JPH0530890B2 - - Google Patents

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JPH0530890B2
JPH0530890B2 JP57103693A JP10369382A JPH0530890B2 JP H0530890 B2 JPH0530890 B2 JP H0530890B2 JP 57103693 A JP57103693 A JP 57103693A JP 10369382 A JP10369382 A JP 10369382A JP H0530890 B2 JPH0530890 B2 JP H0530890B2
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は炭化ケイ素補強複合材料に関し、さら
に詳しくは炭化ケイ素ホイスカー（ひげ結晶）が
複合材料のマトリツクスぢゆうに均一に分散およ
び（または）分布している複合材料の製造法およ
び得られる物品に関する。 既に、金属、プラスチツク、および他の媒体、
および低強度材料を炭化ケイ素ホイスカーで補強
できることが知られている。これらのホイスカー
は、粉末の金属またはプラスチツクと混合して複
合材料を形成する小繊維である。 カトラー（Cutler）の1973年８月21日付の米国
特許第3754076号に教示されているように、米製
造の際の廃棄副生物であるコークス化した米がら
を反応させるような熟知の方法によつて炭化ケイ
素ホイスカーは得られる。 異方性を有する繊維であるホイスカーは、他の
材料の機械的性質を著しく補強し改良するのに使
われる性質を有している。 これらのホイスカーを利用する利点はよく知ら
れているが、その初期アグロメレーシヨン状態に
よつてこれらのホイスカーと他の物質を適当に混
合することは著しく困難である。アグロメレーシ
ヨンしたホイスカー塊を他材料と混合すると、低
機械強度の不均一複合物を生じる。 ホイスカー補強の最大の利点を達成するために
は、ホイスカーをマトリツクス材料ぢゆうに十分
に均一に分散および（または）分布する必要があ
る。このような分散はホイスカーに実質的破壊を
与えることなく十分脱アグロメレーシヨンし混合
することを必要とする。 ホイスカーをマトリツクス材料および重合体結
合剤を含む非極性溶剤と混合すると、ホイスカー
をマトリツクス様にばらばらに分布させることが
できると、従来技術は数えている。このような教
示は、1981年３月30日付の米国特許第4259112号
にみられる。 米国特許第4259112号は、均一複合物を達成で
きると主張しているが、本発明のすぐれた機械的
性質を有する材料（所定のホイスカー含量に対
し）を提供するには上記均一性は十分ではない。
たとえば、SiCホイスカー20容量％を含む2024ア
ルミニウム複合物に対し、上記特許は、55.4kpsi
の最終引張強さを挙げているが、本複合物は約
100kpsiの最終引張強さ（自然に時効焼もどしで）
を有する。 別のいい方をすると、米国特許第4259112号は
混合前のホイスカー塊の脱アグロメレーシヨンを
教示しておらず、これはアグロメレートを含む複
合物を生成する作用を有している。このアグロメ
レートは機械的性能を著しく害する。 アグロメレーシヨンしたホイスカーを高極性溶
剤で処理し、溶媒和した塊を脱アグロメレーシヨ
ンスラリーに摩砕（milling）することによつて、
アグロメレーシヨンしたホイスカー塊を混合前に
脱アグロメレーシヨンできることが、本発明者等
により見出された。アルコール、水、ハロゲン化
炭化水素はこの目的に良好な極性溶剤である。こ
れらの直接に荷電した溶剤は、アグロメレーシヨ
ンした塊の静電的に電荷したホイスカーを中和す
る能力のために作用すると考えられる。この中和
は次のスラリーの摩砕でホイスカーを分離、すな
わち脱アグロメレーシヨンする。 脱アグロメレーシヨンしたホイスカーの極性溶
剤スラリーを粉末アルミニウムのようなマトリツ
クス材料と混合すると、アグロメレートを含んで
てない高度に均一な、均一に分散したホイスカー
複合物が得られる。脱アグロメレーシヨンしたホ
イスカーは予め脱アグロメレーシヨンのために、
