JPS6353227A - 窒化ケイ素ホイスカ及び粒子強化金属複合材料 - 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、複合材料に係り、更に詳細には窒化ケイ素ホ
イスカ及び粒子を強化材とし金属をマトリフクスとする
複合材料に係り、特に強化材の少なくとも一部がウニ状
強化材である複合材料に係る。

従来の技術 アルミニウム合金の如き金属の強度や耐摩耗性等を向上
させる目的で、金属をアルミナ繊維の如き繊維にて複合
強化して複合材料とすることは従来より広く行われてお
り、例えば繊維が炭化ケイ素ホイスカや窒化ケイ素ホイ
スカである複合材料が本願出願人と同一の出願人の出願
にかかる特開昭５９−７０７３５号、特開昭５９−７０
７３４号、特願昭６０−２６３３４２号、特願昭６０−
２６３３４３号等の公報及び明細書に記載されている。

発明が解決しようとする問題点 かかる繊維強化金属複合材料に使用される強化ｍ維の集
杏体中には一般に繊維状になりきっていない粒子が含ま
れており、粒子は繊維に比して複合材料の強度向上に対
する寄与の度合が低く、また複合材料の摩擦摩耗特性に
悪影響を及ぼすので、例えば本願出願人と同一の出願人
の出願にかかる特願昭６０−３４１７２号明細書に記載
されている如く、強度や耐摩耗性等に優れた複合材料を
得るためには、強化繊維の集合体中に含まれる粒子をで
きるだけ低減することが必要であった。

本願発明者等は繊維と粒子とを強化材とする複合材料に
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、繊維と粒子との混合物、特に窒化ケイ素ホイスカ
と窒化ケイ素粒子との混合物を強化材とする場合であっ
ても、強化材の少なくとも一部が窒化ケイ素粒子の集合
体と該集合体より放射状に突出する多数の窒化ケイ素ホ
イスカとよりなる強化材（本明細書に於てはウニ状強化
材と指称する）である場合には、強化材が単なる窒化ケ
イ素ホイスカと窒化ケイ素粒子との混合物である場合に
比して複合材料の強度や耐摩耗性を向上させることがで
きることを見出した。

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、窒化ケイ素ホイスカと窒化ケ
イ素粒子との単なる混合物を強化材とする複合材料に比
して強度や耐摩耗性に優れた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、窒化ケイ素ホイス
カと窒化ケイ素粒子との混合物を強化材とし金属をマト
リックスとする複合材料であって、前記強化材の少なく
とも一部はウニ状強化材である複合材料によって達成さ
れる。

発明の作用及び効果 本発明によれば、強化材の少なくとも一部はウニ状強化
材であり、該ウニ状強化材は中心部の窒化ケイ素粒子集
合体と該集合体より放射状に突出する多数の窒化ケイ素
ホイスカとよりなり、ホイスカは粒子集合体により実質
的に三次元ランダムに配向された状態にて強固に保持さ
れているので、後に説明する本願発明者等が行った実験
的研究の結果からも明らかである如く、窒化ケイ素ホイ
スカと窒化ケイ素粒子との単なる混合物を強化材とする
複合材料に比して強度及び耐摩耗性に優れた複合材料を
得ることができる。

本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、窒化
ケイ素のホイスカと粒子とウニ状強化材との混合物より
なる強化材（全強化材）の体積率が１％以上、特に２％
以上、更には３％以上の場合に複合材料及び相手材の摩
耗量を低い値に抑えることができる。また全強化材の体
積率が０〜５％の範囲に於ては、全強化材の体積率が増
大されても複合材料の曲げ強さは僅かしか増大せず、全
強化材の体積率が５〜４０％の範囲に於ては、全強化材
の体積率の増大に伴い曲げ強さがほぼ直線的に大幅に向
上し、全強化材の体積率が４０％以上の範囲に於ては全
強化材の体積率が増大されても曲げ強さはそれ程向上し
ない。従って本発明の一つの詳細な特徴によれば、全強
化材の体積率は１％以上、好ましくは２％以上、更に好
ましくは３％以上とされ、特に複合材料の強度が要求さ
れる場合には全強化材の体積率は５〜５０％、特に５〜
４０％、更には１０〜４０％に設定される。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
ウニ状強化材の全体としての直径が２２０μを越えると
複合材料の強度が不十分となり、また複合材料及び相手
材の摩耗量が比較的高い値になる。従って本発明の他の
一つの詳細な特徴によれば、ウニ状強化材の全体として
の直径は２２０μ以下に設定される。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
ウニ状強化材の中心部の粒子集合体の直径とこれより放
射状に突出するホイスカの長さとの比の値が１／１０未
満の場合及び１を越える場合に複合材料の強度が不十分
となり、また比の値が１／１０未満の場合及び２を越え
る場合に一複合材料及び相手材の摩耗量が比較的高い値
になる。

従って本発明の更に他の一つの詳細な特徴によれば、ウ
ニ状強化材の中心部の粒子集合体の直径とこれより放射
状に突出するホイスカの長さとの比の値は１／１０〜１
、特に１／１０〜２に設定される。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
強化材に含まれるウニ状強化材の；が２０ｗｔ％未満の
場合には複合材料の強度が不十分となり、また複合材料
及び相手材の摩耗量が比較的高い値になる。従って本発
明の更に他の一つの詳細な特徴によれば、全強化材に対
するウニ状強化材の量は２０ｗｔ％以上に設定される。

更に本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
強化材に含まれる全粒子量及び遊離粒子量がそれぞれ９
０ｗｔ％、７０ｗｔ％を越えると複合材料及び相手材の
摩耗量が比較的高い値になる。

従って本発明の更に他の一つの詳細な特徴によれば、強
化材に含まれる全粒子量及び遊離粒子量はそれぞれ９０
ｗｔ％以下、７０ｗｔ％以下に設定される。

尚雑誌「機能材料」の昭和６０年４月号の「窒化ケイ素
粉末の新しい製造プロセス」と題する記事に窒化ケイ素
のウニ状強化材及びその製造方法が記載されている。

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。

強度試験１ 窒化ケイ素ホイスカ、窒化ケイ素粒子、及び窒化ケイ素
のウニ状強化材の混合物を強化材とする金属基複合材料
に於てその強度を向上させるためには全強化材中のウニ
状強化材の量が如何なる値であることが適切であるかに
ついての検討を行うべく、窒化ケイ素ホイスカ、窒化ケ
イ素粒子、及び窒化ケイ素のウニ状強化材の混合物を強
化材としアルミニウム合金をマトリックス金属とする複
合材料を高圧鋳造法により製造し、各複合材料について
曲げ強さの評価を行った。

先ず窒化ケイ素のウニ状強化材（宇部興産株式会社製、
ホイスカの平均繊維径０．１μ、ホイスカの平均繊維長
１０μ、中心部の粒子集合体の平均直径３μ、各粒子の
平均粒径０．１μ、ホイスカと粒子との重量比２：３）
を６０メツシユの篩にかけることにより、全体の直径が
２２０μ以下のウニ状強化材を収集し、その一部のウニ
状強化材を乳鉢及び乳棒を用いて粒子とホイスカとに完
全に解し、更にかくして解された粒子及びホイスカを実
質的に均一になるよう撹拌した。

次いでかくして得られた粒子及びホイスカの混合物に全
体の直径が２２０μ以下である窒化ケイ素のウニ状強化
材を種々の量にて悉加し、これを均一に混合することに
より、下記の表１に示されている如き重量比の窒化ケイ
素ホイスカと窒化ケイ素粒子と窒化ケイ素のウニ状強化
材とよりなる混合物を形成した。尚表１に於て、Ｖｆｔ
は全強化材の体積率（％）を意味し、単純混合物はウニ
状強化材を解すことにより得られた粒子とボイス力との
みよりなる混合物を意味し、Ｖｒｐは遊離粒子ｆｆｉ’
（ｙｔ％）を意味する。またウニ状強化材及び単純混合
物の体積率の単位は％であり、割合（全強化材に対する
割合）の単位はｗｔ％である。

