JPS61201744A - アルミナ−シリカ繊維及び鉱物繊維強化金属複合材料 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、繊維強化金属複合材料に係り、更に詳細には
非晶質のアルミナ−シリカ繊維と鉱物繊維とよりなるハ
イブリッド繊維を強化ＩＩＮとし、アルミニウム、マグ
ネシウム、銅、亜鉛、鉛、スズ及びこれらを主成分とす
る合金をマトリックス金属とする複合材料に係る。

従来の技術 アルミニウム、マグネシウム、銅、亜鉛、鉛、スズ及び
これらを主成分とする合金の如く比較的低融点の金属は
、相手材料との馴染みの良さから摺動材料として多用さ
れている。しかし高性能化に対する要求からこれらの材
料の使用条件が益々厳しくなって来ており、摩耗や焼付
きの如き所謂トライボ０ジ一的問題がしばしば発生して
いる。

例えばディーゼルエンジンのアルミニウム合金製ピスト
ンに於ては、エンジンが過酷な条件にて運転されると、
そのリング溝の異常摩耗やピストンとシリンダとの焼付
きの如き問題が生じることがある。かかるトライポロジ
ー的問題を解決する一つの有効な手段として、本願出願
人と同一の出願人の出願に係る特開昭５８−９３９４８
号、特開昭５８−９３９４８号、特開昭５８−９３８３
７号、特開昭５８−９３８４１号、特開昭５９−７０７
３６号の各公報に開示されている如く、アルミニウム合
金の如き金属を＾硬度で強靭な強化繊維にて強化する技
術が知られている。

発明が解決しようとする問題点 かかる複合材料用の強化繊維としては炭化ケイ素繊維、
窒化ケイ素繊維、アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊維
、炭素繊維、チタン酸カリウム繊維、鉱物繊維等がある
が、これらの強化繊維の大多数は非常に高価であり、こ
のことが上述の如き複合材料を実際の部材に適用する上
で一つの最大の阻害要因となっている。上述の強化繊維
のうち、耐摩耗性向上効果に侵れ且比較的低廉である点
に於てアルミナ−シリカ系繊維、即ちアルミナ繊維及び
アルミナ−シリカ繊維（特開昭５８−９３８３７号、特
開昭５８−９３８４１号参照）が好ましく、非常に低廉
である点に於て鉱物繊ｍ＜本願出願人と同一の出願人の
出願にかかる特願昭５９−２１９０９１号参照）が好ま
しい。

しかしアルミナ繊維を強化繊維とする複合材料に於ては
、優れた耐摩耗性が得られるが、アルミナ繊維が高価な
ものであるため、複合材料も高価なものになるという問
題がある。またアルミナ−シリカ繊維は従来より断熱材
料として多聞に使用されており、特にハンドリング性を
考慮して一般に非晶質状態にて使用されている。この非
晶質のアルミナ−シリカ繊維を強化繊維とする複合材料
に於ては、アルミナ繊維を強化繊維とする場合に比して
複合材料のコストを低減することができる。

これに対しＳｉ　Ｏｔ　、Ｃａ　ｏ、ＡＩ　！　Ｏｓを
主成分とする鉱物繊維は上述の無機質繊維に比して遥か
に低廉であり、従って鉱物繊維を強化繊維として使用す
れば複合材料のコストを大幅に低減することができ、ま
た鉱物繊維はマトリックス金属の溶湯との濡れ性がよく
、また溶湯との反応による劣化が少いため、溶湯との濡
れ性が悪いか又は溶湯との反応による劣化が生じる繊維
を強化繊維とする場合に比して強度の如き機械的性質に
優れた複合材料を得ることができる。しかし鉱物繊維は
上述の他の無機質繊維に比して強度及び硬度の点で劣っ
ているため、鉱物繊維を強化繊維とする複合材料に於て
は上述の他の無機質繊維が使用される場合に比して強度
や耐摩耗性に優れた複合材料を製造することが困難であ
るという問題がある。

本願発明者等は、従来の繊維強化金属複合材料、特にア
ルミナ−シリカ系繊維又は鉱物繊維を強化繊維とする複
合材料に於ける上述の如き問題に鑑み、種々の実験的研
究を行った結果、非晶質のアルミナ−シリカ繊維と鉱物
繊維とを組合せて強化ａｔ、ｍとして使用すれば、上述
の如き種々の問題を解決することができ、しかも非晶質
のアルミナ−シリカ繊維のみを強化繊維とする複合材料
及び鉱物繊維のみを強化繊維とする複合材料より推論さ
れる耐摩耗性よりも遥かに優れた耐摩耗性を有する非常
に低廉な複合材料を製造し得ることを見出した。

本発明は、本願発明者等が行った種々の実験的研究の結
果得られた知見に基づき、強度、耐摩耗性の如き機械的
性質に優れ、しかも相手材に対する摩擦摩耗特性にも優
れた非常に低廉な複合材料を提供することを目的として
いる。

