JPH0931756A - 高耐熱セラミックス繊維及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】破壊エネルギ−が大きく、優れた耐熱性及び耐
酸化性を持つセラミックマトリックス複合材料を付与す
ることのできるセラミックス繊維を提供する。 【構成】このセラミックス繊維は、β−ＳｉＣ、ＴｉＣ
及びＢ_6-x Ｃ（０≦ｘ＜６）からなる中心層と、β−Ｓ
ｉＣ、ＴｉＣ及びＢＮからなる表面層から構成され、表
面層内において最表面に向けてＢＮ濃度が傾斜組成を以
て増大している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は破壊エネルギ−が大き
く、かつ高い耐熱性及び優れた耐酸化性を有するセラミ
ックマトリックスコンポジット（ＣＭＣ）を付与するこ
とができる、ＢＮ成分を主体とする表面層を有する炭化
ケイ素系のセラミックス繊維、並びにその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】単体セラミックスの破壊靱性を改善する
目的で、Ｓｉ−Ｃ−Ｏ繊維（日本カ−ボン製、ニカロン
（登録商標））及びＳｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ繊維（宇部興産
製、チラノ繊維（登録商標））のようなセラミックス長
繊維あるいは炭素繊維によって強化されたＣＭＣの開発
研究が積極的に行われている。これらＣＭＣの開発研究
では、強化繊維とマトリックスとの界面で亀裂の直線的
な進展を妨げようとすることが共通の概念になってい
る。

【０００３】一般に、強化繊維とマトリックスとの界面
結合力が弱い場合、破壊エネルギ−の高い複合材料特有
の破壊強度を示す。他方、上記の界面結合力が強い場合
には、亀裂が直線的に進行し、単体セラミックスと同様
にブリトルな破壊パタ−ンを示す。従って、破壊靱性の
高い複合材料を得るためには、強化繊維とマトリックス
との間の結合力を厳密に制御することが重要となる。前
記のＣＭＣにおいても、破壊靱性の高い複合材料を得る
目的で、界面結合力を適度に弱める工夫が凝らされてい
る。

【０００４】ところで、マトリックスと適度に弱い結合
力を発現し得る界面層を設ける目的で、化学気相蒸着法
（ＣＶＤ法）により繊維表面に炭素層やＢＮ層を生成さ
せることは公知である。これらの繊維表面層は、例えば
ジャ−ナル・オブ・アメリカン・セラミック・ソサイア
ティ−、７７［９］、２３８１〜９４（１９９４）に開
示されているように、いずれも破壊に対する滑り層とし
て働き、その存在によりマトリックス相から強化繊維材
への亀裂の伝播が抑制され、高い破壊エネルギ−が得ら
れる。

【０００５】しかし、ＣＶＤ法で、上記の炭素層あるい
はＢＮ層を生成させる場合、可燃性ガス又はハロゲンガ
スを１０００℃を超える高温下で取り扱う必要があるこ
とから危険性を伴い、また生成速度がきわめて遅く生産
性が悪いことや、繊維表面に薄い層を均一に生成させる
ことが困難であることがなどが大量生産への障壁となっ
ている。

【０００６】特開平６−１８４８２８号公報には、Ｓｉ
−Ｔｉ−Ｃ−Ｂからなり、Ｂの割合が０．１重量％以上
であり、結晶化度が７５％以上であり、かつ密度が２．
９ｇ／ｃｍ² 以上である、耐熱性の炭化ケイ素系繊維が
開示されている。そして、この公報には、上記繊維が例
えば１４００℃以上の高温においても分解することなく
安定であると記載されている。

【０００７】上記公報に記載の繊維は高温において安定
であるが、ＣＭＣの強化繊維として使用する場合には、
その表面には亀裂の伝播を阻止する滑り層が存在してお
らず、実用的に満足のいくものではない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、公知の炭化
ケイ素系繊維が有している優れた耐熱性及び力学的特性
を有し、さらにセラミックスをマトリックスとする複合
材料の強化繊維として用いた場合、きわめて高い破壊エ
ネルギ−を有するＣＭＣを付与することができるＢＮ成
分を主体とするきわめて薄い均一な表面層を有するセラ
ミックス繊維を提供する。また、本発明は、上記セラミ
ックス繊維をきわめて簡単な方法で製造する方法を提供
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、中心層
及び表面層からなり、中心層は、β−ＳｉＣ、ＴｉＣ及
びＢ_6-x Ｃ（ｘは０≦ｘ＜６を満足する数である。）か
ら主としてなり、表面層は、β−ＳｉＣ、ＴｉＣ及びＢ
Ｎから主としてなり、表面層内において、最表面に向け
てＢＮ濃度が傾斜組成を持って増大していることを特徴
とする高耐熱セラミックス繊維が提供される。

