JPS60141847A - 繊維強化金属複合材料 - Google Patents
繊維強化金属複合材料Info
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- JPS60141847A JPS60141847A JP24857883A JP24857883A JPS60141847A JP S60141847 A JPS60141847 A JP S60141847A JP 24857883 A JP24857883 A JP 24857883A JP 24857883 A JP24857883 A JP 24857883A JP S60141847 A JPS60141847 A JP S60141847A
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- fibers
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[技術分野]
本発明は、金属マトリックス中に繊維集合体が−2=
埋設された繊維強化金属複合材料(以下FRMという)
の改良に関する。
の改良に関する。
[従来技術]
近時、FRMとして、繊維で強化した繊維強化FRMと
、ウィスカで強化したウィスカ強化FRMとが提供され
ている。両者はそれぞれに優れた長所を持つが、短所も
持つため工業的利用には限界がある。
、ウィスカで強化したウィスカ強化FRMとが提供され
ている。両者はそれぞれに優れた長所を持つが、短所も
持つため工業的利用には限界がある。
例えば前者の代表的な例である炭素88強化FRMと、
後者の代表的な例である炭化珪素(SiC)ウィスカで
強化したFRMの長所及び短所を比較すると次のようで
ある。即ち、炭素m維強化FRMの長所は、SiCウィ
スカ強化FRMに比して比重が軽(て軽量化できること
、切削性が良好であること、価格が低廉であることなど
であり、その短所はSiCウィスカ強化FRMに比べて
強度や硬さが低いこと、繊維体の成形性が悪いことなど
である。これに対してSiCウィスカ強化FRMの長所
は、強度や硬さが大きいこと、摩耗量が少ないこと、繊
維体の成形性が良好なことであ−3− リ、その短所は比重が大きくて軽量化に都合が悪いこと
、切削性が悪いこと、ウィスカの生産性が極めて低いた
め価格が炭素mHの約10倍と非常に高価であることな
どである。
後者の代表的な例である炭化珪素(SiC)ウィスカで
強化したFRMの長所及び短所を比較すると次のようで
ある。即ち、炭素m維強化FRMの長所は、SiCウィ
スカ強化FRMに比して比重が軽(て軽量化できること
、切削性が良好であること、価格が低廉であることなど
であり、その短所はSiCウィスカ強化FRMに比べて
強度や硬さが低いこと、繊維体の成形性が悪いことなど
である。これに対してSiCウィスカ強化FRMの長所
は、強度や硬さが大きいこと、摩耗量が少ないこと、繊
維体の成形性が良好なことであ−3− リ、その短所は比重が大きくて軽量化に都合が悪いこと
、切削性が悪いこと、ウィスカの生産性が極めて低いた
め価格が炭素mHの約10倍と非常に高価であることな
どである。
上記したように炭素繊維強化FRMと炭化珪素ウィスカ
強化FRMとは、相反する長所及び短所をもつ。
強化FRMとは、相反する長所及び短所をもつ。
[発明の目的]
本発明は、上記した実情に鑑みなされたものである。本
発明の目的は広く工業的に利用し得るFRMを提供する
にある。
発明の目的は広く工業的に利用し得るFRMを提供する
にある。
[発明の構成]
本発明のFRMは、金属マトリックス中に繊維集合体が
埋設された繊維強化金属複合材料において、前記繊維集
合体は、短繊維とウィスカとが混合して構成されている
ことを特徴とするものである。
埋設された繊維強化金属複合材料において、前記繊維集
合体は、短繊維とウィスカとが混合して構成されている
ことを特徴とするものである。
ウィスカは、ひげ結晶とよばれる直径がμ単位の剣状又
は棒状の結晶のことであり、通常は単結晶である。ウィ
スカは、密度や溶湯温度は同−組−4− 成のものと変わらないものの、双晶やキンク等の欠陥が
ないかほとんどないため、理論的強度か又はこれに近い
強度をもち同一組成のものに比べて著しく大きな強度を
有する。具体的には同じ組成でも通常の強さの1oO〜
1000倍と極めて大きな強度をもつ。
は棒状の結晶のことであり、通常は単結晶である。ウィ
スカは、密度や溶湯温度は同−組−4− 成のものと変わらないものの、双晶やキンク等の欠陥が
ないかほとんどないため、理論的強度か又はこれに近い
強度をもち同一組成のものに比べて著しく大きな強度を
有する。具体的には同じ組成でも通常の強さの1oO〜
1000倍と極めて大きな強度をもつ。
ウィスカは、セラミックウィスカが望ましい。
セラミックの方が金属ウィスカよりも比重が小さく且つ
引張り強度が大きいからである。又後述する化学的手段
によって、短繊維の表面にウィスカを植毛状または羽毛
状に多数本成長させることができるからである。セラミ
ックウィスカは、炭化珪素(S i C)ウィスカ、窒
化珪素(S ia N4 )ウィスカ、アルミナ(AI
□03)ウィスカ、ホウ化チタン(TUB、)ウィスカ
、リン化チタン(TiP>ウィスカ、等を用いることが
できる。
引張り強度が大きいからである。又後述する化学的手段
によって、短繊維の表面にウィスカを植毛状または羽毛
状に多数本成長させることができるからである。セラミ