次いで各混合物に対し圧縮成形を行うことにより、第２
６図に示されている如く、窒化ケイ素ホイスカ１ａ、窒
化ケイ素粒子１ｂ、及び窒化ケイ素のウニ状強化材ＩＣ
が均一に混合されボイス力が実質的に三次元ランダムに
て配向され全強化材の体積率ｖｒｔが５％、１０％、２
０９６．３０％、４０％であり３８Ｘ１００Ｘ１６ｍｍ
の寸法を有する強化材の成形体２を形成した。尚第２７
図はウニ状強化材を６０００倍にて示す走査電子顕微鏡
写真であり、この第２７図より白色に見える中心部の粒
子集合体より多数のホイスカが放射状に延在しているこ
とが解る。

次いで成形体を６００″Ｃに加熱した後、第２８図に示
されている如く２５０℃の鋳型３のモールドキャビティ
４内に配置し、該鋳型内に７１０℃のアルミニウム合金
（ＪＩＳ規格ＡＣ７Ａ）の溶湯５を素早く注湯し、該溶
湯を約２００℃のプランジャ６により１０００ｋｇ／ｃ
ｊの圧力にて加圧し、その加圧状態をアルミニウム合金
の溶湯が完全に凝固するまで保持した。か（して鋳型３
内の溶湯が完全に凝固した後、その凝固体を鋳型より取
出し、凝固体の外周部に存在するアルミニウム合金のみ
よりなる部分を切削により除去し、これにより窒化ケイ
素ボイス力、窒化ケイ素粒子、及び窒化ケイ素のウニ状
強化材の混合物を強化材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を取出した。

次いで各複合材料に対し、５１０℃にて８時間に亙る溶
体化処理と１６０℃にて８時間に亙る人工時効処理とを
施した。次いで上述の如く製造され熱処理が施された各
複合材料より、長さ５０　ｍｉｓ幅１０ｍｍ、厚さ２■
の曲げ試験片を切出し、各曲げ試験片について支点間距
離４０ＩＩＩｍにて３点曲げ試験を行った。尚これらの
曲げ試験に於ては、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、Ｚ−曲げ試験片の
断面係数）を複合材料の曲げ強さとして測定した。

これらの曲げ試験の結果を第１図及び表２に示す。第１
図及び表２より、窒化ケイ素ホイスカ、窒化ケイ素粒子
、及び窒化ケイ素のウニ状強化材の混合物を強化材とし
アルミニウム合金をマトリックス金属とする複合材料に
於てその強度を向上させるためには、全強化材の体積率
が３０〜４０％と比較的高い範囲に於ては、全強化材に
対するウニ状強化材の量が２０ｗｔ％以上であることが
好ましく、全強化材の体積率が５％以上３０％未満と比
較的低い場合には全強化材に対するウニ状強化材の量が
４０ｗｔ％以上であることが好ましいことが解る。

強度試験２ マトリックス金属としてアルミニウム合金（ＪＩｓ規格
ＡＣ８Ａ）が使用され、高圧鋳造時の溶湯の温度及び溶
湯に対する加圧力がそれぞれ７３０℃、１０ｏｏｋｇ／
ａ？に設定され、各複合材料に対する熱処理が４９０℃
にて３時間に亙る溶体化処理と２２０℃にて６時間に亙
る人工時効処理とに置換えられた点を除き、上述の強度
試験１の場合と同一の要領及び条件にて曲げ試験を行っ
た。

これらの曲げ試験の結果を第２図及び表２に示す。

第２図及び表２より、マトリックス金属がアルミニウム
合金（ＪＩＳ規格ＡＣ８Ａ）である場合にも、窒化ケイ
素ホイスカ、窒化ケイ素粒子、及び窒化ケイ素のウニ状
強化材の混合物を強化材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に於てその強度を向上させる
ためには、全強化材の体積率が３０〜４０％と比較的高
い範囲に於ては、全強化材に対するウニ状強化材の量が
２０ｗｔ％以上であることが好ましく、全強化材の体積
率が５％以上３０％未満と比較的低い場合には全強化材
に対するウニ状強化材の量が４０ｗｔ％以上であること
が好ましいことが解る。

強度試験３ マトリックス金属としてマグネシウム合金（ＪＩＳ規格
ＭＣ２）が使用され、高圧鋳造時の溶湯の温度及び溶湯
に対する加圧力がそれぞれ６９０℃、１０００ｋｇ／ｃ
ｍ２に設定され、各複合材料に対する熱処理が４１０℃
にて１６時間に亙る溶体化処理と２１５℃にて４時間に
亙る人工時効処理とに置換えられた点を除き、上述の強
度試験１の場合と同一の要領及び条件にて曲げ試験を行
った。

これらの曲げ試験の結果を第３図及び表２に示す。

第３図及び表２より、マトリックス金属がマグネシウム
合金である場合にも、窒化ケイ素ホイス力、窒化ケイ素
粒子、及び窒化ケイ素のウニ状強化材の混合物を強化材
とする複合材料に於てその強度を向上させるためには、
全強化材の体積率が３０〜４０％と比較的高い範囲に於
ては、全強化材に対するウニ状強化材の量が２０ｗｔ％
以上であることが好ましく、全強化材の体積率が５％以
上３０％未満と比較的低い場合には全強化材に対するウ
ニ状強化材の量が４０ｗｔ％以上であることが好ましい
ことが解る。

強度試験４ 窒化ケイ素ホイスカ、窒化ケイ素粒子、及び窒化ケイ素
のウニ状強化材の混合物を強化材とする金属基複合材料
に於てその強度を向上させるためには全強化材中の全粒
子量が如何なる値であることが適切であるかについての
検討を行うべく、窒化ケイ素ホイスカ、窒化ケイ素粒子
、及び窒化ケイ素のウニ状強化材の混合物を強化材とし
アルミニウム合金をマトリックス金属とする複合材料を
高圧鋳造法により製造し、各複合材料について曲げ強さ
の評価を行った。

先ず強度試験１に於て使用された窒化ケイ素のウニ状強
化材と同一のウニ状強化材を乳鉢及び乳棒を用いて粒子
とホイスカとに完全に解し、その粒子とホイスカとの混
合物をメスシリンダ中に貯容された水内に静かに導入し
、粒子とホイスカとの間の沈降速度の相違を利用して窒
化ケイ素ホイスカと窒化ケイ素粒子とを完全に分離した
。

次いで窒化ケイ素のウニ状強化材の集合体に上述の如く
互いに分離された窒化ケイ素ホイスカ又は窒化ケイ素粒
子を添加して均一になるよう撹拌混合することにより、
下記の表３に示されている如き重量比の窒化ケイ素ボイ
ス力と窒化ケイ素粒子と窒化ケイ素のウニ状強化材とよ
りなる混合物を形成し、各混合物に対し圧縮成形を行う
ことにより、第２６図に示された成形体と同様、ホイス
カ、粒子、及びウニ状強化材が均一に混合され、ホイス
カが実質的に三次元ランダムにて配向され全強化材の体
積率Ｖｆｔが５％、１０％、２０％、３０％、４０％で
あり３８Ｘ１００Ｘ１６ｍｍの寸法を有する強化材の成
形体を形成した。次いでこれらの成形体を用いて上述の
強度試験１の場合と同一の要領及び条件にて窒化ケイ素
ホイスカ、窒化ケイ素粒子、及び窒化ケイ素のウニ状強
化材を強化材としアルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ７
Ａ）をマトリックス金属とする複合材料を製造し、各複
合材料に対し強度試験１の場合と同一の条件にて熱処理
を施し、各複合材料について曲げ試験を行った。これら
の曲げ試験の結果を第４図及び表４に示す。

