JPS6283438A - セラミツクフアイバ−複合金属とその製造方法 - 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】 〔防業上の利用分野〕 本発明は、優れた摩擦、Ｍ耗特性、弾性率、強度を有す
るセラミックファイバー複合金−とその製造方法に関す
るものであり、自動車エンジンのピストン、建築用機４
４などに利用出来る。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕従来
、シリカ・アルミナ系のセラミ、クツアイバーを強化材
として金屑に複合し金屑の強度、耐熱性、耐摩耗性など
の向上をはかることは知られている。

このような繊維複合金属の製造方法としては、あらかじ
め所定形状に成形加工し、た＃Ａ！　Ｍｅ成形体（以下
中間成形体という）を浴出鍛造用金型のｊｇｒ定位画に
内定した後金属溶出に圧力をかけ前記中間成形体中にＩ
’Ｅ人する方法が一般に行な１）ＪｒＴい１本 る。この際、中間成形品の強度が充分大きくないと溶出
の注入時に中間成形体が変形、損＜＃Ｉ、ｔ、、所定位
置、形状に繊維が複合さｉｔないという問題が生じる。

従来、セラミックファイバーの成形体としては、シリカ
ゾル、アルミナゾル、粘土などの無機結合剤、あるいは
ラテックスなどの有機結合剤などを単独あるいは併用し
ｔこものが知られており、これらは前記結合剤とセラミ
ックファイバーよりなるスラリーを吸引−過成形後、乾
燥することにより得られる。このようにして得ら第１る
成形体は、強度が不充分であったり、シリカゾル、アル
ミナゾルなどの結合剤が乾燥中に表１ｍ　ｆｌｕへ移動
し濃化する現象であるマイグレーションにより成形体の
強度が著しく不均一になるため、複合金属の中間域ｔｅ
体として使用すると、溶湯の注入時に変形、損傷がおこ
るという問題が生じる。これらの問題をなくすために、
結合剤とゲル化させるなどしてマイグレーションを防出
したり、結合剤の含有１１１を増大すると、スラリーの
粘性が増し吸引成形が著しく困難となったり、また結合
剤の乾燥固化により成形品が者しい乾燥収縮を起こし空
隙率が９０％を越えろような低嵩階度の成形品を得るこ
とが極めて困難になるという問題があっ１こ。

このような間趙を解決する方法として特開昭５９−１１
８１８９号には、複合材料製造用強化材成形体の製造方
法がボさオ］ている。しかし、この方法は、シリカゾル
とセラミックファイバーのスラリーを吸引成形し、乾燥
して得られた成形体にケイ酸ナトリウムを含浸後さらに
乾燥し、この債、結合剤のマイグレーションにより硬く
なった表層部を研削するという糖雑な多くの工程を経な
ければならないという問題かある。

〔間践点を解決するための手段〕

本発明は上Ｊ１１欠点を改善した成形品にアルミニウム
などの金属を充填した強度、耐熱性、耐摩耗性などの優
れた複合金属を提供することを目的とシ、特許請求の範
囲記載のセラミックファイバー複合金纏とその製造方法
を提供することに工す前記目的を達成するものである。

セラミックファイバーは、一般にメロ純度のシリカとア
ルミナのほぼ等量を電気溶融し、その細流を高圧の空気
で吠き飛ばすことにより繊維化したもので、この繊維は
２００〜８００”０で軟化するガラス繊維と異なり８５
０”０以上にならなけオ］ば結晶化せず、１０００℃以
上の高温に釦１える優第１た耐火性を有する。

また上記細流をａ維化する隙には、ＭＩｌ維化されない
ショット、繊維の先端にくっついて残っているショット
、さらに繊細の先端から折れぬ１を脱したショットなど
が生じる。このショットの大きさは最初から繊維化さｔ
ｌないものは一般に粗大で、１５０μ以上の粒径を有す
るものが多い３、またＭＡ帷の先端もしくは、これから
喘脱したものは一般に微細で４４〜１００μ程度のもの
が多くこれらがショ１．トの大半を占める。−に−’ｔ
Ｆ方法に工す製造されたセラミックファイバーには通常
粒径４４μ以上のショットが５０％含まれている。この
ようなショットは複合金属の倍削性を患くし機織加工を
困鰺にするため、その含イ■率は２０％以下にすること
が！１４ましい。

