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JPH0633187B2 - Inorganic fiber reinforced ceramic composite and method for producing the same - Google Patents
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JPH0633187B2 - Inorganic fiber reinforced ceramic composite and method for producing the same - Google Patents

Inorganic fiber reinforced ceramic composite and method for producing the same

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JPH0633187B2
JPH0633187B2 JP61139295A JP13929586A JPH0633187B2 JP H0633187 B2 JPH0633187 B2 JP H0633187B2 JP 61139295 A JP61139295 A JP 61139295A JP 13929586 A JP13929586 A JP 13929586A JP H0633187 B2 JPH0633187 B2 JP H0633187B2
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fiber
inorganic fiber
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continuous
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銑一 山田
真一 砥綿
武民 山村
敏弘 石川
昌樹 渋谷
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Ube Corp
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、無機繊維強化セラミック複合体(FRC)及
びその製法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an inorganic fiber reinforced ceramic composite (FRC) and a method for producing the same.

(従来の技術及びその問題点) 耐熱性セラミックは、超高温下、超高圧下あるいは腐食
性環境下などの苛酷な条件下で使用されている。一般
に、耐熱性セラミックは通常機械的衝撃に弱く、高温に
なると機械的強度や耐食性が低下する欠点を有してい
る。これらの欠点を補うため、アルミナ、炭素などから
なる連続繊維もしくは炭化珪素などから短繊維やウイス
カとセラミックとを複合させた複合体が開発されてい
る。例えば、特開昭52−81309号公報には、有機
珪素高分子化合物から得られる炭化珪素繊維で補強され
た耐熱性セラミック複合体の製法が記載されている。し
かし、この方法では、強化用繊維がマトリックスである
セラミック中に均一に分散しがたいため、得られる複合
体は強度及び耐熱性が必ずしも充分ではない。
(Prior Art and its Problems) Heat-resistant ceramics are used under severe conditions such as ultra-high temperature, ultra-high pressure, or corrosive environment. In general, heat-resistant ceramics are generally vulnerable to mechanical shock, and have the drawback of lowering mechanical strength and corrosion resistance at high temperatures. In order to make up for these drawbacks, continuous fibers made of alumina, carbon, etc., or composites made by combining short fibers or whiskers with ceramics have been developed. For example, JP-A-52-81309 describes a method for producing a heat-resistant ceramic composite body reinforced with silicon carbide fibers obtained from an organosilicon polymer compound. However, according to this method, it is difficult to uniformly disperse the reinforcing fibers in the matrix ceramic, so that the resulting composite does not necessarily have sufficient strength and heat resistance.

(問題点を解決するための技術的手段) 本発明はの目的は、マトリックスとなるセラミック中に
連続繊維が均一に分散されたセラミック複合体、及びそ
の製法を提供することにある。
(Technical Means for Solving Problems) It is an object of the present invention to provide a ceramic composite in which continuous fibers are uniformly dispersed in a ceramic serving as a matrix, and a method for producing the same.

本発明の無機繊維強化セラミック複合体は、 (i)Si、M、C及びOから実質的になる非晶質物
質、又は (ii)実質的にβ−SiC、MC、β−SiCとMCの
固溶体及び/又はMC1-Xの粒径が500Å以下の各結
晶質超微粒子、及び非晶質のSiOとMOからなる
集合体、又は、 (iii)上記(i)の非晶質物質と上記(ii)の結晶質
超微粒子集合体の混合系、 (但し、上式中のMはTi又はZrを示し、xは0より
大きく1未満の数である。)からなる珪素、チタン又は
ジルコニウム、炭素及び酸素からなる連続無機繊維、及
び該連続無機繊維の間に介在する耐熱性物質の短繊維、
ウイスカ又は粉末からなる強化用繊維でセラミックが強
化されていることを特徴とする。
The inorganic fiber reinforced ceramic composite of the present invention comprises (i) an amorphous substance consisting essentially of Si, M, C and O, or (ii) substantially β-SiC, MC, and β-SiC and MC. A solid solution and / or each crystalline ultrafine particle of MC 1-X having a particle size of 500 Å or less, and an aggregate composed of amorphous SiO 2 and MO 2 , or (iii) the amorphous substance of (i) above And a mixed system of the crystalline ultrafine particle aggregate of (ii) above (wherein M represents Ti or Zr in the above formula, and x is a number greater than 0 and less than 1), or titanium. Continuous inorganic fibers composed of zirconium, carbon and oxygen, and short fibers of a heat-resistant substance interposed between the continuous inorganic fibers,
The ceramic is reinforced with reinforcing fibers made of whiskers or powder.

本発明における連続無機繊維は、例えば、ヨーロッパ特
許第30145号明細書及び同第37209号明細書に
記載の下記方法に従って調製することができる。
The continuous inorganic fiber in the present invention can be prepared, for example, according to the following method described in European Patent Nos. 30145 and 37209.

