JPH1193023A - 多結晶質セラミック繊維の製造方法 - Google Patents
多結晶質セラミック繊維の製造方法Info
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- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 優れた物理的特性を備えたセラミック繊維の
製造方法を提供すること。 【解決手段】 酸化ホウ素及び一酸化炭素を含む環境中
で、ケイ素及び炭素を含むアモルファスセラミック繊維
を、前記アモルファスセラミック繊維を多結晶質セラミ
ック繊維に転化させるのに十分な温度で加熱することを
含む多結晶質セラミック繊維の製造方法。
製造方法を提供すること。 【解決手段】 酸化ホウ素及び一酸化炭素を含む環境中
で、ケイ素及び炭素を含むアモルファスセラミック繊維
を、前記アモルファスセラミック繊維を多結晶質セラミ
ック繊維に転化させるのに十分な温度で加熱することを
含む多結晶質セラミック繊維の製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多結晶質セラミッ
ク繊維の製造方法に関する。
ク繊維の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミック及び金属マトリックス複合材
料用の強化材として改良されたセラミック繊維が必要と
されている。繊維強化材はこれらの複合材料の、靱性、
強度、剛性及び耐クリープ性を高める。炭化ケイ素繊維
は高い弾性率、優れた熱安定性、魅力のある熱膨張特
性、及び比較的低い密度を有するために、可能性のある
強化材として長い間研究されてきた。しばしば望ましい
適用温度が繊維の能力を超える。すなわち、ほんの数時
間以内に繊維の強度が著しく低下する。例えば、Nicalo
n （商標）（ＳｉＣＯ）及びTyranno （商標）（ＳｉＣ
ＯＴｉ）オキシ炭化ケイ素繊維は１２００℃を超える温
度では分解する。
料用の強化材として改良されたセラミック繊維が必要と
されている。繊維強化材はこれらの複合材料の、靱性、
強度、剛性及び耐クリープ性を高める。炭化ケイ素繊維
は高い弾性率、優れた熱安定性、魅力のある熱膨張特
性、及び比較的低い密度を有するために、可能性のある
強化材として長い間研究されてきた。しばしば望ましい
適用温度が繊維の能力を超える。すなわち、ほんの数時
間以内に繊維の強度が著しく低下する。例えば、Nicalo
n （商標）（ＳｉＣＯ）及びTyranno （商標）（ＳｉＣ
ＯＴｉ）オキシ炭化ケイ素繊維は１２００℃を超える温
度では分解する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】炭化ケイ素（ＳｉＣ）
系連続繊維を製造するための幾つかの方法が開発され
た。１つの方法は、化学蒸着（ＣＶＤ）により炭素モノ
フィラメントのコア上にＳｉＣを付着させることからな
る。しかしながら、これらの繊維の直径が大きいため
に、セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）強化材
に対してはあまり適当ではない。また、それらは非常に
剛過ぎるため、ＣＭＣへの適用に必要とされるような布
帛に織り上げられない。もう１つの方法は、前駆体繊維
を形成するために有機ケイ素ポリマーの溶融紡糸を伴
う。前記前駆体繊維は、次にセラミック繊維に熱分解的
に転化される。最終生成物は、純粋なＳｉＣ繊維ではな
かった。この方法は、上記Nicalon （商標）及びTyrann
o （商標）繊維を製造するために使用される。
系連続繊維を製造するための幾つかの方法が開発され
た。１つの方法は、化学蒸着（ＣＶＤ）により炭素モノ
フィラメントのコア上にＳｉＣを付着させることからな
る。しかしながら、これらの繊維の直径が大きいため
に、セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）強化材
に対してはあまり適当ではない。また、それらは非常に
剛過ぎるため、ＣＭＣへの適用に必要とされるような布
帛に織り上げられない。もう１つの方法は、前駆体繊維
を形成するために有機ケイ素ポリマーの溶融紡糸を伴
う。前記前駆体繊維は、次にセラミック繊維に熱分解的
に転化される。最終生成物は、純粋なＳｉＣ繊維ではな
かった。この方法は、上記Nicalon （商標）及びTyrann
o （商標）繊維を製造するために使用される。
【０００４】米国特許第５，２７９，７８０号明細書に
開示されている第３の方法によると、妥当な強度を保持
する一方で１４００℃までの温度に耐える、ほぼ化学量
論的な多結晶質炭化ケイ素（ＳｉＣ）繊維が製造され
る。この方法は、揮発性の焼結助剤（sintering aid ）
を含む環境中で、ケイ素、炭素及び酸素を含むアモルフ
ァス又は微結晶質セラミック繊維を加熱することを含
む。前記焼結助剤は、単にそれを揮発性状態で熱分解環
境中に導入することにより使用されるか、又はアルゴン
若しくはヘリウムのような不活性キャリヤーガス中に稀
釈される。この方法は回分式又は連続式で実施される。
この方法が連続式で実施される場合には、ホウ素が繊維
中に拡散するのにより長い時間が必要なために、この方
法は遅いライン速度に限定される。
開示されている第３の方法によると、妥当な強度を保持
