JPH07310130A - 金属系複合材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐熱性、耐蝕性及び機械的特性に優れた金属
系複合材料を提供すること。 【構成】 複数の複合化強化材と各複合化強化材の間隙
に存在する金属又は金属間化合物とからなり、上記複合
化強化材が、多数の無機長繊維のフィラメントと、各フ
ィラメントの間隙に存在するガラス及び／又はガラスセ
ラミックスとからなり、ワイヤー形状又はテープ形状を
有することを特徴とする金属系複合材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属系複合材料に関
し、更に詳しくは、耐熱性、耐蝕性及び機械的特性に優
れた金属系複合材料に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、宇宙・航空分野等に用いる材料として、耐熱性、機
械的特性に優れた材料が種々開発されており、その代表
的なものとして、金属マトリックス複合体（ＭＭＣ）等
が提案されている。

【０００３】上記ＭＭＣとしては、例えば、下記の複
合体等が提案されている。 マトリックスとして、鋼、超耐熱合金又は耐熱共晶合
金に比べ、比強度、比弾性が大きく且つ耐蝕性にも優れ
ており、またＡｌ合金に比べ、使用限界温度（例えば７
２３Ｋ）が高いことから、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ等のα＋
β型又はＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ等のβ
型等のチタン合金を用い、強化材として、繊芯が炭素繊
維で、その外側にＣＶＤ法によりＳｉＣを蒸着してなる
ＳｉＣ／Ｃ 複合繊維（例えば、Textron 社製のものが
最も広く使用されている）を用いて形成されてなる複合
体。

【０００４】上記の複合体は、上記チタン合金に対
し、強化材として充分にその性能が発揮される上記Ｓｉ
Ｃ／Ｃ繊維を用いているため、高性能を示すことが報告
されている〔日本複合材料学会誌Vol.１７、No. １（１
９９１）、２４−３１の中の頁２５参照〕。例えば、上
記強化材として、炭素繊維（ＰＡＮ系、ピッチ系）、Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ 繊維（Du Pont 社製、３Ｍ社製、住友化学社
製、他）、ＳｉＣ繊維〔「ニカロン」商品名，日本カー
ボン（株）製〕、Ｓｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ繊維〔「チラノ繊
維」商品名、宇部興産（株）製〕、Ｓｉ−Ｃ−Ｎ系繊維
〔「ＨＰＺ繊維」商品名、ダウコーニング（株）製〕、
Ｓｉ₃ Ｎ₄ 繊維〔東燃（株）製〕等、他の全ての耐熱繊
維を用いた場合は、上記チタン合金との複合化の際に、
Ｔｉ合金と著しく反応する（Fiber によって程度は異な
る）ため、全く強化効果が得られないか、反応劣化が小
さくてもあまり補強効果が得られないので、上述の如
く、宇宙・航空分野に用いるには充分な性能を示すもの
ではない。

【０００５】しかしながら、上記の複合体では、下記
（イ）又は（ロ）の欠点がある。 （イ）上記強化材における繊芯の炭素繊維とその外側の
ＳｉＣとで熱膨張係数が極端に異なるため、熱サイクル
疲労（低温−高温繰り返し）特性に著しく劣り、高温構
造部材における強化材としては信頼性の面で使用が難し
い。 （ロ）上記強化材をＣＶＤ法で作製するため高価格（１
００万円／kg以上）であり、価格を全く気にしない特殊
な軍事用途位にしか用いることができない。また、航空
機産業でも最近は価格が問題になっており、実用部材価
格としては、２０〜３０万円／kgが限度であることに鑑
みても上記強化材は実用的ではない。

【０００６】また、上記ＭＭＣとしては、下記の複合
体も提案されている。 マトリックスとして、上記のチタン合金よりもさら
に高耐熱性であるＴｉ ₃ Ａｌ、ＴｉＡｌ、Ｎｂ₃ Ａｌ等
の金属間化合物を用い、強化材として上記と同様に複
合化の際における反応劣化を考慮してＳｉＣ／Ｃ繊維を
用いて形成されてなる複合体。

【０００７】しかしながら、上記の複合体において
も、上記ＳｉＣ／Ｃ繊維が複合体製造時に反応劣化する
問題があり、上記ほどの性能が発現されていないのが
現状である。

【０００８】また、上記ＭＭＣとしては、下記、等
も提案されている。 マトリックスとして、アルミニウム合金（Ａ６０６
１、Ａ２０２４、Ａ１０７０等）を用い、強化材として
ＳｉＣ／Ｃ繊維(Textron社製）〔日本複合材料学会誌 V
ol．17、No.1 (1991) 、24〜31中の25頁参照〕、Ａｌ₂
Ｏ₃ 繊維（住友化学製）〔高分子新素材便覧、高分子学
会編（丸善）、P.463 (1989) 〕炭素繊維〔鉄の鋼、 V
ol．75、No.9 (1989) 、41〜48〕、あるいはＳｉＣ繊維
（ニカロン、日本カーボン（株）製）〔高分子新素材便
覧、高分子学会編（丸善）、P.472(1989) 〕を用いて形
成されてなる複合体。

【０００９】また、上記の複合体は、前述と同様に低
温においては高性能を示すものの、上記の複合体と同
様にやはり熱サイクル疲労特性に著しく劣るという問題
がある。

【００１０】しかし、上記のＳｉＣ／Ｃ繊維を用いた
複合体は、前述と同様に低温での高強度は得られるもの
の、強化繊維が高価である点及び熱サイクル疲労特性に
著しく劣る点で問題があり、炭素繊維を用いた複合体
は、２００℃以上の耐酸化性雰囲気に長時間耐えない
点、炭素繊維の導電特性のため耐腐食性に劣る点等で問
題があり、また、Ａｌ₂ Ｏ₃ 繊維、ＳｉＣ繊維を用いた
複合体は、マトリックスとして最も実用的なＡ６０６１
や、Ａ２０２４等のアルミニウム合金を用いた場合に、
該アルミニウム合金と繊維とがＭＭＣ成形時に反応して
繊維が劣化するため、充分な補強効果が得られず、力学
的特性が複合則から計算した理論値にはるかに及ばない
という問題がある。

【００１１】マトリックスとしてマグネシウム合金
（ＺＥ４１、ＡＺ９１等）を用い、強化材としてＳｉＣ
／Ｃ繊維を用いて形成されてなる複合体〔日本複合材料
学会誌、 Vol．17、No.1 (1991) 、24〜31中の26頁〕。

【００１２】なお、Ａｌ₂ Ｏ₃ 繊維、ＳｉＣ繊維等の他
の無機繊維とマグネシウム合金とを複合化したＭＭＣも
提案されているが、該ＭＭＣでは、ＭＭＣ製造時の繊維
とマグネシウム合金の反応が著しく、繊維が劣化するた
め、性能が十分発揮されないのが現状である。

【００１３】即ち、従来提案されているＭＭＣは、複合
体の製造時に強化材がマトリックスと反応すること、複
合体自身が熱サイクル疲労特性に劣ること、耐熱・耐酸
化性に劣ること等の弊害があるため、宇宙・航空分野に
おいて要求されている耐熱性、耐蝕性、機械的特性等を
満足しうるものではなく、上述の弊害がなく且つ充分に
耐熱性や機械的特性等を発揮しうるＭＭＣの開発が望ま
れている。また、従来のＭＭＣでは、強化材としての繊
維の含有率（Ｖｆ）が少ない場合には、該繊維をマトリ
ックスに対して均一な分散が困難となり、分散ムラが生
じやすく、得られる複合体に強度ムラが生じるため、こ
のような場合には強化材をオーバースペックで用いざる
を得ず、コストが高くなるという問題がある。また、上
記のＶｆが多い場合には、強化材同志が接してしまう場
合があり、得られる複合体において所望の機械的強度等
が得られない場合があるという問題がある。

