JPH03183734A - Fiber reinforced metal composite - Google Patents

Fiber reinforced metal composite

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JPH03183734A
JPH03183734A JP1323137A JP32313789A JPH03183734A JP H03183734 A JPH03183734 A JP H03183734A JP 1323137 A JP1323137 A JP 1323137A JP 32313789 A JP32313789 A JP 32313789A JP H03183734 A JPH03183734 A JP H03183734A
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silicon carbide
fibers
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silicon
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昭夫 中石
Keizo Shimada
島田 恵造
Toru Sawaki
透 佐脇
Setsu Watanabe
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、高弾性率1高伸度のシリコンカーバイド系繊
維を補強材とし、単一金属元素あるいは複数の金属元素
から成る合金を7トリツクスとする、良好な物性を有す
る繊維強化金属複合材料に関する。
Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention uses silicon carbide fibers with a high modulus of elasticity and high elongation as a reinforcing material, and an alloy consisting of a single metal element or a plurality of metal elements. The present invention relates to a fiber-reinforced metal composite material having good physical properties.

(従来技術) アルミニウム、チタン等の金属元素をマトリックスとし
、これを無機繊維で補強した複合材料は、軽産で、もと
の金属単独の場合と比較して強度。
(Conventional technology) Composite materials that have a matrix of metal elements such as aluminum and titanium and are reinforced with inorganic fibers are lighter in production and stronger than the original metal alone.

弾性率などの力学物性が向上し、かつ使用可能な温度領
域が高温側へ広がる等の利点をもち、既にいくつか考案
されている。(特公昭60−10098号。
Several such materials have already been devised, and have the advantage of improving mechanical properties such as elastic modulus and expanding the usable temperature range toward higher temperatures. (Special Publication No. 60-10098.

特公昭62−973号等) 特に、有機ケイ素高分子化合物を前駆体として得られる
シリコンカーバイド系繊維を用いた場合、例えばCVD
法にて得られた剛直なシリコンカーバイド系繊維と比較
して、複雑な形状をもつ複合材料を作製できる点で有利
である。しかしながら従来の前駆体法に上るシリコンカ
ーバイド系繊維は、その製造プロセスにおいて一般に、
酸素酸化による有機ケイ素ポリマーの架橋不敵化処理を
施しているため、この段階でとりこまれた酸素は、焼成
後の繊維中に残存し、シリコンカーバイド系繊維の本来
有ずべき特性(溶融金属との低い反応性)の発現を阻害
する要因となっていた。即ち、該m雑巾に多量の酸化テ
ィ素成分が含有されるため、金属との複合材料の作製途
中あるいは、作製後の高温での使用において、金属と該
繊維との化学反応が生じる結果、複合材料形成時に該繊
維の強度劣化及び界面破壊が引起されるため複合材料の
品質信頼性が得られなかった。
In particular, when silicon carbide fibers obtained using organosilicon polymer compounds as precursors are used, for example, CVD
Compared to rigid silicon carbide fibers obtained by this method, this method is advantageous in that composite materials with complex shapes can be produced. However, silicon carbide fibers manufactured using conventional precursor methods generally have
Since the organosilicon polymer is cross-linked and rendered invulnerable by oxygen oxidation, the oxygen incorporated at this stage remains in the fiber after firing, and the inherent properties of silicon carbide fibers (molten metal and (low reactivity). In other words, since the m rag contains a large amount of titanium oxide component, a chemical reaction between the metal and the fiber occurs during the production of the composite material with metal or when used at high temperatures after production. Since strength deterioration of the fibers and interfacial fracture occur during material formation, quality reliability of the composite material could not be obtained.

[発明が解決しようとする課題] 本発明は、上記の如き従来技術の課題を解決すべくなさ
れたもので複合材料を作製する際に、補強繊維の強度劣
化が少なくかつ作製後の長期の使用に耐える高い信頼性
を有する繊維強化金属複合材料を提供することを目的と
する。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, and when producing a composite material, it is possible to reduce the strength deterioration of reinforcing fibers and to ensure long-term use after production. The purpose is to provide a fiber-reinforced metal composite material that has high reliability and withstands.

[課題を解決するための手段] 上述の課題は、ケイ素−結合とケイ素−ケイ素結合とを
主な骨格成分とする有機ケイ素高分子化合物を紡糸・不
融化・焼成して得られる、酸素含有量が10重厘%以下
、好ましくは7重量%以下、のシリコンカーバイド系繊
維を補強材とし、単一金属あるいCよ複数の金属元素か
らなる合金又は金属化合物をマトリックスとする本発明
の複合材料によって達成される。
[Means for solving the problem] The above-mentioned problem is to solve the above problem by reducing the oxygen content obtained by spinning, infusible, and sintering an organosilicon polymer compound whose main skeleton components are silicon-bonds and silicon-silicon bonds. The composite material of the present invention has silicon carbide fibers of 10% by weight or less, preferably 7% by weight or less as a reinforcing material, and a matrix of a single metal or an alloy or metal compound consisting of a plurality of metal elements such as C. achieved by

