JPH0317884B2

JPH0317884B2 -

Info

Publication number: JPH0317884B2
Application number: JP61083750A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kubo; Tadashi Donomoto; Atsuo Tanaka; Hidetoshi Hirai
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-04-11
Filing date: 1986-04-11
Publication date: 1991-03-11
Also published as: JPS62240727A; EP0241198A1; US4789605A; DE3762979D1; EP0241198B1

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野本発明は、繊維強化金属複合材料に係り、更に
詳細には短繊維とチタン酸カリウムホイスカとよ
りなるハイブリツド繊維を強化繊維とし軽金属を
マトリツクス金属とする短繊維及びチタン酸カリ
ウムホイスカ強化金属複合材料に係る。従来の技術本願出願人と同一の出願人の出願にかかる特願
昭60−120786号、同60−120787号、同60−120788
号、同60−193415号、同61−19793号、同61−
24539号等の明細書に記載されている如く、炭化
ケイ素ホイスカ、窒化ケイ素ホイスカ、アルミナ
短繊維、結晶質アルミナ−シリカ短繊維（ムライ
ト結晶を含むアルミナ−シリカ短繊維）、非晶質
アルミナ−シリカ短繊維の如き短繊維は従来より
よく知られており、これらの短繊維を強化繊維と
して使用することにより強度や耐摩耗性に優れた
繊維強化金属複合材料を製造する試みが従来より
広範囲に行われている。またチタン酸カリウムホ
イスカは、1982年に出版された日本複合材料学会
誌８，２の第66頁乃至第71頁に記載されている如
く、最近になつて開発された繊維であり、現在こ
のホイスカを繊維強化金属複合材料に適用する試
みが行われている。発明が解決しようとする問題点上述の従来よりよく知られた炭化ケイ素ホイス
カの如き短繊維を強化繊維とする繊維強化金属複
合材料に於ては、常温に於ける強度は極めて優れ
ているが、例えば250℃の如き高温に於ける強度
が低く、従つてかかる複合材料を高温度の用途に
適用することができないという問題がある。本願発明者等は、従来よりよく知られた炭化ケ
イ素ホイスカの如き短繊維を強化繊維とする繊維
強化金属複合材料に於ける上述の如き問題に鑑み
種々の実験的研究を行つた結果、上述の如き従来
よりよく知られた短繊維とチタン酸カリウムホイ
スカとを所定の体積比にて混合してハイブリツド
繊維を形成し、該ハイブリツド繊維を強化繊維と
して使用すれば常温及び高温度の何れに於ても高
強度の複合材料を製造し得ることを見出した。本発明は、本願発明者等が行つた実験的研究の
結果得られた知見に基づき、常温及び高温度の何
れに於ても高強度である繊維強化金属複合材料を
提供することを目的としている。問題点を解決するための手段上述の如き目的は、本発明によれば、炭化ケイ
素ホイスカ、窒化ケイ素ホイスカ、アルミナ短繊
維、結晶質アルミナ−シリカ短繊維、非晶質アル
ミナ−シリカ短繊維、及びそれらの混合物よりな
る群より選択された短繊維とチタン酸カリウムホ
イスカとよりなるハイブリツド繊維を強化繊維と
し、軽金属をマトリツクス金属とし、前記ハイブ
リツド繊維の体積率が５〜50％であり、前記ハイ
ブリツド繊維中の前記チタン酸カリウムホイスカ
の体積比が10〜80％である短繊維及びチタン酸カ
リウムホイスカ強化金属複合材料によつて達成さ
れる。発明の作用及び効果本発明によれば、炭化ケイ素ホイスカの如き短
繊維とチタン酸カリウムホイスカとよりなるハイ
ブリツド繊維が強化繊維として使用され、ハイブ
リツド繊維の体積率が５〜50％に設定され、ハイ
ブリツド繊維中のチタン酸カリウムホイスカの体
積比が10〜80％に設定されるので、後に詳細に説
明する本願発明者等が行つた実験的研究の結果よ
り明らかである如く、常温及び高温の何れに於て
も高強度である繊維強化金属複合材料を得ること
ができる。本発明に於ては、ハイブリツド繊維の必須の構
成繊維としてチタン酸カリウムホイスカが使用さ
れ、本願発明者等が行なつた実験的研究の結果に
よれば、チタン酸カリウムホイスカは高温度に於
