JPS6354055B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6354055B2 JPS6354055B2 JP59109056A JP10905684A JPS6354055B2 JP S6354055 B2 JPS6354055 B2 JP S6354055B2 JP 59109056 A JP59109056 A JP 59109056A JP 10905684 A JP10905684 A JP 10905684A JP S6354055 B2 JPS6354055 B2 JP S6354055B2
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- JP
- Japan
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- silicon
- fibers
- boron
- metal
- fiber
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- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、耐熱性無機繊維で強化されたアルミ
ニウム系又はマグネシウム系金属複合材料に関す
るものである。
ニウム系又はマグネシウム系金属複合材料に関す
るものである。
無機繊維で強化された複合材料としては、炭素
繊維やガラス繊維で強化されたプラスチツク複合
材料が知られている。しかしながら、これらのプ
ラスチツクを母材とした複合材料は、耐熱性の点
で難があるため、利用範囲が制限されるのを免れ
ない。そのために、比強度や比弾性率のような機
械的強度とともに耐熱性の優れた複合材料に対す
る要望が高まり、アルミニウム、マグネシウム又
はそれらの合金を母材とする繊維強化複合材料が
注目されるようになつた。
繊維やガラス繊維で強化されたプラスチツク複合
材料が知られている。しかしながら、これらのプ
ラスチツクを母材とした複合材料は、耐熱性の点
で難があるため、利用範囲が制限されるのを免れ
ない。そのために、比強度や比弾性率のような機
械的強度とともに耐熱性の優れた複合材料に対す
る要望が高まり、アルミニウム、マグネシウム又
はそれらの合金を母材とする繊維強化複合材料が
注目されるようになつた。
ところで、無機繊維は一般にぜい性が高く、破
壊されやすいため、その力学的特性をそこなうこ
となく金属母材と複合させるには、溶融金属中に
無機繊維を浸せきし、あるいは無機繊維に溶融金
属を含浸させる手段をとるのが望ましい。しか
し、無機繊維と金属母材とを緊密に接触させて両
者を結合するには無機繊維の溶融金属に対するぬ
れ性がよくなければならないが、多くの場合無機
繊維は溶融アルミニウムや溶融マグネシウムに対
してぬれにくく、この点が無機繊維―金属複合材
料を製造させる際の大きな隘路となつている。
壊されやすいため、その力学的特性をそこなうこ
となく金属母材と複合させるには、溶融金属中に
無機繊維を浸せきし、あるいは無機繊維に溶融金
属を含浸させる手段をとるのが望ましい。しか
し、無機繊維と金属母材とを緊密に接触させて両
者を結合するには無機繊維の溶融金属に対するぬ
れ性がよくなければならないが、多くの場合無機
繊維は溶融アルミニウムや溶融マグネシウムに対
してぬれにくく、この点が無機繊維―金属複合材
料を製造させる際の大きな隘路となつている。
無機繊維の溶融金属に対するぬれ性を改善し
て、両者を強固に結合させる方法としては、無機
繊維の表面を、溶融金属にぬれやすい物質である
チタン―ホウ素間化合物で被覆する方法が知られ
ている（特開昭51−81703号公報）。
て、両者を強固に結合させる方法としては、無機
繊維の表面を、溶融金属にぬれやすい物質である
チタン―ホウ素間化合物で被覆する方法が知られ
ている（特開昭51−81703号公報）。
しかしながら、このチタン―ホウ素間化合物
は、無機繊維よりも溶融金属に対するぬれ性が高
いとはいえ、まだ不十分なため、繊維束を溶融金
