JPH03232771A - Hybrid fiber reinforced carbonaceous composite material - Google Patents

Hybrid fiber reinforced carbonaceous composite material

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JPH03232771A
JPH03232771A JP2028271A JP2827190A JPH03232771A JP H03232771 A JPH03232771 A JP H03232771A JP 2028271 A JP2028271 A JP 2028271A JP 2827190 A JP2827190 A JP 2827190A JP H03232771 A JPH03232771 A JP H03232771A
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武民 山村
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塩路 泰広
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Abstract

PURPOSE:To obtain the title composite material having excellent strength, elasticity and toughness by using hybrid fibers containing inorganic fibers obtained from specific polycyclic aromatic polymers as reinforcing materials and constituting matrix from a specific inorganic substance. CONSTITUTION:(A) An inorganic fiber which is obtained from a silicon- containing polycyclic aromatic polymer and comprise a carbonaceous material in a crystal arranged state, crystalline carbon in a non-orientated state and a Si-C-O substance, (B) an inorganic fiber which is obtained from a polycyclic aromatic polymer containing an element selected from Ti, Zr and Hf and silicon and comprise a carbonaceous material in a crystal arranged state, crystalline carbon in a non-orientated state and a Si-M-C-O substance (M is Ti, Zr or Hf) and (C) carbon fiber, glass fiber, boron fiber, etc., are prepared. Hybrid fibers containing at least one of the component A and the component B and comprising at least two selected from the component A, the component B and the component C are produced. Then the hybrid fibers are used as a reinforcing material and a carbonaceous inorganic substance having the same composition as that of the component A is utilized as matrix to give the title carbonaceous composite material.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は機械的特性に優れた、耐熱性、耐摩耗性ハイブ
リッド繊維強化炭素材料に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a heat-resistant, wear-resistant hybrid fiber-reinforced carbon material with excellent mechanical properties.

(従来の技術及びその問題点) 無機繊維で強化した炭素質無機複合材料のうち、強化繊
維として炭素繊維、無機質マトリックスとして炭素を用
いた、所謂C/Cコンポジットは比強度、比弾性、非酸
化性雰囲気中における耐熱性、靭性、摩擦特性に優れ、
耐熱構造材、ブレーキ材として有望なものである。特に
ブレーキ用途においては、航空機、レーシングカー用と
して実用化が進められている。
(Prior art and its problems) Among carbonaceous inorganic composite materials reinforced with inorganic fibers, the so-called C/C composite, which uses carbon fiber as the reinforcing fiber and carbon as the inorganic matrix, has poor specific strength, specific elasticity, and non-oxidation. Excellent heat resistance, toughness, and friction properties in a harsh atmosphere,
It is promising as a heat-resistant structural material and brake material. Particularly in brake applications, practical use is progressing for aircraft and racing cars.

しかし、C/Cコンポジットでは、強化材とマトリック
ス炭素との界面に致命的亀裂や剥離を生じやすく、充分
な機械的強度が得られず、また、C/Cコンポジットは
マトリックスが炭素のみからなるため、酸化性雰囲気中
での長時間の使用は困難であり、また、摩擦特性におい
ても潤滑性には優れているものの、耐摩耗性は必ずしも
充分ではなかった。
However, C/C composites tend to cause fatal cracks and peeling at the interface between the reinforcing material and matrix carbon, making it difficult to obtain sufficient mechanical strength. However, it is difficult to use it for a long time in an oxidizing atmosphere, and although it has excellent friction properties and lubricity, its wear resistance is not necessarily sufficient.

この欠点を改善し、炭素繊維とマトリックス炭素との界
面接着力の向上を図ることを目的として、炭素繊維表面
を種々の処理剤でサイジングする方法やCVD等の方法
によりコーティングする方法が行われている。
In order to improve this drawback and improve the interfacial adhesion between carbon fibers and matrix carbon, methods have been used in which the surface of carbon fibers is sized with various treatment agents and coated with methods such as CVD. There is.

しかし、上記のサイジングによる方法では、炭素繊維と
マトリックス炭素との界面接着性の問題を根本的に解決
することは難しく、処理剤と繊維又はマトリックス間で
新たな欠陥、剥離を生じ、また、処理剤によっては複合
材中に不純物として残存するため、C/Cコンポジット
の優れた特性のうち、耐食性、耐熱性等が失われること
になる。
However, with the above sizing method, it is difficult to fundamentally solve the problem of interfacial adhesion between carbon fibers and matrix carbon, and new defects and peeling occur between the treatment agent and the fibers or matrix. Some agents remain as impurities in the composite material, resulting in loss of corrosion resistance, heat resistance, etc. among the excellent properties of the C/C composite.

一方、繊維−本一本にコーティング処理を施す方法は、
CVD工程等の生産性の低い工程を追加する必要があり
、複合材を高コストなものとし、かつ、得られた繊維の
繊維径が太くなるため、しなやかさを失わせ、複合材設
計の自由度を大きく減するものであった。
On the other hand, the method of coating each fiber is
It is necessary to add a process with low productivity such as a CVD process, which makes the composite material expensive, and the fiber diameter of the obtained fiber increases, which causes a loss of flexibility and freedom in composite material design. This was a significant reduction in severity.

一方、強化繊維として炭化珪素繊維等のアモルファス無
機繊維を用いた場合、強化繊維の炭素マトリックスとの
接着性は改善されるが、上記無機繊維は炭素マトリック
スが充分結晶化する温度では、機械的強度を充分保持出
来ないため、複合材料としての機械的特性を向上させる
ことはできなかった。
On the other hand, when amorphous inorganic fibers such as silicon carbide fibers are used as reinforcing fibers, the adhesion of the reinforcing fibers to the carbon matrix is improved; could not be retained sufficiently, so it was not possible to improve the mechanical properties of the composite material.

一方、炭素繊維以外の無機繊維を強化材とし、炭素をマ
トリックスとする複合材料については、現在まで積極的
な研究開発が進められていなかった。それは、一般に、
無機繊維は非酸化雰囲気下での耐熱性に劣る等の欠点が
あるためである。また、ガラス繊維を除き、ボロン繊維
、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、窒化珪素繊維等の無機
繊維は炭素繊維に比べ高価であることも上記研究開発が
進まなかったことの一因であった。
On the other hand, active research and development has not been carried out to date on composite materials that use inorganic fibers other than carbon fibers as reinforcements and carbon as a matrix. It is generally
This is because inorganic fibers have drawbacks such as poor heat resistance in a non-oxidizing atmosphere. In addition, other than glass fibers, inorganic fibers such as boron fibers, alumina fibers, silicon carbide fibers, and silicon nitride fibers are more expensive than carbon fibers, which was also one of the reasons why the above research and development did not progress.

本出願人は、特願平1〜244982号明細書及び特願
平1247953号明細書において上記問題点を解決し
た繊維強化炭素材料を開示した。
The present applicant disclosed fiber-reinforced carbon materials that solved the above problems in Japanese Patent Application No. 1-244982 and Japanese Patent Application No. 1247953.

(問題を解決するための手段) 本発明の目的は、上記提案の繊維の少なくとも一種を成
分とするハイブリッド繊維を強化材とする繊維強化炭素
材料の提供にある。
(Means for Solving the Problems) An object of the present invention is to provide a fiber-reinforced carbon material whose reinforcing material is a hybrid fiber containing at least one of the fibers proposed above.

本発明の他の目的は、機械的特性に優れたハイブリッド
繊維強化炭素材料の提供にある。
Another object of the present invention is to provide a hybrid fiber-reinforced carbon material with excellent mechanical properties.

本発明の他の目的は、耐食性、耐熱性、耐酸化性に優れ
た繊維強化炭素材料の提供にある。
Another object of the present invention is to provide a fiber-reinforced carbon material with excellent corrosion resistance, heat resistance, and oxidation resistance.

本発明のハイブリッド繊維強化炭素材料は、無機繊維I
、無機繊維II、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、
アルミナ繊維、窒化珪素繊維、炭化珪素繊維、カーボン
を芯線とする炭化珪素繊維及びSi−M−C−0繊維(
MはTi又はZrを示す。)からなる群から選ばれた少
なくとも二種の繊維からなり、かつ該繊維の構成成分と
して無機繊維■、無機繊維IIの少なくとも一方を含む
ハイブリッド繊維を強化材とし、 上記無機繊維Iが、珪素含有多環状芳香族重合体から得
られる無機繊維であって、その構成成分が i)該重合体を構成するメソフェーズ状態にある多環状
芳香族化合物から導かれるラジアル構造、オニオン構造
、ランダム構造、コアラジアル構造、スキンオニオン構
造及びモザイク構造からなる群から選ばれる少なくとも
一種の結晶配列状態を示す炭素質、 ii)該重合体を構成する光学的等方性の多環状芳香族
化合物から導かれる、無配向状態の結晶質炭素及び/又
は非晶質炭素、及び 1n)Si、C及びOから実質的になる非晶質相及び/
又は粒径が500Å以下の実質的にβSiCからなる結
晶質超微粒子と非晶質のSi011(0<x≦2)から
なる集合体であり、構成元素の割合がSi ;30〜7
0重量%、C;20〜60重量%及びOS 0.5〜1
0重量%であるSi−C−0物質 よりなる無機繊維であり、 前記無機繊維IIがチタン、ジルコニウム及びハフニウ
ムからなる群から選ばれる少なくとも一種類の元素及び
珪素を含有する多環状芳香族重合体から得られる無機繊
維であって、その構成成分が、a)該重合体を構成する
メソフェーズ状態にある多環状芳香族化合物から導かれ
るラジアル構造、オニオン構造、ランダム構造、コアラ
ジアル構造、スキンオニオン構造及びモザイク構造から
なる群から選ばれる少なくとも一種の結晶配列状態を示
す炭素質、 b)該重合体を構成する有機溶媒不溶分を含む光学的等
方性の多環状芳香族化合物から導かれる、無配向状態の
結晶質炭素及び/又は非晶質炭素、及び c)(1)Si、M、C及び0から実質的になる非晶質
物質、及び/又は ■実質的にβ−SiC,MC,β−SiCとMCの固溶
体及びM C+−xからなる粒径が500λ以下の結晶
超微粒子と、非晶質のSiOy及びMOzとの集合体で
あり 構成元素の割合がSi;5〜70重量%、M;0.5〜
45重量%、C: 20〜40重量%及びO; 0.0
1〜30重量%である、Si−M−C−0物質(上記式
中、MはTi、Zr及びHfから選択される少なくとも
一種の元素であり、O<x<1.0<y≦2、O<z≦
2である。) よりなる無機繊維であって、 前記無機物質が珪素含有多環状芳香族重合体から得られ
る無機物質であって、その構成成分が、i)該重合体を
構成するメソフェーズ状態にある多環状芳香族化合物か
ら導かれる結晶質炭素、又は結晶質炭素と非晶質炭素、 ii)該重合体を構成する光学的等方性の多環状芳香族
化合物から導かれる、無配向状態の結晶質炭素及び/又
は非晶質炭素、及び iiii)Si、C及びOから実質的になる非晶質相及
び/又は粒径が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SiOx(0<x≦2)
からなる集合体であり、 構成元素の割合が、Si;30〜70重量%C;20〜
60重量%及びO; 0.5〜10重量%であるSi−
C−0物質 よりなる炭素質無機物質である。
The hybrid fiber-reinforced carbon material of the present invention comprises inorganic fiber I
, inorganic fiber II, carbon fiber, glass fiber, boron fiber,
Alumina fiber, silicon nitride fiber, silicon carbide fiber, silicon carbide fiber with carbon core, and Si-M-C-0 fiber (
M represents Ti or Zr. ) The reinforcing material is a hybrid fiber which is made of at least two types of fibers selected from the group consisting of An inorganic fiber obtained from a polycyclic aromatic polymer, the constituent components of which are i) a radial structure, an onion structure, a random structure, or a core radial structure derived from a polycyclic aromatic compound in a mesophase state constituting the polymer; ii) a non-oriented carbon material derived from an optically isotropic polycyclic aromatic compound constituting the polymer; crystalline carbon and/or amorphous carbon in the state; and 1n) an amorphous phase consisting essentially of Si, C and O;
Or, it is an aggregate consisting of crystalline ultrafine particles substantially made of βSiC with a particle size of 500 Å or less and amorphous Si011 (0<x≦2), and the ratio of the constituent elements is Si; 30 to 7
0% by weight, C; 20-60% by weight and OS 0.5-1
0% by weight of an Si-C-0 substance, and the inorganic fiber II is a polycyclic aromatic polymer containing silicon and at least one element selected from the group consisting of titanium, zirconium, and hafnium. An inorganic fiber obtained from a radial structure, onion structure, random structure, core radial structure, or skin onion structure derived from a) a polycyclic aromatic compound in a mesophase state constituting the polymer. and a mosaic structure, b) an optically isotropic polycyclic aromatic compound containing an organic solvent-insoluble component constituting the polymer; crystalline carbon and/or amorphous carbon in an oriented state, and c) (1) an amorphous substance consisting essentially of Si, M, C and 0, and/or ■ substantially β-SiC, MC, It is an aggregate of crystalline ultrafine particles with a particle size of 500λ or less consisting of a solid solution of β-SiC and MC and MC+-x, and amorphous SiOy and MOz, and the proportion of the constituent element is Si; 5 to 70% by weight. , M; 0.5~
45% by weight, C: 20-40% by weight and O; 0.0
1 to 30% by weight of Si-M-C-0 material (in the above formula, M is at least one element selected from Ti, Zr, and Hf, and O<x<1.0<y≦2 , O<z≦
It is 2. ), wherein the inorganic substance is an inorganic substance obtained from a silicon-containing polycyclic aromatic polymer, the constituent components of which are i) a polycyclic aromatic substance in a mesophase state constituting the polymer; ii) crystalline carbon derived from a group compound, or crystalline carbon and amorphous carbon; ii) non-oriented crystalline carbon derived from an optically isotropic polycyclic aromatic compound constituting the polymer; / or amorphous carbon, and iii) an amorphous phase consisting essentially of Si, C and O and/or crystalline ultrafine particles consisting essentially of β-SiC with a particle size of 500 Å or less; SiOx (0<x≦2)
It is an aggregate consisting of Si; 30 to 70 wt% C; 20 to 70% by weight of the constituent elements.
60% by weight and O; 0.5-10% by weight Si-
It is a carbonaceous inorganic material made of C-0 material.