【００１４】従って、本発明の目的は、耐熱性、耐蝕性
及び機械的特性に優れた金属系複合材料を提供すること
にある。

【００１５】本発明者らは、上記の問題を解決するため
に種々研究した結果、特定の複合化強化材を用いた金属
系複合材料が上記目的を達成しうることを知見した。

【００１６】本発明は、上記知見に基づいてなされたも
ので、複数の複合化強化材と各複合化強化材の間隙に存
在する金属又は金属間化合物とからなり、上記複合化強
化材が、多数の無機長繊維のフィラメントと、各フィラ
メントの間隙に存在するガラス及び／又はガラスセラミ
ックスとからなり、ワイヤー形状又はテープ形状を有す
ることを特徴とする金属系複合材料を提供するものであ
る。

【００１７】以下、本発明の金属系複合材料について更
に詳細に説明する。本発明に用いられる複合化強化材
（以下、単に「強化材」という。）は、多数の無機長繊
維のフィラメントと、各フィラメントの間隙に存在する
ガラス及び／又はガラスセラミックスとからなり、特定
の形状を有する。

【００１８】本発明において用いる上記無機長繊維とし
ては、ケイ素（Ｓｉ）とチタン（Ｔｉ）及び／又はジル
コニウム（Ｚｒ）と炭素（Ｃ）と酸素（Ｏ）とからなる
無機長繊維等が挙げられ、具体的には、（ａ）実質的に
Ｓｉと、Ｔｉ及び／又はＺｒと、Ｃと、Ｏとからなる非
晶質、（ｂ）上記非晶質並びに１００００Å以下のβ−
ＳｉＣと、ＴｉＣ及び／又はＺｒＣとの結晶質の集合
体、若しくは（ｃ）上記結晶質並びにその近傍に存在す
るＳｉＯｘと、ＴｉＯｘ及び／又はＺｒＯｘ（０＜ｘ≦
２）とからなる非晶質の混合系である無機長繊維等が
好ましく挙げられる。ここで、上記（Ｃ）における「そ
の近傍」とは、好ましくは結晶質粒子からの距離が１０
００Å以下の領域である。また、上記の具体的に例示し
た無機長繊維における元素組成は、Ｓｉが３０〜８０
wt％、Ｔｉ及び／又はＺｒが０．０５〜８wt％、Ｃが１
５〜６９wt％、Ｏが０．１〜２０．０wt％であるのが好
ましい。

【００１９】また、本発明において用いる上記無機長繊
維としては、ケイ素（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）とからなる無
機長繊維等が挙げられ、具体的には、（ａ）実質的にＳ
ｉと、Ｃとからなる非晶質、（ｂ）１００００Å以下の
β−ＳｉＣの結晶質、（ｃ）上記非晶質及び上記結晶
質、若しくは（ｄ）上記非晶質及び／又は上記結晶質
と、炭素の凝集体との混合系である無機長繊維等も好
ましく挙げられる。上記の具体的に例示した無機長繊維
における元素組成は、Ｓｉが３０〜８０wt％、Ｃが２
０〜７０wt％、Ｈが２wt％以下であるのが好ましい。

【００２０】また、本発明において用いる上記無機長繊
維としては、ケイ素（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）と酸素（Ｏ）
とからなる無機長繊維等が挙げられ、具体的には、
（ａ）実質的にＳｉと、Ｃと、Ｏとからなる非晶質、又
は（ｂ）１００００Å以下のβ−ＳｉＣの結晶質の集合
体と、非晶質のＳｉＯ₂ とからなる集合体である無機長
繊維等も好ましく挙げられる。上記の具体的に例示し
た無機長繊維における元素組成は、Ｓｉが３０〜８０
wt％、Ｃが１０〜６５wt％、Ｏが０．０５〜２５wt％、
Ｈが２wt％以下であるのが好ましい。

【００２１】また、本発明において用いる上記無機長繊
維としては、ケイ素（Ｓｉ）と窒素（Ｎ）と酸素（Ｏ）
と炭素（Ｃ）と水素（Ｈ）と元素周期律表第II族〜第VI
II族の金属元素からなる群より選択される一種以上の金
属類（Ｍ）とからなる無機長繊維等が挙げられ、具体的
には、Ｓｉと、Ｎ、Ｏ、Ｃ、Ｈ及び元素周期律表第II族
〜第VIII族の金属元素からなる群より選択される一種以
上の金属類（Ｍ）とからなり、Ｘ線小角散乱強度比が１
°及び０．５°の何れにおいても１倍〜２０倍である物
質である無機長繊維等も好ましく挙げられる。上記の
具体的に例示した無機長繊維における各元素の比率は
原子比で、Ｎ／Ｓｉが０．３〜３、Ｏ／Ｓｉが１５以
下、Ｃ／Ｓｉが７以下、Ｈ／Ｓｉが１以下、Ｍ／Ｓｉが
５以下であるのが好ましい。

【００２２】また、本発明において用いる上記無機長繊
維としては、（ａ）実質的にＡｌと、Ｓｉと、Ｂと、Ｏ
とからなるムライト、及び／又は（ｂ）γ−及びη−ア
ルミナの微結晶と、非晶質のＳｉＯ₂ との集合体である
無機長繊維等も好ましく挙げられる。

【００２３】また、上記無機長繊維は、繊維最表面層の
Ｃ組成が３５〜１００wt％、Ｓｉ組成が０〜６０wt％、
Ｔｉ組成が０〜４wt％、Ｏ組成が０〜１９wt％であり、
該表面層から繊維内部へ２０〜２００００Åまでの範囲
内で、Ｃ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｏ組成が連続的に変化する傾斜
組成構造を持つのが好ましい。該傾斜組成構造における
傾斜の割合は、組成が連続的に変化していれば直線的な
傾斜の割合の変化、曲線的な傾斜の割合の変化又はそれ
らが複合した傾斜の割合の変化でも良い。

【００２４】また、上記無機長繊維の上記フィラメント
の平均直径は５〜２００μであるのが好ましく、本発明
の強化材における上記フィラメントの数は５〜６０００
の範囲であるのが好ましい。また、上記フィラメントの
形状は、円柱状、円筒状、角柱状、角筒状等が挙げられ
る。上記フィラメントは、上記無機長繊維を公知の方法
により成形する等して容易に得ることができる。また、
上記フィラメントの密度は、通常、１．９〜４．０ｇ／
ｃｍ³ である。

【００２５】上記ガラスとしては、Ｂ₂ Ｏ₃ ・ＳｉＯ₂
系、ＭｇＯ・ＣａＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・ＳｉＯ₂ 系のガラス
等が好ましく挙げられる。上記ガラスセラミックスとし
ては、Ｌｉ₂ Ｏ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・ＭｇＯ・ＳｉＯ₂・Ｎｂ
₂ Ｏ₅ 系、ＭｇＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・ＳｉＯ₂ 系、ＢａＯ・
Ａｌ₂ Ｏ₃ ・ＳｉＯ₂ 系、ＢａＯ・ＭｇＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃
・ＳｉＯ₂ 系、ＣａＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・ＳｉＯ₂ 系のガラ
スセラミックス等が好ましく挙げられる。また、上記ガ
ラス及びガラスセラミックスは、上記の系に、さらに第
II族金属酸化物、第III 族金属酸化物、第IV族金属酸化
物、及び／又は第Ｖ族金属酸化物を含有させることもで
きる。また、上記ガラス及びガラスセラミックスの密度
は、通常、２．０〜３．８ｇ／ｃｍ³ である。

【００２６】また、上記ガラスセラミックスは、上記各
組成の非晶質部及び／又は主要な結晶層が Anorthite,
β−Spodumene, Cordierite, Barium Osumilite, Mulli
teあるいはCelsian 等の結晶質部からなるのが好まし
い。

【００２７】上記強化材における上記無機長繊維のフィ
ラメントの体積含有率とガラス及び／又はガラスセラミ
ックスの体積含有率とは、それぞれ２０〜９０vol%、８
０〜１０vol%であるのが好ましい。

【００２８】また、上記強化材は、必要に応じて、上記
フィラメントと金属複合酸化物との界面に耐各種衝撃緩
和層を有しているのが好ましい。上記耐各種衝撃緩和層
は、炭素、炭化物、窒化物、ホウ化物セラミックスの少
なくとも１つ、具体的には、炭素、ＳｉＣ、Ｓｉ
₃ Ｎ₄ 、ＴｉＢ₂ 、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＢＮ、ＴｉＣ・Ｔ
ｉＮ系等からなり、５〜２００００Åの厚さを有してい
るのが好ましい。

