperature range of 200 to 500 ° C. to form a silicon-containing polycyclic aromatic polymer. Prepare a spinning polymer.

メソフェーズ多環状芳香族化合物(2)の使用割合はラ
ンダム共重合体(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、耐酸化性の向上やマトリックス金属との反応劣化
の低減等の効果が十分には現れない。
The mesophase polycyclic aromatic compound (2) is preferably used in an amount of 5 to 50,000 parts per 100 parts of the random copolymer (1), and if it is less than 5 parts, the mesophase content in the product will be insufficient, resulting in a high content. If an elastic fired yarn cannot be obtained, and if it is more than 50,000 parts, the effects of improving the oxidation resistance and reducing the reaction deterioration with the matrix metal are not sufficiently exhibited due to lack of the 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20
0〜11000で、融点が200〜400℃である。
The weight average molecular weight of the silicon-containing polycyclic aromatic polymer is 20
It has a melting point of 200 to 400 ° C. at 0 to 11000.

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。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℃の範
囲の温度が有利である。
Second step: The silicon-containing polycyclic aromatic polymer obtained in the first step is melted by heating, and in some cases, this is filtered to remove microgels, impurities and other substances harmful to the spinning. This is spun by a commonly used synthetic fiber spinning device. The temperature of the spinning dope during spinning varies depending on the softening temperature of the raw 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、50〜5000
m/分の範囲であることが好ましい。
In the spinning device, a spinning tube is attached if necessary,
After making the atmosphere in the spinning cylinder one or more atmospheres selected from the group consisting of air, inert gas, hot air, heat inert gas, steam, and ammonia gas, a small diameter is obtained by increasing the winding speed. Fibers can be obtained. The spinning speed in the melt spinning varies depending on the average molecular weight of the raw material, the molecular weight distribution, and the molecular structure, but is 50 to 5000.
It is preferably in the range of m / min.

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 fiber obtained in the second step is infusibilized 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50〜400
℃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 infusibilizing method is a method of heating the molded body in an oxidizing atmosphere. The temperature of infusibilization is preferably 50 to 400
The temperature is in the range of ° C. If the infusibilization temperature is too low, the polymer forming the matrix will not stick, 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
際に溶融せず、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 infusibilization is to make the polymer that constitutes the spun fiber into an infusible or insoluble state of a three-dimensional structure so that it will not melt during the firing of the next step and will not fuse with adjacent fibers. Is. Examples of the gas forming the oxidizing atmosphere at the time of infusibilization include air, ozone, oxygen, chlorine gas, bromine gas, ammonia gas, and mixed gas 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 another infusibilizing method different from the above, the spun fiber is infusibilized by γ-ray irradiation or electron beam irradiation while heating at low temperature in an oxidizing atmosphere or a non-oxidizing atmosphere under tension or no tension as necessary. Methods can also be employed.

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 this γ ray or electron beam, by further polymerizing the polymer forming the spun fiber,
This is to prevent the spinning raw yarn from melting and losing the fiber shape.

γ線あるいは電子線の照射線量は106〜1010ラッドが適
当である。
The appropriate irradiation dose of gamma rays or electron beams is 10 6 to 10 10 rads.

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 performed in a vacuum, an inert gas atmosphere, or an oxidizing gas atmosphere such as air, ozone, oxygen, chlorine gas, bromine gas, ammonia gas, or a mixed gas 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℃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。
The infusibilization by irradiation can be performed at room temperature, and if necessary, the infusibilization can be achieved by heating while 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くとも防止
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 the infusibilization is carried out under no tension, the spun fiber will have a wavy shape due to shrinkage, but in some cases it can be corrected in the firing step of the next step, tension is not always necessary, but tension acts In such a case, a good result can be obtained by applying a tension higher than the tension that can at least prevent the spun fiber from contracting and becoming wavy during infusibilization.

不融化の際に、作用させる張力としては、1〜500g/mm2
の範囲が好ましく、1g/mm2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、50
0g/mm2以上の張力を作用させると繊維が切断することが
ある。
When infusibilizing, the tension applied is 1 to 500 g / mm 2
The range is preferable, and even if a tension of 1 g / mm 2 or less is applied, it is not possible to give tension that does not cause the fiber to sag, and
The fiber may break when a tension of 0 g / mm 2 or more is applied.

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℃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: The infusible yarn obtained in the third step is fired at a temperature in the range of 800 to 3000 ° C. in a vacuum or an inert gas atmosphere to obtain an inorganic fiber mainly composed of carbon, silicon and oxygen. .

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0.001〜100Kg/mm2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 step, it is not always necessary to apply tension, but high-temperature inorganic fiber with less bending can be obtained by firing at high temperature while applying tension in the range of 0.001 to 100 Kg / mm 2 .

加熱過程において、約700℃から無機化が激しくなり、
約800℃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℃以上の温度で行うことが好まし
い。また、3000℃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。
In the heating process, mineralization becomes severe from about 700 ℃,
It is estimated that mineralization is almost completed at about 800 ° C. Therefore, the firing is preferably performed at a temperature of 800 ° C. or higher. Moreover, since an expensive apparatus is required to obtain a temperature higher than 3000 ° C., firing at a temperature higher than 3000 ° C. is impractical in terms of cost.

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、珪素含有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富む層を生成
させることができる。
The distribution state of silicon in the inorganic fiber of the present invention can be controlled also by the atmosphere during firing and the size and concentration of the mesophase in the raw material. For example, when the mesophase is grown large, the silicon-containing polymer is likely to be extruded into the fiber surface phase and can form a silicon-rich layer on the fiber surface after firing.

尚、前記無機繊維の構成成分iii)であるSi−C−O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。
The form of the Si—C—O substance that is the constituent component iii) of the inorganic fiber can be controlled by the mineralization temperature in the fourth step.

実質的にSi、C、Oからなる非晶質を得たい場合、無機
化温度を800〜1000℃とすることが好適であり、実質的
にβ−SiC及び非晶質のSi0x(ただし、0<x≦2)を
得たい場合、1700℃以上の温度が適している。
If it is desired to obtain substantially Si, C, an amorphous consisting O, and mineralization temperature is preferably set to 800 to 1000 ° C., substantially beta-SiC and amorphous Si0 x (where To obtain 0 <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, it can be appropriately selected from the above intermediate temperature.

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 by, for example, the infusibilizing condition in the fourth step.

前記無機繊維に対し、例えば、繊維そのものを単軸方
向、多軸方向に配向させる方法、平織、朱子織、模紗
織、綾織、からみ織、3次元織物などの各種織物にして
使用する方法、あるいはチョップドファイバーとして使
用する方法等を適用し、本発明の複合材料を製造するこ
とができる。
For the inorganic fiber, for example, a method of orienting the fiber itself in a uniaxial direction or a polyaxial direction, a method of using various kinds of woven fabrics such as plain weave, satin weave, dummy weave, twill weave, three-dimensional woven fabric, or the like, or The composite material of the present invention can be manufactured by applying the method of using as chopped fiber or the like.

本発明に使用することのできる金属類としては、アルミ
ニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウ
ム合金、チタン、チタン合金が挙げられる。
Examples of metals that can be used in the present invention include aluminum, aluminum alloys, magnesium, magnesium alloys, titanium, and titanium alloys.

本発明に係わる無機繊維のマトリックス中の混合割合
は、10〜70体積%が好ましい。
The mixing ratio of the inorganic fiber according to the present invention in the matrix is preferably 10 to 70% by volume.

本発明の複合材料は、次のような通常の繊維強化金属複
合材料の製造方法により製造することができる。すなわ
ち、(1)拡散接合法(2)溶融浸透法(3)溶射法
(4)電解析出法(5)押出し及びホットロール法
(6)化学気相析出法(7)焼結法の諸方法である。
The composite material of the present invention can be manufactured by the following ordinary method for manufacturing a fiber-reinforced metal composite material. That is, (1) diffusion bonding method (2) melt infiltration method (3) thermal spraying method (4) electrolytic deposition method (5) extrusion and hot roll method (6) chemical vapor deposition method (7) various sintering methods Is the way.