第４図及び表４より、窒化ケイ素ホイスカ、窒化ケイ素
粒子、及び窒化ケイ素のウニ状強化材を強化材とする複
合材料に於てその強度を向上させるためには、全強化材
中の全粒子量は、全強化材の体積率が３０〜４０％と比
較的高い値である場合には、９０ｗｔ％以下であること
が好ましく、全強化材の体積率が５％以上３０％未満と
比較的低い値である場合には、８５　ｗｔ％以下である
ことが好ましいことが解る。

強度試験５ 窒化ケイ素ホイスカ、窒化ケイ素粒子、及び窒化ケイ素
のウニ状強化材の混合物を強化材とする金属基複合材料
に於てその強度を向上させるためには全強化材の体積率
Ｖｆｔが如何なる値であることが適切であるかについて
の検討を行うべく、下記の曲げ試験を行った。

まず全強化材中のウニ状強化材の二が６０ｗｔ％であり
、全粒子量が６０ｗｔ％であり、全強化材の体積率が０
％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％で
あリホイスカが実質的に三次元ランダムにて配向された
３８Ｘ１００Ｘ１６ｍｍの寸法を有する強化材の成形体
を形成した。次いで各成形体を用いて強度試験１の場合
と同一の要領にてアルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ７
Ａ、溶湯の温度７１０℃、溶湯に対する加圧力１０００
ｋｇ／ｃｌ１２）、アルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ
３Ａ１溶湯の温度７３０℃、溶湯に対する加圧力１００
０）ｃｇ／ａ？）　、マグネシウム合金（ＪＩＳ規格Ｍ
Ｃ２）溶湯の温度６９０°Ｃ１溶湯に対する加圧力１０
００ｋｇ／ｃＩＩ）をマトリックス金属とする複合材料
を製造し、アルミニウム合金をマトリックス金属とする
複合材料についてはそれぞれ強度試験１及び強度試験２
の場合と同一の条件にて熱処理を施し、各複合材料につ
いて強度試験１の場合と同一の要領及び条件にて曲げ試
験を行った。これらの曲げ試験の結果を第５図及び表５
に示す。

第５図及び表５より、全強化材の体積率が０〜５％の範
囲に於ては、全強化材の体積率が増大されても複合材料
の曲げ強さは僅かしか増大せず、マトリックス金属の曲
げ強さに近い値であり、全強化材の体積率が５〜４０％
の範囲に於ては、全強化材の体積率の増大に伴い曲げ強
さがほぼ直線的に大幅に向上し、全強化材の体積率が４
０％以上の範囲に於ては全強化材の体積率が増大されて
も曲げ強さはそれほど向上しないことが解る。従って適
切な曲げ強さの複合材料を得るためには、全強化材の体
積率は５〜５０％、特に５〜４０％、更には１０〜４０
％であることが好ましいことが解る。

強度試験６ 窒化ケイ素のウニ状強化材が強化材として使用される場
合に於て複合材料の強度を向上させるためにはウニ状強
化材の全体としての直径が如何なる値であることが適切
であるかについての検討を行うべく、下記の曲げ試験を
行った。

まず上述の強度試験１に於て使用されたウニ状強化材を
２００メツシユ、１００メツシユ、６０メツシユ、５０
メツシユの篩に掛けることにより、全体としての直径が
７５μ以下、７５〜１４０μ、１４０〜２００μ、２２
０〜２７０μ、２７０μ以上の５種類に分類し、各ウニ
状強化材を用いて体積率が３０％となるよう圧縮成形に
よりウニ状強化材の成形体を形成した。次いで各成形体
を用いて強度試験１の場合と同一の要領の高圧鋳造法に
よりアルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ７Ａ。

溶湯の温度７１０℃、溶湯に対する加圧力１００ｏ　ｋ
ｇ　／　ａＩ２）にて複合材料を製造し、各複合材料に
対し強度試験１の場合と同一の要領及び条件にて熱処理
を行い、各複合材料について強度試験１の場合と同一の
要領及び条件にて曲げ試験を行った。

これらの曲げ試験の結果を第６図に示す。

第６図より、ウニ状強化材の全体としての直径が７５μ
以下、７５〜１４０μ、１４０〜２２０μである複合材
料の曲げ強さは互いに同等の高い値であるのに対し、ウ
ニ状強化材の全体としての直径が２２０〜２７０μ及び
２７０μ以上である複合材料の曲げ強さは低い値である
ことが解る。

従って強化材として使用される窒化ケイ素のウニ状強化
材の全体としての直径は２２０μ以下であることが好ま
しいことが解る。

強度試験７ 強度試験６の結果より、窒化ケイ素ホイスカ、窒化ケイ
素粒子、及び窒化ケイ素のウニ状強化材の混合物を強化
材とする金属基複合材料に於てその強度を向上させるた
めにはウニ状強化材の全体としての直径が２２０μ以下
であることが好ましいことが解ったので、全体としての
直径が２２０μ以上のウニ状強化材の量が如何なる値ま
で許容されるかについての検討を行うべく、下記の曲げ
試験を行った。

先ず上述の強度試験１に於て使用されたウニ状強化材を
６０メツシユの篩に掛けることにより全体の直径が２２
０μを越えるものと直径が２２０μ以下のものとに分離
し、ホイスカと窒化ケイ素と全体の直径が２２０μ以下
のウニ状強化材とよりなる混合物に直径が２２０μを越
えるウニ状強化材を種々の量にて添加して均一に混合す
ることにより、ホイスカが実質的に三次元ランダムにて
配向され全強化材の体積率が１０％、３０％であり全強
化材中の直径２２０μを越えるウニ状強化材の量が０．
５ｗｔ％、ｌｗｔ％、２ｗｔ％、３ｗｔ％である３８Ｘ
１００Ｘ１６ｍｍの寸法を有する強化材の成形体を形成
した。

次いで各成形体を用いて上述の強度試験１の場合と同一
の要領及び条件にてアルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ
７Ａ）をマトリックス金属とする複合材料を製造し、各
複合材料に対し強度試験１の場合と同一の要領及び条件
にて熱処理を行い、各複合材料について曲げ試験を行っ
た。この曲げ試験の結果を全強化材の体積率が１０％及
び３０％の場合についてそれぞれ第７図及び第８図に示
す。

第７図及び第８図より、全体の直径が２２０μを越える
ウニ状強化材が０．５ｗｔ％であっても全体の直径が２
２０μを越えるウニ状強化材を全く含まない複合材料に
比して曲げ強さが大幅に低下し、全体の直径が２２０μ
を越えるウニ状強化材の量が増大するにつれて僅かでは
あるが曲げ強さが低下することが解る。従って全体の直
径が２２０μを越えるウニ状強化材の量は０．５ｗｔ％
以下、特にＯｗｔ％であることが好ましいことが解る。

強度試験８ 強度試験６及び７に於て窒化ケイ素のウニ状強化材の全
体としての直径が２２０μ以下であることが好ましいこ
とが解ったので、ウニ状強化材の中心部の粒子集合体の
直径とこれより突出するホイスカの長さの比が如何なる
値であることが適切であるかの検討を行うべく、下記の
曲げ試験を行った。

先ず上述の強度試験１に於て使用された窒化ケイ素のウ
ニ状強化材を６０メツシユの篩に掛けて全体としての直
径が２２０μ以上のウニ状強化材を除去し、全体として
の直径が２２０μ以下のウニ状強化材を水中に分散させ
、該分散液よりフィルタにより全体としての直径が５μ
以下、５〜１０μ、１０〜５０μ、５０〜１００μ、１
００〜２２０μである５種類のウニ状強化材に分類した
。

次いでかくして分類されたウニ状強化材を乾燥させた後
、走査電子顕微鏡により各群について任意に１０個のウ
ニ状強化材を選定し、中心部の粒子集合体の平均の直径
りとこれより突出するホイスカの平均長さしの比を求め
、その比の値Ｄ／Ｌを求めた。その結果を下記の表６に
示す。

次いで上述の強度試験７の場合と同一の要領及び条件に
て体積率が１０％及び３０％である窒化ケイ素のウニ状
強化材を強化材としアルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ
７Ａ）をマトリックス金属とする複合材料を製造して熱
処理を行い、各複合材料について曲げ試験を行った。こ
れらの曲げ試験の結果を第９図及び表７に示す。尚第９
図の横軸は比の値Ｄ／Ｌを対数目盛にて示している。

