JPH0476360B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0476360B2 JPH0476360B2 JP27255888A JP27255888A JPH0476360B2 JP H0476360 B2 JPH0476360 B2 JP H0476360B2 JP 27255888 A JP27255888 A JP 27255888A JP 27255888 A JP27255888 A JP 27255888A JP H0476360 B2 JPH0476360 B2 JP H0476360B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sic whiskers
- resin
- temperature
- film
- graphite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、SiCウイスカーの表面に黒鉛の薄層
被膜を形成する方法に関する。 〔従来の技術〕 SiCウイスカーは金属、プラスチツクなどの複
合強化材として実用されているが、セラミツク材
料の最大の欠点である破壊靭性を改善するための
複合化研究も盛んにおこなわれている。 SiCウイスカーの複合化による破壊靭性の向上
は、セラミツク材料中に分散する高弾性で微小繊
維質のSiCウイスカーが、発生するクラツクを停
止、抑制もしくは進行方向を屈曲させて応力の集
中を緩和し、同時にその引き抜き効果によつてク
ラツク先端でのエネルギーを吸収する働きをなす
ことによつてもたらされるものとされている。 したがつて、マトリツクスとなるセラミツク材
料と複合化するSiCウイスカーの界面における結
合力が余りに高いと、上記の効果が減殺されて破
壊靭性の改善が円滑に進まない結果を招く。とこ
ろが、SiCウイスカーをそのまま複合化するとセ
ラミツクマトリツクスとの界面結合力が著しく強
くなりやすい。 このため、SiCウイスカーの表面に炭素の被膜
を形成することによつてセラミツクマトリツクス
との界面結合力を緩和する試みがなされており、
本出願人もすでに開発技術を提案している（特願
昭62−157520号）。 〔発明が解決しようとする課題〕 上記の特願昭62−157520号による炭素被膜の形
成方法は、SiCウイスカーの表面に熱硬化性樹脂
の薄層を被着したのち、非酸化性雰囲気中で800
〜1200℃に焼成炭化することを構成要旨とするも
ので、引き抜き効果のために有効な表面改質をお
こなうことができる。しかし、この炭素被膜を黒
鉛に転化することができれば、界面の滑りが良く
なつて、一層、引き抜き効果の向上を図ることが
可能となる。 通常、炭素を黒鉛に転化するためには2500℃を
越える高熱処理が必要であり、とくに上記の先願
発明により形成されるようなガラス状カーボン質
の炭素被膜は難黒鉛化性であつて、容易には黒鉛
の結晶構造に移行しないことが知られている。し
たがつて、SiCウイスカーの変質を伴わない2000
℃以下の温度域で、黒鉛の被膜を形成することは
技術的に不可能とされていた。 ところが、発明者らは先願発明の周辺技術を開
発する研究過程で、この特願昭62−157520号発明
によつて形成した炭素被膜に限つて1500〜1800℃
の温度域でも黒鉛被膜に転化するという驚くべき
事実を解明した。 本発明は、上記の知見に基づいて開発されたも
ので、その目的は従来技術で不可能とされていた
低温度の熱処理により黒鉛被膜を形成することの
できるSiCウイスカーへの黒鉛被膜形成法を提供
するところにある。 〔課題を解決するための手段〕 すなわち、本発明によるSiCウイスカーへの黒
鉛被膜形成法は、熱硬化性樹脂を有機溶媒に溶解
して十分に均相化した溶液中にSiCウイスカーを
分散させ、過乾燥して有機溶媒を除去し、つい
で被着した熱硬化性樹脂を加熱硬化したのち、非
酸化性雰囲気中で1500〜1800℃の温度で処理する
ことを構成上の特徴とするものである。 SiCウイスカーとしては、直径0.1〜2μm、長さ
30〜100μmのアスペクト性状を有する針状単結晶
