JPH05132728A - 複合材料用強化材成形体及びその製造方法 - Google Patents
複合材料用強化材成形体及びその製造方法Info
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- JPH05132728A JPH05132728A JP32525091A JP32525091A JPH05132728A JP H05132728 A JPH05132728 A JP H05132728A JP 32525091 A JP32525091 A JP 32525091A JP 32525091 A JP32525091 A JP 32525091A JP H05132728 A JPH05132728 A JP H05132728A
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Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 複合材への悪影響が殆どなく、且つバインダ
−は強化材表面に薄く均一に付着させるので、強化の効
果は大きい。従って大きなサイズの複合材料の供給が可
能となる。 【構成】 アルミナ質短繊維やホウ酸アルミニウムウィ
スカなどの無機質強化材のバインダ−として、従来の有
機質バインダ−の他に、マグネシウム塩とアルミニウム
塩を新たに添加すると共に水を入れて混合し、この混合
物を所望の型に流し込んで成形体を形成させ、該成形体
を乾燥させると共に焼成して成る複合材料用強化材成形
体及びその製造方法である。
−は強化材表面に薄く均一に付着させるので、強化の効
果は大きい。従って大きなサイズの複合材料の供給が可
能となる。 【構成】 アルミナ質短繊維やホウ酸アルミニウムウィ
スカなどの無機質強化材のバインダ−として、従来の有
機質バインダ−の他に、マグネシウム塩とアルミニウム
塩を新たに添加すると共に水を入れて混合し、この混合
物を所望の型に流し込んで成形体を形成させ、該成形体
を乾燥させると共に焼成して成る複合材料用強化材成形
体及びその製造方法である。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はアルミニウム合金やマグ
ネシウム合金等を強化するために用いる複合材料用強化
材成形体及びその製造方法に関する。
ネシウム合金等を強化するために用いる複合材料用強化
材成形体及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に短繊維またはウィスカを用いて強
化するアルミニウム合金基複合材料等の高圧鋳造による
製造に於いて、複合材料の形状や繊維の体積率,分散状
態の制御のために、アルミナ質短繊維やホウ酸アルミニ
ウムウィスカなどの無機質強化材を予め有機質バインダ
−或いはSiO2で固定させ、強化材成形体を形成し、
その強化材成形体にアルミニウム合金やマグネシウム合
金等を含浸させて複合材の強化が行われている。
化するアルミニウム合金基複合材料等の高圧鋳造による
製造に於いて、複合材料の形状や繊維の体積率,分散状
態の制御のために、アルミナ質短繊維やホウ酸アルミニ
ウムウィスカなどの無機質強化材を予め有機質バインダ
−或いはSiO2で固定させ、強化材成形体を形成し、
その強化材成形体にアルミニウム合金やマグネシウム合
金等を含浸させて複合材の強化が行われている。
【0003】この前記強化材成形体の第1製造方法とし
ては、先ずアルミナ質短繊維やホウ酸アルミニウムウィ
スカなどの無機質強化材に水と有機質バインダ−とを添
加して混合し、この混合物を所望の型に流し込んで成形
体を形成させ、該成形体を乾燥させると共に焼成して成
す製造方法である。
ては、先ずアルミナ質短繊維やホウ酸アルミニウムウィ