属に浸せきした場合、その中心部分まで金属を浸
透させることは非常に困難であり、十分な強度の
複合材料を得ることができない。
は、無機繊維よりも溶融金属に対するぬれ性が高
いとはいえ、まだ不十分なため、繊維束を溶融金
属に浸せきした場合、その中心部分まで金属を浸
透させることは非常に困難であり、十分な強度の
複合材料を得ることができない。
本発明は、このような事情のもとで溶融金属に
対するぬれ性を改善した耐熱性非金属無機繊維と
アルミニウム又はマグネシウムとからなる、機械
的性質の優れた複合材料を提供することを目的と
するものである。
対するぬれ性を改善した耐熱性非金属無機繊維と
アルミニウム又はマグネシウムとからなる、機械
的性質の優れた複合材料を提供することを目的と
するものである。
本発明者らは、無機繊維とアルミニウム、マグ
ネシウム又はそれらの合金との新規な複合材料を
開発するために鋭意研究を重ねた結果、ホウ素と
ケイ素からなる被覆を表面に施した非金属無機繊
維が溶融アルミニウム又は溶融マグネシウムに対
し、良好なぬれ性を有し、これを用いれば優れた
機械的強度をもつ複合材料が得られることを見出
し、この知見に基づいて本発明をなすに至つた。
ネシウム又はそれらの合金との新規な複合材料を
開発するために鋭意研究を重ねた結果、ホウ素と
ケイ素からなる被覆を表面に施した非金属無機繊
維が溶融アルミニウム又は溶融マグネシウムに対
し、良好なぬれ性を有し、これを用いれば優れた
機械的強度をもつ複合材料が得られることを見出
し、この知見に基づいて本発明をなすに至つた。
すなわち、本発明は、(イ)ホウ素75〜95モル％及
びケイ素25〜５モル％の組成の層で表面を被覆さ
れた耐熱性非金属無機繊維と、(ロ)アルミニウム、
マグネシウム及びそれらの合金の中から選ばれた
金属とからなる無機繊維―金属複合材料を提供す
るものである。
びケイ素25〜５モル％の組成の層で表面を被覆さ
れた耐熱性非金属無機繊維と、(ロ)アルミニウム、
マグネシウム及びそれらの合金の中から選ばれた
金属とからなる無機繊維―金属複合材料を提供す
るものである。
本発明で用いる耐熱性非金属無機繊維とは、そ
の溶融温度、軟化温度又は昇華温度のような耐熱
性に関係する温度が800℃以上の非金属無機質材
料からなる繊維のことであつて、このようなもの
の例としては、炭素、炭化ケイ素、アルミナ、ジ
ルコニア、シリカ、チタニア、チタニア―シリ
カ、アルミナ―シリカ、窒化ホウ素、窒化ケイ
素、アルミナ―ボリア―シリカの繊維を挙げるこ
とができる。そして、炭素繊維には炭化段階、黒
鉛化段階のものが含まれており、原料繊維によつ
て分類されるポリアクリロニトリル系、レーヨン
系、ピツチ系、液晶ピツチ系その他のものがあ
る。また、炭化ケイ素以外の金属炭化物繊維を用
いることもできる。これらの繊維は単一成分とし
て用いてもよいし、また２種以上混合して用いて
もよい。さらに、これらの繊維を主成分とし、そ
の他の繊維との混合物であつてもよい。また、組
成上で必ずしも純粋である必要はなく、その他の
物質が混入したものであつてもよい。例えばポリ
カルボシランから製造される炭化ケイ素繊維は組
成的にシリカならびに単体炭素を多少含有してい
る。また、無機繊維の上に上記繊維の各種成分あ
るいはそれらの混合物を表面に被覆させている繊
維も用いることができる。例えば炭化ケイ素、あ
るいは窒化ホウ素を外表面に被覆させた炭素繊
維、ポリカルボシラン系炭化ケイ素繊維である。
アルミナ繊維もまたたがいに異なる数種の製法が
あり、シリカを20重量％以下含有する、一般にア
ルミナ繊維と呼称されるものも含まれる。アルミ
ナ―シリカ繊維には各種の組成比のものがある。
の溶融温度、軟化温度又は昇華温度のような耐熱
性に関係する温度が800℃以上の非金属無機質材
料からなる繊維のことであつて、このようなもの
の例としては、炭素、炭化ケイ素、アルミナ、ジ
ルコニア、シリカ、チタニア、チタニア―シリ
カ、アルミナ―シリカ、窒化ホウ素、窒化ケイ
素、アルミナ―ボリア―シリカの繊維を挙げるこ
とができる。そして、炭素繊維には炭化段階、黒
