(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工材の加工要素として用いられるセラミック繊維であって、アルミナ繊維の前駆体繊維を焼成してセラミック繊維とし、前記前駆体繊維を１２００℃以下で焼成してセラミックス化した後、１３００℃以上の高温で３０秒間以内加熱処理し、アルミナ成分８０〜９０重量％とシリカ成分２０〜１０重量％とによって形成され、該セラミック繊維の結晶構造が主としてムライト結晶と中間アルミナとで構成され、該ムライト結晶の平均粒径が２５〜７０ナノメータとしたことを特徴とする加工材用セラミック繊維。
【請求項２】
前記アルミナ成分が８５重量％以上であることを特徴とする請求項１記載の加工材用セラミック繊維。
【請求項３】
前記前駆体繊維は塩基性塩化アルミニウムとコロイダルシリカとポリビニルアルコールからなる水性の紡糸原液を乾式紡糸して得られたものであることを特徴とする請求項１記載の加工材用セラミック繊維。
【請求項４】
加工要素として、請求項１又は２に記載のセラミック繊維を含むことを特徴とする加工材。
【請求項５】
前記セラミック繊維を樹脂バインダで結着してなることを特徴とする請求項４記載の加工材。
【請求項６】
前記樹脂バインダがエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項５記載の加工材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属或いは非金属を切断、穿孔、研磨等の加工をするために用いるのに好適な加工材並びにこの加工材の加工要素として用いられるアルミナ系セラミック繊維とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の加工材として、例えば、特開平１ー２２２８６５号公報に開示されるように、アルミナ繊維を一方向に引き揃えて、これをエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で結着してなるラッピング材が知られている。また、特開平２ー２３２１７４号公報に開示されるように、アルミナ繊維を一方向に引き揃えて、これをエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で結着してなる切削、研磨用回転工具が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の加工材に使用されているアルミナ繊維は繊維強度が大きく且つ柔軟性にも優れているものの、例えば研磨材として使用した場合には、研磨性が必ずしも満足できるものでなく、更なる加工性の向上が望まれていた。
そこで、本発明は、通常のアルミナ繊維よりも更に繊維強度の大きな加工性に優れたセラミック繊維並びにこのセラミック繊維を含む加工材を提供することを目的とする。
また、本発明は、このような加工性に優れたセラミック繊維の製造方法を提供することも目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の加工材用セラミック繊維は、加工材の加工要素として用いられるセラミック繊維であって、アルミナ繊維の前駆体繊維を焼成してセラミック繊維とし、前記前駆体繊維を１２００℃以下で焼成してセラミックス化した後、１３００℃以上の高温で３０秒間以内加熱処理し、アルミナ成分８０〜９０重量％とシリカ成分２０〜１０重量％とによって形成され、該セラミック繊維の結晶構造が主としてムライト結晶と中間アルミナとで構成され、該ムライト結晶の平均粒径が２５〜７０ナノメータとしたことを特徴とする。
また、請求項２記載の加工材用セラミック繊維は、前記アルミナ成分が８５重量％以上であることを特徴とする。
また、請求項３記載の加工材用セラミック繊維は、前記前駆体繊維は塩基性塩化アルミニウムとコロイダルシリカとポリビニルアルコールからなる水性の紡糸原液を乾式紡糸して得られたものであることを特徴とする。
また、請求項４記載の加工材は、請求項１又は２に記載のセラミック繊維を含むことを特徴とする。
