JPS60209016A - 複合セラミツク繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高温用断熱材として使用されるに適した複合
セラミック繊維の製造方法に関するものであり、その目
的とするところは、非晶質のセラミック繊維と結晶質の
セラミックａｍとを効率よく混合、絡み合わせて、高温
時においても低収縮率でかつ高強度を維持できる高性能
で安価な断熱材を提供することにある、 各種工業炉の内張りとして、アルミノシリケート質セラ
ミック繊維が様々な形態で使用されてぃる。

しかし、このセラミック繊維は主成分として４０〜７０
重量％のＡｌ２Ｏ３と３０〜６０重量％の８　ｉｏｚと
を含有する非晶質の繊維であるから、繊維の強度は高い
が、高温になると結晶が析出することに起因して著しい
収縮が起こる。

また、Ｍ２Ｏ３成分が７０重量１以上であるような結晶
質セラミック繊維は高温での収縮は小さいけれども繊維
が脆いため、成形体として使用しても強度がなく耐用性
に劣る。

そこで、高温になっても高強度と低収縮を維持できるよ
うに、非晶質のセラミック繊維と結晶質ノセラミック＃
ｉ維や微粉結晶などを混合した士ラミック繊維複合体が
従来より提案されている。

たとえば、特開昭５５−７１６８４号公報には非晶質セ
ラミック繊維と結晶質子ラミック繊維とを水中に分散し
て混合し、吸引濾過して成形体を作る方法が提案されて
いる。しかし、この方法では、繊維状物が層状に重ね合
わされてしまうために、繊維相互の絡み合いが二次元方
向に規制されてしまい、充分に収縮を抑えることができ
ず非晶質と結晶質のセラミック繊維を混合した効果がな
くなってしまう。

マタ、特開昭５７−４７９７２号公報にはセラミックア
Ａ／ミノケイ酸塩繊維製造時に耐火性酸化物を導入して
、セラｉ−ｔり繊維の表面に酸化物の被覆を生成せしめ
るセラミックｍ維複合体の製造方法が記載されている。

しかし、この方法はセラｊ７り繊維と耐火性酸化物とか
ら成る複合体の製造方法に関するものであって、本発明
のような繊維相互の絡み合いの改良を目的とするもので
はなく、また、セラミック繊維全体の被覆を酸化物粒子
で充分に行なうことができず、高温における収縮率を低
くすることができない。

以上の様に、従来のセラミック繊維複合体の製造方法で
は、Ｉａ雑相互が三次元的に充分に絡み合い、高温にお
いても低収縮率と高強度とを維持できるセラミック繊維
複合体を製造することができなかった。

本発明は非晶質のセラミック繊維と結晶質のセラミック
繊維とが三次元的に絡み合った構造を有し、高温におい
ても低収縮率と高強度が維持できる複合セラミックＩＰ
４維を提供することを目的とする。すなわち、本発明は
アルミナ、シリカを主体とする融体を細孔ノズルを介し
て細流となし、前記細流に高速気流を吹きつけてアルミ
ナ、シリカを主体とする非晶質中ラミック繊維を製造す
るに際して、前記高速気流の中へアルミニウム、ジルコ
ニウム、マグネシウムの何れか１種または２種以上の水
溶性金属化合物と水溶性有機重合体と必要に応じてケイ
素化合物を加えてなる粘稠な水溶液を導入して前駆体繊
維となし、前記前駆体繊維とアルミナ、シリカを主体と
する非晶質セラミック繊維とが混在してなる＃Ｉ維集合
体を６５０〜１２５０℃の温度範囲で焼成することを特
徴とする複合セラミック繊維の製造方法を提供するもの
である。

以下、本発明の詳細な説明する。

非晶質のセラミック繊維と結晶質のセラミック繊維とを
混合させて低収縮率を得る方法は公知のものである、し
かし、混合方法が水中に分散する手段を介して行なわれ
るため混合時に繊維が短く切断されてしまいＩＩ維相互
の絡み合いが不充分となる。また、乾燥に余分な熱量を
必要とし、コストが高くなる。また、繊維を短くしない
で２種類以上の繊維を十分に混合する手段としては、有
機繊維の混綿時に使用されるような空気流中に分散させ
る手段が知られている。

しかしながら、有機繊維に比較すると結晶質セラミック
繊維は弾性率が高く、いわゆる剛性が高いために曲げの
力に弱くすぐ折れる傾向があるために、空気流中に結晶
質セラミック繊維を導入しても、空気の乱流による力を
うけて長い部分は折れて短くなり、相互に凝集して１造
粒”し繊維としての特性を示さなくなる。

本発明者等は、この様な湿式法でない方法（以下乾式法
という）によって充分な絡み合いを実現できる手段につ
いて鋭意研究した結果、前記結晶質セラミック繊維にし
なやかさを持たせれば、空気流中にても充分な絡み合い
を生成できることを新規に知見したものである。

