JPH0270030A - ＳｉＣウイスカー強化複合金属材 - 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、ＳｉＣウィスカーを主体とする繊維材料で強
化した薄板性状の複合金属材に関する。

〔従来の技術］ 炭化けい素の針状単結晶からなるＳｉＣウィスカーは、
強度、弾性および耐摩耗性などの面で卓越した補強性能
を備えているため、近時、これを各種の金属に複合して
自動車部品や機械部品の材料に実用する試のが活発に進
められている。特にこれらの分野では、表層部分を局部
的に強化するといった効果的用法を重視しており、これ
が可能な薄板状のＳｉＣウィスカー強化複合金属材の出
現が待望されている。

従来、ＳｉＣウィスカー強化複合金属材を製造するだめ
の効率的な手段として、ＳｉＣウィスカのスラリーをろ
過酸形して得られたプリフォームに、７トリソクス金属
の溶湯を含浸したのち凝固する方法が知られている。

ところが、上記によるプリフォーム溶浸法は、肉厚のブ
ロック状複合材を得るためには適しているものの、薄板
状の複合化をおこなおうとする場合には、プリフォーム
シートの成形強度を複合化のプロセスに耐える程度に付
与することができない関係で、形成することが至難とさ
れている。とりわけ、２ｍｍ以下の厚さで複合化に耐え
る保形性と強度を備えるＳｉＣウィスカーのプリフォー
ムを成形することは難しく、できたとしてもハン１、リ
ングの過程で損傷する度合が極めて多い。

このため、−・旦、ブリフメート溶浸法によりブロック
状のＳｉＣウィスカー強化複合金属材を次的に圧延加丁
二するごとによって薄板を得る試のもなされているが、
この複合材組成は延性に乏しいために加工性が著しく悪
く、そのうえ圧延過程で表層割れが発生ずるなどの欠陥
現象を招く欠点がある。

−・力、プリフォームを肉薄成形することを１」的とし
て、ＳｉＣウィスカーに有機繊維を混合したものを抄紙
法を用いてシート化する方法が提案されている（特開昭
６１．−１２７６８０号公報）。

〔発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記の方法で形成されるプリツメ−ムシ
−１・は、強化材として機能しない有機繊維を複合処理
前に加熱して揮散除去する必要があり、この加熱に伴っ
てブリツメ−ムシ−Ｉ・単独では取り扱うことができな
いほどに保形性ならびに強度が弱化する問題点がある。

本発明は、上記従来技術の問題点を解消するためになさ
れたもので、優れた保形性と強度を有するシーｊ・状プ
リフォームにマトリックス金属を溶浸して得られる厚さ
２．ｍｍ以下の薄板性状を備えるＳ　ｉ　Ｃウィスカー
強化複合金属材を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち、本発明により提供されるＳ】０ウイス力−強
化複合金属材は、ＳｉＣウィスカーを主成分とする全体
が実質的に強化材組成の抄造シトにマＩ・リックス金属
を溶浸してなり、ＳｉＣウィスカーの体積含有４値ｖｒ
＞が５〜３０％で、厚さが２ｍｍ以下の薄板性状を有す
ることを特徴とする。

プリフォームンー１−には、ＳｉＣウィスカーが少なく
とも５０重量％含有されており、その他の混在成分を含
め加熱処理などによって殆ど分解あるいは変質−けずに
全体が実質的に強化材として機能する組成からなってい
る。シートは、通常の抄紙法を用いて作成される。

溶浸する７トリソクス金属の種類は特に限定されないが
、軽量性を活かした複合効果をもたらずため、Ａβ、Ｍ
２Ｈ，Ｓｎなどの軽合金が有用される。

複合金属材に占めるＳｉＣウィスカーの体積含有率（Ｖ
ｆ）　ｔｉｔ：　５〜３０％とする必要がある。この理
由は、５％を下廻る場合には強化性能が十分に向上ゼす
、また３０％を越えると円滑に複合化することができな
くなるからである。

ＳｉＣウィスカーを主成分とする全体が実質的に強化材
組成の抄造シートは、ＳｉＣウィスカーに無機繊維と無
機質もしくは有機質接着剤を混在さ一已た組成によって
構成することができる。

無機繊維は、主にＳｉＣウィスカーを担持さセるため４
二用いられる成分であるか、同時ムこ強化月として機能
させるもので、アルミナ繊維、アルミナシリカ繊維、溶
融シリカ繊維（石英繊維）、各種ガラス繊維、岩綿繊維
、炭素繊維、カオリン繊維、ジルコニア繊維、チタン酸
カリウム繊維などの短繊維が使用対象になる。これら無
Ｓ繊維類は、いずれも繊維径が１０μｍ以下の細径であ
るためＳｉＣウィスカーを相持するに十分な表面積を有
しており、また１　ｍｍ以上の長さがあるためシーｉ・
の保形性ならびに強度を維持する骨材としての作用もな
す。

