JPH0441629A - Manufacture of rutile crystalline titania whisker reinforced al series composite - Google Patents
Manufacture of rutile crystalline titania whisker reinforced al series compositeInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、複合材料の製造方法に係り、更に詳細にはル
チル結晶質チタニアウィスカを強化材としAl又はAl
合金をマトリックスとする複合材料の製造方法に係る。Detailed Description of the Invention [Industrial Field of Application] The present invention relates to a method for producing a composite material, and more particularly, the present invention relates to a method for producing a composite material, and more specifically, the present invention relates to a method for producing a composite material, and more particularly, to
The present invention relates to a method of manufacturing a composite material using an alloy as a matrix.
[従来の技術]
例えば本願用願人と他の−の出願人との共同出願にかか
る特願平1−115762号明細書に記載されている如
く、ルチル結晶質チタニアウィスカを強化材としアルミ
ニウム合金をマトリックスとする複合材料は既に提案さ
れており、また上記特許出願の明細書には、かかる複合
材料の製造方法として、非晶質の水和チタニアウィスカ
を焼成することにより水和チタニアウィスカをルチル結
晶化し、結晶質チタニアウィスカをはくした後無機バイ
ンダを用いて結晶質チタニアウィスカの成形体を形成し
、該成形体中にマトリックス金属の溶湯を加圧含浸させ
る方法が記載されている。[Prior Art] For example, as described in Japanese Patent Application No. 1-115762 jointly filed by the applicant of the present application and another applicant, an aluminum alloy using rutile crystalline titania whiskers as a reinforcing material is disclosed. A composite material having a matrix of A method is described in which, after crystallization and peeling off of crystalline titania whiskers, a molded body of crystalline titania whiskers is formed using an inorganic binder, and a molten matrix metal is impregnated into the molded body under pressure.
[発明が解決しようとする課題]
しかし上述の特許出願の明細書に記載された複合材料の
製造方法に於ては、結晶化されたチタニアウィスカをほ
ぐす過程に於てウィスカが折損することによりその平均
繊維長が低下し、そのため必ずしも十分に複合材料の強
度を向上させることができない。また結晶化されたチタ
ニアウィスカをほぐすことなく無機バインダを用いて成
形体を形成すると、結晶化の際に生じたウィスカの凝集
部が複合材料の破壊の起点となり易いため、この場合に
も複合材料の強度、特に疲労強度の如き動的強度を十分
に向上させることができない。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the method for manufacturing a composite material described in the specification of the above-mentioned patent application, the whiskers break during the process of loosening the crystallized titania whiskers, resulting in The average fiber length decreases, and therefore the strength of the composite material cannot necessarily be sufficiently improved. Furthermore, if a molded body is formed using an inorganic binder without loosening the crystallized titania whiskers, the agglomerated parts of the whiskers that occur during crystallization tend to become a starting point for failure of the composite material. strength, especially dynamic strength such as fatigue strength, cannot be sufficiently improved.
また上述の如き不具合を解消すべく、例えば本願出願人
と同一の出願人の出願にかかる特願平1−18524号
明細書に記載された方法を応用して、無機バインダにて
結合された非晶質の水和チタニアウィスカよりなる成形
体を形成し、成形体を焼成することにより水和チタニア
ウィスカをルチル結晶化させ、しかる後成形体中にマト
リックス金属の溶湯を加圧含浸させることが考えられる
。In addition, in order to solve the above-mentioned problems, for example, by applying the method described in the specification of Japanese Patent Application No. 1-18524 filed by the same applicant as the present applicant, inorganic binders are used. The idea is to form a molded body made of crystalline hydrated titania whiskers, to rutile crystallize the hydrated titania whiskers by firing the molded body, and then to impregnate the molten matrix metal into the molded body under pressure. It will be done.
しかし本願発明者が行った実験的研究の結果によれば、
無機バインダの量か比較的多い場合には、残存する無機
バインダの量も多くなるため複合材料の強度を十分に向
上させることがとできず、逆に無機バインダの量が比較
的少ない場合には、非晶質の水和チタニアウィスカを結
晶化させる際に成形体が収縮し、正確に所望の形状及び
寸法の複合材料を製造することができないことが判明し
た。However, according to the results of experimental research conducted by the inventor of the present application,
If the amount of inorganic binder is relatively large, the amount of residual inorganic binder will also be large, making it impossible to sufficiently improve the strength of the composite material.On the other hand, if the amount of inorganic binder is relatively small, the strength of the composite material cannot be sufficiently improved. It was found that when crystallizing amorphous hydrated titania whiskers, the compact shrinks, making it impossible to produce a composite material with exactly the desired shape and dimensions.
