JPS60184652A - 繊維強化金属の製造方法 - Google Patents
繊維強化金属の製造方法Info
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- JPS60184652A JPS60184652A JP3827084A JP3827084A JPS60184652A JP S60184652 A JPS60184652 A JP S60184652A JP 3827084 A JP3827084 A JP 3827084A JP 3827084 A JP3827084 A JP 3827084A JP S60184652 A JPS60184652 A JP S60184652A
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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】
本発明は繊維強化金属(以下FRMと略す)の製造方法
に関する。更に詳しくはプラズマ化学蒸着(以下プラズ
マCVDと略す)によって繊維束に母材金属を付与する
ことに関する。
に関する。更に詳しくはプラズマ化学蒸着(以下プラズ
マCVDと略す)によって繊維束に母材金属を付与する
ことに関する。
本発明の目的は、高強度、高弾性で靭性を示し、高温に
おいてもその性能が保持される高温構造材料として、エ
ンジン等への応用が期待され、また導電材料や、摺動材
料としてもすぐれた特性をもつ、繊維強化金属材料を製
造する方法を提供することである。
おいてもその性能が保持される高温構造材料として、エ
ンジン等への応用が期待され、また導電材料や、摺動材
料としてもすぐれた特性をもつ、繊維強化金属材料を製
造する方法を提供することである。
繊維強化金属の製造方法として、従来いろいろなプロセ
スが提案されてきている。例えば、繊維を金属溶液の中
に浸漬する方法(溶浸法)、繊維を金属箔や金属板とサ
ンドイッチ状にして加熱加圧して一体化する方法(サン
ドインチ法)、繊維と金属粉を混ぜ合わせた後加熱加圧
して一体化する方法(粉末冶金法)、金属粉をプラズマ
やガス炎で熔かしながら繊維に吹きつけた後、これを加
熱加圧し一体化する方法(溶射法)あるいは電気メッキ
、化学メッキ、真空蒸着、イオン・ブレーティング、ス
パッタリング、化学蒸着等によって繊維を金属皮膜で包
んだ後、これを加熱加圧し、一体化する方法(電気メッ
キ、化学メッキ、真空蒸着、イオン・ブレーティング、
スパッタリング、化学蒸着等によるこれまでの方法を総
称して、ブレーティング法とする。)等が提案されてい
る。しかし、まだ充分な性能を発揮するFRMを製造す
るには到っていない。繊維が金属母材を理想的に補強す
るには、(1)繊維が金属と均一に混合され、(2)繊
維と金属との密着が充分で、(3)製造工程中で繊維が
化学変化や機械的損傷を受けてその性能を低下させない
ようにすることが必要である。
スが提案されてきている。例えば、繊維を金属溶液の中
に浸漬する方法(溶浸法)、繊維を金属箔や金属板とサ
ンドイッチ状にして加熱加圧して一体化する方法(サン
ドインチ法)、繊維と金属粉を混ぜ合わせた後加熱加圧
して一体化する方法(粉末冶金法)、金属粉をプラズマ
やガス炎で熔かしながら繊維に吹きつけた後、これを加
熱加圧し一体化する方法(溶射法)あるいは電気メッキ
、化学メッキ、真空蒸着、イオン・ブレーティング、ス
パッタリング、化学蒸着等によって繊維を金属皮膜で包
んだ後、これを加熱加圧し、一体化する方法(電気メッ
キ、化学メッキ、真空蒸着、イオン・ブレーティング、
スパッタリング、化学蒸着等によるこれまでの方法を総
称して、ブレーティング法とする。)等が提案されてい
る。しかし、まだ充分な性能を発揮するFRMを製造す
るには到っていない。繊維が金属母材を理想的に補強す
