JPH0215514B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は炭化けい素短繊維を均一に分散させた
粉末状耐火性材料の製造方法に関する。

従来技術 よく知られているように、炭化けい素繊維は耐
熱性にすぐれ、熱膨張率が小さく、また耐熱衝撃
性にすぐれている。加えて、比重が小さく、強度
弾性率が大きい。これらの理由から、炭化けい素
繊維は各種の耐熱材料などの繊維強化複合材料用
素材として使用されている。

従来技術の問題点 炭化けい素長繊維を得る方法は、例えば特開昭
52−70122号公報に記載されてるが、有機けい素
重合体例えばポリカルボシランを合成紡糸し、か
つ焼成する工程が複雑なため、コストが非常に高
い。また、SiCl₄などとメタンなどの混合ガスか
ら炭化けい素ウイスカーを得ることも提案されて
いるが、大量生産が困難な上に、コストが同様に
非常に高い。また、このウイスカーは10〜15μm
程度と短く、複合用繊維としては不十分である。
さらに、複合化にさいして、ウイスカーと粉末の
均一混合、大量混合が困難である。

発明の目的 本発明の目的は、従来法の有する価格面及び混
合処理時の欠点を解決し、低コストで大量生産可
能であつて、均一混合に極めてすぐれた炭化けい
素短繊維を均一に分散させた粉末状耐火性材料の
製造方法を提供することにある。

発明の要約 即ち、本発明によれば、けい素（Si）成分（金
属Siなど）と繊維状炭素(C)成分（炭素繊維など）
とを有機バインダーで結合して接触させ、非酸化
性ふん囲気中で焼成して炭化けい素または窒化け
い素粉末マトリツクス中に炭素繊維が反応して生
じる炭化けい素短繊維を均一に分散させた粉末状
耐火性材料の製造方法が提供される。

好適な実施態様 本発明で使用するけい素成分としては、金属け
い素、シリカ粉末、コロイダルシリカ、SiCl₄な
どがある。これらのけい素成分は単独でも、ある
いは複合して使用してもよい。

繊維状炭素成分としては、特に、炭素繊維それ
自体、黒鉛繊維、耐炎繊維、カイノール繊維やそ
の市販品が使用される。

けい素成分と繊維状炭素成分とを結合密接させ
るために使用する有機質バインダーとしては、
PVA、ポリエチレンオキシド、CMC、メトロー
ズなどの有機重合体が使用できる。これらバイン
ダーは特にけい素成分として金属けい素やシリカ
粉末を使用する場合に有効である。後述するよう
に、上記有機質バインダーは焼成工程で炭素にな
る。

上記けい素成分、炭素成分及び有機質バインダ
ーを先ず混合する。この場合、けい素成分と炭素
成分の量は、次の反応式Si＋Ｃ→SiC、SiO₂＋3C
→SiC＋2CO等を考慮して、化学量論的にSiとＣ
との重量比によつて決定する。

有機質バインダーの量についていえば、固形分
でSi成分とＣ成分とを結合させて密接される量で
十分である。例えば、Si成分とＣ成分との配合量
100重量部に対し１〜20重量部が好適である。有
機質バインダーは予め溶媒に溶解してもよい。そ
のさいに使用する溶媒は水、その他ベンゼン、ト
ルエン、アセトン、ヘキサン、メチルアルコー
ル、エチルアルコールなど有機溶剤であればよ
い。有機質バインダーはまた固形状のまま使用し
てもよい。

このようにして混合した成分は、反応物を粉砕
しやすくするため、予め適当な大きさの粒状に成
形しておくが、粒径は５〜20mmが好ましい。この
造粒工程は適当な公知手段で行えばよい。

次に、けい素成分と炭素成分とを有機質バイン
ダーで結合し、密接させるため、適当な手段によ
つて乾燥する。その乾燥温度・時間は使用する有
機質バインダーによつて異なるが、50゜〜100℃で
１時間程度である。

このようにして得た乾燥生成物をN₂、アルゴ
ン、NH₃ガスなどの非酸化性ふん囲気中500゜〜
2100℃の温度範囲で焼成する。

この焼成過程では各温度段階で次のような反応
が生じる。

(i) 800〜1400℃程度：繊維状炭素の表面で次の
反応が生じる。

Si＋Ｃ→SiC (ii) 1400〜2100℃程度：Si＋Ｃ→SiCの反応が繊
維状カーボンの内部まで生じる。

一方、マトリツクスでは以下の反応によつて
SiC、Si₃N₄の粉末が生じる。

3Si＋2N₂→Si₃N₄（約1400℃） Si＋Ｃ→SiC（1400℃以上） SiO₂＋3C→SiC＋2CO（2000℃） 3SiO₂＋2N₂＋6C→Si₃N₄＋6CO （1500℃以上） 焼成工程において、加熱によつて固化した粒状
反応生成物を次に粉砕するが、これは乳鉢等によ
つて簡単に実施できる。前述したように、反応生
成物はSiCやSi₃N₄粉末のマトリツクス中に炭化
けい素短繊維が均一に分散した状態で得られる。
マトリツクスを形成する粉末はSi成分の原料及び
焼成条件によつてSiCかSi₃N₄あるいはこれらの
混合物からなる。