ックウィスカは、炭化珪素(S i C)ウィスカ、窒
化珪素(S ia N4 )ウィスカ、アルミナ(AI
□03)ウィスカ、ホウ化チタン(TUB、)ウィスカ
、リン化チタン(TiP>ウィスカ、等を用いることが
できる。
使用条件によっては上記したセラミックウィスカに限ら
ず金属ウィスカ、グラファイトウィスカを用いても良い
。金属ウィスカは、クロム、銅、鉄、ニッケルを用いる
ことができる。ここで炭化珪素−5− のウィスカは1111m2当たり約1400話の引張り
強さを持つ。又窒化珪素のウィスカは11I11当たり
約1400taの引張り強さを持つ。アルミナのウィス
カは1mm2当たり約2100鮎の引張り強さを持つ。
ず金属ウィスカ、グラファイトウィスカを用いても良い
。金属ウィスカは、クロム、銅、鉄、ニッケルを用いる
ことができる。ここで炭化珪素−5− のウィスカは1111m2当たり約1400話の引張り
強さを持つ。又窒化珪素のウィスカは11I11当たり
約1400taの引張り強さを持つ。アルミナのウィス
カは1mm2当たり約2100鮎の引張り強さを持つ。
グラファイトのウィスカは1mm2当たり約1990貼
の引張り強さを持ち、又鉄のウィスカは約1330鈷、
クロムのウィスカは約910貼の引張り強さを持つ。
の引張り強さを持ち、又鉄のウィスカは約1330鈷、
クロムのウィスカは約910貼の引張り強さを持つ。
ウィスカは直径が0.1〜1μの範囲のものが良い。ウ
ィスカの直径が大きくなると強度はやや低下するからで
ある。ウィスカの長さは、10〜200μのものがよい
。ウィスカは、気相法によって生成したもの、固体から
自然成長させたもの、電着などによって生成したもので
もよい。例えばα−アルミナのウィスカは、溶湯から引
き抜いたものでもよい。使用条件によってはウィスカの
表面に被覆処理を施しても良い。被覆処理を施せばウィ
スカと金属マトリックスとの濡れ性を改善しうる。
ィスカの直径が大きくなると強度はやや低下するからで
ある。ウィスカの長さは、10〜200μのものがよい
。ウィスカは、気相法によって生成したもの、固体から
自然成長させたもの、電着などによって生成したもので
もよい。例えばα−アルミナのウィスカは、溶湯から引
き抜いたものでもよい。使用条件によってはウィスカの
表面に被覆処理を施しても良い。被覆処理を施せばウィ
スカと金属マトリックスとの濡れ性を改善しうる。
短繊維は、理論的強度強度又は理論的強度に近−6−
い強度をもつウィスカよりも強度が低い繊維である。
短aHMは、長さがリミ単位、デ5単位、m単位の繊維
である。短mtrttの長さはウィスカの長さよりも通
常長く、一般に0.5〜5リミが良い。しかし、短繊維
の長さはFRMの使用条件によって種々変更し、その長
さが1ル以上のものでも良い。又短繊維は、長さが数m
の繊維を切断したものでも良い。
である。短mtrttの長さはウィスカの長さよりも通
常長く、一般に0.5〜5リミが良い。しかし、短繊維
の長さはFRMの使用条件によって種々変更し、その長
さが1ル以上のものでも良い。又短繊維は、長さが数m
の繊維を切断したものでも良い。
短繊維はセラミックの繊維、金属の繊維いずれでも良い
。セラミックの短繊維としては炭素繊維、窒化珪素繊維
、アルミナm維、シリカアルミナ繊維、ボロン繊維、チ
タン酸カリウムIIi雑を用いることができる。アルミ
ナ繊維はαアルミナの構造、βアルミナの構造でも良い
。使用条件によってはmm維はガラス繊維でも良い。
。セラミックの短繊維としては炭素繊維、窒化珪素繊維
、アルミナm維、シリカアルミナ繊維、ボロン繊維、チ
タン酸カリウムIIi雑を用いることができる。アルミ
ナ繊維はαアルミナの構造、βアルミナの構造でも良い
。使用条件によってはmm維はガラス繊維でも良い。
短繊維は使用条件によっては短繊維の表面に被覆処理を
施しても良い。
施しても良い。
本発明の繊維集合体は、短繊維とウィスカとが混合して
構成されている。この場合、ウィスカと短繊維とは無秩
序且つ均一に分散していることが−7− 望ましい。但し、使用条件によっては方向性を有してい
ても良い。FRM中で繊維集合体が占る割合、つまり、
mM集合体の体積含有率は30%程度が望ましい。その
理由は繊維の効果が現れやすいからである。ただしwi
雑集合体の体積含有率は30%に限られるものでなく、
種々変更できる。
構成されている。この場合、ウィスカと短繊維とは無秩
序且つ均一に分散していることが−7− 望ましい。但し、使用条件によっては方向性を有してい
ても良い。FRM中で繊維集合体が占る割合、つまり、
mM集合体の体積含有率は30%程度が望ましい。その
理由は繊維の効果が現れやすいからである。ただしwi
雑集合体の体積含有率は30%に限られるものでなく、
種々変更できる。
繊維集合体のなかで短繊維が占る割合、又は繊維集合体
のなかでウィスカが占る割合は、FRMの使用条件によ
って種々変更づ゛る。例えば短繊維を炭素繊維とし、ウ
ィスカを炭化珪素ウィスカとした場合には、強度を高め
たい時には炭化珪砂ウィスカの割合を増し、価格の高騰
を抑えたいときには炭素11iHの割合を増すと良い。
のなかでウィスカが占る割合は、FRMの使用条件によ
って種々変更づ゛る。例えば短繊維を炭素繊維とし、ウ
ィスカを炭化珪素ウィスカとした場合には、強度を高め
たい時には炭化珪砂ウィスカの割合を増し、価格の高騰
を抑えたいときには炭素11iHの割合を増すと良い。
短繊維とウィスカとを混合して繊維集合体を構成するに
