JPH0755860B2 - Carbonaceous inorganic material - Google Patents

Carbonaceous inorganic material

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JPH0755860B2
JPH0755860B2 JP1041545A JP4154589A JPH0755860B2 JP H0755860 B2 JPH0755860 B2 JP H0755860B2 JP 1041545 A JP1041545 A JP 1041545A JP 4154589 A JP4154589 A JP 4154589A JP H0755860 B2 JPH0755860 B2 JP H0755860B2
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polymer
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polycyclic aromatic
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carbon
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は機械的強度、耐熱性及び耐摩耗性に優れた炭素
質無機材料に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a carbonaceous inorganic material having excellent mechanical strength, heat resistance, and abrasion resistance.

(従来の技術及びその問題点) 従来より炭素材料は、非酸化性雰囲気下での高温特性、
低い熱膨張係数、耐薬品性、耐候性、耐放射線性、潤滑
性に優れ、かつ、電気伝導性、熱伝導性の制御も容易で
あり、高温構造材料、摩擦材料等として使用されてい
る。
(Prior art and its problems) Conventionally, carbon materials have been characterized by high temperature characteristics in a non-oxidizing atmosphere,
It has a low coefficient of thermal expansion, chemical resistance, weather resistance, radiation resistance, lubricity, and easy control of electrical and thermal conductivity, and is used as a high-temperature structural material, friction material and the like.

しかし、炭素材料は耐酸化性が低いため酸化性雰囲気中
で高温で使用することは出来ない。また、潤滑性に優れ
ているものの、表面硬度が低いため耐摩耗性はかならず
しも充分なものではなかった。
However, since carbon materials have low oxidation resistance, they cannot be used at high temperatures in an oxidizing atmosphere. Further, although it has excellent lubricity, its surface hardness is low, so that the wear resistance is not always sufficient.

これらの欠点を改良するため、気相反応法等により、炭
素材料の表面にセラミック等の皮膜層を形成させる方法
が考案されている。しかし、この方法は、皮膜層が薄
く、かつ、剥離し易いため、充分に上記欠点を克服でき
るものではなく、また、特殊な装置を必要とするためコ
ストが高くなる欠点を有していた。
In order to improve these drawbacks, a method of forming a coating layer of ceramic or the like on the surface of the carbon material by a gas phase reaction method or the like has been devised. However, this method has a drawback that the above-mentioned drawbacks cannot be sufficiently overcome because the coating layer is thin and easily peeled off, and the cost is high because a special device is required.

さらに、特開昭60−195076号公報、特開昭60−251175号
公報には、炭素材料に溶融珪素を含浸、反応させ表面及
び内部に炭化珪素を生成させることにより前記欠点を改
善する方法が開示されている。また、特開昭60−255669
号公報には、珪素と共に、チタン又はジルコニウムを含
浸、反応させることにより、炭素材料の内部に炭化珪素
に加え、炭化チタン又は炭化ジルコニウムを生成させる
ことにより前記欠点を改善する方法が開示されている。
しかし、これらの方法で得られた炭素材料は、その成形
体内に金属珪素が残存するため、高温でのクリープ変形
等高温特性が著しく低下し、また、機械的特性もかなら
ずしも優れたものではなかった。
Further, in JP-A-60-195076 and JP-A-60-251175, there is disclosed a method for improving the above-mentioned defects by impregnating a carbon material with molten silicon and reacting it to generate silicon carbide on the surface and inside. It is disclosed. In addition, JP-A-60-255669
The publication discloses a method for improving the above drawbacks by impregnating and reacting titanium or zirconium with silicon to generate titanium carbide or zirconium carbide in addition to silicon carbide inside the carbon material. .
However, the carbon materials obtained by these methods are not excellent in high-temperature characteristics such as creep deformation at high temperatures because metal silicon remains in the formed body, and mechanical properties are not inevitable. .

(問題を解決するための手段) 本発明の目的は、上記問題点を解決した新規な炭素質無
機材料の提供にある。
(Means for Solving the Problem) An object of the present invention is to provide a novel carbonaceous inorganic material that solves the above problems.

本発明の他の目的は、高温酸化性雰囲気下で劣化の少な
い、耐酸化性炭素質無機材料の提供にある。
Another object of the present invention is to provide an oxidation resistant carbonaceous inorganic material which is less deteriorated in a high temperature oxidizing atmosphere.

本発明の他の目的は、耐摩耗性に優れた炭素質無機材料
の提供にある。
Another object of the present invention is to provide a carbonaceous inorganic material having excellent wear resistance.

本発明の他の目的は、低温下で製造可能な炭素質無機材
料の提供にある。
Another object of the present invention is to provide a carbonaceous inorganic material that can be manufactured at a low temperature.

本発明の炭素質無機材料は、金属含有多環状芳香族重合
体から得られる無機材料であって、その構成成分は、 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、M、C及びO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及びMOとの集合体であり、 構成元素の割合がSi;5〜60重量%、M;0.5〜45重量%、
C;30〜40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。
The carbonaceous inorganic material of the present invention is an inorganic material obtained from a metal-containing polycyclic aromatic polymer, and its constituent components are: i) a polycyclic aromatic compound in a mesophase state which constitutes the polymer. Crystalline carbon, or crystalline carbon and amorphous carbon, ii) crystalline carbon in an unoriented state and / or amorphous carbon derived from an optically isotropic polycyclic aromatic compound constituting the polymer Carbon, and iii) an amorphous substance consisting essentially of Si, M, C and O, and / or substantially β-SiC, MC, a solid solution of β-SiC and MC and MC
1-x is an aggregate of crystalline ultrafine particles having a particle size of 500 Å or less and amorphous SiO y and MO z, and the ratio of the constituent elements is Si; 5 to 60 wt%, M; 0.5 to 45 weight%,
C: 30-40 wt% and O: 0.01-30 wt% Si-MC
-O substance (in the above formula, M is at least one element selected from Ti, Zr, and Hf, and 0 <x <1, 0 <y ≦
2, 0 <z ≦ 2. ) Consists of.

以下の説明における「部」は全て重量部であり、「%」
は「重量%」である。
All "parts" in the following description are parts by weight, and "%"
Is "% by weight".

本発明の炭素質無機材料は上記の構成成分i)、ii)及
びiii)からなっており、Si;0.5〜50%、M;0.01〜10
%、C;40〜97%及びO;0.1〜10%から実質的に構成され
ている。
The carbonaceous inorganic material of the present invention comprises the above constituent components i), ii) and iii), and Si; 0.5 to 50%, M; 0.01 to 10
%, C; 40-97% and O; 0.1-10%.

