JPH05117822A

JPH05117822A - 繊維強化金属複合材料

Info

Publication number: JPH05117822A
Application number: JP30239291A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Masumoto; 健増本; Akihisa Inoue; 明久井上; Yoshiharu Waku; 芳春和久; Toru Takahashi; 亨高橋; Taketami Yamamura; 武民山村
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1991-10-22
Filing date: 1991-10-22
Publication date: 1993-05-14

Abstract

(57)【要約】【目的】非晶質または非晶質と微細結晶質との複合体
からなる合金をマトリックス金属とした、従来にない優
れた比強度、比剛性および耐熱性等を有する繊維強化金
属複合材料を提供する。【構成】無機繊維を強化材とし、金属をマトリックス
とする繊維強化金属複合材料において、マトリックス金
属がＡＬ_aＰ_bＱ_c ［ＰはＺｒ、Ｈｆ等、ＱはＦｅ、Ｎｉ
等］の組成を有する、非晶質または非晶質と微細結晶質
との複合体からなる高力耐熱性合金であり、無機繊維
が、（Ｉ）Ｓｉ、Ｍ、Ｃ及びＯから実質的になる非晶質
物質、及び／又は（II）実質的にβ−ＳｉＣ、ＭＣ、β
ーＳｉＣとＭＣの固溶体及び／又はＭＣ_1-xからなる粒
径が５００Å以下の結晶質超微粒子、及び非晶質のＳｉ
Ｏ_yとＭＯ_zとからなる集合体からなる連続無機繊維であ
ることを特徴とする繊維強化金属複合材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、比強度、比剛性が高
く、高硬度および高耐摩耗性を有し、かつ耐熱性に優れ
た繊維強化金属複合材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】比強度、比剛性に優れた強化系材料が構
造材料として各産業分野から、その開発を強く要請され
ている。従来から比強度、比剛性が高い材料として各種
軽合金の開発が行われたが、強度自体必ずしも十分なも
のでなはかった。最近、提案されたアモルフアス軽合金
は、従来の軽合金にはない高い強度をもち、構造材料と
して実用化するため数々の開発が進められている。しか
しながら、アモルフアス金属を単体で用いた場合には、
その構造が非晶質であるがゆえに本質的に弾性率が低い
ことと、大きな擬弾性を有することが避けられず、また
合金組成も制限されることから、用途範囲も限られてく
るものであった。

【０００３】一方、金属材料の力学的特性の向上を目的
として、繊維強化金属の開発が進められてきた。しか
し、従来の繊維強化強化ではその製造工程において、強
化繊維が融点近傍の高温のマトリックス金属に曝される
ため、繊維表面の侵触、劣化が避けられず、得られた複
合材料では複合則で与えられる強度に比べ、強度低下が
免れなかった。

【０００４】このマトリックス金属による強化繊維の侵
触、劣化のため、強化繊維とマトリックスとの組み合わ
せは限られたものとなり、溶融金属に対し優れた耐食性
を有するＳｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ繊維と軽金属との組み合わ
せ、あるいは強化繊維に直径１４０μｍにもおよぶ極太
のＳｉＣ／Ｃ、ＳｉＣ／Ｗ繊維を用いた場合などがわず
かに実用化されたにすぎなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記軽量高
強度材料開発の要請に応え、非晶質または非晶質と微細
結晶質との複合体からなる合金をマトリックス金属とし
た、従来にない優れた比強度、比剛性および耐熱性等を
有する繊維強化金属複合材料の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、無機繊維を強
化材とし、金属をマトリックスとする繊維強化強化複合
材料において、マトリックス金属が式（１）ＡＬ_aＰ_bＱ_c （１）［式中、ＰはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍ
ｏおよびＷからなる群から選ばれた少なくとも一種の金
属元素を示し、ＱはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、ＣｕおよびＺｎ
からなる群からなる選ばれた少なくとも一種の金属元素
を示し、ａ、ｂおよびｃは原子パーセントで１０≦ａ≦
９９.８、０.１≦ｂ≦８０、０.１≦ｃ≦５５を示す］
の組成を有する非晶質または非晶質と微細結晶質との複
合体からなる高力耐熱性合金であり、無機繊維が、
（１）Ｓｉ、Ｍ、Ｃ及びＯから実質的になる非晶質物
質、及び／又は（II）実質的にβ−ＳｉＣ、ＭＣ、βー
ＳｉＣとＭＣの固溶体及び／又はＭＣ_1-xからなる粒径
が５００Å以下の結晶質超微粒子、及び非晶質のＳｉＯ
_yとＭＯ_zとからなる集合体、［上記式中、ＭはＴｉ又は
Ｚｒを示し、ｘ、ｙ、ｚはＯ＜Ｘ＜１、Ｏ＜ｙ≦２、Ｏ
＜ｚ≦２の範囲の数を示す］からなる連続無機繊維であ
ることを特徴とする繊維強化金属複合材料を提供する。