問題点を解決するための手段 上述の如き目的は、本発明によれば、３５〜８Ｑｗｔ％
Ａｔ　ｔ　Ｏｓ　、６５〜２０ｗｔ％Ｓ　Ｉ　Ｏｘ　、
０〜ｉｏｗｔ％他の成分なる組成を有する非晶質アルミ
ナ−シリカ繊維であって、その集合体中に含まれる非繊
維化粒子の総量及び粒径１５０μ以上の非繊雑化粒子含
有量がそれぞれ１７ｗｔ％以下、７ｗｔ％以下である非
晶質アルミナ−シリカ繊維と、Ｓｉ　Ｏｘ　、Ｑａ　Ｏ
ｔ　Ａｔ　ｔ　Ｏ３を主成分としＭｇＯ含有量が１０ｗ
ｔ％以下でありＦｅｚｏ３含有量がＳｗｔ％以下であり
その他の無機物含有邑が１０ｗｔ％以下である鉱物繊維
であって、その集合体中に含まれる非繊維化粒子の総量
及び粒径１５０μ以上の非繊雑化粒子含有量がそれぞれ
２０ｗｔ％以下、７ｗｔ％以下である鉱物繊維とよりな
るハイブリッド繊維を強化繊維とし、アルミニウム、マ
グネシウム、銅、亜鉛、鉛、スズ及びこれらを主成分と
する合金よりなる群より選択された金属をマトリックス
金属とし、前記ハイブリッド！１雑の体積率が１％以上
であるアルミナ−シリカ繊維及び絋物繊維強化金属複合
材料によって達成される。

発明の作用及び効果 上述の如き本発明による複合材料によれば、アルミナ繊
維等に比して遥かに低廉である非晶質アルミナ−シリカ
繊維と、非晶質アルミナ−シリカ繊維よりも更に一層低
廉でありマトリックス金属の溶湯との濡れ性がよ＜ｍｓ
との反応による劣化が少ない鉱物繊維とよりなるハイブ
リッド繊維により体積率１％以上にてマトリックス金属
が強化され、また後に詳細に説明する如く強化繊維をハ
イブリッド化することにより耐摩耗性が著しく向上され
るので、耐摩耗性や強度の如き機械的性質に優れた極め
て低廉な複合材料が得られる。また非晶質アルミナ−シ
リカ繊維の集合体中に含まれる非繊維化粒子の総量及び
粒径１５０μ以上の非繊雑化粒子含有量がそれぞれ１７
ｗｔ％以下、７ｗｔ％以下に維持され、鉱物繊維の集合
体中に含まれる非繊維化粒子の総量及び粒径１５０μ以
上の非繊維化粒子含有最がそれぞれ２０ｗｔ％以下、７
ｗｔ％以下に維持されるので、強度及び機械加工性にも
侵れ粉子の脱落に起因する相手材の異常摩耗を惹起こす
ことのない優れた複合材料が得られる。

一般にアルミナ−シリカ系繊維はその組成及び製法の点
からアルミナ繊維とアルミナ−シリカ繊維に大別される
。ＡｌｙＯａ含有量が７０ｗｔ％以上であり５１０２含
有量が３０ｗｔ％以下の所謂アルミナ繊維は、有機の語
調な溶液とアルミニウムの無機塩との混合物にて繊維化
し、これを高温にて酸化焙焼することにより製造される
ので、強化繊維としての性能には優れているが、非常に
高価である。一方Ａｌ２Ｏ５含有伍が３５〜６５Ｗ【％
であり５ｔｏｐ含有量が３５〜６５ｗｔ％であるいわゆ
るアルミナ−シリカ繊維は、アルミナとシリカの混合物
がアルミナに比して低融点であるため、アルミナとシリ
カの混合物を電気炉などにて溶融し、その融液をブロー
イング法やスピニング法にて繊維化することにより比較
的低廉に且大串に生産されている。特にＡＩ！０３含有
量が６５ｗｔ％以上であり５ｉｎ２含有量が３５ｗｔ％
以下の場合にはアルミナとシリカとの混合物の融点が＾
くなり過ぎまた融液の粘性が低く、一方Ａｌ２Ｏ５含有
ａが３５ｗｔ％以下であり３ｉ０ｚ含有量が６５ｗｔ％
以上の場合には、ブローイングやスピニングに必要な適
正な粘、性が得られない等の理由から、これらの低廉な
製造法を適用し難い。

従ってＡＩ　２　Ｃ）＋含有量が６５ｗｔ％以上のアル
ミナ−シリカ繊維はＡＩｚＯａ含有量が６５ｗｔ％以下
のアルミナ−シリカ繊維はど低廉ではないが、本願発明
者等が行なった実験的研究の結果によれば、△１２０３
含有量が６５〜８Ｑｗｔ％の非晶質アルミナ−シリカ繊
維と非常に低廉な鉱物繊維とを組合せてハイブリット化
する場合にも、耐摩耗性や強度の如き機械的性質に優れ
た低廉な複合材料を得ることができる。またアルミナと
シリカとの混合物の融点や粘性を調整したり、繊維に特
殊な性能を付与する目的から、アルミナとシリカとの混
合物にＣａＯ，％ＭｇＯ１ＮａｔＯ１Ｆｅ２０８　、Ｇ
’２０３、Ｚｒ　Ｏｔ　ｓ　ＴＩ　Ｏ！　、Ｐｂ　０ｓ
３ｎ　Ｏｔ　、Ｚｎ　０１Ｍ０　Ｏ＋＋　ｓ　ＮＩ　Ｏ
，に！　ＯｌＭｎ　Ｏ２，Ｂｚ　Ｏｓ　、Ｖｔ　Ｏｓ　
、ＣＩ　Ｏ，Ｑｏ　ｓ０４などの金属酸化物が添加され
ることがある。

