JPH02133535A - 繊維強化金属複合材料 - Google Patents
繊維強化金属複合材料Info
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- JPH02133535A JPH02133535A JP28652288A JP28652288A JPH02133535A JP H02133535 A JPH02133535 A JP H02133535A JP 28652288 A JP28652288 A JP 28652288A JP 28652288 A JP28652288 A JP 28652288A JP H02133535 A JPH02133535 A JP H02133535A
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Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔卒業」二の利用分野〕
本発明は、内燃機関、ポンプ等の構成部材をはじめ一儀
機械用部品材料として有用な、強度、耐熱性、耐摩耗性
、断熱性、低熱膨張性等を有する礒維強化金属複合材料
に関する。
機械用部品材料として有用な、強度、耐熱性、耐摩耗性
、断熱性、低熱膨張性等を有する礒維強化金属複合材料
に関する。
金属マトリックスに無機繊維を強化材として分１１（混
在さＵた繊ｊ；１Ｆ強化金属複合材１１は、自動車、航
空機、一般産業機（戊等の構成部材の耐久性、信頼性の
向上、部材型１の軽Ｍ化等に有用な材料として活発な研
究開発が行われている。近時は、強化繊維のｉｌｌ、産
技ｉトｉの開発等により炭素熱）、１［、炭化珪素繊維
、アルミナ繊維等を強化繊）：１［と１〜、ごれをアル
ミニラ１、合金−９と複合化した繊維強化金属？！ ６
Ｒ料を、自動車エンジンのビス１〜ン、コン１コンド
、シリンタ゛）′【−１ツク等、あるいは−１ミニ／ブ
へ一ン、コンブレノサヘーンやシャフト等として使用す
ることが提イ共され°でいる。
在さＵた繊ｊ；１Ｆ強化金属複合材１１は、自動車、航
空機、一般産業機（戊等の構成部材の耐久性、信頼性の
向上、部材型１の軽Ｍ化等に有用な材料として活発な研
究開発が行われている。近時は、強化繊維のｉｌｌ、産
技ｉトｉの開発等により炭素熱）、１［、炭化珪素繊維
、アルミナ繊維等を強化繊）：１［と１〜、ごれをアル
ミニラ１、合金−９と複合化した繊維強化金属？！ ６
Ｒ料を、自動車エンジンのビス１〜ン、コン１コンド
、シリンタ゛）′【−１ツク等、あるいは−１ミニ／ブ
へ一ン、コンブレノサヘーンやシャフト等として使用す
ることが提イ共され°でいる。
しかし、炭素繊維や炭化珪素繊維、アルミナ繊維等は極
めて高価であり、これを使用した複合材オ；：［も相当
のコスト高となる。このため、ごれらの均合材＊゛［ば
ずくれた（オｆｌ ｌＦｉ性評価を受けながらも、未だ
にエンジン部品、その他の機械部品きして実用されるに
到っていないのが実情である。
めて高価であり、これを使用した複合材オ；：［も相当
のコスト高となる。このため、ごれらの均合材＊゛［ば
ずくれた（オｆｌ ｌＦｉ性評価を受けながらも、未だ
にエンジン部品、その他の機械部品きして実用されるに
到っていないのが実情である。
本発明は、上記Ｓ’；ｉ ’）、安価な無機繊維を使用
し。
し。
てエンジン、ポンプ、その他の機械部品とし２て望まれ
るａ械性質、白１１１１耗性、耐熱１ノＦ、低夕、（５
膨張性等を帯有させた繊Ｎ：１［強化金属複合材料を提
供しようとするものである。
るａ械性質、白１１１１耗性、耐熱１ノＦ、低夕、（５
膨張性等を帯有させた繊Ｎ：１［強化金属複合材料を提
供しようとするものである。
〔課題を解決するための手段および作Ｊ！ｒ ）本発明
