JPH0469214B2 - - Google Patents
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- JPH0469214B2 JPH0469214B2 JP62149085A JP14908587A JPH0469214B2 JP H0469214 B2 JPH0469214 B2 JP H0469214B2 JP 62149085 A JP62149085 A JP 62149085A JP 14908587 A JP14908587 A JP 14908587A JP H0469214 B2 JPH0469214 B2 JP H0469214B2
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C49/14—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the fibres or filaments
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- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
Description
産業上の利用分野
この発明は、炭素繊維で強化したアルミニウム
合金（以下、CF／A1という）を成形するときに
素材として使用するワイヤプリフオーム（以下、
プリフオームという）に関する。 従来の技術 炭素繊維を強化材とし、金属をマトリクスとす
る炭素繊維強化金属（以下、CFRMという）は、
金属のみからなるものにくらべで比強度や比弾性
率が高いことから、いろいろな分野で注目されて
いる。なかでも、アルミニウム合金をマトリクス
とするCFRM、すなわちCF／A1は、比強度や比
弾性率が特に優れていることから、軽量構造材と
して、航空・宇宙分野をはじめとする分野で大き
な期待が寄せられている。 ところで、一般に、炭素繊維は、溶融したアル
ミニウム合金との濡れ性に乏しく、しかも、高温
でアルミニウムと容易に反応して特性が低下する
という性質があり、そのため、濡れ性を改善した
り、反応を防止したりするためのいろいろな工夫
がなされている。 たとえば、特公昭59−12733号公報には、炭素
繊維に、ホウ化チタンや、炭化チタンとホウ化チ
タンとの混合物を被覆することが濡れ性の改善に
有効であることが記載されている。しかしなが
ら、この方法では、炭素繊維とアルミニウムとの
反応を十分に防止できず、炭素繊維として、いわ
ゆる高強度タイプと呼ばれる米国ユニオンカーバ
イド社の“Thornel”300を使用し、アルミニウ
ム合金としてAA202を使用した場合でも、 4Al＋3C→Al4C3 なる反応が起こり、引張強度は、炭素繊維の体積
含有率（以下、Vfという）が29％のときでわず
かに0.24GPaにすぎない（“Jou.of Composite
Materials”、第10巻、第279〜296頁、1976年10
月）。 一方、特開昭61−69448号公報には、炭素繊維
に炭素を被覆し、その上に金属炭化物等を主成分
とする物質をさらに被覆すると、劣化反応が防止
され、複合則の86％の引張強度をもつプリフオー
ムが得られるむねの記載がある。しかしながら、
濡れ性はほとんど改善されないので、チタンやホ
ウ素等を主成分とする物質をさらに被覆する必要
がでてくる。これは、製造コストの面で大変不利
である。また、工程も煩雑になる。 そこで、特開昭61−130439号発明においては、
アルミニウムとの反応性が低い、引張弾性率が
373GPa（38トン／mm2）以上で、しかも、表面酸化
処理を施していない炭素繊維（以下、無処理CF
という）の連続繊維束に溶融アルミニウム合金を
含浸し、Vfが50％で引張強度が1.5GPAのプリフ
オームを得ている。すなわち、高弾性率の無処理
CFは、不活性、すなわち表面エネルギーが小さ
いために、表面酸化処理が施されている炭素繊維
（以下、処理CFという）を使用するときにくらべ
て劣化反応が起こりにくい。しかしながら、なお
十分であるとはいえない。 発明が解決しようとする課題 この発明の目的は、従来のプリフオームの上述
した問題点を解決し、強度に優れたCF／Al用プ
