JP2952087B2 - 表面に窒化層を有するホウ酸アルミニウムウィスカー及びプリフォームの製造方法 - Google Patents
表面に窒化層を有するホウ酸アルミニウムウィスカー及びプリフォームの製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＦＲＭの補強材として用
いられる、表面に窒化層を有するホウ酸アルミニウムウ
ィスカー及びプリフォームの製造方法に関する。
いられる、表面に窒化層を有するホウ酸アルミニウムウ
ィスカー及びプリフォームの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ホウ酸アルミニウムは、一般的にｎＡｌ
2 Ｏ3 ・ｍＢ2 Ｏ3 の化学式で示される。そのウィスカ
ーには、９Ａｌ2 Ｏ3 ・２Ｂ2 Ｏ3 と２Ａｌ2 Ｏ3 ・Ｂ
2 Ｏ3 との２つが存在する。このうち、９Ａｌ2 Ｏ3 ・
２Ｂ2 Ｏ3 のウィスカーは、チタン酸カリウムウィスカ
ー以上の強度及びＳｉＣウィスカーに匹敵する弾性率を
有し、しかも耐熱性、耐薬品性を有するため、ＦＲＭ用
の強化繊維として期待されている。
2 Ｏ3 ・ｍＢ2 Ｏ3 の化学式で示される。そのウィスカ
ーには、９Ａｌ2 Ｏ3 ・２Ｂ2 Ｏ3 と２Ａｌ2 Ｏ3 ・Ｂ
2 Ｏ3 との２つが存在する。このうち、９Ａｌ2 Ｏ3 ・
２Ｂ2 Ｏ3 のウィスカーは、チタン酸カリウムウィスカ
ー以上の強度及びＳｉＣウィスカーに匹敵する弾性率を
有し、しかも耐熱性、耐薬品性を有するため、ＦＲＭ用
の強化繊維として期待されている。
【０００３】しかし、このホウ酸アルミニウムウィスカ
ーをＦＲＭの強化繊維として使用する場合、マトリック
ス金属によっては、金属とウィスカーとが反応してウィ
スカーの特性が失われる。例えば、マトリックス金属が
ＡｌやＭｇなど非常に還元性の強い金属を含む場合、こ
れらの金属がホウ酸アルミニウムウィスカー中の酸素と
反応してＡｌ2 Ｏ3 やＭｇＯが生成するため、十分な補
強効果が得られないという問題があった。
ーをＦＲＭの強化繊維として使用する場合、マトリック
ス金属によっては、金属とウィスカーとが反応してウィ
スカーの特性が失われる。例えば、マトリックス金属が
ＡｌやＭｇなど非常に還元性の強い金属を含む場合、こ
れらの金属がホウ酸アルミニウムウィスカー中の酸素と
反応してＡｌ2 Ｏ3 やＭｇＯが生成するため、十分な補
強効果が得られないという問題があった。
【０００４】また、ホウ酸アルミニウムウィスカー、Ｓ
ｉＣウィスカー、Ｓｉ3 Ｎ4 ウィスカーなどをＦＲＭの
強化繊維として使用する場合、プリフォームとして使用
するのが一般的であり、プリフォームの状態でも高い強
度を保持することが要望されている。
ｉＣウィスカー、Ｓｉ3 Ｎ4 ウィスカーなどをＦＲＭの
強化繊維として使用する場合、プリフォームとして使用
するのが一般的であり、プリフォームの状態でも高い強
度を保持することが要望されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、マト
リックス金属との反応を防止することができ、ＦＲＭの
補強繊維として有効に使用することができる表面に窒化
層を有するホウ酸アルミニウムウィスカー及びプリフォ
ームを製造できる方法を提供することにある。
リックス金属との反応を防止することができ、ＦＲＭの
補強繊維として有効に使用することができる表面に窒化
層を有するホウ酸アルミニウムウィスカー及びプリフォ
ームを製造できる方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段と作用】本発明の表面に窒
化層を有するホウ酸アルミニウムウィスカーの製造方法
は、ホウ酸アルミニウムウィスカーを、炭化水素ガスと
アンモニアガスとの混合ガス中又はアンモニアガス中
で、１１００〜１４００℃に加熱し、ホウ酸アルミニウ
ムウィスカーの表面に窒化層を形成させることを特徴と
するものである。
化層を有するホウ酸アルミニウムウィスカーの製造方法