この炭素質無機材料の構成成分である結晶質炭素は500
Å以下の結晶子サイズを有し、1.5Å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.
2Å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。
The crystalline carbon that is a constituent component of this carbonaceous inorganic material is 500
In a high resolution electron microscope with a crystallite size of Å or less and a resolution of 1.5Å, it was oriented in the fiber axis direction.3.
It is an ultrafine graphite crystal in which a fine lattice image corresponding to the 2Å (002) plane can be observed.

また、構成成分iii)は、このグラファイト微結晶を包
み込むようにして、非常に均一に分布している。
Further, the constituent component iii) is distributed very uniformly so as to enclose the graphite microcrystals.

この炭素質無機材料における構成成分i)及びii)の総
和100部に対する構成成分iii)の割合は0.5〜500部であ
り、且つ構成成分i)、ii)の比率は1:0.02〜4であ
る。
The ratio of constituent iii) to the total 100 parts of constituents i) and ii) in this carbonaceous inorganic material is 0.5 to 500 parts, and the ratio of constituents i) and ii) is 1: 0.02 to 4. .

構成成分i)及びii)の総和100部に対する構成成分ii
i)の割合が0.5未満の場合は、炭素質無機材料は、ほと
んど炭素マトリックスと変わらず、耐酸化性や耐磨耗性
の向上は望めず、上記割合が500部を越えた場合は、炭
素質無機材料は、炭化珪素マトリックスと変わらず、高
温特性、潤滑性の乏しいものである。
Component ii for 100 parts of the sum of components i) and ii)
When the ratio of i) is less than 0.5, the carbonaceous inorganic material is almost the same as the carbon matrix, and improvement in oxidation resistance and wear resistance cannot be expected. The inorganic inorganic material has the same high temperature characteristics and poor lubricity as the silicon carbide matrix.

本発明の炭素質無機材料は、 1)結合単位(Si−CH2)、又は結合単位(Si−CH2)と
結合単位(Si−Si)とから主としてなり、珪素の側鎖に
水素原子、低級アルキル基、フェニル基あるいはシリル
基を有し、上記結合単位から主骨格の珪素原子に、M
が、直接又は酸素原子を介して、珪素原子の少なくとも
一部と結合している遷移金属含有有機珪素重合体の珪素
原子の少なくとも一部が、石油系又は石炭系のピッチあ
るいはその熱処理物より得られた多環状芳香族化合物の
芳香族環の炭素と珪素−炭素連結基を介して結合したラ
ンダム共重合体及び、2)石油系又は石炭系のピッチか
ら得られる、メソフェーズ又はメソフェーズと光学的等
方相との両相からなる多環状芳香族化合物(以下、両者
を総称して「メソフェーズ多環状芳香族重合体」と言う
ことがある。)とを、 200〜500℃の範囲の温度で加熱反応及び/又は加熱溶融
して金属含有多環状芳香族重合体を得る第1工程、 金属含有多環状芳香族重合体、又は金属含有多環状芳香
族重合体とその仮焼物微粉末との混合粉末を金型プレ
ス、等方静水圧プレス、ホットプレス等、通常の方法を
用い成形する第2工程、 上記成形体を必要により不融化処理を行った後、真空中
あるいは不活性ガス中で800〜3000℃の温度で焼成し、
無機化する第3工程、 上記工程により得られた炭素質無機材料の空孔に必要に
より金属含有多環状芳香族重合体の融液、又は溶液を含
浸させ、焼成し、無機化する処理を繰り返し行うことに
より高密度化する第4工程よりなる製造方法により提供
される。
The carbonaceous inorganic material of the present invention comprises 1) a bonding unit (Si—CH 2 ), or a bonding unit (Si—CH 2 ) and a bonding unit (Si—Si) as a main component, and a hydrogen atom in a side chain of silicon, It has a lower alkyl group, a phenyl group, or a silyl group, and from the above bond unit to the silicon atom of the main skeleton, M
However, at least a part of the silicon atoms of the transition metal-containing organosilicon polymer bonded to at least a part of the silicon atoms directly or through an oxygen atom is obtained from a petroleum-based or coal-based pitch or a heat-treated product thereof. Random copolymer in which the carbon of the aromatic ring of the polycyclic aromatic compound is bound via a silicon-carbon linking group, and 2) mesophase or mesophase and optical etc. obtained from petroleum-based or coal-based pitch A polycyclic aromatic compound composed of both a phase and a phase (hereinafter, both may be collectively referred to as "mesophase polycyclic aromatic polymer") and heated at a temperature in the range of 200 to 500 ° C. First step of reacting and / or melting by heating to obtain a metal-containing polycyclic aromatic polymer, a metal-containing polycyclic aromatic polymer, or a mixed powder of a metal-containing polycyclic aromatic polymer and a fine powder of its calcined product Mold press Second step of molding using a normal method such as isotropic hydrostatic pressing, hot pressing, etc. After the above-mentioned molded body is infusibilized as necessary, it is vacuumed or in an inert gas at a temperature of 800 to 3000 ° C. Baked,
Third step of mineralizing, the pores of the carbonaceous inorganic material obtained by the above steps are impregnated with a melt or solution of a metal-containing polycyclic aromatic polymer as necessary, followed by firing, and the treatment of mineralization is repeated. It is provided by the manufacturing method comprising the fourth step of increasing the density by carrying out.

なお、高温ホットプレス等により上記第2〜第4工程を
一つの工程として製造することも可能である。
It is also possible to manufacture the above second to fourth steps as one step by high temperature hot pressing or the like.

上記各工程について具体的に説明する。Each of the above steps will be specifically described.

第1工程: 有機珪素重合体とピッチを、不活性ガス中で、好ましく
は250〜500℃の範囲の温度で加熱反応させることにより
前駆重合体1)が調製される。
First step: The precursor polymer 1) is prepared by heating and reacting the organosilicon polymer and pitch in an inert gas, preferably at a temperature in the range of 250 to 500 ° C.

前駆重合体1)の出発原料の一つである有機珪素重合体
は、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℃以上に加熱することにより得られる。上記有機
珪素重合体は、結合単位(Si−CH2)、又は結合単位(S
i−CH2)と結合単位(Si−Si)とから主としてなり、結
合単位(Si−CH2)の全数対結合単位(Si−Si)の全数
の比率は1:0〜20の範囲内にある。
The organosilicon polymer, which is one of the starting materials of the precursor polymer 1), is obtained, for example, by heating polymethylsilane obtained by the reaction of dimethyldichlorosilane and metallic sodium to 400 ° C. or higher in an inert gas. To be The organosilicon polymer has a bonding unit (Si—CH 2 ) or a bonding unit (S
i-CH 2 ) and a bonding unit (Si-Si), and the ratio of the total number of bonding units (Si-CH 2 ) to the total number of bonding units (Si-Si) is within the range of 1: 0 to 20. is there.