【００２９】上記耐各種衝撃緩和層の体積含有率は、１
０vol%以下であるのが好ましい。

【００３０】次いで、上記強化材を図１及び図２を参照
して説明する。ここで、図１は、上記強化材の１例を示
す一部透視斜視図であり、図２は、上記強化材の他の例
を示す一部透視斜視図である。

【００３１】図１に示す強化材１０は、多数の円柱状の
無機長繊維のフィラメント１と、各フィラメント１の間
隙に存在するガラス及び／又はガラスセラミックス２と
からなり、ワイヤー形状を有する。

【００３２】更に詳述すると、上記フィラメント１は集
合体となされており、該集合体における各フィラメント
１の間隙にガラス及び／又はガラスセラミックス２が存
在している。そして、該ガラス及び／又はガラスセラミ
ックス２により、上記強化材１０自体の外形が形成され
て、上記のワイヤー形状になされている。

【００３３】また、図２に示す強化材１０Ａは、多数の
円柱状の無機長繊維のフィラメント１Ａと、各フィラメ
ント１Ａの間隙に存在するガラス及び／又はガラスセラ
ミックス２Ａとからなり、テープ形状を有する。

【００３４】更に詳述すると、上記フィラメント１Ａは
集合体となされており、該集合体における各フィラメン
ト１Ａの間隙にガラス及び／又はガラスセラミックス２
Ａが存在している。そして、該ガラス及び／又はガラス
セラミックス２Ａにより、上記強化材１０Ａ自体の外形
が形成されて、上記のテープ形状になされている。

【００３５】図１及び図２に示されるように、上記強化
材は、それ自体が無機繊維とガラス及び／又はガラスセ
ラミックスのマトリックスとからなる複合材料で構成さ
れており、その形状はワイヤー状又はテープ状である。

【００３６】上記のワイヤー形状におけるワイヤー径
は、２０μｍ〜５mmであるのが好ましく、また、上記の
テープ形状におけるテープ幅及びテープ高さは、それぞ
れ２０μｍ〜１０cm、１０μｍ〜１cmであるのが好まし
い。

【００３７】次いで、上記強化材の製造方法について説
明する。上記強化材を調製するには、例えば、下記第１
〜第６工程を順次行う等して得ることができる。

【００３８】第１工程；無機長繊維の有機物サイジング
剤を除去する工程、 第２工程；第１工程で得られた有機物サイジング剤を除
去した無機長繊維を開繊する工程、 第３工程；第２工程で得られた開繊した無機長繊維を、
ガラス及び／又はガラスセラミックスを含有する水及び
／又は有機溶媒スラリー溶液内に通過させて、ガラスセ
ラミックスを無機長繊維に付着担持させる工程、 第４工程；第３工程で得られたガラスセラミックスを付
着担持させた無機長繊維を、スリット又はローラーを通
過させてワイヤー形状もしくはテープ形状に成形する工
程、 第５工程；第４工程で得られたワイヤー形状又はテープ
形状を有するガラス及び／又はガラスセラミックス付着
無機長繊維を連続焼成して、ガラス及び／又はガラスセ
ラミックスを溶融焼結する第５工程、 第６工程；第５工程で得られたガラス及び／又はガラス
セラミックスを溶融焼結した無機長繊維／ガラス及び／
又はガラスセラミックスを、更に焼成して、該溶融、焼
結した金属酸化物の一部又は全部を結晶化させて、連続
的に巻取る工程

【００３９】ここで、上記第１工程で除去される上記記
有機物サイジング剤としては、ポリエチレンオキサイ
ド、酢酸ビニル等が挙げられる。また、上記第２工程に
おける開繊する方法としては、空気流を利用する方法等
が挙げられ、この際の空気流の速度は、１cm／秒〜１０
０cm／秒、圧力は、０．１〜５kg／cm² とするのが好ま
しい。

【００４０】また、上記第３工程において、ガラス及び
／又はガラスセラミックスの繊維への付着力を高めるた
めにスラリー溶液に繊維サイジング用バインダーを含有
させることもできる。この時用いる上記繊維サイジング
用バインダーとしては、ポリエチレンオキサイド、酢酸
ビニル等が挙げられる。また、上記水及び／又は有機溶
媒スラリー溶液における、ガラス及び／又はガラスセラ
ミックスの濃度は、１〜８０wt％、また繊維サイジング
用バインダーの濃度は、０．１〜５０wt％であるのが好
ましい。

【００４１】また、上記第４工程において用いるスリッ
トとしては、孔径２０μｍ〜５mm、スリット幅８μｍ〜
１cmであるスリットが好ましく、ローラーとしては、ガ
ラス及び／又はガラスセラミックスのスラリーが付着し
にくい金属、プラスチック、ゴム又はセラミックスから
なるローラーが好ましく用いられる。そして、上記スリ
ットを用いた場合にはワイヤー形状あるいはテープ形状
の強化材が得られ、また上記ローラーを用いた場合には
テープ形状の強化材が得られる。

【００４２】また、上記第５工程における焼成温度は、
５００〜１７００℃とするのが好ましく、焼成時間は、
３０秒〜３時間とするのが好ましい。また、上記第６工
程における焼成温度は、７００〜１９００℃とするのが
好ましく、焼成時間は、１０分〜５００時間とするのが
好ましい。

【００４３】また、上記耐各種衝撃緩和層を有する強化
材を調製する場合には、上記第１工程で使用する無機長
繊維として、上述した耐各種衝撃緩和層で予め被覆され
た無機長繊維を用いることにより得ることができる。

【００４４】本発明の金属系複合材料に用いる上記金属
または金属間化合物は、本発明の金属系複合材料おいて
マトリックスを形成する成分であり、上記金属として
は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ（α＋β型）、Ｔｉ−１５Ｖ−
３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ（β型）等のチタン合金、Ａ６
０６１、Ａ２０２４等のアルミニウム合金、ＡＺ９１、
ＺＥ４１等のマグネシウム合金等が挙げられ、また上記
金属間化合物としては、Ｔｉ₃ ＡＬ、ＴｉＡｌ、Ｎｂ₃
Ａｌ等の金属間化合物が挙げられる。そして、本発明に
おいては、特にＴｉ₃ ＡＬ、ＴｉＡｌ、Ｔｉ−６Ａｌ−
４Ｖ（α＋β型）等のチタン合金が好ましく用いられ
る。

【００４５】また、上記金属及び上記金属間化合物は、
粉体状、箔状、板状あるいは塊状のもので、一般に市販
されているもの、あるいは通常公知の方法により製造さ
れるもののいずれをも用いることができる。

【００４６】本発明の金属系複合材料における上記強化
材の体積含有率と、マトリックスである上記金属又は上
記金属間化合物の体積含有率とは、それぞれ２０〜８０
vol%、８０〜２０vol%であるのが好ましく、応用される
製品、部品の構造設計に基づく要求性能に併せて選択す
ることができる。また、上記強化材の密度は、１．９〜
４．０ｇ/cm³であり、上記金属又は上記金属間化合物の
密度は、１．７〜７．３ｇ/cm³である。

【００４７】また、本発明の金属系複合材料における上
記強化材の強化形態（配向形態）としては、一方向強
化、０°、９０°および種々角度の複合配向強化、少数
のフィラメント数で作成した細径の強化材により作製し
た平織、朱子織、スダレ織、三軸織、三次元織、ブレー
ド等の各種織物強化等の各種形態が採用される。

【００４８】特に、本発明の金属系複合材料の特性を十
分に発揮させるため（宇宙・航空分野等の用途に用いる
場合）には、設計による要求性能に応じて上記の配合形
態を採用するのが好ましく、この際、上記強化材の体積
含有率と上記金属又は上記金属間化合物の体積含有率と
は、それぞれ、４０〜７０vol%、６０〜３０vol%とする
のが好ましい。

