JPH0364581B2

JPH0364581B2 -

Info

Publication number: JPH0364581B2
Application number: JP61046498A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kubo; Tadashi Donomoto; Atsuo Tanaka; Hidetoshi Hirai
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-03-04
Filing date: 1986-03-04
Publication date: 1991-10-07
Also published as: JPS62205238A

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
詳細にはアルミナ−シリカ短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、即ちアルミナ−シリカ短繊維強化アルミニ
ウム合金に係る。従来の技術及び発明が解決しようとする問題点繊維強化金属複合材料のマトリツクス金属を成
すアルミニウム合金としては、従来より一般に下
記の如き鋳造用アルミニウム合金又は展伸用アル
ミニウム合金が使用されている。鋳造用アルミニウム合金 JIS規格AC8A（0.8〜1.3％Cu、11.0〜13.0％Si、
0.7〜1.3％Mg、0.8〜1.5％Ni、残部実質的にAl） JIS規格AC8B（2.0〜4.0％Cu、8.5〜10.5％Si、
0.5〜1.5％Mg、0.1〜１％Ni、残部実質的にAl） JIS規格AC4C（0.25％≧Cu、6.5〜7.5％Si、0.25
〜0.45％Mg、残部実質的にAl） AA規格A201（４〜５％Cu、0.2〜0.4％Mn、
0.15〜0.35％Mg、0.15〜0.35％Ti、残部実質的に
Al） AA規格A356（6.5〜7.5％Si、0.25〜0.45％Mg、
0.2≧Fe、0.2％≧Cu、残部実質的にAl） Al−２〜３％Li合金（デユポン社）展伸用アルミニウム合金 JIS規格6061（0.4〜0.8％Si、0.15〜0.4％Cu、0.8
〜1.2Mg、0.04〜0.35％Cr、残部実質的にAl） JIS規格5056（0.3％≧Si、0.4％≧Fe、0.1％≧
Cu、0.05〜0.2％Mn、4.5〜5.6％Mg、0.05〜0.2％
Cr、0.1％≧Zn、残部実質的にAl） JIS規格7075（0.4％≧Si、0.5％≧Fe、1.2〜2.0
％Cu、0.3≧Mn、2.1〜2.9％Mg、0.18〜0.28％
Cr、5.1〜6.1％Zn、0.2％Ti、残部実質的にAl）これらのアルミニウム合金をマトリツクス金属
とする複合材料に関する従来の研究は、これら在
来のアルミニウム合金の組成を変えずにそれらの
強度等を繊維強化により向上させる目的で行われ
ており、従つて複合材料の製造に従来より使用さ
れているこれらのアルミニウム合金は、強化繊維
との関連に於て必ずしも最適の組成を有するもの
ではなく、そのため上述の如き従来より使用され
ているアルミニウム合金によつては、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機械
的性質、特に強度を最適化することはできない。本願発明者等は、従来より一般に使用されてい
るアルミニウム合金をマトリツクス金属とする複
合材料に於ける上述の如き問題に鑑み、従来より
繊維強化金属複合材料の製造に使用されている
種々の強化繊維の中でも比較的低廉であり高強度
を有し高温安定性及び強度向上効果に優れた比較
的アルミナ含有量の高いアルミナ−シリカ短繊維
を強化繊維とする複合材料に於て、そのマトリツ
クス金属としてのアルミニウム合金が如何なる組
成を有するものが最適であるかについて種々の実
験的研究を行つた結果、Cu及びMg含有量がそれ
ぞれ特定の範囲にあり且Si、Ni、Zn等の元素を
実質的に含有しないアルミニウム合金がマトリツ
クス金属として最適であることを見出した。本発明は本願発明者等が行つた種々の実験的研
究の結果得られた知見に基づき、比較的アルミナ
含有量の高いアルミナ−シリカ短繊維を強化繊維
としアルミニウム合金をマトリツクス金属とする
複合材料であつて、曲げ強さの如き機械的性質に
優れた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 65％を越え80％未満のAl₂O₃、20％を越え35％
未満のSiO₂、０〜10％の他の成分なる組成を有
するアルミナ−シリカ短繊維を強化繊維とし、
Cu含有量が２〜６％でありMg含有量が1.5〜3.5
％であり残部が実質的にAlであるアルミニウム
合金をマトリツクス金属とし、前記アルミナ−シ
リカ短繊維の体積率が５〜50％であるアルミナ−
シリカ短繊維強化アルミニウム合金。発明の作用及び効果本発明によれば、強化繊維として比較的低廉で
