JPH0687699A - ホウ酸アルミニウムウイスカ及び該ウイスカを強化材とする金属基複合材料 - Google Patents
ホウ酸アルミニウムウイスカ及び該ウイスカを強化材とする金属基複合材料Info
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- JPH0687699A JPH0687699A JP25904592A JP25904592A JPH0687699A JP H0687699 A JPH0687699 A JP H0687699A JP 25904592 A JP25904592 A JP 25904592A JP 25904592 A JP25904592 A JP 25904592A JP H0687699 A JPH0687699 A JP H0687699A
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- whiskers
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ホウ酸アルミニウムウイスカの性能を向上さ
せ、それを強化材とする複合材料の強度のバラつきを低
減する。 【構成】 ホウ酸アルミニウムウイスカ１０のＳｉ含有
量は１５０ppm 以下である。また複合材料はＳｉ含有量
が１５０ppm 以下のホウ酸アルミニウムウイスカを強化
材とし、アルミニウム合金等の軽合金をマトリックスと
する。
せ、それを強化材とする複合材料の強度のバラつきを低
減する。 【構成】 ホウ酸アルミニウムウイスカ１０のＳｉ含有
量は１５０ppm 以下である。また複合材料はＳｉ含有量
が１５０ppm 以下のホウ酸アルミニウムウイスカを強化
材とし、アルミニウム合金等の軽合金をマトリックスと
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複合材料に係り、更に
詳細にはホウ酸アルミニウムウイスカ及び該ウイスカを
強化材とする金属基複合材料に係る。
詳細にはホウ酸アルミニウムウイスカ及び該ウイスカを
強化材とする金属基複合材料に係る。
【０００２】
【従来の技術】Ａｌ基複合材料の一つとして、例えば平
成２年４月２３日に軽金属学会複合材料部会のぬれ性分
科会委員会に於て頒布された「ウイスカ強化アルミニウ
ム基複合材料における界面構造」と題する記事に記載さ
れている如く、ホウ酸アルミニウムウイスカ（アルミナ
−ボリアウイスカ）を強化材とし、Ａ６０６１合金やＪ
ＩＳ規格ＡＣ８Ａ合金の如きＡｌ合金をマトリックスと
するＡｌ基複合材料は既に知られている。
成２年４月２３日に軽金属学会複合材料部会のぬれ性分
科会委員会に於て頒布された「ウイスカ強化アルミニウ
ム基複合材料における界面構造」と題する記事に記載さ
れている如く、ホウ酸アルミニウムウイスカ（アルミナ
−ボリアウイスカ）を強化材とし、Ａ６０６１合金やＪ
ＩＳ規格ＡＣ８Ａ合金の如きＡｌ合金をマトリックスと
するＡｌ基複合材料は既に知られている。
【０００３】ホウ酸アルミニウムウイスカとしては９Ａ
ｌ2 Ｏ3 ・２Ｂ2 Ｏ3 及び２Ａｌ2Ｏ3 ・Ｂ2 Ｏ3 にて
表現される２種類のものがあり、これらのうち前者の化
学式にて表現されるホウ酸アルミニウムウイスカは強
度、弾性率、耐熱性、耐薬品性に優れており、従って複
合材料の強化材として優れたウイスカである。またホウ
酸アルミニウムウイスカは非常に低廉な強化材であるの
で、ホウ酸アルミニウムウイスカ強化Ａｌ基複合材料に
よれば、例えばＳｉＣウイスカを強化材とする複合材料
に比して遥かに低廉な複合材料を得ることができる。
ｌ2 Ｏ3 ・２Ｂ2 Ｏ3 及び２Ａｌ2Ｏ3 ・Ｂ2 Ｏ3 にて
表現される２種類のものがあり、これらのうち前者の化
学式にて表現されるホウ酸アルミニウムウイスカは強
度、弾性率、耐熱性、耐薬品性に優れており、従って複
合材料の強化材として優れたウイスカである。またホウ
酸アルミニウムウイスカは非常に低廉な強化材であるの
で、ホウ酸アルミニウムウイスカ強化Ａｌ基複合材料に
よれば、例えばＳｉＣウイスカを強化材とする複合材料
に比して遥かに低廉な複合材料を得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしホウ酸アルミニ
ウムウイスカを強化材としＡｌ合金等をマトリックスと
する複合材料に於ては、ウイスカに不可避的に含まれる
