JPS6050884B2 - Method for producing silicon carbide fiber mainly composed of SiC - Google Patents
Method for producing silicon carbide fiber mainly composed of SiCInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は主としてSiCよりなるシリコンカーバイド繊
維の製造方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing silicon carbide fibers mainly made of SiC.
本発明者等はさきに特許出願した特公昭57−・265
27号、特公昭58−38534号、特公昭57−53
892号、特開昭51−149925号、特開昭51−
149926号、特公昭57−53893号、特開昭5
1−147624号、特公昭57−56566号、特公
昭58−38535号、特公昭57−53894号に記
載の如く、ケイ素と炭素とを主な骨格成分とする有機ケ
イ素高分子化合物を紡糸して繊維とし、該紡糸繊維を酸
化性雰囲気中で低温加熱の後、真空中あるいは不活性ガ
ス、COガス、水素ガス、炭化水素ガス、有機ケイ素化
合物ガス、アンモニアガスのうちから選ばれる少なくと
も1種の雰囲気中で予備加熱の後、真空中あるいは不活
性ガス、COガス、水素ガスのうちから選ばれる少なく
とも1種の雰囲気中で1000〜2000℃ノの温度範
囲で高温焼成してシリコンカーバイド繊維を得ることが
できることを発明した。The present inventors previously applied for a patent in 1986-265.
No. 27, Special Publication No. 58-38534, Special Publication No. 57-53
No. 892, JP-A-51-149925, JP-A-51-
No. 149926, Japanese Patent Publication No. 57-53893, Japanese Patent Publication No. 1977
As described in Japanese Patent Publication No. 1-147624, Japanese Patent Publication No. 57-56566, Japanese Patent Publication No. 58-38535, and Japanese Patent Publication No. 57-53894, organic silicon polymer compounds having silicon and carbon as main skeleton components are spun. After heating the spun fiber at a low temperature in an oxidizing atmosphere, the spun fiber is heated in a vacuum or at least one kind selected from inert gas, CO gas, hydrogen gas, hydrocarbon gas, organosilicon compound gas, and ammonia gas. After preheating in an atmosphere, silicon carbide fibers are obtained by firing at a high temperature in a temperature range of 1000 to 2000°C in a vacuum or at least one atmosphere selected from inert gas, CO gas, and hydrogen gas. Invented something that can be done.
本発明は前記本発明者らの発明の改良に関するもので、
高強度を有し、優れた高温に於ける耐酸化性を有する主
としてSlCよりなるシリコンカー・バイト繊維を安価
に且つ大量に製造することを目的とするものであり、本
発明者等が先に発明し、特許出願した特公昭56−34
01鏝に記載したケイ素、炭素、水素、酸素以外の異種
元素のうちから選ばれる少なくとも1つを含有する主と
して炭素・とケイ素からなる有機ケイ素高分子化合物を
用いて主としてSiCよりなるシリコンカーバイド繊維
を得ることによつて、その目的を達成することがてきる
。The present invention relates to an improvement of the invention of the present inventors,
The purpose of this invention is to produce silicon carbide fibers mainly made of SlC at low cost and in large quantities, which have high strength and excellent oxidation resistance at high temperatures. Invented it and applied for a patent in 1986-34.
Silicon carbide fibers mainly made of SiC are made using an organosilicon polymer compound mainly made of carbon and silicon containing at least one of the different elements other than silicon, carbon, hydrogen, and oxygen described in 01 Trowel. By obtaining this, you can achieve your goal.
本発明は前記Ti,MO,CrまたはPrのうちから選
ばれる少なくとも1つの元素を構造中に含有する主とし
て炭素とケイ素とからなる有機ケイ素高分子化合物を安
価にかつ大量に製造する方法を新たに知見し、発明する
に至つたものである。The present invention provides a new method for producing an organosilicon polymer compound mainly composed of carbon and silicon containing at least one element selected from Ti, MO, Cr, or Pr in its structure at low cost and in large quantities. This is what I discovered and came up with the invention.
本発明は下記の第1発明及び第2発明の併合出願に係る
。第1発明
(1)Si−C結合のみをふくむ化合物。The present invention relates to a combined application of the following first invention and second invention. First invention (1) Compound containing only Si-C bonds.
(2)Si−C結合のほかにSi−H結合をふくむ化合
物。(2) Compounds containing Si-H bonds in addition to Si-C bonds.
(3)Si−Hal結合を有する化合物。(3) A compound having a Si-Hal bond.
(4)Si−0R(R=アルキル、アリール)結合を有
する化合物。(4) A compound having a Si-0R (R=alkyl, aryl) bond.
(5)S1−0H結合を有する化合物。(5) Compound having S1-0H bond.
(6)Si−Si結合をふくむ化合物。(6) Compounds containing Si-Si bonds.
(7)Sj−0−Si結合をふくむ化合物。(7) Compound containing Sj-0-Si bond.
(8)有機ケイ素化合物エステル類。(9)有機ケイ素
化合物過酸化物。(8) Organosilicon compound esters. (9) Organosilicon compound peroxide.
上記(1)〜(9)の有機ケイ素化合物のうちから選ば
れる少なくとも1種以上の化合物と、Ti,MO,Cr
またはPrのうちから選ばれる少くとも一つの金属元素
を含む有機金属化合物との混合物を出発原料とし、重縮
合用触媒の添加、照射、加熱の何れか少なくとも1つに
よる重縮合反応により生成されるTi,MO,Crまた
はPrのうちから選ばれる少なくとも1つの金属元素を
構造中に含有するケイ素と炭素とを主な骨格成分とする
有機ケイ素高分子化合物を生成させる第1工程と、前記
有機ケイ素高分子化合物から低分子量化合物の含有量の
少ない有機ケイ素高分子化合物を得る第2工程と、該有
機ケイ素高分子化合物の紡糸原液を造り紡糸する第3工
程と、該紡糸を酸化性雰囲気中で張力あるいは無張力の
作用のもとで低温加熱する第4工程と、低温加熱した前
記紡糸を真空中または少量の空気、酸素、オゾン、スチ
ームのうちから選ばれるいずれか1種または2種以上と
、真空中、不活性ガス、COガス、水素ガス、炭化水素
ガス、有機ケイ素化合物ガス、アンモニアガスのうちか
ら選ばれる1種または2種以上とからなる混合雰囲気中
で張力あるいは無張力下で800〜1300′Cの温度
で予備加熱する第5工程と、予備加熱した前記紡糸を強
酸、溶融塩またはリン酸で処理して紡糸中に含まれるS
lC以外の副成不純物の黒鉛、遊離炭素、シリカを除去
する第6■程と、さらに真空中、または非酸化性ガスの
雰囲気中で800〜2000℃の温度で高温加熱する第
7工程とからなることを特徴とし、主としてSiCより
なるシリコンカーバイド繊維の製造方法。at least one compound selected from the organosilicon compounds of (1) to (9) above, and Ti, MO, Cr.
or Pr, using as a starting material a mixture with an organometallic compound containing at least one metal element selected from Pr, and produced by a polycondensation reaction by at least one of adding a polycondensation catalyst, irradiation, and heating. a first step of producing an organosilicon polymer compound whose main skeleton components are silicon and carbon containing at least one metal element selected from Ti, MO, Cr, or Pr; A second step of obtaining an organosilicon polymer compound with a low content of low molecular weight compounds from a polymer compound, a third step of preparing a spinning stock solution of the organosilicon polymer compound and spinning it, and performing the spinning in an oxidizing atmosphere. A fourth step of heating at a low temperature under the action of tension or no tension, and heating the spun yarn heated at a low temperature in a vacuum or in a small amount of one or more selected from air, oxygen, ozone, and steam. , in a vacuum, in a mixed atmosphere of one or more selected from inert gas, CO gas, hydrogen gas, hydrocarbon gas, organosilicon compound gas, and ammonia gas under tension or no tension. A fifth step of preheating at a temperature of ~1300'C, and treating the preheated spun yarn with a strong acid, molten salt or phosphoric acid to remove S contained in the spun yarn.
A 6th step of removing by-product impurities such as graphite, free carbon, and silica other than 1C, and a 7th step of heating at a high temperature of 800 to 2000°C in a vacuum or non-oxidizing gas atmosphere. A method for producing silicon carbide fiber mainly made of SiC.
第2発明 (1)Si−C結合のみをふくむ化合物。Second invention (1) Compounds containing only Si-C bonds.
(2)Si−C結合のほかにSj−H結合をふくむ化合
物。(2) Compounds containing Sj-H bonds in addition to Si-C bonds.
(3)S】−Hal結合を有する化合物。(3) Compound having S]-Hal bond.
(4)Si−0R(R=アルキル、アリール)結合を有
する化合物。(4) A compound having a Si-0R (R=alkyl, aryl) bond.
(5)S1−0H結合を有する化合物。(5) Compound having S1-0H bond.
(6)Si−Sj結合をふくむ化合物。(6) Compounds containing Si-Sj bonds.
(7)Si−0−Si結合をふくむ化合物。(7) Compounds containing Si-0-Si bonds.
(8)有機ケイ素化合物エステル類。(9)有機ケイ素
化合物過酸化物。(8) Organosilicon compound esters. (9) Organosilicon compound peroxide.
上記(1)〜(9)の有機ケイ素化合物のうちから選ば
れる少なくとも1種以上の化合物と、Ti,MO,Cr
またはPrを含む有機金属化合物との混合物を出発原料
とし、重縮合用触媒の添加、照射、加熱の何れか少なく
とも1つによる重縮合反応により生成されるTi,MO
,CrまたはPrのうちから選ばれる少くとも一つの金
属元素を構造中に含有するケイ素と炭素とを主な骨格成
分とする有機ケイ素高分子化合物を生成させる第1工程
と、前記有機ケイ素高分子化合物から低分子量化合物の
含有量の少ない有機ケイ素高分子化合物を得る第2工程
と、該有機ケイ素高分子化合物の紡糸原液を造り紡糸す
る第3工程と、該紡糸を酸化性雰囲気中で張力あるいは
無張力の作用のもとで低温加熱する第4工程と、低温加
熱した前記紡糸を真空中または少量の空気、酸素、オゾ
ン、スチームのうちから選ばれるいずれか1種または2
種以上と、真空中、不活性ガス、COガス、水素ガス、
炭化水素ガス、有機ケイ素化合物ガス、アンモニアガス
のうちから選ばれる1種または2種以上とからなる混合
雰囲気中で張力あるいは無張力下で800〜1300℃
の温度で予備加熱する第5工程と、予備加熱した前記紡
糸を強酸、溶融塩またはリン酸で処理して紡糸中に含ま
れるSiC以外の副成不純物の黒鉛、遊離炭素、シリカ
を除去する第6工程と、さらに真空中、または非酸化性
ガスの雰囲気中で800〜2000℃の温度で高温加熱
する第7工程と、酸素ガス、空気、オゾン、水蒸気のう
ちの少なくとも1種の雰囲気中で800〜1600′C
の温度で処理し紡糸中の遊離炭素を除去する第8工程と
からなることを特徴とし、主としてSlCよりなるシリ
コンカーバイド繊維の製造方法。at least one compound selected from the organosilicon compounds of (1) to (9) above, and Ti, MO, Cr.
Or Ti, MO produced by a polycondensation reaction using a mixture with an organometallic compound containing Pr as a starting material and at least one of adding a polycondensation catalyst, irradiation, and heating.
