JPH1088256A - カーボンナノチューブ強化アルミニウム複合材料 - Google Patents
カーボンナノチューブ強化アルミニウム複合材料Info
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Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 炭素繊維／アルミニウム系複合材料は非酸化
性雰囲気下では500 ℃以下であれば、加熱保持を行って
も強度低下は認められない。しかし、保持温度が550 ℃
以上となると炭素繊維とマトリックスの界面反応により
Ａｌ4 Ｃ3 が形成され、炭素繊維の断面積が減少すると
共に、この炭化物の根本でのノッチ効果により強度が低
下する。また、大気中での加熱は酸化による炭素繊維の
劣化が重大な問題となることがこれまでの研究によって
明らかにされている。 【解決手段】 アルミニウムを主成分とするマトリック
スと前記マトリックス内に複合されたカーボンナノチュ
ーブとカーボンナノカプセルとの混合物からなる強化材
を含有し、前記マトリックスに対して前記強化材が５〜
30容量％の範囲で複合されているカーボンナノチューブ
強化アルミニウム複合材料を提供するにある。
性雰囲気下では500 ℃以下であれば、加熱保持を行って
も強度低下は認められない。しかし、保持温度が550 ℃
以上となると炭素繊維とマトリックスの界面反応により
Ａｌ4 Ｃ3 が形成され、炭素繊維の断面積が減少すると
共に、この炭化物の根本でのノッチ効果により強度が低
下する。また、大気中での加熱は酸化による炭素繊維の
劣化が重大な問題となることがこれまでの研究によって
明らかにされている。 【解決手段】 アルミニウムを主成分とするマトリック
スと前記マトリックス内に複合されたカーボンナノチュ
ーブとカーボンナノカプセルとの混合物からなる強化材
を含有し、前記マトリックスに対して前記強化材が５〜
30容量％の範囲で複合されているカーボンナノチューブ
強化アルミニウム複合材料を提供するにある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はカーボンナノチュー
ブとカーボンナノカプセルとを強化材としてアルミニウ
ムマトリックスに複合したカーボンナノチューブ強化ア
ルミニウム複合材料であり、炭素繊維強化金属複合材料
に属する。
ブとカーボンナノカプセルとを強化材としてアルミニウ
ムマトリックスに複合したカーボンナノチューブ強化ア
ルミニウム複合材料であり、炭素繊維強化金属複合材料
に属する。
【０００２】本発明の適用できる製品は輸送機器用構造
材料、航空宇宙産業等の軽量を必要とする場所での構造
部材（宇宙船等）、屋内配線等の送電線である。
材料、航空宇宙産業等の軽量を必要とする場所での構造
部材（宇宙船等）、屋内配線等の送電線である。
【０００３】
【従来の技術】繊維と金属を組み合わせた複合材料とし
ては種々の系が検討されているが、ＭＭＣの中でも高比
強度・高弾性を狙った炭素繊維強化金属（ＣＦＲＭ）は
宇宙船等の航空宇宙開発分野を始めエネルギーや通信分
野などからその発展が強く望まれている。
ては種々の系が検討されているが、ＭＭＣの中でも高比
強度・高弾性を狙った炭素繊維強化金属（ＣＦＲＭ）は
宇宙船等の航空宇宙開発分野を始めエネルギーや通信分
野などからその発展が強く望まれている。
【０００４】これまでのところ軽量、高強度を特徴とす
るＣＦＲＭとしては炭素繊維強化アルミニウム合金が最
も多く検討されているが、その研究の多くは界面反応の
制御に関する研究と言っても過言ではない。複合材料の
界面力学特性は材料のマクロな特性に影響することが実
験的に明らかにされており、特に、炭素繊維とマトリッ
クスのアルミニウム合金との界面反応による繊維の劣化
と、反応生成物の形成をいかにして抑制するかが複合材
料の力学特性向上の要因となっているからである。
るＣＦＲＭとしては炭素繊維強化アルミニウム合金が最
も多く検討されているが、その研究の多くは界面反応の
制御に関する研究と言っても過言ではない。複合材料の
界面力学特性は材料のマクロな特性に影響することが実
験的に明らかにされており、特に、炭素繊維とマトリッ
クスのアルミニウム合金との界面反応による繊維の劣化
と、反応生成物の形成をいかにして抑制するかが複合材
