JPH0718520A - 炭化珪素繊維の製造法 - Google Patents

炭化珪素繊維の製造法

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JPH0718520A
JPH0718520A JP15644093A JP15644093A JPH0718520A JP H0718520 A JPH0718520 A JP H0718520A JP 15644093 A JP15644093 A JP 15644093A JP 15644093 A JP15644093 A JP 15644093A JP H0718520 A JPH0718520 A JP H0718520A
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JP
Japan
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fiber
silicon carbide
gas
silicon
fibers
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JP15644093A
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Kaoru Okada
薫 岡田
Keihachirou Nakajima
慶八郎 中嶋
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New Oji Paper Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】複合材料の強化繊維あるいは断熱材などとして
有用な、特に強度のすぐれた炭化ケイ素繊維の製造法を
提供する。 【構成】比表面積が100〜2500m2 /gの多孔質
炭素繊維と一酸化ケイ素ガスとを、800〜2000℃
で、反応させ炭化珪素繊維を生成させた後、前記炭化珪
素繊維を、さらに800〜2000℃で、酸化性ガスを
含むガス雰囲気中で熱処理を行うことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複合材料の強化繊維あ
るいは断熱材などとして有用な炭化珪素繊維の製造法に
関するものである。さらに詳しくは、本発明は、炭化珪
素繊維の強度向上法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来からの炭化珪素繊維の製造法として
は、有機珪素化合物を前駆体とする方法、および直径数
μmの炭素繊維やタングステン線にCVD(化学気相析
出の略)や蒸着などによって炭化珪素を被覆する方法が
ある。
【0003】前者の方法の例としては、特開昭59ー3
3681号公報に記載されているように、ジメチルジク
ロルシランから金属ナトリウムを用いて脱塩素反応によ
りポリメチルシランを合成し、更に熱分解反応によりポ
リカルボシランを合成する。得られたポリマーを溶融紡
糸し、空気中100〜190℃で加熱して熱酸化不融化
処理を行った後、不活性ガス気流中で1200〜150
0℃で焼成する方法が挙げられる。
【0004】また、後者の方法の例としては、特開昭6
0ー231820号公報に記載されるように、炭素繊維
を一酸化珪素(SiO)ガスと加熱、反応させる方法が
挙げられるが、しかしながら、この方法では炭素繊維の
ごく表面にしか炭化珪素が被覆されず、内部まで完全に
炭化珪素化された炭化珪素繊維は得られないという問題
があった。
【0005】上記の炭化珪素繊維の製造法を改善する方
法として、減圧下で多孔質炭素繊維を一酸化珪素のガス
と800〜2000℃で反応させて実質的に炭化珪素か
らなる繊維を得る方法が提案されている。この方法によ
って得られた炭化珪素繊維は強化繊維としては、強度が
十分ではないという問題点があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の炭化
珪素繊維の上記問題点を解決し、炭素繊維と一酸化珪素
(SiO)ガスとを加熱、反応させる方法による、炭化
珪素繊維の強度を向上させる手段を提供しようとするも
のである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成すべく、多孔質炭素繊維と一酸化珪素との反応
