JPS63123875A

JPS63123875A - 無機繊維強化セラミック複合体

Info

Publication number: JPS63123875A
Application number: JP61269564A
Authority: JP
Inventors: 武民山村; 敏弘石川; 昌樹渋谷
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1986-11-14
Filing date: 1986-11-14
Publication date: 1988-05-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、内部層と表面とからなり色調の豊かな強化用
繊維で強化されたセラミック複合体に関する。

（従来の技術及びその問題点−）従来、セラミック複合体の強化用繊維として、炭素繊維
及び炭化珪素繊維が用いられてきた。

これらの繊維はいずれも色調が黒色であり、このためこ
れら繊維で強化された複合体も黒色ないし灰黒色を呈し
、複合体の表面を塗布するか、あるいはこの複合体に他
の樹脂を積石するかしない限り、種々の色調を有する美
麗な外観の複合体を得ることができなかった。

無機繊維で強化されたセラミックは各種機械部品、構造
材料として使用されている。これらの分野においても用
途に応じて外観の美しい複合体が要求されている。公知
の繊維強化セラミックはこの要求を満足させるものでは
ない。

（発明の目的）本発明の目的は、美麗な色調を有する無機繊維で強化さ
れ、複合体自体も美しい外観を有する無機繊維強化セラ
ミック複合体を提供することにある。

（発明の要旨）本発明によれば、内部層と表面層とからなる無機繊維で
強化されたセラミ−／り複合体であって、上記無機繊維
が（ｉ）Ｓｉ、Ｃ及び０から実質的になる非晶質物質、又
は（ｉｉ　）粒径が５００Å以下の実質的にβ−３ｉＣか
らなる結晶質超微粒子と非晶質の５ｔ０２とからなる集
合体、又は、（ｉｉｉ　）上記（ｉ）の非晶質物質と上記（ｉｉ）の
結晶質超微粒子集合体の混合系、からなる珪素、炭素及び酸素を含有する無機質物質から
なる内部層と、（ｉｖ）Ｓｉ及び○から実質的になる非晶質物質、（ｖ
）結晶質の５ｉＱ２からなる集合体、又は（ｖｉ　）上
記（ｉｖ）の非晶質物質と上記（ｖ）の結晶質重合体の
混合系からなる珪素及び酸素、場合により５ｆｆｉｆｆｉ％以
下の炭素を含有する無機質物質からなる表面層とからな
ることを特徴とする無機繊維強化セラミック複合体が提
供される。

（発明の詳細な説明）本発明における連続無機繊維の大部分を占める内部層は
、（ｉ）Ｓｉ−、Ｃ及び０から実質的になる非晶質物質、
又は（ｉｉ　）粒径が５００Å以下の実質的にβ−ＳｉＣか
らなる結晶質超微粒子と非晶質のＳｉＯ２とからなる集
合体、又は、（ｉｉｉ　）上記（ｉ）の非晶質物質と上記（ｉｉ）の
結晶質超微粒子集合体の混合系、からなる珪素、炭素及び酸素を含有する無機質物質から
なっている。

また、本発明における連続無機繊維の表面層は、（ｉｖ
）Ｓｉ及び○から実質的になる非晶質物質、（ｖ）結晶
質のＳｉＯ２からなる集合体、又は（ｖｉ）上記（ｉｖ
　）の非晶質物質と上記（ｖ）の結晶質重合体の混合系からなる珪素及び酸素、場合により５重量％以下の炭素
を含有する無機質物質からなっている。

上記の連続無機繊維は、例えば、まず内部層と同一の組
成を有する無機繊維を鋼製した後、この繊維を酸化性雰
囲気中で加熱して表面層を形成させることによって得る
ことができる。

内部層と同一の組成を有する無機繊維は、例えば、下記
方法に従って調製することができる。

側鎖に少な（とも１個のアルキル基を有するポリシラン
を、触媒の存在下又は不存在下に加熱して、ポリカルボ
シランを生成させる第１工程と、上記ポリカルボシラン
の紡糸原液を造り紡糸する第２工程と、該紡糸繊維を張
力あるいは無張力下で不融化する第３工程と、不融化し
た前記紡糸繊維を真空中あるいは不活性ガス雰囲気中で
８００〜１８００℃の範囲の温度で焼成する第４工程か
ら、実質的にＳｉ、Ｃ及びＯからなる連続無機繊維を製
造することができる。