本願発明者等が行なった実験的研究の結果によれば、こ
れらの成分はｌＱｗｔ％以下に抑えられることが好まし
いことが認められた。従って本発明の複合材料に於ける
非晶質アルミナ−シリカＩＭ雑の組成は３５〜ＱＱｖｔ
％Ａｌ！０１１．６５〜２Ｑｗｔ％Ｓ　ｉ　Ｏ！Ｎ　Ｏ
〜１Ｑｗｔ％他の成分に設定される。

またブローイング法やスピニング法によるアルミナ−シ
リカ繊維の製造に於ては、繊維と同時に非繊維化粒子が
不可避的に多量に生成し、従ってアルミナ−シリカ繊維
の集合体中には比較的多量の非繊維化粒子が含まれてい
る。本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
かかる非繊維化粒子は複合材料の機械的性質及び加工性
を悪化させ、複合材料の強度を低下せしめる原因となり
、更には粒子の脱落に起因して相手材に対し異常摩耗の
如き不具合を発生させる原因ともなり、かかる不具合は
粒径が１５０μを越える粒子の場合に特に顕著である。

従って本発明の複合材料に於ては、非晶質アルミナ−シ
リカ繊維の集合体中に含まれる非繊維化粒子の総量は１
７ｗｔ％以下、特に１Ｑｗｔ％以下、更には７ｗｔ％以
下に抑えられ、また粒径１５０μ以上の非繊維化粒子の
含有量は７ｗｔ％以下、特に２ｗｔ％以下、更には１ｖ
Ｈ％以下に抑えられる。

一方鉱物繊維は岩石を溶融して繊維化することにより形
成されるロックウール（ロックファイバ）、製鉄スラグ
を繊維化することにより形成されるスラグウール（スラ
グファイバ）、岩石とスラグとの混合物を溶融して繊維
化することにより形成されるミネラルウール（ミネラル
ファイバ）などの人工繊維を総称したものであり、一般
に３５〜５Ｑｗｔ％Ｓｉ　Ｏｘ　、２０〜４０ｗｔ％Ｃ
ａｂ、１０〜２Ｑｗｔ％Ａ１ｚ０３．３〜７ｗｔ％Ｍｇ
Ｏ１１〜５ｗｔ％ｌ”ｅ　２０ｓ　、Ｏ〜１０ｗｔ％そ
の他の無機吻なる組成を有している。

かかる鉱物繊維も一般にスピニング法の如き方法にて製
造されており、従って鉱物繊維の製造に於ても繊維と共
に不可避的に非繊維化粒子が生成する。かかる非繊維化
粒子も非常に硬く且繊帷径に比して道かに大きく、その
ため非晶質アルミナ−シリカ繊維の集合体中に含まれる
非繊維化粒子の場合と同様の弊害を発生させる原因とな
る。本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
上述の如き弊害は非繊維化粒子の粒径が１５０μ以上の
場合に特に顕著であり、従って本発明の複合材料に於て
は、鉱物繊維の集合体中に含まれる非繊維化粒子の総身
は２０ｗｔ％以下、好ましくは１０ｗｔ％以下に抑えら
れ、また粒径１５０−μ以上の非繊維化粒子の含有層は
７ｖｔ％以下、好ましくは２ｗｔ％以下に抑えられる。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
非晶質アルミナ−シリカ繊維と鉱物繊維とよりなるハイ
ブリッドｌＩ！を強化Ｉｌ維どし、アルミニウム、マグ
ネシウム、銅、亜鈴、鉛、スズ及びこれらを主成分とす
る合金をマトリックス金属とする複合材料に於ては、ハ
イブリッドＭＡＨの体積率が１％程度であっても複合材
料の耐摩耗性が著しく向上し、これ以上ハイブリッド１
Ｍ１１の体積率が高くされても相手材の摩耗量はそれ程
増大しない。従って本発明の複合材料に於ては、ハイブ
リッド繊維の体積率は１％以上、特に２％以上、更には
４％以上とされる。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
非晶質アルミナ−シリカ繊維と鉱物繊維とを組合せてハ
イブリッド化することによる複合材料の耐摩耗性向上効
果は、後に詳細に説明する如＜、゛ハイブリッド繊維中
の非晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比が５〜８０％の
場合に、特に１０〜６０％の場合に顕著であり、従って
本発明の他の一つの詳細な特徴によれば、ハイブリッド
繊維中の非晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比は５〜８
０％、好ましくは１０〜６０％とされる。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
ハイブリッド繊維中の非晶質アルミナ−シリカ繊維の体
積比が比較的小さく鉱物繊維の体積比が比較的高い場合
、例えばハイブリッド繊維中の非晶質アルミナ−シリカ
繊維の体積比が５〜４０％である場合には、ハイブリッ
ドｍＭの体積率が２％、特に４％以上でなければ複合材
料の十分な耐摩耗性を確保することが困難であり、ハイ
ブリッド繊維の体積率が３５％、特に４０％を越えると
複合材料の強度及び耐摩耗性が逆に低下する。従って本
発明の更に他の一つの詳細な特徴によれば、ハイブリッ
ド繊維中の非晶質アルミナ−シリカＩＮの体積比は５〜
４０％、特に１０〜４０％であり、ハイブリッド繊維の
体積率は２〜４０％、好ましくは４〜３５％とされる。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
ハイブリッド繊維中の非晶質アルミナ−シリカ繊維の体
積比の如何に拘らず、鉱物繊維の体積率が２０％、特に
２５％を越えると複合材料の強度及び耐摩耗性が低下す
る。従って本発明の更に他の一つの詳細な特徴によれば
、ハイブリッド繊維中の非晶質アルミナ−シリカ繊維の
体積比の如何に拘らず、鉱物繊維の体積率は２５％以下
、好ましくは２０％以下とされる。

