JPH02173225A - 繊維強化複合材料 - Google Patents
繊維強化複合材料Info
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- JPH02173225A JPH02173225A JP32610688A JP32610688A JPH02173225A JP H02173225 A JPH02173225 A JP H02173225A JP 32610688 A JP32610688 A JP 32610688A JP 32610688 A JP32610688 A JP 32610688A JP H02173225 A JPH02173225 A JP H02173225A
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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。
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Description
（産業上の利用分野）
この発明は、高強度であってしかも等方的に著しく低い
熱膨張係数を有する繊維強化複合材料に関し１強度に優
れていると共に熱膨張係数の異方性が小さく且つ熱膨張
係数の低いことが要求される部材（部品、材料）の素材
として好適に利用される高強度の繊維強化複合材料に関
するものである。 （従来の技術） 従来、繊維強化複合材料としては、例えば、炭素繊維や
アルミナ、シリカ、ジルコニアなどのセラミック短繊維
あるいはウィスカー等を軽合金中に分散させるようにし
たものがあり、このような繊維強化金属複合材料（ＦＲ
Ｍ）に関しては、特開昭５８−９３８３５〜６号、特開
昭５８−９３８３８号、特開昭５８−９３８４０〜１号
、特開昭５８−９３９４８号、特開昭５９−７０７３４
〜６号等に記載があり、軽合金中に繊維やウィスカーを
分散させることによって低熱膨張の材料を得ることがで
きる。 例えば、アルミナ（Ａ１２０３）短繊維を用い、マトリ
ックスとして鋳造用アルミニウム合金（Ａ Ｃ８Ａ）を
用いた短Ｆａ維強化軽金属基複合材料の場合には、第４
図に示すように高圧鋳造して作製することが多い、すな
わち、第４図において、アルミナ短ｔａ維プリフォーム
１を金型２内に配２１１．アルミニウム合金（Ａ Ｃ８
Ａ）溶湯３を金型２内に注ぎ込み、その後このアルミニ
ウム合全溶湯３をプランジャ４によりＰ方向に加圧して
アルミナ短ｔａＭ１プリフォーム１内にアルミニウム合
金溶湯３を圧入することにより複合材料を作製する手法
を採用することが多い。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の短繊維強化複合材料に
あっては、例えばアルミナ短繊維プリフォーム１におけ
る短繊維のｔａ維配向が必ずしも３次元的にならず、２
次元ランダム配向性を有するものとなっていたため、後
に詳しく説明する第１図における複合材料中のアルミナ
短繊維の体積率が４０％（すなわち、複合材料中のコー
ディエライト粒子の体積率が０％））のところに示すよ
うに、繊維配向に対して垂直方向と平行方向とでは熱膨
張係数に著しく大きな異方性を生じてしまうという課題
があった。そして、この傾向は複合材料中のアルミナ短
繊維の体積率が増加するのに伴なって大きくなるという
課題があった。 （発明の目的） この発明は、このような従来の課題に着目してなされた
もので、セラミ−２り短繊維（セラミックウィスカー笠
の類似のものを含む）を強化繊維として含む繊維強化複
合材料において、強度の優れたものにすると共に、熱膨
張係数の異方性が著しく少なく、等方性に著しく低い熱
膨張係数を有する繊維強化複合材料を提供することを目
的としている。
熱膨張係数を有する繊維強化複合材料に関し１強度に優
れていると共に熱膨張係数の異方性が小さく且つ熱膨張
係数の低いことが要求される部材（部品、材料）の素材
として好適に利用される高強度の繊維強化複合材料に関
するものである。 （従来の技術） 従来、繊維強化複合材料としては、例えば、炭素繊維や
