JPH09217234A - 炭化ケイ素系セラミツクス繊維 - Google Patents

炭化ケイ素系セラミツクス繊維

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JPH09217234A
JPH09217234A JP4537496A JP4537496A JPH09217234A JP H09217234 A JPH09217234 A JP H09217234A JP 4537496 A JP4537496 A JP 4537496A JP 4537496 A JP4537496 A JP 4537496A JP H09217234 A JPH09217234 A JP H09217234A
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JP
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ceramic fiber
oxygen
fiber
carbon
silicon carbide
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JP4537496A
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Inventor
Kazuo Osumi
和生 大角
Takamoto Suzuki
隆元 鈴木
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Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 還元性雰囲気で熱処理することにより、セラ
ミツクス繊維の表層部の酸素量を低減し、耐酸化性およ
び耐熱分解性を向上させた炭化ケイ素系セラミツクス繊
維を得る。 【解決手段】 ケイ素、チタンまたはジルコニウム、炭
素、酸素からなる炭化ケイ素系セラミツクス繊維、また
はケイ素、炭素、酸素からなる炭化ケイ素系セラミツク
ス繊維において、同一断面上で表面から内部にかけて酸
素量が減少し、かつ表面の酸素量および炭素量と、表面
からの深さが0.1μm以上の中心部の酸素量および炭
素量との差がそれぞれ5wt%以内になるようにする。炭
化ケイ素系セラミツクス繊維は、非晶質の物質と、結晶
子の大きさが50nm以下の結晶質の炭化物とから構成
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は繊維強化セラミツク
ス複合体などに用いるセラミツクス繊維、例えばデイー
ゼル機関の排気微粒子を濾過するフイルタなどに用いる
耐熱性に優れた炭化ケイ素系セラミツクス繊維に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】高温で使用するセラミツクス繊維や高温
で焼結する繊維強化セラミツクス複合体には、炭素、窒
化ホウ素、炭化ケイ素などをコーテイングした炭化ケイ
素系セラミツクス繊維が使用されている。従来の炭化ケ
イ素系セラミツクス繊維は、高温の酸化雰囲気では、セ
ラミツクス繊維に含まれる過剰炭素および過剰酸素が原
因でセラミツクス繊維の表面に二酸化ケイ素(SiO2)が
形成され、基材との熱膨張差により割れや剥離が生じ、
強度の低下を来す。また、高温の不活性雰囲気では、熱
分解により炭化ケイ素が生成し、成長に伴なつて強度が
低下する。
【0003】また、従来の有機ケイ素ポリマーを原料に
し、紡糸・焼成を行つて作製する炭化ケイ素系セラミツ
クス繊維には、工程上12〜20wt%の酸素が含まれ、
特にセラミツクス繊維の内心部ないし中心部に比べて表
層部に含まれる酸素量が多くなる特性を有していた。
【0004】炭化ケイ素系セラミツクス繊維の表層部に
含まれる酸素量を少なくし、耐熱性を向上するために、
紡糸に続く不融化時に電子線を照射してセラミツクス繊
維に含まれる酸素量を低減する方法は、製造経費が非常
に高くなる。また、CVD 法(CHEMICAL VAPOR DEPOSITIO
N) によりセラミツクス繊維の表面に炭化ケイ素の被膜
を形成する方法は、1300℃以上の熱処理温度を必要
とするために、セラミツクス繊維の強度が著しく低下し
てしまう。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は上述の
問題に鑑み、還元性雰囲気で熱処理することにより、セ
ラミツクス繊維の表層部の酸素量を低減し、耐酸化性お
よび耐熱分解性を向上させた炭化ケイ素系セラミツクス
繊維を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の構成はケイ素、チタンまたはジルコニウ
ム、炭素、酸素からなる炭化ケイ素系セラミツクス繊
維、またはケイ素、炭素、酸素からなる炭化ケイ素系セ
ラミツクス繊維において、同一断面上で表面から内部に
かけて酸素量が減少し、かつ表面の酸素量および炭素量
と、表面からの深さが0.1μm以上の中心部の酸素量
および炭素量との差が、それぞれ5wt%以内であること
を特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】Si-C-O(ニカロン)繊維、Si-Ti-
C-O (チラノ)繊維またはSi-Zr-C-O 繊維を水素、一酸
化炭素などの還元性雰囲気で熱処理することにより、繊
維の構成元素量、結晶相、結晶子の大きさ(サイズ)
が、繊維の内心部ないし中心部から表面に至るまでほぼ
均質な断面組織を有し、耐酸化性と耐熱分解性を有する
炭化ケイ素系セラミツクス繊維を得る。
【0008】
【実施例】本発明による炭化ケイ素系セラミツクス繊維
は、市販のSi-C-O(商品名ニカロン)繊維、Si-Ti-C-O
(商品名チラノ)繊維、またはSi-Zr-C-O 繊維を、温度
900〜1100℃の水素、一酸化炭素などの還元性ガ
ス気流中で0.5〜10時間加熱処理したものである。
【0009】本発明によるセラミツクス繊維の断面を観
察した結果、変質相や被覆層は特に見られず、また繊維
強化セラミツクス複合体における、基材とセラミツクス
繊維との界面も認められなかつた。
【0010】本発明によるセラミツクス繊維と従来のセ
ラミツクス繊維(つまり熱処理前のセラミツクス繊維)
とについて、走査型オージエ電子分析装置により、繊維
に含まれる酸素と炭素の量をそれぞれ分析した。図1に
破線で示すように、従来のセラミツクス繊維では、セラ
ミツクス繊維に含まれる酸素量がセラミツクス繊維の中
心部から表面に向かつて次第に増加し、逆に炭素量が次
第に減少している。これに対し、本発明によるセラミツ