あたっては、機械的混合手段、化学的混合手段のいずれ
も用いても良い。機械的混合手段としては、短繊維とウ
ィスカとを溶媒中で混合した状態で強撹拌を行なう。撹
拌速度は適宜設定する。溶媒は水、アルコール、アセト
ン等を用いることができる。撹拌手段は通常の手段を用
いるこ−8− とができる。例えばミキサー、回転翼、回転子による撹
拌、超音波振動による撹拌などを用いることができる。
あたっては、機械的混合手段、化学的混合手段のいずれ
も用いても良い。機械的混合手段としては、短繊維とウ
ィスカとを溶媒中で混合した状態で強撹拌を行なう。撹
拌速度は適宜設定する。溶媒は水、アルコール、アセト
ン等を用いることができる。撹拌手段は通常の手段を用
いるこ−8− とができる。例えばミキサー、回転翼、回転子による撹
拌、超音波振動による撹拌などを用いることができる。
短繊維の長さが数リミ以下の場合には機械的混合を行な
うと良い。
うと良い。
化学的混合手段としては、短繊維の表面に気相法(Ch
emical Vapor Deposi t i o
n)によってウィスカを生成および成長させる手段をと
ることができる。例えば反応容器内に設けた短繊維を9
80〜1000℃程度に加熱した状態で、800〜90
0℃に加熱された原料ガスを該反応容器内に導入し、該
原料ガスを加熱して熱分解し、これによりウィスカを短
繊維の表面に植毛状又は羽毛状に生成及び成長させ、以
てウィスカと短繊維との混合を行なう。短#JANの加
熱温度を980〜1000℃とした理由は、種々の析出
形態のうちウィスカを選択的に析出させるためである。
emical Vapor Deposi t i o
n)によってウィスカを生成および成長させる手段をと
ることができる。例えば反応容器内に設けた短繊維を9
80〜1000℃程度に加熱した状態で、800〜90
0℃に加熱された原料ガスを該反応容器内に導入し、該
原料ガスを加熱して熱分解し、これによりウィスカを短
繊維の表面に植毛状又は羽毛状に生成及び成長させ、以
てウィスカと短繊維との混合を行なう。短#JANの加
熱温度を980〜1000℃とした理由は、種々の析出
形態のうちウィスカを選択的に析出させるためである。
炭化珪素ウィスカを、短繊維の表面に成長させる場合に
は原料ガスとしては、四塩化珪素(SIC14)、プロ
パンcc3 H,)の混合ガスを用いる。混合比は4:
1が良い。窒化−9− 珪素のウィスカを短繊維の表面に成長させる場合には、
四水素化珪素(S i H八)と窒素(N−L)系のガ
スを原料ガスとして用いると良い。又ホウ化チタンのウ
ィスカを短繊維の表面に成長させる場合には、塩化チタ
ン(TiC14)と塩化ホウ素(BC’I、)と水素(
H工)との混合ガスを原料ガスとして用いると良い。ウ
ィスカの生成を促進させるために、又ウィスカの直径を
調整するために、金、銀、プラチナ、マグネシウム、ク
ロムなどを短繊維の表面に微量付着させておくと良い。
は原料ガスとしては、四塩化珪素(SIC14)、プロ
パンcc3 H,)の混合ガスを用いる。混合比は4:
1が良い。窒化−9− 珪素のウィスカを短繊維の表面に成長させる場合には、
四水素化珪素(S i H八)と窒素(N−L)系のガ
スを原料ガスとして用いると良い。又ホウ化チタンのウ
ィスカを短繊維の表面に成長させる場合には、塩化チタ
ン(TiC14)と塩化ホウ素(BC’I、)と水素(
H工)との混合ガスを原料ガスとして用いると良い。ウ
ィスカの生成を促進させるために、又ウィスカの直径を
調整するために、金、銀、プラチナ、マグネシウム、ク
ロムなどを短繊維の表面に微量付着させておくと良い。
尚ホウ化チタンと短繊維とを混合する場合には、短繊維
の温度を1050度〜1070度とし、短繊維の表面に
金、銀、プラチナ、パラジウム、ロジウムなどを付着さ
けると良い。
の温度を1050度〜1070度とし、短繊維の表面に
金、銀、プラチナ、パラジウム、ロジウムなどを付着さ
けると良い。
上記した化学的混合手段によって繊維集合体を構成する
場合には、反応容器内に導入する原料ガスを熱分解など
のために、加熱する必要がある。
場合には、反応容器内に導入する原料ガスを熱分解など
のために、加熱する必要がある。
原料ガスの加熱は反応容器の外方に設けたヒータによっ
て、原料ガスを反応容器ごと加熱すれば良い。尚原料ガ
スは反応容器内に導入する前に80− 10 − 0〜900℃に予熱しておくと良い。
て、原料ガスを反応容器ごと加熱すれば良い。尚原料ガ
スは反応容器内に導入する前に80− 10 − 0〜900℃に予熱しておくと良い。
上記した化学的混合手段、即ち、気相法によれば短繊維
が比較的長い場合でも、又は短U&帷がクロス状、マッ
ト状、フェルト状の場合でも該短繊維とウィスカとを混
ぜることができ、しかも混ぜ度合のむらも抑えうる。更
には、気相法によればウィスカ以外の析出物たとえば多
結晶膜がコーティングされるため、マトリックスどの反
応を防ぐことができる。あるいは、短#A雑に植毛状に
ウィスカが成長するため、かさ密度が小さい低含有率の
繊維成形体を製作可能であるなどの利点がある。
が比較的長い場合でも、又は短U&帷がクロス状、マッ
ト状、フェルト状の場合でも該短繊維とウィスカとを混
ぜることができ、しかも混ぜ度合のむらも抑えうる。更
には、気相法によればウィスカ以外の析出物たとえば多
結晶膜がコーティングされるため、マトリックスどの反
応を防ぐことができる。あるいは、短#A雑に植毛状に
ウィスカが成長するため、かさ密度が小さい低含有率の