第９図及び表７より、体積率が１０％及び３０％の何れ
の場合にも、複合材料の曲げ強さは、中心部の粒子集合
体の直径とこれより突出するホイスカの長さの比の値が
１／１０になると大幅に向上し、比の値が１／４前後に
於てピークとなり、比の値が２になると低下することが
解る。

従ってウニ状強化材の中心部の粒子集合体の直径とこれ
より突出するホイスカの長さの比の値は１／１０〜１で
あることが好ましいことが解る。

強度試験９ 窒化ケイ素のウニ状強化材の強化材としてのポテンシャ
ルを評価すべく、ウニ状強化材を強化材とする複合材料
と、二次元ランダムに配向された窒化ケイ素ホイスカと
窒化ケイ素粒子との単純な混合物を強化材とする複合材
料の曲げ強さを比較した。

先ず上述の強度試験１に於て使用された全体の直径が２
２０μ以下の窒化ケイ素のウニ状強化材のみよりなりウ
ニ状強化材の体積率が２０％である成形体を形成し、該
成形体を用いて実施例１の場合と同一の要領及び条件に
てアルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ７Ａ、溶湯の温度
７１０°Ｃ１溶湯に対する加圧力１０００ｋｇ１０ｒ’
）を製造し、該複合材料に対し強度試験１の場合と同一
の要領及び条件にて熱処理を行った。

また強度試験１に於て使用されたウニ状強化材と同一の
全体の直径が２２０μ以下のウニ状強化材を乳鉢及び乳
棒を用いて粒子とホイスカとに完全に解し、かくして解
された粒子及びホイスカを大量の水内に導入してこれを
撹拌し、かくして粒子及びボイス力が分散された水に対
し吸引成形法及び圧縮成形法を適用することにより８０
Ｘ８０Ｘ　６０　ａｍの寸法を有する成形体を形成した
。第２９図に示されている如く、かくして形成された成
形体に於ては、窒化ケイ素ホイスカ７と窒化ケイ素粒子
８とは互いに均一に混合されており、ホイスカは二次元
ランダムに配向されていた。

次いでかくして形成された成形体９を用いて上述の強度
試験１の場合と同一の要領の高圧鋳造法によりアルミニ
ウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ７Ａ。

溶湯の温度７１０℃、溶湯に対する加圧力１００ｏ　ｋ
ｇ　／　Ｊ　）をマトリックス金属とする複合材料を製
造し、該複合材料に対し強度試験１の場合と同一の要領
及び条件にて熱処理を行った。次いで長さ５０■、幅１
０＋＋ｍ、厚さ２１Ｉ１１の曲げ試験片Ｂｙ及びＢｚを
それぞれ長さ方向が第２９図のＹ方向及びＺ方向に沿う
よう切出し、各試験片について強度試験１の場合と同一
の要領及び条件にて曲げ試験を行った。

同様に窒化ケイ素のウニ状強化材のみを強化材とする上
述の複合材料より長手方向がそれぞれ第２９図のＹ方向
及びＺ方向に対応する同一寸法の曲げ試験片Ａｙ及びＡ
ｚを切出し、各曲げ試験片について同様の曲げ試験を行
った。これらの曲げ試験の結果を第１０図に示す。

第１０図より、窒化ケイ素のウニ状強化材を強化材とす
る複合材料に於ては、Ｙ方向及びＺ方向の曲げ強さはほ
ぼ同等であり、従ってウニ状強化材の窒化ケイ素ホイス
カは実質的に三次元ランダムに配向された状態にあるこ
とが解る。またこの複合材料の曲げ強さはホイスカと粒
子との混合物を強化材としホイスカが二次元ランダムに
配向された複合材料のＹ方向の曲げ強さとほぼ同等の高
い値であり、また後者の複合材料のＺ方向の曲げ強さに
比して１８　ｋｇ　／　ａｍ２　も高い値であることが
解る。

従ってウニ状強化材を強化材とする複合材料の曲げ強さ
は、ホイスカと粒子との混合物を強化材としホイスカが
二次元ランダムに配向された複合材料に於ける最高強度
の方向である二次元ランダム配向平面に平行な方向の曲
げ強さに匹敵する値であり、更に後者の複合材料の如き
強い異方性を示さず、三次元的に何れの方向に於ても高
強度であることが解る。

摩耗試験１ 窒化ケイ素ホイスカ、窒化ケイ素粒子、及び窒化ケイ素
のウニ状強化材の混合物を強化材とする金属基複合材料
の耐摩耗性の評価を行うべく、窒化ケイ素ホイスカ、窒
化ケイ素粒子、及び窒化ケイ素のウニ状強化材の混合物
を強化材としアルミニウム合金をマトリックス金属とす
る複合材料を高圧鋳造法により製造し、該複合材料につ
いて摩耗試験を行った。

先ず上述の強度試験１に於て使用されたウニ状強化材を
含む窒化ケイ素ホイスカと窒化ケイ素粒子と窒化ケイ素
のウニ状強化材との混合物（ウニ状強化材６０ｗｔ％、
遊離粒子量２４ｗｔ％、遊離ホイスカ１６ｗｔ％、全粒
子Ｑ６０ｗｔ％）に対し真空成形を行うことにより、ホ
イスカ、粒子、及びウニ状強化材が均一に混合されホイ
スカが実質的に三次元ランダムにて配向され全強化材の
体積率が１０％であり８０Ｘ８０Ｘ２００１＋１１の寸
法を有する強化材の成形体を形成した。次いでこの成形
体及びマトリックス金属としてのアルミニウム合金（Ｊ
ＩＳ規格ＡＣ８Ａ）の溶湯（７３０℃）を用いて上述の
強度試験１の場合と同一の要領にて高圧鋳造を行い、か
くして得られた複合材料を含む凝固体に対し熱処理Ｔ７
を施し、該凝固体より複合材料を取出し、該複合材料よ
り試験面（１６×１０ａ１ｍ）が互いに直交する方向に
１６Ｘ６Ｘ１０ａ＋ａ＋のブロック試験片Ａ、及びＡ２
を切出した。

また比較の目的で、窒化ケイ素ホイスカ（タテホ化学工
業株式会社製、平均繊維径１μ、平均繊維長１０μ）を
用いて上述のブロック試験片ＡＩ及びＡ２を製造する場
合と同一の条件にてボイス力が体積率１０％にて二次元
ランダム配向及び三次元ランダム配向された複合材料を
製造して熱処理Ｔ７を施し、ホイスカが三次元ランダム
配向された複合材料よりブロック試験片Ａ３を切出し、
またホイスカが二次元ランダム配向された複合材料より
試験面が二次元ランダム配向平面に垂直なブロック試験
片Ａ４及び二次元ランダム配向平面に平行なブロック試
験片Ａ５を切出した。

次いで各ブロック試験片を順次摩擦摩耗試験機にセット
し、相手部材である球状黒鉛鋳鉄（ＪＩＳ規格ＦＣＤ７
０、Ｈｖ３００）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温（２０℃）の潤滑油（キ
ャッスルモータオイル５Ｗ−３０）を供給しつつ、接触
面圧２０ｋｇ／ｆｆ１ｌｆｌ”　、滑り速度Ｑ、３ｍ／
ｓｅｃにて１時間円筒試駒片を回転させる摩耗試験を行
った。

これらの摩耗試験の結果を第１１図に示す。尚第１１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）を表しており、下半分は相手材である円筒試験片の
摩耗量（摩耗減量ｍｇ）を表している（後述の他の摩擦
試験の結果についても同じ）。