また、請求項５記載の加工材は、前記セラミック繊維を樹脂バインダで結着してなることを特徴とする。
また、請求項６記載の加工材は、前記セラミック繊維を結着する樹脂バインダがエポキシ樹脂であることを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の加工材用セラミック繊維は平均粒径が２５〜７０ナノメータであるムライト結晶で構成され、本発明の加工材は前記平均粒径が２５〜７０ナノメータであるムライト結晶で構成されるセラミック繊維を含む。
前記ムライト結晶は、通常の中間アルミナ質の製品に比べて硬度が高く、また、平均結晶粒径が約１０倍程度大きいために良好な加工性を示す。
【０００６】
一般に、アルミナ繊維と呼ばれるものは７０〜８５重量％のＡｌ2Ｏ3と１５〜３０重量％のＳｉＯ2 を主成分とする多結晶質の繊維であって、繊維径は５〜４０μｍ程度である。その結晶状態は主として中間アルミナで、平均結晶径はせいぜい５ナノメーター程度の極めて微細な結晶粒子からなる焼結体である。このため、適度な柔軟性と高い機械的強度を示し、各種の繊維強化材料（ＦＲＰ，ＦＲＭ）への利用が期待されている。
このようなアルミナ繊維は１４００℃以上の高温で長い時間加熱されると中間アルミナの他にムライトやコランダムといった粗大な結晶が生成し、その結果、収縮や脆化が進み繊維としての機能が著しく低下する。
【０００７】
本発明の加工性のよいセラミック繊維は、従来のアルミナ繊維に比べて結晶の成長を進めてある点が特徴である。しかし、上記の説明のように過度の熱処理は繊維の強度特性を著しく低下させる。本発明のセラミック繊維はこの点を考慮し、１３００℃以上の高い温度で短時間、具体的には３０秒以内の熱処理をすることでムライトとしては微細な粒径の結晶を生成させることにより繊維の脆化を抑制しながら硬度を高め、加工性のよいセラミック繊維を製造することに特徴がある。
【０００８】
本発明の製造方法によって加工性のよいセラミック繊維を得ることができるが、この場合ムライト結晶の粒径を２５ナノメーター以上にすると、特に加工性に優れたセラミック繊維が得られる。しかし、１００ナノメーター以上に成長させてしまうと脆化が著しく進行するので好ましくない。従って、ムライト結晶の粒径は２５〜７０ナノメーターの範囲にする必要がある。
【０００９】
また、本発明のセラミック繊維の成分組成は、高い高度を得るために、アルミナ成分が少なくとも８０重量％以上含まれることが必要で、８５重量％以上含まれることが特に好ましい。尚、その他の残部は主としてシリカ成分である。
【００１０】
本発明の加工材用セラミック繊維の製造方法は、アルミナ繊維の前駆体繊維を焼成してセラミック繊維とするときの焼成温度と、その後の加熱処理に特徴があるものであって、前駆体繊維を製造するための出発原料等については従来のアルミナ繊維の製造方法と特に異なるものではない。
具体的には、塩基性塩化アルミニウムとコロイダルシリカとポリビニルアルコールから成る水性の紡糸原液を乾式紡糸して前駆体繊維を得、この前記前駆体繊維を１２００℃以下で焼成してセラミックス化した後、１３００℃以上の高温で３０秒間以内加熱処理すればよい。
【００１１】
加工要素として前記セラミック繊維を含む加工材は、これら繊維を適当に引き揃え、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂に含浸して硬化することにより簡単に製造することができる。
【００１２】
【実施例】
以下本発明の実施例を比較例と共に説明する。
先ず、アルミニウムイオン１３．２重量％、塩素イオン１１．４５重量％含有する塩基性塩化アルミニウムの水溶液を３４ｋｇ、二酸化ケイ素を２０重量％含有するコロイダルシリカ７．５ｋｇに、平均重合度１７００の部分ケン化ポリビニルアルコール２．５ｋｇを溶解して粘度が約１０００ポイズ／２０℃の紡糸原液を調製した。
【００１３】