の繊維強化金属複合材料（以下、「複合材料」）は、金
属７トリツクス中に強化繊維として結晶質チタニア繊維
を複合したことを特徴としている。
の繊維強化金属複合材料（以下、「複合材料」）は、金
属７トリツクス中に強化繊維として結晶質チタニア繊維
を複合したことを特徴としている。
以下、本発明について詳しく説明する。
結晶質チタニア繊維（Ｔ ｉ Ｏ□）にはアナターゼ相
を有するものとルチル化を有するものとがあり、本発明
の１’Ａ合部材におけるマトリックス金属に複合される
チタニア繊維はそのいずれであってもよく、またそれら
の混和繊維を使用することもできる。そのチタニア繊維
として、例えば後記参考例に示したように、天然産のル
チルサンド（純度：約９５重足％）やアナターゼサンド
（間約９７％）、または高純度酸化チタン（同約９９％
以上）等をチタニア源とし、カリウム化合物（炭酸カリ
ウム等）との混合物の加熱溶融処理、加熱）３融物の急
冷固化処理、その固化物と二酸化チタンとの混合物の焼
成処理、焼成処理物の脱カリウム処理とそれにつづく焼
成処理の各工程を経て得られるチタニア繊維を使用する
ことができる。そのチタニア繊維中には、チタニア原料
に由来する各種元素（Ｆｅ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓ ｉ、Ｎｂ
、Ａ１等）が含まれているが、繊維の強化作用に実質的
な影響はない。また、その製造工程中の脱カリウム処理
条件により少量のカリウム分が残存し、チタン酸カリウ
ムとしてチタニア繊維に混在している場合もあるが、そ
の星が約４重量％以下（Ｋ換算値）であれば、強化繊維
としての機能がｉｎなわれることはない。第１図は前記
の方法により得られるチタニア繊維の代表的な繊維形態
（倍率： ２３００）を、第２図にその繊維のＸ線回折
パターン（図中、○：アナターゼ、△ニルチル、×：六
チタン酸カリウム）を示している。その繊維は、長さ約
５〜２０μｍ、直径約０゜１〜２μｍとウィスカ状の微
）、Ｉ［ｌ 繊維形態を有している。またその繊維は少
量のルチル化が混在し、Ｋ分が少量（約１重量％）含ま
れている。
を有するものとルチル化を有するものとがあり、本発明
の１’Ａ合部材におけるマトリックス金属に複合される
チタニア繊維はそのいずれであってもよく、またそれら
の混和繊維を使用することもできる。そのチタニア繊維
として、例えば後記参考例に示したように、天然産のル
チルサンド（純度：約９５重足％）やアナターゼサンド
（間約９７％）、または高純度酸化チタン（同約９９％
以上）等をチタニア源とし、カリウム化合物（炭酸カリ
ウム等）との混合物の加熱溶融処理、加熱）３融物の急
冷固化処理、その固化物と二酸化チタンとの混合物の焼
成処理、焼成処理物の脱カリウム処理とそれにつづく焼
成処理の各工程を経て得られるチタニア繊維を使用する
ことができる。そのチタニア繊維中には、チタニア原料
に由来する各種元素（Ｆｅ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓ ｉ、Ｎｂ
、Ａ１等）が含まれているが、繊維の強化作用に実質的
な影響はない。また、その製造工程中の脱カリウム処理
条件により少量のカリウム分が残存し、チタン酸カリウ
ムとしてチタニア繊維に混在している場合もあるが、そ
の星が約４重量％以下（Ｋ換算値）であれば、強化繊維
としての機能がｉｎなわれることはない。第１図は前記
の方法により得られるチタニア繊維の代表的な繊維形態
（倍率： ２３００）を、第２図にその繊維のＸ線回折
パターン（図中、○：アナターゼ、△ニルチル、×：六
チタン酸カリウム）を示している。その繊維は、長さ約
５〜２０μｍ、直径約０゜１〜２μｍとウィスカ状の微
）、Ｉ［ｌ 繊維形態を有している。またその繊維は少
量のルチル化が混在し、Ｋ分が少量（約１重量％）含ま