リフオームを提供するにある。 課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、この発明は、レー
ザーラマン分光分析によつて得られるスペクトル
のうち、波数1585cm-1付近の、黒鉛構造のE2ｇ
対称の振動によるラマンバンドのピーク高さの2/
３におけるバンド幅が25〜75cm-1である炭素繊維
の連続繊維束に、銅の量が0.1重量％以下で、ケ
イ素の量が0.45重量％以下であるアルミニウム合
金が含浸され、かつ、上記炭素繊維の連続繊維束
を構成している各単繊維には、炭素、炭化ケイ
素、チタン、炭化チタン、ホウ素およびホウ化チ
タンから選ばれた１種または２種の物質が被覆さ
れていることを特徴とする炭素繊維強化アルミニ
ウム合金用ワイヤプリフオームを提供する。 以下、この発明のプリフオームをその製造方法
とともにさらに詳細に説明する。 この発明においては、連続繊維束の形態の炭素
繊維を使用する。炭素繊維は、ポリアクリロニト
リル系、ピツチ系、レーヨン系等、いずれであつ
てもよいが、ポリアクリロニトリル系炭素繊維が
最も好ましい。また、炭素繊維は、無処理CFで
あつても、処理CFであつても、いずれでもよい。
処理CFを使用する場合、処理は、一般に行われ
ている方法によることができる。すなわち、たと
えば、炭素繊維を、それを陽極として通電ローラ
を介して直流電流を流しながら0.01〜1N水酸化
ナトリウム水溶液中に通し、炭素繊維にその１ｇ
あたり５〜2000クーロン、好ましくは５〜1000ク
ーロン、さらに好ましくは５〜500クーロンのエ
ネルギーを与えることによつて行うことができ
る。 また、この発明においては、レーザーラマン分
光分析によつて分析したとき、黒鉛構造のE2ｇ
対称の振動によるものであるといわれる波数1585
cm-1付近におけるラマンバンド（以下、結晶バン
ドという）のピーク高さ（強度）の2/3における
バンド幅（以下、2/3幅という）が、25〜75cm-1、
好ましくは30〜60cm-1、さらに好ましくは35〜55
cm-1の範囲にある炭素繊維を使用する。かかる炭
素繊維を使用することによつて、高強度のプリフ
オームを安定して効率よく製造することができる
ようになる。このような炭素繊維を使用するの
は、次のような理由による。 すなわち、一般に、炭素繊維は、繊維軸方向に
配向する、ベンゼン環で縮合された細長いリボン
状の多環芳香族分子状断片を構造単位としてい
る。このリボン状断片は、ベンゼン環の縮合度が
極めて高く、芳香族の究極的な化合物とみること
ができるが、それらはいくつか積み重なつて黒鉛
結晶領域を形成している（「工業材料」、第26巻、
第41〜44頁、1978年７月）。したがつて、炭素繊
維の黒鉛化度と上述した劣化反応とは密接な関係
がある。炭素繊維の黒鉛化度は、プリカーサーの
種類や黒鉛化の際の延伸度等にも影響されるが、
焼成温度に大きく依存する。そこで、発明者は、
まず黒鉛化度と劣化反応との関係を検討し、炭素
繊維の極く表層における黒鉛化度が劣化反応に大
きな影響を及ぼしていること、また、黒鉛化度
は、焼成温度だけではなく、表面の酸化処理の程
度にも依存し、レーザーラマン分光分析における
２／３幅とよく対応していることを見出した。さら
に、発明者は、2/3幅と、プリフオームの引張強
度と、収率との関係について検討を重ね、2/3幅
が25〜75cm-1の範囲にある炭素繊維を使用する
と、高い引張強度を有するプリフオームを安定し
て効率よく製造できることを見出した。 上述した炭素繊維を使用すると、製造工程でプ
リフオーム中に生成するAl4C3と、炭素繊維との
重量の比、すなわちAl4C3／Ｃ（以下、重量比と
いう）が、極く微量の0.01以下になつて、上述し
た劣化反応によるプリフオームの引張強度の低下
を防止できるようになる。しかも、そのような炭
素繊維は、濡れ性付与の目的で被覆する物質が容
易に付着する程度の表面エネルギーを有してい
て、収率も大きく向上する。2/3幅が75cm-1を超
える炭素繊維は、劣化反応が激しいためにプリフ
オームの引張強度が極端に低くなり、また、25cm
-1未満のものは、表層の黒鉛化度が非常に高いた
めに表面エネルギーが小さく、被覆される物質と
の接着性に乏しくて収率が著しく悪くなる。な
お、重量比は、プリフオームを6Nの塩酸に浸漬
し、発生するガス中のメタンの濃度をガスクロマ