(1)数平均分子量が約500〜10000の主として
の構造単位からなる主鎖骨格を有し、式中の珪素原子は
実質的に水素原子、低級アルキル基及びフェニル基から
なる群から選ばれた側鎖基を2固有するポリカルボシラ
ン、及び (2)数平均分子量が約500〜10000の、メタロ
キサン結合単位 (M:Ti又はZr)及びシロキサン結合単位 からなる主鎖骨格を有し、かつメタロキサン結合単位の
全数体シロキサン結合単位の全数の比率が30:1〜
1:30の範囲内にあり、該シロキサン結合単位の珪素
原子の大部分が低級アルキル基及びフェニル基からなる
群から選ばれた側鎖基を1個又は2個有し、そして該メ
タロキサン結合単位の金属原子の大部分が側鎖基として
低級アルキル基を1個又は2個有するポリメタロシロキ
サンを、該ポリカルボシランの の構造単位の全数体該ポリメタロシロキサンの 結合単位の全数の比率が100:1〜1:100の範囲
内となる量比で混合し、得られた混合物を有機溶媒中
で、かつ反応に対して不活性な雰囲気下において加熱し
て、該ポリカルボシランの珪素原子の少なくとも一部
を、該ポリメタロシロキサンの珪素原子及び/又は金属
原子の少なくとも一部と酸素原子を介して結合させるこ
とによって、架橋したポリカルボシラン部分とポリメタ
ロシロキサン部分とからなる数平均分子量が約1000
〜50000の有機金属重合体を生成させる第1工程
と、上記重合体の紡糸原液を造り紡糸する第2工程と、
該紡糸原繊維を張力あるいは向張力下で不融化する第3
工程と、不融化した前記紡糸繊維を真空中あるいは不活
性ガス雰囲気中で800〜1800℃の範囲の温度で焼
成する第4工程から、実質的にSi、Ti又はZr、C
及びOからなる無機繊維を製造することができる。
(1) A number-average molecular weight of about 500 to 10,000 A polycarbosilane having a main chain skeleton composed of the structural unit of, wherein the silicon atom is essentially a hydrogen atom, a side alkyl group selected from the group consisting of a lower alkyl group, and a phenyl group. 2) A metalloxane bond unit having a number average molecular weight of about 500 to 10,000 (M: Ti or Zr) and siloxane bond unit Having a main chain skeleton consisting of, and the ratio of the total number of all-polysiloxane bond units of metalloxane bond units is from 30: 1 to
In the range of 1:30, most of the silicon atoms of the siloxane bond unit have one or two side chain groups selected from the group consisting of lower alkyl groups and phenyl groups, and the metalloxane bond unit. A polymetallosiloxane in which most of the metal atoms of the above have one or two lower alkyl groups as side groups, Of all structural units of the polymetallosiloxane Mixing in a quantity ratio such that the ratio of the total number of binding units is in the range of 100: 1 to 1: 100, and heating the resulting mixture in an organic solvent and under an atmosphere inert to the reaction, At least a part of silicon atoms of the polycarbosilane is bonded to at least a part of silicon atoms and / or metal atoms of the polymetallosiloxane via an oxygen atom to form a crosslinked polycarbosilane moiety and a polymetallosiloxane. Number average molecular weight consisting of parts and about 1000
A first step of producing ~ 50000 organometallic polymers, and a second step of making and spinning a spinning dope of the polymer
Third infusibilization of the spun fiber under tension or counter tension
From the step and the fourth step of firing the infusibilized spun fiber at a temperature in the range of 800 to 1800 ° C. in a vacuum or an inert gas atmosphere, substantially Si, Ti or Zr, C
It is possible to produce an inorganic fiber composed of O and O.