本発明における無機繊維I及び無機繊維■について詳細
に説明する。以下の説明において「部」は「重量部」で
あり、「%Jは[重量%Jである。
Inorganic fibers I and inorganic fibers II in the present invention will be explained in detail. In the following description, "parts" are "parts by weight", and "%J" is [%J by weight].

本発明における無機繊維Iは、前述した構成成分i)、
ii )及びij)からなっており、S r + o。
The inorganic fiber I in the present invention includes the above-mentioned constituent components i),
ii) and ij), and S r + o.

01〜29%、C;70〜99.9%及び0 ; 0.
001〜10%、好ましくはS i; 0.1〜25%
、C;74〜99.8%及びO;0.01〜8%から実
質的に構成されている。
01-29%, C; 70-99.9% and 0; 0.
001-10%, preferably Si; 0.1-25%
, C: 74-99.8% and O: 0.01-8%.

本発明における無機繊維■は前述した構成成分a)、b
)及びC)からなっており、S 1 i 0−01〜3
0%、M ; 0.01〜lO%、C;65〜99.9
%及びO;0.001〜10%、好ましくはSi;0.
1〜25%、M;0.01〜8%、C;74〜99.8
%及びO;0.01〜8%から実質的に構成されている
The inorganic fiber (①) in the present invention has the above-mentioned constituent components a) and b.
) and C), S 1 i 0-01 to 3
0%, M; 0.01-1O%, C; 65-99.9
% and O; 0.001-10%, preferably Si; 0.
1-25%, M; 0.01-8%, C; 74-99.8
% and O: substantially composed of 0.01 to 8%.

無機繊維I及び無機繊維IIの構成成分である結晶質炭
素は500λ以下の結晶子サイズを有し、1.5人の分
解能を有する高分解能電子顕微鏡において、繊維軸方向
に配向した3、2Aの(002)面に相当する微細なラ
ティスイメージ像が観察されうる超微粒子のグラファイ
ト結晶である。無機繊維中の結晶質炭素は、ラジアル構
造、オニオン構造、ランダム構造、コアラジアル構造、
スキンオニオン構造、モザイク構造及び一部ラジアル構
造を含むランダム構造をとることができる。これは、原
料中にメソフェーズ多環状芳香族化合物が存在すること
に起因する。
Crystalline carbon, which is a component of inorganic fiber I and inorganic fiber II, has a crystallite size of 500λ or less, and in a high-resolution electron microscope with a resolution of 1.5 people, 3 and 2 A crystallites oriented in the fiber axis direction are observed. It is an ultrafine graphite crystal in which a fine lattice image corresponding to the (002) plane can be observed. Crystalline carbon in inorganic fibers has radial structure, onion structure, random structure, core-radial structure,
It can have a random structure including a skin onion structure, a mosaic structure, and a partially radial structure. This is due to the presence of mesophase polycyclic aromatic compounds in the raw materials.

無機繊維■における構成成分i)及びii)の総和10
0部に対する構成成分iiii)の割合は0.015〜
200部であり、且つ構成成分i)、ii)の比率は1
:0.02〜4である。
Total sum of constituent components i) and ii) in inorganic fiber ■ 10
The ratio of component iii) to 0 parts is 0.015~
200 parts, and the ratio of components i) and ii) is 1
:0.02-4.

構成成分i)及びii)の総和100部に対する構成成
分iiii)の割合が0.015未満の場合は、はとん
どピッチ繊維と変わらず、耐酸化性やマトリックスとの
界面接着力の向上は望めず、上記割合が200部を越え
た場合はグラファイトの微細結晶が効果的には生成せず
、高弾性率の繊維が得られない。
When the ratio of component iii) to 100 parts of the total of components i) and ii) is less than 0.015, the fiber is almost the same as pitch fiber, and the oxidation resistance and interfacial adhesion with the matrix are not improved. If the above ratio exceeds 200 parts, graphite fine crystals will not be effectively generated and fibers with a high elastic modulus will not be obtained.

この無機繊維Hにおける構成成分a)及びb)の総和1
00部に対する構成成分C)の割合は0゜015〜20
0部であり、且つ構成成分a)とb)との比率は1:0
.02〜4である。
Total sum of constituent components a) and b) in this inorganic fiber H 1
The ratio of component C) to 00 parts is 0°015-20
0 parts, and the ratio of components a) and b) is 1:0
.. 02-4.

構成成分a)及びb)の総和100部に対する構成成分
C)の割合が0.015未満の場合は、はとんどピッチ
繊維と変わらず、耐酸化性や濡れ性の向上は望めず、上
記割合が200部を越えた場合はグラファイトの微細結
晶が効果的には生成せず、高弾性率の繊維が得られない
If the ratio of component C) to 100 parts of the total of components a) and b) is less than 0.015, the fibers are almost the same as pitch fibers, and no improvement in oxidation resistance or wettability can be expected. If the proportion exceeds 200 parts, fine graphite crystals will not be effectively generated and fibers with high elastic modulus will not be obtained.

無機繊維l及び無機繊維■においては、層間隔が小さく
三次元的配列が付与された微結晶が効果的に生成してお
り、その微細結晶を包み込むように珪素原子が非常に均
一に分布している。
In inorganic fiber 1 and inorganic fiber 2, microcrystals with a small interlayer spacing and three-dimensional arrangement are effectively generated, and silicon atoms are distributed very uniformly so as to wrap around the microcrystals. There is.

次に本発明における無機繊維I及び無機繊維IIの製造
方法について説明する。
Next, a method for producing inorganic fiber I and inorganic fiber II in the present invention will be explained.

無機繊維Iは以下の第1工程〜第4工程で製造すること
ができる。
Inorganic fiber I can be manufactured in the following first to fourth steps.

第1工程: 出発原料の一つである有機珪素重合体は、公知の方法で
合成することができ、例えば、ジメチルジクロロシラン
と金属ナトリウムの反応により得られるポリメチルシラ
ンを不活性ガス中で400゛C以上に加熱することによ
り得られる。
First step: The organosilicon polymer, which is one of the starting materials, can be synthesized by a known method. For example, polymethylsilane obtained by the reaction of dimethyldichlorosilane and metallic sodium is heated in an inert gas for 400 min. It can be obtained by heating above ゛C.

上記有機珪素重合体は、結合単位(S+  CHz)、
又は結合単位(Si  CHz)と結合単位(3i−3
i)より主としてなり、結合単位(Si−CH2)の全
数対結合単位(Si−3i)の全数の比率は1:0〜2
0の範囲内にある。
The organosilicon polymer has a bonding unit (S+ CHz),
Or bonding unit (Si CHz) and bonding unit (3i-3
i) The ratio of the total number of bonding units (Si-CH2) to the total number of bonding units (Si-3i) is 1:0 to 2.
It is within the range of 0.

有機珪素重合体の重量平均分子量(Ml)は、−船釣に
は300〜1000で、MI、lが400〜800のも
のが、優れた炭素系無機繊維を得るための中間原料であ
る前駆重合体(1)を調製するために特に好ましい。
The weight average molecular weight (Ml) of the organosilicon polymer is 300 to 1000 for boat fishing, and those with an MI of 400 to 800 are suitable for precursor weight, which is an intermediate raw material for obtaining excellent carbon-based inorganic fibers. Particularly preferred for preparing coalescence (1).

もう一つの出発原料である多環状芳香族化合物は石油類
及び/又は石炭類から得られるピンチで、特に好ましい
ピッチは、石油類の流動接触分解により得られる重質油
、その重質油を蒸留して得た留出成分又は残渣油及びそ
れらを熱処理して得られるピッチである。
Another starting material, the polycyclic aromatic compound, is a pinch obtained from petroleum and/or coal, and a particularly preferable pitch is heavy oil obtained by fluid catalytic cracking of petroleum, or by distilling the heavy oil. These are the distillate components or residual oils obtained by the above methods, and the pitch obtained by heat-treating them.

上記ピンチ中には、ベンゼン、トルエン、キシレン、テ
トラヒドロフランなどの有機溶媒に不溶の成分が5〜9
8重量%重量れていることが好ましい。上記の不溶成分
が5重量%未満のピッチを原料として用いた場合、強度
、弾性率共に優れた無機質繊維は得られず、また、98
重量%より多いピンチを原料として用いた場合、共重合
体の分子量上昇が激しく、一部コーキングの起こる場合
もあり、紡糸困難な状態になる。
In the above pinch, there are 5 to 9 components insoluble in organic solvents such as benzene, toluene, xylene, and tetrahydrofuran.
Preferably, the content is 8% by weight. If pitch containing less than 5% by weight of the above-mentioned insoluble components is used as a raw material, inorganic fibers with excellent strength and elastic modulus cannot be obtained;
If more than % by weight of pinch is used as a raw material, the molecular weight of the copolymer will increase sharply, and coking may occur in some cases, making spinning difficult.

このピッチの重量平均分子量CM、1”)は、100〜
3000である。
The weight average molecular weight CM, 1") of this pitch is 100~
It is 3000.

重量平均分子量は以下のようにして求めた値である。即
ち、ビ・ノチがベンゼン、トルエン、キシレン、テトラ
ヒドロフラン、クロロホルム及びジクロロベンゼン等の
ゲルパーミュエーションクロマトグラフ(C;PC)測
定用有機溶媒不溶分を含有しない場合はそのままGPC
測定し、ピッチが上記有機溶媒不溶分を含有する場合は
、温和な条件で水添処理し、上記有機溶媒不溶分を上記
有機溶媒可溶な成分に変えて後GPC測定する。以下、
上記有機溶媒不溶分を含有する重合体の重量平均分子量
は、上記と同様の処理を施し求めた値である。
The weight average molecular weight is a value determined as follows. That is, if the bi-nochi does not contain components insoluble in organic solvents for gel permeation chromatography (C; PC) measurement, such as benzene, toluene, xylene, tetrahydrofuran, chloroform, and dichlorobenzene, it can be directly subjected to GPC.
If the pitch contains the organic solvent-insoluble components, it is hydrogenated under mild conditions to convert the organic solvent-insoluble components to the organic solvent-soluble components, and then measured by GPC. below,
The weight average molecular weight of the polymer containing the organic solvent insoluble matter is a value obtained by performing the same treatment as above.