るには、(1)繊維が金属と均一に混合され、(2)繊
維と金属との密着が充分で、(3)製造工程中で繊維が
化学変化や機械的損傷を受けてその性能を低下させない
ようにすることが必要である。
しかるに、これまで提案されている方法においては前記
(1)〜(3)の条件が充分に満足されていないため、
高性能のFRMが得られるに到っていない。例えば、溶
浸法においては活性な金属は繊維と反応を起し、不活性
な金属は繊維と濡ないため均一に混合されず、また密着
も良くない。サンドインチ法、粉末冶金法、溶射法では
繊維を金属中に均一に配置することが難かしく、′また
加熱加圧時に繊維が損傷を受けやすい。ブレーティング
法は繊維一本一本を金属で被覆した後、これを加熱加圧
した後一体化するので繊維を金属中に均一に配置でき、
加熱加圧時繊維が受ける損傷も少ないので、最も好まし
い方法といえる。
(1)〜(3)の条件が充分に満足されていないため、
高性能のFRMが得られるに到っていない。例えば、溶
浸法においては活性な金属は繊維と反応を起し、不活性
な金属は繊維と濡ないため均一に混合されず、また密着
も良くない。サンドインチ法、粉末冶金法、溶射法では
繊維を金属中に均一に配置することが難かしく、′また
加熱加圧時に繊維が損傷を受けやすい。ブレーティング
法は繊維一本一本を金属で被覆した後、これを加熱加圧
した後一体化するので繊維を金属中に均一に配置でき、
加熱加圧時繊維が受ける損傷も少ないので、最も好まし
い方法といえる。
しかしながら、以下に述べるようにブレーティング法に
おいても、まだ欠点が多い。まず電気メッキ、化学メッ
キにおいては、FRMの代表的母材であるアルミニウム
やマグネシウムを付与することが難かしい(これらの金
属は活性が高いため、析出時に水又は酸素と反応して酸
化物となってしまう)。化学蒸着は金属76合物を熱分
解させるため、高温を必要とし、そのために、繊維−金
属間の反応により、繊維が劣化してしまうことが往々に
しである。真空蒸着、スパッタリング、イオンブレーテ
ィングは各々10−’ 〜10−” Pa、I F”
I O−” Pa、10−”、 −I Pa前後と高真
空で金属を被覆するため、金属蒸気(原子)の平均自由
工程が長いので繊維の片面に金属が多く付着してしまっ
たり繊維束の内側の繊維が被覆されなかったりする。し
たがって、この方法で金属を繊維に被覆し、これを加熱
加圧して得られたFRMは繊維の金属中への分散が部分
的に不均一である場合が多い。
おいても、まだ欠点が多い。まず電気メッキ、化学メッ
キにおいては、FRMの代表的母材であるアルミニウム
やマグネシウムを付与することが難かしい(これらの金
属は活性が高いため、析出時に水又は酸素と反応して酸
化物となってしまう)。化学蒸着は金属76合物を熱分
解させるため、高温を必要とし、そのために、繊維−金
属間の反応により、繊維が劣化してしまうことが往々に
しである。真空蒸着、スパッタリング、イオンブレーテ
ィングは各々10−’ 〜10−” Pa、I F”
I O−” Pa、10−”、 −I Pa前後と高真
空で金属を被覆するため、金属蒸気(原子)の平均自由
工程が長いので繊維の片面に金属が多く付着してしまっ
たり繊維束の内側の繊維が被覆されなかったりする。し
たがって、この方法で金属を繊維に被覆し、これを加熱
加圧して得られたFRMは繊維の金属中への分散が部分
的に不均一である場合が多い。
本発明は、このようなFRM製造上の欠点を除去し、前
記(1)〜(3)の条件を満足し、高性能のFRMの製
造方法を提供する。すなわち、本発明は、プラズマCV
Dによって、金属化合物を低温で分解し、繊維上に母材
となる金属を伺与することによって高性能なFRMを得
るに適したI”RM用プリフォームを提供するものであ
る。
記(1)〜(3)の条件を満足し、高性能のFRMの製
造方法を提供する。すなわち、本発明は、プラズマCV
Dによって、金属化合物を低温で分解し、繊維上に母材
