JP3081935B2 - 繊維強化金属材料及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は繊維強化金属材料及
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術】近年、強度と耐熱性に優れた材料として繊
維強化金属材料が提案されており、これまでにアルミニ
ウム、マグネシウム、銅、チタン、ニッケル等の金属
が、タングステン線、モリブデン線、ボロン系繊維、ピ
ッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、ポ
リカルボシラン系炭化珪素繊維、ＣＶＤ系炭化珪素繊
維、アルミナ繊維、炭化珪素ウィスカ、チタン酸カリウ
ムウィスカ、ホウ酸アルミニウムウィスカ等により補強
された繊維強化金属材料が知られている。

【０００３】一方、特開平７−３３０４９８号公報には
チタン酸塩ウィスカの一種であるチタン酸アルミン酸カ
リウムウィスカが開示されており、このものが金属材料
強化用繊維として有用である旨の記載がある。しかしな
がら、上記公報には、チタン酸アルミン酸カリウムウィ
スカと特定の無機繊維を併用することにより、優れた強
度を有し、摺動性、耐摩耗性に優れた繊維強化金属材料
が得られることについては一切開示されていない。

【０００４】

【発明の目的】本発明の一つの目的は、曲げ強度、引張
強度等の機械的強度、摺動性、耐摩耗性及び耐熱性に優
れた繊維強化金属材料を提供することにある。

【０００５】本発明の他の一つの目的は、強化繊維の含
有量が少ない場合（低繊維体積率）であっても、上記諸
性能に優れた繊維強化金属材料を安価且つ安定的に提供
することにある。

【０００６】

【目的を達成するための手段】本発明者は、上記所望の
繊維強化金属材料を製造すべく鋭意研究を重ねた結果、
特定のチタン酸塩ウィスカと特定の無機繊維との所定量
を同時に補強繊維として用い、アルミニウム又はアルミ
ニウム合金を強化した場合に、所望の繊維強化金属材料
が得られることを見い出した。本発明は、斯かる知見に
基づき完成されたものである。

【０００７】本発明によれば、（ａ）化学式 Ａ¹ _VＡ² _W
Ｍ¹ _XＭ² _YＴｉ_8-ZＯ₁₆（式中、Ａ¹はアルカリ金属より選
ばれる少なくとも一種を、Ａ²はＢａを、Ｍ¹はＭｇ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｕ及びＭｎより選ばれる少なくとも
一種を、Ｍ²はＡｌ、Ｓｃ、Ｃｒ、Ｆｅ及びＧａより選
ばれる少なくとも一種を、それぞれ示す。Ｖ、Ｗ、Ｘ、
Ｙ及びＺは、０．５≦２Ｘ＋Ｙ≦２．５、２Ｘ＋Ｙ＝Ｖ
＋２Ｗ、Ｚ＝Ｘ＋Ｙを満足する実数である。）で示され
る組成を有し且つウィスカ内部に０〜７０体積％の気孔
を有するチタン酸塩ウィスカが、アルミニウムもしくは
アルミニウム合金に対して２〜４０体積％、並びに
（ｂ）アルミナ系、アルミナ−シリカ系、ムライト系、
ジルコニア系、炭化珪素系、Ｓｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ系、窒
化珪素系及び炭素系の無機繊維の中から選ばれた繊維で
あって、繊維長５０μｍ〜連続繊維、繊維径１〜３００
μｍの形状を有する多結晶体繊維もしくは非晶質体繊維
から選ばれる少なくとも一種の強化繊維が、アルミニウ
ムもしくはアルミニウム合金に対して１〜２０体積％の
割合で、アルミニウムもしくはアルミニウム合金に複合
されてなる繊維強化金属材料が提供される。

【０００８】また本発明によれば、粉末アルミニウム又
は粉末アルミニウム合金に対して強化繊維（ａ）及び強
化繊維（ｂ）の合計量が全量の３〜６０体積％となる割
合で混合し、これを常温で成型した後、非酸化性雰囲気
下、５００〜８００℃で５分〜３時間加熱して焼結する
ことを特徴とする前記繊維強化金属材料の製造方法が提
供される。

【０００９】更にまた本発明によれば、強化繊維（ａ）
及び強化繊維（ｂ）を主成分とするプリフォームを形成
し、このプリフォームに金型内でアルミニウム又はアル
ミニウム合金の溶湯を５０〜２０００ｋｇｆ／ｃｍ²の
加圧下で含浸することを特徴とする前記繊維強化金属材
料の製造方法が提供される。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明において、マトリックスと
して用いる金属材料としては、アルミニウムもしくはア
ルミニウム合金を用いる。粉末冶金法にて本発明繊維強
化金属材料を製造する場合、原料として用いるアルミニ
ウムもしくはアルミニウム合金としては、好ましくは粒
径が１００μｍ以下、更に好ましくは５０μｍ以下の粉
末状物を用いるがよく、中でも表面の酸化程度が少ない
ものが焼結性の点で適しているため望ましい。

【００１１】本発明においては、第一の強化繊維として
（ａ）成分のチタン酸塩ウイスカを用いる。斯かるチタ
ン酸塩ウイスカは、例えば以下に示す製造法Ａや製造法
Ｂに従い製造される。

【００１２】製造法Ａは、カリウム供給成分及びチタン
供給成分となるチタン酸カリウムウィスカを、金属Ｍ¹
及びＭ²供給成分（以下、金属Ｍ¹及びＭ²供給成分をま
とめて「金属Ｍ」という）及び必要に応じて金属Ａ¹及
びＡ²供給成分（以下、金属Ａ¹及びＡ²供給成分をまと
めて「金属Ａ」という）の化合物で被覆し、これを特定
の溶融剤の存在下にて加熱し、更に冷却することにより
チタン酸塩ウィスカを得る方法である。この方法によれ
ば、各成分が最近接に存在した状態となるため、効率よ
く反応を進行させることができる。

【００１３】この方法において、カリウム供給成分及び
チタン供給成分となるチタン酸カリウムウィスカの組成
としては特に限定はなく従来公知のものが広く使用され
るが、例えば一般式ａＫ₂Ｏ・ＴｉＯ₂・ｍＨ₂Ｏ（式中
ａ、ｍはそれぞれ０＜ａ≦１、０≦ｍ≦１０の数を示
す）で示されるチタン酸カリウムウィスカを好適に使用
できる。斯かるチタン酸カリウムウィスカの形状として
は、繊維径０．０１〜５μｍ、繊維長３〜３００μｍ、
好ましくは繊維径０．１〜３μｍ、繊維長５〜２００μ
ｍのウィスカ状のものを用いられる。繊維径又は繊維長
が小さすぎると、凝集性が大きくなり、生成するチタン
酸塩ウィスカが単離の困難な凝集物となる傾向が生じ好
ましくない。また繊維径又は繊維長が大きすぎると、表
面活性が低下するため金属Ｍ供給成分又は金属Ａ供給成
分の均一な被覆が困難となり、その結果、目的物中に未
反応の金属Ｍ及び金属Ａの酸化物やチタン酸カリウム等
が混入する虞れを生じるため好ましくない。