前駆重合体(1)は、有機珪素重合体に、石油系又は石
炭系ピッチを添加し、不活性ガス中で好ましくは250
〜500°Cの範囲の温度で加熱反応させることにより
調製される。
Precursor polymer (1) is prepared by adding petroleum-based or coal-based pitch to an organosilicon polymer, and preparing the mixture preferably at 250% in an inert gas.
It is prepared by a heating reaction at a temperature in the range of ~500°C.

ピッチの使用割合は、有機珪素重合体100部当たり8
3〜4900部であることが好ましい。
The ratio of pitch used is 8 parts per 100 parts of organosilicon polymer.
It is preferable that it is 3-4900 parts.

ピッチの使用割合が過度に小さい場合は、得られる無機
繊維中の炭化珪素成0分が多くなり、高弾性率を有する
無機繊維が得られな(なり、また、その割合が過度に多
い場合は、炭化珪素成分が少なくなり、マトリックス炭
素との界面接着性、耐酸化性に優れた無機繊維が得られ
なくなる。
If the ratio of pitch used is too small, the amount of silicon carbide in the resulting inorganic fiber will increase, making it impossible to obtain an inorganic fiber with a high modulus of elasticity. , the silicon carbide component decreases, making it impossible to obtain inorganic fibers with excellent interfacial adhesion with matrix carbon and oxidation resistance.

上記反応の反応温度が過度に低いと、珪素原子と芳香族
炭素の結合が生成しにくくなり、反応温度が過度に高い
と、生成した前駆重合体(1)の分解及び高分子量化が
激しく起こり好ましくない。
If the reaction temperature of the above reaction is too low, it will be difficult to form bonds between silicon atoms and aromatic carbon, and if the reaction temperature is too high, the resulting precursor polymer (1) will be violently decomposed and its molecular weight will increase. Undesirable.

メソフェーズ多環状芳香族化合物(2)は、例えば、石
油系又は石炭系ピッチを不活性ガス中で300〜500
°Cに加熱し、生成する軟質留分を除去しながら縮重合
することによって調製することができる。
The mesophase polycyclic aromatic compound (2) is, for example, petroleum-based or coal-based pitch heated to 300 to 500% in an inert gas.
It can be prepared by heating to °C and conducting polycondensation while removing the soft fraction produced.

上記縮重合反応温度が過度に低いと縮合環の成長が充分
でなく、またその温度が過度に高いとコーキングにより
不溶、不融の生成物が生ずる。
If the temperature of the condensation polymerization reaction is too low, the growth of the condensed ring will not be sufficient, and if the temperature is too high, an insoluble or infusible product will be produced due to coking.

メソフェーズ多環状芳香族化合物(2)は、融点が20
0〜400°Cの範囲にあり、また、重量平均分子量が
200〜1ooooである。
The mesophase polycyclic aromatic compound (2) has a melting point of 20
The temperature is in the range of 0 to 400°C, and the weight average molecular weight is in the range of 200 to 1oooo.

メソフェーズ多環状芳香族化合物(2)の中でも、20
〜100%の光学的異方性度を有し、30〜100%の
ベンゼン、トルエン、キシレン又はテトラヒドロフラン
に対する不溶分を含むものが、機械的性能上優れた無機
繊維を得るために特に好ましい。
Among the mesophase polycyclic aromatic compounds (2), 20
Those having an optical anisotropy of 100% to 100% and containing 30 to 100% insoluble matter in benzene, toluene, xylene or tetrahydrofuran are particularly preferred in order to obtain inorganic fibers with excellent mechanical performance.

第1工程では、前駆重合体(1)とメソフェーズ多環状
芳香族化合物(2)を200〜500°Cの温度範囲で
加熱溶融及び/又は加熱反応し、珪素含有多環状芳香族
重合体からなる紡糸ポリマーを調製する。
In the first step, the precursor polymer (1) and the mesophase polycyclic aromatic compound (2) are heated and melted and/or reacted in a temperature range of 200 to 500°C to form a silicon-containing polycyclic aromatic polymer. Prepare the spun polymer.

メソフェーズ多環状芳香族化合物(2)の使用割合は前
駆重合体(1) 100部当たり5〜50000部であ
ることが好ましく、5部未満では、生成物におけるメソ
フェーズ含有量が不足するため、高弾性の焼成糸が得ら
れず、また、50000部より多い場合は、珪素成分の
不足のためマトリックス炭素との界面接着性、耐酸化性
に優れた無機繊維が得られな(なる。
The mesophase polycyclic aromatic compound (2) is preferably used in an amount of 5 to 50,000 parts per 100 parts of the precursor polymer (1). If it is less than 5 parts, the mesophase content in the product will be insufficient, resulting in high elasticity. If the amount is more than 50,000 parts, an inorganic fiber with excellent interfacial adhesion with matrix carbon and oxidation resistance cannot be obtained due to the lack of silicon component.

上記珪素含有多環状芳香族重合体の重量平均分子量は2
00〜11000で、融点が200〜400°Cである
The weight average molecular weight of the silicon-containing polycyclic aromatic polymer is 2
00-11000, and the melting point is 200-400°C.

第2工程: 第1工程で得られる珪素含有多環状芳香族重合体である
紡糸ポリマーを加熱溶融させて、場合によってはこれを
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、これを通常用いられる合成繊維紡糸装
置により紡糸する。
2nd step: The spinning polymer, which is a silicon-containing polycyclic aromatic polymer obtained in the 1st step, is heated and melted, and in some cases, it is filtered to remove substances that are harmful during spinning, such as microgels and impurities. This is then spun using a commonly used synthetic fiber spinning device.

紡糸する際の紡糸原液の温度は原料ポリマーの軟化温度
によって異なるが、220〜420°Cの範囲の温度が
有利である。
The temperature of the spinning dope during spinning varies depending on the softening temperature of the raw material polymer, but a temperature in the range of 220 to 420°C is advantageous.

前記紡糸装置において、必要に応じて紡糸筒を取付け、
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、及びアンモニアガスからなる群か
ら選ばれる一種以上の雰囲気とした後、巻取り速度を大
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の平均分子量、
分子量分布、分子構造によって異なるが、50〜500
0m/分の範囲であることが好ましい。
In the spinning device, a spinning tube is attached as necessary,
After setting the atmosphere in the spinning tube to one or more atmospheres selected from the group consisting of air, inert gas, hot air, hot inert gas, steam, and ammonia gas, the winding speed is increased to create a thin diameter. fibers can be obtained. The spinning speed in the melt spinning is determined by the average molecular weight of the raw materials,
Although it varies depending on the molecular weight distribution and molecular structure, 50 to 500
A range of 0 m/min is preferable.

第3工程: 第2工程で得られる紡糸繊維を張力又は無張力の作用の
もとて不融化する。
Third step: The spun fibers obtained in the second step are made infusible under tension or non-tension.

代表的な不融化方法は、紡糸繊維を酸化性雰囲気中で加
熱する方法である。不融化の温度は好ましくは50〜4
00°Cの範囲の温度である。不融化温度が過度に低い
と紡糸原糸を構成するポリマーのはしかけが起こらず、
また、この温度が過度に高いとポリマーが燃焼する。
A typical infusibility method is to heat spun fibers in an oxidizing atmosphere. The infusibility temperature is preferably 50 to 4
The temperature is in the range of 00°C. If the infusibility temperature is too low, the polymers that make up the spinning filament will not form.
Also, if this temperature is too high, the polymer will burn.

不融化の目的は、紡糸繊維を構成するポリマーを三次元
構造の不融・不溶のはしかけ状態にし、次工程の焼成の
際に熔融せず、且つ隣接した繊維と融着しないようにす
ることである。不融化の際の酸化性雰囲気を構成するガ
スとしては、空気、オゾン、酸素、塩素ガス、臭素ガス
、アンモニアガス、及びこれらの混合ガスが挙げられる
The purpose of infusibility is to make the polymer that makes up the spun fibers into a three-dimensional structure that is infusible and insoluble, so that it does not melt during the next firing process and does not fuse with adjacent fibers. It is. Gases constituting the oxidizing atmosphere during infusibility include air, ozone, oxygen, chlorine gas, bromine gas, ammonia gas, and mixed gases thereof.

上記とは別の不融化方法として、紡糸繊維に酸化性雰囲
気あるいは非酸化性雰囲気で、張力あるいは無張力で必
要に応じて低温加熱しながら、T線照射、あるいは電子
線照射して不融化する方法も採用することができる。
As an infusible method different from the above, spun fibers are infusible by T-ray irradiation or electron beam irradiation in an oxidizing or non-oxidizing atmosphere, under tension or no tension, while heating at a low temperature as necessary. method can also be adopted.

このγ線あるいは電子線を照射する目的は、紡糸繊維を
形成するポリマーを、さらに重合させることによって、
紡糸原糸が融解し、繊維形状を失うことを防ぐことにあ
る。
The purpose of irradiating with gamma rays or electron beams is to further polymerize the polymer that forms the spun fibers.
The purpose is to prevent the spun yarn from melting and losing its fiber shape.

γ線あるいは電子線の照射線量は106〜1010ラン
ドが適当である。
The appropriate dose of gamma rays or electron beams is 106 to 1010 rand.

照射は真空、不活性ガス雰囲気下、あるいは空気、オゾ
ン、酸素、塩素ガス、臭素ガス、アンモニアガス及びこ
れらの混合ガスのような酸化性ガス雰囲気で行うことが
できる。
Irradiation can be carried out in a vacuum, an inert gas atmosphere, or an oxidizing gas atmosphere such as air, ozone, oxygen, chlorine gas, bromine gas, ammonia gas, and mixtures thereof.

照射による不融化は室温で行うこともでき、必要であれ
ば50〜200°Cの温度範囲で加熱しながら行うこと
によって不融化をより短時間で達成させることもできる
Infusibility by irradiation can be carried out at room temperature, and if necessary, infusibility can be achieved in a shorter time by heating in the temperature range of 50 to 200°C.

不融化は、無張力下で行うと、前記紡糸繊維は収縮のた
め波状の形を呈するようになるが、次工程の焼成工程で
矯正できる場合もあり、張力は必ずしも必要ないが、張
力を作用させる場合には、その張力の大きさは不融化時
に紡糸繊維が収縮して波状となることを少なくとも防止
できる以上の張力を作用させると良い結果が得られる。
If infusibility is carried out without tension, the spun fibers will shrink and take on a wavy shape, but this can sometimes be corrected in the next firing process, and tension is not necessarily required. In this case, good results can be obtained if the tension is greater than that which can at least prevent the spun fibers from shrinking and becoming wavy during infusibility.

不融化の際に、作用させる張力としては、1〜500 
g/■2の範囲が好ましく、Ig/++oa2以下の張
力を作用させても繊維をたるませないような緊張を与え
ることができず、500 g /m”以上の張力を作用
させると繊維が切断することがある。
The tension to be applied during infusibility is 1 to 500
The range of g/■2 is preferable; even if a tension of less than Ig/++oa2 is applied, it is not possible to apply tension that will not cause the fibers to slack, and if a tension of more than 500 g/m" is applied, the fibers will break. There are things to do.

第4工程: 第3工程で得られる不融化糸を、真空あるいは不活性ガ
ス雰囲気中で800〜3000 ’Cの範囲の温度で焼
成することによって、主として炭素、珪素、酸素からな
る無機繊維1が得られる。
Fourth step: By firing the infusible yarn obtained in the third step at a temperature in the range of 800 to 3000'C in a vacuum or inert gas atmosphere, the inorganic fiber 1 mainly consisting of carbon, silicon, and oxygen is formed. can get.

焼成工程において、張力を作用させることは必ずしも必
要ないが0.001〜100Kg/Wl”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
の高い無機繊維を得ることができる。
In the firing process, it is not necessarily necessary to apply tension, but high-temperature firing while applying tension in the range of 0.001 to 100 Kg/Wl'' makes it possible to obtain high-strength inorganic fibers with less bending.

加熱過程において、約700°Cから無機化が激しくな
り、約800℃でほぼ無機化が完了するものと推定され
る。従って、焼成は、800°C以上の温度で行うこと
が好ましい。また、3000”Cより高い温度を得るに
は高価な装置を必要とするため3000″Cより高温で
の焼成は、コスト面からみて実際的でない。
In the heating process, it is estimated that mineralization becomes intense from about 700°C and is almost completed at about 800°C. Therefore, the firing is preferably performed at a temperature of 800°C or higher. Further, since obtaining a temperature higher than 3000''C requires expensive equipment, firing at a higher temperature than 3000''C is not practical from a cost standpoint.