, Cr, or Pr, a first step of producing an organosilicon polymer compound whose main skeleton components are silicon and carbon, the structure of which contains at least one metal element selected from Cr, or Pr; A second step of obtaining an organosilicon polymer compound with a low content of low molecular weight compounds from the compound, a third step of preparing and spinning a spinning dope of the organosilicon polymer compound, and spinning the spinning material under tension or under an oxidizing atmosphere. A fourth step of heating at a low temperature under the action of no tension, and heating the spun yarn heated at a low temperature in a vacuum or in a small amount of air, oxygen, ozone, or steam.
species or more, in vacuum, inert gas, CO gas, hydrogen gas,
800 to 1300°C under tension or no tension in a mixed atmosphere consisting of one or more selected from hydrocarbon gas, organosilicon compound gas, and ammonia gas.
a fifth step of preheating at a temperature of 6 step, and a 7th step of heating at a high temperature of 800 to 2000 ° C. in vacuum or in an atmosphere of non-oxidizing gas, and in an atmosphere of at least one of oxygen gas, air, ozone, and water vapor. 800~1600'C
and an eighth step of removing free carbon during spinning by treatment at a temperature of .
次に本発明を詳細に説明する。Next, the present invention will be explained in detail.
ノ 本発明において下記記載の(1)〜(9)の有機ケ
イ素化合物のうち少なくとも一種以上と、Ti,MO,
CrまたはPrの有機金属化合物のうち少なくとも一種
との混合物を出発原料として使用することができる。In the present invention, at least one or more of the organosilicon compounds (1) to (9) described below and Ti, MO,
A mixture of Cr or Pr with at least one organometallic compound can be used as a starting material.
(但し式中のRはアルキル基、アリル基7を示す。)(
1)Si−C結合のみをふくむ化合物 シラン炭化水素
(SilahydrOcarbOn)とよばれるR4S
j,R3Si(R″SiR)NR″SjR2などとその
炭素一官能性誘導体がこれに属する。(However, R in the formula represents an alkyl group or an allyl group 7.) (
1) Compound containing only Si-C bonds R4S called silane hydrocarbon (SilahydrOcarbOn)
This includes R3Si(R″SiR)NR″SjR2 and its carbon monofunctional derivatives.
例 (CH3)4Si,(CH2=CH)
4Si,(CH3)3S1C=CSi(CH3)3,(
CH2)5S1(CH2)4,(C2H5)3S1CH
2CH2C1,(C6H5)3S1C02H,(2)S
j−C結合のほかにSi−H結合をふくむ化合物:モノ
ー、ジーおよびトリオルガノシランなどがこれに属する
。Example (CH3)4Si, (CH2=CH)
4Si,(CH3)3S1C=CSi(CH3)3,(
CH2)5S1 (CH2)4, (C2H5)3S1CH
2CH2C1, (C6H5)3S1C02H, (2)S
Compounds containing Si-H bonds in addition to j-C bonds: mono-, di-, and triorganosilanes belong to this category.
例 (C2H5)2SiH2,(CH2)5SiH
2,(CH3)3S1CH2Si(CH3)2H,C1
CH2SiSiH3,(3)Si−Hal結合を有する
化合物 モノシランを除くオルガノハロゲンシランであ
る。Example (C2H5)2SiH2, (CH2)5SiH
2, (CH3)3S1CH2Si(CH3)2H,C1
CH2SiSiH3, (3) Compound having Si-Hal bond Organohalogensilane excluding monosilane.
例CH2=CHSiF3,C2H5SiHCI2,(C
H3)2(CICH2)SlSi(CH3)2C1(C
6H5)3SiBr,(4)Si−0R1オルガノアル
コキシ(またはアロキシ)シランである。Example CH2=CHSiF3, C2H5SiHCI2, (C
H3)2(CICH2)SlSi(CH3)2C1(C
6H5)3SiBr, (4)Si-0R1 organoalkoxy (or alloxy) silane.
例 (CH3)2S1(0C2H5)2,C2H5S
1C12(0C2H5),P−ClC6HlOSi(C
H3)3,(5)Si−0H結合を有する化合物 オル
ガノシラノール類例 (C2H5)3S10H,(C
H3)2Si(0H)2,C6H5Si(0H)3,(
HO)(CH3)2SiCH2Si(CH3)2(0H
),(6)Si−Si結合をふくむ化合物
例 (CH3)3SiSi(CH3)2C1,(CH
3)3SiSi(CH3)3,(C6H5)3SiSi
(C6H5)2Si(C6H5)2C1,(7)Si−
0−Si結合をふくむ化合物 オルカノシロキサンであ
る。Example (CH3)2S1(0C2H5)2,C2H5S
1C12(0C2H5), P-ClC6HlOSi(C
H3) 3, (5) Compounds having Si-0H bond Examples of organosilanols (C2H5)3S10H, (C
H3)2Si(0H)2,C6H5Si(0H)3,(
HO)(CH3)2SiCH2Si(CH3)2(0H
), (6) Examples of compounds containing Si-Si bonds (CH3)3SiSi(CH3)2C1, (CH
3) 3SiSi(CH3)3, (C6H5)3SiSi
(C6H5)2Si(C6H5)2C1, (7)Si-
It is a compound containing an 0-Si bond, orkanosiloxane.
例(CH3)3Sj0Si(CH3)3,H0(CH3
)2Si0Si(CH3)20H,C12(CH3)S
iOSi(CH3)CIOSi(CH3)Cl2,〔(
C6H5)2Si0〕4,CH2=C(CH3)CO2
CH2Si● (CH3)2CH202C(CH3)=
CH2,(8)有機けい素化合物エステル;シラノール
と酸とから形成されると考えられるエステルで、(CH
3)2Si(0C0CH3)2などがこれに属する。Example (CH3)3Sj0Si(CH3)3,H0(CH3
)2Si0Si(CH3)20H,C12(CH3)S
iOSi(CH3)CIOSi(CH3)Cl2, [(
C6H5)2Si0]4, CH2=C(CH3)CO2
CH2Si● (CH3)2CH202C(CH3)=
CH2, (8) Organosilicon compound ester; an ester thought to be formed from silanol and acid;
3) 2Si(0C0CH3)2, etc. belong to this category.
(9)有機ケイ素化合物過酸化物: (CH3)3Sj
00C(CH3)3;(CH3)3Si00Si(CH
3)3など。(10)Ti,MO,CrまたはPrを含
む有機金属化合物(含配位化合物)。TiC,Cr3C
2,MO2C,Cr2O3,TiB2,COB,MOB
前記有機ケイ素化合物に有機金属化合物を混合する割合
は、生成した高分子中に含まれる金属元素が0.01〜
20%の範囲が良く、金属元素の量が0.01%以下で
は金属元素添加の効果が顕著でなく、また金属元素の量
が20%以上になると、金属元素を含有する有機ケイ素
高分子化合物が生成しないから、0.01〜20%の範
囲が好適である。(9) Organosilicon compound peroxide: (CH3)3Sj
00C(CH3)3;(CH3)3Si00Si(CH
3) 3 etc. (10) Organometallic compound (coordination-containing compound) containing Ti, MO, Cr or Pr. TiC, Cr3C
2, MO2C, Cr2O3, TiB2, COB, MOB
The ratio of mixing the organometallic compound to the organosilicon compound is such that the metal element contained in the produced polymer is from 0.01 to
A range of 20% is good; if the amount of the metal element is 0.01% or less, the effect of adding the metal element is not significant, and if the amount of the metal element is 20% or more, the organosilicon polymer compound containing the metal element is not produced, a range of 0.01 to 20% is suitable.
前記混合物原料を200〜1500℃の温度範囲で、真
空中あるいは不活性ガス、水素ガス、COガス、CO2
ガス、炭化水素ガス、有機ケイ素化合物ガスのうちから
選ばれる何れかの雰囲気下で、必要に応じて加圧下で、
重縮合させて金属元素を含有する有機ケイ素高分子化合
物を合成することができる。前記合成反応において、2
00℃より低い温度においては合成反応が十分に進行せ
ず、また1500℃より高い温度では反応が進行しすぎ
て、SiCを主とする無機化合物となるため、200〜
1500′Cの温度範囲にすることが有利であり、30
0〜1200℃の温度範囲で最も良い結果が得られる。The mixture raw material is heated in a temperature range of 200 to 1500°C in vacuum or inert gas, hydrogen gas, CO gas, CO2
Under any atmosphere selected from gas, hydrocarbon gas, and organosilicon compound gas, and if necessary under pressure,
An organosilicon polymer compound containing a metal element can be synthesized by polycondensation. In the synthesis reaction, 2
At temperatures lower than 00°C, the synthesis reaction does not proceed sufficiently, and at temperatures higher than 1500°C, the reaction proceeds too much, resulting in an inorganic compound mainly composed of SiC.
A temperature range of 1500'C is advantageous and 30
Best results are obtained in a temperature range of 0 to 1200°C.
前記合成反応においては、前記出発原料に必要に応じて
ラジカル開始剤を10%以下添加混合することができる
。In the synthesis reaction, a radical initiator may be added to the starting materials in an amount of 10% or less, if necessary.
前記ラジカル開始剤としては過酸化ベンゾイル、ジ●タ
ーシヤリイeブチル●ペルオキシオキザレイト、ジ・タ
ーシヤリィ・ブチル・ペルオキシド、アゾイソブチロニ
トリル等を使用することができる。前記合成反応ではこ
れらのラジカル開始剤は必ずしも必要としないが、これ
を使用することにより爾後の加熱による反応開始温度を
低下させることができるか、または加熱生成物の平均分
子量を大きくすることができる。前記合成反応において
、加熱反応時に酸素が存在すると、ラジカル重縮合反応
が酸素のため生起せず、あるいは生起しても途中で停止
するから、不活性ガス、水素ガス、COガス、CO2ガ
ス、炭化水素ガス、有機ケイ素化合物のうちから選ばれ
.る少なくとも一種の雰囲気下、あるいは真空下で加熱
することが必要である。前記合成反応における熱分解重
縮合反応の際、圧力がかかるので加圧は必ずしも必要で
ないが、加圧する場合は、前記不活性ガス、水素ガス、
COガス、CO2ガス、炭化水素ガス、有機ケイ素化合
物のうちから選ばれる何れか一種または二種以上の雰囲
気によつて加圧することができる。As the radical initiator, benzoyl peroxide, di-tert-butyl peroxyoxalate, di-tert-butyl peroxide, azoisobutyronitrile, etc. can be used. Although these radical initiators are not necessarily required in the synthesis reaction, their use can lower the reaction initiation temperature by subsequent heating or increase the average molecular weight of the heated product. . In the above synthetic reaction, if oxygen is present during the heating reaction, the radical polycondensation reaction will not occur due to oxygen, or even if it occurs, it will stop midway, so inert gas, hydrogen gas, CO gas, CO2 gas, carbonization Selected from hydrogen gas and organosilicon compounds. It is necessary to heat the material under at least one type of atmosphere or under vacuum. During the pyrolysis polycondensation reaction in the synthesis reaction, pressure is applied, so pressurization is not necessarily necessary, but if pressurized, the inert gas, hydrogen gas,
Pressurization can be performed using an atmosphere of one or more selected from CO gas, CO2 gas, hydrocarbon gas, and organosilicon compounds.