が使用される。 このSiCウイスカーを分散させる溶液は、熱硬
化性樹脂を有機溶媒に溶解して長時間静置し、樹
脂を構成する高分子が有機溶媒に微視的に均一な
相を形成する均相化状態とする。 熱硬化性樹脂には、フエノール系樹脂、フラン
系樹脂、ジビニルベンゼン樹脂など高炭化性のも
のが好適に用いられ、有機溶媒としては、エタノ
ール、アセトン、ベンゼン、トルエンなどが適用
される。また、溶液濃度は、熱硬化性樹脂として
1.0％以下の希薄な濃度に設定することが望まし
く、1.0％を越えると均質な樹脂の薄膜を被着す
ることが困難となる。 SiCウイスカーは、上記により作成した均相化
樹脂溶液に入れ、撹拌混合して均一に分散する。
この際、SiCウイスカーの添加量は、分散度合か
らみて50〜200ｇ／の範囲に設定することが望
ましい。 ついで、SiCウイスカーを過、乾燥して残留
する有機溶媒を揮散除去する。この段階では、
SiCウイスカーは絡み合つた集合体を呈するた
め、これをほぐし、150〜180℃の温度に加熱して
被着した樹脂層を硬化する。 樹脂膜が形成されたSiCウイスカーは、加熱炉
に移し、炉内をアルゴン、窒素などの非酸化性雰
囲気に保持した状態で1500〜1800℃の温度で処理
する。処理温度が1500℃未満では黒鉛化の移行が
十分進行せず、一方、1800℃を上廻るとSiCウイ
スカーの変質化を招く。 なお、炉の昇温は出来るだけ緩徐におこなうこ
とが良く、10℃／min程度の昇温速度に調整する
ことが望ましい。 このようにして形成される被膜は、完全な黒鉛
の性状を備える厚さ10〜70Å程度の均質薄層であ
る。 〔作 用〕 上記の工程において、SiCウイスカーの表面に
被着した熱硬化性樹脂の炭化から黒鉛化に至る過
程は次のように説明することができる。 (1) 樹脂の被膜は400℃付近から徐々に炭化しは
じめ、800〜1000℃の温度段階では、第１図に
示すようにランダムな結晶面を有する炭素膜を
形成する。 (2) 更に温度が上昇すると、基材のSiCウイスカ
ーおよび周囲の炭素被膜は熱膨張を起す。しか
し、その熱膨張はSiCウイスカーの方が遥かに
大きく、この差は炭素被膜にSiCウイスカーの
長軸方向の引つ張り応力を与え、この作用を介
して第２図に示すように結晶面が黒鉛化構造に
近づく状態に揃つてくる。 (3) そして、1500〜1800℃に至ると、第３図のよ
うに結晶面が層状に配列した完全な黒鉛構造に
転化する。 このような機構によつて、1500〜1800℃といつ
た低温処理でも黒鉛被膜の形状が実現する。 したがつて、本発明で黒鉛被膜を形成したSiC
ウイスカーを強化材として複合されたセラミツク
材料（FRC）は、引き抜き効果が高まつて破壊
靭性が著しく改善される。 〔実施例〕 フエノール樹脂〔群栄化学(株)製、“レジトツプ
PGA−4508”〕45ｇをエタノール5000ml中に溶解
（樹脂濃度0.9wt％）したのち、７日間静置してフ
エノール樹脂の高分子鎖がエタノールに均相化し
た溶液を調製した。 この溶液中にSiCウイスカー（直径0.1〜2μm、
長さ30〜100μm）500ｇを入れ、十分に撹拌混合
して分散させた。ついで、分散液を過し、得ら
れたSiCウイスカーを風乾して残留するエタノー
ルを揮散除去し、絡みをほぐして、170℃で２時
間の条件により被着樹脂を加熱硬化した。 このようにして樹脂膜を形成したSiCウイスカ
ーを高周波加熱炉に移し、炉内をアルゴンガス雰
囲気に保ち、昇温速度10℃／minで1000℃および
1600℃まで昇温しこの温度に２時間保持した。 上記の処理によつて形成された炭素質被膜（厚
さ約50Å）の黒鉛化度を調査するため、表面改質
SiCウイスカーの真比重および圧縮電気比抵抗を
測定した。その結果を表１に示した。
被膜を形成する方法に関する。 〔従来の技術〕 SiCウイスカーは金属、プラスチツクなどの複
合強化材として実用されているが、セラミツク材
料の最大の欠点である破壊靭性を改善するための
複合化研究も盛んにおこなわれている。 SiCウイスカーの複合化による破壊靭性の向上
は、セラミツク材料中に分散する高弾性で微小繊