この有機珪素重合体の重量平均分子量(M)は、一般
的には300〜1000で、Mが400〜800のものが、優れた
炭素質無機材料を得るための中間原料であるランダム共
重合体2)を調製するために特に好ましい。
The organosilicon polymer generally has a weight average molecular weight ( Mw ) of 300 to 1000 and a Mw of 400 to 800, which is a random raw material for obtaining an excellent carbonaceous inorganic material. Especially preferred for preparing polymer 2).

前駆重合体1)のもう一つの出発原料であるピッチは、
石油類又は石炭類から得られるピッチで、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、さ
らにはこれらの熱処理物である。上記ピッチ中には、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5〜98%、特に40〜90%含ま
れていることが好ましく、不溶成分が5%未満のピッチ
を原料として用いた場合、成形体の無機化時の残存率が
低くなり、空孔が残存しやすく、また、結晶化度が低く
なるため、優れた炭素質無機材料が得られず、また、不
溶成分が98%より高い場合には、不溶、不融のコーキン
グ物が生じやすく成形上不利である。
The other starting material for the precursor polymer 1), pitch, is
Pitch obtained from petroleum or coal, particularly preferable pitch is heavy oil obtained by fluid catalytic cracking of petroleum, distillate components or residual oil obtained by distilling the heavy oil, and further these It is a heat-treated product. It is preferable that the pitch contains 5 to 98%, especially 40 to 90%, of an insoluble component in an organic solvent such as benzene, toluene, xylene, and tetrahydrofuran, and a pitch having an insoluble component of less than 5% is used as a raw material. When used as, the residual rate at the time of mineralization of the molded article becomes low, the pores are likely to remain, and the crystallinity becomes low, so an excellent carbonaceous inorganic material cannot be obtained, and the insoluble component When it is higher than 98%, insoluble and infusible caulks are likely to be formed, which is disadvantageous in molding.

この光学的等方性ピッチの重量平均分子量(M)は、
300〜3000で、融点は70〜200℃である。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、ピッチがベ
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(GPC)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、
有機溶媒不溶分を有機溶媒可溶な成分に変えて後GPC測
定する。(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て求めた値であ
る)。
The weight average molecular weight (M w ) of this optically isotropic pitch is
The melting point is 300 to 3000, and the melting point is 70 to 200 ° C. The weight average molecular weight is a value determined as follows. That is, if the pitch does not contain an organic solvent insoluble matter for gel permeation chromatograph (GPC) measurement such as benzene, toluene, xylene, tetrahydrofuran, chloroform and dichlorobenzene, the GPC measurement is performed as it is, and the pitch contains the organic solvent insoluble matter. If contained, hydrogenate under mild conditions,
GPC measurement is performed after changing the organic solvent insoluble matter to a component soluble in organic solvent. (The weight average molecular weight of the polymer containing an organic solvent insoluble matter is a value obtained by performing the same treatment as above).

ピッチの使用割合は、有機珪素重合体100部当たり10〜1
900部であることが好ましい。ピッチの使用割合が過度
に小さい場合は、得られる炭素質無機材料中の炭化珪素
成分が多くなり、炭素の持つ潤滑性、非酸化性雰囲気中
での高温特性が失われ、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、炭素質無機材料の耐
酸化性、耐摩耗性が低下する。
The usage ratio of pitch is 10 to 1 per 100 parts of the organosilicon polymer.
It is preferably 900 parts. If the proportion of the pitch used is excessively small, the silicon carbide component in the obtained carbonaceous inorganic material will increase, and the lubricating properties of carbon and the high-temperature characteristics in a non-oxidizing atmosphere will be lost. If it is excessively large, the amount of silicon carbide component decreases, and the oxidation resistance and wear resistance of the carbonaceous inorganic material deteriorate.

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、生成した前駆共重合体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 excessively low, the bond between the silicon atom and the aromatic carbon is hard to be generated, and if the reaction temperature is excessively high, decomposition and high molecular weight of the generated precursor copolymer 1) occur violently. Not preferable.

ここで言う前駆重合体1)には、有機珪素重合体とピッ
チが珪素−炭素連結基を介して結合した共重合体に加
え、有機珪素重合体及びピッチの各々の重縮合物が含ま
れる。
The precursor polymer 1) referred to here includes, in addition to the copolymer in which the organosilicon polymer and the pitch are bonded via the silicon-carbon linking group, each polycondensate of the organosilicon polymer and the pitch.

不活性ガスとしては、窒素、アルゴン等が好適に使用さ
れる。
Nitrogen, argon and the like are preferably used as the inert gas.

次に、前駆重合体1)と式MX4で示される遷移金属化合
物とを100〜500℃の範囲の温度で反応させる。
Next, the precursor polymer 1) and the transition metal compound represented by the formula MX 4 are reacted at a temperature in the range of 100 to 500 ° C.

前記MX4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 4 , M is at least one element selected from Ti, Zr and Hf, and X is a compound in which M can be bonded to silicon of the precursor polymer 1) directly or through an oxygen atom by condensation. There is no particular limitation as long as it is present, but a halogen atom, an alkoxy group, or a complex-forming group such as β-diketone is preferable.

反応温度が過度に低いと、前駆連合体1)と式MX4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MX4が揮散して優れた
炭素質無機材料を得るための中間原料であるランダム共
重合体2)が得られない。
If the reaction temperature is excessively low, the condensation reaction between the precursor association 1) and the formula MX 4 will not proceed, and if the reaction temperature is excessively high, the crosslinking reaction of the precursor polymer 1) via M will proceed excessively. Gelation occurs, the precursor polymer 1) itself condenses to a high molecular weight, or MX 4 is volatilized in some cases, and is a random copolymer that is an intermediate raw material for obtaining an excellent carbonaceous inorganic material. 2) cannot be obtained.

一例として、MがTiで、XがOC4H9の場合、反応温度は2
00〜400℃が適している。
As an example, when M is Ti and X is OC 4 H 9 , the reaction temperature is 2
00 to 400 ° C is suitable.

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2)が調製される。Mは前駆重合体
1)の珪素原子に−MX3あるいは−O−MX3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。
By this reaction, a random copolymer 2) in which at least a part of silicon atoms in the precursor polymer 1) is bonded to M directly or via an oxygen atom is prepared. M can also be bonded to the silicon atom of the precursor polymer 1) in a side chain form by a bonding mode such as -MX 3 or -O-MX 3 , and M can be directly or oxygen bonded to the silicon atom of the precursor polymer 1). It is also possible to adopt a mode of bonding that is cross-linked via.