となる金属を伺与することによって高性能なFRMを得
るに適したI”RM用プリフォームを提供するものであ
る。
本発明における繊維とは、ガラス、硼素、炭素、炭化ケ
イ素、窒化ケイ素、アルミナ、炭化硼素等の無機物ある
いはスチール、タングステン等の金属からなるモノフィ
ラメント、トウ、ウィスカー−あるいはこれらかρ、イ
七へれる織物、不織布、紙等である。
イ素、窒化ケイ素、アルミナ、炭化硼素等の無機物ある
いはスチール、タングステン等の金属からなるモノフィ
ラメント、トウ、ウィスカー−あるいはこれらかρ、イ
七へれる織物、不織布、紙等である。
本発明においては、A1、Mg、Ti等の軽金属、Zn
、Sn、Pb等の低融点金属鉄族(Fe、 Ni、 G
o)、Cd、’Mn、Cu等の重金属。
、Sn、Pb等の低融点金属鉄族(Fe、 Ni、 G
o)、Cd、’Mn、Cu等の重金属。
Au、Ag、Pt、Ir、Os、Pd等の貴金属、Ta
、W、Nb、Mo、■、Cr等の高融点金属、Si、G
e等の半導体金属等あらゆる金属およびこれらの合金を
FRMの母材とすることが可能である。特にA1.Mg
、Tiおよびその合金を母材とするものは優れた性能を
有するF RMとなる。これらの金属は有機金属化合物
(アルキル金属、アリル金属、π−コンプレックス、カ
ルボニル金属等)または、無機金属化合物(ハロゲン化
物、水素化物等)の熱分解反応によって繊維表面に沈着
せしめられるが、ハロゲン化物、特に塩化物が、取り扱
い易さ、経済性、FRMの性能の点で好ましい。
、W、Nb、Mo、■、Cr等の高融点金属、Si、G
e等の半導体金属等あらゆる金属およびこれらの合金を
FRMの母材とすることが可能である。特にA1.Mg
、Tiおよびその合金を母材とするものは優れた性能を
有するF RMとなる。これらの金属は有機金属化合物
(アルキル金属、アリル金属、π−コンプレックス、カ
ルボニル金属等)または、無機金属化合物(ハロゲン化
物、水素化物等)の熱分解反応によって繊維表面に沈着
せしめられるが、ハロゲン化物、特に塩化物が、取り扱
い易さ、経済性、FRMの性能の点で好ましい。
以下、第1図に従って、本発明の詳細な説明する。反応
槽3内に繊維6を配置し、これを真空排気する。次に反
応槽3内に金属化合物蒸気7と反応性ガス8(または不
活ガス)を導入し、高周波コイル5より高周波を印加す
ることによって、槽内にグロー放電を起し。
槽3内に繊維6を配置し、これを真空排気する。次に反
応槽3内に金属化合物蒸気7と反応性ガス8(または不
活ガス)を導入し、高周波コイル5より高周波を印加す
ることによって、槽内にグロー放電を起し。
金属化合物をプラズマ解離させ、繊維上に金属を堆積さ
せる。プラズマ発生時の全ガス分圧は1.−10’Pa
好ましくは10〜103Paが良い。反応性ガスとして
は金属化合物の分解を促進するものどして通常II2が
用いられ、不活性ガスとしては析出した金属と反応を起
さないHe、Ar等希ガスが用いられる。
せる。プラズマ発生時の全ガス分圧は1.−10’Pa
好ましくは10〜103Paが良い。反応性ガスとして
は金属化合物の分解を促進するものどして通常II2が
用いられ、不活性ガスとしては析出した金属と反応を起
さないHe、Ar等希ガスが用いられる。
高周波電極は反応槽の外でも内でも良いが、電極(また
はコイル)の汚染等の点から外部に配置したものがより
好ましい。高周波の周波数も数1・K11z〜数G11
zまで、通常、高周波として用いられる周波数で良い。
はコイル)の汚染等の点から外部に配置したものがより
好ましい。高周波の周波数も数1・K11z〜数G11
zまで、通常、高周波として用いられる周波数で良い。
金属の堆積速度を高くするには繊維を加熱することが有
効である。繊維の加熱には一般的なヒーターを使用する
が、炭素繊維や金属繊維等、導電性繊維に対しては、繊
維に直接通電して、繊維を昇温させることかできる。透