また、別法として、 主として式 (但し、式中のRは水素原子、低級アルキル基又はフェ
ニル基を示す。) で表される主鎖骨格を有する数平均分子量が200〜1
0000のポリカルボシラン、及び 式 MX (但し、式中のMはTi又はZrを示し、Xは炭素数1
〜20個を有するアルコキシ基、フェノキシ基又はアセ
チルアセトキシ基を示す。) で表される有機金属化合物を、前記ポリカルボシランの の構造単位の全数体前記有機金属化合藻の の構造単位の全数の比率が2:1〜200:1の範囲内
となる量比に加え、反応に対して不活性な雰囲気中にお
いて加熱反応して、前記ポリカルボシランの珪素原子の
少なくとも一部を、前記有機金属化合物の金属原子と酸
素原子を介して結合させて、数平均分子量が約700〜
100000の有機金属重合体を生成させる第1工程
と、上記有機金属重合体の紡糸原液を造り紡糸する第2
工程と、該紡糸繊維を張力あるいは無張力下で不融化す
る第3工程と、不融化した前記紡糸繊維を真空中あるい
は不活性ガス雰囲気中で800〜1800℃の範囲の温
度で焼成する第4工程から、実質的にSi、Ti又はZ
r、C及びからなる無機繊維を製造することができる。
Alternatively, mainly (However, R in the formula represents a hydrogen atom, a lower alkyl group or a phenyl group.) Having a main chain skeleton represented by
0000 polycarbosilane, and formula MX 4 (wherein M represents Ti or Zr, and X represents 1 carbon atom).
Represents an alkoxy group, a phenoxy group, or an acetylacetoxy group having ˜20. ) Is an organometallic compound represented by All structural units of the organometallic compound algae In addition to the quantity ratio in which the total number of structural units is within the range of 2: 1 to 200: 1, at least one of the silicon atoms of the polycarbosilane is reacted by heating in an atmosphere inert to the reaction. Part is bonded to the metal atom of the organometallic compound through an oxygen atom to give a number average molecular weight of about 700 to
The first step of producing 100,000 organometallic polymers, and the second step of producing a spinning solution of the above organometallic polymers and spinning them.
A step, a third step of infusibilizing the spun fiber under tension or no tension, and a fourth step of firing the infusibilized spun fiber at a temperature in the range of 800 to 1800 ° C. in a vacuum or an inert gas atmosphere From the process, substantially Si, Ti or Z
Inorganic fibers composed of r, C and can be produced.

連続無機繊維中の各元素の割合は Si:30〜60重量%、Ti又はZr:0.5〜35
重量%、特に好ましくは1〜10重量%、C:25〜4
0重量%、O:0.01〜30重量%である。
The proportion of each element in the continuous inorganic fiber is Si: 30 to 60% by weight, Ti or Zr: 0.5 to 35.
% By weight, particularly preferably 1-10% by weight, C: 25-4
0% by weight and O: 0.01 to 30% by weight.

本発明のセラミック複合体内において、連続無機繊維は
繊維そのものを単軸方向、多軸方向に配向させる方法、
あるいは平織、朱子織、模紗織、綾織、からみ織、らせ
ん織物、三次元織物等の各種織物にして使用する方法、
あるいはチョップドファイバーとして使用する方法等が
ある。
In the ceramic composite of the present invention, the continuous inorganic fiber is a method of orienting the fiber itself in a uniaxial direction or a polyaxial direction,
Alternatively, a method of using various kinds of fabrics such as plain weave, satin weave, imitation weave, twill weave, leno weave, spiral woven fabric, and three-dimensional woven fabric,
Alternatively, there is a method of using it as chopped fiber.

連続無機繊維の繊維間隙に介在させる短繊維、ウイスカ
又は粉末を構成する耐熱性物質としては、炭化珪素、窒
化珪素、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、ジルコ
ニア、ベリリア、炭化硼素、炭化チタンのようなセラミ
ック、金属、金属間化合物が挙げられる。耐熱性物質の
短繊維、ウイスカ又は粉末の割合は、連続無機繊維に対
して0.5〜500容量%であることが好ましい。
As the heat-resistant substance constituting the short fibers, whiskers or powder to be interposed in the fiber gap of the continuous inorganic fibers, silicon carbide, silicon nitride, alumina, silica, silica-alumina, zirconia, beryllia, boron carbide, titanium carbide, etc. Examples include ceramics, metals, and intermetallic compounds. The proportion of short fibers, whiskers or powder of the heat resistant material is preferably 0.5 to 500% by volume with respect to the continuous inorganic fibers.

本発明におけるセラミックとしては、炭化物セラミッ
ク、窒化物セラミック、酸化セラミック、ガラスセラミ
ック等が使用される。
As the ceramic in the present invention, a carbide ceramic, a nitride ceramic, an oxide ceramic, a glass ceramic or the like is used.

炭化物セラミックの例としては、炭化珪素、炭化チタニ
ウム、炭化ジルコニウム、炭化バナジウム、炭化ニオ
ブ、炭化タンタル、炭化ホウ素、炭化クロム、炭化タン
グステン、炭化モリブデン、グラファイト等が挙げられ
る。
Examples of carbide ceramics include silicon carbide, titanium carbide, zirconium carbide, vanadium carbide, niobium carbide, tantalum carbide, boron carbide, chromium carbide, tungsten carbide, molybdenum carbide, graphite and the like.

窒化物セラミックとしては、窒化珪素、窒化チタン、窒
化ジルコニウム、窒化バナジウム、窒化ニオブ、窒化タ
ンタル、窒化ほう素、窒化アルミニウム、窒化ハフニウ
ム等が挙げられる。
Examples of the nitride ceramics include silicon nitride, titanium nitride, zirconium nitride, vanadium nitride, niobium nitride, tantalum nitride, boron nitride, aluminum nitride and hafnium nitride.