成形体の収縮のメカニズムは明確には判っていないが、
非晶質の水和チタニアウィスカと無機バインダとが共存
する状態にてこれらが高温に加熱され結晶化が行われる
と、ウィスカと無機バインダとの間に何らかの相互作用
が生じ、これに起因して成形体の収縮が生じるものと推
測される。Although the mechanism of compaction shrinkage is not clearly understood,
When amorphous hydrated titania whiskers and an inorganic binder coexist and are heated to high temperatures and crystallized, some kind of interaction occurs between the whiskers and the inorganic binder, resulting in It is assumed that shrinkage of the molded product occurs.
本発明は、ルチル結晶質チタニアウィスカ強化Al系複
合材料を製造する従来の方法に於ける上述の如き問題に
鑑み、成形体の収縮を伴うことなく高強度のルチル結晶
質チタニアウィスカ強化Al系複合材料を製造すること
のできる方法を提供することを目的としている。In view of the above-mentioned problems in the conventional method for producing rutile crystalline titania whisker-reinforced Al-based composite materials, the present invention provides a high-strength rutile crystalline titania whisker-reinforced Al-based composite material without shrinkage of the molded product. The aim is to provide a method by which the material can be manufactured.
[課題を解決するための手段]
上述の如き目的は、本発明によれば、ルチル結晶質チタ
ニアウィスカを強化材としAl又はAl合金をマトリッ
クスとする複合材料の製造方法にして、有機バインダに
て結合された非晶質の水和チタニアウィスカよりなる成
形体を形成し、前記成形体を焼成することにより前記水
和チタニアウィスカをルチル結晶化させると共に前記有
機バインダを消失させ、前記成形体に無機バインダを含
浸させ、前記成形体を加熱して前記無機バインダを硬化
させた後前記成形体中にマトリックス金属の溶湯を加圧
含浸させる製造方法によって達成される。[Means for Solving the Problems] According to the present invention, the above object is to provide a method for manufacturing a composite material using rutile crystalline titania whiskers as a reinforcing material and Al or an Al alloy as a matrix. A molded body made of bonded amorphous hydrated titania whiskers is formed, and the molded body is fired to crystallize the hydrated titania whiskers, eliminate the organic binder, and add inorganic materials to the molded body. This is achieved by a manufacturing method in which a binder is impregnated, the molded body is heated to harden the inorganic binder, and then a molten matrix metal is impregnated into the molded body under pressure.
[発明の作用]
本発明によれば、有機バインダにて結合された非晶質の
水和チタニアウィスカよりなる成形体が形成され、成形
体を焼成することより水和チタニアウィスカがルチル結
晶化されると共に有機バインダが消失せしめられる。従
って無機バインダが共存しない状態にて非晶質の水和チ
タニアウィスカが結晶化され、また有機バインダにより
成形体の形状が維持されるので、成形体の収縮を伴なう
ことなく非晶質の水和チタニアウィスカが結晶化される
。[Operation of the invention] According to the present invention, a molded body made of amorphous hydrated titania whiskers bonded with an organic binder is formed, and the hydrated titania whiskers are crystallized into rutile by firing the molded body. At the same time, the organic binder disappears. Therefore, the amorphous hydrated titania whiskers are crystallized in the absence of an inorganic binder, and the shape of the molded body is maintained by the organic binder, so that the amorphous titania whisker is crystallized without any shrinkage of the molded body. Hydrated titania whiskers are crystallized.
また本発明によれば、チタニアウィスカが結晶化された
後の成形体に無機バインダが含浸され、成形体が加熱さ
れることにより無機バインダが硬化された後成形体中に
マトリックス金属の溶湯が加圧含浸せしめられる。従っ
て本発明に於ける無機バインダの量は成形体中にマトリ
ックス金属の溶湯を加圧含浸させる際に於ける成形体の
強度を確保するに足る量であればよく、そのため複合材
料中に残存する無機バインダの量も少ないので、複合材
料中に多量の無機バインダか残存することに起因する複
合材料の強度低下が確実に回避される。Further, according to the present invention, an inorganic binder is impregnated into the molded body after the titania whiskers have been crystallized, and after the inorganic binder is hardened by heating the molded body, a molten metal of the matrix metal is added into the molded body. Pressure impregnated. Therefore, the amount of inorganic binder in the present invention is sufficient as long as it is sufficient to ensure the strength of the molded body when the molten matrix metal is impregnated into the molded body under pressure, and therefore, the amount of inorganic binder remaining in the composite material is sufficient. Since the amount of inorganic binder is also small, a decrease in the strength of the composite material due to a large amount of inorganic binder remaining in the composite material is reliably avoided.
従って本発明によれば、ルチル結晶質チタニアウィスカ
強化Al系複合材料を成形体の収縮を伴なうことなく製
造することかでき、また複合材料の強度を十分に向上さ
せることができる。Therefore, according to the present invention, a rutile crystalline titania whisker-reinforced Al-based composite material can be produced without shrinkage of the molded product, and the strength of the composite material can be sufficiently improved.