無機繊維の混在比率は、抄紙性の観点からは多いほど有
利であるがＳｉＣウィスカーの高配合比を確保するため
には５０重量％までに抑える必要がある。このような観
点から検耐を加えた結果、配合はＳ１０ウィスカー９０
〜５０重量％に対し無機繊維１０〜５０重景％の重量に
設定することが最も望ましいことが確認された。無機繊
維配合比が１０重量％未満になると、ＳｉＣウィスカー
を担持する機能が減退してしまう。

また、無機繊維の混在は、抄紙時におＬＪる脱水を容易
にするとともに、脱水後の湿潤ウェブの強度を高めてワ
イヤーからの良好な剥離性もたらすなどの副次効果も大
きい。このような副次効果も含めて考察すると、強度お
よび弾性率が高く溶融金属との接合性も良好なアルミナ
繊維が最も適切な無機繊維物質となる。しかし、上記の
ＳｉＣウィスカーと無機繊維のめの組成では、かろうじ
てシートの形態は留どめるものの、その強度は著しく低
い。無機質もしくは有機質の接着剤は、ウィスカーの脱
落を防止し、成形シートに柔軟にして実用上十分な強度
を付与するために不可欠な成分で、無機質としてはアル
ミナゾル、ジルコニアゾル、水ガラス、りん酸アルミニ
ウム水溶液、コロイダル酸化イツトリウム、セメント等
が用いられ、また有機質としてはアルキルシリケートお
よびその誘導体、金属アルコラードおよびその誘導体な
と複合時に容易に無機質物に転化する物質から選択され
る。

これら接着剤の添加率は、ＳｉＣウィスカーと無機繊維
の合計量に対して３重量％未満では強度発現効果が乏し
く、また２０重量％を上田るとシートの柔軟性が損なわ
れ脆くなる。したがって、ＳｉＣウィスカーと無機繊維
の合計量に対し３〜２０重量％の範囲に設定することが
最適である。

接着剤成分は、原料スラリーとともに混合抄紙するか、
シート形成後にスプレーもしくは含浸などの方法により
添加される。

このほか、必要により有機定着剤を用いることができる
。例えば、カオチン系ポリアクリルアミドのような有機
定着剤を添加すると、ＳｉＣウィスカーは容易に無機繊
維表面に担持され、抄紙工程においても無機繊維と共に
ワイヤー上に留どまるため抜は落ちが少なく、しかも表
裏差の少ない均質なシートを得ることができる。定着剤
として使用するポリアクリルアミドは複合化時に分解し
て揮散するが、使用量がシート総量の０．２％以下と極
く微量ですむため、複合性能を阻害するような悪影響を
及ぼずことはない。

組成成分はスラリーとしたのち、通常の抄紙法によって
シート化するが、得られたシートを更にカレンダー処理
することもできる。このようなシートのカレンダー処理
は、ＳｉＣウィスカーの体積含有率（Ｖｆ）を所定の値
に高めるために有効であり、複合材性状を設計するため
には好ましい方法である。

上記の抄造シートには、マトリックス金属の溶湯を加圧
含浸して複合化される。

このようにして形成したＳｉＣウィスカー強化複合金属
材は、ＳｉＣウィスカーの体積含有率（Ｖｆ）が５〜３
０％で、厚さが２ｍｍ以下の優れた複合性能と適度の柔
軟性とを備える薄板性状を呈している。したがって、平
面あるいは曲面の所定部位に溶接、圧着することによっ
て容易に局部的強化を図ることができる。なお、シート
の状態で製品鋳型の所望の位置にセットして加圧鋳造を
実施すれば、同様の局部強化をおこなうことができる。

〔作　用］ ＳｉＣウィスカーは、平均繊維長が２００μｍ以下の微
細繊維状を呈しているため、それ単独では抄紙化は困難
であるし、シートを保形するための強度もない。

本発明によれば、ＳｉＣウィスカーを主成分とする全体
が実質的に強化材組成、具体的にはＳｔＣウィスカー９
０〜５０重量％、無機繊維１０〜５０重量％、ＳｉＣウ
ィスカーと無機繊維の合計量に対して無機質もしくは有
機質接着剤３〜２０重量％の混合組成の成分を原料とし
て抄造することにより十分な保形性ならびに実用強度を
もつ薄膜シートの形成ができ、このシートにマトリック
ス金属を溶浸することで容易に厚さ２＋ｎｍ以下のＳｉ
Ｃウィスカー強化複合金属材の提供が可能となる。