スカなどの無機質強化材に水と有機質バインダ−とを添
加して混合し、この混合物を所望の型に流し込んで成形
体を形成させ、該成形体を乾燥させると共に焼成して成
す製造方法である。
【0004】また前記強化材成形体の第2製造方法とし
ては、前記無機質強化材に水とSiO2ゾル、或いは必
要に応じて有機質バインダ−を添加させて混合し、この
混合物を所望の型に流し込んで成形体を形成させ、該成
形体を乾燥させると共に焼成して成す製造方法である。
ては、前記無機質強化材に水とSiO2ゾル、或いは必
要に応じて有機質バインダ−を添加させて混合し、この
混合物を所望の型に流し込んで成形体を形成させ、該成
形体を乾燥させると共に焼成して成す製造方法である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第1製
造方法によって得られた強化材成形体は、乾燥された状
態では強度が大きいが、それを焼成すると有機質バイン
ダ−が燃えて無くなり、前記有機質バインダ−はバイン
ダ−としての役目を失ってしまう。このため、前記強化
材成形体の強度が著しく低下し、輸送中に強化材成形体
は破損され易く、且つ高圧鋳造する際、それを金型にセ
ットする時にも破損し易くなる。従って、高圧鋳造して
金属湯を含浸させ複合化する時に前記強化材成形体が容
易に破損されてしまう事故は多く発生していた。
造方法によって得られた強化材成形体は、乾燥された状
態では強度が大きいが、それを焼成すると有機質バイン
ダ−が燃えて無くなり、前記有機質バインダ−はバイン
ダ−としての役目を失ってしまう。このため、前記強化
材成形体の強度が著しく低下し、輸送中に強化材成形体
は破損され易く、且つ高圧鋳造する際、それを金型にセ
ットする時にも破損し易くなる。従って、高圧鋳造して
金属湯を含浸させ複合化する時に前記強化材成形体が容
易に破損されてしまう事故は多く発生していた。
【0006】又、第2製造方法によって得られた強化材
成形体は、焼成時に有機質バインダ−が燃えて無くなっ
てしまうが、SiO2が残存しているので、著しい強度
の低下は無くなる。しかし、この強化材成形体は、高圧
鋳造してアルミニウム合金やマグネシウム合金等の金属
湯を含浸させて複合化を行うと、前記SiO2は前記金
属湯に接する時に、容易に還元されSiが合金中に溶解
すると共にγ−Al2O3が強化材の表面に生成する。こ
の生成したSiは凝固組織に粗大粒子として複合材の欠
陥とも成り、またアルミニウム合金やマグネシウム合金
等の重要な合金元素であるMgを容易に奪う。この結
果、バインダ−であるSiO2が消滅して強化材成形体
の軟化を引き起こし、強度が激減する。該軟化の現象は
特に寸法の大きな複合材を製造する時に影響が大きくな
り、従って寸法の大きな複合材の製造が出来ない等の問
題点があった。
成形体は、焼成時に有機質バインダ−が燃えて無くなっ
てしまうが、SiO2が残存しているので、著しい強度
の低下は無くなる。しかし、この強化材成形体は、高圧
鋳造してアルミニウム合金やマグネシウム合金等の金属
湯を含浸させて複合化を行うと、前記SiO2は前記金
属湯に接する時に、容易に還元されSiが合金中に溶解
すると共にγ−Al2O3が強化材の表面に生成する。こ
の生成したSiは凝固組織に粗大粒子として複合材の欠
陥とも成り、またアルミニウム合金やマグネシウム合金
等の重要な合金元素であるMgを容易に奪う。この結
果、バインダ−であるSiO2が消滅して強化材成形体
の軟化を引き起こし、強度が激減する。該軟化の現象は
特に寸法の大きな複合材を製造する時に影響が大きくな
り、従って寸法の大きな複合材の製造が出来ない等の問
題点があった。
【0007】図4は金属湯にMgが固溶されて減少する
状態を説明する図であり、これは図1の状態から切り出
