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JPH076092B2 - Method for producing nitrogen-containing ceramic fiber - Google Patents
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JPH076092B2 - Method for producing nitrogen-containing ceramic fiber - Google Patents

Method for producing nitrogen-containing ceramic fiber

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Publication number
JPH076092B2
JPH076092B2 JP1248133A JP24813389A JPH076092B2 JP H076092 B2 JPH076092 B2 JP H076092B2 JP 1248133 A JP1248133 A JP 1248133A JP 24813389 A JP24813389 A JP 24813389A JP H076092 B2 JPH076092 B2 JP H076092B2
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JP
Japan
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nitrogen
mol
fiber
alkoxide
ceramic fiber
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JP1248133A
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Inventor
正裕 関根
護 三友
Original Assignee
株式会社コロイドリサーチ
科学技術庁無機材質研究所長
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は酸窒化物セラミックスファイバーの製造方法に
関するものであり、特に、繊維強化プラスチック(FR
P),繊維強化コンクリート(FRC)に有用な強度、弾性
率、耐食性に優れた強化繊維あるいは、耐熱性、耐食性
に優れ、化学フィルター、耐熱性断熱材等の用途が考え
られるセラミックスファイバーの製造方法に関するもの
である。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing an oxynitride ceramic fiber, and particularly to a fiber reinforced plastic (FR
P), Reinforced fiber with excellent strength, elastic modulus and corrosion resistance useful for fiber reinforced concrete (FRC), or ceramic fiber with excellent heat resistance and corrosion resistance, which can be used for chemical filters, heat resistant heat insulating materials, etc. It is about.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

プラスチック、コンクリートの補強用として繊維素材は
重要であり、その他にも断熱カーテン、断熱クッション
材、触媒担体、高温フィルター等の高温材料分野でも種
々の繊維素材が使用されている。
Fiber materials are important for reinforcing plastics and concrete, and various fiber materials are also used in the field of high-temperature materials such as heat-insulating curtains, heat-insulating cushion materials, catalyst carriers, and high-temperature filters.

繊維素材としては、従来よりガラス繊維、カーボン繊
維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、有機高分子繊維等
が使用されているが、材料として要求される特性が多様
化しており、新たな機能を有する繊維が待望されてい
る。
Conventionally, glass fibers, carbon fibers, alumina fibers, silicon carbide fibers, organic polymer fibers, etc. have been used as fiber materials, but the characteristics required as materials have diversified, and fibers with new functions Is long-awaited.

窒素含有セラミックスファイバーもその中の一つであ
り、窒素含有セラミックスがガラスの場合、すなわちオ
キシナイトライドガラスの場合、酸化物ガラスに比し
て、硬度、強度、弾性率、耐熱性、耐食性が向上する。
又、窒素含有セラミックスが多結晶セラミックスの場合
例えばサイアロン等の場合、酸化物セラミックスに比し
て高温強度、強度、耐熱衝撃性等が向上する。
Nitrogen-containing ceramic fiber is one of them, and when the nitrogen-containing ceramic is glass, that is, when it is oxynitride glass, hardness, strength, elastic modulus, heat resistance and corrosion resistance are improved as compared with oxide glass. To do.
When the nitrogen-containing ceramic is polycrystalline ceramic, for example, sialon, the high temperature strength, strength, thermal shock resistance, etc. are improved as compared with oxide ceramics.

これらの窒素含有セラミックスあるいは酸化物と窒化物
との混成セラミックスをファイバー状で得る方法とし
て、従来より大別して2種の方法が検討されている。
As methods for obtaining these nitrogen-containing ceramics or mixed ceramics of oxides and nitrides in the form of fibers, two types of methods have been roughly studied from the past.

I.酸化物、窒化物から融液を経て紡糸する方法 酸化物、窒化物を溶融するのに高温を要す。また窒化物
の分解、あるいは酸化物の還元により好ましくない結晶
相、金属相を生成する。安定してオキシナイトライドガ
ラスを製造するには特殊な紡糸装置を要する(特開昭63
-310747)。
I. Method of spinning oxides and nitrides through a melt A high temperature is required to melt oxides and nitrides. In addition, an undesired crystal phase or metal phase is generated by decomposition of the nitride or reduction of the oxide. A special spinning device is required for stable production of oxynitride glass (Japanese Patent Laid-Open No. 63-63242).
-310747).

II.金属アルコキシド、無機高分子を出発物質として前
駆体繊維を得、窒化焼成する方法 (1)ポリカルボシランを紡糸して窒化する方法がChem
istry Letters 2059-2060(1984)に開示されている
が、ポリカルボシランの合成が煩雑であること得られる
オキシライトライドガラスの組成系に制限がある等の問
題がある。
II. Method of obtaining precursor fiber using metal alkoxide and inorganic polymer as starting materials and nitriding and firing (1) Polycarbosilane spinning and nitriding is Chem
Although it is disclosed in istry Letters 2059-2060 (1984), there are problems such that the synthesis system of polycarbosilane is complicated and the composition system of the obtained oxylite glass is limited.

