JPH10183427A - 加工材用セラミック繊維とその製造方法並びに加工材 - Google Patents
加工材用セラミック繊維とその製造方法並びに加工材Info
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- JPH10183427A JPH10183427A JP35526296A JP35526296A JPH10183427A JP H10183427 A JPH10183427 A JP H10183427A JP 35526296 A JP35526296 A JP 35526296A JP 35526296 A JP35526296 A JP 35526296A JP H10183427 A JPH10183427 A JP H10183427A
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Abstract
きな加工性に優れたセラミック繊維並びにこのセラミッ
ク繊維を含む加工材を提供する。 【解決手段】 加工材の加工要素として用いられるセラ
ミック繊維であって、アルミナ成分80〜90重量%と
シリカ成分20〜10重量%とによって形成され、該セ
ラミック繊維の結晶構造が主としてムライト結晶と中間
アルミナとで構成され、該ムライト結晶の平均粒径が2
5〜70ナノメータである加工材用セラミック繊維を樹
脂バインダで結着して加工材に形成する。
Description
切断、穿孔、研磨等の加工をするために用いるのに好適
な加工材並びにこの加工材の加工要素として用いられる
アルミナ系セラミック繊維とその製造方法に関する。
特開平1ー222865号公報に開示されるように、ア
ルミナ繊維を一方向に引き揃えて、これをエポキシ樹脂
等の熱硬化性樹脂で結着してなるラッピング材が知られ
ている。また、特開平2ー232174号公報に開示さ
れるように、アルミナ繊維を一方向に引き揃えて、これ
をエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で結着してなる切削、
研磨用回転工具が知られている。
来の加工材に使用されているアルミナ繊維は繊維強度が
大きく且つ柔軟性にも優れているものの、例えば研磨材
として使用した場合には、研磨性が必ずしも満足できる
ものでなく、更なる加工性の向上が望まれていた。そこ
で、本発明は、通常のアルミナ繊維よりも更に繊維強度
の大きな加工性に優れたセラミック繊維並びにこのセラ
ミック繊維を含む加工材を提供することを目的とする。
また、本発明は、このような加工性に優れたセラミック
繊維の製造方法を提供することも目的とする。
ック繊維は、加工材の加工要素として用いられるセラミ
ック繊維であって、アルミナ成分80〜90重量%とシ
リカ成分20〜10重量%とによって形成され、該セラ
ミック繊維の結晶構造が主としてムライト結晶と中間ア
ルミナとで構成され、該ムライト結晶の平均粒径が25
〜70ナノメータであることを特徴とする。また、請求
項2記載の加工材用セラミック繊維は、前記アルミナ成
分が85重量%以上であることを特徴とする。また、請
求項3記載の加工材用セラミック繊維の製造方法は、ア
ルミナ繊維の前駆体繊維を焼成してセラミック繊維とす
る加工材用セラミック繊維の製造方法であって、前記前
駆体繊維を1200℃以下で焼成してセラミックス化し
た後、1300℃以上の高温で30秒間以内加熱処理す
ることを特徴とする。また、請求項4記載の加工材用セ
ラミック繊維の製造方法は、前記前駆体繊維は塩基性塩
化アルミニウムとコロイダルシリカとポリビニルアルコ
ールからなる水性の紡糸原液を乾式紡糸して得られたも
のであることを特徴とする。また、請求項5記載の加工
材は、加工要素として、アルミナ成分80〜90重量%
とシリカ成分20〜10重量%とによって形成され、該
セラミック繊維の結晶構造が主としてムライト結晶と中
間アルミナとで構成され、該ムライト結晶の平均粒径が
25〜70ナノメータであるセラミック繊維を含むこと
を特徴とする。また、請求項6記載の加工材は、前記ア
ルミナ繊維のアルミナ成分が85重量%以上であること
を特徴とする。また、請求項7記載の加工材は、前記セ
ラミック繊維を樹脂バインダで結着してなることを特徴
とする。また、請求項8記載の加工材は、前記セラミッ
ク繊維を結着する樹脂バインダがエポキシ樹脂であるこ
とを特徴とする。
は平均粒径が25〜70ナノメータであるムライト結晶