アルミナ、シリカ、ジルコニアなどのセラミック短繊維
あるいはウィスカー等を軽合金中に分散させるようにし
たものがあり、このような繊維強化金属複合材料（ＦＲ
Ｍ）に関しては、特開昭５８−９３８３５〜６号、特開
昭５８−９３８３８号、特開昭５８−９３８４０〜１号
、特開昭５８−９３９４８号、特開昭５９−７０７３４
〜６号等に記載があり、軽合金中に繊維やウィスカーを
分散させることによって低熱膨張の材料を得ることがで
きる。 例えば、アルミナ（Ａ１２０３）短繊維を用い、マトリ
ックスとして鋳造用アルミニウム合金（Ａ Ｃ８Ａ）を
用いた短Ｆａ維強化軽金属基複合材料の場合には、第４
図に示すように高圧鋳造して作製することが多い、すな
わち、第４図において、アルミナ短ｔａ維プリフォーム
１を金型２内に配２１１．アルミニウム合金（Ａ Ｃ８
Ａ）溶湯３を金型２内に注ぎ込み、その後このアルミニ
ウム合全溶湯３をプランジャ４によりＰ方向に加圧して
アルミナ短ｔａＭ１プリフォーム１内にアルミニウム合
金溶湯３を圧入することにより複合材料を作製する手法
を採用することが多い。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の短繊維強化複合材料に
あっては、例えばアルミナ短繊維プリフォーム１におけ
る短繊維のｔａ維配向が必ずしも３次元的にならず、２
次元ランダム配向性を有するものとなっていたため、後
に詳しく説明する第１図における複合材料中のアルミナ
短繊維の体積率が４０％（すなわち、複合材料中のコー
ディエライト粒子の体積率が０％））のところに示すよ
うに、繊維配向に対して垂直方向と平行方向とでは熱膨
張係数に著しく大きな異方性を生じてしまうという課題
があった。そして、この傾向は複合材料中のアルミナ短
繊維の体積率が増加するのに伴なって大きくなるという
課題があった。 （発明の目的） この発明は、このような従来の課題に着目してなされた
もので、セラミ−２り短繊維（セラミックウィスカー笠
の類似のものを含む）を強化繊維として含む繊維強化複
合材料において、強度の優れたものにすると共に、熱膨
張係数の異方性が著しく少なく、等方性に著しく低い熱
膨張係数を有する繊維強化複合材料を提供することを目
的としている。
（課題を解決するための手段）
この発明に係るｍ雄強化複合材料は、セラミック短繊維
（セラミックウィスカーなどの類似のものを含む、）を
強化ｍｍとして含むｍ維強化複合材料において、前記強
化繊維中にセラミック粒子を含ませ、強化繊維とセラミ
ック粒子との合計量の２０体積％以上９０体積％未満を
セラミック粒子とした構成としたことを特徴としており
、このような繊維強化複合材料の構成を上述した従来の
課題を解決するための手段としている。 この発明に係る繊維強化複合材料において用いられる強
化用のセラミック短ｊａ雄としては、アルミナ短ｍ維、
ジルコニア短繊維、シリカ短繊維などの酸化物系のもの
が使用され、その他炭化物系短繊維、窒化物系短ｍ雄な
どの化合物系のものが使用される。 また、前記セラミック短ｆａ雄中に含まれるセラミック
粒子としては、ＡｌＩ３０３ 、 Ｚ ｒ Ｓ ｉ
０４（ジルコン）、Ａ又２Ｔｉ０３（チタン酸アルミ）
、２Ｍｇ０ ＊ ２ＡＭ２ ０３ ｅ ５３１０２（
コーディエライト）、３Ａ１２０３ ・２Ｓｉ０２ （
ムライト）等の酸化物系のものや、Ｓ ｉ Ｃ、Ｂ ４
Ｃ、Ｔ ｉ Ｃ、Ｗ Ｃなどの炭化物系のものや、Ｓ
ｉ３ Ｎ４ 、ＢＮ等の窒化物系のものや、Ｓ ｉ３
Ｎ、−Ａ文、０３などの複合系のものなどが用いられる
。 そして、 ｉａ維強化複合材料中に含まれるセラミック
類ｍｒａよりなる強化ｔａｍとセラミック粒子との合計
の含有量は５〜５０体積％程度の範囲とするのがより望
ましい、すなわち、マトリックス中の強化ｍ雑とセラミ
ック粒子との合計の含有量が少なすぎると１強化繊維と
セラミック粒子とを複合化することによる強度の向上な
らびに熱膨張係数の低減といった効果が小さいものとな
り、反対にマトリックス中の強化繊維とセラミック粒子
との合計の含有量が多すぎると靭性の低下をきたすもの
となるためである。 そしてさらに、複合材料のマトリックス中に強化繊維と
