JPH093727A - Boron carbonitride fiber and method for producing the same - Google Patents
Boron carbonitride fiber and method for producing the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 三塩化ほう素等の三ハロゲン化ほう素とアセ
トニトリルやベンゾニトリル等のニトリル化合物との付
加物と、塩化アンモニウムあるいは一級アミン塩酸塩と
を、三ハロゲン化ほう素の存在下に125℃前後で加熱
して得られる炭窒化ほう素前駆体をN、N’-ジメチル
ホルムアミド等の該前駆体可溶性溶媒に溶解した後、こ
の溶解液より前駆体繊維を紡糸し、不活性ガス雰囲気
下、引張り応力を印加しながら加熱処理することによ
り、炭素とほう素と窒素が結合した炭窒化ほう素からな
り、そのC面が繊維軸に平行に配向し且つその配向度が
0.70以上であり、引張強度が少なくとも1400M
Paである炭窒化ほう素繊維を得ることができる。
【効果】 本発明の炭窒化ほう素繊維は、配向度が0.
70以上であり、その結果、引張強度が著しく高い。(57) [Summary] [Structure] An addition product of boron trihalide such as boron trichloride and a nitrile compound such as acetonitrile or benzonitrile, and ammonium chloride or primary amine hydrochloride is treated with boron trihalide. The boron carbonitride precursor obtained by heating at about 125 ° C. in the presence of is dissolved in the precursor-soluble solvent such as N, N′-dimethylformamide, and the precursor fiber is spun from the solution. By heat treatment in an inert gas atmosphere while applying tensile stress, it is composed of boron carbonitride in which carbon, boron and nitrogen are bonded, and its C plane is oriented parallel to the fiber axis and its orientation degree is 0.70 or more, tensile strength of at least 1400M
Boron carbonitride fiber having Pa can be obtained. [Effect] The boron carbonitride fiber of the present invention has an orientation degree of 0.
It is 70 or more, and as a result, the tensile strength is remarkably high.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は炭窒化ほう素繊維および
その製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a boron carbonitride fiber and a method for producing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】セラミックス材料は、高強度で且つ高温
まで安定であるため、プラスチックや金属材料で代替す
ることができない高温構造材料としての応用が期待され
ている。しかしながら、これらの材料は、優れた熱的、
機械的性質と裏腹に、本質的に脆く割れ易いという性質
を有している。2. Description of the Related Art Since ceramic materials have high strength and are stable up to high temperatures, they are expected to be applied as high-temperature structural materials that cannot be replaced by plastics and metal materials. However, these materials have excellent thermal,
On the contrary to mechanical properties, it has the property of being essentially brittle and easy to crack.
【0003】セラミックの脆性を克服する手段として、
強化材との複合化による靱性強化が有効である。複合化
を行う強化材としては、球状粒子、板状粒子、ウィスカ
ー、連続繊維などが検討されているが、中でも連続繊維
と複合化することによる靱性強化が効果的で、破壊靱性
をアルミニウム合金と同程度にまで高められることが知
られている。As a means of overcoming the brittleness of ceramics,
Strengthening of toughness by compounding with a reinforcing material is effective. Spherical particles, plate-like particles, whiskers, continuous fibers, etc. have been investigated as the reinforcing material for composite formation, but among them, toughness enhancement by combining with continuous fibers is effective, and fracture toughness is compared with aluminum alloy. It is known that it can be increased to the same level.
【0004】複合強化用の連続繊維としては、炭化硅素
繊維やアルミナ繊維に代表されるセラミック繊維がその
候補の一つと見なされている。しかしながら、セラミッ
ク繊維では、その構造は微細な結晶が集合した多結晶体
であるが、高温に曝すと構成する結晶が粗大化し、繊維
の引張強度は著しく低下する。一般に、複合強化用繊維
をセラミックスと複合化する場合には、摂氏千数百度以
上の高温で加熱する必要がある。従って、セラミックス
繊維はセラミックスとの複合化の工程において引張強度
が低下してしまい、靱性強化を果たすことが困難とな
る。Ceramic fibers typified by silicon carbide fibers and alumina fibers are considered to be one of the candidates for the continuous fiber for composite reinforcement. However, although the structure of the ceramic fiber is a polycrystalline body in which fine crystals are aggregated, when it is exposed to a high temperature, the crystals formed become coarse, and the tensile strength of the fiber is significantly reduced. Generally, when a composite reinforcing fiber is combined with a ceramic, it is necessary to heat the composite reinforcing fiber at a high temperature of several thousand centigrade or more. Therefore, the tensile strength of the ceramic fiber is lowered in the step of forming a composite with the ceramic, and it becomes difficult to achieve toughness enhancement.
【0005】これに対し、炭窒化ほう素繊維は、炭窒化
ほう素の結合の異方性が著しいために、高温下において
も結晶の粗大化などの構造変化を起こし難く、そのため
高温に曝したことによる繊維の引張強度の低下は少ない
と推定される。このように炭窒化ほう素繊維は優れた耐
熱性を有しているので、強化繊維として極めて有用であ
る。On the other hand, boron carbonitride fibers are not susceptible to structural changes such as crystal coarsening even at high temperatures because the boron carbonitride bonding anisotropy is remarkable, and therefore they are exposed to high temperatures. It is estimated that the decrease in the tensile strength of the fiber due to this is small. Since the boron carbonitride fiber has excellent heat resistance as described above, it is extremely useful as a reinforcing fiber.
【0006】また、炭窒化ほう素繊維は、上述の強化繊
維としての優れた特性に加え、炭素繊維に近い高い導電
率から窒化ほう素繊維に近い低い導電率まで幅広く制御
することが可能で、更に、高い熱衝撃抵抗、高い熱伝導
率、層間化合物形成能を有しており、工業的に極めて有
用な材料である。In addition to the excellent properties as a reinforcing fiber described above, boron carbonitride fiber can be widely controlled from a high conductivity close to that of carbon fiber to a low conductivity close to that of boron nitride fiber. Further, it has a high thermal shock resistance, a high thermal conductivity and an intercalation compound forming ability, and is an industrially extremely useful material.
【0007】炭窒化ほう素繊維を製造する方法として
は、CVD法により鉄系の金属基体上にほう素源ガス、
炭素源ガス及び窒素源ガスを導入、熱分解して炭窒化ほ
う素繊維を気相成長させる方法が知られている(特開平
1−252520)。この方法により長さが数ミクロン
の炭窒化ほう素繊維が得られるが、その形態はウィスカ
ー特有の針状の形状ではなく、無秩序な屈曲が繰り返さ
れた不規則な形態をとっている。また、得られる繊維が
短繊維であるため、上述した連続繊維による複合強化に
用いることはできない。As a method for producing boron carbonitride fiber, a boron source gas is formed on an iron-based metal substrate by a CVD method,
A method is known in which a carbon source gas and a nitrogen source gas are introduced and pyrolyzed to vapor-deposit boron carbonitride fibers (Japanese Patent Laid-Open No. 1-252520). Boron carbonitride fibers having a length of several microns can be obtained by this method, but the shape is not a needle-like shape peculiar to whiskers, but an irregular shape in which disordered bending is repeated. Further, since the obtained fiber is a short fiber, it cannot be used for the composite reinforcement by the continuous fiber described above.
【0008】連続繊維として炭窒化ほう素繊維を製造す
る方法としては、各種有機高分子繊維を炭素源あるいは
炭素源および窒素源として、これをハロゲン化ほう素と
反応させ、焼成してほう素を導入することにより製造す
る方法が知られている(特開平7−48121)。この
方法では、有機高分子繊維を繊維形状を形成する基体と
なるために、必然的に炭素含有量が約50wt%以上と
比較的高い炭窒化ほう素繊維しか得られないし、窒素含
有量も幅広く制御することは困難である。この炭窒化ほ
う素繊維は上に述べた理由により組成の制御の幅が制限
されるので、その導電率の制御の幅も制限される場合が
ある。又、この方法においては、固気反応により繊維状
に形成した有機高分子繊維とほう素源と反応させるの
で、繊維表面と繊維内部とで、あるいは繊維軸方向にお
いても位置によりほう素濃度に不均一が生じ易い。一
方、基体である有機高分子繊維からは、熱処理により揮
発成分の脱離が生じる。これらの、物質の出入り、およ
びそれらが不均一に起こることにより、繊維に微細な欠
陥やそれを誘起する応力分布が導入され、その結果、得
られる炭窒化ほう素繊維の強度を著しく低下させる場合
がある。As a method for producing a boron carbonitride fiber as a continuous fiber, various organic polymer fibers are used as a carbon source or a carbon source and a nitrogen source, and this is reacted with boron halide and calcined to produce boron. A method of producing by introducing is known (JP-A-7-48121). In this method, since the organic polymer fiber is used as a substrate for forming a fiber shape, it is inevitable that only a carbonitride boron boron fiber having a relatively high carbon content of about 50 wt% or more can be obtained, and the nitrogen content is wide. It is difficult to control. Since this boron carbonitride fiber has a limited range of composition control for the reasons described above, it may also have a limited range of conductivity control. Further, in this method, since the organic polymer fiber formed into a fibrous shape by the solid-gas reaction is reacted with the boron source, the boron concentration may be different depending on the surface of the fiber and the inside of the fiber or the position in the fiber axial direction. Uniformity is likely to occur. On the other hand, volatile components are desorbed from the organic polymer fiber as the substrate by heat treatment. When these materials come in and go out, and they occur unevenly, fine defects and stress distributions that induce them are introduced into the fiber, and as a result, the strength of the resulting boron carbonitride fiber is significantly reduced. There is.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】これまでの炭窒化ほう
素繊維に対する研究では、繊維状の炭窒化ほう素を得る
ことのみを目的としており、炭窒化ほう素の結晶方位、
およびそれが物性に及ぼす影響については全く考慮され
ていなかった。In the past research on boron carbonitride fibers, the only purpose was to obtain fibrous boron carbonitride, and the crystal orientation of boron carbonitride,
And no consideration was given to its effect on physical properties.
【0010】しかし、炭窒化ほう素には、結晶構造的に
強度が非常に弱い方向があるため、この方向が炭窒化ほ
う素繊維の繊維軸に対して一定の割合以上平行に存在し
ている繊維、即ち、従来得られている炭窒化ほう素繊維
では、その強度は充分ではなかった。However, since boron carbonitride has a direction in which the strength is extremely weak in terms of crystal structure, this direction exists in parallel to the fiber axis of the boron carbonitride fiber at a certain ratio or more. The strength of the fiber, that is, the conventionally obtained boron carbonitride fiber, was not sufficient.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者は上記
課題を解決すべく種々の角度から鋭意研究を重ねた。そ
の結果、炭窒化ほう素のC面が繊維軸に平行な方向に優
先的に配向した炭窒化ほう素繊維を見いだし、更に、こ
の炭窒化ほう素繊維の配向度が増すに従い、その引張強
度が飛躍的に向上することを初めて見いだし、ここに本
発明を完成させるに至った。Accordingly, the present inventors have conducted intensive studies from various angles to solve the above-mentioned problems. As a result, we found boron carbonitride fibers in which the C-plane of boron carbonitride was preferentially oriented in the direction parallel to the fiber axis, and as the degree of orientation of this boron carbonitride fiber increased, its tensile strength increased. For the first time, it was discovered that the improvement was dramatic, and the present invention was completed here.
【0012】すなわち、本発明は、炭素とほう素と窒素
が結合して作られた6員環が該6員環の面方向に連結し
て形成された面(C面)が積層した構造を有する炭窒化
ほう素からなる炭窒化ほう素繊維であって、少なくとも
1400MPaの引張強度を有する炭窒化ほう素繊維で
ある。That is, the present invention provides a structure in which a 6-membered ring formed by combining carbon, boron and nitrogen is connected in the plane direction of the 6-membered ring and the surface (C-plane) is laminated. The boron carbonitride fiber is a boron carbonitride fiber having a tensile strength of at least 1400 MPa.
【0013】他の発明は、炭素とほう素と窒素が結合し
て作られた6員環が該6員環の面方向に連結して形成さ
れた面(C面)が積層した構造を有する炭窒化ほう素か
らなる炭窒化ほう素繊維であって、該C面の少なくとも
一部は該炭窒化ほう素繊維の繊維軸に実質的に平行に配
向しており、該C面の配向度が少なくとも0.70であ
る炭窒化ほう素繊維である。Another invention has a structure in which a 6-membered ring formed by combining carbon, boron and nitrogen is connected in the plane direction of the 6-membered ring and the surface (C-plane) is laminated. A boron carbonitride fiber made of boron carbonitride, wherein at least part of the C plane is oriented substantially parallel to the fiber axis of the boron carbonitride fiber, and the orientation degree of the C plane is Boron carbonitride fiber of at least 0.70.
【0014】更に他の発明は、(a)三ハロゲン化ほう
素とニトリル化合物との付加物とハロゲン化アンモニウ
ム又は一級アミンハロゲン化水素酸塩とを三ハロゲン化
ほう素の存在下において反応させて炭窒化ほう素前駆体
を生成し、(b)該炭窒化ほう素前駆体を溶媒に溶解し
て炭窒化ほう素前駆体溶液を調製し、(c)該炭窒化ほ
う素前駆体溶液を紡糸して炭窒化ほう素前駆体繊維を形
成し、(d)該炭窒化ほう素前駆体繊維を不活性ガス雰
囲気下で引張り応力を印加しながら1600〜2300
℃において加熱することを特徴とする炭窒化ほう素繊維
の製造方法である。In still another invention, (a) an adduct of a boron trihalide and a nitrile compound is reacted with an ammonium halide or a primary amine hydrohalide in the presence of boron trihalide. A boron carbonitride precursor is produced, (b) the boron carbonitride precursor is dissolved in a solvent to prepare a boron carbonitride precursor solution, and (c) the boron carbonitride precursor solution is spun. To form a boron carbonitride precursor fiber, and (d) 1600 to 2300 while applying tensile stress to the boron carbonitride precursor fiber in an inert gas atmosphere.
It is a method for producing a boron carbonitride fiber characterized by heating at ℃.
【0015】更に他の発明は、(a)三ハロゲン化ほう
素とニトリル化合物との付加物とハロゲン化アンモニウ
ム又は一級アミンハロゲン化水素酸塩とを三ハロゲン化
ほう素の存在下において反応させて炭窒化ほう素前駆体
を生成し、(b)該炭窒化ほう素前駆体及びアクリロニ
トリル系重合体を溶媒に溶解して炭窒化ほう素前駆体溶
液を調製し、(c)該炭窒化ほう素前駆体溶液を紡糸し
て炭窒化ほう素前駆体繊維を形成し、(d)該炭窒化ほ
う素前駆体繊維を不活性ガス雰囲気下で引張り応力を印
加しながら1600〜2300℃において加熱すること
を特徴とする炭窒化ほう素繊維の製造方法である。In still another invention, (a) an adduct of a boron trihalide and a nitrile compound is reacted with an ammonium halide or a primary amine hydrohalide salt in the presence of boron trihalide. A boron carbonitride precursor is produced, (b) the boron carbonitride precursor and an acrylonitrile-based polymer are dissolved in a solvent to prepare a boron carbonitride precursor solution, and (c) the boron carbonitride precursor solution. Spinning the precursor solution to form a boron carbonitride precursor fiber, and (d) heating the boron carbonitride precursor fiber at 1600 to 2300 ° C. while applying tensile stress in an inert gas atmosphere. And a method for producing a boron carbonitride fiber.
【0016】以下、上で述べた本発明の炭窒化ほう素繊
維およびその製造方法について詳細に説明する。The above-mentioned boron carbonitride fiber of the present invention and the method for producing the same will be described in detail below.
【0017】炭窒化ほう素は周期律表第III族のほう
素と周期律表第IV族の炭素と周期律表第V族の窒素が
化学的に結合して生成した物質であって、現在 (1) 炭素、ほう素および窒素が3次元的に結合して
生成した構造、すなわち原子位置を占める元素の種類を
区別しなければダイヤモンド構造と同一の構造を有する
炭窒化ほう素、および(2) 炭素とほう素と窒素が結
合して作られた6員環が6員環の面方向に連結して面
(以下C面という)を形成し、且つ該C面が積層した構
造を有する炭窒化ほう素が知られている。Boron carbonitride is a substance formed by chemically combining boron of Group III of the periodic table, carbon of Group IV of the periodic table and nitrogen of Group V of the periodic table. (1) A structure formed by three-dimensionally combining carbon, boron, and nitrogen, that is, a boron carbonitride having the same structure as a diamond structure unless the kinds of elements occupying atomic positions are distinguished, and (2 ) A carbon having a structure in which a 6-membered ring formed by combining carbon, boron and nitrogen is connected in the plane direction of the 6-membered ring to form a face (hereinafter referred to as C face), and the C faces are laminated. Boron nitride is known.