【００１０】また、本発明によれば、ホウ素を含有する
ポリチタノカルボシランを紡糸して紡糸繊維を調製する
第１工程、紡糸繊維を酸素含有雰囲気中で、不融化繊維
の酸素含有量が９〜１３重量％になるまで不融化して不
融化繊維を調製する第２工程、不融化繊維を不活性ガス
中で１２００〜１４００℃の範囲の温度に加熱して無機
化繊維を調製する第３工程、及び無機化繊維を５〜３０
体積％のＣＯガス及び０．５〜３０体積％の窒素ガスを
含有するアルゴンガス中で１４００〜２１００℃の範囲
の温度に加熱してセラミックス繊維を調製する第４工程
からなることを特徴とする高耐熱セラミックス繊維の製
造方法が提供される。

【００１１】さらに、本発明によれば、β−ＳｉＣ、Ｔ
ｉＣ及びＢ_6-x Ｃ（ｘは０≦ｘ＜６を満足する数であ
る。）から主としてなる結晶性炭化ケイ素繊維を、窒素
ガス雰囲気中１４００〜２１００℃の範囲の温度に加熱
することを特徴とする高耐熱性セラミックス繊維の製造
方法が提供される。

【００１２】本発明のセラミックス繊維を最初に説明す
る。以下の記載において特別の言及がない限り、「部」
及び「％」は、それぞれ、「重量部」及び「重量％」を
意味する。

【００１３】本発明のセラミックス繊維は、β−Ｓｉ
Ｃ、ＴｉＣ及びＢ_6-x Ｃ（ｘは０≦ｘ＜６を満足する数
である。）から主としてなる中心層、β−ＳｉＣ、Ｔｉ
Ｃ及びＢＮから主としてなる表面層から構成され、繊維
径は通常５〜２０μｍである。

【００１４】中心層を構成する元素の割合は、一般に
は、Ｓｉ：３５〜７０％、Ｃ：２０〜４０％、Ｔｉ：
０．２〜３５％、Ｂ：０．０６〜１０％である。また、
表面層を構成する元素の割合は、一般には、平均でＳ
ｉ：５〜４０％、Ｃ：３〜３０％、Ｔｉ：０〜１７％、
Ｂ：２１〜４４％、Ｎ：２８〜５７％である。

【００１５】中心層を構成するβ−ＳｉＣ、ＴｉＣ及び
Ｂ_6-x Ｃは一般には結晶として存在し、それらの粒径は
通常５０ｎｍ以下である。この中心層には、上記に加え
て、Ｓｉ及び／又はＴｉの酸化物並びにＣ及びＴｉＢ₂
が存在することがある。また、表面層を構成するβ−Ｓ
ｉＣ、ＴｉＣ及びＢＮは通常結晶として存在し、それら
の粒径は通常５０ｎｍ以下である。条件によっては、Ｂ
Ｎは繊維の回りに配向した層状の形態を有する場合もあ
り、これはＣＭＣを作成した際の界面層として極めて効
果的に機能する。さらに、表面層には炭素からなる相が
存在する場合もあるが、これもＣＭＣの界面層としてＢ
Ｎを同様に機能する。

【００１６】β−ＳｉＣ結晶の結晶粒径はＸ線回折部に
おけるβ−ＳｉＣ結晶の（１１１）回折線の半価幅から
Ｓｈｅｒｒｅｒの式に基づいて算出した値である。Ｂ
_6-x Ｃ結晶、ＢＮ結晶及びＴｉＣ結晶の結晶粒径は高分
解能透過型電子顕微鏡及びエネルギ−分散Ｘ線分析装置
による測定結果から求めた値である。

【００１７】本発明のセラミックス繊維の表面層の厚さ
は通常４００ｎｍ以下、好ましくは３００ｎｍ以下、さ
らに好ましくは２００ｎｍ以下である。表面層の厚さは
前述したセラミックス繊維の繊維径である５〜２０μｍ
に比べて極めて薄いので、このセラミックス繊維は中心
層である炭化ケイ素系繊維の力学的特性を実質的に保持
することができる。