【００１４】金属Ｍ化合物又は金属Ｍ化合物及び金属Ａ
化合物で表面が被覆されているチタン酸カリウムウィス
カは、例えば、（イ）金属Ｍ又は金属ＭとＢａの硫酸
塩、ハロゲン化物、硝酸塩、水酸化物及びアルコラート
類からなる群から選ばれた少なくとも一種とチタン酸カ
リウムとを反応させる方法、（ロ）金属Ｍ又は金属Ｍと
Ｂａの硫酸塩、ハロゲン化物、硝酸塩、水酸化物及びア
ルコラート類からなる群より選ばれた少なくとも一種と
アルカリ金属の水酸化物、アルカリ金属の炭酸塩、アル
カリ金属と金属Ｍの複合酸化物塩、アンモニウムの炭酸
塩、アンモニウムの水酸化物及び炭酸ガスからなる群よ
り選ばれた少なくとも一種とを反応させてチタン酸カリ
ウムウィスカ表面に沈着させる方法等により製造され得
る。

【００１５】ここで金属Ｍ及びＢａの硫酸塩としては、
硫酸バリウム、硫酸アルミニウム、硫酸マグネシウム、
硫酸コバルト、硫酸ニッケル、硫酸亜鉛、硫酸スカンジ
ウム、硫酸銅、硫酸マンガン、硫酸クロム、硫酸ガリウ
ム及び硫酸鉄等が挙げられる。金属Ｍ及びＢａのハロゲ
ン化物としては、塩化バリウム、塩化アルミニウム、塩
化マグネシウム、塩化コバルト、塩化ニッケル、塩化亜
鉛、塩化スカンジウム、塩化銅、塩化マンガン、塩化ク
ロム、塩化ガリウム及び塩化鉄等が挙げられる。金属Ｍ
及びＢａの硝酸塩としては、硝酸バリウム、硝酸アルミ
ニウム、硝酸マグネシウム、硝酸コバルト、硝酸ニッケ
ル、硝酸亜鉛、硝酸スカンジウム、硝酸銅、硝酸マンガ
ン、硝酸クロム、硝酸ガリウム及び硝酸鉄等が挙げられ
る。金属Ｍ及びＢａの水酸化物としては、水酸化バリウ
ム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化
コバルト、水酸化ニッケル、水酸化亜鉛、水酸化スカン
ジウム、水酸化銅、水酸化マンガン、水酸化クロム、水
酸化ガリウム及び水酸化鉄等が挙げられる。金属Ｍ及び
Ｂａのアルコラート類としては、アルミニウムアルコラ
ート等が挙げられる。

【００１６】またアルカリ金属の水酸化物としては、例
えば水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウ
ム、水酸化ルビジウム及び水酸化セシウム等が挙げられ
る。アルカリ金属の炭酸塩としては、炭酸リチウム、炭
酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム及び炭酸
セシウム等が挙げられる。アルカリ金属と金属Ｍの複合
酸化物としては、例えばアルミン酸ナトリウム及びアル
ミン酸カリウム等が挙げられる。アンモニウムの炭酸塩
としては、炭酸アンモニウム及び重炭酸アンモニウムが
挙げられる。

【００１７】チタン酸カリウムウィスカの表面を金属Ｍ
化合物又は金属Ｍ化合物及び金属Ａ化合物で被覆するに
際しては、水中にチタン酸カリウムウィスカを分散させ
て反応させる方法を採用するのが好ましい。その際、用
いる金属Ｍ化合物の量〔金属Ｍ化合物及び金属Ａ化合物
（Ｂａ化合物及びアルカリ金属化合物）を用いる場合に
はこれら化合物の合計量〕としてはチタン酸カリウムウ
ィスカ中のチタンに対するモル比として同様に、１：２
〜１：２０の割合となるようにするのが好ましい。この
被覆反応は通常５〜８０℃、好ましくは１０〜５０℃に
て１〜５時間程度で進行させることができる。このよう
にして生成する金属Ｍ化合物又は金属Ｍ化合物と金属Ａ
化合物で被覆されたチタン酸カリウムウィスカは必要に
応じて水等で洗浄した後、乾燥して次の工程に供するこ
とができる。

【００１８】製造法Ａで使用される溶融剤としては、ア
ルカリ金属の塩化物、アルカリ金属の硫酸塩及びアルカ
リ金属の臭化物より選ばれた少なくとも一種が挙げられ
る。アルカリ金属の塩化物としては、塩化カリウム、塩
化ナトリウム等が挙げられる。アルカリ金属の硫酸塩と
しては、硫酸カリウム、硫酸ナトリウムが挙げられる。
アルカリ金属の臭化物としては、臭化カリウム、臭化ナ
トリウム等が挙げられる。これらは一種又は二種以上を
混合して用いられる。これらの溶融剤は予めジェットミ
ル等の粉砕機により粒度を細かくして用いてもよい。ま
た溶融剤はチタン酸カリウムウィスカの表面に被覆を行
う工程において水中に溶解させておいてもよい。溶融剤
は、金属Ｍ化合物もしくは金属Ｍ化合物と金属Ａ化合物
で被覆されたチタン酸カリウムウィスカの合計量の５０
〜９０重量％となるように添加することが好ましい。

【００１９】金属Ｍ化合物もしくは金属Ｍ化合物と金属
Ａ化合物で被覆されたチタン酸カリウムウィスカは、前
記溶融剤の存在下、９００〜１３００℃の温度範囲で、
通常１０分〜１０時間程度反応させることにより、プリ
デライト型チタン酸塩ウィスカとなる。この際、加熱温
度が９００℃を下回ると、原料物質が未反応なまま残っ
てしまい、プリデライト型チタン酸塩ウィスカの単一相
を得ることが難しくなるため好ましくない。また反応温
度が長時間に亙って１３００℃を上回ると、ウィスカ間
の溶着やアスペクト比の低下もしくは結晶の粗大化及び
多結晶化が起こり易くなるため好ましくない。

【００２０】また、結晶内に気孔を有するチタン酸塩ウ
ィスカを生成させる場合、所定の温度にて反応、育成し
た後、１０℃／分以上の冷却速度にて８００℃付近まで
炉冷又は水冷等による急冷をすればよい。この際、反応
温度（冷却開始温度）及び冷却速度を適宜調整すること
により、結晶内の気孔の占める体積率を制御できる。結
晶内に気孔を有するウィスカは、低比重の補強材とし
て、あるいは触媒担体等として有用性が大きい。他方、
結晶内に気孔を含まないチタン酸塩ウィスカを得るため
には、所定の温度にて反応、育成した後、１０℃／分以
下の冷却速度にて８００℃付近まで徐冷すればよい。

【００２１】製造法Ｂは、チタン供給成分及び金属Ｍ供
給成分、更に必要に応じて金属Ａ供給成分を、硫酸カリ
ウム及び硫酸ナトリウムの少なくとも一種を必須成分と
して含有する溶融剤の存在下にて加熱し、冷却すること
により、チタン酸塩ウイスカを製造する方法である。

【００２２】製造法Ｂにおいて、チタン供給成分は一般
式ＴｉＯ₂・ｎＨ₂Ｏ（ｎは０〜８の実数）で示される粒
子状又は繊維形状物質であり、その具体例としてはアナ
ターゼ粒子、水和チタニア粒子、単斜晶粒子又はこれら
の繊維状物等を例示できる。繊維状物を原料とする場合
には、直接湿式反応により作成した酸化チタン系繊維状
物、水酸化チタン系繊維状物及びこれら繊維状物の加熱
処理品等を好適に使用できる。