【００４９】また、本発明の金属系複合材料は、必要に
応じて、上記強化材とマトリックスである上記金属また
は上記金属間化合物との界面に耐各種衝撃緩和層を有し
ているのが好ましい。上記耐各種衝撃緩和層は、炭素、
炭化物、酸化物、窒化物、ホウ化物、セラミックス、金
属の少なくとも一つ、具体的には炭素、ＳｉＣ、ＺｒＯ
₂ 、Ｓｉ₃ Ｎ ₄ 、ＢＮ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＢ₂ 、Ｔ
ａ、Ｚｒ、Ｈｆ等からなり、５〜１００００Åの厚さを
有しているのが好ましい。上記耐各種衝撃緩和層の体積
含有率は、１０vol%以下であるのが好ましい。

【００５０】本発明の金属系複合材料を調製するには、
上記強化材と上記金属又は金属間化合物とを用いて、通
常公知の方法により得ることができ、特に制限されない
が、具体的には、プラズマ溶射−ホットプレス法、プラ
ズマ溶射−拡散接合法、スクイズキャスト法、ダイキャ
スト法、粉末凝固法、溶浸法等が挙げられる。また、上
記耐各種衝撃緩和層を有する金属系複合材料を調整する
場合には、使用する強化材として、上述した耐各種衝撃
緩和層で予め被覆された強化材を用いることにより得る
ことができる。

【００５１】

【実施例】以下、本発明の金属系複合材料について、実
施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれらに
限定されるものではない。

【００５２】〔製造例１〕下記の無機長繊維のフィラメ
ントを用い、下記第１〜第６工程を順次行って、ガラス
セラミックスであるバリウムオスミライト微結晶を一部
含む非晶質ＢａＯ・ＭｇＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・ＳｉＯ₂ が１
０vol%、無機長繊維が９０vol%のワイヤー形状を有する
先進複合材料用複合化強化材を得た。

【００５３】無機長繊維；Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃ、Ｏからな
り、内部の元素組成が、Ｓｉ：５０wt％、Ｔｉ：２wt
％、Ｃ：３０wt％、Ｏ：１８wt％、最表層の元素組成が
Ｓｉ：０wt％、Ｔｉ：０wt％、Ｃ：１００wt％、Ｏ：０
wt％であり、最表面層から内部へ７００Åの範囲までＳ
ｉ、Ｔｉ、Ｃ、Ｏ組成が最表面層組成から内部元素組成
へ連続的に変化する傾斜組成構造をもち、繊維径が１１
μｍ、０．５〜１wt％のポリエチレンオキサイドでサイ
ジングが施されている１６００フィラメント／ヤーンの
繊維束からなる非晶質の無機長繊維のフィラメントの集
合体

【００５４】第１工程；空気中３５０℃で連続処理して
サイジング剤を除去し、 第２工程；空気流で開繊したのち、 第３工程；超音波分散したＢａＯ・ＭｇＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃
・ＳｉＯ₂ （ガラスセラミックス）微粉末スラリー溶液
（繊維サイキング剤としてポリエチレンオキサイドを１
０vol%含有）中を通過させて上記ガラスセラミックスを
繊維に付着させた。 第４工程；引き続き上記のガラスセラミックスが付着さ
れた繊維をスリットを通過させてワイヤー状に成形し、 第５工程；１０００℃窒素中で連続熱処理して、付着し
た前記ガラスセラミックスを溶融・焼結したのち、 第６工程；さらに１２００℃窒素中で連続熱処理して得
られたワイヤー形状の先進複合材料用複合化強化材の１
２００℃空気中での引っ張り試験結果では、引っ張り強
度２．５ＧＰａ、破断伸度０．２０％であった。

【００５５】〔製造例２〕下記の無機長繊維のフィラメ
ントを用い、下記第１〜第６工程を順次行って、β−Sp
odumene 微結晶を一部含む非晶質の下記のガラスセラミ
ックスが６０vol%、該繊維が４０vol%のテープ形状を有
する先進複合材料用複合化強化材を得た。

【００５６】無機長繊維； Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃ、Ｏからな
る非晶質及び２０Åのβ−ＳｉＣ、ＴｉＣ超微粒子から
なり、内部の元素組成が、Ｓｉ：５４wt％、Ｔｉ：２wt
％、Ｃ：３２wt％、Ｏ：１２wt％、最表面層の元素組成
がＳｉ：４２wt％、Ｔｉ：３wt％、Ｃ：４７wt％、Ｏ：
８wt％であり、最表面層から内部へ８０Åの範囲までＳ
ｉ、Ｔｉ、Ｃ、Ｏ組成が最表面元素組成から内部元素組
成へ連続的に変化する傾斜組成をもち、さらに該最表面
層の上に、化学蒸着法（ＣＶＤ法）で付与された厚さ８
０００ÅのＢＮ耐各種衝撃緩和層を有する、繊維径が１
１μｍ、０．５〜１wt％のエポキシ樹脂でサイジングが
施されている３２００フィラメント／ヤーンの繊維束か
らなる無機長繊維のフィラメントの集合体。

【００５７】第１工程；空気中４００℃で連続処理して
サイジング剤を除去し、 第２工程；開繊（製造例１と同様に行った）した後、 第３工程；超音波分散したＺｒＯ₂ を微量含有するＬｉ
₂ Ｏ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・ＭｇＯ・ＳｉＯ₂ ・Ｎｂ₂ Ｏ₅ （ガ
ラスセラミックス）微粉末スラリー溶液（繊維サイジン
グ剤としてポリエチレンオキサイドを１０％含有）中を
通過させて上記ガラスセラミックスを遷移に付着させ
た。 第４工程；引き続き上記のガラスセラミックスが付着さ
れた繊維をローラー上を通して１０mm幅のテープ状に成
形し、 第５工程；９５０℃で溶融・焼結した後、 第６工程；１１００℃で溶融焼結、連続熱処理をした。

【００５８】得られたテープ形状の先進複合材料用複合
化強化材の室温での引張り試験結果は、引張り強度が、
１．４ＧＰａ、破断伸度が、０．３５％であった。

【００５９】〔製造例３〕下記の無機長繊維のフィラメ
ントを用い、下記１〜第５工程を順次行って、ガラスセ
ラミックであるAnorthite 微結晶を一部含む非晶質Ｃａ
Ｏ・ＭｇＯ・Ａｌ ₂ Ｏ₃ ・ＳｉＯ₂ が１０vol%、無機長
繊維が９０vol%のワイヤー形状を有する複合化強化材を
得た。

【００６０】無機長繊維；Ｓｉ、Ｃ、Ｏ及びＨからな
り、内部の元素組成が、Ｓｉ；５８．３wt％、Ｃ；３
０．４wt％、Ｏ；１１．１wt％、Ｈ；０．２wt％であ
り、５００Å以下のβ−ＳｉＣの結晶質の集合体と非晶
質のＳｉＯ₂ とからなる集合体からなる、繊維径が１４
μｍで、表面に１３０ｎｍの炭素コーティングがされ、
０．５〜１wt％のポリビニルアルコールでサイジングが
施されている５００フィラメント／ヤーンの繊維束から
なる無機長繊維のフィラメントの集合体。

【００６１】第１工程；空気中６００℃で連続処理して
サイジング剤を除去し、 第２工程；超音波分散したＣａＯ・ＭｇＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃
・ＳｉＯ₂ （ガラスセラミックス）微粉末スラリー溶液
（繊維サイジング剤としてポリエチレンオキサイドを１
０wt％含有）を通過させて上記ガラスセラミックスを繊
維に付着させた。 第３工程；引き続き上記のガラスセラミックスが付着さ
れた繊維をスリットを通過させてワイアー状に成形し、 第４工程；１１００℃窒素中で連続処理して、付着した
前記ガラスセラミックスを溶融・焼結したのち、 第５工程；さらに１３００℃窒素中で連続熱処理した。

【００６２】得られたワイヤー形状の複合化強化材の１
２００℃空気中での引っ張り試験結果では、引っ張り強
度２．２ＧＰａ、破断伸度が０．１７％であった。

【００６３】〔製造例４〕下記の無機長繊維のフィラメ
ントを用い、下記１〜第５工程を順次行って、ガラスβ
−Spodumene 微結晶を一部含む非晶質の下記のガラスセ
ラミックスが６０vol%、該繊維が４０vol%のテープ形状
を有する複合化強化材を得た。