で構成され、本発明の加工材は前記平均粒径が25〜7
0ナノメータであるムライト結晶で構成されるセラミッ
ク繊維を含む。前記ムライト結晶は、通常の中間アルミ
ナ質の製品に比べて硬度が高く、また、平均結晶粒径が
約10倍程度大きいために良好な加工性を示す。
0〜85重量%のAl2O3と15〜30重量%のSiO
2 を主成分とする多結晶質の繊維であって、繊維径は5
〜40μm程度である。その結晶状態は主として中間ア
ルミナで、平均結晶径はせいぜい5ナノメーター程度の
極めて微細な結晶粒子からなる焼結体である。このた
め、適度な柔軟性と高い機械的強度を示し、各種の繊維
強化材料(FRP,FRM)への利用が期待されてい
る。このようなアルミナ繊維は1400℃以上の高温で
長い時間加熱されると中間アルミナの他にムライトやコ
ランダムといった粗大な結晶が生成し、その結果、収縮
や脆化が進み繊維としての機能が著しく低下する。
従来のアルミナ繊維に比べて結晶の成長を進めてある点
が特徴である。しかし、上記の説明のように過度の熱処
理は繊維の強度特性を著しく低下させる。本発明のセラ
ミック繊維はこの点を考慮し、1300℃以上の高い温
度で短時間、具体的には30秒以内の熱処理をすること
でムライトとしては微細な粒径の結晶を生成させること
により繊維の脆化を抑制しながら硬度を高め、加工性の
よいセラミック繊維を製造することに特徴がある。
ラミック繊維を得ることができるが、この場合ムライト
結晶の粒径を25ナノメーター以上にすると、特に加工
性に優れたセラミック繊維が得られる。しかし、100
ナノメーター以上に成長させてしまうと脆化が著しく進
行するので好ましくない。従って、ムライト結晶の粒径
は25〜70ナノメーターの範囲にする必要がある。
は、高い高度を得るために、アルミナ成分が少なくとも
80重量%以上含まれることが必要で、85重量%以上
含まれることが特に好ましい。尚、その他の残部は主と
してシリカ成分である。
法は、アルミナ繊維の前駆体繊維を焼成してセラミック
繊維とするときの焼成温度と、その後の加熱処理に特徴
があるものであって、前駆体繊維を製造するための出発
原料等については従来のアルミナ繊維の製造方法と特に
異なるものではない。具体的には、塩基性塩化アルミニ
ウムとコロイダルシリカとポリビニルアルコールから成
る水性の紡糸原液を乾式紡糸して前駆体繊維を得、この
前記前駆体繊維を1200℃以下で焼成してセラミック
ス化した後、1300℃以上の高温で30秒間以内加熱
処理すればよい。
加工材は、これら繊維を適当に引き揃え、エポキシ樹
脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂に含浸して硬化す
ることにより簡単に製造することができる。
る。先ず、アルミニウムイオン13.2重量%、塩素イ
オン11.45重量%含有する塩基性塩化アルミニウム
の水溶液を34kg、二酸化ケイ素を20重量%含有す
るコロイダルシリカ7.5kgに、平均重合度1700
の部分ケン化ポリビニルアルコール2.5kgを溶解し
て粘度が約1000ポイズ/20℃の紡糸原液を調製し
た。
し出して乾式紡糸し、さらに1200℃まで焼成してセ
ラミック繊維束を得た。更に、このセラミック繊維束を
1400℃のパイプ炉に通して連続的に巻き取った。こ
の時、1400℃での加熱時間が2秒および5秒となる
ように繊維束の通過速度を調整して実施例1,2として
2種類の繊維束を得た。尚、比較例1として1200℃
で焼成しただけで1400℃での加熱処理を行わない繊
維束を得た。
結晶構造、2θが約26°付近に現れるムライトの(2
10)面の回折線の半減値巾(β1/2 )から下記の一般
式によって求めた平均粒径(Dhkl)を表1に示した。 Dhkl=0.9λ/β1/2・COSθ (但し、Dhkl:(210)面の平均粒径,λ:X線の
波長,θ:X線の視斜角)
一方向強化材(以下「UDーFRP」と略記する)を作
成し、金属に対する研磨性を調べた。UDーFRPの作
成は次のようにして行った。先ず、定法に従って、繊維
束をドラムに平行巻きし、下記の組成の樹脂を塗布し、
余剰の樹脂を絞り取り、ドラムから切り開いて繊維が一
方向配列した樹脂含浸シートを得た。これを温風乾燥機
内で95℃、1時間乾燥した後、ポリエステルフィルム
で上下から挟み込み、約60℃に加熱したローラープレ
