JPS61284541A - 無機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】 本発明は主としてケイ素、チタン又はジルコニウム、炭
素及び酸素からなる無機繊維を強化材とし、金属又は合
金（以下金属類と略記する）をマトリックスとする機械
的性質の優れた無機繊維強化金属複合材料（以下複合材
料と略記する）に関するものである。

これまでにアルミニウム、マグネシウム、チタン等の金
属類を強化する繊維としては、ポリカルボシランと呼ば
れる有機ケイ素重合体を紡糸、不融化、焼成して得られ
る炭化ケイ素繊維が表面処理なしで優れた機械的強度を
示すことが、特開昭５２−７８１１号、特開昭５２−２
４１１１号、特開昭５！ｌ−３０４０７号、特開昭５２
−２６３０５号等の各公報に開示されている。しかし力
がらこの炭化ケイ素繊維でも、後述の参考例で記述する
ように金属類、例えばアルミニウムの溶湯中に浸漬する
と強度が著しく低下することからアルミニウムをマトリ
ックスとする複合材料の強度は、繊維強度と繊維の体積
率から計算される理論強度よシもかなシ低いものになっ
ている。

本発明の目的は、上記する問題を解決し、機械的性質に
優れた複合材料の提供にある。

本発明の他の目的は、金属類からなるマトリックスと無
機繊維との結合強さに優れた複合材料の提供にある。

本発明の他の目的は、マトリックスと無機繊維との間の
適合性に優れ、無機繊維による強化効率に優れた複合材
料の提供にある。

さらに本発明の他の目的は、複合材料形成時における無
機繊維の強度低下が少ない複合材料の提供にある。

本発明の他の目的は、大量生産に適した複合材料の提供
にある。

本発明の複合材料は、無機繊維を強化材とし、金属又は
合金をマトリックスとして、 α、前記無機繊維は、 （ｉ）　　、５　ｉ　、　Ｍ　、　Ｃ、及びＯから実質
的になる非晶質、又は （ｉｉ）　　実質的にβ−５ｓＣ，ＭＣ，β−８ｉＣと
ＭＣの固溶体及びＭＣ，−、の粒径が５００Ａ以下の各
結晶質超微粒子、及び非晶質のＳｉｎ、とＭＯ，からな
る集合体、又は（ｉｉｉ）上記（ｉ）の非晶質と上記（
ｉｉ）の結晶質超微粒子集合体の混合系、 （ただし、上式中のＭはＴｉ又はＺｒを示し、０〈ｚ〈
１を示す） からなるケイ素、チタン又はゾルコニウム、炭素及び酸
素含有無機繊維であり、 ｂ、前記複合材料中の無機繊維は、製造時における初期
反応劣化速度が約０．５に９７ｍ”　・５ｅｃ−’以下
及び繊維強度低下率が約３０Ｘ以下であり、Ｃ６前記複
合材料の層間せん断強度が約８ｋｇ／ｌ１１２以上であ
り、 ｄ、前記複合材料の繊維に垂直方向の引張強度が約６ｋ
ｇ／露２以上であり、 ｅ、前記複合材料の疲労限度と引張強度との比が約０．
４以上であること からなる無機繊維強化金属複合材料である。