鉛化段階のものが含まれており、原料繊維によつ
て分類されるポリアクリロニトリル系、レーヨン
系、ピツチ系、液晶ピツチ系その他のものがあ
る。また、炭化ケイ素以外の金属炭化物繊維を用
いることもできる。これらの繊維は単一成分とし
て用いてもよいし、また２種以上混合して用いて
もよい。さらに、これらの繊維を主成分とし、そ
の他の繊維との混合物であつてもよい。また、組
成上で必ずしも純粋である必要はなく、その他の
物質が混入したものであつてもよい。例えばポリ
カルボシランから製造される炭化ケイ素繊維は組
成的にシリカならびに単体炭素を多少含有してい
る。また、無機繊維の上に上記繊維の各種成分あ
るいはそれらの混合物を表面に被覆させている繊
維も用いることができる。例えば炭化ケイ素、あ
るいは窒化ホウ素を外表面に被覆させた炭素繊
維、ポリカルボシラン系炭化ケイ素繊維である。
アルミナ繊維もまたたがいに異なる数種の製法が
あり、シリカを20重量％以下含有する、一般にア
ルミナ繊維と呼称されるものも含まれる。アルミ
ナ―シリカ繊維には各種の組成比のものがある。
これらの繊維には、多くの場合単繊維あるいは
フイラメントの径が５〜30μmの長繊維のほか、
短繊維がある。短繊維では製法によつて3μm前後
の径の細い繊維もある。長さは平均して50mm前後
のものがあり、またより短いもの、より長いもの
がある。また長繊維を切断したものもある。さら
に、形状としては、長繊維の複数本のフイラメン
トからなる糸、トウ、あるいは織物、フイラメン
トがたがいにからみ合つたペーパー状、フエルト
状のものがある。短繊維からはペーパー状、フエ
ルト状のもののほかに綿状のものがあり、また糸
にしたものがある。以上のように、本発明では各
種の形状の繊維を原料繊維に使用することがで
き、繊維の形状には特に制限はない。
フイラメントの径が５〜30μmの長繊維のほか、
短繊維がある。短繊維では製法によつて3μm前後
の径の細い繊維もある。長さは平均して50mm前後
のものがあり、またより短いもの、より長いもの
がある。また長繊維を切断したものもある。さら
に、形状としては、長繊維の複数本のフイラメン
トからなる糸、トウ、あるいは織物、フイラメン
トがたがいにからみ合つたペーパー状、フエルト
状のものがある。短繊維からはペーパー状、フエ
ルト状のもののほかに綿状のものがあり、また糸
にしたものがある。以上のように、本発明では各
種の形状の繊維を原料繊維に使用することがで
き、繊維の形状には特に制限はない。
次に、本発明において、上記の無機繊維の表面
に被覆されている被膜層は、ホウ素―ケイ素間化
合物及びその混合物で構成されている。このホウ
素―ケイ素間化合物としては、例えばB12Si、
B6Si、B4Siなどを挙げることができるが、必ず
しもこのような化学量論的化合物のみに限定され
るものではなく、ホウ素とケイ素を組成上含んで
いるもの全てを包含する。
に被覆されている被膜層は、ホウ素―ケイ素間化
合物及びその混合物で構成されている。このホウ
素―ケイ素間化合物としては、例えばB12Si、
B6Si、B4Siなどを挙げることができるが、必ず
しもこのような化学量論的化合物のみに限定され
るものではなく、ホウ素とケイ素を組成上含んで
いるもの全てを包含する。
この被膜層は、ホウ素75〜95モル％とケイ素25
〜５モル％からなることが必要であり、これより
もホウ素の量が少なくなつたり、ケイ素の量が少
なくなると溶融金属に対するぬれ性が不十分にな
る。
〜５モル％からなることが必要であり、これより
もホウ素の量が少なくなつたり、ケイ素の量が少
なくなると溶融金属に対するぬれ性が不十分にな
る。
繊維上に被覆されるホウ素とケイ素とを含む層
の厚さは10Å〜1μmが望ましい。さらに50〜500
Åの範囲がより望ましい。
の厚さは10Å〜1μmが望ましい。さらに50〜500
Åの範囲がより望ましい。
本発明の複合材料は、例えばホウ素化合物とケ
イ素化合物を還元雰囲気中で気化させて、耐熱性
非金属無機繊維表面にホウ素75〜95モル％及びケ
イ素25〜５モル％の割合になるように沈着させて
被覆したのち、これをアルミニウム、マグネシウ