スにかけてUDプリプレグシートを得た。 エポキシ樹脂(エピコート828 油化シェルエポキシ社製) 60重量部 エポキシ樹脂(エピコート1001 油化シェルエポキシ社製) 40重量部 三弗化ホウ素モノエチルアミン 2.5重量部 MEK 35重量部 このUDプリプレグシートを積み重ね、20Kg/cm
2 の圧力下で170℃、1時間加熱して硬化させ、厚さ
3.7mmのUDーFRPを得た。
し、表1にその結果を示した。各試験片はL×W×T=
20mm×5mm×3.7mmの立方体とし、UDーF
RPから切り出すに当たり、辺L(20mm)が繊維の
配列方向と60℃の角度をなすようにした。図1は試験
片(加工材)の斜視図を示すもので、図中1はセラミッ
ク繊維を示す。尚、研削性の試験方法については、次の
ようにした。被研削材として、L×W×T=80mm×
15mm×2mmの鉄板を用意し、これをしかりと固定
して、この鉄板のLW面を被研削面とし、UD−FRP
の各試験片のLT面を乗せ、上から一定の荷重(137
5g)をかけながら試験片を往復運動させた。この時、
運動巾は45mm、運動速度は125往復/分、総往復
運動回数は10000回とした。この時、初めの被研削
材の重さをA、研削後の被研削材の重さをBとして、次
の式から研削率を求めた。 研削率(重量%)=(AーB/A)×100
ら得られた前記試験片を、鉄製の金型磨きを専門とする
5社に持ち込み、研磨性の評価をしたところ、表2に示
すような結果が得られた。
0ナノメータと大きなムライト結晶を含むセラミック繊
維が非常に研磨性に優れていることが確認できた。
ルミナ繊維よりもさらに繊維強度の高い加工性に優れた
セラミック繊維並びにこのセラミック繊維を含む加工材
を得ることができるとともに、このような加工性の優れ
たセラミック繊維を製造することができる。
Claims (8)
- 【請求項1】 加工材の加工要素として用いられるセラ
ミック繊維であって、アルミナ成分80〜90重量%と
シリカ成分20〜10重量%とによって形成され、該セ
ラミック繊維の結晶構造が主としてムライト結晶と中間
アルミナとで構成され、該ムライト結晶の平均粒径が2
5〜70ナノメータであることを特徴とする加工材用セ
ラミック繊維。 - 【請求項2】 前記アルミナ成分が85重量%以上であ
ることを特徴とする請求項1記載の加工材用セラミック
繊維。 - 【請求項3】 アルミナ繊維の前駆体繊維を焼成してセ
ラミック繊維とする加工材用セラミック繊維の製造方法
であって、前記前駆体繊維を1200℃以下で焼成して
セラミックス化した後、1300℃以上の高温で30秒
間以内加熱処理することを特徴とする加工材用セラミッ
ク繊維の製造方法。 - 【請求項4】 前記前駆体繊維は塩基性塩化アルミニウ
ムとコロイダルシリカとポリビニルアルコールからなる
水性の紡糸原液を乾式紡糸して得られたものであること
を特徴とする請求項3記載の加工材用セラミック繊維の
製造方法。 - 【請求項5】 加工要素として、アルミナ成分80〜9
0重量%とシリカ成分20〜10重量%とによって形成
され、該セラミック繊維の結晶構造が主としてムライト
結晶と中間アルミナとで構成され、該ムライト結晶の平
均粒径が25〜70ナノメータであるセラミック繊維を
含むことを特徴とする加工材。 - 【請求項6】 前記セラミック繊維のアルミナ成分が8
5重量%以上であることを特徴とする請求項5記載の加
工材。 - 【請求項7】 前記セラミック繊維を樹脂バインダで結
着してなることを特徴とする請求項5または6記載の加
工材。 - 【請求項8】 前記樹脂バインダがエポキシ樹脂である
ことを特徴とする請求項7記載の加工材。
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---|---|---|---|
JP35526296A JP3812981B2 (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | 加工材用セラミック繊維とその製造方法並びに加工材 |
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JPH10183427A true JPH10183427A (ja) | 1998-07-14 |
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-
1996
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