あり高強度を有し高温安定性及び強度向上効果に
優れた比較的アルミナ含有量の高いアルミナ−シ
リカ短繊維が使用され、マトリツクス金属として
Cu含有量が２〜６％でありMg含有量が1.5〜3.5
％であり残部が実質的にAlであるアルミニウム
合金が使用され、アルミナ−シリカ短繊維の体積
率が５〜50％に設定されることにより、後に説明
する本願発明者等が行つた実験的研究の結果より
明確である如く、強度等の機械的性質に優れた低
廉な複合材料を得ることができる。また本発明によれば、従来のアルミナ−シリカ
短繊維強化アルミニウム合金と同等の強度が得ら
れれば十分である場合には、アルミナ−シリカ短
繊維の体積率は従来に比して低い値であつてよ
く、従つて使用されるアルミナ−シリカ短繊維の
使用量を低減することができるので、複合材料の
被削性や生産性を向上させることができ、また複
合材料のコストを低減することができる。複合材料のマトリツクス金属としてのAlにCu
が添加されると、そのAlの強度が向上し、これ
により複合材料の強度が向上するが、Cu含有量
が２％未満ではその効果が十分ではなく、逆に
Cu含有量が６％を越えると複合材料は極めて脆
弱になり、早期に破壊するようになる。従つて本
発明の複合材料に於けるマトリツクス金属として
のアルミニウム合金のCu含有量は２〜６％、好
ましくは２〜5.5％とされる。また強化繊維としてのアルミナ−シリカ短繊維
の表面には通常酸化物が存在しており、マトリツ
クス金属の溶湯中に酸化物形成傾向の大きいMg
が含有されていれば、Mgがアルミナ−シリカ短
繊維表面の酸化物と反応してアルミナ−シリカ短
繊維の表面を還元させるため、溶融マトリツクス
金属とアルミナ−シリカ短繊維との密着性が向上
し、Mg含有量が２〜３％程度までの範囲に於て
はMg含有量の増大につれて複合材料の強度が増
大する。しかしMg含有量が3.5％を越えると複合
材料の強度が急激に低下してしまう。従つて本発
明に於けるマトリツクス金属としてのアルミニウ
ム合金のMg含有量は1.5〜3.5％、好ましくは1.5
〜３％とされる。また上述の如き組成を有するアルミニウム合金
をマトリツクス金属とする複合材料に於ては、ア
ルミナ−シリカ短繊維の体積率が５％未満の場合
には十分な強度を確保することができず、またア
ルミナ−シリカ短繊維の体積率が40％、特に50％
を越えると、アルミナ−シリカ短繊維の体積率が
増大されても複合材料の強度はそれほど増大しな
い。また複合材料の耐摩耗性はアルミナ−シリカ
短繊維の体積率の増大と共に向上するが、アルミ
ナ−シリカ短繊維の体積率が０〜５％程度の範囲
に於て繊維体積率の増大と共に急激に増大し、繊
維体積率が約５％以上の領域に於ては、繊維体積
率が増大されても複合材料の耐摩耗性はそれほど
向上しない。従つて本発明の一つの特徴によれ
ば、アルミナ−シリカ短繊維の体積率は５〜50
％、好ましくは５〜40％とされる。また本発明の複合材料に於けるアルミナ−シリ
カ短繊維は非晶質アルミナ−シリカ短繊維及び結
晶質アルミナ−シリカ短繊維（ムライト結晶
（3Al₂O₃・2SiO₂）を含むアルミナ−シリカ短繊
維）の何れであつてもよく、アルミナ−シリカ短
繊維として結晶質アルミナ−シリカ短繊維が使用
される場合に於ては、アルミニウム合金が上述の
組成を有していれば、結晶質アルミナ−シリカ短
繊維のムライト結晶量の如何に拘らず、他の組成
のアルミニウム合金がマトリツクス金属として使
用される場合に比して、複合材料の強度を向上さ
せることができる。また本願発明者等が行つた他の実験的研究の結
果によれば、アルミナ−シリカ短繊維が非晶質で
あると結晶質であるとを問わず、アルミナ−シリ
カ短繊維の体積率が上述の好ましい範囲の比較的
高い領域にある場合、即ち30〜40％である場合に
は、アルミニウム合金のCu含有量は２〜5.5％で
あることが好ましい。従つて本発明の他の一つの
詳細な特徴によれば、アルミナ−シリカ短繊維の
体積率が30〜40％である場合には、アルミニウム
合金のCu含有量は２〜5.5％とされる。また本発明の複合材料のマトリツクス金属とし
てのアルミニウム合金のCu含有量は比較的高い
値であり、アルミニウム合金中のCu濃度にムラ
がある場合には、Cu濃度が高い部分が脆弱にな
り、従つて均質なマトリツクス金属を得ることが
できない。従つて本発明の更に他の一つの詳細な
特徴によれば、アルミニウム合金中のCu濃度が
均一になるよう、Cu含有量が２％以上3.5％未満
であるアルミニウム合金をマトリツクス金属とす
る複合材料は、480〜520℃にて２〜８時間に亙る
溶体化処理が施され、好ましくは更に150〜200℃
にて２〜８時間に亙る時効処理が施され、また
Cu含有量が3.5〜６％であるアルミニウム合金を
マトリツクス金属とする複合材料は、460〜510℃
にて２〜８時間に亙る溶体化処理が施され、好ま
しくは更に150〜200℃にて２〜８時間に亙る時効