トグラフイによつて定量し、計算によつて求め
る。 ここで、レーザーラマン分光分析は、物質にレ
ーザー光を照射したとき、その物質に特有な量だ
け波長がシフトした散乱光が出てくる現象（ラマ
ン効果）を利用して物質の分子構造に関する情報
を得るものであり、この発明においては、この分
析を、仏国ジヨバン・イボン（Jobin Yvon）社
製レーザーラマンシステム“Ramanor”Ｕ−
1000を使用し、ホルダーに取り付けた炭素繊維束
に窒素雰囲気中にて波長514.5nmのアルゴンイオ
ンレーザーをあて、ラマン散乱光を集光した後ダ
ブルグレーデイングで分光し、その光をフオトマ
ルチメーターで検出し、フオトンカウンテイング
方式（Photon Counting System）によつてスペ
クトルを測定するとともにチヤート上に記録し、
チヤート上から2/3幅を読み取ることによつて行
う。 さて、この発明においては、上述した炭素繊維
の連続繊維束の各単繊維に、アルミニウム合金と
の濡れ性を向上させるための炭素、炭化ケイ素、
チタン、炭化チタン、ホウ素およびホウ化チタン
から選ばれた１種または２種の物質を被覆する。
被覆操作は、特公昭59−12733号公報に記載され
ている化学気相蒸着法（CVD法）や、溶射等の
物理蒸着法（PVD法）等、周知の方法によつて
行えばよい。 この発明においては、次に、各単繊維に濡れ性
付与物質が被覆されている連続繊維束に、アルミ
ニウム合金を含浸し、凝固させてプリフオームを
得る。この含浸は、アルミニウム合金の溶湯に連
続繊維束を浸漬し、走行せしめることによつて行
う。ここで、マトリクスとしては、銅の量が0.1
重量％以下で、ケイ素の量が0.45重量％以下であ
るアルミニウム合金を使用する。 すなわち、発明者は、炭素繊維とマトリクスと
の界面に着目して検討を重ねた結果、マトリクス
であるアルミニウム合金中における化学成分のう
ち、銅とケイ素が、プリフオームの製造中におけ
る、溶融したアルミニウム合金の凝固過程におい
て炭素繊維の表面に優先的に脆性な共晶組織を形
成する傾向が極めて高く、特に処理CFを使用し
たときにプリフオームの強度低下が著しいことを
見出した。したがつて、アルミニウム合金中に含
まれる銅とケイ素は可能な限り少ないほうが好ま
しいが、上述したように、銅が0.1重量％以下、
ケイ素が0.45重量％以下であれば問題はない。好
ましい銅の量は0.05重量％であり、さらに好まし
くは0.03重量％である。また、好ましいケイ素の
量は0.3重量％以下、さらに好ましくは0.2重量％
以下である。銅とケイ素以外のものについては、
鉄が0.5重量％以下、マンガンが1.5重量％以下、
マグネシウムが６重量％以下、クロムが0.35重量
％以下、亜鉛が0.25重量％以下、チタンが0.2重
量％以下であるのが好ましい。 かくして、この発明のプリフオームが得られる
が、このプリフオームを使用したCF／Alの成形
は、周知の、ホツトプレス成形法、ロール成形
法、引抜成形法等の、いわゆる固相法や、液相法
等によることができる。 実施例 実施例 １ アクリル酸を共重合させたポリアクリロニトリ
ル系重合体を、ジメチルスルオキシドを溶媒と
し、水を凝固剤として湿式紡糸し、単繊維数が
3000本であるアクリル繊維の連続繊維束を得た。 次に、上記連続繊維束を、酸化性雰囲気中にて
240℃で２時間焼成して耐炎化し、さらに窒素雰
囲気中にて1800〜2800℃の範囲で焼成温度を変え
て熱処理して炭素繊維の連続繊維束とした後、そ
の連続繊維束を陽極とし、通電ローラーを介して
炭素繊維１ｇあたり20〜80クーロンの範囲でエネ
ルギーを与えて表面を酸化処理し、2/3幅が異な
る、第１表に示すNo.１〜５の５種類の炭素繊維の
連続繊維束を得た。すなわち、窒素雰囲気中にお
ける焼成温度と、その後の表面処理における電気
量を変えることで、2/3幅が異なる５種類の炭素
繊維の連続繊維束を得たもので、焼成温度と電気
量は、それぞれ、No.１が2800℃、20クーロン／
ｇ、No.２が2500℃、20クーロン／ｇ、No.３が2500
℃、50クーロン／ｇ、No.４が2000℃、80クーロ
ン／ｇ、No.５が1800℃、80クーロン／ｇである。 次に、No.１〜５の各連続繊維束を、四塩化チタ
ンが3.2重量％、亜鉛が2.5重量％、アルゴンが