前記合成反応をおこなう装置の一例としては静置式のオ
ートクレーブがある。この場合加熱温度は300〜50
0℃の温度範囲が好適である。さらに前記合成反応を行
なう他の例としては、図に示される流通式装置がある。
図においてバルブ1より原料を加熱装置2に装入し、3
00〜1500′Cの温度範囲、好適には500〜12
00′Cの温度範囲で加熱し、反応生成物中本発明の有
機金属化合物を含有する有機ケイ素高分子化合物をバル
ブ3を経て分離塔4に送り、蒸溜分離し、ガスはバルブ
5を経て系B外に排出し、高分子量重合体はバルブ7を
経て系外に取り出す。なお分離塔4において分離された
低分子量化合物はバルブ6を経て再び加熱装置2に循環
させる。本発明の製造方法によつて得られた金属元素を
含有する有機ケイ素高分子化合物中の金属元素の存在は
、赤外吸収スペクトル、核磁気共鳴吸収スペクトルによ
り確かめることができ、元素分析によりその存在量を定
量することができる。An example of a device for carrying out the synthesis reaction is a stationary autoclave. In this case, the heating temperature is 300-50
A temperature range of 0°C is preferred. Furthermore, as another example of carrying out the above-mentioned synthesis reaction, there is a flow type apparatus shown in the figure.
In the figure, raw materials are charged into heating device 2 through valve 1, and
Temperature range from 00 to 1500'C, preferably from 500 to 12
The organosilicon polymer compound containing the organometallic compound of the present invention in the reaction product is sent to the separation column 4 via valve 3 and separated by distillation, and the gas is passed through valve 5 to the system. B is discharged outside, and the high molecular weight polymer is taken out of the system via valve 7. Note that the low molecular weight compounds separated in the separation column 4 are circulated through the valve 6 to the heating device 2 again. The presence of metal elements in the organosilicon polymer compound containing metal elements obtained by the production method of the present invention can be confirmed by infrared absorption spectra and nuclear magnetic resonance absorption spectra, and the presence of metal elements can be confirmed by elemental analysis. The amount can be quantified.
この他に分子量測定装置により平均分子量を測定した結
果、出発原料、加熱温度、加熱時間により平均分子量は
異なり、300〜50000の間に分布している。本発
明において必要に応じて使用されるラジカル開始剤の添
加量は10%を超えても、その効果は特に上昇せず、経
済的でないから10%以下にする必要があり、0.01
〜1%の範囲で最も良い効果が得られる。前記諸反応に
より生成される前記有機ケイ素高分子化合物は出発原料
、あるいは反応条件により、メチルアルコール、エチル
アルコールの如きアルコール類あるいはアセトン等に可
溶な低分子量化合物を含有し、その含有量の多少により
軟化温度が約50℃以上、あるいは約50℃以下になる
場合があるが、後述する如く紡糸原液となすためにはこ
の軟化温度は50℃以上であることが必要である。した
がつて軟化温度が約50′C以上の前記有機ケイ素高分
子化合物を出発原料とする場合には、本発明方法の第2
工程を省略することができる。In addition, as a result of measuring the average molecular weight using a molecular weight measuring device, the average molecular weight varies depending on the starting materials, heating temperature, and heating time, and is distributed between 300 and 50,000. Even if the amount of the radical initiator used in the present invention exceeds 10%, the effect does not particularly increase, and it is not economical, so it must be kept at 10% or less, and 0.01
The best effect is obtained in the range of ~1%. Depending on the starting materials or reaction conditions, the organosilicon polymer compound produced by the various reactions may contain low molecular weight compounds that are soluble in alcohols such as methyl alcohol and ethyl alcohol, or acetone, and the content may vary. The softening temperature may be about 50° C. or higher or about 50° C. or lower depending on the process, but as described later, this softening temperature needs to be 50° C. or higher in order to form a spinning dope. Therefore, when the organosilicon polymer compound having a softening temperature of about 50'C or more is used as a starting material, the second method of the present invention
The process can be omitted.
本発明の製造方法において前記有機ケイ素高分子化合物
をメチルアルコール、エチルアルコールの如きアルコー
ル類、あるいはアセトン等の溶媒て抽出し、軟化温度約
50℃以上の高分子量重合体とする。前記高分子量重合
体を紡糸原液とするに当り、その軟化温度、ならびに粘
度を改善するため、前記抽出された低分子量化合物を、
前記抽出されずに残つた高分子量重合体に軟化温度が5
0℃以下とならない範囲で添加することができる。In the production method of the present invention, the organosilicon polymer compound is extracted with an alcohol such as methyl alcohol or ethyl alcohol, or a solvent such as acetone to obtain a high molecular weight polymer having a softening temperature of about 50° C. or higher. When using the high molecular weight polymer as a spinning dope, in order to improve its softening temperature and viscosity, the extracted low molecular weight compound is
The high molecular weight polymer remaining without being extracted has a softening temperature of 5.
It can be added as long as the temperature does not drop below 0°C.
あるいは前記有機金属化合物を含有するケイ素と炭素と
を主な骨格成分とする有機ケイ素高分子化合物を真空中
あるいは、空気、酸素、不活性ガス、COガス、アンモ
ニアガス、CO2ガス、炭化水素ガス、有機ケイ素化合
物ガスのうちから選ばれる何れかの雰囲気下で、必要に
応じて加圧下で、50〜700℃の温度範囲内で十分に
熟成して、前記有機ケイ素高分子化合物中の低分子量化
合物を重合させ軟化温度約50′C以上の高分子量重合
体とする。Alternatively, an organosilicon polymer compound containing silicon and carbon as main skeleton components containing the organometallic compound is prepared in vacuum, or in air, oxygen, inert gas, CO gas, ammonia gas, CO2 gas, hydrocarbon gas, The low molecular weight compound in the organosilicon polymer compound is fully aged in a temperature range of 50 to 700°C under any atmosphere selected from organosilicon compound gases, optionally under pressure. is polymerized to form a high molecular weight polymer with a softening temperature of about 50'C or higher.
この熟成を行う雰囲気としては、真空中あるいは空気、
酸素、不活性ガス、水素ガス、COガス、アンモニアガ
ス、CO2ガス、炭化水素ガス、有機ケイ素化合物ガス
のうちから選ばれる何れかのガス雰囲気とし、必要に応
じて加圧下で熟成することができる。このうち、空気、
酸素、アンモニアガスのいずれか1種を使用した場合酸
素あるいは窒素原子は低分子量化合物を重合させる架橋
作用を有するから、有利に使用することができる。なお
前記諸ガス雰囲気は必ずしもそれぞれ1種のガスに限ら
れず、2種以上のガスの混合雰囲気とすることもできる
が、この際には混合されるガスが互いに反応するもので
ない方がよい。前記熟成は、真空、常圧または加圧下で
行うことができ真空下では低分子化合物の蒸発が促進さ
れる効果があり、加圧下では有機ケイ素高分子化合物中
に含まれる分子量1000以下の低分子量化合物を揮散
させず重合させて高分子重合体とするため製品の歩留が
向上する。本発明において、前記有機ケイ素高分子化合
物を熟成する温度が50゜Cより低いと重合反応が極め
て経済的でなく、700′Cを越えると前記化合物の分
解が激しくなるから、熟成温度は50〜700′Cの温
度範囲内とする必要があり、雰囲気の種類、原料の種類
、原料の平均分子量等によつて熟成温度の好適温度範囲
は異なるが、空気、酸素、アンモニアガス雰囲気下では
一般に80〜300′Cの範囲で良い結果が得られ、不
活性ガス、水素ガス、COガス、CO2ガス、炭化水素
ガス有機ケイ素化合物ガス雰囲気中では一般に120〜
450゜Cの範囲で良い結果が得られる。The atmosphere for this aging is vacuum, air,
A gas atmosphere selected from oxygen, inert gas, hydrogen gas, CO gas, ammonia gas, CO2 gas, hydrocarbon gas, and organosilicon compound gas can be used, and aging can be performed under pressure if necessary. . Of these, air
When using either oxygen or ammonia gas, oxygen or nitrogen atoms can be advantageously used because they have a crosslinking effect that polymerizes low molecular weight compounds. Note that the various gas atmospheres are not necessarily limited to one type of gas, and may be a mixed atmosphere of two or more types of gases, but in this case, it is preferable that the mixed gases do not react with each other. The aging can be carried out under vacuum, normal pressure, or pressurization. Vacuum has the effect of accelerating the evaporation of low-molecular compounds, and under pressure, low-molecular-weight compounds with a molecular weight of 1000 or less contained in the organosilicon polymer compound can be aged. Product yield is improved because the compound is polymerized to form a high molecular weight polymer without volatilization. In the present invention, if the temperature at which the organosilicon polymer compound is aged is lower than 50°C, the polymerization reaction is extremely uneconomical, and if it exceeds 700'C, the decomposition of the compound becomes severe. It is necessary to keep the temperature within the range of 700'C, and the preferred temperature range for the ripening temperature varies depending on the type of atmosphere, type of raw material, average molecular weight of the raw material, etc., but it is generally 80'C in an air, oxygen, or ammonia gas atmosphere. Good results were obtained in the range of ~300'C, and generally in the range of 120~300'C in inert gas, hydrogen gas, CO gas, CO2 gas, hydrocarbon gas, organosilicon compound gas atmosphere.
Good results are obtained in the range of 450°C.
前記熟成させるための保持時間は熟成温度と関係し温度
が高いと保持時間は短かくてよいが、高温度下ではとも
すれば分解ならびに必要以上の架橋反応が生起するので
高温度加熱のときは加熱時間を短くすることが有利であ
る。The holding time for aging is related to the aging temperature; the higher the temperature, the shorter the holding time may be, but decomposition and more crosslinking reactions than necessary occur at high temperatures, so when heating at high temperatures, It is advantageous to shorten the heating time.
しかし低温加熱のときは加熱時間を長くすることが有利
である。どちらかというと、低温側で時間をかけた方が
良い結果が得られ、前記好適温度下では、一般に30分
乃至1(4)時間の保持が好ましい。前記熟成において
は有機ケイ素高分子化合物の分子量分布を変え、紡糸を
容易にすることができかつ紡糸された繊維の強度を大き
くする効果もある。However, when heating at low temperatures, it is advantageous to lengthen the heating time. If anything, better results can be obtained by taking a longer time at a lower temperature, and it is generally preferable to hold for 30 minutes to 1 (4) hours at the above-mentioned preferred temperature. The aging process has the effect of changing the molecular weight distribution of the organosilicon polymer compound, making spinning easier, and increasing the strength of the spun fibers.
前記諸方法により低分子量化合物を少なくして有機ケイ
素高分子化合物の軟化温度を少なくとも50゜Cとする
ことが有利てある。It is advantageous to use the aforementioned methods to reduce the amount of low molecular weight compounds so that the softening temperature of the organosilicon polymer is at least 50°C.