【００２３】金属Ｍ供給成分としては加熱等により金属
Ｍ酸化物を発生し得るものであれば、従来公知のものを
広く使用でき、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウ
ム、水酸化コバルト、水酸化ニッケル、水酸化亜鉛、水
酸化スカンジウム、水酸化銅、水酸化マンガン、水酸化
クロム、水酸化ガリウム及び水酸化鉄等の水酸化物、ベ
ーマイト、ジアスポア、トーダイト等の含水酸化物の
他、金属Ｍの硫酸塩、硝酸塩、ハロゲン化物、非水溶性
塩基性塩等の無機酸塩、アルカリ金属と金属Ｍの複合酸
化物塩等を例示することができる。金属Ｍの硫酸塩、硝
酸塩、ハロゲン化物としては、製造法Ａで例示したもの
及びその水和物を用いることができる。金属Ｍの非水溶
性塩基性塩としては、一般式Ｍ・（Ｑ）_a・（ＯＨ）_b・
ｍＨ₂Ｏ（式中ＱはＳＯ₄又はＣｌを、ａ、ｂ及びｍはそ
れぞれ０．０２５≦ａ≦０．２５０、０．２５７≦ｂ≦
３．００、０≦ｍ≦２．０の数を表す。）で表されるも
のを例示することができる。アルカリ金属と金属Ｍの複
合酸化物塩としてはアルミン酸カリウム及びアルミン酸
ナトリウム等を例示することができる。

【００２４】これらの金属Ｍ供給成分は、単独でもしく
は２種以上混合して用いることができる。これらの金属
Ｍ供給成分は、加熱により分解して活性な金属Ｍ酸化物
を発生し得るものであり、直接金属Ｍ酸化物を用いる場
合に比べてより低い温度もしくは短時間で反応を進行さ
せることができる。また炭酸カリウムのように非常に高
い溶解性を有する溶融成分を必要としない。

【００２５】製造法Ｂにおいては、金属Ａ供給成分の使
用は必須でなく、必要に応じてチタン供給成分及び金属
Ｍ供給成分と共に使用される。金属Ａ供給成分を使用す
る場合は、例えばＢａの水酸化物、Ｂａの無機酸塩（硫
酸塩、ハロゲン化物、硝酸塩等）、アルカリ金属の硫酸
塩、塩化物及び臭化物の中から選ばれた少なくとも一種
を用いることができる。これらの具体例としては、製造
法Ａにて例示したものを挙げられる。

【００２６】溶融剤としてはＫの硫酸塩及びＮａの硫酸
塩の少なくとも一種を必須成分として含有するものを使
用する。Ｋの硫酸塩及びＮａの硫酸塩としては、具体的
には硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸ナトリウム１
０水和物、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム７水和
物、ピロ硫酸ナトリウム及びピロ亜硫酸ナトリウム等を
例示できる。製造法Ｂにおいては、斯かる溶融剤に、Ｋ
のハロゲン化物、Ｎａのハロゲン化物等が混入していて
もよい。Ｋのハロゲン化物及びＮａのハロゲン化物とし
ては塩化カリウム、塩化ナトリウム、臭化カリウム、臭
化ナトリウム等を例示できる。

【００２７】金属Ｍ化合物の量（金属Ｍ化合物及び金属
Ａ化合物を用いる場合にはこれらの化合物の合計量）と
しては、チタン供給成分に含まれるチタンに対するモル
比として、１：２〜１：２０の割合となるようにするの
が好ましい。但し、金属Ａ化合物がＫ及びＮａの硫酸
塩、塩化物又は臭化物を含む場合、該化合物はＡ供給成
分であると共に溶融剤としても作用するので、この範囲
に拘らず用いることができる。

【００２８】溶融剤は金属Ａ供給成分と溶融剤の合計量
が、全重量％の３０〜９５重量％、好ましくは５０〜８
０重量％の範囲となるように用いるのが好ましい。また
金属Ａ供給成分は金属ＡがＫ又はＮａを含む場合を除
き、溶融剤との合計量において３０重量％以下となるよ
うに配合することが好ましい。

【００２９】各原料成分の混合に際しては、その方法に
おいて特に限定されるものではないが、混合後において
各供給成分が微細に分散されている状態であるのが好ま
しい。特に微細な分散の点からは、混合と粉砕を兼ねた
工程を有する方法により混合することが好ましい。ま
た、予め各原料を水中等に溶解分散させ、この溶液をス
プレードライ乾燥、棚段乾燥又はドラムドライヤー式乾
燥等の各種の乾燥方法で、水分等を蒸発乾固することに
より、各成分が均一に分散した原料としてもよい。

【００３０】また、金属Ｍ供給成分として一般式Ｍ・
（Ｑ）_a・（ＯＨ）_b・ｍＨ₂Ｏ（式中Ｑ、ａ、ｂ及びｍ
は前記に同じ。）で表される非水溶性塩基性塩をＭ供給
成分として用いる場合には、単に乾式混合で原料を混合
する以外に、その非水溶性を利用し、チタン供給成分表
面に金属Ｍ供給成分である塩基性塩を付着したものを用
いることができる。このものは、チタン供給成分の水中
分散液中で、例えば金属Ｍの硫酸塩、ハロゲン化物、硝
酸塩、水酸化物及びアルコラート類からなる群より選ば
れる少なくとも一種とアルカリ金属の水酸化物、炭酸
塩、アルカリ金属と金属Ｍの複合酸化物塩、アンモニウ
ムの炭酸塩及び水酸化物より選ばれた少なくとも一種と
を反応させて、チタン供給成分上に金属Ｍの塩基性塩を
付着させる方法により得ることができる。この方法によ
り得られた原料は、作製時に副生した副生成塩を水洗
し、又は水洗せずに乾燥、或いは更に金属Ａ供給成分及
び／又は溶融剤を加えた後、乾燥を行うのがよい。溶融
剤及び／又は金属Ａ成分を混合せずに乾燥した混合物
は、乾式混合で必要に応じ添加し原料とする。ここで用
いるチタン供給成分の組成や形状は特に限定されるもの
ではないが、比表面積の大きな微細な粒子形状物又は繊
維形状物が微細混合の面から好ましい。

【００３１】製造法Ｂにおける加熱条件としては、９０
０〜１３００℃、好ましくは１０００〜１２５０℃で１
０分〜１０時間程度、好ましくは３０分〜５時間程度加
熱した後、室温まで冷却するのがよい。この際、焼成温
度が低すぎると、原料粉末が未反応のまま残ってしまう
ため、目的物の単一相のウィスカを得難くなり好ましく
ない。また焼成温度が高すぎるとウイスカ間の融着、ア
スペクト比の低下、結晶の粗大化及び多結晶化の虞があ
り、好ましくない。

【００３２】以上に説明した製造法Ａ及び製造法Ｂにお
ける原料の加熱焼成に際して、その原料の状態、形状、
焼成方法は特に限定されるものでないが、例えば粉末状
態でそのまま加熱焼成する方法、顆粒化した後加熱焼成
する方法、シート状で加熱焼成する方法、ブロック状で
加熱焼成する方法等の各種の方法が採用できる。原料を
顆粒化する方法としては、撹拌機能のついたミキサー又
はブレンダー内等で必要に応じて水分又は加熱により容
易にガス化する有機バインダーを添加しながら顆粒化す
る方法を挙げることができる。原料をシート状化する方
法としては、原料を加圧状態でシート化する方法、水分
又は加熱により容易にガス化する有機バインダーを添加
した後、押出機等を用いてシート化する方法等を挙げる
ことができる。原料をブロック状に成形する方法として
は、原料をそのまま、もしくは水分又は加熱により容易
にガス化する有機バインダーを添加した後、所定の金型
内に原料を入れ、加圧により成形しブロック状原料とす
る方法等を挙げることができる。