94.3重量％である680℃の混合蒸気中で１分間処
理し、各単繊維に厚みが100nmのチタン被覆を施
した。 次に、チタン被覆を施した各連続繊維束を、温
度が665℃で、銅の量が0.02重量％で、ケイ素の
量が0.2重量％であるアルミニウム合金（JIS
1100）の溶湯に通し、引き上げながらアルミニウ
ム合金を凝固させ、Vfが約50％の５種類のプリ
フオームを得た。 次に、上記５種類のプリフオームについて、株
式会社島津製作所製オートグラフAG−500Bを用
いて、引張速度２mm／分の条件で引張試験をし
た。試験結果を第１表に示す。 第１表から、高い収率で、しかも、高い引張強
度を有するプリフオームは、2/3幅が25〜75cm-1
の範囲にある炭素繊維を使用した場合に限られる
ことがわかる。ここで、収率は、式、 収率＝［得られたプリフオームの長さ／アルミニ
ウム合金の溶湯に供給された炭素繊維の連続繊
維束の長さ］×100 として定義されるものである。また、強度発現率
は、プリフオームの任意の位置から長さ290mmの
試験片を合計20本採取し、それぞれの引張強度を
測定して、式、 強度発現率＝［試験片の引張強度／（炭素繊維の
連続繊維束の引張強度×Vf）］×100 で求めた。 実施例 ２ 実施例１における、2/3幅が52cm-1であるNo.３
の炭素繊維の連続繊維束を使用し、それを構成し
ている各単繊維に第２表に示す被覆を施し、次い
で上記アルミニウム合金を含浸することによつ
て、10種類の、Vfが約50％のプリフオームを製
造し、同様に引張試験を行なつた。 その結果、第２表に示すように、この発明にお
ける被覆を有するものは、強度発現率、収率とも
に高かつたが、それ以外のものは、プリフオーム
の形態にほとんどならなかつた。 実施例 ３ 実施例１におけるNo.３の炭素繊維を使用し、こ
れを三塩化ホウ素が1.2重量％で、四塩化チタン
が5.1重量％で、アルゴンが93.7重量％である680
℃の混合蒸気中で１分間処理し、各単繊維に厚み
が30nmのホウ化チタン被覆を施した。 次に、ホウ化チタン被覆を施した連続繊維束
に、第３表に示すアルミニウム合金を含浸し、
Vfが約50％である４種類のプリフオームを製造
し、得られた各プリフオームについて同様に引張
試験をした。試験結果を第３表に示す。 第３表に示すように、いずれのプリフオームも
高い収率で製造できるが、強度発現率が高いの
は、銅の量が0.1重量％以下で、ケイ素の量が
0.45重量％以下の範囲にあるアルミニウム合金を
使用したものに限られることがわかる。
合金（以下、CF／A1という）を成形するときに
素材として使用するワイヤプリフオーム（以下、
プリフオームという）に関する。 従来の技術 炭素繊維を強化材とし、金属をマトリクスとす
る炭素繊維強化金属（以下、CFRMという）は、
金属のみからなるものにくらべで比強度や比弾性
率が高いことから、いろいろな分野で注目されて
いる。なかでも、アルミニウム合金をマトリクス
とするCFRM、すなわちCF／A1は、比強度や比
弾性率が特に優れていることから、軽量構造材と
して、航空・宇宙分野をはじめとする分野で大き
な期待が寄せられている。 ところで、一般に、炭素繊維は、溶融したアル
ミニウム合金との濡れ性に乏しく、しかも、高温
でアルミニウムと容易に反応して特性が低下する
という性質があり、そのため、濡れ性を改善した
り、反応を防止したりするためのいろいろな工夫
がなされている。 たとえば、特公昭59−12733号公報には、炭素
繊維に、ホウ化チタンや、炭化チタンとホウ化チ
タンとの混合物を被覆することが濡れ性の改善に
有効であることが記載されている。しかしなが
ら、この方法では、炭素繊維とアルミニウムとの
反応を十分に防止できず、炭素繊維として、いわ
ゆる高強度タイプと呼ばれる米国ユニオンカーバ
イド社の“Thornel”300を使用し、アルミニウ
ム合金としてAA202を使用した場合でも、 4Al＋3C→Al4C3 なる反応が起こり、引張強度は、炭素繊維の体積
含有率（以下、Vfという）が29％のときでわず
かに0.24GPaにすぎない（“Jou.of Composite
Materials”、第10巻、第279〜296頁、1976年10
月）。 一方、特開昭61−69448号公報には、炭素繊維
に炭素を被覆し、その上に金属炭化物等を主成分