[課題を解決するための手段の詳細な特徴コ本発明の方
法に於てチタニアウィスカを結晶化させるための成形体
の加熱温度及び時間は、非晶質の水和チタニアウィスカ
をルチル結晶化し得る限り任意の温度及び時間であって
よいが、成形体の収縮を確実に回避するためには、温度
は980〜1080℃であり、時間は1〜5時間である
ことが好ましい。[Detailed characteristics of the means for solving the problem] The heating temperature and time of the molded body for crystallizing titania whiskers in the method of the present invention are such that the amorphous hydrated titania whiskers can be crystallized into rutile. The temperature and time may be arbitrary, but in order to reliably avoid shrinkage of the molded product, the temperature is preferably 980 to 1080°C and the time is preferably 1 to 5 hours.
また本発明の方法に於ては、無機バインダの量はチタニ
アウィスカを結晶化させる際の成形体の強度を確保し得
る量であればよいが、複合材料中に残存する無機バイン
ダの量を抑えて複合材料の強度を十分に向上させるべく
、ルチル結晶’Rチタニアウィスカの重量に対し1〜4
%であることが好ましい。In addition, in the method of the present invention, the amount of inorganic binder may be any amount that can ensure the strength of the molded product when crystallizing titania whiskers, but it is necessary to suppress the amount of inorganic binder remaining in the composite material. In order to sufficiently improve the strength of the composite material, the weight of the rutile crystal 'R titania whisker should be
% is preferable.
また本発明の方法に於て無機バインダを硬化させるため
の成形体の加熱温度及び時間は、無機バインダを硬化さ
せることができる限り、好ましくは成形体中にマトリッ
クス金属の溶湯を加圧含浸させる際の成形体の強度を確
保し得る程度にまで無機バインダを硬化させることがで
きる限り、例えば200〜1080℃、0.5〜5時間
の如く任意の温度及び時間であってよいが、無機バイン
ダを十分に硬化させると共に成形体を予熱してマトリッ
クス金属の溶湯を成形体中に良好に浸透させ得るよう、
温度及び時間はそれぞれ600〜1080℃、0,5〜
3時間であることか好ましい。In addition, in the method of the present invention, the heating temperature and time of the molded body for curing the inorganic binder are preferably set as long as the inorganic binder can be cured, and preferably when the molded body is impregnated with the molten matrix metal under pressure. As long as the inorganic binder can be cured to the extent that the strength of the molded product can be ensured, the temperature and time may be arbitrary, such as 200 to 1080°C for 0.5 to 5 hours. In order to sufficiently harden the molded body and preheat the molded body to allow the molten matrix metal to penetrate well into the molded body,
Temperature and time are 600~1080℃ and 0.5~
It is preferable that the time is 3 hours.
また非晶質の水和チタニアウィスカの体積率が小さい場
合には結晶化に際し成形体の収縮が生じ易く、逆に非晶
質の水和チタニアウィスカの体積率が大きい場合には複
合材料中に残存する無機バインダの絶対量が多くなり易
い。従って有機バインダを用いて形成される成形体中の
非晶質の水和チタニアウィスカの体積率は20〜50%
ですることが好ましい。Furthermore, if the volume percentage of amorphous hydrated titania whiskers is small, shrinkage of the molded product is likely to occur during crystallization, and conversely, if the volume percentage of amorphous hydrated titania whiskers is large, The absolute amount of remaining inorganic binder tends to increase. Therefore, the volume percentage of amorphous hydrated titania whiskers in a molded body formed using an organic binder is 20 to 50%.
It is preferable to do so.
また本発明の方法に於て使用される有機バインダは、個
々の非晶質の水和チタニアウィスカを互いに結合させる
バインダとしての機能を有し且チタニアウィスカを結晶
化させるに際し分解や燃焼等により成形体中より消失す
るものである限り任意の有機物よりなるバインダであっ
てよく、かかる条件を満すものとして、例えばポリビニ
ルアルコール、ポリアクリル酸エステル、カルボキシル
メチルセルロース等があり、これらを適用するに際して
はこれらのアルコール溶液や水溶液が使用される。Furthermore, the organic binder used in the method of the present invention has a function as a binder that binds individual amorphous hydrated titania whiskers to each other, and when crystallizing the titania whiskers, it is formed by decomposition, combustion, etc. The binder may be made of any organic substance as long as it disappears from the body. Examples of binders that satisfy this condition include polyvinyl alcohol, polyacrylic acid ester, and carboxymethyl cellulose. alcoholic or aqueous solutions are used.
尚有機バインダはチタニアウィスカの結晶化に際し消失
するので、その量はチタニアウィスカを結晶化させる際
に成形体の形状を維持し得る程度であってよく、例えば
非晶質の水和チタニアウィスカに対し1〜20%であっ
てよい。Since the organic binder disappears when the titania whiskers are crystallized, the amount of the organic binder may be such that the shape of the molded body can be maintained when the titania whiskers are crystallized. For example, for amorphous hydrated titania whiskers, It may be 1-20%.
