JPH04371537A

JPH04371537A - ウィスカー複合強化金属

Info

Publication number: JPH04371537A
Application number: JP14450191A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tanimura; 谷村　浩; Jun Yagi; 順八木; Kojiro Matsuo; 松尾　光二郎; Tomiya Yasunaka; 安仲　富弥; Hiroyuki Shindo; 博之神藤
Original assignee: Tokai Carbon Co Ltd; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Tokai Carbon Co Ltd; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-06-17
Filing date: 1991-06-17
Publication date: 1992-12-24

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、航空機、自動車、スポ
ーツ用品、電化製品等に用いられるウィスカー複合強化
金属に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ウィスカーは、一般に転移の数が極端に
少なく、強度がその結晶の理想値に近いという特長を持
っているため、金属と複合することで、その強度や弾性
率の向上が図られてきた。

【０００３】代表的なウィスカーとしては、炭化珪素ウ
ィスカー、グラファイトウィスカー、チタン酸カリウム
ウィスカー、アルミナウィスカー、酸化亜鉛ウィスカー
等があった。

【０００４】このようなウィスカーによる複合金属は、
強度や弾性率の向上が図られると同時に、高温強度の改
善や、耐摩耗性の向上も達成できる。また、ウィスカー
複合強化金属は、連続繊維を複合した金属ではできない
、圧延、押し出し、鍛造などの二次加工が可能であると
いう利点がある。

【０００５】尚、酸化亜鉛ウィスカーを用いた複合強化
金属は、特開昭６３−２１４００８号公報や特開昭６３
−２１４００９号公報に開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ウィスカー複合強化金属では、複合するウィスカーの各
々の形状、物性等により、顕著な複合効果が見られる反
面、複合することによるマイナス効果も多く発生するこ
とになる。又、その複合効果及びマイナス効果について
もウィスカーの種類によってまちまちであり、そのため
従来のウィスカー複合強化金属は使用可能用途が非常に
限定されるという問題があった。

【０００７】即ち、炭化珪素ウィスカーにおいては、金
属に複合した際、強度、弾性率、硬度の上昇、線膨張係
数の低下に大きな効果がある反面、繊維状ウィスカーの
配向による複合効果のばらつきの発生や、加工性の著し
い低下、製品コストの上昇等のマイナス効果が見られる
。

【０００８】また、酸化亜鉛ウィスカーにおいては、複
合金属の弾性率の上昇、線膨張係数の低下には効果が見
られるが、強度、硬度の上昇には大きな効果は見られな
い。しかし、酸化亜鉛ウィスカーが複数軸を持った結晶
構造であるため、複合金属中で配向することはなく、均
一な複合効果が得られ、同時に加工性も良好で、製品コ
ストも炭化珪素ウィスカーに比べ安価である。

【０００９】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、高強
度で加工性が良く、低コストであり、マイナス効果が少
なくバランスのとれた複合効果を持つウィスカー複合強
化金属を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、金属に炭化珪素ウィスカと酸化亜鉛ウィス
カを、炭化珪素ウィスカーが１〜２５ｖｏｌ．％、酸化
亜鉛ウィスカーが４〜４９ｖｏｌ．％で、かつ両ウィス
カーの和が５〜５０ｖｏｌ．％となるように複合させた
ことを特徴とする。

【００１１】好ましくは、炭化珪素ウィスカーが５〜２
０ｖｏｌ．％、酸化亜鉛ウィスカーが１０〜３５ｖｏｌ
．％で、両ウィスカーの和が１５〜４０ｖｏｌ．％とな
るように複合される。

【００１２】また、酸化亜鉛ウィスカーは、その基部か
ら先端までの長さが３〜２００μｍでアスペクト比が３
以上、より好ましくは上記長さが５〜２００μｍでアス
ペクト比が１０以上のものが用いられる。

【００１３】又、酸化亜鉛ウィスカーは、図１に示すよ
うに、核部と、この核部から異なる複数の軸方向、特に
４軸方向に伸びた針状結晶部とを有するテトラポット形
状のものが好適に用いられる。なお、酸化亜鉛ウィスカ
ーを金属に複合した場合、その金属中にテトラポット形
状ではなく、針状の酸化亜鉛ウィスカーが存在すること
があるが、これは上記針状結晶部が折損したものであり
、本発明から逸脱するものではない。

【００１４】さらに、金属はアルミニウム系の金属が好
適である。

【００１５】

【作用】本発明において、炭化珪素ウィスカーの複合量
を１〜２５ｖｏｌ．％としたのは、１ｖｏｌ．％未満で
は複合効果が殆ど得られず、２５ｖｏｌ．％を越えるも
のでは複合物の加工性が極端に悪くなるためである。又
、酸化亜鉛ウィスカーの複合量を４〜４９ｖｏｌ．％と
したのは、４ｖｏｌ．％未満のでは複合効果が殆ど得ら
れず、４９ｖｏｌ．％を越えるものでは金属中への均一
な複合が困難になるためである。