第１１図より、ブロック試験片Ａ、及びＡ２の摩耗量は
他のブロック試験片に比して小さく、それらの相手材の
摩耗量も他の場合に比して小さいのに対し、ブロック試
験片Ａ３及びＡ５の場合にはそれら自身及び相手材の摩
耗量が高い値であることが解る。またブロック試験片Ａ
４とＡ５の場合のブロック試験片及び相手材の摩耗量の
比較より、ホイスカが二次元ランダムにて配向される場
合には複合材料の耐摩耗性に顕著な異方性があることが
解る。

摩耗試験２ 上述の摩耗試験１に於ける相手材がステンレス鋼（ＪＩ
Ｓ規格５ＵＳ４２０Ｊ２）Ｈｖ５００）製の円筒試験片
に置換えられた点を除き、摩耗試験１の場合と同一の要
領及び条件にて摩耗試験を行った。これらの摩耗試験の
結果を第１２図に示す。

第１２図に示された結果は第１１図に示された結果と同
様の傾向を示しており、従って強化材が窒化ケイ素のウ
ニ状強化材を含む複合材料は相手材がステンレス鋼の場
合であっても良好な耐摩耗性を示すことが解る。

摩耗試験３ 窒化ケイ素ホイスカ、窒化ケイ素粒子、及び窒化ケイ素
のウニ状強化材の混合物を強化材とする金属基複合材料
に於てその摩擦摩耗特性を向上させるためには全強化材
の体積率が如何なる値であることが適切であるかの検討
を行うべく、上述の摩耗試験１に於て使用されたウニ状
強化材を含む強化材と同一の強化材の体積率を０％、０
．５％、１％、２％、３％、５％、１５％、２５％に設
定して摩耗試験１の場合と同一の要領にて摩耗試験を行
った。これらの摩耗試験の結果を第１３図に示す。

第１３図より、複合材料及び相手材の摩耗量を低減する
ためには、全強化材の体積率は１％以上、特に２％以上
、更には３％以上であることが好ましいことが解る。

摩耗試験４ 窒化ケイ素のウニ状強化材が強化材として使用される場
合に於て複合材料の摩擦摩耗特性を向上させるためには
ウニ状強化材の全体としての直径が如何なる値であるこ
とが適切であるかについての検討を行うべく、下記の摩
耗試験を行った。

まず上述の強度試験１に於て使用されたウニ状強化材を
２００メツシユ、１００メツシユ、６０メツシユ、５０
メツシユの篩に掛けることにより、全体としての直径が
７５μ以下、７５〜１４０μ、１４０〜２００μ、２２
０〜２７０μ、２７０μ以上の５種類に分類し、各ウニ
状強化材を用いて体積率が１０％となるよう圧縮成形に
よりウニ状強化材の成形体を形成した。次いで各成形体
を用いて上述の摩耗試験１の場合と同一の要領の高圧鋳
造（溶湯の温度７１０℃、溶湯に対する加圧力１５００
ｋｇ／ａｌ）　にてアルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ
ＩＡ）をマトリックス金属とする複合材料を製造して熱
処理ＴＩを施し、各複合材料よりブロック試験片を切出
し、各ブロック試験片について球状黒鉛鋳鉄（ＪＩＳ規
格ＦＣＤ７０）製の円筒試験片を相手材として摩耗試験
１の場合と同一の条件にて摩耗試験を行った。これらの
摩耗試験の結果を第１４図に示す。尚第１４図に於て、
各棒グラフの下方に示された数値はウニ状強化材の全体
としての直径（単位μ）を示している（後述の第１５図
及び第１６図に於ても同じ）。

第１４図より、ウニ状強化材の全体としての直径が７５
μ以下、７５〜１４０μ、１４０〜２２０μである場合
にはブロック試験片及び円筒試験片の何れの摩耗量も低
い値であることが解る。

摩耗試験５ 円筒試験片としてクロム鋼（ＪＩＳ規格５Ｃｒ２０、Ｈ
ｖ７２０）製の円筒試験片が使用された点を除き、上述
の摩耗試験４と同一の摩耗試験を行った。これらの摩耗
試験の結果を第１５図に示す。

第１５図より、相手材がクロム鋼である場合にもウニ状
強化材の全体としての直径が７５μ以下、７５〜１４０
μ、１４０〜２２０μである場合にはブロック試験片及
び円筒試験片の何れの摩耗量も低い値であることが解る
。

摩耗試験６ 円筒試験片として窒化ステンレス鋼（ＪＩＳ規格５Ｃｒ
２０、Ｈｖ７２０）製の円筒試験片が使用された点を除
き、上述の摩耗試験４と同一の摩耗試験を行った。これ
らの摩耗試験の結果を第１６図に示す。

第１６図より、相手材が窒化ステンレス鋼である場合に
もウニ状強化材の全体としての直径が７５μ以下、７５
〜１４０μ、１４０〜２２０μである場合にはブロック
試験片及び円筒試験片の何れの摩耗量も低い値であるこ
とが解る。

摩耗試験４〜６より、相手材の種類を問わず、複合材料
の摩擦摩耗特性を向上させるためには、複合材料の強度
を向上させる場合と同様、ウニ状強化材の全体としての
直径は２２０μ以下であることが好ましいことが解る。

摩耗試験７ 摩耗試験４〜６に於て複合材料の摩擦摩耗特性を向上さ
せるためにも窒化ケイ素のウニ状強化材の全体としての
直径が２２０μ以下であることが好ましいことが解った
ので、複合材口の摩擦摩耗特性を向上させる観点から見
た場合にウニ状強化材の中心部の粒子集合体の直径とこ
れより突出するホイスカの長さの比が如何なる値である
ことが適切であるかの検討を行うべく下記の摩耗試験を
行った。

まず上述の強度試験１に於て使用された窒化ケイ素のウ
ニ状強化材を６０メツシユの篩に掛けて全体としての直
径が２２０μ以上のウニ状強化材を除去し、全体として
の直径が２２０μ以下のウニ状強化材を水中に分散させ
、該分散液よりフィルタにより全体としての直径が０，
５μ以下、０゜５〜１μ、１〜５μ、５〜１０μ、１０
〜１００μ、１００〜２２０μである６種類のウニ状強
化材に分類した。次いでかくして分類されたウニ状強化
材を乾燥させた後、走査電子顕微鏡により各群について
任意に１０個のウニ状強化材を選定し、中心部の粒子集
合体の平均の直径りとこれより突出するホイスカの平均
長さしの比を求め、その比の値Ｄ／Ｌを求めた。その結
果を下記の表８に示す。

次いで上述の摩耗試験１の場合と同一の要領及び条件に
て体積率が１０％である窒化ケイ素のウニ状強化材を強
化材としアルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ７Ａ）をマ
トリックス金属とする複合材料を製造して熱処理Ｔ７を
行い、各複合材料について摩耗試験４の場合と同一の要
領及び条件にて球状黒鉛鋳鉄（ＪＩＳ規格ＦＣＤ７０）
製の円筒試験片を相手材とする摩耗試験を行った。これ
らの摩耗試験の結果を第１７図に示す。尚第１７図の横
軸は比の値Ｄ／Ｌを対数目盛にて示している。

第１７図より、中心部の粒子集合体の直径とこれより突
出するホイスカの長さの比の値Ｄ／Ｌが２〜１／１０の
場合にブロック試験片及び円筒試験片の両方の摩耗量が
小さい値であることが解る。

摩耗試験８ 円筒試験片としてクロムｆｌｉｔ（ＪＩＳ規格５Ｃｒ２
０）製の円筒試験片が使用された点を除き、摩耗試験７
と同様の摩耗試験を行った。これらの摩耗試験の結果を
第１８図に示す。

第１８図より、相手材がクロム鋼である場合にも中心部
の粒子集合体の直径とこれより突出するホイスカの長さ
の平均の比の値Ｄ／Ｌが２〜１／１０の場合にブロック
試験片及び円筒試験片の両方の摩耗量が小さい値である
ことが解る。

摩耗試験９ 円筒試験片として窒化ステンレス鋼（ＪＩＳ規格５Ｃｒ
２０）製の円筒試験片が使用された点を除き、摩耗試験
７と同様の摩耗試験を行った。これらの摩耗試験の結果
を第１９図に示す。