は、ホウ酸アルミニウムウィスカーを、炭化水素ガスと
アンモニアガスとの混合ガス中又はアンモニアガス中
で、１１００〜１４００℃に加熱し、ホウ酸アルミニウ
ムウィスカーの表面に窒化層を形成させることを特徴と
するものである。
【０００７】本発明の表面に窒化層を有するホウ酸アル
ミニウムウィスカープリフォームの製造方法は、ホウ酸
アルミニウムウィスカーの成形体を、炭化水素ガスとア
ンモニアガスとの混合ガス中又はアンモニアガス中で、
１１００〜１４００℃に加熱し、成形体を構成するホウ
酸アルミニウムウィスカーの表面に窒化層を形成させる
ことを特徴とするものである。以下、本発明を更に詳細
に説明する。
ミニウムウィスカープリフォームの製造方法は、ホウ酸
アルミニウムウィスカーの成形体を、炭化水素ガスとア
ンモニアガスとの混合ガス中又はアンモニアガス中で、
１１００〜１４００℃に加熱し、成形体を構成するホウ
酸アルミニウムウィスカーの表面に窒化層を形成させる
ことを特徴とするものである。以下、本発明を更に詳細
に説明する。
【０００８】本発明においては、ホウ酸アルミニウムウ
ィスカーを成形せずに反応させ、表面に窒化層を形成さ
せた後、ウィスカーを成形してプリフォームを製造して
もよいし、ホウ酸アルミニウムウィスカーの成形体を反
応させることにより、表面に窒化層を有するウィスカー
のプリフォームを製造してもよい。
ィスカーを成形せずに反応させ、表面に窒化層を形成さ
せた後、ウィスカーを成形してプリフォームを製造して
もよいし、ホウ酸アルミニウムウィスカーの成形体を反
応させることにより、表面に窒化層を有するウィスカー
のプリフォームを製造してもよい。
【０００９】後者の方法において、ホウ酸アルミニウム
ウィスカーの成形体を作製する方法としては、一般的な
方法を用いることができる。例えば、ホウ酸アルミニウ
ムウィスカーを金型に充填してプレスする方法、ホウ酸
アルミニウムウィスカーを溶媒に分散させ、溶媒を吸引
ろ過すると同時に成形して乾燥する方法などが採用でき
る。ただし、この段階で、ウィスカーがからまって毛玉
ができたり、気孔が成形体中に取り込まれないようにす
ることが重要である。いずれの成形方法でも、プレス圧
などを制御することにより成形体のかさ密度を調整すれ
ば、窒化層を形成した後のプリフォームのかさ密度、す
なわち複合材料とした場合のＶｆ値（繊維体積百分率）
を調整できる。
ウィスカーの成形体を作製する方法としては、一般的な
方法を用いることができる。例えば、ホウ酸アルミニウ
ムウィスカーを金型に充填してプレスする方法、ホウ酸
アルミニウムウィスカーを溶媒に分散させ、溶媒を吸引
ろ過すると同時に成形して乾燥する方法などが採用でき
る。ただし、この段階で、ウィスカーがからまって毛玉
ができたり、気孔が成形体中に取り込まれないようにす
ることが重要である。いずれの成形方法でも、プレス圧
などを制御することにより成形体のかさ密度を調整すれ
ば、窒化層を形成した後のプリフォームのかさ密度、す
なわち複合材料とした場合のＶｆ値（繊維体積百分率）
を調整できる。
【００１０】本発明において、炭化水素ガスとアンモニ
アガスとの混合比に関しては、炭化水素ガスの割合が増
えると、窒化層の形成速度は速くなるものの、カーボン
が副生しやすくなり、後で脱炭工程が必要になる。この
ため、炭化水素ガス／アンモニアガスの比（体積比）
は、０／１００〜５０／１００の範囲が好ましく、更に
０／１００〜２０／１００の範囲がより好ましい。
アガスとの混合比に関しては、炭化水素ガスの割合が増
えると、窒化層の形成速度は速くなるものの、カーボン
が副生しやすくなり、後で脱炭工程が必要になる。この
ため、炭化水素ガス／アンモニアガスの比（体積比）
は、０／１００〜５０／１００の範囲が好ましく、更に
０／１００〜２０／１００の範囲がより好ましい。
【００１１】本発明において、反応温度に関しては、１
１００℃未満では窒化層の形成反応の進行が遅くなり、
１４００℃を超えるとウィスカー基体内部まで窒化が進