【００６４】無機長繊維；Ｓｉ、Ｃ、Ｏ及びＨからな
り、内部の元素組成が、Ｓｉ；５８．３wt％、Ｃ；３
０．４wt％、Ｏ；１１．１wt％、Ｈ；０．２wt％であ
り、１０００Å以下のβ−ＳｉＣの結晶質の集合体と非
晶質のＳｉＯ₂ とからなる集合体からなる、繊維径が１
２〜１４μｍで、表面に１３０ｎｍの炭素コーティング
がされ、０．５〜１wt％のポリビニルアルコールでサイ
ジングが施されている５００フィラメント／ヤーンの繊
維束からなる無機長繊維のフィラメントの集合体。

【００６５】第１工程；空気中４００℃で連続処理して
サイジング剤を除去し、。 第２工程；超音波分散したＺｒＯ₂ を微量含有するＬｉ
₂ Ｏ・ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃ ・ＳｉＯ₂ ・Ｎｂ₂ Ｏ₅ （ガ
ラスセラミックス）微粉末スラリー溶液（繊維サイジン
グ剤としてポリエチレンオキサイドを１０wt％含有）中
を通過させて上記ガラスセラミックスを繊維に付着させ
た。 第３工程；引き続き上記のガスセラミックスが付着され
た繊維をローラー上を通して１０mm幅のテープ状に成形
し、 第４工程；９５０℃で溶融・焼結した後、 第５工程；１１００℃で溶融焼結、連続熱処理した。 得られたテープ形状の複合化強化材の室温での引っ張り
試験結果は、引っ張り強度が１．２ＧＰａ、破断伸度が
０．３０％であった。

【００６６】〔製造例５〕下記の無機長繊維のフィラメ
ントを用い、下記１〜第５工程を順次行って、ガラスセ
ラミックであるCordieriteを一部含む非晶質ＭｇＯ・Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ ・ＳｉＯ ₂ が１０vol%、無機長繊維が９０vol%
のワイヤー形状を有する複合化強化材を得た。

【００６７】無機長繊維；Ｓｉ、Ｎ、Ｃ、Ｏ、Ｈからな
り、内部の元素組成が、Ｓｉ；５９．２wt％、Ｎ；３
７．５wt％、Ｃ；１．５wt％、Ｏ；１．５wt％、Ｈ；
０．３wt％であり、主に２０００Å以下のＳｉ₃ Ｎ₄ の
微結晶質の集合体からなる、繊維径が１０〜２０μｍ
で、０．５〜１wt％のポリビニルアルコールでサイジン
グが施されている２００フィラメント／ヤーンの繊維束
からなる無機長繊維のフィラメントの集合体。

【００６８】第１工程；空気中６００℃で連続処理して
サイジング剤を除去し、 第２工程；超音波分散したＭｇＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・ＳｉＯ
₂ （ガラスセラミックス）微粉末スラリー溶液（繊維サ
イジング剤としてポリエチレンオキサイドを１０wt％含
有）を通過させて上記ガラスセラミックスを繊維に付着
させた。 第３工程；引き続き上記のガラスセラミックスが付着さ
れた繊維をスリットを通過させてワイアー状に成形し、 第４工程；１１００℃窒素中で連続熱処理して、付着し
た前記ガラスセラミックスを溶融・焼結したのち、 第５工程；さらに１３００℃窒素中で連続熱処理した。 得られたワイヤー形状の複合化強化材の１２００℃空気
中での引っ張り試験結果では、引っ張り強度１．７ＧＰ
ａ、破断伸度が０．１６％であった。

【００６９】〔製造例６〕下記の無機長繊維のフィラメ
ントを用い、下記１〜第５工程を順次行って、ガラスβ
−Spodumene 微結晶を一部含む非晶質の下記のガラスセ
ラミックスが６０vol%、該繊維が４０vol%のテープ形状
を有する複合化強化材を得た。

【００７０】無機長繊維；Ｓｉ、Ｎ、Ｃ、Ｏ、Ｈからな
り、内部の元素組成が、Ｓｉ；５９．２wt％、Ｎ；３
７．５wt％、Ｃ；１．５wt％、Ｏ；１．５wt％、Ｈ；
０．３wt％であり、主に２０００Å以下のＳｉ₃ Ｎ₄ の
微結晶質の集合体からなる、繊維径が１０〜２０μｍ
で、０．５〜１wt％のポリビニルアルコールでサイジン
グが施されている２００フィラメント／ヤーンの繊維束
からなる無機長繊維のフィラメントの集合体。

【００７１】第１工程；空気中６００℃で連続処理して
サイジング剤を除去し、 第２工程；超音波分散したＺｒＯ₂ を微量含有するＬｉ
₂ Ｏ・ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃ ・ＳｉＯ₂ ・Ｎｂ₂ Ｏ₅ （ガ
ラスセラミックス）微粉末スラリー溶液（繊維サイジン
グ剤としてポリエチレンオキサイドを１０wt％含有）中
を通過させて上記ガラスセラミックスを繊維に付着させ
た。 第３工程；引き続き上記のガラスセラミックスが付着さ
れた繊維をローラー上を通して１０mm幅のテープ状に成
形し、 第４工程；９５０℃で溶融・焼結した後、 第５工程；１１００℃で溶融焼結、連続熱処理した。 得られたテープ形状の複合化強化材の室温での引っ張り
試験結果は、引っ張り強度が１．０ＧＰａ、破断伸度が
０．２９％であった。

【００７２】〔製造例７〕下記の無機長繊維のフィラメ
ントを用い、下記１〜第５工程を順次行って、ガラスセ
ラミックであるバリウムオスミライトを一部含む非晶質
ＢａＯ・ＭｇＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・ＳｉＯ₂ が１０vol%、無
機長繊維が９０vol%のワイヤー形状を有する複合化強化
材を得た。

【００７３】無機長繊維；Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、Ｏからな
り、内部の元素組成が、Ａｌ；３７．１wt％、Ｓｉ；１
８．１wt％、Ｂ；０．６wt％、Ｏ；４４．２wt％であ
り、ムライトの微結晶体の集合体と非晶質のＳｉＯ₂ と
からなる集合体からなる、繊維径が１０〜２０μｍで、
表面に１００ｎｍのＢＮコーティングがされ、０．５〜
１wt％のポリビニルアルコールでサイジングが施されて
いる１８００フィラメント／ヤーンの繊維束からなる無
機長繊維のフィラメントの集合体。

【００７４】第１工程；空気中６００℃で連続処理して
サイジング剤を除去し、 第２工程；超音波分散したＢａＯ・ＭｇＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃
・ＳｉＯ₂ （ガラスセラミックス）微粉末スラリー溶液
（繊維サイジング剤としてポリエチレンオキサイドを１
０wt％含有）を通過させて上記ガラスセラミックスを繊
維に付着させた。 第３工程；引き続き上記のガラスセラミックスが付着さ
れた繊維をスリットを通過させてワイヤー状に成形し、 第４工程；１１００℃窒素中で連続熱処理して、付着し
た前記ガラスセラミックスを溶融・焼結したのち、 第５工程；さらに１３００℃窒素中で連続熱処理した。
得られたワイヤー形状の複合化強化材の１２００℃空気
中での引っ張り試験結果では、引っ張り強度１．３ＧＰ
ａ、破断伸度が０．１０％であった。

【００７５】〔製造例８〕下記の無機長繊維のフィラメ
ントを用い、下記１〜第５工程を順次行って、ガラスβ
−Spodumene 微結晶を一部含む非晶質の下記のガラスセ
ラミックスが６０vol%、該繊維が４０vol%のテープ形状
を有する複合化強化材を得た。

【００７６】無機長繊維；Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、Ｏからな
り、内部の元素組成が、Ａｌ：３７．１wt％、Ｓｉ；１
８．１wt％、Ｂ；０．６wt％、Ｏ；４４．２wt％であ
り、γ−あるいはη−アルミナの微結晶質の集合体と非
晶質のＳｉＯ₂ とからなる集合体からなる、繊維径が１
０〜２０μｍで、表面に１００ｎｍのＢＮコーティング
がされ、０．５〜１wt％のポリビニルアルコールでサイ
ジングが施されている１８００フィラメント／ヤーンの
繊維束からなる無機長繊維のフィラメントの集合体。