れている。
チタニア繊維は、マトリックス金属と複合化されるに先
立って、必要に応じ例えば繊維とマトリックス金属との
密着性の改善、または繊維とマトリックス金属との反応
防止等を目的として、事前に適宜の表面処理を施して使
用することもできる。
立って、必要に応じ例えば繊維とマトリックス金属との
密着性の改善、または繊維とマトリックス金属との反応
防止等を目的として、事前に適宜の表面処理を施して使
用することもできる。
チタニア繊維が複合されるマトリックス金属は、例えば
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、銅、銅合金などである。
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、銅、銅合金などである。
本発明の複合部子オのマトリックス金属中のチタニア繊
維は、ウィスカのほか、長繊維、短繊維等の形態で混在
してよい。そのマトリックス金属中に占める繊維体積率
は、例えば５〜４５％としてよい。
維は、ウィスカのほか、長繊維、短繊維等の形態で混在
してよい。そのマトリックス金属中に占める繊維体積率
は、例えば５〜４５％としてよい。
本発明の複合部材は、種々の製造方法により、例えばチ
タニア繊維とマトリックス金属の粉末を混合し、加圧焼
結する方法や、”７トリソクス金属の熔融浴中にチタニ
ア繊維を混合分散させて凝固させる方法等により製造す
ることができるが、最も代表的には、加圧鋳造法を適用
することにより効率良く製造することができる。その加
圧鋳造法においては、予めチタニア繊維からなる所要形
状の多孔質成形体（プリフォーム）を形成しておき、こ
れをダイスのキャビティ内に装填し、必要に応じ適当な
温度（例えば４００〜７００°Ｃ）に予熱したうえ、こ
れにマトリックス金属溶湯を適当な温度（例えば、融点
＋５０〜１００°Ｃ）で加圧注入（最終加圧カニ例えば
５００〜１００１００Ｏ／ｃ＋δ）し、加圧下に溶湯を
プリフォームの繊維間空隙内に含浸させることにより、
繊維の均一な分散性を有する緻密な複合材料が得られる
。その加圧鋳造において、プリフォームの形状設計およ
びキャビティ内の設置位置によって、目的とする部材の
要所表面にのみチタニア１４１１１ｔを含む複合組繊を
形状し、残余の部分は全屈単層組織であるハイブリット
部材を得ることができる。
タニア繊維とマトリックス金属の粉末を混合し、加圧焼
結する方法や、”７トリソクス金属の熔融浴中にチタニ
ア繊維を混合分散させて凝固させる方法等により製造す
ることができるが、最も代表的には、加圧鋳造法を適用
することにより効率良く製造することができる。その加
圧鋳造法においては、予めチタニア繊維からなる所要形
状の多孔質成形体（プリフォーム）を形成しておき、こ
れをダイスのキャビティ内に装填し、必要に応じ適当な
温度（例えば４００〜７００°Ｃ）に予熱したうえ、こ
れにマトリックス金属溶湯を適当な温度（例えば、融点
＋５０〜１００°Ｃ）で加圧注入（最終加圧カニ例えば
５００〜１００１００Ｏ／ｃ＋δ）し、加圧下に溶湯を
プリフォームの繊維間空隙内に含浸させることにより、
繊維の均一な分散性を有する緻密な複合材料が得られる
。その加圧鋳造において、プリフォームの形状設計およ
びキャビティ内の設置位置によって、目的とする部材の
要所表面にのみチタニア１４１１１ｔを含む複合組繊を
形状し、残余の部分は全屈単層組織であるハイブリット
部材を得ることができる。
〔実施例］
後記参考例により製造した結晶質チタニア繊維を使用し
て円柱状プリフォームを成形し、これ壱ダイスの円筒状
キャビティ内に装填してアルミ合金（ＪＩＳＡＣ−８Ａ
相当）を加圧注入する。
て円柱状プリフォームを成形し、これ壱ダイスの円筒状
キャビティ内に装填してアルミ合金（ＪＩＳＡＣ−８Ａ