てアルミニウムやマグネシウムと適度に反応し、
これらの元素を含む軽金属であるマトリツクス金
属との密着性が向上し、その結果複合材料の高温
強度が向上する。従つて本発明の一つの詳細な特
徴によれば、マトリツクス金属としてアルミニウ
ム合金又はマグネシウム合金が選定される。また本願発明者等が行つた実験的研究の結果に
よれば、炭化ケイ素ホイスカの如き短繊維とチタ
ン酸カリウムホイスカとよりなるハイブリツド繊
維を強化繊維とする繊維強化金属複合材料に於て
は、複合材料の強度はハイブリツド繊維の体積率
の増大につれて増大し、特にハイブリツド繊維の
体積率が５〜10％及び30〜40％の範囲に於てハイ
ブリツド繊維の体積率の増大につれて大幅に増大
するが、ハイブリツド繊維の体積率が５％未満の
範囲に於ては、ハイブリツド繊維にてマトリツク
ス金属を複合強化する効果が非常に小さく、逆に
ハイブリツド繊維の体積率が40％を越える範囲に
於ては、体積率が５〜40％の範囲に比してハイブ
リツド繊維の体積率の増大に伴なう複合材料の強
度向上度合が小さくなる。また強化繊維の使用量
が増大するにつれて複合材料のコストが増大する
ので、コストの観点からは強化繊維の使用量がで
きるだけ低減されることが好ましい。従つて本発
明の他の一つの詳細な特徴によれば、ハイブリツ
ド繊維の体積率は５〜50％、特に５〜40％、更に
は10〜40％に設定される。また本願発明者等が行つた実験的研究の結果に
よれば、炭化ケイ素ホイスカの如き短繊維とチタ
ン酸カリウムホイスカとよりなるハイブリツド繊
維を強化繊維とする複合材料の常温強度は、ハイ
ブリツド繊維中のチタン酸カリウムホイスカの体
積比が70％、特に60％までの範囲に於てはチタン
酸カリウムホイスカと組合される短繊維のみを強
化繊維とする複合材料の常温強度と実質的に同一
の値であるが、チタン酸カリウムホイスカの体積
比が70％、特に80％を越えるとチタン酸カリウム
ホイスカの体積比の増大につれて比較的急激に低
下する。一方複合材料の高温強度は、チタン酸カ
リウムホイスカの体積比が０〜20％の範囲、特に
０〜10％の範囲に於てはチタン酸カリウムホイス
カの体積比の増大につれて急激に増大し、チタン
酸カリウムホイスカの体積比が10％、特に20％以
上の範囲に於てはチタン酸カリウムホイスカのみ
を強化繊維とする複合材料の高温強度と実質的に
同一の値になる。従つて本発明の更に他の一つの
詳細な特徴によれば、ハイブリツド繊維中のチタ
ン酸カリウムホイスカの体積比は10〜80％、好ま
しくは10〜70％、更に好ましくは20〜60％に設定
される。以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。尚下記の各実施例の見
出し部分及び添付の図面の曲げ試験の結果を示す
グラフに於けるＨはハイブリツド繊維を示してお
り、Ｍはマトリツクス金属を示しており、Vfhは
ハイブリツド繊維の体積率を示している。実施例１（Ｈ＝窒化ケイ素ホイスカ＋チタン酸
カリウムホイスカ、Ｍ＝アルミニウム合金、
Vfh＝30％）強化繊維としての窒化ケイ素ホイスカ及びチタ
ン酸カリウムホイスカよりなるハイブリツド繊維
中のチタン酸カリウムホイスカの体積比が如何な
る範囲であることが適切であるかの検得を行うべ
く、種々の比率にて均一に混合された窒化ケイ素
ホイスカ及びチタン酸カリウムホイスカよりなる
ハイブリツド繊維を強化繊維とし、３種類のアル
ミニウム合金（JIS規格AC1A、AC4C、AC7A）
をマトリツクス金属とする複合材料を高圧鋳造法
により製造し、それぞれの複合材料について曲げ
強さの評価を行つた。まず平均繊維長150μｍ、平均繊維径1μｍの窒
化ケイ素ホイスカ（タテホ化学株式会社製、
99wt％以上α−Si₃N₄）と、平均繊維長150μｍ、
平均繊維径0.5μｍのチタン酸カリウムホイスカ
（大塚化学薬品株式会社製、実質的に100wt％
K₂O・6TiO₂）とを下記の表１に示されている如
く１：０、４：１、３：２、２：３、１：４、
０：１の体積比にて均一に混合することによりハ
イブリツド繊維を形成し、該ハイブリツド繊維の
集合体に対し圧縮成形を行うことにより、100×
38×16mmの寸法を有し、個々の繊維が実質的に三
次元ランダムにて配向され、ハイブリツド繊維の
体積率が30％である繊維成形体を形成した。第１８図はかくして形成された窒化ケイ素ホイ
スカ１ａ及びチタン酸カリウムホイスカ１ｂより
なる繊維成形体２を示している。尚表１に於て、