する一方で１４００℃までの温度に耐える、ほぼ化学量
論的な多結晶質炭化ケイ素（ＳｉＣ）繊維が製造され
る。この方法は、揮発性の焼結助剤（sintering aid ）
を含む環境中で、ケイ素、炭素及び酸素を含むアモルフ
ァス又は微結晶質セラミック繊維を加熱することを含
む。前記焼結助剤は、単にそれを揮発性状態で熱分解環
境中に導入することにより使用されるか、又はアルゴン
若しくはヘリウムのような不活性キャリヤーガス中に稀
釈される。この方法は回分式又は連続式で実施される。
この方法が連続式で実施される場合には、ホウ素が繊維
中に拡散するのにより長い時間が必要なために、この方
法は遅いライン速度に限定される。
【０００５】
【課題を解決するための手段】我々は、一酸化炭素がキ
ャリヤーガスと共に反応器内に存在する場合には、緻密
な微細構造と引張強度およびモジュラスのような優れた
物理的特性を備えた繊維が得られると同時に高い生産速
度が達成されることを見出した。
ャリヤーガスと共に反応器内に存在する場合には、緻密
な微細構造と引張強度およびモジュラスのような優れた
物理的特性を備えた繊維が得られると同時に高い生産速
度が達成されることを見出した。
【０００６】従って、本発明の目的は、オキシ炭化ケイ
素（ＳｉＣＯ）セラミック繊維からの多結晶質セラミッ
ク繊維の連続製造方法を提供することである。
素（ＳｉＣＯ）セラミック繊維からの多結晶質セラミッ
ク繊維の連続製造方法を提供することである。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明は、酸化ホウ素及び一酸化
炭素を含む環境中で、ケイ素及び炭素を含むアモルファ
スセラミック繊維を、前記セラミック繊維を多結晶質セ
ラミック繊維に転化させるのに十分な温度で加熱するこ
とを含む、オキシ炭化ケイ素（ＳｉＣ及びＳｉＣＯＴ
ｉ）セラミック繊維からの多結晶質セラミック繊維の連
続製造方法である。セラミック繊維の加熱中に一酸化炭
素が存在することによって、意外にも連続法でより高い
生産速度を達成することが可能である。
炭素を含む環境中で、ケイ素及び炭素を含むアモルファ
スセラミック繊維を、前記セラミック繊維を多結晶質セ
ラミック繊維に転化させるのに十分な温度で加熱するこ
とを含む、オキシ炭化ケイ素（ＳｉＣ及びＳｉＣＯＴ
ｉ）セラミック繊維からの多結晶質セラミック繊維の連
続製造方法である。セラミック繊維の加熱中に一酸化炭
素が存在することによって、意外にも連続法でより高い
生産速度を達成することが可能である。
【０００８】本発明は、多結晶質炭化ケイ素（ＳｉＣ）
繊維の連続製造方法に関する。ここでこの方法は、酸化
ケイ素及び一酸化炭素を含む不活性環境中でケイ素及び
炭素を含むアモルファスセラミック繊維を加熱すること
を含む。
繊維の連続製造方法に関する。ここでこの方法は、酸化
ケイ素及び一酸化炭素を含む不活性環境中でケイ素及び
炭素を含むアモルファスセラミック繊維を加熱すること
を含む。
【０００９】図１に示されるように、本発明の方法は、
アモルファス繊維（１）を第１炉（２）内に導入するこ
とを含む。前記炉内の環境は、一酸化炭素、酸化ホウ素
及び任意に不活性ガス（例えば、アルゴン又はヘリウ
ム）から構成される。繊維（１）は炉（２）を通じて連
続的に供給されるが、前記炉内での滞留時間は前記繊維
中に少なくとも０．１重量％のホウ素が拡散するのに十
分な時間である。一酸化炭素の存在によって、炉（２）
内の滞留時間を短縮することができ、最終的により高い
生産速度が可能になる。繊維（１）は炉（２）を出て任
意に第２炉（３）に入り、そこで繊維（１）はさらに緻
密化される。次に、繊維（１）は第２炉（３）から出
て、スプール（４）上への巻取りのような慣用的な手法
により使用のために集められる。第１炉（２）内の操業
温度は典型的には１５００〜１６００℃の範囲内にあ
り、一方、第２炉（３）内の操業温度は１９００〜２０
００℃の範囲内にある。転化及び緻密化工程は、第１炉
（２）内で組み合わされ、完了してもよい。これは通
常、炉（２）内での処理過程中により高い温度に繊維
（１）を加熱することにより実施される。
アモルファス繊維（１）を第１炉（２）内に導入するこ
とを含む。前記炉内の環境は、一酸化炭素、酸化ホウ素
及び任意に不活性ガス（例えば、アルゴン又はヘリウ
ム）から構成される。繊維（１）は炉（２）を通じて連
続的に供給されるが、前記炉内での滞留時間は前記繊維
中に少なくとも０．１重量％のホウ素が拡散するのに十
分な時間である。一酸化炭素の存在によって、炉（２）
内の滞留時間を短縮することができ、最終的により高い
生産速度が可能になる。繊維（１）は炉（２）を出て任
意に第２炉（３）に入り、そこで繊維（１）はさらに緻
密化される。次に、繊維（１）は第２炉（３）から出
て、スプール（４）上への巻取りのような慣用的な手法
により使用のために集められる。第１炉（２）内の操業
温度は典型的には１５００〜１６００℃の範囲内にあ
り、一方、第２炉（３）内の操業温度は１９００〜２０
００℃の範囲内にある。転化及び緻密化工程は、第１炉
（２）内で組み合わされ、完了してもよい。これは通
常、炉（２）内での処理過程中により高い温度に繊維
（１）を加熱することにより実施される。
【００１０】本発明において有用なセラミック繊維は厳
密に決まっておらず、ケイ素及び炭素を含むほとんどい
かなるアモルファス繊維も適する。「アモルファス」と