維質のSiCウイスカーが、発生するクラツクを停
止、抑制もしくは進行方向を屈曲させて応力の集
中を緩和し、同時にその引き抜き効果によつてク
ラツク先端でのエネルギーを吸収する働きをなす
ことによつてもたらされるものとされている。 したがつて、マトリツクスとなるセラミツク材
料と複合化するSiCウイスカーの界面における結
合力が余りに高いと、上記の効果が減殺されて破
壊靭性の改善が円滑に進まない結果を招く。とこ
ろが、SiCウイスカーをそのまま複合化するとセ
ラミツクマトリツクスとの界面結合力が著しく強
くなりやすい。 このため、SiCウイスカーの表面に炭素の被膜
を形成することによつてセラミツクマトリツクス
との界面結合力を緩和する試みがなされており、
本出願人もすでに開発技術を提案している（特願
昭62−157520号）。 〔発明が解決しようとする課題〕 上記の特願昭62−157520号による炭素被膜の形
成方法は、SiCウイスカーの表面に熱硬化性樹脂
の薄層を被着したのち、非酸化性雰囲気中で800
〜1200℃に焼成炭化することを構成要旨とするも
ので、引き抜き効果のために有効な表面改質をお
こなうことができる。しかし、この炭素被膜を黒
鉛に転化することができれば、界面の滑りが良く
なつて、一層、引き抜き効果の向上を図ることが
可能となる。 通常、炭素を黒鉛に転化するためには2500℃を
越える高熱処理が必要であり、とくに上記の先願
発明により形成されるようなガラス状カーボン質
の炭素被膜は難黒鉛化性であつて、容易には黒鉛
の結晶構造に移行しないことが知られている。し
たがつて、SiCウイスカーの変質を伴わない2000
℃以下の温度域で、黒鉛の被膜を形成することは
技術的に不可能とされていた。 ところが、発明者らは先願発明の周辺技術を開
発する研究過程で、この特願昭62−157520号発明
によつて形成した炭素被膜に限つて1500〜1800℃
の温度域でも黒鉛被膜に転化するという驚くべき
事実を解明した。 本発明は、上記の知見に基づいて開発されたも
ので、その目的は従来技術で不可能とされていた
低温度の熱処理により黒鉛被膜を形成することの
できるSiCウイスカーへの黒鉛被膜形成法を提供
するところにある。 〔課題を解決するための手段〕 すなわち、本発明によるSiCウイスカーへの黒
鉛被膜形成法は、熱硬化性樹脂を有機溶媒に溶解
して十分に均相化した溶液中にSiCウイスカーを
分散させ、過乾燥して有機溶媒を除去し、つい
で被着した熱硬化性樹脂を加熱硬化したのち、非
酸化性雰囲気中で1500〜1800℃の温度で処理する
ことを構成上の特徴とするものである。 SiCウイスカーとしては、直径0.1〜2μm、長さ
30〜100μmのアスペクト性状を有する針状単結晶
が使用される。 このSiCウイスカーを分散させる溶液は、熱硬
化性樹脂を有機溶媒に溶解して長時間静置し、樹
脂を構成する高分子が有機溶媒に微視的に均一な
相を形成する均相化状態とする。 熱硬化性樹脂には、フエノール系樹脂、フラン
系樹脂、ジビニルベンゼン樹脂など高炭化性のも
のが好適に用いられ、有機溶媒としては、エタノ
ール、アセトン、ベンゼン、トルエンなどが適用
される。また、溶液濃度は、熱硬化性樹脂として
1.0％以下の希薄な濃度に設定することが望まし
く、1.0％を越えると均質な樹脂の薄膜を被着す
ることが困難となる。 SiCウイスカーは、上記により作成した均相化
樹脂溶液に入れ、撹拌混合して均一に分散する。
この際、SiCウイスカーの添加量は、分散度合か
らみて50〜200ｇ／の範囲に設定することが望
ましい。 ついで、SiCウイスカーを過、乾燥して残留
する有機溶媒を揮散除去する。この段階では、
SiCウイスカーは絡み合つた集合体を呈するた
め、これをほぐし、150〜180℃の温度に加熱して
被着した樹脂層を硬化する。 樹脂膜が形成されたSiCウイスカーは、加熱炉
に移し、炉内をアルゴン、窒素などの非酸化性雰
囲気に保持した状態で1500〜1800℃の温度で処理
する。処理温度が1500℃未満では黒鉛化の移行が
十分進行せず、一方、1800℃を上廻るとSiCウイ