Ｔホイスカ及びＨ繊維はそれぞれチタン酸カリウ
ムホイスカ及びハイブリツド繊維を意味し、体積
比及び体積率の単位は％である。次いで第１９図に示されている如く、繊維成形
体２をステンレス鋼製のケース２ａ内に充填し、
繊維成形体をケースごと600℃に加熱した。次い
で第２０図に示されている如く、繊維成形体及び
ケースを250℃の鋳型３のモールドキヤビテイ４
内に配置し、該鋳型のモールドキヤビテイ内にア
ルミニウム合金の溶湯５を注湯し、該溶湯５を約
200℃のプランジヤ６により1000Kg／cm²の圧力に
て加圧し、その加圧状態を溶湯が完全に凝固する
まで保持した。この場合溶湯されたアルミニウム
合金の溶湯の温度はJIS規格AC1A及びAC4Cにつ
いては710℃であり、JIS規格AC7Aについては
700℃であつた。鋳型内の溶湯が完全に凝固した後、鋳型より凝
固体を取出し、該凝固体より窒化ケイ素ホイスカ
及びチタン酸カリウムホイスカよりなるハイブリ
ツド繊維を強化繊維としアルミニウム合金をマト
リツクス金属とする複合材料を切出した。しかる
後マトリツクス金属がJIS規格AC1Aである複合
材料については、510℃にて８時間に亙る溶体化
処理と160℃にて８時間に亙る人工時効処理とを
施し、マトリツクス金属がJIS規格AC4Cである
複合材料については、525℃にて８時間に亙る溶
体化処理と160℃にて６時間に亙る人工時効処理
とを施し、マトリツクス金属がJIS規格AC7Aで
ある複合材料については熱処理を施さなかつた。次いで上述の如く製造された各複合材料より長
さ50mm、幅100mm、厚さ２mmの曲げ試験片を形成
し、各曲げ試験片について支点間距離40mmにて常
温及び高温（250℃）に於て３点曲げ試験を行つ
た。尚これらの曲げ試験に於ては、試験片の破断
時に於ける表面応力Ｍ／Ｚ（Ｍ＝破断時に於ける
曲げモーメント、Ｚ＝曲げ試験片の断面係数）を
曲げ強さとして測定した。これらの曲げ試験の結
果を下記の表２及び第１図乃至第３図に示す。表２及び第１図乃至第３図より、マトリツクス
金属が何れのアルミニウム合金の場合にも、複合
材料の常温強度はチタン酸カリウムホイスカの体
積比が70％、特に60％までの範囲に於ては窒化ケ
イ素ホイスカのみを強化繊維とする複合材料の常
温強度と実質的に同一又はこれに近い値である
が、チタン酸カリウムホイスカの体積比が70％、
特に80％を越えるとチタン酸カリウムホイスカの
体積比の増大につれて急激に低下することが解
る。またマトリツクス金属が何れのアルミニウム
合金の場合にも、複合材料の高温強度はチタン酸
カリウムホイスカの体積比が０〜20％の範囲、特
に０〜10％の範囲に於ては、チタン酸カリウムホ
イスカの体積比の増大につれて急激に増大し、チ
タン酸カリウムホイスカの体積率が10％、特に20
％以上の範囲に於てはチタン酸カリウムホイスカ
のみを強化繊維とする複合材料の高温強度と実質
的に同一又はこれに近い値になることが解る。従つて窒化ケイ素ホイスカとチタン酸カリウム
ホイスカとよりなる体積率30％のハイブリツド繊
維を強化繊維とし、JIS規格AC1A、AC4C、
AC7Aの如きアルミニウム合金をマトリツクス金
属とする複合材料であつて、常温強度及び高温強
度の何れにも優れた複合材料を得るためには、ハ
イブリツド繊維中のチタン酸カリウムホイスカの
体積比は10〜80％、特に10〜70％、更には20〜60
％であることが好ましいことが解る。実施例２（Ｈ＝窒化ケイ素ホイスカ＋チタン酸
カリウムホイスカ、Ｍ＝アルミニウム合金、
Vfh＝10％）窒化ケイ素ホイスカとチタン酸カリウムホイス
カとよりなるハイブリツド繊維の体積率が10％に
設定された点を除き、上述の実施例１の場合と同
一の要領及び条件にて複合材料を製造し、各複合
材料について実施例１の場合と同一の要領及び条
件にて常温及び高温（250℃）に於ける曲げ試験
を行つた。これらの曲げ試験の結果を下記の表２
及び第４図乃至第６図に示す。表２及び第４図乃至第６図より、マトリツクス
金属が何れのアルミニウム合金の場合にも、複合
材料の常温強度はチタン酸カリウムホイスカの体
積比が70％、特に60％までの範囲に於ては窒化ケ
イ素ホイスカのみを強化繊維とする複合材料の常
温強度と実質的に同一の値であるが、チタン酸カ
リウムホイスカの体積比が70％、特に80％を越え
るとチタン酸カリウムホイスカの体積比の増大に
つれて急激に低下することが解る。またマトリツ
クス金属が何れのアルミニウム合金の場合にも、
複合材料の高温強度はチタン酸カリウムホイスカ