更に本発明の方法に於て使用される無機バインダはマト
リックス金属の溶湯が成形体中に浸透する際にも分解等
を生じない安定な無機物質よりなるバインダであればよ
く、例えばシリカ、アルミナ、ジルコニア、酸化クロム
、酸化セリウム、酸化鉄、酸化チタン、酸化スズ、酸化
アンチモン、及びこれらの混合物等であってよい。Further, the inorganic binder used in the method of the present invention may be any binder made of a stable inorganic substance that does not decompose even when the molten matrix metal permeates into the compact, such as silica, alumina, etc. It may be zirconia, chromium oxide, cerium oxide, iron oxide, titanium oxide, tin oxide, antimony oxide, or mixtures thereof.
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention will be explained in detail below by way of example embodiments with reference to the accompanying figures.
実施例1
まず第1図に示されている如く、非晶質の水和チタニア
ウィスカ10(東邦チタニウム株式会社製「トフィカT
」、平均繊維径1μm、平均繊維長50μ■、カリウム
含有量1.4νt%)をポリビニルアルコール(半井化
学株式会社製)の10%水溶液12中に投入し、ウィス
カが十分解繊されるまで混合液をプロペラ14により撹
拌し、しかる後その混合液に対し圧縮成形を行うことに
より、第2図に示されている如く、ポリビニルアルコー
ルにて互いに結合された非晶質の水和チタニアウィスカ
10よりなり、乾燥後の寸法が10100X38X16
である成形体]6を8個形成した。Example 1 First, as shown in FIG. 1, amorphous hydrated titania whisker 10 (“Tofica T
'', average fiber diameter 1 μm, average fiber length 50 μ■, potassium content 1.4 νt%) were put into a 10% aqueous solution 12 of polyvinyl alcohol (manufactured by Hanui Chemical Co., Ltd.) and mixed until the whiskers were sufficiently defibrated. By stirring the liquid with a propeller 14 and then compression-molding the mixed liquid, amorphous hydrated titania whiskers 10 bonded to each other with polyvinyl alcohol are formed as shown in FIG. The dimensions after drying are 10100X38X16
Eight molded bodies]6 were formed.
次いて第3図に示されている如く、成形体16をヒータ
18により大気中にて960〜]100”C(20℃ご
と)に3時間加熱する焼成処理を行ない、これにより水
和チタニアウィスカをルチル結晶質のチタニアウィスカ
に変化させると共にポリビニルアルコールを消失させた
。この段階に於て各成形体の収縮を調査したところ、成
形体の加熱温度が980〜1080℃の場合には成形体
の収縮は全く生じておらず、加熱温度が960℃及び1
100℃の場合には成形体に収縮か生じていたが、その
収縮度合は極く僅かであった。またこの時点に於けるチ
タニアウィスカの体積率は約30%であり、チタニアウ
ィスカの平均繊維径及び平均繊維長はそれぞれ約1μm
、約40μ厘であった。Next, as shown in FIG. 3, the molded body 16 is heated to 960 to 100"C (every 20C) for 3 hours in the atmosphere using a heater 18, thereby forming hydrated titania whiskers. was transformed into rutile crystalline titania whiskers and the polyvinyl alcohol disappeared.At this stage, the shrinkage of each molded product was investigated, and it was found that when the heating temperature of the molded product was 980 to 1080°C, the shrinkage of the molded product decreased. There was no shrinkage at all, and the heating temperature was 960℃ and 1
When the temperature was 100°C, some shrinkage occurred in the molded product, but the degree of shrinkage was extremely small. Furthermore, the volume fraction of titania whiskers at this point is about 30%, and the average fiber diameter and average fiber length of titania whiskers are each about 1 μm.
, about 40 μl.
次いで第4図に示されている如く、各成形体16′をコ
ロイダルシリカ(日産化学株式会社製「スノーテックス
SJ)の水溶液20中に浸漬して水溶液より取出した後
、第5図に示されている如く、各成形体16′をヒータ
18により大気中にて900℃に2時間加熱し、これに
よりシリカバインダを固化させた。かくして得られた各
成形体16”に於けるウィスカに対するシリカバインダ
の重量比は約3%であり、この段階に於ても成形体の収
縮は認られなかった。Next, as shown in FIG. 4, each molded body 16' was immersed in an aqueous solution 20 of colloidal silica ("Snowtex SJ" manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) and taken out from the aqueous solution. As shown in the figure, each molded body 16' was heated to 900° C. in the atmosphere for 2 hours by the heater 18, thereby solidifying the silica binder. The weight ratio was about 3%, and no shrinkage of the molded product was observed at this stage.
次いで第6図に示されている如く、内のり寸法が38X
16關であり、長さが120 mmであり、一端にて開
口し、他端に錘り22が一体に設けられたステンレス鋼
(JIS規格5US304)製のケース24内に上述の
如く形成された各成形体16″を充填した。Next, as shown in Figure 6, the inner dimension is 38X.