【００３３】所望の形状とした原料は、セラミック質等
の耐熱容器上に設置し、その耐熱容器と共にトンネル型
連続炉やバッチ式炉等を用いて加熱焼成することができ
る。粉末のまま、又は顆粒化した原料を用いる場合に
は、ロータリーキルンや流動焼成法により焼成できる。
シート状に成形した原料を用いる場合には、セラミック
質等の耐熱容器又は耐熱板上等に設置して連続的に加熱
焼成する方法を採用することができる。

【００３４】得られたチタン酸塩ウィスカを単離するに
は、先ず熱水或いは１Ｎ程度の熱塩酸、熱硫酸、熱硝
酸、１Ｎ程度のアルカリ金属水酸化物（例えば水酸化カ
リウム、水酸化ナトリウム等）の熱水溶液等で処理して
溶融剤その他の水溶性成分を溶解、濾別、水洗、乾燥を
行った上、必要に応じて分級することにより水及び稀酸
不溶物が分離除去され、形状の整った微細なチタン酸塩
ウィスカを得ることができる。

【００３５】上記のようにして得られたチタン酸塩ウィ
スカは繊維径０．１〜１０μｍ、繊維長５〜３００μ
ｍ、アスペクト比１０〜１００のものを中心とする針状
単結晶であり、このものは、高強度、高弾性、高融点を
有しているため本発明に好適に用い得る。また、このも
のは高温条件下における繊維形状の劣化が非常に少ない
ため、特に、プリフォーム法においてプリフォーム形状
と最終目的物形状の形状一致性に優れるという利点を有
する。

【００３６】本発明において、高圧凝固鋳造法により本
発明の複合体（繊維強化金属材料）を製造する場合に
は、好ましくは繊維径０．３〜５μｍ、長さ１０〜５０
μｍのチタン酸塩ウィスカを用いるのがよい。また毛玉
等凝集物のない十分繊維が単離、解繊されているチタン
酸塩ウィスカが分散の点で適しているため好ましい。

【００３７】本発明の第二の強化繊維として用いられる
（ｂ）成分は、アルミナ系、アルミナ−シリカ系及、炭
素系、ムライト系、ジルコニア系、炭化珪素系、Ｓｉ−
Ｔｉ−Ｃ−Ｏ系及び窒化珪素系の無機繊維より選ばれた
少なくとも一種であり、連続繊維であっても短繊維であ
ってもよい。連続繊維とは、３００μｍ〜１０ｍｍ程度
の長さと１μｍ〜３００μｍ程度の繊維径を有するもの
であり、短繊維とは、１０〜３００μｍ程度の長さと１
〜３０μｍ程度の繊維径を有するものである。

【００３８】アルミナ系繊維としては、例えばアルミナ
短繊維等が挙げられる。アルミナ−シリカ系繊維として
は、例えばアルミナ−シリカ短繊維等が挙げられる。ム
ライト系繊維としては、例えばムライト質連続繊維等が
挙げられる。ジルコニア系繊維としては、例えば正方晶
ジルコニア短繊維等が挙げられる。炭化珪素系繊維とし
ては、例えば炭化珪素連続繊維及び炭化珪素短繊維等が
挙げられる。Ｓｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ系繊維としては、例え
ばチラノ繊維（商品名、宇部興産株式会社製）として知
られる連続繊維等が挙げられる。窒化珪素系繊維として
は、例えば窒化珪素連続繊維及び短繊維等が挙げられ
る。炭素系繊維としては、例えばパン系炭素繊維もしく
はピッチ系炭素繊維の連続繊維又は単繊維等が挙げられ
る。

【００３９】これら繊維の形状としては、繊維径１〜５
０μｍ、長さ５０μｍ以上の短繊維又は連続繊維が好ま
しく使用される。これらの繊維はそのまま使用してもよ
いが、連続繊維を用いる場合は、嵩比重、分散性の制御
のため、予め、せん断力の強い離解機、ミキサー等によ
り繊維長１００〜３００μｍ程度まで短繊維化した上で
使用することができる。

【００４０】（ｂ）成分の強化繊維自身の強化性能は
（ａ）成分の強化繊維に比較して劣るが、これら（ｂ）
成分の強化繊維を（ａ）成分の強化繊維と併用すること
により、溶浸法での複合化の際に成形体（プリフォー
ム）とする際、繊維どうしの絡みが多く強度を有するプ
リフォームが得られるため、（１）プリフォームのハン
ドリング性が向上する、（２）アルミ溶湯がプリフォー
ムに入り易い、（３）溶湯の圧力によるプリフォームの
変形が生じ難い、（４）非酸化性雰囲気で焼成する際の
仮成形体の形状保持性が良好である、（５）低繊維体積
率で高強度の目的物を得られる等の種々の好ましい効果
が発現される。更に、（ａ）成分の強化繊維及び（ｂ）
成分の強化繊維で強化された金属材料は、チタン酸塩ウ
ィスカ単独で強化された金属材料と比較して、摺動性、
耐摩耗性や曲げ強度、引張強度等の機械特性を向上させ
ることができる。

【００４１】（ａ）成分の強化繊維及び（ｂ）成分の強
化繊維は、繊維強化金属材料の全量中に（ａ）成分と
（ｂ）成分との合計が３〜４０体積％、好ましくは５〜
３５体積％含有するように使用するのがよい。尚、
（ａ）成分の強化繊維中、気孔を有するチタン酸塩ウィ
スカの場合、該ウィスカをアルミニウム又はアルミニウ
ム合金と混合する際における混合割合の体積％には該ウ
ィスカ内部の気孔の体積が含まれている。

【００４２】（ａ）成分の強化繊維及び（ｂ）成分の強
化繊維の配合割合としては、強化繊維金属材料の全量中
に（ａ）成分が２〜４０体積％（好ましくは５〜２０体
積％）、（ｂ）成分が１〜２０体積％（好ましくは５〜
２０体積％）含有されるように、配合するのがよい。
（ａ）成分の配合比率が前記範囲内にあれば、焼結法に
より強化繊維成分を高体積率で配合した繊維強化金属材
料を製造する際にも高い焼結性を有するため好ましく、
また十分な引張強度を有する繊維強化金属材料が得られ
るため好ましい。また（ｂ）成分の配合比率が前記範囲
内にあれば、プリフォーム法において低繊維体積率のプ
リフォームを作製した際にも最終複合体（繊維強化金属
材料）の強度が十分に得られるため好ましい。

【００４３】本発明の繊維強化金属材料は、例えば次に
示す第一の方法、第二の方法等により製造される。

【００４４】第一の方法によれば、本発明の繊維強化金
属材料は、アルミニウム粉末及び／又はアルミニウム合
金粉末（以下これらを「アルミニウム系金属粉末」とい
う）と（ａ）成分の強化繊維及び（ｂ）成分の強化繊維
との混合粉末を成型した後、高温下に、好ましくは不活
性雰囲気もしくは還元雰囲気中で加圧下又は非加圧下に
焼結することにより製造できる。