の体積比が０〜20％の範囲、特に０〜10％の範囲
に於ては、チタン酸カリウムホイスカの体積比の
増大につれて急激に増大し、チタン酸カリウムホ
イスカの体積率が10％、特に20％以上の範囲に於
てはチタン酸カリウムホイスカのみを強化繊維と
する複合材料の高温強度と実質的に同一の値にな
ることが解る。従つて窒化ケイ素ホイスカとチタン酸カリウム
ホイスカとよりなる体積率10％のハイブリツド繊
維を強化繊維とし、JIS規格AC1A、AC4C、
AC7Aの如きアルミニウム合金をマトリツクス金
属とする複合材料の場合にも、常温強度及び高温
強度の何れにも優れた複合材料を得るためには、
ハイブリツド繊維中のチタン酸カリウムホイスカ
の体積比は10〜80％、特に10〜70％、更には20〜
60％であることが好ましいことが解る。実施例３（Ｈ＝炭化ケイ素ホイスカ＋チタン酸
カリウムホイスカ、Ｍ＝マグネシウム合金、
Vfh＝30％）強化繊維として繊維長50〜200μｍ、繊維径0.2
〜0.5μｍの炭化ケイ素ホイスカ（東海カーボン株
式会社製）と、実施例１に於て使用されたチタン
酸カリウムホイスカと同一のチタン酸カリウムホ
イスカとよりなる体積率30％のハイブリツド繊維
が使用され、マトリツクス金属としてマグネシウ
ム合金（JIS規格MC2、溶湯温度690℃）が使用
され、複合材料に対する熱処理として410℃にて
16時間に亙る溶体化処理及び215℃にて４時間に
亙る人工時効処理が施された点を除き、上述の実
施例１の場合と同一の要領及び条件にて複合材料
を製造し、各複合材料について実施例１の場合と
同一の要領及び条件にて常温及び高温（250℃）
に於ける曲げ試験を行つた。これらの曲げ試験の
結果を下記の表２及び第７図に示す。表２及び第７図より、上述の複合材料の常温強
度はチタン酸カリウムホイスカの体積比が70％、
特に60％までの範囲に於ては窒化ケイ素ホイスカ
のみを強化繊維とする複合材料の常温強度と実質
的に同一又はこれに近い値であるが、チタン酸カ
リウムホイスカの体積比が70％、特に80％を越え
るとチタン酸カリウムホイスカの体積比の増大に
つれて急激に低下することが解る。また上述の複
合材料の高温強度はチタン酸カリウムホイスカの
体積比が０〜20％の範囲、特に０〜10％の範囲に
於ては、チタン酸カリウムホイスカの体積比の増
大につれて急激に増大し、チタン酸カリウムホイ
スカの体積率が10％、特に20％以上の範囲に於て
はチタン酸カリウムホイスカのみを強化繊維とす
る複合材料の曲げ強さと実質的に同一の値になる
ことが解る。従つて炭化ケイ素ホイスカとチタン酸カリウム
ホイスカとよりなる体積率30％のハイブリツド繊
維を強化繊維とし、JIS規格MC2の如きマグネシ
ウム合金をマトリツクス金属とする複合材料の場
合にも、常温強度及び高温強度の何れにも優れた
複合材料を得るためには、ハイブリツド繊維中の
チタン酸カリウムホイスカの体積比は10〜80％、
特に10〜70％、更には20〜60％であることが好ま
しいことが解る。実施例４（Ｈ＝結晶質アルミナ−シリカ短繊維
＋チタン酸カリウムホイスカ、Ｍ＝アルミニウ
ム合金、Vfh＝30％）強化繊維として平均繊維長１mm、平均繊維径
3μｍの結晶質アルミナ−シリカ短繊維（55wt％
Al₂O₃、残部実質的にSiO₂、ムライト結晶量60wt
％）と、実施例１に於て使用されたチタン酸カリ
ウムホイスカと同一のチタン酸カリウムホイスカ
とよりなる体積率30％のハイブリツド繊維が使用
され、第２１図に示されている如く繊維成形体と
して結晶質アルミナ−シリカ短繊維７及びチタン
酸カリウムホイスカ８が100×38mmの平面に沿う
実質的に二次元ランダムにて配向された繊維成形
体９が使用された点を除き、上述の実施例１の場
合と同一の要領及び条件にて複合材料を製造し、
各複合材料より50×100mmの平面が強化繊維の二
次元ランダム平面に平行になる曲げ試験片が切出
された点を除き、実施例１の場合と同一の要領及
び条件にて常温及び高温（250℃）に於ける曲げ
試験を行つた。これらの曲げ試験の結果を下記の
表２及び第８図乃至第１０図に示す。表２及び第８図乃至第１０図より、マトリツク
ス金属が何れのアルミニウム合金の場合にも、複
合材料の常温強度はチタン酸カリウムホイスカの
体積比が70％、特に60％までの範囲に於ては結晶
質アルミナ−シリカ短繊維のみを強化繊維とする
複合材料の常温強度と実質的に同一の値である
が、チタン酸カリウムホイスカの体積比が70％、
特に80％を越えるとチタン酸カリウムホイスカの