ランダム共重合体2)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MX4を反応させ、得られ
た生成物にピッ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 of preparing the random copolymer 2), a method of reacting an organosilicon polymer with MX 4 and further reacting the obtained product with pitch can be used in addition to the method described above.

ランダム共重合体2)中には、結合単位(Si−CH2)及
び結合単位(Si−Si)の総重量に対して遷移金属化合物
の結合単位(M)が0.2%〜35%、特に0.5%〜20%含ま
れていることが好ましい。
In the random copolymer 2), the bonding unit (M) of the transition metal compound is 0.2% to 35%, particularly 0.5% based on the total weight of the bonding unit (Si-CH 2 ) and the bonding unit (Si-Si). % To 20% is preferable.

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

メソフェーズ多環状芳香族化合物は、例えば石油系又は
石炭ピッチを不活性ガス中で300〜500℃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 can be prepared, for example, by heating petroleum-based or coal pitch to 300 to 500 ° C. in an inert gas, and polycondensing while removing the soft fraction produced.

上記縮重合反応温度が適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、不融の生成物が生じる。
If the polycondensation reaction temperature is appropriately low, the condensed ring will not grow sufficiently, and if the temperature is too high, an insoluble and infusible product will be produced by coking.

上記のメソフェーズ多環状芳香族化合物は、融点が200
〜400℃範囲にあり、また、重量平均分子量が200〜1000
0である。
The above mesophase polycyclic aromatic compound has a melting point of 200
~ 400 ℃ range, the weight average molecular weight is 200 ~ 1000
It is 0.

メソフェーズ多環状芳香族化合物の中でも、20〜100
%、特に40〜100%の光学的異方性度を有し、2〜60%
のキノリン不溶分並びに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、炭素質無機材料の機械的性能を向上させる
ために特に好ましい。
Among the mesophase polycyclic aromatic compounds, 20-100
%, Especially 40-100% optical anisotropy, 2-60%
The quinoline-insoluble matter and the quinoline-insoluble matter of 30 to 100% of benzene, toluene, xylene, or tetrahydrofuran are particularly preferable for improving the mechanical performance of the carbonaceous inorganic material.

メソフェーズ多環状芳香族化合物の使用割合はランダム
共重合体2)100部当たり5〜1900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、高温特性に優れた炭素質無機材料が
得られず、また、1900部より多い場合は、珪素成分の不
足のため耐酸化性、耐磨耗性に優れた炭素質無機材料が
得られない。
The proportion of the mesophase polycyclic aromatic compound used is preferably from 5 to 1900 parts per 100 parts of the random copolymer 2), and when it is less than 5 parts, the mesophase content in the product is insufficient, resulting in excellent high temperature properties. If the carbonaceous inorganic material cannot be obtained, and if it is more than 1900 parts, a carbonaceous inorganic material excellent in oxidation resistance and abrasion resistance cannot be obtained due to lack of silicon component.

ランダム共重合体2)とメソフェーズ多環状芳香族化合
物とを200〜500℃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2)の少なく
とも一部がメソフェーズ多環状芳香族化合物と結合した
金属含有多環状芳香族重合体3)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2)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。
By heating and melting the random copolymer 2) and the mesophase polycyclic aromatic compound in the temperature range of 200 to 500 ° C., at least a part of the random copolymer 2) is mesophase polycyclic aromatic compound. A metal-containing polycyclic aromatic polymer 3) bound to the compound is obtained. However,
The term "bond" as used herein means a chemical bond between silicon and carbon of the polycyclic aromatic compound and / or a polycyclic aromatic ring portion chemically bonded to silicon in the random copolymer 2) and a mesophase polycyclic aromatic compound. It means physical coupling such as van der Waals coupling between.

上記溶融混合温度が200℃より低いと不融部分が生じ、
系が不均一となり、優れた炭素質無機材料が得られず、
また、溶融混合温度が500℃より高いと縮合反応が激し
く進行し、ブロック状の不融物が生じる場合があり、成
形上不利である。
When the melt-mixing temperature is lower than 200 ° C, an infusible portion is generated,
The system becomes non-uniform, and an excellent carbonaceous inorganic material cannot be obtained,
Further, if the melt-mixing temperature is higher than 500 ° C., the condensation reaction may proceed violently and block-shaped infusible matter may occur, which is disadvantageous in molding.

金属含有多環状芳香族重合体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MX4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 the metal-containing polycyclic aromatic polymer 3), in addition to the above-mentioned method, an organosilicon polymer is reacted with pitch, and mesophase pitch and MX 4 are simultaneously or sequentially added to the obtained product. A method of further reacting and preparing is also possible.

金属含有多環状芳香族重合体3)の重量平均分子量は20
0〜11000で、融点が200〜400℃である。
The weight average molecular weight of the metal-containing polycyclic aromatic polymer 3) is 20.
It has a melting point of 200 to 400 ° C. at 0 to 11000.

第2工程: 金属含有多環状芳香族重合体3)、又は金属含有多環状
芳香族重合体3)とその仮焼物微粉末との混合粉末を微
粉砕し、通常の炭素材の成形方法を用い成形することが
できる。なお、仮焼は800〜1300℃の範囲の温度で行う
ことができる。
Second step: The metal-containing polycyclic aromatic polymer 3) or a mixed powder of the metal-containing polycyclic aromatic polymer 3) and the fine powder of the calcined product is pulverized, and a usual carbon material molding method is used. It can be molded. The calcination can be performed at a temperature in the range of 800 to 1300 ° C.

また、成形方法は、成形体の形状、大きさ、用途、生産
性等を考慮し、通常の炭素材の成形方法のうちから任意
に選択することが可能であり、例えば、同じ形のものを
生産性よく製造するには、乾式金型プレス法が、やや複
雑な形状の成形体を得るには等方静水圧加圧成形法(ラ
バープレス成形法)が、金属含有多環状芳香族重合体
3)を溶融し成形する方法としてはホットプレス成形
法、射出成形法及び押出成形法等が挙げられる。
Further, the molding method can be arbitrarily selected from the usual carbon material molding methods in consideration of the shape, size, application, productivity, etc. of the molded body. A dry mold pressing method is used for producing with high productivity, and an isotropic hydrostatic pressing method (rubber pressing method) is used for obtaining a molded article having a slightly complicated shape. A metal-containing polycyclic aromatic polymer is used. Examples of the method for melting and molding 3) include a hot press molding method, an injection molding method and an extrusion molding method.

また、金属含有多環状芳香族重合体3)とその仮焼物の
使用割合は成形体の形状、用途、コスト等を勘案して適
宜決定することができる。
Further, the use ratio of the metal-containing polycyclic aromatic polymer 3) and the calcined product thereof can be appropriately determined in consideration of the shape of the molded product, application, cost and the like.