処理が施される。更に本発明の複合材料に於けるアルミナ−シリ
カ短繊維はアルミナ−シリカの不連続繊維又はア
ルミナ−シリカの連続繊維が所定の長さに切断さ
れたものの何れであつてもよい。またアルミナ−
シリカ短繊維の繊維長は10μ〜７cm、特に10μ〜
５cm程度であることが好ましく、繊維径は１〜
30μ、特に１〜25μ程度であることが好ましい。
更にマトリツクス金属の組成が本発明に従つて設
定される場合にはアルミナ−シリカ繊維の配向に
拘らず高強度の複合材料が得られるので、繊維の
配向は一方向配向、二次元ランダム配向、三次元
ランダム配向の如き任意の配向であつてよいが、
ある特定の方向に高強度であることが要求される
場合に於て繊維の配向が一方向配向又は二次元ラ
ンダム配向である場合には、その特定の方向が一
方向配向の方向又は二次元ランダム配向の平面に
沿う方向に設定されることが好ましい。尚本発明に関連する繊維強化アルミニウム合金
として、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61−19793号明細書には、それぞれ
炭化ケイ素短繊維を強化繊維とし、Cu含有量
が２〜６％でありMg含有量が２〜４％であり残
部が実質的にAlであるアルミニウム合金をマト
リツクス金属とし、前記炭化ケイ素短繊維の体積
率が５〜50％である炭化ケイ素短繊維強化アルミ
ニウム合金、アルミナ短繊維を強化繊維とし、
Cu含有量が２〜６％でありMg含有量が0.5〜４
％であり残部が実質的にAlであるアルミニウム
合金をマトリツクス金属とし、前記アルミナ短繊
維の体積率が５〜50％であるアルミナ短繊維強化
アルミニウム合金、炭化ケイ素短繊維を強化繊
維とし、Cu含有量が２〜６％でありMg含有量が
０〜２％であり残部が実質的にAlであるアルミ
ニウム合金をマトリツクス金属とし、前記炭化ケ
イ素短繊維の体積率が５〜50％である炭化ケイ素
短繊維強化アルミニウム合金、35〜65％
Al₂O₃、65〜35％SiO₂、０〜10％他の成分なる組
成を有するアルミナ−シリカ短繊維を強化繊維と
し、Cu含有量が２〜６％でありMg含有量が0.5
〜3.5％であり残部が実質的にAlであるアルミニ
ウム合金をマトリツクス金属とし、前記アルミナ
−シリカ短繊維の体積率が５〜50％であるアルミ
ナ−シリカ短繊維強化アルミニウム合金が開示さ
れている。本明細書に於けるパーセンテージは繊維の体積
の表現の場合を除き全て重量％であり、アルミニ
ウム合金の組成の表現に於ける「実質的にAl」
とはマトリツクス金属としてのアルミニウム合金
中に含まれるAl、Cu、Mg以外のSi、Fe、Zn、
Mn、Ni、Ti、Crの如き不可避的な金属元素の
合計が１％以下であり、如何なる不純物元素も単
独で0.5％以上含まれていないことを意味し、ア
ルミナ−シリカ短繊維の組成の表現に於ける「実
質的にSiO₂」とはアルミナ−シリカ短繊維を構
成するAl₂O₃及びSiO₂以外の元素が不純物程度に
しか含まれていないことを意味する。更に本明細
書に於ける組成や温度に関する「以上」「以下」
「〜」による範囲の表示に於ては、それら自身の
値がその範囲に含まれているものとする。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。実施例１結晶質アルミナ−シリカ短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
材料に於てその強度を向上させるためにはアルミ
ニウム合金が如何なる組成のものが適切であるか
についての検討を行うべく、結晶質アルミナ−シ
リカ短繊維（72％Al₂O₃、残部実質的にSiO₂、ム
ライト結晶量60％、平均繊維長１mm、平均繊維径
3μｍ）を強化繊維とし、Al−Cu−Mg系の種々の
組成のアルミニウム合金をマトリツクス金属とす
る複合材料を高圧鋳造法により製造し、各複合材
料について曲げ強さの評価を行つた。まず純アルミニウムの地金（純度99％以上）と
純マグネシウム（純度99％以上）とAl−50％Cu
母合金とを配合することにより、下記の表１に示
されている如く種々のCu及びMg含有量を有し残
部が実質的にAlであるアルミニウム合金A1〜
A56を形成した。次いで結晶質アルミナ−シリカ
短繊維の集合体に対しバインダを使用しないで圧
縮成形を行うことにより、第１４図に示されてい
る如く結晶質アルミナ−シリカ短繊維１よりなり
繊維体積率が20％、10％、及び５％である38×
100×16mmの繊維成形体２を形成した。この場合
個々の結晶質アルミナ−シリカ短繊維１は第１４
図に示されている如く、38×100mmの平面に平行
な平面内に於てはランダムに配向され、この平面
に垂直な方向に積重ねられた二次元ランダムに配
向された。次いで第１５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両端にて開口した四角柱
状のケース２ａ内に充填し、繊維成形体２をケー