繊維成形体を製作可能であるなどの利点がある。
なお化学的混合手段つまり気相法の場合には、比較的長
い短繊維の場合の他に、50〜500μの比較的短い短
繊維の場合にも使用できる。
い短繊維の場合の他に、50〜500μの比較的短い短
繊維の場合にも使用できる。
繊維集合体を埋設する金属マトリックスは、使用する繊
維ウィスカの種類、又はFRMの用途などによって種々
変更できる。例えばyriIIiNが炭素繊維の場合に
は、金属マトリックスを通常アルミニウム又はアルミニ
ウム合金にする。アルミニウム合金はJ l5−ADC
l 2が良い。JIS−A−11− DCI 2は、アルミニウムー珪素−銅系合金であり、
銅を3.3%、珪素を11%を含む合金である。又アル
ミニウムー珪素−銅−ニツケルーマグネシウム系合金で
もよい。又アルミニウムー珪素−マグネシウム系合金、
又はアルミニウムーマグネシウム系合金でも良い。尚使
用条件によっては金属71ヘリツクスをマグネシウム、
チタン、銅又はこれらの合金とすることもできる。
維ウィスカの種類、又はFRMの用途などによって種々
変更できる。例えばyriIIiNが炭素繊維の場合に
は、金属マトリックスを通常アルミニウム又はアルミニ
ウム合金にする。アルミニウム合金はJ l5−ADC
l 2が良い。JIS−A−11− DCI 2は、アルミニウムー珪素−銅系合金であり、
銅を3.3%、珪素を11%を含む合金である。又アル
ミニウムー珪素−銅−ニツケルーマグネシウム系合金で
もよい。又アルミニウムー珪素−マグネシウム系合金、
又はアルミニウムーマグネシウム系合金でも良い。尚使
用条件によっては金属71ヘリツクスをマグネシウム、
チタン、銅又はこれらの合金とすることもできる。
#HM集合体を金属マトリックスに埋設するに当たって
は通常の方法を用いることができる。この場合、いわゆ
る液相法が良い。液相法は、高圧鋳造法ともよばれる溶
湯鍛造法を用いることが望ましい。溶湯鍛造法は金属マ
トリックスの凝固過程で高圧を加える方法である。溶湯
鍛造の場合加える圧力は、1cm2当たり500 貼前
後がよいが、場合によってはこれ以上でも以下でも良い
。尚真空浸透法、ダイキャスト法、拡散接合法を用いて
も良い。ここで真空浸透法は、繊維集合体を成形型内に
セラ1〜した後に成形型内を真空にして金属 )マトリ
ックスをII維間に含浸させる方法である。
は通常の方法を用いることができる。この場合、いわゆ
る液相法が良い。液相法は、高圧鋳造法ともよばれる溶
湯鍛造法を用いることが望ましい。溶湯鍛造法は金属マ
トリックスの凝固過程で高圧を加える方法である。溶湯
鍛造の場合加える圧力は、1cm2当たり500 貼前
後がよいが、場合によってはこれ以上でも以下でも良い
。尚真空浸透法、ダイキャスト法、拡散接合法を用いて
も良い。ここで真空浸透法は、繊維集合体を成形型内に
セラ1〜した後に成形型内を真空にして金属 )マトリ
ックスをII維間に含浸させる方法である。
−12一
本発明のFRMは例えばベーン形]ンプレツサのベーン
やスーパーチャージャーのロータに使用できる。
やスーパーチャージャーのロータに使用できる。
[発明の効果]
上記したように本発明のFRMは、金属マトリックス中
に繊維集合体が埋設された繊維強化金属複合材料おいて
、前記繊維集合体は、短繊維とウィスカとが混合して構
成されていることを特徴とするものである。従って繊維
強化FRMの長所を生かしたまま、その短所をウィスカ
で補うことができる。又ウィスカ強化FRMの長所を生
かしたまま、その短所を短繊維で補うことができる。そ
のため繊維単独で強化したFRM、ウィスカ単独で強化
したFRMに比べて、FRMの工業的利用を拡大するこ
とができる。
に繊維集合体が埋設された繊維強化金属複合材料おいて
、前記繊維集合体は、短繊維とウィスカとが混合して構
成されていることを特徴とするものである。従って繊維
強化FRMの長所を生かしたまま、その短所をウィスカ
で補うことができる。又ウィスカ強化FRMの長所を生
かしたまま、その短所を短繊維で補うことができる。そ
のため繊維単独で強化したFRM、ウィスカ単独で強化
したFRMに比べて、FRMの工業的利用を拡大するこ
とができる。
[実施例]
第1図(A)(B)(C)(D)は、コンプレッサベー
ンに本発明のFRMを適用した場合の製造製造工程を示
す図である。まず、第1図(A)に示すように短繊維と
して炭素繊[1と、ライス−13= 力として炭化珪素ウィスカ2を所要量秤量する。
ンに本発明のFRMを適用した場合の製造製造工程を示
す図である。まず、第1図(A)に示すように短繊維と
して炭素繊[1と、ライス−13= 力として炭化珪素ウィスカ2を所要量秤量する。
この場合炭素繊維は、5ムづ、炭化珪素ウィスカ2は1
4ム4とした。そしてこれを容器3内の溶媒4中に装入
する。溶媒4は水とした。その状態で第1図(B)に示
すように回転翼5で撹拌する。撹拌速度は毎秒10回点
とした。次に溶媒4を除去した後、100〜150℃で
20分間ていど乾燥を行ない、所定の形状に成形して繊
維集合体6とした。
4ム4とした。そしてこれを容器3内の溶媒4中に装入
する。溶媒4は水とした。その状態で第1図(B)に示
すように回転翼5で撹拌する。撹拌速度は毎秒10回点
とした。次に溶媒4を除去した後、100〜150℃で
20分間ていど乾燥を行ない、所定の形状に成形して繊
維集合体6とした。
次に繊維集合体6を成形型γ内にセットした状態で、と
りべ8内の溶融アルミニウム合金9を該成形型7内に注