第3工程: 上記成形体に必要により不融化処理を施す。Third step: The above-mentioned molded body is subjected to infusibilization treatment if necessary.

代表的な不融化方法は上記成形体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50〜400
℃の範囲の温度である。不融化温度が過度に低いとポリ
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 infusibilizing method is a method of heating the molded body in an oxidizing atmosphere. The temperature of infusibilization is preferably 50 to 400
The temperature is in the range of ° C. If the infusibilization temperature is too low, no polymer sticking occurs, and if this temperature is too high, the polymer burns.

不融化の目的は、前記成形体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、次工程の無機
化の際に溶融せず、成形体形状を保持させることにあ
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 the infusibilization is to make the polymer constituting the molded body into a state of infusible and infusible with a three-dimensional structure so that the molded body is not melted at the time of mineralization in the next step and the molded body shape is maintained. Examples of the gas forming the oxidizing atmosphere at the time of infusibilization include air, ozone, oxygen, chlorine gas, bromine gas, ammonia gas, and mixed gas thereof.

上記とは別の不融化方法として、前記成形体を酸化性雰
囲気あるいは非酸化性雰囲気で、必要に応じて低温加熱
しながら、γ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 another infusibilizing method other than the above, a method of infusibilizing by γ-ray irradiation or electron beam irradiation while heating the molded body in an oxidizing atmosphere or a non-oxidizing atmosphere at low temperature as necessary is also adopted. be able to.

このγ線あるいは電子線を照射する目的は、前記成形体
を構成するポリマーを、さらに重合させることによっ
て、マトリックスが融解し、成形体形状を失うことを防
ぐことにある。
The purpose of irradiating with the γ ray or electron beam is to prevent the matrix from melting and losing the shape of the molded body by further polymerizing the polymer constituting the molded body.

γ線あるいは電子線の照射線量は106〜1010ラッドが適
当である。
The appropriate irradiation dose of gamma rays or electron beams is 10 6 to 10 10 rads.

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 performed in a vacuum, an inert gas atmosphere, or an oxidizing gas atmosphere such as air, ozone, oxygen, chlorine gas, bromine gas, ammonia gas, or a mixed gas 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℃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。
The infusibilization by irradiation can be performed at room temperature, and if necessary, the infusibilization can be achieved by heating while heating in the temperature range of 50 to 200 ° C.

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℃の範囲の温度で焼成し、無機化される。
The infusibilized molded body can be vacuumed or in an inert gas.
It is mineralized by firing at a temperature in the range of 800-3000 ° C.

加熱過程において、約700℃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℃以上の温度で行うことが好まし
い。また、3000℃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℃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, mineralization becomes severe from about 700 ℃,
It is estimated that mineralization is almost completed at about 800 ° C. Therefore, the firing is preferably performed at a temperature of 800 ° C. or higher. Moreover, since an expensive apparatus is required to obtain a temperature higher than 3000 ° C., firing at a temperature higher than 3000 ° C. is impractical in terms of cost.

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、成形体保形用の治具、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、また第2工程の成形において、高温ホット
プレス法を用いることにより第3工程自体を省略するこ
ともできる。
The infusibilizing step can be omitted by extremely slowing the temperature rise rate of the mineralization in this step, using a shape-retaining jig, a shape-retaining means such as a powder head, or the like. Further, in the molding of the second step, the third step itself can be omitted by using the high temperature hot pressing method.

第4工程: 第3工程で得られた炭素質無機材料は必要により、金属
含有多環状芳香族重合体3)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
より炭素質無機材料を高密度化、高強度化することがで
きる。
Fourth step: The carbonaceous inorganic material obtained in the third step is, if necessary, impregnated with a melt, a solution or a slurry of the metal-containing polycyclic aromatic polymer 3), and if necessary, rendered infusible and fired to be mineralized. This makes it possible to increase the density and strength of the carbonaceous inorganic material.

含浸は、金属多環状芳香族重合体3)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、この炭素質無機材料に金属
多環状芳香族重合体3)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/cm2に加圧することにより、金属多環状
芳香族重合体3)の融液を気孔に充填させる。
The impregnation may be performed by using a melt, a solution or a slurry of the metal polycyclic aromatic polymer 3). However, in order to permeate the fine open pores, the carbonaceous inorganic material is impregnated with the metal polycyclic aromatic polymer. After impregnating the solution or slurry of the group 3) polymer, the permeation of the micropores is promoted under reduced pressure, the temperature is raised while distilling off the solvent, and the pressure is increased to 10 to 500 kg / cm 2 to obtain a metal polycyclic aromatic compound. The pores are filled with the melt of polymer 3).

金属多環状芳香族重合体3)を含浸した炭素質無機材料
は、第3工程と同様にして、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、高強度な炭素質無機材料を得ることができ
る。
The carbonaceous inorganic material impregnated with the metal polycyclic aromatic polymer 3) can be infusibilized, calcined and mineralized in the same manner as in the third step. By repeating this operation 2 to 10 times, a high-density, high-strength carbonaceous inorganic material can be obtained.

尚、前記構成成分iii)におけるSi、M、C、Oの存在
状態は、第3工程及び第4工程における無機化温度によ
り制御することができる。
The existence state of Si, M, C, and O in the constituent component iii) can be controlled by the mineralization temperature in the third step and the fourth step.

すなわち、実質的にSi、M、C、Oからなる非晶質を得
たい場合、無機化温度を800〜1000℃とすることが好適
であり、実質的にβ−SiC、MC、β−SiCとMCの固溶体及
びMC1−x(ただし、0<x<1)からなる粒径500Å
以下の超微粒子及びSiO(ただし、0<y≦2)、MO
(ただし、0<z≦2)からなる非晶質を得たい場合
は、1700℃以上の焼成温度が適している。
That is, when it is desired to obtain an amorphous material consisting essentially of Si, M, C, and O, it is preferable to set the mineralization temperature to 800 to 1000 ° C. and substantially β-SiC, MC, and β-SiC. And MC solid solution and MC 1-x (where 0 <x <1) particle size 500Å
The following ultrafine particles and SiO y (where 0 <y ≦ 2), MO
When it is desired to obtain an amorphous material of z (where 0 <z ≦ 2), a firing temperature of 1700 ° C. or higher is suitable.

また、各集合体の混合系を望む場合は、上記中間温度よ
り適宜選択することができる。
Further, when a mixed system of each aggregate is desired, it can be appropriately selected from the above intermediate temperature.