(2)TiO2ゲルファイバーあるいはTiを含有するゲルフ
ァイバーを窒化して、TiNあるいはTiNで被覆されたTiO2
繊維あるいは、Tiを含む赤外線透過性オキシナイトライ
ドガラスを製造する方法が、Journal of Materials Sci
ence 22、937〜941(1987)、特開昭62-263322、同63-4
0742等に開示されているが、得られるセラミックスの組
成が、窒素と極めて反応性の高いTiを含有する系に制限
されると言う欠点がある。
(2) TiN or TiN-coated TiO 2 by nitriding TiO 2 gel fiber or Ti-containing gel fiber
A method for producing an infrared transmissive oxynitride glass containing fibers or Ti is described in Journal of Materials Sci.
ence 22, 937-941 (1987), JP-A-62-263322, 63-4
However, there is a drawback in that the composition of the obtained ceramics is limited to a system containing Ti, which has extremely high reactivity with nitrogen.

(3)Siを含有するゲルファイバーの窒化により製造す
る方法として、journal of Non-Crystalline Solids 8
3、208-222(1986)、特開昭63-112437、同63-242943等
に開示されている。しかし、これらにおいて、テトラエ
トキシシラン等の4官能のアルコキシド単独から製造さ
れたゲルファイバーはアンモニア気流下の窒化でもほと
んど窒素は導入されない為、メチルトリエトキシシラン
のようなモノアルキルトリアルコキシシランを採用する
と窒素の導入が効率よくなるため、これを単独もしくは
混合して用いる技術を開示している。しかし、メチルト
リエトキシシランは高価であり、かつSi系酸窒化物の組
成成分に限定されると言う問題があった。
(3) Journal of Non-Crystalline Solids 8
3 , 208-222 (1986), JP-A-63-112437, JP-A-63-242943 and the like. However, in these, since the gel fiber produced from tetrafunctional alkoxide alone such as tetraethoxysilane hardly introduces nitrogen even in the nitriding under the ammonia stream, when a monoalkyltrialkoxysilane such as methyltriethoxysilane is adopted. Since the introduction of nitrogen becomes efficient, a technique of using nitrogen alone or in combination is disclosed. However, there is a problem that methyltriethoxysilane is expensive and is limited to the composition component of Si-based oxynitride.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

本発明は、上述した従来法の欠点、即ち、高温プロセス
が必要である、ポリカルボシランのような前駆体の合成
が煩雑である、Tiのような特殊な元素を含むもののみ可
であり、メチルトリエトキシシランのような高価な出発
物質を使用しなければならない等の為、複雑かつ高価な
装置を必要とする、製造プロセスが煩雑である、セラミ
ックス組成が限定されるなどの欠点を解消し、組成に制
限のない容易な手法で窒素含有セラミックスファイバー
を得る方法を提供することを解決課題とするものであ
る。
The present invention has the above-mentioned drawbacks of the conventional method, that is, a high temperature process is required, the synthesis of a precursor such as polycarbosilane is complicated, and only those containing a special element such as Ti are possible, Since expensive starting materials such as methyltriethoxysilane must be used, complex and expensive equipment is required, the manufacturing process is complicated, and the ceramic composition is limited. It is an object of the present invention to provide a method for obtaining a nitrogen-containing ceramic fiber by an easy method with no limitation on the composition.

〔課題を解決するための手段」 本発明は、シリコンアルコキシド及びアルミニウムアル
コキシドを主たる原料とする窒素含有セラミックスファ
イバーの製造方法において、アルカノールアミン化合物
及び/又はβ−ジケトン化合物とアルミニウムアルコキ
シドとを混合して反応させて反応混合物とする工程、該
反応混合物とシリコンアルコキシドとの混合物を形成す
る工程、該混合物を加水分解してゾルを得る工程、該ゾ
ルを10ポイズ以上の粘度領域で紡糸する工程、得られた
ゲルファイバーを窒素及び/またはアンモニア気流中で
焼成して窒素含有セラミックスファイバーを製造する工
程からなることを特徴とする窒素含有セラミックスファ
イバーの製造方法であり、これにより上記課題を解決す
ることができる。
[Means for Solving the Problems] The present invention is a method for producing a nitrogen-containing ceramic fiber containing silicon alkoxide and aluminum alkoxide as main raw materials, and mixing an alkanolamine compound and / or a β-diketone compound with an aluminum alkoxide. Reacting to form a reaction mixture, forming a mixture of the reaction mixture and a silicon alkoxide, hydrolyzing the mixture to obtain a sol, spinning the sol in a viscosity range of 10 poise or more, obtaining A method for producing a nitrogen-containing ceramic fiber, which comprises a step of producing a nitrogen-containing ceramic fiber by firing the obtained gel fiber in a nitrogen and / or ammonia stream, thereby solving the above-mentioned problems. it can.