入した。溶融アルミニウム合金9は、1IIADC12
を用いた。又溶融アルミニウム合金9の温度は850℃
とした。
りべ8内の溶融アルミニウム合金9を該成形型7内に注
入した。溶融アルミニウム合金9は、1IIADC12
を用いた。又溶融アルミニウム合金9の温度は850℃
とした。
次に成形型7内の溶融アルミニウム合金9を圧力500
kg/C1で加圧し溶湯鍛造を行なった。
kg/C1で加圧し溶湯鍛造を行なった。
その後、成形品を成形型7から取り出し、後処理を行な
いこれをコンプレッサベーン1oとした。
いこれをコンプレッサベーン1oとした。
第2図(A)(B)は、同じくコンプレッサベーンに本
発明のFRMを適用した場合の製造工程−14− を示した図Cある。この実施例では、長さ50〜300
μ、直径7μの炭素繊維11を体積含有率5%で反応容
器12の中央部に設けた。この場合炭素繊維11は多孔
板13によって反応容器12内に保持されている。尚、
多孔板13は耐火物製であり、直径1リミ程度の穴を多
数有している。そして反応容器12の外方に設けた高周
波コイル14に高周波電流を流すことによって、炭素繊
H11を誘導加熱する。ここで高周波コイル14に高周
波電流を流すと、炭素繊維11に誘導電流が生じ、これ
により炭素繊[11が1000℃程度に加熱される。高
周波電流の周波数は4.0 OK〜4M l−I Zが
望ましい。このように炭素lli維11を加熱した状態
で、870℃前後に予熱した原料ガスを導入管15から
反応容器12内に導入する。この場合原料ガスには四塩
化珪素(StCl、1>とプロパン(C31−13)の
混合ガスを用いた。四塩化珪素のガスとプロパンガスの
混合比は4:1とした。又原料ガスの流量を3.0cc
/sec。
発明のFRMを適用した場合の製造工程−14− を示した図Cある。この実施例では、長さ50〜300
μ、直径7μの炭素繊維11を体積含有率5%で反応容
器12の中央部に設けた。この場合炭素繊維11は多孔
板13によって反応容器12内に保持されている。尚、
多孔板13は耐火物製であり、直径1リミ程度の穴を多
数有している。そして反応容器12の外方に設けた高周
波コイル14に高周波電流を流すことによって、炭素繊
H11を誘導加熱する。ここで高周波コイル14に高周
波電流を流すと、炭素繊維11に誘導電流が生じ、これ
により炭素繊[11が1000℃程度に加熱される。高
周波電流の周波数は4.0 OK〜4M l−I Zが
望ましい。このように炭素lli維11を加熱した状態
で、870℃前後に予熱した原料ガスを導入管15から
反応容器12内に導入する。この場合原料ガスには四塩
化珪素(StCl、1>とプロパン(C31−13)の
混合ガスを用いた。四塩化珪素のガスとプロパンガスの
混合比は4:1とした。又原料ガスの流量を3.0cc
/sec。
反応時間を20分間とした。その結果炭素繊H1−15
− 1の表面に、長さ50〜200μ、直径0.1〜μの炭
化珪素ウィスカが生成し、このウィスカが第2図(B)
に示ずように植毛状又は羽毛状に多数成長した。ウィス
カを生成した原料ガスは多孔板13から排出管1Gを通
って外方に排出される。
− 1の表面に、長さ50〜200μ、直径0.1〜μの炭
化珪素ウィスカが生成し、このウィスカが第2図(B)
に示ずように植毛状又は羽毛状に多数成長した。ウィス
カを生成した原料ガスは多孔板13から排出管1Gを通
って外方に排出される。
このように炭化珪素のウィスカが炭素m雑11の表面に
成長したならば、反応容器12から炭素繊維11を取り
出し、これを繊維集合体18とする。
成長したならば、反応容器12から炭素繊維11を取り
出し、これを繊維集合体18とする。
このように!lH集合体18を形成したならば、前記し
た実施例と同様に溶ms造法により溶融アルミニウム合
金を繊維集合体18に含浸させ、これにより前記実施例
と同様にコンプレツリ゛ベーンを製造した。
た実施例と同様に溶ms造法により溶融アルミニウム合
金を繊維集合体18に含浸させ、これにより前記実施例
と同様にコンプレツリ゛ベーンを製造した。
[試験例]
短繊維を炭素繊維としウィスカをSICウィスカとした
場合のFRMの緒特性を試験した。この場合には、FR
Mのなかで繊維集合体の占る割合、即ち、繊維集合体の
体積含有率は30%とした。
場合のFRMの緒特性を試験した。この場合には、FR
Mのなかで繊維集合体の占る割合、即ち、繊維集合体の
体積含有率は30%とした。
そして体積含有率を30%とした状態で炭素繊維の割合
、SiCウィスカの割合を種々変えた。試−16− 験結果は第3図〜第5図に示されている。尚、試験片の
体積は100cm3である。試験片の繊維集合体は、ラ
バープレスによって形成した。炭素繊維は、直径が7μ
、長さが50〜200μである。
、SiCウィスカの割合を種々変えた。試−16− 験結果は第3図〜第5図に示されている。尚、試験片の
体積は100cm3である。試験片の繊維集合体は、ラ
バープレスによって形成した。炭素繊維は、直径が7μ
、長さが50〜200μである。
又SiCウィスカは、直径が0.1〜1μ、長さが50
〜200μである。金属マトリックスはJIs−A[)
012であり、注渇渇度850℃で、圧力500 ka
/ arm’で溶湯鍛造法によって金属マトリックスを
形成した。
〜200μである。金属マトリックスはJIs−A[)
012であり、注渇渇度850℃で、圧力500 ka
/ arm’で溶湯鍛造法によって金属マトリックスを