スごと600℃に加熱し、しかる後第１９図に示さ
れている如く250℃の鋳型３のモールドキヤビテ
イ４内に配置し、該鋳型内に700℃のアルミニウ
ム合金の溶湯５を素早く注湯し、該溶湯を約200
℃のプランジヤ６により1000Kg／cm²の圧力にて加
圧し、その加圧状態をアルミニウム合金の溶湯が
完全に凝固するまで保持した。かくして鋳型３内
の溶湯が完全に凝固した後、その凝固体を鋳型よ
り取出し、凝固体のケースの周りに存在するアル
ミニウム合金のみよりなる部分を切削により除去
し、更にケースより結晶質アルミナ−シリカ短繊
維を強化繊維としアルミニウム合金をマトリツク
ス金属とし繊維体積率が20％、10％、５％である
複合材料を取出した。次いでアルミニウム合金のMg含有量に拘ら
ず、Cu含有量が実質的に1.5％であるアルミニウ
ム合金をマトリツクス金属とする複合材料に対し
ては、530℃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を施し、Cu含有
量が実質的に２〜３％未満であるアルミニウム合
金をマトリツクス金属とする複合材料に対して
は、500℃にて８時間に亙る溶体化処理と160℃に
て８間かに亙る人工時効処理を施し、Cu含有量
が実質的に４〜6.5％以下であるアルミニウム合
金をマトリツクス金属とする複合材料に対して
は、480℃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を施した。次いで上述の如く製造され熱処理が施された各
複合材料より、長さ50mm、幅10mm、厚さ２mmの曲
げ試験片をその50×10mmの平面が繊維配向の二次
元ランダム平面に平行になるよう切出し、各曲げ
試験片について支点間距離40mmにて３点曲げ試験
を行つた。尚これらの曲げ試験に於ては、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）を複
合材料の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、第１図
乃至第３図に示す。尚表２に示された各複合材料
の曲げ強さの単位はKg／mm²であり、第１図乃至第
３図はそれぞれ繊維体積率が20％、10％、５％で
ある複合材料について、表２に示されたデータに
基づきCu含有量をパラメータとしてMg含有量と
複合材料の曲げ強さ（Kg／mm²）との関係を表わし
ている。表２及び第１図乃至第３図より、結晶質アルミ
ナ−シリカ短繊維の体積率が20％、10％、５％の
何れの複合材料についても、複合材料の曲げ強さ
はCu含有量が1.5％又は6.5％の場合にはMg含有
量に拘らず比較的低い値であり、また複合材料の
曲げ強さはMg含有量が実質的に０％又は４％の
場合にCu含有量の如何に拘らず比較的低い値で
あり、Mg含有量が２〜３％の範囲に於て曲げ強
さが最大値になり、Mg含有量がこの範囲より増
大し又は減少するにつれて曲げ強さが徐々に減少
し、特にMg含有量が3.5％を越える範囲に於えは
Mg含有量の増大につれて曲げ強さが急激に低下
し、Mg含有量が４％の場合に於ける曲げ強さは
Mg含有量が０％の場合と実質的に同等又はそれ
よりも低い値になることが解る。これらの曲げ試験の結果より、72％Al₂O₃、残
部実質的にSiO₂なる組成を有し、繊維体積率20
％、10％、５％の結晶質アルミナ−シリカ短繊維
を強化繊維としAl−Cu−Mg系のアルミニウム合
金をマトリツクス金属とする複合材料の強度を向
上させるためには、マトリツクス金属としてのア
ルミニウム合金のCu含有量は２〜６％であり、
Mg含有量は1.5〜3.5％、特に1.5〜３％であるこ
とが好ましいことが解る。実施例２結晶質アルミナ−シリカ短繊維の体積率が40％
及び30％に設定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製造された複合材料につ
いて、実施例１の曲げ試験と同様の曲げ試験を行
つた。これらの曲げ試験の結果を下記の表２、第
４図及び第５図に示す。尚第４図及び第５図はそ
れぞれ繊維体積率が40％及び30％である複合材料
について、表２に示されたデータに基づきCu含
有量をパラメータとしてMg含有量と複合材料の
曲げ強さ（Kg／mm²）との関係を表わしている。表２、第４図及び第５図より、結晶質アルミナ
−シリカ短繊維の体積率が40％及び30％の何れを
複合材料についても、複合材料の曲げ強さはCu
含有量が1.5％又は6.5％の場合にはMg含有量に
拘らず比較的低い値であり、また複合材料の曲げ
強さはMg含有量が実質的に０％又は４％の場合
にCu含有量の如何に拘らず比較的低い値であり、
Mg含有量が２〜３％の範囲に於て曲げ強さが最
大値になり、Mg含有量がこの範囲より増大し又
は減少するにつれて曲げ強さが徐々に減少し、特
にMg含有量が3.5％を越える範囲に於てはMg含
有量の増大につれて曲げ強さが急激に低下し、