本発明の複合材料の原料となる有機ケイ素高分子化合物
としては、ケイ素−炭素結合とゲイ素−ケイ素結合とを
主な骨格成分とする高分子化合物であり、シリコンカー
バイドの前駆体となる既知の有機ケイ素高分子化合物(
有機ケイ素ポリマー)が用いられ、例えばポリカルボシ
ラスチレン共重合体、ポリカルボシラン等が使用される
。なかでも特公昭63−39617−ti公報に記載の
如きポリシラスチレン類を熱処理および/または紫外線
処理して得られるポリカルボシラスチレン共重合体が特
に好適である 前記有機ケイ素高分子化合物の繊維への形成方法は、溶
融法、乾式法(溶液法)のいずれでもよいが、溶融紡糸
法が好ましい。
The organosilicon polymer compound that is the raw material for the composite material of the present invention is a polymer compound whose main skeleton components are silicon-carbon bonds and silicon-silicon bonds, and is a known compound that is a precursor of silicon carbide. Organosilicon polymer compound (
For example, polycarbosilastyrene copolymer, polycarbosilane, etc. are used. Among these, polycarbosilastyrene copolymers obtained by heat treating and/or ultraviolet treatment of polysilastyrenes as described in Japanese Patent Publication No. 63-39617-ti are particularly preferred. The formation method may be either a melt method or a dry method (solution method), but a melt spinning method is preferable.

シリコンカーバイド系繊維は、前記有機ケイ素高分子化
合物を紡糸したのち焼成を行うことにより得られる。焼
成は、好ましくは、窒素、アルゴンカスなどの不活性ガ
ス雰囲気中、800〜1,400℃の温度で約1分〜2
時間行う。
Silicon carbide fibers are obtained by spinning the organosilicon polymer compound and then firing it. The firing is preferably performed at a temperature of 800 to 1,400°C for about 1 to 2 minutes in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon gas.
Do time.

焼成に先立ち、有機ケイ素高分子化合物から得られた繊
維を非酸素雰囲気下で不敵化することが好ましい。
Prior to firing, it is preferable to render the fiber obtained from the organosilicon polymer compound invulnerable in a non-oxygen atmosphere.

J「酸素雰囲気化における不融化は、例えば次のように
して行うことかできる。
J "Infusibility in an oxygen atmosphere can be achieved, for example, as follows.

まず、ハロゲンを吸着および/′または作用せしめ(A
工程)、次いで非酸化性雰囲気中、200℃以下の温度
で塩基性物質を作用させて少なくとも部分的に不敵化さ
せ(B工程)たのも、必要により、不活性ガス雰囲気中
で加熱処理して不融化を促進させる。(C工程)。
First, halogen is adsorbed and/or acted upon (A
Step), then in a non-oxidizing atmosphere, at a temperature of 200°C or less, a basic substance was applied to at least partially render it invulnerable (Step B). If necessary, heat treatment was performed in an inert gas atmosphere. Promotes infusibility. (Step C).

A工程において使用できるハロゲンとしては、例えば塩
素、臭素、沃素が挙げられるが、就中、沃素が最も好ま
しい。
Examples of the halogen that can be used in Step A include chlorine, bromine, and iodine, with iodine being the most preferred.

吸着/作用させるハロゲンの量は、繊維の重量を基準に
して0.01℃150重景%の範囲内に選択されるが、
特に0,1〜50重量%が好ましい。吸@/作用の方法
としては、ハロゲンのガス中に有機ケイ素高分子化合物
から得られた繊維を置く方法、ハロゲンを溶解した溶液
中に有機ケイ素高分子化合物から得られた繊維を浸漬す
る方法など、任意の手段を採ることができるが、工業的
にはハロゲンのガス中に繊維を置く方法が好ましく使用
される。ハロゲンを吸着/作用させる雰囲気としては、
実質的に酸素を含まない雰囲気、例えば不活性ガス雰囲
気、真空雰囲気などが好ましい。
The amount of halogen to be adsorbed/acted on is selected within the range of 0.01°C and 150% based on the weight of the fiber,
Particularly preferred is 0.1 to 50% by weight. Adsorption/action methods include a method of placing fibers obtained from an organosilicon polymer compound in halogen gas, and a method of immersing fibers obtained from an organosilicon polymer compound in a solution in which a halogen is dissolved. Although any method can be used, a method in which the fibers are placed in a halogen gas is preferably used industrially. The atmosphere for adsorbing/acting halogen is as follows:
An atmosphere substantially free of oxygen, such as an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere, is preferred.

ハロゲンを繊維に吸着/作用させる温度としては、処理
効率を上げるため、通常、50℃以上の温度でかつ液層
の生じない温度、好ましくは100°C〜(ポリマー融
点−10℃)の温度が採用される。
The temperature at which the halogen is adsorbed/acted on the fibers is usually 50°C or higher and a temperature at which a liquid layer does not form, preferably 100°C to (polymer melting point -10°C) in order to increase treatment efficiency. Adopted.

次に、このようにしてハロゲンを1vL着/作用せしめ
た有機ケイ素高分子化合物から得られた繊維に対し、非
酸化性雰囲気中で、塩素性物質を作用させる(B工程)
ことが好ましい。
Next, a chlorinated substance is applied in a non-oxidizing atmosphere to the fiber obtained from the organosilicon polymer compound on which 1 VL of halogen has been applied and acted upon in this way (Step B).
It is preferable.