スカーの変質化を招く。 なお、炉の昇温は出来るだけ緩徐におこなうこ
とが良く、10℃／min程度の昇温速度に調整する
ことが望ましい。 このようにして形成される被膜は、完全な黒鉛
の性状を備える厚さ10〜70Å程度の均質薄層であ
る。 〔作 用〕 上記の工程において、SiCウイスカーの表面に
被着した熱硬化性樹脂の炭化から黒鉛化に至る過
程は次のように説明することができる。 (1) 樹脂の被膜は400℃付近から徐々に炭化しは
じめ、800〜1000℃の温度段階では、第１図に
示すようにランダムな結晶面を有する炭素膜を
形成する。 (2) 更に温度が上昇すると、基材のSiCウイスカ
ーおよび周囲の炭素被膜は熱膨張を起す。しか
し、その熱膨張はSiCウイスカーの方が遥かに
大きく、この差は炭素被膜にSiCウイスカーの
長軸方向の引つ張り応力を与え、この作用を介
して第２図に示すように結晶面が黒鉛化構造に
近づく状態に揃つてくる。 (3) そして、1500〜1800℃に至ると、第３図のよ
うに結晶面が層状に配列した完全な黒鉛構造に
転化する。 このような機構によつて、1500〜1800℃といつ
た低温処理でも黒鉛被膜の形状が実現する。 したがつて、本発明で黒鉛被膜を形成したSiC
ウイスカーを強化材として複合されたセラミツク
材料（FRC）は、引き抜き効果が高まつて破壊
靭性が著しく改善される。 〔実施例〕 フエノール樹脂〔群栄化学(株)製、“レジトツプ
PGA−4508”〕45ｇをエタノール5000ml中に溶解
（樹脂濃度0.9wt％）したのち、７日間静置してフ
エノール樹脂の高分子鎖がエタノールに均相化し
た溶液を調製した。 この溶液中にSiCウイスカー（直径0.1〜2μm、
長さ30〜100μm）500ｇを入れ、十分に撹拌混合
して分散させた。ついで、分散液を過し、得ら
れたSiCウイスカーを風乾して残留するエタノー
ルを揮散除去し、絡みをほぐして、170℃で２時
間の条件により被着樹脂を加熱硬化した。 このようにして樹脂膜を形成したSiCウイスカ
ーを高周波加熱炉に移し、炉内をアルゴンガス雰
囲気に保ち、昇温速度10℃／minで1000℃および
1600℃まで昇温しこの温度に２時間保持した。 上記の処理によつて形成された炭素質被膜（厚
さ約50Å）の黒鉛化度を調査するため、表面改質
SiCウイスカーの真比重および圧縮電気比抵抗を
測定した。その結果を表１に示した。
【表】
て測定した。
表１の結果から、1600℃の処理例は1000℃処理
例に比べて黒鉛化が進行していることが認められ
る。。 また、1600℃処理例および1000℃処理例の表面
結晶構造を観察した透過型電子顕微鏡（TEM、
倍率150万倍）写真を、それぞれ第４図と第５図
に示した。第４図（1600℃処理例）は第５図に比
べ、明らかに表面の黒鉛結晶面が層状に配列して
いることが確認される。 次に、得られた表面改質SiCウイスカーを、粉
末焼結法を用いて窒化けい素に複合化した。その
FRCの破壊靭性および曲げ強度を測定し、表２
に示した。
表１の結果から、1600℃の処理例は1000℃処理
例に比べて黒鉛化が進行していることが認められ
る。。 また、1600℃処理例および1000℃処理例の表面
結晶構造を観察した透過型電子顕微鏡（TEM、
倍率150万倍）写真を、それぞれ第４図と第５図
に示した。第４図（1600℃処理例）は第５図に比
べ、明らかに表面の黒鉛結晶面が層状に配列して
いることが確認される。 次に、得られた表面改質SiCウイスカーを、粉
末焼結法を用いて窒化けい素に複合化した。その
FRCの破壊靭性および曲げ強度を測定し、表２
に示した。
【表】
以上のとおり、本発明によれば熱硬化性樹脂の
薄膜を1500〜1800℃という低温で処理することに
よつてSiCウイスカーの表面に黒鉛の被膜を形成
することが可能となる。したがつて、とくに炭化
けい素、炭化チタン、窒化けい素、アルミナとい
つた各種セラミツク材料に複合化することによつ
て、破壊靭性、曲げ強度等の複合性能を向上する
ことができる。
薄膜を1500〜1800℃という低温で処理することに
よつてSiCウイスカーの表面に黒鉛の被膜を形成