酸化物セラミックの例としては、アルミナ、シリカ、マ
グネシア、ムライト、コージライト等が挙げられる。
Examples of oxide ceramics include alumina, silica, magnesia, mullite, cordierite and the like.

ガラスセラミックの例としては、ホウケイ酸塩ガラス、
高シリカ含有ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス又は織物
の繊維の各々の表面に短繊維、ウイスカ又は粉末を付着
させる方法が挙げられる。
Examples of glass ceramics include borosilicate glass,
Examples include a method of adhering short fibers, whiskers or powder to the surface of each of the fibers of high silica content glass, aluminosilicate glass or woven fabric.

上記の他に、本発明における連続無機繊維と同一の組成
を有するセラミックも使用することができる。
In addition to the above, a ceramic having the same composition as the continuous inorganic fiber of the present invention can be used.

本発明における連続無機繊維と、その間に介在する耐熱
性物質の短繊維、ウイスカ又は粉末とからなる強化用繊
維は、懸濁浸漬法により好適に製造することができる。
The reinforcing fiber comprising the continuous inorganic fiber and the short fiber of the heat-resistant substance, the whisker, or the powder interposed therebetween in the present invention can be suitably produced by the suspension dipping method.

懸濁浸漬法の一例としては、ボビン等に巻付けた連続無
機繊維又は適当数の連続無機繊維を束ねた繊維束を巻戻
して、あるいは連続無機繊維の織物を、短繊維、ウイス
カ又は粉末を懸濁した液体中に浸漬し、連続無機繊維又
は織物の繊維の各々の表面に短繊維、ウイスカ又は粉末
を付着させる方法が挙げられる。
As an example of the suspension dipping method, rewind a fiber bundle obtained by bundling continuous inorganic fibers or an appropriate number of continuous inorganic fibers wound around a bobbin or the like, or a woven fabric of continuous inorganic fibers, short fibers, whiskers or powder. Examples include a method of immersing in a suspended liquid and depositing short fibers, whiskers or powder on the surface of each of continuous inorganic fibers or fibers of a woven fabric.

繊維数の多い連続無機繊維束又は織物を浸漬する場合に
は、超音波により振動を与えて、短繊維、ウイスカ又は
粉末を各繊維に均一に付着させることが好ましい。超音
波の振動数は100〜2000KHz程度が便利であ
る。
When immersing a continuous inorganic fiber bundle or a woven fabric having a large number of fibers, it is preferable to vibrate with ultrasonic waves to uniformly attach the short fibers, whiskers or powder to each fiber. It is convenient that the frequency of ultrasonic waves is about 100 to 2000 KHz.

懸濁液は水でもよいが、有機溶剤、例えばエタノール、
メタノール、アセトンが好ましく使用される。懸濁液と
して上記有機溶媒を使用すると、無機繊維がサイジング
されている場合には、サイジング剤の溶解により短繊維
等の付着が容易となり、また揮発性が水に比較して高い
ので乾燥が早く、生産性が向上する利点がある。
The suspension may be water, but an organic solvent such as ethanol,
Methanol and acetone are preferably used. When the above organic solvent is used as the suspension, when the inorganic fibers are sized, the sizing agent dissolves to easily attach the short fibers and the like, and the volatility is higher than that of water, so that the drying is quick. , There is an advantage that productivity is improved.

懸濁液中の短繊維、ウイスカ又は粉末の濃度は特に制限
されないが、過度に小さいと連続無機繊維に均一に付着
せず、過度多いと付着量が多くなりすぎるため、0.5
〜30g/であることが好ましい。
The concentration of the short fibers, whiskers or powder in the suspension is not particularly limited, but if it is too small, it does not uniformly adhere to the continuous inorganic fibers, and if it is too large, the adhesion amount becomes too large, so 0.5
It is preferably -30 g /.

本発明において、複合体製造の際に必要により添加され
る結合剤としては、セラミック母材を高密度に焼結する
ための結合剤と、セラミック粉状母材と無機繊維の密着
性を高めるための結合剤とがある。前者としては、それ
ぞれ炭化物、窒化物、酸化物ガラスセラミックを焼結す
る際に使用される結合剤が挙げられる。例えば、炭化珪
素の結合剤としてはホウ素、炭素、炭化ホウ素があり、
窒化珪素の結合剤としてはアルミナ、マグネシア、イッ
トリア、窒化アルミニウムがある。後者としては、ジフ
ェニルジロキサン、ジメチルシロキサン、ポリボロジフ
ェニルシロキサン、ポリボロジメチルシロキサン、ポリ
カルボシラン、ポリジメチルシラザン、ポリチタノカル
ボシラン、ポリジルコノカルボシラン等の有機珪素重合
体、及びジフェニルシランジール、ヘキサチルジリシラ
ザン等の有機珪素化合物が挙げられる。
In the present invention, as a binder optionally added during the production of the composite, a binder for sintering the ceramic base material at a high density, and for increasing the adhesion between the ceramic powder base material and the inorganic fibers. There is a binder. The former includes binders used in sintering carbides, nitrides and oxide glass ceramics, respectively. For example, silicon carbide binders include boron, carbon, and boron carbide,
The binder of silicon nitride includes alumina, magnesia, yttria, and aluminum nitride. Examples of the latter include organosilicon polymers such as diphenyldiloxane, dimethylsiloxane, polyborodiphenylsiloxane, polyborodimethylsiloxane, polycarbosilane, polydimethylsilazane, polytitanocarbosilane, and polyzirconocarbosilane, and diphenylsilane. Organosilicon compounds such as diel and hexatyldilysilazane may be mentioned.