【００１８】表面層内においては、例えば図１で示され
るように、ＢＮの濃度が最表面に向けて傾斜組成を持っ
て増大している。図１は後述する実施例１で得られたセ
ラミックス繊維の繊維表面からの深さ（ｎｍ）と構成元
素の割合（％）との関係を示しており、ＢＮ濃度が繊維
表面から約２００ｎｍの地点から繊維表面に向けて増大
していることが理解される。

【００１９】本発明のセラミックス繊維は、例えば、つ
ぎに示す第１工程〜第４工程からなる方法に従って製造
することができる。

【００２０】第１工程 第１工程においては、ホウ素を含有するポリチタノカル
ボシランを紡糸して紡糸繊維を得る。このポリチタノカ
ルボシランは、カルボシラン構造及びシロキサン構造か
らなり、ホウ素をホウ素原子換算で０．０５〜０．３重
量％含む有機ケイ素重合体をチタンアルコキシドと反応
させることによって、調製することができる。

【００２１】上記の有機ケイ素重合体は、ポリシランと
フェニル基含有ポリボロシロキサンとの反応によって得
ることができる。ポリシランは、例えば「有機ケイ素化
合物の化学」化学同人社（１９７２年）に記載の方法に
従って、１種以上のジクロロシランをナトリウムによっ
て脱塩素反応させることによって得られる、鎖状又は環
状の重合体であり、その数平均分子量は通常３００〜１
０００である。本発明におけるポリシランはこの鎖状又
は環状のポリシランを４００〜６００℃の範囲の温度に
加熱して得られる、一部にカルボシラン結合を有するポ
リシランを包含する。

【００２２】フェニル基含有ポリボロシロキサンは、特
開昭５３−４２３３０号公報及び同５３−５０２９９号
公報に記載の方法に従って調製することができ、例え
ば、ホウ酸と１種以上のジオルガノクロロシランとの脱
塩酸縮合反応によって調製することができ、その数平均
分子量は一般には５００〜１００００である。

【００２３】上記のポリシラン１００部とフェニル基含
有ポリボロシロキサン５〜１５部とを、好ましくは２５
０℃以上、さらに好ましくは３００〜５００℃の範囲の
温度で、通常３〜１０時間反応させることによって、カ
ルボシラン構造及びシロキサン構造からなり、ホウ素を
ホウ素原子換算で０．０５〜０．３％、好ましくは０．
１〜０．２５％含有する有機ケイ素重合体が調製され
る。得られる有機ケイ素重合体における（Ｓｉ−Ｃ
Ｈ₂ ）単位に全数に対する（Ｓｉ−Ｏ）単位の全数の比
は、通常、１００：０．４〜１００：１．５である。

【００２４】有機ケイ素重合体との反応に供されるチタ
ンアルコキシドのアルコキシド基におけるアルキル基の
炭素数は通常１〜２０である。チタンアルコキシドの具
体例としては、テトラメトキシチタン、テトラエトキシ
チタン、テトラブトキシチタン、テトラヘキソキシチタ
ン、テトラオクトキシチタン、テトラドデコキシチタン
が挙げられる。チタンアルコキシドの使用割合は、一般
には、有機ケイ素重合体の（Ｓｉ−ＣＨ₂ ）単位及び
（Ｓｉ−Ｏ）単位の全数に対するチタンアルコキシドの
（Ｔｉ−Ｏ）単位の全数に比率が２：１〜２００：１に
なるような割合である。

【００２５】反応によって得られるポリチタノカルボシ
ランは、通常、２００〜１０，０００の数平均分子量を
有し、ベンゼン、トルエン、キシレンのような芳香族有
機溶媒に可溶である。

【００２６】ホウ素を含有するポリチタノカルボシラン
はそれ自体公知の紡糸方法によって紡糸することができ
る。例えば、上記のポリチタノカルボシランを溶融紡糸
する方法、ポリチタノカルボシランをを上記の有機溶媒
に溶解させて紡糸原液を調製、必要に応じてマクロゲル
あるいは不純物のような紡糸に際して有害な物質を除去
した後、乾式紡糸する方法を採用することができる。