不純物の種類や量によっては複合材料の強度のバラつき
が比較的大きいという問題がある。
ウムウイスカを強化材としＡｌ合金等をマトリックスと
する複合材料に於ては、ウイスカに不可避的に含まれる
不純物の種類や量によっては複合材料の強度のバラつき
が比較的大きいという問題がある。
【０００５】本願発明者は、ホウ酸アルミニウムウイス
カ強化金属基複合材料の強度のバラつきが比較的大きい
ことの原因について詳細な実験的検討を行った結果、複
合材料の破壊の起点にＳｉが存在し、Ｓｉの存在が複合
材料の強度のバラつきに何らかの影響を及ぼしているこ
とを究明し、またホウ酸アルミニウムウイスカのＳｉ含
有量を所定値以下に低減することにより複合材料の強度
のバラつきを低減し得ることを見出した。
カ強化金属基複合材料の強度のバラつきが比較的大きい
ことの原因について詳細な実験的検討を行った結果、複
合材料の破壊の起点にＳｉが存在し、Ｓｉの存在が複合
材料の強度のバラつきに何らかの影響を及ぼしているこ
とを究明し、またホウ酸アルミニウムウイスカのＳｉ含
有量を所定値以下に低減することにより複合材料の強度
のバラつきを低減し得ることを見出した。
【０００６】本発明は、本願発明者が行った実験的検討
の結果得られた知見に基き、複合材料の強度のバラつき
を低減することのできるホウ酸アルミニウムウイスカ及
び強度のバラつきのない高性能なホウ酸アルミニウムウ
イスカ強化金属基複合材料を提供することを目的として
いる。
の結果得られた知見に基き、複合材料の強度のバラつき
を低減することのできるホウ酸アルミニウムウイスカ及
び強度のバラつきのない高性能なホウ酸アルミニウムウ
イスカ強化金属基複合材料を提供することを目的として
いる。
【０００７】
【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、Ｓｉ含有量が１５０ppm 以下であることを
特徴とするホウ酸アルミニウムウイスカ、及びＳｉ含有
量が１５０ppm 以下であるホウ酸アルミニウムウイスカ
を強化材とし、軽合金をマトリックスとする金属基複合
材料によって達成される。
明によれば、Ｓｉ含有量が１５０ppm 以下であることを
特徴とするホウ酸アルミニウムウイスカ、及びＳｉ含有
量が１５０ppm 以下であるホウ酸アルミニウムウイスカ
を強化材とし、軽合金をマトリックスとする金属基複合
材料によって達成される。
【０００８】
【作用】本発明のウイスカによれば、Ｓｉ含有量が１５
０ppm 以下に抑制されるので、ウイスカ自体の強度のバ
ラつきが低減され、これによりホウ酸アルミニウムウイ
スカを強化材とする複合材料の強度のバラつきが低減さ
れる。
０ppm 以下に抑制されるので、ウイスカ自体の強度のバ
ラつきが低減され、これによりホウ酸アルミニウムウイ
スカを強化材とする複合材料の強度のバラつきが低減さ
れる。
【０００９】また本発明の複合材料によれば、Ｓｉ含有
量が１５０ppm 以下であり強度のバラつきのないホウ酸
アルミニウムウイスカが強化材として使用されるので、
従来に比して強度のバラつきの小さいホウ酸アルミニウ
ムウイスカ強化金属基複合材料が得られる。
量が１５０ppm 以下であり強度のバラつきのないホウ酸
アルミニウムウイスカが強化材として使用されるので、
従来に比して強度のバラつきの小さいホウ酸アルミニウ
ムウイスカ強化金属基複合材料が得られる。
【００１０】
【課題を解決するための手段の補足説明】本願発明者が
行った実験的研究の結果によれば、市販のホウ酸アルミ
ニウムウイスカには２００〜２２０ppm のＳｉが含まれ
ており、ウイスカのＳｉ含有量を１５０ppm 以下、特に
１００ppm 以下にすると複合材料の強度のバラつきを大
幅に低減することができる。従って本発明の一つの実施
例によれば、ホウ酸アルミニウムウイスカのＳｉ含有量
は１００ppm 以下に設定される。
行った実験的研究の結果によれば、市販のホウ酸アルミ
ニウムウイスカには２００〜２２０ppm のＳｉが含まれ
ており、ウイスカのＳｉ含有量を１５０ppm 以下、特に
１００ppm 以下にすると複合材料の強度のバラつきを大
幅に低減することができる。従って本発明の一つの実施
例によれば、ホウ酸アルミニウムウイスカのＳｉ含有量
は１００ppm 以下に設定される。
【００１１】また本願発明者が行った実験的研究の結果
によれば、市販のホウ酸アルミニウムウイスカには１０
ppm 以上のＣｌが含まれており、Ｃｌの存在はウイスカ