〔実施例］ 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

実施例ｌ ＳｉＣウィスカー〔“トーカイウイスカー”東海カーボ
ン■製］１０部を水２００部に攪拌混合して調製した均
質なスラリーと、アルミナ繊維〔“サフィル””　Ｉｃ
Ｉ社製］２部を水４００部に攪拌混合して調製したスラ
リーとを固形重量比８０　：　２０　（重量％）で混合
し、これにカオチン型アクリルアミト（“クリフィック
ス゛栗田工業■製〕の０．１％を添加して抄紙用原料と
した。

この抄紙用原料から秤量２００　ｇ　／　ｒｒ［となる
量を分取し、手漉き機で抄紙してシートを形成した。

脱水後、シーＩ・重量に対し１０％相当量のアルミナゾ
ル（゛アルミナゾル１１２００’”日産化学工業■製〕
を含浸し、２００°Ｃの熱風で乾燥した。ついで、シー
　ｌ−を０．３ｍｍの間隔に調整したカレンダーロール
に通し高密度化した。

得られたシートを平らな鋳型内にセットし、６００°Ｃ
に予熱したのち、７５０°ＣのＡ２合金（ＪＩ５．６０
６１）溶湯を流し入れて８ｋｇ／ｍｍ”の圧力を加えな
がら含浸した。

このようにして形成された薄板状のＳｉＣウィスカー強
化複合ＡＰ、材は、厚ざ０．３ｍｍ、、　Ｓ　ｉ　Ｃウ
ィスカーの体積含有率（ＶｆＨ４％で表面亀裂の全く認
められない柔軟性で、かつ極めて良好な複合性状を呈し
ていた。

実施例２ 実施例１と同一のＳｉＣウィスカーおよびアルミナ繊維
を組成比を変えて配合し、これに無機質接着材としてコ
ロイダルシリカ〔“ザイトン゛菱モンサント化成■製］
を種々の割合で添加しで混合抄紙したほかは総て実施例
１と同様に処理して厚さ０．３肝のＳｉＣウィスカー強
化複合ＡＮ板を作成した。

得られた各複合材の性状をシート成分の組成比と対比さ
せて表１に示した。

表２は、ＲｕｎＮｏ、２．３．６．７の各複合材の強度
特性を示した。

表　　２ 表１の結果から、得られたＳｉＣウィスカー強化複合Ａ
２材いずれも０．３胴の薄板としては複合欠陥の少ない
良性状であったが、とくにシーＩ・の混合組成がＳｉＣ
ウィスカー９０〜５０重量％、アルミナ繊維１０〜５０
重量％、コロイダルシリカの添加量が３〜２０重量％の
条件範囲を外れるＲｕｎＮｏ、１．４および５の例では
複合組織に微小クラックが認められた。

また、表２の結果からＳｉＣウィスカーの体積含有率（
Ｖｆ）が５％を下潮るＲｕｎＮｏ、７の例では、複合組
織は良好であったが、実用強度性能を得ることができな
かった。

（発明の効果〕 以上のとおり、本発明によれば厚さ２ｍｍ以下の軽量で
柔軟性のある優れた複合性状のＳｉＣウィスカー強化複
合金属材が提供されるから、各種部材の局部的強化材と
して要求される薄板性状を十分に満足するものである。

したがって、自動車部品、機械部品をはじめあらゆる産
業分野において、過酷な条件に曝される摺動面あるいは
熱衝撃面などの表層部分に適用して優れた実用的効果が
発揮される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＳｉＣウィスカーを主成分とする全体が実質的に強
   化材組成の抄造シートにマトリックス金属を溶浸してな
   り、ＳｉＣウィスカーの体積含有率（Ｖｆ）が５〜３０
   ％で、厚さが２ｍｍ以下の薄板性状を有するＳｉＣウィ
   スカー強化複合金属材。 ２、ＳｉＣウィスカーを主成分とする全体が実質的に強
   化材組成の抄造シートが、ＳｉＣウィスカー９０〜５０
   重量％、無機繊維１０〜５０重量％、ＳｉＣウィスカー
   と無機繊維の合計量に対して無機質もしくは有機質接着
   剤３〜２０重量％の混合組成により構成されたものであ
   る請求項１記載のＳｉＣウィスカー強化複合金属材。