無機繊維中の各元素の割合は、通常Ｓｉ：３０〜６０重量％、Ｃ：２５〜４０ｆｆｉ量％、 ○：０．０１〜３０重量％である。

こうして得られる連続無機繊維を通常５００〜１６００
℃の範囲の温度で酸化性雰囲気下に加熱することによっ
て、表面層が形成され、本発明における連続無機繊維が
得られる。酸化性雰囲気としては、空気、純酸素、オゾ
ン、水蒸気、炭酸ガス等の雰囲気が挙げられる。

この処理により、無機繊維に種々の色調、例えば、赤、
紫、青、緑、橙、茶、桃等の色調が付与される。無機繊
維の色調は、酸化性雰囲気での加熱条件を変化させて表
面層の厚さ及び構造を調整することによって任意に変え
ることができる。−例をあげると、酸化条件が穏やかで
あると赤色ないし紫色になり、順次酸化条件を厳しくす
るに従って、青色、緑色になる０色調の調整は上記教示
に従って当業者が容易に行うことができる。

こうして得られる連続無機繊維の内部層の各元素の割合
は実質的に上記と変わらず、表面層の各元素の割合は、
通常Ｓｉ：４０〜６５重量％、０：３０〜５５重量％、Ｃｏｏ〜５Ｍ量％である。

本発明における連続無機繊維の内部層の直径は通常２〜
２０μｍであり、表面層の厚さは通常０゜０１〜５μｍ
である。

この連続無機繊維は繊維そのものを車軸方間、多軸方向
に配向させる方法、あるいは平織、朱子織、模様織、綾
織、からみ織、らせん織物、三次元織物等の各模織物に
して使用する方法、又はチョツプドストランドファイバ
ーとして使用する方法等がある。

本発明においてマトリックスを構成するセラミックの例
としては、炭化珪素、炭化チタン、炭化ジルコニウム、
炭化ニオブ、炭化タンタル、炭化ホウ素、炭化クロム、
炭化タングステン、炭化モリブデン等の炭化物セラミッ
ク；窒化珪素、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化バ
ナジウム、窒化ニオブ、窒化タンタル、窒化ホウ素、窒
化アルミニウム、窒化ハフニウム等の窒化物セラミック
；アルミナ、シリカ、マグネシア、ムライト、コージラ
イト等の酸化物セラミック；ホウ珪酸ガラス、リチウム
シリケート系ガラス等のガラスが挙げられる。これらの
中でも、複合体の色調の面から酸化物セラミック及びガ
ラスが好ましく使用される。

本発明のセラミック複合体はそれ自体公知の方法に従っ
て製造することができる。

例えば、セラミック粉状母材とあるいはこれと公知のセ
ラミック結合剤との混合物に無機繊維を埋没させる方法
、セラミック粉状母材と無機繊維あるいは上記混合物と
を交互に配設する方法、又は予め無機繊維を配置してお
きその間隙にセラミック粉状母材あるいは上記混合物を
充填する方法等により、セラミック粉状母材と無機繊維
との集合体を作成し、この集合体をラバープレス、金型
プレス等により加圧成形した後に焼結する方法、あるい
は上記集合体をホットプレスする方法等によって、製造
することができる。必要に応じて、得られるセラミック
複合体を減圧下で有機珪素化合物又は有機珪素重合体の
熔融液、あるいは必要により上記物質の有機溶剤溶液に
浸漬して、該溶融液又は溶液を焼結体の粒界及び気孔に
含浸させ、この後焼結体を加熱することにより、より高
密度のセラミック複合体を得ることができる。この処理
は不活性ガス雰囲気下に通常８００〜２５００℃の温度
で行われる。上記処理は２回以上行うこともできる。

本発明のセラミック複合体中の無機繊維の割合は複合体
に対して１０〜７０体積％であることが好ましい。無機
繊維の割合を過度に高くしても、相対的にマトリックス
の量が少なくなり、無機繊維の間隙を充分にセラミック
マトリックスで充填することができなくなり、複合則に
従った強度が発揮されなくなる。また、無機繊維の割合
が過度に低いと、機械的特性の良好な複合体が得られに
くくなる。