料の力学特性向上の要因となっているからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】炭素繊維／アルミニウ
ム系複合材料は非酸化性雰囲気下では500 ℃以下であれ
ば、加熱保持を行っても強度低下は認められない。しか
し、保持温度が550 ℃以上となると炭素繊維とマトリッ
クスの界面反応によりＡｌ4 Ｃ3 が形成され、炭素繊維
の断面積が減少すると共に、この炭化物の根本でのノッ
チ効果により強度が低下する。また、大気中での加熱は
酸化による炭素繊維の劣化が重大な問題となることがこ
れまでの研究によって明らかにされている。
ム系複合材料は非酸化性雰囲気下では500 ℃以下であれ
ば、加熱保持を行っても強度低下は認められない。しか
し、保持温度が550 ℃以上となると炭素繊維とマトリッ
クスの界面反応によりＡｌ4 Ｃ3 が形成され、炭素繊維
の断面積が減少すると共に、この炭化物の根本でのノッ
チ効果により強度が低下する。また、大気中での加熱は
酸化による炭素繊維の劣化が重大な問題となることがこ
れまでの研究によって明らかにされている。
【０００６】これらの対策として主に、 炭素繊維表面への金属メッキやセラミックコーティン
グ マトリックスへの添加元素による界面反応の抑制 が試みられているが、生産性の問題等から工業レベルで
の改善にはいまだ検討の余地を残されている。
グ マトリックスへの添加元素による界面反応の抑制 が試みられているが、生産性の問題等から工業レベルで
の改善にはいまだ検討の余地を残されている。
【０００７】現在、工業的に使用されている炭素繊維は
ＰＡＮ系、ピッチ系など多少の構造的な差があるが、一
般の固体炭素材料と同様に基本的にはグラファイトと類
似の結晶学的な異方性を持つ。従って、その表面は(00
1) 面に代表される基底面と(100) 面に代表される炭素
原子のジグザグ型配列のプリズム面及び(110) 面に代表
される肘掛け椅子型配列のプリズム面が存在する。基底
面の表面自由エネルギーは0.141 ／ｍ2 、プリズム面の
比表面エネルギーは4.81／ｍ2 と報告されており、これ
によるとグラファイト結晶の表面自由エネルギーは基底
面よりプリズム面の方が3.1 倍大きいことになる。従っ
て、もし炭素繊維表面が完全なグラファイト底面によっ
て構成された繊維を利用した場合、反応相の抑制に効果
的であると思われる。これは実際にグラファイト化度が
高い高弾性炭素繊維の方が反応相の生成量が比較的少な
いこと、また、反応相であるＡｌ4 Ｃ3 は繊維のプリズ
ム面からエピタキシャルに成長していることが観察され
ていることからも明らかである。
ＰＡＮ系、ピッチ系など多少の構造的な差があるが、一
般の固体炭素材料と同様に基本的にはグラファイトと類
似の結晶学的な異方性を持つ。従って、その表面は(00
1) 面に代表される基底面と(100) 面に代表される炭素
原子のジグザグ型配列のプリズム面及び(110) 面に代表
される肘掛け椅子型配列のプリズム面が存在する。基底
面の表面自由エネルギーは0.141 ／ｍ2 、プリズム面の
比表面エネルギーは4.81／ｍ2 と報告されており、これ
によるとグラファイト結晶の表面自由エネルギーは基底
面よりプリズム面の方が3.1 倍大きいことになる。従っ
て、もし炭素繊維表面が完全なグラファイト底面によっ
て構成された繊維を利用した場合、反応相の抑制に効果
的であると思われる。これは実際にグラファイト化度が
高い高弾性炭素繊維の方が反応相の生成量が比較的少な
いこと、また、反応相であるＡｌ4 Ｃ3 は繊維のプリズ
ム面からエピタキシャルに成長していることが観察され
ていることからも明らかである。
【０００８】共存の炭素繊維は、製造法、構造及び機械
的性質から幾つかの種類に分類され目的に合わせて使用
されている。しかし、どの種類の炭素繊維においてもグ
ラファイト化は完全とは言えず、結晶学的な異方性を持
つことが明らかである。したがって、金属をマトリック
スとした場合は繊維／マトリックス間の界面反応の制御
を常に考慮し、反応相の生成に対策を講じることが必要
とされてきた。
的性質から幾つかの種類に分類され目的に合わせて使用
されている。しかし、どの種類の炭素繊維においてもグ
ラファイト化は完全とは言えず、結晶学的な異方性を持