ム及びそれらの合金の中から選ばれた金属と複合
させることによつて製造することができる。
イ素化合物を還元雰囲気中で気化させて、耐熱性
非金属無機繊維表面にホウ素75〜95モル％及びケ
イ素25〜５モル％の割合になるように沈着させて
被覆したのち、これをアルミニウム、マグネシウ
ム及びそれらの合金の中から選ばれた金属と複合
させることによつて製造することができる。
そして、ケイ素とホウ素とを無機繊維上に沈着
させるには、気相から沈着させる方法が適してい
る。これには物理蒸着法、化学蒸着法、両者の混
合法があるが、化学蒸着法が最も適している。こ
の方法では、例えばホウ素、ケイ素のハロゲン化
物あるいは水素化物が被膜沈着用原料として用い
られ、加熱された無機繊維にこれを接触させる方
法がとられる。この方法にはホウ素、ケイ素のハ
ロゲン化物を還元する方法が含まれる。たとえば
三塩化ホウ素と四塩化ケイ素を亜鉛蒸気を含む気
体とともに加熱した繊維に接触させる方法は好ま
しい方法である。上記のような被覆用気体にはキ
ヤリヤーガスあるいは濃度調節用ガスとして不活
性ガスあるいは還元性ガスを混入させることがで
きる。亜鉛蒸気還元法を用いる際の被覆温度は
500℃以上900℃以下が望ましい。亜鉛蒸気を用い
ない還元法、或いは熱分解法による被覆温度は一
般に600〜1500℃である。
させるには、気相から沈着させる方法が適してい
る。これには物理蒸着法、化学蒸着法、両者の混
合法があるが、化学蒸着法が最も適している。こ
の方法では、例えばホウ素、ケイ素のハロゲン化
物あるいは水素化物が被膜沈着用原料として用い
られ、加熱された無機繊維にこれを接触させる方
法がとられる。この方法にはホウ素、ケイ素のハ
ロゲン化物を還元する方法が含まれる。たとえば
三塩化ホウ素と四塩化ケイ素を亜鉛蒸気を含む気
体とともに加熱した繊維に接触させる方法は好ま
しい方法である。上記のような被覆用気体にはキ
ヤリヤーガスあるいは濃度調節用ガスとして不活
性ガスあるいは還元性ガスを混入させることがで
きる。亜鉛蒸気還元法を用いる際の被覆温度は
500℃以上900℃以下が望ましい。亜鉛蒸気を用い
ない還元法、或いは熱分解法による被覆温度は一
般に600〜1500℃である。
ホウ素とケイ素からなる層を被覆させた無機繊
維を母材金属に混入させるためには、溶融金属に
接触させることが望ましい。これには、被覆繊維
を溶融金属に浸せきし、あるいは潜入通過させる
方法をとることができる。本発明の被覆繊維集合
体では、特別の加圧なしにフイラメントの間隙を
実質上完全に金属によつて充てんさせることがで
きる。
維を母材金属に混入させるためには、溶融金属に
接触させることが望ましい。これには、被覆繊維
を溶融金属に浸せきし、あるいは潜入通過させる
方法をとることができる。本発明の被覆繊維集合
体では、特別の加圧なしにフイラメントの間隙を
実質上完全に金属によつて充てんさせることがで
きる。
金属としてはアルミニウム、マグネシウム、そ
れらを主成分とする合金が用いられる。合金の含
有成分としては、例えば、アルミニウム合金の場
合、銅、マンガン、ケイ素、マグネシウム、ケイ
素―マグネシウムがある。マグネシウム合金とし
てはアルミニウム、亜鉛、マンガン、ケイ素、
銅、ニツケルがある。含有成分の種類が多いた
め、それらの含有率を記述することは困難であ
る。母材金属としては、亜鉛、鉛、スズ又はそれ
らを主成分とする合金をも用いることができる。
これらを母材とする無機繊維強化金属は摩擦特性
を利用する用途に使用することができる。
れらを主成分とする合金が用いられる。合金の含
有成分としては、例えば、アルミニウム合金の場
合、銅、マンガン、ケイ素、マグネシウム、ケイ
素―マグネシウムがある。マグネシウム合金とし
てはアルミニウム、亜鉛、マンガン、ケイ素、
銅、ニツケルがある。含有成分の種類が多いた
め、それらの含有率を記述することは困難であ
る。母材金属としては、亜鉛、鉛、スズ又はそれ
らを主成分とする合金をも用いることができる。
これらを母材とする無機繊維強化金属は摩擦特性
を利用する用途に使用することができる。