また、本発明の炭素質無機材料中の酸素量は、例えば第
1工程で添加するMX4におけるXの選択、MX4の添加比
率、第3工程及び第4工程における不融化条件により制
御することができる。
Also, the amount of oxygen in the carbonaceous inorganic material of the present invention should be controlled by, for example, the selection of X in MX 4 added in the first step, the addition ratio of MX 4 and the infusibilizing conditions in the third step and the fourth step. You can

(発明の効果) 本発明の炭素質無機材料は、炭素中に非常に均一に分散
し、一体化した炭化珪素,炭化チタン成分を含む。これ
らの成分の存在が、低温における炭素の微結晶化の促
進、炭素の酸化による消耗の抑制、硬度の向上をもたら
している。
(Effects of the Invention) The carbonaceous inorganic material of the present invention contains silicon carbide and titanium carbide components which are extremely uniformly dispersed and integrated in carbon. The presence of these components promotes the microcrystallization of carbon at low temperature, suppresses the consumption due to the oxidation of carbon, and improves the hardness.

従って、この炭素質無機材料は、機械的物性、耐酸化
性、耐摩耗性に優れ、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, this carbonaceous inorganic material is excellent in mechanical properties, oxidation resistance, and wear resistance, and is excellent as various brakes and heat resistant structural materials.

(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 described below with reference to Examples.

参考例1(ポリマーIの製法) 5lの三口フラスコに無水キシレン2.5l及びナトリウム40
0g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1l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 Method of Polymer I) 2.5 l of anhydrous xylene and 40 parts of sodium were placed in a 5 l three-necked flask.
0 g was added, the mixture was heated to the boiling point of xylene under a nitrogen gas stream, and 1 l of dimethyldichlorosilane was added dropwise over 1 hour. After completion of the dropping, the mixture was heated under reflux for 10 hours to form a precipitate. The precipitate was filtered, washed with methanol and then with water to obtain 420 g of white powdery polydimethylsilane.

このポリジメチルシラン400gを、ガス導入管、撹拌機、
冷却器及び留出管を備えた3lの三口フラスコに仕込み、
撹拌しながら50ml/分の窒素気流下に420℃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, a gas introduction tube, a stirrer,
Charge a 3 liter three-necked flask equipped with a condenser and a distillation tube,
Heat treatment was carried out at 420 ° C. under a nitrogen stream of 50 ml / min with stirring to obtain 350 g of a colorless transparent slightly viscous liquid in the distilling 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 the vapor pressure osmosis method.

この物質の赤外線吸収スペクトルを測定したところ、65
0〜900cm-1と1250cm-1にSi−CH3の吸収、2100cm-1にSi
−Hの吸収、1020cm-1付近と1355cm-1のSi−CH2−Siの
吸収、2900cm-1と2950cm-1にC−H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-1にSi−Siの吸収が認められることから、得
られた液状物質は、主として(Si−CH2)結合単位及び
(Si−Si)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。
The infrared absorption spectrum of this substance was measured and found to be 65
Absorption of Si-CH 3 at 0-900 cm -1 and 1250 cm -1 , Si at 2100 cm -1
Absorption of -H, Si-CH 2 -Si absorption of of 1020 cm -1 and near 1355 cm -1, absorption of CH was observed at 2900 cm -1 and 2950 cm -1,
Further, when the far-infrared absorption spectrum of this substance was measured, absorption of Si-Si was observed at 380 cm -1 , and thus the obtained liquid substance was mainly composed of (Si-CH 2 ) bond units and (Si-Si). It was found to be an organosilicon polymer having a bonding unit and having a hydrogen atom and a methyl group in the side chain of silicon.

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−CH2)結合単位の全数対(Si
−Si)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 results of nuclear magnetic resonance analysis and infrared absorption analysis, this organosilicon polymer shows that the total number of (Si—CH 2 ) bond units is
It was confirmed that the polymer had a ratio of the total number of -Si) bond units of approximately 1: 3.

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, and 40 g of a polymer having a number average molecular weight of 1200 was obtained.

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−CH2)結合単位及び(Si−Si)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。
Measurement of the infrared absorption spectrum of this material, the absorption peak similar to that described above was observed, the material consists predominantly (Si-CH 2) coupling units and (Si-Si) bond unit, hydrogen on the side chain of the silicon It was found to be an organosilicon polymer having atoms and 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−CH2)結合単位の全数対(Si
−Si)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。低分子量物を除去して得られた
上記有機珪素重合体を有機珪素重合体Aと呼ぶ。
From the results of nuclear magnetic resonance analysis and infrared absorption analysis, this organosilicon polymer shows that the total number of (Si—CH 2 ) bond units is
It was confirmed that the polymer had a ratio of the total number of -Si) bond units of about 7: 1. The organosilicon polymer obtained by removing the low molecular weight substances is referred to as organosilicon polymer A.

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℃の温度で流動接触
分解・精留を行い、その搭底より残渣を得た。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, high boiling point substances above light oil are
Fluid catalytic cracking / rectification was performed at a temperature of 500 ° C in the presence of an alumina cracking catalyst, and a residue was obtained from the bottom of the column. Hereinafter, this residue is 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, the 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 by nuclear magnetic resonance analysis.

上記FCCスラリーオイル500gを窒素ガス気流下450℃に加
熱し、同温度における留出分を留去後、残渣を200℃に
て熱時濾過を行い、同温度における不融部を除去し、軽
質分除去ピッチ225gを得た。
500 g of the above FCC slurry oil was heated to 450 ° C. under a nitrogen gas stream, the distillate at the same temperature was distilled off, and the residue was filtered while hot at 200 ° C. to remove infusible parts at the same temperature and A minute removal pitch of 225 g was obtained.

この軽質分除去ピッチは75%のキシレン不溶分を含む光
学的に等方性のピッチであった。
The light content removal pitch was an optically isotropic pitch containing 75% xylene insoluble matter.

この軽質分除去ピッチ49gに前記有機珪素重合体A21g及
びキシレン20mlを加え、撹拌しながら昇温し、キシレン
を留去後、400℃で6時間反応させ39gの前駆重合体を得
た。
21 g of the above organosilicon polymer A and 20 ml of xylene were added to 49 g of this light content removal pitch, the temperature was raised with stirring, and xylene was distilled off, followed by reaction at 400 ° C. for 6 hours to obtain 39 g of a precursor polymer.

この前駆重合体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(IR:2100cm-1
の減少、及び新たなSi−C(ベンゼン環の炭素)結合
(IR:1135cm-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かった。
As a result of infrared absorption spectrum measurement, this precursor polymer was found to have Si-H bonds (IR: 2100 cm -1 ) present in the organosilicon polymer.
And the formation of a new Si-C (carbon of benzene ring) bond (IR: 1135cm -1 ) was observed, so that some of the silicon atoms of the organosilicon polymer were directly bonded to the polycyclic aromatic ring. It was found to be a copolymer having a portion.