第１９図より、相手材が窒化ステンレス鋼である場合に
も中心部の粒子集合体の直径とこれより突出するホイス
カの長さの平均の比の値Ｄ／Ｌが２〜１／１０の場合に
ブロック試験片及び円筒試験片の両方の摩耗量が小さい
値であることが解る。

摩耗試験７〜９より、複合材料の摩擦摩耗特性を向上さ
せるためには、相手材の種類に拘らず、ウニ状強化材の
中心部の粒子集合体の直径とこれより突出するホイスカ
の長さの比の値は１／１０〜２であることが好ましいこ
とが解る。

摩耗試験１０ 上述の摩耗試験１に於けるマトリックス金属がマグネシ
ウム合金（ＪＩＳ規格ＭＤＣＩ−Ａ）に置換えられ、マ
グネシウム合金の溶湯の温度が６９０℃に設定され、溶
湯に対する加圧力が１０００ｋｇ／ｍｍ２に設定された
点を除き強度試験１の場合と同一の要領の高圧鋳造によ
り、窒化ケイ素のホイスカと粒子とウニ状強化材との混
合物を強化材とし、マグネシウム合金をマトリックス金
属とし、全強化材の体積率が１０％である複合材料を製
造し、該複合材料より摩耗試験１の場合と同一寸法のブ
ロック試験片Ｂ；及びＢ２を作成した。

また比較の目的で摩耗試験１に於けるブロック試験片Ａ
３〜Ａ５に対応して三次元ランダム及び二次元ランダム
に配向された窒化ケイ素ホイスカにて強化されたマグネ
シウム合金よりなりホイスカの体積率が１０％であるブ
ロック試験片８３〜Ｂ５及びマグネシウム合金のみより
なるブロック試験片を作成した。

次いでこれらのブロック試験片について上述の摩耗試験
１の場合と同一の要領及び条件にて球状黒鉛鋳鉄（Ｊ、
ＩＳ規格ＦＣＤ７０）製の円筒試験を相手材とする摩耗
試験を行った。これらの摩耗試験の結束を第２０図に示
す。尚第２０図に於て、ブロック試験片の摩耗量比率と
はマグネシウム合金のみよりなるブロック試験片の摩耗
量（摩耗痕深さ）に対する各ブロック試験片の摩耗量（
摩耗痕深さ）の百分率を意味している。

第２０図より、本発明の複合材料はマグネシウム合金を
マトリックス金属とする場合にも良好な摩擦摩耗特性を
有していることが解る。

上述の強度試験１に於て使用された窒化ケイ素ホイスカ
と窒化ケイ素粒子と窒化ケイ素のウニ状強化材との混合
物を強化材（全強化材の体積率１０％）とし、亜鉛合金
（ＪＩＳ規格ＺＤＣＩ）、鉛合金（ＪＩＳ規格ＷＪ８）
、スズ合金（ＪＩＳ規格ＷＪ　２）をマトリックス金属
とする複合材料を強度試験１の場合と同一の要領の高圧
鋳造（それぞれ溶湯の温度５００℃、４１０℃、３００
℃、溶湯に対する加圧力１０００　ｋｇ／　０１１２）
にて製造し、各複合材料よりそれぞれ摩耗試験１に於け
るブロック試験片Ａ、及びＡ２にそれぞれ対応するブロ
ック試験片Ｃ，及びｃ：　、Ｄ、及びＢ２）Ｅ、及びＢ
２を作成した。また比較の目的で上述の摩耗試験１に於
けるブロック試験片Ａ３〜Ａ５に対応して三次元ランダ
ム及び二次元ランダムに配向された窒化ケイ素ホイスカ
にて強化された各合金よりなりホイスカの体積率が１０
％であるブロック試験片Ｃ３〜Ｃ５、Ｄ３〜Ｄ５、Ｅ３
〜Ｅ５及び各合金のみよりなるブロック試験片を形成し
た。

次いでこれらのブロック試験片について上述の摩耗試験
２の場合と同一の要領及び条件にてステンレス鋼（ＪＩ
Ｓ規格５ＵＳ４２０Ｊ２）製の円筒試験片を相手材とす
る摩耗試験を行った。これらの摩耗試験の結果をそれぞ
れ第２１図〜第２３図に示す。尚これらの図に於て、ブ
ロック試験片の摩耗量比率とはそれぞれ対応する合金の
みよりなるブロック試験片の摩耗量（摩耗痕深さ）に対
する各ブロック試験片の摩耗量（摩耗痕深さ）の百分率
を意味している。

第２１図〜第２３図より、本発明の複合材料は亜鉛合金
、鉛合金、スズ合金をマトリックス金属とする場合にも
良好な摩擦摩耗特性を有していることが解る。

摩耗試験１２ 上述の強度試験１に於て使用された窒化ケイ素ホイスカ
と窒化ケイ素粒子と窒化ケイ素のウニ状強化材との混合
物及び銅合金（１０ｗｔ％Ｓｎ、残部実質的にＣｕ）の
粉末を秤量し、これに少量のエタノールを添加してスタ
ー９にて約３０分間混合した。かくして得られた混合物
を８０℃にて５時間乾燥した後、金型内に所定量の混合
物を充填し、その混合物をパンチにて４０００ｋｇ／ｃ
ａ＋２の圧力にて圧縮することにより板状に成形した。

次いで分解アンモニアガス（露点−３０℃）雰囲気に設
定されたバッチ型焼結炉にて各板状体を７７０℃にて３
０分間加熱することにより焼結し、焼結炉内の冷却ゾー
ンにて徐冷することにより全強化材の体積率が５％であ
りマトリックス金属が銅合金である複合材料を製造し、
該複合材料より摩耗試験１のブロック試験片Ａ１及びＡ
！！に対応するブロック試験片Ｆ１及びＦ２を作成した
。

また比較の目的で、強化材が摩耗試験１の比較例に於て
使用された窒化ケイ素ホイスカに置換えられた点を除き
上述の焼結法と同一の要領及び条件にて焼結を行うこと
により、窒化ケイ素ホイスカが実質的に三次元ランダム
にて配向された銅合金よりなるブロック試験片Ｆ３及び
銅合金のみよりなるブロック試験片を作成した。

次いでこれらのブロック試験片について摩耗試験２の場
合と同一の要領及び条件にて軸受鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＪ
　２）Ｈｖ５００）製の円筒試験片を相手材とする摩耗
試験を行った。これらの摩耗試験の結果を第２４図に示
す。尚第２４図に於て、ブロック試験片の摩耗量比率と
は銅合金のみよりなるブロック試験片の摩耗量（摩耗痕
深さ）に対する各ブロック試験片の摩耗量（摩耗痕深さ
）の百分率を意味している。

第２４図より、本発明の複合材料は銅合金をマトリック
ス金属とする場合にも良好な摩擦摩耗特性を有している
ことが解る。

摩耗試験１３ 窒化ケイ素ホイスカ、窒化ケイ素粒子、及び窒化ケイ素
のウニ状強化材の混合物を強化材とする金属基複合材料
に於てその摩擦摩耗特性を向上させるためには強化材に
含まれる全粒子量及び遊離粒子量が如何なる値であるこ
とが適切であるかの検討を行うべく、下記の摩耗試験を
行った。

まず上述の摩耗試験１に於て使用されたウニ状強化材を
含む強化材と同一の強化材の体積率が１０％であり、全
粒子量及び遊離粒子量がそれぞれ下記の表９に示された
種々の値である成形体を圧縮成形法により形成し、各成
形体を用いて上述の摩耗試験１の場合と同一の要領の高
圧鋳造（溶湯の温度７３０℃、溶湯に対する加圧力１０
００ｋｇ／ａｉ２）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複合材料を製造し
て熱処理Ｔ７を施し、各複合材料よりブロック試験片を
切出し、各ブロック試験片についてステンレス鋼（ＪＩ
Ｓ規格５ＵＪ４２０Ｊ２）製の円筒試験片を相手材とし
て摩耗試験１の場合と同一の条件にて摩耗試験を行った
。これらの摩耗試験の結果を第２５図に示す。