【００４５】アルミニウム系金属粉末とチタン酸塩繊維
との混合に当たっては、湿式混合法及び乾式混合法のい
ずれの方法を採用してもよいが、両者を均一に混合する
ために及びアルミニウム系金属粉末の酸化を防止するた
めに、溶媒を用いた湿式混合法が好適である。湿式混合
法において使用される溶媒としては、（ａ）成分、
（ｂ）成分及びアルミニウム系金属粉末に対する親和性
の点で極性溶媒を用いるのが望ましい。具体的にはエチ
ルアルコール、メチルアルコール、イソプロピルアルコ
ール、アセトン、メチルエチルケトン、ｎ−ヘキサン、
ベンゼン、トルエン等が好ましい。これら溶媒にアルミ
ニウム系金属粉末、（ａ）成分及び（ｂ）成分を所定量
添加し、機械的に、好ましくは超音波を照射するか、ボ
ールミル等を用いて、より均一に分散させる。その際、
溶媒に対する固形分の割合は、３〜３０体積％に調整す
るのがよい。このように調整されたスラリーから溶媒を
除去して乾燥した混合物を得る方法としては、素早く吸
引濾過して得られたものを乾燥させるか、分散状態を保
ちながら蒸発乾固させるかの方法を採用するのが望まし
い。

【００４６】混合粉末の成型は、任意の温度で、好まし
くは常温もしくは加熱下にて行うことができる。また成
型は、加圧下に行ってもよいし、非加圧下に行ってもよ
い。加圧下に成型を行う場合には、金型を用いた通常の
方法に従って実施すればよい。成型圧力は０．３〜１０
トン／ｃｍ²程度とするのが望ましい。

【００４７】このようにして得られた原料成型物は、ホ
ットプレス法、ＨＩＰ焼結法、非加圧加熱等の焼結手段
により焼結され得る。焼結の際には、金属が酸化されな
いよう窒素、アルゴン等の不活性雰囲気、もしくは水素
等の還元性雰囲気とするのがよい。焼結温度は、焼結法
の種類や焼結処理されるアルミニウム系金属粉末の種類
等により異なり一概には言えないが、通常５００〜８０
０℃、好ましくは５８０〜６３０℃とするがよい。また
焼結時間は一般に５分〜３時間とするのがよい。

【００４８】第二の方法によれば、本発明の繊維強化金
属材料は、（ａ）成分及び（ｂ）成分を主成分とするプ
リフォームを成型し、このプリフォームに金型内でアル
ミニウム及び／又はアルミニウム合金の溶湯を加圧含浸
することにより製造できる（プリフォーム法）。

【００４９】この方法で用いられるアルミニウム系合金
としては、流動性の良い鋳造用アルミニウム合金を用い
るのがよい。プリフォーム成型は、チタン酸塩ウィスカ
と特定無機繊維の混合物に少量の界面活性剤、例えば陰
イオン活性剤（具体的には高級脂肪酸アルカリ塩、アル
キル硫酸塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルアリール
スルホン酸塩及びスルホコハク酸エステル塩等）、陽イ
オン活性剤（具体的には高級アミンハロゲン酸塩、ハロ
ゲン化アルキルピリジニウム及び第四級アンモニウム塩
等）、非イオン活性剤（具体的にはポリエチレングリコ
ールアルキルエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸
エステル、ソルビタン脂肪酸エステル及び脂肪酸モノグ
リセリド等）、両性表面活性剤（具体的にはアミノ酸
等）等を加え、撹拌下に水分散させ、これを型の中で脱
水成型することにより行える。望ましくは常温領域での
成型体強度を上げるために、０．０５〜２．０重量％の
溶液状のポリビニルアルコールを加え、また高温領域で
の成型体強度を上げるためにコロイダルシリカやアルミ
ナゾル等の無機バインダー０．０５〜５．０重量％を添
加し、上記繊維をよく分散させた後、これを型の中で脱
水成型することにより行うのがよい。脱水成型された成
型体は更に水分の蒸発可能な温度にて残留した水分を除
去することにより高圧凝固鋳造法のためのプリフォーム
を作製できる。またコロイダルシリカやアルミナゾルを
加えた場合、通常３００〜１０００℃、好ましくは５０
０〜８００℃に加熱処理することにより、より強度を備
えたプリフォームを作製できる。高圧鋳造（加圧含浸）
時の条件は通常、圧力５０〜２０００ｋｇ／ｃｍ²（好
ましくは１００〜１２００ｋｇ／ｃｍ²）、溶湯温度５
００〜９００℃（好ましくは６００〜８５０℃）、金型
温度１００〜６００℃（好ましくは１５０〜５５０℃）
及びプリフォームの予備加熱温度は溶湯温度と同程度と
することが望ましい。

【００５０】斯くして本発明の繊維強化金属材料が製造
される。

【００５１】本発明の繊維強化金属材料は、チタン酸塩
ウィスカ及び特定の無機繊維の添加により曲げ強度、引
張強度、耐摩耗性及び耐熱性が著しく向上する。本発明
によれば、強化繊維の含有量（体積％）が少ない場合で
あっても、所望の繊維強化金属材料を安価且つ安定的に
提供できる。

【００５２】

【実施例】以下、参考例、実施例及び比較例を挙げて本
発明を一層明らかにする。

【００５３】参考例１ ６チタン酸カリウムウィスカ（大塚化学株式会社製 商
品名ＴＩＳＭＯ−Ｎ、平均繊維長２０μｍ、平均繊維径
０．３μｍ）２００ｇを水２．５リットルに分散した
後、重炭酸アンモニウム２２８．４ｇを添加し、塩化ア
ルミニウム６水塩１８８．５ｇを水に溶解して４００ｍ
ｌとした溶液を撹拌しながら徐々に加えて反応させた。
この間、反応温度を３０〜４０℃に保持して３時間反応
を続行した。反応終了後、反応液のｐＨは７．４であっ
た。次に反応物を濾過し、水で洗浄しして不純物を除去
し、８０℃で乾燥すると反応乾燥物が２６３．０ｇ得ら
れた。この乾燥物を分析した結果、６チタン酸カリウム
は、酸化アルミニウム換算にて１５．１％、硫酸塩とし
て０．００３％及び強熱減量を８．０９％含む水酸化ア
ルミニウム化合物により被覆されていた。

【００５４】更にこの水酸化アルミニウムにより被覆さ
れた６チタン酸カリウム繊維にフラックス原料として硫
酸カリウム（Ｋ₂ＳＯ₄）を重量比で１：４にて乳鉢で充
分に混合した後、加圧成型し１１５０℃にて３時間焼成
した。焼成後８００℃の温度まで５℃／分の速度にて冷
却し、その後炉冷により室温まで冷却し、焼成物を得
た。焼成物を水中にて煮沸し、濾別、水洗、乾燥するこ
とにより、黄淡色粉末を得た。このものはＸ線分析及び
元素分析の結果、Ｋ_2.0Ａｌ_2.0Ｔｉ_6.0Ｏ₁₆であり、平
均繊維径２μｍ、平均繊維長３０μｍのチタン酸塩ウィ
スカであった。

【００５５】参考例２ 焼成後の冷却を、炉から取り出し、冷水中にて急冷した
以外は参考例１と同じ条件により行い、黄淡色粉末を得
た。このものはＸ線回折及び元素分析等の結果からＫ
_2.0Ａｌ_2.0Ｔｉ_6.0Ｏ₁₆であり、平均繊維径２μｍ、平
均繊維長３０μｍで全体積に対し結晶中約５０体積％の
気孔を有するチタン酸塩ウィスカ繊維であった。