は、アモルファス連続相中に非常に小さい微結晶（ナノ
／マイクロ結晶）を含む繊維を包含する、基本的にアモ
ルファスな（結晶質ではない）繊維を意味する。
密に決まっておらず、ケイ素及び炭素を含むほとんどい
かなるアモルファス繊維も適する。「アモルファス」と
は、アモルファス連続相中に非常に小さい微結晶（ナノ
／マイクロ結晶）を含む繊維を包含する、基本的にアモ
ルファスな（結晶質ではない）繊維を意味する。
【００１１】本発明においてアモルファスセラミック繊
維はケイ素及び炭素を含む。この例には、ＳｉＣ、Ｓｉ
ＣＯ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＯＮ及びＳｉＣＯＴｉからなる
群から選ばれる物質を含むアモルファスセラミック繊維
がある。ケイ素及び炭素は、ほぼ化学量論的に又は炭素
の量が適度に過剰となるように存在することが好まし
い。しかしながら、他の元素が存在してもよい。これら
の元素には、酸素、窒素、チタン、ジルコニウム、塩
素、又は熱分解中に揮発して繊維から出るか若しくは結
果として得られる繊維の団結性に影響を及ぼさずに繊維
中に残留する任意の他の元素が包含される。
維はケイ素及び炭素を含む。この例には、ＳｉＣ、Ｓｉ
ＣＯ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＯＮ及びＳｉＣＯＴｉからなる
群から選ばれる物質を含むアモルファスセラミック繊維
がある。ケイ素及び炭素は、ほぼ化学量論的に又は炭素
の量が適度に過剰となるように存在することが好まし
い。しかしながら、他の元素が存在してもよい。これら
の元素には、酸素、窒素、チタン、ジルコニウム、塩
素、又は熱分解中に揮発して繊維から出るか若しくは結
果として得られる繊維の団結性に影響を及ぼさずに繊維
中に残留する任意の他の元素が包含される。
【００１２】本発明において有用なアモルファス炭化ケ
イ素繊維はさらに米国特許第５，２７９，７８０号明細
書に記載されている。これらの繊維は、ＳｉＣ、ＳｉＣ
Ｏ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＯＮ、ＳｉＣＯＴｉ及び同様な繊
維により例示される。好ましいものは、ＳｉＣＯ及びＳ
ｉＣＯＴｉ繊維である。これらの繊維は、日本カーボン
株式会社からNicalon （商標）繊維（直径が１０〜２０
マイクロメートルのＳｉＣＯ繊維）として及び宇部興産
株式会社からTyranno （商標）繊維（直径が８〜１２マ
イクロメートルのＳｉＣＯＴｉ繊維）として商業的に入
手可能である。
イ素繊維はさらに米国特許第５，２７９，７８０号明細
書に記載されている。これらの繊維は、ＳｉＣ、ＳｉＣ
Ｏ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＯＮ、ＳｉＣＯＴｉ及び同様な繊
維により例示される。好ましいものは、ＳｉＣＯ及びＳ
ｉＣＯＴｉ繊維である。これらの繊維は、日本カーボン
株式会社からNicalon （商標）繊維（直径が１０〜２０
マイクロメートルのＳｉＣＯ繊維）として及び宇部興産
株式会社からTyranno （商標）繊維（直径が８〜１２マ
イクロメートルのＳｉＣＯＴｉ繊維）として商業的に入
手可能である。
【００１３】商業的に入手可能な繊維は、往々にして、
繊維同士の早期接着を防止するためのサイズ剤を含む。
必要ではないが、本発明の処理前にこのサイズ剤を除去
することが望ましい。これは、サイズ剤を化学的に溶解
させること又はサイズ剤を除去するのに十分な温度に繊
維を加熱することのような当該技術分野で周知の方法に
より達成される。
繊維同士の早期接着を防止するためのサイズ剤を含む。
必要ではないが、本発明の処理前にこのサイズ剤を除去
することが望ましい。これは、サイズ剤を化学的に溶解
させること又はサイズ剤を除去するのに十分な温度に繊
維を加熱することのような当該技術分野で周知の方法に
より達成される。
【００１４】上記アモルファスセラミック繊維の製造方
法は当該技術分野で周知である。最も一般的な方法は、
概して、（セラミック粉末添加剤を含む又は含まない）
有機ケイ素ポリマーを紡糸し、続いて不融化又は熱分解
させることを含む。しかしながら、種々のゾル−ゲル加
工技術、ＣＶＤ技術等のような代法も適切である。これ
らの方法は、多くの教科書、文献、及び特許明細書に記
載されている。
法は当該技術分野で周知である。最も一般的な方法は、
概して、（セラミック粉末添加剤を含む又は含まない）
有機ケイ素ポリマーを紡糸し、続いて不融化又は熱分解
させることを含む。しかしながら、種々のゾル−ゲル加
工技術、ＣＶＤ技術等のような代法も適切である。これ
らの方法は、多くの教科書、文献、及び特許明細書に記
載されている。
【００１５】本発明において使用されるアモルファスセ
ラミック繊維は連続繊維であって、任意の適切な長さを
有するものである。しかしながら、本発明の方法は、セ
ラミック繊維を炭化ケイ素（ＳｉＣ）繊維に転化させる
ための連続処理を伴うことから、本発明の利点を達成す
るためには、前記繊維は十分な長さを有するものである
ことが好ましい。
ラミック繊維は連続繊維であって、任意の適切な長さを
有するものである。しかしながら、本発明の方法は、セ
ラミック繊維を炭化ケイ素（ＳｉＣ）繊維に転化させる
ための連続処理を伴うことから、本発明の利点を達成す
るためには、前記繊維は十分な長さを有するものである