【００７７】第１工程；空気中６００℃で連続処理して
サイジング剤を除去し、 第２工程；超音波分散したＺｒＯ₂ を微量含有するＬｉ
₂ Ｏ・ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃ ・ＳｉＯ₂ ・Ｎｂ₂ Ｏ₅ （ガ
ラスセラミックス）微粉末スラリー溶液（繊維サイジン
グ剤としてポリエチレンオキサイドを１０wt％含有）中
を通過させて上記ガラスセラミックスを繊維に付着させ
た。 第３工程；引き続き上記のガラスセラミックスが付着さ
れた繊維をローラー上を通して１０mm幅のテープ状に成
形し、 第４工程；９５０℃で溶融・焼結した後、 第５工程；１１００℃で溶融焼結、連続熱処理した。得
られたテープ形状の複合化強化材の室温での引っ張り試
験結果は、引っ張り強度が０．７ＧＰａ、破断伸度が
０．１８％であった。

【００７８】〔実施例１〕製造例１で製造したワイヤー
形状を有する先進複合材料用複合化強化材を、９０mmの
長さに切断し、アルミ箔を貼り付けたカーボン板の上
に、一方向に引き揃えて幅５０mmになるように装着し
た。この一方向に引き揃えたワイヤー形状の強化材上及
び間隙に、粒径９０〜１５０μｍのＴｉＡｌ（金属間化
合物）アトマイズ粉を、２０Torr、アルゴン雰囲気下で
真空プラズマスプレー法により蒸着させて、ワイヤー形
状の複合化強化材６５vol%、ＴｉＡｌ３５vol%の複合化
強化材を用いた先進複合材料用複合化強化材のプリプレ
グシートを得た。得られたプリプレグシートを積層した
ものを、９５０℃、１０ＭＰａの条件下で１分間ホット
プレスすることにより、幅５０mm、長さ９０mm、厚み６
mmのワイヤー形状先進複合材料用複合化強化材を用いた
金属間化合物（ＴｉＡｌ）複合材料を製造した。得られ
た金属間化合物複合材料の室温〜９００℃での曲げ強度
試験結果では、室温〜９００℃まで強度変化はほとんど
なく、その三点曲げ強度の平均値は１．６ＧＰａであっ
た。

【００７９】比較のために、上記の先進複合材料用複合
化強化材を用いるかわりに、製造例１で使用した無機長
繊維のフィラメントのみを用いて上記と全く同様にプリ
プレグ、複合材料を製造した。この複合材料の曲げ強度
を測定したところ、真空プラズマスプレーでのプリプレ
グ製造中での繊維とＴｉＡｌとの反応や繊維切断、また
ホットプレス中での繊維とＴｉＡｌとの反応により、高
強度発現が困難となり、室温での３点曲げ強度は０．１
〜０．２ＧＰａの程度に止まった。

【００８０】〔実施例２〕製造例１で製造したワイヤー
形状を有する複合化強化材を、１２０mmの長さに切断
し、一方向に引き揃えてカーボンダイスに装着した（カ
ーボンダイスは、長方形で、上ブタ、下ブタの割型のも
のを用いた。また、上、下、側面にはそれぞれ数個の穴
があり、溶融金属が浸入できるようになっている）。次
いで、複合化強化材を装着したカーボンダイスを、７０
０℃で３０分間予熱した後、スクイズキャストマシンに
設置し、４００℃に保たれた金型内にすばやく設置し
た。その後型を閉じて、７００℃に保持したアルミニウ
ム合金Ａ６０６１を溶融した後、フランジャーにより圧
力１００ＭＰａで、複合化強化材を装着したカーボンダ
イス中に圧入し、４０秒間圧力を保持しながら、自然冷
却させ、大きさが、幅４０mm、長さ１２０mm、厚み５mm
であり、ワイヤー形状の複合化強化材が４０vol%、Ａ６
０６１が６０vol%のワイヤー形状の複合化強化材を用い
た金属系複合材料を製造した（スクイズ鋳造法）。

【００８１】得られた金属系複合材料の大気中４００℃
での３点曲げ試験結果では、室温での結果と同等の結果
が得られ、その３点曲げ強度の平均値は１．３ＧＰａで
あった。

【００８２】〔実施例３〕製造例２で製造したテープ形
状を有する複合化強化材を、６０mmの長さに切断し、ア
ルミ箔を貼り付けたカーボン板の上に、一方向に引き揃
えて、幅６０mmになるように装着した。この一方向に引
き揃えたテープ形状の強化材上及び間隙に、粒径６０〜
９０μｍのＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ（チタン合金、α＋β
型）アトマイズ粉を２０Ｔｏｒｒ、アルゴン雰囲気下で
真空プラズマスプレー法により蒸着させて、テープ形状
の複合化強化材５０vol%、チタン合金５０vol%の複合化
強化材を用いた金属系複合材料のプリプレグシートを得
た。

【００８３】得られたプリプレグシートを、０°、９０
°に交互積層したものを７００°、２０ＭＰａの条件下
で１分間ホットプレスすることにより、幅６０mm、長さ
９０mm、厚み４mmのテープ形状複合化強化材を用いた金
属系複合材料を製造した。得られた金属系複合材料の大
気中５００°での引張り強度の平均値は０．６ＧＰａで
あった。

【００８４】〔実施例４〕製造例３で製造したワイヤー
形状を有する複合化強化材を、９０mmの長さに切断し、
アルミ箔を貼り付けたカーボン板の上に、一方向に引き
揃えて幅５０mmになるように装着した。この一方向に引
き揃えたワイヤー形状の強化材上及び間隙に、粒径９０
〜１５０μｍのＴｉＡｌ（金属間化合物）アトマイズ粉
を２０Ｔｏｒｒ、アルゴン雰囲気下で減圧プラズマスプ
レー法により蒸着させて、ワイヤー形状の複合化強化材
６５vol%、ＴｉＡｌ３５vol%の複合化強化材を用いた金
属系複合材料のプリプレグシートを得た。

【００８５】得られたプリプレグシートを一方向に揃え
て積層したものを、９５０℃、１０ＭＰａの条件下で１
分間ホットプレスすることにより、幅５０mm、長さ９０
mm、厚み６mmのワイヤー形状の複合化強化材を用いた金
属複合材料を製造した。得られた金属間化合物複合化材
料の室温〜９００℃での引っ張り強度試験結果では、室
温〜９００℃まで強度変化はほとんどなく、その引っ張
り強度の平均値は１．３ＧＰａであった。

【００８６】比較のために上記の先進複合材料用複合化
強化材を用いるかわりに、製造例３で使用した無機長繊
維のフィラメントのみを用いて上記と全く同様にプリプ
レグ、複合材料を製造した（繊維の体積含有率を同等と
した）。この複合材料の曲げ強度を測定したところ、減
圧プラズマスプレーでのプリプレグ製造中での繊維とＴ
ｉＡｌとの反応や繊維切断、またはホットプレス中での
繊維とＴｉＡｌとの反応により、高強度発現が困難とな
り、室温での引っ張り強度は０．１〜０．２ＧＰａの程
度に止まった。

【００８７】〔実施例５〕製造例３で製造したワイヤー
形状を有する複合化強化材を、１２０mmの長さに切断
し、一方向に引き揃えてカーボンダイスに装着した（カ
ーボンダイスは、長方形で、上ブタ、下ブタの割型のも
のを用いた。また、上、下、側面には数個の穴があり、
溶融金属が浸入できるようになっている）。次いで、複
合化強化材を装着したカーボンダイスを７００℃で３０
分間余熱した後、スクイズキャストマシンに設置し、４
００℃に保たれた金型内にすばやく設置した。その後型
を閉じて、７００℃に保持したアルミニウム合金Ａ６０
６１を溶融した後、フランジャーにより圧力１００ＭＰ
ａで、複合化強化材を装着したカーボンダイス中に圧入
し、４０秒間圧力を保持しながら、自然冷却させ、大き
さが幅４０mm、長さ１２０mm、厚み５mmであり、ワイヤ
ー形状の複合化強化材が４０vol%、Ａ６０６１が６０vo
l%のワイヤー形状の複合化強化材を用いた金属系複合材
料を製造した（スクイズ鋳造法）。