(1)拡散接合法によれば、無機繊維とマトリックス金
属線とを交互に一方向に配列し、その上下をマトリック
ス金属の薄膜で覆うか、あるいは下だけを前記薄膜で覆
い、上は有機質結合剤と混和されたマトリックス金属粉
末で覆い複合層となし、この層を数段積層した後、加熱
下で加圧して無機繊維とマトリックス金属との複合材料
を製造することができる。
(1) According to the diffusion bonding method, inorganic fibers and matrix metal wires are alternately arranged in one direction, and the upper and lower parts thereof are covered with a thin film of matrix metal, or only the lower part is covered with the thin film, and the upper part is an organic bond. It is possible to form a composite layer by covering with a matrix metal powder mixed with an agent to form a composite layer, stacking the layers several times, and then applying pressure under heating to produce a composite material of inorganic fibers and a matrix metal.

前記有機質結合剤としては、マトリックス金属と炭化物
を生成するに至る温度まで昇温される以前に揮発散逸す
るものが望ましく、例えば、CMC、パラフィン、レジ
ン、鉱油等を使用することができる。
The organic binder is preferably one that volatilizes and dissipates before being heated to a temperature at which matrix metals and carbides are formed, and for example, CMC, paraffin, resin, mineral oil and the like can be used.

また、無機繊維の周囲に有機質結合剤と混和したマトリ
ックス金属粉末を貼着被覆したものを配列積層し、これ
を加熱下で加圧して、複合材料とすることができる。
In addition, a matrix metal powder admixed with an organic binder may be arranged and laminated on the periphery of the inorganic fiber, and the mixture may be pressed under heating to obtain a composite material.

(2)溶融浸透法によれば、溶融したアルミニウム、ア
ルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、チ
タンあるいはチタン合金をもって配列された無機繊維の
間隙を埋めて複合材料とすることができる。この場合、
特に金属を被覆した繊維とマトリックス金属との濡れ性
が良いため、配列した繊維の間隙をまんべんなくマトリ
ックス金属で満たすことができる。
(2) According to the melt infiltration method, it is possible to fill a gap between inorganic fibers arranged with molten aluminum, aluminum alloy, magnesium, magnesium alloy, titanium or titanium alloy to obtain a composite material. in this case,
In particular, since the wettability between the metal-coated fiber and the matrix metal is good, it is possible to completely fill the gaps between the arranged fibers with the matrix metal.

(3)溶射法によれば、配列した無機繊維の表面にプラ
ズマ溶射あるいはガス溶射によりマトリックス金属を塗
布しテープ状複合材料を製造することができる。このま
まで使用するか、あるいは、さらに前記テープ状複合材
料を積層し、前記(1)の拡散接合法により複合材料を
製造することができる。
(3) According to the thermal spraying method, the matrix metal can be applied to the surface of the arranged inorganic fibers by plasma spraying or gas spraying to produce a tape-shaped composite material. It can be used as it is, or the tape-shaped composite material can be further laminated, and the composite material can be manufactured by the diffusion bonding method (1).

(4)電解析出法によれば、繊維の表面にマトリックス
金属を電解析出させ複合体とし、さらにこれを積層配列
し、前記(1)の拡散接合法により複合材料とすること
ができる。
(4) According to the electrolytic deposition method, a matrix metal can be electrolytically deposited on the surface of the fiber to form a composite, which can be further laminated and arranged, and the composite material can be formed by the diffusion bonding method of the above (1).

(5)押出し及びホットロール法によれば、一方向に繊
維を配列し、これをマトリックス金属箔で挟んでサンド
ウィッチ状とし、これを必要により加熱されたロールの
間を通して、繊維とマトリックス金属とを接合させて、
複合材料を製造することができる。
(5) According to the extrusion and hot roll method, fibers are arranged in one direction, sandwiched between matrix metal foils to form a sandwich, and the fibers and the matrix metal are passed through between heated rolls if necessary. Join them together,
Composite materials can be manufactured.

(6)化学気相析出法によれば、繊維を加熱炉に入れ
て、例えば塩化アルミニウムと水素ガスの混合ガスを導
入して熱分解し、繊維の表面にアルミニウム金属を析出
させて複合体とする。さらにこの金属析出繊維を積層配
列し、前記(1)の拡散接合法により複合材料を製造す
ることができる。
(6) According to the chemical vapor deposition method, the fiber is put into a heating furnace, and, for example, a mixed gas of aluminum chloride and hydrogen gas is introduced and thermally decomposed, and aluminum metal is deposited on the surface of the fiber to form a composite. To do. Further, by stacking and arranging the metal-deposited fibers, a composite material can be manufactured by the diffusion bonding method (1).

(7)焼結法によれば、配列した繊維の間隙をマトリッ
クス金属粉末で充填し、ついで加圧あるいは無加圧で加
熱焼結し、複合材料とすることができる。
(7) According to the sintering method, the gaps between the arranged fibers can be filled with the matrix metal powder, and then heat-sintered with or without pressure to obtain a composite material.

無機繊維と金属マトリックスとから製造された複合材料
の引張強度(σc)は下記式で表される。
The tensile strength (σ c ) of a composite material produced from inorganic fibers and a metal matrix is represented by the following formula.

σc=σfVf+σMVM σc:複合材料の引張強度 σf:無機繊維の引張強度 σM:金属マトリックスの引張強度 Vf:無機繊維の体積百分率 VM:金属マトリックスの体積百分率 上記式で示されるように、複合材料の強度は、複合材料
中の無機繊維の体積割合が、多くなるに従って大きくな
る。従って、強度の大きい複合材料を製造するために
は、複合させる無機繊維の体積割合を多くする必要があ
る。しかし、無機繊維の体積割合が70%を超えると、金
属マトリックスの量が少ないため、無機繊維の間隙を充
分に金属マトリックスで充填することができなくなるた
め、複合材料を製造しても前式で示されるような強度が
発揮されなくなる。また、複合材料中の無機繊維の体積
割合を少なくしてゆくと、前式で示されるように複合材
料の強度は低下するから、実用性のある複合材料とする
ためには10%以上の無機繊維を複合させることが必要で
ある。従って、前記したように、本発明の無機繊維強化
金属複合材料の製造において、無機繊維の複合割合を10
〜70体積%とすると最も良い効果が得られる。
σ c = σ f V f + σ M V M σ c: tensile strength of the composite sigma f: tensile strength of the inorganic fibers sigma M: metal matrix tensile strength V f: volume percentage of the inorganic fibers V M: volume of the metal matrix Percentage As shown by the above equation, the strength of the composite material increases as the volume ratio of the inorganic fibers in the composite material increases. Therefore, in order to manufacture a composite material having high strength, it is necessary to increase the volume ratio of the inorganic fibers to be composited. However, when the volume ratio of the inorganic fibers exceeds 70%, the amount of the metal matrix is so small that the gaps between the inorganic fibers cannot be sufficiently filled with the metal matrix. The strength as shown is not exerted. Further, as the volume ratio of the inorganic fibers in the composite material is reduced, the strength of the composite material decreases as shown by the above equation, so 10% or more of the inorganic material is required to obtain a practical composite material. It is necessary to compound the fibers. Therefore, as described above, in the production of the inorganic fiber-reinforced metal composite material of the present invention, the composite ratio of the inorganic fiber is 10
The best effect is obtained when the amount is ~ 70% by volume.

複合材料を製造する際、前述したように金属類を溶融温
度付近あるいは溶融温度以上に加熱して強化繊維と複合
化する必要があり、無機繊維と溶融金属類との反応によ
る繊維強度の低下が問題となるが、本発明の無機繊維を
溶融金属類に浸漬した場合、通常の炭素繊維に認められ
るような急激な繊維の劣化が認められず、従って、機械
的強度の優れた複合材料を得ることができる。
When manufacturing a composite material, as described above, it is necessary to heat the metals near or above the melting temperature to form a composite with the reinforcing fibers, which causes a decrease in fiber strength due to the reaction between the inorganic fibers and the molten metals. Although a problem, when the inorganic fiber of the present invention is immersed in molten metals, the rapid deterioration of the fiber as observed in ordinary carbon fiber is not observed, and thus a composite material having excellent mechanical strength is obtained. be able to.