セラミック粒子とを含有させるに際し、セラミック粒子
は、強化繊維とセラミック粒子との合計量の２０体植え
以上９０＃績％未満の範囲で含有させているが、これは
セラミック粒子の量が少なすぎるとセラミック短繊維の
二次元的な配向による影響が大きくなって熱膨張係数の
異方性を生ずるようになるので好ましくなく、反対にセ
ラミック粒子の量が多くなりすぎると強化繊維とセラミ
ック粒子とで構成されるプリフォーム自体の強度が低い
ものとなり、高圧鋳造等によって複合材料を作製する場
合にプリフォームが割れやすくなるとともに、セラミッ
ク類ｔａｔａの強化繊維としての作用が小さくなるため
複合材料の強度が低下するようになるので好ましくない
ことによるものであり、このような理由からセラミック
粒子の量は強化繊維とセラミック粒子との合計量の２０
体績％以上９０体積％未満の範囲となるようにした。 これをさらに詳細に説明すると１強化繊維となるセラミ
−２り短繊維として、アルミナ短繊維（繊Ｉｎ径３ＪＬ
ｍ、平均繊維長さ１２０ ｇｍ）を用いると共に、セラ
ミック粒子としてコーディエライト粒子（粒径２〜５Ｊ
Ｌｍ）を用いて、これらアルミナ短繊維とセラミック粒
子とから成るプリフォームを作製し、アルミニウム合金
（ＡＣ８Ａ）をマトリックスとする繊維強化複合材料を
作製した。 この場合、複合材料中におけるアルミナ短繊維とコーデ
ィエライト粒子との合計の体積率は４０％で一定とし、
アルミナ短繊維とコーディエライト粒子との比率を変化
させたプリフォームを作製して高圧鋳造することにより
ｕ１雌強化複合材料を作製した。 第１図はプリフォーム中におけるコーディエライト粒子
の体積率と室温〜４００℃の平均熱膨張係数との関係を
示したもので、プリフォームがアルミナ’Ｅｌ ｌａ
ｍのみ（プリフォーム中のコーディエライト粒子の体積
率が０％）の場合には、熱膨張係数の異方性が著しく大
きいのに対して、プリフォーム中のコーディエライト粒
子の体ＪＩｉ率が高まるにつれて熱膨張係数の異方性が
小さくなる傾向を示しており、特にコーディエライト粒
子の体積率がアルミナ短ＷＵａの体積率の４倍以上（す
なわち、プリフォーム中のコーディエライト粒子の体積
率が８０％以上）となると、異方性はほとんど認められ
なくなり、アルミニウム合金をマトリックスとする複合
材料としては極めて小さな熱膨張係数（ＩＯＸＩＯ−’
／”０）を等方的に有する複合材料となっていることが
認められた。 しかしながら、コーディエライト粒子の割合があまり多
すぎると、高圧鋳造時にアルミナ短繊維とコーディエラ
イト粒子とからなるプリフォームに割れを生じやすくな
り、複合材料の強度が低下することとなるので、セラミ
ック粒子は強化繊維とセラミック粒子との合計量の９０
体績％未満とするのが良いことが認められた。 また、用途によっては、熱膨張係数の異方性が多少あっ
てもよく、強化ｍ雄による強度の向上をより大きく得た
いような場合もあり、このような場合にはプリフォーム
中のコーディエライトの割合を少なくし且つ強化ｍ！ｉ
の割合を多くすることによって、熱膨張係数の異方性は
若干存在するものの強度をより向上させたものとするこ
とが可能であり、強化Ｆａ雄とセラミック粒子との合計
量に対してセラミック粒子の体積率を２０％以上とする
ことによって、従来の単に強化ａｒｍのみを含ませた複
合材料よりも熱膨張係数の異方性を小さいものにするこ
とができるようになる。 したがって１強化ｍ雄とセラミック粒子との合計量に対
するセラミック粒子の割合は、熱膨張係数の異方性と製
造時の割れ（形状破壊）等を考慮して２０体績％以上９
０体積％未満とするのがよいことが認められた。 そして、この発明に係るｍ雄強化複合材料を製作するに
際しては、上述したように、強化繊維であるセラミック
短繊維とセラミック粒子とからなる繊ｍ成形体を作製し
てこれをプリフォームとし、このプリフォームに高圧鋳
造法によって軽合金溶湯を含浸させるような手法を採用
することができる。 （発明の作用） この発明に係る繊維強化複合材料は、セラミック短繊維
を強化繊維として含むＩａ繊維強化複合材料おいて、前
記強化繊維中にセラミック粒子を含ませ、前記強化繊維
と前記セラミック粒子との合計量の２０体績％以上９０