本発明で使用する無機繊維は、ヨーロッノク特許第３０
１４５号及び第３７２４９号に記載されたものであり、
下記のようにして製造することができる。

＋１１　　数平均分子量が約５００〜１０００ｏの、主
として式＋５ｉ−ＣＨ，＋の構造単位からなる主鎖骨格
を有し、式中のケイ素原子は実質的に水素原子、低級ア
ルキル基およびフェニル基からなる群から選ばれた側鎖
基を２個有するポリカルボシランミ及び （２）数平均分子量が約５００〜１０ｃｉｏｏの、メタ
ロキサン結合単位＋Ｍ−０−ｊ−（但し、ＭはＴｊ又は
Ｚｒを示す）およびシロキサン結合単位＋５ｉ−０÷か
らなる主鎖骨格を有し、且つメタロキサン結合単位の全
数対シロキサン結合単位の全数の比率が３０：１乃至１
：３０の範囲内にあシ、該シロキサン結合単位のケイ素
原子の大部分が低級アルキル基及びフェニル基からなる
群から選ばれた側鎖基を１個または２個有し、そして該
メタロキサン結合単位の金属原子の大部分が側鎖基とし
て低級アルコキシ基を１個または２個有するポリメタロ
シロキサンを、 該ポリカルボシランの＋５ｔ−ＣＨ，十構造単位の全数
対該ポリメタロシロキサンの＋Ｍ−０＋（但しＭＦｉＴ
ｉ又はＺｒを示す）結合単位および＋５ｉ−０部結合単
位の全数の比率が１００：１乃至１：１００の範囲内と
なる量比で混合し、得られた混合物を有機溶媒中で、且
つ反応に対して不活性な雰囲気下において加熱して、該
ポリカルボシランのケイ素原子の少くとも１部を、該ポ
リメタロシロキサンのケイ素原子及び／又は金属原子の
少くとも１部と酸素原子を介して結合させることによっ
て、架橋したポリカルボシラン部分とポリメタロシロキ
サン部分とからなる数平均分子量が約１０００〜５００
００の有機金属重合体を生成させる第１工程と、上記重
合体の紡糸原液を造シ紡糸する第２工程と、該紡糸繊維
を張力あるいは無張力下で不融化する第３工程と、不融
化した前記紡糸繊維を真空中あるいは不活性ガス雰囲気
中で８００〜１８００℃の温度範囲で焼成する第４工程
から実質的にＳｉ、Ｔｉ、Ｃ，０からなる無機繊維又は
実質的にＳｉ、Ｚｒ、Ｃ，Ｏからなる無機繊維をそれぞ
れ製造することができる。

また別法として、 主として一般式 ％式％ （但し、式中のＲは水素原子、低級アルキル基、又はフ
ェニル基を示す） で表わされる主鎖骨格を有する数平均分子量が２００〜
ＩＱ、０００のポリカルボシラン、及び一般式 （但し、式中のＭはＴｉ又はＺｒを示し、Ｘは炭素数１
〜２０個を有するアルコキシ基、フェノキシ基又はアセ
チルアセトキシ基を示す）で表わされる有機金属化合物
を、前記ポリカルボシランの＋５ｉ−ＣＨ，千の構造単
位の全数対前記有機金属化合物の＋Ｍ−０＋（但し」ｆ
はＴｉ又はＺｒを示す）の構造単位の全数の比率が２：
１乃至２００：１の範囲内となる量比に加え、反応に対
して不活性な雰囲気中において加熱反応して、前記承り
カルボシランのケイ素原子の少なくとも１部を、前記有
機金属化合物の金属原子と酸素原子を介して結合させて
、数平均分子量が約７００〜１００，０００の有機金属
重合体を生成させる第１工程と、上記有機金属重合体の
紡糸原液を造り紡糸する第２工程と、該紡糸繊維を張力
あるいは無張力下で不融化する第３工程と、不融化した
前記紡糸繊維を真空中あるいは不活性ガス雰囲気中で８
００〜１８００℃の温度範囲で焼成する第４工程からな
る実質的にＳｉ、Ｔｉ、Ｃ及びＯからなる無機繊維、又
は実質的にＳｉ、Ｚｒ、Ｃ及び０からなる無機繊維をそ
れぞれ製造することができる。

無機繊維中の各元素の割合は、 Ｓｔ：５α〜６０を量％、Ｔｉ’ｉｌはＺｒ：０．５〜
３５重量％特に好ましくは１〜１０重量％、Ｃ：２５〜
４０重量％、０：０．０１〜３０重量％である。

また無機繊維は繊維そのものを単軸方向、多軸方向に配
合させる方法、あるいは平織、朱子織、模紗織、綾織、
からみ織、３次元織物などの各種織物にして使用する方
法、あるいはチョツプドファイバーとして使用する方法
等がある。

次に本発明に使用することのできる金属類としてはアル
ミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシ
ウム合金、チタン、チタン合金があげられる。

本発明に係る無機繊維のマトリック艮中の混合割合は体
積百分率で１０〜７０％が好ましい。

これらの金属複合材料を製造するには次のような通常の
繊維強化金属複合材料の製造方法によることができる。

すなわち（ｉ）拡散接合法、（２）溶融浸透法、（３）
溶射法、（４）電析法、（５）押出し及びホットロール
法、（６）化学気相析出法、（７）焼結法の諸方法であ
る。

（ｉ）拡散接合法によれば、無機繊維とマ）　ＩＪラッ
クス属線とを交互に一方向に配列し、その上下をマトリ
ックス金属の薄膜でおおうか、あるいは下だけを前記薄
膜でおおい、上は有機質結合剤と混和されたマトリック
ス金属粉末でおおい複合層となし、この層を数段積層し
た後、加熱下で加圧して無機繊維でマ）　ＩＪラックス
属との複合材料を製造することができる。前記有機質結
合剤としては、マトリックス金属と炭化物を生成するに
至る温度まで昇温される以前に揮発散逸するものが望ま
しく、例えば、ＣＭＣ，ノ々ラフイン、レソン、鉱油等
を使用することができる。