とする物質をさらに被覆すると、劣化反応が防止
され、複合則の86％の引張強度をもつプリフオー
ムが得られるむねの記載がある。しかしながら、
濡れ性はほとんど改善されないので、チタンやホ
ウ素等を主成分とする物質をさらに被覆する必要
がでてくる。これは、製造コストの面で大変不利
である。また、工程も煩雑になる。 そこで、特開昭61−130439号発明においては、
アルミニウムとの反応性が低い、引張弾性率が
373GPa（38トン／mm2）以上で、しかも、表面酸化
処理を施していない炭素繊維（以下、無処理CF
という）の連続繊維束に溶融アルミニウム合金を
含浸し、Vfが50％で引張強度が1.5GPAのプリフ
オームを得ている。すなわち、高弾性率の無処理
CFは、不活性、すなわち表面エネルギーが小さ
いために、表面酸化処理が施されている炭素繊維
（以下、処理CFという）を使用するときにくらべ
て劣化反応が起こりにくい。しかしながら、なお
十分であるとはいえない。 発明が解決しようとする課題 この発明の目的は、従来のプリフオームの上述
した問題点を解決し、強度に優れたCF／Al用プ
リフオームを提供するにある。 課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、この発明は、レー
ザーラマン分光分析によつて得られるスペクトル
のうち、波数1585cm-1付近の、黒鉛構造のE2ｇ
対称の振動によるラマンバンドのピーク高さの2/
３におけるバンド幅が25〜75cm-1である炭素繊維
の連続繊維束に、銅の量が0.1重量％以下で、ケ
イ素の量が0.45重量％以下であるアルミニウム合
金が含浸され、かつ、上記炭素繊維の連続繊維束
を構成している各単繊維には、炭素、炭化ケイ
素、チタン、炭化チタン、ホウ素およびホウ化チ
タンから選ばれた１種または２種の物質が被覆さ
れていることを特徴とする炭素繊維強化アルミニ
ウム合金用ワイヤプリフオームを提供する。 以下、この発明のプリフオームをその製造方法
とともにさらに詳細に説明する。 この発明においては、連続繊維束の形態の炭素
繊維を使用する。炭素繊維は、ポリアクリロニト
リル系、ピツチ系、レーヨン系等、いずれであつ
てもよいが、ポリアクリロニトリル系炭素繊維が
最も好ましい。また、炭素繊維は、無処理CFで
あつても、処理CFであつても、いずれでもよい。
処理CFを使用する場合、処理は、一般に行われ
ている方法によることができる。すなわち、たと
えば、炭素繊維を、それを陽極として通電ローラ
を介して直流電流を流しながら0.01〜1N水酸化
ナトリウム水溶液中に通し、炭素繊維にその１ｇ
あたり５〜2000クーロン、好ましくは５〜1000ク
ーロン、さらに好ましくは５〜500クーロンのエ
ネルギーを与えることによつて行うことができ
る。 また、この発明においては、レーザーラマン分
光分析によつて分析したとき、黒鉛構造のE2ｇ
対称の振動によるものであるといわれる波数1585
cm-1付近におけるラマンバンド（以下、結晶バン
ドという）のピーク高さ（強度）の2/3における
バンド幅（以下、2/3幅という）が、25〜75cm-1、
好ましくは30〜60cm-1、さらに好ましくは35〜55
cm-1の範囲にある炭素繊維を使用する。かかる炭
素繊維を使用することによつて、高強度のプリフ
オームを安定して効率よく製造することができる
ようになる。このような炭素繊維を使用するの
は、次のような理由による。 すなわち、一般に、炭素繊維は、繊維軸方向に
配向する、ベンゼン環で縮合された細長いリボン
状の多環芳香族分子状断片を構造単位としてい
る。このリボン状断片は、ベンゼン環の縮合度が
極めて高く、芳香族の究極的な化合物とみること
ができるが、それらはいくつか積み重なつて黒鉛
結晶領域を形成している（「工業材料」、第26巻、
第41〜44頁、1978年７月）。したがつて、炭素繊
維の黒鉛化度と上述した劣化反応とは密接な関係
がある。炭素繊維の黒鉛化度は、プリカーサーの
種類や黒鉛化の際の延伸度等にも影響されるが、
焼成温度に大きく依存する。そこで、発明者は、
まず黒鉛化度と劣化反応との関係を検討し、炭素
繊維の極く表層における黒鉛化度が劣化反応に大
きな影響を及ぼしていること、また、黒鉛化度
は、焼成温度だけではなく、表面の酸化処理の程
度にも依存し、レーザーラマン分光分析における