【００５６】参考例３ 参考例１にて用いたものと同じ６チタン酸カリウム繊維
１００ｇを水２リットルに分散した後、塩化マグネシウ
ム６水和物３０．４ｇを添加し、水酸化カリウム１６．
８ｇを水に溶解して１００ｍｌとした溶液を撹拌下にお
いて徐々に滴下し、反応させた。この間の反応温度を３
０〜４０に保持して３時間反応を続行した。反応終了
後、反応ｐＨは１０．８であった。次に反応物を濾過
し、水で洗浄して不純物を除去し、８０℃で乾燥すると
反応生成物１０９ｇが得られた。このものは電子顕微鏡
によるエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）による
分析及び元素分析の結果、６チタン酸カリウム繊維が酸
化マグネシウム換算にて５．５％、強熱減量２．０％を
含むマグネシウム塩基性塩により被覆されたものであっ
た。

【００５７】このものに溶融剤として硫酸カリウム（Ｋ
₂ＳＯ₄）を重量比で１：４の割合で乳鉢で十分に粉砕混
合した後、加圧成型し１１５０℃で３時間焼成した。焼
成後、８００℃まで１℃／分の速度にて冷却し、その
後、炉冷により室温まで冷却し、焼成物を得た。焼成物
を水中にて煮沸し、濾別、水洗、乾燥することにより、
黄淡色粉末を得た。このものはＸ線分析及び元素分析の
結果、Ｋ_2.0Ｍｇ_1.0Ｔｉ_7.0Ｏ₁₆であり、平均繊維径３
μｍ、平均繊維長６０μｍのチタン酸塩ウィスカであっ
た。

【００５８】参考例４ 焼成後の冷却を、炉から取り出し、冷水中にて急冷した
以外は参考例３と同じ条件により行い、黄淡色粉末を得
た。このものはＸ線回折及び元素分析等の結果からＫ
_2.0Ｍｇ_1.0Ｔｉ_7.0Ｏ₁₆であり、平均繊維径３μｍ、平
均繊維長６０μｍで全体積に対し結晶中約５０体積％の
気孔を有するチタン酸塩ウィスカであった。

【００５９】参考例５ ４チタン酸カリウム１水塩繊維（大塚化学株式会社製
商品名ＴＩＳＭＯ−Ｌ、平均繊維長２０μｍ、平均繊維
径０．３μｍ）１００ｇを水２リットルに分散した後、
塩化クロム６水和物５７．０ｇを水に溶解して３００ｍ
ｌとした溶液を撹拌しながら徐々に加え、反応混合溶液
とした。この間、反応温度を１０〜２０℃に保持して３
時間反応させた。反応終了後、更に反応混合液に炭酸ガ
スを１００ｍｌ／分の流量で吹き込みながら水酸化バリ
ウム８水和物３３．７ｇを溶解して３００ｍｌとした溶
液を撹拌しながら徐々に加えた。この間、反応温度を１
０〜２０℃に保持して２時間反応を続行した。反応終了
後、反応物を濾過し、水洗して不純物を除去し、８０℃
で乾燥すると反応乾燥物１４３ｇが得られた。このもの
は分析の結果、４チタン酸カリウム１水塩繊維が酸化ク
ロム換算にて１１．４％、酸化バリウム換算にて１１．
３％、強熱減量７．４％を含むクロム塩基性塩及びバリ
ウムの炭酸塩により被覆されたものであった。

【００６０】このものに溶剤として硫酸カリウム（Ｋ₂
ＳＯ₄）と塩化カリウム（ＫＣｌ）を重量比にて１：４
の割合で加え、乳鉢で十分に粉砕混合した後、加圧成型
し１２００℃で２時間焼成した。焼成後、８００℃まで
１℃／分の速度にて冷却し、その後、炉冷により室温ま
で冷却し、焼成物を得た。焼成物を水中にて煮沸し、濾
別、水洗、乾燥することにより、黄淡色粉末を得た。こ
のものはＸ線分析及び元素分析の結果、Ｂａ_0.68Ｋ_0.15
Ｃｒ_1.5Ｔｉ_6.5Ｏ₁₆であり、平均繊維径３μｍ、平均繊
維長５０μｍのチタン酸塩ウィスカであった。

【００６１】実施例１ ビーカーに水４００ｍｌを入れ、撹拌下にて参考例１に
て作製したチタン酸塩ウィスカを１０．５ｇ又は参考例
２にて作製したチタン酸塩ウィスカを５．３ｇと、予め
離解機にて水溶液中で単分散・短繊維化したアルミナ−
シリカ繊維（イソライト工業（株）製、商品名：カオウ
ール、平均繊維径２．８μｍ、平均繊維長３００μｍ）
を乾燥重量にて７．３５ｇ加えた。これに０．２％のポ
リビニルアルコール及び０．１％のポリエチレングリコ
ールアルキルフェニルエーテル系界面活性剤（商品名
トライトン Ｘ−１００、Ｒｏｈｎ＆Ｈａａｓ Ｃｏ．
製）を含有する水溶液１００ｍｌを加え、撹拌を３０分
間行って分散させた。これに１０％濃度に希釈したコロ
イドシリカ溶液（商品名スノーテックス、日産化学工業
株式会社製）１０ｍｌを加えた。再度撹拌を行った後、
ロータリー式エバポレーターで水分の大半を除去した。
これを内径６０ｍｍφの円筒型金型に入れ、厚みが２０
ｍｍになるまで加圧しながら脱水し離型した後、約８０
℃にて１２時間、６００℃にて３時間加熱処理すること
により参考例１のチタン酸塩ウィスカ／アルミナーシリ
カ繊維（含有体積率＝５／５、合計１０体積％）、参考
例２のチタン酸塩ウィスカ／アルミナーシリカ繊維（含
有体積率＝５／５、合計１０体積％）の２種のプリフォ
ームを得た。

【００６２】上記で得られた２種のプリフォームを電気
炉内で７００℃に加熱した後、予め５００℃に加熱した
金型内に設置した。この上から予め７００℃に加熱溶融
した鋳造用のアルミニウム合金ＡＤＣ１２を注ぎ込み、
直ちに加圧鋳造した。この時、含浸時の圧力は約１５ｋ
ｇ／ｃｍ²であり、最終圧力は１０００ｋｇｆ／ｃｍ²で
あった。鋳造後、冷却固化まで約３分間加圧鋳造したの
ち離型し、２種の繊維強化金属材料成形体を得た。用い
たプリフォームの重量と、鋳造後の成形体の形状から算
出した繊維含有率は１０体積％であり、所望の成形体を
製作したことを確認した。

【００６３】次に円柱状の成形体の直径方向に小型のダ
ンベルを切り出し、引張試験をＪＩＳ Ｚ ２２４１に
従い行った。結果を表１に示す。尚、この成形体は通常
の金属用切削工具（ワイヤーカット放電加工機 三菱電
気株式会社製）で容易に切り出せ、加工コストの点で良
好な特性を有していることが判明した。