ことが好ましい。
【００１６】本発明の方法は、酸化ホウ素、好ましくは
Ｂ2 Ｏ3 、及び一酸化炭素を含む環境中で前記アモルフ
ァスセラミック繊維を加熱することを含む。酸化ホウ素
は、揮発性状態で前記環境中に導入される。これは、例
えば、炉内に酸化ホウ素を入れ、加熱された場合に揮発
しうるようにすることによって達成される。代わりに、
酸化ホウ素を炉の外側で揮発させ、次に蒸気として炉内
に導入する。酸化ホウ素が蒸気として導入される場合に
は、酸化ホウ素蒸気は稀釈されずにそのままで使用され
ても、キャリヤーガス（例えば、アルゴン、ヘリウム等
のような不活性ガス）中に稀釈されても、減圧下で加え
られてもよい。
Ｂ2 Ｏ3 、及び一酸化炭素を含む環境中で前記アモルフ
ァスセラミック繊維を加熱することを含む。酸化ホウ素
は、揮発性状態で前記環境中に導入される。これは、例
えば、炉内に酸化ホウ素を入れ、加熱された場合に揮発
しうるようにすることによって達成される。代わりに、
酸化ホウ素を炉の外側で揮発させ、次に蒸気として炉内
に導入する。酸化ホウ素が蒸気として導入される場合に
は、酸化ホウ素蒸気は稀釈されずにそのままで使用され
ても、キャリヤーガス（例えば、アルゴン、ヘリウム等
のような不活性ガス）中に稀釈されても、減圧下で加え
られてもよい。
【００１７】概して、繊維が酸化ホウ素に暴露される時
間は、少なくとも望ましい転化及び緻密化が達成される
まで又は十分な酸化ホウ素が繊維中に組み込まれるまで
暴露が続き、いかなる追加の酸化ホウ素も必要とせずに
その後の熱処理中に転化及び緻密化が起こる限りは厳密
ではない。
間は、少なくとも望ましい転化及び緻密化が達成される
まで又は十分な酸化ホウ素が繊維中に組み込まれるまで
暴露が続き、いかなる追加の酸化ホウ素も必要とせずに
その後の熱処理中に転化及び緻密化が起こる限りは厳密
ではない。
【００１８】前記環境中に存在する酸化ホウ素の量は、
繊維を転化及び緻密化させるのに十分に酸化ホウ素が存
在する限りは一般には厳密ではない。通常、結果として
得られる多結晶質繊維は、転化及び緻密化後に、その中
に０．１〜３．５重量％の組み込まれたホウ素を含む。
繊維を転化及び緻密化させるのに十分に酸化ホウ素が存
在する限りは一般には厳密ではない。通常、結果として
得られる多結晶質繊維は、転化及び緻密化後に、その中
に０．１〜３．５重量％の組み込まれたホウ素を含む。
【００１９】繊維が加熱される環境は一酸化炭素も含
む。一酸化炭素は、不活性キャリヤーガス（例えば、ア
ルゴン又はヘリウム）と共に導入されるか又は稀釈され
ずにそのままで導入される。炉内に存在する一酸化炭素
の量は厳密ではない。通常、一酸化炭素は２０〜１００
モル％、好ましくは２０〜７０モル％の量で炉内に存在
する。一酸化炭素濃度が低いほど、より低い生産速度と
なる。一酸化炭素濃度が高いほど、より高い生産速度が
達成されるが、繊維上に炭素のコーティングも形成され
る。
む。一酸化炭素は、不活性キャリヤーガス（例えば、ア
ルゴン又はヘリウム）と共に導入されるか又は稀釈され
ずにそのままで導入される。炉内に存在する一酸化炭素
の量は厳密ではない。通常、一酸化炭素は２０〜１００
モル％、好ましくは２０〜７０モル％の量で炉内に存在
する。一酸化炭素濃度が低いほど、より低い生産速度と
なる。一酸化炭素濃度が高いほど、より高い生産速度が
達成されるが、繊維上に炭素のコーティングも形成され
る。
【００２０】セラミック繊維は、その後、当該セラミッ
ク繊維を多結晶質繊維に転化させるのに十分な温度で加
熱される。「多結晶質」とは、小さな平均結晶子粒度
（例えば、１マイクロメートル未満）で少なくとも７５
％の結晶化度を有する繊維を意味する。前記温度は概し
て１４００℃以上、好ましくは１５００〜２２００℃の
範囲内にあり、最も好ましくは１５００〜１６００℃の
範囲内にある。繊維を同時に転化及び緻密化させる場合
には、好ましくは１９００〜２０００℃のより高い温度
を使用することができる。
ク繊維を多結晶質繊維に転化させるのに十分な温度で加
熱される。「多結晶質」とは、小さな平均結晶子粒度
（例えば、１マイクロメートル未満）で少なくとも７５
％の結晶化度を有する繊維を意味する。前記温度は概し
て１４００℃以上、好ましくは１５００〜２２００℃の
範囲内にあり、最も好ましくは１５００〜１６００℃の
範囲内にある。繊維を同時に転化及び緻密化させる場合
には、好ましくは１９００〜２０００℃のより高い温度
を使用することができる。
【００２１】繊維の炉内の滞留時間（繊維が加熱される
時間）は、酸化ホウ素の繊維中への拡散が可能となり、
酸素のような揮発性元素が実質的に繊維から除去される
限りは厳密ではない。この時間は、炉の長さ、酸化ホウ
素の濃度、一酸化炭素の濃度及び操業温度に依存する。
当業者は、過度の実験を行うことなく、最適な時間を決
定できるであろう。
時間）は、酸化ホウ素の繊維中への拡散が可能となり、
酸素のような揮発性元素が実質的に繊維から除去される
限りは厳密ではない。この時間は、炉の長さ、酸化ホウ
素の濃度、一酸化炭素の濃度及び操業温度に依存する。
当業者は、過度の実験を行うことなく、最適な時間を決
定できるであろう。
【００２２】酸化ホウ素及び一酸化炭素を含む環境中で
の加熱に続き、さらなる転化及び緻密化のために繊維は
第２加熱工程にかけられる。この緻密化は典型的には酸