２／３幅とよく対応していることを見出した。さら
に、発明者は、2/3幅と、プリフオームの引張強
度と、収率との関係について検討を重ね、2/3幅
が25〜75cm-1の範囲にある炭素繊維を使用する
と、高い引張強度を有するプリフオームを安定し
て効率よく製造できることを見出した。 上述した炭素繊維を使用すると、製造工程でプ
リフオーム中に生成するAl4C3と、炭素繊維との
重量の比、すなわちAl4C3／Ｃ（以下、重量比と
いう）が、極く微量の0.01以下になつて、上述し
た劣化反応によるプリフオームの引張強度の低下
を防止できるようになる。しかも、そのような炭
素繊維は、濡れ性付与の目的で被覆する物質が容
易に付着する程度の表面エネルギーを有してい
て、収率も大きく向上する。2/3幅が75cm-1を超
える炭素繊維は、劣化反応が激しいためにプリフ
オームの引張強度が極端に低くなり、また、25cm
-1未満のものは、表層の黒鉛化度が非常に高いた
めに表面エネルギーが小さく、被覆される物質と
の接着性に乏しくて収率が著しく悪くなる。な
お、重量比は、プリフオームを6Nの塩酸に浸漬
し、発生するガス中のメタンの濃度をガスクロマ
トグラフイによつて定量し、計算によつて求め
る。 ここで、レーザーラマン分光分析は、物質にレ
ーザー光を照射したとき、その物質に特有な量だ
け波長がシフトした散乱光が出てくる現象（ラマ
ン効果）を利用して物質の分子構造に関する情報
を得るものであり、この発明においては、この分
析を、仏国ジヨバン・イボン（Jobin Yvon）社
製レーザーラマンシステム“Ramanor”Ｕ−
1000を使用し、ホルダーに取り付けた炭素繊維束
に窒素雰囲気中にて波長514.5nmのアルゴンイオ
ンレーザーをあて、ラマン散乱光を集光した後ダ
ブルグレーデイングで分光し、その光をフオトマ
ルチメーターで検出し、フオトンカウンテイング
方式（Photon Counting System）によつてスペ
クトルを測定するとともにチヤート上に記録し、
チヤート上から2/3幅を読み取ることによつて行
う。 さて、この発明においては、上述した炭素繊維
の連続繊維束の各単繊維に、アルミニウム合金と
の濡れ性を向上させるための炭素、炭化ケイ素、
チタン、炭化チタン、ホウ素およびホウ化チタン
から選ばれた１種または２種の物質を被覆する。
被覆操作は、特公昭59−12733号公報に記載され
ている化学気相蒸着法（CVD法）や、溶射等の
物理蒸着法（PVD法）等、周知の方法によつて
行えばよい。 この発明においては、次に、各単繊維に濡れ性
付与物質が被覆されている連続繊維束に、アルミ
ニウム合金を含浸し、凝固させてプリフオームを
得る。この含浸は、アルミニウム合金の溶湯に連
続繊維束を浸漬し、走行せしめることによつて行
う。ここで、マトリクスとしては、銅の量が0.1
重量％以下で、ケイ素の量が0.45重量％以下であ
るアルミニウム合金を使用する。 すなわち、発明者は、炭素繊維とマトリクスと
の界面に着目して検討を重ねた結果、マトリクス
であるアルミニウム合金中における化学成分のう
ち、銅とケイ素が、プリフオームの製造中におけ
る、溶融したアルミニウム合金の凝固過程におい
て炭素繊維の表面に優先的に脆性な共晶組織を形
成する傾向が極めて高く、特に処理CFを使用し
たときにプリフオームの強度低下が著しいことを
見出した。したがつて、アルミニウム合金中に含
まれる銅とケイ素は可能な限り少ないほうが好ま
しいが、上述したように、銅が0.1重量％以下、
ケイ素が0.45重量％以下であれば問題はない。好
ましい銅の量は0.05重量％であり、さらに好まし
くは0.03重量％である。また、好ましいケイ素の
量は0.3重量％以下、さらに好ましくは0.2重量％
以下である。銅とケイ素以外のものについては、
鉄が0.5重量％以下、マンガンが1.5重量％以下、
マグネシウムが６重量％以下、クロムが0.35重量
％以下、亜鉛が0.25重量％以下、チタンが0.2重
量％以下であるのが好ましい。 かくして、この発明のプリフオームが得られる
が、このプリフオームを使用したCF／Alの成形
は、周知の、ホツトプレス成形法、ロール成形
法、引抜成形法等の、いわゆる固相法や、液相法
等によることができる。 実施例 実施例 １ アクリル酸を共重合させたポリアクリロニトリ
ル系重合体を、ジメチルスルオキシドを溶媒と