【００２７】紡糸の際に、必要であれば、紡糸装置に紡
糸筒を取り付け、その筒内の雰囲気を前記溶媒の少なく
とも一種以上の溶媒の飽和蒸気雰囲気と、空気及び／又
は不活性ガスとの混合雰囲気とするか、あるいは、空
気、不活性ガス、スチ−ム、アンモニアガス、炭化水素
ガス、有機ケイ素化合物ガスの雰囲気とすることによっ
て、紡糸筒中の紡糸繊維の固化を抑制することもでき
る。

【００２８】第２工程 第２工程においては、第１工程で得られる紡糸繊維を不
融化して不融化繊維を調製する。この工程において、後
続する第５工程において繊維中のケイ素原子に対する非
化学量論的組成の余剰炭素を酸素と共に除去するため
に、不融化繊維の酸素含有量が９〜１３％、好ましくは
１０〜１２％になるように制御することが必要である。
換言すると、不融化繊維に取り込まれる９〜１３％の酸
素は、上記の余剰炭素を繊維外に排除するように機能す
る。

【００２９】不融化方法の一例としては、紡糸繊維を酸
素含有雰囲気中、好ましくは空気雰囲気中で１４０〜１
７０℃の範囲の温度で加熱処理した後、さらに窒素ガス
中で２５０〜３５０℃の範囲の温度で加熱硬化させる方
法が挙げられる。上記の１４０〜１７０℃の範囲の温度
での加熱処理は、得られる繊維のゲル分率が２０〜５０
％の範囲内になるように行うことが好ましい。ここでゲ
ル分率とは、加熱処理繊維をテトラヒドロフランに室温
で浸漬したときの不溶分の重量％を意味する。

【００３０】別の不融化方法としては、紡糸繊維を酸素
含有雰囲気中、好ましくは空気雰囲気中で、γ線又は電
子線で処理する方法を挙げることができる。

【００３１】第３工程 第３工程においては、不融化繊維を、窒素ガス、アルゴ
ンガスのような不活性ガス中で１２００〜１４００℃の
範囲の温度で焼成して、無機化させて無機化繊維を調製
する。

【００３２】第４工程 第４工程においては、無機化繊維を特定濃度の窒素ガス
を含有するアルゴンガス中で１４００〜２１００℃の範
囲の温度に加熱する。この加熱により、無機化繊維に含
有されている余剰炭素を酸素と共に、ＣＯあるいはＣＯ
₂ として脱離させると同時に、繊維表面近傍に存在する
炭化ホウ素中の炭素の一部を窒素に置換し、結果とし
て、中心層がβ−ＳｉＣ、ＴｉＣ及びＢ_6-x Ｃから主と
してなり、表面層がβ−ＳｉＣ、ＴｉＣ及びＢＮから主
としてなり、表面層内において、最表面に向けてＢＮ濃
度が傾斜組成を持って増大する高耐熱セラミックス繊維
が得られる。

【００３３】窒素ガス源としては、工業的には一般に窒
素ガス自体が使用されるが、窒素ガスに代えてアンモニ
ア及びアミン類のような窒素含有化合物を使用すること
もできる。

【００３４】この工程においては、ＢＮの生成を繊維表
面近傍のみにとどめるために、雰囲気中の窒素の含有割
合を０．５〜３０体積％に制御することが必要である。
また、β−ＳｉＣ結晶の異常粒成長を防止しつつ、無機
化繊維中の余剰炭素を酸素と共に効率的に脱離させるた
めに、雰囲気中のＣＯ濃度を５〜３０体積％に制御する
ことが必要である。

【００３５】また、この工程においては、温度の制御及
び雰囲気の制御が独立して行える複数のゾ−ンからなる
連続加熱炉を用いることが望ましい。その際、１４００
〜１７００℃の温度域では、ＣＯガスを５〜３０体積％
含み、かつ窒素ガスを０．５〜１０体積％含むアルゴン
ガス雰囲気中で処理し、１７００〜２１００℃の温度域
では、ＣＯガスを５〜１０体積％含み、かつ窒素ガスを
１０〜３０体積％含むアルゴンガス雰囲気中で処理する
ことが好ましい。

【００３６】なお、必要に応じて、上記の第４工程で得
られる繊維をさらに窒素含有雰囲気中で１４００〜２１
００℃の範囲の温度で加熱して、表面層の厚さあるいは
表面層におけるＢＮ組成の傾斜状態を変化させることも
できる。

【００３７】本発明のセラミックス繊維は、上記の製造
方法に加えて、β−ＳｉＣ、ＴｉＣ及びＢ_6-x Ｃ（ｘは
０≦ｘ＜６を満足する数である。）から主としてなる結
晶質炭化ケイ素繊維を、窒素ガス雰囲気中１４００〜２
１００℃の範囲の温度に加熱することによっても、調製
することができる。