また無機繊維の周囲に有機結合剤と混和したマトリック
ス金属粉末を貼着被覆したものを配列積層し、これを加
熱下で加圧して、複合材料とすることができる。

（２）溶融浸透法によれば溶融したアルミニウム、アル
ミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、チタ
ンあるいはチタン合金をもって配列された無機繊維の間
隙をうめて複合材料とすることができる。この場合特に
金属を被覆した繊維とマトリックス金属とのヌれ性がよ
いため、配列した繊維の間隙をまんべんまくマトリック
ス金属で満すことができる。

（３）溶射法によれば配列した無機繊維の表面にプラズ
マ溶射あるいはガス溶射によシマトリックス金属を塗布
しテープ状複合材料を製造することができる。このまま
で使用するかあるいはさらに前記テープ状複合材料を積
層し、前記（ｉ）の拡散結合法により複合材料を製造す
ることができる。

（４）電解析出法によれば、繊維の表面にマトリックス
金属を電解析出させ複合体とし、さらにこれを積層配列
し、前記（ｉ）の拡散結合法により複合材料とすること
ができる。

（５）押し出し及びホットロール法によれば、一方向に
繊維を配列し、これをマ）　ＩＪラックス属箔で挟んで
、サンドウィッチ状とし、これを必要によシ加熱された
ロールの間を通して、繊維とマトリックス金属とを接合
させて、複合材料を製造することができる。

（６）化学気相析出法によれば、繊維を加熱炉に入れ、
例えば塩化アルミニウムと水素ガスの混合ガスを導入し
て熱分解し、繊維の表面にアルミニウム金属を析出させ
て複合体とする。さらにこの金属析出繊維を積層配列し
、前記（ｉ）の拡散結合法によシ複合材料とすることが
できる。

（））焼結法によれば、配列した繊維の間隙をマトリッ
クス金属粉末で充填し、ついで加圧あるいは無加圧で加
熱焼結し、複合材料とすることができる。

無機繊維と金属マトリックスとから製造された複合材料
の引張強度（σ、）は下記式で表わされれる。

σ、　＝＝　ａ　ｔ　Ｖｔ　＋　６　ｂｒ　Ｆｙσ、：
複合材料の引張強度 σｆ：無機繊維の引張強度 σＭ：金属マトリックスの引張強度 Ｖｆ：無機繊維の体積百分率 ＶＭ：金属マ）　ＩＪラックス体積百分率上記式で示さ
れるように、複合材料の強度は、複合材料中の無機繊維
の体積割合が、多くなるに従って大きくなる。従って、
強度の大きい複合材料を製造するためには、複合させる
無機繊維体積割合を多くする必要がある。しかしながら
無機繊維の体積割合が７０％を超ると、金属マ）　ＩＪ
ラックス量が少いため、無機繊維の間隙を充分に金属マ
トリックスで充填することができなくなるため、複合材
料を製造しても前式で示されるような強度、が発揮され
なくなる。また繊維の数を少くしてゆくと、前式で示さ
れるように複合材料の硬度は低下するから、実用性のあ
る複合材料とするためには１０％以上の無機繊維を複合
させることが必要である。従って本発明の無機繊維強化
金属複合材料の製造において、複合させる無機繊維の体
積割合を１０〜７０％とすると最も良い効果が得られる
。

複合材料を製造する際、前述したように金属類を溶融温
度付近あるいは溶融温度以上に加熱して無機繊維と複合
化する必要がちる。そのため、無機繊維と金属類とが反
応して無機繊維の強度の低下が起シ、複合材料の引張強
度（σ、）を十分に満足させることができない。

しかしながら、本発明で使用する無機繊維を溶融金属類
に浸漬した場合、通常の炭化ケイ素繊維に認められるよ
うな急激な無機繊維の劣化が認められなかった。

本発明の好ましい複合材料は、層間せん断強度が約８　
ｋｇ／　ｍ　”以上、繊維に垂直方向の引張強度が約６
　ｋｇ　／　ｖｘ　”以上及び疲労限度と引張強度との
比が約α４以上であり、さらに複合材料形成時における
複合材料中の無機繊維は、初期反応劣化速度が約０．３
　ｋｇ　／　ｖａ　”・８ｅＣ−’以下及び繊維強度低
下率が約５０％以下であるという機械的特性を有するも
のである。