次に、本発明で用いる各種機械的特性の測定法を述べ
る。
Next, methods for measuring various mechanical properties used in the present invention will be described.

(a)初期反応劣化速度 イ)融点が1200℃以下の金属及び合金の場合 無機繊維を使用する金属の融点よりも50℃高い温度に加
熱した溶融金属中に1分、5分、10分、30分浸漬し、そ
の後繊維を抽出し、繊維の引張強度を測定する。この結
果から浸漬時間と繊維の引張強度との関係、すなわち反
応劣化曲線を求め、浸漬時間0分における接線から初期
反応劣化速度(kg/mm2・sec-1)を求める。
(A) Initial reaction deterioration rate a) In the case of metals and alloys having a melting point of 1200 ° C. or less 1 minute, 5 minutes, 10 minutes in a molten metal heated to a temperature 50 ° C. higher than the melting point of the metal using inorganic fibers, Immerse for 30 minutes, then extract the fibers and measure the tensile strength of the fibers. From this result, the relationship between the immersion time and the tensile strength of the fiber, that is, the reaction deterioration curve is obtained, and the initial reaction deterioration rate (kg / mm 2 · sec −1 ) is obtained from the tangent line at the immersion time of 0 minutes.

ロ)融点が1200℃より高温の金属及び合金の場合 無機繊維と金属箔を積層し、これを真空中において(金
属箔の融点)×(0.6〜0.7)の温度に加熱し、5kg/mm2
の加圧下で5分、10分、20分、30分保持し、その後繊維
を抽出し繊維引張強度を測定する。この結果からイ)と
同様な手順で初期反応劣化速度を求める。
B) In the case of metals and alloys whose melting point is higher than 1200 ° C: Inorganic fiber and metal foil are laminated, and this is heated to a temperature of (melting point of metal foil) x (0.6 to 0.7) in vacuum, and 5 kg / mm 2
It is held under pressure for 5 minutes, 10 minutes, 20 minutes, 30 minutes, and then the fibers are extracted and the fiber tensile strength is measured. From this result, the initial reaction deterioration rate is obtained by the same procedure as in (a).

b)繊維強度低下率 繊維強度低下率は(a)において、浸漬時間および保持
時間がそれぞれ30分での繊維強度を求め、(初期強度−
上記繊維強度)を初期強度で除して求める。
b) Reduction rate of fiber strength The reduction rate of fiber strength is obtained in (a) by determining the fiber strength after 30 minutes of immersion time and 30 minutes of holding time.
It is calculated by dividing the above fiber strength) by the initial strength.

初期反応劣化速度は、繊維強化金属を短時間で製造する
場合の繊維とマトリックスとの反応の程度を示し、この
値が小さいほど繊維とマトリックスの適合性が良く、繊
維の強化効果が大きいことを示す。
The initial reaction deterioration rate indicates the degree of reaction between the fiber and the matrix when the fiber-reinforced metal is produced in a short time. The smaller this value, the better the compatibility between the fiber and the matrix, and the greater the fiber reinforcing effect. Show.

繊維強度低下率は、繊維強化金属を長時間かけて製造す
る場合の繊維とマトリックスとの反応の程度を示し、こ
の値が小さい程、繊維とマトリックスの適合性が良く、
繊維の強化効果が大きいことを示す。
The fiber strength reduction rate indicates the degree of reaction between the fiber and the matrix when the fiber-reinforced metal is produced over a long period of time. The smaller the value, the better the compatibility between the fiber and the matrix.
It shows that the reinforcing effect of the fiber is great.

(c)層間剪断強度試験 層間剪断応力を求めるための試験法で曲率半径6mmφの
2コのピン(長さ20mm)の上に10×12×2mmの無機繊維
を単軸方向に配向させた複合材料を置き、先端曲率半径
3.5mmφの圧子で圧縮し、いわゆる3点曲げ方式で試験
を行い、層間剪断応力(kg/mm2)を測定する。剪断応力
(kg/mm2)により表示する。
(C) Interlaminar shear strength test A composite method in which 10 × 12 × 2 mm inorganic fibers are uniaxially oriented on two pins (length 20 mm) with a curvature radius of 6 mmφ in the test method for determining the interlaminar shear stress. Place the material and the radius of curvature of the tip
It is compressed with an indenter of 3.5 mmφ and a test is performed by a so-called three-point bending method to measure the interlaminar shear stress (kg / mm 2 ). It is indicated by shear stress (kg / mm 2 ).

(d)疲労試験 無機繊維を単軸方向に配向させた複合材料の軸方向が長
軸方向となるように、10φ×100mmの丸棒を製造し、こ
れを所定の回転曲げ疲労試験片に加工して容量が1.5kgm
の回転曲げ疲労試験を行い107回の疲労強度を求め疲労
とした。
(D) Fatigue test A 10φ x 100mm round bar is manufactured so that the axial direction of the composite material in which the inorganic fibers are oriented uniaxially becomes the major axis direction, and this is processed into a predetermined rotational bending fatigue test piece. And the capacity is 1.5 kgm
The rotating bending fatigue test was performed and the fatigue strength was calculated 10 7 times as the fatigue.

疲労強度と引張強度との比は、マトリックスと繊維との
結合の強さを表示する指標である。
The ratio of fatigue strength to tensile strength is an index indicating the strength of bond between the matrix and the fiber.

(発明の効果) 本発明の無機繊維は、溶融金属類との反応による繊維強
度劣化が少ないので、本発明によって得られた無機繊維
強化金属複合材料は引張強度などの機械的特性に優れ、
弾性率も高く、耐熱性、耐磨耗性に優れているため、合
成繊維用材料、合成化学用材料、機械工業用材料、建設
機械用材料、海洋開発(含宇宙)用材料、自動車用材
料、食品用材料等の各種材料として使用される。
(Effects of the Invention) The inorganic fiber of the present invention is less likely to deteriorate in fiber strength due to reaction with molten metals, so that the inorganic fiber-reinforced metal composite material obtained by the present invention has excellent mechanical properties such as tensile strength,
Due to its high elastic modulus and excellent heat resistance and abrasion resistance, it is a material for synthetic fibers, a material for synthetic chemistry, a material for machinery industry, a material for construction machinery, a material for marine development (including space), a material for automobiles. It is used as various materials such as food materials.

磨耗性に優れているため、合成繊維用材料、合成化学用
材料、機械工業用材料、建設機械用材料、海洋開発(含
宇宙)用材料、自動車用材料、食品用材料等の各種材料
として使用される。
Due to its excellent abrasion resistance, it is used as various materials such as synthetic fiber materials, synthetic chemical materials, machinery industry materials, construction machinery materials, marine development (including space) materials, automobile materials, food materials, etc. To be done.

(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 described below with reference to Examples.

参考例1(無機繊維Iの製造) 5lの三口フラスコに無水キシレン2.5l及びナトリウム40
0g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1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 Inorganic Fiber I) 2.5 l of anhydrous xylene and 40 parts of sodium were placed in a 5 l three-neck flask.
0 g was added, the mixture was heated to the boiling point of xylene under a nitrogen gas stream, and dimethyldichlorosilane 1 was added dropwise over 1 hour.
After completion of the dropping, the mixture was heated under reflux for 10 hours to form a precipitate. The precipitate was filtered, washed with methanol and then with water to obtain 420 g of white powdery 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3lの三口フラスコに仕込み、
攪拌しながら50ml/分の窒素気流下に420℃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。
This polydimethylsilane 400g, a gas introduction pipe, a stirrer,
Charge a 3 liter three-necked flask equipped with a condenser and a distillation tube,
Heat treatment was carried out at 420 ° C. under a nitrogen stream of 50 ml / min while stirring to obtain 350 g of a colorless transparent slightly viscous liquid in the distilling 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 the vapor pressure osmosis method.

