JPH0977570A - Fiber reinforced ceramic composite - Google Patents

Fiber reinforced ceramic composite

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JPH0977570A
JPH0977570A JP7238270A JP23827095A JPH0977570A JP H0977570 A JPH0977570 A JP H0977570A JP 7238270 A JP7238270 A JP 7238270A JP 23827095 A JP23827095 A JP 23827095A JP H0977570 A JPH0977570 A JP H0977570A
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JP
Japan
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boron nitride
fiber
heat treatment
boron
base material
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JP7238270A
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Japanese (ja)
Inventor
Chisui Okano
知水 岡野
Hiroya Yamashita
博也 山下
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Tokuyama Corp
Original Assignee
Tokuyama Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To convert a ceramic material requiring a high-temp. process for production into a composite and to obtain a fiber reinforced ceramic composite excellent in fracture toughness by using specified boron nitride fibers having high tensile strength and a high degree of orientation as a filler for a composite. SOLUTION: This fiber reinforced ceramic composite contains boron nitride fibers made of boron nitride having a structure obtd. by stacking faces (C-faces) each formed by combining 6-membered rings each consisting of alternately bonded boron and nitrogen atoms in the surface direction of the rings in the matrix made of ceramics, glass or an inorg. single crystal. The boron nitride fibers have at least 1,400MPa tensile strength. At least a part of the C-faces of the boron nitride have been oriented practically parallel to the fiber axes of the boron nitride fibers and the degree of orientation of the C-faces is at least 0.74.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は繊維強化セラミック
ス系複合体及びそれに用いる充填材料に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fiber-reinforced ceramic composite and a filling material used for the composite.

【0002】[0002]

【従来の技術】セラミックス、ガラス、又は無機単結晶
(以下、セラミックス系材料ともいう)は、高強度で且
つ高温まで安定であるため、プラスチックや金属材料で
代替することができない高温構造材料としての応用が期
待されている。しかしながら、これらの材料は、優れた
熱的、機械的性質と裏腹に、本質的に脆く割れ易いとい
う性質を有している。そのため、一定の構造を保持する
ことが要求される構造材料としては信頼性に欠けるた
め、これらの材料は広く用いられるには至っていない。
2. Description of the Related Art Ceramics, glass, or inorganic single crystals (hereinafter also referred to as ceramic materials) have high strength and are stable up to high temperatures, so that they are used as high-temperature structural materials that cannot be replaced by plastics or metal materials. Applications are expected. However, these materials have, on the contrary, excellent thermal and mechanical properties and are inherently brittle and fragile. Therefore, these materials have not been widely used because they lack reliability as structural materials that are required to maintain a certain structure.

【0003】セラミックの脆性を克服する手段として、
各種充填材料との複合化による靱性強化が有効である。
複合化を行う充填材料としては、球状粒子、板状粒子、
ウィスカー、連続繊維などが検討されているが、中でも
連続繊維と複合化することによる靱性強化が効果的で、
破壊靱性を超硬合金と同程度にまで高められることが知
られている。
As a means of overcoming the brittleness of ceramics,
Strengthening of toughness by compounding with various filler materials is effective.
As the filling material to be compounded, spherical particles, plate-like particles,
Whiskers, continuous fibers, etc. have been investigated, but strengthening toughness by compounding with continuous fibers is particularly effective.
It is known that the fracture toughness can be increased to the same level as that of cemented carbide.

【0004】複合強化用の繊維としては、炭化硅素繊維
やアルミナ繊維に代表されるセラミック繊維あるいは炭
素繊維がその候補と見なされている。しかしながら、両
者とも各々短所を有しており、複合強化用繊維としては
適さない面がある。例えば、セラミック繊維では、その
構造は微細な結晶が集合した多結晶体であるが、高温に
曝すと構成する結晶が粗大化し、繊維の引張強度は著し
く低下する。例えば、炭化珪素繊維の場合には、アルゴ
ンガス0.1MPa(ほぼ大気圧)において加熱する
と、加熱前の数nmであった炭化珪素の微結晶は、14
00℃に加熱することにより約100nmに粗大化す
る。これにともない、炭化珪素繊維の引張強度は約16
00MPaから600MPaへと低下する〔ジャーナル
オブ アメリカン セラミック ソサエティ(Journa
l of the American Ceramic Society),72巻,2
号,192−97 (1989).〕。一般に、複合強
化用繊維をセラミックス系材料と複合化する場合には、
摂氏千数百度以上の高温で加熱する必要がある。従っ
て、セラミックス繊維はセラミックス系材料との複合化
の工程において引張強度が低下してしまい、靱性強化を
果たすことが困難となる。
Ceramic fibers or carbon fibers typified by silicon carbide fibers and alumina fibers are considered as candidates for the fibers for composite reinforcement. However, both of them have their respective disadvantages and are not suitable as composite reinforcing fibers. For example, in the case of ceramic fibers, the structure is a polycrystalline body in which fine crystals are aggregated, but when exposed to high temperature, the constituent crystals become coarse, and the tensile strength of the fibers is significantly reduced. For example, in the case of silicon carbide fiber, when heated in an argon gas of 0.1 MPa (almost atmospheric pressure), silicon carbide microcrystals having a size of several nm before heating are 14
It is coarsened to about 100 nm by heating to 00 ° C. Along with this, the tensile strength of the silicon carbide fiber is about 16
Decrease from 00 MPa to 600 MPa [Journa of American Ceramic Society (Journa
l of the American Ceramic Society), Volume 72, 2
No., 192-97 (1989). ]. Generally, when compounding a fiber for composite reinforcement with a ceramic material,
It is necessary to heat at a high temperature of over one thousand and several hundred degrees Celsius. Therefore, the tensile strength of the ceramic fiber is reduced in the step of forming a composite with the ceramic material, and it becomes difficult to enhance the toughness.

【0005】又、セラミック繊維は、セラミックス系材
料と複合化すると、母材のセラミックス系材料と繊維が
比較的強固に結合する場合が多く、複合材の破壊に際し
て、繊維の母材からの引き抜き(プルアウトともいう)
が起こりにくい場合がある。繊維と複合化することによ
り脆性材料であるセラミックス系材料の破壊靱性が向上
するのは、強化用繊維が破壊部分の亀裂先端付近で母材
から引き抜かれるプルアウトが生じ、複合化された材料
に加わる力学的エネルギーが吸収されるためであると考
えられている。従って、プルアウトが起こりにくい場合
には、破壊靱性を向上させることが困難になる。
Further, when the ceramic fiber is compounded with the ceramic material, the ceramic material of the base material and the fiber are often bonded relatively firmly. When the composite material is broken, the fiber is pulled out from the base material ( Also called pull-out)
May not occur easily. The fracture toughness of the ceramic-based material, which is a brittle material, is improved by compounding with the fiber because the reinforcing fiber is pulled out from the base material near the crack tip of the fracture part and added to the compounded material. It is believed that this is because mechanical energy is absorbed. Therefore, when pullout is unlikely to occur, it becomes difficult to improve the fracture toughness.

【0006】一方、炭素繊維の場合には、高温下での組
織変化が少なく2000℃程度に加熱しても引張強度は
保たれる。従って、セラミックス系材料との複合化の工
程における高温の加熱処理を行っても繊維の強度は保た
れるので複合化及び靱性強化が可能である場合もある。
又、炭素はそれ自体の固体潤滑性によりプルアウトが容
易に起こるため、複合材の破壊靱性を著しく向上させ得
る場合がある。しかしながら、炭素繊維の場合には、高
温で酸化物と反応して一酸化炭素として酸化消耗する場
合があり、母材の材質が限定される。更に、炭素繊維は
空気中約400℃以上に加熱すると酸化消耗してしまう
ため、得られる炭素繊維強化セラミックス系材料は空気
中あるいは酸化性雰囲気下では高温で使用することがで
きないという欠点を有する。
On the other hand, in the case of carbon fiber, the change in structure at high temperature is small and the tensile strength is maintained even when heated to about 2000 ° C. Therefore, even if high-temperature heat treatment is performed in the step of forming a composite with a ceramic material, the strength of the fiber is maintained, and thus it may be possible to form a composite and strengthen the toughness.
Further, since carbon easily pulls out due to its solid lubricity, the fracture toughness of the composite material may be significantly improved in some cases. However, in the case of carbon fiber, it may react with an oxide at a high temperature to be oxidized and consumed as carbon monoxide, and the material of the base material is limited. Further, since carbon fibers are consumed by oxidation when heated to about 400 ° C. or higher in air, the obtained carbon fiber reinforced ceramics material has a drawback that it cannot be used at high temperature in air or in an oxidizing atmosphere.

【0007】この様に、現状では、脆性材料であるセラ
ミックス系材料を、その有用な特質を損なうことなく、
強化、高靱性化を可能とする強化用無機繊維は存在しな
い。従って、高温構造材料としての応用が期待されるセ
ラミックス系材料は、固有の特性である脆性のために広
く用いられるには至っていない。
As described above, at present, brittle materials such as ceramic materials are used without impairing their useful characteristics.
There are no reinforcing inorganic fibers that can be reinforced or toughened. Therefore, ceramic-based materials, which are expected to be applied as high-temperature structural materials, have not been widely used because of their inherent characteristic of brittleness.

【0008】これに対し、窒化ほう素繊維は、その結晶
構造の異方性のために高温下においても結晶の粗大化な
どの構造変化を起こし難く、そのため高温に曝したこと
による繊維の引張強度の低下は少ないと推定される。す
なわち、窒化ほう素繊維の熱による強度の低下はセラミ
ック繊維に比べ小さいと考えられる。更に、窒化ほう素
は空気中約1000℃まで酸化に対して安定であり、炭
素繊維に比べ優れた耐酸化性を有している。
On the other hand, the boron nitride fiber is unlikely to undergo structural changes such as crystal coarsening even at high temperature due to the anisotropy of its crystal structure, and therefore the tensile strength of the fiber due to exposure to high temperature is high. Is estimated to be small. That is, it is considered that the decrease in strength of boron nitride fiber due to heat is smaller than that of ceramic fiber. Furthermore, boron nitride is stable against oxidation up to about 1000 ° C. in air, and has excellent oxidation resistance as compared with carbon fiber.

【0009】この様な、優れた耐熱性、耐酸化性の他
に、窒化ほう素繊維は複合強化用繊維として優れた特質
を有している。例えば、窒化ほう素は、坩堝や離型剤に
も利用されていることからも分かるとおり、他の物質と
の反応性が低い。そのため、種々のセラミックス系材料
と組み合わせても、母相と反応することがなく、複合化
することが可能であると考えられる。更に、窒化ほう素
繊維は上述の通り母相との反応性が低いので、母相と強
固な結合を形成しない場合が多い。加えて、窒化ほう素
繊維は固体潤滑性に優れているので、窒化ほう素繊維を
複合強化用繊維として使用するとプルアウトが容易に起
こり、破壊靱性の向上に対する効果が大きいと考えられ
る。
In addition to such excellent heat resistance and oxidation resistance, boron nitride fiber has excellent characteristics as a fiber for composite reinforcement. For example, boron nitride has low reactivity with other substances, as can be seen from the fact that it is also used for crucibles and mold release agents. Therefore, even if it is combined with various ceramic materials, it is considered that it is possible to form a composite without reacting with the matrix phase. Furthermore, since the boron nitride fiber has low reactivity with the matrix phase as described above, it often does not form a strong bond with the matrix phase. In addition, since boron nitride fiber is excellent in solid lubricity, it is considered that when boron nitride fiber is used as the fiber for composite reinforcement, pullout easily occurs and the effect of improving fracture toughness is great.

【0010】しかしながら、従来、窒化ほう素繊維の強
度は弱く、靱性強化した複合材料を得ることは困難であ
った。例えば、特公昭53−37837、特開昭63−
195173、米国特許第5,061,469、米国特
許第3,668,059記載の窒化ほう素繊維の引張強
度は各々784MPa、500MPa、1200MP
a、580MPaであるが、これらの引張強度は、例え
ば炭素繊維の引張強度3000MPaに比較すると非常
に低いのが現状である。
However, conventionally, the strength of boron nitride fiber is weak, and it has been difficult to obtain a toughness-reinforced composite material. For example, JP-B-53-37837 and JP-A-63-
195173, US Pat. No. 5,061,469, and US Pat. No. 3,668,059 have tensile strengths of 784 MPa, 500 MPa, and 1200 MP, respectively.
Although it is a, 580 MPa, the present situation is that these tensile strengths are very low compared to, for example, the tensile strength of carbon fiber of 3000 MPa.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】この様に、現状では、
脆性材料であるセラミックス系材料を、その有用な特質
を損なうことなく、強化、高靱性化を可能とする強化用
無機繊維は存在せず、高温構造材料としての応用が期待
されるセラミックス材料は、広く用いられるには至って
いない。
Thus, in the present situation,
Ceramic materials that are brittle materials, without impairing their useful properties, strengthening, there is no reinforcing inorganic fiber that enables high toughness, and ceramic materials that are expected to be applied as high-temperature structural materials are It has not been widely used.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
窒化ほう素のC面が繊維軸に平行な方向に優先的に配向
した窒化ほう素繊維を見いだし、しかもこの窒化ほう素
繊維の配向度が増すに従い、その引張強度が飛躍的に向
上することを初めて見いだした。更に、この窒化ほう素
繊維は、高温に加熱しても組織変化に伴う強度劣化を起
こさないので、作製に高温プロセスを要するセラミック
ス系材料の複合化が可能であり、得られる複合材は母材
の耐熱性、耐酸化性が損なわれることなく、かつ母材の
脆性が改善される、すなわち破壊靱性が向上することを
見いだし、ここに本発明を完成させるに至った。
Means for Solving the Problems Accordingly, the present inventors have:
We have found a boron nitride fiber in which the C-plane of boron nitride is preferentially oriented in a direction parallel to the fiber axis, and as the degree of orientation of this boron nitride fiber increases, its tensile strength is dramatically improved. I found it for the first time. Furthermore, since this boron nitride fiber does not cause strength deterioration due to microstructural changes even when it is heated to a high temperature, it is possible to compound ceramic materials that require a high temperature process for fabrication, and the resulting composite material is a base material. It was found that the heat resistance and the oxidation resistance of No. 1 were not impaired and the brittleness of the base material was improved, that is, the fracture toughness was improved, and the present invention was completed here.

【0013】すなわち、本発明は、セラミックス、ガラ
ス、又は無機単結晶からなる母材中に、ほう素と窒素が
交互に結合して作られた6員環が該6員環の面方向に連
結して形成された面(C面)が積層した構造を有する窒
化ほう素からなる窒化ほう素繊維であって、少なくとも
1400MPaの引張強度を有する窒化ほう素繊維が含
まれた繊維強化セラミックス系複合体である。
That is, according to the present invention, a 6-membered ring formed by alternately bonding boron and nitrogen in a base material made of ceramics, glass, or an inorganic single crystal is connected in the plane direction of the 6-membered ring. Fiber-reinforced ceramics-based composite comprising boron nitride fibers made of boron nitride having a structure in which the surfaces (C planes) formed by stacking the boron nitride fibers have a tensile strength of at least 1400 MPa. Is.

【0014】他の発明は、セラミックス、ガラス、又は
無機単結晶からなる母材中に、ほう素と窒素が交互に結
合して作られた6員環が該6員環の面方向に連結して形
成された面(C面)が積層した構造を有する窒化ほう素
からなる窒化ほう素繊維であって、該C面の少なくとも
一部は該窒化ほう素繊維の繊維軸に実質的に平行に配向
しており、該C面の配向度が少なくとも0.74である
窒化ほう素繊維が含まれた繊維強化セラミックス系複合
体である。
In another invention, a 6-membered ring formed by alternately bonding boron and nitrogen in a base material made of ceramics, glass, or an inorganic single crystal is connected in the plane direction of the 6-membered ring. A boron nitride fiber made of boron nitride having a structure in which the surfaces (C surfaces) formed by the above are laminated, and at least a part of the C surface is substantially parallel to the fiber axis of the boron nitride fiber. A fiber-reinforced ceramics-based composite that is oriented and contains boron nitride fibers having a degree of orientation of the C plane of at least 0.74.

【0015】更に他の発明は、ほう素と窒素が交互に結
合して作られた6員環が該6員環の面方向に連結して形
成された面(C面)が積層した構造を有する窒化ほう素
からなる窒化ほう素繊維であって、少なくとも1400
MPaの引張強度を有する窒化ほう素繊維からなる無機
複合体用充填材料である。
Still another aspect of the present invention is a structure in which a 6-membered ring made by alternately bonding boron and nitrogen is connected in the plane direction of the 6-membered ring and the surface (C-plane) is laminated. A boron nitride fiber comprising boron nitride having at least 1400
It is a filling material for inorganic composites made of boron nitride fiber having a tensile strength of MPa.

【0016】更に他の発明は、ほう素と窒素が交互に結
合して作られた6員環が該6員環の面方向に連結して形
成された面(C面)が積層した構造を有する窒化ほう素
からなる窒化ほう素繊維であって、該C面の少なくとも
一部は該窒化ほう素繊維の繊維軸に実質的に平行に配向
しており、該C面の配向度が少なくとも0.74である
窒化ほう素繊維からなるセラミックス系複合体用充填材
料である。
Yet another invention is a structure in which a 6-membered ring formed by alternately bonding boron and nitrogen is connected in the plane direction of the 6-membered ring and the surface (C-plane) is laminated. Boron nitride fiber comprising boron nitride having at least a part of the C-plane oriented substantially parallel to the fiber axis of the boron nitride fiber, and the degree of orientation of the C-plane is at least 0. It is a filling material for ceramic composites composed of boron nitride fiber of 0.74.

【0017】以下、上記本発明の窒化ほう素繊維を含有
する繊維強化セラミックス系複合体について詳細に説明
する。
The fiber-reinforced ceramic composite containing the boron nitride fiber of the present invention will be described in detail below.

【0018】窒化ほう素は周期律表第III族のほう素
と周期律表第V族の窒素が化学的に結合して生成した物
質であって、現在 (1) ほう素と窒素が3次元的に結合して生成した構
造を有する窒化ほう素、および (2) ほう素と窒素が2次元的に結合して生成した構
造を有する窒化ほう素、が知られている。
Boron nitride is a substance formed by chemically bonding boron of group III of the periodic table and nitrogen of group V of the periodic table. Currently, (1) boron and nitrogen are three-dimensional. Known as boron nitride having a structure formed by mechanically bonding, and (2) boron nitride having a structure formed by two-dimensionally bonding boron and nitrogen.

【0019】しかして、ほう素と窒素が2次元的に結合
して生成した構造を有する窒化ほう素として、ほう素と
窒素が交互に結合して作られた6員環が6員環の面方向
に連結して形成された面が積層した構造を有する窒化ほ
う素が知られている。
As a boron nitride having a structure formed by two-dimensionally bonding boron and nitrogen, a 6-membered ring formed by alternately bonding boron and nitrogen is a 6-membered ring surface. BACKGROUND ART Boron nitride having a structure in which surfaces formed by connecting in a direction are laminated is known.