明な反応槽においては、赤外線やレーザーによる加熱も
可能である。繊維上の金属堆積速度は上記全ガス分圧、
各ガスの分圧(流量)高周波入力、温度によって支配さ
れる。堆積速度をあまり大きくすると繊維束表層部のみ
に金属が堆積し、繊維束内部の繊維が金属被覆されない
ことになる。したがって、ガスの拡散速度と繊維への金
属堆積速度を、コントロールし、最も生産効率が高く、
最も均一被覆できる条件にて金属を被覆することが必要
であるが、これば、個々の金属化合物により条件が異な
る。
効である。繊維の加熱には一般的なヒーターを使用する
が、炭素繊維や金属繊維等、導電性繊維に対しては、繊
維に直接通電して、繊維を昇温させることかできる。透
明な反応槽においては、赤外線やレーザーによる加熱も
可能である。繊維上の金属堆積速度は上記全ガス分圧、
各ガスの分圧(流量)高周波入力、温度によって支配さ
れる。堆積速度をあまり大きくすると繊維束表層部のみ
に金属が堆積し、繊維束内部の繊維が金属被覆されない
ことになる。したがって、ガスの拡散速度と繊維への金
属堆積速度を、コントロールし、最も生産効率が高く、
最も均一被覆できる条件にて金属を被覆することが必要
であるが、これば、個々の金属化合物により条件が異な
る。
プラズマ中における反応については、色々な反応が考え
られるが、金属化合物が金属として析出する反応は例え
は次のようなものである。
られるが、金属化合物が金属として析出する反応は例え
は次のようなものである。
・有機金属 R−M+R−M→R−R+2M(R:アル
キル基)(M:金属) 2R−M+H2→2RH+2M ・無機化合物 M−X十M−X−)X2+2M(X:ハ
ロゲン) 2M−’X+l+、→2 HX + 2 Mこのように
して得られた金属被覆繊維は繊維・本・本が金属で均一
に被覆されているFRM用プリプリフォームるので、こ
4しを積層して、加熱加圧し、一体化すると、優れた機
械的性能をfrするF RMが得られる。
キル基)(M:金属) 2R−M+H2→2RH+2M ・無機化合物 M−X十M−X−)X2+2M(X:ハ
ロゲン) 2M−’X+l+、→2 HX + 2 Mこのように
して得られた金属被覆繊維は繊維・本・本が金属で均一
に被覆されているFRM用プリプリフォームるので、こ
4しを積層して、加熱加圧し、一体化すると、優れた機
械的性能をfrするF RMが得られる。
合金組成の母材の1”、 R,Mを得るには、二種以上
の金属を同時に析出さ仕るか、あるいは一種(または丁
種以−に)の金属を析出させた後他種の金属を析出させ
、加熱加圧による一体化時に合金化させる。
の金属を同時に析出さ仕るか、あるいは一種(または丁
種以−に)の金属を析出させた後他種の金属を析出させ
、加熱加圧による一体化時に合金化させる。
実施例1゜
第11シ1の装置i?1において1反応槽中心部に平均
面f¥:12μII+、500本より成る長さ20C1
11の炭化珪素繊維(+−ウ)を配した。この反応槽を
l Paまで真空排気した後Arガスを導入し、103
Paとなるようにした。この反応樽柘外部よ41 ’h
l+執し、繊おト濡度をRO”Cと17た。次に高周波
電極に13.5MHz、0.3KWの電力を与え、反応
槽内にプラズマを発生させた。この雰囲気にA 1.
(CH3’) 3 を含むArガス(Al(CH3)3
濃度1 、33111g/cc)を100cc/min
、 H2ガスを120cc/minで導入し、全ガス圧
1.5XIO’Paの条件下で15分間保持し、プラズ
マCVDを行った。
面f¥:12μII+、500本より成る長さ20C1
11の炭化珪素繊維(+−ウ)を配した。この反応槽を
l Paまで真空排気した後Arガスを導入し、103
Paとなるようにした。この反応樽柘外部よ41 ’h
l+執し、繊おト濡度をRO”Cと17た。次に高周波
電極に13.5MHz、0.3KWの電力を与え、反応
槽内にプラズマを発生させた。この雰囲気にA 1.