この物質の赤外線吸収スペクトルを測定したところ、65
0〜900cm-1と1250cm-1にSi−CH3の吸収、2100cm-1にSi
−Hの吸収、1020cm-1付近と1355cm-1にSi−CH2−Siの
吸収、2900cm-1と2950cm-1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-1にSi−Si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(Si−CH2)結合単位及び
(Si−Si)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。
The infrared absorption spectrum of this substance was measured and found to be 65
Absorption of Si-CH 3 at 0-900 cm -1 and 1250 cm -1 , Si at 2100 cm -1
Absorption of -H, Si-CH 2 -Si absorption of the of 1020 cm -1 and near 1355 cm -1, absorption of CH was observed at 2900 cm -1 and 2950 cm -1,
Further, when the far-infrared absorption spectrum of this substance was measured, absorption of Si-Si was observed at 380 cm -1 , and thus the obtained liquid substance was mainly composed of (Si-CH 2 ) bond units and (Si-Si). It was found to be an organosilicon polymer having a bonding unit and having a hydrogen atom and a methyl group in the side chain of silicon.

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
−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 results of nuclear magnetic resonance analysis and infrared absorption analysis, this organosilicon polymer shows that the total number of (Si—CH 2 ) bond units is
It was confirmed that the polymer had a ratio of the total number of -Si) bond units of approximately 1: 3.

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, and 40 g of a polymer having a number average molecular weight of 1200 was obtained.

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
(Si−CH2)結合単位及び(Si−Si)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。
Measurement of the infrared absorption spectrum of this material, the absorption peak similar to that described above was observed, the material consists predominantly (Si-CH 2) coupling units and (Si-Si) bond unit, hydrogen on the side chain of the silicon It was found to be an organosilicon polymer having 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
−Si)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。
From the results of nuclear magnetic resonance analysis and infrared absorption analysis, this organosilicon polymer shows that the total number of (Si—CH 2 ) bond units is
It was confirmed that the polymer had a ratio of the total number of -Si) bond units of about 7: 1.

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℃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, high boiling point substances above light oil are
Fluid catalytic cracking / rectification was carried out at a temperature of 500 ° C. in the presence of an alumina cracking catalyst to obtain a residue from the bottom of the column. Hereinafter, this residue is 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)は0.75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, the FCC slurry oil had an atomic ratio of carbon atoms to hydrogen atoms (C / H) of 0.75 and an aromatic carbon ratio of 0.55 by nuclear magnetic resonance analysis.

上記FCCスラリーオイル100gを1/分の窒素ガス気流
下420℃で2時間加熱し、同温度における留出分を留去
後、残渣を150℃にて熱時濾過を行い、同温度における
不融部を除去し、軽質分除去ピッチ57gを得た。
100 g of the above FCC slurry oil was heated at 420 ° C. for 2 hours under a nitrogen gas flow of 1 / min, the distillate at the same temperature was distilled off, and the residue was filtered while hot at 150 ° C. The portion was removed to obtain 57 g of a light component removal pitch.

この軽質分除去ピッチは60%のキシレン不溶分を含んで
いた。
The light content removal pitch contained 60% xylene insoluble matter.

この軽質分除去ピッチ57gに有機珪素重合体25g及びキシ
レン20mlを加え、攪拌しながら昇温し、キシレンを留去
後、400℃で6時間反応させ43gのランダム共重合体
(1)を得た。
25 g of the organosilicon polymer and 20 ml of xylene were added to 57 g of the light content removing pitch, the temperature was raised with stirring, and xylene was distilled off, followed by reacting at 400 ° C. for 6 hours to obtain 43 g of a random copolymer (1). .

この反応生成物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-1
減少、及び新たなSi−C(ベンゼン環の炭素)結合(I
R:1135cm-1)の生成が認められることにより有機珪素重
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 reaction product was found to have Si-H bond (IR: 2100 cm -1 decrease) existing in the organosilicon polymer, and new Si-C (carbon of benzene ring) bond (I
The formation of R: 1135 cm -1 ) revealed that the organosilicon polymer was a copolymer having a part of silicon atoms directly bonded to the polycyclic aromatic ring.

このランダム共重合体(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℃であった。こ
れを、300℃で加熱溶融静置し、比重差により軽質部分
を除去し、残部40gを得た。これをポリマー(a)と呼
ぶ。
This random copolymer (1) did not contain a xylene-insoluble portion, had a weight average molecular weight of 1400, and had a melting point of 265 ° C. This was heated and melted at 300 ° C. and allowed to stand, and the light portion was removed due to the difference in specific gravity to obtain 40 g of the rest. This is called a polymer (a).

これと並行して、上記FCCスラリーオイル400gを、窒素
ガス気流下450℃に加熱し、同温度における留出分を留
去後、残渣を200℃にて熱時濾過を行い、同温度におけ
る不融部を除去し、軽質分除去ピッチ180gを得た。得ら
れた軽質分除去ピッチ180gを窒素気流下、反応により生
成する軽質分を除去しながら400℃で8時間縮重合を行
い、熱処理ピッチ80.3gを得た。
In parallel with this, 400 g of the above FCC slurry oil was heated to 450 ° C. under a nitrogen gas stream, the distillate at the same temperature was distilled off, and the residue was filtered while hot at 200 ° C. The fused portion was removed to obtain 180 g of a light material removal pitch. 180 g of the obtained light content removing pitch was subjected to polycondensation at 400 ° C. for 8 hours in a nitrogen stream while removing the light content produced by the reaction to obtain a heat treatment pitch of 80.3 g.

この熱処理ピッチは融点310℃、キシレン不溶分97%、
キノリン不溶分20%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95%のメソフェーズ多環状
芳香族重合体(2)であった。これを再び、350℃に加
熱溶融静置し、比重差により軽質部分を分離除去し、残
部80gを得た。
This heat treatment pitch has a melting point of 310 ° C, xylene insoluble content of 97%,
It was a mesophase polycyclic aromatic polymer (2) containing 20% of quinoline insoluble matter and having an optical anisotropy of 95% by observation with a polarizing microscope of the polished surface. This was again heated, melted and left to stand at 350 ° C., and the light portion was separated and removed due to the difference in specific gravity, and 80 g of the rest was obtained.

これと、ポリマー(a)40gを混合し、窒素雰囲気下、3
50℃で一時間溶融加熱し、均一な状態にある珪素含有多
環状芳香族重合体を得た。
This is mixed with 40 g of polymer (a) and the mixture is mixed in a nitrogen atmosphere for 3
The mixture was melted and heated at 50 ° C. for 1 hour to obtain a silicon-containing polycyclic aromatic polymer in a uniform state.

この重合体は、融点が290℃で、70%のキシレン不溶分
を含んでいた。
This polymer had a melting point of 290 ° C. and contained 70% xylene-insoluble matter.

上記珪素含有多環状芳香族重合体を紡糸用原料とし、ノ
ズル径0.15mm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10μmの無機繊維Iを得た。
Using the silicon-containing polycyclic aromatic polymer as a raw material for spinning, using a metal nozzle having a nozzle diameter of 0.15 mm, melt spinning at 360 ° C., the obtained spinning raw yarn is oxidized in air at 300 ° C.,
It was made infusible and further fired at 1300 ° C. in an argon atmosphere to obtain an inorganic fiber I having a diameter of 10 μm.

この繊維は引張強度が295kg/mm2、引張弾性率26t/mm2
あり、破壊面の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 295 kg / mm 2 and a tensile elastic modulus of 26 t / mm 2 , and had a clearly radial structure from the observation of the fracture surface.

参考例2(無機繊維IIの製造) 参考例1で得られたFCCスラリーオイル200gを2l/分の窒
素ガス気流下450℃で0.5時間加熱し、同温度における留
出分を留去後、残渣を200℃にて熱時濾過を行い、同温
度における不融部を除去し、軽質分除去ピッチ57gを得
た。
Reference Example 2 (Production of Inorganic Fiber II) 200 g of the FCC slurry oil obtained in Reference Example 1 was heated at 450 ° C. for 0.5 hours under a nitrogen gas flow of 2 l / min, and the distillate was distilled off at the same temperature. Was hot filtered at 200 ° C. to remove the infusible portion at the same temperature to obtain 57 g of a light material removal pitch.

この軽質分除去ピッチは25%のキシレン不溶分を含んで
いた。
The light content removal pitch contained 25% xylene insoluble matter.