B工程において使用できる塩基性物資としては、例えば
アンモニア、メチルアミン、エチレンジアミンなどが挙
げられるが、就中、アンモニアが最も好ましい。
Examples of the basic substance that can be used in Step B include ammonia, methylamine, and ethylenediamine, with ammonia being the most preferred.

これらのtU基性物質を作用させる具体的方法は、種々
の方法があるが、通常は、塩基性物質をガス状となし、
不活性ガスとの共存/非存在下で1↑用させるのが好ま
しい、いずれの場合も、実質的に醒素の存在しない条件
で行う必要がある。
There are various methods for making these tU-based substances act, but usually the basic substance is made into a gas,
It is preferable to use 1↑ in the coexistence/absence of an inert gas, and in either case, it is necessary to conduct the reaction under conditions substantially free of atomizing elements.

このB工程において、塩基性物質を作用させる址は、前
工程で繊維に吸着77作用させたハロゲンの藍によって
異なるが、該ハロゲン量に対し充分過剰に作用させるこ
とが好ましい、一般に作用したハロゲンに対し、等当量
〜400当量の範囲が好適に採用される。塩基性物質を
作用させる温度は、室温〜200℃とする。この温度が
余り高いと繊維の融着が発生するので好ましくない。
In this step B, the amount of time the basic substance is applied varies depending on the indigo of the halogen adsorbed to the fiber in the previous step, but it is preferable to apply the basic substance in sufficient excess to the amount of halogen. On the other hand, a range of equivalents to 400 equivalents is preferably employed. The temperature at which the basic substance is applied is from room temperature to 200°C. If this temperature is too high, fusion of fibers will occur, which is not preferable.

このようにして、ハロゲンで、次いで塩基性物質で処理
した繊維はすでにかなり不融化しているが、実質的に不
活性なガス雰囲気中で加熱処理して不融化をより完全に
進行させる。(C工程)。
In this way, the fibers treated with a halogen and then with a basic substance are already significantly infusible, but the infusibility is made more complete by heat treatment in a substantially inert gas atmosphere. (Step C).

このための加熱処理は、約200〜700℃、好ましく
は200〜600℃の温度の不活性ガス(窒素など)雰
囲気中で、1分〜3時間処理する方法が、操作性の観点
より好ましく使用される。
The heat treatment for this purpose is preferably carried out in an inert gas (nitrogen, etc.) atmosphere at a temperature of about 200 to 700°C, preferably 200 to 600°C, for 1 minute to 3 hours from the viewpoint of operability. be done.

塩基性物質処理(B工程)後の不融化状態によっては、
この不活性雰囲気中での加熱処理(C工程)を行うこと
なく、直ちに焼成に供してもよい。
Depending on the infusible state after basic substance treatment (Step B),
It may be immediately subjected to firing without performing this heat treatment in an inert atmosphere (step C).

焼成は不融化処理後の繊維を不活性ガス雰囲気中で約8
00℃以上、好ましくは1000〜1500℃で加熱す
ることとにより行われ、不敵化m維を構成する有機ケイ
素高分子化合物はシリコンカーバイドを主とするセラミ
ックスに転化する。
Firing is performed by heating the fibers after the infusibility treatment in an inert gas atmosphere for about 80 minutes.
This is carried out by heating at 00° C. or higher, preferably 1000 to 1500° C., and the organosilicon polymer compound constituting the invulnerable m-fiber is converted into ceramics mainly composed of silicon carbide.

本発明において使用するシリコンカーバイド系繊維は、
マルチフィラメン1〜、モノフィラメント、トウ、フェ
ルト、ストランド、クロス、チョップなどの各種繊維形
状のものを含む。
The silicon carbide fiber used in the present invention is
It includes various fiber shapes such as multifilament 1, monofilament, tow, felt, strand, cloth, and chopped.

本発明において補強材として使用されるシリコンカーバ
イド系繊維における酸素含有量は10(重Ji)%以下
であることが必要で7(重量)%以下が好ましい。
The oxygen content in the silicon carbide fiber used as a reinforcing material in the present invention must be 10% (by weight) or less, and preferably 7% (by weight) or less.

従来のシリコンカーバイド系繊維の酸素含有量は十数(
重量)?≦であり、このようなものは本発明の目的を達
成することができない、すなわち、48維中の酸素含有
量が10(重量)9≦を−L回ると、高温において金属
−繊維界面において、主として、酸化ゲイ素成分の金属
元素による還元反応が生じ、繊維の強度劣化か著しく進
行するため複合材料の性能が低下する。
The oxygen content of conventional silicon carbide fibers is in the tens of thousands (
weight)? ≦, and such a thing cannot achieve the purpose of the present invention. That is, when the oxygen content in the 48 fiber turns -L from 10 (weight) 9≦, at the metal-fiber interface at high temperature, Mainly, a reduction reaction occurs due to the metal element of the silicon oxide component, and the strength of the fibers deteriorates significantly, resulting in a decrease in the performance of the composite material.

したがって、シリコンカーバイド系繊維に含まれる酸素
含有量は10(重Jり9≦以下であることが必要である
Therefore, it is necessary that the oxygen content contained in the silicon carbide fiber is 10 (weight J = 9≦).