体積％未満をセラミック粒子とした構成を有しているも
のであるから、強化繊維の適量含有によって複合材料の
強度が確保されるとともに、セラミック粒子の適量含有
によって複合材料における熱膨張係数が等方的に小さく
かつ熱膨張係数の低いものになり、強度および耐摩耗性
に優れていると共に等方的に著しく低い熱膨張係数を有
するｍ維強化複合材料になるという作用がもたらされる
。 （実施例） 次に、この発明の実施例を比較例とともに説明する。 まず、強化繊維となるセラミック短ｍ維として、アルミ
ナ（ＡｆＬ２０３）知識ｍ＜繊維径３ＪＬｍ、平均ｔａ
維長さ１２０ルｍ）を用いると共に、セラミック粒子と
してコーディエライト（Ｍｇ２（ＡｆＬ４ Ｓ ｉ ｓ
Ｏ＋ ａ ） ）粒子（粒径２〜５７ｚｍ）を用いて
、これらアルミナ類ｔａＭとセラミック粒子とを第１表
に示すコーディエライト粒子とアルミナ短ｍ維との体積
分率から成るプリフォームに吸引成形法により作製し、
次いで。 第４図に示した金型２内に前記プリフォーム１を配置し
、アルミニウム合金（Ａ Ｃ８Ａ）溶湯３を金型２内に
注ぎ込み、その後このアルミニウム合金溶湯３をプラン
ジャ４により加圧してプリフォーム１内にアルミニウム
合金溶湯３を圧入し、その後凝固させることによって１
、アルミニウム合金（Ａ Ｃ８Ａ）をマトリックスとす
る繊維強化複合材料を作製した。 この場合、複合材料中におけるアルミナ短繊維＋コーデ
ィエライト粒子の体積率は第１表に示すように４０％で
一定とし、アルミナ短繊維とコーディエライト粒子との
比率を変化させたプリフォーム１を吸引成形法で作製し
、このようにして作製したプリフォーム１に第４図に示
した金型２およびプランジャ４を用いる手法で高圧鋳造
（溶湯圧カフ ００ ｋ ｇ ｆ ／ ｃ ｍ））して
繊維強化複合材料を作製した。 次に、各繊維強化複合材料のａｍ配向に対して乎行方向
および垂直方向の熱膨張係数を調べると共に引張強度を
調べた。これらの結果を同じく第１表に示すとともに第
２図にも示す。 第１表および２図に示すように、プリフォーム１がアル
ミナ短繊維のみ（プリフォーム１中のコーディエライト
粒子の体積率が０％）である比較例１の場合には、熱膨
張係数の異方性が著しく大きいのに対して、プリフォー
ム１中のコーディエライト粒子の体積率が実施例１〜５
および比較例２．３へと高まるにつれて熱膨張係数の異
方性が小さくなる（１．０に近づく）傾向を示している
ことが認められ、アルミニウム合金をマトリックスとす
る複合材料としては極めて小さな熱膨張係数（ＩＯＸＩ
Ｏ−’／”Ｃ）を等方的に有する複合材料となっている
ことが認められた。 しかしながら、プリフォーム中のコーディエライト粒子
の量が９０体績％以上である比較例２゜３の場合には高
圧鋳造時（溶湯鍛造時）にプリフォームの割れを生じや
すくなることから、複合材料の引張強度が低下する結果
となり、コーディエライト粒子の割合を２０体績％以上
９０体積％未層の範囲とした実施例１〜５の複合材料で
はアルミニウム合金（Ａ Ｃ８Ａ）の鋳造のままのもの
の引張強度が約１５ｋｇｆ／ｍｍ２であるのに対して、
引張強度が２５〜２７．５ｋｇｆ／ｍ ｍ ２であり、
十分な強度を有していることが認められた。 次に、第１表に示した実施例５のｍ維強化複合材料（ア
ルミナ知識！！３０体蹟％、コーディエライト粒子ｌＯ
体積％）と、比較例１の繊維強化複合材料（アルミナ短
ｍ１！４４０体積％）のほかに。 アルミニウム合金（Ａ Ｃ８Ａ）マトリックス中にカー
ボンａｍを３０体績％複合化した比較例４のｔａＸ強化
複合材料と、ｍ、１１強化しないアルミニウム合金（Ａ
Ｃ８Ａ）である比較例５の材料とについて、それぞれ
熱膨張係数の温度依存性を調べた。この結果を第３図に
示す。 第３図に示したように、アルミニウム合金中に炭素繊維
のみを複合化した比較例４の繊維強化複合材料では、熱
膨張係数の温度依存性が極めて大きなものになっている
と共に熱膨張係数の異方性も極めて大きなものになって
おり、また、アルミニウム合金中にアルミナ短繊維のみ
を複合化した比較例１の繊維強化複合材料では、熱膨張
係数の温度依存性がかなり大きなものになっていると共
に熱膨張係数の異方性もかなり大きなものになっている