本発明に用いるショット含有率が２０形以下のセラミッ
クファイバーを得る方法について説明する。

市販のセラミックファイバーを水中に投入し攪拌してセ
ラミックファイバーのスラリーを作成する。次にこのス
ラリーを内向容器に徐々に導びくと同時に、この容器の
側壁より加圧水を送り込み、うす流を発生させ、そのう
す流の中でセラミックファイバーをほぐしンヨットを分
嶋する。絡みがほぐされたセラミックファイバーのスラ
リーをうず流の中心部から順次、流出させ移動している
エンドレスのスクリーン上に尋びき繊維を捕集する。

次に本発明に用いるフリットについて説明する。

本発明に用いるフリットは、金属情動を注入する前のセ
ラミックファイバー中間成形体において、セラミックフ
ァイバー同志の接点を接合（ハ金属溶湯をＬ′Ｆ：、入
する際に前記中間成形体の変ハ３、損傷を防止する役目
をするため、アルミニウムなどの金属の融点８００’Ｃ
付近で軟化、浴融するもの１・は効果がなく、またセラ
ミックファイバーか結晶化により太き（劣化する１１０
０℃を越える高２局にならないと融着しないようなもの
も本開明に用いることが出来ない。このような理由から
本発明に用いるフリットは、ホウケイ酸系、ホウ酸カル
シウム系、ケイ酸カルシウム系、ケイ酸ソーダ系などが
望ましい。

本発明は、−ヒ記セラミックファイバー、フリ、ノド及
び８００℃以上の温度で梵全に焼失するラテックスのよ
うな有機結合剤を用いて成形体を作り、この成形体を熱
処理することにより有機結合剤を焼失させると同時にセ
ラミックファイバーの繊維同志の接点を７リフトにより
融着、接合した均一でかつ高強度の１１１間成形体にア
ルミニウムなどの金属を充填したものである。

次に本発明のセラミックファイバー複合金属を製造する
に際して使用する各材料の混合割合を限定する理由を説
明する。フリットは、４．５ｗｔ％未満では中間成形体
の強度が不足し、ｉ）４　ｗｔ％を越えると金属ｋ（騙
の浸透不良を牛しるので４．５〜１３４ｗｔ　％の範囲
内にする必要がある。有機結合剤は、９ｗｔ％未満では
焼成前の成形体のすＡ）度が不足しその取扱いに支障を
きｔこし、ｌ　９ｗｔ％を越えると結合剤の焼失に要す
る時間が長くなるという問題が生じるので３〜ｌＱｗｔ
％の範囲内にする必要がある。

次に本発明のセラミックファイバー複合金属の製造方法
について説明する。まずセラεツクファイバー、フリッ
ト、有機結合剤を水中に投入し充分摺、拌、混合しスラ
リーを作成する。このスラリー中に市販の＃集剤を添加
し攪拌、混合し吸引濾過成形後乾燥し成形体を作成する
。次にこの成形体を８００〜１０００℃の温度で熱処理
し有機結合剤を焼失させ空隙率７５〜９５％のセラミッ
クファイバーとフリットからなる中間成形体を作成する
。

この中間成形体を溶崗鉗：造用金型の所定位置に固定し
、金＠溶揚に圧力をかけ中間成形ｆｈの空隙≦ご溶場を
注入、凝固させる。

〔作用及び効果〕

本発明のセラミックファイバー複合金属は、金属溶勘を
ｒｔ人する前のセラミックファイバー中間成形体の結合
剤としてフリットを使用したものであり以下のような作
用効果を有する。

フリットは粒径が数μから数十μの大きさでありシリカ
ゾルやアルミナゾルなど従来便用されている結合剤に比
べ大きいため吸引濾過成形後の乾燥により結合剤が表層
に移１１ｔｌｌＬｎ化するマイグレーションが起こらず
成形体中に均一に分散する。

さらに本発明に用いるフリットは、熱処理することによ
り溶融し士ラミックファイバーの繊細同志の接点を融着
、接合させる。このようなことから、本発明の複合金属
の製造において便用するセラミツク７アイパー中間成形
体は大きな強度を有し、しかも強度が均一であるため、
金−溶場をｔト入する際にも変形、＃Ｆｉ傷を起こすこ
となく所定形状の（槍） 複合金側が得られる１、 さらに本発明に用いるフリットが前記のような結合効果
を有するのは熱処理によりセラミックファイバーの繊維
同志の接点を融着、接合させるためであり、熱処理を抽
こす前は何ら結合効果を有しない。従って本発明ではシ
リカゾルやアルミナゾルなど乾燥固化により結合効果を
生ずる結合剤を使用した場合には得ることが極めて困難
であった空隙率の高い中間成形体を容易に作ることが出
来るため繊維の含有率が小さい複合金側を得ることが出
来るという特徴がある。