された従来品サンプル、縦100mm,横100mmの断面
におけるMg分布を示した図である。このMg分布状態
を詳細に説明すると、強化材成形体の上方から金属湯が
注入されて浸透しながら複合材を製作する関係上、下方
へ行くに従ってMgが減少し、又、周囲からも金属湯が
浸透する関係上、中心部へ行くに従ってMgを減少させ
ることが判明した。この結果、複合材の強度は所望の半
分以下の強度に低下してしまう箇所が発生することも他
の実験で判明し、且つ、この強度低下原因はバインダ−
のSiO2にあることが突き止めるに至ったのである。
そこで本発明者はSiO2に代替出来る安定した新たな
バインダ−の開発に着眼したのである。
状態を説明する図であり、これは図1の状態から切り出
された従来品サンプル、縦100mm,横100mmの断面
におけるMg分布を示した図である。このMg分布状態
を詳細に説明すると、強化材成形体の上方から金属湯が
注入されて浸透しながら複合材を製作する関係上、下方
へ行くに従ってMgが減少し、又、周囲からも金属湯が
浸透する関係上、中心部へ行くに従ってMgを減少させ
ることが判明した。この結果、複合材の強度は所望の半
分以下の強度に低下してしまう箇所が発生することも他
の実験で判明し、且つ、この強度低下原因はバインダ−
のSiO2にあることが突き止めるに至ったのである。
そこで本発明者はSiO2に代替出来る安定した新たな
バインダ−の開発に着眼したのである。
【0008】本発明は強化材成形体の強度を充分に保
ち、且つアルミニウム合金やマグネシウム合金等の金属
湯に対して熱的強度が極めて安定可能となり、しかも大
きな寸法の複合材用の強化も可能と成る複合材料用強化
材成形体及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
ち、且つアルミニウム合金やマグネシウム合金等の金属
湯に対して熱的強度が極めて安定可能となり、しかも大
きな寸法の複合材用の強化も可能と成る複合材料用強化
材成形体及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を消
去するためになされたものであり、つまり複合材料用強
化材成形体は、アルミナ質短繊維やホウ酸アルミニウム
ウィスカなどの無機質強化材のバインダ−として、従来
の有機質バインダ−の他に、マグネシウム塩とアルミニ
ウム塩を新たに添加させて成る。またその製造方法は、
前記無機質強化に、マグネシウム塩とアルミニウム塩を
少なくとも添加すると共に水を入れて混合し、この混合
物を所望の型に流し込んで成形体を形成させ、該成形体
を乾燥させると共に焼成して成る強化材成形体の製造方
法である。
去するためになされたものであり、つまり複合材料用強
化材成形体は、アルミナ質短繊維やホウ酸アルミニウム
ウィスカなどの無機質強化材のバインダ−として、従来
の有機質バインダ−の他に、マグネシウム塩とアルミニ
ウム塩を新たに添加させて成る。またその製造方法は、
前記無機質強化に、マグネシウム塩とアルミニウム塩を
少なくとも添加すると共に水を入れて混合し、この混合
物を所望の型に流し込んで成形体を形成させ、該成形体
を乾燥させると共に焼成して成る強化材成形体の製造方
法である。
【0010】
【作用】次に本発明の作用を実験を通して詳細に説明す
る。先ずホウ酸アルミニウムウィスカ(9Al2O3・2
B2O3 四国化成工業アルボレックスG)を100部
と、マグネシウム塩(MgCl2・6H2O)を3.5部
と、アルミニウム塩(AlCl3・6H2O)を5部とか
ら成る本発明の強化材成形体が、ウィスカ体積率20
%,直径100mm,高さ100mmの円柱状に予め形成さ
れ焼成したものを用意する。又、ホウ酸アルミニウムウ
ィスカ(9Al2O3・2B2O3)を100部と、SiO
2ゾルを2部とから成る従来の強化材成形体が上記条件