【００８８】得られた金属系複合材料の大気中４００℃
での３点曲げ試験結果では、室温での結果と同等の結果
が得られ、その３点曲げ強度の平均値は１．２ＧＰａで
あった。

【００８９】〔実施例６〕製造例４で製造したテープ形
状を有する複合化強化材を、６０mmの長さに切断し、ア
ルミ箔を貼り付けたカーボン板の上に、一方向に引き揃
えて幅６０mmになるように装着した。この一方向に引き
揃えたテープ形状の強化材上及び間隙に、粒径６０〜９
０μｍのＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ（チタン合金、α＋β型）
アトマイズ粉を２０Ｔｏｒｒ、アルゴン雰囲気下で減圧
プラズマスプレー法により蒸着させて、テープ形状の複
合化強化材５０vol%、チタン合金５０vol%の複合化強化
材を用いた金属系複合材料のプリプレグシートを得た。

【００９０】得られたプリプレグシート、０°／９０°
に交互積層したものを、７００°、２０ＭＰａの条件下
で１分間ホットプレスすることにより、幅６０mm、長さ
９０mm、厚み４mmのテープ形状複合化強化材を用いた金
属複合材料を製造した。得られた金属系複合材料の大気
中５００℃での引っ張り強度の平均値は０．５ＧＰａで
あった。

【００９１】〔実施例７〕製造例５で製造したワイヤー
形状を有する複合化強化材を、９０mmの長さに切断し、
アルミ箔を貼り付けたカーボン板の上に、一方向に引き
揃えて幅５０mmになるように装着した。この一方向に引
き揃えたワイヤー形状の強化材上及び間隙に、粒径９０
〜１５０μｍのＴｉＡｌ（金属間化合物）アトマイズ粉
を２０Ｔｏｒｒ、アルゴン雰囲気下で減圧プラズマスプ
レー法により蒸着させて、ワイヤー形状の複合化強化材
６５vol%、ＴｉＡｌ３５vol%の複合化強化材を用いた金
属系複合材料のプリプレグシートを得た。

【００９２】得られたプリプレグシートを一方向に引き
揃えて積層したものを、９５０℃、１０ＭＰａの条件下
で１分間ホットプレスすることにより、幅５０mm、長さ
９０mm、厚み６mmのワイヤー形状複合化強化材を用いた
金属複合材料を製造した。得られた金属間化合物複合化
材料の室温〜９００℃での引っ張り強度試験結果では、
室温〜９００℃まで強度変化はほとんどなく、その引っ
張り強度の平均値は１．３ＧＰａであった。

【００９３】比較のために上記の先進複合材料用複合化
強化材を用いるかわりに、製造例５で使用した無機長繊
維のフィラメントのみを用いて上記と全く同様にプリプ
レグ、複合材料を製造した（繊維の体積含有率を同等と
した）。この複合材料の曲げ強度を測定したところ、減
圧プラズマスプレーでのプリプレグ製造中での繊維とＴ
ｉＡｌとの反応や繊維切断、またはホットプレス中での
繊維とＴｉＡｌとの反応により、高強度発現が困難とな
り、室温での引っ張り強度は０．１〜０．２ＧＰａの程
度に止まった。

【００９４】〔実施例８〕製造例５で製造したワイヤー
形状を有する複合化強化材を、１２０mmの長さに切断
し、一方向に引き揃えてカーボンダイスに装着した（カ
ーボンダイスは、長方形で、上ブタ、下ブタの割型のも
のを用いた。また、上、下、側面には数個の穴があり、
溶融金属が浸入できるようになっている）。次いで、複
合化強化材を装着したカーボンダイスを７００℃で３０
分間余熱した後、スクイズキャストマシンに設置し、４
００℃に保たれた金型内にすばやく設置した。その後型
を閉じて、７００℃に保持したアルミニウム合金Ａ６０
６１を溶融した後、フランジャーにより圧力１００ＭＰ
ａで、複合化強化材を装着したカーボンダイス中に圧入
し、４０秒間圧力を保持しながら、自然冷却させ、大き
さが幅４０mm、長さ１２０mm、厚み５mmであり、ワイヤ
ー形状の複合化強化材が４０vol%、Ａ６０６１が６０vo
l%のワイヤー形状の複合化強化材を用いた金属系複合材
料を製造した（スクイズ鋳造法）。

【００９５】得られた金属系複合材料の大気中４００℃
での３点曲げ試験結果では、室温での結果と同等の結果
が得られ、その３点曲げ強度の平均値は１．０ＧＰａで
あった。

【００９６】〔実施例９〕製造例６で製造したテープ形
状を有する複合化強化材を、６０mmの長さに切断し、ア
ルミ箔を貼り付けたカーボン板の上に、一方向に引き揃
えて幅６０mmになるように装着した。この一方向に引き
揃えたテープ形状の強化材上及び間隙に、粒径６０〜９
０μｍのＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ（チタン合金、α＋β型）
アトマイズ粉を２０Ｔｏｒｒ、アルゴン雰囲気下で減圧
プラズマスプレー法により蒸着させて、テープ形状の複
合化強化材５０vol%、チタン合金５０vol%の複合化強化
材を用いた金属系複合材料のプリプレグシートを得た。

【００９７】得られたプリプレグシート、０°／９０°
に交互積層したものを、７００℃、２０ＭＰａの条件下
で１分間ホットプレスすることにより、幅６０mm、長さ
９０mm、厚み４mmのテープ形状複合化強化材を用いた金
属系複合材料を製造した。得られた金属系複合材料の大
気中５００°での引っ張り強度の平均値は０．３ＧＰａ
であった。

【００９８】〔実施例１０〕製造例７で製造したワイヤ
ー形状を有する複合化強化材を、９０mmの長さに切断
し、アルミ箔を貼り付けたカーボン板の上に、一方向に
引き揃えて幅５０mmになるように装着した。この一方向
に引き揃えたワイヤー形状の強化材上及び間隙に、粒径
９０〜１５０μｍのＴｉＡｌ（金属間化合物）アトマイ
ズ粉を２０Ｔｏｒｒ、アルゴン雰囲気下で減圧プラズマ
スプレー法により蒸着させて、ワイヤー形状の複合化強
化材６５vol%、ＴｉＡｌ３５vol%の複合化強化材を用い
た金属系複合材料のプリプレグシートを得た。

【００９９】得られたプリプレグシートを一方向に引き
揃えて積層したものを、９５０°、１０ＭＰａの条件下
で１分間ホットプレスすることにより、幅５０mm、長さ
９０mm、厚み６mmのワイヤー形状の複合化強化材を用い
た金属系複合材料を製造した。得られた金属間化合物複
合化材料の室温〜９００℃での引っ張り強度試験結果で
は、室温〜９００℃まで強度変化はほとんどなく、その
引っ張り強度の平均値は０．９ＧＰａであった。

【０１００】比較のために上記の先進複合材料用複合化
強化材を用いるかわりに、製造例７で使用した無機長繊
維のフィラメントのみを用いて上記と全く同様にプリプ
レグ、複合材料を製造した（繊維の体積含有率を同等と
した）。この複合材料の曲げ強度を測定したところ、減
圧プラズマスプレーでのプリプレグ製造中での繊維とＴ
ｉＡｌとの反応や繊維切断、またはホットプレス中での
繊維とＴｉＡｌとの反応により、高強度発現が困難とな
り、室温での引っ張り強度は０．１〜０．２ＧＰａの程
度に止まった。

【０１０１】〔実施例１１〕製造例７で製造したワイヤ
ー形状を有する複合化強化材を、１２０mmの長さに切断
し、一方向に引き揃えてカーボンダイスに装着した（カ
ーボンダイスは、長方形で、上ブタ、下ブタの割型のも
のを用いた。また、上、下、側面には数個の穴があり、
溶融金属が浸入できるようになっている）。次いで、複
合化強化材を装着したカーボンダイスを７００℃で３０
分間余熱した後、スクイズキャストマシンに設置し、４
００℃に保たれた金型内にすばやく設置した。その後型
を閉じて、７００℃に保持したアルミニウム合金Ａ６０
６１を溶融した後、フランジャーにより圧力１００ＭＰ
ａで、複合化強化材を装着したカーボンダイス中に圧入
し、４０秒間圧力を保持しながら、自然冷却させ、大き
さが幅４０mm、長さ１２０mm、厚み５mmであり、ワイヤ
ー形状の複合化強化材が４０vol%、Ａ６０６１が６０vo
l%のワイヤー形状の複合化強化材を用いた金属系複合材
料を製造した（スクイズ鋳造法）。