クス繊維では、図1に実線で示すように、セラミツクス
繊維に含まれる酸素と炭素の量は、セラミツクス繊維の
中心部から表面まで、大きな変化は見られず、組成が均
質なものになつている。特に、本発明によるセラミツク
ス繊維の表面から深さ0.1μmまでの表層部に含まれ
る酸素量(19wt%)および炭素量(55wt%)と、セ
ラミツクス繊維の中心部(繊維の表面からの深さが0.
1μm以上)に含まれる酸素量(15wt%)および炭素
量(60wt%)との差は、それぞれ5wt%以内である。
【0011】本発明によるセラミツクス繊維と従来のセ
ラミツクス繊維とについてのX線回析の結果では、熱処
理を施さなかつた従来のセラミツクス繊維には非晶質の
二酸化ケイ素(SiO2)のピークが見られたが、本発明に
よるセラミツクス繊維には、非晶質の二酸化ケイ素(Si
O2)のピークは見られなかつた。また、本発明によるセ
ラミツクス繊維の炭化ケイ素(SiC )のピークについて
は、従来のセラミツクス繊維との差は見られなかつた。
これはセラミツクス繊維の表層部の二酸化ケイ素(Si
O2)が還元されて、酸素は二酸化炭素(CO2 )ガスにな
つた放散され、ケイ素は炭化ケイ素になつて表層部に残
つたことによるものと考えられる。
【0012】本発明による炭化ケイ素系セラミツクス繊
維についての、X線回折の回折強度およびピーク幅か
ら、シエラーの式により求めた炭化ケイ素の結晶子の大
きさ(サイズ)tの値から判断すると、セラミツクス繊
維の表層部と中心部との間には、結晶化度に差はないと
いえる。
【0013】t=0.9λ/Bcosθ ただし、t:結晶子の大きさ(サイズ) λ:X線の波長 B:半値幅 2θ:回折角度 本発明によるセラミツクス繊維に含まれる結晶質微粒子
(結晶子)の大きさtについても、セラミツクス繊維の
表層部と中心部とにおける平均的なばらつきが同等であ
り、平均的なばらつきは50nm以下であることが分か
つた。
【0014】さらに、本発明によるセラミツクス繊維と
従来のセラミツクス繊維とについて、透過型電子顕微鏡
で観察した結果、本発明によるセラミツクス繊維は表層
部も中心部も、非晶質の物質と結晶子の大きさが50n
m以下の結晶質の炭化物(炭化ケイ素、炭化チタンな
ど)とから構成されていることが分かつた。
【0015】従来のセラミツクス繊維であるチラノ繊維
やニカロン繊維は、非晶質の物質と結晶子の大きさが5
0nm以下の結晶質の炭化物とから構成されているた
め、高強度を有することが知られており、本発明による
セラミツクス繊維も同様の組織であり、図2にAで示す
ように、本発明によるセラミツクス繊維も従来のセラミ
ツクス繊維と同等の引張強度を有し、熱処理による強度
の低下は見られない。
【0016】本発明によるセラミツクス繊維の耐熱強度
と、CVD 法により温度1300℃で炭化ケイ素の被膜を
形成した従来のセラミツクス繊維の耐熱強度とを比較す
るために、次の熱負荷試験を行つた。すなわち、本発明
によるセラミツクス繊維と従来のセラミツクス繊維と
を、温度800℃の大気に100時間暴露したものと、
温度1500℃のアルゴンに10時間暴露したものとに
ついて、それぞれ引張強度を測定した。図2にB,Cで
示すように、本発明によるセラミツクス繊維16,17
は従来のセラミツクス繊維13,14に比べて、熱負荷
試験による引張強度の低下が少ない。
【0017】本発明によるセラミツクス繊維と従来のセ
ラミツクス繊維とについて、熱負荷試験後にX線回折に
より分析した。温度800℃の大気に100時間暴露し
た結果では、従来のセラミツクス繊維13には二酸化ケ
イ素(SiO2)が生成したが、本発明によるセラミツクス
繊維16には二酸化ケイ素(SiO2)は生成していなかつ
た。また、温度1500℃のアルゴンに10時間暴露し
た結果では、従来のセラミツクス繊維14には炭化ケイ
素の生成が見られたが、本発明によるセラミツクス繊維
17には暴露前後で顕著な変化は見られなかつた。本発
明によるセラミツクス繊維は繊維の表層部に含まれる酸
素が少いため、炭化ケイ素に近い組成になり、耐酸化性
が向上したものと考えられる。また、酸化ケイ素や一酸
化炭素の発生が少なく、熱分解が抑制されたものと考え
られる。
【0018】図3は本発明によるセラミツクス繊維につ
いて、上述した熱負荷試験後の、繊維の表面から深さ
0.1μmまでの表層部に含まれる酸素量と中心部(繊
維の表面からの深さが0.1μm以上)に含まれる酸素
量との差に対する引張強度の関係を表す。本発明による
セラミツクス繊維は表層部と中心部にそれぞれ含まれる
酸素量の差が5wt%以内であれば、優れた耐熱性を有す
ることが分かつた。また、本発明によるセラミツクス繊
維の表層部と中心部にそれぞれ含まれる炭素量の差は、
酸素量の差とほぼ比例する関係にあるので、炭素量の差
も5wt%以内であれば、同様に優れた耐熱性を有するこ
とが分かつた。
【0019】さらに、本発明によるセラミツクス繊維
(太さ約 900 nm )と従来のセラミツクス繊維を巻軸に
螺旋状に巻き付けるという巻付け試験を行つた。図4に
破線で示すように、本発明によるセラミツクス繊維は、
図4に実線で示すCVD 法により炭化ケイ素の被膜を形成
した従来のセラミツクス繊維に比べて、クラツクの発生
が見られず、柔軟性に優れていることが分かつた。
【0020】
【発明の効果】本発明は上述のように、ケイ素、チタン
またはジルコニウム、炭素、酸素からなる炭化ケイ素系
セラミツクス繊維、またはケイ素、炭素、酸素からなる
炭化ケイ素系セラミツクス繊維において、同一断面上で
表面から内部にかけて酸素量が次第に減少し、かつ表面
ないし表層部の酸素量および炭素量と、表面からの深さ
が0.1μm以上の中心部の酸素量および炭素量との差
が、それぞれ5wt%以内になるようにしたものであり、
還元性雰囲気で熱処理することで各構成元素量、結晶
相、結晶子の大きさ(サイズ)がセラミツクス繊維の中
心から表面に至るまでほぼ均質な断面組織を有する炭化
ケイ素系セラミツクス繊維を得ることができ、耐酸化、
耐熱分解性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る炭化ケイ素系セラミツス繊維と従
来の炭化ケイ素系セラミツス繊維の、各組成の断面変化
を表す線図である。
【図2】同セラミツクス繊維の熱負荷試験による引張強
度の変化を表す線図である。
【図3】同セラミツクス繊維について、繊維の表層部と
中心部にそれぞれ含まれる酸素量の差に対する耐熱強度
の関係を表す線図である。
【図4】同セラミツクス繊維の巻付け試験の結果を表す
線図である。
【符号の説明】
15,16,17:本発明に係る炭化ケイ素系セラミツ
ス繊維