軟化温度が50′C以下の有機ケイ素高分子化合物を紡
糸して繊維としても、該紡糸を酸化性雰囲気中で50〜
400゜Cの温度範囲で低温加熱して紡糸を不融化する
工程で繊維の形状が失なわれるから、有機ケイ素高分子
化合物の軟化温度は50℃以上でなければならない。前
記低分子量化合物の含有量の少ない有機ケイ素高分子化
合物を例えばベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベ
ンゼン、スチレン、クメン、ペンタン、ヘキサン、オク
タン、シクロペンタジエン、シクロヘキサン、シクロヘ
キセン、メチレンクロライド、クロロホルム、四塩化炭
素、1,1ージクロロエタン、1,2−ジクロロエタン
、メチルクロロホルム、1,1,2−トリクロロエタl
ン、へカサクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベ
ンゼン、エチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフ
ラン、メチルアセテート、エチルアセテート、アセトニ
トリル、二硫化炭素、その他の有機ケイ素高分子化合物
を可溶する溶媒に溶解)させ、紡糸原液を造り、これを
濾過してマクロゲル、不純物等紡糸に際して有害な物質
を除去した後、前記紡糸原液を通常用いられる合成繊維
紡糸装置により乾式紡糸法により紡糸し、ドラフトを大
きくして目的とする細い繊維を得ることができフる。こ
の際紡糸装置の紡糸筒内の雰囲気を、前記溶媒のうち少
なくとも1種以上の溶媒の飽和蒸気雰囲気と、空気、不
活性ガスのうちから選ばれる少なくとも1つの気体との
混合雰囲気とするか、あるいは空気、不活性ガス、熱空
気、熱不活性ガス、スチーム、アンモニアガス、炭化水
素ガス、有機ケイ素化合物ガスの雰囲気とすることは、
紡糸筒中の紡糸の固化を制御することができる点で有利
である。If an organosilicon polymer compound with a softening temperature of 50'C or less is spun into fibers, the spinning process may be carried out in an oxidizing atmosphere at
The softening temperature of the organosilicon polymer must be 50°C or higher because the fiber loses its shape during the process of infusible spinning by heating at a low temperature in the temperature range of 400°C. Examples of organosilicon polymer compounds with a low content of low molecular weight compounds include benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, styrene, cumene, pentane, hexane, octane, cyclopentadiene, cyclohexane, cyclohexene, methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride, 1,1-dichloroethane, 1,2-dichloroethane, methylchloroform, 1,1,2-trichloroethane
(dissolved in a solvent that can dissolve organic silicon polymer compounds such as hexachloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, ethyl ether, dioxane, tetrahydrofuran, methyl acetate, ethyl acetate, acetonitrile, carbon disulfide, and other organosilicon polymer compounds), and the spinning stock solution is After this is filtered to remove macrogels, impurities, and other harmful substances during spinning, the spinning stock solution is spun using a dry spinning method using a commonly used synthetic fiber spinning device, and the draft is increased to obtain the desired thin fiber. You can get it. At this time, the atmosphere in the spinning tube of the spinning device is a mixed atmosphere of a saturated vapor atmosphere of at least one of the solvents and at least one gas selected from air and an inert gas, or Alternatively, an atmosphere of air, inert gas, hot air, hot inert gas, steam, ammonia gas, hydrocarbon gas, or organosilicon compound gas may be used.
This is advantageous in that the solidification of the spun yarn in the spinning tube can be controlled.
前記溶媒を用いて紡糸原液を造る方法のほかに前記軟化
温度50℃以上の有機ケイ素高分子化合物を加熱溶融さ
せて紡糸原液を造り、これを濾過してミクロゲル、不純
物等の紡糸に際して有害となる物質を除去し、これを前
記紡糸装置により紡糸することもできる。In addition to the method of creating a spinning stock solution using the above-mentioned solvent, the above-mentioned organosilicon polymer compound with a softening temperature of 50°C or higher is heated and melted to create a spinning stock solution, and this is filtered to remove microgels, impurities, etc. that are harmful during spinning. It is also possible to remove the material and spin it using the spinning device.
紡糸する際の紡糸原液の温度は原料の有機ケイ素高分子
化合物の軟化温度によつて異なるが50〜400゜Cの
温度範囲が有利である。前記紡糸装置において、必要に
応じて紡糸筒を取りつけ、該紡糸筒内の雰囲気を空気、
不活性ガス、熱空気、熱不活性ガス、スチーム、アンモ
ニアガスのうちから選ばれるいずれか1種以上の雰囲気
中で、ドラフトを大きくすることにより細い直径の繊維
を得ることができる。前記溶融紡糸における紡糸速度は
、原料たる有機ケイ素高分子化合物の平均分子量、分子
量分布、高分子分子構造によつて異なるが、50〜50
007TL/分の範囲で良い結果が得られる。次に前記
紡糸した糸を酸化性雰囲気中で張力または無張力の作用
のもとで、50〜400゜Cの温度範−囲で低温加熱を
数分から5時間おこなつて、前記紡糸を不融化する。The temperature of the spinning dope during spinning varies depending on the softening temperature of the organosilicon polymer compound used as the raw material, but a temperature range of 50 to 400°C is advantageous. In the spinning device, a spinning tube is attached as necessary, and the atmosphere inside the spinning tube is changed to air,
Fibers with a narrow diameter can be obtained by increasing the draft in an atmosphere of one or more selected from inert gas, hot air, hot inert gas, steam, and ammonia gas. The spinning speed in the melt spinning varies depending on the average molecular weight, molecular weight distribution, and polymer molecular structure of the organosilicon polymer compound that is the raw material, but is 50 to 50.
Good results are obtained in the range of 0.007 TL/min. Next, the spun yarn is heated at a low temperature in the temperature range of 50 to 400°C for several minutes to 5 hours under tension or no tension in an oxidizing atmosphere to infusible the spun yarn. do.
この際無張力で低温加熱すると、前記紡糸は収縮のため
波状の形を呈するようになるが、後工程の予備加熱で矯
正できる場合もあり、張力は必ずしも必要でないが、張
力を作用.させる場合には、その張力の大きさは前記低
温加熱時に紡糸が収縮しても波状となることを少なくと
も防止することができる以上の大きさであればよい。前
記低温加熱する目的は、紡糸表面に薄い酸化!被膜を形
成させて、後述の予備加熱工程て紡糸が融出しないよう
に前記酸化被膜で保護するためである。At this time, if heated at a low temperature without tension, the spun yarn will take on a wavy shape due to shrinkage, but this can sometimes be corrected by preheating in the post-process, and tension is not necessarily required, but it is possible to apply tension. In this case, the tension may be large enough to at least prevent the spun yarn from becoming wavy even if it shrinks during the low-temperature heating. The purpose of the low-temperature heating is to create a thin oxidation on the spinning surface! This is to form a film and protect the spun yarn from melting with the oxide film during the preheating step described later.
前記低温加熱で生成する酸化被膜は非常に薄くてもよく
、最終目的であるシリコンカーバイド繊維の強度その他
の機械的性質および化学的組く成に影響を及ぼすことは
ない。前記酸化被膜のため紡糸は後工程の予備加熱の際
に融出せず、かつ隣接した紡糸と接触することがあつた
としても接着しない。前記低温加熱の酸化性雰囲気は空
気、オゾン、酸素、塩素ガス、臭素ガス、のうちから選
ばれるいづれか1種または2種以上の酸化性ガス雰囲気
が好ましく、前記ガス雰囲気での低温加熱を50′C以
下でおこなつても紡糸に酸化被膜を造ることができず、
400℃以上の温度では紡糸の酸化が進行しすぎるため
50〜400℃の温度範囲で良い結果が得られる。The oxide film formed by the low-temperature heating may be very thin and will not affect the strength, other mechanical properties, and chemical composition of the final silicon carbide fiber. Because of the oxide film, the spun fibers do not melt during preheating in the post-process, and even if they come into contact with adjacent spun fibers, they do not adhere. The oxidizing atmosphere for the low-temperature heating is preferably an oxidizing gas atmosphere of one or more selected from air, ozone, oxygen, chlorine gas, and bromine gas, and the low-temperature heating in the gas atmosphere is preferably performed for 50' Even if spinning is carried out below C, an oxide film cannot be formed on the spinning material.
At temperatures above 400°C, the oxidation of spinning progresses too much, so good results can be obtained at temperatures in the range of 50 to 400°C.
前記低温加熱する時間は前記温度と関連し、数分から5
時間の範囲が適当である。ノ 低温加熱雰囲気として前
記酸化性ガス雰囲気以外にKMnO4,K2Cr2O7
,H2O2及びその他の無機過酸化物の水溶液も使用す
ることができ、この場合温度は室温から90゜Cの範囲
が好ましく、時間は0.5〜5時間の範囲が好ましい。
前記低温加熱するに際して作用させる張力は前述の如く
、紡糸が収縮して波状の形となることがないようにすれ
ばよいため、わずかの張力でよいが、実用的に紡糸に張
力を作用させて低温加熱するためには、0.001〜5
k9/TrliLの範囲の張力を作゛用させると良い結
果が得られ、0.001kg/Tr!I.以下の張力を
作用させても、紡糸をたるませないような緊張を与える
ことができす、5kg/d以上の張力を作用させると張
力が大きすぎて紡糸が切断することがあるから、張力は
0.001〜5k9/dの範囲が良い。The low temperature heating time is related to the temperature and ranges from several minutes to 5 minutes.
The time range is appropriate. KMnO4, K2Cr2O7 in addition to the oxidizing gas atmosphere as the low-temperature heating atmosphere.
, H2O2 and other inorganic peroxides may also be used, in which case the temperature is preferably in the range from room temperature to 90 DEG C., and the time is preferably in the range from 0.5 to 5 hours.
As mentioned above, the tension to be applied during the low-temperature heating is sufficient to prevent the spun fibers from shrinking and forming a wavy shape, so a slight tension may be sufficient, but for practical purposes, tension should not be applied to the spun fibers. For low temperature heating, 0.001 to 5
Good results were obtained by applying a tension in the range of k9/TrliL, 0.001 kg/Tr! I. Even if the following tension is applied, it is possible to apply a tension that does not cause the spinning yarn to sag.If a tension of 5 kg/d or more is applied, the tension is too large and the spinning yarn may break, so the tension is A range of 0.001 to 5k9/d is preferable.
次に前記低温加熱した紡糸を真空中または少量の空気、
酸素、オゾソ、スチームのうちから選ばれるいずれか1
種または2種以上と真空中、不活性ガス、COガス、水
素ガス、炭化水素ガス、有機ケイ素化合物ガス、アンモ
ニアガスのうちから選ばれる1種または2種以上とから
なる混合雰囲気中において、800〜1300℃の温度
範囲で、張力あるいは無張力下で予備加熱する。Next, the low-temperature heated spinning is carried out in a vacuum or with a small amount of air.
One selected from oxygen, ozoso, and steam
In a mixed atmosphere consisting of a species or two or more species and one or two or more species selected from vacuum, inert gas, CO gas, hydrogen gas, hydrocarbon gas, organosilicon compound gas, and ammonia gas, Preheating is carried out under tension or no tension in the temperature range of ~1300°C.