相当）を加圧注入する。
（１）供試材の調整
（１）プリフォームの成形
チタニア繊維を水中に投与し均一に分散懸濁させ、メツ
シュ上に沈積させたうえ、真空吸引して水切りし、１２
０″Ｃで乾燥。形状：Φ１５０ Ｘ ５０ ｔ （ｍ＋
＋＋）。繊維配向：ランダム。
シュ上に沈積させたうえ、真空吸引して水切りし、１２
０″Ｃで乾燥。形状：Φ１５０ Ｘ ５０ ｔ （ｍ＋
＋＋）。繊維配向：ランダム。
（２）加圧鋳造
ダイスの円筒状キャビティ内に上記プリフォームを装填
し、４００″Ｃに予熱したうえ、アルミ合金溶湯（Ｃｕ
：０．９、Ｓ ｉ ： １２．１、Ｍｇ：０．８、Ｎｉ
：ｏ、１２、Ｚ ｎ ： ０．０８、Ｆ ｅ ： ０．
４、Ｍｎ：０．１１、ＢａｆｆＡｆｆ）を加圧注入して
供試複合材料（供試材Ａ）を得た。溶湯注入温度：６８
０”Ｃ２加圧カニ ７００ｋｇ ｆ ／ ｃｌ＋ （最
終加圧力）。その供試材への複合組織における繊維体積
率（■、）は２５％である。
し、４００″Ｃに予熱したうえ、アルミ合金溶湯（Ｃｕ
：０．９、Ｓ ｉ ： １２．１、Ｍｇ：０．８、Ｎｉ
：ｏ、１２、Ｚ ｎ ： ０．０８、Ｆ ｅ ： ０．
４、Ｍｎ：０．１１、ＢａｆｆＡｆｆ）を加圧注入して
供試複合材料（供試材Ａ）を得た。溶湯注入温度：６８
０”Ｃ２加圧カニ ７００ｋｇ ｆ ／ ｃｌ＋ （最
終加圧力）。その供試材への複合組織における繊維体積
率（■、）は２５％である。
なお、比較例として、チタニア繊維の使用を省略し、前
記と同じアルミ合金の加圧鋳造を行って供試材Ｂを得た
。
記と同じアルミ合金の加圧鋳造を行って供試材Ｂを得た
。
（ＩＩ）供試材の特性
（１）各供試材ＡおよびＢについて引張試験、硬度、お
よび熱膨張係数等の測定結果を第１表に示す。
よび熱膨張係数等の測定結果を第１表に示す。
（２）各供試材ＡおよびＢからピンを切出し、ディスク
（材質：５４５０炭素鋼）の表面に回転摺接させるビン
オンディスク試！Ｓ！（ずべり速度：２ｍ／秒、押付荷
重：０．５ｋｇ）を行い第３図に示す結果を得た。
（材質：５４５０炭素鋼）の表面に回転摺接させるビン
オンディスク試！Ｓ！（ずべり速度：２ｍ／秒、押付荷
重：０．５ｋｇ）を行い第３図に示す結果を得た。
上記各試験結果から発明例の複合材料は強度が高く、か
つ硬質・高耐１ｆｆｉ耗性を有し、断熱性、耐久性にも
すぐれ、また低熱膨張係数を有していることがわかる。
つ硬質・高耐１ｆｆｉ耗性を有し、断熱性、耐久性にも
すぐれ、また低熱膨張係数を有していることがわかる。
第 １ 表
天然ルチルサンド（オーストラリア産）と炭酸カリウム
（純度９９．５％）とを、ＴｉＯ□／に２０モル比で１
．５〜２．５となるように混合する。
（純度９９．５％）とを、ＴｉＯ□／に２０モル比で１
．５〜２．５となるように混合する。
天然ルチルサンド： Ｔ ｉ Ｏｚ９５．６％（不純分
：Ｆｃｚｏｓｏ、６％、ＺｒＯ２０，７％、Ｃｒ０３Ｑ
、３％、５ｉ０２０．６％、Ｖ２Ｏ，０，７％、Ｎ ｂ
ｚ Ｏ３０，３％、Ａ １２０３０．４％、その他）
（ＩＩ）加熱溶融 原料混合物を９５０〜１１００”Ｃで加２．！ヨ溶融す
る。
：Ｆｃｚｏｓｏ、６％、ＺｒＯ２０，７％、Ｃｒ０３Ｑ
、３％、５ｉ０２０．６％、Ｖ２Ｏ，０，７％、Ｎ ｂ
ｚ Ｏ３０，３％、Ａ １２０３０．４％、その他）
（ＩＩ）加熱溶融 原料混合物を９５０〜１１００”Ｃで加２．！ヨ溶融す
る。
（Ｉ［Ｉ）や冷処理
加熱溶融物を余属双ロール法等により急冷（好ましくは
ｔｏ”Ｃ／秒以上）し、非晶質固化物を／１７ろ。
ｔｏ”Ｃ／秒以上）し、非晶質固化物を／１７ろ。
（ＩＶＥ焼成処理
上記非晶質固化物に二酸化チタン（天然ルチルサン１′
、精製二酸化千タン等）を、ＴｉＯ□／１＜。
、精製二酸化千タン等）を、ＴｉＯ□／１＜。
０のモル比で３〜１１となるように混合し、ディスクミ