これらの結合剤の使用量は通常0.5〜20重量%であ
る。
The amount of these binders used is usually 0.5 to 20% by weight.

本発明の無機繊維強化セラミック複合体は、以下に示す
ようなそれ自体公知の方法に従って製造することができ
る。
The inorganic fiber reinforced ceramic composite of the present invention can be produced by a method known per se as shown below.

セラミック粉状母材と強化溶繊維との集合体を得る方法
は種々あり、特にセラミック粉状母材又はセラミックと
結合剤よりなる混和体に繊維を埋没させる方法や、強化
用繊維と上記セラミック粉状母材又は雑木混和体を交互
に配設する方法や、予め強化用繊維を設置しておき、そ
の間隙に上記セラミック粉状母材又は上記混和体を充填
する方法等によれば比較的容易に集合体を得ることがで
きる。次に、これらの集合体を焼結する方法としては、
ラバープレス、金型プレス等を用いて前記集合体を50
〜50000kg/cm2の圧力で加圧成形した後、加熱炉
で800〜2400℃の温度範囲で焼結する方法や、5
0〜5000kg/cm2の圧力で加圧したままで800〜
2400℃の温度範囲でホットプレス焼結する方法等が
ある。
There are various methods of obtaining an aggregate of the ceramic powder base material and the reinforced molten fiber, particularly, a method of burying the fiber in the ceramic powder base material or a mixture of the ceramic and the binder, the reinforcing fiber and the ceramic powder. It is comparatively easy to use the method of alternately arranging the matrix-like base material or the mixed wood mixture, or the method of installing reinforcing fibers in advance and filling the gap with the ceramic powder-like base material or the mixture The aggregate can be obtained. Next, as a method of sintering these aggregates,
50 by using a rubber press, a die press, etc.
After pressure molding at a pressure of up to 50,000 kg / cm 2 , sintering in a temperature range of 800 to 2400 ° C in a heating furnace, or 5
800 ~ with pressure kept at 0 ~ 5000kg / cm 2
There is a method of hot press sintering in a temperature range of 2400 ° C.

上記焼結は、真空中、あるいは窒素、アルゴン、一酸化
炭素、水素等から選ばれる不活性ガスからなる雰囲気下
に行うことができる。
The above-mentioned sintering can be performed in vacuum or under an atmosphere of an inert gas selected from nitrogen, argon, carbon monoxide, hydrogen and the like.

このようにして得られた無機繊維強化セラミック複合体
は、以下に述べる一連の処理を少なくとも1回以上施す
ことにより、さらにより高密度な焼結体とすることがで
きる。即ち、焼結体を減圧下で有機珪素化合物又は有機
珪素重合体の溶融液、又は必要により該化合物又は該重
合体を有機溶媒に溶解させた溶液に浸漬して、該溶融液
又は該溶液を焼結体の粒界及び気孔に含浸させ、前記含
浸後の焼結体を加熱する一連の処理により、より高密度
の焼結体を得ることができる。加熱処理は800〜25
00℃の温度範囲で、真空中あるいは窒素、アルゴン、
一酸化炭素、水素等から選ばれる不活性ガスからなる雰
囲気下に行われる。
The inorganic fiber reinforced ceramic composite thus obtained can be made into a sintered body having a higher density by performing the series of treatments described below at least once. That is, the sintered body is immersed under reduced pressure in a melt of an organic silicon compound or an organic silicon polymer, or a solution of the compound or the polymer in an organic solvent, if necessary, to obtain the melt or the solution. A higher density sintered body can be obtained by a series of treatments in which the grain boundaries and pores of the sintered body are impregnated and the sintered body after the impregnation is heated. Heat treatment is 800-25
In the temperature range of 00 ° C, in vacuum or nitrogen, argon,
It is carried out in an atmosphere composed of an inert gas selected from carbon monoxide, hydrogen and the like.

(実施例) 以下に実施例によって本発明を説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be described with reference to an example.