It was formed as described above in a case 24 made of stainless steel (JIS standard 5 US304), which had an opening at one end and a weight 22 integrally provided at the other end. Each molded body 16'' was filled.
次いで成形体をケースごと600℃に約20分間予熱し
た後、第7図に示されている如く成形体をケースごと高
圧鋳造装置26の鋳型28内に配置し、該鋳型内に73
0℃の純Alの溶湯30を注湯し、該溶湯を鋳型に嵌合
するプランジャ32により約11000)c/c−の圧
力にて加圧し、その加圧状態を溶湯が完全に凝固するま
で保持した。Next, after preheating the molded body together with the case to 600° C. for about 20 minutes, the molded body and the case are placed in the mold 28 of the high-pressure casting device 26, as shown in FIG.
A molten metal 30 of pure Al at 0°C is poured, and the molten metal is pressurized at a pressure of approximately 11,000) c/c- by a plunger 32 that fits into the mold, and the pressurized state is maintained until the molten metal completely solidifies. held.
溶湯が完全に凝固した後、ノックアウトピン34により
鋳型28より凝固体を取出し、該凝固体に対し機械加工
を施してルチル結晶質チタニアウィスカにて複合強化さ
れた純Alよりなる複合材料を切出し、各複合材料を切
断してその断面を調査したところ、何れの複合材料に於
ても元の成形体の収縮は生じていなかった。また各複合
材料の断面を光学顕微鏡にて観察したところ、何れの複
合材料に於ても体積率約30%にてルチル結晶質チタニ
アウィスカが均一に分散されていることが認められた。After the molten metal has completely solidified, the solidified body is taken out from the mold 28 using the knockout pin 34, and the solidified body is machined to cut out a composite material made of pure Al reinforced with rutile crystalline titania whiskers. When each composite material was cut and its cross section was examined, no shrinkage of the original molded body occurred in any of the composite materials. When the cross section of each composite material was observed using an optical microscope, it was found that rutile crystalline titania whiskers were uniformly dispersed in each composite material at a volume fraction of about 30%.
比較例1
上述の実施例1に於て使用された非晶質の水和チタニア
ウィスカと同一のチタニアウィスカを1000℃に2時
間加熱することによりルチル結晶化し、解繊した後のウ
ィスカの形態を調査したところ、ルチル結晶質チタニア
ウィスカの平均繊維径及び平均繊維長はそれぞれ約1μ
m、20μmであり、ウィスカの平均繊維長が著しく低
下していることが二eめられた。Comparative Example 1 A titania whisker identical to the amorphous hydrated titania whisker used in Example 1 above was heated to 1000°C for 2 hours to crystallize rutile, and the morphology of the whisker after fibrillation was determined. Upon investigation, the average fiber diameter and average fiber length of rutile crystalline titania whiskers were approximately 1 μm each.
m, 20 μm, and it was found that the average fiber length of the whiskers was significantly reduced.
比較例2
上述の実施例1に於て使用された非晶質の水和チタニア
ウィスカと同一のチタニアウィスカをシリカゾル(日産
化学株式会社製「スノーテックスSJ)の水溶液中に投
入し、ウィスカが十分解繊されるまでプロペラにより撹
拌し混合した後、圧縮成形により100 X 38 X
16 mmの寸法を有する成形体を5個形成した。こ
れらの成形体の乾燥後に於けるウィスカの体積率は約3
0%であり、シリカバインダの量はウィスカの重量に対
し約3%であった。次いで各成形体を大気中にて100
0〜1200℃(50℃ごと)に3時間加熱することに
よりルチル結晶化させたところ、全ての成形体に於て許
容し難いほどの収縮が生じていることが認められた。Comparative Example 2 The same titania whiskers as the amorphous hydrated titania whiskers used in Example 1 above were put into an aqueous solution of silica sol (Snowtex SJ manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.), and the whiskers were completely removed. After stirring and mixing with a propeller until fibers are broken down, compression molding is performed to 100 x 38 x
Five molded bodies having dimensions of 16 mm were formed. The whisker volume ratio after drying of these molded bodies is approximately 3
0%, and the amount of silica binder was about 3% based on the weight of the whisker. Next, each molded body was heated in the atmosphere for 100 min.
When rutile crystallization was carried out by heating at 0 to 1200°C (50°C increments) for 3 hours, unacceptable shrinkage was observed in all molded bodies.
