JPH0526855B2 - - Google Patents

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
〜1.2％Mg、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、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 上述の如き目的は、本発明によれば、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、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強い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0.5〜3.5％、好ましくは0.5
〜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。 またアルミナ−シリカ短繊維として非晶質アル
ミナ−シリカ短繊維が使用される場合には、アル
ミニウム合金のMg含有量は0.5〜３％であること
が好ましい。従つて本発明の更に他の一つの詳細
な特徴によれば、アルミナ−シリカ短繊維が非晶
質アルミナ−シリカ短繊維である場合には、アル
ミニウム合金のMg含有量は0.5〜３％とされ、非
晶質アルミナ−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、Mg含有量は0.5〜３％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０％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
カ短繊維又はアルミナ−シリカの不連続繊維はア
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。 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
率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％以下であることを意味し、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（65％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１７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１７
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１８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２％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、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に対しては、
500℃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3.5
％以上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１〜３％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、Mg含有量が0.5％未満及び3.5％を越える範
囲に於てはそれぞれMg含有量の減少（Cu含有量
が６％及び6.5％の場合を除く）及び増大につれ
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
と実質的に同等の値になることが解る。 これらの曲げ試験の結果より、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0.5〜3.5％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、
Mg含有量が0.5％未満及び3.5％を越える範囲に
於てはそれぞれMg含有量の減少（Cu含有量が６
％及び6.5％の場合を除く）及び増大につれて曲
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
質的に同等の値になることが解る。 これらの曲げ試験の結果より、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0.5〜3.5％であることが好
ましいことが解る。 実施例 ３ 結晶質アルミナ−シリカ短繊維として49％
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１mm、平均繊維径3μｍ）が
使用され、繊維体積率が30％及び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。これらの曲
げ試験の結果を下記の表３、第６図及び第７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であり、第６図及び第７図はそれぞ
れ繊維体積率が30％及び10％である複合材料につ
いて、表３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３、第６図及び第７図より、結晶質アルミナ
−シリカ短繊維の体積率が30％及び10％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、
Mg含有量が0.5％未満及び3.5％を越える範囲に
於てはそれぞれMg含有量の減少（Cu含有量が６
％及び6.5％の場合を除く）及び増大につれて曲
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以下の値になることが解る。 これらの曲げ試験の結果より、49％Al₂O₃、残
部実質的にSiO₂なる組成を有し、繊維体積率が
30％及び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0.5〜3.5％であるこ
とが好ましいことが解る。 実施例 ４ アルミナ−シリカ短繊維として35％Al₂O₃、残
部実質的にSiO₂なる組成を有し、ムライト結晶
量が40％である結晶質アルミナ−シリカ短繊維
（平均繊維長１mm、平均繊維径3μｍ）が使用さ
れ、繊維体積率が30％及び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。これらの曲げ試験
の結果を下記の表４、第８図及び第９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であり、第８図及び第９図はそれぞれ繊維
体積率が30％及び10％である複合材料について、
表４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４、第８図及び第９図より、結晶質アルミナ
−シリカ短繊維の体積率が30％及び10％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、
Mg含有量が0.5％未満及び3.5％を越える範囲に
於てはそれぞれMg含有量の減少（Cu含有量が６
％及び6.5％の場合を除く）及び増大につれて曲
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以下の値になることが解る。 これらの曲げ試験の結果より、35％Al₂O₃、残
部実質的にSiO₂なる組成を有し、繊維体積率が
30％及び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0.5〜3.5％であるこ
とが好ましいことが解る。 実施例 ５ アルミナ−シリカ短繊維として49％Al₂O₃、残
部実質的にSiO₂なる組成を有する非晶質アルミ
ナ−シリカ短繊維が使用され、繊維体積率が20
％、10％、及び５％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５、第１０図乃至第１２図に示す。尚表５
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１０図乃至第１２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５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５、第１０図乃至第１２図より、結晶質アル
ミナ−シリカ短繊維の体積率が20％、10％、及び
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、Mg含有量が0.5％未満及び3.5％
を越える範囲に於てはそれぞれMg含有量の減少
（Cu含有量が６％及び6.5％の場合を除く）及び増
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以下の値になる
ことが解る。 これらの曲げ試験の結果より、49％Al₂O₃、残
部実質的にSiO₂なる組成を有し、繊維体積率が
20％、10％、及び５％である非結晶質アルミナ−
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0.5〜3.5
％、特に0.5〜３％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49％Al₂O₃、残
部実質的にSiO₂なる組成を有する非晶質アルミ
ナ−シリカ短繊維が使用され、繊維体積率が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５、
第１３図及び第１４図に示す。尚第１３図及び第
１４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５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５、第１３図及び第１４図より、非結晶アル
ミナ−シリカ短繊維の体積率が40％及び30％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、Mg含有量が0.5％未満及び3.5％を越える範
囲に於てはそれぞれMg含有量の減少及び増大に
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の値又はそれ以下の値になる
ことが解る。 これらの曲げ試験の結果より、49％Al₂O₃、残
部実質的にSiO₂なる組成を有し、繊維体積率が
40％及び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0.5
〜3.5％、特に0.5〜３％であることが好ましいこ
とが解る。 実施例 ７ 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％、0.5〜3.5％で
あることが好ましいことが解つたので、強化繊維
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かの検討を行うべ
く、Cu含有量が４％でありMg含有量が１％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３
及び５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１％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１５図より、繊維の種類に拘らず、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、繊維体積率が５〜30％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 ８ 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、65％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％であり、繊維体積率が10％及び30％で
ある結晶質アルミナ−シリカ短繊維を強化繊維と
する複合材料D₀〜D₄及びE₀〜E₄、49％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％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
短繊維を強化繊維とする複合材料F₀〜F₄及びG₀
〜G₄、35％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％、45％
（この組成の場合にはムライト結晶量の上限は45
％である）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１６図に示す。尚
第１６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１６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】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図はそれぞれ65％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49％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％及び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８
図及び第９図はそれぞれ35％Al₂O₃、残部実質的
にSiO₂なる組成を有し、ムライト結晶量が40％
であり、体積率が30％及び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１０図乃至第１４図はそれぞれ49％
Al₂O₃、残部実質的にSiO₂なる組成を有し、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１５図はCu含有量が４％であり
Mg含有量が１％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１６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
１７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１８図は第１７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１９図は第１８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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 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。 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１項又は第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−シリカ短繊維は非晶質アルミナ−シ
   リカ短繊維であり、前記アルミニウム合金のMg
   含有量は0.5〜３％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。 ４ 特許請求の範囲第３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。