本発明における複合材料を製造するためにとら
れる最も典型的な方法は、無機繊維の糸を700℃
前後に加熱した被覆室に送入し、蒸着用気体に接
触させて、被膜を被覆させ、次いで還元性或いは
不活性雰囲気下の溶融母材金属中を通過させて、
その後母材を固化させるものである。この方法に
よつてワイヤを得ることができるので、ここれを
集積してホツトプレスによつて形状の異なつた複
合材料にすることができる。
れる最も典型的な方法は、無機繊維の糸を700℃
前後に加熱した被覆室に送入し、蒸着用気体に接
触させて、被膜を被覆させ、次いで還元性或いは
不活性雰囲気下の溶融母材金属中を通過させて、
その後母材を固化させるものである。この方法に
よつてワイヤを得ることができるので、ここれを
集積してホツトプレスによつて形状の異なつた複
合材料にすることができる。
以下に本発明を具体的に例示するために実施例
を記述する。
を記述する。
実施例 １
外表面に炭化ケイ素被膜を有する7μm径のフイ
ラメント3000本からなるPAN系高強度タイプ炭
素繊維糸を容積比１：５：60のBCl3、SiCl4、Ar
の混合気体とともに流している700℃の被覆室中
を連続的に移動させて、ホウ素とケイ素を含む被
膜を被覆させたのち、Ar雰囲気下700℃の溶融マ
グネシウム合金中を通じ、室温の大気中に引き出
した。
ラメント3000本からなるPAN系高強度タイプ炭
素繊維糸を容積比１：５：60のBCl3、SiCl4、Ar
の混合気体とともに流している700℃の被覆室中
を連続的に移動させて、ホウ素とケイ素を含む被
膜を被覆させたのち、Ar雰囲気下700℃の溶融マ
グネシウム合金中を通じ、室温の大気中に引き出
した。
フイラメントの間隙をマグネシウム合金で完全
に充てんしているワイヤを得た。横断面積約0.3
mm2、引張り強さ94Kg/mm2であつた。
に充てんしているワイヤを得た。横断面積約0.3
mm2、引張り強さ94Kg/mm2であつた。
比較例
PAN系高弾性タイプ炭素繊維を用いて、実施
例１と同一条件で繊維強化アルミニウムワイヤを
調製した。また同一の炭素繊維から、SiCl4を
TiCl4に変えたほかは実施例１と同一条件で繊維
強化アルミニウムワイヤを調製した。ホウ素―ケ
イ素被膜の場合は、糸の中心部まで金属が浸透し
ていたが、チタン―ホウ素被膜の場合は糸の外側
部分約30％に浸透しているに過ぎなかつた。
例１と同一条件で繊維強化アルミニウムワイヤを
調製した。また同一の炭素繊維から、SiCl4を
TiCl4に変えたほかは実施例１と同一条件で繊維
強化アルミニウムワイヤを調製した。ホウ素―ケ
イ素被膜の場合は、糸の中心部まで金属が浸透し
ていたが、チタン―ホウ素被膜の場合は糸の外側
部分約30％に浸透しているに過ぎなかつた。
実施例 ２
直径13μm、引張り強さ210Kg/mm2のフイラメン
ト500本からなるポリカルボシラン系炭化ケイ素
繊維を、容積比４：１：50のBCl3、SiCl4、Arの
混合気体と亜鉛蒸気と水素の混合気体を混入させ
ている700℃の被覆室を滞流時間６分間で通し、
次いで水素雰囲気下700℃の溶融アルミニウム合
金（ケイ素13％含有）中を通して、室温の大気中
に連続的に引き出した。フイラメントの間隙を合
金が完全に充てんしたワイヤが得られた。横断面
積約0.2mm2、引張り強さ78Kg/mm2であつた。
ト500本からなるポリカルボシラン系炭化ケイ素
繊維を、容積比４：１：50のBCl3、SiCl4、Arの
混合気体と亜鉛蒸気と水素の混合気体を混入させ
ている700℃の被覆室を滞流時間６分間で通し、
次いで水素雰囲気下700℃の溶融アルミニウム合
金（ケイ素13％含有）中を通して、室温の大気中
に連続的に引き出した。フイラメントの間隙を合
金が完全に充てんしたワイヤが得られた。横断面
積約0.2mm2、引張り強さ78Kg/mm2であつた。
実施例 ３
直径17μm、引張り強さ180Kg/mm2のシリカ15％
含有アルミナ長繊維糸を実施例１と同様の条件で
処理し、溶融アルミニウムを含浸させた。繊維の
含有率34容量％、引張り強さ67Kg/mm2のワイヤを
得た。