化ホウ素及び一酸化炭素を含まない環境（例えば、純粋
なアルゴン又はヘリウム）中で実施される。緻密化は、
通常、その中にホウ素が組み込まれた繊維を１８００〜
２２００℃、好ましくは１９００〜２０００℃の間の温
度に加熱することにより別の炉内で実施される。しかし
ながら、緻密化は、ホウ素を繊維中に組み込むために使
用したのと同じ炉内で実施することができる。
の加熱に続き、さらなる転化及び緻密化のために繊維は
第２加熱工程にかけられる。この緻密化は典型的には酸
化ホウ素及び一酸化炭素を含まない環境（例えば、純粋
なアルゴン又はヘリウム）中で実施される。緻密化は、
通常、その中にホウ素が組み込まれた繊維を１８００〜
２２００℃、好ましくは１９００〜２０００℃の間の温
度に加熱することにより別の炉内で実施される。しかし
ながら、緻密化は、ホウ素を繊維中に組み込むために使
用したのと同じ炉内で実施することができる。
【００２３】繊維の連続製造に適する任意の炉が本発明
の方法において使用される。しかしながら、酸化ホウ素
の腐食性のために、炭素ライニングを備えた炉を使用す
ることが好ましい。
の方法において使用される。しかしながら、酸化ホウ素
の腐食性のために、炭素ライニングを備えた炉を使用す
ることが好ましい。
【００２４】上記方法は、予め形成されたセラミック繊
維（すなわち、商業的供給源からのもの）の多結晶質炭
化ケイ素繊維への転化を説明するものであることを注記
しておく。しかしながら、本発明の方法は、例えば繊維
を紡糸し、硬化させ、次に酸化ホウ素及び一酸化炭素の
存在下で熱分解させる標準的な繊維製造法に組み込まれ
てもよいことが予想される。
維（すなわち、商業的供給源からのもの）の多結晶質炭
化ケイ素繊維への転化を説明するものであることを注記
しておく。しかしながら、本発明の方法は、例えば繊維
を紡糸し、硬化させ、次に酸化ホウ素及び一酸化炭素の
存在下で熱分解させる標準的な繊維製造法に組み込まれ
てもよいことが予想される。
【００２５】当業者が本明細書に教示される本発明をよ
り理解し、本発明の真価を認識することができるよう
に、次の実施例を示して特許請求の範囲に記載の本発明
をさらに説明する。
り理解し、本発明の真価を認識することができるよう
に、次の実施例を示して特許請求の範囲に記載の本発明
をさらに説明する。
【００２６】
【実施例】実験用装置は、２つの炉、繊維供給スプール
及び巻取機から構成されていた。第１炉は、内径７．６
ｃｍ（３インチ）及び長さ１５２．４ｃｍ（６０イン
チ）のアルミナ管を備えたLindberg（商標）Model 5447
4 であった。前記アルミナ管は、長さ１１８．１ｃｍ
（４６．５インチ）及び直径４．４ｃｍ（１．７５イン
チ）のGrafoil （商標）炭素管であって、この炭素管が
熱いアルミナ炉管と接触するのを防ぐためのＢＮスペー
サーがその両端に位置する炭素管でライニングされてい
た。第２炉は炭素ライニングされたAstro 炉であった。
及び巻取機から構成されていた。第１炉は、内径７．６
ｃｍ（３インチ）及び長さ１５２．４ｃｍ（６０イン
チ）のアルミナ管を備えたLindberg（商標）Model 5447
4 であった。前記アルミナ管は、長さ１１８．１ｃｍ
（４６．５インチ）及び直径４．４ｃｍ（１．７５イン
チ）のGrafoil （商標）炭素管であって、この炭素管が
熱いアルミナ炉管と接触するのを防ぐためのＢＮスペー
サーがその両端に位置する炭素管でライニングされてい
た。第２炉は炭素ライニングされたAstro 炉であった。
【００２７】実験を開始するために、まず繊維を第１炉
とこの炉の入口及び出口の両方に位置する保護管とに通
した。１０ｇの酸化ホウ素粉末を含む窒化ホウ素製のボ
ートを炉管の入口から３０．５ｃｍ（１２インチ）の位
置に置いた。炉が空気に暴露するのを妨げるために、
０．４６ｍ／ｓ（１．５ｆｔ／秒）の速度でキャリヤー
ガス（アルゴン又はアルゴン／ＣＯ）を流した。次に、
望ましい処理速度にとって望ましい巻取り速度に巻取機
を設定した。始動時の繊維の破断を最低限に抑えるため
に、炉の加熱期間に次の手順に従った。３つの区域をま
ず７℃／分で１３００℃に加熱した。その後、中間区域
及び出口区域が望ましい温度に達するまで入口区域を１
３００℃に保ったまま、中間区域及び出口区域を同じ速
度で処理温度（すなわち、１５００℃以上）に加熱し
た。次に入口区域を望ましい温度まで加熱した。炉を通
じて繊維を連続的に供給した。第１炉内での酸化ホウ素
による処理に続き、前記繊維をアルゴン環境中にある第
２炉に通じて供給することにより１９２０℃の温度で連
続的に緻密化した。
とこの炉の入口及び出口の両方に位置する保護管とに通
した。１０ｇの酸化ホウ素粉末を含む窒化ホウ素製のボ
ートを炉管の入口から３０．５ｃｍ（１２インチ）の位
置に置いた。炉が空気に暴露するのを妨げるために、
０．４６ｍ／ｓ（１．５ｆｔ／秒）の速度でキャリヤー
ガス（アルゴン又はアルゴン／ＣＯ）を流した。次に、
望ましい処理速度にとって望ましい巻取り速度に巻取機
を設定した。始動時の繊維の破断を最低限に抑えるため
に、炉の加熱期間に次の手順に従った。３つの区域をま
ず７℃／分で１３００℃に加熱した。その後、中間区域
及び出口区域が望ましい温度に達するまで入口区域を１
３００℃に保ったまま、中間区域及び出口区域を同じ速
度で処理温度（すなわち、１５００℃以上）に加熱し
た。次に入口区域を望ましい温度まで加熱した。炉を通