することが可能となる。したがつて、とくに炭化
けい素、炭化チタン、窒化けい素、アルミナとい
つた各種セラミツク材料に複合化することによつ
て、破壊靭性、曲げ強度等の複合性能を向上する
ことができる。
第１〜３図はSiCウイスカー表面の熱処理過程
における結晶面状態の模式図で、第１図は800〜
1000℃の処理段階、第２図は1000〜1500℃の処理
段階、そして第３図は1500〜1800℃の処理段階を
示すものである。 第４図は実施例による1600℃処理品の表面結晶
構造を示した透過型電子顕微鏡写真（倍率150万
倍）、第５図は比較例による1000℃処理品の表面
結晶構造を示した透過型電子顕微鏡写真（倍率
150万倍）である。 １…SiCウイスカー、２…炭素質被膜、３…結
晶面。
における結晶面状態の模式図で、第１図は800〜
1000℃の処理段階、第２図は1000〜1500℃の処理
段階、そして第３図は1500〜1800℃の処理段階を
示すものである。 第４図は実施例による1600℃処理品の表面結晶
構造を示した透過型電子顕微鏡写真（倍率150万
倍）、第５図は比較例による1000℃処理品の表面
結晶構造を示した透過型電子顕微鏡写真（倍率
150万倍）である。 １…SiCウイスカー、２…炭素質被膜、３…結
晶面。
Claims (1)
- １ 熱硬化性樹脂を有機溶媒に溶解して十分に均
相化した溶液中にSiCウイスカーを分散させ、
過乾燥して有機溶媒を除去し、ついで被着した熱
硬化性樹脂を加熱硬化したのち、非酸化性雰囲気
中で1500〜1800℃の温度で処理することを特徴と
するSiCウイスカーへの黒鉛被膜形成法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27255888A JPH02120299A (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | ＳｉＣウイスカーへの黒鉛被膜形成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27255888A JPH02120299A (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | ＳｉＣウイスカーへの黒鉛被膜形成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02120299A JPH02120299A (ja) | 1990-05-08 |
| JPH0476360B2 true JPH0476360B2 (ja) | 1992-12-03 |
Family
ID=17515581
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27255888A Granted JPH02120299A (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | ＳｉＣウイスカーへの黒鉛被膜形成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02120299A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8393244B2 (en) * | 2007-08-06 | 2013-03-12 | Shimano Inc. | Bicycle operating device |
| JP4855376B2 (ja) * | 2007-12-03 | 2012-01-18 | ブリヂストンサイクル株式会社 | ブレーキレバー調整装置 |
-
1988
- 1988-10-28 JP JP27255888A patent/JPH02120299A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02120299A (ja) | 1990-05-08 |
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