性について注目して、炭化珪素繊維の強度向上法につい
て鋭意研究した結果、上記課題を解決し得ることを見出
し、本発明に至った。すなはち本発明に係わる炭化珪素
繊維の製造法は、比表面積が100〜2500m2 /g
の多孔質炭素繊維と、一酸化珪素ガスとを、800〜2
000℃で、反応させ炭化珪素繊維を生成させた後、前
記炭化珪素繊維を、さらに800〜2000℃で熱処理
を行うことを特徴とするものである。
【0008】本発明に用いる多孔質炭素繊維の種類は特
に限定されず、細孔径が数オングストロームから数百オ
ングストロームの均一な細孔を繊維内部に多量に含み、
100〜2500m2/gの比表面積値を有する繊維径
が5〜100μmである炭素繊維から選ぶことができ
る。比表面積が100m2 /gより小さいと、内部まで
完全に炭化珪素化されずに表面が炭化珪素で被覆される
だけであり、逆に2500m2 /gより大きいと、得ら
れる炭化珪素繊維の強度が小さく取扱いが難しい。多孔
質炭素繊維のなかでもとりわけ、炭素繊維を賦活するこ
とによって得られる活性炭繊維が特に好適である。
【0009】活性炭繊維としては、例えばセルロース系
繊維,アクリロニトリル系繊維,石油ピッチ系繊維,ポ
リイミド系繊維およびフェノール系繊維を原料とし、不
活性ガス雰囲気中で200〜400℃程度に加熱して得
られる炭素繊維を、水蒸気や酸素、炭酸ガス、その他の
酸化性ガスと接触させながら、脱水炭化処理温度より高
い450〜1000℃程度まで加熱する賦活処理によっ
て得られる繊維が挙げられ、なかでも、内部まで緻密な
炭化珪素繊維を得るためには繊維径5〜20μm、比表
面積700〜2000m2 /gの活性炭繊維を用いるの
がさらに好適である。比表面積が700m2 /gより小
さいと、内部まで完全に炭化珪素化されずに表面が炭化
珪素で被覆されるだけであり、逆に2000m2 /gよ
り大きいと、得られる炭化珪素繊維の強度が小さく取扱
いが難しい。さらに、強度の大きい炭化珪素繊維を得る
ために、多孔質炭素繊維は直線状でありしかも繊維表面
が滑らかで欠陥がないもの、できるならば繊維内部にも
欠陥のないものを用いるのが望ましい。
【0010】本発明に用いる一酸化珪素ガスの供給源は
特に限定されないが、一酸化珪素,二酸化珪素の塊また
は粉末、あるいは珪素と一酸化珪素,珪素と二酸化珪素
の微粒子をよく混合したものを、10-6〜10パスカル
(以下、Paと略す)の減圧下で500℃以上に加熱す
ることにより発生する一酸化珪素ガスを用いるのが好適
である。
【0011】加熱は内熱式,外熱式または誘導加熱式の
減圧下またはガス雰囲気あるいはガス気流中で試料の焼
成が可能な縦型あるいは横型の加熱炉を用いる。炉はア
ルミナ,マグネシア,ジルコニア,ムライトまたは炭素
などの材質からなる管状または箱型炉を用いるのが好適
である。
【0012】さらに、炭化珪素は一酸化珪素ガスが多孔
質炭素繊維の細孔内に入り込み、細孔壁の炭素と反応し
て生成するため、細孔内にガスが拡散しやすいように周
囲の一酸化珪素ガス濃度は大きいほうが望ましい。特に
好適なガス濃度は真空度にして10-3〜102Paであ
る。また、加熱炉内を10Pa以上のできるだけ高い真
空度にし、800〜1700℃、中でも1000〜14
00℃に加熱するのが特に望ましい。
【0013】細孔内に拡散した一酸化珪素ガスが細孔壁
の炭素と反応するためには外からエネルギーを与える必
要があり、温度が低いと炭化珪素が生成しない。従って
炭化珪素生成のためには一酸化珪素ガスが細孔内に拡散
した後、多孔質炭素繊維および細孔内部の一酸化珪素ガ
スを加熱する必要がある。加熱方法としては内熱式,外
熱式または誘導加熱式の減圧下またはガス雰囲気あるい
はガス気流中で試料の焼成が可能な、アルミナ,マグネ
シア,ジルコニア,ムライトまたは炭素などの材質から
なる管状または箱型の縦型あるいは横型の加熱炉を用
い、真空中およびアルゴン,窒素などの不活性ガス雰囲
気中で800〜2000℃に加熱するのが望ましい。
【0014】800℃より低いと反応が不十分で内部ま
で完全に炭化珪素化されず、2000℃より高いと、生
成した炭化珪素の微粒子が成長し、折れやすく強度が低
下する。なかでも、繊維内部まで完全に緻密な炭化珪素
を生成させるためには、加熱温度は1000〜1400
℃が好適であり、さらにウィスカーの生成を押さえるた