前駆重合体39gにテトラオクトキシチタン〔Ti(OC
8H17〕2.75gのキシレン溶液(25%キシレン溶液11
g)を加え、キシレン留去後、340℃で時間反応させ、ラ
ンダム共重合体38gを得た。
Tetraoctoxytitanium [Ti (OC
8 H 17 ) 4 ] 2.75 g of xylene solution (25% xylene solution 11
g) was added, xylene was distilled off, and the mixture was reacted at 340 ° C. for an hour to obtain 38 g of a random copolymer.

この共重合体は、キシレン不溶部を含まず重量平均分子
量は1650、融点は272℃であった。
This copolymer did not contain a xylene-insoluble portion, had a weight average molecular weight of 1650 and a melting point of 272 ° C.

これと並行して、FCCスラリーオイル400gを、窒素ガス
気流下450℃に加熱し、同温度における留出分を留去
後、残渣を200℃にて熱時濾過を行い、同温度における
不融部を除去し、軽質分除去ピッチ180gを得た。得られ
た軽質分除去ピッチ180gを窒素気流下、反応により生成
する軽質分を除去しながら400℃で7時間縮重合を行
い、熱処理ピッチ85gを得た。
In parallel with this, 400 g of FCC slurry oil was heated to 450 ° C. under a nitrogen gas stream, the distillate at the same temperature was distilled off, and the residue was filtered while hot at 200 ° C. The portion was removed to obtain 180 g of a light material removal pitch. 180 g of the obtained light component removal pitch was subjected to polycondensation at 400 ° C. for 7 hours under a nitrogen stream while removing the light component produced by the reaction, to obtain a heat treated pitch of 85 g.

この熱処理ピッチは融点268℃、キシレン不溶分92%、
キノリン不溶分12%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89%のメソフェーズピッチ
であった。
This heat treatment pitch has a melting point of 268 ° C, xylene insoluble content of 92%,
It contained 12% quinoline-insoluble matter, and the mesophase pitch was 89% with the optical anisotropy of the polished surface observed by a polarizing microscope.

前記ランダム共重合体35gと上記メソフェーズピッチ70g
を混合し、窒素雰囲気下、350℃で一時間溶融加熱し、
均一な状態にある珪素及びチタンを含有した多環状芳香
族重合体を得た。
35 g of the random copolymer and 70 g of the mesophase pitch
Are mixed and heated under a nitrogen atmosphere at 350 ° C. for 1 hour,
A polycyclic aromatic polymer containing silicon and titanium in a uniform state was obtained.

この重合体は、融点が272℃で、59%のキシレン不溶分
を含んでいた。
This polymer had a melting point of 272 ° C. and contained 59% xylene-insoluble matter.

参考例2(ポリマーIIの製法) 参考例1で得られた前駆体共重合体39gにテトラキスア
セチルアセトナトジルコニウム5.4gのエタノール−キシ
レン溶液(1.5%)を加え、キシレン及びエタノールを
留去後250℃で1時間重合し39.5gのジルコニウム含有ラ
ンダム共重合体を得た。
Reference Example 2 (Production Method of Polymer II) To 39 g of the precursor copolymer obtained in Reference Example 1 was added an ethanol-xylene solution (1.5%) of 5.4 g of tetrakisacetylacetonatozirconium, and xylene and ethanol were distilled off. Polymerization was carried out at 0 ° C. for 1 hour to obtain 39.5 g of a zirconium-containing random copolymer.

この重合体20gと参考例1と同様にして調製したメソフ
ェーズピッチ50gを微粉砕混合し、紡糸筒内で350℃で溶
融させてジルコニウム含有多環状芳香族重合体を得た。
20 g of this polymer and 50 g of mesophase pitch prepared in the same manner as in Reference Example 1 were finely pulverized and mixed, and melted at 350 ° C. in a spinning cylinder to obtain a zirconium-containing polycyclic aromatic polymer.

参考例3(ポリマーIIIの製法) 軽質分除去ピッチ及び有機珪素重合体Aの使用量をそれ
ぞれ50g及び50gに変えた以外は参考例1と同様にして、
57gの前駆重合体を得た。
Reference Example 3 (Manufacturing Method of Polymer III) In the same manner as in Reference Example 1 except that the light content removal pitch and the usage amount of the organosilicon polymer A were changed to 50 g and 50 g, respectively.
57 g of precursor polymer was obtained.

この前駆共重合体40gにハフニウムクロライド7.2gのエ
タノール−キシレン溶液(1.5%)を加え、キシレン及
びエタノールを留去後250℃で1時間重合し43.5gのハフ
ニウム含有ランダム共重合体を得た。
An ethanol-xylene solution (1.5%) of 7.2 g of hafnium chloride was added to 40 g of this precursor copolymer, and xylene and ethanol were distilled off, followed by polymerization at 250 ° C. for 1 hour to obtain 43.5 g of a hafnium-containing random copolymer.

この重合体60gとメソフェーズピッチ40gを320℃で溶融
混合し、ハフニウム含有多環状芳香族重合体を得た。
60 g of this polymer and 40 g of mesophase pitch were melt mixed at 320 ° C. to obtain a hafnium-containing polycyclic aromatic polymer.

実施例1 参考例1で得たポリマーIの粉末を窒素気流中で800℃
に昇温し、仮焼体を調製し、これを微粉砕して仮焼体粉
末を得た。この仮焼体粉末に等重量のポリマーIの粉末
を加え、湿式混合して得た造粒粉を、350℃、100kg/cm2
でホットプレスし、直径7cmの円板状成形体を得た。こ
の成形体を炭素粉末のパウダーヘッド中に埋め保形し、
窒素気流中で5℃/hの速度で800℃まで昇温後、さらに1
300℃まで昇温し、無機化した。得られた炭素質無機材
料の嵩密度は1.52g/cm3であった。
Example 1 The polymer I powder obtained in Reference Example 1 was heated at 800 ° C. in a nitrogen stream.
The temperature was raised to 1, a calcined body was prepared, and this was finely pulverized to obtain a calcined body powder. Granulated powder obtained by adding an equal weight of the powder of Polymer I to the calcined powder and wet-mixing the mixture at 350 ° C. and 100 kg / cm 2
Hot pressing was performed to obtain a disk-shaped molded body having a diameter of 7 cm. This molded body was embedded in a carbon powder powder head and held in shape,
After raising the temperature to 800 ° C at a rate of 5 ° C / h in a nitrogen stream,
The temperature was raised to 300 ° C to make it inorganic. The obtained carbonaceous inorganic material had a bulk density of 1.52 g / cm 3 .