行しすぎて、ホウ酸アルミニウムウィスカーの基本特性
が損なわれる。逆に、加熱温度によって、窒化層の厚さ
を制御できる。また、表面に窒化層を有するは時間とと
もに進行するため、各温度における加熱時間を調整する
ことによっても、窒化層の厚さを制御できる。
１００℃未満では窒化層の形成反応の進行が遅くなり、
１４００℃を超えるとウィスカー基体内部まで窒化が進
行しすぎて、ホウ酸アルミニウムウィスカーの基本特性
が損なわれる。逆に、加熱温度によって、窒化層の厚さ
を制御できる。また、表面に窒化層を有するは時間とと
もに進行するため、各温度における加熱時間を調整する
ことによっても、窒化層の厚さを制御できる。
【００１２】本発明の方法によりホウ酸アルミニウムウ
ィスカーを窒化すると、その表面にＡｌＮ層や、ＢＮ系
などの窒化層が形成される。この際、窒化はホウ酸アル
ミニウムウィスカーの表面から徐々に進行し、ホウ酸ア
ルミニウムウィスカー基体と窒化層との界面には、中間
層として酸窒化物が形成される。このため、基体と窒化
層との熱膨張係数及び弾性率の違いによる窒化層のはが
れは生じない。
ィスカーを窒化すると、その表面にＡｌＮ層や、ＢＮ系
などの窒化層が形成される。この際、窒化はホウ酸アル
ミニウムウィスカーの表面から徐々に進行し、ホウ酸ア
ルミニウムウィスカー基体と窒化層との界面には、中間
層として酸窒化物が形成される。このため、基体と窒化
層との熱膨張係数及び弾性率の違いによる窒化層のはが
れは生じない。
【００１３】本発明の方法を用いれば、ウィスカーに損
傷を与えることなく表面に窒化層を形成できる。このウ
ィスカーをＦＲＭの補強繊維として用いた場合、窒化層
によりウィスカーとマトリックス金属との反応を防止す
ることができ、ウィスカーによる補強効果を十分に発揮
させることができる。また、本発明の方法を用いれば、
表面に窒化層を有するウィスカープリフォームを簡便に
製造することができる。
傷を与えることなく表面に窒化層を形成できる。このウ
ィスカーをＦＲＭの補強繊維として用いた場合、窒化層
によりウィスカーとマトリックス金属との反応を防止す
ることができ、ウィスカーによる補強効果を十分に発揮
させることができる。また、本発明の方法を用いれば、
表面に窒化層を有するウィスカープリフォームを簡便に
製造することができる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 ［実験Ｎｏ．１〜１１］ウィスカーとしてホウ酸アルミ
ニウムウィスカー（化学式９Ａｌ2 Ｏ3 ・２Ｂ2 Ｏ3 、
平均径０．７μｍ、平均長さ２０μｍ）を用いた。
ニウムウィスカー（化学式９Ａｌ2 Ｏ3 ・２Ｂ2 Ｏ3 、
平均径０．７μｍ、平均長さ２０μｍ）を用いた。
【００１５】これらの原料を、表１に示す条件で反応さ
せた。なお、表１では炭化水素ガスをＨＣ、アンモニア
ガスをＮＨ3 と表示している。反応後、ウィスカーの性
状を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察及び粉末Ｘ線回折分
析で調査した。これらの結果を表１に併記する。なお、
表１中の結晶相の欄において、Ｓは強、Ｍは中、Ｗは
弱、Ｔｒは微弱のＸ線ピークを表わす。表１から明らか
なように、適当な条件を設定すれば、ウィスカーの表面
に窒化層が形成されることがわかる。
せた。なお、表１では炭化水素ガスをＨＣ、アンモニア
ガスをＮＨ3 と表示している。反応後、ウィスカーの性
状を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察及び粉末Ｘ線回折分
析で調査した。これらの結果を表１に併記する。なお、
表１中の結晶相の欄において、Ｓは強、Ｍは中、Ｗは
弱、Ｔｒは微弱のＸ線ピークを表わす。表１から明らか
なように、適当な条件を設定すれば、ウィスカーの表面
に窒化層が形成されることがわかる。
【００１６】
【表１】 ［実験Ｎｏ．２１〜３２］ウィスカーとしてホウ酸アル
ミニウムウィスカー（化学式９Ａｌ2 Ｏ3 ・２Ｂ