尚強度、耐摩耗性の如き機械的性質に優れ、しかも相手
材に対する摩＊＊耗特性に優れた複合材料を得るために
は、非晶質アルミナ−シリカ繊維は、本願発明者等が行
った実験的研究の結果によれば、短繊維の場合には１．
５〜５．０μの平均繊維径及び２０μ〜３ｍｍの平均°
繊維長を有し、長繊維の場合には３〜３０μの繊維径を
有することが好ましい。一方鉱物繊維はその構成材料た
る鉱物の溶融状態に於ける粘性が比較的小さく、また鉱
物繊維が他の繊維に比して比較的脆弱であることから、
鉱物繊維は繊維径１〜１０μ、繊維長１０μ〜約１０ｃ
−程度の短繊維（不連続繊維）の形態にて製造されてい
る。従って低廉な鉱物繊維の入手性を考慮すれば、本発
明の複合材料に於て使用される鉱物繊維の平均繊維径は
２〜８μ程度であり、平均繊維長は２０μ〜５ｃｍ程度
であることが好ましい。また複合材料の製造方法を考慮
すると、鉱物繊維の平均繊維長は加圧鋳造法の場合には
１００μ〜５ｃｍ程度、粉末冶金法の場合には２０μ〜
２ｍｌ程度であることが好ましい。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

：！ＩＪＬＬ イソライト・パブフック耐火株式会社製のアルミナ−シ
リカ繊維（商品名「カオウール」、３９ｗｔ％Ａｌ　！
！０３．６０ｗｔ％Ｓ＋０２、残部不純物）に対し脱粒
処理を行い、繊維集合体中に含まれる非繊維化粒子の総
はを３ｗｔ％とし、粒径１５０μ以上の非繊雑化粒子含
有量を０，３ｗｔ％とすることにより、下記の表１に示
されている如き非晶質アルミナ−シリカ１ｉｉｓを用意
した。

まｌｃ下記の表２に示されたＪｉｇ　　Ｗａｌｔｅｒ　
Ｒｅ５ｏｕｒｃｅｓ社製の鉱物１１１Ｍ（商品名ｒＰＭ
ＦＪ　　（Ｐｒ。

ｃｅｓｓｅｄ　　Ｍｉｎｅｒａｌ　　Ｆｉｂｅｒ）　）
に対し脱粒処理を行うことにより、繊維集合体中に含ま
れる非繊維化粒子の総量及び粒径１５０μ以上の粒子含
有層をそれぞれ２．５ｗｔ％、０．１ｗｔ％とした。

匡−一一ユ 次いで上述の非晶質アルミナ−シリカ繊維及び鉱物繊維
を種々の体積比にてコロイダルシリカ中に分散させ、そ
のコロイダルシリカを攪拌することにより非晶質アルミ
ナ−シリカ繊維及び鉱物繊維を均一に混合し、かくして
非晶質アルミナ−シリカ繊維及び鉱物繊維が均一に分散
されたコロイダルシリカより真空成形法により第１図に
示されている如＜８０Ｘ８０Ｘ２０＋ｅｍの繊維形成体
１を形成し、更にそれを６００・℃にて焼成することに
より個々の非晶質アルミナ−シリカ繊維２及び鉱物＄１
維２ａをシリカにて結合させた。この場合、第１図に示
されている如く、個々の非晶質アルミナ−シリカ繊維２
及び鉱物繊維２ａはｘ−ｙ平面内に於てはランダムに配
向され、２方向に積重ねられた状態に配向された。

