JPH0471972B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、SiCウイ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ウイスカ
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
に実用する試み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
いつた効果的用法を重視しており、これが可能な
薄板状のSiCウイスカー強化複合金属材の出現が
待望されている。 従来、SiCウイスカー強化複合金属材を製造す
るための効率的な手段として、SiCウイスカーの
スラリーをろ過成形して得られたプリフオーム
に、マトリツ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、上記によるプリフオーム溶浸法は、
肉厚のブロツ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、プリフオ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ウイスカーのプリフオームを
成形することは難しく、できたとしてもハンドリ
ングの過程で損傷する度合が極めて多い。 このため、一旦、プリフオーム溶浸法によりブ
ロツク状のSiCウイスカー強化複合金属材を二次
的に圧延加工することによつて薄板を得る試みも
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
表層割れが発生するなどの欠陥現象を招く欠点が
ある。 一方、プリフオームを肉薄成形することを目的
として、SiCウイ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フ
オームシートは、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、この加熱に伴つてプリフオームシート単独で
は取り扱うことができないほどり保形性ならびに
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
るシート状プリフオームにマトリツクス金属を溶
浸して得られる厚さ２mm以下の薄板性状を備える
SiCウイ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SiCウイス
カー強化複合金属材は、SiCウイスカー90〜50重
量％、無機短繊維10〜50重量％，SiCウイスカー
と無機短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％の混合組成からなる抄造
シートにカトリツクス金属を溶浸してなり、SiC
ウイ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ことを構成上
の特徴とする。 本発明の抄造シートは、特定量のSiCウイスカ
ー、無機短繊維および無機質もしくは有機質接着
剤からなる混在組成で、加熱処理などによつて殆
ど分解あるいは変質せずに全体が実質的に強化材
として機能する成分により構成されている。 溶浸するマトリツ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す
ため、Al，Mg，Snなどの軽合金が有用される。 複合金属材に占めるSiCウイスカーの体積含有
率（Vf）は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
上せず、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。 抄造シートを構成する無機短繊維は、主にSiC
ウイスカーを担持させるために用いられる成分で
あるが、同時に強化材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からなる長さが１〜25mm程
度の繊維が使用対象となる。これら無機短繊維類
は、いずれも繊維径が10μｍ以下の細径であるた
めSiCウイスカーを担持するに十分な表面積を有
しており、また１mm以上の長さがあるためシート
の保形性ならびに強度を維持する骨材しての作用
もなす。 無機短繊維の混在比率は、抄紙性の観点からは
多いほど有利であるがSiCウイスカーの高配合比
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討を加えた結果、配
合はSiCウイスカー90〜50重量％に対し無機短繊
維10〜50重量％の範囲に設定することが最も望ま
しいことが確認された。無機短繊維配合比が10重
量％未満になると、SiCウイスカーを担持する機
能が減退してしまう。 また、無機短繊維の混在は、抄紙時における脱
水を容易にするとともに、脱水後の湿潤ウエブの
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
切な無機短繊維物質となる。しかし、上記のSiC
ウイスカーと無機短繊維のみの組成では、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、
ウイ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、金属アルコラートおよびその誘
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ウイスカーと無
機短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％を上廻るとシー
トの柔軟性が損なわれ脆くなる。したがつて、
SiCウイスカーと無機短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ウイス
カーは容易に無機短繊維表面に担持され、抄紙工
程においても無機短繊維と共にワイヤー上に留ど
まるため抜け落ちが少なく、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
うな悪影響を及ぼすことはない。 組成成分はスラリーとしたのち、通常の抄紙法
によつてシート化するが、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ウイスカーの体積
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、マトリツクス金属の溶
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ウイスカー強化複
合金属材は、SiCウイスカーの体積含有率（Vf）
が５〜30％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。したがつて、平面あるいは曲面の所定部位に
溶接、圧着することによつ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ツ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ウイスカーは、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
代は困難であるし、シートを保形するための強度
もない。 本発明によれば、SiCウイ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SiCウ
イスカー90〜50重量％、無機短繊維10〜50重量
％、SiCウイスカーと無機短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ツクス金属を溶
浸することで容易に厚さ２mm以下のSiCウイスカ
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 １ SiCウイスカー〔“トーカイウイスカー”東海
カーボン(株)製〕10部を水200部に撹拌混合して調
製した均質なスラリーと、アルミナ繊維〔“サフ
イル”ICI社製〕２部を水400部に撹拌混合して調
製したスラリー（スラリー中のアルミナ繊維の繊
維長平均３mm）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ド
〔“クリフイツクス”栗田工業(株)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200ｇ／m²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、シート重量に対し10％相当量のアルミナ
ゾル〔“アルミナゾル＃200”日産化学工業(株)製〕
を含浸し、200℃の熱風で乾燥した。ついで、シ
ートを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ツトし、
600℃に予熱したのち、750℃のAl合金（JIS，
6061）溶湯を流し入れて８Kg／mm²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ウイス
カー強化複合Al材は、厚さ0.3mm，SiCウイスカ
ーの体積含有率（Vf）14％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ウイ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〔“サイトン”三菱
モンサント化成(株)製〕を種々の割合で添加して混
合抄紙したほかは総て実施例１と同様に処理して
厚さ0.3mmのSiCウイスカー強化複合Al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】 表２に、RunNo.２，３，６，７の各複合材の強
度特性を示した。

〔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ウイス
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。 したがつて、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)

【特許請求の範囲】
1. １ SiCウイスカー90〜50重量％、無機短繊維10
   〜50重量％，SiCウイスカーと無機短繊維の合計
   量に対して無機質もしくは有機質接着剤３〜20重
   量％の混合組成からなる抄造シートにマトリツク
   ス金属を溶浸してなり、SiCウイスカーの体積含
   有率（Vf）が５〜30％で、厚さが２mm以下の薄
   板性状を有するSiCウイスカー強化複合材。