体積比の増大につれて低下することが解る。また
マトリツクス金属が何れのアルミニウム合金の場
合にも、複合材料の高温強度はチタン酸カリウム
ホイスカの体積比が０〜20％の範囲、特に０〜10
％の範囲に於ては、チタン酸カリウムホイスカの
体積比の増大につれて急激に増大し、チタン酸カ
リウムホイスカの体積率が10％、特に20％以上の
範囲に於てはチタン酸カリウムホイスカのみを強
化繊維とする複合材料の高温強度と実質的に同一
又はこれに近い値になることが解る。従つて結晶質アルミナ−シリカ短繊維とチタン
酸カリウムホイスカとよりなる体積率30％のハイ
ブリツド繊維を強化繊維とし、JIS規格AC1A、
AC4C、AC7Aの如きアルミニウム合金をマトリ
ツクス金属とする複合材料の場合にも、常温強度
及び高温強度の何れにも優れた複合材料を得るた
めには、ハイブリツド繊維中のチタン酸カリウム
ホイスカの体積比は10〜80％、特に10〜70％、更
には20〜60％であることが好ましいことが解る。実施例５（Ｈ＝結晶質アルミナ−シリカ短繊維
＋チタン酸カリウムホイスカ、Ｍ＝アルミニウ
ム合金、Vfh＝10％）結晶質アルミナ−シリカ短繊維とチタン酸カリ
ウムホイスカとよりなるハイブリツド繊維の体積
率が10％に設定された点を除き、上述の実施例４
の場合と同一の要領及び条件にて複合材料を製造
し、各複合材料について実施例４の場合と同一の
要領及び条件にて常温及び高温（250℃）に於け
る曲げ試験を行つた。これらの曲げ試験の結果を
下記の表２及び第１１図乃至第１３図に示す。表２及び第１１図乃至第１３図より、マトリツ
クス金属が何れのアルミニウム合金の場合にも、
複合材料の常温強度はチタン酸カリウムホイスカ
の体積比が70％、特に60％までの範囲に於ては結
晶質アルミナ−シリカ短繊維のみを強化繊維とす
る複合材料の常温強度と実質的に同一の値である
が、チタン酸カリウムホイスカの体積比が70％、
特に80％を越えるとチタン酸カリウムホイスカの
体積比の増大につれて比較的急激に低下すること
が解る。またマトリツクス金属が何れのアルミニ
ウム合金の場合にも、複合材料の高温強度はチタ
ン酸カリウムホイスカの体積比が０〜20％の範
囲、特に０〜10％の範囲に於ては、チタン酸カリ
ウムホイスカの体積比の増大につれて急激に増大
し、チタン酸カリウムホイスカの体積率が10％、
特に20％以上の範囲に於てはチタン酸カリウムホ
イスカのみを強化繊維とする複合材料の高温強度
と実質的に同一の値になることが解る。従つて結晶質アルミナ−シリカ短繊維とチタン
酸カリウムホイスカとよりなる体積率10％のハイ
ブリツド繊維を強化繊維とし、JIS規格AC1A、
AC4C、AC7Aの如きアルミニウム合金をマトリ
ツクス金属とする複合材料の場合にも、常温強度
及び高温強度の何れにも優れた複合材料を得るた
めには、ハイブリツド繊維中のチタン酸カリウム
ホイスカの体積比は10〜80％、特に10〜70％、更
には20〜60％であることが好ましいことが解る。実施例６（Ｈ＝アルミナ短繊維＋チタン酸カリ
ウムホイスカ、Ｍ＝マグネシウム合金、Vfh＝
30％）強化繊維として平均繊維長２mm、平均繊維径
3μｍのアルミナ短繊維（ICI株式会社製「サフイ
ルRF」、95wt％δ−Al₂O₃、残部実質的にSiO₂）
と、実施例１に於て使用されたチタン酸カリウム
ホイスカと同一のチタン酸カリウムホイスカとよ
りなる体積率30％のハイブリツド繊維が使用さ
れ、マトリツクス金属としてマグネシウム合金
（JIS規格MC2、溶湯温度690℃）が使用され、複
合材料に対し420℃にて16時間に亙る溶体化処理
及び215℃にて４時間に亙る人工時効処理が施さ
れた点を除き、上述の実施例４の場合と同一の要
領及び条件にて複合材料を製造し、各複合材料に
ついて実施例４の場合と同一の要領及び条件にて
常温及び高温（250℃）に於ける曲げ試験を行つ
た。これらの曲げ試験の結果を表２及び第１４図
に示す。表２及び第１４図より、複合材料の常温強度は
チタン酸カリウムホイスカの体積比が70％、特に
60％までの範囲に於てはアルミナ短繊維のみを強
化繊維とする複合材料の常温強度と実質的に同一
又はこれに近い値であるが、チタン酸カリウムホ
イスカの体積比が70％、特に80％を越えるとチタ
ン酸カリウムホイスカの体積比の増大につれて急
激に低下することが解る。また上述の複合材料の
高温強度はチタン酸カリウムホイスカの体積比が
０〜20％の範囲、特に０〜10％の範囲に於ては、
チタン酸カリウムホイスカの体積比の増大につれ