連続無機繊維[I]の製法 ジメチルジクロロシランを金属ナトリウムで脱塩素縮合
して合成されるポリジメチルシラン100重量部に対し
ポリボロシロキサン3重量部を添加し、窒素中、350
℃で熱縮合して得られる、式 のカルボシラン単位から主としてなる主鎖骨各を有し、
該カルボシラン単位の珪素原子に水素原子及びメチル基
を有しているポリカルボシランに、チタンアルコキシド
を加えて、窒素中、340℃で架橋重合することによ
り、カルボシラン単位100部と式 のチタノキサン10部とからなるポリチタノカルボシラ
ンを得た。このポリマーを溶融紡糸し、空気中190℃
で不融化処理し、さらに引き続いて窒素中1300℃で
焼成して、繊維径13μm、引張強度310kg/mm
引張弾性率16t/mmの主として珪素、チタン、炭素
及び酸素からなるチタン元素含融量3重量%の連続無機
繊維[I]を得た。この繊維はSi、Ti、C及びOか
らなる非晶質物質と、β−SiCとTiCの固溶体及び TiC1-X(0<x<1)の粒径が50Åの各結晶質超
微粒子及び非晶質のSiOとTiOからなる集合体
との混合系からなっていた。
Method for producing continuous inorganic fiber [I] 3 parts by weight of polyborosiloxane was added to 100 parts by weight of polydimethylsilane synthesized by dechlorinating and condensing dimethyldichlorosilane with sodium metal, and the mixture was heated to 350 in nitrogen.
Formula obtained by thermal condensation at ℃ Each of the main clavicle consisting mainly of carbosilane units of
Titanium alkoxide is added to polycarbosilane having a hydrogen atom and a methyl group in the silicon atom of the carbosilane unit, and crosslinked in nitrogen at 340 ° C. to give 100 parts of the carbosilane unit and the formula. Polytitanocarbosilane consisting of 10 parts of titanoxane was obtained. This polymer is melt-spun and heated in air at 190 ° C.
Infusibilization treatment, followed by firing in nitrogen at 1300 ° C., fiber diameter 13 μm, tensile strength 310 kg / mm 2 ,
A continuous inorganic fiber [I] having a tensile elastic modulus of 16 t / mm 2 and mainly composed of silicon, titanium, carbon and oxygen and having a titanium element content of 3% by weight was obtained. This fiber is composed of an amorphous substance composed of Si, Ti, C and O, a solid solution of β-SiC and TiC, and TiC 1-x (0 <x <1) crystalline ultrafine particles with a particle size of 50Å and non-crystalline particles. It was composed of a mixed system of crystalline SiO 2 and an aggregate of TiO 2 .

連続無機繊維[II]の製法 上記と同様にして得られたポリカルボシラン80gにジ
ルコニウムエトキシド10gを添加した以外は全く同様
の方法により、ポリコジルコノカルボシランを調製し
た。このポリマーをベンゼンに溶解して乾式紡糸し、空
気中で170℃で不融化処理し、引き続いて窒素中12
00℃で焼成して、繊維径10μ、引張強度350kg/
mm、弾性率18t/mmの主として珪素ジルコニウ
ム、炭素及び酸素からなるジルコニウム元素含量4.5
重量%の非晶質連続無機繊維[II]を得た。
Method for producing continuous inorganic fiber [II] Polycozirconocarbosilane was prepared by the same method except that 10 g of zirconium ethoxide was added to 80 g of polycarbosilane obtained in the same manner as above. This polymer was dissolved in benzene, dry-spun, infusibilized at 170 ° C. in air, and subsequently in nitrogen.
Firing at 00 ℃, fiber diameter 10μ, tensile strength 350kg /
mm 2, primarily silicon zirconium modulus 18t / mm 2, the zirconium element content 4.5 consisting of carbon and oxygen
A wt% amorphous continuous inorganic fiber [II] was obtained.

実施例1 炭化珪素ウイスカ(平均直径0.2μ、平均長さ100
μ)5gをエタノール1の入った処理槽に投入した、
超音波振動を与えて懸濁させ、懸濁液を調製した。
Example 1 Silicon carbide whiskers (average diameter 0.2 μ, average length 100)
μ) 5 g was placed in a treatment tank containing ethanol 1.
A suspension was prepared by applying ultrasonic vibration and suspending.

無機繊維[I]の繊維束(800本糸)をボビンから巻
戻し、浸漬時間が約15秒となるように可動ロールによ
って調節し、上記懸濁液中に浸漬し、ついで加圧ロール
により押圧した後、ボビンに巻取り、室温、大気中で乾
燥した。無機繊維束10m当たりウイスカが0.02g
付着していた。
The fiber bundle (800 yarns) of the inorganic fiber [I] is unwound from the bobbin, adjusted with a movable roll so that the immersion time is about 15 seconds, immersed in the suspension, and then pressed with a pressure roll. After that, it was wound on a bobbin and dried in the air at room temperature. 0.02g of whiskers per 10m of inorganic fiber bundle
It was attached.