マトリツクス材料との混合が容易である。 非極性溶剤による処理はホイスカー塊の溶媒和
により混合を助けるのに有用であり得るが、極性
溶剤の使用により達成される高度の均一性を与え
ず、またアグロメレートを除去しない。これは電
荷の中和および摩砕を経るホイスカーの予めの脱
アグロメレーシヨンが達成されないからである。 上記脱アグロメレーシヨン法は、著しく高い最
終強度のアルミニウム複合物を生じた。これはは
じめてのことであつて、100kpsiの最終強度に近
づくアルミニウムおよび炭化ケイ素ホイスカー複
合物を確実にうることができた。 本発明はマトリツクス材料とこれに補強を与え
るためこのマトリツクス材料ぢゆうに実質上均一
に分散、分布した多数の脱アグロメレーシヨンし
た炭化ケイ素ホイスカーとからなる実質上均一の
複合材料に関する。 「ホイスカー」の用語はここで明らかにしまた
は提案する方法によつてマトリツクス内に均一に
分散できる繊維または粒子またはその混合物を意
味すると定義される。 本発明に於て、(a)炭化ケイ素ホイスカーの脱ア
グロメレーシヨンしたスラリーを形成し、(b)当該
脱アグロメレーシヨンしたホイスカースラリーを
マトリツクス材料の粉末またはスラリーと混合し
て当該マトリツクス材料内に実質上均一に分散し
たホイスカーの混合物を形成し、(c)乾燥複合混合
物を形成する方法によつて、当該複合材料が得ら
れる。 ついで乾燥複合混合物をビレツトに形成し、こ
のビレツトをさらに押出し、鍛造（forging）、機
械加工などして製品を形成できる。 アルコール、水、またはハロゲン化炭化水素の
ような極性溶剤をホイスカー塊の脱アグロメレー
シヨンしたスラリーの形成に使う必要があり、ま
たホイスカーとマトリツクス材料の混合を容易に
するためにマトリツクス材料のスラリーの形成に
も使用できる。 当該マトリツクス材料はアルミニウム、マグネ
シウム、チタン、亜鉛、スズ、鉄、ニツケル、水
銀、アンチモン、鉛、銅、またはその合金、ガラ
ス、プラスチツク、セラミツクなどであることが
でき 。 複合物を製造する場合、複合物の全容量の５〜
50容量％の範囲で炭化ケイ素ホイスカーを添加で
きる。好ましくは、ホイスカー約５〜25容量％を
マトリツクスに添加する。 本発明の目的は、炭化ケイ素ホイスカー補強を
有するマトリツクス材料の複合物からなる製造物
品および改良法を提供することにある。 本発明の別の目的はマトリツクス内に実質上均
一に分布および（または）分散している脱アグロ
メレーシヨンした炭化ケイ素ホイスカー補強を有
するマトリツクス材料の複合物を提供することに
ある。 本発明のこれらのおよび他の目的は、次の詳細
な記載から一層よく理解され、明らかとなろう。 一般的について、本発明は炭化ケイ素ホイスカ
ーをマトリツクス材料と混合前に、炭化ケイ素ホ
イスカーのアグロメレーシヨンした塊を脱アグロ
メレーシヨンする方法に関する。混合すると、ア
グロメレートを実質上含まないマトリツクス材料
と炭化ケイ素ホイスカーとの混合物が形成され
る。得られる混合物はマトリツクス内に実質上均
一に分散および（または）分布したホイスカーを
有する。 第１図に、本発明の流れ図が示されている。 転化米がらから得られた炭化ケイ素ホイスカー
は、一般にアグロメレーシヨンした状態にある。 流れ図のブロツク１１に示すように、ホイスカ
ー20〜200ｇをｎ−ブタノールまたは他の同等の
極性溶剤750mlに添加する。ハロゲン化炭化水素
たとえば塩化メチレンまたは塩化エチレン、アル
コールたとえばtert−ブタノール、水のような炭
化ケイ素と反応しないどのような極性溶剤も使用
できる。 上記混合物を約30分かきまぜる。 スラリーをボールミルに入れ、約１時間摩砕す
る。 得られる脱アグロメレーシヨンしたホイスカー
スラリーを、ブロツク１２に従つてマトリツクス
材料、たとえばアルミニウム粉末約1000〜1200ｇ
と混合する。 アルミニウム粉末は乾燥粉末としてホイスカー
スラリーと混合でき、またはブロツク１４に示し
たようにホイスカースラリーの類似のスラリー
（ｎ−ブタノール中のアルミニウム粉末）形で混
合できる。アルミニウムスラリーをつくるために
は、ｎ−ブタノール約500mlをアルミニウム粉末