この予備加熱において、紡糸を形成する有機ケイ素高分
子化合物は熱重縮合反応と熱分解反応とにより易揮発性
成分を放出する。前記紡糸はこのために収縮し、屈曲す
るが、予備加熱中張力を作用させることは、この屈曲を
防止する上で特に有利である。この際張力の大きさは前
記予備加熱時に紡糸が収縮しても波状の形となることを
少なくとも防止することができる以上の大きさであれば
よいが、実用的には0.001〜20k9/dの範囲の
張力を作用させると良い結果が得られ、0.001kg
/d以下の張力を紡糸に作用させても紡糸をたるませな
いような緊張を与えることができず、20kg/Tru
i以上の張力を作用させると、張力が大きすぎて紡糸が
切断することがあるため、予備加熱中に紡糸に作用させ
る張力は0.001〜20k9/iの範囲が良い。前記
予備加熱を真空中または少量の空気、酸素、オゾン、ス
チームのうちから選ばれるいずれか1種または2種以上
と真空中、不活性ガス、COガス、水素ガス、炭化水素
ガス、有機ケイ素化合物ガス、アンモニアガスのうちか
ら選ばれる1種または2種以上とからなる混合雰囲気中
でなすことは、最終的に得られるシリコンカーバイド繊
維の強度を高める上で有利である。たとえば前記予備加
熱の工程で用いられる真空中の雰囲気における真空度は
1〜10−4T!RInHgでも良く、少量の空気、酸
素、オゾン、スチームの如きガスの存在は本工程を遂行
する上で妨げとならず製造上特に有利である。また不活
性ガスに少量の空気、酸素、オゾン、スチームの如きガ
スを含む雰囲気中て焼成することは真空中に対すると同
様に差し支えがない。この場合、空気、酸素、オゾン、
スチーム等の存在する分圧はほぼ10?Hg以下がよい
。空気、酸素、オゾン、スチーム等の分圧が10論Hg
より高くなると焼成する過程で前記低温加熱した繊維の
酸化が著しくなり、高温焼成して得られるシリコンカー
バイド繊維の強度低下することがある。該予備焼成の温
度範囲を800〜1300゜Cとするのは、有機ケイ素
高分子化合物が本工程に於いて、熱重縮合反応と熱分解
反応とにより、易揮発性成分を放出させることが必要で
あるからである。この予備加熱の目的は、紡糸中にわず
かながら残留している低分子量化合物、ならびに加熱に
よる重縮合反応と分解反応の結果生成する低分子量化合
物は前記紡糸を溶解する溶媒の働きを有し、これらが存
在したままで後述の高温焼成を行うと紡糸が溶解して繊
維形状が保持されないから、予備加熱をして、これらを
蒸発させる。In this preheating, the organosilicon polymer compound forming the spun fiber releases easily volatile components through a thermal polycondensation reaction and a thermal decomposition reaction. The spun yarn therefore shrinks and bends, and the application of tension during preheating is particularly advantageous in preventing this bending. At this time, the tension may be set to a value that can at least prevent the spun yarn from forming a wavy shape even if it shrinks during the preheating, but practically, it is 0.001 to 20k9/ Good results were obtained by applying a tension in the range of d, 0.001 kg
Even if a tension of less than /d is applied to the spinning yarn, it is not possible to apply a tension that will not cause the spinning yarn to sag, and the tension of 20kg/Tru
If a tension of more than i is applied, the tension may be too large and the spinning fibers may break. Therefore, the tension applied to the spinning fibers during preheating is preferably in the range of 0.001 to 20k9/i. The preheating is performed in a vacuum or with a small amount of one or more selected from air, oxygen, ozone, and steam, using an inert gas, CO gas, hydrogen gas, hydrocarbon gas, or an organosilicon compound. It is advantageous to carry out the process in a mixed atmosphere consisting of one or more selected from gas and ammonia gas in order to increase the strength of the silicon carbide fibers finally obtained. For example, the degree of vacuum in the vacuum atmosphere used in the preheating step is 1 to 10-4T! RInHg may be used, and the presence of a small amount of gas such as air, oxygen, ozone, or steam does not hinder the execution of this process and is particularly advantageous in terms of production. Further, firing in an atmosphere containing a small amount of gas such as air, oxygen, ozone, or steam in an inert gas is no problem, as is the case in a vacuum. In this case, air, oxygen, ozone,
The partial pressure where steam etc. exists is approximately 10? Hg or less is better. The partial pressure of air, oxygen, ozone, steam, etc. is 10 theoretical Hg.
If the temperature is higher, the oxidation of the fibers heated at low temperature becomes significant during the firing process, and the strength of the silicon carbide fibers obtained by high-temperature firing may decrease. The temperature range for the pre-calcination is set to 800 to 1300°C because it is necessary for the organosilicon polymer compound to release easily volatile components through thermal polycondensation reaction and thermal decomposition reaction in this step. This is because. The purpose of this preheating is that the small amount of low molecular weight compounds remaining during spinning, as well as the low molecular weight compounds produced as a result of the polycondensation reaction and decomposition reaction due to heating, act as a solvent to dissolve the spinning yarn. If high-temperature firing (described later) is performed with these still present, the spun fibers will melt and the fiber shape will not be maintained, so preheating is performed to evaporate them.
またポリカルボシラン紡糸フィラメントを高温で加熱し
た場合には、このフィラメント中に含有される低分子量
化合物の一部は揮発し、紡糸フィラメントの加熱中に炉
壁上に堆積するが、他の部分は炭化してフィラメント中
に残留する。Furthermore, when polycarbosilane spun filaments are heated at high temperatures, some of the low molecular weight compounds contained in the filaments are volatilized and deposited on the furnace wall while the spun filaments are heated, but other parts are It carbonizes and remains in the filament.
従つて、フィラメント中の低分子量化合物を十分に除去
しない場合は多量の遊離炭素が焼成したSiC繊維中に
含有される。なお、高温に加熱した時炉壁に堆積した低
分子量化合物はフィラメント表面上に蒸着し炭素となる
。多量の遊離炭素を含有するSlC繊維を600℃以上
の高温に、特に酸化性雰囲気下で加熱するとボイドとノ
ッチが繊維表面上に脱炭のため形成し、応力がこの部分
に集中し、従つて繊維の強度は著しく低下する。予備加
熱を行い、低分子量化合物を十分に除去した後、このフ
ィラメントを焼成すると、フィラメントは緻密になる。Therefore, if the low molecular weight compounds in the filament are not sufficiently removed, a large amount of free carbon will be contained in the fired SiC fiber. Note that the low molecular weight compounds deposited on the furnace wall when heated to a high temperature are evaporated onto the filament surface and become carbon. When a SlC fiber containing a large amount of free carbon is heated to a high temperature of 600°C or higher, especially in an oxidizing atmosphere, voids and notches are formed on the fiber surface due to decarburization, stress is concentrated in this area, and The strength of the fibers is significantly reduced. After preheating to sufficiently remove low molecular weight compounds, the filament is fired to become dense.
前記予備加熱した紡糸には、黒鉛、遊離炭素やシリカあ
るいはSi−C−0、Si−C−0−N..Si−C−
0−H等からなる不定比化合物が含まれているので前記
紡糸をさらに高温焼成したときにSiC繊維に不純物と
して黒鉛、遊離炭素およびまたはシリカが残留し、繊維
の引張強度の低下ならびにばらつきの原因となる。For the preheated spinning, graphite, free carbon, silica or Si-C-0, Si-C-0-N. .. Si-C-
Since it contains a non-stoichiometric compound consisting of 0-H, etc., when the spun yarn is fired at a higher temperature, graphite, free carbon, and/or silica remain as impurities in the SiC fiber, which causes a decrease in the tensile strength and variation of the fiber. becomes.
よつて前記予備焼成繊維を、硫酸、硝酸、硫酸と硝酸と
の混酸、塩酸、硝酸と塩酸との混酸、重クロム酸カリウ
ムの硫酸酸性溶液、過マンガン酸カリウムの硫酸酸性溶
液、フッ化水素酸、フッ化水素酸と硫酸との混酸、フッ
化水素酸と硫酸との混酸などに浸漬することにより、前
記予備焼成した繊維中に含まれる不純物を溶出させる。Therefore, the pre-calcined fibers are treated with sulfuric acid, nitric acid, a mixed acid of sulfuric acid and nitric acid, hydrochloric acid, a mixed acid of nitric acid and hydrochloric acid, a sulfuric acid acidic solution of potassium dichromate, a sulfuric acid acidic solution of potassium permanganate, and hydrofluoric acid. Impurities contained in the pre-fired fibers are eluted by immersion in a mixed acid of hydrofluoric acid and sulfuric acid, a mixed acid of hydrofluoric acid and sulfuric acid, or the like.
なお、このほかの方法として、ボラックス、Na2cO
3、K2CO3、K2cO3/Na2cO3、Na2s
O4、KNO2、NaCllKClO3、Na2O。、
K2CO3/KNO3等の溶融塩またはNaOHを使用
して前記不純物中のシリカを溶出させることができ、使
用することは差し支えがな″い。又、リン酸による不純
物中の遊離炭素を溶出させることができるので、本発明
の繊維の用途により不純物中どうしても避けたい不純物
を除く楊合に溶融塩あるいはリン酸を用いることは有利
である。本工程の目的を達成するために、フッ酸酸性溶
i液、例えばI+′,HF/HNO3、8/H2SO4
等を用いることは、本繊維の主成分であるSlCには化
学的不活性であり、何ら影響を与えることなく、SiO
2のみを溶出させることができる点において最も優れて
いる。前記SiO2を除去するに要するフ時間は繊維径
10〜20PT1.のときはフッ酸酸性溶液の温度にも
よるが1吟〜5叫間の範囲が良く例えば50%HFと濃
硫酸の1:1の溶液を用いて90℃の液温で成す場合3
時間位で良い。また高温加熱は800〜2000℃の温
度範囲で張力あるいは無張力下で実施するが、その雰囲
気としては、真空中、不活性ガス、COガス、水素ガス
、炭化水素ガス、のうちから選ばれるいずれか1種以上
となるものを使用することができる。In addition, as other methods, borax, Na2cO
3, K2CO3, K2cO3/Na2cO3, Na2s
O4, KNO2, NaClIKClO3, Na2O. ,
Molten salt such as K2CO3/KNO3 or NaOH can be used to elute the silica in the impurity, and there is no problem in using it.Also, phosphoric acid can be used to elute the free carbon in the impurity. Therefore, it is advantageous to use molten salt or phosphoric acid in the cleaning process to remove impurities that are to be avoided depending on the use of the fiber of the present invention.In order to achieve the purpose of this process, a hydrofluoric acid solution , for example I+', HF/HNO3, 8/H2SO4
The use of SiO, etc. is chemically inert to SlC, which is the main component of this fiber, and has no effect on SiO.
It is most excellent in that only 2 can be eluted. The time required to remove the SiO2 is when the fiber diameter is 10 to 20PT1. In this case, it depends on the temperature of the hydrofluoric acid solution, but a range of 1 to 5 degrees is good. For example, when using a 1:1 solution of 50% HF and concentrated sulfuric acid at a liquid temperature of 90°C, 3
The hour is fine. In addition, high-temperature heating is carried out in a temperature range of 800 to 2000°C under tension or no tension, and the atmosphere is one selected from vacuum, inert gas, CO gas, hydrogen gas, and hydrocarbon gas. or more than one type can be used.