ル笠で粉砕し均一な粉末混合物（好ましくは粒径１０μ
ｍ以下）とし７たうえ、８００〜１２００’Ｃに適当時
間（例えば３０分間）保持して焼成処理を達成する。
ル笠で粉砕し均一な粉末混合物（好ましくは粒径１０μ
ｍ以下）とし７たうえ、８００〜１２００’Ｃに適当時
間（例えば３０分間）保持して焼成処理を達成する。
この焼成処理により四チタン酸カリウム結晶繊維の束状
集合体が形成される。ごのｔＡ成物夕適尾の水（好まし
くば１０（ｉＦｔの水）に投入し、ミキリ゛−等による
攪拌ドに解織したのら、脱水・乾燥する。
集合体が形成される。ごのｔＡ成物夕適尾の水（好まし
くば１０（ｉＦｔの水）に投入し、ミキリ゛−等による
攪拌ドに解織したのら、脱水・乾燥する。
（Ｖ）脱カリウム処理
酸水溶液、例えば２〜１０％硫酸水溶液を洗液とし、こ
れに＋’＋ｉ！記繊５Ｘ１ｔ （四チタン酸カリ・：ノ
ム）を浸漬（例えば、＋Ａｋ ！ＩＬＩ ｇ ／ ？’
ｋ ？（’ｙ、 １０ ｃｃ ） シ、約６０分を要し
てに゛イオンを溶出したのち、水洗・乾燥する。
れに＋’＋ｉ！記繊５Ｘ１ｔ （四チタン酸カリ・：ノ
ム）を浸漬（例えば、＋Ａｋ ！ＩＬＩ ｇ ／ ？’
ｋ ？（’ｙ、 １０ ｃｃ ） シ、約６０分を要し
てに゛イオンを溶出したのち、水洗・乾燥する。
〔■〕焼成処理
上記脱カリウム処理後の繊維の化学組成はチタニア組成
（Ｔ ｉ Ｏｚ）に相当しているが、結晶構造は前駆体
である四チタン酸カリウムの層状構造を有しているので
、焼成処理により、結晶構造をチタニアのそれに変換す
る。その焼成処理は７００〜１１００°Ｃに適当時間（
例えば３０分間）保持することにより達成される。
（Ｔ ｉ Ｏｚ）に相当しているが、結晶構造は前駆体
である四チタン酸カリウムの層状構造を有しているので
、焼成処理により、結晶構造をチタニアのそれに変換す
る。その焼成処理は７００〜１１００°Ｃに適当時間（
例えば３０分間）保持することにより達成される。
かくして得られるデクニア繊維は、長さ約５〜２０μｍ
、直径は約Ｏ１１〜２μｍと細径・長寸のウィスカ状形
態を有している。
、直径は約Ｏ１１〜２μｍと細径・長寸のウィスカ状形
態を有している。
本発明の複合材料は、強度が高く、かつ耐熱性、耐摩耗
性にすくれているとともに、断熱性を有し、また低熱膨
張係数である。従って、自動車等のエンジン構成部材、
例えばシリンダブロック、ピストン、コンロッド、弁機
構等、産業段載部品例えば、コンプレッサヘーン、シャ
フト、ポンプベーン、メカニカルシール、弱電機器材料
、例えばコンプレッサ部品、あるいは層間の摺動部品、
軽１化部品等の材料として有用である。
性にすくれているとともに、断熱性を有し、また低熱膨
張係数である。従って、自動車等のエンジン構成部材、
例えばシリンダブロック、ピストン、コンロッド、弁機
構等、産業段載部品例えば、コンプレッサヘーン、シャ
フト、ポンプベーン、メカニカルシール、弱電機器材料
、例えばコンプレッサ部品、あるいは層間の摺動部品、
軽１化部品等の材料として有用である。
第１図は本発明複合材料に使用されるチタニア繊維を示
す図面代用顕微鏡写真、第２図はチタニア繊維のＸ線回
折バクーンを示す図、第３図は摩耗試験による摩耗曲線
を示すグラフである。
す図面代用顕微鏡写真、第２図はチタニア繊維のＸ線回
折バクーンを示す図、第３図は摩耗試験による摩耗曲線
を示すグラフである。
Claims (1)
- １、金属マトリックスに強化繊維を分散混在させた複合
材料において、強化繊維が結晶質チタニア繊維であるこ
とを特徴とする繊維強化金属複合材料