の円柱状に予め形成され焼成したものを用意して置く。
次に本発明品と従来品の強化材成形体を所定の金型に順
次セットする。尚、この時、前記強化材成形体は800
℃に加熱し、金型も250℃に予め加熱された状態のも
のを使用する。強化材成形体をセットした後、予め加熱
された金属湯(Al−1重量%Mg−0.6重量%S
i)を前記金型に注入し、強化材成形体へ金属湯が充分
に浸透するように鋳造加圧力1000Kg/cm2を加えて鋳
造を行う。そして複合化されたものは直径100mm,高
さ100mmの円柱状に形成して複合材が製造されるので
ある。
る。先ずホウ酸アルミニウムウィスカ(9Al2O3・2
B2O3 四国化成工業アルボレックスG)を100部
と、マグネシウム塩(MgCl2・6H2O)を3.5部
と、アルミニウム塩(AlCl3・6H2O)を5部とか
ら成る本発明の強化材成形体が、ウィスカ体積率20
%,直径100mm,高さ100mmの円柱状に予め形成さ
れ焼成したものを用意する。又、ホウ酸アルミニウムウ
ィスカ(9Al2O3・2B2O3)を100部と、SiO
2ゾルを2部とから成る従来の強化材成形体が上記条件
の円柱状に予め形成され焼成したものを用意して置く。
次に本発明品と従来品の強化材成形体を所定の金型に順
次セットする。尚、この時、前記強化材成形体は800
℃に加熱し、金型も250℃に予め加熱された状態のも
のを使用する。強化材成形体をセットした後、予め加熱
された金属湯(Al−1重量%Mg−0.6重量%S
i)を前記金型に注入し、強化材成形体へ金属湯が充分
に浸透するように鋳造加圧力1000Kg/cm2を加えて鋳
造を行う。そして複合化されたものは直径100mm,高
さ100mmの円柱状に形成して複合材が製造されるので
ある。
【0011】前記本発明品を用いたものと、従来品を用
いたものをそれぞれの複合材から図1に示す如き寸法の
サンプルを切り出す。つまり縦100mm,横100mm,
幅10mmのサンプルを切り出し、それを更に上から下方
に向って10mmの幅で順次小きざみにし、図2に示す如
きNo01〜No10迄のサンプルを作り、それらをT6処
理して引張試験片とする。処理後、本発明品の引張試験
片と従来品の引張試験片とを室温で引張試験を行う。そ
の試験結果は図3に示す如く本発明品は白丸で示し、従
来品は黒丸で示すデ−タ−を得た。
いたものをそれぞれの複合材から図1に示す如き寸法の
サンプルを切り出す。つまり縦100mm,横100mm,
幅10mmのサンプルを切り出し、それを更に上から下方
に向って10mmの幅で順次小きざみにし、図2に示す如
きNo01〜No10迄のサンプルを作り、それらをT6処
理して引張試験片とする。処理後、本発明品の引張試験
片と従来品の引張試験片とを室温で引張試験を行う。そ
の試験結果は図3に示す如く本発明品は白丸で示し、従
来品は黒丸で示すデ−タ−を得た。
【0012】このデ−タ−から分かるように本発明品
は、従来品の強度バラツキが約3割もあるのに比べ、強
度バラツキが約1割であり、複合材の位置による変化が
少ない。また最低強度を比べると、本発明品は従来品よ
りも約5割向上したことが確認された。尚、強化材成形
体の結合部分のX線回折分析を行ったところ、ホウ酸ア
ルミニウムの他にMgAl2O4のピ−クが現われ、Mg
Al2O4(スピネル)が生成されてバインダ−の役目を
充分に成していることが判明した。又、この強化材成形
体の中のウィスカの結合部分は、焼成後は金属湯と反応
しないスピネルがMgCl2(マグネシウム塩)とAl
Cl3(アルミニウム塩)とによって生じ、それがウィ
スカの間で結合がされている状態が確認された。更にE
PMAによる線分析を行って確認したところ、明らかな
Mgの偏析の様子は観察されなかった。従ってバインダ