さらに好ましい機械的特性は、マトリックスを形成する
金属の種類によって異なり、それらを例示すれば下記の
通りである。

本発明で用いる各種機械的特性の測定法を次に述べる。

（α）初期反応劣化速度 （イ）融点が１２００℃以下の金属および合金の場合 無機繊維を使用する金属の融点よシも５０℃高い温度に
加熱した溶融金属中に１分、５分、１０分、３０分浸漬
し、その後繊維を抽出し繊維引張強度を測定する。この
結果から浸漬時間と繊維引張強度との関係、すなわち反
応劣化曲線を求め、浸漬時間０分における接線から初期
反応劣化速度（ｋｇ／ｍ”　・５ｅｃ−’　）を求メル
。

（ロ）融点が１２００°Ｃ以上の金属および合金の場合 無機繊維と金属箔を積層し、これを真空中において金属
箔の融点Ｘ（０，６〜α７）の温度に加熱し、５１に９
／顛２の加圧下で５分、１０分、２０分、３０分保持し
、その後繊維を抽出し繊維引張強度を測定する。この結
果から（イ）と同様な手順で初期反応劣化速度を求める
。

（ｂ）繊維強度低下率 繊維強度低下率は（α）において、浸漬時間および保持
時間がそれぞれ３０分での繊維強度を求め、初期強度−
上記繊維強度を初期強度で除して求めた。

初期反応劣化速度は、繊維強化金属を短時間で製造する
場合の繊維とマトリックスの反応の程度を示し、この値
が小さい程繊維とマトリックスの適合性がよく、繊維の
強化効果が大きいことを示す。

繊維強度低下率は、繊維強化金属を長時間かけて製造す
る場合の繊維とマトリックスの反応の程度を示し、この
値が小さい程、繊維とマトリックスの適合性がよく、繊
維の強化効果が大きいことを示す。

（Ｃ）層間せん断強度試験 層間せん断応力を求めるための試験法で曲率半径６１１
１１１φの２コのビン（長さ２０Ｂ）の上に１１０Ｘ１
２Ｘ２の無機繊維を単軸方向に配向させた複合材料を置
き、先端曲率半径！１．５Ｍ１Ｌφの圧子で圧縮し、い
わゆる６点曲げ方式で試験を行い、層間せん断応力を測
定する。せん断応力（ｋｇ／　ｍ”　）により表示する
。

（冶　繊維に垂直方向の引張強度 厚さ２Ｒの単軸方向繊維強化複合材料を製造し、これよ
り試験片の軸方向が繊維配列方向と直交するように試験
片を採取する。試験片の厚さは２ｎで中央部の板厚方向
に１２５１１ＩＲの曲率をつけ厚さ約１ｆｉに仕上げる
。引張速度は１浦／分で行った。引張強度（ｋｇ　／　
ｍ”　）によう表示する。

層間せん断強度及び繊維に垂直方向の引張強度は、マ）
　ＩＪラックス繊維との結合の強さを表示する指標であ
る。

（６）　　ｆ労試験 無機繊維を単軸方向に配向させた複合材料の軸方向が長
軸方向となるように、１０φＸ１００５ｍの丸棒を製造
し、これを所定の回転曲げ疲労試験片に加工して容量が
１．５　ｋｇ　？？＋の回転曲げ疲労試験を行い１０７
回の疲労強度を求め疲労限度とした。

疲労限度と引張強度との比は、マトリックスと繊維との
結合の強さを表示する指標である。

本発明によって得られる無機繊維強化金属複合材料は引
張強度などの機械的特性にすぐれ、弾性率も高く、耐熱
性、耐摩耗性にすぐれているため、合成繊維用材料、合
成化学用材料、機械工業用材料、建設機械用材料、海洋
開発（含宇督）用材料、自動車用材料、食品用材料等の
各種材料として使用される。