めには、10Pa以下の真空下で反応させることが望ま
しい。昇温速度は特に限定しないが、50〜1500℃
/hrが望ましい。加熱温度における保持時間は1分〜
5時間が好ましく、特に30分〜1時間30分が最適で
ある。1分より短いと反応が不十分で内部まで完全に炭
化珪素化されず、5時間より長いと、生成した炭化珪素
の微粒子が成長し、折れやすく強度が低下する。
【0015】多孔質炭素繊維と一酸化珪素ガスを接触さ
せる方法としては、加熱炉中で上記の方法に従って一酸
化珪素ガス発生物質を加熱することにより一酸化珪素ガ
スを発生させ、反応炉中に導いて繊維と反応させてもよ
いし、一酸化珪素ガス発生物質と繊維を同じ炉内におき
双方を同時に加熱することによってガス発生と炭化珪素
生成を同時に行ってもよい。一酸化珪素ガス発生物質と
して無定型一酸化珪素を用いて同じ炉内において加熱す
る場合、その重量は多孔質炭素繊維の質量に対して2〜
30倍量の過剰量を用いるのが好ましい。この場合、加
熱炉内を10Pa以上のできるだけ高い真空度にし、8
00〜1700℃、中でも1000〜1400℃に加熱
するのが特に望ましい。
【0016】さらに、より繊維強度の大きい炭化珪素繊
維を得るためには、多孔質炭素繊維を一酸化珪素ガスと
接触させて炭化珪素を生成させる際に、繊維を緊張状態
にしておくことが望ましい。例えば、長繊維を緊張させ
たままその両端を接着剤やおもりで留めたり、長繊維の
一端を固定し他端におもりをつけて鉛直方向に下げるな
どの方法をとることが望ましい。
【0017】このようにして得られた炭化珪素繊維は、
表面が滑らかで硬く、実質的に炭化珪素から成り、他に
微量成分として二酸化珪素や炭素を含む繊維である。上
記の方法は本発明者が先に提案した方法であるが、本発
明者らはさらに繊維の強度を向上させることを検討した
結果、繊維をさらに酸化性ガスを含むガス雰囲気中で熱
処理を行うことが有効であることを見いだした。
【0018】繊維に熱処理を行う温度としては、800
〜2000℃が好適であるが、特に好ましい温度は10
00〜1400℃である。熱処理の温度が800℃以下
であると、熱処理の効果が十分現れず、又、2000℃
以上であると繊維の構成成分の熱分解、あるいは結晶化
が起こり、いずれの場合も繊維強度の低下を招く。
【0019】熱処理を行う際の雰囲気として特に制限は
ないが、酸素あるいは高温で分解し酸素を発生するガス
を少なくとも1%以上含むアルゴンや窒素などのガス雰
囲気もしくはガス気流中をさすが、空気中でこの処理を
行うこともさしつかいない。熱処理を行う時間として
は、数秒から数時間が好適であるが、特に好適な処理時
間としては、1〜60分があげられる。処理時間が数秒
より短いと、繊維に十分熱が伝わらず繊維温度が十分上
がらないため、処理の効果が十分発現しない。また、無
用に長い処理時間は生産性を低下させ、あるいは繊維の
結晶や微粒子を成長させ逆に繊維強度が低下する。
【0020】また、加熱処理時の昇温速度は特に限定し
ないが、50〜120000℃/hrが望ましく、さら
には加熱炉に熱衝撃を与えない程度に速い方がより好ま
しい。あまりに昇温速度が遅いと、加熱処理を行う所定
の温度に達するまでに時間がかかり、繊維が長い時間所
定温度に近い温度に曝されるため、希望した繊維強度が
得られない。あるいは、予め加熱炉を所定の加熱処理温
度に設定した後、炭化珪素繊維を所定時間だけ炉内に入
れて処理を行う方法を用いてもよい。
【0021】繊維を熱処理する炉としては、上述した炭
化珪素繊維の製造に用いる炉を用いることができる。或
は、赤外線加熱装置を用いると、非常に速い昇温速度で
目標の温度まで昇温でき、より好ましい。また適当な火
炎を用いることもできる。繊維を熱処理する場合、繊維
はそのまま炉内に置いてもよいが、さらに高い繊維強度
を得るためには、適当な治具やおもりなどを用いて繊維
を緊張させて行うことがより好ましい。
【0022】
【実施例】下記実施例により本発明をさらに具体的に説
明する。勿論本発明の範囲はこれらによって限定される
ものではない。実施例1 市販の粒状一酸化珪素2gの上に、フェノール系炭素繊
維を賦活することによって得られた、繊維径10μm,
1500m2/gの比表面積値を有する活性炭繊維の長
繊維(繊維長100mm)の束0.1gをのせ、繊維に
5gの張力を加える。
【0023】緊張した繊維と一酸化珪素を、アルミナ製