【００３８】上記の結晶質炭化ケイ素繊維を製造する方
法の一例としては、前述した製造方法における第３工程
で得られる不融化繊維を、不活性ガス中で１２００〜１
４００℃の範囲の温度に加熱して無機化して無機化繊維
を調製し、無機化繊維をＣＯガスを５〜３０体積％含有
する不活性ガス中１４００〜１７００℃の範囲の温度で
加熱して繊維中の非化学量論的組成の余剰炭素を酸素と
共に脱離させ、ついで得られる繊維をアルゴン中１７０
０〜２１００℃の範囲の温度で加熱処理する方法を挙げ
ることができる。

【００３９】結晶質炭化ケイ素繊維の別の製法の例とし
ては、Ｓｉ−Ｔｉ−Ｃ−０繊維（宇部興産製、チラノ繊
維：登録商標）を、ホウ素含有雰囲気中で１４００〜２
１００℃の範囲の温度に加熱する方法を挙げることがで
きる。

【００４０】本発明のよりよい理解のために以下に実施
例及び比較例を示す。

【００４１】実施例１ カルボシラン単位とシロキサン単位との比が１００：
０．９３であり、ホウ素原子換算で０．１７３％のホウ
素を含有する有機ケイ素重合体１００部を溶解したキシ
レン溶液にチタンテトラブトキシド１０．５部を加え、
窒素ガス気流下に３２０℃で架橋反応させることによっ
て、カルボシラン単位とチタノキサン単位との比が１
０：１であるポリチタノカルボシラン１９６部を得た。

【００４２】このポリチタノカルボシランを２００℃で
溶融紡糸した後、空気中１５０℃で１時間加熱処理し
た。得られた処理繊維のゲル分率は２５．５％であっ
た。得られた繊維をさらに窒素中３００℃で５時間加熱
して、酸素含有量が１１．１％の不融化繊維を得た。

【００４３】この不融化繊維を窒素ガス中１３００℃で
１時間加熱処理することによって、無機化繊維を得た。

【００４４】この無機化繊維を、１４００〜１７００℃
までの段階的な温度勾配を有し、かつ１０体積％のＣＯ
ガス及び０．８体積％の窒素ガスを含むアルゴンによっ
て雰囲気が制御された第１炉を５時間かけて通過させ、
ついで、１９００℃の温度に制御されており、かつ６体
積％のＣＯガス及び２０体積％の窒素ガスを含むアルゴ
ンによって雰囲気が制御された第２炉中を１時間かけて
通過させて、中心層及び表面層からなるセラミックス繊
維を得た。このセラミックス繊維の繊維径は９．５μｍ
であった。

【００４５】このセラミックス繊維の表面から繊維軸方
向の組成分布を、日本電子製の走査型オ−ジェ電子分光
装置ＪＡＭＰ−３０を用いて分析した。分析結果を示す
図１からわかるように、セラミックス繊維は中心層と繊
維表面から約２００ｎｍの地点から形成される表面層と
から構成されていた。中心層はβ−ＳｉＣ、ＴｉＣ及び
Ｂ₄ Ｃの結晶から構成されており、各結晶の結晶粒径は
５０ｎｍ以下であり、表面層はβ−ＳｉＣ、ＴｉＣ及び
ＢＮの結晶から構成されていた。中心層を構成する元素
の割合は、Ｓｉ：６７．３％、Ｃ：２９．５４％、Ｔ
ｉ：２．６％及びＢ：０．２６％であった。また表面層
を構成する元素の割合は平均で、Ｓｉ：３６．２％、
Ｃ：２４．５％、Ｔｉ：３．０４％、Ｂ：１７．３％及
びＮ：１９％であった。

【００４６】表面層においては、上記の繊維表面から約
２００ｎｍの地点から繊維表面に向けてＢＮの濃度が増
加している一方で、Ｓｉ及びＣの濃度が漸減していた。
このセラミックス繊維の引張強度及び弾性率は、それぞ
れ、３．４ＧＰａ及び４００ＧＰａであった。