形成した。
第3図に示すように、炭素iamのみで強化したFRM
では、曲げ強度は30kg/mm2程度しかなかった。
では、曲げ強度は30kg/mm2程度しかなかった。
しかしSiCウィスカの割合を増すと、曲げ強度はSi
Cウィスカ増加量に比例して上昇し、炭素繊維を40%
、SICウィスカを60%の割合とすると曲げ強度は7
0 ko/ mm2程度となった。従って曲げ強度を上
昇させるには、SiCウィスカの添加が効果的である。
Cウィスカ増加量に比例して上昇し、炭素繊維を40%
、SICウィスカを60%の割合とすると曲げ強度は7
0 ko/ mm2程度となった。従って曲げ強度を上
昇させるには、SiCウィスカの添加が効果的である。
又熱膨張率は、炭素繊維のみで強化したFRMでは11
.7X1o−6であり、これはSICウィスカの割合を
増しても僅かに上昇するだ番プでほとんど変わらなかつ
− 17 − た。第3図の結果から、繊N東合体を炭素I&li紐と
SiCウィスカとを混合して構成すれば、熱膨張率をほ
とんど変動させることなく、曲げ強度を任意に増加させ
得ることがわかる。
.7X1o−6であり、これはSICウィスカの割合を
増しても僅かに上昇するだ番プでほとんど変わらなかつ
− 17 − た。第3図の結果から、繊N東合体を炭素I&li紐と
SiCウィスカとを混合して構成すれば、熱膨張率をほ
とんど変動させることなく、曲げ強度を任意に増加させ
得ることがわかる。
これに対して、従来の炭素繊維のみで強化したFRM、
SICウィスカのみで強化したFRMの割合には、第7
図に示すように曲げ強度を」二昇させようと炭素繊維や
SICウィスカの割合を増すと、熱膨張率はかなり変動
し、その変動幅も大きい。例えばSICウィスカのみで
強化したFRMの場合には、SiCウィスカの含有率が
5%のときには、曲げ強度は36kMm…2で、熱膨張
率は18.8X10−’であるが、これを曲げ強度91
kg/n+1に上昇させるためSiCウィスカの含有率
を30%とすると、熱膨張率は11.6X10−’と大
き(低下する。
SICウィスカのみで強化したFRMの割合には、第7
図に示すように曲げ強度を」二昇させようと炭素繊維や
SICウィスカの割合を増すと、熱膨張率はかなり変動
し、その変動幅も大きい。例えばSICウィスカのみで
強化したFRMの場合には、SiCウィスカの含有率が
5%のときには、曲げ強度は36kMm…2で、熱膨張
率は18.8X10−’であるが、これを曲げ強度91
kg/n+1に上昇させるためSiCウィスカの含有率
を30%とすると、熱膨張率は11.6X10−’と大
き(低下する。
第4図に示すように炭素繊維のみで強化したFRrVI
では、硬度はロックウェル硬度BスチールでHRB79
である。一方、SiCウィスカの割合を増すと、硬度は
SiCウィスカ増加量に比例し−18− スカを60%の割合とザると硬度はHRB93と上昇す
る。従ってFRMの硬度を上背させたいときには、Si
Cウィスカの割合を増すとよい。
では、硬度はロックウェル硬度BスチールでHRB79
である。一方、SiCウィスカの割合を増すと、硬度は
SiCウィスカ増加量に比例し−18− スカを60%の割合とザると硬度はHRB93と上昇す
る。従ってFRMの硬度を上背させたいときには、Si
Cウィスカの割合を増すとよい。
一方、SiCウィスカのみで強化したFRMでは、第4
図に示すようにその硬度は1〜1RB102であり非常
に硬く、耐摩耗性は優れているが、その反面、耐焼付性
はあまりよくない。そこで炭素繊維を混ぜれば、炭素繊
維は摺動特性がよいことから耐焼付性を向上させること
ができる。また逆に炭素繊維のみで強化したFRMでは
、囲動性や耐焼付性は良いが、その反面摩耗量が多い。
図に示すようにその硬度は1〜1RB102であり非常
に硬く、耐摩耗性は優れているが、その反面、耐焼付性
はあまりよくない。そこで炭素繊維を混ぜれば、炭素繊
維は摺動特性がよいことから耐焼付性を向上させること
ができる。また逆に炭素繊維のみで強化したFRMでは
、囲動性や耐焼付性は良いが、その反面摩耗量が多い。
そこでSiCウィスカを混ぜれば摩耗量を小さくするこ
とができる。
とができる。
また第4図に示すようにSiCウィスカのみで強化した
FRMでは比重は2.8である。しかし炭素uANの割
合を増すと、炭素!l雑増加量に比例して比重は低下す
る。例えば炭素繊維を40%、SiCウィスカを60%
の割合とすると、比重は2.65と低下する。尚炭素繊
維のみで強化したFRM、S i Cウィスカのみで強
化したFRMの− 19 − 硬度、比重の値を第8図に示す。
FRMでは比重は2.8である。しかし炭素uANの割
合を増すと、炭素!l雑増加量に比例して比重は低下す
る。例えば炭素繊維を40%、SiCウィスカを60%
の割合とすると、比重は2.65と低下する。尚炭素繊
維のみで強化したFRM、S i Cウィスカのみで強
化したFRMの− 19 − 硬度、比重の値を第8図に示す。
第5図に示すようにSiCウィスカのコストはほぼ1鮎
あたりi ooooo円であるが、これに炭素繊維を混
ぜると、コストはかなり低下する。
あたりi ooooo円であるが、これに炭素繊維を混
ぜると、コストはかなり低下する。
従って、FRMの強度や硬度をSiCウィスカによって
所定の値に確保したならば、炭素繊維を混ぜ合わせるこ
とによって価格の低廉化を図り得る。
所定の値に確保したならば、炭素繊維を混ぜ合わせるこ
とによって価格の低廉化を図り得る。