−はMgAl2O4(スピネル)になっており、この成分
はMgやAlとの反応は殆ど起こっていない。
は、従来品の強度バラツキが約3割もあるのに比べ、強
度バラツキが約1割であり、複合材の位置による変化が
少ない。また最低強度を比べると、本発明品は従来品よ
りも約5割向上したことが確認された。尚、強化材成形
体の結合部分のX線回折分析を行ったところ、ホウ酸ア
ルミニウムの他にMgAl2O4のピ−クが現われ、Mg
Al2O4(スピネル)が生成されてバインダ−の役目を
充分に成していることが判明した。又、この強化材成形
体の中のウィスカの結合部分は、焼成後は金属湯と反応
しないスピネルがMgCl2(マグネシウム塩)とAl
Cl3(アルミニウム塩)とによって生じ、それがウィ
スカの間で結合がされている状態が確認された。更にE
PMAによる線分析を行って確認したところ、明らかな
Mgの偏析の様子は観察されなかった。従ってバインダ
−はMgAl2O4(スピネル)になっており、この成分
はMgやAlとの反応は殆ど起こっていない。
【0013】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。先
ず、無機質強化材としてホウ酸アルミニウムウィスカ
(9Al2O3・2B2O3)を用い、マグネシウム塩とし
てMgCl2・6H2Oを用い、アルミニウム塩にはAl
Cl3・6H2Oを用いる。また有機質バインダ−として
ポリビニルアルコ−ルを用いる。尚、前記マグネシウム
塩としてはMgCl2以外に、MgSO4,Mg(N
O3)2などを用い、前記アルミニウム塩としてはAlC
l3以外に、Al2(SO4)3,アルミニウムみょうばん
等を用い、更に前記有機質バインダ−としてはポリビニ
ルアルコ−ル以外に、カルボキシメチルセルロ−ス,で
んぷん等を用いても良い。
ず、無機質強化材としてホウ酸アルミニウムウィスカ
(9Al2O3・2B2O3)を用い、マグネシウム塩とし
てMgCl2・6H2Oを用い、アルミニウム塩にはAl
Cl3・6H2Oを用いる。また有機質バインダ−として
ポリビニルアルコ−ルを用いる。尚、前記マグネシウム
塩としてはMgCl2以外に、MgSO4,Mg(N
O3)2などを用い、前記アルミニウム塩としてはAlC
l3以外に、Al2(SO4)3,アルミニウムみょうばん
等を用い、更に前記有機質バインダ−としてはポリビニ
ルアルコ−ル以外に、カルボキシメチルセルロ−ス,で
んぷん等を用いても良い。
【0014】次に本発明の製造方法について説明する
と、先ずホウ酸アルミニウムウィスカ(9Al2O3・2
B2O3)を100部に、MgCl2・6H2Oを3〜3.
5部と、AlCl3・6H2Oを4.5〜5部と、ポリビ
ニルアルコ−ル2〜3部とを添加すると共に水を100
0部入れて混合させる。そしてこの混合物を所望の型に
流し込んで成形体を形成する。尚、この成形体の大きさ
は焼成後、直径100mm,高さ100mm,ウィスカ体積
率20%の円柱状に成るように予め設定させておく。次
に前記成形体を型から出して自然乾燥させるか或いは急
ぎの時には約100℃の温度で乾燥させる。乾燥後、こ
の成形体を800〜1000℃の温度で約2時間焼成さ
せて強化材成形体が完成するのである。尚、前記乾燥時
間,焼成時間は成形体の大きさによって変化する。又前
記MgCl2・6H2Oの添加量は最小値0.1部〜最大
値7部とし、前記AlCl3・6H2Oの添加量は最小値
0.5部〜最大値7部とする。この最小値よりもマグネ
シウム塩,アルミニウム塩の添加量が少なくなると、バ
インダ−の役目が出来なくなり、又、この最大値よりも
添加量が多くなると、強化材と金属湯とのぬれが悪くな
り、強化に対して悪影響を生じるのである。
と、先ずホウ酸アルミニウムウィスカ(9Al2O3・2
B2O3)を100部に、MgCl2・6H2Oを3〜3.