次に、かくして得られたシリコンカーバイド繊維には有
機ケイ素高分子化合物力GlCに転換する際に通常残存
する遊離炭素が含まれていることがあり、この遊離炭素
は不純物としてシリコンカーバイド繊維の強度の低下を
招くことがある。この遊離炭素は酸素ガス、空気、酸素
、オゾン、水蒸気、のうちから選ばれるいずれか少なく
とも1種の酸化性雰囲気中で好適には800〜1600
0Cの温度範囲で前記シリコンカーバイド繊維を加熱す
ることにより除去することができる。前記焼成を800
℃以下の温度で行つても遊離炭素を充分除くことはでき
ず、1600′Cを超えるとSiCと前記雰囲気ガスと
の反応が著しくなるためにこの温度以上で遊離炭素を除
くのは好ましくない。前記雰囲気中での焼成の時間は焼
成温度、焼成炉の構造によつて変化し、焼成温度が低い
と長時間焼成しなければならす、焼成温度が高いと焼成
時間は短かくて良いが、どちらかといえば、低い温度で
比較的長時間焼成した方がSiCと雰囲気ガスとの反応
生成物の生成量が少ないので良い結果が得られ、例えば
空気中で1300゜Cに3時間保持することは高強度の
,シリコンカーバイド繊維を得る上で好ましい。前記高
温焼成においては張力を作用させることは必ずしも必要
でないが、0.001〜100kg/Tl7i.の範囲
で張力を作用させながら高温焼成すると屈曲を少なくし
た強度の高いシリコンカーバイド繊維を!得ることがで
き、0.001k9/Mlt以下の張力を作用させても
効果はなく、100kg/TrIiL以上の張力を作用
させても効果に変わりないから、作用させる張力は0.
001〜100kg/iの範囲が良い。本発明によるシ
リコンカーバイド繊維を製造する際の過程を詳しく説明
すると、Tj,MO,Cr又はPrのうちから選ばれる
少なくとも1つの金属元素を構造中に含有するケイ素と
炭素とを主な骨格成分とする有機ケイ素高分子化合物は
熱処理の過程で熱分解し、余分の炭素や水素は揮発成分
として揮散し、残存する炭素とケイ素は化合してSiC
となる。この過程は時間を充分長くかけてゆ〔つくり昇
温させると徐々に結合しながら最終的にSiCとなり、
自己拡散の遅いSlCの自己焼結性を助ける役割を果す
。又、SiCに転化した際、SjC微結晶を形成し、そ
の結晶粒子の大きさは通常30〜70Aであり、結晶粒
径が従来知られているSlC焼結体と較べ著しく小さく
、したがつて表面積が著しく大きくなり、見掛上のSl
Cの自己拡散係数は非常に大きくなると考えられ、本発
明の目的とするシリコンカーバイド繊維においてその自
己焼結性を増大させることになり、結果として高強度で
耐酸化性の良いものとなる。この超微粒シリコンカーバ
イド粒子が生成する理由は金属元素を構造中に含有する
ケイ素と炭素とを主な骨格成分とする有機ケイ素高分子
化合物が熱分解される過程でシリコンカーバイド繊維の
組織内に前記諸種の微結晶質金属の酸化物、硼化物、あ
るいは炭化物が均一微細に分散生成し、同時に主として
生成するシリコンカーバイド微結晶の粗大化を抑制し高
密度化をうながすためと考えられる。SiC微結晶の粗
大化を抑制することは、SiC繊維を1500′Cの如
き高温に長時間保持しても強度の低下をもたらさず、従
つて本発明のSlC繊維は高温における強度の安定性が
高い。Next, the silicon carbide fibers obtained in this way may contain free carbon that normally remains when converted to organosilicon polymer compound GLC, and this free carbon acts as an impurity and reduces the strength of the silicon carbide fibers. This may lead to a decrease in the temperature. This free carbon is preferably 800 to 1600 in an oxidizing atmosphere of at least one selected from oxygen gas, air, oxygen, ozone, and water vapor.
It can be removed by heating the silicon carbide fibers in the temperature range of 0C. The firing time is 800
Free carbon cannot be removed sufficiently even if carried out at a temperature below 1600'C, and since the reaction between SiC and the atmospheric gas becomes significant when the temperature exceeds 1600'C, it is not preferable to remove free carbon above this temperature. The firing time in the above atmosphere varies depending on the firing temperature and the structure of the firing furnace.If the firing temperature is low, the firing time will be short, but if the firing temperature is high, the firing time may be short. On the other hand, better results can be obtained by firing at a lower temperature for a relatively long time because the amount of reaction products produced between SiC and the atmospheric gas is smaller. This is preferable for obtaining high-strength silicon carbide fibers. Although it is not necessarily necessary to apply tension in the high temperature firing, the tension may be 0.001 to 100 kg/Tl7i. High-strength silicon carbide fibers with reduced bending are produced by firing at high temperatures while applying tension in the range of . Even if a tension of 0.001k9/Mlt or less is applied, there is no effect, and even if a tension of 100kg/TrIiL or more is applied, there is no change in the effect, so the tension to be applied is 0.
A range of 001 to 100 kg/i is preferable. To explain in detail the process of manufacturing the silicon carbide fiber according to the present invention, the main skeleton components are silicon and carbon containing at least one metal element selected from Tj, MO, Cr, or Pr. The organosilicon polymer compound thermally decomposed during the heat treatment process, excess carbon and hydrogen are volatilized as volatile components, and the remaining carbon and silicon combine to form SiC.
becomes. This process takes a long enough time to build up and heat up, gradually combining to form SiC.
It plays a role in supporting the self-sintering properties of SlC, which has slow self-diffusion. In addition, when converted to SiC, SjC microcrystals are formed, and the crystal grain size is usually 30 to 70A, which is significantly smaller than that of conventionally known SlC sintered bodies. The surface area becomes significantly larger, and the apparent Sl
The self-diffusion coefficient of C is thought to be very large, which increases the self-sintering properties of the silicon carbide fibers targeted by the present invention, resulting in high strength and good oxidation resistance. The reason why these ultra-fine silicon carbide particles are produced is that during the process of thermal decomposition of an organosilicon polymer compound whose main skeleton components are silicon and carbon that contain metal elements in its structure, This is thought to be because oxides, borides, or carbides of various microcrystalline metals are uniformly and finely dispersed, and at the same time, silicon carbide microcrystals, which are mainly produced, are suppressed from becoming coarse and densified. Suppressing the coarsening of SiC microcrystals does not cause a decrease in strength even if the SiC fiber is kept at a high temperature such as 1500'C for a long time, and therefore the SiC fiber of the present invention has stable strength at high temperatures. expensive.
この様に、金属酸化物・炭化物・あるいは硼化物が上述
の諸種の効果を得る点で重要な役割を果していると考え
られる。In this way, metal oxides, carbides, or borides are thought to play an important role in obtaining the various effects described above.
又、第1〜3表に示される如き比較的高い融点を有し化
学的に安定な金属酸化物、炭化物、硼化物を形成する金
属を用いることはさらに有利である。以上本発明方法に
より得られたシリコンカーバイド繊維は、引張強さ30
0〜400k9/dのものが容易に得られ、かつ比重約
3.0比強度約4.1×107cm1弾性率42500
k9/MlL,比弾性率約1.20×1σCmのものが
得られ、弾性率は炭素繊維をしのぎ、ガラス繊維の約6
倍となつている。It is further advantageous to use metals that have relatively high melting points and form chemically stable metal oxides, carbides, and borides as shown in Tables 1-3. The silicon carbide fibers obtained by the method of the present invention have a tensile strength of 30
0 to 400 k9/d can be easily obtained, and has a specific gravity of about 3.0 and a specific strength of about 4.1 x 107 cm1 and an elastic modulus of 42500.
k9/MlL, a specific elastic modulus of approximately 1.20×1σCm was obtained, and the elastic modulus exceeded that of carbon fiber and was approximately 6
It has doubled.
また、耐酸性、耐酸化性に優れ、耐熱性は1300′C
〜2000′Cは耐えるものが得られ、金属ならびに合
金との濡れは炭素繊維に較べ良好であり、かつ金属なら
びに合金との反応性は悪いから、繊維強化型金属、プラ
スチックおよびゴムの繊維材料、電気発熱繊維、防火織
布、耐酸隔膜、原子炉材料、航空機構造材、橋梁、構築
物材料、核融合炉材料、ロケット材料、発光体、研磨布
、ワイヤーローブ、海洋開発材料、ゴルフシャフト材料
、スキーストック材料、テニスラケツト材料、魚釣竿、
靴底材料等として用いることができる。なお、高強度特
性を得る目的では1500′C位までの焼成で充分であ
るが、更に高温耐熱性を要求されるときには1500℃
ないし2000℃まての高温焼成することにより高純度
結晶性のシリコンカーバイド繊維が得られる。It also has excellent acid resistance and oxidation resistance, and has a heat resistance of 1300'C.
It can withstand up to 2000'C, has better wetting with metals and alloys than carbon fiber, and has poor reactivity with metals and alloys, so fiber reinforced metals, plastic and rubber fiber materials, Electric heating fibers, fireproof fabrics, acid-resistant diaphragms, nuclear reactor materials, aircraft structural materials, bridges, building materials, fusion reactor materials, rocket materials, luminous bodies, polishing cloths, wire lobes, ocean development materials, golf shaft materials, skis stock materials, tennis racket materials, fishing rods,
It can be used as a shoe sole material, etc. In addition, for the purpose of obtaining high strength properties, firing up to about 1500'C is sufficient, but when even higher temperature resistance is required, firing up to 1500'C is sufficient.
High-purity crystalline silicon carbide fibers can be obtained by firing at high temperatures of from 2000°C to 2000°C.
次に本発明を実施例について説明する。Next, the present invention will be explained with reference to examples.
実施例1
テトラメチルシラン200qとチタニウムオキシアセチ
ルアセテート24yを1fのオートクレーブに入れ、4
40′Cで拓時間反応させた。Example 1 200q of tetramethylsilane and 24y of titanium oxyacetylacetate were placed in a 1F autoclave, and
The reaction was carried out at 40'C for an extended period of time.
反応終了後、n−ヘキサン溶液としてオートクレーブよ
り取り出し、濾過後真空中で150℃まで加熱濃縮し、
チタニウム元素を含有する有機ケイ素高分子化合物84
yを得た。前記高分子化合物の軟化温度が180゜Cで
あり、これを溶融し濾過して紡糸原液とし、紡糸温度2
15℃、紡糸口金の口径250μm1紡糸速度800T
rL/分の条件で溶融紡糸して直径2?mの繊維とした
。After the reaction was completed, the n-hexane solution was removed from the autoclave, filtered, and concentrated under vacuum to 150°C.
Organosilicon polymer compound containing titanium element 84
I got y. The softening temperature of the polymer compound is 180°C, and this is melted and filtered to obtain a spinning stock solution, and the spinning temperature is 2.
15℃, spinneret diameter 250 μm 1 spinning speed 800T
Melt-spun at rL/min to a diameter of 2? m fibers.
前記紡糸に200y/70771の張力を作用させ、空
気中で180℃まで1.5時間かけゆつくり昇温し、1
80゜Cに1紛間保持して低温加熱し、次いで微量の酸
素を含有する窒素ガス中で400y/Wiの張力を作用
させながら室温より1200′Cまで3時間かけて昇温
して予備加熱した。このものを液温90℃の王水に12
I寺間浸漬し、水洗したのちアルゴンガス中て室温から
1000℃まで1000C/時で昇温し、さらに微量の
オゾンガスの存在下1300℃まで200℃/時の昇温
速度で高温焼成し、シリコンカーバイド繊維とした。1
300′C処理繊維の引張強度は繊維径22P,7T1
.のものについて360k9/dであつた。A tension of 200y/70771 was applied to the spinning yarn, and the temperature was slowly raised to 180°C in air over 1.5 hours.
The powder is kept at 80°C and heated at a low temperature, and then preheated by raising the temperature from room temperature to 1200'C over 3 hours while applying a tension of 400y/Wi in nitrogen gas containing a trace amount of oxygen. did. Add this to aqua regia with a liquid temperature of 90℃ for 12 minutes.
