JPS61239933A - ウイスカ−プリフオ−ムの均質形成法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 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もしくは含浸して繊維強化複合材
を製造する際に、その繊維質骨格として用いるウィスカ
ープリフォームの均質形成法に関する。

〔従来の技術〕

ウィスカーを強化材としてＷＲＰあるいはＷＲＭを製造
するための有効な複合化手段に、予め賦形されたウィス
カーの集合プリフォームに液状のマトリックスを圧入し
て固化する方法がある。この方法によって得られる複合
材の性状は、繊維質骨格となるウィスカープリフォーム
の組織構造、とくにその均質性の度合に大きく依存する
。また、複合材の量産化を図るためには、中間体として
のウィスカープリフォームを迅速かつ精度よく形成する
ことが重要な要件となる。

ウィスカープリフォームの形成は、ウィスカーを水など
の液媒体に一旦分散させたのち濾過成形−乾燥処理する
方法（特開昭５９−１２１１９６）によることが有効と
されているが、この際の濾過成形を加圧下におこなうプ
ロセス（特開昭５９−１２０４９）をとると前記の要件
に沿う効率的なプリフォーム化が可能となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記の濾過成形法をおこなう場合には、
往々にしてウィスカー相互の絡み合いによる凝集固形物
が成形組織内に混在することがあり、これは特開昭５９
−１２１１９６に記載したｆ過前段階における分散液の
篩通し処理によっては十分に防止することができない。

このような現象が起きると、形成されるプリフォーム組
織に局部的な不均質部分を生じるうえに強度的にも弱化
し、層状剥離などの破損を招く因となる。

〔問題点を解決するための手段〕

発明者らは上述の問題点の原因究明に努めた結果、この
現象は一度均質に分散したウィスカーがその後の相互接
触によって毛玉状の二次的凝集体を形成すること、そし
て該二次的凝集体は分散液中のウィスカー濃度が１０ｖ
／Ｑ以上の場合に極く短時間内に形成されること、など
に起因するものであることを解明した。

本発明は上記知見に基づく解決手段として開発されたも
ので、提供されるウィスカープリフォームの均質形成法
は、分散濃度１０ｇ／ｌ以上のライず スカー分散水を噴流−衝突過程を介して高速濾過し、得
られた湿潤ウィスカーケーキをそのままもしくは所定の
密度に圧縮して乾燥処理することを構成的特徴とする。

処理されるウィスカーは、Ｓｉｃ、Ｓ＋ａＮ４あるいは
黒鉛などの非金属系単結晶で、直径ｏ、１〜５．０μｍ
、長さＩＯ〜５００μ肩の反応生成物が出発原料となる
。これらウィスカー生成物は、通常、短繊維が無方向に
絡み合ったケーキ質の組織形態を呈して入るため、予め
適宜な手段によって解きほぐしたのち清浄水に分散する
。分散はウィスカーを水に投入し、ミキサーあるいは渦
流型拌槽のような混合装置を用いてウィスカーが均一に
懸濁するまで攪拌することによっておこなわれるが、本
発明の対象はウィスカーの分散濃度が１０１ｉＪ／ｆｆ
以上の比較的高濃度の分散水に限られる。

本高濃度域のウィスカー分散水は、濾過成形が効率的に
おこなわれる反面、二次的凝集によるフロック（毛玉）
の形成が頻発する液組成を呈するものである。

ウィスカー分散液は、ついで噴流−衝突過程を介して高
速濾過される。

噴流−衡突過程とは、ウィスカー分散液を噴出流体とし
て対面する物体に衝突させるプロセスを指すもので、こ
の状態は、例えば、ウィスカー分散液を濾過装置内に設
置したオリフィスあるいはノズルのような小孔から加圧
下に噴出させ、この噴流を器壁、濾過材、邪魔板などの
対面物体に衝突させるなどの手段を介して現出する。

操作にあたっては、濾過装置のオリフィスあるいはノズ
ル設置位置まで清浄水を満たしておき、ついでウィスカ
ー分散液を流入して上部からガス加圧する。

噴流−衝突過程を経たウィスカー分散液は直ちに槽底の
濾過材によって高速濾過され、分散媒である水はろ液と
して分別される。

このようにして各種形状に濾過成形された湿潤ウィスカ
ーケーキは、そのままもしくは予め複合材とした際のＶ
ｆ値を考慮した所定−の密度に圧縮したのち乾燥する。

以上の操作により均質組織のウィスカープリフォームが
形成される。

〔作　用〕

本発明によれば、噴流−衝突過程を通して分散液中に生
成混在するウィスカーの二次的凝集フロックは悉く解体
され、引続く高速濾過により再度の凝集を起こす以前に
濾過成形が完結する。このような特有の作用によって分
散濃度１０ｇ／Ｃ以上の高濃度ウィスカー分散液であっ
ても極めて均質組織のプリフォーム形成が可能となる。