ことが認められた。 これに対してアルミニウム短繊維およびコーチイエライ
ト粒子をそれぞれ適量含有する実施例５の繊維強化複合
材料では熱膨張係数の温度依存性がかなり小さなものに
なっていると共に熱膨張係数の異方性もかなり小さなも
のになっており。 比較例５のアルミニウム合金（ＡＣ８Ａ）の熱膨張係数
よりもかなり小さな熱膨張係数のものであることが確か
、められた。
（セラミックウィスカーなどの類似のものを含む、）を
強化ｍｍとして含むｍ維強化複合材料において、前記強
化繊維中にセラミック粒子を含ませ、強化繊維とセラミ
ック粒子との合計量の２０体積％以上９０体積％未満を
セラミック粒子とした構成としたことを特徴としており
、このような繊維強化複合材料の構成を上述した従来の
課題を解決するための手段としている。 この発明に係る繊維強化複合材料において用いられる強
化用のセラミック短ｊａ雄としては、アルミナ短ｍ維、
ジルコニア短繊維、シリカ短繊維などの酸化物系のもの
が使用され、その他炭化物系短繊維、窒化物系短ｍ雄な
どの化合物系のものが使用される。 また、前記セラミック短ｆａ雄中に含まれるセラミック
粒子としては、ＡｌＩ３０３ 、 Ｚ ｒ Ｓ ｉ
０４（ジルコン）、Ａ又２Ｔｉ０３（チタン酸アルミ）
、２Ｍｇ０ ＊ ２ＡＭ２ ０３ ｅ ５３１０２（
コーディエライト）、３Ａ１２０３ ・２Ｓｉ０２ （
ムライト）等の酸化物系のものや、Ｓ ｉ Ｃ、Ｂ ４
Ｃ、Ｔ ｉ Ｃ、Ｗ Ｃなどの炭化物系のものや、Ｓ
ｉ３ Ｎ４ 、ＢＮ等の窒化物系のものや、Ｓ ｉ３
Ｎ、−Ａ文、０３などの複合系のものなどが用いられる
。 そして、 ｉａ維強化複合材料中に含まれるセラミック
類ｍｒａよりなる強化ｔａｍとセラミック粒子との合計
の含有量は５〜５０体積％程度の範囲とするのがより望
ましい、すなわち、マトリックス中の強化ｍ雑とセラミ
ック粒子との合計の含有量が少なすぎると１強化繊維と
セラミック粒子とを複合化することによる強度の向上な
らびに熱膨張係数の低減といった効果が小さいものとな
り、反対にマトリックス中の強化繊維とセラミック粒子
との合計の含有量が多すぎると靭性の低下をきたすもの
となるためである。 そしてさらに、複合材料のマトリックス中に強化繊維と
セラミック粒子とを含有させるに際し、セラミック粒子
は、強化繊維とセラミック粒子との合計量の２０体植え
以上９０＃績％未満の範囲で含有させているが、これは
セラミック粒子の量が少なすぎるとセラミック短繊維の
二次元的な配向による影響が大きくなって熱膨張係数の
異方性を生ずるようになるので好ましくなく、反対にセ
ラミック粒子の量が多くなりすぎると強化繊維とセラミ
ック粒子とで構成されるプリフォーム自体の強度が低い
ものとなり、高圧鋳造等によって複合材料を作製する場
合にプリフォームが割れやすくなるとともに、セラミッ
ク類ｔａｔａの強化繊維としての作用が小さくなるため
複合材料の強度が低下するようになるので好ましくない
ことによるものであり、このような理由からセラミック
粒子の量は強化繊維とセラミック粒子との合計量の２０
体績％以上９０体積％未満の範囲となるようにした。 これをさらに詳細に説明すると１強化繊維となるセラミ
−２り短繊維として、アルミナ短繊維（繊Ｉｎ径３ＪＬ
ｍ、平均繊維長さ１２０ ｇｍ）を用いると共に、セラ
ミック粒子としてコーディエライト粒子（粒径２〜５Ｊ
Ｌｍ）を用いて、これらアルミナ短繊維とセラミック粒
子とから成るプリフォームを作製し、アルミニウム合金
（ＡＣ８Ａ）をマトリックスとする繊維強化複合材料を
作製した。 この場合、複合材料中におけるアルミナ短繊維とコーデ
ィエライト粒子との合計の体積率は４０％で一定とし、
アルミナ短繊維とコーディエライト粒子との比率を変化
させたプリフォームを作製して高圧鋳造することにより
ｕ１雌強化複合材料を作製した。 第１図はプリフォーム中におけるコーディエライト粒子
の体積率と室温〜４００℃の平均熱膨張係数との関係を
示したもので、プリフォームがアルミナ’Ｅｌ ｌａ
ｍのみ（プリフォーム中のコーディエライト粒子の体積
率が０％）の場合には、熱膨張係数の異方性が著しく大
きいのに対して、プリフォーム中のコーディエライト粒