じて繊維を連続的に供給した。第１炉内での酸化ホウ素
による処理に続き、前記繊維をアルゴン環境中にある第
２炉に通じて供給することにより１９２０℃の温度で連
続的に緻密化した。
【００２８】ASTM D3379に従って、一定の伸び速度で繊
維を引っ張ることにより引張強度及びモジュラスを決定
した。
維を引っ張ることにより引張強度及びモジュラスを決定
した。
【００２９】実施例１ キャリヤーガスとしてアルゴンとＣＯの混合物を使用
し、上記手順に従ってTyranno （商標）Lox M 繊維を連
続的に処理した。この実験で使用したＣＯの量を表１に
示す。この実験の結果及び炉の温度も表１で報告する。
し、上記手順に従ってTyranno （商標）Lox M 繊維を連
続的に処理した。この実験で使用したＣＯの量を表１に
示す。この実験の結果及び炉の温度も表１で報告する。
【００３０】比較例１ キャリヤーガスとしてアルゴンを使用し（ＣＯを使用せ
ず）、上記のようにTyranno （商標）Lox M 繊維を連続
的に処理した。有用な繊維は、１．４インチ／分（３．
６ｃｍ／分）のライン速度で得られた。この速度を２．
６インチ／分（６．６ｃｍ／分）に増加させた場合に
は、引張強度及びモジュラスは減少した。炉温度を１６
００℃に上昇させると、ライン速度は４．８インチ／分
（１２．２ｃｍ／分）に増加し、繊維は非常に弱くな
り、物理的特性についての試験を行うことはできなかっ
た。結果を表１で報告する（試料Ｃ１〜Ｃ３）。
ず）、上記のようにTyranno （商標）Lox M 繊維を連続
的に処理した。有用な繊維は、１．４インチ／分（３．
６ｃｍ／分）のライン速度で得られた。この速度を２．
６インチ／分（６．６ｃｍ／分）に増加させた場合に
は、引張強度及びモジュラスは減少した。炉温度を１６
００℃に上昇させると、ライン速度は４．８インチ／分
（１２．２ｃｍ／分）に増加し、繊維は非常に弱くな
り、物理的特性についての試験を行うことはできなかっ
た。結果を表１で報告する（試料Ｃ１〜Ｃ３）。
【００３１】比較例２ 上記のようにNicalon （商標）繊維を連続的に処理し
た。キャリヤーガスとして１００％ＣＯを使用し、０．
６７ｆｔ／分（２０．４ｃｍ／分）の速度、１５８０℃
の炉温度で繊維を処理した。結果として得られたＳｉＣ
繊維は、２４９８ＭＰａの引張強度及び３５９ＧＰａの
モジュラスを有していた。ＣＯの不在下では、繊維は非
常に弱く、典型的な黒色というよりはむしろ茶色を帯
び、物理的特性についての試験を行うことはできなかっ
た。
た。キャリヤーガスとして１００％ＣＯを使用し、０．
６７ｆｔ／分（２０．４ｃｍ／分）の速度、１５８０℃
の炉温度で繊維を処理した。結果として得られたＳｉＣ
繊維は、２４９８ＭＰａの引張強度及び３５９ＧＰａの
モジュラスを有していた。ＣＯの不在下では、繊維は非
常に弱く、典型的な黒色というよりはむしろ茶色を帯
び、物理的特性についての試験を行うことはできなかっ
た。
【００３２】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の方法を示す概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キンマイ ティ ヌグエン アメリカ合衆国，ミシガン 48640，ミッ ドランド，ナコマ ストリート 5501 (72)発明者 ジェームス アラン レイブ アメリカ合衆国，ミシガン 48642，ミッ ドランド，グレンデール ストリート 1210
Claims (7)
- 【請求項１】 酸化ホウ素及び一酸化炭素を含む環境中
で、ケイ素及び炭素を含むアモルファスセラミック繊維
を、前記アモルファスセラミック繊維を多結晶質セラミ
ック繊維に転化させるのに十分な温度で加熱することを
含む多結晶質セラミック繊維の製造方法。 - 【請求項２】 アモルファスセラミック繊維が、酸素、
窒素、チタン、ジルコニウム、塩素及びホウ素からなる
群から選ばれる元素をさらに含む請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 アモルファスセラミック繊維が、Ｓｉ
Ｃ、ＳｉＣＯ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＯＮ及びＳｉＣＯＴｉ
からなる群から選ばれる物質を含む請求項１記載の方
法。 - 【請求項４】 アモルファスセラミック繊維が、ケイ
素、炭素及び酸素を含む請求項２記載の方法。 - 【請求項５】 酸化ホウ素がＢ2 Ｏ3 である請求項１記
載の方法。 - 【請求項６】 一酸化炭素が２０〜１００モル％の量で
存在する請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 アモルファスセラミック繊維が１４００
℃〜２２００℃の温度に加熱される請求項１記載の方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/890878 | 1997-07-10 | ||
| US08/890,878 US5928978A (en) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | Continuous method of producing silicon carbide fibers |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1193023A true JPH1193023A (ja) | 1999-04-06 |