無機繊維（Ｉ）の製法 ソメチルソクロロシランを金属ナトリウムで脱塩素縮合
して合成されるポリジメチルシラン１００重量部に対し
ポリボロシロキサン６重量部を添加し、窒素中、３５０
℃で熱縮合して得られる、式＋５ｉ−ＣＨ２÷のカルボ
シラン単位から主としてなる主鎖骨格を有し、該カルボ
シラン単位のケイ素原子に水素原子およびメチル基を有
しているポリカルボシランに、チタンアルコキシドを加
えて、窒素中、３４０℃で架橋重合することによシ、カ
ルボシラン単位１００部と式＋Ｔｉ−０＋のチタノキサ
ン１０部とからなるポリチタンカルボシランを得た。こ
のポリマーを溶融紡糸し、空気中１９０℃で不融化処理
し、さらに引きつづいて窒素中１３００℃で焼成して、
本発明で使用する繊維径１３μ、引張強度３１０　ｋｇ
／１ｍ”　、弾性率１６ｔ／ｍ”の主としてケイ素、チ
タン、炭素および酸素からなるチタン元素６重量％含有
の無機繊維（Ｉ）を得た。得られた無機繊維は５ｉＸＴ
ｉ。

ＣおよびＯからなる非晶質と、β−ＳｉＣ，Ｔｉｃ。

β−ＥｔｃとＴｉｃの固溶体及びＴｉＣ，−〇（ただし
０（Ｚ（ｉ）の粒径が約５０，４の各結晶質超微粒子お
よび非晶質のＳｉｎ、とＴｉｃ２からなる集合体との混
合系からなる無機繊維である。無機繊維の元素組成は５
ｉ４５重量％、Ｔｉ３．Ｑ重量％、Ｃ２５，４重量％、
０２４．７重量％であった。

無機繊維（２）の製法 前述のようにして得られたプリカルボシランにテトラキ
スアセチルアセトナトツルコニウムを加えて窒素中６５
０℃で架橋重合することによシカルホシラン１００部と
、式＋Ｚｒ−０＋のジルコノキサン６０部からなるポリ
ツルコノカルボシランを得た。このポリマーをベンゼン
に溶かして乾式紡糸し、空気中で１７０℃で不融化処理
し、さもに引きつづいて窒素中１２００℃で焼成して、
繊維径１０μ、引張強度３５０　ｋｌｌ／　ｍ”　、弾
性率１Ｂｔ／１ｍ”の主としてケイ素、ジルコニウム、
工およｒｊエヵ１，５ッ、７＝つ４゜４．５　ｉｉ　　
　　　’量％を含有する非晶質の無機繊維（２）を得た
。無機繊維の元素組成はＳ　ｉ　４６．４重量％、Ｚｒ
６．０重量％、Ｃ３α４重量％、０１５．２重量％であ
った。

〔参考例１〕炭化ケイ素繊維の製法 比較例で使用するポリカルボシランのみから得られる炭
化ケイ素繊維は下記のようにして製造する。

ジメチルソクロロシランを金属ナトリウムで脱塩素縮合
して合成されるポリツメチルシラン１００重量部に対し
ポリボロシロキサン３重量部を添加し、窒素中、３５０
℃で熱縮合して、式＋５ｊ−ＣＨ，十のカルボシラン単
位から主としてなる主鎖骨格を有し、該カルボシラン単
位のケイ素原子に水素原子およびメチル基を有している
ボリヵルポジランを得た。このポリマーを溶融紡糸し、
空気中１９０℃で不融化処理し、さらに引きつづいて窒
素中１３００℃で焼成して、繊維径１３μ、引張強度３
００ゆ／ｆｉ２、引張弾性率１６ｔ／ｄの主としてケイ
素、炭素および酸素からなる炭化ケイ素繊維を得た。

参考例２ 本発明で使用する無機線維（Ｉ）と、参考例１で製造し
たポリカルボシランのみから得られる、炭化ケイ素繊維
とを６７０℃の純アルミニウム（ｉ０７０）溶湯中に５
０分間浸漬後、側繊維の強度低下を比較した。

無機繊維（Ｉ）の繊維強度低下率が２０％であるのに対
し、炭化ケイ素繊維の繊維強度低下率は７０％であった
。即ち、無機繊維（Ｉ）はアルミニウムマトリックスと
の間に優れた適合性を有している。

実施例１ 厚さ０．５　ｍの純アルミニウム箔（ｉ０７０”ｌの上
に、無機繊維（Ｉ）を単軸方向に配列し、その上にアル
ミ箔をかぶせ、６７０°Ｃの温度の熱間ロールによシ、
繊維とアルミニウムを複合させた複合箔を製造した。こ
の複合箔を２７枚重ねて真空下６７０℃の温度で１０分
間放置後、さらに６００℃でホットブレスして、主とし
てシリコン、チタン、炭素および酸素からなる無機繊維
強化アルミニウム複合材料を製造した。この複合材料の
繊維含有率は３０体積％である。得られた複合材料の断
面の走査型電子顕微鏡写真を第１図に示す。第１図に示
す如く無機繊維とアルミニウムとの複合がきわめて良い
ことがわかる。製造された複合材、料の引張強度は７４
に９／ｍ”　、弾性率は８５００ｋｇ／襲２であった。