この処理した繊維束を一軸方向に揃えたシート状物と、
炭化ホウ素3重量%及びポリチタノカルボシラン10重
量%とが混合されたβ−炭化珪素粉末(平均粒径;0.
2μ)とを交互に積層させ、金型プレスを用い、500
kg/mm2でプレス成形した。この成形体をアルゴン雰囲
気下で200℃/分の昇温速度で1550℃にまで加熱
して、強化された炭化珪素複合焼結体を得た。
A sheet-shaped product obtained by aligning the treated fiber bundle in the uniaxial direction,
Β-silicon carbide powder (average particle size: 0. 3%) mixed with 3% by weight of boron carbide and 10% by weight of polytitanocarbosilane.
2μ) and are alternately laminated, and a die press is used to
Press molding was performed at kg / mm 2 . This molded body was heated to 1550 ° C. at a temperature rising rate of 200 ° C./min in an argon atmosphere to obtain a reinforced silicon carbide composite sintered body.

この複合焼結体の繊維含量は40重量%であった。複合
体の断面を走査型電子顕微鏡で調べたところ、マトリッ
クスである炭化珪素中に強化用繊維が互いに接すること
なく分散していることが認められた。複合体の室温抗折
強度は86kg/mmであり、1400℃における抗折強
度は60kg/mmであった。
The fiber content of this composite sintered body was 40% by weight. When the cross section of the composite was examined with a scanning electron microscope, it was found that the reinforcing fibers were dispersed in the silicon carbide matrix without contacting each other. The room-temperature bending strength of the composite was 86 kg / mm 2 , and the bending strength at 1400 ° C was 60 kg / mm 2 .

なお、炭化珪素ウイスカを付着させなかった以外は上記
と同様にして得られた複合体の室温抗折強度は61kg/
mmであった。
The room-temperature bending strength of the composite obtained in the same manner as above except that no silicon carbide whiskers were attached was 61 kg /
It was mm 2 .

実施例2 連続無機繊維[II]の繊維束を使用した以外は実施例1
におけると同様にして、炭化珪素ウイスカを付着させ
た。
Example 2 Example 1 except that a fiber bundle of continuous inorganic fibers [II] was used.
Silicon carbide whiskers were deposited in the same manner as in.

この処理した繊維束を一軸方向に揃えたシート状物と、
アルミナ2重量%、イットリア3重量%及び窒化化アル
ミニウム3重量%とが混合されたα−窒化珪素粉末(平
均粒径;0.5μ)とを、上記繊維束の繊維が異なる層
間で互いに直交するように、交互に積層させた。積層体
を、ホットプレス装置により1750℃、300kg/mm
2で30分間保持して、無機繊維強化窒化珪素複合焼結
体を得た。
A sheet-shaped product obtained by aligning the treated fiber bundle in the uniaxial direction,
An α-silicon nitride powder (average particle size: 0.5 μ) in which 2% by weight of alumina, 3% by weight of yttria and 3% by weight of aluminum nitride are mixed is orthogonal to each other between layers in which the fibers of the fiber bundle are different from each other. Thus, the layers were alternately laminated. The laminated body is hot pressed at 1750 ° C, 300 kg / mm
It was held at 2 for 30 minutes to obtain an inorganic fiber reinforced silicon nitride composite sintered body.

この場合焼結体の繊維含量は10重量%であった。複合
体の断面を走査型電子顕微鏡で調べたところ、マトリッ
クスである窒化珪素中に強化用繊維が互いに接すること
なく分散していることが認められた。複合体の室温にお
ける抗折強度は143kg/mm2であり、1300℃にお
ける抗折強度は73kg/mmであった。
In this case, the fiber content of the sintered body was 10% by weight. When the cross section of the composite was examined by a scanning electron microscope, it was found that the reinforcing fibers were dispersed in the matrix silicon nitride without contacting each other. The bending strength of the composite at room temperature was 143 kg / mm 2 , and the bending strength at 1300 ° C. was 73 kg / mm 2 .

なお、炭化珪素ウイスカを付着させなかった以外は上記
と同様にして得られた複合体の室温抗折強度は110kg
/mmであった。
The room-temperature bending strength of the composite obtained in the same manner as above except that no silicon carbide whiskers were attached was 110 kg.
/ Mm 2 .