以下、本発明を詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明で用いられるアルミニウムアルコキシドは、一般
式(RO)3Al(R:アルキル基)で表わされるものであり、
具体的にはRはメチル、エチル、n−プロピル、iso−
プロピル、n−ブチル、iso−ブチル、sec−ブチル、te
rt−ブチル等がある。
Aluminum alkoxide used in the present invention is represented by the general formula (RO) 3 Al (R: alkyl group),
Specifically, R is methyl, ethyl, n-propyl, iso-
Propyl, n-butyl, iso-butyl, sec-butyl, te
rt-butyl and the like.

また、アルミニウムアルコキシドと反応させる活性水素
を有する化合物とは、一般に化合物中の水素原子が炭素
原子以外の酸素、窒素、硫黄などのヘテロ原子と結合し
ており、前者に比べて後者の方が反応性が強いという特
徴を持つものである。
In addition, with a compound having active hydrogen to be reacted with an aluminum alkoxide, the hydrogen atom in the compound is generally bonded to a heteroatom such as oxygen, nitrogen, or sulfur other than carbon atom, and the latter is more reactive than the former. It is characterized by its strong nature.

本発明にいう活性水素を有する化合物とは、前述の条件
を満たし、かつ出発原料であるアルミニウムアルコキシ
ドに対して反応性を有するものであり、D.C.Bradley,R.
C.Mehrotra and D.P.Gaur著“Metal Alkoxides"p149〜2
98に列挙された化合物が相当するが、アルコール類につ
いては、窒化の際、窒素導入量に関して利点が見出せな
いこと、チオール類については、Sの導入がることから
除外される。
The compound having active hydrogen referred to in the present invention is one which satisfies the above-mentioned conditions and has reactivity with an aluminum alkoxide as a starting material, DC Bradley, R.
C. Mehrotra and DP Gaur "Metal Alkoxides" p149-2
The compounds listed in 98 correspond, but alcohols are excluded from the fact that no advantage can be found regarding the amount of nitrogen introduced during nitriding, and thiols are excluded from the introduction of S.

ここで、アルコール類とは、狭義のアルコールであり、
一般式ROH(Rはアルキル基)で表されるものであり、O
H基は1個のみの1価アルコールで他の官能基を有さな
いものを示す。
Here, alcohols are alcohols in a narrow sense,
Is represented by the general formula ROH (R is an alkyl group), O
The H group represents only one monohydric alcohol having no other functional group.

活性水素を有する化合物として本発明では、モノエタノ
ールアミン、モノn−プロパノールアミン、モノiso−
プロパノールアミン、ジエタノールアミン、ジiso−プ
ロパノールアミン、トリエタノールアミン、トリiso−
プロパノールアミンに代表されるアルカノールアミン化
合物;アセチルアセトン、アセト酢酸エチルに代表され
るβ−ジケトン化合物が用いられるが、後述する窒化過
程におけるセラミックスファイバー中への窒素の導入の
観点からアルカノールアミン化合物が特に好ましい。
In the present invention, as a compound having active hydrogen, monoethanolamine, mono-n-propanolamine, monoiso-
Propanolamine, diethanolamine, diiso-propanolamine, triethanolamine, triiso-
Alkanolamine compounds represented by propanolamine; β-diketone compounds represented by acetylacetone and ethyl acetoacetate are used, and alkanolamine compounds are particularly preferable from the viewpoint of introducing nitrogen into the ceramic fiber in the nitriding process described later. .

この活性水素を有する化合物の使用量は、アルミニウム
アルコキシド1モルに対して活性水素のモル数で0.1〜
2.7モルの範囲で使用する。アセチルアセトン、アセト
酢酸エチル等のβ−ジケトン化合物はエノール型と反応
に関与するため活性水素の数は1分子中1個と数える。
アルカノールアミン類は水酸基の水素原子がアルミニウ
ムアルコキシドとの反応に関与するため、1分子中の活
性水素の数はモノアルカノールアミンでは1個、ジアル
カノールアミンでは2個、トリアルカノールアミンでは
3個とそれぞれ数える。
The amount of the compound having active hydrogen used is 0.1 to 1 mol of active hydrogen per mol of aluminum alkoxide.
Use in the range of 2.7 moles. Since β-diketone compounds such as acetylacetone and ethyl acetoacetate are involved in the reaction with the enol type, the number of active hydrogen is counted as one in one molecule.
In alkanolamines, the hydrogen atom of the hydroxyl group participates in the reaction with aluminum alkoxide, so the number of active hydrogen in one molecule is 1 for monoalkanolamine, 2 for dialkanolamine, and 3 for trialkanolamine. count.