比較例１ 本発明に使用する無機縁！（Ｉ）のかわりに参考例１で
得られた炭化ケイ素繊維を用いた他は実施例１と同様に
実施して炭化ケイ素繊維強化複合材料を製造した。この
複合材料の繊維含有率は３０体積％である。得られた複
合材料は、引張強度が３７に９／ｖｓ”、弾性率が６１
１，３’００ｋｇ／闘２であり、実施例１の本発明の複
合材料に比べ著しく強度が低い。６７０℃のアルミニウ
ム溶湯中で１０分間浸漬すると炭化ケイ素繊維の強度か
もとの強度の５０％程度の強度にまで低下することによ
るものである。

比較例２ 本発明に使用する無機繊維（Ｉ）のかわりにポリアクリ
ロニトリル系、高強度炭素繊維を用いた他は実施例１と
同様に実施して炭素繊維強化複合材料を製造した。この
複合材料の繊維含有率は３０体積％である。得られた複
合材料は、引張強度が２５ｋｌＪ／ｍ”であり、実施例
１の本発明の複合材料に比べ著しく強度が低い。

以上のアルミニウム複合材料について得られた初期反応
劣化速度、繊維強度低下率、層間せん断強度、繊維に垂
直方向の引張強度および疲労限度と引張強度との比をま
とめて表−１に示す。

これより本発明の無機繊維強化複合材料が他の強化繊維
複合材料よシ優れていることがわかる。

実施例２ 厚さ０．５認のアルミニウム合金箔（６０６１）の上に
、無機繊維（Ｉ）を単軸方向に配列し、その上にアルミ
ニウム合金箔をかぶせ、６７０℃の温度の熱間ロールに
より、繊維とアルミニウム合金を複合させた複合箔を製
造した。この複合箔を２７枚重ねて真空下６７０℃の温
度で１０分間放置後、さらに６００℃でホット７’レス
して、主としてシリコン、チタン、炭素および酸素から
なる無機繊維強化アルミニウム複合材料を製造した。こ
の複合材料の繊維含有率は３０体積％であった。

比較例６ 本発明に使用する無機繊維（Ｉ）のかわりに参考例１で
製造したポリカルボシランのみから得られる炭化ケイ素
繊維を用いた他は実施例２と同様に実施して炭化ケイ素
繊維強化複合材料を製造した。

この複合材料の繊維含有率は３０体積％であった。

以上のアルミニウム合金複合材料について得られた初期
反応劣化速度、繊維強度低下率、層間せん断強度、繊維
に垂直方向の引張強度および疲労限度と引張強度との比
をまとめて表−２に示す。

表　　　２ とれより本発明の無機繊維強化複合材料が他の強化繊維
複合材より優れていることがわかる。

実施例３ 無機繊維（９）を単軸方向に配列したものに溶射装置を
用いてチタン金属を０．１〜１０μの厚さに被覆した。

この無機繊維を積層配列し、さらに積層の間隙をチタン
金属粉末で充填して加圧成形し、該成形体を水素ガス雰
囲気下、５２０℃で３時間予備焼成した後、さらにアル
ゴン雰囲気下１１５０℃で、２００に５１／ｉの圧力を
かけながら６時間ホットプレスして主としてケイ素、ツ
ルコニウム、炭素、および酸素からなる無機繊維強化チ
タニウム複合材料を得た。この複合材料中には４５体積
％の無機繊維が含有されておυ、その引張強度は１６０
　ｋｇ　／　ａｒｔ”でチタニウムの強度の約２．７倍
を示した。

比較例４ 無機繊維（６）を用いるかわりに、参考例１で製造した
ポリカルボシランのみから得られる炭化ケイ素蝋維を用
いた他は実施例６とまったく同様に実施して炭化ケイ素
繊維強化チタニウム複合材料を製造した。得られた複合
材料の引張強度は８５ゆ／　１ｍｌ　”で、実施例３で
得られる本発明の複合材料に比べ劣っている。