【００１６】また、炭化珪素ウィスカー、酸化亜鉛ウィ
スカーの複合量の和を５〜５０ｖｏｌ．％としたのは、
５ｖｏｌ．％未満では複合効果が殆ど得られず、５０ｖ
ｏｌ．％を越えるものでは金属中への均一な複合が困難
になるためである。

【００１７】なお、このウィスカー複合強化金属の製造
には、溶湯鍛造法、粉末冶金法、ホットプレス法、ホッ
トロール法、ＨＩＰ法、高温押し出し法等が適用可能で
ある。

【００１８】酸化亜鉛ウィスカーの基部から先端までの
長さを、好適には３〜２００μｍとしたのは、３μｍ未
満では酸化亜鉛ウィスカーが非常に微細になるため、酸
化亜鉛ウィスカーの形状に起因する複合効果が得にくく
なり、２００μｍを越えるものは複合時に酸化亜鉛ウィ
スカー同士のからみが多くなり、均一な複合が困難にな
るためである。また、アスペクト比を３以上としたのは
、３未満では酸化亜鉛ウィスカーが球状に近づくため、
複合効果が得難くなるためである。

【００１９】以上のような条件で炭化珪素ウィスカーと
酸化亜鉛ウィスカーを金属に複合することにより、強度
、弾性率、硬度の上昇、線膨張係数の低下等の複合効果
が顕著に見られる。

【００２０】また、複合する酸化亜鉛ウィスカーとして
、核部と、この核部から異なる複数軸方向に伸びた針状
結晶部を有するものを用いることにより、複合金属中で
配向することがなく、さらには炭化珪素ウィスカーの配
向も抑制できるという効果が得られる。

【００２１】また、酸化亜鉛ウィスカーは、Ｃ軸方向に
伸びた針状結晶で構成され、Ｃ軸方向に直角にへき開面
を持つため、へき開し易いという特性があり、これによ
り炭化珪素ウィスカーと酸化亜鉛ウィスカーを適当量複
合した際、炭化珪素ウィスカーの持つ加工性の低下とい
うマイナスの複合効果を抑制することができる。

【００２２】また、炭化珪素ウィスカーと酸化亜鉛ウィ
スカーの金属への複合方法は、単一ウィスカーの複合の
場合とほぼ同等であるため、比較的安価な酸化亜鉛ウィ
スカーを複合することで、炭化珪素ウィスカーのみの複
合強化金属より安価なものとなる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の詳細を、実施例をもって説明
する。

【００２４】（実施例１）主として繊維の直径が０．１
〜１μｍ、繊維長が４〜４０μｍに分布した立方晶系炭
化珪素ウィスカーと、主として基部の直径が０．９〜１
．８μｍで、基部から先端までの長さが１０〜３０μｍ
に分布するテトラポット形状の酸化亜鉛ウィスカーを、
表１に示す組成のアルミニウム系金属に複合し、６種類
の試験片を得た。試験片それぞれのウィスカーの複合量
は、 ■　　炭化珪素ウィスカー：２０ｖｏｌ．％、酸化亜鉛
ウィスカー：３５ｖｏｌ．％ ■　　炭化珪素ウィスカー：１５ｖｏｌ．％、酸化亜鉛
ウィスカー：３５ｖｏｌ．％ ■　　炭化珪素ウィスカー：２５ｖｏｌ．％、酸化亜鉛
ウィスカー：２０ｖｏｌ．％ ■　　炭化珪素ウィスカー：１５ｖｏｌ．％、酸化亜鉛
ウィスカー：１５ｖｏｌ．％ ■　　炭化珪素ウィスカー：　　９ｖｏｌ．％、酸化亜
鉛ウィスカー：２１ｖｏｌ．％ ■　　炭化珪素ウィスカー：　０．５ｖｏｌ．％、酸化
亜鉛ウィスカー：　３．５ｖｏｌ．％の６種類である。

【００２５】なお、■、■、■、■、■の試験片につい
ては、溶湯鍛造法にて複合を行ったが、■の試験片につ
いてはウィスカーの配合量が少ないため、粉末冶金法に
て複合を行った。