【0020】さらに、面が積層した構造を有する窒化ほ
う素として、(a) 2層構造を周期とする積層構造を
有する六方晶窒化ほう素(h−BN)、(b) 3層構
造を周期とする積層構造を有する菱面体晶窒化ほう素
(r−BN)、(c) 規則的でない積層構造を有する
ターボストラティック窒化ほう素(t−BN)が知られ
ている。
Further, as a boron nitride having a structure in which planes are laminated, (a) hexagonal boron nitride (h-BN) having a laminated structure having a two-layer structure as a period, and (b) a three-layer structure as a periodic structure. It is known that the rhombohedral boron nitride (r-BN) has a laminated structure of, and (c) turbostratic boron nitride (t-BN) has a non-regular laminated structure.

【0021】本発明の窒化ほう素は、上で説明したほう
素と窒素が交互に結合して作られた6員環が該6員環の
面方向に連結して形成された面が積層した構造を有する
窒化ほう素からなるものである。
In the boron nitride of the present invention, the 6-membered ring formed by alternately bonding boron and nitrogen described above is connected in the plane direction of the 6-membered ring and the surfaces are laminated. It is composed of boron nitride having a structure.

【0022】したがって、本発明に関わる窒化ほう素
は、六方晶窒化ほう素(h−BN)、菱面体晶窒化ほう
素(r−BN)および/またはターボストラティック窒
化ほう素(t−BN)を含有していてもよい。
Therefore, the boron nitride according to the present invention includes hexagonal boron nitride (h-BN), rhombohedral boron nitride (r-BN) and / or turbostratic boron nitride (t-BN). May be contained.

【0023】しかしながら、本発明においては、一般的
にいえば、六方晶窒化ほう素(h−BN)および/また
はターボストラティック窒化ほう素(t−BN)が窒化
ほう素の主要部分を構成することが多く、菱面体晶窒化
ほう素(r−BN)は、存在していたとしても少割合で
あることが多い。
However, in the present invention, generally speaking, hexagonal boron nitride (h-BN) and / or turbostratic boron nitride (t-BN) form a main part of boron nitride. Often, rhombohedral boron nitride (r-BN), if present, is often present in a small proportion.

【0024】六方晶構造および菱面体晶構造は、ほう素
と窒素が交互に結合して成る6員環が2次元的に連なっ
て構成される面(以下、C面ともいう)が規則的に積層
した構造である。また、ターボストラティック構造は、
C面が、面に対して垂直方向の規則性を有することなく
積層した構造で、乱層構造と称される場合もある。
In the hexagonal crystal structure and the rhombohedral crystal structure, a plane (hereinafter also referred to as a C plane) formed by two-dimensionally connecting six-membered rings formed by alternately bonding boron and nitrogen is regularly formed. It is a laminated structure. Also, the turbostratic structure is
A structure in which the C planes are laminated without having regularity in the direction perpendicular to the planes is sometimes called a disordered layer structure.

【0025】該窒化ほう素の積層構造は、X線回折によ
るC面からの回折ピークより確認できる。この回折ピー
クは、X線をCuKα線とした場合2θ=24〜26°
の位置に現れ、回折ピークの位置より計算される積層し
たC面の間隔は約3〜4オングストロームである。
The laminated structure of the boron nitride can be confirmed from the diffraction peak from the C plane by X-ray diffraction. This diffraction peak is 2θ = 24 to 26 ° when the X-ray is CuKα ray.
The distance between the laminated C-planes calculated from the position of the diffraction peak is about 3 to 4 angstroms.

【0026】本発明に用いる窒化ほう素繊維は、引張強
度が少なくとも1400MPa、好ましくは少なくとも
1700MPa、最も好ましくは少なくとも2300M
Paのものである。この引張強度は、JIS R 76
01(1986)で規定されている「炭素繊維の試験方
法」に準じて測定することができる。
The boron nitride fibers used in the present invention have a tensile strength of at least 1400 MPa, preferably at least 1700 MPa, most preferably at least 2300 M.
Pa. This tensile strength is JIS R 76
It can be measured according to the "Testing method for carbon fibers" defined in No. 01 (1986).

【0027】窒化ほう素繊維の繊維軸に対する窒化ほう
素のC面の方位分布を表す指標として、C面の配向度
(以下、配向度ともいう)が用いられるが、本発明にお
ける引張強度が1400MPa以上の窒化ほう素繊維の
配向度はおおむね0.74以上である。窒化ほう素繊維
の配向度は炭素繊維の配向度の測定方法〔炭素材料学会
編、”炭素繊維の展開と評価方法”118頁(198
9).〕に準じて測定することができる。
The degree of orientation of the C plane (hereinafter, also referred to as orientation degree) is used as an index showing the orientation distribution of the C plane of boron nitride with respect to the fiber axis of the boron nitride fiber. The tensile strength in the present invention is 1400 MPa. The degree of orientation of the above boron nitride fibers is about 0.74 or more. The degree of orientation of boron nitride fibers is determined by the method of measuring the degree of orientation of carbon fibers [Carbon Society of Japan, Ed.
9). ] Can be measured.

【0028】実際には、本発明者は配向度が0.74未
満である窒化ほう素繊維も見いだし、製造することも可
能である。例えば、配向度が0.74未満である窒化ほ
う素繊維は、窒化ほう素前駆体繊維に引張り応力を印加
することなく加熱することにより製造が可能である。し
かし、種々の配向度を有する窒化ほう素繊維を製造し、
配向度に対する窒化ほう素繊維の引張強度を系統的に調
べたところ、配向度が0.5未満である窒化ほう素繊維
の引張強度は、実質的に配向度に依存せず、その値も低
い場合が多い。これに対し、配向度が0.5以上の時、
窒化ほう素繊維の引張強度は著しい向上を示す。例えば
代表値を示すと、配向度が0.26および0.46であ
る窒化ほう素繊維の引張強度が共に440MPaである
のに対し、配向度が0.80の窒化ほう素繊維の引張強
度は1970MPaであった。
In practice, the inventor has found and can also produce boron nitride fibers with a degree of orientation of less than 0.74. For example, a boron nitride fiber having an orientation degree of less than 0.74 can be produced by heating a boron nitride precursor fiber without applying tensile stress. However, manufacturing boron nitride fibers with various degrees of orientation,
A systematic examination of the tensile strength of the boron nitride fiber with respect to the degree of orientation shows that the tensile strength of the boron nitride fiber having an orientation degree of less than 0.5 does not substantially depend on the degree of orientation, and its value is also low. In many cases. On the other hand, when the degree of orientation is 0.5 or more,
The tensile strength of boron nitride fibers shows a significant improvement. For example, when the typical values are shown, the boron nitride fibers having the orientation degrees of 0.26 and 0.46 both have a tensile strength of 440 MPa, whereas the boron nitride fibers having the orientation degree of 0.80 have a tensile strength of It was 1970 MPa.

【0029】また、配向度が0.7以上の時、窒化ほう
素繊維の引張強度は配向度に比例して向上する。例えば
代表値を示すと、配向度が0.70のとき引張強度が8
40MPaであるのに対し、配向度を0.74とすると
引張強度は1400MPaに向上した。従って、配向度
が0.70以上では、配向度を向上させることにより引
張強度を更に向上させることが可能である。
When the degree of orientation is 0.7 or more, the tensile strength of the boron nitride fiber improves in proportion to the degree of orientation. For example, when the typical value is shown, the tensile strength is 8 when the degree of orientation is 0.70.
While it was 40 MPa, when the orientation degree was 0.74, the tensile strength was improved to 1400 MPa. Therefore, when the orientation degree is 0.70 or more, the tensile strength can be further improved by improving the orientation degree.

【0030】このように、本発明における窒化ほう素繊
維は、従来作製されている炭化珪素繊維などのセラミッ
ク繊維に匹敵する高い引張強度を有しているが、該窒化
ほう素繊維がこれらのセラミック繊維などに比べ著しい
優位性を示すのは、該窒化ほう素繊維が高温を履歴した
後も高い引張強度を維持する点である。従来のセラミッ
ク繊維は、非常に微細な結晶が集合した多結晶体である
が、これらの物質が窒化ほう素と比べるとその結合が等
方的であるため、このような繊維を高温にさらすと、繊
維を構成する微細結晶が著しい成長を示す場合が多い。
その結果、結晶の粗大化により破壊の源となる欠陥が成
長し、セラミック繊維は著しい引張強度の低下を引き起
こしてしまう。炭化珪素繊維の場合、約1300℃以上
に加熱すると、著しい引張強度の低下が確認されてい
る。これに対し、窒化ほう素繊維の場合、窒化ほう素の
結合は異方性が強いので高温においても粒成長などの構
造変化が起こり難い。そのため、窒化ほう素繊維は高温
を履歴した後も高い引張強度を維持することができる。
実際、本発明の実施例における窒化ほう素繊維は200
0℃に加熱して作製されており、本発明における窒化ほ
う素繊維の優れた耐熱性が明確に示されている。
As described above, the boron nitride fiber according to the present invention has a high tensile strength comparable to that of conventionally produced ceramic fibers such as silicon carbide fiber. What is remarkably superior to fibers and the like is that the boron nitride fiber maintains high tensile strength even after history of high temperature. Conventional ceramic fiber is a polycrystalline body in which very fine crystals are aggregated, but the bonding of these substances is isotropic as compared with boron nitride, so if such fiber is exposed to high temperature, Often, the fine crystals that make up the fibers show significant growth.
As a result, the coarsening of the crystal causes the growth of defects that are the source of fracture, and the ceramic fiber causes a significant decrease in tensile strength. In the case of silicon carbide fiber, it has been confirmed that when it is heated to about 1300 ° C. or higher, the tensile strength is significantly reduced. On the other hand, in the case of boron nitride fiber, since the bond of boron nitride has strong anisotropy, it is difficult for structural changes such as grain growth to occur even at high temperatures. Therefore, the boron nitride fiber can maintain high tensile strength even after being exposed to high temperatures.
In fact, the boron nitride fiber in the embodiment of the present invention is 200
It was produced by heating to 0 ° C., and the excellent heat resistance of the boron nitride fiber in the present invention is clearly shown.

【0031】また、窒化ほう素は、従来作製されている
セラミック繊維化学的安定性が高いので、様々な母材と
反応することなく複合化することが可能であり、また、
窒化ほう素は固体潤滑性を有しているので窒化ほう素繊
維を用いて複合強化用繊維として使用すると、複合体の
破壊に際して窒化ほう素繊維のプルアウトが容易に起こ
り、破壊エネルギーを効率よく吸収するために、破壊靱
性の向上した複合体を得ることができる。
Further, since boron nitride has a high chemical stability of conventionally produced ceramic fibers, it can be compounded without reacting with various base materials.
Since boron nitride has solid lubricity, when boron nitride fiber is used as a composite reinforcing fiber, boron nitride fiber pull-out easily occurs when the composite is broken, and the breaking energy is absorbed efficiently. Therefore, a composite having improved fracture toughness can be obtained.

【0032】更に、1400MPa以上の引張強度を有
する窒化ほう素繊維は高い配向度を有しているが、高配
向化の効果として、繊維軸方向の熱伝導率が向上するこ
とが挙げられる。窒化ほう素に類似した構造を有するグ
ラファイトの場合、その単結晶の炭素6員環の面内方向
と面間方向の熱伝導率を比べると、面内方向の熱伝導率
の方が高い値をとることが知られている。同様に、窒化
ほう素の場合、化学蒸着法により窒化ほう素のほう素−
窒素6員環により構成される面を規則正しく積層させて
得られる窒化ほう素の熱伝導率を測定すると、面内方向
の熱伝導率は、面に垂直な方向の熱伝導率に比べ、百倍
近く高い。また、炭素6員環が繊維軸に平行な方向に優
先的に配向した炭素繊維の場合には、配向度が向上する
に伴い、熱伝導率が向上する事が知られている。これ
ら、炭素繊維を含むグラファイトおよび窒化ほう素にお
いて、面内方向の熱伝導率が高い理由は、炭素、ほう素
および窒素といった比較的軽い元素が強固な共有結合に
より互いに結合しているため、格子振動による熱の伝播
が効率よく行われる事によると考えられる。従って、炭
素繊維の場合と同様に、窒化ほう素繊維の配向度が向上
するにともない、繊維軸方向の熱伝導率が向上すると考
えられる。
Furthermore, although boron nitride fibers having a tensile strength of 1400 MPa or more have a high degree of orientation, the effect of higher orientation is that the thermal conductivity in the fiber axis direction is improved. In the case of graphite having a structure similar to that of boron nitride, the thermal conductivity in the in-plane direction is higher than that in the in-plane direction and the in-plane direction of the single crystal carbon 6-membered ring. It is known to take. Similarly, in the case of boron nitride, boron nitride of boron nitride-
When the thermal conductivity of boron nitride obtained by regularly stacking planes composed of nitrogen 6-membered rings is measured, the thermal conductivity in the in-plane direction is close to 100 times that in the direction perpendicular to the plane. high. Further, it is known that in the case of carbon fibers in which the 6-membered carbon ring is preferentially oriented in the direction parallel to the fiber axis, the thermal conductivity improves as the degree of orientation improves. In graphite and boron nitride containing carbon fibers, the reason for the high thermal conductivity in the in-plane direction is that relatively light elements such as carbon, boron and nitrogen are bonded to each other by a strong covalent bond, It is thought that this is because heat is efficiently propagated by vibration. Therefore, as in the case of the carbon fiber, it is considered that the thermal conductivity in the fiber axis direction is improved as the orientation degree of the boron nitride fiber is improved.

【0033】一般に、窒化ほう素の熱伝導率は、アルミ
ナ、ムライト、窒化珪素などと比べ、10倍近く高いの
で、材料の熱伝導率を向上させることを目的として、窒
化ほう素粒子などとの複合化を行う場合があるが、配向
化により繊維軸方向の熱伝導率が向上した窒化ほう素繊
維を用いることにより、複合体の熱伝導率を効率的に向
上させることが可能となる。
Generally, the thermal conductivity of boron nitride is nearly 10 times higher than that of alumina, mullite, silicon nitride, etc., so that boron nitride particles and the like are used for the purpose of improving the thermal conductivity of the material. Although composite formation may be performed, the thermal conductivity of the composite can be efficiently improved by using the boron nitride fiber whose orientation improves the thermal conductivity in the fiber axis direction.

【0034】本発明に用いる引張強度が大きく、配向度
の高い窒化ほう素繊維の製造方法は特に限定されない
が、代表的には以下のようにして製造することができ
る。
The method for producing the boron nitride fiber having a high tensile strength and a high degree of orientation used in the present invention is not particularly limited, but typically it can be produced as follows.

【0035】(a) まず、三ハロゲン化ほう素とニト
リル化合物との付加物とハロゲン化アンモニウム又は一
級アミンハロゲン化水素酸塩とを三ハロゲン化ほう素の
存在下において反応させて窒化ほう素前駆体を生成させ
る。
(A) First, an adduct of a boron trihalide and a nitrile compound is reacted with an ammonium halide or a primary amine hydrohalide in the presence of boron trihalide to produce a boron nitride precursor. Generate the body.

【0036】三ハロゲン化ほう素としては、三ふっ化ほ
う素、三塩化ほう素、三臭化ほう素、三よう化ほう素等
が挙げられ、特に制限なく用いることができる。
Examples of the boron trihalide include boron trifluoride, boron trichloride, boron tribromide and boron triiodide, which can be used without particular limitation.

【0037】ニトリル化合物としては、ニトリル基を有
する公知の化合物が特に限定なく使用することができ
る。具体的にはアセトニトリル、プロピオニトリル、カ
プロニトリル、アクリロニトリル、クロトンニトリル、
トルニトリル、ベンゾニトリル、i−ブチロニトリル、
n−ブチロニトリル、イソバレロニトリル、マロノニト
リル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニ
トリル、ピメロニトリル、スベロニトリルなどが挙げら
れる。ニトリル化合物に含まれる炭素数が多くなると、
窒化ほう素前駆体に含まれる炭素が増大し、加熱処理に
より窒化ほう素前駆体を窒化ほう素化する際の脱離成分
が増大するので、炭素数が少ないアセトニトリル、アク
リロニトリル等を使用することがより好ましい。
As the nitrile compound, a known compound having a nitrile group can be used without particular limitation. Specifically, acetonitrile, propionitrile, capronitrile, acrylonitrile, crotonnitrile,
Tolunitrile, benzonitrile, i-butyronitrile,
Examples include n-butyronitrile, isovaleronitrile, malononitrile, succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, pimeronitrile, suberonitrile and the like. When the number of carbon atoms contained in the nitrile compound increases,
Since the carbon contained in the boron nitride precursor increases and the elimination component increases when the boron nitride precursor is boronized by the heat treatment, it is possible to use acetonitrile, acrylonitrile or the like having a small number of carbon atoms. More preferable.

【0038】ハロゲン化アンモニウムとしては、ふっ化
アンモニウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、
ヨウ化アンモニウム等を挙げることができる。ハロゲン
化アンモニウムの好ましい例として、塩化アンモニウム
を挙げることができる。
As ammonium halides, ammonium fluoride, ammonium chloride, ammonium bromide,
Ammonium iodide and the like can be mentioned. Preferred examples of the ammonium halide include ammonium chloride.

【0039】一級アミンハロゲン化水素酸塩としては、
一級アミンふっ化水素酸塩、一級アミン塩化水素酸塩、
一級アミン臭化水素酸塩、一級アミンよう化水素酸塩等
を挙げることができる。一級アミンハロゲン化水素酸塩
の好ましい例として、一級アミン塩化水素酸塩(以下、
一級アミン塩酸塩ともいう)を挙げることができる。
As the primary amine hydrohalide salt,
Primary amine hydrofluoride, primary amine hydrochloride,
Primary amine hydrobromide, primary amine hydroiodide and the like can be mentioned. Preferred examples of the primary amine hydrohalide include primary amine hydrochloride (hereinafter, referred to as primary amine hydrochloride).
Primary amine hydrochloride).

【0040】一級アミン塩酸塩は、一般式、RNH2
HClで表され、Rがメチル基、エチル基、プロピル基
などのアルキル基、フェニル基、トリル基、キシリル基
などのアリール基である化合物が制限なく使用される。
Rの炭素数が多くなると、窒化ほう素前駆体に含まれる
炭素が増大し、加熱処理により窒化ほう素化する際の脱
離成分が増大するので、Rがメチル基またはエチル基等
の低級アルキル基である一級アミン塩酸塩を用いること
がより好ましい。
The primary amine hydrochloride has the general formula: RNH 2 ·.
A compound represented by HCl, in which R is an alkyl group such as a methyl group, an ethyl group and a propyl group, and an aryl group such as a phenyl group, a tolyl group and a xylyl group is used without limitation.
When the carbon number of R increases, the carbon contained in the boron nitride precursor increases and the elimination component at the time of boron nitridation by heat treatment increases, so that R is a lower alkyl group such as a methyl group or an ethyl group. It is more preferred to use the group primary amine hydrochloride.

【0041】本発明の窒化ほう素繊維を得るためには、
先ず、該三ハロゲン化ほう素と該ニトリル化合物との付
加物とハロゲン化アンモニウムあるいは一級アミンハロ
ゲン化水素酸塩とを反応させることにより、窒化ほう素
前駆体を合成する。
To obtain the boron nitride fiber of the present invention,
First, a boron nitride precursor is synthesized by reacting an adduct of the boron trihalide and the nitrile compound with an ammonium halide or a primary amine hydrohalide.