【0018】本発明に関わる炭窒化ほう素は、後者の炭
素とほう素と窒素が結合して作られた6員環が該6員環
の面方向に縮合、連結して面を形成し、且つこの面が積
層した構造を有する炭窒化ほう素からなるものである。In the boron carbonitride according to the present invention, the latter 6-membered ring formed by bonding carbon, boron and nitrogen is condensed and connected in the plane direction of the 6-membered ring to form a plane, Moreover, this surface is made of boron carbonitride having a laminated structure.
【0019】本発明の炭窒化ほう素繊維は、例えば窒化
ほう素における六方晶窒化ほう素の構造あるいは炭素に
おける黒鉛の構造のように、C面が面間の規則性を保っ
て積層した構造を有する炭窒化ほう素および/または、
例えば窒化ほう素や炭素における乱層構造(ターボスト
ラティック構造ともいう)のように、C面間の規則性を
欠いた積層構造を有する炭窒化ほう素からなる繊維であ
る。The boron carbonitride fiber of the present invention has a structure in which the C-planes maintain regularity between planes, such as the structure of hexagonal boron nitride in boron nitride or the structure of graphite in carbon. Boron carbonitride and / or
For example, it is a fiber made of boron carbonitride having a laminated structure lacking regularity between C planes, such as a turbostratic structure in boron nitride or carbon.
【0020】該炭窒化ほう素の積層構造は、X線回折に
よるC面からの回折ピークより確認できる。この回折ピ
ークは、X線をCuKα線とした場合2θ=24〜26
°の位置に現れ、回折ピークの位置より計算される積層
したC面の間隔は約3〜4オングストロームである。The laminated structure of the boron carbonitride can be confirmed from the diffraction peak from the C plane by X-ray diffraction. This diffraction peak is 2θ = 24 to 26 when the X-ray is CuKα ray.
The distance between the stacked C-planes, which appears at the position of ° and is calculated from the position of the diffraction peak, is about 3 to 4 angstroms.
【0021】上記炭窒化ほう素は、炭素−炭素、ほう素
−窒素結合の他に、炭素−ほう素、炭素−窒素の結合を
含んでいることにより、炭窒化ほう素と類似した構造を
有するグラファイト構造等をとる炭素、および六方晶等
の構造をとる窒化ほう素あるいはそれらの混合物と区別
される。炭素−ほう素、炭素−窒素の結合の存在は、X
線光電子分光(XPSともいう)またはラマン分光法等
により確認することができる。The boron carbonitride has a structure similar to that of boron carbonitride because it contains carbon-boron and carbon-nitrogen bonds in addition to carbon-carbon and boron-nitrogen bonds. It is distinguished from carbon having a graphite structure or the like and boron nitride having a hexagonal structure or the like or a mixture thereof. The presence of a carbon-boron or carbon-nitrogen bond is represented by X
It can be confirmed by linear photoelectron spectroscopy (also referred to as XPS) or Raman spectroscopy.
【0022】X線光電子分光の場合、炭素に結合したほ
う素のXPSスペクトルは、窒素に結合したほう素のX
PSスペクトルよりも低エネルギー側にシフトする。一
方、炭素に結合した窒素のXPSスペクトルは、ほう素
に結合した窒素のXPSスペクトルよりも高エネルギー
側にシフトする。従って、X線光電子分光法により炭窒
化ほう素中のほう素および窒素のXPSスペクトルを測
定すれば、該炭窒化ほう素における炭素−ほう素結合お
よび炭素−窒素結合を確認することができる。In the case of X-ray photoelectron spectroscopy, the XPS spectrum of boron bound to carbon is X-ray of boron bound to nitrogen.
It shifts to a lower energy side than the PS spectrum. On the other hand, the XPS spectrum of nitrogen bonded to carbon shifts to a higher energy side than the XPS spectrum of nitrogen bonded to boron. Therefore, by measuring the XPS spectra of boron and nitrogen in boron carbonitride by X-ray photoelectron spectroscopy, the carbon-boron bond and carbon-nitrogen bond in the boron carbonitride can be confirmed.
【0023】また、ラマン分光法によれば、炭素−炭素
結合のみからなるグラファイトおよびほう素−窒素結合
のみからなる六方晶窒化ほう素のラマンスペクトルは各
々1570cm-1、1370cm-1の位置にピークを有
するのに対し、炭素−ほう素結合および炭素−窒素結合
を含む炭窒化ほう素ではそれらの中間の約1430cm
-1を中心とした位置にピークを有するスペクトルが得ら
れる。Further, according to Raman spectroscopy, carbon - carbon bond composed only of graphite and boron - Raman spectra of hexagonal boron nitride comprising only nitrogen bond each 1570 cm -1, peak at 1370 cm -1 In contrast to boron carbonitride containing carbon-boron bond and carbon-nitrogen bond, about 1430 cm in between.
A spectrum having a peak at a position centered at -1 is obtained.
【0024】本発明の炭窒化ほう素繊維の組成は特に限
定されないが、好ましくは、ほう素−炭素−窒素の三元
系状態図において、ほう素の組成が1atm%以上で9
0atm%以下の領域と、炭素の組成が2atm%以上
で98atm%以下の領域と、更に、窒素の組成が1a
tm%以上で60atm%以下の領域との積集合に対応
する領域(以下領域Aともいう)に含まれる組成であ
り、より好ましくは、ほう素−炭素−窒素の三元系状態
図において、炭素100atm%の点とほう素80at
m%−窒素20atm%の点を結ぶ直線と、炭素100
atm%の点とほう素20atm%−窒素80atm%
の点を結ぶ直線とで囲まれる領域と、領域Aとの積集合
に対応する領域に含まれる組成であり、更に好ましく
は、ほう素−炭素−窒素の三元系状態図において、炭素
100atm%の点とほう素80atm%−窒素20a
tm%の点を結ぶ直線と、炭素100atm%の点とほ
う素40atm%−窒素60atm%の点を結ぶ直線と
で囲まれる領域と、領域Aとの積集合に対応する領域に
含まれる組成であり、最も好ましくは、ほう素−炭素−
窒素の三元系状態図において、炭素100atm%の点
とほう素60atm%−窒素40atm%の点を結ぶ直
線と、炭素100atm%の点とほう素40atm%−
窒素60atm%の点を結ぶ直線とで囲まれる領域と、
領域Aとの積集合に対応する領域に含まれる組成であ
る。The composition of the boron carbonitride fiber of the present invention is not particularly limited, but preferably, in the boron-carbon-nitrogen ternary phase diagram, the composition of boron is 9 at 1 atm% or more.
0 atm% or less, a carbon composition of 2 atm% or more and 98 atm% or less, and a nitrogen composition of 1a.
It is a composition contained in a region (hereinafter also referred to as region A) corresponding to a product set with a region of tm% or more and 60 atm% or less, and more preferably, in the ternary phase diagram of boron-carbon-nitrogen, carbon 100 atm% points and 80 atm boron
A straight line connecting the points of m% -nitrogen 20 atm% and carbon 100
Atm% point and Boron 20 atm% -Nitrogen 80 atm%
Is a composition contained in a region corresponding to a product set of the region A and a region surrounded by a straight line connecting the points. More preferably, in a ternary phase diagram of boron-carbon-nitrogen, carbon 100 atm% Point and boron 80atm% -nitrogen 20a
The composition contained in the region corresponding to the intersection of the region A and the region surrounded by the straight line connecting the points of tm%, the line connecting the points of 100 atm% of carbon and the points of 40 atm% of boron and 60 atm% of nitrogen. And most preferably boron-carbon-
In the ternary phase diagram of nitrogen, a straight line connecting a point of 100 atm% carbon and 60 atm% of boron-40 atm% of nitrogen, and a point of 100 atm% of carbon and 40 atm% of boron-
A region surrounded by a straight line connecting the points of 60 atm% nitrogen,
It is the composition contained in the region corresponding to the intersection with the region A.
【0025】炭素含有量の多い炭窒化ほう素繊維は、炭
窒化ほう素前駆体溶液(以下紡糸液ともいう)に加える
アクリロニトリル系重合体の添加量を増やすなど方法に
より製造が可能である。又、炭素含有量の少ない炭窒化
ほう素繊維は、炭窒化ほう素前駆体繊維をアンモニア中
で加熱するなどの方法により製造が可能である。このと
き、アンモニア中での加熱処理の加熱温度等などの条件
により炭素含有量を制御することができる。Boron carbonitride fibers having a high carbon content can be produced by a method such as increasing the amount of an acrylonitrile polymer added to a boron carbonitride precursor solution (hereinafter also referred to as a spinning solution). Boron carbonitride fibers having a low carbon content can be produced by a method such as heating boron carbonitride precursor fibers in ammonia. At this time, the carbon content can be controlled by conditions such as the heating temperature of the heat treatment in ammonia.
【0026】本発明において最も重要な事は、炭窒化ほ
う素のC面が炭窒化ほう素繊維の繊維軸に平行な方向に
優先的に配向していることである。The most important thing in the present invention is that the C-plane of boron carbonitride is preferentially oriented in the direction parallel to the fiber axis of boron carbonitride fiber.
【0027】本発明者は、炭窒化ほう素のC面が繊維軸
に平行に配向した炭窒化ほう素繊維を初めて見いだし
た。更に、この配向の程度が向上すると、特定の配向度
以上で、得られる炭窒化ほう素繊維の引張強度が飛躍的
に向上することも初めて見いだした。炭窒化ほう素のC
面を繊維軸に平行に配向させることにより引張強度が向
上する理由は、以下のように推定される。炭窒化ほう素
では、グラファイトおよび六方晶窒化ほう素などとの結
晶構造の類似性からの類推により、C面内での結合は、
共有結合性が強く結合が強固であるのに対し、面間の結
合は主にファン・デル・ワールス力による弱い結合であ
ると考えられる。従って、強い結合であるC面内の結合
が繊維軸に平行である割合が増すと、引張強度が増すも
のと推定される。炭窒化ほう素のC面が繊維軸に対して
等方的に分布している場合には、C面に垂直な方向が繊
維軸方向と平行である炭窒化ほう素結晶の存在によって
炭窒化ほう素繊維の引張強度が制限され、高強度化が困
難であるものと推定される。この推定は、炭窒化ほう素
のC面を繊維軸に平行な方向に配向させるほど強度が向
上したことからも支持されるのではないかと考えられ
る。The present inventor has for the first time found a boron carbonitride fiber in which the C-plane of boron carbonitride is oriented parallel to the fiber axis. Further, it was also found for the first time that when the degree of this orientation is improved, the tensile strength of the obtained boron carbonitride fiber is improved at a certain degree or more. Boron carbonitride C
The reason why the tensile strength is improved by orienting the surface parallel to the fiber axis is presumed as follows. In the case of boron carbonitride, the bond in the C-plane is determined by analogy with the similarity of the crystal structures of graphite and hexagonal boron nitride.
While the covalent bond is strong and the bond is strong, the bond between the faces is considered to be a weak bond mainly due to van der Waals force. Therefore, it is estimated that the tensile strength increases as the ratio of the strong in-plane bonds parallel to the fiber axis increases. When the C-plane of boron carbonitride is isotropically distributed with respect to the fiber axis, carbonitride boron nitride is present due to the presence of boron carbonitride crystals whose direction perpendicular to the C-plane is parallel to the fiber axis direction. It is estimated that the tensile strength of the raw fibers is limited and it is difficult to increase the strength. It is considered that this estimation is supported by the fact that the strength is improved as the C plane of boron carbonitride is oriented in the direction parallel to the fiber axis.
【0028】炭窒化ほう素繊維に対するこれまでの研究
では、繊維状の炭窒化ほう素を得ることのみを目的とし
ており、炭窒化ほう素の結晶方位、およびそれが物性に
及ぼす影響については全く着目していなかった。The previous researches on boron carbonitride fibers are aimed only at obtaining fibrous boron carbonitride, and pay attention to the crystal orientation of boron carbonitride and its influence on the physical properties. I didn't.
【0029】炭窒化ほう素繊維の繊維軸に対する炭窒化
ほう素のC面の方位分布を表す指標として、C面の配向
度(以下、配向度ともいう)が用いられる。本発明にお
ける炭窒化ほう素繊維は配向度が0.70以上であるこ
とを特徴とする。実際には、本発明者は配向度が0.7
0未満である炭窒化ほう素繊維も見いだし、製造するこ
とも可能である。例えば、配向度が0.70未満である
炭窒化ほう素繊維は、炭窒化ほう素前駆体繊維に引張り
応力を印加することなく加熱することにより製造が可能
である。しかし、種々の配向度を有する炭窒化ほう素繊
維を製造し、配向度に対する炭窒化ほう素繊維の引張強
度を系統的に調べたところ、配向度が0.7未満である
炭窒化ほう素繊維の引張強度は、実質的に配向度に依存
せず、その値も低い。これに対し、配向度が0.7以上
の時、炭窒化ほう素繊維の引張強度は著しい向上を示
す。例えば代表値を示すと、配向度が0.55および
0.66である炭窒化ほう素繊維の引張強度が各々44
0MPa、900MPaであるのに対し、配向度が0.
82の炭窒化ほう素繊維の引張強度は1900MPaで
あった。The degree of orientation of the C-plane (hereinafter also referred to as orientation degree) is used as an index representing the orientation distribution of the C-plane of boron carbonitride with respect to the fiber axis of the boron carbonitride fiber. The boron carbonitride fiber in the present invention is characterized in that the degree of orientation is 0.70 or more. In reality, the inventor has found that the degree of orientation is 0.7.
Boron carbonitride fibers that are less than 0 can also be found and manufactured. For example, a boron carbonitride fiber having an orientation degree of less than 0.70 can be produced by heating a boron carbonitride precursor fiber without applying tensile stress. However, when boron carbonitride fibers having various degrees of orientation were manufactured and the tensile strength of the boron carbonitride fibers against the degree of orientation was systematically investigated, it was found that the degree of orientation was less than 0.7. The tensile strength of is substantially independent of the degree of orientation, and its value is low. On the other hand, when the degree of orientation is 0.7 or more, the tensile strength of the boron carbonitride fiber shows a remarkable improvement. For example, when the typical values are shown, the tensile strengths of boron carbonitride fibers having orientations of 0.55 and 0.66 are 44
While 0 MPa and 900 MPa, the degree of orientation is 0.
The tensile strength of the boron carbonitride fiber No. 82 was 1900 MPa.
【0030】また、配向度が0.7以上の時、炭窒化ほ
う素繊維の引張強度は配向度に比例して向上する。例え
ば代表値を示すと、配向度が0.74のとき引張強度が
1700MPaであるのに対し、配向度を0.82とす
ると引張強度は1900MPaに向上した。更に、配向
度を0.85とすることにより引張強度は2200MP
aに向上した。従って、配向度が0.70以上では、配
向度を向上させることにより引張強度を更に向上させる
ことが可能である。When the orientation degree is 0.7 or more, the tensile strength of the boron carbonitride fiber is improved in proportion to the orientation degree. For example, as a representative value, when the orientation degree is 0.74, the tensile strength is 1700 MPa, whereas when the orientation degree is 0.82, the tensile strength is improved to 1900 MPa. Furthermore, the tensile strength is 2200MP by adjusting the degree of orientation to 0.85.
improved to a. Therefore, when the orientation degree is 0.70 or more, the tensile strength can be further improved by improving the orientation degree.
【0031】本発明の炭窒化ほう素繊維は、引張強度が
少なくとも1400MPa、好ましくは少なくとも17
00MPa、最も好ましくは少なくとも1900MPa
のものである。The boron carbonitride fibers of the present invention have a tensile strength of at least 1400 MPa, preferably at least 17
00 MPa, most preferably at least 1900 MPa
belongs to.
【0032】上述の引張強度は、JIS R 7601
(1986)で規定されている「炭素繊維の試験方法」
に準じて測定することができる。The above-mentioned tensile strength is JIS R 7601.
(1986) "Testing method of carbon fiber"
Can be measured according to.
【0033】また、本発明の炭窒化ほう素繊維は、配向
度が少なくとも0.70、好ましくは少なくとも0.7
4、最も好ましくは少なくとも0.82のものである。The boron carbonitride fibers of the present invention also have a degree of orientation of at least 0.70, preferably at least 0.7.
4, most preferably at least 0.82.