第6図は、前記した試験例とは異なり、短#a維をアル
ミナIJAmとし、ウィスカをSiCウィスカとした場
合のFRMの諸特性を調べたグラフである。この場合に
は、FRMのなかで繊維集合体が占る割合、即ち、繊維
集合体の体積含有率は30%とした。そして体積含有率
を30%とした状態でアルミナ繊維の割合、SiCウィ
スカの割合を種々変えた。尚アルミナ繊維は、長さが5
0〜500μである。残りの条件は前の試験例と同一で
ある。
ミナIJAmとし、ウィスカをSiCウィスカとした場
合のFRMの諸特性を調べたグラフである。この場合に
は、FRMのなかで繊維集合体が占る割合、即ち、繊維
集合体の体積含有率は30%とした。そして体積含有率
を30%とした状態でアルミナ繊維の割合、SiCウィ
スカの割合を種々変えた。尚アルミナ繊維は、長さが5
0〜500μである。残りの条件は前の試験例と同一で
ある。
第6図に試験結果が示されている。第6図に示ずように
SiCウィスカを増すにつれでFRMの曲げ強度及び硬
度は一1二昇した。但し、熱膨張率は−20− はとんど変動しなかった。
SiCウィスカを増すにつれでFRMの曲げ強度及び硬
度は一1二昇した。但し、熱膨張率は−20− はとんど変動しなかった。
第1図(A)(B)(C)<D>は本発明の一実施例の
FRMの製造工程を示す図であり、更に詳しくは、第1
図(A>は炭素繊維及びSiCウィスカをそれぞれ拝聞
した状態の側面図、第1図(B)は撹拌している状態を
示す概略断面図、第1図(C)は溶媒を除去した状態の
繊維集合体の側面図、第1図(D)は成形型内に溶融ア
ルミニウム合金を注入する前の状態の概略断面図、第1
図(E)はコンプレッサベーンの斜視図である。 第2図(A)(B)は本発明の他の実施例のFRMの製
造工程を示す図であり、さらに詳しくは第2図(A>は
、反応容器内に収納した短繊維に原料ガスを導入してウ
ィスカを生成させる工程を一部切断して示す側面図であ
る。第2図はウィスカが生成された繊維集合体の側面図
である。 第3図〜第6図は本発明品の試験例を示すグラフであり
、FRM中m維の総体積含有率は30%である。第3図
は曲げ強度と熱膨張率の特性を示−21− すグラフ、第4図は硬度と比重の特性を示すグラフ、第
5図は繊維のコストを示すグラフである。 第6図は本発明品の他の試験例を示すグラフであり、曲
げ強度、硬度、熱膨張率の特性を示すグラフである。第
7図は比較例であるSiCウィスカ強化FRMXC繊紐
強化FRMの曲げ強度及び熱膨張率を示すグラフである
。第8図は、SiCウィスカ強化FRM、C繊維強化F
RMの硬度及び比重を示すグラフである。 図中、1及び11は炭素繊維、2及び19はSICウィ
スカ、9は溶融アルミニウム合金、1゜はベーン、12
は反応容器を示す。 特許出願人 日本電装株式会社 代理人 弁理士 大川 宏 同 弁理士 藤谷 修 同 弁理士 丸山明夫 = 22 − (n + 近 Jj!!!、α 工 H― 1Q ロドLg:ンー 十 手続補正書く方式) 昭和59年4. D 26 F+ 特許庁長官 若杉和夫 殿 2、発明の名称 繊維強化金属複合材料 ;3.補1]−をする者 事件との関係 特許出願人 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 (426) [1本電装株式会社 代表者 戸 Ill 憲 吾 4、代理人 〒450愛知県名j11屋市中村区名駅:3T 113
番の4 児玉ピル(電話<052シ58コ3−9720)5、補
正命令の日付 昭和59年3月7日 (発送159年3月27日) 6、補正の対象 明細書の発明の名称の欄、特許請求の範囲の橢発明の詳
細な説明の欄、図面の簡単な説明の欄7゜補正の内容 別紙の通り タイプ印書を懇色にかつ大きな活字で打ち直したもので
す。 8、添イ」書類の目録 (1)補正後の明細書 1通 =2−
FRMの製造工程を示す図であり、更に詳しくは、第1
図(A>は炭素繊維及びSiCウィスカをそれぞれ拝聞
した状態の側面図、第1図(B)は撹拌している状態を
示す概略断面図、第1図(C)は溶媒を除去した状態の
繊維集合体の側面図、第1図(D)は成形型内に溶融ア
ルミニウム合金を注入する前の状態の概略断面図、第1
図(E)はコンプレッサベーンの斜視図である。 第2図(A)(B)は本発明の他の実施例のFRMの製
造工程を示す図であり、さらに詳しくは第2図(A>は
、反応容器内に収納した短繊維に原料ガスを導入してウ
ィスカを生成させる工程を一部切断して示す側面図であ
る。第2図はウィスカが生成された繊維集合体の側面図
である。 第3図〜第6図は本発明品の試験例を示すグラフであり
、FRM中m維の総体積含有率は30%である。第3図
は曲げ強度と熱膨張率の特性を示−21− すグラフ、第4図は硬度と比重の特性を示すグラフ、第
5図は繊維のコストを示すグラフである。 第6図は本発明品の他の試験例を示すグラフであり、曲
げ強度、硬度、熱膨張率の特性を示すグラフである。第
7図は比較例であるSiCウィスカ強化FRMXC繊紐
強化FRMの曲げ強度及び熱膨張率を示すグラフである
。第8図は、SiCウィスカ強化FRM、C繊維強化F
RMの硬度及び比重を示すグラフである。 図中、1及び11は炭素繊維、2及び19はSICウィ
スカ、9は溶融アルミニウム合金、1゜はベーン、12