実施例2
ルチル結晶質チタニアウィスカの体積率が25%に設定
され、無機バインダとしてアルミナバインダが使用され
、バインダの濃度、即ち結晶質のチタニアウィスカの重
量に対するアルミナの量が0〜10%(1%ごと)に設
定された点を除き上述の実施例1の場合と同一の要領及
び条件にて11個の成形体を形成した。次いて各成形体
を大気中にて800℃に3時間加熱することによりアル
ミナを十分硬化させたところ、バンイダの濃度が0%で
ある成形体に於ては収縮が生したが、それ以外の成形体
に於ては収縮は全く生じていなかった。Example 2 The volume fraction of rutile crystalline titania whiskers was set to 25%, an alumina binder was used as the inorganic binder, and the binder concentration, that is, the amount of alumina relative to the weight of crystalline titania whiskers, was 0 to 10% (1 Eleven molded bodies were formed in the same manner and under the same conditions as in Example 1 above, except for the points set in %). Next, each molded body was heated to 800°C in the atmosphere for 3 hours to fully harden the alumina, and shrinkage occurred in the molded body with a vanida concentration of 0%, but in other cases, shrinkage occurred. No shrinkage occurred in the molded product.
次いでマトリックス金属の溶湯として湯温750℃のA
l−4vt%Cu −1vt%Siが使用された点を除
き、上述の実施例1の場合と同一の要領及び条件にて複
合材料を形成した。次いで各複合材料に対しT6処理を
施した後、各複合材料より曲げ試験片を切出し、各試験
片について曲げ試験を行った。その結果を第8図に示す
。Next, as the molten metal of the matrix metal, A with a hot water temperature of 750°C was used.
A composite material was formed in the same manner and under the same conditions as in Example 1 above, except that l-4vt%Cu-1vt%Si was used. Next, each composite material was subjected to T6 treatment, and then a bending test piece was cut out from each composite material, and a bending test was performed on each test piece. The results are shown in FIG.
第8図より、アルミナバインダの濃度が10%程度であ
っても十分な強度を有する複合材料を得ることができる
が、アルミナバインダの濃度は1〜4%であることが特
に好ましいことが判る。From FIG. 8, it can be seen that a composite material having sufficient strength can be obtained even if the concentration of the alumina binder is about 10%, but it is particularly preferable that the concentration of the alumina binder is 1 to 4%.
尚マトリックス金属として純Alが使用された場合にも
同様の結果が得られた。また無機バインダとしてシリカ
、ジルコニア、酸化クロム、酸化セリウム、酸化鉄、酸
化チタン、酸化スズ、酸化アンチモンが使用された場合
にも同様の結果が得られた。Similar results were obtained when pure Al was used as the matrix metal. Similar results were also obtained when silica, zirconia, chromium oxide, cerium oxide, iron oxide, titanium oxide, tin oxide, and antimony oxide were used as the inorganic binder.
実施例3
上述の実施例1の場合と同一の要領にてルチル結晶質チ
タニアウィスカの体積率が30%でありシリカバインダ
の濃度が3%である成形体を9個形成した。次いでこれ
らの成形体を大気中にて520〜1160℃(80℃ご
と)に2時間加熱することによりシリカを十分硬化させ
た。その結果加熱温度が520℃、1160℃である成
形体に於ては若干の収縮が生じていたが、加熱温度が6
00〜1080℃である成形体に於ては収縮は全く生じ
ていなかった。Example 3 In the same manner as in Example 1 above, nine molded bodies each having a volume fraction of rutile crystalline titania whiskers of 30% and a silica binder concentration of 3% were formed. These molded bodies were then heated in the atmosphere at 520 to 1160°C (in 80°C increments) for 2 hours to sufficiently harden the silica. As a result, some shrinkage occurred in the molded bodies heated at 520°C and 1160°C;
No shrinkage occurred in the molded product at 00 to 1080°C.
次いで収縮が全く生じなかった成形体の代表例として、
加熱温度が1050℃である成形体か使用され、マトリ
ックス金属の溶湯として湯温750℃のAl−5vt%
Cu −2W t%Mgの溶湯が使用された点を除き、
上述の実施例1の場合と同一の要領及び条件にて複合材
料を製造した。次いでその複合材料に対しT6処理を施
した後、複合材料より曲げ試験片を形成し、その試験片
について曲げ試験を行ったところ、この複合材料は86
kgf/+om”と良好な強度を有していることが認め
られた。Next, as a representative example of a molded product that did not shrink at all,
A molded body heated at a heating temperature of 1050°C is used, and Al-5vt% with a hot water temperature of 750°C is used as the matrix metal molten metal.
Except that a molten metal of Cu-2W t%Mg was used.
A composite material was manufactured in the same manner and under the same conditions as in Example 1 above. Next, after T6 treatment was applied to the composite material, a bending test piece was formed from the composite material, and a bending test was performed on the test piece.
It was recognized that the material had a good strength of "kgf/+om".