の強度に影響し、ウイスカのＣｌ含有量が８ppm 以下、
特に６ppm 以下に抑制されるとウイスカ及び複合材料の
強度が向上する。従って本発明の一つの実施例によれ
ば、ホウ酸アルミニウムウイスカのＣｌ含有量は８ppm
以下、好ましくは６ppmに設定される。
によれば、市販のホウ酸アルミニウムウイスカには１０
ppm 以上のＣｌが含まれており、Ｃｌの存在はウイスカ
の強度に影響し、ウイスカのＣｌ含有量が８ppm 以下、
特に６ppm 以下に抑制されるとウイスカ及び複合材料の
強度が向上する。従って本発明の一つの実施例によれ
ば、ホウ酸アルミニウムウイスカのＣｌ含有量は８ppm
以下、好ましくは６ppmに設定される。
【００１２】
【実施例】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。
例について詳細に説明する。
【００１３】実施例１ まずＳｉ含有量が１００、１５０、２００ppm に設定さ
れたホウ酸アルミニウムウイスカ（四国化成工業株式会
社製「アルボレックスＧ」、ウイスカ径０．５〜１μm
、ウイスカ長１０〜３０μm 、Ｃｌ含有量１０ppm ）
を用意し、図１に示されている如くホウ酸アルミニウム
ウイスカ１０を蒸溜水１２中に投入し、ウイスカが十分
解繊されるまでプロペラ１４により蒸溜水及びウイスカ
を撹拌した後、ウイスカを成形治具内へ移して圧縮成形
を行うことにより１００×３８×１６mmの寸法を有する
成形体を形成し、成形体を治具ごと−５０℃に維持され
た冷凍庫に入れ、その状態を成形体中の水分が十分に凍
結するまで保持した。
れたホウ酸アルミニウムウイスカ（四国化成工業株式会
社製「アルボレックスＧ」、ウイスカ径０．５〜１μm
、ウイスカ長１０〜３０μm 、Ｃｌ含有量１０ppm ）
を用意し、図１に示されている如くホウ酸アルミニウム
ウイスカ１０を蒸溜水１２中に投入し、ウイスカが十分
解繊されるまでプロペラ１４により蒸溜水及びウイスカ
を撹拌した後、ウイスカを成形治具内へ移して圧縮成形
を行うことにより１００×３８×１６mmの寸法を有する
成形体を形成し、成形体を治具ごと−５０℃に維持され
た冷凍庫に入れ、その状態を成形体中の水分が十分に凍
結するまで保持した。
【００１４】次いで成形体を治具より取出し、しかる後
図２に示されている如く、内のり寸法が３８×１６mmで
あり、長さが１４０mmであり、両端にて開口し、一端に
錘り１６が一体に設けられたステンレス鋼（ＪＩＳ規格
ＳＵＳ３０４）製のケース１８内に上述の如く形成され
た成形体２０を充填した。次いで成形体をケースごとヒ
ータによって加熱することにより成形体を十分に乾燥さ
せ、これによりホウ酸アルミニウムウイスカよりなりウ
イスカの体積率が３０％である成形体を各Ｓｉ含有量に
ついて６個ずつ形成した。
図２に示されている如く、内のり寸法が３８×１６mmで
あり、長さが１４０mmであり、両端にて開口し、一端に
錘り１６が一体に設けられたステンレス鋼（ＪＩＳ規格
ＳＵＳ３０４）製のケース１８内に上述の如く形成され
た成形体２０を充填した。次いで成形体をケースごとヒ
ータによって加熱することにより成形体を十分に乾燥さ
せ、これによりホウ酸アルミニウムウイスカよりなりウ
イスカの体積率が３０％である成形体を各Ｓｉ含有量に
ついて６個ずつ形成した。
【００１５】次いで各成形体をケースごと６００℃に１
時間予熱した後、図３に示されている如く成形体２０を
ケースごと高圧鋳造装置２２の鋳型２４内に配置し、該
鋳型内に７００℃のＡｌ合金（Ａｌ−４wt％Ｃｕ−１wt
％Ｓｉ）の溶湯２６を注湯し、該溶湯を鋳型に嵌合する
プランジャ２８により約１０００kgf ／cm2 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。溶湯が完全に凝固した後、ノックアウトピン３０
により鋳型２４より凝固体を取出し、該凝固体に対し機
械加工を施すことによりホウ酸アルミニウムウイスカに
て複合強化されたＡｌ合金よりなる複合材料を切出し、
複合材料に対し熱処理Ｔ６を施した。
時間予熱した後、図３に示されている如く成形体２０を
ケースごと高圧鋳造装置２２の鋳型２４内に配置し、該
鋳型内に７００℃のＡｌ合金（Ａｌ−４wt％Ｃｕ−１wt
％Ｓｉ）の溶湯２６を注湯し、該溶湯を鋳型に嵌合する
プランジャ２８により約１０００kgf ／cm2 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。溶湯が完全に凝固した後、ノックアウトピン３０