2 Ｏ3 、平均径０．７μｍ、平均長さ２０μｍ）を用い
た。
ミニウムウィスカー（化学式９Ａｌ2 Ｏ3 ・２Ｂ
2 Ｏ3 、平均径０．７μｍ、平均長さ２０μｍ）を用い
た。
【００１７】ウィスカーを金型に充填し、反応後に得ら
れるウィスカープリフォームの繊維体積率（Ｖｆ値）が
所定値となるようにプレス圧を調整して金型成形した。
得られた成形体（３５ｍｍ×２０ｍｍ×１００ｍｍ）を
用い、表２に示す条件で反応させた。反応後のプリフォ
ームのＶｆ値を気孔率から求め、プリフォームを構成す
るウィスカーの性状を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察及
び粉末Ｘ線回折分析で調査した。これらの結果を表２に
併記する。表２でも表１と同様な結果が得られているこ
とがわかる。
れるウィスカープリフォームの繊維体積率（Ｖｆ値）が
所定値となるようにプレス圧を調整して金型成形した。
得られた成形体（３５ｍｍ×２０ｍｍ×１００ｍｍ）を
用い、表２に示す条件で反応させた。反応後のプリフォ
ームのＶｆ値を気孔率から求め、プリフォームを構成す
るウィスカーの性状を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察及
び粉末Ｘ線回折分析で調査した。これらの結果を表２に
併記する。表２でも表１と同様な結果が得られているこ
とがわかる。
【００１８】
【表２】 ［ＦＲＭの作製］
【００１９】表１のＮｏ．２、４、６、７、１１、表２
のＮｏ．２２、２４、２７、２８の表面に窒化層を有す
るウィスカー又はプリフォームを用い、一般的に用いら
れる溶湯鍛造法によりＡｌ合金（２．５ｗｔ％Ｍｇ含
有）をマトリックスとしたＦＲＭを作製した。
のＮｏ．２２、２４、２７、２８の表面に窒化層を有す
るウィスカー又はプリフォームを用い、一般的に用いら
れる溶湯鍛造法によりＡｌ合金（２．５ｗｔ％Ｍｇ含
有）をマトリックスとしたＦＲＭを作製した。
【００２０】得られたＦＲＭの曲げ強度及び曲げ弾性率
を評価した。比較のために、マトリックス金属のみ、及
び表面に窒化層を形成していないウィスカーを用いて作
製されたＦＲＭについても、同様に曲げ強度及び曲げ弾
性率を評価した。これらの結果を表３に示す。
を評価した。比較のために、マトリックス金属のみ、及
び表面に窒化層を形成していないウィスカーを用いて作
製されたＦＲＭについても、同様に曲げ強度及び曲げ弾
性率を評価した。これらの結果を表３に示す。
【００２１】表３から明らかなように、本発明の方法で
製造された表面に窒化層を有するウィスカー又はそのプ
リフォームを用いて作製されたＦＲＭは、曲げ強度及び
曲げ弾性率が優れている。
製造された表面に窒化層を有するウィスカー又はそのプ
リフォームを用いて作製されたＦＲＭは、曲げ強度及び
曲げ弾性率が優れている。
【００２２】
【表３】
【００２３】
【発明の効果】以上詳述したように本発明の方法を用い
れば、ホウ酸アルミニウムウィスカーの表面に形成され
た窒化層によりウィスカーとマトリックス金属との反応
を防止できるので、ウィスカーによる補強効果を十分に
発揮させることができる。また、本発明の方法を用いれ
ば、表面に窒化層を有するウィスカーのプリフォームを
簡便に製造できる。
れば、ホウ酸アルミニウムウィスカーの表面に形成され
た窒化層によりウィスカーとマトリックス金属との反応
を防止できるので、ウィスカーによる補強効果を十分に
発揮させることができる。また、本発明の方法を用いれ
ば、表面に窒化層を有するウィスカーのプリフォームを