て急激に増大し、チタン酸カリウムホイスカの体
積率が10％、特に20％以上の範囲に於てはチタン
酸カリウムホイスカのみを強化繊維とする複合材
料の高温強度と実質的に同一又はこれに近い値に
なることが解る。従つてアルミナ短繊維とチタン酸カリウムホイ
スカとよりなる体積率30％のハイブリツド繊維を
強化繊維とし、JIS規格MC2の如きマグネシウム
合金をマトリツクス金属とする複合材料の場合に
も、常温強度及び高温強度の何れにも優れた複合
材料を得るためには、ハイブリツド繊維中のチタ
ン酸カリウムホイスカの体積比は10〜80％、特に
10〜70％、更には20〜60％であることが好ましい
ことが解る。実施例７（Ｈ＝非晶質アルミナ−シリカ短繊維
＋チタン酸カリウムホイスカ、Ｍ＝アルミニウ
ム合金、Vfh＝10％）強化繊維として平均繊維長３mm、平均繊維径
3μｍの非晶質アルミナ−シリカ短繊維（イソラ
イ・バブコツク耐火株式会社製「カオウール」、
49wt％Al₂O₃、残部実質的にSiO₂）と、実施例１
に使用されたチタン酸カリウムホイスカと同一の
チタン酸カリウムホイスカとよりなる体積率10％
のハイブリツド繊維が使用され、マトリツクス金
属としてアルミニウム合金（JIS規格AC1A）が
使用された点を除き、上述の実施例４の場合と同
一の要領及び条件にて複合材料を製造し、各複合
材料について実施例４の場合と同一の要領及び条
件にて常温及び高温（250℃）に於ける曲げ試験
を行つた。これらの曲げ試験の結果を下記表２及
び第１５図に示す。表２及び第１５図より、複合材料の常温強度は
チタン酸カリウムホイスカの体積比が70％、特に
60％までの範囲に於ては非晶質アルミナ−シリカ
短繊維のみを強化繊維とする複合材料の常温強度
と実質的に同一の値であるが、チタン酸カリウム
ホイスカの体積比が70％、特に80％を越えるとチ
タン酸カリウムホイスカの体積比の増大につれて
低下することが解る。また上述の複合材料の高温
強度はチタン酸カリウムホイスカの体積比が０〜
20％の範囲、特に０〜10％の範囲に於ては、チタ
ン酸カリウムホイスカの体積比の増大につれて急
激に増大し、チタン酸カリウムホイスカの体積率
が10％、特に20％以上の範囲に於てはチタン酸カ
リウムホイスカのみを強化繊維とする複合材料の
高温強度と実質的に同一又はこれに近い値になる
ことが解る。従つて非晶質アルミナ−シリカ短繊維とチタン
酸カリウムホイスカとよりなる体積率10％のハイ
ブリツド繊維を強化繊維とし、JIS規格AC1Aの
如きアルミニウム合金をマトリツクス金属とする
複合材料の場合でも、常温強度及び高温強度の何
れにも優れた複合材料を得るためには、ハイブリ
ツド繊維中のチタン酸カリウムホイスカの体積比
は10〜80％、特に10〜70％、更には20〜60％であ
ることが好ましいことが解る。実施例８（Ｍ＝ムライト結晶質アルミナ短繊維
＋チタン酸カリウムホイスカ、Ｍ＝アルミニウ
ム合金、Vfh＝10％）強化繊維として平均繊維長150μｍ、平均繊維
径3μｍのムライト結晶質アルミナ短繊維（三菱
化成株式会社製、80wt％Al₂O₃、残部実質的に
SiO₂、ムライト結晶量60wt％）と、実施例１に
於て使用されたチタン酸カリウムホイスカと同一
のチタン酸カリウムホイスカとよりなる体積率10
％のハイブリツド繊維が使用された点を除き、上
述の実施例７の場合と同一の要領及び条件にて複
合材料を製造し、各複合材料について実施例４の
場合と同一の要領及び条件にて常温及び高温
（250℃）に於ける曲げ試験を行つた。これらの曲
げ試験の結果を下記の表２及び第１６図に示す。表２及び第１６図より、複合材料の常温強度は
チタン酸カリウムホイスカの体積比が70％、特に
60％までの範囲に於てはムライト結晶質アルミナ
短繊維のみを強化繊維とする複合材料の常温強度
と実質的に同一の値であるが、チタン酸カリウム
ホイスカの体積比が70％、特に80％を越えるとチ
タン酸カリウムホイスカの体積比の増大につれて
比較的急激に低下することが解る。また上述の複
合材料の高温強度はチタン酸カリウムホイスカの
体積比が０〜20％の範囲、特に０〜10％の範囲に
於ては、チタン酸カリウムホイスカの体積比の増
大につれて急激に増大し、チタン酸カリウムホイ
スカの体積率が10％、特に20％以上の範囲に於て
はチタン酸カリウムホイスカのみを強化繊維とす
る複合材料の高温強度と実質的に同一又はこれに
近い値になることが解る。従つてムライト結晶質アルミナ短繊維とチタン
酸カリウムホイスカとよりなる体積率10％のハイ