つことが明らかである。したがって、金属をマトリック
スとした場合は繊維／マトリックス間の界面反応の制御
を常に考慮し、反応相の生成に対策を講じることが必要
とされてきた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するために考えられたもので、本発明はアルミニウム
を主成分とするマトリックスと前記マトリックス内に複
合されたカーボンナノチューブとカーボンナノカプセル
との混合物からなる強化材を含有し、前記マトリックス
に対して前記強化材が５〜30容量％の範囲で複合されて
いるカーボンナノチューブ強化アルミニウム複合材料に
ある。
決するために考えられたもので、本発明はアルミニウム
を主成分とするマトリックスと前記マトリックス内に複
合されたカーボンナノチューブとカーボンナノカプセル
との混合物からなる強化材を含有し、前記マトリックス
に対して前記強化材が５〜30容量％の範囲で複合されて
いるカーボンナノチューブ強化アルミニウム複合材料に
ある。
【００１０】本発明の複合材料において、強化材となる
カーボンナノチューブとカーボンナノカプセルの混合比
率はカーボンナノチューブが50〜95容量％、カーボンナ
ノカプセルが５〜30容量％の範囲に混合することが好ま
しい。
カーボンナノチューブとカーボンナノカプセルの混合比
率はカーボンナノチューブが50〜95容量％、カーボンナ
ノカプセルが５〜30容量％の範囲に混合することが好ま
しい。
【００１１】本発明において、成分範囲限定の理由は次
の通りである。 (1) 強化材の複合量の範囲について；-実験からは強化
材の複合量が10％付近でピークとなるようなデータが図
１に示されている。５％以下では強化に寄与するカーボ
ンナノチューブの本数が少なくなるため、材料全体の性
質に与える繊維／マトリックス界面の相互作用の影響が
小さく、複合効果がマトリックスであるアルミの性質に
スポイルされてしまうものと考えられる。また、30％以
上では、特に強化材同士の凝集化が起こっているよう
で、このようなところでは繊維／マトリックス界面を形
成していないところがあると考えられる。成形体では特
にそのような接着性あるいは密着性の悪い部分からクラ
ックを生じ、結果的に複合体の成形性・焼結性の低下を
招いているものと思われる。今回の実験からはこれ以上
の複合量は適当ではないと判断した。
の通りである。 (1) 強化材の複合量の範囲について；-実験からは強化
材の複合量が10％付近でピークとなるようなデータが図
１に示されている。５％以下では強化に寄与するカーボ
ンナノチューブの本数が少なくなるため、材料全体の性
質に与える繊維／マトリックス界面の相互作用の影響が
小さく、複合効果がマトリックスであるアルミの性質に
スポイルされてしまうものと考えられる。また、30％以
上では、特に強化材同士の凝集化が起こっているよう
で、このようなところでは繊維／マトリックス界面を形
成していないところがあると考えられる。成形体では特
にそのような接着性あるいは密着性の悪い部分からクラ
ックを生じ、結果的に複合体の成形性・焼結性の低下を
招いているものと思われる。今回の実験からはこれ以上
の複合量は適当ではないと判断した。
【００１２】(2) 強化材のカーボンナノチューブとカー
ボンナノカプセルの割合について；-本発明では強化材
としてカーボンナノチューブを利用することを特徴とす
るが、ナノチューブだけではなく他にカーボンナノカプ
セルの含有も効果的であるということを確かめた。すな
わち、カーボンナノチューブは繊維強化相として利用で
き、カーボンナノカプセルは粒子分散強化相としてアル
ミマトリックスの転位論的強化に利用できると考えられ
る。これまで熱処理等によりカーボンナノカプセルを消
失させ99％以上の純度でカーボンナノチューブを精製す
る方法が発表されているが、この方法では同時にカーボ
ンナノチューブも損傷する可能性が高いため本発明には
熱処理により化学的に活性な面が生じるため適当ではな
いと考えた。また、精製される量が原料に対して極端に
少なくなる等、工業的に利用する場合の問題を抱えてい
る。これらの理由から、簡便な精製法により得られるカ
ーボンナノチューブとカーボンナノカプセルの混合体を
強化材として利用するほうが実質的には有効であると判
断した。