なお、本発明の無機繊維中の珪素の分布状態は、焼成時
の雰囲気や原料中のメソフェーズの大きさ、濃度によっ
ても制御することができる。例えば、メソフェーズを大
きく成長させた場合、珪素含有ポリマーは繊維表面相に
押し出され易く、焼成後繊維表面に珪素に富む層を生成
させることができる。
The distribution state of silicon in the inorganic fiber of the present invention can also be controlled by the atmosphere during firing and the size and concentration of mesophase in the raw material. For example, when the mesophase is grown to a large size, the silicon-containing polymer is easily extruded into the fiber surface phase, and a silicon-rich layer can be formed on the fiber surface after firing.

無機繊維■は以下の第1工程〜第4工程で製造すること
ができる。
Inorganic fiber (1) can be produced in the following steps 1 to 4.

第1工程: 無機繊維l製造の第1工程の前駆重合体(1)の調製方
法と同様にして、有機珪素重合体とと・ンチより前駆重
合体(1)が調製される。
First step: A precursor polymer (1) is prepared by mixing with an organic silicon polymer in the same manner as the method for preparing the precursor polymer (1) in the first step of producing inorganic fibers.

次に、前駆重合体(1)と式MX、で示される遷移金属
化合物とを100〜500 ’Cの範囲の温度で反応さ
せランダム共重合体(3)を調製する。
Next, the precursor polymer (1) and the transition metal compound represented by the formula MX are reacted at a temperature in the range of 100 to 500'C to prepare a random copolymer (3).

上記MX、において、MはTi、Zr及びHfから選択
される少なくとも一種の元素であり、Xは縮合により、
Mが前駆重合体(1)の珪素と直接あるいは酸素原子を
介して結合し得るものであればよく、特に規定はないが
、ハロゲン原子、アルコキシ基又はβ−ジケトンのよう
な錯体形成基が好ましい。
In the above MX, M is at least one element selected from Ti, Zr and Hf, and X is formed by condensation,
M may be anything as long as it can be bonded directly or via an oxygen atom to the silicon of the precursor polymer (1), and is preferably a halogen atom, an alkoxy group, or a complex-forming group such as β-diketone, although there is no particular limitation. .

上記反応温度が過度に低いと、前駆重合体(1)と式M
X、との縮合反応が進行せず、反応温度が過度に高いと
、Mを介した前駆重合体(1)の架橋反応が過度に進行
しゲル化が起こったり、前駆重合体(1)自体が縮合し
高分子量化したり、あるいは、場合によってはM X 
4が揮散し好ましくない。
If the above reaction temperature is too low, the precursor polymer (1) and the formula M
If the condensation reaction with may be condensed and have a high molecular weight, or in some cases M
4 volatilizes, which is not preferable.

−例として、MがTiで、Xが0C4Hqの場合、反応
温度は200〜400℃が適している。
- For example, when M is Ti and X is 0C4Hq, a suitable reaction temperature is 200-400°C.

この反応によって、前駆重合体(1)の珪素原子の少な
くとも一部を金属Mと直接あるいは酸素原子を介して結
合させたランダム共重合体(3)が調製される。
Through this reaction, a random copolymer (3) in which at least some of the silicon atoms of the precursor polymer (1) are bonded to the metal M directly or via oxygen atoms is prepared.

金属Mは前駆重合体(1)の珪素原子に−MX、あるい
は一〇−MXIのような結合様式で側鎖状に結合するこ
ともできるし、前駆重合体(1)の珪素原子に直接又は
酸素を介して架橋した結合様式もとり得る。
The metal M can be bonded to the silicon atom of the precursor polymer (1) in the form of a side chain in a bonding mode such as -MX or 10-MXI, or can be bonded directly to the silicon atom of the precursor polymer (1) or A bonding mode in which the bond is cross-linked via oxygen may also be used.

ランダム共重合体(3)を調製する方法としては、前述
の方法以外に、有機珪素重合体とMX、を反応させ、得
られた生成物にピンチをさらに反応させて調製する方法
も可能である。
As a method for preparing the random copolymer (3), in addition to the above-mentioned method, it is also possible to prepare the random copolymer (3) by reacting an organosilicon polymer with MX and further reacting the resulting product with a pinch. .

第1工程においては最後にランダム共重合体(3)とメ
ソフェーズ多環状芳香族化合物(2)を加熱反応及び/
又は加熱溶融して、金属含有多環状芳香族重合体を調製
する。
In the first step, the random copolymer (3) and the mesophase polycyclic aromatic compound (2) are heated and/or
Alternatively, a metal-containing polycyclic aromatic polymer is prepared by heating and melting.

メソフェーズ多環状芳香族化合物(2)は、無機繊維■
製造の第1工程に記載の調製方法と同様にして調製され
る。
Mesophase polycyclic aromatic compound (2) is an inorganic fiber ■
It is prepared in the same manner as the preparation method described in the first step of production.

メソフェーズ多環状芳香族化合物(2)は、融点が20
0〜400℃の範囲にあり、また、重量平均分子量が2
00〜10000である。
The mesophase polycyclic aromatic compound (2) has a melting point of 20
The temperature range is from 0 to 400℃, and the weight average molecular weight is 2.
00 to 10000.

メソフェーズ多環状芳香族化合物の中でも、20〜10
0%、特に40〜100%の光学的異方性度を有し、3
0〜100%のベンゼン、トルエン、キシレン又はテト
ラヒドロフランに対する不溶分を含むものが、機械的性
能の優れた無機繊維■を得るために好ましい。
Among mesophase polycyclic aromatic compounds, 20 to 10
0%, especially 40-100% optical anisotropy, 3
Those containing 0 to 100% of insoluble matter in benzene, toluene, xylene or tetrahydrofuran are preferred in order to obtain inorganic fibers (1) with excellent mechanical performance.

メソフェーズ多環状芳香族化合物(2)の使用割合はラ
ンダム共重合体(3) 100部当たり5〜50000
部、より好ましくは5〜10000部であり、5部未満
では、生成物におけるメソフェーズ含有量が不足するた
め、高弾性の焼成糸が得られず、また、50000部よ
り多い場合は、珪素成分の不足のため、マトリックスに
対する濡れ性、耐酸化性に優れた無機繊維が得られなく
なる。
The usage ratio of the mesophase polycyclic aromatic compound (2) is 5 to 50,000 per 100 parts of the random copolymer (3).
parts, more preferably 5 to 10,000 parts; if it is less than 5 parts, the mesophase content in the product will be insufficient, making it impossible to obtain a highly elastic fired yarn; if it is more than 50,000 parts, the silicon component will be Due to the shortage, inorganic fibers with excellent matrix wettability and oxidation resistance cannot be obtained.

ランダム共重合体(3)とメソフェーズ多環状芳香族化
合物(2)とを200〜500°Cの温度範囲で加熱溶
融及び/又は加熱反応させることにより、ランダム共重
合体(3)の少なくとも一部がメソフェーズ多環状芳香
族化合物(2)と結合した金属含有多環状芳香族重合体
が得られる。ただし、ここで言う結合とは、珪素と多環
状芳香族化合物の炭素との化学結合及び/又はランダム
共重合体(3)中の珪素と化学結合した多環状芳香族環
部分とメソフェーズ多環状芳香族化合物との間のファン
デルワールス結合等の物理的結合を意味する。
At least a portion of the random copolymer (3) is melted and/or heated and reacted with the random copolymer (3) and the mesophase polycyclic aromatic compound (2) in a temperature range of 200 to 500°C. A metal-containing polycyclic aromatic polymer in which is combined with the mesophase polycyclic aromatic compound (2) is obtained. However, the bond mentioned here refers to a chemical bond between silicon and carbon of a polycyclic aromatic compound, and/or a polycyclic aromatic ring moiety chemically bonded to silicon in the random copolymer (3) and a mesophase polycyclic aromatic compound. It means a physical bond such as a van der Waals bond between a group compound.

上記溶融混合温度が200°Cより低いと不融部分が生
じ、糸が不均一となり、無機繊維の強度、弾性率に悪影
響を及ぼし、また、溶融混合温度が500°Cより高い
と縮合反応が激しく進行し、生成重合体が高融点となり
、重合体の紡糸が著しく困難となる。
If the above melt-mixing temperature is lower than 200°C, unmelted portions will occur, making the yarn non-uniform and having a negative effect on the strength and elastic modulus of the inorganic fibers.If the melt-mixing temperature is higher than 500°C, the condensation reaction will occur. The process progresses violently, and the resulting polymer has a high melting point, making it extremely difficult to spin the polymer.

金属含有多環状芳香族重合体を調製する方法としては、
前述の方法以外に、有機珪素重合体とピッチを反応させ
、得られた生成物にメソフェーズピッチとMX、を同時
に又は順次添加し、さらに反応させて調製する方法も可
能である。
As a method for preparing a metal-containing polycyclic aromatic polymer,
In addition to the above-mentioned method, it is also possible to prepare a product by reacting an organosilicon polymer and pitch, adding mesophase pitch and MX simultaneously or sequentially to the resulting product, and further reacting.

金属含有多環状芳香族重合体の重量平均分子量は200
〜11000で、融点が200〜400°Cである。
The weight average molecular weight of the metal-containing polycyclic aromatic polymer is 200
~11,000 and a melting point of 200-400°C.

第2工程: 第1工程で得られる金属含有多環状芳香族重合体である
紡糸ポリマーを前記した無機繊維I製造の第2工程と同
様にして紡糸する。
Second step: The spinning polymer, which is a metal-containing polycyclic aromatic polymer obtained in the first step, is spun in the same manner as in the second step of producing inorganic fiber I described above.

第3工程: 第2工程で得られる紡糸繊維を前記した無機繊維I製造
の第3工程と同様にして不融化する。
Third step: The spun fiber obtained in the second step is made infusible in the same manner as in the third step of producing inorganic fiber I described above.

第4工程: 第3工程で得られる不融化糸を、前記した無機繊維■製
造の第4工程と同様にして焼成することによって、主と
して炭素、M、珪素、酸素からなる無機繊維IIが得ら
れる。
4th step: By firing the infusible yarn obtained in the 3rd step in the same manner as in the 4th step of producing inorganic fibers ① described above, inorganic fibers II mainly consisting of carbon, M, silicon, and oxygen are obtained. .

なお、無機繊維IIの構成成分C)であるSi−M−C
−0物質の形態は、第1工程乃至第4工程で採用される
製造条件によって決定される。−船釣に言えば、第4工
程での焼成温度が例えば1000°Cより低い場合、S
i、M、C20からなる非晶質より実質的に構成される
In addition, Si-M-C which is the constituent component C) of the inorganic fiber II
The form of the -0 substance is determined by the manufacturing conditions employed in the first to fourth steps. - In terms of boat fishing, if the firing temperature in the fourth step is lower than 1000°C, S
It is substantially composed of amorphous material consisting of i, M, and C20.

一方、第4工程での焼成温度が例えば1700℃以上の
場合、実質的にβ−SiC,MC1β−SiCとMCの
固溶体及びMC,、(ただし、0<x<1)からなる粒
径500Å以下の超微粒子及びSiOx(ただし、0<
y≦2)、MOz(ただし、O<Z≦2)からなる非晶
質からなる集合体より実質的に構成される。
On the other hand, when the firing temperature in the fourth step is, for example, 1700°C or higher, the particle size is 500 Å or less, which is substantially composed of β-SiC, MC1, a solid solution of β-SiC and MC, and MC, (where 0<x<1). ultrafine particles and SiOx (however, 0<
y≦2) and MOz (where O<Z≦2).

上記温度の中間では、各集合体の混合系より構成されて
いる。また、無機繊維中の酸素量は、例えば第1工程に
おけるMX、の添加比率又は第3工程における不融化条
件により制御することができる。
At an intermediate temperature, the system is composed of a mixed system of each aggregate. Further, the amount of oxygen in the inorganic fibers can be controlled, for example, by the addition ratio of MX in the first step or the infusibility conditions in the third step.