【０００７】本発明で使用する合金は、式（１）の組成
を有する非晶質または非晶質と微細結晶質との複合体か
らなる高力耐熱性合金である。式（１）中、Ａｌ、Ｐ、
Ｑの比率は原子パーセントで１０≦ａ≦９９.８、０.１
≦ｂ≦８０、０.１≦ｃ≦５５である。原子パーセンン
トを上記範囲に限定したのは、上記範囲から外れると非
晶質化しにくくなり、工業的な急冷手段では、非晶質を
有する合金が得られにくいこと、また強度と耐熱性が満
足できるものではなくなることによる。

【０００８】本発明の材料は、非晶質金属または非晶質
と微結晶質からなるマトリックス中に繊維状物質が配
列、または、分散したまったく新しい構造形態をとって
おり、繊維状物質の存在によって実質的に室温でのクリ
ープを示さない材料である。

【０００９】また、本発明に用いる非晶質合金には、融
点よりかなり低温において安定な過冷却液体状態を保つ
温度領域が存在する。当温度領域における該金属の反応
活性は、融点近傍に比べ低く、繊維／マトリックス界面
に実質的に反応劣化層を形成することなく複合材料を得
ることができる。もちろん、繊維とマトリックス金属の
組み合わせによっては、融点以上の温度での複合化も可
能である。

【００１０】すなわち、マトリックス組成と複合化方
法、条件を選択することによって、繊維のマトリックス
金属による劣化を回避することができるため、強化繊維
の特性を保持したきわめて高性能の複合材料を得ること
が可能である。

【００１１】本発明で用いる合金の製造法を以下に説明
する。該合金は、式（１）の組成を有する合金の溶湯を
液体急冷法などの通常の急冷手段により急冷凝固させる
ことにより得られる。液体急冷法とは、溶融した合金を
急速に冷却させる方法であり、例えば単ロール法、双ロ
ール法などは、１０⁴−１０⁶Ｋ／秒程度の冷却速度が得
られるので好ましく用いられる。この単ロール法、双ロ
ール法等により薄帯材料を製造するには、溶湯をノズル
孔を通して約３００〜１００００ｒｐｍの範囲の一定速
度で回転させた直径約３０〜３０００ｍｍの例えば銅あ
るいは鋼製のロールに噴出する。上記操作により幅約１
〜３００ｍｍ、厚さ約５〜５００μｍの薄帯材料が容易
に得られる。

【００１２】液体急冷法のみならず、高圧ガス噴霧法等
の各種アトマイズ法、スプレイ法等により急冷粉末を得
てもよく、急冷法に特に限定されるものではない。得ら
れた合金が非晶質であるか否かは、通常のＸ線回折法に
より非晶質特有のハローパターンの有無により容易に知
りうる。なお、この非晶質組織を加熱すると特定の温度
以上で結晶に分解する。この温度を結晶化温度と呼ぶ。