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28652288A JPH02133535A (ja) | 1988-11-11 | 1988-11-11 | 繊維強化金属複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28652288A JPH02133535A (ja) | 1988-11-11 | 1988-11-11 | 繊維強化金属複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02133535A true JPH02133535A (ja) | 1990-05-22 |
Family
ID=17705500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28652288A Pending JPH02133535A (ja) | 1988-11-11 | 1988-11-11 | 繊維強化金属複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02133535A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0681056A (ja) * | 1991-03-25 | 1994-03-22 | Hiroshima Pref Gov | アルミニウム及びアルミニウム合金と二酸化チタンとの反応によって得られるアルミナ分散アルミニウム−チタン金属間化合物複合材料とその製法 |
| JPH07102331A (ja) * | 1993-09-30 | 1995-04-18 | Hiroshima Pref Gov | 不純物含有二酸化チタン−アルミニウム合金複合材料 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62143577A (ja) * | 1985-12-18 | 1987-06-26 | Sony Corp | 編集制御装置 |
| JPS62222919A (ja) * | 1986-03-22 | 1987-09-30 | Nec Kansai Ltd | 軸状部品の移送装置 |
| JPS62228436A (ja) * | 1986-03-29 | 1987-10-07 | Miyoshi Oil & Fat Co Ltd | コバルトの分離回収方法 |
-
1988
- 1988-11-11 JP JP28652288A patent/JPH02133535A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62143577A (ja) * | 1985-12-18 | 1987-06-26 | Sony Corp | 編集制御装置 |
| JPS62222919A (ja) * | 1986-03-22 | 1987-09-30 | Nec Kansai Ltd | 軸状部品の移送装置 |
| JPS62228436A (ja) * | 1986-03-29 | 1987-10-07 | Miyoshi Oil & Fat Co Ltd | コバルトの分離回収方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0681056A (ja) * | 1991-03-25 | 1994-03-22 | Hiroshima Pref Gov | アルミニウム及びアルミニウム合金と二酸化チタンとの反応によって得られるアルミナ分散アルミニウム−チタン金属間化合物複合材料とその製法 |
| JPH07102331A (ja) * | 1993-09-30 | 1995-04-18 | Hiroshima Pref Gov | 不純物含有二酸化チタン−アルミニウム合金複合材料 |
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