粉砕して得られた反応生成物を水中に分散さ
せ、炭化けい素系短繊維とマトリツクスとの粉末
粒子をフイルターによつて簡単に分離できる。

以上の如く、本発明はSiCやSi₃N₄粉末マトリ
ツクス中に炭化けい素短繊維を均一に分散させた
粉末状耐火性材料の製造方法を提供するものであ
る。さらに、これから分離される炭化けい素系短
繊維は強化繊維として有望である。

以下に、この発明の実施例を示す。

実施例 １ 金属珪素粉末（平均粒径5μ）100重量部と、黒
鉛繊維（クラレカーボンフアイバーチヨツプ、平
均繊維長６mm、平均直径10μ）50重量部と、ポリ
ビニルアルコール６％水溶液（信越化学Ｃ−17）
450c.c.とを配合し、ミキサーで混練し、混練後、
直径10mmの球状に造粒し、温度90℃の乾燥機で約
１時間乾燥して試料を固化させ、次で、この試料
を、電気炉で、窒素雰囲気中で1450℃、５時間焼
成して反応させ、焼成後固化した試料を乳鉢中で
粉砕した。粉砕して得られた反応生成物は微細な
粉末のマトリツクス中に、SiCの短繊維が均一に
分散されていた。

次で、前記反応生成物を水中に分散させ、フイ
ルターを通して、粉末粒子と繊維状物質とに分離
した。

Ｘ線回折によれば、その粒末は、α−及びβ−
Si₃N₄、繊維はβ―SiCであつた。得られた繊維
の平均繊維長さは200μであつた。

実施例 ２ シリカ粉末（日本シリカ工業株式会社、ニプシ
ルVN₃、平均粒径16mμ、SiO₂94％）100重量部
と、耐炎化繊維（東邦レーヨン、チヨツプ、平均
繊維長３mm、平均直径13〜15μ）60重量部と、メ
トロース１％水溶液（信越化学90SH30000）450
c.c.とを配合し、ミキサーで混練し、実施例１と同
様に、電気炉でアルゴン雰囲気中1700℃で２時間
焼成して、粉末マトリツクス中に繊維が均一に分
散した反応生成物を得た。

Ｘ線回折によれば、この反応生成物は、粉末及
び繊維ともβ―SiCであつた。得られた繊維の平
均繊維長さは250μであつた。

発明の効果 この発明によれば、炭化けい素短繊維を極めて
均一に分散した炭化けい素あるいは窒化けい素粉
末状物質の製造を可能とすることができ、それは
繊維強化複合セラミツクス製造の原料として有望
である。

また、前記炭化けい素短繊維は簡単に分離可能
であり、各種の複合材料用原料（例えば繊維強化
金属）として有望である。

加えて、この発明によれば、炭化けい素短繊維
の安価な製法を提供することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ けい素成分を含有する無機物質と、炭素繊維
   とを有機質バインダーで結合して接触させ、これ
   を非酸化性ふん囲気中で焼成して炭化けい素又は
   窒化けい素粉末マトリツクス中に炭素繊維が反応
   して生じる炭化けい素短繊維を均一に分散させた
   粉末状耐火性材料の製造方法。 ２ 無機物質が金属けい素粉末、シリカ粉末、コ
   ロイダルシリカ、SiCl₄である特許請求の範囲第
   １項記載の炭化けい素短繊維を均一に分散させた
   粉末状耐火性材料の製造方法。 ３ 炭素繊維が炭素繊維それ自体、黒鉛繊維、耐
   炎化繊維、不融化繊維、カイノール繊維である特
   許請求の範囲第１項記載の炭化けい素短繊維を均
   一に分散させた粉末状耐火性材料の製造方法。 ４ 有機質バインダーがポリビニルアルコール、
   ポリエチレンオキシド、CMC、メトローズであ
   る特許請求の範囲第１項記載の炭化けい素短繊維
   を均一に分散させた粉末状耐火性材料の製造方
   法。