により鋳型２４より凝固体を取出し、該凝固体に対し機
械加工を施すことによりホウ酸アルミニウムウイスカに
て複合強化されたＡｌ合金よりなる複合材料を切出し、
複合材料に対し熱処理Ｔ６を施した。
【００１６】次いで各複合材料より回転曲げ疲労試験片
を形成し、各試験片について室温にて回転曲げ疲労試験
を行った。これらの試験の結果を図４に示す。図４よ
り、ホウ酸アルミニウムウイスカのＳｉ含有量を１５０
ppm 以下に低減することにより複合材料の強度バラつき
を低減することができることが解る。
を形成し、各試験片について室温にて回転曲げ疲労試験
を行った。これらの試験の結果を図４に示す。図４よ
り、ホウ酸アルミニウムウイスカのＳｉ含有量を１５０
ppm 以下に低減することにより複合材料の強度バラつき
を低減することができることが解る。
【００１７】実施例２ マトリックス金属として湯温７５０℃のＡｌ合金（Ａｌ
−５wt％Ｃｕ−０．５wt％Ｍｇ）の溶湯が使用され、ウ
イスカの体積率が２５％に設定された点を除き、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、
各複合材料に対しＴ６熱処理を施し、各複合材料より曲
げ試験片を形成し、各試験片について支点間距離４０m
m、室温にて３点曲げ試験を行った。
−５wt％Ｃｕ−０．５wt％Ｍｇ）の溶湯が使用され、ウ
イスカの体積率が２５％に設定された点を除き、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、
各複合材料に対しＴ６熱処理を施し、各複合材料より曲
げ試験片を形成し、各試験片について支点間距離４０m
m、室温にて３点曲げ試験を行った。
【００１８】これらの試験の結果を図５に示す。尚図５
に於て、棒グラフは６個の試験片の試験結果の平均値を
示し、エラバーの上限及び下限はそれぞれ試験結果の最
大値及び最小値を示している。図５より、マトリックス
としてのＡｌ合金の組成が実施例１のＡｌ合金の組成と
は異なる場合にもホウ酸アルミニウムウイスカのＳｉ含
有量を１５０ppm 以下に低減することにより複合材料の
強度のバラつきを低減することができることが解る。
に於て、棒グラフは６個の試験片の試験結果の平均値を
示し、エラバーの上限及び下限はそれぞれ試験結果の最
大値及び最小値を示している。図５より、マトリックス
としてのＡｌ合金の組成が実施例１のＡｌ合金の組成と
は異なる場合にもホウ酸アルミニウムウイスカのＳｉ含
有量を１５０ppm 以下に低減することにより複合材料の
強度のバラつきを低減することができることが解る。
【００１９】実施例３ マトリックス金属として湯温７５０℃のＡｌ合金（Ａｌ
−５wt％Ｃｕ−０．５wt％Ｍｇ）の溶湯が使用され、ホ
ウ酸アルミニウムウイスカのＳｉ含有量及びＣｌ含有量
がそれぞれ１００ppm 、１０ppm に設定され、ウイスカ
の体積率が１５（成形可能な下限値）〜５０％（５％ご
と）に設定された点を除き、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、各複合材料に対しＴ
６熱処理を施し、各複合材料より曲げ試験片を形成し、
各試験片について実施例２の場合と同一の要領及び条件
にて３点曲げ試験を行った。
−５wt％Ｃｕ−０．５wt％Ｍｇ）の溶湯が使用され、ホ
ウ酸アルミニウムウイスカのＳｉ含有量及びＣｌ含有量
がそれぞれ１００ppm 、１０ppm に設定され、ウイスカ
の体積率が１５（成形可能な下限値）〜５０％（５％ご
と）に設定された点を除き、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、各複合材料に対しＴ
６熱処理を施し、各複合材料より曲げ試験片を形成し、
各試験片について実施例２の場合と同一の要領及び条件
にて３点曲げ試験を行った。
【００２０】これらの試験の結果を図６に示す。図６よ
り、強度に優れた複合材料を得るためには、ホウ酸アル
ミニウムウイスカの体積率は１５〜４０％であることが
好ましいことが解る。
り、強度に優れた複合材料を得るためには、ホウ酸アル
ミニウムウイスカの体積率は１５〜４０％であることが
好ましいことが解る。
【００２１】尚マトリックス金属がＡｌ合金（Ａｌ−５
wt％Ｃｕ−１wt％Ｓｉ）である場合にも上述の実施例１
〜３の結果と同様の傾向を示す結果が得られた。
wt％Ｃｕ−１wt％Ｓｉ）である場合にも上述の実施例１