【００６４】比較例１ 繊維としてチタン酸カリウムウィスカ（大塚化学（株）
製、商品名：ＴＩＳＭＯ−Ｎ、平均繊維長１５μｍ、平
均繊維径０．４μｍ）９．３ｇとアルミナ−シリカ繊維
（実施例１と同じもの）７．４ｇの混合繊維、ホウ酸ア
ルミニウムウイスカ（四国化成工業（株）製、商品名：
アルボレックスＧ、平均繊維長２０μｍ、平均繊維径
０．８μｍ）８．２ｇとアルミナ−シリカ繊維（実施例
１と同じもの）７．４ｇの混合繊維、参考例１にて作製
したチタン酸塩ウィスカ単独を２１ｇ、参考例２にて作
製したチタン酸塩ウィスカ単独を１０．５ｇ、又はアル
ミナ−シリカ繊維単独（実施例１と同じもの）１４．７
ｇを用いた以外は実施例１と同様にプリフォーム及び成
形体を作製し、評価を行った。また実施例１においてプ
リフォームを用いることなくＡＤＣ１２合金を同じ条件
で加圧鋳造した。これらの結果を併せて表１に示す。

【００６５】

【表１】

【００６６】この結果よりチタン酸塩ウィスカ及びアル
ミナ−シリカ繊維を併用する本発明の構成は、加圧鋳造
法においてプリフォーム形状を破損、変形させず、且つ
アルミニウム金属への補強性を十分発揮できることが確
認された。

【００６７】比較例１においてチタン酸塩ウィスカを単
独で用いたものは、ウィスカ径が小さいためアルミニウ
ム含浸の際に含浸抵抗が大きく、またチタン酸塩ウィス
カ相互の絡みが少ないためプリフォーム強度が小さく複
合体の割れや変形を生じたものであると考えられる。

【００６８】実施例２ 内容量２０００ｍｌの磁性ボールミルポットに１０００
ｍｌのエタノール及び直径５ｍｍのアルミナ製ボールを
入れ、これに参考例３にて作製したチタン酸塩ウィスカ
を２７．４ｇ又は参考例４にて作製したチタン酸塩ウィ
スカを１３．７ｇ、予め高回転ミキサーにより短繊維化
したアルミナ繊維（ＩＣＩ社製、商品名：サフィル、平
均繊維長さ１００μｍ、平均繊維径３μｍ 多結晶繊
維）６．１ｇ及び純アルミニウム（ＡＣ−２５００ 東
洋アルミニウム株式会社製 平均粒径３０μｍ粉末状）
１００ｇ（繊維体積率２０体積％、チタン酸塩ウィスカ
／アルミナ繊維＝８０／２０（体積比））を入れ、或い
は参考例３にて作製したチタン酸塩ウィスカを４７．０
ｇ又は参考例４にて作製したチタン酸塩ウィスカを２
３．５ｇ、上記アルミナ繊維１０．５ｇ及び上記純アル
ミニウム１００ｇ（繊維体積率３０体積％、チタン酸塩
ウィスカ／アルミナ繊維＝８０／２０（体積比））を入
れ、１２時間撹拌混合した後、素早く吸引濾過し、固形
分を乾燥、粉砕して試料粉末を得た。この試料の内１８
ｇを内部に離型剤の窒化ホウ素を塗布した直径３０ｍｍ
のホットプレス用炭素製型内に入れ、内部を真空に引き
ながら焼結温度６５０℃、加圧力１０００ｋｇ／ｃｍ²
にて１時間保持した後、約１時間かけて室温まで冷却し
た。得られた焼結体を旋盤及びエメリーカッターにて切
断加工して、曲げ試験片を作製した。

【００６９】上記で得られた曲げ試験片につき、ＪＩＳ
Ｚ ２２０４に従い曲げ強度測定した。結果を表２に
示す。

【００７０】比較例２ 強化繊維としてアルミナ繊維を単独で用いるか又は強化
繊維不使用とした他は実施例２と同様に作製した焼結体
の曲げ試験を行った。結果を表２に併せて示す。この結
果からチタン酸塩ウィスカ及びアルミナ繊維を同時に用
いた本発明の構成によれば、補強繊維を用いない場合及
びアルミナ繊維単独で補強した場合に比較してより優れ
た曲げ強度を有する成形体を得られることが判る。

【００７１】

【表２】

【００７２】実施例３ ビーカーに水１０００ｍｌを入れ、撹拌下にて参考例５
にて作製したチタン酸塩ウィスカと炭素繊維（東邦レー
ヨン（株）製、製品名：ベスファイト、パン系炭素繊
維、平均繊維長５００μｍ、平均繊維径７μｍ）を予め
離解機にて水溶液中に分散させた状態で乾燥重量にて各
々２０．９ｇ、３３．９ｇ又は４１．８ｇ、２２．６ｇ
加えた。これに０．２％のポリビニルアルコール及び
０．１％のポリエチレングリコールアルキルフェニルエ
ーテル系界面活性剤（商品名 トライトン Ｘ−１０
０、Ｒｏｈｎ ＆ Ｈａａｓ Ｃｏ．製）を含有する水
溶液１５０ｍｌを加え、撹拌を３０分間行って分散させ
た。これにアルミナゾル（川研ファインケミカル（株）
製、商品名：アルミナクリアゾル）２．５ｇを加えた。
再度撹拌を行った後、ロータリー式エバポレーターで水
分の大半を除去した。これを内径６０ｍｍφの円筒型金
型に入れ、厚みが２０ｍｍになるまで加圧しながら脱水
し離型した後、約８０℃にて１２時間、アルゴン雰囲気
中８００℃にて２時間加熱処理することにより参考例５
のチタン酸塩ウィスカ／炭素繊維（含有体積率＝１０／
３０、合計４０体積％）、参考例５のチタン酸塩ウィス
カ／炭素繊維（含有体積率＝２０／２０、合計４０体積
％）の２種のプリフォームを得た。

【００７３】上記で得られた２種のプリフォームを電気
炉内で４００℃に加熱した後、予め５００℃に加熱した
金型内に設置した。この上から予め７００℃に加熱溶融
した鋳造用のアルミニウム合金ＡＣ８Ａ合金（ＪＩＳ規
格品）を注ぎ込み、直ちに加圧鋳造した。この時、含浸
時の圧力は約２０ｋｇ／ｃｍ²であり、最終圧力は１０
００ｋｇｆ／ｃｍ²であった。鋳造後、冷却固化まで約
３分間加圧鋳造した後離型し、２種の繊維強化金属材料
成形体を得た。用いたプリフォームの重量と、鋳造後の
成形体の形状から算出した繊維含有率は４０体積％であ
り、所望の成形体を製作したことを確認した。得られた
成形体について実施例１と同様に引張試験を行った。こ
の結果を表３に示す。

【００７４】比較例３ 強化繊維が炭素繊維（実施例３と同じ）単独又は参考例
５にて作成したチタン酸塩ウィスカ単独（含有体積率＝
４０体積％）のプリフォームを用い、又はプリフォーム
を用いることなくＡＣ８Ａ合金を実施例３と同じ条件で
加圧鋳造を行い、繊維強化金属材料成形体を得た。得ら
れた成形体ついて用いたプリフォームの重量と、成形体
の形状から算出した繊維含有率は４０体積％であり、所
望の成形体が得られたを確認した。また、繊維強化金属
材料成形体について実施例１と同様に引張試験を行っ
た。この結果を表３に示す。