この炭素質無機材料をポリマーIの50%キシレンスラリ
ーに浸し、減圧下キシレンを留去しながら350℃に昇
温、その後100kg/cm2に加圧含浸した後、空気中で5℃/
hの速度で300℃まで昇温し、不融化した後1300℃で無機
化した。この含浸、無機化の操作をさらに3回繰り返し
嵩密度1.96g/cm3の材料を得た。この材料の曲げ強度は2
3kg/mm2であった。さらにこの炭素質無機材料をアルゴ
ン中、2500℃で焼成したところ、嵩密度1.99g/cm3、曲
げ強度は28kg/mm2に向上した。また、窒素中、1500℃で
の曲げ強度も29kg/mm2であった。
This carbonaceous inorganic material was dipped in a 50% xylene slurry of Polymer I, heated to 350 ° C while distilling off xylene under reduced pressure, and then pressure-impregnated to 100 kg / cm 2 , followed by 5 ° C / in air.
The temperature was raised to 300 ° C. at a rate of h to infusibilize it, and then it was mineralized at 1300 ° C. This operation of impregnation and mineralization was repeated three more times to obtain a material having a bulk density of 1.96 g / cm 3 . The bending strength of this material is 2
It was 3 kg / mm 2 . Further, when the carbonaceous inorganic material was baked at 2500 ° C. in argon, the bulk density was improved to 1.99 g / cm 3 and the bending strength was improved to 28 kg / mm 2 . The bending strength at 1500 ° C in nitrogen was also 29 kg / mm 2 .

実施例2 ポリマーIIを用い、実施例1と同様にして得た仮焼体粉
末70%に参考例3で得たポリマーIIIの粉末30%を加
え、実施例1と同様にして成形無機化して嵩密度1.72g/
cm3の 炭素質無機材料を得た。
Example 2 Using Polymer II, 30% of the powder of Polymer III obtained in Reference Example 3 was added to 70% of the calcined powder obtained in the same manner as in Example 1, and molded and mineralized in the same manner as in Example 1. Bulk density 1.72 g /
A carbonaceous inorganic material of cm 3 was obtained.

実施例1と同様に、この材料にポリマーIIの50%キシレ
ンスラリーを含浸し、無機化し、さらにこの含浸、無機
化を3回繰り返し嵩密度2.04g/cm3の炭素質無機材料を
得た。この材料の曲げ強度は28kg/mm2であり、このもの
を空気中、600℃に24時間保持した後でも重量減少、強
度低下は認められなかった。
In the same manner as in Example 1, this material was impregnated with a 50% xylene slurry of Polymer II to be mineralized, and this impregnation and mineralization were repeated 3 times to obtain a carbonaceous inorganic material having a bulk density of 2.04 g / cm 3 . The bending strength of this material was 28 kg / mm 2 , and no weight reduction or strength reduction was observed even after this material was kept in air at 600 ° C. for 24 hours.

比較例1 無荷重時の嵩密度が0.15g/cm3の人造黒鉛粉粒体80%に
参考例1の中間生成物であるメソフェーズピッチ20%を
加え、実施例1と同様にして成形、無機化を行い嵩密度
が1.66g/cm3の炭素材を得た。
Comparative Example 1 20% of mesophase pitch, which is an intermediate product of Reference Example 1, was added to 80% of artificial graphite powder having a bulk density of 0.15 g / cm 3 under no load, and molded in the same manner as in Example 1 to form an inorganic material. To obtain a carbon material having a bulk density of 1.66 g / cm 3 .

この炭素材にメソフェーズピッチの含浸、無機化を実施
例1と同様にして4回繰り返し嵩密度が1.92g/cm3の炭
素材を得た。
This carbon material was impregnated with mesophase pitch and mineralized in the same manner as in Example 1 four times to obtain a carbon material having a bulk density of 1.92 g / cm 3 .

この炭素材の曲げ強度は5.0kg/mm2であり、このものを
空気中、600℃に24時間保持したところ、20%の重量減
少が認められ、多孔質化した。
The bending strength of this carbon material was 5.0 kg / mm 2 , and when this carbon material was kept in air at 600 ° C. for 24 hours, a 20% weight loss was observed and it became porous.

比較例2 比較例1で得た嵩密度が1.66g/cm3の炭素材に金属珪素
粉をまぶし、1500℃で溶融含浸し、反応焼結により炭素
−炭化珪素複合材を得た。得られた材料の曲げ強度は8.
2kg/mm2と向上したが、窒素中、1500℃での曲げ強度を
測定したところ、未反応珪素の溶融により変形が生じ、
曲げ強度は3.0kg/mm2に低下した。
Comparative Example 2 The carbon material having a bulk density of 1.66 g / cm 3 obtained in Comparative Example 1 was sprinkled with metallic silicon powder, melt-impregnated at 1500 ° C., and reaction-sintered to obtain a carbon-silicon carbide composite material. The bending strength of the obtained material is 8.
Although it was improved to 2 kg / mm 2 , when bending strength was measured at 1500 ° C in nitrogen, deformation occurred due to melting of unreacted silicon.
The bending strength dropped to 3.0 kg / mm 2 .

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渋谷 昌樹 山口県宇部市大字小串1978番地の5 宇部 興産株式会社宇部研究所内 審査官 小島 隆 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Masaki Shibuya 5 1978, Kozugushi, Ube City, Yamaguchi Prefecture 5 Ube Kosan Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】金属含有多環状芳香族重合体から得られる
無機材料であって、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、M、C及びO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及びMOとの集合体であり、 構成元素の割合がSi;5〜60重量%、M;0.5〜45重量%、
C;30〜40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。) よりなることを特徴とする炭素質無機材料。
1. An inorganic material obtained from a metal-containing polycyclic aromatic polymer, the constituent components of which are: i) crystalline carbon derived from a polycyclic aromatic compound in a mesophase state which constitutes the polymer. Or crystalline carbon and amorphous carbon, ii) non-oriented crystalline carbon and / or amorphous carbon derived from the optically isotropic polycyclic aromatic compound constituting the polymer, and iii) Amorphous substance consisting essentially of Si, M, C and O, and / or substantially β-SiC, MC, solid solution of β-SiC and MC and MC
1-x is an aggregate of crystalline ultrafine particles with a particle size of 500 Å or less and amorphous SiO y and MO z, and the ratio of constituent elements is Si; weight%,
C: 30-40 wt% and O: 0.01-30 wt% Si-MC
-O substance (in the above formula, M is at least one element selected from Ti, Zr, and Hf, and 0 <x <1, 0 <y ≦
2, 0 <z ≦ 2. ) A carbonaceous inorganic material characterized by comprising:
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