子の体ＪＩｉ率が高まるにつれて熱膨張係数の異方性が
小さくなる傾向を示しており、特にコーディエライト粒
子の体積率がアルミナ短ＷＵａの体積率の４倍以上（す
なわち、プリフォーム中のコーディエライト粒子の体積
率が８０％以上）となると、異方性はほとんど認められ
なくなり、アルミニウム合金をマトリックスとする複合
材料としては極めて小さな熱膨張係数（ＩＯＸＩＯ−’
／”０）を等方的に有する複合材料となっていることが
認められた。 しかしながら、コーディエライト粒子の割合があまり多
すぎると、高圧鋳造時にアルミナ短繊維とコーディエラ
イト粒子とからなるプリフォームに割れを生じやすくな
り、複合材料の強度が低下することとなるので、セラミ
ック粒子は強化繊維とセラミック粒子との合計量の９０
体績％未満とするのが良いことが認められた。 また、用途によっては、熱膨張係数の異方性が多少あっ
てもよく、強化ｍ雄による強度の向上をより大きく得た
いような場合もあり、このような場合にはプリフォーム
中のコーディエライトの割合を少なくし且つ強化ｍ！ｉ
の割合を多くすることによって、熱膨張係数の異方性は
若干存在するものの強度をより向上させたものとするこ
とが可能であり、強化Ｆａ雄とセラミック粒子との合計
量に対してセラミック粒子の体積率を２０％以上とする
ことによって、従来の単に強化ａｒｍのみを含ませた複
合材料よりも熱膨張係数の異方性を小さいものにするこ
とができるようになる。 したがって１強化ｍ雄とセラミック粒子との合計量に対
するセラミック粒子の割合は、熱膨張係数の異方性と製
造時の割れ（形状破壊）等を考慮して２０体績％以上９
０体積％未満とするのがよいことが認められた。 そして、この発明に係るｍ雄強化複合材料を製作するに
際しては、上述したように、強化繊維であるセラミック
短繊維とセラミック粒子とからなる繊ｍ成形体を作製し
てこれをプリフォームとし、このプリフォームに高圧鋳
造法によって軽合金溶湯を含浸させるような手法を採用
することができる。 （発明の作用） この発明に係る繊維強化複合材料は、セラミック短繊維
を強化繊維として含むＩａ繊維強化複合材料おいて、前
記強化繊維中にセラミック粒子を含ませ、前記強化繊維
と前記セラミック粒子との合計量の２０体績％以上９０
体積％未満をセラミック粒子とした構成を有しているも
のであるから、強化繊維の適量含有によって複合材料の
強度が確保されるとともに、セラミック粒子の適量含有
によって複合材料における熱膨張係数が等方的に小さく
かつ熱膨張係数の低いものになり、強度および耐摩耗性
に優れていると共に等方的に著しく低い熱膨張係数を有
するｍ維強化複合材料になるという作用がもたらされる
。 （実施例） 次に、この発明の実施例を比較例とともに説明する。 まず、強化繊維となるセラミック短ｍ維として、アルミ
ナ（ＡｆＬ２０３）知識ｍ＜繊維径３ＪＬｍ、平均ｔａ
維長さ１２０ルｍ）を用いると共に、セラミック粒子と
してコーディエライト（Ｍｇ２（ＡｆＬ４ Ｓ ｉ ｓ
Ｏ＋ ａ ） ）粒子（粒径２〜５７ｚｍ）を用いて
、これらアルミナ類ｔａＭとセラミック粒子とを第１表
に示すコーディエライト粒子とアルミナ短ｍ維との体積
分率から成るプリフォームに吸引成形法により作製し、
次いで。 第４図に示した金型２内に前記プリフォーム１を配置し
、アルミニウム合金（Ａ Ｃ８Ａ）溶湯３を金型２内に
注ぎ込み、その後このアルミニウム合金溶湯３をプラン
ジャ４により加圧してプリフォーム１内にアルミニウム
合金溶湯３を圧入し、その後凝固させることによって１
、アルミニウム合金（Ａ Ｃ８Ａ）をマトリックスとす
る繊維強化複合材料を作製した。 この場合、複合材料中におけるアルミナ短繊維＋コーデ
ィエライト粒子の体積率は第１表に示すように４０％で
一定とし、アルミナ短繊維とコーディエライト粒子との
比率を変化させたプリフォーム１を吸引成形法で作製し
、このようにして作製したプリフォーム１に第４図に示
した金型２およびプランジャ４を用いる手法で高圧鋳造
（溶湯圧カフ ００ ｋ ｇ ｆ ／ ｃ ｍ））して
繊維強化複合材料を作製した。 次に、各繊維強化複合材料のａｍ配向に対して乎行方向
および垂直方向の熱膨張係数を調べると共に引張強度を