一般に結晶質セラミック繊維は、焼成して金属酸化物に
変化する金属化合物と有機重合体とを水に溶解して成る
粘稠な水溶液を押出法、遠心法、吹付法、延伸法などに
より繊維化して得た前駆体繊維を焼成して作られる。前
記前駆体繊維は有機重合体を含有しているためしなやか
さに優れているが強度が劣り取扱いに注意を要する。

したがって、この前駆体繊維をうまく利用することがで
きれば、乾式法による混合が実現できると予知された。

しかし、前駆体繊維は上述した様に強度が劣るので、単
に空気流中に前記非晶質セラミック繊維と前駆体繊維と
を分散させるだけでは、前駆体繊維が短く切断されてし
まい充分とは言えなかった。

そこで、空気流中に非晶質セラミック繊維と前駆体繊維
とを分散せしめる方法について種々検討した結果、アル
ミナ、シリカを主体とする融体の細流に吹きつけて非晶
質セラミック繊維にする際に用いられる高速気流の中へ
前駆体繊維紡糸原液の水溶液を導入し、非晶質セラミッ
ク繊維を作ると同時に前駆体ｍ維を生成せしめることが
最も有効であることが判明した。すなわち、前述の方法
によれば、非晶質セラミック繊維と比較的繊維の長い前
駆体繊維とが三次元的に十分に絡み合った状態で混在す
る繊維集合体を得ることができた。

高速気流の中へ前駆体繊維紡糸原液の水溶液を導入する
手段としては例えば、アルミナ、シリカを主体とする融
体の細流に空気などの高速気流を吹きつけるノズル近傍
に配設した別のノズルを介して圧入する方法がある。前
駆体繊維紡糸原液の水溶液の添加量は所望する非晶質セ
ラミック繊維と前駆体繊維が焼成されてできる結晶質セ
ラミック繊維との配合比から非晶質セラミック繊維の生
成速度に合わせてきめることができる。また、高速気流
の速度、量に応じて前駆体ａｍ紡糸原液の水溶液の吐出
速度を変化させることにより前駆体繊維の太さ、長さを
変えることが可能である。

前駆体繊維紡糸原液の水溶液はアルミニウム、ジルコニ
ウム、マグネシウムの何れか１種または２種以上の水溶
性金属化合物と水溶性有機重合体を水に溶解した粘稠な
水溶液あるいは必要に応じて前記粘稠な水溶液にケイ素
化合物を溶解、分散せしめた水溶液である。前記アルミ
ニウムの水溶性金属化合物としては塩化アルミニウム、
塩基性塩化アルミニウム、塩基性ｍ酸アルＥ　：　ｖ７
　ム、塩基性酢酸アルミニウム、塩基性乳酸アルミニウ
ムなどがあり、特に塩化アルミニウム、塩基性塩化アル
ミニウム、塩基性乳酸アルミニウムの何れか１種または
２種以上を用いることが好適である。

前記ジルコニウムの水溶性金属化合物としては塩化ジル
コニウム、塩基性塩化ジルコニウム、塩基性蟻酸ジルコ
ニウム、塩基性酢酸ジルコニウム、塩基性硝酸ジルコニ
ウムなどがある。前記マグネシウムの水溶性金属化合物
としては塩化マグネシウムなどがある。また、水溶性有
機重合体としてはポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコー
ル、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリフール
、ポリアクリルアミドなとがあり、特にポリビニルアル
コール、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリルアミド
の何れか１種または２種以上を用いることが好適である
。前記ケイ素化合物としてはコロイダルシリカなどがあ
る。特に、高速気流の中へ導入する前駆体繊維紡糸原液
の水溶液としては塩化アルミニウム、塩基性塩化アルミ
ニウム、塩基性具Ｍアルミニウムの何れか１種または２
種以上の水溶性アルミニウム化合物とポリビニルアシフ
ール、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリルアミドの
何れか１種まｋは２種以上の水溶性有機重合体とコロイ
ダルシリカとを水に溶解、分散させてなる粘稠な水溶液
が好ましい。また、前駆体繊維紡糸原液の水溶液はその
粘度が１０〜１０００ポイズの範囲内にある粘稠な水溶
液であることが好ましい。　・ 次に、前述のようにして得られたアルミナ、シリカを主
体とする非晶質セラミック繊維と前駆体繊維とが三次元
的に十分に絡み合った状態で混在する繊維集合体を酸素
を含有する雰囲気下例えば大気中で６５０〜１２５０℃
の範囲内の温度で焼成する。この焼成により前記前駆体
繊維を構成する有機重合体を焼失せしめ、アルミニウム
、ジルコニラム、マグネシウムの化合物およびケイ素化
合物を分解、酸化せしめて酸化物となし、前駆体ＩＩ維
を実質的に結晶質のセラミックｌ１Ｉ４雑にする。焼成
温度を６５０〜１２５０℃の範囲内に限定する理由は、
６５０℃未満の温度では前記前駆体繊維を実質的に結晶
質セラミック繊維にすることができず、一方１２５０℃
を越える温度では前記非晶質セラミック繊維の熱劣化が
顕著となるからである。