(CH3’) 3 を含むArガス(Al(CH3)3
濃度1 、33111g/cc)を100cc/min
、 H2ガスを120cc/minで導入し、全ガス圧
1.5XIO’Paの条件下で15分間保持し、プラズ
マCVDを行った。
得られた炭素繊維は一本当り約3μn+のA1膜で被覆
されていた。このA1被覆炭素繊維を積層して、10”
−1Paの真空下、550℃、500kg/c♂にて約
10分間加熱加圧して17RMを得た。このFRMは、
繊維体積含有率44%で引張強度70 kg/+nn+
2引張弾性率11 、 OOOkg/nwn”の性能を
有していた。
されていた。このA1被覆炭素繊維を積層して、10”
−1Paの真空下、550℃、500kg/c♂にて約
10分間加熱加圧して17RMを得た。このFRMは、
繊維体積含有率44%で引張強度70 kg/+nn+
2引張弾性率11 、 OOOkg/nwn”の性能を
有していた。
実施例2.゛
実施例1の方法に準じ、平均直径7μn1.3.000
本より成る長さ20cmの炭素繊維(1−ウ)に繊維温
度350℃、高周波電極13.5MHz、0.5KWの
条件下で全ガス圧3X]、03 Paとなるよう、Al
Cl3.5jC14,112、Arを導入して、約30
分間プラズマCV Dを行った。
本より成る長さ20cmの炭素繊維(1−ウ)に繊維温
度350℃、高周波電極13.5MHz、0.5KWの
条件下で全ガス圧3X]、03 Paとなるよう、Al
Cl3.5jC14,112、Arを導入して、約30
分間プラズマCV Dを行った。
この結果、炭素繊維表面にA190%、5ilO%の組
成の厚さ約2μmのA1合金膜が形成された。このA1
合金被覆炭素繊維を積層し、10−”Pa、450℃、
800 kg/cntで成形して得られたFRMは繊維
体積含有率41%、引張強度105 kg/nun”
、引張弾性率14 、 O’OOkg/nun2の性能
を有していた。
成の厚さ約2μmのA1合金膜が形成された。このA1
合金被覆炭素繊維を積層し、10−”Pa、450℃、
800 kg/cntで成形して得られたFRMは繊維
体積含有率41%、引張強度105 kg/nun”
、引張弾性率14 、 O’OOkg/nun2の性能
を有していた。
実施例3゜
実施例1の方法に準じ、直径100μm1のボロンフィ
ラメン1〜10本を配した反応槽を加熱し、繊維温度4
00℃として、高周波コイルより400Ktlz、0.
5KWの電力を与えつつ、全ガス圧5.X102Pa、
(TiC14、+−12、Ar)にて、プラズマCVD
を行い、各フィラメントに25μmのT1膜を施した。
ラメン1〜10本を配した反応槽を加熱し、繊維温度4
00℃として、高周波コイルより400Ktlz、0.