は反応容器を示す。 特許出願人 日本電装株式会社 代理人 弁理士 大川 宏 同 弁理士 藤谷 修 同 弁理士 丸山明夫 = 22 − (n + 近 Jj!!!、α 工 H― 1Q ロドLg:ンー 十 手続補正書く方式) 昭和59年4. D 26 F+ 特許庁長官 若杉和夫 殿 2、発明の名称 繊維強化金属複合材料 ;3.補1]−をする者 事件との関係 特許出願人 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 (426) [1本電装株式会社 代表者 戸 Ill 憲 吾 4、代理人 〒450愛知県名j11屋市中村区名駅:3T 113
番の4 児玉ピル(電話<052シ58コ3−9720)5、補
正命令の日付 昭和59年3月7日 (発送159年3月27日) 6、補正の対象 明細書の発明の名称の欄、特許請求の範囲の橢発明の詳
細な説明の欄、図面の簡単な説明の欄7゜補正の内容 別紙の通り タイプ印書を懇色にかつ大きな活字で打ち直したもので
す。 8、添イ」書類の目録 (1)補正後の明細書 1通 =2−
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1)金属マトリックス中にlaN集合体が埋設された
繊維強化金属複合材料において、 前記繊維集合体は、短繊維と、ウィスカとが混合して構
成されていることを特徴とする繊維強化金属複合材料。 <2>m維集合体は、短繊維の表面に導入した原料ガス
を加熱して該短繊維の表面にウィスカを成長させる化学
的混合手段によって構成される特許請求の範囲第1項記
載の繊維強化金属複合材料。 (3)繊維集合体は、短繊維とウィスカとを溶媒中で機
械的混合手段によって撹拌することにより構成される特
許請求の範囲第1項記載のit維強化金属複合材料。 〈4〉短m紐は、炭素m雑、炭化珪素繊維、アルミナ繊
維、シリカアルミナ繊維の一種又は二種以上である特許
請求の範囲第1項記載の繊維強化金−1− 属複合材料。 (5)短繊維は、長さ0.5〜5リミである特許請求の
範囲第1項記載の繊維強化金属複合材料。 (6)ウィスカは、炭化珪素(SiC)のウィスカ、窒
化珪素(SiqN+)のウィスカ、アルミナ(△1□O
x )のウィスカ、ホウ化チタン(TiB)、)のウィ
スカ、リン化チタン(TiP)の ゛ウィスカの一種又
は二種以上である特許請求の範囲第1項記載の繊維強化
金属複合材料。 (7)4[集合体の体積含有率は30%である特許請求
の範囲第1項記載の繊維強化金属複合材料。 (8)金属マトリックスは、溶湯鋳造法によって繊維集
合体に含浸される特許請求の範囲第1項記載の繊維強化
金属複合8判。 くっ)金属マトリックスは、アルミニウム又はアルミニ
ウム合金である特許請求の範囲第1項記載の繊維強化金
属複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24857883A JPS60141847A (ja) | 1983-12-29 | 1983-12-29 | 繊維強化金属複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24857883A JPS60141847A (ja) | 1983-12-29 | 1983-12-29 | 繊維強化金属複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60141847A true JPS60141847A (ja) | 1985-07-26 |
Family
ID=17180210
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24857883A Pending JPS60141847A (ja) | 1983-12-29 | 1983-12-29 | 繊維強化金属複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60141847A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61113738A (ja) * | 1984-11-09 | 1986-05-31 | Tokai Carbon Co Ltd | 複合材用低密度ウイスカ−成形体とその製造法 |
| JPS63199837A (ja) * | 1987-02-16 | 1988-08-18 | Honda Motor Co Ltd | 繊維強化された軽合金製部材 |
| JPS63216936A (ja) * | 1987-03-04 | 1988-09-09 | Toshiba Corp | 金属基複合材料の製造方法 |
-
1983
- 1983-12-29 JP JP24857883A patent/JPS60141847A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61113738A (ja) * | 1984-11-09 | 1986-05-31 | Tokai Carbon Co Ltd | 複合材用低密度ウイスカ−成形体とその製造法 |
| JPS63199837A (ja) * | 1987-02-16 | 1988-08-18 | Honda Motor Co Ltd | 繊維強化された軽合金製部材 |
| JPS63216936A (ja) * | 1987-03-04 | 1988-09-09 | Toshiba Corp | 金属基複合材料の製造方法 |
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