JPS6065200A - 複合材用ＳｉＣウイスカ−プリフオ−ムの形成法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属、合金または各種プラスチックなどのマ
トリックス物質を溶浸あるいは含浸して繊維強化複合材
を製造する際に、繊維質骨格として用いる８１Ｃウイス
カープリフオームの形成法に関する。

繊維強化複合材を製造する方法の一つとして、強化繊維
のプリフォームを所定のモールド内に設置し、これに液
状のマトリックス物質を圧入する加圧鋳造法が知られて
いるが、この方法によって得られる複合材の性状は繊維
質骨格となるプリフォームの組織構造、とくＫその均質
性の度合によって大きく左右される。また、複合材の量
産を図るためには、中間体としてのプリフォーム形成化
を迅速におこなうことが重要な要件となる。

本発明は、上記の要求ＫＧつて開煮されたもので、繊維
質骨格にＳｉＣウィスカーを用いる場合に好適なプリフ
ォーム形成法の提供を目的とする。

すなわち、本発明に係る複合材用ＳｉＣウィスカープリ
フォームの形成法は、ＳｉＣウィスカーの生成ケーキを
水または有機溶媒に分散してスラリー化し、咳スラリー
を内面に濾過膜を展着した多孔円筒容器内に流入して高
速回転することにより遠心脱水し、得られた中空状賦形
体をそのままもしくはこれを縦方向に切開して板状に圧
搾したのち乾燥処理を施すことを構成的特徴とする。

ＳｉＣウィスカーはＳｉｎ、などのけい素源原料と炭材
を不活性雰囲気下で１４００〜１７００℃の温度域で高
温反応させることによって製造されるが、得られる生成
物は密生した短繊維状のウィスカーが無方向に絡み合っ
た団塊ケーキ質の組織形態を呈する。このＳｉＣウィス
カー生成ケーキを、予ｂ＼ め解きほぐすが適度に圧縮したのち水またはアルコール
、アセトンもしくはエーテルのような有機溶媒中に加え
、ミキサー、渦巻流攪拌槽などの攪拌容器を用いてウィ
スカー成分が均一に分散するまで攪拌してスラリーを形
成する。この際、水または有機溶媒は、８１Ｃウイスカ
ー量の７〜１０倍容量の範囲で使用することが操作の円
滑性を保つ上で望ましい。

スラリーは、ついで内面に濾過膜を展着した多孔円筒容
器内に流入して高速回転することにより１！１ 遠心脱水する。内面は前記遠心脱水操作を実施するため
の装置を例示した断面図で、１は排水口２を備える底部
傾斜状の外筒、３′は全周面に無数の小孔を有する金属
板あるいは金網で構成された多孔円筒容器、そして４は
多孔円筒容器内にスラリーを流入するための供給管でめ
る。多孔円筒容器３は図示しない駆動機構により高速回
転可能に装着されており、構造的に二つ割できるように
設計しておくことが望ましい。実施にあたり、多孔円筒
容器５の内面に予めＦ紙あるいはＦ布等の濾過膜５を展
着する。この状態で供給管４からスラリーを流入し、も
しくは流入し彦から多孔円筒容器５を高速回転する。回
転速度は、概して５００〜１１００００ｒｐの範囲に設
定されるが、回転速度と回転時間を適宜選定することに
よ抄得られる８１Ｃウイスカープリフオームの密度（Ｖ
ｆ）を所望の値に調整することが可能となる。

回転に伴ない、スラリーは遠心力を受けて多孔円筒容器
５の内壁に均等に付着し、同時にスラリー中の水または
有機溶媒は濾過Ｍ５および多孔円筒容器５を通過して外
部に飛散する。このようＫして遠心脱水されたＳｉＣウ
ィスカーは、濾過膜５の内面に容易に崩壊することのな
い極めて均質な組織と肉厚をもつ中空状賦形体６として
形成される。得られる中空状賦形体６の寸法形状および
肉厚は、用いる多孔円筒容器３の直径、長さ、内面形状
、スラリーの供給量などを変更することにより任意に変
えることができる。

中空状賦形体は多孔円筒容器から取出し、濾過膜を剥離
する。これをそのままの状態で乾燥処理することＫより
中空状のＳｉＣウィスカープリフォームを得ることがで
きる。また、板状のＳｉＣウィスカープリフォームを得
る場合には、中空状賦形体を縦方向に切開して展開し、
これを平面金属板などＫより上下から挾みつけて圧搾し
た状態で乾燥処理する。