Mg含有量が４％の場合に於ける曲げ強さはMg
含有量が０％の場合と実質的に同等又はそれより
も低い値になることが解る。これらの曲げ試験の結果より、72％Al₂O₃、残
部実質的にSiO₂なる組成を有し、繊維体積率40
％及び30％の結晶質アルミナ−シリカ短繊維を強
化繊維としAl−Cu−Mg系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の強度を向上さ
せるためには、マトリツクス金属としてのアルミ
ニウム合金のCu含有量は２〜６％、特に２〜5.5
％であり、Mg含有量は1.5〜3.5％、特に1.5〜３
％であることが好ましいことが解る。実施例３アルミナ−シリカ短繊維として72％Al₂O₃、残
部実質的にSiO₂なる組成を有する非晶質アルミ
ナ−シリカ短繊維（平均繊維長２mm、平均繊維径
3μｍ）が使用され、繊維体積率が10％に設定さ
れた点を除き、実施例１の場合と同一の要領及び
条件にて製造された複合材料について、実施例１
の曲げ試験と同様の曲げ試験を行つた。この曲げ
試験の結果を下記の表３及び第６図に示す。尚表
３に示された各複合材料の曲げ強さの単位はKg／
mm²である。表３及び第６図より、複合材料の曲げ強さは
Cu含有量が1.5％又は6.5％の場合にはMg含有量
に拘らず比較的低い値であり、また複合材料の曲
げ強さはMg含有量が実質的に０％又は４％の場
合にCu含有量の如何に拘らず比較的低い値であ
り、Mg含有量が２〜３％の範囲に於て曲げ強さ
が最大値になり、Mg含有量がこの範囲より増大
し又は減少するにつれて曲げ強さが徐々に減少
し、特にMg含有量が3.5％を越える範囲に於ては
Mg含有量の増大につれて曲げ強さが急激に低下
し、Mg含有量が４％の場合に於ける曲げ強さは
Mg含有量が０％の場合よりも低い値になること
が解る。この曲げ試験の結果より、72％Al₂O₃、残部実
質的にSiO₂なる組成を有し、繊維体積率が10％
である非晶質アルミナ−シリカ短繊維を強化繊維
としAl−Cu−Mg系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の場合にもその強度を
向上させるためには、マトリツクス金属としての
アルミニウム合金のCu含有量は２〜６％であり、
Mg含有量は1.5〜3.5％、特に1.5〜３％であるこ
とが好ましいことが解る。実施例４非晶質アルミナ−シリカ短繊維の体積率及び平
均繊維長がそれぞれ30％、0.8mmに設定された点
を除き、実施例３の場合と同一の要領及び条件に
て製造された複合材料について、実施例１の曲げ
試験と同様の曲げ試験を行つた。この曲げ試験の
結果を下記の表３及び第７図に示す。表３及び第７図より、複合材料の曲げ強さは
Cu含有量が1.5％又は6.5％の場合にはMg含有量
に拘らず比較的低い値であり、また複合材料の曲
げ強さはMg含有量が実質的に０％又は４％の場
合にCu含有量の如何に拘らず比較的低い値であ
り、Mg含有量が２〜３％の範囲に於て曲げ強さ
が最大値になり、Mg含有量がこの範囲より増大
し又は減少するにつれて曲げ強さが徐々に減少
し、特にMg含有量が3.5％を越える範囲に於ては
Mg含有量の増大につれて曲げ強さが急激に低下
し、Mg含有量が４％の場合に於ける曲げ強さは
Mg含有量が０％の場合よりも低い値になること
が解る。この曲げ試験の結果より、77％Al₂O₃、残部実
質的にSiO₂なる組成を有し、繊維体積率が30％
である非晶質アルミナ−シリカ短繊維を強化繊維
としAl−Cu−Mg系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の場合にもその強度を
向上させるためには、マトリツクス金属としての
アルミニウム合金のCu含有量は２〜６％、特に
２〜5.5％であり、Mg含有量は1.5〜3.5％、特に
1.5〜３％であることが好ましいことが解る。実施例５結晶質アルミナ−シリカ短繊維として77％
Al₂O₃、残部実質的にSiO₂なる組成を有し、ムラ
イト結晶量が60％である結晶質アルミナ−シリカ
短繊維（平均繊維長1.5mm、平均繊維径3.2μｍ）
が使用され、繊維体積率が10％に設定された点を
除き、実施例１の場合と同一の要領及び条件にて
製造された複合材料について、実施例１の曲げ試
験と同様の曲げ試験を行つた。この曲げ試験の結
果を下記の表４の欄及び第８図に示す。尚表４
に示された各複合材料の曲げ強さの単位はKg／mm²
である。表４及び第８図より、複合材料の曲げ強さは
Cu含有量が1.5％又は6.5％の場合にはMg含有量
に拘らず比較的低い値であり、また複合材料の曲
げ強さはMg含有量が実質的に０％又は４％の場
合にCu含有量の如何に拘らず比較的低い値であ
り、Mg含有量が２〜３％の範囲に於て曲げ強さ
が最大値になり、Mg含有量がこの範囲より増大
し又は減少するにつれて曲げ強さが徐々に減少
し、特にMg含有量が3.5％を越える範囲に於ては
Mg含有量の増大につれて曲げ強さが急激に低下