調べた。これらの結果を同じく第１表に示すとともに第
２図にも示す。 第１表および２図に示すように、プリフォーム１がアル
ミナ短繊維のみ（プリフォーム１中のコーディエライト
粒子の体積率が０％）である比較例１の場合には、熱膨
張係数の異方性が著しく大きいのに対して、プリフォー
ム１中のコーディエライト粒子の体積率が実施例１〜５
および比較例２．３へと高まるにつれて熱膨張係数の異
方性が小さくなる（１．０に近づく）傾向を示している
ことが認められ、アルミニウム合金をマトリックスとす
る複合材料としては極めて小さな熱膨張係数（ＩＯＸＩ
Ｏ−’／”Ｃ）を等方的に有する複合材料となっている
ことが認められた。 しかしながら、プリフォーム中のコーディエライト粒子
の量が９０体績％以上である比較例２゜３の場合には高
圧鋳造時（溶湯鍛造時）にプリフォームの割れを生じや
すくなることから、複合材料の引張強度が低下する結果
となり、コーディエライト粒子の割合を２０体績％以上
９０体積％未層の範囲とした実施例１〜５の複合材料で
はアルミニウム合金（Ａ Ｃ８Ａ）の鋳造のままのもの
の引張強度が約１５ｋｇｆ／ｍｍ２であるのに対して、
引張強度が２５〜２７．５ｋｇｆ／ｍ ｍ ２であり、
十分な強度を有していることが認められた。 次に、第１表に示した実施例５のｍ維強化複合材料（ア
ルミナ知識！！３０体蹟％、コーディエライト粒子ｌＯ
体積％）と、比較例１の繊維強化複合材料（アルミナ短
ｍ１！４４０体積％）のほかに。 アルミニウム合金（Ａ Ｃ８Ａ）マトリックス中にカー
ボンａｍを３０体績％複合化した比較例４のｔａＸ強化
複合材料と、ｍ、１１強化しないアルミニウム合金（Ａ
Ｃ８Ａ）である比較例５の材料とについて、それぞれ
熱膨張係数の温度依存性を調べた。この結果を第３図に
示す。 第３図に示したように、アルミニウム合金中に炭素繊維
のみを複合化した比較例４の繊維強化複合材料では、熱
膨張係数の温度依存性が極めて大きなものになっている
と共に熱膨張係数の異方性も極めて大きなものになって
おり、また、アルミニウム合金中にアルミナ短繊維のみ
を複合化した比較例１の繊維強化複合材料では、熱膨張
係数の温度依存性がかなり大きなものになっていると共
に熱膨張係数の異方性もかなり大きなものになっている
ことが認められた。 これに対してアルミニウム短繊維およびコーチイエライ
ト粒子をそれぞれ適量含有する実施例５の繊維強化複合
材料では熱膨張係数の温度依存性がかなり小さなものに
なっていると共に熱膨張係数の異方性もかなり小さなも
のになっており。 比較例５のアルミニウム合金（ＡＣ８Ａ）の熱膨張係数
よりもかなり小さな熱膨張係数のものであることが確か
、められた。
この発明に係る繊維強化複合材料は、セラミック短ｍ維
を強化繊維として含む繊維強化複合材料において、前記
強化繊維中にセラミック粒子を含ませ、強化繊維とセラ
ミック粒子との合計量の２０体績％以上９０体積％未満
をセラミック粒子としたものであるから１強度が優れて
いると共に耐摩耗性にも優れ、しかも熱膨張係数の異方
性が著しく少なく、等方的に著しく低い熱膨張係数を有
する繊維強化複合材料となっていることから、高強度で
＃摩耗性に優れ、しかも熱膨張係数の異方性が小さく且
つ熱膨張係数の低いことが要求される部材（部品、材料
）の素材として好適に利用されるものであるという著大
なる効果がもたらされる。
を強化繊維として含む繊維強化複合材料において、前記
強化繊維中にセラミック粒子を含ませ、強化繊維とセラ
ミック粒子との合計量の２０体績％以上９０体積％未満
をセラミック粒子としたものであるから１強度が優れて
いると共に耐摩耗性にも優れ、しかも熱膨張係数の異方
性が著しく少なく、等方的に著しく低い熱膨張係数を有
する繊維強化複合材料となっていることから、高強度で
＃摩耗性に優れ、しかも熱膨張係数の異方性が小さく且
つ熱膨張係数の低いことが要求される部材（部品、材料
）の素材として好適に利用されるものであるという著大
なる効果がもたらされる。
第１図は複合材料中のアルミナ短繊維の体積率およびコ
ーディエライト粒子の体積率ならびにプリフォーム中の
コーディエライト粒子の体積率と室温〜４００℃の平均