(発明の効果) 本発明の複合体は、連続無機繊維、耐熱性物質の短繊維
ウイスカ又は粉末、及びマトリックスとなるセラミック
の種々の組合せが可能であり、広い範囲にわたる要求特
性を満たすことができる。また、複合体中に繊維が均一
に分散し、かつ複合体中での連続繊維同志の接触が極め
て少ないので、連続繊維の繊維軸に直角方向の強度が著
しく改善される。
(Effects of the Invention) The composite of the present invention is capable of various combinations of continuous inorganic fibers, heat-resistant short fiber whiskers or powders, and matrix ceramics, and can satisfy a wide range of required properties. . Further, since the fibers are uniformly dispersed in the composite and the contact between the continuous fibers in the composite is extremely small, the strength of the continuous fibers in the direction perpendicular to the fiber axis is remarkably improved.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 敏弘 山口県宇部市大字小串1978番地の5 宇部 興産株式会社宇部研究所内 (72)発明者 渋谷 昌樹 山口県宇部市大字小串1978番地の5 宇部 興産株式会社宇部研究所内 審査官 中川 俊一 (56)参考文献 特開 昭55−85644(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Toshihiro Ishikawa 5 1978, Ogushi, Ube, Yamaguchi Prefecture 5 1978, Ube Institute of Industrial Research, Ltd. Ube Institute Co., Ltd. Examiner Shunichi Nakagawa (56) References JP-A-55-85644 (JP, A)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】(i)Si、M、C及びOから実質的にな
る非晶質物質、又は (ii)実質的にβ−SiC、MC、β−SiCとMCの
固溶体及び/又はMC1-Xの粒径が500Å以下の各結
晶質超微粒子、及び非晶質のSiOとMOからなる
集合体、又は、 (iii)上記(i)の非晶質物質と上記(ii)の結晶質
超微粒子集合体の混合系、 (但し、上式中のMはTi又はZrを示し、xは0より
大きく1未満の数である。)からなる珪素、チタン又は
ジルコニウム、炭素及び酸素からなる連続無機繊維、及
び該連続無機繊維の間に介在する耐熱性物質の短繊維、
ウイスカ又は粉末からなる強化用繊維で強化された無機
繊維強化セラミック複合体。
1. An (i) amorphous substance consisting essentially of Si, M, C and O, or (ii) a substantially β-SiC, MC, solid solution of β-SiC and MC and / or MC 1. -X is a crystalline ultrafine particle having a particle size of 500 Å or less, and an aggregate composed of amorphous SiO 2 and MO 2 , or (iii) the amorphous substance of (i) and the amorphous substance of (ii) above. From a mixed system of crystalline ultrafine particle aggregates (wherein M represents Ti or Zr and x is a number greater than 0 and less than 1), carbon, and oxygen. A continuous inorganic fiber, and a short fiber of a heat-resistant substance interposed between the continuous inorganic fibers,
An inorganic fiber reinforced ceramic composite reinforced with whisker or powder reinforcing fibers.
【請求項2】連続無機繊維に対する耐熱性物質の短繊
維、ウイスカ又は粉末の体積率が0.5〜500%であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の無機
繊維強化セラミック複合体。
2. The inorganic fiber reinforced ceramic according to claim 1, wherein the volume ratio of the short fibers, whiskers or powder of the heat resistant material to the continuous inorganic fibers is 0.5 to 500%. Complex.
【請求項3】連続無機繊維の配合割合が、複合体に対し
て10〜70容量%であることを特徴とする特許請求の
範囲第1項に記載の無機繊維強化セラミック複合体。
3. The inorganic fiber reinforced ceramic composite according to claim 1, wherein the blending ratio of the continuous inorganic fibers is 10 to 70% by volume based on the composite.
【請求項4】(i)Si、M、C及びOから実質的にな
る非晶質物質、又は (ii)実質的にβ−SiC、MC、β−SiCとMCの
固溶体及び/又はMC1-Xの粒径が500Å以下の各結
晶質超微粒子、及び非晶質のSiOとMOからなる
集合体、又は、 (iii)上記(i)の非晶質物質と上記(ii)の結晶質
超微粒子集合体の混合系、 (但し、上式中のMはTi又はZrを示し、xは0より
大きく1未満の数である。)からなる珪素、チタン又は
ジルコニウム、炭素及び酸素からなる連続無機繊維と、
該連続無機繊維の繊維間隙に介在する耐熱性物質の短繊
維、ウイスカ又は粉末とからなる強化用繊維、又は該繊
維の織物を、セラミック粉末に埋設して、焼成すること
を特徴とする無機繊維強化セラミック複合体の製法。
4. An (i) amorphous substance consisting essentially of Si, M, C and O, or (ii) a substantially β-SiC, MC, a solid solution of β-SiC and MC and / or MC 1. -X is a crystalline ultrafine particle having a particle size of 500 Å or less, and an aggregate composed of amorphous SiO 2 and MO 2 , or (iii) the amorphous substance of (i) and the amorphous substance of (ii) above. From a mixed system of crystalline ultrafine particle aggregates (wherein M represents Ti or Zr and x is a number greater than 0 and less than 1), carbon, and oxygen. With continuous inorganic fiber,
Inorganic fibers characterized in that short fibers of a heat-resistant substance intervening in the fiber gaps of the continuous inorganic fibers, reinforcing fibers consisting of whiskers or powder, or a woven fabric of the fibers are embedded in ceramic powder and fired. Manufacturing method of reinforced ceramic composites.
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