この軽質分除去ピッチ57gに参考例1で得られた有機珪
素重合体25g及びキシレン20mlを加え、攪拌しながら昇
温し、キシレンを留去後、400℃で6時間反応させ51gの
ランダム共重合体(1)を得た。
25 g of the organosilicon polymer obtained in Reference Example 1 and 20 ml of xylene were added to 57 g of this light component removal pitch, the temperature was raised with stirring, xylene was distilled off, and the mixture was allowed to react at 400 ° C. for 6 hours to give 51 g of random copolymerization. Coalescence (1) was obtained.

この反応生成物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-1
の減少、及び新たなSi−C(ベンゼン環の炭素)結合
(IR:1135cm-1)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 reaction product was found to have Si-H bonds (IR: 2100 cm -1 ) present in the organosilicon polymer.
And the formation of a new Si-C (carbon of benzene ring) bond (IR: 1135cm -1 ) was observed, so that some of the silicon atoms of the organosilicon polymer were directly bonded to the polycyclic aromatic ring. It was found to be a copolymer having a portion.

このランダム共重合体(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℃で、軟化点が3
10℃であった。
This random copolymer (1) does not contain a xylene-insoluble portion, has a weight average molecular weight of 1400, a melting point of 265 ° C and a softening point of 3
It was 10 ° C.

一方、前記軽質分除去ピッチ180gを窒素気流下、反応に
より生成する軽質分を除去しながら400℃で8時間縮重
合を行い、熱処理ピッチ97.2gを得た。
On the other hand, 180 g of the light content removal pitch was subjected to polycondensation at 400 ° C. for 8 hours under a nitrogen stream while removing the light content produced by the reaction to obtain a heat treated pitch of 97.2 g.

この熱処理ピッチは融点263℃、軟化点308℃、キシレン
不溶分77%、キノリン不溶分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重合体(2)であった。
This heat-treated pitch contains a melting point of 263 ° C, a softening point of 308 ° C, xylene insoluble content of 77%, and quinoline insoluble content of 31%. It was a group polymer (2).

このメソフェーズ多環状芳香族重合体(2)90gと前記
ランダム共重合体(1)6.4gを混合し、窒素雰囲気下、
380℃で一時間溶融加熱し、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 polymer (2) and 6.4 g of the random copolymer (1) were mixed, and under a nitrogen atmosphere,
It was melted and heated at 380 ° C. for 1 hour to obtain a silicon-containing polycyclic aromatic polymer in a uniform state.

この重合体は、融点が267℃で、軟化点が315℃で、70%
のキシレン不溶分を含んでいた。
This polymer has a melting point of 267 ° C, a softening point of 315 ° C and 70%.
It contained xylene insoluble matter.

上記珪素含有多環状芳香族重合体を紡糸用原料とし、ノ
ズル径0.15mm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IIを得た。
Using the silicon-containing polycyclic aromatic polymer as a raw material for spinning, using a metal nozzle having a nozzle diameter of 0.15 mm, melt spinning at 360 ° C., the obtained spinning raw yarn is oxidized in air at 300 ° C.,
It was made infusible and was further fired at 1300 ° C. in an argon atmosphere to obtain an inorganic fiber II having a diameter of 8 μm.

この繊維は引張強度が320kg/mm2、引張弾性率26t/mm2
あり、破壊面の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 / mm 2 and a tensile elastic modulus of 26 t / mm 2 , and had a clearly radial structure from the observation of the fracture surface.

この無機繊維II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を行った
結果、この無機繊維II中の珪素含有率は0.95%であるこ
とがわかった。
The inorganic fiber II was ground, alkali-melted, treated with hydrochloric acid to form an aqueous solution, and then subjected to high-frequency plasma emission spectroscopic analysis. As a result, it was found that the silicon content in the inorganic fiber II was 0.95%.

参考例3(無機繊維IIIの製造) メソフェーズ多環状芳香族化合物(2)97gとランダム
共重合体(1)3gを混合し、400℃で溶融加熱した以外
は参考例2と同様にして珪素含有多環状芳香族重合体を
得た。
Reference Example 3 (Production of Inorganic Fiber III) Mesophase polycyclic aromatic compound (2) 97 g and random copolymer (1) 3 g were mixed and silicon-containing was carried out in the same manner as in Reference Example 2 except that the mixture was melt-heated at 400 ° C. A polycyclic aromatic polymer was obtained.

この重合体は、融点が272℃で、軟化点が319℃で、71%
のキシレン不溶分を含んでいた。
This polymer has a melting point of 272 ° C, a softening point of 319 ° C and 71%.
It contained xylene insoluble matter.

上記高分子量物を参考例2と同様に紡糸、不融化後、ア
ルゴン雰囲気中、2500℃で焼成し、直径7.2μの無機繊
維IIIを得た。
The above high molecular weight material was spun and infusibilized in the same manner as in Reference Example 2 and then fired at 2500 ° C. in an argon atmosphere to obtain an inorganic fiber III having a diameter of 7.2 μm.

この繊維の引張強度は335kg/mm2、引張弾性率53t/mm2
あった。
The tensile strength of this fiber was 335 kg / mm 2 , and the tensile elastic modulus was 53 t / mm 2 .

この無機繊維III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を行っ
た結果、この無機繊維III中の珪素含有率は0.42%であ
ることがわかった。
This inorganic fiber III was ground, alkali-melted, treated with hydrochloric acid to obtain an aqueous solution, and then subjected to high-frequency plasma emission spectroscopic analysis. As a result, it was found that the silicon content in this inorganic fiber III was 0.42%.

参考例4(炭化珪素繊維の製造) 比較例7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 4 (Production of Silicon Carbide Fiber) The silicon carbide fiber obtained from only polycarbosilane used in Comparative Example 7 was produced 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℃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℃で
焼成して、繊維径13μ、引張強度が300kg/mm2、引張弾
性率16t/mm2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。
To 100 parts by weight of polydimethylsilane synthesized by dechlorinating and condensing dimethyldichlorosilane with sodium metal, 3 parts by weight of polyborosiloxane was added and heat-condensed at 350 ° C. in nitrogen to obtain the compound represented by the formula (Si—CH 2 A polycarbosilane having a main chain skeleton mainly composed of carbosilane units, and having a hydrogen atom and a methyl group in the silicon atom of the carbosilane units was obtained. This polymer is melt-spun and blown in air at 190
Infusibilization treatment at ℃, followed by firing in nitrogen at 1300 ℃, fiber diameter 13μ, tensile strength 300kg / mm 2 , tensile elastic modulus 16t / mm 2 silicon carbide mainly composed of silicon, carbon and oxygen Fiber was obtained.

実施例1 厚さ0.5mmの純アルミニウム箔(JIS規格1070)の上に、
無機繊維Iを単軸方向に配列し、その上に上記アルミニ
ウム箔をかぶせ、670℃の温度の熱間ロールにより、繊
維とアルミニウムを複合させた複合箔を製造した。この
複合箔を27枚重ねて、真空下、670℃の温度で10分間放
置後、さらに600℃でホットプレスして、無機繊維強化
アルミニウム複合材料を製造した。
Example 1 On a 0.5 mm thick pure aluminum foil (JIS standard 1070),
Inorganic fibers I were arranged in a uniaxial direction, the aluminum foil was covered on the inorganic fibers I, and a hot roll at a temperature of 670 ° C. was used to produce a composite foil in which the fibers and aluminum were composited. Twenty-seven of these composite foils were stacked, left under vacuum at a temperature of 670 ° C. for 10 minutes, and then hot pressed at 600 ° C. to produce an inorganic fiber-reinforced aluminum composite material.

無機繊維については、初期反応劣化速度(kg/mm2・sec
-1)及び繊維強度低下率(%)を測定し、また複合材料
については、繊維方向の引張強度(kg/mm2)、繊維方向
の引張弾性率(t/mm2)、層間剪断強度(kg/mm2)、繊
維に垂直方向の引張強度(kg/mm2)及び疲労限度/引張
強度を測定した。結果を第1表に示した。なお、Vfは30
体積%であった。
For inorganic fibers, initial reaction deterioration rate (kg / mm 2 · sec
-1 ) and fiber strength reduction rate (%), and for composite materials, tensile strength in the fiber direction (kg / mm 2 ), tensile elastic modulus in the fiber direction (t / mm 2 ), interlaminar shear strength ( kg / mm 2 ), tensile strength in the direction perpendicular to the fiber (kg / mm 2 ), and fatigue limit / tensile strength were measured. The results are shown in Table 1. Note that V f is 30
It was% by volume.