【００４７】一方向に引き揃えられた上記セラミックス
繊維及び窒化ケイ素粉末を、繊維含有率が４２％になる
ように交互に積層し、積層物を１７００℃で１時間ホッ
トプレスして、窒化ケイ素マトリックス複合材料を調製
した。この複合材料のシェブロンノッチ試験片を用いた
準静的３点曲げ試験（繊維と直角方向）により求めた全
破壊エネルギ−から算出した破壊靱性値は３５ＭＰａｍ
^1/2 であり、本発明のセラミックス繊維を強化繊維とし
て用いることにより極めて優れたＣＭＣを創出し得るこ
とが明らかとなった。

【００４８】比較例１ 実施例１におけると同様にして得られた無機化繊維を、
１０体積％のＣＯガスを含有するアルゴンガス中で１６
００℃まで昇温して同温度に１０分間保持した。つい
で、得られた無機繊維をアルゴンガス中１８００℃まで
昇温して、β−ＳｉＣ結晶の平均粒径が２８ｎｍの超微
粒子集合体からなるセラミックス繊維を得た。このセラ
ミックス繊維の表面から繊維軸方向の組成分布を、実施
例１におけると同様にして測定した結果を図２に示す。
図２から分かるように、この繊維の表面にはＢＮを主体
とする表面層は認められなかった。

【００４９】実施例２ カルボシラン単位とシロキサン単位との比が１００：
１．２であり、ホウ素原子換算で０．２５％のホウ素を
含有する有機ケイ素重合体１００部を溶解したキシレン
溶液にチタンテトラブトキシド９．５部を加え、窒素ガ
ス気流下に３１０℃で架橋反応させることによって、カ
ルボシラン単位とチタノキサン単位との比が１１：１で
あるポリチタノカルボシラン１７５部を得た。

【００５０】このポリチタノカルボシランを２２０℃で
溶融紡糸した後、空気中１５０℃で１時間加熱処理し
た。得られた処理繊維のゲル分率は２３．５％であっ
た。得られた繊維をさらに窒素中３００℃で５時間加熱
して、酸素含有量が１２．０％の不融化繊維を得た。

【００５１】この不融化繊維をアルゴンガス中１３５０
℃で１時間加熱処理することによって、無機化繊維を得
た。

【００５２】この無機化繊維を、１４００〜１７００℃
までの段階的な温度勾配を有し、かつ３０体積％のＣＯ
ガス及び５体積％の窒素ガスを含むアルゴンによって雰
囲気が制御された第１炉を５時間かけて通過させ、つい
で、１７００〜２１００℃までの段階的な温度勾配を有
し、かつ５体積％のＣＯガス及び２５体積％の窒素ガス
を含むアルゴンによって雰囲気が制御された第２炉中を
３０分間かけて通過させた。引き続き、繊維を窒素ガス
中１６００℃で２０分間処理して、中心層及び表面層か
らなるセラミックス繊維を得た。このセラミックス繊維
の繊維径は１０μｍであった。

【００５３】このセラミックス繊維の表面から繊維軸方
向の組成分布を、実施例１におけると同様にして分析し
た。分析結果を示す図３からわかるように、セラミック
ス繊維は中心層と繊維表面から約２００ｎｍの地点から
形成される表面層とから構成されていた。中心層はβ−
ＳｉＣ、ＴｉＣ及びＢ₄ Ｃの結晶から構成されており、
各結晶の結晶粒径は５０ｎｍ以下であり、表面層はβ−
ＳｉＣ、ＴｉＣ及びＢＮの結晶から構成されていた。中
心層を構成する元素の割合は、Ｓｉ：６７．７％、Ｃ：
２９％、Ｔｉ：２．６％及びＢ：０．４％であった。ま
た表面層を構成する元素の割合は平均で、Ｓｉ：３４．
５％、Ｃ：２７％、Ｔｉ：３．０５％、Ｂ：１７．５％
％及びＮ：１７．９％であった。

【００５４】表面層においては、上記の繊維表面から約
２００ｎｍの地点から繊維表面に向けてＢＮの濃度が増
加している一方で、Ｓｉ及びＣの濃度が漸減していた。
このセラミックス繊維の引張強度及び弾性率は、それぞ
れ、３．０ＧＰａ及び３１０ＧＰａであった。

【００５５】このセラミックス繊維を用いて実施例１に
おけると同様にして窒化ケイ素マトリックス複合材料を
調製した。この複合材料のシェブロンノッチ試験片を用
いた準静的３点曲げ試験（繊維と直角方向）により求め
た全破壊エネルギ−から算出した破壊靱性値は３１ＭＰ
ａｍ^1/2 であった。