シリコンカーバイド系繊維における酸素含有量の低減は
、前記のハロゲンと塩基性物質を逐次的に使用する不融
j上方法を採用することによって達成される。従来の空
気#!i1ヒによる不融化方法では、繊維に残存する酸
素含有量を10(重31)%以下に低減させるのは極め
て困難である。
Reduction of the oxygen content in silicon carbide fibers is achieved by employing the above-mentioned non-fusible method of sequentially using a halogen and a basic substance. Conventional air #! In the infusible method using i1H, it is extremely difficult to reduce the oxygen content remaining in the fibers to 10% (31% by weight) or less.

本発明においては、このようにして得られた繊維のうち
でも、引張弾性率15”r’/’−以上、伸度1,8%
以上のシリコンカーバイド系繊維を補強材として使用す
るのが好ましい。
In the present invention, among the fibers obtained in this way, tensile modulus of elasticity of 15"r'/'- or more and elongation of 1.8%
It is preferable to use the above silicon carbide fibers as a reinforcing material.

引張弾性率が15T/mm2未満では、複合材料の剛直
性が不充分であり、複合材料としたときの靭性や耐衝撃
性に好ましくない、また、伸度が1.8%未満では、複
合材料としたときの靭性や耐衝撃性に好ましくなく、製
織性が悪くなることが多い。
If the tensile modulus is less than 15 T/mm2, the rigidity of the composite material is insufficient, and it is not favorable for the toughness and impact resistance when made into a composite material. Also, if the elongation is less than 1.8%, the composite material It is unfavorable in terms of toughness and impact resistance when fabricated, and often results in poor weavability.

また、上記の方法で得られるシリコンカーバイド繊維は
、通常ケイ素に対し1.5〜2□5倍(重量)の炭素を
含み、従来のシリコンカーバイド系繊維に比べて炭素含
有が多いという特徴もある。
In addition, the silicon carbide fiber obtained by the above method usually contains 1.5 to 2□5 times as much carbon (by weight) as silicon, and is characterized by a higher carbon content than conventional silicon carbide fibers. .

本発明では、上記シリコンカーバイド系繊維の太さは、
3μm〜30μm、好ましくは、5μm〜20μmが適
当である。
In the present invention, the thickness of the silicon carbide fiber is
A suitable thickness is 3 μm to 30 μm, preferably 5 μm to 20 μm.

本発明の複合材料を作製する場合、補強材として用いら
れるシリコンカーバイド系繊維は用途に応じて任意の形
態に加工される。即ち、あらかじめ7トリツクスを含浸
させた長繊維ワイヤー1任意の長さに切断したショー1
へカットファイバー平織、朱子織、模紗織などの織編物
、ロープ、袋編等の形態にて使用できる。また、金属繊
維との混繊によって織編物を作製して使用することがで
きる。また、該繊維を加工することなくそのまま使用す
ることもできる。
When producing the composite material of the present invention, the silicon carbide fiber used as a reinforcing material is processed into any form depending on the purpose. That is, a long fiber wire 1 pre-impregnated with 7 Trix 1 is cut into an arbitrary length.
Hecut fiber can be used in the form of woven or knitted fabrics such as plain weave, satin weave, or mock-satin weave, ropes, bag knits, etc. Furthermore, a woven or knitted fabric can be produced and used by mixing it with metal fibers. Moreover, the fiber can also be used as it is without being processed.

一方\本発明において金属71〜リツクスとしては、単
一金属元素あるいは複数の金属元素から成る合金、又は
金属間1ヒ合物が好適に採用される。
On the other hand, in the present invention, a single metal element, an alloy consisting of a plurality of metal elements, or an intermetallic compound is suitably employed as the metal 71.

これらマI・リックスの融点は、200℃以上2000
゛C以下が好ましい。融点が200℃以下だと、シリコ
ンカーバイド系繊維で補強しても使用可能な温度が低ず
ぎる。また融点が2000℃以上だと複合材料を作製す
るために、高温(融点近(g)環境を設定する必要が生
じ、工程上設備面、コス1へ面から好ましくない。
The melting point of these matrixes is 200°C or above 2000°C.
゛C or less is preferable. If the melting point is below 200°C, the temperature at which it can be used is too low even if it is reinforced with silicon carbide fibers. Furthermore, if the melting point is 2000° C. or higher, it is necessary to set up a high temperature (near the melting point (g) environment) in order to produce a composite material, which is undesirable from the viewpoint of process equipment and cost.

マトリックスの比重は1.5以上20以下が好ましい、
すなわち、通常、複合材料のマトリックスに採用される
には、構造林料としての目的にかなう強度が必要であり
、1.5ty’cj以下の低密度では分子あるいは原子
間の結合が弱く結果として71−リックスは強度不足と
なる。また密度が20g/cJを越える物質は必然的に
高融点となり、複合材料の作製が困難となる。さらに、
高密度マトリックスでζよ複合化の本来の目的である軽
量化の効果が達成し難い。
The specific gravity of the matrix is preferably 1.5 or more and 20 or less,
In other words, normally, in order to be used in the matrix of composite materials, it must have a strength suitable for the purpose as a structural forest material, and at a low density of 1.5ty'cj or less, the bonds between molecules or atoms are weak, resulting in 71 -Rix is not strong enough. Furthermore, substances with a density exceeding 20 g/cJ inevitably have a high melting point, making it difficult to produce composite materials. moreover,
With a high-density matrix, it is difficult to achieve the effect of weight reduction, which is the original purpose of ζ composite.