比較例1 本発明に使用する無機繊維の代わりに、引張強度が300k
g/mm2、弾性率が21t/mm2の市販PAN系炭素繊維を用いた
他は、実施例1と同様にして炭素繊維強化アルミニウム
複合材料を製造すると共に前記特性値を測定した。結果
を第1表に併記した。なお、Vfは30体積%であった。
Comparative Example 1 Instead of the inorganic fiber used in the present invention, the tensile strength was 300 k.
A carbon fiber-reinforced aluminum composite material was produced in the same manner as in Example 1 except that a commercially available PAN-based carbon fiber having a g / mm 2 and an elastic modulus of 21 t / mm 2 was used, and the characteristic values were measured. The results are also shown in Table 1. The V f was 30% by volume.

実施例2 アルミニウム合金箔(JIS規格6061)を用いた以外は実
施例1と同様にして繊維強化金属を製造するとともに前
記特性値を測定した。結果を第2表に示した。
Example 2 A fiber reinforced metal was produced and the characteristic values were measured in the same manner as in Example 1 except that an aluminum alloy foil (JIS standard 6061) was used. The results are shown in Table 2.

比較例2 無機繊維の代わりに比較例1記載の炭素繊維を用いた以
外は実施例2と同様にして炭素繊維強化アルミニウム複
合材料を製造するとともに前記特性値を測定した。結果
を第2表に併記した。
Comparative Example 2 A carbon fiber-reinforced aluminum composite material was produced in the same manner as in Example 2 except that the carbon fiber described in Comparative Example 1 was used instead of the inorganic fiber, and the characteristic values were measured. The results are also shown in Table 2.

実施例3 無機繊維Iを単軸方向に配列したものに溶射装置を用い
てチタン金属を0.1〜10μの厚さに被覆した。この無機
繊維を積層配列し、積層の間隙をチタン粉末で充填して
加圧成形し、該成形体を水素ガス雰囲気下、520℃で3
時間予備焼成した後、さらにアルゴン雰囲気下1150℃
で、200kg/cm2の圧力をかけながら3時間ホットプレス
して、無機繊維強化チタニウム複合材料を得た。
Example 3 Titanium metal was coated on the inorganic fibers I arranged in a uniaxial direction with a thickness of 0.1 to 10 μm by using a thermal spraying device. The inorganic fibers were laminated and arranged, the gaps between the laminated layers were filled with titanium powder and pressure-molded, and the molded body was subjected to hydrogen gas atmosphere at 520 ° C. for 3
After pre-baking for 1 hour, it is further heated to 1150 ° C in an argon atmosphere.
Then, hot pressing was performed for 3 hours while applying a pressure of 200 kg / cm 2 , to obtain an inorganic fiber reinforced titanium composite material.

無機繊維については、初期反応劣化速度(kg/mm2・sec
-1)及び繊維強度低下率(%)を測定し、複合材料につ
いては、繊維方向の引張強度(kg/mm2)、層間剪断強度
(kg/mm2)、繊維に垂直方向の引張強度(kg/mm2)及び
疲労限度/引張強度を測定した。結果を第3表に示し
た。
For inorganic fibers, initial reaction deterioration rate (kg / mm 2 · sec
-1 ) and fiber strength reduction rate (%) were measured. For composite materials, tensile strength in the fiber direction (kg / mm 2 ), interlaminar shear strength (kg / mm 2 ), tensile strength in the direction perpendicular to the fiber ( kg / mm 2 ) and fatigue limit / tensile strength were measured. The results are shown in Table 3.

得られた複合材料の繊維方向の引張強度は120kg/mm
2で、チタニウム金属のみの引張強度のおよそ2倍であ
った。なお、Vfは45体積%であった。
The tensile strength of the obtained composite material in the fiber direction is 120 kg / mm.
At 2 , it was about twice the tensile strength of titanium metal alone. The V f was 45% by volume.

比較例3 無機繊維の代わりに比較例1記載の炭素繊維を用いた以
外は実施例3と同様にして炭素繊維強化チタニウム複合
材料を製造するとともに前記特性値を測定した。結果を
第3表に併記した。
Comparative Example 3 A carbon fiber-reinforced titanium composite material was produced in the same manner as in Example 3 except that the carbon fiber described in Comparative Example 1 was used instead of the inorganic fiber, and the characteristic values were measured. The results are also shown in Table 3.

実施例4 無機繊維Iを単軸方向に配列したものに溶射装置を用い
てチタン合金(Ti−6Al−4V)を0.1〜10μの厚さに被覆
した。この無機繊維を積層配列し、積層の間隙をチタン
粉末で充填して加圧成形し、該成形体を水素ガス雰囲気
下、520℃で3時間予備焼成した後、さらにアルゴン雰
囲気下1150℃で、200kg/cm2の圧力をかけながら3時間
ホットプレスして、無機繊維強化チタニウム複合材料を
得た。
Example 4 An inorganic fiber I arranged in a uniaxial direction was coated with a titanium alloy (Ti-6Al-4V) to a thickness of 0.1 to 10 μm by using a thermal spraying device. The inorganic fibers were laminated and arranged, the gap between the laminated layers was filled with titanium powder and pressure-molded, and the molded body was pre-baked at 520 ° C. for 3 hours in a hydrogen gas atmosphere, and then at 1150 ° C. in an argon atmosphere. Hot pressing was performed for 3 hours while applying a pressure of 200 kg / cm 2 to obtain an inorganic fiber reinforced titanium composite material.

無機繊維については、初期反応劣化速度(kg/mm2・sec
-1)及び繊維強度低下率(%)を測定し、また複合材料
については、層間剪断強度(kg/mm2)、繊維に垂直方向
の引張強度(kg/mm2)及び疲労限度/引張強度を測定し
た。結果を表4に示した。なお、Vfは45体積%であっ
た。
For inorganic fibers, initial reaction deterioration rate (kg / mm 2 · sec
-1 ) and fiber strength reduction rate (%), and for composite materials, interlaminar shear strength (kg / mm 2 ), tensile strength in the direction perpendicular to the fiber (kg / mm 2 ), and fatigue limit / tensile strength Was measured. The results are shown in Table 4. The V f was 45% by volume.

比較例4 無機繊維の代わりに比較例1記載の炭素繊維を用いた以
外は実施例4と同様にして炭素繊維強化チタニウム複合
材料を製造するとともに前記特性値を測定した。結果を
表4に併記した。
Comparative Example 4 A carbon fiber-reinforced titanium composite material was produced in the same manner as in Example 4 except that the carbon fiber described in Comparative Example 1 was used instead of the inorganic fiber, and the characteristic values were measured. The results are also shown in Table 4.

実施例5 厚さ0.5mmの純マグネシウム箔の上に、無機繊維Iを単
軸方向に配列し、その上に上記マグネシウム箔をかぶ
せ、670℃の温度の熱間ロールにより、繊維とマグネシ
ウムを複合させた複合箔を製造した。この複合箔を27枚
重ねて、真空下、670℃の温度で10分間放置後、さらに6
00℃でホットプレスして、無機繊維強化マグネシウム複
合材料を製造した。
Example 5 Inorganic fibers I are uniaxially arranged on a pure magnesium foil having a thickness of 0.5 mm, the magnesium foil is covered on the inorganic fibers I, and the fibers and magnesium are combined by a hot roll at a temperature of 670 ° C. The produced composite foil was manufactured. After stacking 27 sheets of this composite foil and leaving them under vacuum at a temperature of 670 ° C for 10 minutes,
An inorganic fiber reinforced magnesium composite material was manufactured by hot pressing at 00 ° C.