〜３の結果と同様の傾向を示す結果が得られた。
【００２２】以上に於ては本発明を特定の実施例につい
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。
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。
【００２３】
【発明の効果】以上の説明より明らかである如く、本発
明のホウ酸アルミニウムウイスカ及び複合材料によれ
ば、従来に比してウイスカ自体の強度のバラつきを低減
することができ、またホウ酸アルミニウムウイスカ強化
金属基複合材料の強度のバラつきを低減して均一な強度
を有する高性能な複合材料を得ることができる。
明のホウ酸アルミニウムウイスカ及び複合材料によれ
ば、従来に比してウイスカ自体の強度のバラつきを低減
することができ、またホウ酸アルミニウムウイスカ強化
金属基複合材料の強度のバラつきを低減して均一な強度
を有する高性能な複合材料を得ることができる。
【図１】ホウ酸アルミニウムウイスカの解繊工程を示す
説明図である。
説明図である。
【図２】ケース内に収容されたホウ酸アルミニウムウイ
スカの成形体を示す縦断面図である。
スカの成形体を示す縦断面図である。
【図３】図２に示されたホウ酸アルミニウムウイスカの
成形体を用いて行われる高圧鋳造工程を示す縦断面図で
ある。
成形体を用いて行われる高圧鋳造工程を示す縦断面図で
ある。
【図４】Ｓｉ含有量が異なる３種類のホウ酸アルミニウ
ムウイスカを強化材とする複合材料の疲労強度を示すグ
ラフである。
ムウイスカを強化材とする複合材料の疲労強度を示すグ
ラフである。
【図５】Ｓｉ含有量が異なる３種類のホウ酸アルミニウ
ムウイスカを強化材とする複合材料の曲げ強さを示すグ
ラフである。
ムウイスカを強化材とする複合材料の曲げ強さを示すグ
ラフである。
【図６】ホウ酸アルミニウムウイスカの体積率と複合材
料の曲げ強さとの関係を示すグラフである。
料の曲げ強さとの関係を示すグラフである。
１０…ホウ酸アルミニウムウイスカ １２…蒸溜水 １８…ケース ２０…成形体 ２２…高圧鋳造装置 ２４…鋳型 ２６…Ａｌ合金の溶湯 ２８…プランジャ ３０…ノックアウトピン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畑 元 香川県丸亀市港町147番地１四国化成工業 株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】Ｓｉ含有量が１５０ppm 以下であることを
特徴とするホウ酸アルミニウムウイスカ。 - 【請求項２】Ｓｉ含有量が１５０ppm 以下であるホウ酸
アルミニウムウイスカを強化材とし、軽合金をマトリッ
クスとする金属基複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25904592A JPH0687699A (ja) | 1992-09-02 | 1992-09-02 | ホウ酸アルミニウムウイスカ及び該ウイスカを強化材とする金属基複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25904592A JPH0687699A (ja) | 1992-09-02 | 1992-09-02 | ホウ酸アルミニウムウイスカ及び該ウイスカを強化材とする金属基複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0687699A true JPH0687699A (ja) | 1994-03-29 |
Family
ID=17328570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25904592A Pending JPH0687699A (ja) | 1992-09-02 | 1992-09-02 | ホウ酸アルミニウムウイスカ及び該ウイスカを強化材とする金属基複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0687699A (ja) |
-
1992
- 1992-09-02 JP JP25904592A patent/JPH0687699A/ja active Pending
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