【0042】該三ハロゲン化ほう素と該ニトリル化合物
との付加物とは、ニトリル基の窒素原子の非結合電子対
にハロゲン化ほう素が付加結合した生成物であり、三ハ
ロゲン化ほう素とニトリル化合物とは容易に反応して付
加物を生成する。該付加物を生成させる方法は、特に限
定されない。例えば、室温において有機溶媒にニトリル
化合物を溶解した溶液に三ハロゲン化ほう素を滴下する
方法、有機溶媒にニトリル化合物を溶解し、次いで三ハ
ロゲン化ほう素を吹き込む方法、または有機溶媒に三ハ
ロゲン化ほう素を溶解し、次いでニトリル化合物を滴下
する方法などにより付加物を生成させることができる。
三ハロゲン化ほう素とニトリル化合物とは容易に反応し
て付加物を生成するので反応直前に両者を接触させても
良い。
The adduct of the boron trihalide and the nitrile compound is a product in which the boron halide is additionally bonded to the non-bonded electron pair of the nitrogen atom of the nitrile group. It easily reacts with a nitrile compound to form an adduct. The method for producing the adduct is not particularly limited. For example, a method of dropping boron trihalide into a solution of a nitrile compound in an organic solvent at room temperature, a method of dissolving a nitrile compound in an organic solvent and then blowing boron trihalide, or a method of trihalogenating the organic solvent An adduct can be formed by dissolving boron and then dropping a nitrile compound.
Since boron trihalide and the nitrile compound easily react to form an adduct, they may be brought into contact with each other immediately before the reaction.

【0043】上記付加物とハロゲン化アンモニウムまた
は一級アミンハロゲン化水素酸塩との反応時には三ハロ
ゲン化ほう素を存在させることが必須である。反応時に
三ハロゲン化ほう素が存在しない場合は本発明の窒化ほ
う素前駆体の収率が低く、後述する紡糸時の紡糸用溶
媒、例えばN、N-ジメチルホルムアミド(以下DMF
ともいう)に不溶の反応副生成物が生成してくる。
It is essential that boron trihalide be present during the reaction of the adduct with ammonium halide or primary amine hydrohalide. When boron trihalide is not present during the reaction, the yield of the boron nitride precursor of the present invention is low, and a spinning solvent for spinning as described later, such as N, N-dimethylformamide (hereinafter referred to as DMF).
(Also referred to as) insoluble reaction by-products are generated.

【0044】該三ハロゲン化ほう素は、少なくとも三ハ
ロゲン化ほう素とニトリル化合物の付加物とハロゲン化
アンモニウムまたは一級アミンハロゲン化水素酸塩との
反応時に存在すれば良い。例えば、ニトリル化合物と三
ハロゲン化ほう素との付加物を生成させる際に三ハロゲ
ン化ほう素を過剰に用いて、未反応の三ハロゲン化ほう
素を付加物中に予め共存させておいても良い。三ハロゲ
ン化ほう素のニトリル化合物に対する添加量は、モル比
(三ハロゲン化ほう素/ニトリル化合物)で1.05〜
2.00の範囲より任意に選ぶことができる。しかし、
三ハロゲン化ほう素の添加量が少ないとDMF不溶成分
が生成し、また三ハロゲン化ほう素添加量が多いと反応
に寄与しない三ハロゲン化ほう素が増大するので、より
好ましいニトリル化合物に対する三ハロゲン化ほう素の
添加モル比は1.1〜1.5である。このとき三ハロゲ
ン化ほう素とニトリル化合物は1対1の付加物を生成す
るので、反応時存在する三ハロゲン化ほう素の量は、付
加物に対してモル比(三ハロゲン化ほう素/付加物)で
0.1〜0.5の範囲となる。
The boron trihalide may be present at least during the reaction between the boron trihalide / addition product of the nitrile compound and the ammonium halide or the primary amine hydrohalide. For example, when an adduct of a nitrile compound and boron trihalide is formed, excess boron trihalide may be used, and unreacted boron trihalide may be allowed to coexist in the adduct in advance. good. The amount of boron trihalide to be added to the nitrile compound is 1.05 to 5 in molar ratio (boron trihalide / nitrile compound).
It can be arbitrarily selected from the range of 2.00. But,
When the amount of boron trihalide added is small, a DMF-insoluble component is produced, and when the amount of boron trihalide added is large, the amount of boron trihalide that does not contribute to the reaction increases, so trihalogen for a more preferable nitrile compound is used. The addition molar ratio of boron bromide is 1.1 to 1.5. At this time, since the boron trihalide and the nitrile compound form a 1: 1 adduct, the amount of boron trihalide present during the reaction is in a molar ratio (boron trihalide / addition). In the range of 0.1) to 0.5).

【0045】また、反応溶媒に対するニトリル化合物の
濃度は特に限定されないが、0.1〜10mol/lの
範囲であることが好ましい。ニトリル化合物の濃度が
0.1mol/lよりも少ないと、得られる窒化ほう素
前駆体の量が少なく、効率的でないので好ましくない。
また、ニトリル化合物の濃度が10mol/lを越える
と、溶媒に対して固体として生成する付加物の量が多く
なりすぎ、付加物の生成が不均一になるので好ましくな
い。
The concentration of the nitrile compound in the reaction solvent is not particularly limited, but it is preferably in the range of 0.1 to 10 mol / l. When the concentration of the nitrile compound is less than 0.1 mol / l, the amount of the obtained boron nitride precursor is small, which is not preferable because it is not efficient.
On the other hand, if the concentration of the nitrile compound exceeds 10 mol / l, the amount of the adduct formed as a solid with respect to the solvent becomes too large, and the formation of the adduct becomes ununiform.

【0046】ハロゲン化アンモニウムまたは一級アミン
ハロゲン化水素酸塩の添加量は、ニトリル化合物に対す
るモル比(ハロゲン化アンモニウムまたは一級アミンハ
ロゲン化水素酸塩/ニトリル化合物)で、0.67〜
1.5の範囲より選ぶことが好ましい。ハロゲン化アン
モニウムまたは一級アミンハロゲン化水素酸塩が多いと
DMFに不溶の成分が生成し、ニトリル化合物の方が多
いと未反応付加物の量が増大する傾向にあるので、より
好ましくは0.83〜1.2の範囲より選べば良い。
The amount of ammonium halide or primary amine hydrohalide salt added is 0.67 to a molar ratio to the nitrile compound (ammonium halide or primary amine hydrohalide salt / nitrile compound).
It is preferable to select from the range of 1.5. When the amount of ammonium halide or primary amine hydrohalide is large, a component insoluble in DMF is generated, and when the amount of nitrile compound is large, the amount of unreacted adduct tends to increase. What is necessary is just to choose from the range of -1.2.

【0047】本発明の窒化ほう素前駆体を合成するため
に用いる溶媒は特に限定されないが、反応生成物である
窒化ほう素前駆体を分離する際、反応副生成物であるボ
ラジン化合物を溶解して除去し易いことが好ましい。こ
のような観点から、ベンゼン、トルエン、キシレン、ク
ロロベンゼン等の有機溶媒が好ましく選択される。
The solvent used for synthesizing the boron nitride precursor of the present invention is not particularly limited, but when separating the reaction product boron nitride precursor, the reaction by-product borazine compound is dissolved. It is preferable that it is easy to remove. From such a viewpoint, an organic solvent such as benzene, toluene, xylene, chlorobenzene is preferably selected.

【0048】付加物とハロゲン化アンモニウムまたは一
級アミンハロゲン化水素酸塩を反応させるための加熱温
度は、一般に低温では反応に長時間を要し、高温ではD
MFに不溶な成分が増大し反応収率が低下する。従っ
て、加熱温度は100℃〜160℃の範囲より選べばよ
い。又、加熱時間は温度により異なるが3〜30時間の
範囲より選べばよい。
The heating temperature for reacting the adduct with the ammonium halide or the primary amine hydrohalide is generally low at a low temperature and D at a high temperature.
Components insoluble in MF increase and the reaction yield decreases. Therefore, the heating temperature may be selected from the range of 100 ° C to 160 ° C. The heating time varies depending on the temperature, but may be selected from the range of 3 to 30 hours.

【0049】上記加熱処理を行うことにより、窒化ほう
素前駆体が橙色ないし褐色の沈澱として生成する。
By performing the above heat treatment, the boron nitride precursor is formed as an orange or brown precipitate.

【0050】窒化ほう素前駆体を得るための反応装置と
しては、公知の装置が特に制限なく用いられる。しかし
ながら、三ハロゲン化ほう素とニトリル化合物の付加
物、窒化ほう素前駆体ともに加水分解するため、反応系
内は予め窒素ガスなどにより十分に乾燥しておくととも
に、反応中も反応系外より空気中の水分が侵入しないよ
う装置開放部には塩化カルシウムなどの吸湿剤を配する
必要がある。
As a reaction device for obtaining the boron nitride precursor, a known device can be used without particular limitation. However, since the adduct of boron trihalide with the nitrile compound and the boron nitride precursor are both hydrolyzed, the inside of the reaction system is sufficiently dried in advance with nitrogen gas or the like, and air is also supplied from outside the reaction system during the reaction. It is necessary to provide a moisture absorbent such as calcium chloride in the opening portion of the apparatus so that moisture in the apparatus does not enter.

【0051】(b) 工程(a)で生成させた窒化ほう
素前駆体を溶媒に溶解して窒化ほう素前駆体溶液を調製
する。
(B) The boron nitride precursor produced in step (a) is dissolved in a solvent to prepare a boron nitride precursor solution.

【0052】この窒化ほう素前駆体溶液は、次の工程
(c)において紡糸液として用いることができるもので
ある。
This boron nitride precursor solution can be used as a spinning solution in the next step (c).

【0053】この窒化ほう素前駆体より窒化ほう素前駆
体繊維を作製する方法は、公知の方法を特に制限なく用
いることができる。例えば、窒化ほう素前駆体の溶液よ
り前駆体繊維を紡糸する場合には、該窒化ほう素前駆体
を可溶性溶媒に溶解することにより、紡糸液を作製す
る。前駆体可溶性溶媒としては例えばDMF、ε−カプ
ロラクタム、クロロニトリル、マロニトリル、N−メチ
ル−β−シアノエチルフォルムアミド、N,N−ジエチ
ルホルムアミド等をあげることができる。窒化ほう素前
駆体を該可溶性溶媒に溶解することにより、橙色ないし
は褐色で透明な紡糸液が得られる。
As a method for producing a boron nitride precursor fiber from this boron nitride precursor, a known method can be used without particular limitation. For example, when spinning a precursor fiber from a boron nitride precursor solution, the spinning solution is prepared by dissolving the boron nitride precursor in a soluble solvent. Examples of the precursor-soluble solvent include DMF, ε-caprolactam, chloronitrile, malonitrile, N-methyl-β-cyanoethylformamide, N, N-diethylformamide and the like. By dissolving the boron nitride precursor in the soluble solvent, an orange or brown transparent spinning solution can be obtained.

【0054】この紡糸液の粘度は所望により、濃縮によ
って、又、例えばアクリロニトリル系重合体を添加する
ことによって調製することができる。上記窒化ほう素前
駆体の分子量が比較的小さいときは、分子量が比較的大
きいアクリロニトリル系重合体を窒化ほう素前駆体とと
もに用いることによって紡糸液の粘度を高くし、紡糸液
の曳糸性を改善することができる。
The viscosity of the spinning solution can be adjusted, if desired, by concentration or by adding, for example, an acrylonitrile polymer. When the molecular weight of the boron nitride precursor is relatively small, the viscosity of the spinning solution is increased by using an acrylonitrile polymer having a relatively large molecular weight together with the boron nitride precursor, and the spinnability of the spinning solution is improved. can do.

【0055】本発明に用いるアクリロニトリル系重合体
は、紡糸液を構成する可溶性溶剤に溶解し、且つ紡糸液
中で当該窒化ほう素前駆体と相分離を生じなければ、特
に制限なく使用することができる。好ましくはアクリロ
ニトリルの重合体、或いは酢酸ビニル、アクリルアミ
ド、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、アクリル
酸、アクリル酸エステルなどビニル基を有するアクリロ
ニトリル以外の重合性単量体(以下単にビニル単量体と
いう)とアクリロニトリルとの共重合体が使用される。
アクリロニトリルとビニル単量体との共重合体を使用す
る場合には、共重合体を構成するビニル単量体の量が増
大すると、紡糸液中で当該窒化ほう素前駆体と相分離を
生ずる傾向があるので、共重合体を構成するアクリロニ
トリルの組成が全重合性単量体を基準とした組成で85
モル%以上であることが好ましい。
The acrylonitrile polymer used in the present invention can be used without particular limitation as long as it is soluble in a soluble solvent constituting the spinning solution and does not cause phase separation with the boron nitride precursor in the spinning solution. it can. Preferably, a polymer of acrylonitrile, or a polymerizable monomer other than acrylonitrile having a vinyl group such as vinyl acetate, acrylamide, methacrylic acid, methacrylic acid ester, acrylic acid, acrylate (hereinafter, simply referred to as vinyl monomer) and acrylonitrile Is used.
When a copolymer of acrylonitrile and a vinyl monomer is used, when the amount of the vinyl monomer constituting the copolymer increases, phase separation with the boron nitride precursor occurs in the spinning solution. Therefore, the composition of the acrylonitrile that constitutes the copolymer is 85% based on the total polymerizable monomer.
It is preferably at least mol%.

【0056】本発明で用いるアクリロニトリル系重合体
の重量平均分子量は、特に限定されないが、1万〜20
0万の範囲であることが好ましい。
The weight average molecular weight of the acrylonitrile polymer used in the present invention is not particularly limited, but it is 10,000 to 20.
It is preferably in the range of 10,000.

【0057】紡糸液に加えるアクリロニトリル系重合体
の量は、特に限定されないが、窒化ほう素前駆体100
重量部に対して0.01〜5重量部であることが好まし
い。
The amount of the acrylonitrile polymer added to the spinning solution is not particularly limited, but the boron nitride precursor 100
It is preferably 0.01 to 5 parts by weight with respect to parts by weight.

【0058】(c) 工程(b)で調製した窒化ほう素
前駆体溶液を紡糸して窒化ほう素前駆体繊維を形成す
る。
(C) The boron nitride precursor solution prepared in step (b) is spun to form a boron nitride precursor fiber.

【0059】紡糸液の好ましい濃度範囲は、紡糸方法に
もよるが、0.01〜3.0g/mlであり、そのとき
の粘性率は10〜100000ポアズである。得られる
紡糸液より窒化ほう素前駆体繊維を紡糸する方法は、広
く公知の方法を用いることがでる。例えば、紡糸液を入
れた小孔を有する容器を回転させることにより、遠心力
を利用して紡糸液を吐出させる方法、小孔よりガス圧に
より紡糸液を吐出させる方法、小孔よりギヤーポンプを
用いて紡糸液を吐出させる方法などを用いて窒化ほう素
前駆体繊維を紡糸することができる。
The preferred concentration range of the spinning solution depends on the spinning method, but is 0.01 to 3.0 g / ml, and the viscosity at that time is 10 to 100,000 poises. As a method for spinning the boron nitride precursor fiber from the obtained spinning solution, a widely known method can be used. For example, by rotating a container having a small hole containing a spinning solution, a method of discharging the spinning solution using centrifugal force, a method of discharging the spinning solution by gas pressure from the small hole, and using a gear pump from the small hole The boron nitride precursor fiber can be spun by using a method of discharging a spinning solution.

【0060】紡糸温度は使用する溶媒によって異なり得
るが、例えば、−60〜200℃、好ましくは−10〜
180℃、より好ましくは0〜160℃である。
The spinning temperature may vary depending on the solvent used, but is, for example, -60 to 200 ° C, preferably -10 to 10.
The temperature is 180 ° C, more preferably 0 to 160 ° C.

【0061】引張強度が1400MPa以上の窒化ほう
素繊維を得る方法の一つとして、窒化ほう素前駆体繊維
に応力を印加しながら加熱する方法が挙げられる。
As one of methods for obtaining a boron nitride fiber having a tensile strength of 1400 MPa or more, there is a method of heating a boron nitride precursor fiber while applying stress.

【0062】(d) 該窒化ほう素前駆体繊維を不活性
ガス雰囲気下で100〜600℃の範囲において予備加
熱し、(e) 該予備加熱した繊維をアンモニアガス雰
囲気下で200〜1300℃においてアンモニアで処理
する。
(D) The boron nitride precursor fiber is preheated in an inert gas atmosphere in the range of 100 to 600 ° C., and (e) the preheated fiber is heated in an ammonia gas atmosphere at 200 to 1300 ° C. Treat with ammonia.

【0063】すなわち、上記工程(c)によって得られ
る窒化ほう素前駆体繊維を不活性ガス雰囲気下にて10
0〜600℃で加熱処理(予備加熱)し、次いでアンモ
ニアガス雰囲気下にて200〜1300℃で加熱処理す
ることにより、窒化ほう素繊維が得られる。この段階の
窒化ほう素繊維を、未配向化窒化ほう素繊維という。未
配向化窒化ほう素繊維を作製する場合、アンモニア雰囲
気下での加熱処理だけを行うと、得られる窒化ほう素繊
維の繊維表面に欠陥、傷が生成し、高強度な窒化ほう素
繊維が得られない。
That is, the boron nitride precursor fiber obtained in the above step (c) was used for 10 times in an inert gas atmosphere.
Heat treatment (preheating) at 0 to 600 ° C. and then heat treatment at 200 to 1300 ° C. in an ammonia gas atmosphere give a boron nitride fiber. The boron nitride fiber at this stage is called unoriented boron nitride fiber. When producing unoriented boron nitride fiber, if only heat treatment in an ammonia atmosphere is carried out, defects and scratches are generated on the fiber surface of the obtained boron nitride fiber, and high strength boron nitride fiber is obtained. I can't.

【0064】不活性ガス雰囲気下での加熱処理における
雰囲気ガスには、窒素、アルゴン、ヘリウム等を用いる
ことができる。不活性ガス雰囲気下での加熱処理におけ
る加熱処理温度は、100〜600℃、好ましくは15
0〜550℃、より好ましくは160〜500℃の範囲
より任意に選ぶことができる。この加熱処理を100℃
より低い温度で行うと、次いで行うアンモニアガス雰囲
気下での加熱処理において、窒化ほう素繊維の繊維表面
に欠陥、傷が生成してしまい、繊維の強度が低下する場
合がある。また、600℃より高い温度で加熱処理を行
うと、前駆体由来の炭素が黒鉛化しやすくなり、次いで
行うアンモニアガス雰囲気下での熱処理を行っても、こ
れを除去することが困難になる場合がある。
Nitrogen, argon, helium, or the like can be used as the atmospheric gas in the heat treatment in the inert gas atmosphere. The heat treatment temperature in the heat treatment under an inert gas atmosphere is 100 to 600 ° C., preferably 15 to
It can be arbitrarily selected from the range of 0 to 550 ° C, more preferably 160 to 500 ° C. This heat treatment is 100 ° C
If it is performed at a lower temperature, defects and scratches may be generated on the fiber surface of the boron nitride fiber in the subsequent heat treatment in an ammonia gas atmosphere, and the fiber strength may decrease. Further, when the heat treatment is performed at a temperature higher than 600 ° C., carbon derived from the precursor is likely to be graphitized, and it may be difficult to remove the carbon even if the subsequent heat treatment in an ammonia gas atmosphere is performed. is there.