After being immersed in I-Terama and washed with water, the temperature was raised from room temperature to 1000°C at a rate of 1000°C/hour in argon gas, and then fired at a high temperature of 200°C/hour to 1300°C in the presence of a trace amount of ozone gas. Made of carbide fiber. 1
The tensile strength of 300'C treated fiber is fiber diameter 22P, 7T1
.. It was 360k9/d for the one.
実施例2ジメチルジクロロシラン10kgと500gの
酢酸クロム、ヘキサカルボニルモリブデン500qの混
合物原料を図に示す装置を使用し、加熱装置の温度68
0℃で熱重縮反応した。すなわち、120℃に余熱され
た前記混合物原料を流速2e/時で、バルブ1を通して
加熱装置2(全長1.5Tr1.のバイブヒーター)で
680℃に加熱し、クロムとモリブデンを含有する有機
ケイ素高分子化合物の合成を行なつた。この有機ケイ素
高分子化合物には0.4%のクロムと0.9%のモリブ
デンが含有されていた。乾式紡糸法により、紡糸口金の
口径250pn1.を使用し、紡糸筒内にベンゼンの分
圧0.01の空気を送入し、紡糸速度1507TL./
分、紡糸温度25℃で直径55pm1こ紡糸した。前記
紡糸をオゾンを含有する空気中200゜Cで、50q/
iの張力を作用させながら1紛間低温加熱し、次いて酸
素、分圧/順Hgを含むアルコンガス雰囲気中で100
g/dの張力を作用させながら室温から1000′Cま
で4時間かけて昇温して予備加熱した。このものを液温
70℃の濃硝酸と濃塩酸との1:3の混酸に2時間浸漬
し、不純物を除去したのち水洗した後アルゴン雰囲気中
で1000′Cまで5時間かけて加熱し、さらにこのも
のを空気中で1400′Cまて8時間かけて高温加熱し
、シリコンカーバイド繊維を得た。このものの引張強度
は繊維径1?mのもので400k9/dであり、かさ比
重は2・98であつた。このものに含まれる遊離炭素量
は極めて微量であることが判明した。このように、前記
混酸浸漬後のシリコンカーバイド繊維をまず非酸化性雰
囲気中で約1000℃まで加熱したのち、酸化性雰囲気
中で800〜1700℃の温度範囲で加熱することによ
りSiC繊維の高密度化処理と脱遊離炭素処理を同時に
行なうことができる。・実施例3
5eの三ロフラスコに無水キシレン2.51とナトリウ
ム383yとを入れ、アルコンガス気流下でジメチルジ
クロロシラン1eを少しづつ滴下した。Example 2 A mixture of 10 kg of dimethyldichlorosilane, 500 g of chromium acetate, and 500 q of hexacarbonyl molybdenum was used as a raw material in the apparatus shown in the figure, and the temperature of the heating device was 68.
A thermal polycondensation reaction was carried out at 0°C. That is, the raw material mixture preheated to 120° C. is heated to 680° C. at a flow rate of 2 e/hour through a valve 1 with a heating device 2 (vibe heater with a total length of 1.5 Tr.1. We synthesized molecular compounds. This organosilicon polymer compound contained 0.4% chromium and 0.9% molybdenum. By the dry spinning method, the diameter of the spinneret was 250 pn1. was used to introduce air with a partial pressure of benzene of 0.01 into the spinning cylinder, and the spinning speed was set to 1507TL. /
55 pm in diameter was spun at a spinning temperature of 25°C. The spinning was carried out at 200°C in air containing ozone at a rate of 50q/
One powder was heated at a low temperature while applying a tension of 100 mA, and then 100 m
Preheating was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1000'C over 4 hours while applying a tension of g/d. This material was immersed in a 1:3 mixed acid of concentrated nitric acid and concentrated hydrochloric acid at a liquid temperature of 70°C for 2 hours to remove impurities, washed with water, heated to 1000'C in an argon atmosphere for 5 hours, and further This material was heated to 1400'C in air for 8 hours to obtain silicon carbide fibers. Is the tensile strength of this thing fiber diameter 1? The weight was 400k9/d, and the bulk specific gravity was 2.98. It was found that the amount of free carbon contained in this material was extremely small. In this way, the silicon carbide fibers immersed in the mixed acid are first heated to about 1000°C in a non-oxidizing atmosphere, and then heated in a temperature range of 800 to 1700°C in an oxidizing atmosphere to increase the density of the SiC fibers. The chemical treatment and the decarbonization treatment can be performed simultaneously. - Example 3 2.51 g of anhydrous xylene and 383 g of sodium were placed in a 3-Lof flask (5e), and dimethyldichlorosilane 1e was added dropwise little by little under a stream of alkone gas.
滴下終了後、同様にアルゴン気流中で8時間;加熱還流
し、沈殿物を生成させた。この沈殿を濾過し、まずメタ
ノールで洗浄した後、水で洗浄して、白色粉末のポリジ
メチルシラン415yを得た。かくして得られたポリジ
メチルシラン100gとトリス(2,2,6,6−テト
ラメチルー3,ノ5−ヘプタンジオナト)Pr(■)1
yとの混合物を常圧下470゜Cに加熱し還流させ、2
時間重縮合反応を行なわしめたのち、有機ケイ素高分子
化合物32yを得た。濾過後真空中で150℃まで加熱
濃縮し、プラセオジユウムを含有する有機ケイ素高分子
化合物とした。このものを50m1のヘキサンに溶解し
て、さらに400ccのアセトンを加えてアセトンに不
溶の沈殿を25y得た。このアセトンに不溶の沈殿2部
とアセトン可溶部1部とを混合し、加熱溶融し濾過して
紡糸原液を造り、これを270℃に加熱して、紡糸速度
4007TL./分て口径300P7n,のノズルより
紡糸して直径20PrrLの繊維を得た。前記紡糸を空
気中で20g/Mitの張力の作用のもとで、室温より
180℃まで1時間かけ昇温し、180゜Cに3吟間保
持して低温加熱し、さらに酸素を含む窒素ガス中て10
0y/Wlltの張力の作用下で、室温より1100℃
まで3時間かけて昇温して予備加熱した後、液温80゜
Cの50%硫酸に5時間浸漬し、水洗後アルゴン気流中
で1300硫Cまで1000C/時の昇温速度で高温焼
成しシリコンカーバイド繊維を得た。このものの引張強
度は繊維径18P7T1,のもので300k9/dであ
り、かさ比重は2.90であつた。実施例4
オクタフェニルシクロテトラシラン100yを過酸化ベ
ンゾイル1yを加えさらにチタノセン〔(C5ll5)
2TiC12〕8gを加えた混合物をオートクレーブに
入れ、アルゴンガスで置換した後、410℃、約35気
圧下で2麟間加熱した。After the dropwise addition was completed, the mixture was similarly heated under reflux in an argon stream for 8 hours to form a precipitate. This precipitate was filtered and washed first with methanol and then with water to obtain polydimethylsilane 415y as a white powder. 100 g of the polydimethylsilane thus obtained and tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato) Pr(■) 1
The mixture with y was heated to 470°C under normal pressure and refluxed,
After carrying out a time polycondensation reaction, an organosilicon polymer compound 32y was obtained. After filtration, the mixture was heated and concentrated in vacuo to 150° C. to obtain an organosilicon polymer compound containing praseodium. This product was dissolved in 50ml of hexane, and 400cc of acetone was further added to obtain 25y of acetone-insoluble precipitate. 2 parts of the acetone-insoluble precipitate and 1 part of the acetone-soluble part were mixed, heated and melted, and filtered to prepare a spinning stock solution, which was then heated to 270°C and a spinning speed of 4007TL. A fiber with a diameter of 20PrrL was obtained by spinning from a nozzle with a diameter of 300P7n. The spun yarn was heated in air under a tension of 20 g/Mit, heated from room temperature to 180°C over 1 hour, held at 180°C for 3 minutes, heated at a low temperature, and then heated with nitrogen gas containing oxygen. Inside 10
Under the action of tension of 0y/Wllt, from room temperature to 1100℃
After preheating by raising the temperature to 1300 sulfuric acid C over 3 hours, it was immersed in 50% sulfuric acid at a liquid temperature of 80°C for 5 hours, and after washing with water, it was fired at a temperature increasing rate of 1000 C/hour to 1300 sulfur C in an argon stream. Silicon carbide fibers were obtained. The tensile strength of this material was 300k9/d with a fiber diameter of 18P7T1, and the bulk specific gravity was 2.90. Example 4 100y of octaphenylcyclotetrasilane was added with 1y of benzoyl peroxide and further titanocene [(C5ll5)
A mixture to which 8 g of 2TiC12] was added was placed in an autoclave, the autoclave was purged with argon gas, and then heated at 410° C. under about 35 atmospheres for 2 hours.
このものの平均分子量は約1800であつた。この高分
子化合.物を200mLのヘキサンに溶かし、1000
mLのアセトンと混合して53fのアセトンに不溶の沈
澱を得た。このものを加熱溶融し、濾過して紡糸原液と
なし、口径250prr1.の紡糸口金を用いて、紡糸
温度260℃、紡糸速度450rrI./分で直径10
pm(7)繊維.に紡糸した。この紡糸を空気中220
℃で50y/dの張力を作用させながら3紛間低温加熱
し、次いでアルゴン雰囲気下で200y/TI7:!i
の張力を作用させながら、室温より1000′Cまで4
時間かけて昇温して予備加熱した。この1000℃処理
した非晶質シリコンカーバイド繊維の強度は350k9
/iであつた。さらにこの予備加熱された繊維を過マン
ガン酸カリウムの硫酸酸性溶液で処理し水洗後アルゴン
雰囲気下で黒鉛ルツボ中で1350′Cまで高温焼成”
した。このシリコンカーバイド繊維の強度は380kg
/iであつた。なおこれを更に1800′Cまで高温焼
成すると、その強度は120kg/rl!1tに下つた
が、シリコンカーバイド繊維は高純度の結晶性シリコン
カーバイド繊維が生成していることが確認された。従つ
て、高強度の繊維を得る目的では15000C位までの
焼成で充分であるが、更に高耐熱性のSiCを得るため
には2000℃までの高温焼成が必要である。以上本発
明によれば、Ti,MO,Cr又はPrのうちから選ば
れる少なくとも1つの金属元素を含有する主として炭素
とケイ素からなる有機ケイ素高分子化合物を安価にかつ
大量に製造することができることから、耐酸化性の良い
緻密な高強度を有するシリコンカーバイド繊維を得るこ
とができる。The average molecular weight of this product was about 1,800. This polymer compound. Dissolve the substance in 200mL of hexane and add 1000
mL of acetone to obtain an acetone-insoluble precipitate of 53f. This material was melted by heating and filtered to obtain a spinning stock solution, which had a diameter of 250 prr1. Using a spinneret, the spinning temperature was 260°C and the spinning speed was 450rrI. /min diameter 10
pm(7) fiber. Spun into yarn. This spinning is carried out in the air for 220 min.
The three powders were heated at a low temperature while applying a tension of 50 y/d at ℃, and then 200 y/TI7:! under an argon atmosphere. i
4 from room temperature to 1000'C while applying a tension of
Preheating was performed by raising the temperature over time. The strength of this amorphous silicon carbide fiber treated at 1000℃ is 350k9
It was /i. The preheated fibers are then treated with an acidic solution of potassium permanganate in sulfuric acid, washed with water, and then fired at a high temperature of 1350'C in a graphite crucible under an argon atmosphere.
did. The strength of this silicon carbide fiber is 380 kg.