この活性水素を有する化合物の使用量が活性水素のモル
数で0.1モルより少ない場合、窒化過程における窒素の
導入に関して効果がなくなる。一方、使用量が2.7モル
より多い場合、これらの活性水素を有する化合物がアル
ミニウムアルコキシドの加水分解に対する安定化の効果
も有するために加水分解により生成するアルコール、有
機溶媒の系外除去後、粘性を有するゾルは得られるもの
の、紡糸操作後も加水分解に対して安定であるためゲル
化速度が極めて遅く、ゲルファイバーの形状保持が困難
となり実用的でなくなる。
When the amount of the compound having active hydrogen used is less than 0.1 mol in terms of the number of active hydrogen, there is no effect on the introduction of nitrogen in the nitriding process. On the other hand, when the amount used is more than 2.7 mol, the compounds having these active hydrogens also have a stabilizing effect on the hydrolysis of the aluminum alkoxide, so the alcohol produced by hydrolysis and the viscosity after removal from the organic solvent are removed from the system. Although the obtained sol is obtained, the gelation rate is extremely slow because it is stable against hydrolysis even after the spinning operation, and it becomes difficult to maintain the shape of the gel fiber, which is not practical.

アルミニウムアルコキシドと活性水素を有する化合物を
反応させるのは、両者を常温ないし加温下に混合するこ
とにより行うことができるが、その反応は混和性、反応
の均一性の面から有機溶媒存在下で行うのが好ましい。
もっとも、有機溶媒が存在しなくても反応は可能であ
る。ここで用いる有機溶媒としてはアルミニウムアルコ
キシドを溶解するのが好ましく、具体的にはメタノー
ル、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノー
ル、sec−ブタノール等に代表されるアルコール類、ト
ルエン、ベンゼン、キシレン等に代表される芳香族系炭
化水素、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、
四塩化炭素等が例示されるが、溶解度の観点からアルコ
ール類が好ましい。
The reaction between the aluminum alkoxide and the compound having active hydrogen can be carried out by mixing both at room temperature or under heating, but the reaction is carried out in the presence of an organic solvent from the viewpoint of miscibility and uniformity of the reaction. It is preferable to carry out.
However, the reaction is possible without the presence of an organic solvent. As the organic solvent used here, it is preferable to dissolve aluminum alkoxide, and specifically, alcohols represented by methanol, ethanol, n-propanol, iso-propanol, sec-butanol, etc., toluene, benzene, xylene, etc. Representative aromatic hydrocarbons, tetrahydrofuran, dimethylformamide,
Carbon tetrachloride and the like are exemplified, but alcohols are preferable from the viewpoint of solubility.

一方、上記した反応混合物と混合するシリコンアルコキ
シドは、一般式(RO)4Si(R;アルキル基)で表わされる
ものであり、具体的にはRはメチル、エチル、n−プロ
ピル、n−ブチル、iso−ブチル、sec−ブチル、tert−
ブチル等がある。また、このシリコンアルコキシドは誘
導体であってもよく、前述のシリコンアルコキシドを、
シリコンアルコキシドに対して4モル倍以下の水で部分
的に加水分解を行ったもの、あらかじめ重縮合反応の進
んだオリゴマー等が例示されるが、特に曳糸性に優れた
ゾルを安定に、再現性よく製造するために、シリコンア
ルコキシド1モルに対して、塩酸、硝酸、フッ酸、硫
酸、スルホン酸化合物等の強酸性触媒の存在下、4モル
倍以下の水で部分的に加水分解したものを使用するのが
好ましい。
On the other hand, the silicon alkoxide mixed with the above-mentioned reaction mixture is represented by the general formula (RO) 4 Si (R; alkyl group), and specifically, R is methyl, ethyl, n-propyl, n-butyl. , Iso-butyl, sec-butyl, tert-
Butyl etc. Further, this silicon alkoxide may be a derivative, and the above-mentioned silicon alkoxide is
Examples include those that have been partially hydrolyzed with 4 mol times or less water of silicon alkoxide, oligomers that have undergone a polycondensation reaction in advance, and a sol with particularly excellent spinnability can be stably reproduced. In order to manufacture with good properties, one mol of silicon alkoxide is partially hydrolyzed with 4 mol times or less of water in the presence of strong acid catalyst such as hydrochloric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid, and sulfonic acid compound. Is preferably used.

本発明の組成物には、さらに種々の目的に応じてSi,Al
以外の金属元素も使用される。例えばガラス化を容易に
してオキシナイトライドガラスとするためにLi,Na,K,Cs
等のアルカリ金属、Be,Mg,Ca,Sr,Ba等のアルカリ土類金
属、その他、Ti,Zr,Ge,Y,B,Sb等の使用が例示される。
The composition of the present invention further comprises Si, Al according to various purposes.
Other metal elements are also used. For example, in order to facilitate vitrification and form oxynitride glass, Li, Na, K, Cs
Examples thereof include alkali metals such as Al, alkaline earth metals such as Be, Mg, Ca, Sr, and Ba, and Ti, Zr, Ge, Y, B, Sb, and the like.