〔実施例〕

次に本発明を実施例について説明する。

実施例１ 市販のセラミックファイバー１８９＆、ケイ酸カルシウ
ム系フリット７ｇ、アクリロニトリルブタジェン糸ラテ
ックス（固型分４０％）１１ｍｆｆを１９５００＋ｎｅ
の水中に投入し充分攪拌、混合した。このスラリー中に
アクリルアミド糸凝集剤０．０昨水溶液７５１ｎｅ、硫
酸バンドｌ（１％水溶液ｂａｍｌを添加し充分攪拌、混
合しｔ二。このように１ノで作成したスラリーを角型の
手抄き機にて抄造、乾燥Ｅノだ後、９００℃で８０分「
ハ１鵡処坤１／　１５０　Ｘ　１５（ｌ　ＩＩＭ　、厚
さ１０ｍＭ、空隙率７５％の中間成形体を得１．＝。こ
の中間成形体を溶局　ｗ造用金型内に配−し今！〜ｑ内
に７５０”Ｃのアルミニウム＃′４１ＪＡを注入し、１
（１００ｋＱ／ｄの圧力で前記中間ｊ＆形体中にアル２
ニウムを充填、凝固させ本発明のセラミックファイバー
複合金属を得た。

実施例２ 市販のセラミックファイバーを水中に投入しスラリーと
なし、曲ｄｌ！スラリーを内向容器に徐々番と導くと同
時にこの容器の側壁より加Ｉｔ［水８−送り込み、うす
流を発４Ｅさせ、そのうす流の中−７′ｄ雑の絡みをほ
ぐすと同時１ζシヨツトを取り除きショウ）含Ｔｉ帯１
ｔ％のセラミックファイバーを得た。

このようにして？Ｕｊこセラミックファイバー４４ｙ１
ケイ酸カルシウム系フリット１４ｙ、アクリロニトリル
ブタジェン糸ラテックス（同型ラナ４０％）８ｒＪ、ア
クリルアミド糸凝集剤０．０５％水ｋ（液８１１＋ｎｅ
、硫酸バフ１１０％水溶液２０Ｉｎｅ、水７８００ｍ７
！を用い実施例１と同様の方法にて１５０Ｘ１５０ｍ。

１早さｌＯ緒、空隙率９（）％の中間成形体を得た。こ
の中間成形体を使用し、実ｌｎｕ例１と同様の方法にて
本発明のセラミックファイバー複合金属を得た。

実施例８ 実ｍ１１例２と同様の方法にて得たショット含有率１％
のセラミックファイバー３８ｇ、ホウ酸カルシウム糸フ
リット２０１／、アクリロニトリルブタジェン治ラテッ
クス（固型分４０％）ｌ（ｉｍｄ、アクリルアミド糸凝
集剤０．０５％水溶欣３Ｑｍ／、硫酸バンド１０％水溶
液２０ｍｅ、　水７８（１０ｒｒ１＃　’ｌ！用い実施
例１と同様の方法にて１６０Ｘ１６０關、厚さｌＯ酊、
空隙率９０％の中間成形体を得た。この中間成形体を便
用１７、実施例１と同様の方法にて本発明のセラミック
ファイバー複合金属を得た。

実施例４ 実施例２とｌｌ−１］株の方法にて得たショット含有率
０．１％のセラミックファイバー１８９Ｎ、　　ホウ酸
カルシウム糸フリット７ｇ、アクリロニトリルブタ（１
Ｂ） ジエン糸ラテックス（固型分４０＠；　）１９ｍ／、ア
クリルアミド糸＃集剤０．０６弗水溶／１鈷７５ｍ１！
、硫酸バフ１１０％水溶％　５７　ｍｅ１水１９５００
ｍｎを用い実施ＰＡｌ　ｌと同様の方法にて１５（ＩＸ
１６０醋、犀さｌ　Ｑ　ａｍ　、空隙率７５％の中間成
形体を得ｆ、７　ｏこの中間成形体を使用し実施例１と
同様の方法にて本発明のセラミックファイバー複合金属
を（４１だ。