し、水を凝固剤として湿式紡糸し、単繊維数が
3000本であるアクリル繊維の連続繊維束を得た。 次に、上記連続繊維束を、酸化性雰囲気中にて
240℃で２時間焼成して耐炎化し、さらに窒素雰
囲気中にて1800〜2800℃の範囲で焼成温度を変え
て熱処理して炭素繊維の連続繊維束とした後、そ
の連続繊維束を陽極とし、通電ローラーを介して
炭素繊維１ｇあたり20〜80クーロンの範囲でエネ
ルギーを与えて表面を酸化処理し、2/3幅が異な
る、第１表に示すNo.１〜５の５種類の炭素繊維の
連続繊維束を得た。すなわち、窒素雰囲気中にお
ける焼成温度と、その後の表面処理における電気
量を変えることで、2/3幅が異なる５種類の炭素
繊維の連続繊維束を得たもので、焼成温度と電気
量は、それぞれ、No.１が2800℃、20クーロン／
ｇ、No.２が2500℃、20クーロン／ｇ、No.３が2500
℃、50クーロン／ｇ、No.４が2000℃、80クーロ
ン／ｇ、No.５が1800℃、80クーロン／ｇである。 次に、No.１〜５の各連続繊維束を、四塩化チタ
ンが3.2重量％、亜鉛が2.5重量％、アルゴンが
94.3重量％である680℃の混合蒸気中で１分間処
理し、各単繊維に厚みが100nmのチタン被覆を施
した。 次に、チタン被覆を施した各連続繊維束を、温
度が665℃で、銅の量が0.02重量％で、ケイ素の
量が0.2重量％であるアルミニウム合金（JIS
1100）の溶湯に通し、引き上げながらアルミニウ
ム合金を凝固させ、Vfが約50％の５種類のプリ
フオームを得た。 次に、上記５種類のプリフオームについて、株
式会社島津製作所製オートグラフAG−500Bを用
いて、引張速度２mm／分の条件で引張試験をし
た。試験結果を第１表に示す。 第１表から、高い収率で、しかも、高い引張強
度を有するプリフオームは、2/3幅が25〜75cm-1
の範囲にある炭素繊維を使用した場合に限られる
ことがわかる。ここで、収率は、式、 収率＝［得られたプリフオームの長さ／アルミニ
ウム合金の溶湯に供給された炭素繊維の連続繊
維束の長さ］×100 として定義されるものである。また、強度発現率
は、プリフオームの任意の位置から長さ290mmの
試験片を合計20本採取し、それぞれの引張強度を
測定して、式、 強度発現率＝［試験片の引張強度／（炭素繊維の
連続繊維束の引張強度×Vf）］×100 で求めた。 実施例 ２ 実施例１における、2/3幅が52cm-1であるNo.３
の炭素繊維の連続繊維束を使用し、それを構成し
ている各単繊維に第２表に示す被覆を施し、次い
で上記アルミニウム合金を含浸することによつ
て、10種類の、Vfが約50％のプリフオームを製
造し、同様に引張試験を行なつた。 その結果、第２表に示すように、この発明にお
ける被覆を有するものは、強度発現率、収率とも
に高かつたが、それ以外のものは、プリフオーム
の形態にほとんどならなかつた。 実施例 ３ 実施例１におけるNo.３の炭素繊維を使用し、こ
れを三塩化ホウ素が1.2重量％で、四塩化チタン
が5.1重量％で、アルゴンが93.7重量％である680
℃の混合蒸気中で１分間処理し、各単繊維に厚み
が30nmのホウ化チタン被覆を施した。 次に、ホウ化チタン被覆を施した連続繊維束
に、第３表に示すアルミニウム合金を含浸し、
Vfが約50％である４種類のプリフオームを製造
し、得られた各プリフオームについて同様に引張
試験をした。試験結果を第３表に示す。 第３表に示すように、いずれのプリフオームも
高い収率で製造できるが、強度発現率が高いの
は、銅の量が0.1重量％以下で、ケイ素の量が
0.45重量％以下の範囲にあるアルミニウム合金を
使用したものに限られることがわかる。
【表】
【表】
【表】
発明の効果
この発明のプリフオームは、レーザーラマン分
光分析によつて得られるスペクトルのうち、波数
1585cm-1付近の、黒鉛構造のE2ｇ対称の振動に
よるラマンバンドのピーク高さの2/3におけるバ
ンド幅が25〜75cm-1である炭素繊維の連続繊維束
に、銅の量が0.1重量％以下で、ケイ素の量が
0.45重量％以下であるアルミニウム合金が含浸さ
れ、かつ、炭素繊維の連続繊維束を構成している
各単繊維に、炭素、炭化ケイ素、チタン、炭化チ
タン、ホウ素およびホウ化チタンから選ばれた１
種または２種の物質が被覆されているものである