これらの金属元素を添加する際の、化合物の種としては
特に制限はなく、金属アルコキシド、酢酸塩、塩化物、
硝酸塩等の使用が例示される。
When adding these metal elements, the species of the compound is not particularly limited, metal alkoxide, acetate, chloride,
The use of nitrate and the like is exemplified.

また、アルカリ金属、アルカリ土類金属のように、金属
から容易にアルコキシドが合成されるものについては、
アルコールを媒体とする反応系中に金属として添加する
こともできる。
In addition, for those in which an alkoxide is easily synthesized from a metal, such as alkali metal and alkaline earth metal,
It can also be added as a metal in the reaction system using alcohol as a medium.

アルミニウムアルコキシドと活性水素を有する化合物と
の反応混合物をシリコンアルコキシドと混合させた混合
物を加水分解するさいに用いる水の使用量は、アルミニ
ウムアルコキシド、シリコンアルコキシド、上述した他
の金属アルコキシドも含めて、全アルコキシド1モルに
対して0.5〜2.0モルの範囲で使用する。シリコンアルコ
キシドの誘導体として、あらかじめ重縮合反応の進んだ
オリゴマーを使用する場合も、オリゴマーを1分子とし
て取り扱って上記範囲内の水を使用する。また、シリコ
ンアルコキシドの誘導体として、シリコンアルコキシド
に対して4モル倍以下の水で部分的に加水分解を行った
ものを使用する場合は、この部分的に加水分解する際の
水の使用量も計算に入れてアルミニウムアルコキシド、
出発物質のシリコンアルコキシド等全アルコキシド1モ
ルに対して上記範囲内の加水分解水量となるように水を
追添加する。
The amount of water used when hydrolyzing the mixture obtained by mixing the reaction mixture of the aluminum alkoxide and the compound having active hydrogen with the silicon alkoxide is not limited to the total amount of aluminum alkoxide, silicon alkoxide, and other metal alkoxides described above. It is used in the range of 0.5 to 2.0 mol per mol of alkoxide. Even when an oligomer having undergone a polycondensation reaction is used as a derivative of a silicon alkoxide, the oligomer is treated as one molecule and water in the above range is used. In addition, when a silicon alkoxide derivative that is partially hydrolyzed with 4 mole times or less water of silicon alkoxide is used, the amount of water used for this partial hydrolysis is also calculated. Put in aluminum alkoxide,
Water is additionally added so that the amount of hydrolyzed water is within the above range with respect to 1 mol of all alkoxides such as silicon alkoxide as a starting material.

水の使用量が0.5モルよりも少ない場合、加水分解生成
アルコールの除去の後、及び系に有機溶媒を使用した場
合にはその除去の後には、粘性を有するゾルは得られる
が、紡糸操作後ゲルファイバーの形状保持が困難となり
実用的でなくなる。一方、水の使用量が2.0モルよりも
多い場合、加水分解時には反応が急激に進行し、粉末状
の沈澱物が析出したり、粘性ゾルが得られたとしても、
ゲル化が速く、紡糸可能な状態及び時間が極めて短く、
紡糸操作に適した粘性を有するゾルの合成には適しな
い。
If the amount of water used is less than 0.5 mol, a viscous sol is obtained after removal of the hydrolysis product alcohol and after removal of the organic solvent used in the system, but after spinning operation. It becomes difficult to maintain the shape of the gel fiber, making it impractical. On the other hand, when the amount of water used is more than 2.0 mol, the reaction proceeds rapidly during hydrolysis, and even if a powdery precipitate is deposited or a viscous sol is obtained,
Gelation is fast, spinnable state and time are extremely short,
Not suitable for synthesizing sols with viscosities suitable for spinning operations.

また、上記観点より、より好ましい加水分解の水使用量
は全アルコキシド1モルに対して0.5〜1.5モルの範囲で
ある。
From the above viewpoint, the more preferable amount of water used for hydrolysis is in the range of 0.5 to 1.5 mol with respect to 1 mol of all alkoxides.

前記混合物の加水分解を行う方法としては、水に対して
適当に溶解性を有する、あるいは水を溶解する有機溶媒
と水との混合物の添加による加水分解、空気中の水分を
利用した加水分解、水蒸気を含有したガスを吹き込むこ
とを利用した加水分解等が挙げられ特に制限はない。
As a method of hydrolyzing the mixture, having appropriate solubility in water, or by adding a mixture of water and an organic solvent that dissolves water, hydrolysis using water in the air, There is no particular limitation, such as hydrolysis utilizing the blowing of a gas containing water vapor.