次いで第２図に示されている如く、繊維成形体１を鋳型
３のモールドキャビティ４内に配置し、該モールドキャ
ピテイ内に７３０℃のアルミニウム合金（Ｊ　Ｉｓ規格
ＡＣ８Ａ＞の溶湯５を注湯し、該溶湯を鋳型３に嵌合す
るプランジャ６により１５００ｋ（＋／ａＩの圧力に加
圧し、その加圧状態を溶ＷＡ５が完全に凝固するまで保
持し、かくして第３図に示されている如く外径１１０■
、高さ５０ｍ−の円柱状の凝固体７を鋳造し、更に該凝
固体に対し熱処理Ｔｒを施し、各凝固体より非晶質アル
ミナ−シリカ繊維及び鉱物繊維を強化繊維としアルミニ
ウム合金をマトリックスとする複合材料１′を切出し、
それらの複合材料より摩耗試験用のブロック試験片を機
械加工によって作成した。尚上述の各複合材料Ａ　ｏ　
”　Ａｔ。、の非晶質アルミナ−シリカ繊維及び鉱物繊
維の体積率、強化繊維の総体積率はそれぞれ下記の表３
に示されている通りであった。

次いで各ブロック試験片を順次＊＊＊耗試験機にセット
し、相手部材である球状黒鉛鋳鉄（ＪＩＳ規格ＦＣＤ７
０）製の円筒試験片の外周面と接触させ、それらの試験
片の接触部に常ｍ　（２０℃）のｒＲ潤滑油キャッスル
モータオイル５Ｗ−３０＞を供給しつつ、接触面圧２０
　ｋａ／　＋ｕ２、滑り速度０、３　ｍ／　ｓｅｃにて
１時間円筒試験片を回転させる摩耗試験を行なった。尚
この摩耗試験に於けるブロック試験片の被試験面は第１
図に示された×−ｙ平面に垂直な平面であった。この摩
耗試験の結果を第４図に示す。第４図に於て、上半分は
ブロック試験片の摩耗量（摩耗痕深さμ）を表わしてお
り、下半分は相手部材である円筒試験片の摩耗量（摩耗
域＠ｙａｏ）を表わしており、横軸は強化繊維の総量に
対する非晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比（％）を表
わしている。

第４図より、ブロック試験片の摩耗量は非晶質アルミナ
−シリカ繊維の体積比の増大につれて低下し、特に非晶
質アルミナ−シリカ繊維の体積比が０〜３０％の範囲に
於て著しく低下し、非晶質アルミ−ナーシリ力繊維の体
積比が４０％以上の領域に於ては実質的に一定の値にな
ることがわかる。

また円筒試験片の摩耗量は非晶質アルミナ−シリカ繊維
の体積比の如何に拘らず比較的小さい実質的に一定の値
であることが解る。

複合材料は一般に設計可能な材料といわれており、複合
剤が成立すると考えられている。今強化繊維の総量に対
する非晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比をＸ％とすれ
ば、Ｘ−０％の場合のブロック試験片の摩耗量は２５μ
であり、Ｘ−１００％である場合のブロック試験片の摩
耗量は１０μであるので、複合材料の＊耗間について複
合剤が成立するとすれば、Ｘ−０〜１００％の範囲に於
けるブロック試験片の摩耗ＭＹは Ｙ−（２５−１０）Ｘ／１００＋１０ であるもの推測される。第４図に於ける仮想線はかかる
複合剤に暴くブロック試験片の摩耗量の推測値を表わし
ている。また第５図はかかる複合剤に暴くブロック試験
片の摩耗量の推測値・と実測値との差ΔＹを強化繊維の
総量に対する非晶質アルミナーシリ力繊維の体積比Ｘを
横軸にとって示している。この第５図より、体積比Ｘが
５〜８０％の範囲に於て、特に１０〜６０％の範囲に於
てブロック試験片の摩耗量が推測値より著しく低減され
ることが認められ、このことが複合材料の摩耗量に関し
非晶質アルミナ−シリカ繊維と鉱物繊維とをハイブリッ
ド化することによる効果と考えられる。

実施例２ 下記の表４に示された三菱化成株式会社製の非晶質アル
ミナ−シリカ繊維に対し脱粒処理を行うことにより、繊
ｔ１１集合体中に含まれる非繊維化粒子の総置及び粒径
１５０μ以上の非繊維化粒子の含有量をそれぞれ１ｖｉ
ｔ％、０．１ｗｔ％とじた。また下記の表５に示された
日東紡績株式会社製の鉱物繊維（商品名「ミクロファイ
バ」）に対し脱粒処理を行うことにより、繊維集合体中
に含まれる非繊維化粒子の総量及び粒径１５０μ以上の
非繊維化粒子の含有量をそれぞれ１．０ｗｔ％、０゜１
ｗｔ％とじた。次いで上述の実施例１の場合と同様の要
領の真空成形法により、互いに均一に混合された種々の
体積比の非晶質アルミナ−シリカ繊維と鉱物繊維とより
なり繊維の総体積率が約２０％の繊維成形体（８０Ｘ８
０Ｘ２０ｍｍ）を形成した。