含有アルミナ長繊維糸を実施例１と同様の条件で
処理し、溶融アルミニウムを含浸させた。繊維の
含有率34容量％、引張り強さ67Kg/mm2のワイヤを
得た。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ (イ)ホウ素75〜95モル％及びケイ素25〜５モル
％の組成の層で表面を被覆された耐熱性非金属無
機繊維と、(ロ)アルミニウム、マグネシウム及びそ
れらの合金の中から選ばれた金属とからなる無機
繊維―金属複合材料。 ２ ホウ素化合物とケイ素化合物を還元雰囲気中
で気化させて、耐熱性非金属無機繊維表面にホウ
素75〜95モル％及びケイ素25〜５モル％の割合に
なるように沈着させて被覆したのち、これをアル
ミニウム、マグネシウム及びそれらの合金の中か
ら選ばれた金属と複合させることを特徴とする無
機繊維―金属複合材料の製造方法。 ３ ホウ素及びケイ素で表面を被覆した耐熱性非
金属無機繊維の複数本を集積し、溶融した金属中
に浸せきし、各繊維間の間隙に金属を充てんさせ
る特許請求の範囲第２項記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10905684A JPS60251247A (ja) | 1984-05-28 | 1984-05-28 | 無機繊維一金属複合材料とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10905684A JPS60251247A (ja) | 1984-05-28 | 1984-05-28 | 無機繊維一金属複合材料とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60251247A JPS60251247A (ja) | 1985-12-11 |
| JPS6354055B2 true JPS6354055B2 (ja) | 1988-10-26 |
Family
ID=14500479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10905684A Granted JPS60251247A (ja) | 1984-05-28 | 1984-05-28 | 無機繊維一金属複合材料とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60251247A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2045150T3 (es) * | 1987-12-12 | 1994-01-16 | Fujitsu Ltd | Material compuesto a base de magnesio, sinterizado, y proceimiento para prepararlo. |
| JPH04304333A (ja) * | 1991-03-25 | 1992-10-27 | Aluminum Co Of America <Alcoa> | アルミニウムまたはアルミニウム合金をマトリクスとする複合材料およびその強化材とマトリクスとの濡れおよび結合を向上させる方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5616638A (en) * | 1979-07-23 | 1981-02-17 | Sumitomo Chem Co Ltd | Aluminous fiber-reinforced aluminum type metal-base composite material |
-
1984
- 1984-05-28 JP JP10905684A patent/JPS60251247A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60251247A (ja) | 1985-12-11 |
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