【００１３】本発明で用いる連続無機繊維は、例えば米
国特許明細書４,３４２,７１２号及び同４,５１５,７４
２号に記載の下記方法に従って製造できる。（１）数平均分子量約５００〜１００００の主として
式−（Ｓｉ−ＣＨ₂）−の構造単位からなる主鎖骨格を
有し、式中のケイ素原子が実質的に水素原子、低級アル
キル基及びフェニル基からなる群から選ばれた側鎖基を
２個有するポリカルボシラン、及び（２）数平均分子量約５００〜１００００のメタロキ
サン結合単位−（Ｍ−Ｏ）−（式中ＭはＴｉ又はＺｒを
示す）及びシロキサン結合単位−（Ｓｉ−Ｏ）−からな
る主鎖骨格を有し、かつメタロキサン結合単位の全数対
シロキサン結合単位の全数の比率が３０：１〜１：３０
の範囲内にあり、該シロキサン結合単位のケイ素原子の
大部分が低級アルキル基及びフェニル基から選ばれた側
鎖基を１個又は２個有し、そして該メタロキサン結合単
位の金属原子の大部分が側鎖基として低級アルキル基を
１個又は２個有するポリメタロシロキサンを、ポリカル
ボシランの−（Ｓｉ−ＣＨ₂）−構造単位の全数対該ポ
リメタロシロキサン−（Ｍ−Ｏ）−結合単位の全数の比
率が１００：１〜１：１００の範囲内となる量比で混合
し、得られた混合物を有機溶媒中で、かつ反応に対して
不活性な雰囲気下において加熱し、該ポリカルボシラン
のケイ素原子の少なくとも一部を、該ポリメタロシロキ
サンのケイ素原子及び／又は金属原子の少なくとも一部
と酸素原子を介して結合させることにより、架橋したポ
リカルボシラン部分とポリメタロシロキサン部分とから
なる数平均分子量が約１０００〜５００００の有機金属
重合体を生成させる第一工程と、上記重合体の紡糸原液
を造り紡糸する第二工程と、該紡糸原繊維を張力あるい
は無張力下で不融化する第三工程と、不融化した前記紡
糸繊維を真空中あるいは不活性ガス雰囲気中で８００〜
１８００℃の範囲の温度で焼成する第四工程を経ること
により、実質的にＳｉ、Ｔｉ又はＺｒ、Ｃ及びＯからな
る無機繊維を製造できる。

【００１４】また別法として、主として式［式中、Ｒは水素原子、低級アルキル基又はフェニル基
を示す］の主鎖骨格を有する数平均分子量２００〜１０
０００のポリカルボシランにＭＺ₄ ［式中、ＭはＴｉ又はＺｒを示し、Ｚは炭素数１〜２０
個を有するアルコキシ基、フェノキシ基又はアセチルア
セトキシ基を示す］の有機金属化合物を、前記ポリカル
ボシランの−（Ｓｉ−ＣＨ₂）−構造単位の全数対前記
有機金属化合物の−（Ｍ−Ｏ）−構造単位の全数の比率
が２：１〜２００：１の範囲内となる量比に加え、反応
に対して不活性な雰囲気中において加熱反応させ、前記
ポリカルボシランのケイ素原子の少なくとも一部を前記
有機金属化合物の金属原子と酸素原子を介して結合さ
せ、数平均分子量が約７００〜１０００００の有機金属
重合体を生成させる第一工程と、上記有機金属重合体の
紡糸原液を造り紡糸する第二工程と、該紡糸繊維を張力
あるいは無張力下で不融化する第三工程と、不融化した
前記紡糸繊維を真空中あるいは不活性ガス雰囲気中で８
００〜１８００℃の範囲の温度で焼成する第四工程とか
ら、実質的にＳｉ、Ｔｉ又はＺｒ、Ｃ及びＯからなる無
機繊維を製造できる。

【００１５】無機繊維中の各元素の割合は、Ｓｉ：３０
〜６０重量％、Ｔｉ又はＺｒ：０.５〜３５重量％、特
に好ましくは１〜１０重量％、Ｃ：２５〜４０重量％、
Ｏ：０.０１〜３０重量％である。

【００１６】本発明の強化材としての無機繊維とマトリ
ックス金属の複合化方法は、特に限定されるものではな
く、公知の方法を利用できる。例えば、予め所定形状の
繊維成形体を製造し、この成形体に溶融状態のマトリッ
クス合金を含浸させる高圧鋳造法や遠心鋳造法が挙げら
れる。この方法では無機繊維又はその織物を所定の大き
さ、形状の予備成形体とする。ついで所定温度、例えば
融点上５０℃に加熱した溶湯を鋳造型内に注入したの
ち、マトリックス合金の結晶化温度を超えない程度に予
熱した予備成形体をキャビテイ内に配置する。この溶湯
に所定圧、例えば１０００ｋｇ／ｃｍ²を加え、繊維と
マトリックス金属を複合化させるとともに、急速に冷却
してマトリックス金属を固化させ、複合材料を得る。