【００７５】

【表３】

【００７６】この結果より、チタン酸塩ウィスカ及び炭
素繊維を併用する本発明の構成によれば、金属のみを用
いた場合及び炭素繊維単独で補強された場合に比較し
て、より優れた引張強度を有する成形体が得られ、優れ
た強度を有する繊維強化金属材料成形体が得られること
が判る。

【００７７】試験例１ 実施例３及び比較例３で作製した複合体に対し、摩耗試
験を行った。試験条件は表４の通りである。この結果を
表３に併せて示す。

【００７８】

【表４】

【００７９】この結果から、チタン酸塩ウィスカ及び炭
素繊維を共に用いる本発明の構成によれば、金属を単独
で及び強化繊維として炭素繊維もしくはチタン酸塩ウィ
スカを単独で用いる場合に比べ、試料側と相手材の両者
に対し耐摩耗量が飛躍的に減少することが判る。

【００８０】参考例６ アナターゼ型二酸化チタン粉末（平均粒子径０．７μ
ｍ）５５．９ｇに塩化カリウム（ＫＣｌ）１４．９ｇ及
び硫酸カリウム（Ｋ₂ＳＯ₄）２２４．４ｇを加え、更に
Ｍ¹成分又はＭ²成分として塩化コバルト六水和物（Ｃｏ
Ｃｌ₂・６Ｈ₂Ｏ）、塩化ニッケル六水和物（ＮｉＣｌ₂
・６Ｈ₂Ｏ）、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ₂）、塩化第二銅二水
和物（ＣｕＣｌ₂・２Ｈ₂Ｏ）、塩化マンガン四水和物
（ＭｎＣｌ₂・４Ｈ₂Ｏ）、塩化アルミニウム六水和物
（ＡｌＣｌ₃・６Ｈ₂Ｏ）、三塩化スカンジウム六水和物
（ＳｃＣｌ₃・６Ｈ₂Ｏ）、塩化第二鉄六水和物（ＦｅＣ
ｌ₃・６Ｈ₂Ｏ）、塩化ガリウム（ＧａＣｌ₃）もしくは
塩化アルミニウム六水和物（ＡｌＣｌ₃・６Ｈ₂Ｏ）と塩
化マグネシウム六水和物（ＭｇＣｌ₂・６Ｈ₂Ｏ）との混
合物を適宜加え、乳鉢にて十分粉砕混合し原料粉末とし
た。

【００８１】上記原料粉末を加圧成形した後、１２００
℃にて３時間焼成を行った。焼成後、８００℃まで１℃
／分の速度にて冷却し、その後、炉冷により室温まで冷
却し、それぞれ焼成物を得た。焼成物を水中にて煮沸
し、濾別、水洗、乾燥することにより、それぞれ粉末を
得た。得られた粉末についてＸ線分析及び元素分析の結
果、及び平均繊維径、平均繊維長を分析した結果を表５
に示す。

【００８２】尚、本参考例にて得られた粉末は、全て結
晶中に空隙を含まないものであった。

【００８３】

【表５】

【００８４】実施例４ チタン酸塩ウィスカとして参考例６にて作製した各粉末
を用いること以外は実施例１と同様にしてチタン酸塩ウ
ィスカ及びアルミナ−シリカ繊維を同時に用いた繊維強
化金属材料成形体を得た。鋳造時の初期含浸圧力は１２
〜１８ｋｇｆ／ｃｍ²であり、最終含浸圧力は１０００
ｋｇｆ／ｃｍ²であった。また鋳造後、成形体の形状か
ら算出した繊維含有率は１０体積％であり、割れ及び変
形の無い良好な成形体が得られたことを確認した。

【００８５】実施例５ 参考例５にて作製したチタン酸塩ウィスカ、アルミナ繊
維及び純アルミニウムを各々２７．４ｇ、６．１ｇ、１
００ｇ（繊維体積率２０体積％、チタン酸塩ウィスカ／
アルミナ繊維＝８０／２０（体積比））、又は各々４
７．０ｇ、１０．５ｇ、１００ｇ（繊維体積率３０％、
チタン酸塩ウィスカ／アルミナ繊維＝８０／２０（体積
比））用いる以外は実施例２と同様にして試料粉末を得
た。

【００８６】この試料のうち、１８ｇを内部に離型剤の
窒化ホウ素を塗布した直径３０ｍｍのホットプレス用炭
素製型内に入れ、ホットプレスを二度窒素ガスにより置
換した後、焼成温度７００℃、加圧力１００ｋｇ／ｃｍ
²の条件にて１時間保持した後、約１時間かけて室温ま
で冷却した。

【００８７】このようにして得られた焼結体を旋盤及び
エメリーカッターにて切断加工して曲げ試験片を作製し
た。

【００８８】得られた曲げ試験片につきＪＩＳ Ｚ ２
２０４に従って曲げ強度測定を行った。結果を表５に示
す。

【００８９】

【表６】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｄ０１Ｆ 9/08 Ｄ０１Ｆ 9/08 Ａ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 47/00 - 49/14 C22C 21/00 B22D 19/14 C01G 23/00 D01F 9/08

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）化学式 Ａ¹ _VＡ² _WＭ¹ _XＭ² _YＴｉ_8-Z
   Ｏ₁₆（式中、Ａ¹はアルカリ金属より選ばれる少なくと
   も一種を、Ａ²はＢａを、Ｍ¹はＭｇ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚ
   ｎ、Ｃｕ及びＭｎより選ばれる少なくとも一種を、Ｍ²
   はＡｌ、Ｓｃ、Ｃｒ、Ｆｅ及びＧａより選ばれる少なく
   とも一種を、それぞれ示す。Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ及びＺは、
   ０．５≦２Ｘ＋Ｙ≦２．５、２Ｘ＋Ｙ＝Ｖ＋２Ｗ、Ｚ＝
   Ｘ＋Ｙを満足する実数である。）で示される組成を有し
   且つウィスカ内部に０〜７０体積％の気孔を有するチタ
   ン酸塩ウィスカが、アルミニウムもしくはアルミニウム
   合金に対して２〜４０体積％、並びに（ｂ）アルミナ
   系、アルミナ−シリカ系、ムライト系、ジルコニア系、
   炭化珪素系、Ｓｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ系、窒化珪素系及び炭
   素系の無機繊維の中から選ばれた繊維であって、繊維長
   ５０μｍ〜連続繊維、繊維径１〜３００μｍの形状を有
   する多結晶体繊維もしくは非晶質体繊維から選ばれる少
   なくとも一種の強化繊維が、アルミニウムもしくはアル
   ミニウム合金に対して１〜２０体積％の割合で、アルミ
   ニウムもしくはアルミニウム合金に複合されてなる繊維
   強化金属材料。
2. 【請求項２】 粉末アルミニウム又は粉末アルミニウム
   合金に対して強化繊維（ａ）及び強化繊維（ｂ）の合計
   量が全量の３〜６０体積％となる割合で混合し、これを
   常温で成型した後、非酸化性雰囲気下、５００〜８００
   ℃で５分〜３時間加熱して焼結することを特徴とする請
   求項１記載の繊維強化金属材料の製造方法。
3. 【請求項３】 強化繊維（ａ）及び強化繊維（ｂ）を主
   成分とするプリフォームを形成し、このプリフォームに
   金型内でアルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯を５
   ０〜２０００ｋｇｆ／ｃｍ²の加圧下で含浸することを
   特徴とする請求項１記載の繊維強化金属材料の製造方
   法。