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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| EP (1) | EP0890558B1 (ja) |
| JP (1) | JP4142157B2 (ja) |
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| US6129887A (en) * | 1998-08-26 | 2000-10-10 | Dow Corning Corporation | Process to produce silicon carbide fibers using a controlled concentration of boron oxide vapor |
| KR100334452B1 (ko) * | 1999-11-18 | 2002-05-03 | 이명일 | 반도체 섬유를 이용한 면상 발열체 |
| US7083771B2 (en) * | 2002-07-10 | 2006-08-01 | Advanced Composite Materials Corporation | Process for producing silicon carbide fibers essentially devoid of whiskers |
| US20040009112A1 (en) | 2002-07-10 | 2004-01-15 | Advanced Composite Materials Corporation | Silicon carbide fibers essentially devoid of whiskers and method for preparation thereof |
| US7700202B2 (en) * | 2006-02-16 | 2010-04-20 | Alliant Techsystems Inc. | Precursor formulation of a silicon carbide material |
| US20070235450A1 (en) * | 2006-03-30 | 2007-10-11 | Advanced Composite Materials Corporation | Composite materials and devices comprising single crystal silicon carbide heated by electromagnetic radiation |
| DE102014214590A1 (de) * | 2014-07-24 | 2016-01-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Herstellung keramischer Fasern und Anlage dazu |
| US10508056B1 (en) | 2015-05-19 | 2019-12-17 | General Electric Company | Method to form silicon carbide fibers by single stage pyrolysis of polysilazane precursors |
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|---|---|---|---|---|
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| JPS5381727A (en) * | 1976-12-28 | 1978-07-19 | Tokushiyu Muki Zairiyou Kenkiy | Heat resisting inorganic fiber and method of producing same |
| JPS60139820A (ja) * | 1983-12-27 | 1985-07-24 | Shin Etsu Chem Co Ltd | けい素、炭素、ほう素および窒素含有無機繊維の製造方法 |
| FI850090A0 (fi) * | 1985-01-08 | 1985-01-08 | Markku Auvo Sakari Ukkonen | Foerfarande foer framstaellning av naturstensimitationer. |
| US5139871A (en) * | 1988-01-13 | 1992-08-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Thermochemically treated oligomeric and/or polymeric derived silicon carbide fibers |
| US5167881A (en) * | 1989-12-12 | 1992-12-01 | The Dow Corning Corporation | Preparation of substantially polycrystalline silicon carbide fibers from polyorganosiloxanes |