また、構成成分C)の分布状態は、焼成時の雰囲気や原
料中のメソフェーズの大きさ、濃度によっても制御する
ことができる。例えば、メソフェーズを大きく成長させ
た場合、構成成分C)は繊維表面相に押し出されやすく
なる。
Further, the distribution state of component C) can also be controlled by the atmosphere at the time of firing and the size and concentration of mesophase in the raw material. For example, when the mesophase is grown to a large size, component C) is easily extruded into the fiber surface phase.

本発明において上記無機繊維■及び/または無機繊維■
と共にハイブリッド繊維を構成する繊維は、炭素繊維、
ガラス繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、窒化珪素繊維
、炭化珪素繊維、カーボンを芯線とする炭化珪素繊維及
びSi−M−C−0繊維(MはTi又はZrを示す。)
から選択される。
In the present invention, the above-mentioned inorganic fiber (■) and/or inorganic fiber (■)
The fibers that together make up the hybrid fiber include carbon fiber,
Glass fibers, boron fibers, alumina fibers, silicon nitride fibers, silicon carbide fibers, silicon carbide fibers with a carbon core, and Si-M-C-0 fibers (M represents Ti or Zr).
selected from.

上記のSi−M−C−0繊維は、 (i)Si、M、C1及びOから実質的になる非晶質、
又は (ii )実質的にβ−SiC,MC,β−SiCとM
Cの固溶体及びM C+−xの粒径が500Å以下の各
結晶質超微粒子、及び非晶質のSiO□とMo2からな
る集合体、又は (ii)上記(i)の非晶質と上記(ii )の結晶質
超微粒子集合体の混合系、 (ただし、上式中のMはTi又はZrを示し、0<x<
1を示す) からなる無機繊維である。この無機繊維は、例えば、特
公昭60−1405号公報、同58−5286号公報、
同60−20485号公報、同5944403号公報に
記載の方法によって調製することができる。
The above Si-M-C-0 fibers are (i) amorphous consisting essentially of Si, M, C1 and O;
or (ii) substantially β-SiC, MC, β-SiC and M
A solid solution of C and each crystalline ultrafine particle having a particle size of 500 Å or less of M C+-x, and an aggregate consisting of amorphous SiO ii) A mixed system of crystalline ultrafine particle aggregates, (where M in the above formula represents Ti or Zr, and 0<x<
1) is an inorganic fiber consisting of This inorganic fiber is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 60-1405, Japanese Patent Publication No. 58-5286,
It can be prepared by the method described in JP 60-20485 and JP 5944403.

本発明において強化材として用いる繊維は繊維そのもの
を単軸方向、多軸方向に配合させる方法、あるいは平織
、朱子織、模紗織、綾織、からみ織、らせん織、三次元
織物などの各種織物にして使用する方法、あるいはチョ
ツプドファイバーとして使用する方法等がある。
The fibers used as reinforcing materials in the present invention can be prepared by blending the fibers themselves in a uniaxial or multiaxial direction, or by making them into various woven fabrics such as plain weave, satin weave, mock-satin weave, twill weave, leno weave, spiral weave, and three-dimensional weave. There are two methods: using it as a chopped fiber, and using it as chopped fiber.

ハイブリッド繊維中の本発明で限定した無機繊維の割合
は10体積%以上、好ましくは20体積%〜90体積%
である。10%より低いと無機繊維によるマトリックス
との間の結合強さの向上、強化効率の向上という本発明
の目的とする機械的性質の改善効果に乏しい。
The proportion of the inorganic fibers defined in the present invention in the hybrid fiber is 10% by volume or more, preferably 20% to 90% by volume.
It is. If it is less than 10%, the effect of improving the mechanical properties, which is the objective of the present invention of improving the bonding strength between the inorganic fiber and the matrix and improving the reinforcing efficiency, is poor.

ハイブリッド繊維のハイブリッド状態を形態別にみると
(1)ある種の繊維の層と別種の繊維の層を積層した層
間ハイブリッド(2)一つの層の中ですてにハイプリン
ト化されている層内ハイブリッドの2種類が基本で、(
3)それらの組合せがある。組合せの主な型は以下の6
種である。
Looking at the hybrid state of hybrid fibers by form: (1) interlayer hybrid, in which a layer of one type of fiber is laminated with a layer of another type of fiber; (2) intralayer hybrid, in which high printing is already performed within one layer. There are two basic types, (
3) There are combinations of them. The main types of combinations are the following 6
It is a seed.

(a)単層テープの積層(層単位で異質繊維を交互に積
層したもの) (b)サンドウィッチ型(層単位で異質繊維をサンドウ
ィッチに積層したもの) (c)リプ補強 (d)混繊トウ(単繊維単位で異質の繊維をハイプリン
トしたもの) (e)混繊テープの積層(糸条単位で異質の繊維を層内
でハイブリッドしたもの) (f)混繊表層 本発明に係わるハイブリッド繊維のマトリックス中の混
合割合は10〜70体積%が好ましい。
(a) Lamination of single-layer tape (layers of different fibers are alternately layered) (b) Sandwich type (layers of different fibers are layered in a sandwich) (c) Lip reinforcement (d) Mixed fiber tow (High printing of different fibers in single fiber units) (e) Lamination of mixed fiber tape (hybridization of different fibers in yarn units within a layer) (f) Mixed fiber surface layer Hybrid fiber according to the present invention The mixing ratio in the matrix is preferably 10 to 70% by volume.

上記混合割合が10体積%より少ないとハイブリッド繊
維による補強効果が充分に発現されず、また70体積%
を超えるとマトリックスの量が少ないため、ハイブリッ
ド繊維の間隙を充分にマトリックスで充填することがで
きない。
If the above mixing ratio is less than 10% by volume, the reinforcing effect of the hybrid fibers will not be sufficiently expressed, and if the mixing ratio is less than 10% by volume,
If the amount exceeds 1, the amount of matrix is so small that the gaps between the hybrid fibers cannot be sufficiently filled with the matrix.

従来の炭素繊維に比べ本発明のハイブリッド繊維を強化
材として用いることは、以下のような利点がある。
Compared to conventional carbon fibers, the use of the hybrid fiber of the present invention as a reinforcing material has the following advantages.

即ち、複合材としての用途として、一部の面又は部分と
しての優れた特性が要求される場合、例えば、複合材表
面の耐磨耗性が要求される場合、無機繊維I及び/又は
無機繊維■とボロン繊維、アルミナ繊維、窒化珪素繊維
、炭化珪素繊維、カーボンを芯線とする炭化珪素繊維ま
たは51−MC−〇繊維とバイブリド化して用いること
が有利であり、逆に潤滑性を要求される場合、無機繊維
I及び/又は無機繊維■と炭素繊維とをハイブリッドす
ることが有利である。また、ある方向にのみ引張強度が
要求される場合、高強度炭素繊維を強度方向に配列し高
強度化し、他の方向には無機繊維■及び/又は無機繊維
■で強化することにより圧縮破壊や層間剥離を防止する
といった方法も有効である。
That is, when the use as a composite material requires excellent properties as a part or part, for example, when abrasion resistance of the surface of the composite material is required, inorganic fiber I and/or inorganic fiber It is advantageous to hybridize ■ with boron fiber, alumina fiber, silicon nitride fiber, silicon carbide fiber, carbon-core silicon carbide fiber, or 51-MC-〇 fiber; on the other hand, lubricity is required. In this case, it is advantageous to hybridize inorganic fibers I and/or inorganic fibers I and carbon fibers. In addition, when tensile strength is required only in a certain direction, high strength carbon fibers can be arranged in the strength direction to increase the strength, and in other directions reinforced with inorganic fibers ■ and/or inorganic fibers ■ to prevent compression failure. A method of preventing delamination is also effective.

次に、本発明のハイブリッド繊維強化炭素質複合材料の
製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the hybrid fiber-reinforced carbonaceous composite material of the present invention will be explained.

まず、前記ハイプリント繊維の平織、朱子織、模紗織、
綾織、らせん織物、三次元織物などの各種織物に珪素含
有多環状芳香族重合体の粉末を加え加熱プレスし成形す
る方法、前記織物に珪素含有多環状芳香族重合体の溶液
又はスラリーを含浸後、溶媒を除去、乾燥したプリプレ
グシートを加熱成形する方法、前記ハイブリッド繊維の
短繊維、又はチョツプドファイバーと珪素含有多環状芳
香族重合体を溶融混練し、プレス成形、又は射出成形等
により繊維含有成形体を製造する。
First, plain weave, satin weave, mock-sawn weave,
A method in which powder of a silicon-containing polycyclic aromatic polymer is added to various textiles such as twill weave, spiral weave, and three-dimensional weave, and then hot-pressed and shaped, after impregnating the said textile with a solution or slurry of the silicon-containing polycyclic aromatic polymer. , a method of removing the solvent and heat-forming a dried prepreg sheet, melt-kneading short fibers of the hybrid fiber or chopped fiber and a silicon-containing polycyclic aromatic polymer, and forming a fiber by press molding, injection molding, etc. A containing molded body is manufactured.

この工程において使用される珪素含有多環状芳香族重合
体は、前記無機繊維■製造第一工程において製造された
重合体をそのまま使用することができるが、繊維化する
ことが要求されないため、珪素及び炭素の構成比をいく
ぶん広範囲に設定しても差し支えない。
As the silicon-containing polycyclic aromatic polymer used in this step, the polymer produced in the first step of producing inorganic fibers can be used as it is, but since it is not required to be made into fibers, it is possible to use silicon-containing polycyclic aromatic polymers. There is no problem in setting the composition ratio of carbon in a somewhat wide range.

すなわち、前記前駆重合体(1)製造におけるピッチの
使用割合は、有機珪素重合体100部当たり10〜49
00部が好ましい。
That is, the ratio of pitch used in the production of the precursor polymer (1) is 10 to 49 parts per 100 parts of the organosilicon polymer.
00 parts is preferred.

また、繊維含有成形体の製造に当たっては、上記珪素含
有多環状芳香族重合体に、この重合体を例えば不活性ガ
ス雰囲気中、800〜1000°Cで焼成、無機化した
仮焼体粉末を混合し、使用しても差し支えない。
In addition, in producing the fiber-containing molded article, a calcined powder obtained by calcining and mineralizing this polymer at 800 to 1000°C in an inert gas atmosphere is mixed with the silicon-containing polycyclic aromatic polymer. However, there is no harm in using it.

この仮焼体粉末は、Si:0.01〜69.9%、C1
9,9〜99.9%及びO:0.01〜10%から実質
的に構成されていることが好ましい。
This calcined body powder contains Si: 0.01 to 69.9%, C1
It is preferable that the content substantially consists of 9.9% to 99.9% and O: 0.01% to 10%.

次に、上記成形体に、必要に応じて不融化処理を施す。Next, the molded body is subjected to an infusible treatment, if necessary.

不融化処理の方法は、前記無機繊維I製造第3工程の方
法をそのまま採用することができる。
As the method of infusibility treatment, the method of the third step of manufacturing the inorganic fiber I can be directly adopted.

不融化された成形体は、真空あるいは不活性ガス中で、
800〜3000°Cの範囲の温度で焼成し、無機化さ
れ、繊維強化された、炭素、珪素及び酸素からなるマト
リックスを有する複合材料が得られる。
The infusible molded body is heated in vacuum or inert gas,
Firing at a temperature in the range from 800 to 3000[deg.] C. yields a mineralized, fiber-reinforced composite material with a matrix of carbon, silicon and oxygen.

加熱過程において、約700°Cから無機化が激しくな
り、約800°Cでほぼ無機化が完了するものと推定さ
れる。従って、焼成は、800°C以上の温度で行うこ
とが好ましい。また、3000°Cより高い温度を得る
には高価な装置を必要とするため3000 ’Cより高
温での焼成は、コスト面からみて実際的でない。
It is estimated that during the heating process, mineralization becomes intense from about 700°C and is almost completed at about 800°C. Therefore, the firing is preferably performed at a temperature of 800°C or higher. Furthermore, since obtaining a temperature higher than 3000°C requires expensive equipment, firing at a higher temperature than 3000'C is not practical from a cost standpoint.

なお、本工程における無機化の昇温速度を極めて遅くす
ることや、成形体保形用治具、パウダーヘッド等の保形
手段を用いること等により、不融化工程を省略すること
もできるし、成形方法として高温ホントプレスを用いる
ことによリー工程で高密度複合材を得ることも可能であ
る。
Note that the infusibility step can be omitted by extremely slowing down the temperature increase rate for mineralization in this step, or by using a shape-retaining means such as a molded object shape-retaining jig or a powder head. It is also possible to obtain a high-density composite material in the Lee process by using a high-temperature press as a forming method.