このようにして形成された８１Ｃウイスカープリフオー
ムは局部的偏析のない極めて均質な組織構造を有してお
り、乾燥後も崩壊しない一体形状が付与される。

本発明で得られるＳｉＣウィスカープリフォームは、こ
れを繊維骨格としてＭｆ　＋　Ａｌ　ｒＳｉ、Ｔｉ。

Ｃｒ、Ｍｎ、　Ｆｅ、　Ｃｏ、Ｎｉ、　Ｃｕ、　Ｚｎ、
　Ａｙ、　Ｔａ、Ｗなどの金属またはこれらの合金、エ
ポキシ樹脂、ポリイ６ ミド樹脂、尿素樹脂等の各種プラスチックから選択され
たマトリックス物質を圧力下に溶浸あるいは含浸するこ
とにより複合化されるが、これら複合材（ＦＲＭ、ＦＲ
Ｐ）には特性的ばらつきの少ない高性能の強化特性を付
与することができる。

以上のとおり、本発明によれば極めて迅速かつ円滑に所
望密度（Ｖｆ値）を有する均質組織構造の複合材用８１
Ｃウイスカープリフオームが形成できるから、航空機用
タービン、自動車エンジンから建築用、レジャー用の分
野に至る構造・機能材料として有用な各種複合材の量産
化に大きく寄与しえる工業的利益がもたらされる。

実施例！。

けい素源原料と炭材を非酸化性雰囲気下で１６００℃の
温度により高温反応させたのち、残留炭材成分を燃焼除
去して得られた直径０．５〜１．５μｍ、長さ１０〜３
００１１ｍのβ型８１Ｃ＋フイスカーからなる生成スボ
／ジ状ケーキ（嵩密度ｏ、ｏ４ｔ７ｃｄ、平均気孔率９
８．７係）を用い、これを予め圧縮処理したのち７倍容
量の純水と共に渦流型攪拌槽に入れ１０秒間回転攪拌し
てＢｉＣウィスカーが均質に分散するスラリーを形成し
た。

内径１００ｍ＋１１、長さ５００＋ｕの多孔円筒容器５
を備える図示構造の装置をセットし、多孔円筒容器の内
面ＫＩ’ｋｌＦ紙を展着したのち供給管４を介してスラ
リーを流入しながら高速回転した。回転速度は６０　Ｏ
ｒｐｍおよび３０００　ｒｐｍとし、そ　−れぞれ１０
分間に亘り遠心脱水した。

上記遠心脱水処理により成形された中空状賦形体を多孔
円筒容器から取出し、ｐ紙を剥離したのちそのまま乾燥
した。

このようにして得られたＳｉＣウィスカープリフォーム
は、外径９８朋、内径９１１１１．長さ５００冨禦の一
体中空状ケーキ質を呈するものであった。

形成した中空状ＳｉＣウィスカープリフォームを鋭利な
刃物で５等分に輪切りし、各試片について見掛比重およ
びＶｆ値を測定した。その結果を表ＩＫ示した。

表Ｉ 表Ｉの結果は、各試片間の特性上のばらつきは極めて小
さく、全体として局部的偏析のない均質な組織構造であ
ることを示すとともに、回転速度の差によりＳｉＣウィ
スカープリフォームの密度特性を自由に調整しえること
を示した。

また、上記のうち回転速度３０００　ｒｐｍ条件により
形成した各ＳｉＣウィスカープリフォーム試片に、加圧
鋳造法を用い１　ｔｏｎ／ｄの圧力下でＡ１合金（６０
６１）を溶浸してＦＲＭを作成した。

得られたＩＦＲＭの強度特性は、平均引張り強さ４４．
２Ｋｇ／−１同標準偏差（σ）１．２、平均弾性率８７
５０　Ｋｇ／ｉ＋ｊ、同標準偏差（σ）８１で、均質高
性能を備えるものであることが確認された。

実施例２ 実施例１と同一性状のＳｉＣウィスカー生成ケーキを原
料とし、これを実施例１と同一手法により２０００　ｒ
ｐｍの回転速度で遠心脱水して中空状賦形体を形成した
。ついで離型した中空賦形体を縦方向に切開して展開し
、平滑面を有するステンレス鋼板で挾みつけて圧搾しな
がら乾燥した。

得られた平板状のＳｉＣウィスカープリフォームを５等
分に分割し、各試片について見掛比重およびＶｆ値を測
定した。結果を表Ｈに示した。

表■ 各試片特性の変動は僅少で、全体に均質な組織構造であ
ることが認められた。

【図面の簡単な説明】 図は、本発明を実施するための遠心脱水装置を例示した
部分断面図である。 ■・・・外筒、２・・・排水口、３・・・多孔円筒容器
、４・・・供給管、５・・・濾過膜、６・・・ＳｉＣウ
ィスカーの中空賦形体。 特許出願人　東海カーボン株式会社 代理人　弁理士　高　畑　正　也

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ＳｉＣウィスカーの生成ケーキを水または有機溶媒
   に分散してスラリー化し、該スラリーを内面に濾過膜を
   展着した多孔円筒容器内に流入して高速回転することに
   より遠心脱水し、得られた中空状賦形体をそのままもし
   くはこれを縦方向に切開して板状に圧搾したのち乾燥処
   理を施すことを特徴とする複合材月日ＩＣウィスカープ
   リフォームの形成法。