| US5707568A (en) * | 1989-12-18 | 1998-01-13 | Dow Corning Corporation | Preparation of substantially polycrystalline silicon carbide fibers from methylpolysilanes |
| US5162269A (en) * | 1990-01-16 | 1992-11-10 | Dow Corning Corporation | Polycrystalline silicon carbide fibers |
| US5071600A (en) * | 1990-01-16 | 1991-12-10 | Dow Corning Corporation | Preparation of substantially crystalline silicon carbide fibers from polycarbosilane |
| US5252361A (en) * | 1990-01-19 | 1993-10-12 | The Carborundum Company | Protective coating for non-oxide sintered fibers generated by in situ chemical reaction |
| US5268336A (en) * | 1990-06-18 | 1993-12-07 | Dow Corning Corporation | Preparation of substantially polycrystalline silicon carbide fibers from methylpolydisilylazanes |
| JPH07108840B2 (ja) * | 1990-07-23 | 1995-11-22 | 東海カーボン株式会社 | ＳｉＣウイスカーの表面改質法およびＦＲＣ焼結体の製造方法 |
| US5227249A (en) * | 1991-10-03 | 1993-07-13 | Standard Oil Company | Boride coatings for SiC reinforced Ti composites |
| US5279780A (en) * | 1992-07-22 | 1994-01-18 | Dow Corning Corporation | Preparation of polycrystalline ceramic fibers |
| WO1994002430A1 (en) * | 1992-07-24 | 1994-02-03 | The Regents Of The University Of California | METHOD FOR STABILIZING POLYCARBOSILANE DERIVED Si-C-O CONTAINING FIBERS |
| CZ240492A3 (en) * | 1992-08-03 | 1994-02-16 | Kralovopolska As | Apparatus for determining degree of a drum filter cloth clogging |
| US5792416A (en) * | 1996-05-17 | 1998-08-11 | University Of Florida | Preparation of boron-doped silicon carbide fibers |
-
1997
- 1997-07-10 US US08/890,878 patent/US5928978A/en not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-07-06 EP EP98305364A patent/EP0890558B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-07-06 DE DE69800088T patent/DE69800088T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-07-09 JP JP19448598A patent/JP4142157B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1998-07-09 KR KR10-1998-0027555A patent/KR100492651B1/ko not_active IP Right Cessation
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|---|---|
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| US5928978A (en) | 1999-07-27 |
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| EP0890558B1 (en) | 2000-03-08 |
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