実施例５ 実施例２と同様の方法ｌこて得たショット含ｆｉ率０．
１％のセラミックファイバー２８ｇ、ホウ酸カルシウム
系フリット６９．アクリロニトリルブタジェン系ラテッ
クス（固型分４０％）４ｍｅ１アクリルアミド系凝集剤
１５ｍｅ、硫酸バンド１０％水溶液ＩＱｔｎ／、水４０
００１ｎｅを用い実Ｍｍ　Ｍ　ｌ　ト同様（Ｄ方法にて
１５０Ｘ１６ＯＮ、厚さｌＯ龍、空隙率９５％の中間成
形体を得た。この中間成形体を使用し実施例１と同様の
方法にて本発明のセラミックファイバー複合金属を得た
。

実施例６ 実施例２と同様の方法にて得たショット含有率（ＬＩＤ ０．１％のセラミックファイバー１９ｇ、ホウ酸カルシ
ウム系フリット１０ｆ１アクリロニトリルブタジェン系
ラテックス（固型分４０％）　４　ｔｏ（４、アクリル
アミド糸Ｍ集剤１５ｍＬ硫酸バンドｌＯ％水溶液ｔｏｍ
ｅ、水４００Ｑｍｅを用い実施例１と同様の方法にて１
５０Ｘ１５０酎、厚さ１０關、空隙率９５％の中間成形
体を得た。この中間成形体を使用し実施例１と同様の方
法にて本発明ｑ）セラミックファイバー複合金層を得た
。

ＣＩ／）ようにして得た実施例１〜６の本弁明のセラミ
ックファイバー複合金−を切断し断面を観察すると所定
形状にセラミックファイバーが複合されており金属溶湯
の充填による中間成形体の変形は見られなかっｔ：。

また、本弁明のセラミ・・クツアイバー複合金属は、機
械的強度、帽華耗性にも優れたものであった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、フリット６〜８５ｗｔ％、残部セラミックファイバ
   ーからなり、上記セラミックファイバーの繊維同志の接
   点がフリットにより融着、接合されてなる空隙率７５〜
   ９５％の範囲内にある成形体の空隙がアルミニウム、ア
   ルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金のう
   ちから選ばれるいずれか１種の金属で満たされてなるセ
   ラミックファイバー複合金属。 ２、前記フリットは、ホウケイ酸系、ホウ酸カルシウム
   系、ケイ酸カルシウム系、ケイ酸ソーダ糸フリットの中
   から選ばれる何れか１種又は２種以上であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のセラミックファイバ
   ー複合金属。 ３、前記セラミックファイバーは、その中に含有されて
   いるショットの含有率が２０ｗｔ％以下であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のセラ
   ミックファイバー複合金属。 ４、フリット４．５〜３４ｗｔ％、有機結合剤３〜１０
   ｗｔ％、残部セラミックファイバーからなる成形体を熱
   処理することにより、前記有機結合剤を焼失せしめ、か
   つ前記セラミックファイバーの繊維同志の接点をフリッ
   トにより融着、接合し、空隙率７５〜９５％の成形体と
   なし、前記成形体の空隙に溶融したアルミニウム、アル
   ミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金のうち
   から選ばれるいずれか１種の金属を満たすことを特徴と
   するセラミックファイバー複合金属の製造方法。 ５、前記フリットは、ホウケイ酸系、ホウ酸カルシウム
   系、ケイ酸カルシウム系、ケイ酸ソーダ系フリットの中
   から選ばれる何れか１種又は２種以上であることを特徴
   とする特許請求の範囲第４項記載のセラミックファイバ
   ー複合金属の製造方法。 ６、前記セラミックファイバーは、市販のセラミックフ
   ァイバーを水に分散せしめてスラリーとなし、前記スラ
   リーをうず流となして遠心力により大きなショットを分
   離、除去してなるショット含有率が２０ｗｔ％以下であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第４項又は第５項に
   記載のセラミックファイバー複合金属の製造方法。 ７、前記熱処理は、温度が８００〜１０００℃の範囲内
   にあることを特徴とする特許請求の範囲第４項ないし第
   ６項のいずれかに記載のセラミックファイバー複合金属
   の製造方法。