ボンナノカプセルの割合について；-本発明では強化材
としてカーボンナノチューブを利用することを特徴とす
るが、ナノチューブだけではなく他にカーボンナノカプ
セルの含有も効果的であるということを確かめた。すな
わち、カーボンナノチューブは繊維強化相として利用で
き、カーボンナノカプセルは粒子分散強化相としてアル
ミマトリックスの転位論的強化に利用できると考えられ
る。これまで熱処理等によりカーボンナノカプセルを消
失させ99％以上の純度でカーボンナノチューブを精製す
る方法が発表されているが、この方法では同時にカーボ
ンナノチューブも損傷する可能性が高いため本発明には
熱処理により化学的に活性な面が生じるため適当ではな
いと考えた。また、精製される量が原料に対して極端に
少なくなる等、工業的に利用する場合の問題を抱えてい
る。これらの理由から、簡便な精製法により得られるカ
ーボンナノチューブとカーボンナノカプセルの混合体を
強化材として利用するほうが実質的には有効であると判
断した。
【００１３】
【実施例】本発明の複合材料は例えば以下のようにして
作製される。アルミニウム粉末に対し所定量のカーボン
ナノチューブ50〜95容量％とカーボンナノカプセル50〜
５容量％との混合物からなる強化材を添加し、十分に分
散させる。次に、このような複合材料を常温で引抜、ス
エージング、圧縮成型など塑性加工し、棒、板、型材等
の形で複合材料を得る。
作製される。アルミニウム粉末に対し所定量のカーボン
ナノチューブ50〜95容量％とカーボンナノカプセル50〜
５容量％との混合物からなる強化材を添加し、十分に分
散させる。次に、このような複合材料を常温で引抜、ス
エージング、圧縮成型など塑性加工し、棒、板、型材等
の形で複合材料を得る。
【００１４】以下に具体例を示す。ヘリウム雰囲気中で
炭素棒を直流アーク放電させることにより陰極側に円筒
状の堆積物を生じさせた。その中からカーボンナノチュ
ーブとカーボンナノカプセルとの混合物（カーボンナノ
チューブを約40〜60容量％、カーボンナノカプセル60〜
40容量％を含む）を得た。次に、これを強化材を純度9
9.99 ％、粒径約0.1μｍのアルミニウム粉末に添加し、
十分に分散させた。この後得られた混合粉をアルミニウ
ムシースに充填し、引抜加工による多芯線化を図った。
線材化した後、真空中（〜10-2Ｔｏｒｒ）で熱処理（33
0 ℃，30分）を施すことで、目的とするカーボンナノチ
ューブ強化アルミニウム複合材料を得た。
炭素棒を直流アーク放電させることにより陰極側に円筒
状の堆積物を生じさせた。その中からカーボンナノチュ
ーブとカーボンナノカプセルとの混合物（カーボンナノ
チューブを約40〜60容量％、カーボンナノカプセル60〜
40容量％を含む）を得た。次に、これを強化材を純度9
9.99 ％、粒径約0.1μｍのアルミニウム粉末に添加し、
十分に分散させた。この後得られた混合粉をアルミニウ
ムシースに充填し、引抜加工による多芯線化を図った。
線材化した後、真空中（〜10-2Ｔｏｒｒ）で熱処理（33
0 ℃，30分）を施すことで、目的とするカーボンナノチ
ューブ強化アルミニウム複合材料を得た。
【００１５】本発明においては、上記カーボンナノチュ
ーブとカーボンナノカプセルとの混合物からなる強化材
の複合量を適切な範囲とすることが重要であり、アルミ
ニウムマトリックスに対して、図１に示すように、上記
強化材を５〜30容量％の範囲で複合する。強化材の複合
量が５容量％未満であると有意な複合効果は得られず、
30容量％を越えると複合体の例えば成形性が大幅に低下
し、実用的な複合体を得ることができない。図１はカー
ボンナノチューブの複合量（容量％）と微小硬さの変化
を示す図である。図１に示すようにカーボンナノチュー
ブの複合量は10容量％が最もよいことが確かめられた。
ーブとカーボンナノカプセルとの混合物からなる強化材
の複合量を適切な範囲とすることが重要であり、アルミ
ニウムマトリックスに対して、図１に示すように、上記
強化材を５〜30容量％の範囲で複合する。強化材の複合
量が５容量％未満であると有意な複合効果は得られず、
30容量％を越えると複合体の例えば成形性が大幅に低下
し、実用的な複合体を得ることができない。図１はカー
ボンナノチューブの複合量（容量％）と微小硬さの変化
を示す図である。図１に示すようにカーボンナノチュー