し、Mg含有量が４％の場合に於ける曲げ強さは
Mg含有量が０％の場合と実質的に同等又はそれ
よりも低い値になることが解る。この曲げ試験の結果より、77％Al₂O₃、残部実
質的にSiO₂なる組成を有し、繊維体積率が10％
である結晶質アルミナ−シリカ短繊維を強化繊維
としAl−Cu−Mg系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の場合にもその強度を
向上させるためには、マトリツクス金属としての
アルミニウム合金のCu含有量は２〜６％であり、
Mg含有量は1.5〜3.5％、特に1.5〜３％であるこ
とが好ましいことが解る。実施例６アルミナ−シリカ短繊維として77％Al₂O₃、残
部実質的にSiO₂なる組成を有する非晶質アルミ
ナ−シリカ短繊維（平均繊維長0.6mm、平均繊維
径3.2μｍ）が使用され、繊維体積率が30％に設定
された点を除き、実施例１の場合と同一の要領及
び条件にて製造された複合材料について、実施例
１の曲げ試験と同様の曲げ試験を行つた。この曲
げ試験の結果を下記の表４の欄及び第９図に示
す。表４及び第９図より、複合材料の曲げ強さは
Cu含有量が1.5％又は6.5％の場合にはMg含有量
に拘らず比較的低い値であり、また複合材料の曲
げ強さはMg含有量が実質的に０％又は４％の場
合にCu含有量の如何に拘らず比較的低い値であ
り、Mg含有量が２〜３％の範囲に於て曲げ強さ
が最大値になり、Mg含有量がこの範囲より増大
し又は減少するにつれて曲げ強さが徐々に減少
し、特にMg含有量が3.5％を越える範囲に於ては
Mg含有量の増大につれて曲げ強さが急激に低下
し、Mg含有量が４％の場合に於ける曲げ強さは
Mg含有量が０％の場合よりも低い値になること
が解る。この曲げ試験の結果より、77％Al₂O₃、残部実
質的にSiO₂なる組成を有し、繊維体積率が30％
である非晶質アルミナ−シリカ短繊維を強化繊維
としAl−Cu−Mg系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の場合にもその強度を
向上させるためには、マトリツクス金属としての
アルミニウム合金のCu含有量は２〜６％、２〜
5.5％であり、Mg含有量は1.5〜3.5％、特に1.5〜
３％であることが好ましいことが解る。実施例７アルミナ−シリカ短繊維として67％Al₂O₃、残
部実質的にSiO₂なる組成を有し、ムライト結晶
量が60％である結晶質アルミナ−シリカ短繊維
（平均繊維長0.3mm、平均繊維径2.6μｍ）が使用さ
れ、繊維体積率が30％に設定された点を除き、実
施例１の場合と同一の要領及び条件にて製造され
た複合材料について、実施例１の曲げ試験と同様
の曲げ試験を行つた。この曲げ試験の結果を下記
の表４の欄及び第１０図に示す。表４及び第１０図より、複合材料の曲げ強さは
Cu含有量が1.5％又は6.5％の場合にはMg含有量
に拘らず比較的低い値であり、また複合材料の曲
げ強さはMg含有量が実質的に０％又は４％の場
合にCu含有量の如何に拘らず比較的低い値であ
り、Mg含有量が２〜３％の範囲に於て曲げ強さ
が最大値になり、Mg含有量がこの範囲より増大
し又は減少するにつれて曲げ強さが徐々に減少
し、特にMg含有量が3.5％を越える範囲に於ては
Mg含有量の増大につれて曲げ強さが急激に低下
し、Mg含有量が４％の場合に於ける曲げ強さは
Mg含有量が０％の場合よりも低い値になること
が解る。この曲げ試験の結果より、67％Al₂O₃、残部実
質的にSiO₂なる組成を有し、繊維体積率が30％
である結晶質アルミナ−シリカ短繊維を強化繊維
としAl−Cu−Mg系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の場合にもその強度を
向上させるためには、マトリツクス金属としての
アルミニウム合金のCu含有量は２〜６％、特に
２〜5.5％であり、Mg含有量は1.5〜3.5％、特に
1.5〜３％であることが好ましいことが解る。実施例８アルミナ−シリカ短繊維として67％Al₂O₃、残
部実質的にSiO₂なる組成を有する非晶質アルミ
ナ−シリカ短繊維（平均繊維長1.2mm、平均繊維
径2.6μｍ）が使用され、繊維体積率が10％に設定
された点を除き、実施例１の場合と同一の要領及
び条件にて製造された複合材料について、実施例
１の曲げ試験と同様の曲げ試験を行つた。この曲
げ試験の結果を下記の表４の欄及び第１１図に
示す。表４及び第１１図より、複合材料の曲げ強さは
Cu含有量が1.5％又は6.5％の場合にはMg含有量
に拘らず比較的低い値であり、また複合材料の曲
げ強さはMg含有量が実質的に０％又は４％の場
合にCu含有量の如何に拘らず比較的低い値であ
り、Mg含有量が１〜２％の範囲に於て曲げ強さ
が最大値になり、Mg含有量がこの範囲より増大
し又は減少するにつれて曲げ強さが徐々に減少
し、特にMg含有量が3.5％を越える範囲に於ては