簡便に製造できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 正隆 神奈川県秦野市曽屋30番地 東芝セラミ ックス株式会社中央研究所内 (72)発明者 山下 肇 神奈川県秦野市曽屋30番地 東芝セラミ ックス株式会社中央研究所内 (72)発明者 黒野 信久 愛知県名古屋市港区築三町１丁目11番地 株式会社エス・ティー・ケー・セラミ ックス研究所内 (72)発明者 斎藤 肇 愛知県名古屋市港区築三町１丁目11番地 株式会社エス・ティー・ケー・セラミ ックス研究所内 (56)参考文献 特開 平２−167897（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−278500（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−237095（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−305099（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00
Claims (2)
- 【請求項１】 ホウ酸アルミニウムウィスカーを、炭化
水素ガスとアンモニアガスとの混合ガス中又はアンモニ
アガス中で、１１００〜１４００℃に加熱し、ホウ酸ア
ルミニウムウィスカーの表面に窒化層を形成させること
を特徴とする表面に窒化層を有するホウ酸アルミニウム
ウィスカーの製造方法。 - 【請求項２】 ホウ酸アルミニウムウィスカーの成形体
を、炭化水素ガスとアンモニアガスとの混合ガス中又は
アンモニアガス中で、１１００〜１４００℃に加熱し、
成形体を構成するホウ酸アルミニウムウィスカーの表面
に窒化層を形成させることを特徴とする表面に窒化層を
有するホウ酸アルミニウムウィスカープリフォームの製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21510991A JP2952087B2 (ja) | 1991-08-27 | 1991-08-27 | 表面に窒化層を有するホウ酸アルミニウムウィスカー及びプリフォームの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21510991A JP2952087B2 (ja) | 1991-08-27 | 1991-08-27 | 表面に窒化層を有するホウ酸アルミニウムウィスカー及びプリフォームの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05117098A JPH05117098A (ja) | 1993-05-14 |
| JP2952087B2 true JP2952087B2 (ja) | 1999-09-20 |
Family
ID=16666905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21510991A Expired - Fee Related JP2952087B2 (ja) | 1991-08-27 | 1991-08-27 | 表面に窒化層を有するホウ酸アルミニウムウィスカー及びプリフォームの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2952087B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0667405B1 (en) * | 1994-02-14 | 1998-09-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing aluminum borate whiskers having a reformed surface based upon gamma alumina |
-
1991
- 1991-08-27 JP JP21510991A patent/JP2952087B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05117098A (ja) | 1993-05-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees | ||
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