【0065】不活性ガス雰囲気下での窒化ほう素前駆体
繊維の加熱処理を行う加熱装置は、チャンバーあるいは
炉心管などにより雰囲気を制御することができる構造も
のであれば良く、電気炉、ガス炉など公知の加熱装置の
が特に制限なく用いられる。加熱処理方法としては、一
度に一定量の窒化ほう素前駆体繊維を加熱処理するバッ
チ式加熱処理、および連続した窒化ほう素前駆体繊維を
予め加熱処理温度に加熱した加熱装置に順次送り込んで
加熱処理し、加熱処理した繊維を巻き取って回収する連
続式加熱処理があり、本発明においてはいずれの加熱処
理方法を用いてもよい。不活性ガス雰囲気下でバッチ式
加熱処理を行う場合には、加熱処理温度に予め昇温され
た加熱処理装置に窒化ほう素前駆体繊維を導入して加熱
処理を行うか、加熱処理装置に窒化ほう素前駆体繊維を
配置した後に昇温して加熱処理温度に到達させて加熱処
理を行うことができる。
The heating device for heat-treating the boron nitride precursor fiber in an inert gas atmosphere may have a structure capable of controlling the atmosphere with a chamber or a furnace core tube, and may be an electric furnace or a gas furnace. A known heating device such as the above can be used without particular limitation. As the heat treatment method, a batch-type heat treatment in which a certain amount of boron nitride precursor fibers are heat-treated at one time, and continuous boron nitride precursor fibers are sequentially fed into a heating device which has been heated to a heat treatment temperature in advance and heated. There is a continuous heat treatment in which treated and heat-treated fibers are wound and collected, and any heat treatment method may be used in the present invention. When performing batch heat treatment in an inert gas atmosphere, the boron nitride precursor fiber is introduced into the heat treatment device which has been preheated to the heat treatment temperature for heat treatment, or the heat treatment device is used for nitriding. After arranging the boron precursor fiber, the temperature can be raised to reach the heat treatment temperature for heat treatment.

【0066】いずれの加熱処理方法においても、窒化ほ
う素前駆体繊維が急激に加熱されると、窒化ほう素前駆
体から紡糸液を作製する際の溶媒であるDMFが急激に
蒸発したり、熱分解生成物の脱離が急激に起こり、得ら
れる窒化ほう素繊維にボイド、亀裂などの欠陥が生じ強
度の低下を招くことがある。従って、窒化ほう素前駆体
繊維が加熱処理温度に到達するまでの昇温速度を20℃
/min以下として加熱処理を行うことが好ましい。加
熱処理温度における保持時間は、窒化ほう素前駆体繊維
の量や加熱処理温度にも依るが、0〜10時間の範囲よ
り任意に選ぶことができる。保持時間が0時間とは、窒
化ほう素前駆体繊維が加熱処理温度に達した直後に、加
熱装置を降温するか、窒化ほう素前駆体繊維を加熱装置
から取り出すなどして加熱処理を終了することを示す。
In any of the heat treatment methods, when the boron nitride precursor fiber is rapidly heated, DMF, which is a solvent for preparing a spinning solution from the boron nitride precursor, is rapidly evaporated, Desorption of decomposition products may occur rapidly, resulting in defects such as voids and cracks in the obtained boron nitride fiber, leading to a decrease in strength. Therefore, the temperature rising rate until the boron nitride precursor fiber reaches the heat treatment temperature is 20 ° C.
/ Min or less, it is preferable to perform heat treatment. The holding time at the heat treatment temperature depends on the amount of boron nitride precursor fibers and the heat treatment temperature, but can be arbitrarily selected from the range of 0 to 10 hours. The holding time of 0 hours means that immediately after the boron nitride precursor fiber reaches the heat treatment temperature, the heating device is cooled down, or the boron nitride precursor fiber is removed from the heating device, and the heat treatment is completed. Indicates that

【0067】不活性ガス雰囲気下での加熱処理における
加熱処理雰囲気は、加熱処理温度に到達するまでの昇温
過程、加熱処理温度における保持過程、加熱処理終了ま
での降温過程の何れの過程においても、即ち、窒化ほう
素前駆体繊維が不活性ガス雰囲気での加熱装置のチャン
バー、炉心管などの中にあるうちは、不活性ガス雰囲気
とするのが好ましい。不活性ガス雰囲気とするために
は、不活性ガスで置換した加熱装置のチャンバー、炉心
管などを密閉するか、あるいは加熱装置のチャンバー、
炉心管などに不活性ガスを流通させればよい。
The heat treatment atmosphere in the heat treatment under an inert gas atmosphere may be any of the temperature rising process until reaching the heat treatment temperature, the holding process at the heat treatment temperature, and the temperature lowering process until the end of the heat treatment. That is, while the boron nitride precursor fiber is in the chamber of the heating device, the furnace core tube, or the like in an inert gas atmosphere, the inert gas atmosphere is preferable. In order to make the atmosphere of the inert gas, the chamber of the heating device replaced with the inert gas, the furnace tube or the like is sealed, or the chamber of the heating device,
An inert gas may be passed through a furnace tube or the like.

【0068】不活性ガス雰囲気下での加熱処理に次い
で、アンモニアガス雰囲気下での加熱処理を行うことに
より、窒化ほう素前駆体などに由来する炭素成分を効率
よく除去することができる場合がある。アンモニアガス
雰囲気下における加熱処理温度は、200〜1300
℃、好ましくは250〜1250℃、より好ましくは3
00〜1200℃の温度で加熱処理することにより、前
駆体由来の炭素はほぼ分解除去されるので、アンモニア
ガス雰囲気下での加熱処理を1300℃より高温で行う
必要は特にない。
In some cases, the carbon component derived from the boron nitride precursor or the like can be efficiently removed by performing the heat treatment in the inert gas atmosphere and then the heat treatment in the ammonia gas atmosphere. . The heat treatment temperature in the atmosphere of ammonia gas is 200 to 1300.
℃, preferably 250 to 1250 ℃, more preferably 3
Since the carbon derived from the precursor is almost decomposed and removed by the heat treatment at a temperature of 00 to 1200 ° C, it is not particularly necessary to perform the heat treatment at a temperature higher than 1300 ° C in an ammonia gas atmosphere.

【0069】アンモニアガス雰囲気下での窒化ほう素前
駆体繊維の加熱処理を行う加熱装置は、チャンバーある
いは炉心管などにより雰囲気を制御することができる構
造ものであれば良く、電気炉、ガス炉など公知の加熱装
置のが特に制限なく用いられる。加熱処理方法として
は、不活性ガス雰囲気下での加熱処理と同様にバッチ式
加熱処理、あるいは連続式加熱処理のいずれの加熱処理
方法を用いてもよい。バッチ式加熱処理を行う場合に
は、加熱処理温度に予め昇温された加熱処理装置に窒化
ほう素前駆体繊維を導入して加熱処理を行うか、加熱処
理装置に窒化ほう素前駆体繊維を配置した後に昇温して
加熱処理温度に到達させて加熱処理を行う。
The heating device for performing the heat treatment of the boron nitride precursor fiber in the atmosphere of ammonia gas may have a structure capable of controlling the atmosphere by a chamber or a furnace core tube, and may be an electric furnace, a gas furnace or the like. A known heating device can be used without particular limitation. As the heat treatment method, either a batch heat treatment or a continuous heat treatment method may be used as in the heat treatment in an inert gas atmosphere. When performing batch type heat treatment, the boron nitride precursor fiber is introduced into the heat treatment device which has been preheated to the heat treatment temperature for heat treatment, or the boron nitride precursor fiber is added to the heat treatment device. After the arrangement, the temperature is raised to reach the heat treatment temperature and heat treatment is performed.

【0070】いずれの加熱処理方法においても、窒化ほ
う素前駆体繊維が急激に加熱されると、熱分解生成物の
脱離が急激に起こり、得られる窒化ほう素繊維にボイ
ド、亀裂などの欠陥が生じ強度の低下を招くことがあ
る。そのため、窒化ほう素前駆体繊維が加熱処理温度に
到達するまでの昇温速度を20℃/min以下として加
熱処理を行うことが好ましい。加熱処理温度における保
持時間は、窒化ほう素前駆体繊維の量や加熱処理温度に
も依るが、0〜10時間の範囲より任意に選ぶことがで
きる。保持時間が0時間とは、窒化ほう素前駆体繊維が
加熱処理温度に達した直後に、加熱装置を降温するか、
窒化ほう素前駆体繊維を加熱装置から取り出すなどして
加熱処理を終了することを示す。
In any of the heat treatment methods, when the boron nitride precursor fiber is rapidly heated, the thermal decomposition products are rapidly desorbed, resulting in defects such as voids and cracks in the obtained boron nitride fiber. May occur, leading to a decrease in strength. Therefore, it is preferable to perform the heat treatment at a heating rate of 20 ° C./min or less until the boron nitride precursor fiber reaches the heat treatment temperature. The holding time at the heat treatment temperature depends on the amount of boron nitride precursor fibers and the heat treatment temperature, but can be arbitrarily selected from the range of 0 to 10 hours. The holding time of 0 hour means that the temperature of the heating device is lowered immediately after the boron nitride precursor fiber reaches the heat treatment temperature, or
This indicates that the heat treatment is completed by taking out the boron nitride precursor fiber from the heating device.

【0071】アンモニアガス雰囲気下での加熱処理にお
いて加熱処理雰囲気がアンモニアガスである必要がある
のは、昇温過程のうち不活性ガス雰囲気下で行った加熱
処理温度からアンモニアガス雰囲気下での加熱処理温度
に到達するまでの間と、アンモニアガス雰囲気下での加
熱処理温度における保持過程である。その他の加熱処理
過程、すなわち不活性ガス雰囲気下で行った加熱処理温
度までの昇温過程およびアンモニアガス雰囲気下での加
熱処理温度からの降温過程では、窒素、アルゴン、ヘリ
ウム等の不活性雰囲気あるいはアンモニアガス雰囲気の
いずれを用いてもよい。加熱処理の雰囲気をアンモニア
ガスとするためには、アンモニアガスで置換した加熱装
置のチャンバー、炉心管などを密閉するか、あるいは加
熱装置のチャンバー、炉心管などにアンモニアガスを流
通させればよい。
In the heat treatment under the ammonia gas atmosphere, it is necessary that the heat treatment atmosphere is the ammonia gas because the temperature of the heat treatment carried out under the inert gas atmosphere during the heating process is changed from the heat treatment under the ammonia gas atmosphere. It is the process of holding at the heat treatment temperature in the ammonia gas atmosphere until reaching the treatment temperature. In other heat treatment processes, that is, in the temperature raising process to the heat treatment temperature performed in an inert gas atmosphere and in the temperature lowering process from the heat treatment temperature in an ammonia gas atmosphere, an inert atmosphere such as nitrogen, argon, or helium or Any of the ammonia gas atmospheres may be used. In order to change the atmosphere of the heat treatment to ammonia gas, the chamber of the heating device, the furnace core tube, or the like, which is replaced with the ammonia gas, may be sealed, or the ammonia gas may be circulated through the chamber of the heating device, the furnace core tube, or the like.

【0072】本発明では、先ず不活性ガス雰囲気下で加
熱処理(予備加熱)を行い、次いでアンモニアガス雰囲
気下で加熱処理を行うのが好ましい。不活性ガス雰囲気
下での加熱処理とアンモニアガス雰囲気下での加熱処理
を順次行う方法としては、先ず、不活性ガス雰囲気下で
の加熱処理を行い、不活性ガス雰囲気下での加熱処理が
終了した時点で雰囲気ガスをアンモニアに切り替えて引
き続きアンモニアガス雰囲気下での加熱処理を行っても
良いし、加熱処理後、降温するか、加熱装置より窒化ほ
う素繊維を取り出すこと等により不活性ガス雰囲気下で
の加熱処理を終了し、改めてアンモニアガス雰囲気下で
の加熱処理を行っても良い。
In the present invention, it is preferable that the heat treatment (preheating) is first performed in an inert gas atmosphere, and then the heat treatment is performed in an ammonia gas atmosphere. As a method of sequentially performing heat treatment in an inert gas atmosphere and heat treatment in an ammonia gas atmosphere, first, heat treatment in an inert gas atmosphere is performed, and heat treatment in an inert gas atmosphere is completed. At this point, the atmosphere gas may be switched to ammonia and heat treatment may be subsequently performed in an ammonia gas atmosphere.After the heat treatment, the temperature may be lowered, or the boron nitride fiber may be taken out from the heating device, or the like in an inert gas atmosphere. The heat treatment below may be terminated and the heat treatment may be performed again in an ammonia gas atmosphere.

【0073】(f) 上記工程(e)で得られたアンモ
ニアで処理した繊維を不活性ガス雰囲気下で引張応力を
印加しながら1600〜2300℃において加熱するこ
とによって本発明の窒化ほう素繊維が得られる。
(F) The boron nitride fiber of the present invention is obtained by heating the ammonia-treated fiber obtained in the above step (e) at 1600 to 2300 ° C. under an inert gas atmosphere while applying tensile stress. can get.

【0074】すなわち、引張強度が1400MPa以上
の窒化ほう素繊維は、未配向化窒化ほう素繊維を不活性
ガス雰囲気下、繊維に引張り応力を印加しながら160
0〜2300℃、好ましくは1650〜2250℃、よ
り好ましくは1700〜2200℃で加熱処理(以下、
配向化処理ともいう)することによって得ることができ
る。
That is, for the boron nitride fiber having a tensile strength of 1400 MPa or more, the unoriented boron nitride fiber is applied in an inert gas atmosphere while applying tensile stress to the fiber.
Heat treatment at 0 to 2300 ° C., preferably 1650 to 2250 ° C., more preferably 1700 to 2200 ° C. (hereinafter,
It can also be obtained by performing an orientation treatment).

【0075】この配向化処理における雰囲気は、窒化ほ
う素が酸化など化学的に変質しなければ特に制限されな
い。従って、配向化処理路の雰囲気ガスとしては、例え
ば窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを用いるこ
とができる。または、真空下にて配向化処理を行うこと
も可能である。
The atmosphere in this orientation treatment is not particularly limited as long as boron nitride is not chemically altered such as by oxidation. Therefore, an inert gas such as nitrogen, argon, or helium can be used as the atmospheric gas in the orientation treatment path. Alternatively, the orientation treatment can be performed under vacuum.

【0076】配向化処理における加熱処理温度は160
0〜2300℃の範囲より任意に選ぶことができる。加
熱処理温度が1600℃よりも低いと引張応力を印加し
ても配向化が十分に進行せず、引張強度は1400MP
aに達しない場合がある。また、2300℃以上では窒
化ほう素の分解反応が始まるので、2300℃以上で加
熱処理を行うのは好ましくない。 配向化処理を行う際
の加熱装置は、チャンバーあるいは炉心管などにより雰
囲気を制御することができる構造の物であればよく、電
気炉、ガス炉など公知の加熱装置が特に制限なく用いら
れる。配向化処理は、一度に一定量の未配向化窒化ほう
素繊維を処理するバッチ式処理、及び連続した未配向化
窒化ほう素繊維を予め加熱処理温度に加熱した加熱装置
に連続的に送り込んで処理し、処理した繊維を巻取って
回収する連続式処理があり、本発明においてはいずれの
処理方法を用いてもよい。バッチ式で配向化処理を行う
場合には、加熱処理温度に予め昇温された加熱装置に未
配向化窒化ほう素繊維を導入して加熱処理を行うか、未
配向化窒化ほう素繊維を加熱処理装置内に配置した後に
昇温して加熱処理温度に到達させて加熱処理を行う。
The heat treatment temperature in the orientation treatment is 160
It can be arbitrarily selected from the range of 0 to 2300 ° C. When the heat treatment temperature is lower than 1600 ° C, the orientation does not proceed sufficiently even if tensile stress is applied, and the tensile strength is 1400MP.
It may not reach a. Further, since the decomposition reaction of boron nitride starts at 2300 ° C or higher, it is not preferable to perform the heat treatment at 2300 ° C or higher. The heating device for carrying out the orientation treatment may be any structure having a structure such that the atmosphere can be controlled by a chamber or a core tube, and a known heating device such as an electric furnace or a gas furnace can be used without particular limitation. The orientation treatment is a batch-type treatment in which a certain amount of unoriented boron nitride fibers are treated at a time, and continuous unoriented boron nitride fibers are continuously fed to a heating device which has been heated to a heat treatment temperature in advance. There is a continuous treatment in which treated and treated fibers are wound and collected, and any treatment method may be used in the present invention. When carrying out the orientation treatment in a batch system, the non-oriented boron nitride fiber is introduced into the heating device which has been preheated to the heat treatment temperature for heat treatment, or the non-oriented boron nitride fiber is heated. After being placed in the processing apparatus, the temperature is raised to reach the heat treatment temperature and heat treatment is performed.

【0077】配向化処理において、未配向化窒化ほう素
繊維を急激に加熱すると、熱応力により欠陥が生じ、得
られる窒化ほう素繊維の強度が低下する場合がある。従
って、未配向化窒化ほう素繊維が加熱処理温度に到達す
るまでの速度は100℃/min以下として配向化処理
を行うことが好ましい。加熱処理温度における保持時間
は、加熱処理を行う未配向化窒化ほう素繊維の量、加熱
処理温度にもよるが0〜10時間の範囲より任意に選ぶ
ことができる。保持時間が0時間とは、未配向化窒化ほ
う素繊維が加熱処理温度に達した直後に、加熱装置を降
温するか、未配向化窒化ほう素繊維を加熱装置から取り
出して加熱処理を終了することを示す。
When the unoriented boron nitride fiber is rapidly heated in the orientation treatment, defects may occur due to thermal stress and the strength of the obtained boron nitride fiber may be reduced. Therefore, the orientation treatment is preferably performed at a rate of 100 ° C./min or less until the unoriented boron nitride fiber reaches the heat treatment temperature. The holding time at the heat treatment temperature can be arbitrarily selected from the range of 0 to 10 hours, though it depends on the amount of unoriented boron nitride fibers to be heat treated and the heat treatment temperature. The holding time of 0 hours means that the heating device is cooled immediately after the unoriented boron nitride fiber reaches the heat treatment temperature, or the unoriented boron nitride fiber is taken out of the heating device and the heat treatment is completed. Indicates that.

【0078】配向化処理における雰囲気は、加熱処理温
度に到達するまでの昇温過程、加熱処理温度における保
持過程、加熱処理終了までの降温過程の何れの過程にお
いても、不活性ガス雰囲気あるいは真空とするのが好ま
しい。不活性ガス雰囲気とするためには、不活性ガスで
置換した加熱装置のチャンバー、炉心管などを密閉する
か、あるいは加熱装置のチャンバー、炉心管などに不活
性ガスを流通させればよい。
The atmosphere in the orientation treatment is an inert gas atmosphere or a vacuum in any of the temperature raising process until reaching the heat treatment temperature, the holding process at the heat treatment temperature, and the temperature lowering process until the heat treatment is completed. Preferably. In order to obtain an inert gas atmosphere, the chamber of the heating device replaced with the inert gas, the furnace tube, or the like may be sealed, or the inert gas may be passed through the chamber of the heating device, the furnace tube, or the like.