【０１０２】得られた金属系複合材料の大気中４００℃
での３点曲げ試験結果では、室温での結果と同等の結果
が得られ、その３点曲げ強度の平均値は０．７ＧＰａで
あった。

【０１０３】〔実施例１２〕製造例８で製造したテープ
形状を有する複合化強化材を、６０mmの長さに切断し、
アルミ箔を貼り付けたカーボン板の上に、一方向に引き
揃えて幅６０mmになるように装着した。この一方向に引
き揃えたテープ形状の強化材上及び間隙に、粒径６０〜
９０μｍのＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ（チタン合金、α＋β
型）アトマイズ粉を２０Ｔｏｒｒ、アルゴン雰囲気下で
減圧プラズマスプレー法により蒸着させて、テープ形状
の複合化強化材５０vol%、チタン合金５０vol%の複合化
強化材を用いた金属系複合材料のプリプレグシートを得
た。

【０１０４】得られたプリプレグシート、０°／９０°
に交互積層したものを、７００℃、２０ＭＰａの条件下
で１分間ホットプレスすることにより、幅６０mm、長さ
９０mm、厚み４mmのテープ形状複合化強化材を用いた金
属系複合材料を製造した。得られた金属系複合材料の大
気中５００°での引っ張り強度の平均値は０．３ＧＰａ
であった。

【０１０５】

【発明の効果】本発明の金属系複合材料は、耐熱性、耐
蝕性及び機械的特性に優れたものである。

【０１０６】更に詳しくは、本発明の金属系複合材料
は、強化材として上記複合化強化材を用いているので、
高融点金属マトリックスである上記金属又は金属間化合
物と複合化させる際に、金属との反応性の低いガラスセ
ラミックス等によって無機繊維が保護されているため、
無機繊維と金属との反応による無機繊維の劣化が防止さ
れる結果、所望の機械的特性を有する。

【０１０７】更には、本発明の金属系複合材において
は、その成形時の反応劣化がほぼ完全に抑えられるの
で、理論値に近い力学的特性を得ることができ、また、
上記複合化強化材が、ＳｉＣ／Ｃ複合繊維に比べ、構成
成分の熱膨張係数の差がほとんどないものに仕上げられ
るため、本発明の金属系複合材料は、熱サイクルにも問
題がなく、また著しく低コストで製造できるものであ
る。

【０１０８】また、上記複合化強化材は、フィラメント
を種々のＶｆで用いてもＲＯＭ値に近い強度を得ること
ができ、またフィラメントの含有率を自在にコントロー
ルできるため、従来の強化材では問題が生じていた低Ｖ
ｆ及び高Ｖｆの複合体においても、所望の特性を付与す
ることができる。

【０１０９】従って、本発明の複合材は、宇宙・航空分
野等における成形材料として有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に用いられる複合化強化材の１
例を示す１部透視斜視図である。

【図２】図２は、本発明に用いられる複合化強化材の他
の例を示す１部透視斜視図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｆ 1/18 Ｈ (72)発明者 佐藤 光彦 山口県宇部市大字小串1978番地の５ 宇部 興産株式会社無機材料研究所内株式会社先 進材料利用ガスジェネレータ研究所宇部分 室内 (72)発明者 田村 誠 山口県宇部市大字小串1978番地の５ 宇部 興産株式会社無機材料研究所内株式会社先 進材料利用ガスジェネレータ研究所宇部分 室内 (72)発明者 梶井 紳二 山口県宇部市大字小串1978番地の５ 宇部 興産株式会社無機材料研究所内株式会社先 進材料利用ガスジェネレータ研究所宇部分 室内 (72)発明者 松森 保男 山口県宇部市大字小串1978番地の５ 宇部 興産株式会社無機材料研究所内株式会社先 進材料利用ガスジェネレータ研究所宇部分 室内 (72)発明者 原田 義勝 山口県宇部市大字小串1978番地の５ 宇部 興産株式会社無機材料研究所内株式会社先 進材料利用ガスジェネレータ研究所宇部分 室内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の複合化強化材と各複合化強化材の
   間隙に存在する金属又は金属間化合物とからなり、 上記複合化強化材が、多数の無機長繊維のフィラメント
   と、各フィラメントの間隙に存在するガラス及び／又は
   ガラスセラミックスとからなり、ワイヤー形状又はテー
   プ形状を有することを特徴とする金属系複合材料。
2. 【請求項２】 上記無機長繊維は、（ａ）実質的にＳｉ
   と、Ｔｉ及び／又はＺｒと、Ｃと、Ｏとからなる非晶
   質、（ｂ）上記非晶質並びに１００００Å以下のβ−Ｓ
   ｉＣと、ＴｉＣ及び／又はＺｒＣとの結晶質の集合体、
   若しくは（ｃ）上記結晶質並びにその近傍に存在するＳ
   ｉＯｘと、ＴｉＯｘ及び／又はＺｒＯｘ（０＜ｘ≦２）
   とからなる非晶質の混合系であり、且つその元素組成
   は、Ｓｉが３０〜８０wt％、Ｔｉ及び／又はＺｒが０．
   ０５〜８wt％、Ｃが１５〜６９wt％、Ｏが０．１〜２
   ０．０wt％であることを特徴とする請求項１記載の金属
   系複合材料。
3. 【請求項３】 上記無機長繊維は、（ａ）実質的にＳｉ
   と、Ｃとからなる非晶質、（ｂ）１００００Å以下のβ
   −ＳｉＣの結晶質、（ｃ）上記非晶質及び上記結晶質、
   若しくは（ｄ）上記非晶質及び／又は上記結晶質と、炭
   素の凝集体との混合系であり、且つその元素組成は、Ｓ
   ｉが３０〜８０wt％、Ｃが２０〜７０wt％、Ｈが２wt％
   以下であることを特徴とする請求項１記載の金属系複合
   材料。
4. 【請求項４】 上記無機長繊維は、（ａ）実質的にＳｉ
   と、Ｃと、Ｏとからなる非晶質、又は（ｂ）１００００
   Å以下のβ−ＳｉＣの結晶質の集合体と、非晶質のＳｉ
   Ｏ₂ とからなる集合体であり、且つその元素組成は、Ｓ
   ｉが３０〜８０wt％、Ｃが１０〜６５wt％、Ｏが０．０
   ５〜２５wt％、Ｈが２wt％以下であることを特徴とする
   請求項１記載の金属系複合材料。
5. 【請求項５】 上記無機長繊維は、Ｓｉと、Ｎ、Ｏ、
   Ｃ、Ｈ及び元素周期律表第II族〜第VIII族の金属元素か
   らなる群より選択される一種以上の金属類（Ｍ）とから
   なり、Ｘ線小角散乱強度比が１°及び０．５°の何れに
   おいても１倍〜２０倍である物質であり、且つ上記各元
   素の比率が原子比で、Ｎ／Ｓｉが０．３〜３、Ｏ／Ｓｉ
   が１５以下、Ｃ／Ｓｉが７以下、Ｈ／Ｓｉが１以下、Ｍ
   ／Ｓｉが５以下であることを特徴とする請求項１記載の
   金属系複合材料。
6. 【請求項６】 上記無機長繊維は、（ａ）実質的にＡｌ
   と、Ｓｉと、Ｂと、Ｏとからなるムライト、及び／又は
   （ｂ）γ−及びη−アルミナの微結晶と、非晶質のＳｉ
   Ｏ₂ との集合体である請求項１記載の金属系複合材料。
7. 【請求項７】 上記金属が、チタン合金、アルミニウム
   合金又はマグネシウム合金であることを特徴とするＡ請
   求項１記載の金属系複合材料。
8. 【請求項８】 上記金属間化合物が、チタン・アルミナ
   イド系又はニオブ・アルミナイド系の金属間化合物であ
   ることを特徴とするＡ請求項１記載の金属系複合材料。