好適に採用されるマトリックスとしては、単一金属元素
としてMg、 ri、 AI、 Cu、 Fe、 Cr
、 Ha、 Si。
Preferably employed matrices include Mg, ri, AI, Cu, Fe, Cr as a single metal element.
, Ha, Si.

COl等の金属があげられる。合金としては、閏えば、
Ti−Cu、^1−Cu、 Nb−Taの如き二成分系
き金。
Examples include metals such as CO1. As an alloy, it is
Binary gold such as Ti-Cu, ^1-Cu, Nb-Ta.

T+−1:u−^1の如き三成分系合金など1モ意の成
分組成の合金が採用される。金属間化合物としてはNb
、 AI、 Nb2八I、Nb^13 、80312等
があげられる。
An alloy having a single component composition such as a ternary alloy such as T+-1:u-^1 is employed. Nb as an intermetallic compound
, AI, Nb28I, Nb^13, 80312, etc.

これらマトリ・yクスとシリコンカーバイド系繊維との
複合化は加熱かつ加圧の下で達成される。
Composite formation of these matrix yx and silicon carbide fibers is achieved under heat and pressure.

加熱条件は、マトリックスの融点によって異なるが、一
般にマトリックスの固相&!(相図において液相と固相
の二状態を区分する線)の近傍に設定される6固相線以
下の温度での複合化は、固相成形法と呼ばれる。これは
原理的には、マトリックスの塑性変形を利用して、加圧
下、拡散接合にて複合化する方法で、ホットプレス法、
HIP法。
Heating conditions vary depending on the melting point of the matrix, but generally the solid phase of the matrix &! Composite formation at a temperature below the 6 solidus line, which is set in the vicinity of (the line that separates the two states of liquid phase and solid phase in a phase diagram), is called a solid phase forming method. In principle, this is a method that uses plastic deformation of the matrix to create a composite by diffusion bonding under pressure.
HIP method.

ホットローリング法、スリップキャスティング法などが
ある。
There are hot rolling methods, slip casting methods, etc.

一方、固相線以上の温度での複合化は液相成形法とよば
れる。これはマトリックスが液相の状態で繊維と接触さ
せ成形後冷却する方法で紡造法。
On the other hand, compositing at a temperature above the solidus line is called liquid phase molding. This is a spinning method in which the matrix is brought into contact with the fibers in a liquid phase, molded, and then cooled.

液相ボッ1へブレス法、オートクレーブ法などがあけら
れる。」−記の方法において加圧は複合化の目的を達成
するのに必要な程度で1°分であり、加圧が強ずぎると
繊維の破断をまねき好ましくない。
The liquid phase can be opened using the breath method, autoclave method, etc. In the method described above, the pressure is applied for 1° minute, which is necessary to achieve the purpose of compositing, and if the pressure is too strong, the fibers may break, which is not preferable.

このように、本発明において複合材料は上記のうちの1
1意の方法によって作製される。
Thus, in the present invention, the composite material is one of the above materials.
It is made by a unique method.

本発明の複合材料においては、補強材であるシリコンカ
ーバイド系繊維が20〜80容M 10 r好ましくL
よ30〜60容積?≦を占めることが好ましい、20容
積%未満では、繊維補強効果が十分ではない。
In the composite material of the present invention, the silicon carbide fiber as a reinforcing material has a volume of 20 to 80 M 10 r, preferably L
Yo 30-60 volume? It is preferable that the amount is less than 20% by volume, and the fiber reinforcing effect is not sufficient.

方80容積%を超えると、マトリックス内への繊維の均
一な分散が困難となり、71−リックスー繊維間の接着
が不十分となる結果、強度が低下する。
If it exceeds 80% by volume, it becomes difficult to uniformly disperse the fibers in the matrix, and the adhesion between the 71-Lix fibers becomes insufficient, resulting in a decrease in strength.

このようにして得られる本発明の複合材料は、航空、宇
宙分野における各種輸送機の機体、エンジン、ノズル翼
、ガスタービン、ファンブレード等の部品、一般用途と
しては自動車、船舶1等のエンジン、シャツl−、クラ
ンク部品及びゴルフクラブヘッド、クラブシャフトなど
のスポーツ用品等広範囲な用途に供することができる。
The composite material of the present invention obtained in this manner can be used in parts such as airframes, engines, nozzle blades, gas turbines, and fan blades of various transport aircraft in the aviation and space fields, and in general applications such as engines for automobiles, ships, etc. It can be used in a wide range of applications such as shirts, crank parts, golf club heads, club shafts, and other sports equipment.

[実施例] 以下実施例により本発明をさらに詳細に説明する。[Example] The present invention will be explained in more detail with reference to Examples below.

なお、繊維中の酸素の含有量の測定法は次の通りである
The method for measuring the oxygen content in the fibers is as follows.