から、実施例と比較例との対比からも明らかなよ
うに、強度が大変高い。しかも、製造上は収率が
優れている。
光分析によつて得られるスペクトルのうち、波数
1585cm-1付近の、黒鉛構造のE2ｇ対称の振動に
よるラマンバンドのピーク高さの2/3におけるバ
ンド幅が25〜75cm-1である炭素繊維の連続繊維束
に、銅の量が0.1重量％以下で、ケイ素の量が
0.45重量％以下であるアルミニウム合金が含浸さ
れ、かつ、炭素繊維の連続繊維束を構成している
各単繊維に、炭素、炭化ケイ素、チタン、炭化チ
タン、ホウ素およびホウ化チタンから選ばれた１
種または２種の物質が被覆されているものである
から、実施例と比較例との対比からも明らかなよ
うに、強度が大変高い。しかも、製造上は収率が
優れている。
Claims (1)
- １ レーザーラマン分光分析によつて得られるス
ペクトルのうち、波数1585cm-1付近の、黒鉛構造
のE2ｇ対称の振動によるラマンバンドのピーク
高さの2/3におけるバンド幅が25〜75cm-1である
炭素繊維の連続繊維束に、銅の量が0.1重量％以
下で、ケイ素の量が0.45重量％以下であるアルミ
ニウム合金が含浸され、かつ、上記炭素繊維の連
続繊維束を構成している各単繊維には、炭素、炭
化ケイ素、チタン、炭化チタン、ホウ素およびホ
ウ化チタンから運ばれた１種または２種の物質が
被覆されていることを特徴とする炭素繊維強化ア
ルミニウム合金用ワイヤプリフオーム。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62149085A JPS63312923A (ja) | 1987-06-17 | 1987-06-17 | 炭素繊維強化アルミニウム合金用ワイヤプリフォーム |
| EP88109489A EP0295635B1 (en) | 1987-06-17 | 1988-06-14 | A preform wire for a carbon fiber reinforced aluminum composite material and a method for manufacturing the same |
| DE3852848T DE3852848T2 (de) | 1987-06-17 | 1988-06-14 | Vorgeformter Draht für kohlenstoffaserverstärkten Aluminiumverbundwerkstoff und Verfahren zu dessen Herstellung. |
| US07/208,039 US4929513A (en) | 1987-06-17 | 1988-06-17 | Preform wire for a carbon fiber reinforced aluminum composite material and a method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62149085A JPS63312923A (ja) | 1987-06-17 | 1987-06-17 | 炭素繊維強化アルミニウム合金用ワイヤプリフォーム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63312923A JPS63312923A (ja) | 1988-12-21 |
| JPH0469214B2 true JPH0469214B2 (ja) | 1992-11-05 |
Family
ID=15467370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62149085A Granted JPS63312923A (ja) | 1987-06-17 | 1987-06-17 | 炭素繊維強化アルミニウム合金用ワイヤプリフォーム |
Country Status (4)
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| EP (1) | EP0295635B1 (ja) |
| JP (1) | JPS63312923A (ja) |
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