これを１０００ホールの紡糸ノズルから押し出して乾式紡糸し、さらに１２００℃まで焼成してセラミック繊維束を得た。更に、このセラミック繊維束を１４００℃のパイプ炉に通して連続的に巻き取った。この時、１４００℃での加熱時間が２秒および５秒となるように繊維束の通過速度を調整して実施例１，２として２種類の繊維束を得た。
尚、比較例１として１２００℃で焼成しただけで１４００℃での加熱処理を行わない繊維束を得た。
【００１４】
得られた繊維束の繊維径、Ｘ線回折による結晶構造、２θが約２６°付近に現れるムライトの（２１０）面の回折線の半減値巾（β1/2 ）から下記の一般式によって求めた平均粒径（Ｄhkl）を表１に示した。
Ｄhkl＝０．９λ／β1/2・ＣＯＳθ
（但し、Ｄhkl：（２１０）面の平均粒径，λ：Ｘ線の波長，θ：Ｘ線の視斜角）
【００１５】
次に、上記各繊維束とエポキシ樹脂による一方向強化材（以下「ＵＤーＦＲＰ」と略記する）を作成し、金属に対する研磨性を調べた。
ＵＤーＦＲＰの作成は次のようにして行った。
先ず、定法に従って、繊維束をドラムに平行巻きし、下記の組成の樹脂を塗布し、余剰の樹脂を絞り取り、ドラムから切り開いて繊維が一方向配列した樹脂含浸シートを得た。これを温風乾燥機内で９５℃、１時間乾燥した後、ポリエステルフィルムで上下から挟み込み、約６０℃に加熱したローラープレスにかけてＵＤプリプレグシートを得た。
エポキシ樹脂（エピコート８２８  油化シェルエポキシ社製）    ６０重量部
エポキシ樹脂（エピコート１００１  油化シェルエポキシ社製）  ４０重量部
三弗化ホウ素モノエチルアミン                              ２．５重量部
ＭＥＫ                                                      ３５重量部
このＵＤプリプレグシートを積み重ね、２０Ｋｇ／ｃｍ2 の圧力下で１７０℃、１時間加熱して硬化させ、厚さ３．７ｍｍのＵＤーＦＲＰを得た。
【００１６】
次に、これらＵＤーＦＲＰの研削性を試験し、表１にその結果を示した。
各試験片はＬ×Ｗ×Ｔ＝２０ｍｍ×５ｍｍ×３．７ｍｍの立方体とし、ＵＤーＦＲＰから切り出すに当たり、辺Ｌ（２０ｍｍ）が繊維の配列方向と６０℃の角度をなすようにした。図１は試験片（加工材）の斜視図を示すもので、図中１はセラミック繊維を示す。
尚、研削性の試験方法については、次のようにした。
被研削材として、Ｌ×Ｗ×Ｔ＝８０ｍｍ×１５ｍｍ×２ｍｍの鉄板を用意し、これをしかりと固定して、この鉄板のＬＷ面を被研削面とし、ＵＤ−ＦＲＰの各試験片のＬＴ面を乗せ、上から一定の荷重（１３７５ｇ）をかけながら試験片を往復運動させた。この時、運動巾は４５ｍｍ、運動速度は１２５往復／分、総往復運動回数は１００００回とした。
この時、初めの被研削材の重さをＡ、研削後の被研削材の重さをＢとして、次の式から研削率を求めた。
研削率（重量％）＝（ＡーＢ／Ａ）×１００
【００１７】
【表１】
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【００１８】
次に実施例１と比較例１のＵＤ−ＦＲＰから得られた前記試験片を、鉄製の金型磨きを専門とする５社に持ち込み、研磨性の評価をしたところ、表２に示すような結果が得られた。
【００１９】
【表２】
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【００２０】
表２から明らかなように、粒径が２５〜７０ナノメータと大きなムライト結晶を含むセラミック繊維が非常に研磨性に優れていることが確認できた。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、通常のアルミナ繊維よりもさらに繊維強度の高い加工性に優れたセラミック繊維並びにこのセラミック繊維を含む加工材を得ることができるとともに、このような加工性の優れたセラミック繊維を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加工材の一実施例の斜視図
【符号の説明】
１  セラミック繊維
【図１】
0003812981.tif 000004