艷し△亙厘並 一定量の試料(約20■)をa(Sn)カプセルに秤取
し黒鉛ルツボに入れるにれに一定量のフラックス成分(
亜鉛、ニブゲル)を添加した後、不活性ガス(Ice)
気流中で黒鉛ルツボに大電流を流してルツボを加熱し試
料を瞬時に融解させる。試料中の酸素が、黒鉛(炭素)
と反応した結果生じる一酸化炭素(CO)を酸化銅触媒
層に通して二酸化炭素に変換した後、赤外線検出器で測
定して酸素の定量を行なう。
Weigh out a certain amount of sample (approximately 20 cm) into a (Sn) capsule and place it in a graphite crucible.
After adding zinc, nib gel), inert gas (Ice)
A large current is passed through the graphite crucible in an air stream to heat the crucible and instantly melt the sample. Oxygen in the sample is graphite (carbon)
After the carbon monoxide (CO) produced as a result of the reaction is passed through a copper oxide catalyst layer and converted into carbon dioxide, oxygen is determined by measurement with an infrared detector.

実跪例1 ジクロロジメチルシランとジクロロメチルフェニルシラ
ンの等モルを使い、トルエン溶媒中、ナトリウム分散触
媒を用いて110℃で重合反応させて得られたポリシラ
スチレンを400℃で60分間不活性ガス(窒素)中で
熱処理し、軟化点%3℃ポリカルボシラスチレン共重合
体を得た。この共重合体を290℃で溶液紡糸し、得ら
れたポリカルボシラスチレン共重合体MIi維を、窒素
雰囲気に保たれたガス状沃素供給口を有する沃素処理装
置へ連続的に供給した。該沃素ガス処理装置内は180
°Cに保持され、供給される繊維に対し%重量%に相当
する量の沃素を連続的に供給した。該装置から連続的に
取り出された沃素処理繊維は、次いで室温に保たれ、沃
素に対し8倍当りのアンモニアガスが3!v!続供給さ
れている塩基性物質処理装置へ導かれ、該装置内でアン
モニアにより処理された。
Practical Kneeling Example 1 Polysilastyrene obtained by polymerizing equimolar amounts of dichlorodimethylsilane and dichloromethylphenylsilane at 110°C using a sodium dispersed catalyst in a toluene solvent was exposed to an inert gas at 400°C for 60 minutes. (Nitrogen) to obtain a polycarbosilastyrene copolymer with a softening point of 3°C. This copolymer was solution-spun at 290° C., and the obtained polycarbosilastyrene copolymer MIi fibers were continuously supplied to an iodine treatment apparatus having a gaseous iodine supply port maintained in a nitrogen atmosphere. The inside of the iodine gas treatment equipment is 180
It was maintained at 0.degree. C. and fed continuously with iodine in an amount corresponding to % by weight of the fibers fed. The iodine-treated fibers continuously taken out from the apparatus are then kept at room temperature and contain 3!8 times ammonia gas per 8 times iodine. v! The mixture was then introduced into a basic substance treatment unit, where it was treated with ammonia.

該装置から連続的に取り出されたアンモニア処理繊維を
、次いで窒素雰囲気下400℃に加熱し、不敵化繊維と
した。
The ammonia-treated fibers continuously taken out from the apparatus were then heated to 400° C. in a nitrogen atmosphere to obtain invulnerable fibers.

該不融fヒ繊維を、次いで連続的に窒素雰囲気下1.2
00℃で焼成し、シリコンカーバイド系繊維を得た。
The infusible fibers were then continuously heated for 1.2 hours under a nitrogen atmosphere.
It was fired at 00°C to obtain silicon carbide fibers.

該シリコンカーバイド系繊維の酸素含有率は、5.3重
量%であった。この繊維の引張強度は、381kg/m
m2であり、引張弾性率は20’l”/mm21伸度は
1.9%であった。
The oxygen content of the silicon carbide fiber was 5.3% by weight. The tensile strength of this fiber is 381 kg/m
m2, the tensile modulus was 20'l"/mm21, and the elongation was 1.9%.

該シリコンカーバイド系繊維と軽金属との高温における
反応性を評価するため、軽金属としてアルミニウムを−
1にとり次のような評価実験をおこなった。
In order to evaluate the reactivity of the silicon carbide fibers and light metals at high temperatures, aluminum was used as the light metal.
1, the following evaluation experiment was conducted.

アルミニウムを真空蒸着したシリコンカーバイド系繊維
を窒素雰囲気、700℃にて一定時間加熱した。冷却後
10%水酸化ナトリウム水溶液に該繊維を浸漬してアル
ミニウムを除去したのち、引張試験を行ない、加熱前後
での強度劣化を評価した。
Silicon carbide fibers on which aluminum had been vacuum-deposited were heated at 700° C. for a certain period of time in a nitrogen atmosphere. After cooling, the fibers were immersed in a 10% aqueous sodium hydroxide solution to remove aluminum, and then a tensile test was conducted to evaluate strength deterioration before and after heating.

その結果、700℃・2分間加熱で強度保持率95%で
あり、700℃・10分間加熱で強度保持率70%であ
った。
As a result, the strength retention rate was 95% when heated at 700°C for 2 minutes, and the strength retention rate was 70% when heated at 700°C for 10 minutes.

次に、該シリコンカーバイド系繊維を補強材とし、アル
ミラム(純度99.9%以上、融点660℃。
Next, the silicon carbide fibers were used as a reinforcing material, and aluminum ram (purity of 99.9% or more, melting point of 660°C) was used.

比重2.7r/cJ)をマトリックスとする複合材を高
圧鋳造法にて作製した。
A composite material having a matrix of specific gravity 2.7 r/cJ was produced by high-pressure casting.