上記の加水分解により得られたゾルはある程度の粘性を
有し、曳糸性を有するが、これは紡糸をするのには濃度
が低くて不十分なので、適当に濃縮操作を行うことによ
り紡糸可能な粘性ゾルが得られる。この濃縮操作は常圧
蒸留でも減圧蒸流でもどちらでもよい。
The sol obtained by the above-mentioned hydrolysis has a certain degree of viscosity and spinnability, but since this is low in concentration and insufficient for spinning, it can be spun by performing an appropriate concentration operation. A viscous sol of different types is obtained. This concentration operation may be either atmospheric distillation or vacuum distillation.

ゾルは10ポイズ以上の粘度領域で紡糸してゲルファイバ
ーを得る。
The sol is spun in a viscosity range of 10 poise or more to obtain a gel fiber.

10ポイズ未満の場合、ゾルを繊維状に成形することは可
能であるが、ゲル化によって形状を保持するのに時間を
要し、ゲルファイバーを得ることが極めて困難である。
If it is less than 10 poise, it is possible to form the sol into a fibrous shape, but it takes time to maintain the shape due to gelation, and it is extremely difficult to obtain a gel fiber.

また紡糸は公知の手法を応用することが可能であり、ノ
ズルからの押出し等により容易にゲルファイバーが得ら
れる。
A known method can be applied to the spinning, and the gel fiber can be easily obtained by extrusion from a nozzle or the like.

得られたゲルファイバーは窒素及び/またはアンモニア
気流下で焼成することにより酸窒化物セラミックスファ
イバーが得られる。焼成条件は、ゲルファイバーの組
成、ガスとして窒素を使用するかアンモニアを使用する
かによって異なるが、一般的にアンモニアの場合600℃
以上、窒素ガスの場合800℃以上の温度領域が例示され
る。
An oxynitride ceramic fiber is obtained by firing the obtained gel fiber in a nitrogen and / or ammonia stream. The firing conditions differ depending on the composition of the gel fiber and whether nitrogen or ammonia is used as a gas, but in the case of ammonia, it is generally 600 ° C.
As described above, in the case of nitrogen gas, a temperature range of 800 ° C. or higher is exemplified.

本発明においては、アルミニウムアルコキシドを活性水
素を有する化合物との反応物として使用することによ
り、窒化焼成過程において、セラミックスファイバー中
に窒素が導入されやすくなるが、この活性水素を有する
化合物を使用した効果は、N2中で窒化焼成した場合に比
してアンモニア中で窒化焼成したものの方が著しく、窒
化焼成用のガスとしては、アンモニアを使用するのが特
に好ましい。
In the present invention, by using aluminum alkoxide as a reaction product with a compound having active hydrogen, nitrogen is easily introduced into the ceramic fiber in the nitriding firing process, but the effect of using the compound having active hydrogen Is more remarkable when nitriding and firing in ammonia than when nitriding and firing in N 2 , and it is particularly preferable to use ammonia as the gas for nitriding and firing.

〔作用〕[Action]

アルミニウムアルコキシドを活性水素を有する化合物と
の反応混合物として使用することにより、窒素及び/ま
たはアンモニア中での窒化が進行しやすい理由について
は不明であるが、以下のような可能性が考えられる。
Although the reason why the nitriding in nitrogen and / or ammonia is likely to proceed by using the aluminum alkoxide as a reaction mixture with the compound having active hydrogen is not clear, the following possibilities are considered.

アルカノールアミン類、アミン類等の窒素原子を有
する化合物を使用する場合は配位窒素の直接導入。
When using a compound having a nitrogen atom such as alkanolamines and amines, direct introduction of coordinated nitrogen.

添加化合物によるゲルの微細構造の変化。Changes in the microstructure of the gel due to added compounds.

ゲルファイバー中の化学結合が比較的高温で開裂し、
活性状態にある窒素との反応が進行しやすい。
The chemical bond in the gel fiber is cleaved at a relatively high temperature,
The reaction with the active nitrogen is likely to proceed.

上記の可能性以外も考えられ、その機能は現状不明であ
るが、上記のような効果が相乗的に作用して窒化が進行
するものと、推測される。
Other than the above possibilities, the function thereof is currently unknown, but it is presumed that the above-mentioned effects act synergistically to promote nitriding.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の具体的実施例を説明するが、本発明はこ
れに限定されるものではない。
Hereinafter, specific examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.

実施例1 アルミニウムトリsec−ブトキシド1モルsec−ブタノー
ル4モルに溶解させた。モノエタノールアミン1モルを
sec−ブタノール4モルに溶解し、アルミニウムトリsec
−ブトキシド溶液と反応させた。反応は発熱的に進行
し、特に加温することなく30分間反応させた。
Example 1 Aluminum trisec-butoxide 1 mol sec-Butanol 4 mol was dissolved. 1 mol of monoethanolamine
sec-dissolved in 4 mol of butanol, aluminum tri sec
-Reacted with butoxide solution. The reaction proceeded exothermically and was reacted for 30 minutes without heating.