Mg含有量の増大につれて曲げ強さが急激に低下
し、Mg含有量が４％の場合に於ける曲げ強さは
Mg含有量が０％の場合よりも低い値になること
が解る。この曲げ試験の結果より、67％Al₂O₃、残部実
質的にSiO₂なる組成を有し、繊維体積率が10％
である非晶質アルミナ−シリカ短繊維を強化繊維
としAl−Cu−Mg系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の場合にもその強度を
向上させるためには、マトリツクス金属としての
アルミニウム合金のCu含有量は２〜６％であり、
Mg含有量は1.5〜3.5％、特に1.5〜３％であるこ
とが好ましいことが解る。実施例９上述の各実施例より、アルミナ−シリカ短繊維
が結晶質及び非晶質アルミナ−シリカ短繊維の何
れの場合にも、アルミニウム合金のCu含有量及
びMg含有量はそれぞれ２〜６％、1.5〜3.5％で
あることが好ましいことが解つたので、強度繊維
であるアルミナ−シリカ短繊維の体積率が如何な
る値であることが適切であるのかの検討を行うべ
く、Cu含有量が４％でありMg含有量が２％であ
り残部が実質的にAlであるアルミニウム合金を
マトリツクス金属とし、それぞれ上述の実施例１
及び３に於て使用された結晶質アルミナ−シリカ
短繊維及び非晶質アルミナ−シリカ短繊維を強化
繊維とし、繊維体積率が５％、10％、20％、30
％、40％、50％である複合材料B₁〜B₆及びC₁〜
C₆を実施例１の場合と同一の要領及び条件にて
製造し、各複合材料に対し実施例１の場合と同一
の条件にて溶体化処理及び人工時効処理を施し、
各複合材料より実施例１の場合と同一の要領にて
同一寸法の曲げ試験片B₁〜B₆及びC₁〜C₆を切出
し、各曲げ試験片について実施例１の場合と同一
の要領及び条件にて曲げ試験を行つた。またCu含有量が４％でありMg含有量が２％で
あり残部が実質的にAlであるアルミニウム合金
の鋳物に対し実施例１の場合と同一の条件にて溶
体化処理及び人工時効処理を施し、該鋳物より実
施例１の場合と同一の寸法の曲げ試験片B₀及び
C₀を切出し、それらの曲げ試験片についても実
施例１の場合と同一の要領及び条件にて曲げ試験
を行つた。これらの曲げ試験の結果を第１５図に
示す。第１２図より、強化繊維が結晶質アルミナ−シ
リカ短繊維であるか非晶質アルミナ−シリカ短繊
維であるかに拘らず、繊維体積率が０〜５％の範
囲に於ては、繊維体積率が増大されても複合材料
の曲げ強さは殆ど向上せず、マトリツクス金属で
あるアルミニウム合金の曲げ強さと同等の値であ
り、それぞれ繊維体積率が５〜30％、５〜40％の
範囲に於ては、繊維体積率の増大に伴ない曲げ強
さが実質的に線形的に増大し、繊維体積率が40％
以上、特に50％以上の範囲に於ては、曲げ強さは
繊維体積率が増大されても殆ど向上しないことが
解る。従つて強化繊維としてアルミナ−シリカ短
繊維の体積率は、その種類に拘らず、５〜50％、
特に５〜40％であることが望ましいことが解る。実施例 10 アルミナ−シリカ短繊維として結晶質アルミナ
−シリカ短繊維が使用される場合に於て、ムライ
ト結晶量が複合材料の曲げ強さに対し如何なる影
響を及ぼすかについての検討を行うべく、Cu含
有量が４％でありMg含有量が２％であり残部が
実質的にAlであるアルミニウム合金をマトリツ
クス金属として、67％Al₂O₃、残部実質的にSiO₂
なる組成を有し、ムライト結晶量が０％、20％、
40％、60％、80％であり、繊維体積率が10％及び
30％である結晶質アルミナ−シリカ短繊維（それ
ぞれ平均繊維長0.8mm、0.3mm、平均繊維径2.6μｍ、
2.6μｍ）を強化繊維とする複合材料D₀〜D₄及び
E₀〜E₄、72％Al₂O₃、残部実質的にSiO₂なる組成
を有し、ムライト結晶量が０％、20％、40％、60
％、80％であり、繊維体積率が10％及び30％であ
る結晶質アルミナ−シリカ短繊維（それぞれ平均
繊維長1.0mm、平均繊維径3.0μｍ、3.0μｍ）を強化
繊維とする複合材料F₀〜F₄及びG₀〜G₄、77％
Al₂O₃、残部実質的にSiO₂なる組成を有し、ムラ
イト結晶量が０％、20％、40％、60％、80％であ
り、繊維体積率が10％及び30％である結晶質アル
ミナ−シリカ短繊維（それぞれ平均繊維長1.5mm、
0.5mm、平均繊維径3.2μｍ、3.2μｍ）を強化繊維と
する複合材料H₀〜H₄及びI₀〜I₄を実施例１の場
合と同一の要領及び条件にて製造し、各複合材料
に対し実施例１の場合と同一の条件にて溶体化処
理及び人工時効処理を施し、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曲げ試
験を行つた。これらの曲げ試験の結果を第１３図に示す。尚
第１３図に於て、横軸は強化繊維としての結晶質
アルミナ−シリカ短繊維のムライト結晶量（％）
を示している。第１３図より、マトリツクス金属として上述の
組成のアルミニウム合金が使用される場合には、