すなわち、まず、シリコンカーバイド系繊維を亜鈴形状
の鋳型内に設定し、あらかじめ(300”Cに加熱・保
温した。別に用意した溶融アルミニウム(溶液)をイン
ジェクター操作により鋳型内に一気に注入し、その後冷
却して複合材とした。この複合材に切削加工を施し、引
張試験に供する試験月を作製した。該試験片の断血は真
円で、断面積は0.2−であった、また該試験片中のシ
リコンカーバイド系繊維の体積分率(Vf)40%であ
った。
That is, first, silicon carbide fibers were placed in a bell-shaped mold, and heated and kept at 300"C in advance. Molten aluminum (solution) prepared separately was injected into the mold at once using an injector, and then cooled. This composite material was cut to make a test piece for tensile testing.The blood cut of the test piece was a perfect circle and the cross-sectional area was 0.2-. The volume fraction (Vf) of silicon carbide fibers in the test piece was 40%.

該試験片に対して引張試験をおこなったところ、もとの
アルミニウムのみの場合が101qr/mm2であった
のに対し、シリコンカーバイド系繊維で補張した試験片
では61 kg /’−と大幅なmi張効果が確認され
た。さらに、破断面を顕lit jia K察したとこ
ろ素抜け(pull−out)等が見られず、マトリッ
クスとシリコンカーバイド系1a1iの接着性は良好で
あつた。
When a tensile test was performed on the test piece, it was 101 qr/mm2 for the original case of only aluminum, but the tensile strength of the test piece reinforced with silicon carbide fiber was 61 kg/'-, which was a significant increase. The mi tension effect was confirmed. Further, when the fracture surface was visually observed, no pull-outs were observed, and the adhesion between the matrix and silicon carbide 1a1i was good.

比較例1 実施例1に示した方法にて合成したポリカルボシラスチ
レン共重合体(軟化点%3℃)を290℃にて7B融紡
糸した。得られたポリカルボシラスチレン繊維を、15
0℃、空気中にて2時間加熱処理し、その後窒素雰囲気
、400℃で加熱して不融化繊維とした。該不融化繊維
を窒素雰囲気、 1,200℃にて焼成し、シリコンカ
ーバイド系繊維を得た。
Comparative Example 1 A polycarbosilastyrene copolymer (softening point % 3°C) synthesized by the method shown in Example 1 was subjected to 7B melt spinning at 290°C. The obtained polycarbosilastyrene fiber was
It was heat-treated in air at 0°C for 2 hours, and then heated at 400°C in a nitrogen atmosphere to obtain an infusible fiber. The infusible fibers were fired at 1,200° C. in a nitrogen atmosphere to obtain silicon carbide fibers.

該シリコンカーバイド系繊維の酸素含有率は、13.0
重量%、引張強度は300hg/mm2であり、引張弾
性率は13T/J、伸度は2.3%であった。
The oxygen content of the silicon carbide fiber is 13.0
The weight percent and tensile strength were 300 hg/mm2, the tensile modulus was 13 T/J, and the elongation was 2.3%.

該シリコンカーバイド系繊維について、実施例1に示し
た評価実験をおこなったところ、700℃・2分間加熱
で強度保持率70%、700℃・10分間加熱で強度保
持率30%であった。
When the evaluation experiment shown in Example 1 was conducted on the silicon carbide fiber, the strength retention rate was 70% when heated at 700°C for 2 minutes, and the strength retention rate was 30% when heated at 700°C for 10 minutes.

次に、該シリコンカーバイド系繊維を用いて、実施例1
に示す方法に従ってアルミニウムーシリコンカーバイド
系繊維複合材試験片を作製した。
Next, using the silicon carbide fiber, Example 1
An aluminum-silicon carbide fiber composite specimen was prepared according to the method shown in .

この該試験片のVfは35%、引張り強度は45kg、
/Jであった。試験後の試料の破断面を観察したところ
、素抜け(pull−out)がわずかに確認された。
The Vf of this test piece was 35%, the tensile strength was 45 kg,
/J. When the fracture surface of the sample was observed after the test, a slight pull-out was observed.

比較例2 市販のシリコンカーバイド条線6ft(酸素含有量12
重量%、引張強度280 kg /’ twd 、引張
弾性率17T/mm21伸度1,65%)に対して実施
例1に示す評価実験をおこなったところ、700℃・2
分加熱で強度保持率60%、 700 ”C・10分間
加熱で強度保持率309≦であった。
Comparative Example 2 6 ft of commercially available silicon carbide wire (oxygen content 12
When the evaluation experiment shown in Example 1 was conducted on the following properties (weight%, tensile strength: 280 kg/' twd, tensile modulus: 17 T/mm, elongation: 1.65%), it was found that 700°C.
The strength retention rate was 60% after heating at 700"C for 10 minutes, and the strength retention rate was 309≦ after heating at 700"C for 10 minutes.

該シリコンカーバイド系繊維を用いて実施例1に示す方
法によりアルミニウムーシリコンカーバイド系繊維複合
材試験へを作製した。この該試験片のvfは40%、引
張り強度は49に+r/′−であった。
Using the silicon carbide fibers, an aluminum-silicon carbide fiber composite material was prepared according to the method shown in Example 1. This test piece had a vf of 40% and a tensile strength of 49+r/'-.