無機繊維については、初期反応劣化速度(kg/mm2・sec
-1)及び繊維強度低下率(%)を測定し、複合材料につ
いては層間剪断強度(kg/mm2)、繊維に垂直方向の引張
強度(kg/mm2)及び疲労限度/引張強度を測定した。な
お、Vfは30体積%であった。結果を表5に示した。
For inorganic fibers, initial reaction deterioration rate (kg / mm 2 · sec
-1 ) and fiber strength reduction rate (%), and for composite materials, interlayer shear strength (kg / mm 2 ), tensile strength in the direction perpendicular to the fiber (kg / mm 2 ), and fatigue limit / tensile strength did. The V f was 30% by volume. The results are shown in Table 5.

比較例5 無機繊維の代わりに比較例1記載の炭素繊維を用いた以
外は実施例5と同様にして炭素繊維強化マグネシウム複
合材料を製造するとともに前記特性値を測定した。結果
を表5に併記した。
Comparative Example 5 A carbon fiber-reinforced magnesium composite material was produced and the characteristic values were measured in the same manner as in Example 5 except that the carbon fiber described in Comparative Example 1 was used instead of the inorganic fiber. The results are also shown in Table 5.

実施例6 厚さ0.5mmのマグネシウム合金箔(JIS規格A891)の上
に、無機繊維Iを単軸方向に配列し、その上に上記マグ
ネシウム合金箔をかぶせ、670℃の温度の熱間ロールに
より、繊維とマグネシウム合金を複合させた複合箔を製
造した。この複合箔を27枚重ねて、真空下、670℃の温
度で10分間放置後、さらに600℃でホットプレスして、
無機繊維強化マグネシウム複合材料を製造した。
Example 6 On a magnesium alloy foil (JIS standard A891) having a thickness of 0.5 mm, inorganic fibers I were arranged in a uniaxial direction, the magnesium alloy foil was covered with the inorganic fibers I, and a hot roll at a temperature of 670 ° C. was used. , A composite foil in which a fiber and a magnesium alloy were composited was manufactured. 27 sheets of this composite foil are piled up, left under vacuum at a temperature of 670 ° C for 10 minutes, and then hot pressed at 600 ° C,
An inorganic fiber reinforced magnesium composite material was produced.

無機繊維については、初期反応劣化速度(kg/mm2・sec
-1)及び繊維強度低下率(%)を測定し、複合材料につ
いては層間剪断強度(kg/mm2)、繊維に垂直方向の引張
強度(kg/mm2)及び疲労限度/引張強度を測定した。結
果を表6に示した。なお、Vfは30体積%であった。
For inorganic fibers, initial reaction deterioration rate (kg / mm 2 · sec
-1 ) and fiber strength reduction rate (%), and for composite materials, interlayer shear strength (kg / mm 2 ), tensile strength in the direction perpendicular to the fiber (kg / mm 2 ), and fatigue limit / tensile strength did. The results are shown in Table 6. The V f was 30% by volume.

比較例6 無機繊維の代わりに比較例1記載の炭素繊維を用いた以
外は実施例6と同様にして炭素繊維強化マグネシウム複
合材料を製造するとともに前記特性値を測定した。結果
を表6に併記した。
Comparative Example 6 A carbon fiber-reinforced magnesium composite material was produced in the same manner as in Example 6 except that the carbon fiber described in Comparative Example 1 was used instead of the inorganic fiber, and the characteristic values were measured. The results are also shown in Table 6.

比較例7 参考例3で得た炭化珪素繊維を用いた以外は実施例1と
同様にして炭化珪素繊維強化アルミニウム複合材料を製
造した。
Comparative Example 7 A silicon carbide fiber-reinforced aluminum composite material was produced in the same manner as in Example 1 except that the silicon carbide fiber obtained in Reference Example 3 was used.

得られた複合材料の引張強度は、実施例1で得られた複
合材料の引張強度と同程度であったが、引張弾性率は6.
3t/mm2であった。なお、Vfは30体積%であった。
The tensile strength of the obtained composite material was similar to that of the composite material obtained in Example 1, but the tensile modulus was 6.
It was 3 t / mm 2 . The V f was 30% by volume.

実施例7 厚さ0.5mmの純アルミニウム箔(JIS規格1070)の上に、
無機繊維IIを単軸方向に配列し、その上に上記アルミニ
ウム箔をかぶせ、670℃の温度の熱間ロールにより、繊
維とアルミニウムを複合させた複合箔を製造した。この
複合箔を27枚重ねて、真空下、670℃の温度で10分間放
置後、さらに600℃でホットプレスして、無機繊維強化
アルミニウム複合材料を製造した。
Example 7 On a pure aluminum foil (JIS standard 1070) having a thickness of 0.5 mm,
Inorganic fibers II were arranged in a uniaxial direction, the aluminum foil was covered on the inorganic fibers II, and a hot roll at a temperature of 670 ° C. was used to produce a composite foil in which the fibers and aluminum were composited. Twenty-seven of these composite foils were stacked, left under vacuum at a temperature of 670 ° C. for 10 minutes, and then hot pressed at 600 ° C. to produce an inorganic fiber-reinforced aluminum composite material.

無機繊維については、初期反応劣化速度(kg/mm2・sec
-1)及び繊維強度低下率(%)を測定し、また複合材料
については、繊維方向の引張強度(kg/mm2)、繊維方向
の引張弾性率(t/mm2)、層間剪断強度(kg/mm2)、繊
維に垂直方向の引張強度(kg/mm2)及び疲労限度/引張
強度を測定した。結果を比較例1の結果と共に第7表に
示した。なお、Vfは30体積%であった。
For inorganic fibers, initial reaction deterioration rate (kg / mm 2 · sec
-1 ) and fiber strength reduction rate (%), and for composite materials, tensile strength in the fiber direction (kg / mm 2 ), tensile elastic modulus in the fiber direction (t / mm 2 ), interlaminar shear strength ( kg / mm 2 ), tensile strength in the direction perpendicular to the fiber (kg / mm 2 ), and fatigue limit / tensile strength were measured. The results are shown in Table 7 together with the results of Comparative Example 1. The V f was 30% by volume.

実施例8 アルミニウム合金箔(JIS規格6061)を用いた以外は実
施例7と同様にして繊維強化金属を製造するとともに前
記特性値を測定した。結果を比較例2の結果と共に第8
表に示した。
Example 8 A fiber reinforced metal was produced in the same manner as in Example 7 except that an aluminum alloy foil (JIS standard 6061) was used, and the characteristic values were measured. The results are shown in Example 8 together with the results of Comparative Example 2.
Shown in the table.

実施例9 無機繊維IIを単軸方向に配列したものに溶射装置を用い
てチタン金属を0.1〜10μの厚さに被覆した。この無機
繊維を積層配列し、積層の間隙をチタン粉末で充填して
加圧成形し、該成形体を水素ガス雰囲気下、520℃で3
時間予備焼成した後、さらにアルゴン雰囲気下1150℃
で、200kg/cm2の圧力をかけながら3時間ホットプレス
して、無機繊維強化チタニウム複合材料を得た。
Example 9 An inorganic fiber II arranged in a uniaxial direction was coated with titanium metal to a thickness of 0.1 to 10 μm by using a thermal spraying device. The inorganic fibers were laminated and arranged, the gaps between the laminated layers were filled with titanium powder and pressure-molded, and the molded body was subjected to hydrogen gas atmosphere at 520 ° C. for 3
After pre-baking for 1 hour, it is further heated to 1150 ° C in an argon atmosphere.
Then, hot pressing was performed for 3 hours while applying a pressure of 200 kg / cm 2 , to obtain an inorganic fiber reinforced titanium composite material.

無機繊維については、初期反応劣化速度(kg/mm2・sec
-1)及び繊維強度低下率(%)を測定し、複合材料につ
いては、繊維方向の引張強度(kg/mm2)、層間剪断強度
(kg/mm2)、繊維に垂直方向の引張強度(kg/mm2)及び
疲労限度/引張強度を測定した。結果を比較例3の結果
と共第に9表に示した。
For inorganic fibers, initial reaction deterioration rate (kg / mm 2 · sec
-1 ) and fiber strength reduction rate (%) were measured. For composite materials, tensile strength in the fiber direction (kg / mm 2 ), interlaminar shear strength (kg / mm 2 ), tensile strength in the direction perpendicular to the fiber ( kg / mm 2 ) and fatigue limit / tensile strength were measured. The results are shown in Table 9 together with the results of Comparative Example 3.