【００１７】一方、該複合材料独特の複合化方法として
は、本発明の合金が、結晶化温度近傍における過冷却液
体域で超塑性現象を示すことを利用して、複合化させる
方法も可能である。例えば無機繊維を成形したシートと
非晶質合金を交互積層して、これをマトリックス金属の
過冷却液体温度域でプレスして繊維強化金属複合材料板
を得る方法である。この方法は、無機繊維が実質的に侵
食を受けない低温低圧下で繊維体積率を安定に制御しな
がら複合化できるという利点がある。なお本発明の合金
の結晶化温度は、その組成により異なるが、およそ４０
０〜６００℃の範囲である。

【００１８】無機繊維のマトリックス金属中への混合割
合は、体積百分率で１０〜７０％が好ましい。１０％以
下では、強化材による強化効果が少なく、７０％を超え
ると強化繊維同士の接触により繊維強度が低下する。

【００１９】無機繊維をマトリックス金属中へ混合する
とき、マトリックス中に無機繊維を均一に分散させ、無
機繊維同士の接触を防止することは、複合材料中の組成
の均一化を達成せしめ、繊維体積率の広い範囲での制御
を容易ならしめ、また繊維軸に直角方向の強度を改善す
るうえでも好ましい。この目的のため前記無機繊維の表
面に短繊維、ウイスカー又は粉末を付着させた繊維を用
いてもよい。

【００２０】付着させる物質としては、炭化ケイ素、窒
化ケイ素、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、ジル
コニア、ベリリア、炭化ホウ素、炭化チタンのようなセ
ラミックス、金属、金属間化合物が挙げられる。付着物
質の無機繊維に対する割合は、無機繊維に対して約０.
５〜５０容量％が好ましい。

【００２１】本発明において、必要に応じて使用される
サイジング剤としては、無機繊維のサイジング剤として
公知のものを使用でき、特に限定されない。例えば、ポ
リエチレンオキサイド、ポリスチレン、ポリメチレン、
ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂等が用いられる。
サイジング剤の使用割合は、無機繊維又は無機繊維と耐
熱性物質との合計量に対して約０.５〜５０容量％が好
ましい。

【００２２】無機繊維への付着物質の付着方法は、特に
限定されるものではなく、例えば電着法、流動床を用い
る方法、吹き付け法、懸濁浸漬法等が用いられるが、簡
便さ、適用範囲の広さ等の観点から懸濁浸漬法が好適に
採用される。

【００２３】浸漬懸濁法の一例としては、ボビン等に巻
き付けた無機繊維又は適当数の無機繊維を束ねた無機繊
維束を巻き戻して、又は無機繊維の織物を前記懸濁液中
に浸漬する方法により、無機繊維又は織物の繊維の各々
の表面に短繊維、ウイスカー又は粉末を付着させる。

【００２４】繊維数の多い無機繊維束又は織物を浸漬す
る場合には、短繊維、ウイスカー、又は粉末を各繊維に
均一に付着させるために、超音波振動を用いることがで
きる。

【００２５】懸濁溶媒は、特に限定されるものではない
が、有機溶媒、例えばエタノール、メタノール、アセト
ンが好ましく採用される。

【００２６】付着物質の懸濁液にサイジング剤を溶解又
は分散させておき両者を同時に無機繊維に付着させても
よい。懸濁液中の付着物質の濃度は特に制限されない
が、過度に小さいと無機繊維に均一に付着せず、過度に
多いと付着量が多くなり過ぎるため、０.５〜３０ｇ／
リットル程度が好ましい。

【００２７】繊維強化複合材料では、複合される繊維の
配向の影響によって、その物性が非等方性を示すという
特徴があり、実使用において、この点を考慮した設計が
なされる必要がある。また逆に設計上の要請から、複合
材料の持つ非等方性を制御する場合や、例えば耐摩耗性
の向上のように非等方性を必要としない用途もある。こ
のような要請に応える一方法として、連続繊維を短繊維
状に切断したものを単独、又は他の繊維と組み合わせて
用いる方法もある。

【００２８】該短繊維の作成方法としては、前述のサイ
ジング剤によってサイジングされた連続繊維を機械的に
切断、あるいは破砕する方法がある。短繊維の長さは、
用途によって適宜選択されるべきであり、例えば通常の
短繊維強化材料用であれば、直径数μｍの繊維に対し、
０.１〜１００ｍｍ、特に好ましくは０.２〜５ｍｍが選
択される。適当な長さに切断された繊維は、複合材中で
の良好な分散を図る目的で、デサイジングや表面処理が
施される場合もある。