（実施例）以下に実施例を示す。

実施例１ジメチルジクロロシランを金属ナトリウムで脱塩素縮合
して合成されるポリジメチルシラン１００重量部に対し
ポリボロシロキサン３重量部を添加し、窒素中、３５０
℃で熱縮合して得られる、式（Ｓｔ　　ＣＨ２）のカル
ボシラン単位から主としてなる主鎖骨格を有し、該カル
ボシラン単位の珪素原子に水素原子及びメチル基を有し
ているポリカルボシランを得た。このポリマーを溶融紡
糸し、空気中１９０℃で不融化処理し、さらに引き続い
て窒素中１２００℃で焼成して、繊維径１３ｐｍ、引張
強度２５０ｋｇ／ｕ＋２、引張弾性率１４ｔ　／　ｍｍ
　２の主として珪素、炭素及び酸素からなる無機繊維を
得た。この無機繊維はＳｉ、Ｃ及び○からなる非晶質物
質と、粒径が５０人のβ−３ＥＣ及び非晶質のＳｉＯ２
からなる集合体との混合系からなっていた。

上記無機繊維を９００℃の空気中で１時間加熱処理する
ことにより、鮮やかな青色の反射光を発する連続無機繊
維［１］を得た。この連続無機繊維［Ｉ］は、繊維径１
３．０μｍ、引張強度２４５ｋｇ　／　ｘ＊　２、引張
弾性率１４ｔ／１ｍ”の機械的特性を有しており、繊維
表面に０．２μｍの非晶質のガラス層を有していた。

平均粒径４４μｍのコーニングガラス製のホウ珪酸ガラ
ス（７７４０）粉末に４５容量％の無機繊維［Ｉ］を１
０ｍｍの長さに切断したチョツプドファイバーを添加し
、イソプロパツール中でよく分散させ混合したスラリー
と、無機繊維［１］を一方向に均一に配列させたものと
を、交互に積層させて、乾燥した後、ホットプレス装置
により１３００℃、７５０ｋｇ／ｃｏｌで約１０分間ア
ルゴン雰囲気下に処理して、無機繊維強化セラミック複
合体を得た。

複合体の室温抗折強度は１３．６ｋｇ／ｍ２であり、複
合体の表面は繊維自体の反射光を反映して、美麗な青色
を示した。

実施例２無機繊維を空気中で１１００℃で３０分間加熱処理した
以外は実施例１におけると同様にして、緑色の反射光を
発する連続無機繊維［１１］を得た。

この無機繊維［１１１は、繊維径１３．０８ｍ１引張強
度２４０　ｋｇ／ｎ２、引張弾性率１３．６ｔ／ｍｕ２
の機械的特性を存しており、繊維表面に０．３μｍｍｌ
の非晶質のガラス層を有していた。

実施例３平均粒ｉｏ、ｓμｍのアルミナに酸化チタン２Ｍ量％を
混合し、これに無機繊維［１１を５ｍｌの長さに切断し
たチョツプドファイバー１５重量％を添加してアルミナ
製ボールミル中で充分に混合した。混合物をホットプレ
ス装置により２０００℃で焼結した。

比較のため、チョツプドファイバーを添加しない以外は
上記と同様にして焼結体を調製した。

両焼結体のスポーリング試験をつぎのようにして行った
。焼結体の平板を１５００℃に保持した炉内に入れ２０
分間急熱後取り出して２０分間強制空冷するヒートサイ
クルを繰り返して、亀裂の発生を調べた。

その結果、本発明による無機繊維強化アルミナ焼結体は
、亀裂発生迄のヒートサイクルが５回であったが、強化
されていない焼結体のそれは２回であった。また、本発
明による焼結体は繊維自体の反射光を反映して、美麗な
青色を示した。

Claims

【特許請求の範囲】　内部層と表面層とからなる無機繊維で強化されたセラ
ミック複合体であって、上記無機繊維が（ｉ）Ｓｉ、Ｃ
及びＯから実質的になる非晶質物質、又は（ｉｉ）粒径が５００Å以下の実質的にβ−ＳｉＣから
なる結晶質超微粒子と非晶質のＳｉＯ＿２とからなる集
合体、又は、（ｉｉｉ）上記（ｉ）の非晶質物質と上記（ｉｉ）の結
晶質超微粒子集合体の混合系、からなる珪素、炭素及び酸素を含有する無機質物質から
なる内部層と、（ｉｖ）Ｓｉ及びＯから実質的になる非晶質物質、（ｖ
）結晶質のＳｉＯ＿２からなる集合体、又は（ｖｉ）上
記（ｉｖ）の非晶質物質と上記（ｖ）の結晶質重合体の
混合系からなる珪素及び酸素、場合により５重量％以下の炭素
を含有する無機質物質からなる表面層とからなることを
特徴とする無機繊維強化セラミック複合体。