以上のチタン複合材料について得られた初期反応劣化速
度、繊維強度低下率、層間せん断強度、繊維に垂直方向
の引張強度および疲労限度と引張強度との比を１とめて
表−３に示す。

表　　３ これよυ本発明の無機繊維強化複合材料が他の強化繊維
複合材より優わていることがわかる。

実施例４ 無機繊維（２）を単軸方向に配列したものに溶射装置を
用いてチタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−ａＶ）を０１〜１０
μの厚さに被覆した。この無機繊維を積層配列し、さら
に積層の間隙をチタン合金粉末で充填して加圧成形し、
該成形体を水素ガス雰囲気下、５２０℃で５時間予備焼
成した後、さらにアルゴン雰囲気下１１５０℃で、２０
０ゆ／ｃｆｌの圧力をかけながら３時間ホットプレスし
て主としてケイ素、ジルコニウム、炭素、および酸素か
らなる無機繊維強化チタニウム合金複合材料を得た。

この複合材料の繊維含有率は４５体積％であった。

比較例５ 無機繊維（２）を用いるかわりに、参考例１で製造した
ポリカルボシランのみから得られる炭化ケイ素繊維を用
いた他は実施例４とまったく同様に実施して炭化ケイ素
繊維強化チタニウム合金複合材料を製造した。

以上のチタニウム合金複合材料について得られた初期反
応劣化速度、繊維強度低下率、層間せん断強度、繊維に
垂直方向の引張強度および疲労限度と引張強度との比を
まとめて表−４，に示す。

表　　　４ これより本発明の無機繊維強化複合材料が他の強化繊維
複合材よシ優れていることがわかる。

実施例５ 厚さ０．５ｆｉの純マグ多シウム箔の上に、無機繊維（
Ｉ）を単軸方向に配列し、その上にマグネシウム箔をか
ぶせ、６７０℃の温度の熱間ロールにより、繊維とアル
ミニウムを複合させた複合箔を製造した。この複合箔を
２７枚重ねてアルゴン雰囲気下６７０℃の温度で１０分
間放置後、さらに６００℃でホットプレスして、主とし
てシリコン、チタン、炭素および酸素からなる無機繊維
強化マグネシウム複合材料を製造した。この複合材料の
繊維含有率は３０体積％である。

比較例６ 無機繊維（■）を用いるかわりに、参考例１で製造した
ポリカルボシランのみから得られる炭化ケイ素繊維を用
いた他は実施例５とまったく同様に実施して炭化ケイ素
繊維強化マグネシウム複合材料を製造した。

以上のマグネシウム複合材料について得られた初期反応
劣化速度、繊維強度低下率、層間せん断強度、繊維に垂
直方向の引張強度および疲労限度表　　　５ これより本発明の無機繊維強化複合材料が他の強化繊維
複合材より優れていることがわかる。

実施例６ 厚さ０．５露のマグネシウム合金箔（，４８９１）の上
に、無機繊維（Ｉ）を単軸方向に配列し、その上にマグ
ネシウム合金箔をかぶせ、６７０℃の温度の熱間ロール
によシ、繊維とマグネシウム合金を複合させた複合箔を
製造した。この複合箔を２７枚重ねてアルゴン雰囲気下
６７０°Ｃの温度で１０分間放置後、さらに６００℃で
ホットプレスして、主としてシリコン、チタン、炭素お
よび酸素からなる無機繊維強化マグネシウム合金複合材
料を製造した。この複合材料の繊維含有率は３０体積％
であった。

比較例７ 無機繊維（Ｉ）を用いるかわりに、参考例１で製造した
ポリカルボシランのみから得られる炭化ケイ素繊維を用
いた他は実施例６とまったく同様に実施して炭化ケイ素
繊維強化マグネシウム合金複合材料を製造した。

以上のマグネシウム合金複合材料について得られた初期
反応劣化速度、繊維強度低下率、層間せん断強度、繊維
に垂直方向の引張強度および疲労限度と引張強度との比
をまとめて表−６に示す。