次いで上述の各繊維成形体を用いて、上述の実施例１と
同様の要領にて高圧鋳造法（溶湯温度６９０’Ｃ１溶ｍ
に対１１６加圧力１５００ｋ（１／ａｍ’）　ニて、マ
グネシウム合金（ＡＳＴＭ規格ＡＺ９１）をマトリック
ス金属とする下記の表６に示された複合材料Ｂ　Ｏ””
　Ｂ／Ｄｏを製造した。これらの複合材料より摩耗試験
用のブロック試験片を切出し、軸受鋼（ＪＩＳ規格５Ｕ
Ｊ２）の焼入れ焼戻し材（硬さｌ−１ｖ８１０）製の円
筒試験片を相手部材として、実施例１の場合と同一の条
件にて摩耗試験を行った。

上述の摩耗試験の結果を第６図に示す。尚第６図に於て
、上半分はブロック試験片の摩耗間（摩粍痕深さμ）を
表わしており、下半分は相手部材である円筒試験片の摩
耗は（摩耗域ｆｉｍｌを表わしており、ｉ軸は強化繊維
の総量に対する非晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比（
％）を表わしており、仮想線は複合剤に基くブロック試
験片の摩耗量の推測値を表わしている。また第７図は複
合剤に基くブロック試験片の摩耗量の推測値と実測値と
の差ΔＹを強化繊維の総量に対する非晶質アルミナ−シ
リカ繊維の体積比Ｘを横軸にとって示す第５図と同様の
グラフである。

第６図より、軸受鋼を相手部材とする場合にも、ブロッ
ク試験片の摩耗量は非晶質アルミナ−シリカ繊維の体積
比の増大につれて低下し、特に非晶質アルミナ−シリカ
繊維の体積比が０〜４０％の範囲に於て著しく低下し、
非晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比が６０％以上の領
域に於ては実質的に一定の値になることが解る。また円
筒試験片の摩耗量は上述の実施例１の場合と同様非晶質
アルミナ−シリカ繊維の体積比の如何に拘らず比較的小
さい実質的に一定の蛾であることが解る。また第７図よ
り非晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比が１０〜８０％
の範囲に於てブロック試験片の摩耗量が推測値より著し
く低減されることが解る。

更に第４図と第６図との比較より、相手部材が球状黒鉛
鋳鉄の如く、遊離黒鉛を含み従って自己潤滑性に優れた
材料よりなっている場合には、相手部材が鋼などの場合
に比して強化繊維の総量は少なくてよいことが解る。

１１１工 下記の表７に示された非晶質アルミナ−シリカ繊維と１
掲の表２に示された鉱物繊維とを使用して、上述の実施
例１の場合と同一の要領の真空成形法により、互いに均
一に混合された種々の体積比の非晶質アルミナ−シリカ
繊維と鉱物繊維とよりなる８０Ｘ８０Ｘ２０＋ｇ＊の繊
維形成体を形成した。

次いで上述の実施例１の場合と同様の要領にて高圧鋳造
法（溶湯温度７３０℃、溶湯に対する加圧力１５００ｋ
ａ／、ｊ＞にてアルミニウム合金（ＪＩｓ規格ＡＣ８Ａ
＞をマトリックス金属とする下記の表８に示された複合
材料Ｃｏ　＝　Ｃ１ｏｏを製造した。

かくして得られた複合材料より摩擦摩耗試験用のブロッ
ク試験片を形成し、上述の実施例１の場合と同一の条件
にて軸受鋼（ＪＩＳＪＪｌ格５ＬＩＪ２、硬さＨｖ８１
０）製の円筒試験片を相手部材とする摩耗試験を行った
。この摩耗試験の結果を第８図に示ず。第８図に於て、
上半分はブロック試験片の摩耗！（摩耗痕深さμ）を表
しており、下半分は相手部材である円筒試験片の摩耗量
（摩耗域ｆｆｉｍｏ）を表しており、横軸は強化繊維の
＃ａｍに対する非晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比（
％）を表わしており、仮想線は複合則に基くブロック試
験片の摩耗量の推測値を表わしている。この第８図より
、この実施例に於てもブロック試験片の摩耗量は非晶質
アルミナ−シリカ繊維の体積比の増大につれて低下し、
特に非晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比が０〜６０％
の範囲に於て著しく低下し、非晶質アルミナ−シリカ繊
維の体積比が６０％以上の領域に於ては実質的に一定の
値になることが解る。また円筒試験片の摩耗量も上述の
実施例１及び２の場合と同様、非晶質アルミナーシリカ
繊維の体積比の如何に拘らず比較的小さい実質的に一定
の値であることが解る。

また第９図は複合則に基くブロック試験片の摩耗量の推
測値と実測値ΔＹを強化繊維の総組に対する非晶質アル
ミナ−シリカ繊維の体積比Ｘを横軸にとって示している
。この第９図より、非晶質アルミナ−シリカ繊維の体積
比Ｘが１０〜８０％の範囲に於てブロック試験片の摩耗
量が推測値より著しく低減されることが解る。