ブリツド繊維を強化繊維とし、JIS規格AC1Aの
如きアルミニウム合金をマトリツクス金属とする
複合材料の場合にも、常温強度及び高温強度の何
れにも優れた複合材料を得るためには、ハイブリ
ツド繊維中のチタン酸カリウムホイスカの体積比
は10〜80％、特に10〜70％、更には20〜60％であ
ることが好ましいことが解る。実施例９上述の各実施例に於て使用された種々の短繊維
とチタン酸カリウムホイスカとよりなるハイブリ
ツド繊維を強化繊維とする複合材料に於て、ハイ
ブリツド繊維の体積率が如何なる範囲であること
が適切であるかの検討を行うべく、アルミニウム
合金（JIS規格AC1A）をマトリツクス金属とし、
ハイブリツド繊維中のチタン酸カリウムホイスカ
の体積比が40％であり、ハイブリツド繊維の体積
率が５％、10％、20％、30％、40％、50％である
複合材料を、チタン酸カリウムホイスカと組合さ
れる短繊維が窒化ケイ素ホイスカ及び炭化ケイ素
ホイスカである複合材料については上述の実施例
１の場合と同一の要領及び条件にて、またチタン
酸カリウムホイスカと組合される短繊維がこれら
のホイスカ以外の短繊維である複合材料について
は実施例４の場合と同一の要領及び条件にて製造
し、各複合材料についてそれぞれ実施例１及び４
の場合と同一の要領及び条件にて常温に於ける曲
げ試験を行つた。これらの曲げ試験の結果を第１７図に示す。尚
第１７図に於ては、各複合材料の曲げ強さがチタ
ン酸カリウムホイスカと組合された短繊維の名称
により識別して示されている。第１７図より、チタン酸カリウムホイスカと組
合された短繊維の種類に拘らず、複合材料の曲げ
強さはハイブリツド繊維の体積率の増大につれて
増大し、特にハイブリツド繊維の体積率が５〜10
％及び30〜40％の範囲に於てハイブリツド繊維の
体積率の増大につれて大幅に増大するが、ハイブ
リツド繊維の体積率が５％未満の範囲及び40％を
越える範囲に於ては、ハイブリツド繊維の体積率
の増大に伴なう複合材料の曲げ強さの増大率が小
さいことが解る。これらの曲げ試験の結果より、
また強化繊維を必要以上に使用することを回避し
てできるだけ低廉な高強度の複合材料を得ること
を考慮すれば、ハイブリツド繊維の体積率は５〜
50％、特に５〜40％、更には10〜40％に設定され
ることが好ましいことが解る。尚上述の各実施例に於ては、チタン酸カリウム
ホイスカと組合された短繊維は一種の短繊維であ
るが、上述の各実施例の結果より、チタン酸カリ
ウムホイスカと組合される短繊維は上述の各実施
例に於て使用された二種又はそれ以上の短繊維の
混合物であつてもよいものと推測される。以上に於ては本発明を本願発明者等が行つた実
験的研究の結果との関連に於て幾つかの実施例に
ついて詳細に説明したが、本発明はこれらの実施
例に限定されるものではなく、本発明の範囲内に
て他の種々の実施例が可能であることは当業者に
とつて明らかであろう。

【表】

【表】【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は実質的に三次元ランダムに
て配向された窒化ケイ素ホイスカとチタン酸カリ
ウムホイスカとよりなる体積率30％のハイブリツ
ド繊維を強化繊維とし、それぞれJIS規格AC1A、
AC4C、AC7Aのアルミニウム合金をマトリツク
ス金属とする複合材料について、常温及び250℃
の曲げ強さとハイブリツド繊維中のチタン酸カリ
ウムホイスカの体積比との関係を示すグラフ、第
４図乃至第６図は実質的に三次元ランダムにて配
向された窒化ケイ素ホイスカとチタン酸カリウム
ホイスカとよりなる体積率10％のハイブリツド繊
維を強化繊維とし、それぞれJIS規格AC1A、
AC4C、AC7Aのアルミニウム合金をマトリツク
ス金属とする複合材料について、常温及び250℃
に於ける曲げ強さとハイブリツド繊維中のチタン
酸カリウムホイスカの体積比との関係を示すグラ
フ、第７図は実質的に三次元ランダムにて配向さ
れた炭化ケイ素ホイスカとチタン酸カリウムホイ
スカとよりなる体積率30％のハイブリツド繊維を
強化繊維とし、マグネシウム合金をマトリツクス
金属とする複合材料について、常温及び250℃に
於ける曲げ強さとハイブリツド繊維中のチタン酸
カリウムホイスカの体積比との関係を示すグラ
フ、第８図乃至第１０図は実質的に二次元ランダ
ムにて配向された結晶質アルミナ−シリカ短繊維
とチタン酸カリウムホイスカとよりなる体積率30
％のハイブリツド繊維を強繊維とし、それぞれ
JIS規格AC1A、AC4C、AC7Aのアルミニウム合