【００２９】［実施例］以下実施例に基づき本発明をよ
り詳細に説明する。

【００３０】［参考例］無機繊維［Ｉ］の製法ジメチルジクロロシランを金属ナトリウムで脱塩素縮合
して合成されるポリジメチルシラン１００重量部に対
し、ポリボロシロキサン３重量部を添加し、窒素中３５
０℃で熱縮合して得られる式−（Ｓｉ−ＣＨ₂）−のカ
ルボシラン単位から主としてなる主鎖骨格を有し、該カ
ルボシラン単位のケイ素原子に水素原子及びメチル基を
有するポリカルボシランに８０重量部のチタンブトキシ
ドを加えて窒素中３４０℃で架橋重合することにより、
カルボシラン単位１００重量部と式−（Ｔｉ−Ｏ）−の
チタノキサン１０重量部とからなるポリチタノカルボシ
ランを得た。このポリマーを溶融紡糸し、空気中１９０
℃で不融化処理し、さらに引き続いて窒素中１３００℃
で焼成して、繊維径１３μｍ、引張強度３５０ｋｇ／ｍ
ｍ²、引張弾性率１８ｔ／ｍｍ²の主としてケイ素、チタ
ン、炭素及び酸素からなり、チタン元素を３重量％含有
する無機繊維を得た。この繊維は、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃ及び
Ｏからなる非晶質物質と、粒径が５０Å以下のβ−Ｓｉ
Ｃ、β−ＳｉＣとＴｉＣの固溶体、及びＴｉＣ_1-x（０
＜ｘ＜１）の結晶質超微粒子及び非晶質のＳｉＯ₂とＴ
ｉＯ₂からなる集合体からなっている。

【００３１】無機繊維［II］の製法上記と同様にして得られたポリカルボシラン８０ｇにジ
ルコニウムエトキシド１０ｇを添加した以外は、上記と
全く同様の方法により、ポリジルコノカルボシランを調
製した。このポリマーをベンゼンに溶解して乾式紡糸
し、空気中１７０℃で不融化処理し、引き続いて窒素中
１２００℃で焼成して、繊維径１０μｍ、引張強度３５
０ｋｇ／ｍｍ²、弾性率１８ｔ／ｍｍ²の主としてケイ
素、ジルコニウム、炭素及び酸素からなるジルコニウム
元素含量４.５重量％の非晶質連続無機繊維［II］を得
た。

【００３２】無機繊維［III］の製法図１の装置を用いて前記非晶質連続無機繊維［Ｉ］の表
面に炭化ケイ素ウイスカー（平均径０.２μｍ、平均長
さ３μｍ）と炭化ケイ素微粒子（平均粒径０.２８μ
ｍ）を付着させた。

【００３３】炭化ケイ素ウイスカー（平均径０.２μ
ｍ、平均長さ３μｍ）１００ｇと炭化ケイ素微粒子（平
均粒径０.２８μｍ）２５０ｇを、エチルアルコール５
００ミリリットルを入れた処理槽（１）に投入後、撹拌
懸濁して処理液（２）を調製した。無機繊維［Ｉ］の連
続繊維束（３）をボビン（４）から巻き戻し、電気炉
（５）で脱サイジング処理した後、浸漬時間が約１５秒
となるようにガイドロール（６）、（７）、（８）及び
（９）により調節して、撹拌中の処理液（２）に浸漬し
ながら通糸し、ついで圧力ロール（１０）及び（１１）
によて押圧した後、乾燥炉（１２）で乾燥し、再びロー
ル（１３）に巻き取った。得られた無機繊維［III］は
灰緑色を呈し、電子顕微鏡観察の結果、無機繊維の表面
に主に微粒子が、さらにその外側にウイスカーが付着し
ているのが認められた。また付着量は、微粒子とウイス
カーの合計量で１０重量％であった。

【００３４】［実施例１］参考例で得られた無機繊維
［Ｉ］を直径１ｍのステンレス製ドラムに巻き取った
後、ドラム上の繊維にポリエチレンオキサイドバインダ
ーが含浸・乾燥させて、繊維が一方向に引き揃えられた
厚さ約１５０μｍの一方向繊維成形体を作成した。