【0079】配向化処理において、未配向化窒化ほう素
繊維に引張応力を印加する方法は、特に限定されない
が、例えば、配向化処理をバッチ式で行う場合には、未
配向化窒化ほう素繊維を鉛直方向に吊し、その下端に重
りを付加することにより引張応力を印加することができ
る。また、未配向化窒化ほう素繊維は引張応力を印加し
ない状態で不活性ガス雰囲気下、1600〜2300℃
に加熱処理すると、加熱処理温度に依存して繊維軸方向
に収縮する。従って、未配向化窒化ほう素繊維に、未配
向化窒化ほう素繊維および加熱処理により生成する窒化
ほう素繊維と反応しない窒化ほう素などの材質で作製さ
れた型枠を付し、そのまま不活性ガス雰囲気下、160
0〜2300℃に加熱処理すれば未配向化窒化ほう素繊
維の加熱処理による熱収縮が型枠により妨げられ、結果
的に未配向化窒化ほう素繊維に引張応力を印加しながら
加熱処理を行うことができる。又、配向化処理を連続式
で行う場合には、未配向化窒化ほう素繊維の加熱処理装
置への供給速度と、加熱処理を終えた繊維の巻き取り速
度を制御することにより、未配向化窒化ほう素繊維の加
熱処理における熱収縮を制御することができ、その結
果、引張応力を印加しながら配向化処理を行うことが出
来る。
In the orientation treatment, the method of applying tensile stress to the non-oriented boron nitride fiber is not particularly limited. For example, when the orientation treatment is carried out in a batch system, the unoriented boron nitride fiber is used. Can be applied in the vertical direction, and a tensile stress can be applied by adding a weight to the lower end. In addition, the unoriented boron nitride fiber is 1600 to 2300 ° C. in an inert gas atmosphere without applying a tensile stress.
When heat-treated, the fiber shrinks in the fiber axis direction depending on the heat-treatment temperature. Therefore, a non-oriented boron nitride fiber is attached to a form made of a material such as boron nitride that does not react with the non-oriented boron nitride fiber and the boron nitride fiber produced by the heat treatment, and it is inactive as it is. Under gas atmosphere, 160
If heat treatment is performed at 0 to 2300 ° C., the heat shrinkage of the unoriented boron nitride fiber due to the heat treatment is prevented by the mold, and as a result, the heat treatment is performed while applying tensile stress to the unoriented boron nitride fiber. be able to. When the orientation treatment is carried out in a continuous manner, it is possible to control the unorientation by controlling the feed rate of the unoriented boron nitride fiber to the heat treatment device and the winding speed of the fiber after the heat treatment. It is possible to control the thermal contraction of the boron nitride fiber during the heat treatment, and as a result, it is possible to perform the orientation treatment while applying tensile stress.

【0080】配向化処理において未配向化窒化ほう素繊
維に印加する引張応力は、加熱処理の加熱処理温度、加
熱処理時間により異なるが、重りを吊すなどして応力を
印加する場合には0.1〜1000MPaの範囲で任意
に選ぶことが出来る。印加する応力が0.1MPaより
小さいと配向化が不十分で引張強度が1400MPaに
達しない場合がある。また、印加する応力が1000M
Paよりも大きいと未配向化繊維が破断する場合があ
る。一方、未配向化窒化ほう素繊維の加熱処理による収
縮を制限して未配向化窒化ほう素繊維に引張応力を印加
する場合、または連続式処理で加熱処理装置への未配向
化窒化ほう素繊維を供給する速度と加熱処理を終えた繊
維を巻き取る速度とを制御して加熱処理による熱収縮を
制限して未配向化窒化ほう素繊維に引張応力を印加する
場合には、延伸率が4〜32%の範囲より選べばよい。
ただし、延伸率(E)は式(1)により定義する。
The tensile stress applied to the non-oriented boron nitride fiber in the orientation treatment varies depending on the heating treatment temperature and the heating treatment time of the heating treatment, but is 0. It can be arbitrarily selected within the range of 1 to 1000 MPa. If the applied stress is less than 0.1 MPa, the orientation may be insufficient and the tensile strength may not reach 1400 MPa. The applied stress is 1000M
If it is larger than Pa, the unoriented fiber may be broken. On the other hand, when the tensile stress is applied to the non-oriented boron nitride fiber by limiting the shrinkage of the non-oriented boron nitride fiber due to the heat treatment, or in the continuous treatment, the non-oriented boron nitride fiber is applied to the heat treatment device. When the tensile stress is applied to the non-oriented boron nitride fiber by controlling the rate of feeding the heat-treated fiber and the rate of winding the heat-treated fiber to limit the heat shrinkage due to the heat treatment, the draw ratio is 4%. It may be selected from the range of up to 32%.
However, the stretching ratio (E) is defined by the formula (1).

【0081】 E=100×(Ls−Lf)/Lf (1) Lfは単位長さの窒化ほう素繊維の熱収縮を制限するこ
と無く、すなわち窒化ほう素繊維に引張応力を印加する
こと無く熱処理温度(T℃)に加熱処理した時の繊維試
料長を表し、Lsは単位長さの窒化ほう素繊維を熱収縮
を制限して熱処理温度(T℃)に加熱処理したときの繊
維試料長を表す。
E = 100 × (Ls−Lf) / Lf (1) Lf is a heat treatment without limiting the heat shrinkage of the boron nitride fiber of unit length, that is, without applying tensile stress to the boron nitride fiber. Represents the fiber sample length when heat-treated at temperature (T ° C.), and Ls is the fiber sample length when heat-treated at a heat treatment temperature (T ° C.) by limiting thermal contraction of a unit length boron nitride fiber. Represent

【0082】延伸率が4%よりも小さいと、未配向化窒
化ほう素繊維に印加される引張応力が不十分で、引張強
度が1400MPaに達しない場合がある。また、延伸
率が32%よりも大きいと、加熱処理の過程で未配向化
窒化ほう素繊維が破断する場合がある。
If the stretching ratio is less than 4%, the tensile stress applied to the unoriented boron nitride fiber may be insufficient and the tensile strength may not reach 1400 MPa. If the stretching ratio is larger than 32%, the unoriented boron nitride fiber may be broken during the heat treatment.

【0083】本発明の複合体は、上述のようにして作製
された引張強度、配向度の高い窒化ほう素繊維がセラミ
ックス、ガラス、又は、無機単結晶からなる母材中に含
まれることにより構成される。
The composite of the present invention is constituted by containing the boron nitride fiber having a high tensile strength and a high degree of orientation prepared as described above in a matrix material made of ceramics, glass or an inorganic single crystal. To be done.

【0084】本発明における母材のうちセラミックスと
しては、酸化物セラミックス、窒化物セラミックス、炭
化物セラミックス、ほう化物セラミックスなどの公知の
セラミックスが特に制限されることなく用いることがで
きる。
As the ceramics in the base material in the present invention, known ceramics such as oxide ceramics, nitride ceramics, carbide ceramics and boride ceramics can be used without particular limitation.

【0085】酸化物セラミックスとしては、酸化アルミ
ニウム、ムライト、酸化亜鉛、酸化ウラニウム、希土類
酸化物(酸化セリウム、酸化イットリウム、酸化ランタ
ン等)、酸化カルシウム、酸化クロム、酸化コバルト、
酸化珪素、珪酸塩化合物(コーディエライト、スポジュ
メン等)、酸化ジルコニウム、ジルコン酸塩、酸化錫、
酸化タングステン、タングステンブロンズ、酸化タンタ
ル、酸化チタン、チタン酸塩、酸化鉄、酸化トリウム、
酸化ニオブ、酸化ニッケル、酸化ハフニウム、酸化バナ
ジウム、酸化バリウム、酸化ビスマス、酸化ベリリウ
ム、酸化マグネシウム、酸化モリブデン、モリブデンブ
ロンズ、アパタイト等のリン酸塩など、およびこれら酸
化物の固溶体、混合体、複合酸化物、更にこれら酸化物
セラミックスを主成分とした炭化物、窒化物、ほう化
物、金属および合金などとの固溶体または混合体などを
挙げることができる。
The oxide ceramics include aluminum oxide, mullite, zinc oxide, uranium oxide, rare earth oxides (cerium oxide, yttrium oxide, lanthanum oxide, etc.), calcium oxide, chromium oxide, cobalt oxide,
Silicon oxide, silicate compounds (cordierite, spodumene, etc.), zirconium oxide, zirconate, tin oxide,
Tungsten oxide, tungsten bronze, tantalum oxide, titanium oxide, titanate, iron oxide, thorium oxide,
Phosphates such as niobium oxide, nickel oxide, hafnium oxide, vanadium oxide, barium oxide, bismuth oxide, beryllium oxide, magnesium oxide, molybdenum oxide, molybdenum bronze, and apatite, and solid solutions, mixtures, and complex oxides of these oxides. And a solid solution or mixture with carbides, nitrides, borides, metals and alloys containing these oxide ceramics as main components.

【0086】窒化物セラミックスとしては、窒化アルミ
ニウム、窒化珪素、サイアロン、窒化ジルコニウム、窒
化チタン、窒化ほう素など、およびこれら窒化物の固溶
体、混合体、複合窒化物、更に、これらの窒化物セラミ
ックスを主成分とした酸化物、炭化物、ほう化物、金属
および金属間化合物などとの固溶体または混合体などを
挙げることができる。
Examples of the nitride ceramics include aluminum nitride, silicon nitride, sialon, zirconium nitride, titanium nitride, boron nitride, and the like, and solid solutions, mixtures, and composite nitrides of these nitrides, as well as these nitride ceramics. Examples thereof include solid solutions or mixtures with oxides, carbides, borides, metals and intermetallic compounds, etc., which are main components.

【0087】炭化物セラミックスとしては、炭化珪素、
炭化タングステン、炭化チタン、炭化ほう素など、およ
びこれら炭化物セラミックスの固溶体、混合体、複合炭
化物、更にこれら炭化物を主成分とした酸化物、窒化
物、ほう化物、金属および合金などとの固溶体または混
合体などを挙げることができる。
As the carbide ceramics, silicon carbide,
Solid solutions or mixtures of tungsten carbide, titanium carbide, boron carbide, etc., and solid solutions, mixtures, complex carbides of these carbide ceramics, and oxides, nitrides, borides, metals and alloys containing these carbides as main components. The body etc. can be mentioned.

【0088】ほう化物セラミックスとしては、ほう化チ
タン、ほう化ジルコニウム、ほう化ハフニウム、ほう化
クロム、ほう化モリブデン、ほう化タングステン、ほう
化ニッケルなど、およびこれらほう化物セラミックスの
固溶体、混合体、複合ほう化物、更にこれらほう化物を
主成分とした酸化物、窒化物、炭化物、金属および合金
などとの固溶体または混合体などを挙げることができ
る。
The boride ceramics include titanium boride, zirconium boride, hafnium boride, chromium boride, molybdenum boride, tungsten boride, nickel boride, and the like, and solid solutions, mixtures, and composites of these boride ceramics. Examples thereof include borides, and solid solutions or mixtures with oxides, nitrides, carbides, metals and alloys containing these borides as main components.

【0089】本発明における母材のガラスとしては、酸
化物ガラス、フッ化物ガラス、カルコゲンガラスなど公
知のガラスが特に制限されることなく用いることができ
るが、本発明の目的としている高温構造材料という観点
からすれば、好ましくは酸化物ガラスが用いられる。
As the glass of the base material in the present invention, known glasses such as oxide glass, fluoride glass and chalcogen glass can be used without particular limitation, but it is called a high temperature structural material which is the object of the present invention. From the viewpoint, oxide glass is preferably used.

【0090】酸化物ガラスを具体的に例示すれば、珪酸
ガラス、珪酸アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、カリ
石灰ガラス、鉛アルカリガラス、バリウムガラス、アル
ミノ珪酸ガラス、ほう珪酸ガラス、リン酸塩ガラス、ほ
う酸塩ガラスなど、およびこれらのガラス中に主に珪酸
塩化合物の結晶相が析出した結晶化ガラス、更にこれら
のガラス中にセラミックス、金属および合金が分散した
複合体などを挙げることができる。
Specific examples of the oxide glass include silicate glass, alkali silicate glass, soda lime glass, potassium lime glass, lead alkali glass, barium glass, aluminosilicate glass, borosilicate glass, phosphate glass and boric acid. Examples thereof include salt glass, crystallized glass in which a crystal phase of a silicate compound is mainly deposited in these glasses, and a composite in which ceramics, metals and alloys are dispersed in these glasses.

【0091】本発明における無機単結晶としては、各種
セラミックスとして前に述べた酸化物、窒化物、炭化
物、ほう化物などの物質より特に制限なく用いることが
できる。
As the inorganic single crystal in the present invention, the above-mentioned substances such as oxides, nitrides, carbides and borides as various ceramics can be used without particular limitation.

【0092】しかしながら、単結晶の作製方法にもよる
が、炭化物、窒化物、ほう化物などでは溶融しなかった
り、融点が著しく高いために単結晶の作製が困難な場合
もあるので、より好ましくは酸化物を用いることができ
る。酸化物においても、酸化アルミニウムなどのように
融点が2050℃と非常に高温である場合が多いが、例
えば酸化アルミニウムの場合には酸化アルミニウムと、
酸化アルミニウムと酸化イットリウムなどの一部の希土
類酸化物とが5対3のモル比で反応したガーネット構造
を有する複合酸化物との共晶組成を利用することによ
り、融点を約1800℃まで低下させることができる。
1800℃程度の温度では、本発明における窒化ほう素
繊維は熱による組織変化を生じることなく強度を維持す
ることが可能であるため、本発明の複合体を作製するこ
とが可能となる。もちろんこの場合の母材は共晶組成で
あるので、単結晶中に第2相が析出した構造を取る。す
なわち、上述の例においては、母材は酸化アルミニウム
の単結晶中に、ガーネット構造を有する複合酸化物が析
出した構造を取る。
However, although it depends on the method of producing the single crystal, it may be difficult to produce the single crystal due to the fact that it does not melt with carbides, nitrides, borides, etc., or the melting point is extremely high, so it is more preferable. Oxides can be used. Even in oxides, the melting point is often as high as 2050 ° C. such as aluminum oxide, but in the case of aluminum oxide, for example, aluminum oxide is
By utilizing the eutectic composition of a composite oxide having a garnet structure in which aluminum oxide and some rare earth oxides such as yttrium oxide are reacted at a molar ratio of 5: 3, the melting point is lowered to about 1800 ° C. be able to.
At a temperature of about 1800 ° C., the boron nitride fiber of the present invention can maintain its strength without undergoing a structural change due to heat, so that the composite of the present invention can be produced. Of course, since the base material in this case has a eutectic composition, it has a structure in which the second phase is precipitated in the single crystal. That is, in the above example, the base material has a structure in which a complex oxide having a garnet structure is deposited in a single crystal of aluminum oxide.

【0093】これに対し、従来のセラミック繊維では、
1800℃で強度を維持する繊維は無く、この様な複合
材料を作製することは困難である。また、炭素繊維の場
合には熱に対しては安定であるが、例えば、例として挙
げた酸化アルミニウム−酸化イットリウムの系において
は、炭素は酸化イットリウムにより酸化され、一酸化炭
素として揮散するので、同系単結晶を母材とするような
複合材料を作製することは困難であり、適用できる母材
の材質に制限が生じる。
On the other hand, in the conventional ceramic fiber,
There are no fibers that maintain strength at 1800 ° C., making it difficult to make such a composite material. In the case of carbon fiber, which is stable against heat, for example, in the aluminum oxide-yttrium oxide system given as an example, since carbon is oxidized by yttrium oxide and volatilized as carbon monoxide, It is difficult to produce a composite material in which a single crystal of the same type is used as a base material, and the applicable material of the base material is limited.

【0094】この様な母材中に窒化ほう素繊維が含まれ
ることにより、本発明の複合体となるが、セラミック
ス、ガラス、又は無機単結晶から成る母材中に含まれる
窒化ほう素繊維の形態および配列構造は特に制限されな
い。すなわち、連続的な窒化ほう素繊維(連続繊維とも
いう)として母材中に存在していても、あるいは、短く
切断された形態(短繊維ともいう)で母材中に存在して
いてもよい。短繊維の長さは均一でも、あるいは分布を
有していてもよい。また、これらの連続繊維および短繊
維は、母材中で、特定の配列構造を持たず空間的に不規
則に存在することも可能であるし、単軸方向あるいは多
軸方向に配列して存在することも可能である。また、連
続繊維を用いる場合には、母材中において、単軸方向あ
るいは多軸方向に配列していても良いし、また、該窒化
ほう素繊維が三次元織物からなる立体的構造を形成して
いてもよい。
By including the boron nitride fiber in such a base material, the composite of the present invention is obtained. However, the boron nitride fiber contained in the base material made of ceramics, glass, or an inorganic single crystal is used. The form and sequence structure are not particularly limited. That is, it may be present in the base material as continuous boron nitride fibers (also called continuous fibers), or may be present in the base material in the form of being cut into short pieces (also called short fibers). . The length of the short fibers may be uniform or have a distribution. In addition, these continuous fibers and short fibers can be spatially irregularly present in the base material without having a specific arrangement structure, or can be present uniaxially or polyaxially. It is also possible to do so. When continuous fibers are used, they may be uniaxially or polyaxially arranged in the base material, and the boron nitride fibers form a three-dimensional structure composed of a three-dimensional woven fabric. May be.

【0095】また、本発明の複合体において、母材中に
含まれる窒化ほう素繊維の好ましい体積割合は特に限定
されないが、10〜90%であることが好ましく、より
好ましい体積割合は20〜70%である。
In the composite of the present invention, the volume ratio of the boron nitride fiber contained in the base material is not particularly limited, but is preferably 10 to 90%, more preferably 20 to 70. %.

【0096】本発明の、セラミックス、ガラス、又は無
機単結晶から成る母材中に該窒化ほう素繊維が含まれた
複合体は、公知の無機繊維強化セラミックス複合材料の
作製方法を用いて、代表的には以下のようにして製造す
ることができる。
The composite of the present invention, in which the boron nitride fiber is contained in the base material made of ceramics, glass, or inorganic single crystal, is represented by a known method for producing an inorganic fiber-reinforced ceramic composite material. Specifically, it can be manufactured as follows.

【0097】短繊維を用いて本発明の複合体を製造する
場合には、短繊維と母材の原料を混合する工程、混合物
を所望の形状に成型する工程、および成型体を加熱処理
する工程を経て、本発明の複合体が製造される。
When the composite of the present invention is produced using short fibers, a step of mixing the short fibers and the raw materials of the base material, a step of molding the mixture into a desired shape, and a step of heat-treating the molded body. After that, the composite of the present invention is produced.

【0098】まず、短繊維と母材の原料を混合する。母
材の原料と混合する短繊維とは、短く切断された形態を
有する該窒化ほう素繊維であり、その好ましい平均長さ
は10μm〜50mmであり、より好ましくは20μm
〜30mmであり、更に好ましくは30μm〜10mm
である。また、この様な短繊維を製造するには、該窒化
ほう素繊維を所望の長さに切断する方法、未配向化窒化
ほう素繊維を所望の長さに切断する方法、あるいは窒化
ほう素前駆体繊維を所望の長さに切断する方法などのい
ずれの方法をも用いることができる。
First, the short fiber and the raw material of the base material are mixed. The short fiber mixed with the raw material of the base material is the boron nitride fiber having a short cut form, and its preferable average length is 10 μm to 50 mm, more preferably 20 μm.
To 30 mm, more preferably 30 μm to 10 mm
It is. In order to produce such short fibers, a method of cutting the boron nitride fiber into a desired length, a method of cutting the unoriented boron nitride fiber into a desired length, or a boron nitride precursor Any method such as a method of cutting the body fiber into a desired length can be used.