得られた複合材料の繊維方向の引張強度は122kg/mm
2で、チタニウム金属のみの引張強度のおよそ2倍であ
った。なお、Vfは45体積%であった。
The tensile strength of the obtained composite material in the fiber direction is 122 kg / mm.
At 2 , it was about twice the tensile strength of titanium metal alone. The V f was 45% by volume.

実施例10 無機繊維IIを単軸方向に配列したものに溶射装置を用い
てチタン合金(Ti−6Al−4V)を0.1〜10μの厚さに被覆
した。この無機繊維を積層配列し、積層の間隙をチタン
粉末で充填して加圧成形し、該成形体を水素ガス雰囲気
下、520℃で3時間予備焼成した後、さらにアルゴン雰
囲気下1150℃で、200kg/cm2の圧力をかけながら3時間
ホットプレスして、無機繊維強化チタニウム複合材料を
得た。
Example 10 A titanium alloy (Ti-6Al-4V) having a thickness of 0.1 to 10 μm was coated on an inorganic fiber II arranged in a uniaxial direction by using a thermal spraying device. The inorganic fibers were laminated and arranged, the gap between the laminated layers was filled with titanium powder and pressure-molded, and the molded body was pre-baked at 520 ° C. for 3 hours in a hydrogen gas atmosphere, and then at 1150 ° C. in an argon atmosphere. Hot pressing was performed for 3 hours while applying a pressure of 200 kg / cm 2 to obtain an inorganic fiber reinforced titanium composite material.

無機繊維については、初期反応劣化速度(kg/mm2・sec
-1)及び繊維強度低下率(%)を測定し、また複合材料
については、層間剪断強度(kg/mm2)、繊維に垂直方向
の引張強度(kg/mm2)及び疲労限度/引張強度を測定し
た。結果を比較例4の結果と共に第10表に示した。
For inorganic fibers, initial reaction deterioration rate (kg / mm 2 · sec
-1 ) and fiber strength reduction rate (%), and for composite materials, interlaminar shear strength (kg / mm 2 ), tensile strength in the direction perpendicular to the fiber (kg / mm 2 ), and fatigue limit / tensile strength Was measured. The results are shown in Table 10 together with the results of Comparative Example 4.

なお、Vfは45体積%であった。The V f was 45% by volume.

実施例11 厚さ0.5mmの純マグネシウム箔の上に、無機繊維IIを単
軸方向に配列し、その上に上記マグネシウム箔をかぶ
せ、670℃の温度の熱間ロールにより、繊維とマグネシ
ウムを複合させた複合箔を製造した。この複合箔を27枚
重ねて、真空下、670℃の温度で10分間放置後、さらに6
00℃でホットプレスして、無機繊維強化マグネシウム複
合材料を製造した。
Example 11 On a pure magnesium foil having a thickness of 0.5 mm, inorganic fibers II were uniaxially arranged, and the magnesium foil was covered thereon, and the fibers and magnesium were combined by a hot roll at a temperature of 670 ° C. The produced composite foil was manufactured. After stacking 27 sheets of this composite foil and leaving them under vacuum at a temperature of 670 ° C for 10 minutes,
An inorganic fiber reinforced magnesium composite material was manufactured by hot pressing at 00 ° C.

無機繊維については、初期反応劣化速度(kg/mm2・sec
-1)及び繊維強度低下率(%)を測定し、複合材料につ
いては層間剪断強度(kg/mm2)、繊維に垂直方向の引張
強度(kg/mm2)及び疲労限度/引張強度を測定した。な
お、Vfは30体積%であった。結果を比較例5の結果と共
に第11表に示した。
For inorganic fibers, initial reaction deterioration rate (kg / mm 2 · sec
-1 ) and fiber strength reduction rate (%), and for composite materials, interlayer shear strength (kg / mm 2 ), tensile strength in the direction perpendicular to the fiber (kg / mm 2 ), and fatigue limit / tensile strength did. The V f was 30% by volume. The results are shown in Table 11 together with the results of Comparative Example 5.

実施例12 厚さ0.5mmのマグネシウム合金箔(JIS規格A891)の上
に、無機繊維IIを単軸方向に配列し、その上に上記マグ
ネシウム合金箔をかぶせ、670℃の温度の熱間ロールに
より、繊維とマグネシウム合金を複合させた複合箔を製
造した。この複合箔を27枚重ねて、真空下、670℃の温
度で10分間放置後、さらに600℃でホットプレスして、
無機繊維強化マグネシウム複合材料を製造した。
Example 12 A 0.5 mm thick magnesium alloy foil (JIS standard A891) was uniaxially arranged with inorganic fibers II, and the magnesium alloy foil was covered on the inorganic fibers II by a hot roll at a temperature of 670 ° C. , A composite foil in which a fiber and a magnesium alloy were composited was manufactured. 27 sheets of this composite foil are piled up, left under vacuum at a temperature of 670 ° C for 10 minutes, and then hot pressed at 600 ° C,
An inorganic fiber reinforced magnesium composite material was produced.

無機繊維については、初期反応劣化速度(kg/mm2・sec
-1)及び繊維強度低下率(%)を測定し、複合材料につ
いては層間剪断強度(kg/mm2)、繊維に垂直方向の引張
強度(kg/mm2)及び疲労限度/引張強度を測定した。結
果を比較例6の結果と共に第12表に示した。なお、Vf
30体積%であった。
For inorganic fibers, initial reaction deterioration rate (kg / mm 2 · sec
-1 ) and fiber strength reduction rate (%), and for composite materials, interlayer shear strength (kg / mm 2 ), tensile strength in the direction perpendicular to the fiber (kg / mm 2 ), and fatigue limit / tensile strength did. The results are shown in Table 12 together with the result of Comparative Example 6. Note that V f is
It was 30% by volume.

実施例13 参考例3で得た無機繊維IIIを用いた以外は実施例7と
同様にして無機繊維強化アルミニウム複合材を製造し
た。なお、Vfは30体積%であった。
Example 13 An inorganic fiber-reinforced aluminum composite material was produced in the same manner as in Example 7 except that the inorganic fiber III obtained in Reference Example 3 was used. The V f was 30% by volume.

得られた複合材の引張強度は実施例7でえられたものと
同程度であったが、引張弾性率は15.2t/mm2であった。
The tensile strength of the obtained composite material was about the same as that obtained in Example 7, but the tensile elastic modulus was 15.2 t / mm 2 .

フロントページの続き (72)発明者 渋谷 昌樹 山口県宇部市大字小串1978番地の5 宇部 興産株式会社宇部研究所内 審査官 奥井 正樹Front page continuation (72) Inventor Masaki Shibuya 5 1978, Kogushi, Ube, Ube City, Yamaguchi Prefecture Masaki Okui, Examiner, Ube Laboratory, Ube Industries, Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】無機繊維を強化材とし、金属または合金を
マトリックスとする無機繊維強化金属複合材料におい
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SiOx(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;0.5〜10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ることを特徴と
する無機繊維強化金属複合材料。
1. An inorganic fiber reinforced metal composite material comprising an inorganic fiber as a reinforcing material and a metal or alloy as a matrix, wherein the inorganic fiber is an inorganic fiber obtained from a silicon-containing polycyclic aromatic polymer, The component is i) at least one 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 which constitutes the polymer. A carbonaceous material showing a crystalline alignment state, ii) a non-oriented crystalline carbon and / or amorphous material derived from an optically isotropic polycyclic aromatic compound containing an organic solvent insoluble component constituting the polymer Carbon, and iii) crystalline amorphous particles consisting essentially of Si, C and O and / or crystalline ultrafine particles consisting essentially of β-SiC having a particle size of 500 Å or less and amorphous S Si-C-, which is an aggregate composed of iO x (0 <x ≦ 2), in which the proportion of constituent elements is Si; 30 to 70% by weight, C; 20 to 60% by weight, and O; 0.5 to 10% by weight. An inorganic fiber reinforced metal composite material, which is a high-strength, high-modulus inorganic fiber made of an O substance.
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