テトラエトキシシラン1モルを4モルのエタノールに溶
解し、これに1規定塩酸酸性に調整された水1モルを2
モルのエタノールに溶解した溶液を添加し、テトラエト
キシシランを部分的に加水分解した。室温で30分間部分
加水分解したものを上記のアルミニウムトリsec−ブト
キシドを含む溶液に加え混合、反応させた。この混合液
に1モルの水と1モルのエタノールの混合溶液を加え加
水分解、重縮合を行なった。
Dissolve 1 mol of tetraethoxysilane in 4 mol of ethanol, and add 1 mol of water adjusted to 1N hydrochloric acid to 2 mol of ethanol.
A solution dissolved in molar ethanol was added to partially hydrolyze the tetraethoxysilane. What was partially hydrolyzed at room temperature for 30 minutes was added to the above solution containing aluminum trisec-butoxide and mixed and reacted. A mixed solution of 1 mol of water and 1 mol of ethanol was added to this mixed solution for hydrolysis and polycondensation.

減圧蒸留で溶媒を留去し、粘度480ポイズの粘性溶液を
得た。この粘性溶液を押出し紡糸することにより連続ゲ
ルファイバーを得た。
The solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a viscous solution having a viscosity of 480 poise. The viscous solution was extruded and spun to obtain a continuous gel fiber.

このゲルファイバーをアンモニア流量0.5l/min、温度12
00℃で三時間窒化焼成した。
Ammonia flow rate 0.5 l / min, temperature 12
Nitrided and baked at 00 ° C. for 3 hours.

得られたファイバー中の窒素含有率は5.9%でX線で求
めた結晶相はムライトの微結晶であった。
The nitrogen content in the obtained fiber was 5.9%, and the crystal phase determined by X-ray was mullite microcrystal.

比較例1 実施例1と同様の手法で、モノエタノールアミンを添加
せず、粘度650ポイズの粘性溶液を得、これを押出し紡
糸して連続ゲルファイバーを得た。
Comparative Example 1 In the same manner as in Example 1, a viscous solution having a viscosity of 650 poise was obtained without adding monoethanolamine, and this was extruded and spun to obtain a continuous gel fiber.

このゲルファイバーと実施例1と同一条件下で窒化焼成
した。得られたファイバー中の窒素含有率は0.01%以下
で、ほとんど窒素は導入されず、結晶相はムライトであ
った。
Nitriding and firing were performed under the same conditions as this gel fiber and Example 1. The nitrogen content in the obtained fiber was 0.01% or less, almost no nitrogen was introduced, and the crystal phase was mullite.

実施例2 アルミニウムトリsec−ブトキシド1モルをsec−ブタノ
ール4モルに溶解させた。モノエタノールアミン1モル
をsec−ブタノール4モルに溶解し、アルミニウムトリs
ec−ブトキシド溶液と反応させた。反応は発熱的に進行
し、特に加温することなく30分間反応させた。
Example 2 1 mol of aluminum trisec-butoxide was dissolved in 4 mol of sec-butanol. Dissolve 1 mol of monoethanolamine in 4 mol of sec-butanol, and add aluminum tris
Reacted with ec-butoxide solution. The reaction proceeded exothermically and was reacted for 30 minutes without heating.

テトラエトキシシラン1モルを4モルのエタノールに溶
解し、これに1規定塩酸酸性に調整された水1モルを2
モルのエタノールに溶解した溶液を添加し、テトラエト
キシシランを部分的に加水分解した。室温で30分間部分
加水分解したものを上記のアルミニウムトリsec−ブト
キシドを含む溶液に加え混合、反応させた。
Dissolve 1 mol of tetraethoxysilane in 4 mol of ethanol, and add 1 mol of water adjusted to 1N hydrochloric acid to 2 mol of ethanol.
A solution dissolved in molar ethanol was added to partially hydrolyze the tetraethoxysilane. What was partially hydrolyzed at room temperature for 30 minutes was added to the above solution containing aluminum trisec-butoxide and mixed and reacted.

これに、酢酸マグネシウム4水和物を0.167モル添加
し、完全に溶解させた。
To this, 0.167 mol of magnesium acetate tetrahydrate was added and completely dissolved.

この反応混合液に、水0.33モルとエタノール1モルの混
合液を添加し、加水分解、重縮合を行なった。
A liquid mixture of 0.33 mol of water and 1 mol of ethanol was added to this reaction liquid mixture to carry out hydrolysis and polycondensation.

減圧蒸留で溶媒を留去し、粘度330ポイズの粘性溶液を
得た。この粘性溶液を押出し紡糸することにより連続ゲ
ルファイバーを得た。
The solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a viscous solution having a viscosity of 330 poise. The viscous solution was extruded and spun to obtain a continuous gel fiber.