【0099】短繊維と混合される母材の原料は、前述の
母材を構成するセラミックス、ガラス、又は無機単結晶
となる物質そのもの、および/または後の成型体を加熱
処理する工程において前述の母材のセラミックス、ガラ
ス、又は無機単結晶へと転換し得るものであればよい。
The raw material of the base material to be mixed with the short fibers is the above-mentioned material in the step of heat-treating the material itself which becomes the ceramic, glass, or inorganic single crystal constituting the above-mentioned base material, and / or the subsequent molded body. Any material that can be converted into a base material such as ceramics, glass, or an inorganic single crystal may be used.

【0100】母材の原料が、母材を構成するセラミック
ス、ガラス、又は無機単結晶となる物質そのものである
場合には、短繊維と均一に混合するため、母材の原料は
粉体であることが好ましい。粉体の粒径は特に限定され
ないが、母材がセラミックスなどの場合には、後の加熱
処理過程における焼結および緻密化を促進するために、
母材の原料粉体の粒径は10μm以下であることが好ま
しく、更に好ましい母材の原料分体の粒径は1μm以下
である。
When the raw material of the base material is ceramics, glass, or the substance itself which becomes the inorganic single crystal constituting the base material, the raw material of the base material is powder because it is uniformly mixed with the short fibers. It is preferable. The particle size of the powder is not particularly limited, but when the base material is ceramics or the like, in order to promote sintering and densification in the subsequent heat treatment process,
The particle size of the raw material powder of the base material is preferably 10 μm or less, and more preferably the particle size of the raw material powder of the base material is 1 μm or less.

【0101】加熱処理工程において母材のセラミック
ス、ガラス、又は無機単結晶へと転換し得る母材の原料
としては、母材となる物質の元素の全部あるいは一部を
含有した、アルコキシドあるいは無機高分子などが挙げ
られる。アルコキシドを用いる場合には、加熱処理にお
ける熱分解により母材を形成させることの他に、ゾル−
ゲル法などにより母材を形成させることも可能である。
As the raw material of the base material which can be converted into the base material ceramics, glass, or inorganic single crystal in the heat treatment step, an alkoxide or inorganic high-content material containing all or a part of the elements of the base material is used. Examples include molecules. When an alkoxide is used, in addition to forming the base material by thermal decomposition in heat treatment, sol-
It is also possible to form the base material by a gel method or the like.

【0102】母材の原料と短繊維の混合方法は、公知の
方法を採用することができ、例えば、ボールミル、乳鉢
などを用いて混合することができる。このとき、混合は
湿式法および乾式法のいずれを用いてもよい。湿式法で
混合する場合には、母材の原料の懸濁液あるいは溶液と
短繊維とを混合し、混合を終えた後、分散媒あるいは溶
媒を乾燥などにより除去すればよい。また、母材の原料
によっては、母材の原料の融液と短繊維とをガラス点移
転または融点以上の温度において混合することも可能で
ある。或いは、短繊維を母材の原料の懸濁液、溶液、ま
たは融液などの中を通すことにより、母材の原料を短繊
維に被覆あるいは付着させて、母材の原料と短繊維とを
混合することもできる。また、蒸着法、化学蒸着法など
の気相を利用した方法によっても短繊維表面に母材の原
料を被覆することが可能であり、この方法によっても、
母材の原料と短繊維とを混合することができる。
As a method of mixing the raw material of the base material and the short fibers, a known method can be adopted, for example, a ball mill, a mortar or the like can be used for mixing. At this time, any of a wet method and a dry method may be used for mixing. In the case of mixing by a wet method, the suspension or solution of the raw material of the base material and short fibers are mixed, and after the mixing is completed, the dispersion medium or the solvent may be removed by drying or the like. Further, depending on the raw material of the base material, it is possible to mix the melt of the raw material of the base material and the short fibers at the glass point transfer or at a temperature equal to or higher than the melting point. Alternatively, the short fiber may be passed through a suspension, solution, or melt of the raw material of the base material to coat or adhere the raw material of the base material to the short fiber, so that the raw material of the base material and the short fiber are separated from each other. It can also be mixed. Further, it is also possible to coat the raw material of the base material on the surface of the short fibers by a vapor phase method such as a vapor deposition method or a chemical vapor deposition method.
The raw material of the base material and the short fibers can be mixed.

【0103】短繊維と粉体とを混合する場合には、バイ
ンダーと称される結合剤を適宜添加、混合することによ
り、混合物の成型性を向上させることができる場合があ
る。また、母材がセラミックスなどの場合には、母材の
物質により公知の焼結助剤を適宜添加、混合することに
より、得られる複合体の緻密化を促進することが可能な
場合がある。
When the short fibers and the powder are mixed, it may be possible to improve the moldability of the mixture by appropriately adding and mixing a binder called a binder. When the base material is ceramics or the like, it may be possible to promote the densification of the obtained composite by appropriately adding and mixing a known sintering aid depending on the material of the base material.

【0104】以上のようにして得られる短繊維と母材の
原料の混合物を、所望の形状に成型する。混合物の成型
は公知の方法を採用することができ、例えば、一軸成型
および/または冷間静水圧加圧により、成型体を作製す
ることができる。
The mixture of the short fibers and the raw material of the base material obtained as described above is molded into a desired shape. A known method can be adopted for molding the mixture, and for example, a molded body can be produced by uniaxial molding and / or cold isostatic pressing.

【0105】成型体を加熱処理することにより、本発明
のセラミックス、ガラス、又は無機単結晶からなる母材
中に窒化ほう素繊維が含まれた複合体が得られる。混合
工程において、結合剤を添加した場合には、該加熱処理
に先立って結合剤を加熱除去(脱脂ともいう)を行う必
要がある場合もある。複合体を作製するための加熱処理
は、母材の種類により、その目的が異なるので、セラミ
ックス、ガラス、および無機単結晶の各々について、以
下に説明する。
By subjecting the molded body to heat treatment, a composite body of the present invention in which a boron nitride fiber is contained in the base material made of ceramics, glass, or an inorganic single crystal is obtained. In the mixing step, when a binder is added, it may be necessary to remove the binder by heating (also referred to as degreasing) prior to the heat treatment. Since the purpose of the heat treatment for producing the composite differs depending on the type of the base material, each of ceramics, glass, and inorganic single crystal will be described below.

【0106】母材をセラミックスとする場合には、この
加熱処理により短繊維と混合した母材の原料が焼結し
て、本発明の目的とする複合体が得られる。混合工程に
おいて、短繊維とアルコキシド又は無機高分子などの母
材となるセラミックスに転換可能なものとを混合した場
合には、これらを熱分解などにより目的とする母材の物
質へと転換させることも行われる。加熱処理の加熱温度
は、母材の物質、混合物中での母材原料の粒径、焼結助
剤の有無などにより異なるので、一律に決定することは
できないが、1000〜2000℃の範囲で加熱処理を
行えばよい。また、母材の原料の焼結を促進し、緻密な
複合体を作製するために、加熱処理中、一軸加圧または
静水圧加圧を行うことが効果的である場合もある。加熱
処理の雰囲気は、酸化性雰囲気であると、高温で母材の
窒化物、炭化物、ほう化物または窒化ほう素繊維が酸化
してしまう場合があるので、非酸化性雰囲気下で加熱処
理を行うことが好ましい。非酸化性雰囲気下で加熱処理
を行うためには、窒素、アルゴンまたはヘリウムなどの
不活性ガス雰囲気下で加熱処理を行うか、真空下で加熱
処理を行えばよい。
When the base material is ceramics, the heat treatment sinters the raw material of the base material mixed with the short fibers to obtain the composite object of the present invention. In the mixing process, if short fibers and alkoxides or inorganic polymers that can be converted to ceramics, which is the base material, are mixed, convert them to the target base material substance by thermal decomposition, etc. Is also done. The heating temperature of the heat treatment varies depending on the substance of the base material, the particle size of the base material in the mixture, the presence or absence of the sintering aid, and so cannot be uniformly determined, but in the range of 1000 to 2000 ° C. Heat treatment may be performed. In some cases, uniaxial pressure or hydrostatic pressure may be effective during the heat treatment in order to accelerate the sintering of the raw material of the base material and to produce a dense composite. If the atmosphere of the heat treatment is an oxidizing atmosphere, the nitride, carbide, boride or boron nitride fiber of the base material may be oxidized at a high temperature, so the heat treatment is performed in a non-oxidizing atmosphere. It is preferable. In order to perform heat treatment in a non-oxidizing atmosphere, heat treatment may be performed in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen, argon, or helium, or may be performed in vacuum.

【0107】母材をガラスとする場合には、母材を均一
なガラス相とする場合と、母材をガラス粒子の焼結体と
する場合に分けられる。母材を均一なガラス相とする場
合には、加熱処理は母材の溶融温度以上で行い、その後
に徐冷すればよい。ガラスの溶融温度はその組成などに
より大きく異なるので、加熱処理の加熱温度を一律に決
定することはできないが、800〜2000℃の範囲で
加熱処理を行えばよい。また、混合物の成型体全体を溶
融温度以上に加熱すると、母材の窒化ほう素繊維との比
重の差により分離してしまうことがある。そのような場
合には、帯域溶融法または浮融帯法により母材の原料を
連続的に溶融、固化させることにより、均一な複合体を
形成することができる。
The case where the base material is glass is divided into the case where the base material is a uniform glass phase and the case where the base material is a sintered body of glass particles. When the base material has a uniform glass phase, the heat treatment may be performed at a melting temperature of the base material or higher, and then gradually cooled. Since the melting temperature of glass varies greatly depending on its composition and the like, the heating temperature of the heat treatment cannot be uniformly determined, but the heat treatment may be performed within the range of 800 to 2000 ° C. Further, if the entire molded body of the mixture is heated to the melting temperature or higher, it may be separated due to the difference in specific gravity from the boron nitride fiber of the base material. In such a case, a uniform composite can be formed by continuously melting and solidifying the raw material of the base material by the zone melting method or the floating zone method.

【0108】一方、母材をガラス粒子の焼結体とする場
合には、加熱処理は一般に母材のガラス転移温度付近で
行われる。ガラス転移温度は、ガラスの組成および熱履
歴などにより大きく異なるので、加熱処理の加熱温度を
一律に決定することはできないが、400〜1600℃
の範囲で加熱することにより、短繊維と混合された母材
の原料が焼結し、母材をガラス粒子の焼結体とする複合
体が得られる。このとき、母材をセラミックスとする場
合と同様に、加熱処理中、一軸加圧または静水圧加圧を
行うことにより、焼結が促進され緻密な複合体が得られ
る場合がある。
On the other hand, when the matrix is a sintered body of glass particles, the heat treatment is generally carried out near the glass transition temperature of the matrix. Since the glass transition temperature greatly varies depending on the composition of glass, heat history, etc., the heating temperature of the heat treatment cannot be uniformly determined, but 400 to 1600 ° C.
By heating within the range, the raw material of the base material mixed with the short fibers is sintered, and a composite body in which the base material is a sintered body of glass particles is obtained. At this time, as in the case of using ceramics as the base material, uniaxial pressure or hydrostatic pressure may be applied during the heat treatment to promote sintering and obtain a dense composite.

【0109】加熱処理を行うときの雰囲気は、酸化性雰
囲気であると、高温で母材のフッ化物ガラス、カルコゲ
ンガラスまたは窒化ほう素繊維が酸化してしまう場合が
あるので、非酸化性雰囲気下で加熱処理を行うことが好
ましい。非酸化性雰囲気下で加熱処理を行うためには、
窒素、アルゴンまたはヘリウムなどの不活性ガス雰囲気
下で加熱処理を行うか、真空下で加熱処理を行えばよ
い。
If the atmosphere for the heat treatment is an oxidizing atmosphere, the fluoride glass, chalcogen glass or boron nitride fiber as the base material may be oxidized at a high temperature. It is preferable to perform the heat treatment. In order to perform heat treatment in a non-oxidizing atmosphere,
The heat treatment may be performed under an atmosphere of an inert gas such as nitrogen, argon, or helium, or may be performed under vacuum.

【0110】母材をガラスとする場合には、複合体を形
成した後、更に加熱処理を行うことにより母材のガラス
より結晶相を析出させ結晶化ガラスとすることも可能な
場合がある。
In the case of using glass as the base material, it may be possible to form a composite and then perform heat treatment to precipitate a crystal phase from the glass of the base material to obtain crystallized glass.

【0111】母材を無機単結晶とする場合には、母材と
短繊維の混合物からなる成型体を母材の融点または共融
点などの熔融温度以上に加熱した後、冷却して母材を単
結晶化することにより複合体を製作することができる。
母材の融点は物質およびその組合せにより異なるので、
加熱処理の加熱温度を一律に決定することはできない
が、1000℃〜2300℃の範囲で加熱処理を行えば
よい。加熱温度が2300℃を越えると、窒化ほう素の
分解が始まるので2300℃より高い温度で加熱処理を
行うのは好ましくない。また、混合物の成型体全体を母
材の融点以上に加熱すると、母材の窒化ほう素繊維との
比重の差により分離してしまうことがある。そのような
場合には、帯域溶融法または浮融帯法により母材の原料
を連続的に溶融、結晶化させることにより、均一な複合
体を形成することができる。
When the base material is an inorganic single crystal, a molded body composed of a mixture of the base material and short fibers is heated to a melting temperature such as a melting point or a eutectic point of the base material and then cooled to form the base material. A composite can be manufactured by single crystallization.
Since the melting point of the base material depends on the substance and its combination,
Although the heating temperature of the heat treatment cannot be uniformly determined, the heat treatment may be performed within the range of 1000 ° C to 2300 ° C. When the heating temperature exceeds 2300 ° C., the decomposition of boron nitride begins, so it is not preferable to perform the heat treatment at a temperature higher than 2300 ° C. Further, if the entire molded body of the mixture is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the base material, the mixture may be separated due to the difference in specific gravity between the base material and the boron nitride fiber. In such a case, a uniform composite can be formed by continuously melting and crystallizing the raw material of the base material by the zone melting method or the floating zone method.

【0112】加熱処理の雰囲気は、酸化性雰囲気である
と、高温で母材の窒化物、炭化物、ほう化物または窒化
ほう素繊維が酸化してしまう場合があるので、非酸化性
雰囲気下で加熱処理を行うことが好ましい。非酸化性雰
囲気下で加熱処理を行うためには、窒素、アルゴンまた
はヘリウムなどの不活性ガス雰囲気下で加熱処理を行う
か、真空下で加熱処理を行えばよい 連続繊維を用いて本発明の複合体を製造するには、公知
の方法を用いることができ、例えば、 I) 予め母材の原料を連続繊維表面に被覆あるいは付
着させた後、この被覆繊維を成型、加熱処理することに
より複合体を製造する方法 または、 II) 連続繊維により構造体を形成した後、母材の原
料を構造体中に浸透させ、加熱処理することにより複合
体を製造する方法 などの何れの方法をも用いることができる。
If the atmosphere of the heat treatment is an oxidizing atmosphere, the nitride, carbide, boride or boron nitride fiber of the base material may be oxidized at a high temperature, so heating in a non-oxidizing atmosphere is necessary. Treatment is preferred. In order to perform the heat treatment in a non-oxidizing atmosphere, the heat treatment may be performed in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen, argon or helium, or the heat treatment may be performed in a vacuum. A publicly known method can be used for producing the composite. For example, I) The raw material of the base material is previously coated or adhered to the surface of the continuous fiber, and the coated fiber is molded and heat-treated to form a composite. Any method such as a method for producing a body, or II) a method for producing a composite by forming a structure with continuous fibers, then infiltrating the raw material of the base material into the structure, and performing heat treatment be able to.

【0113】I)の方法において、連続繊維表面への母
材の原料の被覆あるいは付着は、公知の方法により達成
することができ、例えば、連続繊維を母材の原料の懸濁
液、溶液または融液などの中に通すことにより達成され
る。このとき、母材の原料と同時に、バインダーと称さ
れる結合剤を添加することにより、次の工程における成
型を容易にすることができる場合がある。また、母材が
セラミックスなどの場合には、母材の物質により公知の
焼結助材を適宜添加することにより、得られる複合体の
緻密化を促進することが可能な場合がある。また、蒸着
法、化学蒸着法などの気相を利用した方法によっても連
続繊維表面へ母材の原料を被覆することができる。以
下、この表面に母材の原料が被覆された、または付着し
た連続繊維を単に被覆繊維ともいう。
In the method I), the coating or attachment of the raw material of the matrix to the surface of the continuous fiber can be achieved by a known method. For example, the continuous fiber is a suspension, solution or solution of the raw material of the matrix. It is achieved by passing it through a melt or the like. At this time, it may be possible to facilitate the molding in the next step by adding a binder called a binder at the same time as the raw material of the base material. When the base material is ceramics or the like, it may be possible to accelerate the densification of the obtained composite by appropriately adding a known sintering aid depending on the substance of the base material. Further, the raw material of the base material can be coated on the surface of the continuous fiber by a method utilizing a vapor phase such as a vapor deposition method and a chemical vapor deposition method. Hereinafter, the continuous fiber having the surface coated with or attached to the raw material of the base material is simply referred to as a coated fiber.

【0114】被覆繊維からなる成型体は、被覆繊維が一
方向に配列したシートを積層させる方法、被覆繊維を2
次元織物として積層させる方法、または被覆繊維を3次
元織物とする方法などにより成型体を作製することがで
きる。
The molded body made of the coated fiber is prepared by laminating a sheet in which the coated fiber is arranged in one direction.
The molded body can be produced by a method of laminating as a three-dimensional woven fabric, a method of forming a coated fiber into a three-dimensional woven fabric, or the like.

【0115】このようにして作製された成型体を加熱処
理することにより、本発明のセラミックス、ガラス、又
は無機単結晶からなる母材中に窒化ほう素繊維が含まれ
た複合体が得られる。連続繊維表面に母材と原料を被覆
あるいは付着させた際、結合剤を添加した場合には、加
熱処理に先立って結合剤を加熱除去(脱脂ともいう)を
行う必要がある場合もある。加熱処理は、母材の種類に
より、短繊維を用いて複合体を作製した場合と同様の熱
処理を行うことにより、母材中に連続繊維である窒化ほ
う素繊維が含まれた複合体を作製することができる。
By subjecting the molded body thus produced to heat treatment, the composite body of the present invention in which the boron nitride fiber is contained in the base material made of ceramics, glass, or an inorganic single crystal is obtained. When a binder is added when coating or adhering the base material and the raw material on the surface of the continuous fiber, it may be necessary to remove the binder by heating (also referred to as degreasing) prior to the heat treatment. Depending on the type of base material, the heat treatment performs the same heat treatment as when a composite material is made using short fibers, and thus creates a composite material containing boron nitride fibers that are continuous fibers in the base material. can do.

【0116】II)の方法により本発明の複合体を作製
する場合、すなわち、連続繊維により構造体を形成した
後、母材の原料を構造体中に浸透させ、加熱処理するこ
とにより複合体を製造する場合には、例えば、以下のよ
うに複合体が作製される。
When the composite of the present invention is produced by the method of II), that is, after forming the structure with continuous fibers, the raw material of the base material is permeated into the structure and heat-treated to form the composite. In the case of manufacturing, for example, a composite is prepared as follows.