実施例4
上述の実施例1の場合と同一の要領にて、結晶質チタニ
アウィスカの体積率が10〜50%(5%ごと)であり
シリカバインダの濃度が4%である9個の成形体を形成
した。次いで各成形体を大気中にて850℃に2時間加
熱することによりシリカを十分硬化させた。その結果チ
タニアウィスカの体積率が10%及び15%である成形
体に於ては若干の収縮が生じていたが、チタニアウィス
カの体積率が20〜50%である成形体に於ては収縮は
全く生していなかった。Example 4 In the same manner as in Example 1 above, nine molded bodies were prepared in which the volume fraction of crystalline titania whiskers was 10 to 50% (in 5% increments) and the concentration of silica binder was 4%. was formed. Next, each molded body was heated at 850° C. for 2 hours in the atmosphere to sufficiently harden the silica. As a result, some shrinkage occurred in the molded bodies with a titania whisker volume ratio of 10% and 15%, but no shrinkage occurred in the molded bodies with a titania whisker volume ratio of 20 to 50%. It wasn't alive at all.
次いてチタニアウィスカの体積率が20〜50%である
成形体が使用され、マトリックス金属の溶湯として湯温
750℃の純Alの溶湯が使用された点を除き、上述の
実施例1の場合と同一の要領及び条件にて複合材料を製
造し、各複合材料について曲げ試験を行ったところ、何
れの複合材料も30〜45 kgf/mm’と良好な
強度を有していることが認められた。Next, a molded body having a titania whisker volume ratio of 20 to 50% was used, and a pure Al molten metal with a hot water temperature of 750°C was used as the matrix metal molten metal. Composite materials were manufactured using the same procedure and conditions, and a bending test was conducted on each composite material, and it was found that all composite materials had a good strength of 30 to 45 kgf/mm'. .
実施例5
非晶質の水和チタニアウィスカとして、平均繊維径0.
3μ口、平均繊維長10μmの水和チタニアウィスカ(
久保田鉄工株式会社製、カリウム含をJitl、9v、
t%)が使用され、結晶化の温度及び時間かそれぞれ1
000℃、2時間に設定された点を除き、上述の実施例
1の場合と同一の要領及び条件にて複合材料を製造した
。Example 5 As an amorphous hydrated titania whisker, an average fiber diameter of 0.
Hydrated titania whisker with 3 μm opening and average fiber length of 10 μm (
Manufactured by Kubota Tekko Co., Ltd., containing potassium, Jitl, 9v,
t%) is used, and the crystallization temperature and time are each 1
A composite material was manufactured in the same manner and under the same conditions as in Example 1 above, except that the temperature was set at 000°C for 2 hours.
その結果この複合材料に於ても元の成形体の収縮は全く
生じていないことが確認された。As a result, it was confirmed that no shrinkage of the original molded body occurred in this composite material.
尚上述の各実施例に於ける有機バインダとしてポリアク
リル酸エステルやカルボキシルメチルセルロースが使用
された場合にも、それぞれ対応する実施例の場合と同様
の結果が得られた。Furthermore, even when polyacrylic acid ester or carboxymethyl cellulose was used as the organic binder in each of the above-mentioned Examples, similar results were obtained as in the corresponding Examples.
以上に於ては本発明を幾つかの実施例について詳細に説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。Although the present invention has been described above in detail with reference to several embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various other embodiments are possible within the scope of the present invention. It will be clear to those skilled in the art that
[発明の効果]
以上の説明より明らかである如く、本発明によれば、無
機バインダか共存しない状態にて非晶質の水和チタニア
ウィスカか結晶化され、また結晶化に際し有機バインダ
により成形体の形状が維持されるので、成形体の収縮を
伴なうことなく非晶質の水和チタニアウィスカをルチル
結晶化することができる。[Effects of the Invention] As is clear from the above description, according to the present invention, amorphous hydrated titania whiskers are crystallized in the absence of an inorganic binder, and during crystallization, an organic binder is used to form a molded product. Since the shape is maintained, amorphous hydrated titania whiskers can be crystallized into rutile without shrinkage of the molded product.
また本発明によれば、チタニアウィスカが結晶化された
後の成形体は無機バインダにより強度が確保され、その
状態にて成形体中にマトリックス金属の溶湯が加圧含浸
せしめられるので、無機バインダの量は複合化の際に於
ける成形体の強度を確保するに足る量であればよく、こ
れにより複合材料中に残存する無機バインダの量を低減
して、複合材料の強度を向上させることができる。Further, according to the present invention, the strength of the molded body after the titania whiskers have been crystallized is ensured by the inorganic binder, and in this state, the molten metal of the matrix metal is impregnated into the molded body under pressure. The amount may be sufficient to ensure the strength of the molded product during composite formation, and this can reduce the amount of inorganic binder remaining in the composite material and improve the strength of the composite material. can.
また本発明によれば、非晶質の水和チタニアウィスカを
結晶化する前にウィスカを解繊することが可能であり、
従って折損し易い結晶化後のウィスカに対し解繊が行わ
れる場合に比してウィスカの繊維長の低下が小さいので
、このことによっても複合材料の強度を向上させること
ができる。Further, according to the present invention, it is possible to defibrate the amorphous hydrated titania whiskers before crystallizing them,
Therefore, the decrease in the fiber length of the whiskers is smaller than that in the case where the whiskers after crystallization, which are easily broken, are defibrated, so that the strength of the composite material can also be improved.