第２５図より、ブロック試験片及び円筒試験片両方の摩
耗量を低い値にするためには、強化材に含まれる全粒子
量及び遊離粒子量は全強化材の量を１００％としてそれ
ぞれ９０ｗｔ％以下、７０ｗｔ９６以下であることが好
ましいことが解る。

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
の結果との関連に於て詳細に説明したが、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
にて他の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。

表　１（その１） Ａｌ　　　５　　０　　　０　　５１００６０Ａ２　　
５　　１　　２０　　４　　８０４８Ａ３　　５　　２
　　４０　　３　　６０３６Ａ４　　５　　３　　６０
　　２　　４０２４Ａ５　　５　　４　　８０　　１　
　２０１２Ａ６５５１０００　　　００ Ａ７　１０　　０　　　０　１０　１００　６０Ａ８　
１０　　２　　２０　　８　　８０４８Ａ９　１０　　
４　　４０　　６　　６０３６ＡＩＯＩＯ６６０４４０
２４ ＡＩＩＩＯ８８０２２０１２ Ａ１２　１０　１０　１００　　０　　　０　　０Ａ１
３　２０　　０　　　０　２０　１００　６０Ａ１４　
２０　　４　　２０　１６　　８０　４８Ａ１５　２０
　　８　　４０　１２　　６０　３６ＡｌＢ　　２０　
１２　　６０　　８　　４０　２４表　１（その２） Ａ１７　２０　１６　　８０　　４　　２０　１２Ａ１
８　２０　２０　１００　　０　　　０　　０Ａ１９　
３０　　０　　　０　３０　１００　６０Ａ２０　３０
　　６　　２０　２４　　８０　４８Ａ２１　３０’１
２　　４０　１８　　６０　３６Ａ２２　３０　１８　
　６０　１２　　４０　２４Ａ２３　３０　２４　　　
ｓｏ　　　６　　２０　１２Ａ２４３０３０１００　　
０　　　０　　０Ａ２５４０　　０　　　０　４０　１
００　６０Ａ２６４０　　８　　２０　３２　　８０　
４８Ａ２７　４０　１６　　４０　２４　　６０　３６
Ａ２８　４０　２４　　６０　１６　　４０　２４Ａ２
９４０　　Ｂ２　　８０　　８　　２０　１２Ａ３０４
０　４０　１００　　０　　　０　　０表　２（その１
） Ａｌ　　　　　４１’　　　　４１　　　　４ＯＡ２　
　　　４１　　　　４１　　　　４０Ａ３　　　　４１
　　　　４１　　　　４０Ａ４　　　　４３　　　　４
３　　　　４２Ａ５　　　　４５　　　　４５　　　　
４４Ａ６　　　　４７　　　　４７　　　　４５Ａ７　
　　　４４　　　　４５　　　　４４Ａ８　　　　４４
　　　　４６　　　　４５Ａ９　　　　４５　　　　４
６　　　　４５ＡＩＯ４７４８４７ Ａｌｌ　　　　５０　　　　５１　　　　４９Ａ１２　
　　５２　　　　５３　　　　５１Ａ１３　　　５０　
　　　４９　　　　５０Ａ１４　　　５０　　　　４９
　　　　５０Ａ１５　　　５１　　　　５０　　　　５
１Ａ１６　　　５５　　　　５５　　　　５４表　２（
その２） Ａ１７　　　５８　　　　５７　　　　５７Ａ１８　　
　６１　　　　６１　　　　５９Ａ１９　　　５７　　
　　５６　　　　５６Ａ２０　　　５７　　　　５６　
　　　５６Ａ２１　　　６０　　　　５８　　　　５８
Ａ２２　　　６３　　　　６３　　　　６１Ａ２３　　
　６７　　　　６６　　　　６３Ａ２４　　　７０　　
　　６９　　　　６５Ａ２５　　　６８　　　　６６　
　　　６２Ａ２６　　　６８　　　　６６　　　　６２
Ａ２７　　　７１　　　　７０　　　　６７Ａ２８　　
　７４　　　　７３　　　　７ＯＡ２９　　　７７　　
　　７６　　　　７２Ａ３０　　　８０　　　　７９　
　　　７６表　　４ 表　　５ １０　　　４７　４８、　４７ 表　　６ 全体の直径（μ）　　Ｄ＝Ｌ　　比の値Ｄ／Ｌ０．５〜
１　　　　２：１　　　　２ １〜５　　　　　１：１　　　　１ ５〜１０　　　　１：４　　　１／４ １０〜１００　　　１：１０　　１／１０１００〜２２
０　　　１：１５　　・　１／１５表　　７ 表　　８ 全体の直径（μ）　　　ＤＳＬ　　　　比の値Ｄ／Ｌ０
．５以下　　　　４：１　　　　４ ０．５〜１　　　　２：１　　　　　２１〜５　　　　
　１：１　　　　　１ ５〜１０　　　　１：４　　　　１／４１０〜１００　
　　１　：　１０　　　１／１０１００〜２２０　　　
１：１５　　　１／１５表　　９ ウニ状強化材　　　遊離粒子量　　　全粒子二のｆｆｉ
（ｗｔ％）　　　　　（ｗｔ％）　　　　　　（ｗｔ％
）６０　’　　　　　　　４０　　　　　７６