【００５６】比較例２ 実施例２におけると同様にして得られた無機化繊維を、
３０堆積％のＣＯガスを含有するアルゴンガス中で１６
００℃まで昇温して、同温度に１０分間保持した。得ら
れた無機繊維をアルゴンガス中で１９００℃まで昇温し
て、β−ＳｉＣ結晶の平均粒径が３７ｎｍの超微粒子集
合体からなるセラミックス繊維を得た。

【００５７】このセラミックス繊維の表面から繊維軸方
向の組成分布を、実施例１におけると同様にして測定し
た結果を図４に示す。図４から分かるように、この繊維
の表面にはＢＮを主体とする表面層は認められなかっ
た。

【００５８】実施例３ 実施例１におけると同様にして得た不融化繊維を窒素中
１３００℃で１時間加熱処理して無機化を行った。この
無機化繊維を、３体積％の酸化ホウ素の蒸気を含むアル
ゴン雰囲気中、１８００℃で１時間加熱することによ
り、β−ＳｉＣ、ＴｉＣ及びＢ₄ Ｃから主としてなる結
晶質炭化ケイ素繊維を得た。この繊維を構成する元素の
割合は、Ｓｉ：６６．９％、Ｃ：２７．８％、Ｏ：０．
３％、Ｔｉ：２．６％及びＢ：２．３％であった。

【００５９】この炭化ケイ素繊維を、窒素雰囲気中１７
００℃で１時間加熱処理することにより、表面にＢＮを
主体として層を有するセラミックス繊維を得た。このセ
ラミックス繊維の最表面近傍の透過型電子顕微鏡の観察
結果から、ＢＮ成分の一部が層状に成長した構造が認め
られた。その内部では繊維の中心に向かってＢＮ成分が
減少していることが、オ−ジェ電子分析結果から認めら
れた。

【００６０】上記セラミックス繊維の引張強度及び弾性
率は、それぞれ、３．１ＧＰａ及び３２５ＧＰａであっ
た。 このセラミックス繊維を用いて実施例１における
と同様にして窒化ケイ素マトリックス複合材料を調製し
た。この複合材料のシェブロンノッチ試験片を用いた準
静的３点曲げ試験（繊維と直角方向）により求めた全破
壊エネルギ−から算出した破壊靱性値は３２ＭＰａｍ
^1/2 であった。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は実施例１で得られたセラミックス繊維の
組成分析結果を示す図である。

【図２】図２は比較例１で得られたセラミックス繊維の
組成分析結果を示す図である。

【図３】図３は実施例２で得られたセラミックス繊維の
組成分析結果を示す図である。

【図４】図４は比較例２で得られたセラミックス繊維の
組成分析結果を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神徳 泰彦 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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中心層及び表面層からなり、中心層は、β
   −ＳｉＣ、ＴｉＣ及びＢ_6-x Ｃ（ｘは０≦ｘ＜６を満足
   する数である。）から主としてなり、表面層は、β−Ｓ
   ｉＣ、ＴｉＣ及びＢＮから主としてなり、表面層内にお
   いて、最表面に向けてＢＮ濃度が傾斜組成を持って増大
   していることを特徴とする高耐熱セラミックス繊維。
2. 【請求項２】ホウ素を含有するポリチタノカルボシラン
   を紡糸して紡糸繊維を調製する第１工程、紡糸繊維を酸
   素含有雰囲気中で、不融化繊維の酸素含有量が９〜１３
   重量％になるまで不融化して不融化繊維を調製する第２
   工程、不融化繊維を不活性ガス中で１２００〜１４００
   ℃の範囲の温度に加熱して無機化繊維を調製する第３工
   程、及び無機化繊維を５〜３０体積％のＣＯガス及び
   ０．５〜３０体積％の窒素ガスを含有するアルゴンガス
   中で１４００〜２１００℃の範囲の温度に加熱してセラ
   ミックス繊維を調製する第４工程からなることを特徴と
   する高耐熱セラミックス繊維の製造方法。
3. 【請求項３】β−ＳｉＣ、ＴｉＣ及びＢ_6-x Ｃ（ｘは０
   ≦ｘ＜６を満足する数である。）から主としてなる結晶
   質炭化ケイ素繊維を、窒素ガス雰囲気中１４００〜２１
   ００℃の範囲の温度に加熱することを特徴とする高耐熱
   性セラミックス繊維の製造方法。