熱膨張係数との関係を例示するグラフ、第２図はプリフ
ォーム中のコーディエライト粒子の体積率と熱膨張係数
の異方性および引張強度との関係を例示するグラフ、Ｍ
Ｓ３図は熱膨張係数の温度依存性を調べた結果を例示す
るグラフ、第４図は高圧鋳造によって＃ａ維強化複合材
料を製造する要領の概略を示す溶湯鍛造型の縦断面図で
ある。 第１図 第３図 第２図
ーディエライト粒子の体積率ならびにプリフォーム中の
コーディエライト粒子の体積率と室温〜４００℃の平均
熱膨張係数との関係を例示するグラフ、第２図はプリフ
ォーム中のコーディエライト粒子の体積率と熱膨張係数
の異方性および引張強度との関係を例示するグラフ、Ｍ
Ｓ３図は熱膨張係数の温度依存性を調べた結果を例示す
るグラフ、第４図は高圧鋳造によって＃ａ維強化複合材
料を製造する要領の概略を示す溶湯鍛造型の縦断面図で
ある。 第１図 第３図 第２図
Claims (1)
- （１）セラミック短繊維を強化繊維として含む繊維強化
複合材料において、前記強化繊維中にセラミック粒子を
含ませ、強化繊維とセラミック粒子との合計量の２０体
積％以上９０体積％未満をセラミック粒子としたことを
特徴とする繊維強化複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32610688A JPH02173225A (ja) | 1988-12-26 | 1988-12-26 | 繊維強化複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32610688A JPH02173225A (ja) | 1988-12-26 | 1988-12-26 | 繊維強化複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02173225A true JPH02173225A (ja) | 1990-07-04 |
Family
ID=18184160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32610688A Pending JPH02173225A (ja) | 1988-12-26 | 1988-12-26 | 繊維強化複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02173225A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011133009A (ja) * | 2009-12-24 | 2011-07-07 | Across Corp | 円錐面を備えたファスナー |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS609568A (ja) * | 1983-06-29 | 1985-01-18 | Toray Ind Inc | 繊維強化金属複合材料の製造方法 |
| JPS60208449A (ja) * | 1984-04-02 | 1985-10-21 | Nissan Motor Co Ltd | 複合金属 |
-
1988
- 1988-12-26 JP JP32610688A patent/JPH02173225A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS609568A (ja) * | 1983-06-29 | 1985-01-18 | Toray Ind Inc | 繊維強化金属複合材料の製造方法 |
| JPS60208449A (ja) * | 1984-04-02 | 1985-10-21 | Nissan Motor Co Ltd | 複合金属 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011133009A (ja) * | 2009-12-24 | 2011-07-07 | Across Corp | 円錐面を備えたファスナー |
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