【0117】まず、連続繊維を一方向に配列したシート
を積層させる方法、連続繊維を2次元織物とした後、積
層させる方法、または連続繊維を3次元織物とする方法
などにより、連続繊維からなる構造体を作製する。この
構造体中の連続繊維の間隙に母材の原料を浸透させ、成
型体を作製する。母材の原料を浸透させる方法として
は、母材の原料の懸濁液、溶液または融液などに構造体
を浸漬する方法、または化学的気相浸透法(chemical v
apor infiltration、以下、CVIともいう)により、
気相として母材原料を供給し、構造体中の連続繊維の間
隙に母材を析出させる方法などが挙げられる。
First, a continuous fiber is formed by a method of laminating a sheet in which continuous fibers are arranged in one direction, a method of forming continuous fibers into a two-dimensional woven fabric, a method of laminating continuous fibers into a three-dimensional woven fabric, or the like. Create a structure. The raw material of the base material is permeated into the spaces between the continuous fibers in this structure to form a molded body. As a method of infiltrating the base material, a structure is immersed in a suspension, solution or melt of the base material, or a chemical vapor infiltration method (chemical v
apor infiltration (hereinafter also referred to as CVI),
Examples include a method of supplying a base material as a gas phase and precipitating the base material in the gaps between continuous fibers in the structure.

【0118】このようにして作製された成型体は、短繊
維を用いる場合に述べたと同様の方法で加熱処理を行う
ことにより、本発明の複合体を作製することができる。
更に、母材の原料の浸透、加熱処理を繰り返すことによ
り、複合体の緻密化を進めることが可能な場合がある。
尚、CVIにより成型体を作製する場合には、CVIを
終えた段階で既に緻密な母材が形成されている場合があ
るので、加熱処理を特に必要としない場合がある。
The molded body produced in this manner is subjected to heat treatment in the same manner as described in the case of using short fibers, whereby the composite body of the present invention can be produced.
Further, it may be possible to further densify the composite by repeating the infiltration of the raw material of the base material and the heat treatment.
In the case of producing a molded product by CVI, there is a case where a dense base material has already been formed at the stage of finishing CVI, and therefore heat treatment may not be particularly required.

【0119】また、以上述べた方法と同様にして、未配
向化窒化ほう素繊維を用いてセラミックス系材料を母材
とする複合体を作製すると、複合体作製時の熱処理時、
母材との熱膨張率の差により高温状態で繊維に引張り応
力が印加され、窒化ほう素繊維が配向化、高強度化する
ことが可能な場合がある。従って、この方法によって
も、本発明の複合体を作製する事が可能である。
Further, in the same manner as the above-mentioned method, when a composite body using a ceramic material as a base material is prepared by using unoriented boron nitride fiber, during the heat treatment during the production of the composite body,
In some cases, tensile stress is applied to the fiber at high temperature due to the difference in coefficient of thermal expansion from the base material, and the boron nitride fiber may be oriented and strengthened. Therefore, the composite of the present invention can be produced also by this method.

【0120】[0120]

【発明の効果】本発明は、耐熱性、耐酸化性とともに高
い引張強度を兼ね備えた窒化ほう素繊維からなる無機複
合体用充填材料を提供し、これにより、セラミックス系
材料の優れた熱的、化学的性質を保ちつつ、破壊靱性の
向上が果たされた複合体の作製が可能となり、セラミッ
クス系材料を高温構造材料として使用することが可能と
なった。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a filling material for inorganic composites made of boron nitride fiber having both high heat resistance and oxidation resistance and high tensile strength. It has become possible to fabricate a composite having improved fracture toughness while maintaining its chemical properties, and it has become possible to use a ceramic material as a high temperature structural material.

【0121】[0121]

【実施例】以下実施例を用いて本発明を詳細に説明する
が、本発明はこれらに何等限定されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be described below in detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

【0122】実施例1 容量1リットルの三口フラスコの中管にスターラー、側
管の一つに三塩化ほう素が入ったボンベを連結したデュ
ワー型コールドフィンガー、残りの側管に玉入冷却管を
それぞれ取り付けた。玉入冷却管にはデュワー型コール
ドフィンガーを取り付け、コールドフィンガーの出口に
塩化カルシウム管を取り付けた。この装置に乾燥窒素を
毎分200mlで4時間流通して装置内を乾燥した後、
無水硫酸ナトリウムで一晩乾燥したクロロベンゼン30
0ml及びアセトニトリル16.4gを加えた。2つの
コールドフィンガーにドライアイス−アセトンを満た
し、スターラーで攪はんしながら、三口フラスコに直接
取り付けたコールドフィンガーより三塩化ほう素60g
を2時間かけて凝縮、滴下した。これにより、白色の三
塩化ほう素−アセトニトリル付加物が生成した。三塩化
ほう素を滴下し終えた後、三口フラスコに直接取り付け
たコールドフィンガーを取り外し、110℃で一晩乾燥
した塩化アンモニウム21.5gを加えた。この懸濁液
を125℃に8時間加熱すると、塩化水素の発生がほと
んどなくなり、褐色沈澱が生成した。生成した沈澱を濾
別し、クロロベンゼン100mlで洗浄し、減圧乾燥し
て窒化ほう素前駆体24g(収率83%)を得た。
Example 1 A stirrer was placed in the middle tube of a three-necked flask having a volume of 1 liter, a Dewar cold finger in which a cylinder containing boron trichloride was connected to one of the side tubes, and a ball containing cooling tube was attached to the remaining side tubes. I installed each. A dewar type cold finger was attached to the ball inlet cooling tube, and a calcium chloride tube was attached to the outlet of the cold finger. Dry nitrogen was passed through this device at 200 ml / min for 4 hours to dry the inside of the device.
Chlorobenzene 30 dried over anhydrous sodium sulfate overnight
0 ml and acetonitrile 16.4 g were added. Fill two cold fingers with dry ice-acetone and stir with a stirrer, 60 g of boron trichloride from the cold finger directly attached to the three-necked flask.
Was condensed and added dropwise over 2 hours. This produced a white boron trichloride-acetonitrile adduct. After the dropping of boron trichloride was completed, the cold finger directly attached to the three-necked flask was removed, and 21.5 g of ammonium chloride dried at 110 ° C. overnight was added. When this suspension was heated to 125 ° C. for 8 hours, generation of hydrogen chloride almost disappeared, and a brown precipitate was formed. The formed precipitate was filtered off, washed with 100 ml of chlorobenzene and dried under reduced pressure to obtain 24 g of boron nitride precursor (yield 83%).

【0123】この窒化ほう素前駆体10gをN,N−ジ
メチルホルムアミド(DMF)200mlに溶解した
後、DMF100mlを蒸発除去することにより均一な
粘性の溶液を得た。この溶液を直径60μmの孔を有す
る紡糸ノズルより吐出し、巻き取ることにより、直径約
20μmの連続した窒化ほう素前駆体繊維を紡糸した。
After dissolving 10 g of this boron nitride precursor in 200 ml of N, N-dimethylformamide (DMF), 100 ml of DMF was removed by evaporation to obtain a uniform viscous solution. This solution was discharged from a spinning nozzle having a hole having a diameter of 60 μm and wound up to spin a continuous boron nitride precursor fiber having a diameter of about 20 μm.

【0124】紡糸した窒化ほう素前駆体繊維を、窒素気
流中、昇温速度1℃/minで室温から400℃まで昇
温し、400℃に到達した後に室温まで放冷して加熱処
理を行った。次いで、アンモニアガス雰囲気中、昇温速
度2℃/minで室温から1000℃まで昇温し、10
00℃に到達した後に冷却速度5℃/minで500℃
まで冷却し、その後室温まで放冷して加熱処理を行っ
た。これにより、直径約15μmの白色の未配向化窒化
ほう素繊維を得た。
The spun boron nitride precursor fiber was heated in a nitrogen stream at a heating rate of 1 ° C./min from room temperature to 400 ° C., and after reaching 400 ° C., it was left to cool to room temperature for heat treatment. It was Then, the temperature is raised from room temperature to 1000 ° C. at a heating rate of 2 ° C./min in an ammonia gas atmosphere, and
After reaching 00 ° C, 500 ° C at a cooling rate of 5 ° C / min
Then, the mixture was cooled to room temperature and then left to cool to room temperature for heat treatment. As a result, a white unoriented boron nitride fiber having a diameter of about 15 μm was obtained.

【0125】この未配向化窒化ほう素繊維を、周囲12
2mmのループ状に巻取り、ループ形状を保ったまま、
周囲103mmの窒化ほう素製型枠に掛け、そのまま窒
素気流中、昇温速度10℃/minで室温から1800
℃まで昇温し、1800℃で30分間保持し、冷却速度
5℃/minで500℃まで冷却し、その後室温まで放
冷して結晶配向化処理を行った。処理後、窒化ほう素繊
維は破断したり、解ける事なく型枠に巻き付いた状態を
保っていた。この延伸率は12.7%であった。これに
より、配向度0.78、引張強度1400MPaの窒化
ほう素繊維が得られた。。
This unoriented boron nitride fiber was applied to the surrounding 12
Winding up into a 2mm loop, keeping the loop shape,
Place it on a boron nitride frame with a circumference of 103 mm, and in a nitrogen stream as it is, from room temperature to 1800 at a heating rate of 10 ° C / min.
The temperature was raised to 1800C, held at 1800C for 30 minutes, cooled to 500C at a cooling rate of 5C / min, and then allowed to cool to room temperature for crystal orientation treatment. After the treatment, the boron nitride fiber was kept in a state of being wrapped around the mold without breaking or unraveling. This stretch ratio was 12.7%. As a result, a boron nitride fiber having an orientation degree of 0.78 and a tensile strength of 1400 MPa was obtained. .

【0126】一方、平均粒径0.2μmの窒化アルミニ
ウムに焼結助剤として酸化イットリウム5重量%を加え
た窒化アルミニウムと酸化イットリウムの混合粉末10
0gをトルエン100gに加えた。この混合液をポリエ
チレン製のポットおよび被覆ボールからなるボールミル
を用いて、4時間混合して窒化アルミニウムと酸化イッ
トリウムの混合粉末の懸濁液を調製した。
On the other hand, mixed powder 10 of aluminum nitride and yttrium oxide obtained by adding 5% by weight of yttrium oxide as a sintering aid to aluminum nitride having an average particle diameter of 0.2 μm.
0 g was added to 100 g of toluene. This mixed solution was mixed for 4 hours using a ball mill consisting of a polyethylene pot and coated balls to prepare a suspension of mixed powder of aluminum nitride and yttrium oxide.

【0127】この懸濁液に、前述の窒化ほう素繊維50
0本からなる束を浸した後、これを懸濁液より引き揚
げ、一方向に配列したシート状に整形して分散媒である
トルエンを乾燥、除去して被覆繊維を作製した。
This suspension is mixed with the above-mentioned boron nitride fiber 50.
After soaking a bundle of 0 bundles, the bundle was lifted up from the suspension, shaped into a sheet arranged in one direction, and toluene as a dispersion medium was dried and removed to prepare a coated fiber.

【0128】このシート状の被覆繊維を繊維軸方向を一
定にして積層して、50mm×50mm×10mmに成
型し、窒素雰囲気下、50MPaの圧力で一軸加圧しな
がら、1900℃で1時間加熱して窒化ほう素繊維を含
む窒化アルミニウム複合体を得た。この複合体におい
て、窒化ほう素繊維の占める割合は約40体積%であっ
た。
This sheet-shaped coated fiber was laminated with the fiber axis direction kept constant, molded into 50 mm × 50 mm × 10 mm, and heated at 1900 ° C. for 1 hour while uniaxially applying a pressure of 50 MPa in a nitrogen atmosphere. An aluminum nitride composite containing boron nitride fibers was obtained. In this composite, the ratio of boron nitride fibers was about 40% by volume.

【0129】該焼結体の曲げ強度は350MPaであ
り、破断面に繊維のプルアウトが観察され、SENB
(single edge notched bend bar)法[ASTM Standard E
399-81(Annual Book of ASTM Standards(1981) Part 10
に準拠]により測定された破壊靱性KICは15.3M
Pa・m1/2であった。
The bending strength of the sintered body was 350 MPa, and fiber pullout was observed on the fracture surface.
(Single edge notched bend bar) method [ASTM Standard E
399-81 (Annual Book of ASTM Standards (1981) Part 10
Fracture toughness K IC is 15.3M
Pa · m 1/2 .

【0130】尚、窒化ほう素繊維を含まない窒化アルミ
ニウム焼結体の破壊靱性KICは3.5MPa・m1/2
あった。
The fracture toughness K IC of the aluminum nitride sintered body containing no boron nitride fiber was 3.5 MPa · m 1/2 .

【0131】実施例2 平均粒径0.2μmの窒化アルミニウムに焼結助剤とし
て酸化イットリウム5重量%を加えた窒化アルミニウム
と酸化イットリウムの混合粉末100gをトルエン10
0gに加えた。この混合液をポリエチレン製のポットお
よび被覆ボールからなるボールミルを用いて、4時間混
合して窒化アルミニウムと酸化イットリウムの混合粉末
の懸濁液を調製した。
Example 2 100 g of a mixed powder of aluminum nitride and yttrium oxide obtained by adding 5% by weight of yttrium oxide as a sintering aid to aluminum nitride having an average particle size of 0.2 μm was added with 10 parts of toluene.
0 g. This mixed solution was mixed for 4 hours using a ball mill consisting of a polyethylene pot and coated balls to prepare a suspension of mixed powder of aluminum nitride and yttrium oxide.

【0132】一方、実施例1と同様にして作製した未配
向化窒化ほう素繊維を、周囲122mmのループ上に巻
取り、ループ形状を保ったまま、周囲107mmの窒化
ほう素製型枠に掛け、そのまま窒素気流中、昇温速度1
0℃/minで室温から2000℃まで昇温し、200
0℃で30分間保持し、冷却速度5℃/minで500
℃まで冷却し、その後室温まで放冷して結晶配向化処理
を行った。処理後、窒化ほう素繊維は破断したり、解け
る事なく型枠に巻き付いた状態を保っていた。このとき
の延伸率は20.2%であった。得られた窒化ほう素繊
維の配向度は0.80、引張強度は1970MPaであ
った。
On the other hand, the unoriented boron nitride fiber produced in the same manner as in Example 1 was wound around a loop having a circumference of 122 mm and hung on a boron nitride mold having a circumference of 107 mm while maintaining the loop shape. , As it is in nitrogen stream, heating rate 1
Increase the temperature from room temperature to 2000 ° C at 0 ° C / min, and
Hold at 0 ℃ for 30 minutes, 500 at a cooling rate of 5 ℃ / min
It was cooled to 0 ° C. and then allowed to cool to room temperature for crystal orientation treatment. After the treatment, the boron nitride fiber was kept in a state of being wrapped around the mold without breaking or unraveling. The stretch ratio at this time was 20.2%. The obtained boron nitride fiber had an orientation degree of 0.80 and a tensile strength of 1970 MPa.

【0133】このようにして作製した窒化ほう素繊維5
00本からなる束を、前述の懸濁液に浸した後、これを
懸濁液より引き揚げ、一方向に配列したシート状に整形
して分散媒であるトルエンを乾燥、除去して被覆繊維を
作製した。
Boron nitride fiber 5 produced in this way
A bundle of 00 pieces is dipped in the above-mentioned suspension, then lifted from the suspension and shaped into a sheet arranged in one direction to dry and remove toluene as a dispersion medium to obtain a coated fiber. It was made.

【0134】このシート状の被覆繊維を繊維軸方向を一
定にして積層して、50mm×50mm×10mmに成
型し、窒素雰囲気下、50MPaの圧力で一軸加圧しな
がら、1900℃で1時間加熱して窒化ほう素繊維を含
む窒化アルミニウム複合体を得た。この複合体におい
て、窒化ほう素繊維の占める割合は約40体積%であっ
た。
This sheet-shaped coated fiber was laminated with the fiber axis direction kept constant, molded into 50 mm × 50 mm × 10 mm, and heated at 1900 ° C. for 1 hour while uniaxially applying a pressure of 50 MPa in a nitrogen atmosphere. An aluminum nitride composite containing boron nitride fibers was obtained. In this composite, the ratio of boron nitride fibers was about 40% by volume.

【0135】該焼結体の曲げ強度は380MPaであ
り、破断面に繊維のプルアウトが観察され、SENB法
により測定された破壊靱性KICは17.6MPa・m
1/2であった。
The bending strength of the sintered body was 380 MPa, fiber pullout was observed on the fracture surface, and the fracture toughness K IC measured by the SENB method was 17.6 MPa · m.
It was 1/2 .

【0136】実施例3 平均粒径0.2μmの窒化アルミニウムに焼結助剤とし
て酸化イットリウム5重量%を加えた窒化アルミニウム
と酸化イットリウムの混合粉末100gをトルエン10
0gに加えた。この混合液をポリエチレン製のポットお
よび被覆ボールからなるボールミルを用いて、4時間混
合して窒化アルミニウムと酸化イットリウムの混合粉末
の懸濁液を調製した。
Example 3 100 g of a mixed powder of aluminum nitride and yttrium oxide obtained by adding 5% by weight of yttrium oxide as a sintering aid to aluminum nitride having an average particle size of 0.2 μm was added with 10 parts of toluene.
0 g. This mixed solution was mixed for 4 hours using a ball mill consisting of a polyethylene pot and coated balls to prepare a suspension of mixed powder of aluminum nitride and yttrium oxide.

【0137】一方、実施例1と同様にして作製した未配
向化窒化ほう素繊維を、周囲122mmのループ上に巻
取り、ループ形状を保ったまま、周囲111mmの窒化
ほう素製型枠に掛け、そのまま窒素気流中、昇温速度1
0℃/minで室温から2000℃まで昇温し、200
0℃で30分間保持し、冷却速度5℃/minで500
℃まで冷却し、その後室温まで放冷して結晶配向化処理
を行った。処理後、窒化ほう素繊維は破断したり、解け
る事なく型枠に巻き付いた状態を保っていた。このとき
の延伸率は24.7%であった。得られた窒化ほう素繊
維の配向度は0.82、引張強度は2300MPaであ
った。
On the other hand, the non-oriented boron nitride fiber produced in the same manner as in Example 1 was wound on a loop having a circumference of 122 mm and hung on a boron nitride mold having a circumference of 111 mm while keeping the loop shape. , As it is in nitrogen stream, heating rate 1
Increase the temperature from room temperature to 2000 ° C at 0 ° C / min, and
Hold at 0 ℃ for 30 minutes, 500 at a cooling rate of 5 ℃ / min
It was cooled to 0 ° C. and then allowed to cool to room temperature for crystal orientation treatment. After the treatment, the boron nitride fiber was kept in a state of being wrapped around the mold without breaking or unraveling. The stretching ratio at this time was 24.7%. The obtained boron nitride fiber had an orientation degree of 0.82 and a tensile strength of 2300 MPa.

【0138】このようにして作製した窒化ほう素繊維5
00本からなる束を、前述の懸濁液に浸した後、これを
懸濁液より引き揚げ、一方向に配列したシート状に整形
して分散媒であるトルエンを乾燥、除去して被覆繊維を
作製した。
Boron nitride fiber 5 produced in this way
A bundle of 00 pieces is dipped in the above-mentioned suspension, then lifted from the suspension and shaped into a sheet arranged in one direction to dry and remove toluene as a dispersion medium to obtain a coated fiber. It was made.