【００３５】マトリックス金属は、２段階急冷法による
アモルファスフレークにして用いた。この製造法を図２
に基づいて説明する。合金原料（Ａｌ、Ｚｒ、Ｎｉ）を
高純度アルゴン雰囲気中でアーク溶解し、所定成分をも
つ母合金インゴットを得た。該インゴットをアルゴン雰
囲気のアトマイザ（１４）中の高周波溶解炉（１５）に
より再溶融し、溶湯（１６）が十分に均一化したところ
で、溶解坩堝内のストッパ棒（１７）を抜き取り、溶湯
（１６）を噴霧ノズル（１８）から圧力７５ｋｇ／ｃｍ
²のアルゴンガスとともに噴霧した。噴霧された溶湯
（１９）を噴霧ノズル（１８）直下に設置された冷却用
回転体（２０）に衝突させて急冷し、アモルファスフレ
ーク（平均寸法１００μｍ×５０μｍ×３μｍ）を得
た。

【００３６】アモルファスフレークは簡易分級して、２
００μｍ以上の粗大粒を取り除いた後、石油系軽質油と
混練し、スラリー状にして使用した。簡易分級後のアモ
ルファスフレークには、Ｘ線回折法により非晶質構造に
特有のハローパターンの存在が確認された。

【００３７】無機繊維とマトリックス金属の複合化方法
を次に説明する。まず前記一方向繊維成形体シート上に
アモルファスフレークスラリーをロールコーターを用い
て均一に塗布した後、各シートを積層して予備複合体を
得た。予備複合体はアルゴン気流中で乾燥した後、シリ
コンラバーカプセルに封入して、これを上記合金系が過
冷却液体状態にあり、超塑性加工が可能な温度域に保持
しながら、オートクレーブ内で加圧し、所定形状の繊維
強化金属複合材料板（２７０×１８０×３ｍｍ）を得
た。なお、加圧時の圧力及び時間は、それぞれ５０ｋｇ
ｆ／ｃｍ²、５０分であった。

【００３８】表１に示すように、本発明のＦＲＭは繊維
に平行な方向の引張強度１７０〜２００ｋｇ／ｍｍ²、
垂直方向に８０〜１１０ｋｇ／ｍｍ²、繊維方向引張弾
性率１１〜１３ｔ／ｍｍ²を示し、従来の時効硬化型ア
ルミニウム合金（Ａｌ−Ｓｉ−Ｆｅ系、４５ｋｇ／ｍｍ
²、７ｔ／ｍｍ²）や、アルミ基アモルファス合金（Ａｌ
−Ｚｒ−Ｎｉ系、８０〜１４０ｋｇ／ｍｍ²、５〜８ｔ
／ｍｍ²）、あるいはアルミニウム基ＦＲＭ（チラノ繊
維強化アルミニウム、繊維方向１００ｋｇ／ｍｍ²、垂
直方向３５ｋｇ／ｍｍ²、繊維方向弾性率１０ｔ／ｍ
ｍ²）と比較して、強度、弾性率、異方性において優れ
た性質を示した。

【００３９】さらに表１中、Ｎｏ．３の複合材料につい
て耐摩耗性を測定したところ、従来のアルミニウム基合
金と比べておよそ１００倍であった。

【００４０】表１無機繊維マトリックス引張強度繊維方向Ｖｆ繊維方向垂直方向弾性率（％）無機繊維Ａ２１０１５０１３６０［Ｉ］Ｂ１２５９５１４６０Ｃ２１０１６０１３６０Ｄ２１０１７０１３６０Ｅ２１０１６０１３６０Ｆ２００１４５１４６０Ｇ２００１５０１４６０注：Ａ；Ａｌ₁₀Ｚｒ₇₀Ｎｉ₂₀ Ｂ；Ａｌ₈₅Ｚｒ₅Ｎｉ₁₀ Ｃ；Ａｌ₁₀Ｚｒ₆₅Ｎｉ₂₅ Ｄ；Ａｌ₃₅Ｚｒ₄₀Ｎｉ₂₅ Ｅ；Ａｌ₆₅Ｚｒ₁₀Ｎｉ₂₅ Ｆ；Ａｌ₁₅Ｚｒ₆₀Ｎｉ₂₅ Ｇ；Ａｌ₂₀Ｚｒ₆₀Ｎｉ₂₀ 引張強度の単位；ｋｇ／ｍｍ² 弾性率の単位；ｔ／ｍｍ²。

【００４１】［実施例２］強化材として参考例で得られ
た無機繊維［III］を用い、マトリックス金属として実
施例１と同様に操作して得られた成分組成Ａｌ₁₀Ｚｒ₇₀
Ｎｉ₂₀のアモルファスフレークを用いて、実施例１と同
様に複合化して繊維強化金属複合材料を得た。