ブの複合量は10容量％が最もよいことが確かめられた。
【００１６】上記強化材中のカーボンナノチューブとカ
ーボンナノカプセルとの混合比率は、カーボンナノチュ
ーブの体積比が50〜95容量％、カーボンナノカプセル50
〜５容量％の範囲となるように設定することが好まし
い。また、用いるカーボンナノチューブとしては、一本
あたりの直径が５〜60ｎｍ程度で、長さが0.5 〜５μｍ
程度のものが好ましく、複数本束になっている場合も利
用可能である。
ーボンナノカプセルとの混合比率は、カーボンナノチュ
ーブの体積比が50〜95容量％、カーボンナノカプセル50
〜５容量％の範囲となるように設定することが好まし
い。また、用いるカーボンナノチューブとしては、一本
あたりの直径が５〜60ｎｍ程度で、長さが0.5 〜５μｍ
程度のものが好ましく、複数本束になっている場合も利
用可能である。
【００１７】カーボンナノチューブ強化アルミニウム複
合体の組織を観察した結果、図３に示すように、カーボ
ンナノカプセルがマトリックス中に均一に分散している
と共に極細線化によりカーボンナノチューブが引抜方向
に良く配向した組織が観察された。また、カーボンナノ
チューブを使用した場合、熱処理を施しても反応相の生
成が認められず、繊維の浸食等はなかった。
合体の組織を観察した結果、図３に示すように、カーボ
ンナノカプセルがマトリックス中に均一に分散している
と共に極細線化によりカーボンナノチューブが引抜方向
に良く配向した組織が観察された。また、カーボンナノ
チューブを使用した場合、熱処理を施しても反応相の生
成が認められず、繊維の浸食等はなかった。
【００１８】カーボンナノチューブ強化アルミニウム複
合材料の硬さ試験及び引張試験を室温下で行った結果を
図１及び図２に示す。図より明らかなように、複合量の
増加に伴って硬さが２〜５倍ほど増加し、カーボンナノ
チューブとカーボンナノカプセルを強化材として複合す
ることにより、アルミニウムの機械的性質（破断強度）
を向上させることができた。また、カーボンナノカプセ
ルがマトリックス中に均一に分散していることから熱処
理後の硬さの低下率が小さくマトリックスの強化に寄与
していることが判明した。560 ℃で24時間保持しても繊
維／マトリックス界面に反応相生成は認められず、炭素
繊維を用いた従来材料の問題点を克服できることが確認
された。
合材料の硬さ試験及び引張試験を室温下で行った結果を
図１及び図２に示す。図より明らかなように、複合量の
増加に伴って硬さが２〜５倍ほど増加し、カーボンナノ
チューブとカーボンナノカプセルを強化材として複合す
ることにより、アルミニウムの機械的性質（破断強度）
を向上させることができた。また、カーボンナノカプセ
ルがマトリックス中に均一に分散していることから熱処
理後の硬さの低下率が小さくマトリックスの強化に寄与
していることが判明した。560 ℃で24時間保持しても繊
維／マトリックス界面に反応相生成は認められず、炭素
繊維を用いた従来材料の問題点を克服できることが確認
された。
【００１９】〔試験例〕 〔目的〕 ナノチューブは、その特異な構造から一種の
ひげ結晶とみなせるが、強加工を施すと座屈を伴う特異
な様式の塑性変形を起こす。また、ナノチューブの表面
はグラファイト底面によって囲まれているため化学的に
不活性であると考えられる。したがって、ナノチューブ
は今後高比強度と変形能を備えた新しい繊維材料として
利用できる可能性がある。本研究ではアルミニウムマト
リックスにナノチューブを複合した材料を試作し、その
繊維／マトリックス界面の微細組織及び力学的性質につ
いて検討した。
ひげ結晶とみなせるが、強加工を施すと座屈を伴う特異
な様式の塑性変形を起こす。また、ナノチューブの表面
はグラファイト底面によって囲まれているため化学的に
不活性であると考えられる。したがって、ナノチューブ
は今後高比強度と変形能を備えた新しい繊維材料として
利用できる可能性がある。本研究ではアルミニウムマト
リックスにナノチューブを複合した材料を試作し、その
繊維／マトリックス界面の微細組織及び力学的性質につ
いて検討した。
【００２０】〔試験方法〕 ナノチューブはアーク放電
法により作製した。使用したナノチューブ粉末には不純
物として粒状グラファイト、非晶質カーボンが含まれて
いる。試料の作製はアルミニウム粉末（純度99.99 ％、