表　　に れより本発明の無機繊維強化複合材料が他の強化繊維複
合材より優れていることがわかる。

実施例７ 無機繊維（２）で得られた無機繊維を平織（打込み：経
糸６本緯糸６本／ぼ、１本ヤーンは繊維５００本からな
る）したものに溶射装置を用いてチタン金属をα１〜１
０μの厚さに被覆した。この平織無機繊維を積層配列し
、さらに積層平織の間隙をチタン金属粉末で充填して加
圧成形し、該成形体を水素ガス雰囲気下、５２０℃で３
時間予備焼成した後、さらにアルゴン雰囲気下１１５０
℃で、２００　ｋｙ／ｄの圧力をかけながら５時間ホッ
トプレスして主としてケイ素、ツルコニウム、炭素、お
よび酸素からなる無機繊維強化チタニウム複合材料を得
た。−この複合材料中には４５体積％の無機繊維が含有
さねており、その引張強度は１００に９　／　ｍ　”で
チタニウムの強度の約１．７倍を示した。

比較例８ 無機繊維（２）を用いるかわシに、参考例１で製造した
ポリカルボシランのみから得られる炭化ケイ素繊維を用
いた他は実施例２とまったく同様に実施して炭化ケイ素
繊維強化チタニウム複合材料を製造した。得られた複合
材料の強度は７０　ｋｇ　／　ｍ”で、実施例２で得ら
れる本発明の複合材料に比べ劣っている。

実施例８ アルミニウム３％、マンガン１％、亜鉛１．３％、残部
マグネシウムからなるマグネシウム合金粉末に、無機繊
維（Ｉ）を１ｎの長さに切りチョップ状にしたものを添
加し、十分に混合した後、ステンレス箔製７０Ｘ５０Ｘ
１０ｍの型に詰めアルゴン雰囲気下４９０℃の加熱下、
２００ｋｙ／ｍ”の加圧下に１時間保持して成形し、最
後にステンレス箔―をはがしとって表面研摩してマグネ
シウム合金複合材料を製造した。得られた複合材中には
チョップとして無機繊維が３０体積％含有されており、
その引張強度は５０　ｋｇ／　ｔｍ　”であった。

比較例９ 無機繊維（Ｉ）のかわシに、参考例１で製造したポリカ
ルボシランのみから得られる炭化ケイ素繊維を用いた他
は実施例３と同様に実施してマグネシウム合金複合材料
を得た。得られた複合材料の強度は５０１ｑｒ／ｍ”で
、実施例８で得られる本発明の複合材料に比べ劣ってい
る。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ及びＢは本発明に係る無機繊維（Ｉ）のアルミ
ニウム複合材料の断面の走査型電子類す鏡写真である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、無機繊維を強化材とし、金属又は合金をマトリック
   スとする無機繊維強化金属複合材料において、 α、前記無機繊維は、 （ｉ）Ｓｉ、Ｍ、Ｃ、及びＯから実質的になる非晶質、
   又は （ｉｉ）実質的にβ−ＳｉＣ、ＭＣ、β−ＳｉＣとＭＣ
   の固溶体及びＭＣ＿１＿−＿ｘの粒径が５００Å以下の
   各結晶質超微粒子、及び非晶質の ＳｉＯ＿２とＭＯ＿２をからなる集合体、又は（ｉｉｉ
   ）上記（ｉ）の非晶質と上記（ｉｉ）の結晶質超微粒子
   集合体の混合系、 （ただし、上式中のＭはＴｉ又はＺｒを示 し、０＜ｘ＜１を示す） からなるケイ素、チタン又はジルコニウム、炭素及び酸
   素含有無機繊維であり、 ｂ、前記複合材料中の無機繊維は、製造時における初期
   反応劣化速度が０．３ｋｇ／ｍｍ＾２・ｓｅｃ＾−＾１
   以下及び繊維強度低下率が３０％以下であり、 ｃ、前記複合材料の層間せん断強度が８ｋｇ／ｍｍ＾２
   以上であり、 ｄ、前記複合材料の繊維に垂直方向の引張強度が６ｋｇ
   ／ｍｍ＾２以上であり、 ｅ、前記複合材料の疲労限度と引張強度との比が０．４
   以上であること を特徴とする無機繊維強化金属複合材料。 ２、金属がアルミニウム、マグネシウム、又はチタン、
   合金がアルミニウム合金、マグネシウム合金、又はチタ
   ン合金であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の無機繊維強化金属複合材料。 ３、前記無機繊維は、 Ｓｉ：３０〜６０重量％、Ｔｉ又はＺｒ：０．５〜３５
   重量％、Ｃ：２５〜４０重量％、Ｏ：０．０１〜３０重
   量％ からなる元素組成を有する特許請求の範囲第１項記載の
   無機繊維強化金属複合材料。 ４、前記無機繊維は、前記複合材料中において１０〜７
   ０体積％である特許請求の範囲第１項記載の無機繊維強
   化金属複合材料。