5部と、AlCl3・6H2Oを4.5〜5部と、ポリビ
ニルアルコ−ル2〜3部とを添加すると共に水を100
0部入れて混合させる。そしてこの混合物を所望の型に
流し込んで成形体を形成する。尚、この成形体の大きさ
は焼成後、直径100mm,高さ100mm,ウィスカ体積
率20%の円柱状に成るように予め設定させておく。次
に前記成形体を型から出して自然乾燥させるか或いは急
ぎの時には約100℃の温度で乾燥させる。乾燥後、こ
の成形体を800〜1000℃の温度で約2時間焼成さ
せて強化材成形体が完成するのである。尚、前記乾燥時
間,焼成時間は成形体の大きさによって変化する。又前
記MgCl2・6H2Oの添加量は最小値0.1部〜最大
値7部とし、前記AlCl3・6H2Oの添加量は最小値
0.5部〜最大値7部とする。この最小値よりもマグネ
シウム塩,アルミニウム塩の添加量が少なくなると、バ
インダ−の役目が出来なくなり、又、この最大値よりも
添加量が多くなると、強化材と金属湯とのぬれが悪くな
り、強化に対して悪影響を生じるのである。
【0015】
【発明の効果】このように本発明品の強化材成形体が用
いられて複合材を製作することにより、従来のSiO2
のバインダ−を用いた場合に生じていたSi粒子の生成
やMgの反応による偏析などが殆ど無くなり、複合材へ
の悪影響等の問題が解決できる。
いられて複合材を製作することにより、従来のSiO2
のバインダ−を用いた場合に生じていたSi粒子の生成
やMgの反応による偏析などが殆ど無くなり、複合材へ
の悪影響等の問題が解決できる。
【0016】又、バインダ−はマグネシウム塩とアルミ
ニウム塩を用いるので、混合してもゲル化されず溶液状
であるため、強化材表面に薄く均一に付着し、その結
果、強化の効果は大きく、強化材成形体の強度及び複合
材の強度も向上可能と成る。
ニウム塩を用いるので、混合してもゲル化されず溶液状
であるため、強化材表面に薄く均一に付着し、その結
果、強化の効果は大きく、強化材成形体の強度及び複合
材の強度も向上可能と成る。
【0017】本発明の強化材成形体を用いれば、それ自
体の強度が従来品よりも向上し、高圧鋳造に充分耐える
ことができ、大きなサイズの複合材料が供給できる。従
って押出用ビレット,内燃機関用エンジンブロック,船
舶用ピストンの強化用材料として利用することが可能と
成った。
体の強度が従来品よりも向上し、高圧鋳造に充分耐える
ことができ、大きなサイズの複合材料が供給できる。従
って押出用ビレット,内燃機関用エンジンブロック,船
舶用ピストンの強化用材料として利用することが可能と
成った。
【図1】本発明の強化材成形体を用いて鋳造された複合
材からサンプルを切り出す説明図である。
材からサンプルを切り出す説明図である。
【図2】図1を細かく切り出した引張用試験片を作る状
態を示す説明図である。
態を示す説明図である。
【図3】図2の引張用試験片のデ−タ−結果を示す説明
図である。
図である。
【図4】図1の従来品サンプルのMg分布図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 アルミナ質短繊維やホウ酸アルミニウム
ウィスカなどの無機質強化材と、マグネシウム塩と、ア
ルミニウム塩とから成る複合材料用強化材成形体。 - 【請求項2】 前記無機質強化に、マグネシウム塩とア
ルミニウム塩とを少なくとも添加すると共に水を入れて
混合し、この混合物を所望の型に流し込んで成形体を形
成させ、該成形体を乾燥させると共に焼成して成る複合
材料用強化材成形体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32525091A JPH05132728A (ja) | 1991-11-13 | 1991-11-13 | 複合材料用強化材成形体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32525091A JPH05132728A (ja) | 1991-11-13 | 1991-11-13 | 複合材料用強化材成形体及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05132728A true JPH05132728A (ja) | 1993-05-28 |
Family
ID=18174716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32525091A Pending JPH05132728A (ja) | 1991-11-13 | 1991-11-13 | 複合材料用強化材成形体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05132728A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1987002865A1 (fr) * | 1985-11-11 | 1987-05-21 | Nippon Kayaku Kabushiki Kaisha | Composition insecticide |
| US6521061B1 (en) * | 2000-04-28 | 2003-02-18 | Hiroshima University | Preforms, metal matrix composite materials using said preforms, and producing processes thereof |
-
1991
- 1991-11-13 JP JP32525091A patent/JPH05132728A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1987002865A1 (fr) * | 1985-11-11 | 1987-05-21 | Nippon Kayaku Kabushiki Kaisha | Composition insecticide |
| US6521061B1 (en) * | 2000-04-28 | 2003-02-18 | Hiroshima University | Preforms, metal matrix composite materials using said preforms, and producing processes thereof |
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