従って本発明によれば、成形体の収縮を伴なうことなく
所望の形状及び寸法にてルチル結晶質チタニアウィスカ
強化Al系複合材料を製造することができ、これにより
複合材料に対する機械加工量を低減し生産性を向上する
ことができ、また十分な強度を有ししかも均質な複合材
料を製造することができる。Therefore, according to the present invention, it is possible to produce a rutile crystalline titania whisker-reinforced Al-based composite material in a desired shape and size without shrinkage of the molded body, thereby reducing the amount of machining performed on the composite material. It is possible to reduce the amount of heat and improve productivity, and to produce a homogeneous composite material having sufficient strength.
第1図乃至第7図は本発明による複合材料の製造方法の
一つの実施例に於ける一連の製造工程を示す工程図、第
8図はアルミナバインダの濃度と複合材料の曲げ強さと
の間の関係を示すグラフである。
10・・・非晶質の水和チタニアウィスカ、10゛・・
・ルチル結晶質チタニアウィスカ、12・・・コロイダ
ルシリカ水溶液、14・・・プロペラ、16.1616
′・・・成形体、18・・・ヒータ、20・・・コロイ
ダルシリカ水溶液、22・・・錘り124・・・ケース
。
26・・・高圧鋳造装置、28・・・鋳型、30・・・
純Alの溶湯、32・・・プランジャ、34・・・ノッ
クアウトビン
特 許 出 願 人 トヨタ自動車株式会社代
理 人 弁理士 明 石 昌
毅第1図
第4図
第
図
第
図
第
図
アルミナバインダの濃度(%)Figures 1 to 7 are process diagrams showing a series of manufacturing steps in one embodiment of the method for manufacturing a composite material according to the present invention, and Figure 8 shows the relationship between the concentration of alumina binder and the bending strength of the composite material. It is a graph showing the relationship between. 10...Amorphous hydrated titania whisker, 10゛...
・Rutile crystalline titania whisker, 12... Colloidal silica aqueous solution, 14... Propeller, 16.1616
′... Molded body, 18... Heater, 20... Colloidal silica aqueous solution, 22... Weight 124... Case. 26... High pressure casting device, 28... Mold, 30...
Molten metal of pure Al, 32...Plunger, 34...Knockout bottle Patent applicant: Toyota Motor Corporation representative
Patent Attorney Masa Akashi
Tsuyoshi Figure 1 Figure 4 Figure 4 Figure Concentration of alumina binder (%)
Claims (1)
l合金をマトリックスとする複合材料の製造方法にして
、有機バインダにて結合された非晶質の水和チタニアウ
イスカよりなる成形体を形成し、前記成形体を焼成する
ことにより前記水和チタニアウイスカをルチル結晶化さ
せると共に前記有機バインダを消失させ、前記成形体に
無機バインダを含浸させ、前記成形体を加熱して前記無
機バインダを硬化させた後前記成形体中にマトリックス
金属の溶湯を加圧含浸させる製造方法。Al or A with rutile crystalline titania whisker as reinforcement material
A method for producing a composite material having an alloy as a matrix, in which a molded body made of amorphous hydrated titania whiskers bonded with an organic binder is formed, and the hydrated titania whiskers are produced by firing the molded body. is crystallized into rutile and the organic binder disappears, the molded body is impregnated with an inorganic binder, the molded body is heated to harden the inorganic binder, and then the molten matrix metal is pressurized into the molded body. Manufacturing method of impregnating.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14599590A JPH0441629A (en) | 1990-06-04 | 1990-06-04 | Manufacture of rutile crystalline titania whisker reinforced al series composite |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14599590A JPH0441629A (en) | 1990-06-04 | 1990-06-04 | Manufacture of rutile crystalline titania whisker reinforced al series composite |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0441629A true JPH0441629A (en) | 1992-02-12 |
Family
ID=15397728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14599590A Pending JPH0441629A (en) | 1990-06-04 | 1990-06-04 | Manufacture of rutile crystalline titania whisker reinforced al series composite |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0441629A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100713233B1 (en) * | 2006-03-24 | 2007-05-02 | 한국기계연구원 | Amorphous metal base composite and its manufacturing method |
| JP2008039652A (en) * | 2006-08-09 | 2008-02-21 | Yazaki Corp | Fluid measuring device |
-
1990
- 1990-06-04 JP JP14599590A patent/JPH0441629A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100713233B1 (en) * | 2006-03-24 | 2007-05-02 | 한국기계연구원 | Amorphous metal base composite and its manufacturing method |
| JP2008039652A (en) * | 2006-08-09 | 2008-02-21 | Yazaki Corp | Fluid measuring device |
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