【0034】配向化の効果として、引張強度が向上する
ことのほかに、繊維軸方向の熱伝導率が向上することが
挙げられる。炭窒化ほう素に類似した構造を有するグラ
ファイトの場合、その単結晶の炭素6員環の面内方向と
面間方向の熱伝導率を比べると、面内方向の熱伝導率の
方が高い値をとることが知られている。同様に、炭窒化
ほう素に類似した窒化ほう素の場合、化学的気相法によ
り窒化ほう素のほう素−窒素6員環により構成される面
を規則正しく積層させて得られる窒化ほう素の熱伝導率
を測定すると、面内方向の熱伝導率は、面に垂直な方向
の熱伝導率に比べ、百倍近く高い。また、炭素6員環が
繊維軸に平行な方向に優先的に配向した炭素繊維の場合
には、配向度が向上するに伴い、熱伝導率が向上する事
が知られている。これら、炭素繊維を含むグラファイト
および窒化ほう素において、面内方向の熱伝導率が高い
理由は、炭素、ほう素および窒素といった比較的軽い元
素が強固な共有結合により互いに結合しているため、格
子振動による熱の伝播が効率よく行われる事によると考
えられる。この比較的軽い元素が共有結合により強固に
結合している点は、炭窒化ほう素においても同様であ
る。従って、炭窒化ほう素においても、C面の面内方向
の熱伝導率は面間方向の熱伝導率に比べて高いと考えら
れる。その結果、炭素繊維の場合と同様に、炭窒化ほう
素繊維の配向度が向上するにともない、繊維軸方向の熱
伝導率が向上すると考えられる。As the effect of orientation, in addition to improving the tensile strength, it is possible to improve the thermal conductivity in the fiber axis direction. In the case of graphite having a structure similar to that of boron carbonitride, the thermal conductivity in the in-plane direction is higher than the thermal conductivity in the in-plane direction of the single crystal carbon 6-membered ring. It is known to take Similarly, in the case of boron nitride, which is similar to boron carbonitride, the heat of boron nitride obtained by regularly stacking the faces formed by the boron-nitrogen 6-membered ring of boron nitride by the chemical vapor phase method. When the conductivity is measured, the thermal conductivity in the in-plane direction is nearly 100 times higher than the thermal conductivity in the direction perpendicular to the plane. Further, it is known that in the case of carbon fibers in which the 6-membered carbon ring is preferentially oriented in the direction parallel to the fiber axis, the thermal conductivity improves as the degree of orientation improves. In graphite and boron nitride containing carbon fibers, the reason for the high thermal conductivity in the in-plane direction is that relatively light elements such as carbon, boron and nitrogen are bonded to each other by a strong covalent bond, It is thought that this is because heat is efficiently propagated by vibration. The fact that the relatively light element is strongly bonded by covalent bonding is the same in boron carbonitride. Therefore, even in boron carbonitride, it is considered that the thermal conductivity in the in-plane direction of the C plane is higher than that in the in-plane direction. As a result, as in the case of carbon fiber, it is considered that the thermal conductivity in the fiber axis direction is improved as the degree of orientation of the boron carbonitride fiber is improved.
【0035】配向化の効果として、引張強度および繊維
軸方向の熱伝導率が向上することのほかに、インターカ
レーションが効率よく行われることが挙げられる。炭窒
化ほう素の層間にリチウムイオン等が挿入され、層間化
合物を形成することが知られている。このため、炭窒化
ほう素はLi二次電池用の負極活物質としての利用が期
待されている。本発明における炭窒化ほう素繊維では、
炭窒化ほう素のC面が繊維軸に平行な方向に優先的に配
向している。すなわちリチウムイオン等が挿入されるべ
き層間が繊維軸方向に平行になっているといえる。従っ
て、繊維軸方向にはインタカレーションが容易に起こ
り、C面の方向が等方的な炭窒化ほう素を用いるより
も、電池の性能を向上させ得ると考えられる。As the effect of orientation, in addition to improving the tensile strength and the thermal conductivity in the fiber axis direction, efficient intercalation can be mentioned. It is known that lithium ions or the like are inserted between layers of boron carbonitride to form an intercalation compound. Therefore, boron carbonitride is expected to be used as a negative electrode active material for Li secondary batteries. In the boron carbonitride fiber in the present invention,
The C plane of boron carbonitride is preferentially oriented in the direction parallel to the fiber axis. That is, it can be said that the layers into which lithium ions or the like are to be inserted are parallel to the fiber axis direction. Therefore, it is considered that intercalation easily occurs in the fiber axis direction and the battery performance can be improved as compared with the case of using boron carbonitride having an isotropic C plane.
【0036】上述の配向度はX線回折法により、炭窒化
ほう素のC面からの回折により生じるデバイ環上のX線
強度分布を基に求めることができる。以下、X線回折法
による配向度測定方法を示す。The degree of orientation described above can be determined by an X-ray diffraction method based on the X-ray intensity distribution on the Debye ring generated by the diffraction from the C plane of boron carbonitride. Hereinafter, a method for measuring the degree of orientation by the X-ray diffraction method will be described.
【0037】回折に供するX線は、ニッケルフィルター
により単色化された銅のKα線(以下、CuKα線と表
記する)を使用し、透過法により回折強度を測定する。
また、X線出力に対して高い効率で回折を得るために、
X線源は点焦点とするのが望ましい。As X-rays used for diffraction, copper Kα rays monochromated by a nickel filter (hereinafter referred to as CuKα rays) are used, and the diffraction intensity is measured by the transmission method.
Also, in order to obtain diffraction with high efficiency for X-ray output,
The X-ray source is preferably a point focus.
【0038】炭窒化ほう素繊維の数十ないし数百本の束
を、炭窒化ほう素繊維同士がなるべく平行になるように
して、少量のコロジオン等を用いて固定し、X線回折に
供する試料とする。これを、以下、X線回折用試片とい
う。A sample to be subjected to X-ray diffraction, in which tens or hundreds of boron carbonitride fibers are bundled so that the carbonitride boron fibers are as parallel as possible and fixed with a small amount of collodion or the like. And Hereinafter, this is referred to as an X-ray diffraction test piece.
【0039】回折強度の測定は、回折像を写真に撮影す
る方法またはX線回折計を用いる方法のいずれを用いて
もよい。The diffraction intensity may be measured either by taking a photograph of a diffraction image or by using an X-ray diffractometer.
【0040】回折像を写真に撮影する方法により回折強
度を測定する場合には、X線回折用試片の炭窒化ほう素
繊維の繊維軸が入射X線に対して垂直な面内にあり、入
射X線がX線回折用試片の炭窒化ほう素繊維束に照射す
るように、X線回折用試片を固定する。この時、入射X
線に対して直角な面内におけるX線回折用試片の炭窒化
ほう素繊維の繊維軸の方向は、回折像に対する相対的な
方向が特定できるのであれば任意の方向でよい。但し、
ここでは、説明のため繊維軸を鉛直に固定するものとす
る。When the diffraction intensity is measured by taking a photograph of a diffraction image, the fiber axis of the boron carbonitride fiber of the X-ray diffraction sample is in the plane perpendicular to the incident X-ray. The X-ray diffraction sample is fixed so that the incident X-rays irradiate the boron carbonitride fiber bundle of the X-ray diffraction sample. At this time, the incident X
The direction of the fiber axis of the boron carbonitride fiber of the X-ray diffraction specimen in a plane perpendicular to the line may be any direction as long as the direction relative to the diffraction image can be specified. However,
Here, it is assumed that the fiber shaft is fixed vertically for explanation.
【0041】X線回折用試片に対して、入射X線の方向
と反対側に回折像撮影用のX線感光フィルムを設置す
る。X線感光フィルムは入射X線の方向に対して垂直に
なるようにする。X線回折用試片からX線感光フィルム
までの距離(以下、カメラ長ともいう)は、X線回折用
試片の炭窒化ほう素繊維を構成する炭窒化ほう素のC面
からの回折によるデバイ環の全体を撮影できる距離であ
る必要がある。デバイ環のX線感光フィルム上での半径
(D)は式(1)により求められる。An X-ray photosensitive film for photographing a diffraction image is placed on the side opposite to the direction of the incident X-ray with respect to the X-ray diffraction specimen. The X-ray sensitive film should be perpendicular to the direction of the incident X-ray. The distance from the X-ray diffraction specimen to the X-ray photosensitive film (hereinafter also referred to as camera length) is determined by the diffraction from the C-plane of boron carbonitride constituting the boron carbonitride fiber of the X-ray diffraction specimen. The distance must be such that the entire Debye ring can be photographed. The radius (D) of the Debye ring on the X-ray photosensitive film can be obtained by equation (1).
【0042】 D=L×tan(2θ) (1) 但し、Lはカメラ長、2θはX線回折用試片の炭窒化ほ
う素繊維を構成する炭窒化ほう素のC面に対してブラッ
グの回折条件を満たす回折角である。炭窒化ほう素繊維
の場合、入射X線がCuKα線であれば2θは24〜2
6°の範囲にある。従って、入射X線の方向とX線感光
フィルムとの交点を中心に半径Dの円がX線フィルムに
納まるよう、カメラ長Lを設定すればよい。D = L × tan (2θ) (1) Here, L is the camera length, 2θ is the Bragg's angle with respect to the C plane of boron carbonitride constituting the boron carbonitride fiber of the X-ray diffraction specimen. It is a diffraction angle that satisfies the diffraction condition. In the case of the boron carbonitride fiber, if the incident X-ray is CuKα ray, 2θ is 24 to 2
In the range of 6 °. Therefore, the camera length L may be set so that a circle having a radius D centered on the intersection of the direction of the incident X-ray and the X-ray photosensitive film is contained in the X-ray film.
【0043】回折X線強度は主にX線回折用試験片の炭
窒化ほう素繊維の量、その炭窒化ほう素繊維を構成する
炭窒化ほう素の結晶子径などにより変化するので、最適
な回折像を得るためには、X線の露光時間を調整する必
要がある。露光時間が長すぎると、回折X線強度とX線
感光フィルムの回折X線による黒化度とが比例しなくな
るため、得られる回折X線の強度分布は回折X線強度の
強い部分で実際よりも相対的に弱く現れてしまい、正確
な配向度は得られない。また、露光時間が短すぎると、
X線感光フィルムの回折X線による黒化度のS/N比が
低下するので、得られる配向度の誤差が増大する。露光
時間が適当であるかどうかを確認するには、同一のX線
回折用試片に対して露光時間を変化させて回折像を撮影
し、得られる配向度が変化しないことを確認すればよ
い。The diffracted X-ray intensity mainly varies depending on the amount of boron carbonitride fiber of the X-ray diffraction test piece, the crystallite diameter of boron carbonitride constituting the boron carbonitride fiber, and the like. In order to obtain a diffraction image, it is necessary to adjust the X-ray exposure time. If the exposure time is too long, the intensity of the diffracted X-rays will not be proportional to the degree of blackening of the X-ray photosensitive film due to the diffracted X-rays. Also appears relatively weakly, and an accurate degree of orientation cannot be obtained. Also, if the exposure time is too short,
Since the S / N ratio of the degree of blackening due to the diffracted X-rays of the X-ray photosensitive film decreases, the error of the obtained degree of orientation increases. In order to confirm whether the exposure time is appropriate or not, the same X-ray diffraction specimen can be obtained by changing the exposure time and photographing a diffraction image to confirm that the obtained degree of orientation does not change. .
【0044】露光したX線感光フィルムを現像すると、
回折X線が照射した部分が回折X線強度に比例して黒化
する。従って、フィルムの黒化度をマイクロデンシトメ
ーターを用いて定量することにより、回折X線の強度を
求めることができる。炭窒化ほう素のC面が炭窒化ほう
素繊維の繊維軸方向に平行に配向している場合には、X
線感光フィルムに撮影されたデバイ環上において、デバ
イ環の中心(入射X線とX線感光フィルムとの交点)を
通りX線回折用試片の炭窒化ほう素繊維の繊維軸に直角
な方向(以下、赤道線方向ともいう)のフィルムの黒化
度が極大となり、デバイ環の中心を通りX線回折用試片
の炭窒化ほう素の繊維軸に平行な方向(以下、子午線方
向ともいう)のフィルムの黒化度が極小となるような回
折強度分布が生じる。デバイ環上の回折強度測定点の位
置を、デバイ環上の基準点からの中心角φにより定め、
その関数としてデバイ環上での回折X線の強度を求め
る。このとき、デバイ環上でのX線強度は、炭窒化ほう
素繊維のC面からの回折X線の強度とバックグランドの
強度とを加えた強度である。従って、C面からの正味の
回折X線の強度を求めるためには、デバイ環の半径方向
のX線強度変化を測定してデバイ環におけるバックグラ
ンド強度を求め、これをデバイ環におけるX線強度から
差し引けばよい。中心角φの関数としてC面からの回折
X線の強度を求めると、赤道線方向に対応する位置に極
大を有する2つのピークが得られる。それぞれのピーク
について半価幅を単位を度として測定し、その平均
(H)を算出する。得られたHを用いて式(2)により
配向度(π)を算出することができる〔炭素材料学会
編、”炭素繊維の展開と評価方法”118頁(198
9).〕。When the exposed X-ray photosensitive film is developed,
The portion irradiated by the diffracted X-ray turns black in proportion to the intensity of the diffracted X-ray. Therefore, the intensity of the diffracted X-ray can be obtained by quantifying the degree of blackening of the film using a microdensitometer. When the C plane of boron carbonitride is oriented parallel to the fiber axis direction of the boron carbonitride fiber, X
A direction perpendicular to the fiber axis of the boron carbonitride fiber of the sample for X-ray diffraction, passing through the center of the Debye ring (the intersection point of the incident X-ray and the X-ray photosensitive film) on the Debye ring photographed on the line-sensitive film. The blackening degree of the film (hereinafter, also referred to as the equatorial line direction) becomes maximum, passes through the center of the Debye ring, and is parallel to the fiber axis of the boron carbonitride sample of the X-ray diffraction sample (hereinafter, also referred to as the meridian direction). The diffraction intensity distribution that minimizes the degree of blackening of the film is generated. The position of the diffraction intensity measurement point on the Debye ring is determined by the central angle φ from the reference point on the Debye ring,
As a function thereof, the intensity of the diffracted X-ray on the Debye ring is obtained. At this time, the X-ray intensity on the Debye ring is the sum of the intensity of the diffracted X-ray from the C-plane of the boron carbonitride fiber and the intensity of the background. Therefore, in order to determine the net diffracted X-ray intensity from the C-plane, the background intensity in the Debye ring is determined by measuring the change in the X-ray intensity in the radial direction of the Debye ring, and this is used as the X-ray intensity in the Debye ring. Subtract from When the intensity of the diffracted X-ray from the C plane is obtained as a function of the central angle φ, two peaks having local maxima at positions corresponding to the equator direction are obtained. For each peak, the half width is measured in degrees, and the average (H) is calculated. Using the obtained H, the degree of orientation (π) can be calculated by the formula (2) [Carbon Material Society of Japan, "Development and Evaluation Method of Carbon Fiber", page 118 (198).
9). ].
【0045】 π=(180−H)/180 (2) 回折強度を測定するためにはX線回折計を用いることも
できる。回折計は公知の物を使用することができるが、
以下、回折計軸が垂直でX線計数管の走査面が水平であ
る型の回折計について説明する。X線回折計を用いる場
合には、X線回折用試片を固定することができ、入射X
線と垂直な面内でX線回折用試片を360度回転させる
事ができる機構を有する繊維試料台を用いる。Π = (180−H) / 180 (2) An X-ray diffractometer can be used to measure the diffraction intensity. Known diffractometers can be used,
Hereinafter, a diffractometer in which the axis of the diffractometer is vertical and the scanning surface of the X-ray counter is horizontal will be described. When using an X-ray diffractometer, the X-ray diffraction sample can be fixed and
A fiber sample stage having a mechanism capable of rotating the X-ray diffraction specimen 360 degrees in a plane perpendicular to the line is used.
【0046】まず、X線回折用試片の炭窒化ほう素繊維
を構成する炭窒化ほう素のC面が、ブラッグの回折条件
を満たす回折角を透過法により求める。繊維試料台にX
線回折用試片を固定し、X線回折試片の炭窒化ほう素繊
維の繊維軸を鉛直に固定する。この状態でX線を入射
し、X線計数管すなわち回折計の2θを走査して回折X
線強度を測定する。炭窒化ほう素のC面による回折は通
常2θが24〜26度で起こるので、この角度域で回折
X線強度が極大を示す角度を求める。この角度をC面の
回折角とする。First, the diffraction angle of the C-plane of boron carbonitride constituting the boron carbonitride fiber of the X-ray diffraction test piece satisfying the Bragg diffraction condition is determined by the transmission method. X on the fiber sample table
The sample for line diffraction is fixed, and the fiber axis of the boron carbonitride fiber of the sample for X-ray diffraction is fixed vertically. In this state, the X-ray is incident, and the X-ray counter, that is, the 2θ of the diffractometer is scanned and the diffraction X
Measure the line strength. Since the diffraction of boron carbonitride on the C-plane usually occurs at 2θ of 24 to 26 degrees, the angle at which the intensity of the diffracted X-ray shows the maximum is obtained in this angle range. This angle is the diffraction angle of the C plane.