焼成、無機化によって得られたハイプリント繊維強化炭
素質複合材料は、多少とも開気孔を含んでいるため、必
要により、前記珪素含有多環状芳香族重合体の融液、溶
液又はスラリーを含浸後必要により不融化、焼成し、無
機化することにより複合体を高密度化、高強度化するこ
とができる。
Since the high-print fiber-reinforced carbonaceous composite material obtained by calcination and mineralization contains open pores to some extent, if necessary, it may be impregnated with a melt, solution or slurry of the silicon-containing polycyclic aromatic polymer. If necessary, the composite can be made higher in density and strength by infusibility, firing, and inorganicization.

含浸は、珪素含有多環状芳香族重合体の融液、溶液又は
スラリーのいずれを用いてもさしつかえないが、微細な
開気孔への浸透を図るため、この複合材に前記重合体の
溶液又はスラリーを含浸後減圧下で微細気孔への浸透を
促進後溶媒を留去しつつ昇温し、10〜500kg/a
112に加圧することにより、前記重合体の融液を気孔
に充填させる。
Impregnation can be carried out using any of a melt, solution, or slurry of the silicon-containing polycyclic aromatic polymer; After impregnating, promote penetration into fine pores under reduced pressure, and then raise the temperature while distilling off the solvent.
By applying pressure to 112, the pores are filled with the polymer melt.

得られた含浸体は、前記した方法と同様にして、不融化
し、焼成し、無機化することができる。この操作を2〜
10回繰り返すことにより高密度、高強度なハイブリッ
ド繊維強化複合材を得ることができる。
The obtained impregnated body can be made infusible, calcined, and mineralized in the same manner as described above. Perform this operation 2~
By repeating this process 10 times, a high-density, high-strength hybrid fiber-reinforced composite material can be obtained.

(発明の効果) 本発明のハイブリッド繊維強化炭素質複合材料は、強化
繊維が高強度、高弾性であり、しかも、炭素マトリック
スとの接着性が改善されるため、高強度、高弾性で靭性
に優れた炭素質複合材料を得ることができる。また、繊
維、マトリックス中に含まれる炭化珪素成分の効果によ
り耐酸化性、耐摩耗性に優れた材料を得ることができる
(Effects of the Invention) The hybrid fiber-reinforced carbonaceous composite material of the present invention has high strength, high elasticity and toughness because the reinforcing fibers have high strength and high elasticity, and the adhesion with the carbon matrix is improved. An excellent carbonaceous composite material can be obtained. Further, due to the effects of the silicon carbide component contained in the fibers and matrix, a material with excellent oxidation resistance and wear resistance can be obtained.

従って、得られた複合材料は機械的物性、耐酸化性、耐
磨耗性に優れ、各種のブレーキ類、耐熱構造材料として
優れたものである。
Therefore, the obtained composite material has excellent mechanical properties, oxidation resistance, and abrasion resistance, and is excellent as a heat-resistant structural material for various types of brakes.

(実施例) 以下実施例によって本発明を説明する。(Example) The present invention will be explained below with reference to Examples.

参考例1(無機繊維■の製造) 51の三ロフラスコに無水キシレン2.51及びナトリ
ウム400gを入れ、窒素ガス気流下でキシレンの沸点
まで加熱し、ジメチルジクロロシラン11を1時間で滴
下した。滴下終了後、10時間加熱還流し沈澱物を生成
させた。沈澱を濾過し、メタノールついで水で洗浄して
、白色粉末のポリジメチルシラン420gを得た。
Reference Example 1 (Production of Inorganic Fiber ①) 2.51 g of anhydrous xylene and 400 g of sodium were placed in a No. 51 three-loaf flask, heated to the boiling point of xylene under a nitrogen gas stream, and dimethyldichlorosilane 11 was added dropwise over 1 hour. After the dropwise addition was completed, the mixture was heated under reflux for 10 hours to form a precipitate. The precipitate was filtered and washed with methanol and then water to obtain 420 g of white powder polydimethylsilane.

このポリジメチルシラン400gを、ガス導入管、攪拌
機、冷却器及び留出管を備えた3I2の三ロフラスコに
仕込み、攪拌しながら50d/分の窒素気流下に420
°Cで加熱処理して、留出受器に350gの無色透明な
少し粘性のある液体を得た。
400 g of this polydimethylsilane was charged into a 3I2 three-lough flask equipped with a gas inlet tube, a stirrer, a condenser, and a distillation tube, and was heated at 420 g under a nitrogen flow of 50 d/min while stirring.
After heating at °C, 350 g of a colorless and transparent slightly viscous liquid was obtained in the distillation receiver.

この液体の数平均分子量は蒸気圧浸透法で測定したとこ
ろ470であった。
The number average molecular weight of this liquid was 470 as measured by vapor pressure osmosis.

この物質の赤外線吸収スペクトルを測定したところ、6
50〜900c「1と1250cm−’にSiCH3の
吸収、2100cm−’にSi−Hの吸収、1020c
「’付近と1355cm−’にSi−CH2Siの吸収
、2900cnr’と2950cm−’にCHの吸収が
認められ、またこの物質の遠赤外線吸収スペクトルを測
定したところ、380cm−’にSi−3iの吸収が認
められることがら、得られた液状物質は、主として(S
i  CHz)結合単位及び(Si−3i)結合単位が
らなり、珪素の側鎖に水素原子及びメチル基を有する有
機珪素重合体であることが判明した。
When the infrared absorption spectrum of this substance was measured, it was found that 6
50-900c "SiCH3 absorption at 1 and 1250cm-', Si-H absorption at 2100cm-', 1020c
``Absorption of Si-CH2Si was observed near '' and 1355 cm-', absorption of CH was observed at 2900 cnr' and 2950 cm-', and when the far-infrared absorption spectrum of this material was measured, the absorption of Si-3i was observed at 380 cm-'. was observed, the obtained liquid substance was mainly composed of (S
It was found to be an organosilicon polymer consisting of i CHz) bond units and (Si-3i) bond units, and having hydrogen atoms and methyl groups in silicon side chains.

核磁気共鳴分析及び赤外線吸収分析の測定結果から、こ
の有機珪素重合体は(Si  CHz)結合単位の全数
対(Si−3i)結合単位の全数の比率がほぼ1:3で
ある重合体であることが確認された。
From the measurement results of nuclear magnetic resonance analysis and infrared absorption analysis, this organosilicon polymer is a polymer in which the ratio of the total number of (Si CHz) bond units to the total number of (Si-3i) bond units is approximately 1:3. This was confirmed.

上記有機珪素重合体300gをエタノールで処理して低
分子量物を除去して、数平均分子量が1200の重合体
40gを得た。
300 g of the above organosilicon polymer was treated with ethanol to remove low molecular weight substances to obtain 40 g of a polymer having a number average molecular weight of 1200.

この物質の赤外線吸収スペクトルを測定したところ、上
記と同様の吸収ピークが認められ、この物質は主として
(Si  CHz)結合単位及び(Si−3i)結合単
位からなり、珪素の側鎖に水素原子及びメチル基を有す
る有機珪素重合体であることが判明した。
When the infrared absorption spectrum of this material was measured, absorption peaks similar to those above were observed, and this material mainly consists of (Si CHz) bond units and (Si-3i) bond units, and has hydrogen atoms and hydrogen atoms in the side chains of silicon. It turned out to be an organosilicon polymer with methyl groups.

核磁気共鳴分析及び赤外線吸収分析の測定結果から、こ
の有機珪素重合体は(Si CHz)結合単位の全数対
(Si−3i)結合単位の全数の比率がほぼ7:1であ
る重合体であることが確認された。
From the measurement results of nuclear magnetic resonance analysis and infrared absorption analysis, this organosilicon polymer is a polymer in which the ratio of the total number of (Si CHz) bond units to the total number of (Si-3i) bond units is approximately 7:1. This was confirmed.

一方、石油留分のうち、軽油以上の高沸点物をシリカ・
アルミナ系分解触媒の存在下、500°Cの温度で流動
接触分解・精留を行い、その塔底より残渣を得た。以下
、この残渣をFCCスラリーオイルと呼ぶ。
On the other hand, among petroleum fractions, substances with a boiling point higher than that of light oil are removed using silica.
Fluid catalytic cracking and rectification were performed at a temperature of 500°C in the presence of an alumina-based cracking catalyst, and a residue was obtained from the bottom of the column. Hereinafter, this residue will be referred to as FCC slurry oil.

このFCCスラリーオイルは、元素分析の結果、炭素原
子対水素原子の原子比(C/H)が0.75で、核磁気
共鳴分析による芳香炭素率が0.55であった。
As a result of elemental analysis, this FCC slurry oil had an atomic ratio of carbon atoms to hydrogen atoms (C/H) of 0.75, and an aromatic carbon ratio of 0.55 as determined by nuclear magnetic resonance analysis.

上記FCCスラリーオイル200gを21/分の窒素ガ
ス気流下450°Cで0.5時間加熱し、同温度におけ
る留出分を留去後、残渣を200°Cにて熱時濾過を行
い、同温度における不融部を除去し、軽質骨除去ピッチ
57gを得た。
200 g of the above FCC slurry oil was heated at 450°C for 0.5 hour under a nitrogen gas flow of 21/min, and after distilling off the distillate at the same temperature, the residue was filtered while hot at 200°C. The temperature-unmeltable portion was removed to obtain 57 g of light bone-removed pitch.

この軽質骨除去ピッチは25%のキシレン不溶分を含ん
でいた。
This light bone removal pitch contained 25% xylene insolubles.

この軽質骨除去ピッチ57gに先に合成した有機珪素重
合体25g及びキシレン20dを加え、攪拌しながら昇
温し、キシレンを留去後、400°Cで6時間反応させ
51gの前駆重合体(1)を得た。
25 g of the organosilicon polymer synthesized earlier and 20 d of xylene were added to 57 g of this light bone-removed pitch, heated while stirring, distilled off the xylene, and reacted at 400°C for 6 hours to obtain 51 g of precursor polymer (1 ) was obtained.

この反応生成物は赤外線吸収スペクトル測定の結果、有
機珪素重合体中に存在するSi−H結合(I R: 2
100c+++−’)の減少、及び新たなSiC(ベン
ゼン環の炭素)結合(IR:1135C「1)の生成が
認められることより有機珪素重合体の珪素原子の一部が
多環状芳香族環と直接結合した部分を有する共重合体で
あることがわがった。
As a result of infrared absorption spectrum measurement, this reaction product was found to contain Si-H bonds (I R: 2
100c+++-') and the formation of new SiC (carbon of benzene ring) bonds (IR: 1135C'1), some of the silicon atoms of the organosilicon polymer are directly connected to the polycyclic aromatic ring. It was found that it is a copolymer with bonded moieties.

この前駆重合体(1)は、キシレン不溶部を含まず重量
平均分子量が1400で、融点が265°Cで、軟化点
が310°Cであった。
This precursor polymer (1) contained no xylene-insoluble portion, had a weight average molecular weight of 1400, a melting point of 265°C, and a softening point of 310°C.

一方、前記軽質骨除去ピッチ180gを窒素気流下、反
応により生成する軽質骨を除去しながら400°Cで8
時間線重合を行い、熱処理ピッチ97.2gを得た。
On the other hand, 180 g of the light bone removal pitch was heated at 400°C under a nitrogen stream while removing light bones generated by the reaction.
Time-line polymerization was performed to obtain 97.2 g of heat-treated pitch.

この熱処理ピンチは融点263°C1軟化点308°C
1キシレン不溶分77%、キノリンネ溶分31%を含有
しており、研磨面の偏光顕微鏡観察による光学的異方性
が75%のメソフェーズ多環状芳香族化合物(2)であ
った。
This heat treatment pinch has a melting point of 263°C and a softening point of 308°C.
It was a mesophase polycyclic aromatic compound (2) containing 77% of 1-xylene insoluble matter and 31% of quinoline-soluble matter, and had an optical anisotropy of 75% when observed with a polarizing microscope on the polished surface.