【0139】このシート状の被覆繊維を繊維軸方向を一
定にして積層して、50mm×50mm×10mmに成
型し、窒素雰囲気下、50MPaの圧力で一軸加圧しな
がら、1900℃で1時間加熱して窒化ほう素繊維を含
む窒化アルミニウム複合体を得た。この複合体におい
て、窒化ほう素繊維の占める割合は約40体積%であっ
た。
This sheet-shaped coated fiber was laminated with the fiber axis direction kept constant, molded into 50 mm × 50 mm × 10 mm, and heated at 1900 ° C. for 1 hour while uniaxially applying a pressure of 50 MPa in a nitrogen atmosphere. An aluminum nitride composite containing boron nitride fibers was obtained. In this composite, the ratio of boron nitride fibers was about 40% by volume.

【0140】該焼結体の曲げ強度は420MPaであ
り、破断面に繊維のプルアウトが観察され、SENB法
により測定された破壊靱性KICは20.1MPa・m
1/2であった。
The bending strength of the sintered body was 420 MPa, fiber pullout was observed on the fracture surface, and the fracture toughness K IC measured by the SENB method was 20.1 MPa · m.
It was 1/2 .

【0141】実施例4 平均粒径0.2μmの酸化アルミニウムに焼結助剤とし
て酸化マグネシウム0.25重量%を加えた酸化アルミ
ニウムと酸化マグネシウムの混合粉末100gをトルエ
ン100gに加えた。この混合液をポリエチレン製のポ
ットおよび被覆ボールからなるボールミルを用いて、4
時間混合して酸化アルミニウムと酸化マグネシウムの混
合粉末の懸濁液を調製した。
Example 4 100 g of a mixed powder of aluminum oxide and magnesium oxide obtained by adding 0.25% by weight of magnesium oxide as a sintering aid to aluminum oxide having an average particle size of 0.2 μm was added to 100 g of toluene. Using a ball mill consisting of polyethylene pots and coated balls, this mixed solution was
The mixture was mixed for a period of time to prepare a suspension of mixed powder of aluminum oxide and magnesium oxide.

【0142】この懸濁液に、実施例1と同様に製造され
た窒化ほう素繊維500本からなる束を浸した後、これ
を懸濁液より引き揚げ、一方向に配列したシート状に整
形して分散媒であるトルエンを乾燥、除去して被覆繊維
を作製した。
A bundle of 500 boron nitride fibers manufactured in the same manner as in Example 1 was dipped in this suspension, which was then lifted from the suspension and shaped into a sheet arranged in one direction. Toluene as a dispersion medium was dried and removed to prepare a coated fiber.

【0143】このシート状の被覆繊維を繊維軸方向を一
定にして積層して、50mm×50mm×10mmに成
型し、窒素雰囲気下、50MPaの圧力で一軸加圧しな
がら、1700℃で1時間加熱して窒化ほう素繊維を含
む酸化アルミニウム複合体を得た。この複合体におい
て、窒化ほう素繊維の占める割合は約40体積%であっ
た。
This sheet-shaped coated fiber was laminated with the fiber axis direction kept constant, molded into 50 mm × 50 mm × 10 mm, and heated at 1700 ° C. for 1 hour while uniaxially applying a pressure of 50 MPa in a nitrogen atmosphere. An aluminum oxide composite containing boron nitride fibers was obtained. In this composite, the ratio of boron nitride fibers was about 40% by volume.

【0144】該焼結体の曲げ強度は400MPaであ
り、破断面に繊維のプルアウトが観察され、SENB法
により測定された破壊靱性KICは16.5MPa・m
1/2であった。
The bending strength of the sintered body was 400 MPa, fiber pullout was observed on the fracture surface, and the fracture toughness K IC measured by the SENB method was 16.5 MPa · m.
It was 1/2 .

【0145】尚、窒化ほう素繊維を含まない酸化アルミ
ニウム焼結体の破壊靱性KICは4.5MPa・m1/2
あった。
The fracture toughness K IC of the aluminum oxide sintered body containing no boron nitride fiber was 4.5 MPa · m 1/2 .

【0146】実施例5 平均粒径0.2μmのα型炭化珪素に焼結助剤として炭
化ほう素(B4C)5.0重量%を加えたα型炭化珪素
と炭化ほう素の混合粉末100gをトルエン100gに
加えた。この混合液をポリエチレン製のポットおよび被
覆ボールからなるボールミルを用いて、4時間混合して
α型炭化珪素と炭化ほう素の混合粉末の懸濁液を調製し
た。
Example 5 Mixed powder of α-type silicon carbide and boron carbide obtained by adding 5.0% by weight of boron carbide (B 4 C) as a sintering aid to α-type silicon carbide having an average particle size of 0.2 μm. 100 g was added to 100 g toluene. This mixed solution was mixed for 4 hours using a ball mill consisting of a polyethylene pot and coated balls to prepare a suspension of a mixed powder of α-type silicon carbide and boron carbide.

【0147】この懸濁液に、実施例1と同様に製造され
た窒化ほう素繊維500本からなる束を浸した後、これ
を懸濁液より引き揚げ、一方向に配列したシート状に整
形して分散媒であるトルエンを乾燥、除去して被覆繊維
を作製した。
A bundle of 500 boron nitride fibers manufactured in the same manner as in Example 1 was dipped in this suspension, which was then lifted from the suspension and shaped into a sheet arranged in one direction. Toluene as a dispersion medium was dried and removed to prepare a coated fiber.

【0148】このシート状の被覆繊維を繊維軸方向を一
定にして積層して、50mm×50mm×10mmに成
型し、窒素雰囲気下、70MPaの圧力で一軸加圧しな
がら、1950℃で1時間加熱して窒化ほう素繊維を含
む炭化珪素複合体を得た。この複合体において、窒化ほ
う素繊維の占める割合は約40体積%であった。
This sheet-shaped coated fiber was laminated with the fiber axis direction kept constant and molded into 50 mm × 50 mm × 10 mm, and heated at 1950 ° C. for 1 hour while uniaxially applying a pressure of 70 MPa in a nitrogen atmosphere. Thus, a silicon carbide composite containing boron nitride fibers was obtained. In this composite, the ratio of boron nitride fibers was about 40% by volume.

【0149】該焼結体の曲げ強度は500MPaであ
り、破断面に繊維のプルアウトが観察され、SENB法
により測定された破壊靱性KICは18.9MPa・m
1/2であった。
The bending strength of the sintered body was 500 MPa, fiber pullout was observed on the fracture surface, and the fracture toughness K IC measured by the SENB method was 18.9 MPa · m.
It was 1/2 .

【0150】尚、窒化ほう素繊維を含まない炭化珪素焼
結体の破壊靱性KICは4.3MPa・m1/2であった。
The fracture toughness K IC of the silicon carbide sintered body containing no boron nitride fiber was 4.3 MPa · m 1/2 .

【0151】実施例6 平均粒径0.2μmのβ型窒化珪素に焼結助剤として酸
化マグネシウム5.0重量%を加えたβ型窒化珪素と酸
化マグネシウムの混合粉末100gをトルエン100g
に加えた。この混合液をポリエチレン製のポットおよび
被覆ボールからなるボールミルを用いて、4時間混合し
てβ型窒化珪素と酸化マグネシウムの混合粉末の懸濁液
を調製した。
Example 6 100 g of mixed powder of β-type silicon nitride and magnesium oxide obtained by adding 5.0% by weight of magnesium oxide as a sintering aid to β-type silicon nitride having an average particle diameter of 0.2 μm was added to 100 g of toluene.
Added. This mixed solution was mixed for 4 hours using a ball mill consisting of a polyethylene pot and coated balls to prepare a suspension of mixed powder of β-type silicon nitride and magnesium oxide.

【0152】この懸濁液に、実施例1と同様に製造され
た窒化ほう素繊維500本からなる束を浸した後、これ
を懸濁液より引き揚げ、一方向に配列したシート状に整
形して分散媒であるトルエンを乾燥、除去して被覆繊維
を作製した。
A bundle of 500 boron nitride fibers manufactured in the same manner as in Example 1 was immersed in this suspension, which was then lifted from the suspension and shaped into a sheet arranged in one direction. Toluene as a dispersion medium was dried and removed to prepare a coated fiber.

【0153】このシート状の被覆繊維を繊維軸方向を一
定にして積層して、50mm×50mm×10mmに成
型し、窒素雰囲気下、50MPaの圧力で一軸加圧しな
がら、1900℃で1時間加熱して窒化ほう素繊維を含
む窒化珪素複合体を得た。この複合体において、窒化ほ
う素繊維の占める割合は約40体積%であった。
This sheet-shaped coated fiber was laminated with the fiber axis direction kept constant, molded into 50 mm × 50 mm × 10 mm, and heated at 1900 ° C. for 1 hour while uniaxially applying a pressure of 50 MPa in a nitrogen atmosphere. A silicon nitride composite containing boron nitride fibers was obtained. In this composite, the ratio of boron nitride fibers was about 40% by volume.

【0154】該焼結体の曲げ強度は530MPaであ
り、破断面に繊維のプルアウトが観察され、SENB法
により測定された破壊靱性KICは21.8MPa・m
1/2であった。
The bending strength of the sintered body was 530 MPa, fiber pullout was observed on the fracture surface, and the fracture toughness K IC measured by the SENB method was 21.8 MPa · m.
It was 1/2 .

【0155】尚、窒化ほう素繊維を含まない窒化珪素焼
結体の破壊靱性KICは6.5MPa・m1/2であった。
The fracture toughness K IC of the silicon nitride sintered body containing no boron nitride fiber was 6.5 MPa · m 1/2 .

【0156】実施例7 平均粒径0.2μmの窒化アルミニウムに焼結助剤とし
て酸化イットリウム5重量%を加え、更に、実施例1と
同様にして作製した窒化ほう素繊維を長さ約5mmに切
断した短繊維を窒化アルミニウムに対して40体積%に
なるように加えた。この混合物100gにトルエン10
0gを加え、ポリエチレン製のポットおよび被覆ボール
からなるボールミルを用いて、4時間混合した。
Example 7 5% by weight of yttrium oxide was added as a sintering aid to aluminum nitride having an average particle size of 0.2 μm, and boron nitride fibers produced in the same manner as in Example 1 were made to have a length of about 5 mm. The cut short fibers were added so as to be 40% by volume with respect to aluminum nitride. Toluene 10 was added to 100 g of this mixture.
0 g was added and mixed for 4 hours using a ball mill consisting of a polyethylene pot and coated balls.

【0157】得られた懸濁液状の混合物より、分散媒で
あるトルエンを乾燥、除去した後、仮名型プレスにより
50mm×50mm×10mmに成型し、窒素雰囲気
下、50MPaの圧力で一軸加圧しながら、1900℃
で1時間加熱して窒化ほう素繊維を含む窒化アルミニウ
ム複合体を得た。
After the toluene, which is a dispersion medium, was dried and removed from the obtained suspension-like mixture, it was molded into a size of 50 mm × 50 mm × 10 mm by a pseudonym type press, and while uniaxially applying a pressure of 50 MPa under a nitrogen atmosphere. 1900 ° C
After heating for 1 hour, an aluminum nitride composite containing boron nitride fibers was obtained.

【0158】該焼結体の曲げ強度は300MPaであ
り、破断面に繊維のプルアウトが観察され、SENB法
により測定された破壊靱性KICは12.0MPa・m
1/2であった。
The bending strength of the sintered body was 300 MPa, fiber pullout was observed on the fracture surface, and the fracture toughness K IC measured by the SENB method was 12.0 MPa · m.
It was 1/2 .

【0159】比較例1 平均粒径0.2μmの窒化アルミニウムに焼結助剤とし
て酸化イットリウム5重量%を加えた窒化アルミニウム
と酸化イットリウムの混合粉末100gをトルエン10
0gに加えた。この混合液をポリエチレン製のポットお
よび被覆ボールからなるボールミルを用いて、4時間混
合して窒化アルミニウムと酸化イットリウムの混合粉末
の懸濁液を調製した。
Comparative Example 1 100 g of a mixed powder of aluminum nitride and yttrium oxide, which was obtained by adding 5% by weight of yttrium oxide as a sintering aid to aluminum nitride having an average particle diameter of 0.2 μm, was mixed with 10 parts of toluene.
0 g. This mixed solution was mixed for 4 hours using a ball mill consisting of a polyethylene pot and coated balls to prepare a suspension of mixed powder of aluminum nitride and yttrium oxide.

【0160】この懸濁液に、引張強度3GPaのPAN
系炭素繊維500本からなる束を浸した後、これを懸濁
液より引き揚げ、一方向に配列したシート状に整形して
分散媒であるトルエンを乾燥、除去して被覆繊維を作製
した。
PAN having a tensile strength of 3 GPa was added to this suspension.
After immersing a bundle of 500 carbon fibers, the bundle was lifted from the suspension, shaped into a sheet arranged in one direction, and toluene as a dispersion medium was dried and removed to prepare a coated fiber.

【0161】このシート状の被覆繊維を繊維軸方向を一
定にして積層して、50mm×50mm×10mmに成
型し、窒素雰囲気下、50MPaの圧力で一軸加圧しな
がら、1900℃で1時間加熱した。焼成後、炭素繊維
は酸化消耗しており、窒素雰囲気中における炭素繊維と
酸化イットリウムの反応生成物である窒化イットリウム
の生成がX線回折により確認された。
This sheet-shaped coated fiber was laminated with the fiber axis direction kept constant, molded into 50 mm × 50 mm × 10 mm, and heated at 1900 ° C. for 1 hour while uniaxially applying a pressure of 50 MPa in a nitrogen atmosphere. . After firing, the carbon fibers were consumed by oxidation, and the production of yttrium nitride, which is a reaction product of the carbon fibers and yttrium oxide in a nitrogen atmosphere, was confirmed by X-ray diffraction.

【0162】比較例2 平均粒径0.2μmの窒化アルミニウムに焼結助剤とし
て酸化イットリウム5重量%を加え、更に、市販の炭化
珪素繊維を長さ約5mmに切断した短繊維を窒化アルミ
ニウムに対して40体積%になるように加えた。この混
合物100gにトルエン100gを加え、ポリエチレン
製のポットおよび被覆ボールからなるボールミルを用い
て、4時間混合した。
Comparative Example 2 5% by weight of yttrium oxide as a sintering aid was added to aluminum nitride having an average particle size of 0.2 μm, and commercially available silicon carbide fibers were cut into short fibers having a length of about 5 mm. It was added to 40% by volume. Toluene 100g was added to this mixture 100g, and it mixed for 4 hours using the ball mill which consists of a polyethylene pot and a covered ball.

【0163】得られた懸濁液状の混合物より、分散媒で
あるトルエンを乾燥、除去した後、金型プレスにより5
0mm×50mm×10mmに成型し、窒素雰囲気下、
50MPaの圧力で一軸加圧しながら、1900℃で1
時間加熱して炭化珪素繊維を含む窒化アルミニウム複合
体を得た。
After the toluene, which is a dispersion medium, was dried and removed from the obtained suspension mixture, it was mixed with a die press to obtain 5
Molded into 0 mm x 50 mm x 10 mm, under a nitrogen atmosphere,
While uniaxially applying pressure of 50 MPa, 1 at 1900 ° C
It was heated for a period of time to obtain an aluminum nitride composite containing silicon carbide fibers.

【0164】該焼結体の曲げ強度は150MPaであ
り、繊維は焼成前に比べ粗大化した炭化系素粒子におい
て破断しており、プルアウトは観察されなかった。SE
NB法により測定された破壊靱性KICは2.8MPa・
1/2であった。
The bending strength of the sintered body was 150 MPa, the fibers were broken in the coarser carbonaceous elementary particles as compared with those before firing, and no pullout was observed. SE
The fracture toughness K IC measured by the NB method is 2.8 MPa
It was m 1/2 .

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セラミックス、ガラス、又は無機単結晶
からなる母材中に、ほう素と窒素が交互に結合して作ら
れた6員環が該6員環の面方向に連結して形成された面
(C面)が積層した構造を有する窒化ほう素からなる窒
化ほう素繊維であって、少なくとも1400MPaの引
張強度を有する窒化ほう素繊維が含まれた繊維強化セラ
ミックス系複合体。
1. A 6-membered ring formed by alternately bonding boron and nitrogen is formed in a base material made of ceramics, glass, or an inorganic single crystal by connecting in the plane direction of the 6-membered ring. A fiber-reinforced ceramics-based composite, which is a boron nitride fiber made of boron nitride having a laminated structure of a flat surface (C surface), the boron nitride fiber having a tensile strength of at least 1400 MPa.
【請求項2】 セラミックス、ガラス、又は無機単結晶
からなる母材中に、ほう素と窒素が交互に結合して作ら
れた6員環が該6員環の面方向に連結して形成された面
(C面)が積層した構造を有する窒化ほう素からなる窒
化ほう素繊維であって、該C面の少なくとも一部は該窒
化ほう素繊維の繊維軸に実質的に平行に配向しており、
該C面の配向度が少なくとも0.74である窒化ほう素
繊維が含まれた繊維強化セラミックス系複合体。
2. A 6-membered ring formed by alternately bonding boron and nitrogen is formed in a base material made of ceramics, glass, or an inorganic single crystal by connecting in the plane direction of the 6-membered ring. A boron nitride fiber made of boron nitride having a laminated structure of a flat surface (C surface), wherein at least a part of the C surface is oriented substantially parallel to the fiber axis of the boron nitride fiber. Cage,
A fiber-reinforced ceramic-based composite containing boron nitride fibers having a degree of orientation of the C-plane of at least 0.74.
【請求項3】 ほう素と窒素が交互に結合して作られた
6員環が該6員環の面方向に連結して形成された面(C
面)が積層した構造を有する窒化ほう素からなる窒化ほ
う素繊維であって、少なくとも1400MPaの引張強
度を有する窒化ほう素繊維からなるセラミックス系複合
体用充填材料。
3. A plane (C) formed by connecting a 6-membered ring formed by alternately bonding boron and nitrogen in the plane direction of the 6-membered ring.
A filling material for a ceramic-based composite body, which is a boron nitride fiber made of boron nitride having a laminated structure of (faces) and having a tensile strength of at least 1400 MPa.
【請求項4】 ほう素と窒素が交互に結合して作られた
6員環が該6員環の面方向に連結して形成された面(C
面)が積層した構造を有する窒化ほう素からなる窒化ほ
う素繊維であって、該C面の少なくとも一部は該窒化ほ
う素繊維の繊維軸に実質的に平行に配向しており、該C
面の配向度が少なくとも0.74である窒化ほう素繊維
からなるセラミックス系複合体用充填材料。
4. A plane (C) formed by connecting a 6-membered ring formed by alternately bonding boron and nitrogen in the plane direction of the 6-membered ring.
Plane) is a boron nitride fiber made of boron nitride having a laminated structure, wherein at least a part of the C plane is oriented substantially parallel to the fiber axis of the boron nitride fiber.
A filling material for a ceramic-based composite body, which comprises a boron nitride fiber having a surface orientation of at least 0.74.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110066176A (en) * 2019-05-13 2019-07-30 山东理工大学 The preparation method of boron nitride fiber enhancing silicon boron oxygen nitrogen ceramic matric composite

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