ムライト結晶量が比較的小さい場合にも複合材料
の曲げ強さは比較的高い値であり、ムライト結晶
量の如何による複合材料の曲げ強さの変化量は小
さく、従つてアルミナ−シリカ短繊維として結晶
質アルミナ−シリカ短繊維が使用される場合には
ムライト結晶量は如何なる値であつてもよいこと
が解る。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５図はそれぞれ72％Al₂O₃、残部
実質的にSiO₂なる組成を有し、ムライト結晶量
が60％であり、体積率が20％、10％、５％、40
％、30％である結晶質アルミナ−シリカ短繊維に
て強化されたアルミニウム合金よりなる複合材料
について行われた曲げ試験の結果に基づき、Cu
含有量をパラメータとしてMg含有量と複合材料
の曲げ強さとの関係を示すグラフ、第６図及び第
７図はそれぞれ72％Al₂O₃、残部実質的にSiO₂な
る組成を有し、体積率が10％及び30％である非晶
質アルミナ−シリカ短繊維にて強化されたアルミ
ニウム合金よりなる複合材料について行われた曲
げ試験の結果に基づき、Cu含有量をパラメータ
としてMg含有量と複合材料の曲げ強さとの関係
を示すグラフ、第８図は77％Al₂O₃、残部実質的
にSiO₂なる組成を有し、ムライト結晶量が60％
であり、体積率が10％である結晶質アルミナ−シ
リカ短繊維にて強化されたアルミニウム合金より
なる複合材料について行われた曲げ試験の結果に
基づき、Cu含有量をパラメータとしてMg含有量
と複合材料の曲げ強さとの関係を示すグラフ、第
９図は77％Al₂O₃、残部実質的にはSiO₂なる組成
を有し、体積率が30％である非晶質アルミナ−シ
リカ短繊維にて強化されたアルミニウム合金より
なる複合材料について行われた曲げ試験の結果に
基づき、Cu含有量をパラメータとしてMg含有量
と複合材料の曲げ強さとの関係を示すグラフ、第
１０図は67％Al₂O₃、残部実質的にSiO₂なる組成
を有し、ムライト結晶量が60％であり、体積率が
30％である結晶質アルミナ−シリカ短繊維にて強
化されたアルミニウム合金よりなる複合材料につ
いて行われた曲げ試験の結果に基づき、Cu含有
量をパラメータとしてMg含有量と複合材料の曲
げ強さとの関係を示すグラフ、第１１図は67％
Al₂O₃、残部実質的にSiO₂なる組成を有し、体積
率が10％である非晶質アルミナ−シリカ短繊維に
て強化されたアルミニウム合金よりなる複合材料
について行われた曲げ試験の結果に基づき、Cu
含有量をパラメータとしてMg含有量と複合材料
の曲げ強さとの関係を示すグラフ、第１２図は
Cu含有量が４％でありMg含有量が２％であり残
部が実質的にAlであるアルミニウム合金をマト
リツクス金属とし、種々の体積率の結晶質アルミ
ナ−シリカ短繊維及び非晶質アルミナ−シリカ短
繊維を強化繊維とする複合材料について行われた
曲げ試験の結果に基づき、繊維体積率と複合材料
の曲げ強さとの関係を示すグラフ、第１３図は
Cu含有量が４％でありMg含有量が２％であり残
部が実質的にAlであるアルミニウム合金をマト
リツクス金属とし、ムライト結晶量が種々の値で
ある結晶質アルミナ−シリカ短繊維を強化繊維と
する複合材料について行われた曲げ試験の結果に
基づき、ムライト結晶量と複合材料の曲げ強さと
の関係を示すグラフ、第１４図は個々の結晶質ア
ルミナ−シリカ短繊維が二次元ランダムにて配向
された繊維成形体を示す斜視図、第１５図は第１
４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１６図
は第１５図に示されたステンレス鋼製のケース内
に充填された繊維成形体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で
ある。１……結晶質アルミナ−シリカ短繊維、２ａ…
…ケース、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。

Claims

【特許請求の範囲】１ 65％を越え80％未満のAl₂O₃、20％を越え35
％未満のSiO₂、０〜10％の他の成分なる組成を
有するアルミナ−シリカ短繊維を強化繊維とし、
Cu含有量が２〜６％でありMg含有量が1.5〜3.5
％であり残部が実質的にAlであるアルミニウム
合金をマトリツクス金属とし、前記アルミナ−シ
リカ短繊維の体積率が５〜50％であるアルミナ−
シリカ短繊維強化アルミニウム合金。２特許請求の範囲第１項のアルミナ−シリカ短
繊維強化アルミニウム合金に於て、前記アルミナ
−シリカ短繊維の体積率は５〜40％であることを
特徴とするアルミナ−シリカ短繊維強化アルミニ
ウム合金。３特許請求の範囲第２項のアルミナ−シリカ短
繊維強化アルミニウム合金に於て、前記アルミナ
−シリカ短繊維の体積率は30〜40％であり、前記
アルミニウム合金のCu含有量は２〜5.5％である
ことを特徴とするアルミナ−シリカ短繊維強化ア
ルミニウム合金。