【図面の簡単な説明】

第１図は窒化ケイ素ホイスカ、窒化ケイ素粒子、及び窒
化ケイ素のウニ状強化材の混合物を強化材とし、アルミ
ニウム合金（ＪＩＳ規格Ａ　Ｃ７Ａ）をマトリックス金
属とする複合材料について、全強化材中のウニ状強化材
の重量比をパラメータにとって行われた曲げ試験の結果
を示すグラフ、第２図は窒化ケイ素ボイス力、窒化ケイ
素粒子、及び窒化ケイ素のウニ状強化材の混合物を強化
材とし、アルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ８Ａ）をマ
トリックス金属とする複合材料について、全強化材中の
ウニ状強化材の重量比をパラメータにとって行われた曲
げ試験の結果を示すグラフ、第３図は窒化ケイ素ホイス
カ、窒化ケイ素粒子、及び窒化ケイ素のウニ状強化材の
混合物を強化材としマグネシウム合金をマトリックス金
属とする複合材料について全強化材中のウニ状強化材の
重量比をパラメータにとって行われた曲げ試験の結果を
示すグラフ、第４図は窒化ケイ素ボイス力、窒化ケイ素
粒子、及び窒化ケイ素のウニ状強化材の混合物を強化材
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
料について全強化材中の全粒子の重量比をパラメータに
とって行われた曲げ試験の結果を示すグラフ、第５図は
窒化ケイ素ホイスカ、窒化ケイ素粒子、及び窒化ケイ素
のウニ状強化材の混合物を強化材としアルミニウム合金
及びマグネシウム合金をマトリックス金属とする複合材
料について全強化材の体積率をパラメータにとって行わ
れた曲げ試験の結果を示すグラフ、第６図は窒化ケイ素
のウニ状強化材を強化材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についてウニ状強化材の全体
としての直径をパラメータにとって行われた曲げ試験の
結果を示すグラフ、第７図及び第８図は窒化ケイ素のウ
ニ状強化材を強化材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について全体としての直径が２２
０μ以上のウニ状強化材の量をパラメータにとって行わ
れた曲げ試験の結果をそれぞれ強化材の体積率が１０％
及び３０％である場合について示すグラフ、第９図は窒
化ケイ素のウニ状強仕材を強化材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について、ウニ状強
化材の中心部の粒子集合体の直径りとこれより突出する
ホイスカの長さの比りをパラメータにとって行われた曲
げ試験の結果を示すグラフ、第１０図は窒化ケイ素のウ
ニ状強化材を強化材とする複合材料の曲げ強さと二次元
ランダム及び三次元ランダムに配向された窒化ケイ素ホ
イスカを強化材とする複合材料の曲げ強さとを比較する
目的で行われた曲げ試験の結果を示すグラフ、第１１図
は窒化ケイ素ホイスカ、窒化ケイ素粒子、及び窒化ケイ
素のウニ状強化材の混合物を強化材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
の組合せについて行われた摩耗試験の結果を比較例の結
果と対比して示すグラフ、第１２図は窒化ケイ素ホイス
カ、窒化ケイ素粒子、及び窒化ケイ素のウニ状強化材の
混合物を強化材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ステンレス鋼との組合せについて行
われた摩耗試験の結果を比較例の結果と対比して示すグ
ラフ、第１３図は窒化ケイ素ホイスカ、窒化ケイ素粒子
、及び窒化ケイ素のウニ状強化材の混合物を強化材とし
アルミニウム合金をマトリックス金属とする複合材料に
ついて強化材の体積率をパラメータにとって行われた摩
耗試験の結果を示すグラフ、第１４図は窒化ケイ素のウ
ニ状強化材を強化材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組合せについ
て、ウニ状強化材の全体としての直径をパラメータにと
って行われた摩耗試験の結果を示すグラフ、第１５図は
窒化ケイ素のウニ状強化材を強化材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クロム鋼との組
合せについて、ウニ状強化材の全体としての直径をパラ
メータにとって行われた摩耗試験の結果を示すグラフ、
第１６図は窒化ケイ素のウニ状強化材を強化材としアル
ミニウム合金をマトリックス金属とする複合材料と窒化
ステンレス鋼との組合せについて、ウニ状強化材の全体
としての直径をパラメータにとって行われた摩耗試験の
結果を示すグラフ、第１７図は窒化ケイ素のウニ状強化
材を強化材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組合せについて、ウニ
状強化材の中心部の粒子集合体の直径りとこれより突出
するホイスカの長さしの比をパラメータにとって行われ
た摩耗試験の結果を示すグラフ、第１８図は窒化ケイ素
のウニ状強化材を強化材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クロム鋼との組合せについ
て、ウニ状強化材の中心部の粒子集合体の直径とこれよ
り突出するホイスカの長さの比をパラメータにとって行
われた摩耗試験の結果を示すグラフ、第１９図は窒化ケ
イ素のウニ状強化材を強化材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ステンレス鋼との組合
せについて、ウニ状強化材の中心部の粒子集合体の直径
とこれより突出するボイス力の長さの比をパラメータに
とって行われた摩耗試験の結果を示すグラフ、第２０図
は窒化ケイ素ホイスカ、窒化ケイ素粒子、及び窒化ケイ
素のウニ状強化材の混合物を強化材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球状黒鉛鋳鉄と
の組合せについて行われた摩耗試験の結果を比較例の結
果と対比して示すグラフ、第２１図乃至第２３図はそれ
ぞれ窒化ケイ素ホイスカ、窒化ケイ素粒子、及び窒化ケ
イ素のウニ状強化材の混合物を強化材とし亜鉛合金、鉛
合金、スズ合金をマトリックス金属とする複合材料とス
テンレス鋼との組合せについて行われた摩耗試験の結果
を比較例の結果と対比して示すグラフ、第２４図は窒化
ケイ素ホイスカ、窒化ケイ素粒子、及び窒化ケイ素のウ
ニ状強化材の混合物を強化材とし銅合金をマトリックス
金属とする複合材料とステンレス鋼との組合せについて
行われた摩耗試験の結果を比較例の結果と対比して示す
グラフ、第２５図は窒化ケイ素ホイスカ、窒化ケイ素粒
子、及び窒化ケイ素のウニ状強化材の混合物を強化材と
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
とステンレス鋼との組合せについて、強化材中の全粒子
量及び遊離粒子量をパラメータにとって行われた摩耗試
験の結果を示すグラフ、第２６図は窒化ケイ素ホイスカ
、窒化ケイ素粒子、及び窒化ケイ素のウニ状強化材の混
合物よりなる強化材の成形体を示す斜視図、第２７図は
窒化ケイ素のウニ状強化材を６０００倍にて示す走査電
子顕微鏡写真、第２８図は第２６図に示された成形体を
用いて行われる高圧鋳造の要領を示す解図、第２９図は
窒化ケイ素ホイスカと窒化ケイ素粒子とよりなリホイス
カが二次元ランダムにて配向された成形体を示す斜視図
である。 １ａ・・・窒化ケイ素ホイスカ、ｌｂ・・・窒化ケイ素
粒子、ｌｃ・・・窒化ケイ素のウニ状強化材、２・−・
成形体、３・・・鋳型、４・・・モールドキャビティ、
５・・・溶湯、６・・・プランジャ、７・・・窒化ケイ
素ホイスカ。 ８・・・窒化ケイ素粒子、９・・・成形住持　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１７ 全強化材に対するウニ状強化材の割合（ｗｔ％）第２図 全強化材に対するウニ状強化材の割合（ｗｔ％）第３図 全強化材に対するウニ状強化材の割合（ｗｔ％）第　４
　図 全強化材中の全粒子量（ｗｔ％） 第５図 全強化材の体疑率Ｖｆｔ（’／ａ） 第６図 第７図 全体のｌ径が２２０７！Ａ　以上のウニ状強化材のｆ（
ｗｔ％）第８図 全体の直径が２２０μ以上のウニ状強化材の量（ｗｔ％
）第９図 Ｄ／Ｌ 第１０図 第１１図 第１２図 第１４図 第１５図 第１６図 第２０図 第２１図 （ｍｇ） 第２２図 ！ （ｍｇ） 第２３図 フ゛ ！ （ｍｇ） 第２４図 （ｍｇ） 第２５図 第２６図 ウニ状強化材 第２８図 第２７図 （ｘ６０００） 第２９図 （方　式）（自　発） 手続補正書 昭和６１年９月１９日

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）　窒化ケイ素ホイスカと窒化ケイ素粒子との混合
   物を強化材とし金属をマトリックスとする複合材料であ
   って、前記強化材の少なくとも一部はウニ状強化材であ
   る複合材料。
2. （２）　特許請求の範囲第１項の複合材料に於て、前記
   混合物の体積率は１％以上であることを特徴とする複合
   材料。
3. （３）　特許請求の範囲第１項又は第２項の複合材料に
   於て、前記ウニ状強化材の全体としての直径は２２０μ
   以下であることを特徴とする複合材料。
4. （４）　特許請求の範囲第１項乃至第３項の何れかの複
   合材料に於て、前記ウニ状強化材の中心部の粒子集合体
   の直径とこれより放射状に突出するホイスカの長さとの
   比の値は１／１０〜１であることを特徴とする複合材料
   。
5. （５）　特許請求の範囲第１項乃至第４項の何れかの複
   合材料に於て、前記混合物中の全粒子量は９０ｗｔ％以
   下であることを特徴とする複合材料。
6. （６）　特許請求の範囲第１項乃至第５項の何れかの複
   合材料に於て、前記混合物中の前記ウニ状強化材の量は
   ２０ｗｔ％以上であることを特徴とする複合材料。
7. （７）　特許請求の範囲第１項乃至第６項の複合材料に
   於て、前記混合物の体積率は３０〜４０％であることを
   特徴とする複合材料。
8. （８）　特許請求の範囲第６項の複合材料に於て、前記
   混合物の体積率は５〜３０％であり、前記混合物中の前
   記ウニ状強化材の量は４０ｗｔ％以上であることを特徴
   とする複合材料。
9. （９）　特許請求の範囲第７項又は第８項の複合材料に
   於て、前記金属はアルミニウム合金若しくはマグネシウ
   ム合金であることを特徴とする複合材料。
10. （１０）　特許請求の範囲第１項乃至第６項の何れかの
    複合材料に於て、前記金属はアルミニウム合金、マグネ
    シウム合金、銅合金、スズ合金、鉛合金、亜鉛合金であ
    ることを特徴とする複合材料。