【0047】次に、X線計数管をC面の回折角に固定し
て、X線を入射し、繊維試料台に固定したX線回折用試
片を入射X線に垂直な面内で360度回転させ、対応す
る回折X線強度を測定する。いま、X線回折用試片の回
転角をα(但し単位は度)とし、X線回折試片の炭窒化
ほう素繊維の繊維軸が鉛直である状態をαが0度とす
る。X線回折用試片の炭窒化ほう素繊維を構成する炭窒
化ほう素のC面が炭窒化ほう素繊維の繊維軸方向に配向
している場合には、αが0度と180度に回折X線強度
の極大を有するピークが現れる。このとき、回折X線の
強度は、前述の回折像を写真に撮影する方法と同様にバ
ックグランドの強度を差し引いて補正する必要がある。
それぞれのピークについて半価幅を単位を度として測定
し、その平均(H)を用いて(2)式より配向度(π)
を算出することができる。Next, the X-ray counter tube was fixed at the diffraction angle of the C plane, the X-rays were made incident, and the X-ray diffraction specimen fixed on the fiber sample table was set 360 in the plane perpendicular to the incident X-rays. Rotate by degrees and measure the corresponding diffracted X-ray intensity. Now, the rotation angle of the X-ray diffraction specimen is α (however, the unit is degree), and α is 0 degree when the fiber axis of the boron carbonitride fiber of the X-ray diffraction specimen is vertical. When the C-plane of the boron carbonitride constituting the boron carbonitride fiber of the X-ray diffraction specimen is oriented in the fiber axis direction of the boron carbonitride fiber, α is diffracted to 0 ° and 180 °. A peak having a maximum of the X-ray intensity appears. At this time, it is necessary to correct the intensity of the diffracted X-ray by subtracting the intensity of the background, as in the method of taking a photograph of the diffraction image described above.
For each peak, the half width was measured in degrees, and the average (H) was used to determine the degree of orientation (π) from equation (2).
Can be calculated.
【0048】本発明の引張強度が大きく、配向度の高い
炭窒化ほう素繊維の製造方法は特に限定されないが、代
表的には以下のようにして製造することができる。The method for producing the boron carbonitride fiber of the present invention having a high tensile strength and a high degree of orientation is not particularly limited, but it can be typically produced as follows.
【0049】(a) まず、三ハロゲン化ほう素とニト
リル化合物との付加物とハロゲン化アンモニウム又は一
級アミンハロゲン化水素酸塩とを三ハロゲン化ほう素の
存在下において反応させて炭窒化ほう素前駆体を生成さ
せる。(A) First, an adduct of a boron trihalide and a nitrile compound is reacted with an ammonium halide or a primary amine hydrohalide in the presence of boron trihalide to produce boron carbonitride. Generate a precursor.
【0050】三ハロゲン化ほう素としては、三ふっ化ほ
う素、三塩化ほう素、三臭化ほう素、三よう化ほう素等
が挙げられ、特に制限なく用いることができる。Examples of the boron trihalide include boron trifluoride, boron trichloride, boron tribromide and boron triiodide, which can be used without particular limitation.
【0051】ニトリル化合物としては、ニトリル基を有
する公知の化合物が特に限定なく使用することができ
る。具体的にはアセトニトリル、プロピオニトリル、カ
プロニトリル、アクリロニトリル、クロトンニトリル、
トルニトリル、ベンゾニトリル、i−ブチロニトリル、
n−ブチロニトリル、イソバレロニトリル、マロノニト
リル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニ
トリル、ピメロニトリル、スベロニトリルなどが挙げら
れる。ニトリル化合物に含まれる炭素数が多くなると、
炭窒化ほう素前駆体に含まれる炭素が増大し、加熱処理
により得られる炭窒化ほう素化繊維に含まれる炭素量を
増大させることができる。As the nitrile compound, known compounds having a nitrile group can be used without particular limitation. Specifically, acetonitrile, propionitrile, capronitrile, acrylonitrile, crotonnitrile,
Tolunitrile, benzonitrile, i-butyronitrile,
Examples include n-butyronitrile, isovaleronitrile, malononitrile, succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, pimeronitrile, suberonitrile and the like. When the number of carbon atoms contained in the nitrile compound increases,
The amount of carbon contained in the boron carbonitride precursor is increased, and the amount of carbon contained in the boron carbonitride fiber obtained by the heat treatment can be increased.
【0052】ハロゲン化アンモニウムとしては、ふっ化
アンモニウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、
ヨウ化アンモニウム等を挙げることができる。ハロゲン
化アンモニウムの好ましい例として、塩化アンモニウム
を挙げることができる。As ammonium halides, ammonium fluoride, ammonium chloride, ammonium bromide,
Ammonium iodide and the like can be mentioned. Preferred examples of the ammonium halide include ammonium chloride.
【0053】一級アミンハロゲン化水素酸塩としては、
一級アミンふっ化水素酸塩、一級アミン塩化水素酸塩、
一級アミン臭化水素酸塩、一級アミンよう化水素酸塩等
を挙げることができる。一級アミンハロゲン化水素酸塩
の好ましい例として、一級アミン塩化水素酸塩(以下、
一級アミン塩酸塩ともいう)を挙げることができる。As the primary amine hydrohalide,
Primary amine hydrofluoride, primary amine hydrochloride,
Primary amine hydrobromide, primary amine hydroiodide and the like can be mentioned. Preferred examples of the primary amine hydrohalide include primary amine hydrochloride (hereinafter, referred to as primary amine hydrochloride).
Primary amine hydrochloride).
【0054】一級アミン塩酸塩は、一般式、RNH2・
HClで表され、Rがメチル基、エチル基、プロピル基
などのアルキル基、フェニル基、トリル基、キシリル基
などのアリール基である化合物が制限なく使用される。
Rの炭素数が多くなると、窒化ほう素前駆体に含まれる
炭素が増大し、加熱処理により得られる炭窒化ほう素繊
維に含まれる炭素量を増大させることができる。The primary amine hydrochloride has the general formula: RNH 2
A compound represented by HCl, in which R is an alkyl group such as a methyl group, an ethyl group and a propyl group, and an aryl group such as a phenyl group, a tolyl group and a xylyl group is used without limitation.
When the number of carbon atoms of R increases, the amount of carbon contained in the boron nitride precursor increases, and the amount of carbon contained in the boron carbonitride fiber obtained by the heat treatment can be increased.
【0055】本発明の窒化ほう素繊維を得るためには、
先ず、該三ハロゲン化ほう素と該ニトリル化合物との付
加物とハロゲン化アンモニウムあるいは一級アミンハロ
ゲン化水素酸塩とを反応させることにより、窒化ほう素
前駆体を合成する。To obtain the boron nitride fiber of the present invention,
First, a boron nitride precursor is synthesized by reacting an adduct of the boron trihalide and the nitrile compound with an ammonium halide or a primary amine hydrohalide.
【0056】該三ハロゲン化ほう素と該ニトリル化合物
との付加物とは、ニトリル基の窒素原子の非結合電子対
にハロゲン化ほう素が付加結合した生成物であり、三ハ
ロゲン化ほう素とニトリル化合物とは容易に反応して付
加物を生成する。該付加物を生成させる方法は、特に限
定されない。例えば、室温において有機溶媒にニトリル
化合物を溶解した溶液に三ハロゲン化ほう素を滴下する
方法、有機溶媒にニトリル化合物を溶解し、次いで三ハ
ロゲン化ほう素を吹き込む方法、または有機溶媒に三ハ
ロゲン化ほう素を溶解し、次いでニトリル化合物を滴下
する方法などにより付加物を生成させることができる。
三ハロゲン化ほう素とニトリル化合物とは容易に反応し
て付加物を生成するので反応直前に両者を接触させても
良い。The adduct of the boron trihalide and the nitrile compound is a product in which the boron halide is additionally bonded to the non-bonded electron pair of the nitrogen atom of the nitrile group, and the boron trihalide and It easily reacts with a nitrile compound to form an adduct. The method for producing the adduct is not particularly limited. For example, a method of dropping boron trihalide into a solution of a nitrile compound in an organic solvent at room temperature, a method of dissolving a nitrile compound in an organic solvent and then blowing boron trihalide, or a method of trihalogenating the organic solvent An adduct can be formed by dissolving boron and then dropping a nitrile compound.
Since boron trihalide and the nitrile compound easily react to form an adduct, they may be brought into contact with each other immediately before the reaction.
【0057】上記付加物とハロゲン化アンモニウムまた
は一級アミンハロゲン化水素酸塩との反応時には三ハロ
ゲン化ほう素を存在させることが必須である。反応時に
三ハロゲン化ほう素が存在しない場合は本発明の窒化ほ
う素前駆体の収率が低く、後述する紡糸時の紡糸用溶
媒、例えばN、N-ジメチルホルムアミド(以下DMF
ともいう)に不溶の反応副生成物が生成してくる。It is essential that boron trihalide be present during the reaction of the adduct with ammonium halide or primary amine hydrohalide. When boron trihalide is not present during the reaction, the yield of the boron nitride precursor of the present invention is low, and a spinning solvent for spinning as described later, such as N, N-dimethylformamide (hereinafter referred to as DMF).
(Also referred to as) insoluble reaction by-products are generated.
【0058】該三ハロゲン化ほう素は、少なくとも三ハ
ロゲン化ほう素とニトリル化合物の付加物とハロゲン化
アンモニウムまたは一級アミンハロゲン化水素酸塩との
反応時に存在すれば良い。例えば、ニトリル化合物と三
ハロゲン化ほう素との付加物を生成させる際に三ハロゲ
ン化ほう素を過剰に用いて、未反応の三ハロゲン化ほう
素を付加物中に予め共存させておいても良い。三ハロゲ
ン化ほう素のニトリル化合物に対する添加量は、モル比
(三ハロゲン化ほう素/ニトリル化合物)で1.05〜
2.00の範囲より任意に選ぶことができる。しかし、
三ハロゲン化ほう素の添加量が少ないとDMF不溶成分
が生成し、また三ハロゲン化ほう素添加量が多いと反応
に寄与しない三ハロゲン化ほう素が増大するので、より
好ましいニトリル化合物に対する三ハロゲン化ほう素の
添加モル比は1.1〜1.5である。このとき三ハロゲ
ン化ほう素とニトリル化合物は1対1の付加物を生成す
るので、反応時存在する三ハロゲン化ほう素の量は、付
加物に対してモル比(三ハロゲン化ほう素/付加物)で
0.1〜0.5の範囲となる。The boron trihalide may be present at least during the reaction between the boron trihalide / addition product of the nitrile compound and the ammonium halide or the primary amine hydrohalide. For example, when an adduct of a nitrile compound and boron trihalide is formed, excess boron trihalide may be used, and unreacted boron trihalide may be allowed to coexist in the adduct in advance. good. The amount of boron trihalide to be added to the nitrile compound is 1.05 to 5 in molar ratio (boron trihalide / nitrile compound).
It can be arbitrarily selected from the range of 2.00. But,
When the amount of boron trihalide added is small, a DMF-insoluble component is produced, and when the amount of boron trihalide added is large, the amount of boron trihalide that does not contribute to the reaction increases, so trihalogen for a more preferable nitrile compound is used. The addition molar ratio of boron bromide is 1.1 to 1.5. At this time, since the boron trihalide and the nitrile compound form a 1: 1 adduct, the amount of boron trihalide present during the reaction is in a molar ratio (boron trihalide / addition). In the range of 0.1) to 0.5).
【0059】また、反応溶媒に対するニトリル化合物の
濃度は特に限定されないが、0.1〜10mol/lの
範囲であることが好ましい。ニトリル化合物の濃度が
0.1mol/lよりも少ないと、得られる窒化ほう素
前駆体の量が少なく、効率的でないので好ましくない。
また、ニトリル化合物の濃度が10mol/lを越える
と、溶媒に対して固体として生成する付加物の量が多く
なりすぎ、付加物の生成が不均一になるので好ましくな
い。The concentration of the nitrile compound in the reaction solvent is not particularly limited, but it is preferably in the range of 0.1 to 10 mol / l. When the concentration of the nitrile compound is less than 0.1 mol / l, the amount of the obtained boron nitride precursor is small, which is not preferable because it is not efficient.
On the other hand, if the concentration of the nitrile compound exceeds 10 mol / l, the amount of the adduct formed as a solid with respect to the solvent becomes too large, and the formation of the adduct becomes ununiform.
【0060】ハロゲン化アンモニウムまたは一級アミン
ハロゲン化水素酸塩の添加量は、ニトリル化合物に対す
るモル比(ハロゲン化アンモニウムまたは一級アミンハ
ロゲン化水素酸塩/ニトリル化合物)で、0.67〜
1.5の範囲より選ぶことが好ましい。ハロゲン化アン
モニウムまたは一級アミンハロゲン化水素酸塩が多いと
DMFに不溶の成分が生成し、ニトリル化合物の方が多
いと未反応付加物の量が増大する傾向にあるので、より
好ましくは0.83〜1.2の範囲より選べば良い。The amount of the ammonium halide or the primary amine hydrohalide salt added is 0.67 to a molar ratio to the nitrile compound (ammonium halide or primary amine hydrohalide salt / nitrile compound).
It is preferable to select from the range of 1.5. When the amount of ammonium halide or primary amine hydrohalide is large, a component insoluble in DMF is generated, and when the amount of nitrile compound is large, the amount of unreacted adduct tends to increase. What is necessary is just to choose from the range of -1.2.
【0061】本発明の炭窒化ほう素前駆体を合成するた
めに用いる溶媒は特に限定されないが、反応生成物であ
る炭窒化ほう素前駆体を分離する際、反応副生成物であ
るボラジン化合物を溶解して除去し易いことが好まし
い。このような観点から、ベンゼン、トルエン、キシレ
ン、クロロベンゼン等の有機溶媒が好ましく選択され
る。The solvent used for synthesizing the boron carbonitride precursor of the present invention is not particularly limited, but when the boron carbonitride precursor which is a reaction product is separated, a borazine compound which is a reaction by-product is used. It is preferably dissolved and easily removed. From such a viewpoint, an organic solvent such as benzene, toluene, xylene, chlorobenzene is preferably selected.
【0062】付加物とハロゲン化アンモニウムまたは一
級アミンハロゲン化水素酸塩を反応させるための加熱温
度は、一般に低温では反応に長時間を要し、高温ではD
MFに不溶な成分が増大し反応収率が低下する。従っ
て、加熱温度は100℃〜160℃の範囲より選べばよ
い。又、加熱時間は温度により異なるが3〜30時間の
範囲より選べばよい。The heating temperature for reacting the adduct with the ammonium halide or the primary amine hydrohalide is generally low at low temperatures and D at high temperatures.
Components insoluble in MF increase and the reaction yield decreases. Therefore, the heating temperature may be selected from the range of 100 ° C to 160 ° C. The heating time varies depending on the temperature, but may be selected from the range of 3 to 30 hours.
【0063】上記加熱処理を行うことにより、窒化ほう
素前駆体が橙色ないし褐色の沈澱として生成する。By performing the above heat treatment, the boron nitride precursor is formed as an orange or brown precipitate.
【0064】窒化ほう素前駆体を得るための反応装置と
しては、公知の装置が特に制限なく用いられる。しかし
ながら、三ハロゲン化ほう素とニトリル化合物の付加
物、窒化ほう素前駆体ともに加水分解するため、反応系
内は予め窒素ガスなどにより十分に乾燥しておくととも
に、反応中も反応系外より空気中の水分が侵入しないよ
う装置開放部には塩化カルシウムなどの吸湿剤を配する
必要がある。As a reaction device for obtaining the boron nitride precursor, a known device can be used without particular limitation. However, since the adduct of boron trihalide with the nitrile compound and the boron nitride precursor are both hydrolyzed, the inside of the reaction system is sufficiently dried in advance with nitrogen gas or the like, and air is also supplied from outside the reaction system during the reaction. It is necessary to provide a moisture absorbent such as calcium chloride in the opening portion of the apparatus so that moisture in the apparatus does not enter.
【0065】(b) 工程(a)で生成させた炭窒化ほ
う素前駆体を溶媒に溶解して炭窒化ほう素前駆体溶液を
調製する。(B) The boron carbonitride precursor produced in step (a) is dissolved in a solvent to prepare a boron carbonitride precursor solution.
【0066】この炭窒化ほう素前駆体溶液は、次の工程
(c)において紡糸液として用いることができるもので
ある。This boron carbonitride precursor solution can be used as a spinning solution in the next step (c).
【0067】この炭窒化ほう素前駆体より炭窒化ほう素
前駆体繊維を作製する方法は、公知の方法を特に制限な
く用いることができる。例えば、炭窒化ほう素前駆体の
溶液より前駆体繊維を紡糸する場合には、該炭窒化ほう
素前駆体を可溶性溶媒に溶解することにより、紡糸液を
作製する。前駆体可溶性溶媒としては例えばDMF、ε
−カプロラクタム、クロロニトリル、マロニトリル、N
−メチル−β−シアノエチルフォルムアミド、N,N−
ジエチルホルムアミド等をあげることができる。炭窒化
ほう素前駆体を該可溶性溶媒に溶解することにより、橙
色ないしは褐色で透明な紡糸液が得られる。As a method for producing a boron carbonitride precursor fiber from this boron carbonitride precursor, a known method can be used without particular limitation. For example, when spinning a precursor fiber from a boron carbonitride precursor solution, the spinning solution is prepared by dissolving the boron carbonitride precursor in a soluble solvent. Examples of the precursor-soluble solvent include DMF and ε
-Caprolactam, chloronitrile, malonitrile, N
-Methyl-β-cyanoethylformamide, N, N-
Examples thereof include diethylformamide. By dissolving the boron carbonitride precursor in the soluble solvent, an orange or brown transparent spinning solution can be obtained.