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ケイ素、チタンまたはジルコニウム、炭
    素、酸素からなる炭化ケイ素系セラミツクス繊維、また
    はケイ素、炭素、酸素からなる炭化ケイ素系セラミツク
    ス繊維において、同一断面上で表面から内部にかけて酸
    素量が減少し、かつ表面の酸素量および炭素量と、表面
    からの深さが0.1μm以上の中心部の酸素量および炭
    素量との差が、それぞれ5wt%以内であることを特徴と
    する、炭化ケイ素系セラミツクス繊維。
  2. 【請求項2】前記セラミツクス繊維は非晶質の物質と、
    結晶子の大きさが50nm以下の結晶質の炭化物とから
    構成されていることを特徴とする、炭化ケイ素系セラミ
    ツクス繊維。
JP4537496A 1996-02-07 1996-02-07 炭化ケイ素系セラミツクス繊維 Pending JPH09217234A (ja)

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JP4537496A JPH09217234A (ja) 1996-02-07 1996-02-07 炭化ケイ素系セラミツクス繊維

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JP4537496A JPH09217234A (ja) 1996-02-07 1996-02-07 炭化ケイ素系セラミツクス繊維

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021042100A (ja) * 2019-09-11 2021-03-18 日立金属株式会社 SiC基複合材料、BN被覆SiC繊維、およびSiC基複合材料の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021042100A (ja) * 2019-09-11 2021-03-18 日立金属株式会社 SiC基複合材料、BN被覆SiC繊維、およびSiC基複合材料の製造方法

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