It was /i. If this is further fired at a high temperature of 1800'C, the strength will be 120kg/rl! Although the weight of the silicon carbide fibers was less than 1 ton, it was confirmed that highly pure crystalline silicon carbide fibers were produced. Therefore, for the purpose of obtaining high-strength fibers, firing up to about 15,000 C is sufficient, but in order to obtain SiC with even higher heat resistance, high-temperature firing up to 2,000° C. is necessary. As described above, according to the present invention, an organosilicon polymer compound mainly composed of carbon and silicon containing at least one metal element selected from Ti, MO, Cr, or Pr can be produced inexpensively and in large quantities. , it is possible to obtain dense silicon carbide fibers with good oxidation resistance and high strength.
図は本発明の製造方法において使用される流動式加熱反
応装置の1例を示す系統図である。
1,3,5,6,7・・・バルブ、2・・・加熱装置、
4・・・分離塔。The figure is a system diagram showing an example of a fluidized heating reactor used in the production method of the present invention. 1, 3, 5, 6, 7... Valve, 2... Heating device,
4... Separation tower.
Claims (1)
物。(3)Si−Hal結合を有する化合物。 (4)Si−OR(R=アルキル、アリール)結合を有
する化合物。 (5)Si−OH結合を有する化合物。 (6)Si−Si結合をふくむ化合物。 (7)Si−O−Si結合をふくむ化合物。 (8)有機ケイ素化合物エステル類。(9)有機ケイ素
化合物過酸化物。 上記(1)〜(9)の有機ケイ素化合物のうちから選ば
れる少なくとも1種以上の化合物と、Ti、Mo、Cr
またはPrのうちから選ばれる少くとも一つの金属元素
を含む有機金属化合物との混合物を出発原料とし、重縮
合用触媒の添加、照射、加熱の何れか少なくとも1つに
よる重縮合反応により生成されるTi、Mo、Crまた
はPrのうちから選ばれる少くとも一つの金属元素を構
造中に含有するケイ素と炭素とを主な骨格成分とする有
機ケイ素高分子化合物を生成させる第1工程と、前記有
機ケイ素高分子化合物から低分子量化合物の含有量の少
ない有機ケイ素高分子化合物を得る第2工程と、該有機
ケイ素高分子化合物の紡糸原液を造り紡糸する第3工程
と、該紡糸を酸化性雰囲気中で張力あるいは無張力の作
用のもとで低温加熱する第4工程と、低温加熱した前記
紡糸を真空中または少量の空気、酸素、オゾン、スチー
ムのうちから選ばれるいずれか1種または2種以上と、
真空中、不活性ガス、COガス、水素ガス、炭化水素ガ
ス、有機ケイ素化合物ガス、アンモニアガスのうちから
選ばれる1種または2種以上とからなる混合雰囲気中で
張力あるいは無張力で800〜1300℃の温度で予備
加熱する第5工程と、予備加熱した前記紡糸を強酸、溶
融塩またはリン酸で処理して紡糸中に含まれるSiC以
外の副成不純物を黒鉛、遊離炭素、シリコンを除去する
第6工程と、さらに真空中、または非酸化性ガスの雰囲
気中で800〜2000℃の温度で高温加熱する第7工
程とからなることを特徴とし、主としてSiCよりなる
シリコンカーバイド繊維の製造方法。 2(1)Si−C結合のみをふくむ化合物。 (2)Si−C結合のほかにSi−H結合をふくむ化合
物。(3)Si−Hal結合を有する化合物。 (4)Si−OR(R=アルキル、アリール)結合を有
する化合物。 (5)Si−OH結合を有する化合物。 (6)Si−Si結合をふくむ化合物。 (7)Si−O−Si結合をふくむ化合物。 (8)有機ケイ素化合物エステル類。(9)有機ケイ素
化合物過酸化物。 上記(1)〜(9)の有機ケイ素化合物のうちから選ば
れる少なくとも1種以上の化合物と、Ti、Mo、Cr
またはPrのうちから選ばれる少くとも一つの金属元素
を含む有機金属化合物との混合物を出発原料とし、重縮
合用触媒の添加、照射、加熱の何れか少なくとも1つに
よる重縮合反応により生成されるTi、Mo、Crまた
はPrのうちから選ばれる少なくとも1つの金属元素を
構造中に含有するケイ素と炭素とを主な骨格成分とする
有機ケイ素高分子化合物を生成させる第1工程と、前記
有機ケイ素高分子化合物から低分子量化合物の含有量の
少ない有機ケイ素高分子化合物を得る第2工程と、該有
機ケイ素高分子化合物の紡糸原液を造り紡糸する第3工
程と、該紡糸を酸化性雰囲気中で張力あるいは無張力の
作用のもとで低温加熱する第4工程と、低温加熱した前
記紡糸を真空中または少量の空気、酸素、オゾン、スチ
ームのうちから選ばれるいずれか1種または2種以上と
、真空中、不活性ガス、COガス、水素ガス、炭化水素
ガス、有機ケイ素化合物ガス、アンモニアガスのうちか
ら選ばれる1種または2種以上とからなる混合雰囲気中
で張力あるいは無張力下で800〜1300℃の温度で
予備加熱する第5工程と、予備加熱した前記紡糸を強酸
、溶融塩またはリン酸で処理して紡糸中に含まれるSi
C以外の副成不純物の黒鉛、遊離炭素、シリカを除去す
る第6工程と、さらに真空中、または非酸化性ガスの雰
囲気中で800〜2000℃の温度で高温加熱する第7
工程と、酸素ガス、空気、オゾン、水蒸気、のうちの少
なくとも1種の雰囲気中で800〜1600℃の温度で
処理し紡糸中の遊離炭素を除去する第8工程とからなる
ことを特徴とし、主としてSiCよりなるシリコンカー
バイド繊維の製造方法。[Claims] 1(1) A compound containing only Si-C bonds. (2) Compounds containing Si-H bonds in addition to Si-C bonds. (3) A compound having a Si-Hal bond. (4) A compound having a Si-OR (R=alkyl, aryl) bond. (5) A compound having a Si-OH bond. (6) Compounds containing Si-Si bonds. (7) Compounds containing Si-O-Si bonds. (8) Organosilicon compound esters. (9) Organosilicon compound peroxide. at least one compound selected from the organosilicon compounds of (1) to (9) above, and Ti, Mo, Cr.
or Pr, using as a starting material a mixture with an organometallic compound containing at least one metal element selected from Pr, and produced by a polycondensation reaction by at least one of adding a polycondensation catalyst, irradiation, and heating. a first step of producing an organosilicon polymer compound whose main skeleton components are silicon and carbon containing at least one metal element selected from Ti, Mo, Cr or Pr; a second step of obtaining an organosilicon polymer compound with a low content of low molecular weight compounds from a silicon polymer compound; a third step of preparing and spinning a spinning dope of the organosilicon polymer compound; a fourth step of heating at a low temperature under the action of tension or no tension; and spinning the spun fibers heated at a low temperature in a vacuum or in a small amount of air, oxygen, ozone, or steam. and,
800 to 1300 under tension or without tension in a vacuum, in a mixed atmosphere consisting of one or more selected from inert gas, CO gas, hydrogen gas, hydrocarbon gas, organosilicon compound gas, and ammonia gas. A fifth step of preheating at a temperature of °C, and treating the preheated spun yarn with strong acid, molten salt, or phosphoric acid to remove by-product impurities other than SiC contained in the spinning, such as graphite, free carbon, and silicon. A method for producing silicon carbide fibers mainly made of SiC, comprising a sixth step and a seventh step of heating at a high temperature of 800 to 2000° C. in a vacuum or in a non-oxidizing gas atmosphere. 2(1) Compounds containing only Si-C bonds. (2) Compounds containing Si-H bonds in addition to Si-C bonds. (3) A compound having a Si-Hal bond. (4) A compound having a Si-OR (R=alkyl, aryl) bond. (5) A compound having a Si-OH bond. (6) Compounds containing Si-Si bonds. (7) Compounds containing Si-O-Si bonds. (8) Organosilicon compound esters. (9) Organosilicon compound peroxide. at least one compound selected from the organosilicon compounds of (1) to (9) above, and Ti, Mo, Cr.
or Pr, using as a starting material a mixture with an organometallic compound containing at least one metal element selected from Pr, and produced by a polycondensation reaction by at least one of adding a polycondensation catalyst, irradiation, and heating. a first step of producing an organosilicon polymer compound whose main skeleton components are silicon and carbon containing at least one metal element selected from Ti, Mo, Cr or Pr; A second step of obtaining an organosilicon polymer compound with a low content of low molecular weight compounds from a polymer compound, a third step of preparing a spinning stock solution of the organosilicon polymer compound and spinning it, and performing the spinning in an oxidizing atmosphere. A fourth step of heating at a low temperature under the action of tension or no tension, and heating the spun yarn heated at a low temperature in a vacuum or in a small amount of one or more selected from air, oxygen, ozone, and steam. , in a vacuum, in a mixed atmosphere of one or more selected from inert gas, CO gas, hydrogen gas, hydrocarbon gas, organosilicon compound gas, and ammonia gas under tension or no tension. A fifth step of preheating at a temperature of ~1300°C, and treating the preheated spun yarn with a strong acid, molten salt, or phosphoric acid to remove Si contained in the spun yarn.
A sixth step of removing graphite, free carbon, and silica as by-product impurities other than C, and a seventh step of further heating at a high temperature of 800 to 2000°C in a vacuum or a non-oxidizing gas atmosphere.
and an eighth step of removing free carbon during spinning by treating at a temperature of 800 to 1600°C in an atmosphere of at least one of oxygen gas, air, ozone, and water vapor, A method for producing silicon carbide fiber mainly made of SiC.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1937876A JPS6050884B2 (en) | 1976-02-26 | 1976-02-26 | Method for producing silicon carbide fiber mainly composed of SiC |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP1937876A JPS6050884B2 (en) | 1976-02-26 | 1976-02-26 | Method for producing silicon carbide fiber mainly composed of SiC |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS52103529A JPS52103529A (en) | 1977-08-30 |
JPS6050884B2 true JPS6050884B2 (en) | 1985-11-11 |
Family
ID=11997648
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1937876A Expired JPS6050884B2 (en) | 1976-02-26 | 1976-02-26 | Method for producing silicon carbide fiber mainly composed of SiC |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6050884B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02132494U (en) * | 1988-09-24 | 1990-11-02 | ||
JPH0331382U (en) * | 1989-08-07 | 1991-03-27 |
Families Citing this family (3)
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WO1987005612A1 (en) * | 1986-03-11 | 1987-09-24 | The Foundation: The Research Institute For Special | Organopolyarylsilane, process for its production, and fibers prepared therefrom |
JP3244020B2 (en) * | 1996-08-27 | 2002-01-07 | 宇部興産株式会社 | Silicon carbide based inorganic fiber and method for producing the same |
-
1976
- 1976-02-26 JP JP1937876A patent/JPS6050884B2/en not_active Expired
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH02132494U (en) * | 1988-09-24 | 1990-11-02 | ||
JPH0331382U (en) * | 1989-08-07 | 1991-03-27 |
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JPS52103529A (en) | 1977-08-30 |
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