炉心管を備えた管状炉中にて1Paまで減圧し、300
0℃/hrの昇温速度で1000℃まで昇温し、その後
1300℃まで1200℃/hrの昇温速度で昇温した
後、2時間保持して焼成を行った後室温まで自然冷却し
た。この繊維を緊張状態のまま、空気中で1300℃に
保った炉内に入れ、15分間熱処理した。この繊維の引
張強度をJIS R−7601の方法に従って測定した
ところ、1600MPaであった。
【0024】実施例2 実施例1において、熱処理時の雰囲気として窒素50%
と酸素50%とからなる混合ガスを500ml/分で流
しながら1300℃に保った炉内に入れ、15分間熱処
理した。この繊維の引張強度をJIS R−7601の
方法に従って測定したところ、1800MPaであっ
た。
【0025】比較例1 実施例1において調製した、活性炭繊維と一酸化珪素を
反応させて得られた熱処理する前段階の炭化珪素繊維の
引張強度をJIS R−7601の方法に従って測定し
たところ、1100MPaであった。
【0026】比較例2 実施例1において、熱処理時の温度を600℃に保った
炉内に入れ、空気中で15分間熱処理した。この繊維の
引張強度をJIS R−7601の方法に従って測定し
たところ、1100MPaであり、熱処理前に比べ繊維
強度の向上は見られなかった。
【0027】比較例3 実施例1において、熱処理時の雰囲気としてアルゴンガ
スを500ml/分で流しながら1300℃に保った炉
内に入れ、15分間熱処理した。この繊維の引張強度を
JIS R−7601の方法に従って測定したところ、
900MPaであった。
【0028】
【発明の効果】この方法によれば、従来の方法では困難
であった、多孔質炭素繊維と一酸化珪素との反応によっ
て製造した炭化珪素繊維の強度を向上させることが可能
となり、産業界に寄与することが大である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 比表面積が100〜2500m2 /gの
    多孔質炭素繊維と、一酸化珪素ガスとを、800〜20
    00℃で、反応させ炭化珪素繊維を生成させた後、前記
    炭化珪素繊維を、さらに800〜2000℃で、酸化性
    ガスを含むガス雰囲気中で熱処理を行うことを特徴とす
    る炭化珪素繊維の製造法。
JP15644093A 1992-12-25 1993-06-28 炭化珪素繊維の製造法 Pending JPH0718520A (ja)

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JP15644093A JPH0718520A (ja) 1993-06-28 1993-06-28 炭化珪素繊維の製造法
EP19930120803 EP0603888B1 (en) 1992-12-25 1993-12-23 Method of producing silicon carbide fibers
DE1993625350 DE69325350T2 (de) 1992-12-25 1993-12-23 Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbidfasern
US08/745,206 US5676918A (en) 1992-12-25 1996-11-08 Method of producing silicon carbide fibers

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100400393B1 (ko) * 2001-07-25 2003-10-01 이재춘 전기적으로 자기발열기능을 갖는 실리콘 금속 담지 다공성탄화규소섬유 소재 및 그 제조방법
US7662473B2 (en) 2006-09-01 2010-02-16 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Amorphous inorganic ceramic material and method of producing same
CN102574747A (zh) * 2009-10-09 2012-07-11 信越化学工业株式会社 经碳化硅被覆的碳材料的制造方法

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