このメソフェーズ多環状芳香族化合物(2) 90 g
と前記前駆重合体(1)6.4gを混合し、窒素雰囲気
下、380℃で一時間溶融加熱し、均一な状態にある珪
素含有多環状芳香族重合体を得た。 この重合体は、融
点が267°Cで、軟化点が315°Cで、70%のキ
シレン不溶分を含んでいた。
This mesophase polycyclic aromatic compound (2) 90 g
and 6.4 g of the precursor polymer (1) were mixed and melted and heated at 380° C. for one hour in a nitrogen atmosphere to obtain a silicon-containing polycyclic aromatic polymer in a uniform state. This polymer had a melting point of 267°C, a softening point of 315°C, and contained 70% xylene insolubles.

上記高分子量物を紡糸用原料とし、ノズル径0゜15m
5の金属製ノズルを用い、360°c7−溶融紡糸を行
い、得られた紡糸原糸を、空気中、300°Cで酸化、
不融化し、更にアルゴン雰囲気中、1300°Cで焼成
を行い、直径8μmの無機繊維1を得た。
The above high molecular weight material is used as the raw material for spinning, and the nozzle diameter is 0°15m.
Melt spinning was performed at 360° C7 using a metal nozzle No. 5, and the resulting spun yarn was oxidized at 300° C. in air.
The fibers were made infusible and then fired at 1300°C in an argon atmosphere to obtain inorganic fibers 1 with a diameter of 8 μm.

この繊維は引張強度が320 kg/m+n” 、引張
弾性率26t/ma”であり、破壊面の観察よりラジア
ル構造であった。
This fiber had a tensile strength of 320 kg/m+n'' and a tensile modulus of 26 t/ma'', and was found to have a radial structure from observation of the fracture surface.

この無機繊維Iを粉砕後アルカリ溶融、塩酸処理を施し
水溶液とした後、高周波プラズマ発光分光分析を行った
結果、この無機繊維I中の珪素含有率は0.95%であ
ることがわかった。
After pulverizing this inorganic fiber I, it was melted with alkali and treated with hydrochloric acid to form an aqueous solution, and then subjected to high frequency plasma emission spectrometry analysis. As a result, the silicon content in this inorganic fiber I was found to be 0.95%.

ネ港例2(無機繊維IIの製造) 参考例1で得られた軽質分除去ピッチ57gに参考例1
で得た有機珪素重合体25g及びキシレン20戚を加え
、攪拌しながら昇温し、キシレンを留去後、400°C
で4時間反応させ57.4 gの前駆重合体(1)を得
た。
Example 2 (manufacture of inorganic fiber II) Reference example 1 was added to 57 g of the light content removed pitch obtained in reference example 1.
Add 25 g of the organosilicon polymer obtained above and 20 relatives of xylene, raise the temperature while stirring, and after distilling off the xylene, heat to 400°C.
The mixture was reacted for 4 hours to obtain 57.4 g of precursor polymer (1).

この前駆重合体(1)は赤外線吸収スペクトル測定の結
果、有機珪素重合体中に存在するSi−H結合(I R
: 2100cm−’)の減少、及び新たなSi−C(
ヘンゼン環の炭素)結合(IR:1135cm−’)の
生成が認められることより有機珪素重合体の珪素原子の
一部が多環状芳香族環の炭素と直接結合した部分を有す
る重合体であることがわかった。
As a result of infrared absorption spectrum measurement, this precursor polymer (1) was found to contain Si-H bonds (I R
: 2100 cm-') and new Si-C (
Since the formation of carbon (carbon) bonds (IR: 1135 cm-') in the Hensen's ring was observed, the organosilicon polymer was a polymer in which some of the silicon atoms were directly bonded to the carbon atoms of the polycyclic aromatic ring. I understand.

前駆重合体(1157,4gにテトラオクトキシチタン
[T i (OCs H17)4) 3.87 gのキ
シレン溶液(25%キシレン溶液15.5g)を加え、
キシレン留去後、340°Cで1時間反応させ、ランダ
ム共重合体(2) 56 gを得た。
A xylene solution (15.5 g of a 25% xylene solution) of 3.87 g of tetraoctoxytitanium [T i (OCs H17)4] was added to the precursor polymer (1157.4 g),
After xylene was distilled off, the mixture was reacted at 340°C for 1 hour to obtain 56 g of random copolymer (2).

この重合体は、キシレン不溶部を含まず重量平均分子量
は1580、融点は258°C1軟化点292°Cであ
り、キシレン可溶であった。
This polymer contained no xylene-insoluble portion, had a weight average molecular weight of 1580, a melting point of 258°C and a softening point of 292°C, and was soluble in xylene.

上記ランダム共重合体(2) 6.4 gと参考例1で
得られたメソフェーズ多環状芳香族化合物(2) 90
 gを混合、窒素雰囲気下380°Cで1時間溶融加熱
し、均一な状態にある金属含有多環状芳香族重合体を得
た。
6.4 g of the above random copolymer (2) and 90 g of the mesophase polycyclic aromatic compound (2) obtained in Reference Example 1
g were mixed and melted and heated at 380° C. for 1 hour under a nitrogen atmosphere to obtain a metal-containing polycyclic aromatic polymer in a uniform state.

この重合体の融点は264°Cで、軟化点307°C1
68%のキシレン不溶分を含んでいた。
The melting point of this polymer is 264°C and the softening point is 307°C.
It contained 68% xylene insoluble matter.

上記高分子量物を紡糸用原料とし、ノズル径0゜15髄
の金属製ノズルを用い、360°Cで溶融紡糸を行い、
得られた紡糸原糸を、空気中、300°Cで酸化、不融
化し、更にアルゴン雰囲気中、1300°Cで焼成を行
い、直径7.5μmの無機繊維を得た。
Using the above-mentioned high molecular weight material as a raw material for spinning, melt spinning was performed at 360°C using a metal nozzle with a nozzle diameter of 0° and 15 mm.
The obtained spun yarn was oxidized and made infusible in air at 300°C, and further fired at 1300°C in an argon atmosphere to obtain inorganic fibers with a diameter of 7.5 μm.

この繊維は引張強度が358kg/llll112、引
張弾性率32t/l1l1112であり、破断面の走査
型電子顕微鏡を用いた観察より、結晶層が幾重にも重な
った珊瑚様のランダムラジアル混在構造であった。
This fiber had a tensile strength of 358 kg/lll112 and a tensile modulus of 32 t/l1112, and observation of the fractured surface using a scanning electron microscope revealed that it had a coral-like random radial mixed structure with many overlapping crystal layers. .

この無機繊維を粉砕後、アルカリ溶融、塩酸処理を施し
、水溶液とした後高周波プラズマ発光分光分析(ICP
)を行った結果、珪素含有率は0゜95%、チタン含有
率は0.06%であった。
After pulverizing the inorganic fibers, they were melted with alkali and treated with hydrochloric acid to form an aqueous solution, which was then subjected to high-frequency plasma emission spectroscopy (ICP).
), the silicon content was 0.95% and the titanium content was 0.06%.

参考例3(Si−TiCO繊維の製造)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部に対しポリボロシロキサン
を3部の割合で添加し、窒素中、350°Cで熱縮合し
、式(Si−CHz)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
二側製した。このポリカルボシランに、チタンアルコキ
シドを加えて、窒素中、340°Cで架橋重合すること
により、カルボシラン単位100部と弐(Ti−C1)
のチタノキサン10部とからなるポリチタノカルボシラ
ンを得た。このポリマーを溶融紡糸し、空気中190°
Cで不融化処理し、さらに引き続いて窒素中1300°
Cで焼成して、繊維径13μ、引張強度310kg/f
lII112、弾性率16 t 7mm”  (モノフ
ィラメント法)の王として珪素、チタン、炭素及び酸素
からなるチタン元素3%含有の無機繊維を得た。得られ
た無機繊維はSi、Ti、C及びOからなる非晶質と、
β−8iC,Tic、β−SiCとTiCの固溶体及び
T 1 cl−X  (ただし、O<x<1)の粒径が
約50人の各結晶質超微粒子及び非晶質のSiO□とT
iO2からなる集合体との混合系からなるSi−Ti−
C−0繊維であった。
Reference Example 3 (Production of Si-TiCO fiber) Polyborosiloxane was added at a ratio of 3 parts to 100 parts of polydimethylsilane synthesized by dechlorination condensation of dimethyldichlorosilane with metallic sodium, and the mixture was heated at 350° in nitrogen. A polycarbosilane having a main chain skeleton mainly composed of carbosilane units of the formula (Si-CHz) and having a hydrogen atom and a methyl group on the silicon atom of the carbosilane unit was produced by thermal condensation with C. . By adding titanium alkoxide to this polycarbosilane and cross-linking polymerizing it at 340°C in nitrogen, 100 parts of carbosilane units and 2 (Ti-C1) were added.
A polytitanocarbosilane consisting of 10 parts of titanoxane was obtained. This polymer was melt-spun and spun at 190° in air.
C to infusible, and then further heated at 1300° in nitrogen.
Sintered with C, fiber diameter 13μ, tensile strength 310kg/f
lII112, elastic modulus 16t 7mm'' (monofilament method) An inorganic fiber containing 3% titanium element consisting of silicon, titanium, carbon and oxygen was obtained. Amorphous and
A solid solution of β-8iC, Tic, β-SiC and TiC, each crystalline ultrafine particle with a particle size of T 1 cl-X (O<x<1) of about 50, and amorphous SiO□ and T
Si-Ti- consisting of a mixed system with an aggregate consisting of iO2
It was C-0 fiber.

実施例1 参考例1で得た無機繊維Iと参考例3で得たSi−Ti
−C−0繊維との混繊トウ(無機繊維IとSi−Ti−
C−0繊維との体積割合は8:2であった。)より製造
した平織織物に参考例1における珪素含有多環状芳香族
重合体の30%キシレンスラリーに含浸後乾燥しブリプ
レグシ一トを作成した。このプリプレグシートより一辺
が5CIの正方形シートを切り出し、金型中に重ね、3
50″C150kg/cm2でプレスし成形体を得た。
Example 1 Inorganic fiber I obtained in Reference Example 1 and Si-Ti obtained in Reference Example 3
-Mixed fiber tow with C-0 fiber (inorganic fiber I and Si-Ti-
The volume ratio with C-0 fiber was 8:2. ) was impregnated with a 30% xylene slurry of the silicon-containing polycyclic aromatic polymer prepared in Reference Example 1, and then dried to prepare a Bripreg sheet. A square sheet with a side of 5 CI was cut out from this prepreg sheet, stacked in a mold, and
A molded article was obtained by pressing at 50''C150 kg/cm2.

この成形体を炭素粉末中に埋め、窒素気流中5’C/ 
hの昇温速度で1000°Cまで昇温し、無機繊維強化
炭素複合材料を得た。
This molded body was buried in carbon powder and 5'C/
The temperature was raised to 1000°C at a heating rate of h to obtain an inorganic fiber-reinforced carbon composite material.

この複合材料を参考例1に記載の珪素含有多環状芳香族
重合体中に埋め、オートクレーブ中、窒素雰囲気下、3
50°Cに加熱し、溶融後、減圧し、気孔中に珪素含有
多環状芳香族重合体を含浸させた後、100 kg/c
sn2で加圧含浸処理後、空気中で、5°C/hの昇温
速度で300″Cまで昇温し、不融化後、1300°C
で炭素化した。上記珪素含有多環状芳香族重合体の含浸
、炭素化をさらに3回繰り返した。
This composite material was buried in the silicon-containing polycyclic aromatic polymer described in Reference Example 1, and placed in an autoclave under a nitrogen atmosphere for 30 minutes.
After heating to 50°C and melting, the pressure is reduced to impregnate the silicon-containing polycyclic aromatic polymer into the pores, and then 100 kg/c
After pressure impregnation treatment with sn2, the temperature was raised to 300"C at a heating rate of 5 °C/h in air, and after infusibility, it was heated to 1300 °C.
It was carbonized. Impregnation and carbonization of the silicon-containing polycyclic aromatic polymer were repeated three more times.

得られた複合材の嵩密度は、1.78 g /crA、
曲げ強度34kg/II+1[12、繊維体積含有率(
Vf)は60体積%であった。
The bulk density of the obtained composite material was 1.78 g/crA,
Bending strength: 34 kg/II+1 [12, fiber volume content (
Vf) was 60% by volume.