【0068】この紡糸液の粘度は所望により、例えばア
クリロニトリル系重合体を添加することによって調製す
ることができる。上記炭窒化ほう素前駆体の分子量が比
較的小さいときは、分子量が比較的大きいアクリロニト
リル系重合体を炭窒化ほう素前駆体とともに用いること
によって紡糸液の粘度を高くし、紡糸液の曳糸性を改善
することができる。The viscosity of the spinning solution can be adjusted, if desired, by adding, for example, an acrylonitrile polymer. When the molecular weight of the boron carbonitride precursor is relatively small, the viscosity of the spinning solution is increased by using an acrylonitrile polymer having a relatively large molecular weight together with the boron carbonitride precursor, and the spinnability of the spinning solution is increased. Can be improved.
【0069】本発明に用いるアクリロニトリル系重合体
は、紡糸液を構成する可溶性溶剤に溶解し、且つ紡糸液
中で当該炭窒化ほう素前駆体と相分離を生じなければ、
特に制限なく使用することができる。好ましくはアクリ
ロニトリルの重合体、或いは酢酸ビニル、アクリルアミ
ド、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、アクリル
酸、アクリル酸エステルなどビニル基を有するアクリロ
ニトリル以外の重合性単量体(以下単にビニル単量体と
いう)とアクリロニトリルとの共重合体が使用される。
アクリロニトリルとビニル単量体との共重合体を使用す
る場合には、共重合体を構成するビニル単量体の量が増
大すると、紡糸液中で当該炭窒化ほう素前駆体と相分離
を生ずる傾向があるので、共重合体を構成するアクリロ
ニトリルの組成が全重合性単量体を基準とした組成で8
5モル%以上であることが好ましい。The acrylonitrile-based polymer used in the present invention is dissolved in a soluble solvent constituting the spinning solution and does not cause phase separation with the boron carbonitride precursor in the spinning solution.
It can be used without particular limitation. Preferably, a polymer of acrylonitrile, or a polymerizable monomer other than acrylonitrile having a vinyl group such as vinyl acetate, acrylamide, methacrylic acid, methacrylic acid ester, acrylic acid, acrylate (hereinafter, simply referred to as vinyl monomer) and acrylonitrile Is used.
When a copolymer of acrylonitrile and a vinyl monomer is used, an increase in the amount of the vinyl monomer constituting the copolymer causes phase separation with the boron carbonitride precursor in the spinning solution. Since there is a tendency, the composition of acrylonitrile constituting the copolymer is 8 based on the total polymerizable monomer.
It is preferably 5 mol% or more.
【0070】本発明で用いるアクリロニトリル系重合体
の重量平均分子量は、特に限定されないが、1万〜20
0万の範囲であることが好ましい。The weight average molecular weight of the acrylonitrile polymer used in the present invention is not particularly limited, but it is 10,000 to 20.
It is preferably in the range of 10,000.
【0071】紡糸液に加えるアクリロニトリル系重合体
の量は、特に限定されないが、前述の炭素含有量の多い
炭窒化ほう素繊維を製造することを目的とするのではな
く、紡糸液の曳糸性の改善を目的とするのであれば、炭
窒化ほう素前駆体100重量部に対して0.01〜5重
量部であればよい。The amount of the acrylonitrile polymer added to the spinning solution is not particularly limited, but it is not intended to produce the above-mentioned boron carbonitride fiber having a high carbon content, but the spinnability of the spinning solution. For the purpose of improving the above, 0.01 to 5 parts by weight may be used with respect to 100 parts by weight of the boron carbonitride precursor.
【0072】(c) 工程(b)で調製した炭窒化ほう
素前駆体溶液を紡糸して炭窒化ほう素前駆体繊維を形成
する。(C) The boron carbonitride precursor solution prepared in step (b) is spun to form boron carbonitride precursor fibers.
【0073】紡糸液の好ましい濃度範囲は、紡糸方法に
もよるが、0.01〜3.0g/mlであり、そのとき
の粘性率は10〜100000ポアズである。得られる
紡糸液より炭窒化ほう素前駆体繊維を紡糸する方法は、
広く公知の方法を用いることがでる。例えば、紡糸液を
入れた小孔を有する容器を回転させることにより、遠心
力を利用して紡糸液を吐出させる方法、小孔よりガス圧
により紡糸液を吐出させる方法、小孔よりギヤーポンプ
を用いて紡糸液を吐出させる方法などを用いて炭窒化ほ
う素前駆体繊維を紡糸することができる。The preferred concentration range of the spinning solution depends on the spinning method, but is 0.01 to 3.0 g / ml, and the viscosity at that time is 10 to 100,000 poises. The method for spinning the boron carbonitride precursor fiber from the obtained spinning solution is
A widely known method can be used. For example, by rotating a container having a small hole containing the spinning solution, the spinning solution is discharged by using centrifugal force, the spinning solution is discharged by gas pressure through the small hole, and a gear pump is used through the small hole. The boron carbonitride precursor fiber can be spun using a method such as discharging a spinning solution.
【0074】紡糸温度は使用する溶媒によって異なり得
るが、例えば、−60〜200℃、好ましくは−10〜
180℃、より好ましくは0〜160℃である。The spinning temperature may vary depending on the solvent used, but is, for example, -60 to 200 ° C, preferably -10 to 10.
The temperature is 180 ° C, more preferably 0 to 160 ° C.
【0075】配向度が0.70以上の単窒化ほう素繊維
を得る方法の一つとして、炭窒化ほう素前駆体繊維に応
力を印加しながら加熱する方法が挙げられる。One of the methods for obtaining a boron mononitride fiber having an orientation degree of 0.70 or more is a method of heating a boron carbonitride precursor fiber while applying stress.
【0076】(d) 工程(c)で得られた炭窒化ほう
素前駆体繊維を不活性ガス雰囲気下で引張り応力を印加
しながら1600〜2300℃において加熱することに
よって本発明の炭窒化ほう素繊維が得られる。(D) The boron carbonitride precursor fiber obtained in step (c) is heated at 1600 to 2300 ° C. under an inert gas atmosphere while applying a tensile stress to the boron carbonitride precursor fiber of the present invention. Fibers are obtained.
【0077】すなわち、配向度が0.70以上の炭窒化
ほう素繊維は、炭窒化ほう素前駆体繊維を不活性ガス雰
囲気下、繊維に引張り応力を印加しながら1600〜2
300℃、好ましくは1650〜2250℃、より好ま
しくは1700〜2200℃で加熱処理することによっ
て得ることができる。That is, for the boron carbonitride fibers having an orientation degree of 0.70 or more, the boron carbonitride precursor fibers are placed in an inert gas atmosphere while applying a tensile stress to the fibers, 1600 to 2
It can be obtained by heat treatment at 300 ° C, preferably 1650 to 2250 ° C, more preferably 1700 to 2200 ° C.
【0078】不活性ガス雰囲気下での加熱処理における
雰囲気ガスには、窒素、アルゴン、ヘリウム等を用いる
ことができる。Nitrogen, argon, helium, or the like can be used as the atmospheric gas in the heat treatment under the inert gas atmosphere.
【0079】不活性ガス雰囲気下での炭窒化ほう素前駆
体繊維の加熱処理を行う加熱装置は、チャンバーあるい
は炉心管などにより雰囲気を制御することができる構造
ものであれば良く、電気炉、ガス炉など公知の加熱装置
のが特に制限なく用いられる。 加熱処理方法として
は、一度に一定量の炭窒化ほう素前駆体繊維を加熱処理
するバッチ式加熱処理、および連続した炭窒化ほう素前
駆体繊維を予め加熱処理温度に加熱した加熱装置に順次
送り込んで加熱処理し、加熱処理した繊維を巻き取って
回収する連続式加熱処理があり、本発明においてはいず
れの加熱処理方法を用いてもよい。不活性ガス雰囲気下
でバッチ式加熱処理を行う場合には、加熱処理温度に予
め昇温された加熱処理装置に炭窒化ほう素前駆体繊維を
導入して加熱処理を行うか、加熱処理装置に炭窒化ほう
素前駆体繊維を配置した後に昇温して加熱処理温度に到
達させて加熱処理を行うことができる。The heating device for performing the heat treatment of the boron carbonitride precursor fiber in an inert gas atmosphere may have a structure capable of controlling the atmosphere by a chamber or a furnace core tube. A known heating device such as a furnace can be used without particular limitation. As the heat treatment method, a batch-type heat treatment in which a certain amount of boron carbonitride precursor fibers are heat-treated at one time, and continuous boron carbonitride precursor fibers are sequentially fed to a heating device which has been heated to a heat treatment temperature in advance. In the present invention, any heat treatment method may be used. When performing batch type heat treatment in an inert gas atmosphere, the boron carbonitride precursor fiber is introduced into the heat treatment apparatus which has been preheated to the heat treatment temperature for heat treatment, or the heat treatment apparatus is used. After arranging the boron carbonitride precursor fibers, the temperature can be raised to reach the heat treatment temperature for heat treatment.
【0080】いずれのか熱処理方法においても、炭窒化
ほう素前駆体繊維が急激に加熱されると、炭窒化ほう素
前駆体から紡糸液を作製する際の溶媒であるDMFが急
激に蒸発したり、熱分解生成物の脱離が急激に起こり、
得られる炭窒化ほう素繊維にボイド、亀裂などの欠陥が
生じ強度の低下を招くことがある。従って、炭窒化ほう
素前駆体繊維が加熱処理温度に到達するまでの昇温速度
を100℃/min以下として加熱処理を行うことが好
ましい。加熱処理温度における保持時間は、炭窒化ほう
素前駆体繊維の量や加熱処理温度にも依るが、0〜10
時間の範囲より任意に選ぶことができる。保持時間が0
時間とは、炭窒化ほう素前駆体繊維が加熱処理温度に達
した直後に、加熱装置を降温するか、炭窒化ほう素前駆
体繊維を加熱装置から取り出すなどして加熱処理を終了
することを示す。In any one of the heat treatment methods, when the boron carbonitride precursor fiber is rapidly heated, DMF which is a solvent for producing a spinning solution from the boron carbonitride precursor is rapidly evaporated, Desorption of thermal decomposition products occurs rapidly,
Defects such as voids and cracks may occur in the obtained boron carbonitride fiber, resulting in a decrease in strength. Therefore, it is preferable to perform the heat treatment at a temperature rising rate of 100 ° C./min or less until the boron carbonitride precursor fiber reaches the heat treatment temperature. The holding time at the heat treatment temperature depends on the amount of boron carbonitride precursor fibers and the heat treatment temperature, but is 0 to 10
It can be arbitrarily selected from the range of time. Hold time is 0
Immediately after the boron carbonitride precursor fiber reaches the heat treatment temperature, the time means that the heat treatment is finished by lowering the temperature of the heating device or taking out the boron carbonitride precursor fiber from the heating device. Show.
【0081】不活性ガス雰囲気下での加熱処理における
加熱処理雰囲気は、加熱処理温度に到達するまでの昇温
過程、加熱処理温度における保持過程、加熱処理終了ま
での降温過程の何れの過程においても、即ち、炭窒化ほ
う素前駆体繊維が不活性ガス雰囲気での加熱装置のチャ
ンバー、炉心管などの中にあるうちは、不活性ガス雰囲
気とするのが好ましい。不活性ガス雰囲気とするために
は、不活性ガスで置換した加熱装置のチャンバー、炉心
管などを密閉するか、あるいは加熱装置のチャンバー、
炉心管などに不活性ガスを流通させればよい。In the heat treatment atmosphere in the heat treatment under the inert gas atmosphere, the heat treatment process until reaching the heat treatment temperature, the holding process at the heat treatment temperature, and the temperature lowering process until the end of the heat treatment are all performed. That is, while the boron carbonitride precursor fiber is in the chamber of the heating device, the furnace core tube, or the like in the inert gas atmosphere, the inert gas atmosphere is preferable. In order to make the atmosphere of the inert gas, the chamber of the heating device replaced with the inert gas, the furnace tube or the like is sealed, or the chamber of the heating device,
An inert gas may be passed through a furnace tube or the like.
【0082】加熱処理における加熱処理温度は1600
〜2300℃の範囲より任意に選ぶことができる。加熱
処理温度が1600℃よりも低いと引張応力を印加して
も結晶配向化が十分に進行せず、配向度は0.7に達し
ない場合がある。また、2300℃以上では炭窒化ほう
素の分解反応が始まるので、2300℃以上で加熱処理
を行うのは好ましくない。The heat treatment temperature in the heat treatment is 1600.
22300 ° C. can be arbitrarily selected. When the heat treatment temperature is lower than 1600 ° C., even when a tensile stress is applied, the crystal orientation does not sufficiently proceed, and the degree of orientation may not reach 0.7. Further, since the decomposition reaction of boron carbonitride starts at 2300 ° C or higher, it is not preferable to perform the heat treatment at 2300 ° C or higher.
【0083】加熱処理において、炭窒化ほう素前駆体繊
維に引張応力を印加する方法は、特に限定されないが、
例えば、加熱処理をバッチ式で行う場合には、炭窒化ほ
う素前駆体繊維を鉛直方向に吊し、その下端に重りを付
加することにより引張応力を印加することができる。ま
た、炭窒化ほう素前駆体繊維は引張応力を印加しない状
態で不活性ガス雰囲気下、1600〜2300℃に加熱
処理すると、加熱処理温度に依存して繊維軸方向に収縮
する。従って、炭窒化ほう素前駆体繊維に、炭窒化ほう
素前駆体繊維および加熱処理により生成する炭窒化ほう
素繊維と反応しない炭窒化ほう素などの材質で作製され
た型枠を付し、そのまま不活性ガス雰囲気下、1600
〜2300℃に加熱処理すれば炭窒化ほう素前駆体繊維
の加熱処理による熱収縮が型枠により妨げられ、結果的
に炭窒化ほう素前駆体繊維に引張応力を印加しながら加
熱処理を行うことができる。又、加熱処理を連続式で行
う場合には、炭窒化ほう素前駆体繊維の加熱処理装置へ
の供給速度と、加熱処理を終えた繊維の巻き取り速度を
制御することにより、炭窒化ほう素前駆体繊維の加熱処
理における熱収縮を制御することができ、その結果、引
張応力を印加しながら加熱処理を行うことが出来る。The method of applying tensile stress to the boron carbonitride precursor fiber in the heat treatment is not particularly limited,
For example, when the heat treatment is performed in a batch method, the tensile stress can be applied by suspending the boron carbonitride precursor fiber in the vertical direction and adding a weight to the lower end thereof. Further, when the boron carbonitride precursor fiber is heat-treated at 1600 to 2300 ° C. in an inert gas atmosphere without applying a tensile stress, it shrinks in the fiber axis direction depending on the heat treatment temperature. Therefore, the boron carbonitride precursor fiber is attached with a form made of a material such as boron carbonitride precursor fiber and boron carbonitride fiber that does not react with the boron carbonitride fiber produced by heat treatment, and In an inert gas atmosphere, 1600
Heat treatment to ˜2300 ° C. prevents heat shrinkage of the boron carbonitride precursor fiber due to the heat treatment due to the mold, and as a result heat treatment is performed while applying tensile stress to the boron carbonitride precursor fiber. You can When the heat treatment is performed in a continuous manner, the boron carbonitride precursor fiber is supplied to the heat treatment apparatus and the winding speed of the fiber after the heat treatment is controlled to control boron carbonitride. The heat shrinkage of the precursor fiber during the heat treatment can be controlled, and as a result, the heat treatment can be performed while applying the tensile stress.