金をマトリツクス金属とする複合材料について、
常温及び250℃に於ける曲げ強さとハイブリツド
繊維中のチタン酸カリウムホイスカの体積比との
関係を示すグラフ、第１１図乃至第１３図は実質
的に二次元ランダムにて配向された結晶質アルミ
ナ−シリカ短繊維とチタン酸カリウムホイスカと
よりなる体積率10％のハイブリツド繊維を強化繊
維とし、それぞれJIS規格AC1A、AC4A、AC7A
のアルミニウム合金をマトリツクス金属とする複
合材料について、常温及250℃に於ける曲げ強さ
とハイブリツド繊維中のチタン酸カリウムホイス
カの体積比との関係を示すグラフ、第１４図は実
質的に二次元ランダムにて配向されたアルミナ短
繊維とチタン酸カリウムホイスカとよりなる体積
率30％のハイブリツド繊維を強化繊維とし、マグ
ネシウム合金をマトリツクス金属とする複合材料
について、常温及び250℃に於ける曲げ強さとハ
イブリツド繊維中のチタン酸カリウムホイスカの
体積比との関係を示すグラフ、第１５図は実質的
に二次元ランダムにて配向された非晶質アルミナ
−シリカ短繊維とチタン酸カリウムホイスカとよ
りなる体積率10％のハイブリツド繊維を強化繊維
とし、アルミニウム合金をマトリツクス金属とす
る複合材料について、常温及び250℃に於ける曲
げ強さとハイブリツド繊維中のチタン酸カリウム
ホイスカの体積比との関係を示すグラフ、第１６
図は実質的に二次元ランダムにて配向されたムラ
イト結晶質アルミナ短繊維とチタン酸カリウムホ
イスカとよりなる体積率10％のハイブリツド繊維
を強化繊維とし、アルミニウム合金をマトリツク
ス金属とする複合材料について、常温及び250℃
に於ける曲げ強さとハイブリツド繊維中のチタン
酸カリウムホイスカの体積比との関係を示すグラ
フ、第１７図は種々の短繊維とチタン酸カリウム
ホイスカとよりなるハイブリツド繊維を強化繊維
とする複合材料について、常温に於ける曲げ強さ
とハイブリツド繊維の体積率との関係を示すグラ
フ、第１８図は実質的に三次元ランダムにて配向
された窒化ケイ素ホイスカとチタン酸カリウムホ
イスカとよりなる繊維成形体を示す斜視図、第１
９図は第１８図に示された繊維成形体がステンレ
ス鋼製のケース内に充填された状態を示す斜視
図、第２０図は第１９図に示された繊維成形体及
びケースを用いて行われる高圧鋳造による複合材
料の製造の鋳造工程を示す解図、第２１図は実質
的に二次元ランダムにて配向された結晶質アルミ
ナ−シリカ短繊維とチタン酸カリウムホイスカと
よりなる繊維成形体を示す第１８図と同様の斜視
図である。１ａ……窒化ケイ素ホイスカ、１ｂ……チタン
酸カリウムホイスカ、２……繊維成形体、３……
鋳型、４……モールドキヤビテイ、５……アルミ
ニウム合金の溶湯、６……プランジヤ、７……結
晶質アルミナ−シリカ短繊維、８……チタン酸カ
リウムホイスカ、９……繊維成形体。

Claims

【特許請求の範囲】１炭化ケイ素ホイスカ、窒化ケイ素ホイスカ、
アルミナ短繊維、結晶質アルミナ−シリカ短繊
維、非晶質アルミナ−シリカ短繊維、及びそれら
の混合物よりなる群より選択された短繊維とチタ
ン酸カリウムホイスカとよりなるハイブリツド繊
維を強化繊維とし、軽金属をマトリツクス金属と
し、前記ハイブリツド繊維の体積率が５〜50％で
あり、前記ハイブリツド繊維中の前記チタン酸カ
リウムホイスカの体積比が10〜80％である短繊維
及びチタン酸カリウムホイスカ強化金属複合材
料。２特許請求の範囲第１項の短繊維及びチタン酸
カリウムホイスカ強化金属複合材料に於て、前記
マトリツクス金属はアルミニウム合金又はマグネ
シウム合金であることを特徴とする短繊維及びチ
タン酸カリウムホイスカ強化金属複合材料。３特許請求の範囲第１項又は第２項の短繊維及
びチタン酸カリウムホイスカ強化金属複合材料に
於て、前記ハイブリツド繊維の体積率は５〜40％
であることを特徴とする短繊維及びチタン酸カリ
ウムホイスカ強化金属複合材料。４特許請求の範囲第１項乃至第３項の何れかの
短繊維及びチタン酸カリウムホイスカ強化金属複
合材料に於て、前記ハイブリツド繊維中の前記チ
タン酸カリウムホイスカの体積比は10〜70％であ
ることを特徴とする短繊維及びチタン酸カリウム
ホイスカ強化金属複合材料。５特許請求の範囲第４項の短繊維及びチタン酸
カリウムホイスカ強化金属複合材料に於て、前記
ハイブリツド繊維中の前記チタン酸カリウムホイ
スカの体積比は20〜60％であることを特徴とする
短繊維及びチタン酸カリウムホイスカ強化金属複
合材料。