このゲルファイバーをアンモニア流量0.5l/min、温度12
00℃で3時間窒化焼成した。
Ammonia flow rate 0.5 l / min, temperature 12
Nitrided and baked at 00 ° C. for 3 hours.

得られたファイバー中の窒素含有率は7.6%でX線で求
めた結晶相はムライト、MgAl2O4、未知相の微結晶であ
った。
The nitrogen content in the obtained fiber was 7.6%, and the crystal phase determined by X-ray was mullite, MgAl 2 O 4 , and microcrystals of unknown phase.

実施例3 実施例2のゲルファイバーをアンモニア流量0.5l/min、
温度1200℃で6時間窒化焼成した。
Example 3 The gel fiber of Example 2 was applied with an ammonia flow rate of 0.5 l / min.
Nitriding and firing were performed at a temperature of 1200 ° C. for 6 hours.

得られたファイバー中の窒素含有率は12.5%で、X線で
求めた結晶相は、未知相、ムライト、MgAl2O4の微結晶
であった。
The nitrogen content in the obtained fiber was 12.5%, and the crystal phase determined by X-ray was an unknown phase, mullite, and MgAl 2 O 4 microcrystals.

比較例2 実施例2と同様の手法で、モノエタノールアミンを添加
せず、粘度350ポイズの粘性溶液を得、これを押出し紡
糸して連続ゲルファイバーを得た。
Comparative Example 2 In the same manner as in Example 2, a viscous solution having a viscosity of 350 poise was obtained without adding monoethanolamine, and this was extruded and spun to obtain a continuous gel fiber.

このゲルファイバーと実施例2と同一条件下で窒化焼成
した。得られたファイバー中の窒素含有率は1.2%で、
少量の窒素しか導入されず、結晶相はムライト、MgAl2O
4、未知相であった。
Nitriding and firing were performed under the same conditions as this gel fiber and Example 2. The nitrogen content in the obtained fiber is 1.2%,
Only a small amount of nitrogen was introduced, and the crystal phase was mullite, MgAl 2 O.
4 , unknown phase.

比較例3 比較例2のゲルファイバーを実施例3と同一条件下で窒
化焼成した。得られたファイバー中の窒素含有率は1.9
%で、結晶相はムライト、未知相であった。
Comparative Example 3 The gel fiber of Comparative Example 2 was nitrided and fired under the same conditions as in Example 3. The nitrogen content in the obtained fiber is 1.9.
%, The crystalline phase was mullite, an unknown phase.

(発明の効果) 本発明によれば、硬度、強度、弾性率、耐熱性、耐食性
等の期待される酸窒化物セラミックスファイバーを容易
な手法で、特殊な装置を使用することなく製造すること
が可能となり、工業的に有用な製造方法である。
(Effect of the Invention) According to the present invention, oxynitride ceramic fibers expected to have hardness, strength, elastic modulus, heat resistance, corrosion resistance, etc. can be manufactured by an easy method without using a special device. This is a manufacturing method that is possible and industrially useful.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−91823(JP,A) 特開 昭63−170237(JP,A) 特開 昭63−165521(JP,A) 特開 昭63−165522(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-58-91823 (JP, A) JP-A-63-170237 (JP, A) JP-A-63-165521 (JP, A) JP-A-63- 165522 (JP, A)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】シリコンアルコキシド及びアルミニウムア
ルコキシドを主たる原料とする窒素含有セラミックスフ
ァイバーの製造方法において、アルカノールアミン化合
物及び/又はβ−ジケトン化合物とアルミニウムアルコ
キシドとを混合して反応させて反応混合物とする工程、
該反応混合物とシリコンアルコキシドとの混合物を形成
する工程、該混合物を加水分解してゾルを得る工程、該
ゾルを10ポイズ以上の粘度領域で紡糸する工程、得られ
たゲルファイバーを窒素及び/またはアンモニア気流中
で焼成して窒素含有セラミックスファイバーを製造する
工程からなることを特徴とする窒素含有セラミックスフ
ァイバーの製造方法。
1. A method for producing a nitrogen-containing ceramic fiber containing silicon alkoxide and aluminum alkoxide as main raw materials, a step of mixing an alkanolamine compound and / or a β-diketone compound with an aluminum alkoxide to cause a reaction to form a reaction mixture. ,
A step of forming a mixture of the reaction mixture and a silicon alkoxide, a step of hydrolyzing the mixture to obtain a sol, a step of spinning the sol in a viscosity region of 10 poises or more, nitrogen and / or the obtained gel fiber A method for producing a nitrogen-containing ceramic fiber, comprising a step of producing a nitrogen-containing ceramic fiber by firing in an ammonia stream.
JP1248133A 1989-09-26 1989-09-26 Method for producing nitrogen-containing ceramic fiber Expired - Lifetime JPH076092B2 (en)

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