粒径約0.1 μｍ）にナノチューブ粉末の配合量を０〜30
重量％と変化させた混合粉をそれぞれアルミシースに充
填し、600 ℃，60分で焼結した後、スエージングするこ
とにより行った。複合組織はＪＥＭ−200 ＣＸ高分解能
電子顕微鏡で観察した結果は図４に示す通りで、微小硬
さ試験及び引張試験により力学的性質を評価した。
法により作製した。使用したナノチューブ粉末には不純
物として粒状グラファイト、非晶質カーボンが含まれて
いる。試料の作製はアルミニウム粉末（純度99.99 ％、
粒径約0.1 μｍ）にナノチューブ粉末の配合量を０〜30
重量％と変化させた混合粉をそれぞれアルミシースに充
填し、600 ℃，60分で焼結した後、スエージングするこ
とにより行った。複合組織はＪＥＭ−200 ＣＸ高分解能
電子顕微鏡で観察した結果は図４に示す通りで、微小硬
さ試験及び引張試験により力学的性質を評価した。
【００２１】〔結果〕 試料はナノチューブの複合量の
増加に伴って硬さが増加する傾向にあった。組織観察を
行ったところ、図４より明らかなようにナノチューブと
共に粒状グラファイトが多数観察され、これもマトリッ
クスの強化に寄与していると推測された。また、550 ℃
以上の温度で長時間保持してもナノチューブ／アルミニ
ウム界面では反応相の生成が認められず、ナノチューブ
の表面層は安定していた。ナノチューブは理論的に反応
相を形成しにくい構造を取っていることから、破断等に
よってプリズム面が生じない限り金属基複合材料におけ
る複合素材としても有効であることが確かめられた。
増加に伴って硬さが増加する傾向にあった。組織観察を
行ったところ、図４より明らかなようにナノチューブと
共に粒状グラファイトが多数観察され、これもマトリッ
クスの強化に寄与していると推測された。また、550 ℃
以上の温度で長時間保持してもナノチューブ／アルミニ
ウム界面では反応相の生成が認められず、ナノチューブ
の表面層は安定していた。ナノチューブは理論的に反応
相を形成しにくい構造を取っていることから、破断等に
よってプリズム面が生じない限り金属基複合材料におけ
る複合素材としても有効であることが確かめられた。
【００２２】
【発明の効果】カーボンナノチューブ、カーボンナノカ
プセルで強化したアルミニウム複合材料は、既存の炭素
繊維を利用した場合は難しかった塑性加工による複合材
料の製造が可能となり、しかもナノチューブの表面が化
学的に安定なグラファイト底面で囲まれているため熱処
理時の界面反応による反応相の生成を抑制することがで
きる。このため、任意の形状への加工が容易で実用的な
温度域を従来材料に比べて高めることが可能である。
プセルで強化したアルミニウム複合材料は、既存の炭素
繊維を利用した場合は難しかった塑性加工による複合材
料の製造が可能となり、しかもナノチューブの表面が化
学的に安定なグラファイト底面で囲まれているため熱処
理時の界面反応による反応相の生成を抑制することがで
きる。このため、任意の形状への加工が容易で実用的な
温度域を従来材料に比べて高めることが可能である。
【００２３】ナノチューブを強化繊維材料として利用す
る本発明は、化学的に安定なグラファイト底面によって
囲まれたナノチューブの構造的特徴を生かして界面に反
応相を生じない複合材料を製造するものである。繊維材
料としてナノチューブを利用することにより、従来複合
材料製造時に必要とされてきたコーティング等の工程を
省くことができ、製造コストの低減も期待できる。
る本発明は、化学的に安定なグラファイト底面によって
囲まれたナノチューブの構造的特徴を生かして界面に反
応相を生じない複合材料を製造するものである。繊維材
料としてナノチューブを利用することにより、従来複合
材料製造時に必要とされてきたコーティング等の工程を
省くことができ、製造コストの低減も期待できる。
【００２４】本発明は、カーボンナノチューブとカーボ
ンナノカプセルを強化材として複合したアルミニウムは
熱処理後の硬さの低下率が小さく、また、高温・長時間
保持を行っても界面に反応生成物が形成されないため、
複合材料の機械的性質は急激に低下することはない。複
合材料製造時及び使用時に圧縮、押し出し等の塑性加工
を行ってもナノチューブは塑性変形するため容易に破断
することがなく、内部に欠陥を生じることがない。