〔実施例〕

直径０．５〜１．５μ次、長さ５０〜１００μ扉、密度
３．１８＠／Ｃｍ’、結晶形β型の性状を有するＳｉＣ
ウィスカーを１００９／ｆ２の濃度割合で純水と共に渦
流型攪拌槽に入れ、１８０秒間回転攪拌したのち５５メ
ツシユの篩を通過させてウィスカー分散液を得た。

直径１．０＋＋＋ｎ＋の小孔を備えたオリフィス板およ
び前記小孔と対向する下面に邪魔板をそれぞれ介設した
円筒状加圧濾過装置（内径７７ｍｍ）を用い底部を密閉
した状態でオリフィス板の直上位置まで純水を入れた。

ついで濾過装置に上記ウィスカー分散液を流入し、上部
から空気圧を加えると同時に底部を開放し、引続き６Ｋ
ｇ／ｃｍ’の空気圧を保持しなから濾過処理をおこなっ
た。

この状態でウィスカー分散液はオリフィス板の小孔を通
って液中に噴出し、噴流として邪魔板面に衝突するプロ
セス（噴流−衝突過程）を経て急速に濾過された。

濾過成形された湿潤ウィスカーケーキを濾過装置から取
り出し、１２０℃の恒温槽に移して乾燥した。得られた
ＳｉＣウィスカープリフォームは、淡緑色を呈する高さ
１２０ｍｍの円柱状ポーラス体であった。

比較のためにオリフィス板および邪魔板を介設しない濾
過装置を用い、同一条件の加圧濾過法によってＳｉＣウ
ィスカープリフォームを形成した＋　　　　　　　（比
較例）。

図は上記により得られたプリフォームの側面組織を１０
０倍に拡大した顕微鏡写真で、第１図は本発明例、第２
図は比較例によるものである。両者を対地して明確に観
察されるように、比較例によるプリフォームの組織には
フロックの沈降堆積に基づくレヤー縞模様がみられるが
、本発明例の場合にはこの種の欠陥部分は全く認められ
ず、極めて均質でることが判明する。

次に両方のＳｉＣウィスカープリフォームを７等分に水
平輪切りし、各円盤試片についてｖｆ値を測定した結果
を下表に示した。表中のＮｏ、表示は各円盤試片の上か
らの輪切り順序を示したものである。

上表の結果も、本発明の形成法によって得られるウィス
カープリフォームが先行の加圧濾過法（比較例）に比べ
て組織均質性が著しく向上していることを示すものであ
る。

なお、ＳｉＣウィスカーの代りに５ｓｓＮ４ウイスカー
または黒鉛ウィスカーを用いた場合にも、上記同様の結
果を得た。

〔発明の効果〕

本発明によれば、濾過工程における噴流−衝突作用によ
って分散液中に混在するウィスカーの二次的凝集体が悉
く解体された状態で急速濾過されるから、分散濃度１０
９／Ｑ以上の高濃度ウィスカー分散液を用いる場合でも
常に高均質組織のウィスカープリフォームを迅速に形成
することができる。したがって、複合材用中間体として
の量産機能が高く、航空機材部品、自動車部品あるいは
レジアー・スポーツ関係部品を含む広汎な用途分野の複
合化（ＷＲＰ、ＷＲＭ）に大きく寄与しえる利益がある
。

【図面の簡単な説明】

図は形成プリフォームの組織状態を１００倍に拡大した
顕微鏡写真であり、第１図は本発明によるＳｉＣウィス
カープリフォームを、第２図は比較例（従来法）による
ＳｉＣウィスカープリフォームを示したものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 分散濃度１０ｇ／ｌ以上のウィスカー分散水を、噴流−
   衝突過程を介して高速ろ過し、得られた湿潤ウィスカー
   ケーキをそのままもしくは所定の密度に圧縮して乾燥処
   理することを特徴とするウイスカープリフォームの均質
   形成法。