１ｉ九先 上述の実施例１に於て製造された各複合材科人〇　””
　Ａ／１）５＋より曲げ試験片（５０Ｘ１０ｘ２ｕ＋）
を切出し、３５０℃に於て支点問距離３９Ｉｌ■にて三
点曲げ試験を行った。また比較例として、マトリックス
金属としてのアルミニウム合金（ＪＩＳｍ格ＡＣ８Ａ＞
のみよりなり熱処理Ｔｒが施された曲げ試験片について
も同様の試験を行つた。尚試験片の５０ｘｌＯｍｍの平
面が第１図のｘ−ｙ平面に平行であり、試験片の破断時
に於ける表面応力Ｍ／’Ｚ（Ｍ−破断時に於ける曲げモ
ーメント、２−曲げ試験片の断面係数）を曲げ強さとし
て測定した。この曲げ試験の結果を第１０図に示す。

第１０図より、強化繊維の総体積率が１０％程度であっ
ても非晶質アルミナ−シリカ繊維及び鉱物繊維にて複合
強化すれば、非晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比の如
何に拘らず、複合材料の強度をアルミニウム合金よりも
遥かに高い値にすることができ、また非晶質アルミナ−
シリカ繊維及び鉱物繊維にて複合強化された複合材料の
強度は、非晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比の如何に
拘らず実質的に一定の値であることが解る。

実施例５ 上述の実施例１の場合と同一の要領及び同一の条件にて
、強化繊維の総体積率が１５％であり、強化繊維の総量
に対する非晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比が３０％
である非晶質アルミナ−シリカ繊維と鉱物繊維とよりな
る繊維成形体（８０Ｘ８０Ｘ２０１１）を形成し、これ
らの繊維成形体を用いて上述の実施例１の場合と同様の
要領の高圧鋳造法（溶潟に対する加圧力５００ｋｇ／、
ｊ）にて亜鉛合金（ＪＩＳ規格ＺＤＣ１）、純鉛（純度
９９．８％）、スズ合金（ＪＩＳ規格ＷＪ２）をマトリ
ックス金属とする複合材料を製造した。尚亜鉛合金、純
鉛、スズ合金の各溶湯の温度はそれぞれ５００℃、４１
０℃、３３０℃であった。

かくして製造された複合材料より摩耗試験用のブロック
試験片を切出し、それらのブロック試験片について上述
の実施例１の場合と同一の条件（但し接触面圧５ｋｇ／
Ｉｌ！１２）にて軸受鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＪ　２、硬さ
Ｈｖ８１０）製の円筒試験片を相手部材とする摩耗試験
を３０分間行ったところ、各複合材料の摩耗量はそれぞ
れマトリックス金属としての亜鉛合金、純鉛、スズ合金
のみよりなるブロック試験片の摩耗量に比してそれぞれ
５％、２％、３％であり、従って亜鉛合金、純鉛、スズ
合金をマトリックス金属とする場合にも非晶質アルミナ
−シリカ繊維及び鉱物ＩＩＨを強化ａｉｍとすれば複合
材料の耐摩耗性が著しく改善されることが認められた。