ンナノカプセルを強化材として複合したアルミニウムは
熱処理後の硬さの低下率が小さく、また、高温・長時間
保持を行っても界面に反応生成物が形成されないため、
複合材料の機械的性質は急激に低下することはない。複
合材料製造時及び使用時に圧縮、押し出し等の塑性加工
を行ってもナノチューブは塑性変形するため容易に破断
することがなく、内部に欠陥を生じることがない。
【００２５】このため本発明によって製造した複合材料
は軽量・高強度構造材料として、また、宇宙船等の航空
宇宙産業、エネルギー産業等への利用ができる産業上大
なる利点がある。
は軽量・高強度構造材料として、また、宇宙船等の航空
宇宙産業、エネルギー産業等への利用ができる産業上大
なる利点がある。
【図１】図１は、本発明のカーボンナノチューブの複合
量に対する複合試料の微小硬さの変化を示す特性図であ
る。
量に対する複合試料の微小硬さの変化を示す特性図であ
る。
【図２】図２は、本発明の各熱処理温度における0.5 容
量％試料の破断荷重を示す特性図である。
量％試料の破断荷重を示す特性図である。
【図３】図３は、本発明における複合材中に整列したナ
ノチューブの電子顕微鏡写真図である。
ノチューブの電子顕微鏡写真図である。
【図４】図４は、本発明におけるナノチューブとアルミ
ニウム界面の高解像度電子顕微鏡写真図である。
ニウム界面の高解像度電子顕微鏡写真図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 アルミニウムを主成分とするマトリック
スと前記マトリックス内に複合されたカーボンナノチュ
ーブとカーボンナノカプセルとの混合物からなる強化材
を含有し、前記マトリックスに対して前記強化材が５〜
30容量％の範囲で複合されていることを特徴とするカー
ボンナノチューブ強化アルミニウム複合材料。 - 【請求項２】 強化材となるカーボンナノチューブとカ
ーボンナノカプセルの混合比率はカーボンナノチューブ
が50〜95容量％、カーボンナノカプセルが５〜30容量％
の範囲に混合することを特徴とするカーボンナノチュー
ブ強化アルミニウム複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24754596A JP3607934B2 (ja) | 1996-09-19 | 1996-09-19 | カーボンナノチューブ強化アルミニウム複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24754596A JP3607934B2 (ja) | 1996-09-19 | 1996-09-19 | カーボンナノチューブ強化アルミニウム複合材料 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004239885A Division JP2005008989A (ja) | 2004-08-19 | 2004-08-19 | カーボンナノチューブ強化アルミニウム複合材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1088256A true JPH1088256A (ja) | 1998-04-07 |
| JP3607934B2 JP3607934B2 (ja) | 2005-01-05 |
Family
ID=17165095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24754596A Expired - Lifetime JP3607934B2 (ja) | 1996-09-19 | 1996-09-19 | カーボンナノチューブ強化アルミニウム複合材料 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3607934B2 (ja) |
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- 1996-09-19 JP JP24754596A patent/JP3607934B2/ja not_active Expired - Lifetime
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