以下、本発明の実施例について比較例と合わせて説明す
る。

４５重量％のアルミナと５５重爪弾のケイ砂の混合物を
溶融し、細孔から吐出させ、この吐出流に高圧空気を音
速に近い速度でノズルを介して吹きつけた。

一方、塩基性塩化アルミニウム水溶液または塩基性塩化
ジルコニウム水溶液と４重量％のポリビニルアルコール
、ポリエチレンオキシド、ポリシクリルアミドのいずれ
か一種または二種以上の水溶液と必要に応じてフロイダ
ルシ９カ、塩化マグネシウムとを混合後濃縮して粘度が
３０ボイスになる様に前駆体水溶液を調製した。このよ
うにして作った前駆体水溶液を前述した高圧空気流中に
導入して繊維化させ、非晶質のセラミック繊維と結晶質
セラミック繊維の前駆体とから成るマット状の複合セラ
ミックｍ維を製造した。続いてこの複合体を８００″Ｃ
に昇温された炉を通過させて焼成し、前駆体繊維を結晶
質繊維へと変換させた。

また、前記前駆体水溶液をあらかじめ繊維化させて得た
結晶質セラミック繊維と前記組成の非晶質セラミック繊
維を水中に分散させてから真空吸引して成形し、乾燥さ
せてマット状の複合体を湿式法によって製造し本発明の
比較例とした。

第１表は、本発明の実施例および比較例による複合体の
組成と引張強度および線収縮率を測定するのに使用した
試験片の大きさを示すものである。

第１図は、各温度で２４時間焼成した試験片の長さ方向
における引張強度の値を示し、同様に第２図には厚み方
向における屈曲強度の値を実施例は実線で比較例は破線
１示した。ここで屈曲強度は試　゛験片の両端を固定し
て一定時間間隔で屈曲させ、中央部が裂けて切離される
までの屈曲回数で比較した。

また第３図は、各温度で２４時間焼成した試験片の長さ
方向における線収縮率の値を、同様に第４図には厚み方
向における線収縮率の値を実施例は実線で比較例は破線
で示した。

なお引張強度の測定は、島津製作所製の引張強度試験機
を用い、引張速度を１０□とし、つかみ具間隔を６０ｆ
ｌとして測定した。

第１図〜第４図の結果から比較例に比べて実施例はいず
れも、特に高温において高強度と低収縮率を維持してい
ることが明らかであり、厚み方向での改善が著しいこと
から繊維が三次元的に効率よく絡み合っていることがわ
かる。

第　１　表 以上のように、本発明の製造方法によれば、高温におい
ても高強度と低収縮率を維持できる複合セラミック繊維
を容易にしかも廉価で製造できるものである。

【図面の簡単な説明】

゛第１図は本発明の実施例の引張強度を比較例と対比し
たグラフ、第２図は屈曲強度第３図および第４図は加熱
線収縮率の値を本発明の実施例と比較例について示した
グラフである。 特許出願人 イビデン株式会社 代表者多賀潤一部 にυｏ　ｌ１ｏｏ　ｔｚｏｏ　１ｊｏｏ　ｔｑｏυ１　
ｐＬ（＃す

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルミナ、シリカを主体とする融体を細孔ノズルを
   介して細流となし、前記細流に高速気流を吹きつけてア
   ルミナ、シリカを主体とする非晶質セラミックｍ維を製
   造するに際して、前記高速気流の中へアルミニウム、ジ
   ルフニウム、マグネシウムの何れか１種または２種以上
   の水溶性金属３゜ 化合物と水溶性有機重合体と必要に応じてケイ素化合物
   を加えてなる粘稠な水溶液を導入して前駆体繊維となし
   、前記前駆体繊維とアルミナ、シリカを主体とする非晶
   質セラミック繊維とが混在してなる繊維集合体を６５０
   °Ｃ−１２６０℃の温度範囲で焼成することを特徴とす
   る複合セラミック繊維の製造方法。 ２、高速気流の中へ導入する粘稠な水溶液が塩化アルミ
   ニウム、塩基性塩化アルミニウム、塩基性乳酸アルミニ
   ウムの何れか１種または２種以上の水溶性アルミニウム
   化合物とポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイ
   ド、ポリアクリルアミドの何れか１挿または２穆以上の
   水溶性有機重合体とコロイダルシリカとから成る水溶液
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の製
   造方法。 ３、高速気流の中へ導入する粘稠な水溶液の粘度が１０
   〜１０００ポイズの範囲内であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１〜２項記載の製造方法。