【００４２】得られた繊維強化金属複合材料は繊維体積
含有率がおよそ６０％であり、繊維強化方向に１６０ｋ
ｇ／ｍｍ²、繊維と垂直方向に１４０ｋｇ／ｍｍ²の引張
強度を示し、強化繊維の周囲に付着させた粉末の効果に
より、従来になく高強度で、かつ異方性の少ない長繊維
強化金属複合材料が得られた。

【００４３】［実施例３］参考例で得られた無機繊維
［II］の繊維束１００ｇをポリエチレンオキサイドにて
サイジングしたまま、機械的に１ｍｍの長さのチョップ
状に切断した。これをエチルアルコール４００ミリリッ
トル、水１００ミリリットル、ポリエチレンオキサイド
１０ｇの混合溶液と撹拌混合し、無機繊維［II］チョッ
プの懸濁液を調製した。次いで、該懸濁液を８０℃に加
熱された板上にロールコーターを用いて塗布した。溶媒
の蒸散後、加熱板上には、該チョップが塗布方向に優先
的に配向したシートが生成した。このシートを用い、実
施例１と同様の方法でＡｌ₁₀Ｚｒ₇₀Ｎｉ₂₀アモルファス
合金と複合化し、繊維強化金属複合材料を得た。この複
合材料は、繊維体積含有率Ｖｆが１０％で、繊維の優先
配向方向の引張強度が１５０ｋｇ／ｍｍ²、垂直方向が
１３５ｋｇ／ｍｍ²の強度を示した。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、マトリックス金属とし
て非晶質又は非晶質と微細結晶質との複合体からなる高
力耐熱性合金を用い、強化材として特定の無機繊維を用
いることにより、従来の繊維強化軽量金属複合材料に比
して、格段に優れた機械的特性を有する繊維強化金属複
合材料が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】連続無機繊維にウイスカー等を付着させる装置
の説明図である。

【図２】アモルファスフレークの製造装置の説明図であ
る。

【符号の説明】

１：処理槽２：処理液５：電気炉１４：アトマイザー１５：高周波溶解炉１６：溶湯２０：冷却用回転体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上明久宮城県仙台市青葉区川内無番地川内住宅11 −806 (72)発明者和久芳春山口県宇部市大字小串1978番地の５宇部興産株式会社無機材料研究所内 (72)発明者高橋亨山口県宇部市大字小串1978番地の５宇部興産株式会社無機材料研究所内 (72)発明者山村武民山口県宇部市大字小串1978番地の５宇部興産株式会社無機材料研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無機繊維を強化材とし、金属をマトリッ
クスとする繊維強化金属複合材料において、マトリック
ス金属が式（１）ＡＬ_aＰ_bＱ_c （１）［式中、ＰはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍ
ｏおよびＷからなる群から選ばれた少なくとも一種の金
属元素を示し、ＱはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、ＣｕおよびＺｎ
からなる群からなる選ばれた少なくとも一種の金属元素
を示し、ａ、ｂおよびｃは原子パーセントで１０≦ａ≦
９９.８、０.１≦ｂ≦８０、０.１≦ｃ≦５５を示す］
の組成を有する、非晶質または非晶質と微細結晶質との
複合体からなる高力耐熱性合金であり、無機繊維が、
（１）Ｓｉ、Ｍ、Ｃ及びＯから実質的になる非晶質物
質、及び／又は（II）実質的にβ−ＳｉＣ、ＭＣ、βー
ＳｉＣとＭＣの固溶体及び／又はＭＣ_1-xからなる粒径
が５００Å以下の結晶質超微粒子、及び非晶質のＳｉＯ
_yとＭＯ_zとからなる集合体、［上記式中、ＭはＴｉ又は
Ｚｒを示し、ｘ、ｙ、ｚはＯ＜Ｘ＜１、Ｏ＜ｙ≦２、Ｏ
＜ｚ≦２の範囲の数を示す］からなる連続無機繊維であ
ることを特徴とする繊維強化金属複合材料。
【請求項２】連続無機繊維が、該繊維の表面に短繊維、
ウイスカーまたは粉未が付着されたものである請求項１
記載の繊維強化金属複合材料。
【請求項３】強化材が、該連続繊維を短繊維状に切断し
たものである請求項１記載の繊維強化金属複合材。