【0084】加熱処理において炭窒化ほう素前駆体繊維
に印加する引張応力は、加熱処理の加熱処理温度、加熱
処理時間により異なるが、重りを吊すなどして応力を印
加する場合には0.1〜1000MPaの範囲で任意に
選ぶことが出来る。印加する応力が0.1MPaより小
さいと結晶配向化が不十分で配向度が0.7に達しない
場合がある。また、印加する応力が1000MPaより
も大きいと未配向化繊維が破断する場合がある。一方、
炭窒化ほう素前駆体繊維の加熱処理による収縮を制限し
て炭窒化ほう素前駆体繊維に引張応力を印加する場合、
または連続式処理で加熱処理装置への炭窒化ほう素前駆
体繊維を供給する速度と加熱処理を終えた繊維を巻き取
る速度とを制御して加熱処理による熱収縮を制限して炭
窒化ほう素前駆体繊維に引張応力を印加する場合には、
延伸率が4〜32%の範囲より選べばよい。ただし、延
伸率(E)は式(3)により定義する。The tensile stress applied to the boron carbonitride precursor fiber in the heat treatment varies depending on the heat treatment temperature and the heat treatment time of the heat treatment, but is 0.1 when the stress is applied by suspending a weight. It can be arbitrarily selected within a range of up to 1000 MPa. If the applied stress is less than 0.1 MPa, the crystal orientation may be insufficient and the degree of orientation may not reach 0.7. If the applied stress is larger than 1000 MPa, the unoriented fiber may be broken. on the other hand,
When the tensile stress is applied to the boron carbonitride precursor fiber by limiting the shrinkage of the boron carbonitride precursor fiber due to the heat treatment,
Alternatively, by controlling the rate at which the boron carbonitride precursor fiber is fed to the heat treatment apparatus and the rate at which the heat-treated fiber is wound in a continuous process, the thermal contraction due to the heat treatment is limited to limit boron carbonitride. When applying tensile stress to the precursor fiber,
The stretching ratio may be selected from the range of 4 to 32%. However, the stretching ratio (E) is defined by the formula (3).
【0085】 E=100×(Ls−Lf)/Lf (3) Lfは単位長さの炭窒化ほう素繊維の熱収縮を制限する
こと無く、すなわち炭窒化ほう素繊維に引張応力を印加
すること無く熱処理温度(T℃)に加熱処理した時の繊
維試料長を表し、Lsは単位長さの炭窒化ほう素繊維を
熱収縮を制限して熱処理温度(T℃)に加熱処理したと
きの繊維試料長を表す。E = 100 × (Ls−Lf) / Lf (3) Lf does not limit the thermal shrinkage of the boron carbonitride fiber of unit length, that is, the tensile stress is applied to the boron carbonitride fiber. Without heat treatment at a heat treatment temperature (T ° C), Ls represents the length of the fiber sample, and Ls is a fiber obtained by heat treatment at a heat treatment temperature (T ° C) by limiting the heat shrinkage of the boron carbonitride fiber having a unit length. Indicates the sample length.
【0086】延伸率が4%よりも小さいと、炭窒化ほう
素前駆体繊維に印加される引張応力が不十分で、結晶配
向化度が0.70に達しない場合がある。また、延伸率
が32%よりも大きいと、加熱処理の過程で炭窒化ほう
素前駆体繊維が破断する場合がある。If the stretching ratio is less than 4%, the tensile stress applied to the boron carbonitride precursor fibers may be insufficient and the crystal orientation degree may not reach 0.70. If the stretching ratio is higher than 32%, the boron carbonitride precursor fiber may be broken during the heat treatment.
【0087】[0087]
【発明の効果】本発明により、炭窒化ほう素を主成分と
して成り、そのC面が繊維軸に平行に配向し且つその配
向度が0.70以上である炭窒化ほう素繊維を製造する
ことができる。その結果、引張強度が著しく向上した炭
窒化ほう素繊維を製造することができる。これにより、
炭窒化ほう素固有の耐熱性のほかに、高い強度をも兼ね
備えた炭窒化ほう素繊維を製造することが可能となっ
た。従って、本発明の炭窒化ほう素繊維はセラミックス
材料などの靱性を向上させるための優れた複合強化用繊
維としての応用が可能となった。EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, it is possible to produce a boron carbonitride fiber which has boron carbonitride as a main component and whose C plane is oriented parallel to the fiber axis and whose degree of orientation is 0.70 or more. You can As a result, boron carbonitride fibers with significantly improved tensile strength can be manufactured. This allows
In addition to the heat resistance inherent in boron carbonitride, it has become possible to manufacture boron carbonitride fibers that also have high strength. Therefore, the boron carbonitride fiber of the present invention can be applied as an excellent composite reinforcing fiber for improving the toughness of ceramic materials and the like.
【0088】[0088]
【実施例】以下実施例を用いて本発明を詳細に説明する
が、本発明はこれらに何等限定されるものではない。EXAMPLES The present invention will be described below in detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
【0089】実施例1 容量1リットルの三口フラスコの中管にスターラー、側
管の一つに三塩化ほう素が入ったボンベを連結したデュ
ワー型コールドフィンガー、残りの側管に玉入冷却管を
それぞれ取り付けた。玉入冷却管にはデュワー型コール
ドフィンガーを取り付け、コールドフィンガーの出口に
塩化カルシウム管を取り付けた。この装置に乾燥窒素を
毎分200mlで4時間流通して装置内を乾燥した後、
無水硫酸ナトリウムで一晩乾燥したクロロベンゼン30
0ml及びアセトニトリル16.4gを加えた。2つの
コールドフィンガーにドライアイス−アセトンを満た
し、スターラーで攪はんしながら、三口フラスコに直接
取り付けたコールドフィンガーより三塩化ほう素60g
を2時間かけて凝縮、滴下した。これにより、白色の三
塩化ほう素−アセトニトリル付加物が生成した。三塩化
ほう素を滴下し終えた後、三口フラスコに直接取り付け
たコールドフィンガーを取り外し、110℃で一晩乾燥
した塩化アンモニウム21.5gを加えた。この懸濁液
を125℃に8時間加熱すると、塩化水素の発生がほと
んどなくなり、褐色沈澱が生成した。生成した沈澱を濾
別し、クロロベンゼン100mlで洗浄し、減圧乾燥し
て炭窒化ほう素前駆体24g(収率83%)を得た。Example 1 A stirrer was attached to the inner tube of a three-necked flask having a capacity of 1 liter, a Dewar cold finger in which a cylinder containing boron trichloride was connected to one of the side tubes, and a ball containing cooling tube was attached to the remaining side tubes. I installed each. A dewar type cold finger was attached to the ball inlet cooling tube, and a calcium chloride tube was attached to the outlet of the cold finger. Dry nitrogen was passed through this device at 200 ml / min for 4 hours to dry the inside of the device.
Chlorobenzene 30 dried over anhydrous sodium sulfate overnight
0 ml and acetonitrile 16.4 g were added. Fill two cold fingers with dry ice-acetone and stir with a stirrer, 60 g of boron trichloride from the cold finger directly attached to the three-necked flask.
Was condensed and added dropwise over 2 hours. This produced a white boron trichloride-acetonitrile adduct. After finishing dropwise three boron chloride-containing, disconnect Ri preparative cold finger attached directly to the three-necked flask, were added overnight dry ammonium chloride 21.5g at 110 ° C.. When this suspension was heated to 125 ° C. for 8 hours, generation of hydrogen chloride almost disappeared, and a brown precipitate was formed. The formed precipitate was filtered off, washed with 100 ml of chlorobenzene and dried under reduced pressure to obtain 24 g of boron carbonitride precursor (yield 83%).
【0090】この炭窒化ほう素前駆体10gをDMF2
00mlに溶解した後、DMF100mlを蒸発除去す
ることにより均一な粘性の溶液を得た。この溶液を25
℃で直径60μmの孔を有する紡糸ノズルより15kg
/cm2の背圧を印加して乾燥空気中に吐出させ、巻き
取ることにより、直径約20μmの連続した炭窒化ほう
素前駆体繊維を紡糸した。このとき、紡糸液の粘度は
2.9×104ポアズであり、紡糸速度は毎分1.8m
であった。10 g of this boron carbonitride precursor was added to DMF2.
After dissolving in 00 ml, 100 ml of DMF was removed by evaporation to obtain a uniform viscous solution. 25 this solution
15kg from spinning nozzle with 60μm diameter hole at ℃
A back pressure of / cm 2 was applied, the mixture was discharged into dry air, and wound up to spin a continuous boron carbonitride precursor fiber having a diameter of about 20 μm. At this time, the viscosity of the spinning solution was 2.9 × 10 4 poise and the spinning speed was 1.8 m / min.
Met.
【0091】紡糸した炭窒化ほう素前駆体繊維を、周囲
192mmのループ状に巻取り、ループ形状を保ったま
ま、周囲135mmの窒化ほう素製型枠に掛け、そのま
ま窒素気流中で加熱処理を行った。加熱処理は、400
℃までは昇温速度1℃/min、400℃から1600
℃までは昇温速度2℃/min、1600℃から180
0℃までは昇温速度10℃/minで昇温し、1800
℃で30分間保持し、冷却速度5℃/minで500℃
まで冷却し、その後室温まで放冷して行った。処理後、
炭窒化ほう素繊維は破断したり、解ける事なく型枠に巻
き付いた状態を保っていた。この時の延伸率は6.3%
であった。The spun boron carbonitride precursor fiber was wound into a loop with a circumference of 192 mm, and while keeping the loop shape, it was hung on a boron nitride mold with a circumference of 135 mm, and heat-treated in a nitrogen stream as it was. went. Heat treatment is 400
Temperature rising rate up to ℃ 1 ℃ / min, 400 ℃ to 1600
Temperature rising rate up to 2 ° C / min from 1600 ° C to 180 ° C
The temperature is raised up to 0 ° C at a heating rate of 10 ° C / min,
Hold at 30 ℃ for 30 minutes, 500 ℃ at cooling rate of 5 ℃ / min
It was cooled to room temperature and then allowed to cool to room temperature. After treatment,
The boron carbonitride fiber was kept wrapped around the form without breaking or unraveling. The stretching ratio at this time is 6.3%
Met.
【0092】粉末X線回折及びほう素、窒素のXPSス
ペクトルより、得られた炭窒化ほう素繊維は、C面が積
層した構造を有しており、その構造にはほう素−炭素結
合および窒素−炭素結合が存在することが確認された。
この炭窒化ほう素繊維について元素分析を行った結果、
組成は、ほう素44atm%、炭素16atm%、窒素
40atm%であった。From the powder X-ray diffraction and the XPS spectra of boron and nitrogen, the obtained boron carbonitride fiber had a structure in which the C planes were laminated, and the structure had boron-carbon bonds and nitrogen. -It was confirmed that carbon bonds were present.
As a result of elemental analysis of this boron carbonitride fiber,
The composition was 44 atm% boron, 16 atm% carbon, and 40 atm% nitrogen.
【0093】この炭窒化ほう素繊維の配向度は0.7
2、引張強度は1400MPaであった。The orientation degree of this boron carbonitride fiber is 0.7.
2. The tensile strength was 1400 MPa.
【0094】実施例2 実施例1と同様にして作製した炭窒化ほう素前駆体繊維
を、周囲192mmのループ状に巻取り、ループ形状を
保ったまま、周囲131mmの窒化ほう素製型枠に掛
け、そのまま窒素気流中で加熱処理を行った。加熱処理
は、400℃までは昇温速度1℃/min、400℃か
ら1600℃までは昇温速度2℃/min、1600℃
から2000℃までは昇温速度10℃/minで昇温
し、2000℃で30分間保持し、冷却速度5℃/mi
nで500℃まで冷却し、その後室温まで放冷して行っ
た。処理後、炭窒化ほう素繊維は破断したり、解ける事
なく型枠に巻き付いた状態を保っていた。この時の延伸
率は6.5%であった。Example 2 Boron carbonitride precursor fibers produced in the same manner as in Example 1 were wound into a loop shape having a circumference of 192 mm, and while keeping the loop shape, a boron nitride mold having a circumference of 131 mm was formed. Then, it was heat treated in a nitrogen stream as it was. The heat treatment is performed at a heating rate of 1 ° C / min up to 400 ° C, and a heating rate of 2 ° C / min at 1600 ° C from 400 ° C to 1600 ° C.
To 2000 ° C at a heating rate of 10 ° C / min, held at 2000 ° C for 30 minutes, cooling rate of 5 ° C / mi
It was cooled to 500 ° C. by n and then allowed to cool to room temperature. After the treatment, the boron carbonitride fiber was kept wound around the form without breaking or unraveling. The stretch ratio at this time was 6.5%.
【0095】粉末X線回折及びほう素、窒素のXPSス
ペクトルより、得られた炭窒化ほう素繊維は、C面が積
層した構造を有しており、その構造にはほう素−炭素結
合および窒素−炭素結合が存在することが確認された。From the powder X-ray diffraction and the XPS spectra of boron and nitrogen, the obtained boron carbonitride fiber had a structure in which the C planes were laminated, and the structure had boron-carbon bonds and nitrogen. -It was confirmed that carbon bonds were present.
【0096】この炭窒化ほう素繊維の配向度は0.7
4、引張強度は1700MPaであった。The orientation degree of this boron carbonitride fiber is 0.7.
4. The tensile strength was 1700 MPa.
【0097】実施例3 実施例1と同様にして作製した炭窒化ほう素前駆体繊維
を、周囲192mmのループ状に巻取り、ループ形状を
保ったまま、周囲139mmの窒化ほう素製型枠に掛
け、そのまま窒素気流中で加熱処理を行った。加熱処理
は、400℃までは昇温速度1℃/min、400℃か
ら1600℃までは昇温速度2℃/min、1600℃
から2000℃までは昇温速度10℃/minで昇温
し、2000℃で30分間保持し、冷却速度5℃/mi
nで500℃まで冷却し、その後室温まで放冷して行っ
た。処理後、炭窒化ほう素繊維は破断したり、解ける事
なく型枠に巻き付いた状態を保っていた。この時の延伸
率は13.0%であった。Example 3 Boron carbonitride precursor fibers produced in the same manner as in Example 1 were wound into a loop shape having a circumference of 192 mm, and while maintaining the loop shape, a boron nitride nitride mold having a circumference of 139 mm was formed. Then, it was heat treated in a nitrogen stream as it was. The heat treatment is performed at a heating rate of 1 ° C / min up to 400 ° C, and a heating rate of 2 ° C / min at 1600 ° C from 400 ° C to 1600 ° C.
To 2000 ° C at a heating rate of 10 ° C / min, held at 2000 ° C for 30 minutes, cooling rate of 5 ° C / mi
It was cooled to 500 ° C. by n and then allowed to cool to room temperature. After the treatment, the boron carbonitride fiber was kept wound around the form without breaking or unraveling. At this time, the stretching ratio was 13.0%.
【0098】粉末X線回折及びほう素、窒素のXPSス
ペクトルより、得られた炭窒化ほう素繊維は、C面が積
層した構造を有しており、その構造にはほう素−炭素結
合および窒素−炭素結合が存在することが確認された。From the powder X-ray diffraction and the XPS spectra of boron and nitrogen, the obtained boron carbonitride fiber had a structure in which the C planes were laminated, and the structure had boron-carbon bonds and nitrogen. -It was confirmed that carbon bonds were present.
【0099】この炭窒化ほう素繊維の配向度は0.8
2、引張強度は1900MPaであった。The orientation degree of this boron carbonitride fiber is 0.8.
2. The tensile strength was 1900 MPa.
【0100】実施例4 実施例1と同様にして作製した炭窒化ほう素前駆体繊維
を、周囲192mmのループ状に巻取り、ループ形状を
保ったまま、周囲143mmの窒化ほう素製型枠に掛
け、そのまま窒素気流中で加熱処理を行った。加熱処理
は、400℃までは昇温速度1℃/min、400℃か
ら1600℃までは昇温速度2℃/min、1600℃
から2000℃までは昇温速度10℃/minで昇温
し、2000℃で30分間保持し、冷却速度5℃/mi
nで500℃まで冷却し、その後室温まで放冷して行っ
た。処理後、炭窒化ほう素繊維は破断したり、解ける事
なく型枠に巻き付いた状態を保っていた。この時の延伸
率は16.3%であった。Example 4 Boron carbonitride precursor fibers prepared in the same manner as in Example 1 were wound into a loop shape having a circumference of 192 mm, and while maintaining the loop shape, a boron nitride mold having a circumference of 143 mm was formed. Then, it was heat treated in a nitrogen stream as it was. The heat treatment is performed at a heating rate of 1 ° C / min up to 400 ° C, and a heating rate of 2 ° C / min at 1600 ° C from 400 ° C to 1600 ° C.
To 2000 ° C at a heating rate of 10 ° C / min, held at 2000 ° C for 30 minutes, cooling rate of 5 ° C / mi
It was cooled to 500 ° C. by n and then allowed to cool to room temperature. After the treatment, the boron carbonitride fiber was kept wound around the form without breaking or unraveling. At this time, the stretching ratio was 16.3%.
【0101】粉末X線回折及びほう素、窒素のXPSス
ペクトルより、得られた炭窒化ほう素繊維は、C面が積
層した構造を有しており、その構造にはほう素−炭素結
合および窒素−炭素結合が存在することが確認された。According to the powder X-ray diffraction and the XPS spectra of boron and nitrogen, the obtained boron carbonitride fiber has a structure in which the C plane is laminated, and the structure has a boron-carbon bond and a nitrogen-bonded structure. -The presence of a carbon bond was confirmed.