試@後の試料の破断面を観察したところ、若干の糸抜け
(pull−out)が認められた。
When the fractured surface of the sample after the test was observed, some pull-out was observed.

実施例2 ジクロ17ジメチルシランを1−ルエン溶媒中、ナト9
915分散触媒存在千″、110℃にて重合反応させて
得られれポリジメチルシランを、オートクレーブ中40
0℃にて15時間、不活性ガス(窒素)中で熱処理し軟
化点%0°Cのポリカルボシランを得た。このポリカル
ボシランを265℃にて溶融紡糸し得られたポリカルボ
シラン繊維を実施例1に示ず方法にて不融1ヒ・焼成を
おこないシリコンカーバイド系繊維を得た。
Example 2 Dichloro17 dimethylsilane in 1-toluene solvent, Nato9
Polydimethylsilane obtained by polymerization reaction at 110°C in the presence of a 915% dispersed catalyst was heated in an autoclave for 40°C.
A polycarbosilane having a softening point of 0°C was obtained by heat treatment at 0°C for 15 hours in an inert gas (nitrogen). This polycarbosilane was melt-spun at 265° C., and the resulting polycarbosilane fiber was subjected to infusible firing in the same manner as in Example 1 to obtain silicon carbide fiber.

該シリコンカーバイド系繊維の酸素含有率は、4.9重
足%であった。この繊維の引張強度は300kg /’
−であり、引張弾性率は15T/i、伸度は2χであっ
た。
The oxygen content of the silicon carbide fiber was 4.9% by weight. The tensile strength of this fiber is 300 kg/'
-, the tensile modulus was 15T/i, and the elongation was 2χ.

該シリコンカーバイド系繊維について実施例1に示した
評価実験をおこなったところ、700℃2分間加熱で強
度保持率85%100℃・10分間加熱で強度保持率6
0%であった。
When the evaluation experiment shown in Example 1 was conducted on the silicon carbide fiber, the strength retention rate was 85 when heated at 700°C for 2 minutes, and the strength retention was 6 when heated at 100°C for 10 minutes.
It was 0%.

該シリコンカーバイド系muを用いて、実施例1に示す
方法に従ってアルミニウムーシリコンカーバイト系繊維
複合材試験片を作製した。この該試験片のVfは40%
、引張強度は58kg/mm2であった。
Using the silicon carbide mu, an aluminum-silicon carbide fiber composite test piece was prepared according to the method shown in Example 1. The Vf of this test piece is 40%
The tensile strength was 58 kg/mm2.

試験片の@断面を観察したところ、素抜け(ρu1−o
u t )は認められなかった。
When we observed the cross section of the test piece, we found that it was clear (ρu1-o
ut) was not recognized.

「発明の効果] 本発明の複合材料は引張弾性率及び伸度が高く、かつ酸
素含有量の低減されたシリコンカーバイド系繊維を補強
材として用いているため作製の際の作業性に漬れ、かつ
マトリックスとの反応による繊維強度の劣化が少ないの
で、高い信頼性のもとに材料設計が可能である。このよ
うな複合材料は、スポーツ用品2航空、宇宙機器材料、
一般輸送機。
"Effects of the Invention" The composite material of the present invention has high tensile modulus and elongation, and uses silicon carbide fibers with reduced oxygen content as a reinforcing material, so it is easy to work with during production. In addition, there is little deterioration in fiber strength due to reaction with the matrix, so it is possible to design materials with high reliability.Such composite materials are used for sports equipment, aviation, space equipment materials,
General transport aircraft.

建築材料などに広く使用できる。It can be widely used as a building material.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ケイ素−炭素結合とケイ素−ケイ素結合とを主な
骨格成分とする有機ケイ素高分子化合物を紡糸・不融化
・焼成して得られた酸素含有量が10重量%以下である
シリコンカーバイド系繊維を補強材とし、単一金属ある
いは複数の金属元素からなる合金又は金属化合物をマト
リックスとする繊維強化金属複合材料。
(1) Silicon carbide with an oxygen content of 10% by weight or less obtained by spinning, infusible, and sintering an organosilicon polymer compound whose main skeleton components are silicon-carbon bonds and silicon-silicon bonds. A fiber-reinforced metal composite material that uses fiber as a reinforcing material and a matrix of a single metal or an alloy or metal compound made of multiple metal elements.
(2)シリコンカーバイド系繊維の酸素含有量が7重量
%以下である請求項(1)に記載の繊維強化金属複合材
料。
(2) The fiber-reinforced metal composite material according to claim (1), wherein the silicon carbide fiber has an oxygen content of 7% by weight or less.
(3)シリコンカーバイド系繊維の引張弾性率が15T
/mm^2以上、伸度1.8%以上である請求項(1)
又は(2)に記載の繊維強化金属複合材料。
(3) Tensile modulus of silicon carbide fiber is 15T
/mm^2 or more, and elongation is 1.8% or more. Claim (1)
Or the fiber reinforced metal composite material according to (2).
(4)マトリックスの融点が200℃〜2000℃で、
かつ比重が1.5〜20である請求項(1)、(2)又
は(3)に記載の繊維強化金属複合材料。
(4) The melting point of the matrix is 200°C to 2000°C,
The fiber-reinforced metal composite material according to claim 1, which has a specific gravity of 1.5 to 20.
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