この複合材の摩擦係数及び磨耗量を測定し、その結果を
第1表に示した。
The friction coefficient and wear amount of this composite material were measured, and the results are shown in Table 1.

比較例1 引張強度300kg/III[112、引張弾性率24
t/mm”のポリアクリロニトリル系炭素繊維の平織織
物にレゾールタイプのフェノール樹脂(明相化成■製M
RW−3000)のメタノール溶液に浸し引き上げた後
、メタノールを除去後、乾燥し、プリプレグシートを得
た。このプリプレグシートより一辺が5cmの正方形シ
ートを切り出し、金型中に重ね、200°C350kg
/cm”でプレスし、フェノール樹脂を硬化させ、成形
体を得た。この成形体を炭素粉末中に埋め、窒素気流中
5°C/hの昇温速度で1000 ’Cまで昇温し、無
機繊維強化炭素複合材料を得た。
Comparative Example 1 Tensile strength 300 kg/III [112, tensile modulus 24
t/mm" polyacrylonitrile carbon fiber plain weave fabric with resol type phenolic resin (Meisho Kasei M)
RW-3000) was dipped in a methanol solution and pulled up, the methanol was removed, and then dried to obtain a prepreg sheet. A square sheet with a side of 5 cm was cut out from this prepreg sheet, stacked in a mold, and heated to 350 kg at 200°C.
/cm" to harden the phenolic resin to obtain a molded body. This molded body was buried in carbon powder and heated to 1000'C at a heating rate of 5 °C/h in a nitrogen stream. An inorganic fiber reinforced carbon composite material was obtained.

この複合材料に参考例1に記載のメソフェーズ多環状芳
香族化合物(2)の粉末を加え、オートクレーブ中、窒
素雰囲気下、350°Cに加熱し、熔融後、減圧し、気
孔中にメソフェーズ多環状芳香族化合物(2)を含浸さ
せた後、100 kg/cm2で加圧含浸処理後、空気
中で、5”C/hの昇温速度で300°Cまで昇温し、
不融化後、1300 ”Cで炭素化した。上記メソフェ
ーズ多環状芳香族化合物(2)の含浸、炭素化をさらに
3回繰り返した。
Powder of the mesophase polycyclic aromatic compound (2) described in Reference Example 1 was added to this composite material, heated to 350°C in an autoclave under a nitrogen atmosphere, and after melting, the pressure was reduced, and the mesophase polycyclic aromatic compound (2) was added into the pores. After impregnating with the aromatic compound (2), after pressure impregnation treatment at 100 kg/cm2, the temperature was raised to 300 °C at a temperature increase rate of 5"C/h in air,
After infusibility, carbonization was performed at 1300''C. Impregnation with the mesophase polycyclic aromatic compound (2) and carbonization were repeated three more times.

得られたコンポジットの特性を第1表に示した。The properties of the obtained composite are shown in Table 1.

比較例2 参考例3に記載のSi−Ti−C−0繊維を強化材とし
た以外は比較例1と同様にして、SiTi−C−0/C
コンポジツトを製造した。このコンポジットの特性を第
1表に示した。
Comparative Example 2 SiTi-C-0/C
produced a composite. The properties of this composite are shown in Table 1.

第1表 ただし、ダイナモメータ−による磨耗量の測定条件は以
下の通りであった(相手材はいずれの場合も同複合材で
あった)。
Table 1 However, the conditions for measuring the amount of wear using a dynamometer were as follows (the mating material was the same composite material in each case).

慣性量    0.06〜0.08kgf−m−sec
”回転数   3000〜5000rpm摺動初速度 
  10〜20m/sec押付圧力     5〜10
kg/c+fl実施例2 参考例2で得た無機繊維■と引張強度570kg/鴫2
、引張弾性率30t/mm2のポリアクリロニトリル系
高強度炭素繊維に実施例1と同様の珪素含有多環状芳香
族重合体を用いて処理したテープを一方向に引き揃えた
ものを90°ずつずらして交互に積層し、以下実施例1
と同様にして複合材料を製造した。
Inertia amount 0.06~0.08kgf-m-sec
”Rotation speed 3000-5000rpm Initial sliding speed
10~20m/sec pressing pressure 5~10
kg/c+fl Example 2 Inorganic fiber ■ obtained in Reference Example 2 and tensile strength 570 kg/Shi2
A tape made of polyacrylonitrile-based high-strength carbon fiber with a tensile modulus of 30 t/mm2 treated with the same silicon-containing polycyclic aromatic polymer as in Example 1 was pulled in one direction and shifted by 90 degrees. Layered alternately, Example 1 below
A composite material was produced in the same manner.

得られた複合材料の繊維体積含有率(■、)は、無機繊
維IIが20体積%、炭素繊維が20体積%、合計40
体積%であった。
The fiber volume content (■,) of the obtained composite material was 20% by volume for inorganic fiber II and 20% by volume for carbon fiber, a total of 40%.
It was % by volume.

この複合材料の炭素繊維強化方向の引張強度は62kg
/+n+n”無機繊維■強化方向の曲げ強度は41kg
/an2であり、強化方向により特異性のある材料であ
った。
The tensile strength of this composite material in the carbon fiber reinforcement direction is 62 kg.
/+n+n” inorganic fiber ■Bending strength in reinforcement direction is 41kg
/an2, and it was a material with specificity depending on the direction of reinforcement.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 無機繊維 I 、無機繊維II、炭素繊維、ガラス繊維、ボ
ロン繊維、アルミナ繊維、窒化珪素繊維、炭化珪素繊維
、カーボンを芯線とする炭化珪素繊維及びSi−M−C
−O繊維(MはTi又はZrを示す。)からなる群から
選ばれた少なくとも二種の繊維からなり、かつ該繊維の
構成成分として無機繊維 I 、無機繊維IIの少なくとも
一方を含むハイブリッド繊維を強化材とし、無機物質を
マトリックスとするハイブリッド繊維強化炭素材料にお
いて、 上記無機繊維 I が、珪素含有多環状芳香族重合体から
得られる無機繊維であって、その構成成分が i)該重合体を構成するメソフェーズ状態にある多環状
芳香族化合物から導かれるラジアル構造、オニオン構造
、ランダム構造、コアラジアル構造、スキンオニオン構
造及びモザイク構造からなる群から選ばれる少なくとも
一種の結晶配列状態を示す炭素質、 ii)該重合体を構成する光学的等方性の多環状芳香族
化合物から導かれる、無配向状態の結晶質炭素及び/又
は非晶質炭素、及び iii)Si、C及びOから実質的になる非晶質相及び
/又は粒径が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_x(0<x≦2)からなる集合体であり、 構成元素の割合が、Si;30〜70重量%C;20〜
60重量%及びO;0.5〜10重量%であるSi−C
−O物質 よりなる無機繊維であり、 前記無機繊維IIがチタン、ジルコニウム及びハフニウム
からなる群から選ばれる少なくとも一種類の元素及び珪
素を含有する多環状芳香族重合体から得られる無機繊維
であって、その構成成分が、a)該重合体を構成するメ
ソフェーズ状態にある多環状芳香族化合物から導かれる
ラジアル構造、オニオン構造、ランダム構造、コアラジ
アル構造、スキンオニオン構造及びモザイク構造からな
る群から選ばれる少なくとも一種の結晶配列状態を示す
炭素質、 b)該重合体を構成する光学的等方性の多環状芳香族化
合物から導かれる、無配向状態の結晶質炭素及び/又は
非晶質炭素、及び c)(1)Si、M、C及びOから実質的になる非晶質
物質、及び/又は 2実質的にβ−SiC、MC、β−SiCとMCの固溶
体及びMC_1_−_xからなる粒径が500Å以下の
結晶超微粒子と、非晶質のSiO_y及びMO_zとの
集合体であり 構成元素の割合がSi;5〜70重量%、M;0.5〜
45重量%、C;20〜40重量%及びO;0.01〜
30重量%である、Si−M−C−O物質(上記式中、
MはTi、Zr及びHfから選択される少なくとも一種
の元素であり、0<x<1、0<y≦2、0<z≦2で
ある。) よりなる無機繊維であって、 前記無機物質が珪素含有多環状芳香族重合体から得られ
る無機物質であって、その構成成分が、i)該重合体を
構成するメソフェーズ状態にある多環状芳香族化合物か
ら導かれる結晶質炭素、又は結晶質炭素と非晶質炭素、 ii)該重合体を構成する光学的等方性の多環状芳香族
化合物から導かれる、無配向状態の結晶質炭素及び/又
は非晶質炭素、及び iii)Si、C及びOから実質的になる非晶質相及び
/又は粒径が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_x(0<x≦2)
からなる集合体であり、構成元素の割合がSi;30〜
70重量%、C;20〜60重量%及びO;0.5〜1
0重量%であるSi−C−O物質 よりなる炭素質無機物質であることを特徴とするハイブ
リッド繊維強化炭素質複合材料。
[Claims] Inorganic fibers I, inorganic fibers II, carbon fibers, glass fibers, boron fibers, alumina fibers, silicon nitride fibers, silicon carbide fibers, silicon carbide fibers having a carbon core, and Si-M-C
- A hybrid fiber consisting of at least two types of fibers selected from the group consisting of O fibers (M represents Ti or Zr) and containing at least one of inorganic fiber I and inorganic fiber II as a constituent component of the fiber. In a hybrid fiber-reinforced carbon material having an inorganic substance as a reinforcing material and a matrix, the inorganic fiber I is an inorganic fiber obtained from a silicon-containing polycyclic aromatic polymer, and the constituent components thereof are i) the polymer; Carbonaceous material exhibiting at least one type of crystal orientation state selected from the group consisting of a radial structure, an onion structure, a random structure, a core radial structure, a skin onion structure, and a mosaic structure derived from a polycyclic aromatic compound in a mesophase state; ii) non-oriented crystalline carbon and/or amorphous carbon derived from the optically isotropic polycyclic aromatic compound constituting the polymer; and iii) substantially composed of Si, C and O. It is an amorphous phase and/or an aggregate consisting of crystalline ultrafine particles substantially made of β-SiC with a particle size of 500 Å or less and amorphous SiO_x (0<x≦2), and the ratio of constituent elements is However, Si; 30-70% by weight C; 20-70% by weight
Si-C which is 60% by weight and O; 0.5-10% by weight
-O substance, wherein the inorganic fiber II is an inorganic fiber obtained from a polycyclic aromatic polymer containing silicon and at least one element selected from the group consisting of titanium, zirconium, and hafnium. , the constituent components of which are selected from the group consisting of a) a radial structure, an onion structure, a random structure, a core radial structure, a skin onion structure, and a mosaic structure derived from a polycyclic aromatic compound in a mesophase state constituting the polymer; b) non-oriented crystalline carbon and/or amorphous carbon derived from an optically isotropic polycyclic aromatic compound constituting the polymer; and c) (1) an amorphous material consisting essentially of Si, M, C and O, and/or 2 particles consisting essentially of β-SiC, MC, a solid solution of β-SiC and MC, and MC_1_-_x It is an aggregate of crystalline ultrafine particles with a diameter of 500 Å or less and amorphous SiO_y and MO_z, and the proportion of the constituent elements is Si: 5 to 70% by weight, M: 0.5 to
45% by weight, C: 20-40% by weight and O: 0.01-
30% by weight of Si-M-C-O material (in the above formula:
M is at least one element selected from Ti, Zr, and Hf, and satisfies 0<x<1, 0<y≦2, and 0<z≦2. ), wherein the inorganic substance is an inorganic substance obtained from a silicon-containing polycyclic aromatic polymer, the constituent components of which are i) a polycyclic aromatic substance in a mesophase state constituting the polymer; ii) crystalline carbon derived from a group compound, or crystalline carbon and amorphous carbon; ii) non-oriented crystalline carbon derived from an optically isotropic polycyclic aromatic compound constituting the polymer; / or amorphous carbon, and iii) an amorphous phase consisting essentially of Si, C and O and/or crystalline ultrafine particles consisting essentially of β-SiC with a particle size of 500 Å or less; SiO_x (0<x≦2)
It is an aggregate consisting of Si, and the proportion of the constituent elements is Si; 30 ~
70% by weight, C: 20-60% by weight and O: 0.5-1
A hybrid fiber-reinforced carbonaceous composite material characterized in that it is a carbonaceous inorganic material consisting of a Si-C-O material of 0% by weight.
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