【００２６】これらのウィスカー複合強化金属の試験片
と、比較用として表１に示す組成のアルミニウム系金属
のみで製作した試験片について、引張強度、弾性率、硬
度、線膨張係数を測定した。その結果を表２に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】（実施例２）主として、繊維の直径が０．
１〜１μｍ、繊維長が４〜４０μｍに分布した立方晶系
炭化珪素ウィスカーと、主として基部の直径が０．９〜
１．８μｍで、基部から先端までの長さが１０〜３０μ
ｍに分布するテトラポット形状の酸化亜鉛ウィスカーを
、溶湯鍛造法にて、表１に示した組成のアルミニウム系
金属に複合し、５種類の試験片を得た。試験片それぞれ
のウィスカーの複合量は、 ■　　炭化珪素ウィスカー：２０ｖｏｌ．％、酸化亜鉛
ウィスカー：３５ｖｏｌ．％ ■　　炭化珪素ウィスカー：１５ｖｏｌ．％、酸化亜鉛
ウィスカー：３５ｖｏｌ．％ ■　　炭化珪素ウィスカー：２５ｖｏｌ．％、酸化亜鉛
ウィスカー：２０ｖｏｌ．％ ■　　炭化珪素ウィスカー：１５ｖｏｌ．％、酸化亜鉛
ウィスカー：１５ｖｏｌ．％ ■　　炭化珪素ウィスカー：　　９ｖｏｌ．％、酸化亜
鉛ウィスカー：２１ｖｏｌ．％の５種類である。

【００３０】また、比較用として、このウィスカー複合
強化金属試験片に用いた炭化珪素ウィスカーと同等の炭
化珪素ウィスカーのみ３０ｖｏｌ．％を溶湯鍛造法で上
記と同等のアルミニウム系金属に複合し、試験片を得た
。

【００３１】これらの５種類の試験片と比較試験片につ
いて、切削加工性試験を表３に示す条件で行った。その
結果を表４に示す。

【００３２】

【表３】

【００３３】

【表４】

【００３４】（実施例３）主として、繊維の直径が０．
１〜１μｍ、繊維長が４〜４０μｍに分布した立方晶系
炭化珪素ウィスカーと、主として基部の直径が０．９〜
１．８μｍで、基部から先端までの長さが１０〜３０μ
ｍに分布するテトラポット形状の酸化亜鉛ウィスカーを
、溶湯鍛造法にて、表１に示した組成のアルミニウム系
金属に複合し、５種類の試験片を得た。試験片それぞれ
のウィスカーの複合量は、 ■　　炭化珪素ウィスカー：２０ｖｏｌ．％、酸化亜鉛
ウィスカー：３５ｖｏｌ．％ ■　　炭化珪素ウィスカー：１５ｖｏｌ．％、酸化亜鉛
ウィスカー：３５ｖｏｌ．％ ■　　炭化珪素ウィスカー：２５ｖｏｌ．％、酸化亜鉛
ウィスカー：２０ｖｏｌ．％ ■　　炭化珪素ウィスカー：１５ｖｏｌ．％、酸化亜鉛
ウィスカー：１５ｖｏｌ．％ ■　　炭化珪素ウィスカー：　　９ｖｏｌ．％、酸化亜
鉛ウィスカー：２１ｖｏｌ．％の５種類である。

【００３５】また、比較用として、このウィスカー複合
強化金属試験片に用いた炭化珪素ウィスカーと同等の炭
化珪素ウィスカーのみ３０ｖｏｌ．％を溶湯鍛造法で上
記と同等のアルミニウム系金属に複合し、試験片を得た
。

【００３６】これらの５種類の試験片と比較試験片の材
料コスト比、線膨張係数比、エンドミル外周逃げ面摩耗
量比を求めた。その結果は表５に示す通りとなった。な
お、引張強度比、線膨張係数比、エンドミル外周逃げ面
摩耗量比については実施例１、実施例２の設定条件、結
果を参考とした。

【００３７】

【表５】

【００３８】

【発明の効果】以上のように、本発明のウィスカー複合
強化金属によれば、引張強度、弾性率、硬度、線膨張係
数等の機械的性質の向上と高切削加工性の同時実現が可
能となり、しかも比較的低コストにて上記高性能なウィ
スカー複合強化金属の製作、提供が可能となり、産業上
大なる効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いる酸化亜鉛ウィスカーの電子顕微
鏡写真である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　金属に炭化珪素ウィスカーと酸化亜鉛
ウィスカーを、炭化珪素ウィスカーが１〜２５ｖｏｌ．
％、酸化亜鉛ウィスカーが４〜４９ｖｏｌ．％で、かつ
両ウィスカーの和が５〜５０ｖｏｌ．％となるように複
合させたことを特徴とするウィスカー複合強化金属。
【請求項２】　　酸化亜鉛ウィスカーの基部から先端ま
での長さが３〜２００μｍで、アスペクト比が３以上で
あることを特徴とする請求項１記載のウィスカー複合強
化金属。
【請求項３】　　酸化亜鉛ウィスカーが、核部とこの核
部から異なる複数軸方向に伸びた針状結晶部から成る酸
化亜鉛ウィスカーを含んでいることを特徴とする請求項
１又は２記載のウィスカー複合強化金属。
【請求項４】　　複数軸が４軸であることを特徴とする
請求項３記載のウィスカー複合強化金属。
【請求項５】　　金属が、アルミニウム又はアルミニウ
ム合金であることを特徴とする請求項１記載のウィスカ
ー複合強化金属。