【0102】この炭窒化ほう素繊維の配向度は0.8
5、引張強度は2200MPaであった。The degree of orientation of this boron carbonitride fiber is 0.8.
5. The tensile strength was 2200 MPa.
【0103】比較例1 実施例1と同様にして作製した炭窒化ほう素前駆体繊維
を、繊維に引張応力を印加することなく、窒素気流中で
加熱処理を行った。加熱処理は、400℃までは昇温速
度1℃/min、400℃から1600℃までは昇温速
度2℃/min、1600℃から1800℃までは昇温
速度10℃/minで昇温し、1800℃で30分間保
持し、冷却速度5℃/minで500℃まで冷却し、そ
の後室温まで放冷して行った。Comparative Example 1 Boron carbonitride precursor fibers produced in the same manner as in Example 1 were heat-treated in a nitrogen stream without applying tensile stress to the fibers. In the heat treatment, the temperature is increased at a rate of 1 ° C / min up to 400 ° C, 2 ° C / min from 400 ° C to 1600 ° C, and 10 ° C / min from 1600 ° C to 1800 ° C. It was held at 1800 ° C. for 30 minutes, cooled to 500 ° C. at a cooling rate of 5 ° C./min, and then allowed to cool to room temperature.
【0104】粉末X線回折及びほう素、窒素のXPSス
ペクトルより、得られた炭窒化ほう素繊維は、C面が積
層した構造を有しており、その構造にはほう素−炭素結
合および窒素−炭素結合が存在することが確認された。From the powder X-ray diffraction and the XPS spectra of boron and nitrogen, the obtained boron carbonitride fiber had a structure in which the C planes were laminated, and the structure had a boron-carbon bond and nitrogen. -It was confirmed that carbon bonds were present.
【0105】この炭窒化ほう素繊維の配向度は0.5
5、引張強度は800MPaであった。The orientation degree of this boron carbonitride fiber is 0.5.
5. The tensile strength was 800 MPa.
【0106】比較例2 実施例1と同様にして作製した炭窒化ほう素前駆体繊維
を、繊維に引張応力を印加することなく、窒素気流中で
加熱処理を行った。加熱処理は、400℃までは昇温速
度1℃/min、400℃から1600℃までは昇温速
度2℃/min、1600℃から2000℃までは昇温
速度10℃/minで昇温し、2000℃で30分間保
持し、冷却速度5℃/minで500℃まで冷却し、そ
の後室温まで放冷して行った。[0106] Comparative Example 2 Example 1 Similarly carbonitride boron precursor fibers produced with such that applying a tensile stress to the fiber Ku, was subjected to heat treatment in a nitrogen gas stream. In the heat treatment, the temperature is increased at a temperature increase rate of 1 ° C./min up to 400 ° C., the temperature increase rate of 2 ° C./min from 400 ° C. to 1600 ° C., and the temperature increase rate of 10 ° C./min from 1600 ° C. to 2000 ° C. It was held at 2000 ° C. for 30 minutes, cooled to 500 ° C. at a cooling rate of 5 ° C./min, and then allowed to cool to room temperature.
【0107】粉末X線回折及びほう素、窒素のXPSス
ペクトルより、得られた炭窒化ほう素繊維は、C面が積
層した構造を有しており、その構造にはほう素−炭素結
合および窒素−炭素結合が存在することが確認された。From the powder X-ray diffraction and the XPS spectra of boron and nitrogen, the obtained boron carbonitride fiber had a structure in which the C planes were laminated, and the structure had boron-carbon bonds and nitrogen. -It was confirmed that carbon bonds were present.
【0108】この炭窒化ほう素繊維の配向度は0.6
6、引張強度は900MPaであった。The orientation degree of this boron carbonitride fiber is 0.6.
6. The tensile strength was 900 MPa.
【0109】実施例5 容量1リットルの三口フラスコの中管にスターラー、側
管の一つに三臭化ほう素128gを入れた滴下ロート、
残りの側管に玉入冷却管を取り付けた。玉入冷却管の出
口に塩化カルシウム管を取り付けた。この装置に乾燥窒
素を毎分200mlで4時間流通して装置内を乾燥した
後、無水硫酸ナトリウムで一晩乾燥したクロロベンゼン
300ml及びアセトニトリル16.4gを加えた。ス
ターラーで攪はんしながら、滴下ロートより三臭化ほう
素を2時間かけて滴下した。これにより、白色の三臭化
ほう素−アセトニトリル付加物が生成した。三臭化ほう
素を滴下し終えた後、三口フラスコに取り付けた滴下ロ
ートを取り外し、110℃で一晩乾燥した塩化アンモニ
ウム21.5gを加えた。この懸濁液を125℃に8時
間加熱した後、濾別、クロロベンゼン100mlによる
洗浄、減圧乾燥を行って褐色沈澱48g(収率80%)
を得た。Example 5 A stirrer was placed in the middle tube of a three-necked flask having a capacity of 1 liter, and a dropping funnel containing 128 g of boron tribromide in one of the side tubes,
A ball inlet cooling pipe was attached to the remaining side pipe. A calcium chloride tube was attached to the outlet of the ball-in cooling tube. After drying the inside of the apparatus by flowing dry nitrogen at 200 ml / min for 4 hours, 300 ml of chlorobenzene and 16.4 g of acetonitrile dried over anhydrous sodium sulfate overnight were added. While stirring with a stirrer, boron tribromide was added dropwise from the dropping funnel over 2 hours. This produced a white boron tribromide-acetonitrile adduct. After dropping boron tribromide, the dropping funnel attached to the three-necked flask was removed, and 21.5 g of ammonium chloride dried at 110 ° C. overnight was added. The suspension was heated at 125 ° C. for 8 hours, filtered, washed with 100 ml of chlorobenzene, and dried under reduced pressure to obtain 48 g of a brown precipitate (yield: 80%).
I got
【0110】この炭窒化ほう素前駆体15gをDMF2
00mlに溶解した後、DMF100mlを蒸発除去す
ることにより均一な粘性の溶液を得た。この溶液を25
℃で直径60μmの孔を有する紡糸ノズルより15kg
/cm2の背圧を印加して乾燥空気中に吐出させ、巻取
ることにより、直径約20μmの連続した炭窒化ほう素
前駆体繊維を紡糸した。このとき、紡糸液の粘度は2.
9×104ポアズであり、紡糸速度は毎分1.9mであ
った。[0110] The carbon boron nitride precursor 15g D M F2
After dissolving in 00 ml, 100 ml of DMF was removed by evaporation to obtain a uniform viscous solution. 25 this solution
15kg from spinning nozzle with 60μm diameter hole at ℃
/ Cm by applying a second back pressure by discharging in dry air, by winding and spun continuous carbon boron nitride precursor fiber having a diameter of about 20 [mu] m. At this time, the viscosity of the spinning solution is 2.
It was 9 × 10 4 poise and the spinning speed was 1.9 m / min.
【0111】紡糸した炭窒化ほう素前駆体繊維を、実施
例3と同様に加熱処理を行った。この時の延伸率は1
2.8%であった。The spun boron carbonitride precursor fibers were heat treated as in Example 3. The draw ratio at this time is 1
It was 2.8%.
【0112】粉末X線回折及びほう素、窒素のXPSス
ペクトルより、得られた炭窒化ほう素繊維は、C面が積
層した構造を有しており、その構造にはほう素−炭素結
合および窒素−炭素結合が存在することが確認された。From the powder X-ray diffraction and the XPS spectra of boron and nitrogen, the obtained boron carbonitride fiber had a structure in which the C planes were laminated, and the structure had boron-carbon bonds and nitrogen. -It was confirmed that carbon bonds were present.
【0113】この炭窒化ほう素繊維の配向度は0.8
3、引張強度は2000MPaであった。The orientation degree of this boron carbonitride fiber is 0.8.
3. The tensile strength was 2000 MPa.
【0114】実施例6 容量1リットルの三口フラスコの中管にスターラー、側
管の一つにアセトニトリル16.4gを入れた滴下ロー
ト、残りの側管に玉入冷却管を取り付けた。玉入冷却管
の出口に塩化カルシウム管を取り付けた。この装置に乾
燥窒素を毎分200mlで4時間流通して装置内を乾燥
した後、無水硫酸ナトリウムで一晩乾燥したクロロベン
ゼン300ml及び三よう化ほう素200gを加えた。
スターラーで攪はんしながら、滴下ロートよりアセトニ
トリルを2時間かけて滴下した。これにより、白色の三
よう化ほう素−アセトニトリル付加物が生成した。三よ
う化ほう素を滴下し終えた後、三口フラスコに直接取り
付けたコールドフィンガーを取り外し、110℃で一晩
乾燥した塩化アンモニウム21.5gを加えた。この懸
濁液を125℃に8時間加熱した後、濾別、クロロベン
ゼン100mlによる洗浄、減圧乾燥を行って褐色沈澱
65g(収率79%)を得た。Example 6 A stirrer was attached to the middle tube of a three-necked flask having a capacity of 1 liter, a dropping funnel containing 16.4 g of acetonitrile was placed in one of the side tubes, and a ball-filled cooling tube was attached to the remaining side tubes. A calcium chloride tube was attached to the outlet of the ball-in cooling tube. After drying the inside of the apparatus by flowing dry nitrogen at 200 ml / min for 4 hours, 300 ml of chlorobenzene and 200 g of boron triiodide dried overnight with anhydrous sodium sulfate were added.
While stirring with a stirrer, acetonitrile was added dropwise from the dropping funnel over 2 hours. This produced a white boron triiodide-acetonitrile adduct. After the dropping of boron triiodide was completed, the cold finger directly attached to the three-necked flask was removed, and 21.5 g of ammonium chloride dried at 110 ° C. overnight was added. The suspension was heated at 125 ° C. for 8 hours, filtered, washed with 100 ml of chlorobenzene, and dried under reduced pressure to obtain 65 g of a brown precipitate (yield 79%).
【0115】この炭窒化ほう素前駆体20gをDMF2
00mlに溶解した後、DMF100mlを蒸発除去す
ることにより均一な粘性の溶液を得た。この溶液を25
℃で直径60μmの孔を有する紡糸ノズルより15kg
/cm2の背圧を印加して乾燥空気中に吐出させ、巻取
ることにより、直径約20μmの連続した炭窒化ほう素
前駆体繊維を紡糸した。このとき、紡糸液の粘度は2.
8×104ポアズであり、紡糸速度は毎分1.9mであ
った。20 g of this boron carbonitride precursor was added to DMF2.
After dissolving in 00 ml, 100 ml of DMF was removed by evaporation to obtain a uniform viscous solution. 25 this solution
15kg from spinning nozzle with 60μm diameter hole at ℃
/ Cm by applying a second back pressure by discharging in dry air, by winding and spun continuous carbon boron nitride precursor fiber having a diameter of about 20 [mu] m. At this time, the viscosity of the spinning solution is 2.
It was 8 × 10 4 poise and the spinning speed was 1.9 m / min.
【0116】紡糸した炭窒化ほう素前駆体繊維を、実施
例3と同様に加熱処理を行った。この時の延伸率は1
3.1%であった。The spun boron carbonitride precursor fiber was heat-treated in the same manner as in Example 3. The draw ratio at this time is 1
3.1%.
【0117】粉末X線回折及びほう素、窒素のXPSス
ペクトルより、得られた炭窒化ほう素繊維は、C面が積
層した構造を有しており、その構造にはほう素−炭素結
合および窒素−炭素結合が存在することが確認された。From the powder X-ray diffraction and the XPS spectra of boron and nitrogen, the obtained boron carbonitride fiber had a structure in which the C planes were laminated, and the structure had boron-carbon bonds and nitrogen. -It was confirmed that carbon bonds were present.
【0118】この炭窒化ほう素繊維の配向度は0.8
0、引張強度は1900MPaであった。The orientation degree of this boron carbonitride fiber was 0.8.
0 and the tensile strength was 1900 MPa.
【0119】実施例7 容量1リットルの三口フラスコの中管にスターラー、側
管の一つに三塩化ほう素が入ったボンベを取り付けたデ
ュワー型コールドフィンガー、残りの側管に玉入冷却管
をそれぞれ取り付けた。玉入冷却管にはデュワー型コー
ルドフィンガーを取り付け、コールドフィンガーの出口
に塩化カルシウム管を取り付けた。この装置に乾燥窒素
を毎分200mlで4時間流通して装置内を乾燥した
後、無水硫酸ナトリウムで一晩乾燥したクロロベンゼン
300ml及びアセトニトリル16.4gを加えた。2
つのコールドフィンガーにドライアイス−アセトンを満
たし、スターラーで攪はんしながら、三口フラスコに直
接取り付けたコールドフィンガーより三塩化ほう素60
gを2時間かけて凝縮、滴下した。これにより、白色の
三塩化ほう素−アセトニトリル付加物が生成した。三塩
化ほう素を滴下し終えた後、三口フラスコに直接取り付
けたコールドフィンガーを取り外し、110℃で一晩乾
燥したモノメチルアミン塩酸塩27.2gを加えた。こ
の懸濁液を125℃に8時間加熱すると、塩化水素の発
生がほとんどなくなり、褐色沈澱が生成した。生成した
沈澱を濾別し、クロロベンゼン100mlで洗浄し、次
いで減圧乾燥して炭窒化ほう素前駆体25g(収率80
%)を得た。Example 7 A stirrer was attached to the inner tube of a three-necked flask having a capacity of 1 liter, a Dewar cold finger having a cylinder containing boron trichloride was attached to one of the side tubes, and a ball-filled cooling tube was attached to the remaining side tubes. I installed each. A dewar type cold finger was attached to the ball inlet cooling tube, and a calcium chloride tube was attached to the outlet of the cold finger. After drying the inside of the apparatus by flowing dry nitrogen at 200 ml / min for 4 hours, 300 ml of chlorobenzene and 16.4 g of acetonitrile dried over anhydrous sodium sulfate overnight were added. Two
Fill one cold finger with dry ice-acetone, stir with a stirrer, and add boron trichloride 60 from the cold finger directly attached to the three-necked flask.
g was condensed and dropped over 2 hours. This produced a white boron trichloride-acetonitrile adduct. After the dropping of boron trichloride was completed, the cold finger directly attached to the three-necked flask was removed, and 27.2 g of monomethylamine hydrochloride dried at 110 ° C. overnight was added. When this suspension was heated to 125 ° C. for 8 hours, generation of hydrogen chloride almost disappeared, and a brown precipitate was formed. The product is filtered off the precipitate, chlorobenzene 100m washed with l, then dried under reduced pressure to carbon boron nitride precursor 25 g (yield: 80
%) Was obtained.
【0120】この炭窒化ほう素前駆体10gをDMF2
00mlに溶解した後、DMF100mlを蒸発除去す
ることにより均一な粘性の溶液を得た。この溶液を25
℃で直径60μmの孔を有する紡糸ノズルより15kg
/cm2の背圧を印加して乾燥空気中に吐出させ、巻取
ることにより、直径約20μmの連続した炭窒化ほう素
前駆体繊維を紡糸した。このとき、紡糸液の粘度は3.
0×104ポアズであり、紡糸速度は毎分1.8mであ
った。10 g of this boron carbonitride precursor was added to DMF2.
After dissolving in 00 ml, 100 ml of DMF was removed by evaporation to obtain a uniform viscous solution. 25 this solution
15kg from spinning nozzle with 60μm diameter hole at ℃
/ Cm by applying a second back pressure by discharging in dry air, by winding and spun continuous carbon boron nitride precursor fiber having a diameter of about 20 [mu] m. At this time, the spinning solution has a viscosity of 3.
It was 0 × 10 4 poise and the spinning speed was 1.8 m / min.
【0121】紡糸した炭窒化ほう素前駆体繊維を、実施
例3と同様に加熱処理を行った。この時の延伸率は1
3.2%であった。The spun boron carbonitride precursor fiber was heat-treated in the same manner as in Example 3. The draw ratio at this time is 1
It was 3.2%.
【0122】粉末X線回折及びほう素、窒素のXPSス
ペクトルより、得られた炭窒化ほう素繊維は、C面が積
層した構造を有しており、その構造にはほう素−炭素結
合および窒素−炭素結合が存在することが確認された。From the powder X-ray diffraction and the XPS spectra of boron and nitrogen, the obtained boron carbonitride fiber had a structure in which the C planes were laminated, and the structure had boron-carbon bonds and nitrogen. -It was confirmed that carbon bonds were present.
【0123】この炭窒化ほう素繊維の配向度は0.8
0、引張強度は1800MPaであった。The orientation degree of this boron carbonitride fiber was 0.8.
0, the tensile strength was 1800 MPa.