以上に於ては本発明を本願発明者等が行った実験的研究
の一部との関連に於て幾つかの実施例について詳細にｉ
Ｗ用したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能であ
ることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は繊維成形体の繊維配向状態を示す解図、第２図
は高圧鋳造法による複合材料の製造工程を示す解図、第
３図は第２図の高圧鋳造法により形成された凝固体を示
す斜視図、第４図は非晶質アルミナ−シリカ繊維及び鉱
物繊維を強化繊維としアルミニウム合金をマトリックス
金属とする複合材料と球状黒鉛鋳鉄との間にて行われた
ｒｆｌ耗試験の結果を、強化繊維の総量に対する非晶質
アルミナ−シリカ繊維の体積比を横軸にとって示すグラ
フ、第５図は第４図に示されたデータに基き複合材料の
摩耗量の複合則に基く推測値と実測値との差を強化繊維
の総量に対する非晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比を
横軸にとって示すグラフ、第６図は非晶質アルミナ−シ
リカ繊維及び鉱物繊維を強化繊維としマグネシウム合金
をマトリックス金属とする複合材料と軸受鋼との間にて
行われた摩耗試験の結果を、強化繊維の総量に対する非
晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比を横軸にとって示す
グラフ、第７は第６図に示されたデータに基き複合材料
の摩耗量の複合則に基く推測値と実測値との差を強化繊
維の総量に対する非晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比
を横軸にとって示すグラフ、第８図は非晶質アルミナ−
シリカ繊維及び鉱物繊維を強化繊維としアルミニウム合
金をマトリックス金属とする複合材料と軸受鋼との間に
て行われた摩耗試験の結果を、強化繊維の総量に対する
非晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比を横軸にとって示
すグラフ、第９図は第８図に示されたデータに基き複合
材料の摩耗量の複合則に基く推測値と実測値との差を強
化繊維の総量に対する非晶質アルミナ−シリカＭｌ維の
体積比を横軸にとって示ずグラフ、第１０図は非晶質ア
ルミナ−シリカ繊維及び鉱物繊維を強化Ｊｌ維としアル
ミニウム合金をマトリックス金属とする複合材料及びア
ルミニウム合金について行われた曲げ試験の結果を示す
グラフである。 １・・・繊維成形体、１′・・・複合材料、２・・・非
晶質フルミナーシリカｍ維、２ａ・・・鉱物繊維、３・
・・鋳型、４・・・モールドキャビティ、５・・・溶湯
、６・・・プランジャ、７・・・凝固体 特　許　出　願　人　　トヨタ自動車株式会社代　　　
　　理　　　　　人　　　弁理士　　明　　石　　昌　
　毅第１図　　　第３図 第　２　図 第　４　図 第５図 非晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比×（％）第　６　
図 第７図 非晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比×（％）第　８　
図 第９図 非晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比×（％）第１０図 曲 げ 強［ｋｇ　／　ｍｍ”１ さ く方　式） ％式％ １、事件の表示　昭和６０年特許願第０４０９０６号２
、発明の名称　アルミナ−シリカ繊維及び絋物繊維強化
金属複合材料 ３、補正をする者　　　　　・ 事件との関係　　特許出願人 住　所　　愛知県豊田布トヨタ町１１ｔ地名　称　　（
３２０）　トヨタ自動車株式会社４、代理人 居　所　　・１０４東京都中央区新川１丁目５番１９号
茅場町長岡ピル３１１１　　電話５５１−４１７１昭和
６０年６月１０日（昭和６０年年月８２５日送）（１）
明１［１ｍ！第４２頁第５行の「第７は」を「第７図は
」と補正する。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）３５〜８０ｗｔ％Ａｌ＿２Ｏ＿３、６５〜２０ｗ
   ｔ％ＳｉＯ＿２、０〜１０ｗｔ％他の成分なる組成を有
   する非晶質アルミナ−シリカ繊維であつて、その集合体
   中に含まれる非繊維化粒子の総量及び粒径１５０μ以上
   の非繊維化粒子含有量がそれぞれ１７ｗｔ％以下、７ｗ
   ｔ％以下である非晶質アルミナ−シリカ繊維と、ＳｉＯ
   ＿２、ＣａＯ、Ａｌ＿２Ｏ＿３を主成分としＭｇＯ含有
   量が１０ｗｔ％以下でありＦｅ＿２Ｏ＿３含有量が５ｗ
   ｔ％以下でありその他の無機物含有量が１０ｗｔ％以下
   である鉱物繊維であって、その集合体中に含まれる非繊
   維化粒子の総量及び粒径１５０μ以上の非繊維化粒子含
   有量がそれぞれ２０ｗｔ％以下、７ｗｔ％以下である鉱
   物繊維とよりなるハイブリッド繊維を強化繊維とし、ア
   ルミニウム、マグネシウム、銅、亜鉛、鉛、スズ及びこ
   れらを主成分とする合金よりなる群より選択された金属
   をマトリックス金属とし、前記ハイブリッド繊維の体積
   率が１％以上であるアルミナ−シリカ繊維及び鉱物繊維
   強化金属複合材料。
2. （２）特許請求の範囲第１項のアルミナ−シリカ繊維及
   び鉱物繊維強化金属複合材料に於て、前記ハイブリッド
   繊維中の前記非晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比は５
   〜８０％であることを特徴とするアルミナ−シリカ繊維
   及び鉱物繊維強化金属複合材料。
3. （３）特許請求の範囲第２項のアルミナ−シリカ繊維及
   び絋物繊維強化金属複合材料に於て、前記ハイブリツド
   繊維中の前記非晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比は５
   〜４０％であり、前記ハイブリッド繊維の体積率は２〜
   ４０％であることを特徴とするアルミナ−シリカ繊維及
   び絋物繊維強化金属複合材料。
4. （４）特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかのア
   ルミナ−シリカ繊維及び鉱物繊維強化金属複合材料に於
   て、前記鉱物繊維の体積率は２５％以下であることを特
   徴とするアルミナ−シリカ繊維及び絋物繊維強化金属複
   合材料。
5. （５）特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかのア
   ルミナ−シリカ繊維及び鉱物繊維強化金属複合材料に於
   て、前記非晶質アルミナ−シリカ繊維の集合体中に含ま
   れる非繊維化粒子の総量及び粒径１５０μ以上の非繊維
   化粒子含有量はそれぞれ７ｗｔ％以下、１ｗｔ％以下で
   あることを特徴とするアルミナ−シリカ繊維及び鉱物繊
   維強化金属複合材料。
6. （６）特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかのア
   ルミナ−シリカ繊維及び鉱物繊維強化金属複合材料に於
   て、前記鉱物繊維の前記集合体中に含まれる非繊維化粒
   子の総量及び粒径１５０μ以上の非繊雑化粒子含有量は
   それぞれ１０ｗｔ％以下、２ｗｔ％以下であることを特
   徴とするアルミナ−シリカ繊維及び鉱物繊維強化金属複
   合材料。
7. （７）特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかのア
   ルミナ−シリカ繊維及び絋物繊維強化金属複合材料に於
   て、前記ハイブリッド繊維中の前記非晶質アルミナ−シ
   リカ繊維及び前記鉱物繊維は互いに実質的に均一に混合
   された状態にあることを特徴とするアルミナ−シリカ繊
   維及び紘物繊維強化金属複合材料。