5KWの電力を与えつつ、全ガス圧5.X102Pa、
(TiC14、+−12、Ar)にて、プラズマCVD
を行い、各フィラメントに25μmのT1膜を施した。
このTi被覆ボロンフィラメントはB / T i F
RMにした時、130 kg/nun”の引張強度を
示した。
RMにした時、130 kg/nun”の引張強度を
示した。
実施例4゜
直径o、i〜0.5μm11、長さ1〜100μm11
の炭素繊維ウィスカー集合体を0.1g反応槽内に配し
、繊維温度300℃、高周波コイル13.5MHz、1
.OKWの条件下で全ガス圧5 X 103Pa(Al
Cl3 、 Mg(CII3)3、H2、Ar)にてプ
ラズマCVDを行った。
の炭素繊維ウィスカー集合体を0.1g反応槽内に配し
、繊維温度300℃、高周波コイル13.5MHz、1
.OKWの条件下で全ガス圧5 X 103Pa(Al
Cl3 、 Mg(CII3)3、H2、Ar)にてプ
ラズマCVDを行った。
この結果、ウィスカー0 、1 g’tt L、0.5
gのAl−Mg合金(Mg4wt%)を被覆することが
できた。このA1合金被覆ウィスカーより引張強度42
kg/+mu2の等方性F RMを得ることができた
。
gのAl−Mg合金(Mg4wt%)を被覆することが
できた。このA1合金被覆ウィスカーより引張強度42
kg/+mu2の等方性F RMを得ることができた
。
第1図は本発明による一実施例を示す工程図である。1
は真空ポンプ、2は真空計、3は反応槽、4はヒーター
、5は高周波電極またはコイル、6は繊維、7は金属化
合物蒸気発生装置、8は反応性または不活性ガスボンベ
。 特許出願人 日機装株式会社
は真空ポンプ、2は真空計、3は反応槽、4はヒーター
、5は高周波電極またはコイル、6は繊維、7は金属化
合物蒸気発生装置、8は反応性または不活性ガスボンベ
。 特許出願人 日機装株式会社
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 °(1)低温プラズマ中で金属化合物を分解し、繊維上
に母材となる金属を付与することを特徴とする繊維強化
金属の製造方法。 (2)母材金属が、A1.Mg、Tiのいずれかを主と
する合金であることを特徴とする特許請求範囲第1項に
記載の繊維強化金属の製造方法。 (3)金属化合物がハロゲン化物である特許請求範囲第
1項に記載の繊維強化金属の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3827084A JPS60184652A (ja) | 1984-02-29 | 1984-02-29 | 繊維強化金属の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3827084A JPS60184652A (ja) | 1984-02-29 | 1984-02-29 | 繊維強化金属の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60184652A true JPS60184652A (ja) | 1985-09-20 |
| JPH0429725B2 JPH0429725B2 (ja) | 1992-05-19 |
Family
ID=12520620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3827084A Granted JPS60184652A (ja) | 1984-02-29 | 1984-02-29 | 繊維強化金属の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60184652A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62176662A (ja) * | 1986-01-30 | 1987-08-03 | Nikkiso Co Ltd | 金属化合物被覆グラフアイトウイスカ− |
| US4782884A (en) * | 1987-02-04 | 1988-11-08 | General Electric Company | Method for continuous fabrication of fiber reinforced titanium-based composites |
| US4786566A (en) * | 1987-02-04 | 1988-11-22 | General Electric Company | Silicon-carbide reinforced composites of titanium aluminide |
| US5211776A (en) * | 1989-07-17 | 1993-05-18 | General Dynamics Corp., Air Defense Systems Division | Fabrication of metal and ceramic matrix composites |
| US6136389A (en) * | 1997-12-19 | 2000-10-24 | Amt Holdings, Inc. | Preparation of metal coatings |
| US6426126B1 (en) | 1997-12-19 | 2002-07-30 | Amt Holdings, Inc. | Preparation of metal coatings |
-
1984
- 1984-02-29 JP JP3827084A patent/JPS60184652A/ja active Granted
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62176662A (ja) * | 1986-01-30 | 1987-08-03 | Nikkiso Co Ltd | 金属化合物被覆グラフアイトウイスカ− |
| US4782884A (en) * | 1987-02-04 | 1988-11-08 | General Electric Company | Method for continuous fabrication of fiber reinforced titanium-based composites |
| US4786566A (en) * | 1987-02-04 | 1988-11-22 | General Electric Company | Silicon-carbide reinforced composites of titanium aluminide |
| US5211776A (en) * | 1989-07-17 | 1993-05-18 | General Dynamics Corp., Air Defense Systems Division | Fabrication of metal and ceramic matrix composites |
| US6136389A (en) * | 1997-12-19 | 2000-10-24 | Amt Holdings, Inc. | Preparation of metal coatings |
| US6426126B1 (en) | 1997-12-19 | 2002-07-30 | Amt Holdings, Inc. | Preparation of metal coatings |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0429725B2 (ja) | 1992-05-19 |
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