【0124】実施例8 容量1リットルの三口フラスコの中管にスターラー、側
管の一つに三塩化ほう素が入ったボンベを取り付けたデ
ュワー型コールドフィンガー、残りの側管に玉入冷却管
をそれぞれ取り付けた。玉入冷却管にはデュワー型コー
ルドフィンガーを取り付け、コールドフィンガーの出口
に塩化カルシウム管を取り付けた。この装置に乾燥窒素
を毎分200mlで4時間流通して装置内を乾燥した
後、無水硫酸ナトリウムで一晩乾燥したクロロベンゼン
300ml及びベンゾニトリル41.2gを加えた。2
つのコールドフィンガーにドライアイス−アセトンを満
たし、スターラーで攪はんしながら、三口フラスコに直
接取り付けたコールドフィンガーより三塩化ほう素60
gを2時間かけて凝縮、滴下した。これにより、白色の
三塩化ほう素−ベンゾニトリル付加物が生成した。三塩
化ほう素を滴下し終えた後、三口フラスコに直接取り付
けたコールドフィンガーを取り外し、110℃で一晩乾
燥した塩化アンモニウム21.5gを加えた。この懸濁
液を125℃に8時間加熱すると、塩化水素の発生がほ
とんどなくなり、褐色沈澱が生成した。生成した沈澱を
濾別し、クロロベンゼン100mlで洗浄し、次いで減
圧乾燥して炭窒化ほう素前駆体27g(収率79%)を
得た。Example 8 A stirrer was attached to the inner tube of a three-necked flask having a volume of 1 liter, a Dewar cold finger having a cylinder containing boron trichloride was attached to one of the side tubes, and a ball-filled cooling tube was attached to the remaining side tubes. I installed each. A dewar type cold finger was attached to the ball inlet cooling tube, and a calcium chloride tube was attached to the outlet of the cold finger. After drying the inside of the apparatus by flowing dry nitrogen at 200 ml / min for 4 hours, 300 ml of chlorobenzene and 41.2 g of benzonitrile dried over anhydrous sodium sulfate overnight were added. Two
Fill one cold finger with dry ice-acetone, stir with a stirrer, and add boron trichloride 60 from the cold finger directly attached to the three-necked flask.
g was condensed and dropped over 2 hours. This produced a white boron trichloride-benzonitrile adduct. After the addition of boron trichloride was completed, the cold finger directly attached to the three-necked flask was removed, and 21.5 g of ammonium chloride dried at 110 ° C. overnight was added. When this suspension was heated to 125 ° C. for 8 hours, generation of hydrogen chloride almost disappeared, and a brown precipitate was formed. The formed precipitate was separated by filtration, washed with 100 ml of chlorobenzene, and then dried under reduced pressure to obtain 27 g (yield 79%) of a boron carbonitride precursor.
【0125】この炭窒化ほう素前駆体10gをDMF2
00mlに溶解した後、DMF100mlを蒸発除去す
ることにより均一な粘性の溶液を得た。この溶液を25
℃で直径60μmの孔を有する紡糸ノズルより15kg
/cm2の背圧を印加して乾燥空気中に吐出させ、巻取
ることにより、直径約20μmの連続した炭窒化ほう素
前駆体繊維を紡糸した。このとき、紡糸液の粘度は2.
9×104ポアズであり、紡糸速度は毎分1.8mであ
った。10 g of this boron carbonitride precursor was added to DMF2.
After dissolving in 00 ml, 100 ml of DMF was removed by evaporation to obtain a uniform viscous solution. 25 this solution
15kg from spinning nozzle with 60μm diameter hole at ℃
/ Cm by applying a second back pressure by discharging in dry air, by winding and spun continuous carbon boron nitride precursor fiber having a diameter of about 20 [mu] m. At this time, the viscosity of the spinning solution is 2.
It was 9 × 10 4 poise and the spinning speed was 1.8 m / min.
【0126】紡糸した炭窒化ほう素前駆体繊維を、実施
例3と同様に加熱処理を行った。この時の延伸率は1
3.2%であった。[0126] The spun carbon boron nitride precursor fiber was subjected to heat treatment in the same manner as in Example 3. The draw ratio at this time is 1
It was 3.2%.
【0127】粉末X線回折及びほう素、窒素のXPSス
ペクトルより、得られた炭窒化ほう素繊維は、C面が積
層した構造を有しており、その構造にはほう素−炭素結
合および窒素−炭素結合が存在することが確認された。According to powder X-ray diffraction and XPS spectra of boron and nitrogen, the obtained boron carbonitride fiber has a structure in which C-planes are laminated, and the structure has a boron-carbon bond and nitrogen. -The presence of a carbon bond was confirmed.
【0128】この炭窒化ほう素繊維の配向度は0.8
2、引張強度は1900MPaであった。The degree of orientation of the boron carbonitride fiber is 0.8
2. The tensile strength was 1900 MPa.
【0129】実施例9 容量1リットルの三口フラスコの中管にスターラー、側
管の一つに三塩化ほう素が入ったボンベを取り付けたデ
ュワー型コールドフィンガー、残りの側管に玉入冷却管
をそれぞれ取り付けた。玉入冷却管にはデュワー型コー
ルドフィンガーを取り付け、コールドフィンガーの出口
に塩化カルシウム管を取り付けた。この装置に乾燥窒素
を毎分200mlで4時間流通して装置内を乾燥した
後、無水硫酸ナトリウムで一晩乾燥したクロロベンゼン
300ml及びアクリロニトリル41.2gを加えた。
2つのコールドフィンガーにドライアイス−アセトンを
満たし、スターラーで攪はんしながら、三口フラスコに
直接取り付けたコールドフィンガーより三塩化ほう素6
0gを2時間かけて凝縮、滴下した。これにより、白色
の三塩化ほう素−アクリロニトリル付加物が生成した。
三塩化ほう素を滴下し終えた後、三口フラスコに直接取
り付けたコールドフィンガーを取り外し、110℃で一
晩乾燥した塩化アンモニウム21.5gを加えた。この
懸濁液を125℃に8時間加熱すると、塩化水素の発生
がほとんどなくなり、褐色沈澱が生成した。生成した沈
澱を濾別し、クロロベンゼン100mlで洗浄し、次い
で減圧乾燥して炭窒化ほう素前駆体24g(収率77
%)を得た。Example 9 A stirrer was attached to the inner tube of a three-necked flask having a capacity of 1 liter, a Dewar cold finger with a cylinder containing boron trichloride was attached to one of the side tubes, and a ball-filled cooling tube was attached to the remaining side tubes. I installed each. A dewar type cold finger was attached to the ball inlet cooling tube, and a calcium chloride tube was attached to the outlet of the cold finger. After drying the inside of the apparatus by flowing dry nitrogen at 200 ml / min for 4 hours, 300 ml of chlorobenzene and 41.2 g of acrylonitrile dried overnight with anhydrous sodium sulfate were added.
Fill two cold fingers with dry ice-acetone, stir with a stirrer, and apply boron trichloride 6 from the cold finger directly attached to the three-necked flask.
0 g was condensed and dropped over 2 hours. This produced a white boron trichloride-acrylonitrile adduct.
After the dropping of boron trichloride was completed, the cold finger directly attached to the three-necked flask was removed, and 21.5 g of ammonium chloride dried at 110 ° C. overnight was added. When this suspension was heated to 125 ° C. for 8 hours, generation of hydrogen chloride almost disappeared, and a brown precipitate was formed. The formed precipitate was separated by filtration, washed with 100 ml of chlorobenzene and then dried under reduced pressure to obtain 24 g of boron carbonitride precursor (yield: 77
%) Was obtained.
【0130】この炭窒化ほう素前駆体10gをDMF2
00mlに溶解した後、DMF100mlを蒸発除去す
ることにより均一な粘性の溶液を得た。この溶液を25
℃で直径60μmの孔を有する紡糸ノズルより15kg
/cm2の背圧を印加して乾燥空気中に吐出させ、巻取
ることにより、直径約20μmの連続した炭窒化ほう素
前駆体繊維を紡糸した。このとき、紡糸液の粘度は2.
9×104ポアズであり、紡糸速度は毎分1.9mであ
った。10 g of this boron carbonitride precursor was added to DMF2.
After dissolving in 00 ml, 100 ml of DMF was removed by evaporation to obtain a uniform viscous solution. 25 this solution
15kg from spinning nozzle with 60μm diameter hole at ℃
/ Cm by applying a second back pressure by discharging in dry air, by winding and spun continuous carbon boron nitride precursor fiber having a diameter of about 20 [mu] m. At this time, the viscosity of the spinning solution is 2.
It was 9 × 10 4 poise and the spinning speed was 1.9 m / min.
【0131】紡糸した炭窒化ほう素前駆体繊維を、実施
例3と同様に加熱処理を行った。この時の延伸率は1
3.1%であった。The spun boron carbonitride precursor fiber was heat-treated in the same manner as in Example 3. The draw ratio at this time is 1
3.1%.
【0132】粉末X線回折及びほう素、窒素のXPSス
ペクトルより、得られた炭窒化ほう素繊維は、C面が積
層した構造を有しており、その構造にはほう素−炭素結
合および窒素−炭素結合が存在することが確認された。From the powder X-ray diffraction and the XPS spectra of boron and nitrogen, the obtained boron carbonitride fiber had a structure in which the C planes were laminated, and the structure had a boron-carbon bond and nitrogen. -It was confirmed that carbon bonds were present.
【0133】この炭窒化ほう素繊維の配向度は0.8
1、引張強度は1800MPaであった。The orientation degree of this boron carbonitride fiber was 0.8.
1. The tensile strength was 1800 MPa.
【0134】実施例10 実施例1と同様にして調製した炭窒化ほう素前駆体10
gと重量平均分子量50万のポリアクリロニトリル0.
05gをDMF200mlに溶解した後、DMF100
mlを蒸発除去することにより均一な粘性の溶液を得
た。この溶液を25℃で直径60μmの孔を有する紡糸
ノズルより15kg/cm2の背圧を印加して乾燥空気
中に吐出させ、巻取ることにより、直径約20μmの連
続した炭窒化ほう素前駆体繊維を紡糸した。このとき、
紡糸液の粘度は6×101ポアズであり、紡糸速度は毎
分19.5mであった。Example 10 Boron carbonitride precursor 10 prepared in the same manner as in Example 1
g and polyacrylonitrile having a weight average molecular weight of 500,000.
Dissolve 05g in DMF200ml and then add DMF100
A uniform viscous solution was obtained by evaporating off ml. This solution was discharged into dry air by applying a back pressure of 15 kg / cm 2 from a spinning nozzle having a hole with a diameter of 60 μm at 25 ° C., and wound up to obtain a continuous boron carbonitride precursor having a diameter of about 20 μm The fibers were spun. At this time,
The viscosity of the spinning solution was 6 × 10 1 poise and the spinning speed was 19.5 m / min.
【0135】紡糸した炭窒化ほう素前駆体繊維を、実施
例3と同様に加熱処理を行った。この時の延伸率は1
3.2%であった。The spun boron carbonitride precursor fibers were heat treated in the same manner as in Example 3. The draw ratio at this time is 1
It was 3.2%.
【0136】粉末X線回折及びほう素、窒素のXPSス
ペクトルより、得られた炭窒化ほう素繊維は、C面が積
層した構造を有しており、その構造にはほう素−炭素結
合および窒素−炭素結合が存在することが確認された。From the powder X-ray diffraction and the XPS spectra of boron and nitrogen, the obtained boron carbonitride fiber had a structure in which the C planes were laminated, and the structure had boron-carbon bonds and nitrogen. -It was confirmed that carbon bonds were present.
【0137】この炭窒化ほう素繊維の配向度は0.8
1、引張強度は1800MPaであった。The orientation degree of this boron carbonitride fiber was 0.8.
1. The tensile strength was 1800 MPa.
Claims (4)
6員環が該6員環の面方向に連結して形成された面(C
面)が積層した構造を有する炭窒化ほう素からなる炭窒
化ほう素繊維であって、少なくとも1400MPaの引
張強度を有する炭窒化ほう素繊維。1. A surface (C) formed by connecting a 6-membered ring formed by bonding carbon, boron and nitrogen in the plane direction of the 6-membered ring.
A boron carbonitride fiber made of boron carbonitride having a laminated structure of (faces) having a tensile strength of at least 1400 MPa.
6員環が該6員環の面方向に連結して形成された面(C
面)が積層した構造を有する炭窒化ほう素からなる炭窒
化ほう素繊維であって、該C面の少なくとも一部は該炭
窒化ほう素繊維の繊維軸に実質的に平行に配向してお
り、該C面の配向度が少なくとも0.70である炭窒化
ほう素繊維。2. A plane (C) formed by connecting a 6-membered ring formed by combining carbon, boron and nitrogen in the plane direction of the 6-membered ring.
Plane) is a boron carbonitride fiber made of boron carbonitride having a laminated structure, wherein at least a part of the C plane is oriented substantially parallel to the fiber axis of the boron carbonitride fiber. A boron carbonitride fiber having a degree of orientation of the C plane of at least 0.70.
合物との付加物とハロゲン化アンモニウム又は一級アミ
ンハロゲン化水素酸塩とを三ハロゲン化ほう素の存在下
において反応させて炭窒化ほう素前駆体を生成し、
(b)該炭窒化ほう素前駆体を溶媒に溶解して炭窒化ほ
う素前駆体溶液を調製し、(c)該炭窒化ほう素前駆体
溶液を紡糸して炭窒化ほう素前駆体繊維を形成し、
(d)該炭窒化ほう素前駆体繊維を不活性ガス雰囲気下
で引張り応力を印加しながら1600〜2300℃にお
いて加熱することを特徴とする炭窒化ほう素繊維の製造
方法。3. (a) Boron carbonitride by reacting an adduct of boron trihalide with a nitrile compound and ammonium halide or primary amine hydrohalide in the presence of boron trihalide. Generate precursors,
(B) The boron carbonitride precursor is dissolved in a solvent to prepare a boron carbonitride precursor solution, and (c) the boron carbonitride precursor solution is spun to form a boron carbonitride precursor fiber. Formed,
(D) A method for producing a boron carbonitride fiber, which comprises heating the boron carbonitride precursor fiber at 1600 to 2300 ° C. while applying tensile stress in an inert gas atmosphere.
合物との付加物とハロゲン化アンモニウム又は一級アミ
ンハロゲン化水素酸塩とを三ハロゲン化ほう素の存在下
において反応させて炭窒化ほう素前駆体を生成し、
(b)該炭窒化ほう素前駆体及びアクリロニトリル系重
合体を溶媒に溶解して炭窒化ほう素前駆体溶液を調製
し、(c)該炭窒化ほう素前駆体溶液を紡糸して炭窒化
ほう素前駆体繊維を形成し、(d)該炭窒化ほう素前駆
体繊維を不活性ガス雰囲気下で引張り応力を印加しなが
ら1600〜2300℃において加熱することを特徴と
する炭窒化ほう素繊維の製造方法。4. (a) Boron carbonitride by reacting an adduct of a boron trihalide with a nitrile compound and an ammonium halide or a primary amine hydrohalide in the presence of boron trihalide. Generate precursors,
(B) The boron carbonitride precursor and acrylonitrile-based polymer are dissolved in a solvent to prepare a boron carbonitride precursor solution, and (c) the boron carbonitride precursor solution is spun to form carbonitride boron. Forming a carbon precursor fiber, and (d) heating the boron carbonitride precursor fiber at 1600 to 2300 ° C. under an inert gas atmosphere while applying tensile stress. Production method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15053095A JPH093727A (en) | 1995-06-16 | 1995-06-16 | Boron carbonitride fiber and method for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15053095A JPH093727A (en) | 1995-06-16 | 1995-06-16 | Boron carbonitride fiber and method for producing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH093727A true JPH093727A (en) | 1997-01-07 |
Family
ID=15498895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15053095A Pending JPH093727A (en) | 1995-06-16 | 1995-06-16 | Boron carbonitride fiber and method for producing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH093727A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003081615A (en) * | 2001-09-05 | 2003-03-19 | Asahi Kasei Corp | Method for producing boron carbonitride |
| JP2013053016A (en) * | 2011-09-01 | 2013-03-21 | Denki Kagaku Kogyo Kk | Hexagonal boron nitride, mixture of hexagonal boron nitride, meth0d for producing the same, and composition |
| JP2013053018A (en) * | 2011-09-01 | 2013-03-21 | Denki Kagaku Kogyo Kk | Hexagonal boron carbide nitride, method for producing the same, and composition |
| JP2017513805A (en) * | 2014-04-24 | 2017-06-01 | ビイエヌエヌティ・エルエルシイ | Continuous boron nitride nanotube fiber |
| JP2020051019A (en) * | 2018-09-20 | 2020-04-02 | 国立大学法人群馬大学 | Fibrous boron carbide and method for manufacturing the same |
-
1995
- 1995-06-16 JP JP15053095A patent/JPH093727A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003081615A (en) * | 2001-09-05 | 2003-03-19 | Asahi Kasei Corp | Method for producing boron carbonitride |
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| JP2020051019A (en) * | 2018-09-20 | 2020-04-02 | 国立大学法人群馬大学 | Fibrous boron carbide and method for manufacturing the same |
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