中にかきまぜて入れる。 ホイスカーとアルミニウムと混合（ブロツク１
２）は、この混合物を約２分かきまぜることによ
り遂行される。 ついで、上記混合物を乾燥炉のなかに実質上す
べての溶剤（ｎ−ブタノール）が蒸発するまで入
れることによつて、ブロツク１３に従い混合物か
らｎ−ブタノール溶剤を蒸留し、または乾燥す
る。 ついで、乾燥した複合混合物をブロツク１５に
従い、ビレツトに形成する。３、６、または12イ
ンチ直径の円筒形ダイス型を内張りし、底端上に
カーボンプラグを取付ける。ダイス型およびダイ
ス型担体を接地する。上記複合混合物を適当な大
きさのプラスチツク袋に入れ、袋をダイス型のな
かへ下げ、袋を切つて上記粉末をダイス型のなか
へ放出する。ダイス型が複合混合物の正確な重量
を含むまで、このプロセスをくり返す。別のカー
ボンプラグをダイス型の頂部につけ、つめたダイ
ス型をホツトプレスの真空室の内側に入れる。真
空室を密封し、1000ミクロンの真空を達成させ、
当該部屋を大気に対しブリードさせる。プレスラ
ムをカーボンプラグの頂上に置き、一線にする。
加熱サイクルを開始するとき、当該部屋を約200
ミクロンまたはそれ以下に再排気する。円筒型ビ
レツトがコンパクト化されるまで、つめたダイス
型を時間−温度−圧力サイクルにかける。コンパ
クト化ビレツトを室温に冷し、ダイス型から出
す。 複合材料のビレツトは炭化ケイ素ホイスカー５
〜50％SiCを含むことができる。 このビレツトをブロツク１６に従い押出、鍛
造、機械加工などできる。 ついで、当業者に既知のように形成生成物を熱
処理して所望の性質を得る。 上記方法に従い、すぐれた機械的強さの複合物
が可能である。第１表は３種のアルミニウム試料
の引張性を示し第１の試料は第１図に示したもの
と類似の方法でつくつたアルミニウム合金および
ホイスカー複合物に対するものである。非極性溶
剤（ヘプタン）をｎ−ブタノールの代りに使つ
た。第２の試料は第１図に示した本法に従いつく
つたアルミニウム複合物に対するもので、第３の
試料は未補強アルミニウムに対するものである。 第１表からわかるように、本発明に従い製造し
た複合物（試料番号２）は、約90kpsiの最終引張
強さを含めすぐれた機械的性質を有している。 試料番号１および２の拡大断面（×100）を
夫々第２ａ図、第２ｂ図に示す。 第２ａ図は、混合工程に非極性溶剤の使用はホ
イスカー塊を有効に脱アグロメレーシヨンできな
いことを示している。これは複合材料が炭化ケイ
素アグロメレート「Ａ」でみちているからであ
る。これらのアグロメレート「Ａ」は、この試料
（番号１）が第２ｂ図に示した試料番号２と同じ
高い機械的強度を達成しない事実の原因である。
【表】 試料番号２の断面からわかるように、この複合
物は脱アグロメレーシヨンした炭化ケイ素ホイス
カーの実質上均一な分散を含むマトリツクスを有
している。この均一性が試料番号２のすぐれた機
械的性質の理由である。 第２表は従来の当該技術（米国特許第4259112
号）に比較し、本発明の生成物の実質的改良を示
すものである。
【表】 に報告されているよう
な2024
上記の教示は、当業者に有利なように変形でき
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の方法の流れ図である。第２
ａ図は、非極性（ヘプタン）溶剤により生成した
アグロメレーシヨンした炭化ケイ素ホイスカーと
混合したマトリツクス材料の拡大断面図である。
第２ｂ図は、第１図に示した方法に従つて脱アグ
ロメレーシヨンした炭化ケイ素ホイスカーを混合
したマトリツクス材料の拡大断面図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ マトリツクス材料、ならびにそれを補強する
    ため該マトリツクス材料内に実質的に均一に分散
    及び分布された、５〜50容量％の脱アグロメレー
    シヨンした炭化ケイ素ホイスカーを含む、実質的
    に均一な複合材料。 ２ マトリツクス材料が、アルミニウム、マグネ
    シウム、チタン、鉛、亜鉛、スズ、鉄、ニツケ
    ル、銅、アンチモン、水銀及びそれの合金よりな
    る群から選択される特許請求の範囲１記載の複合
    材料。 ３ マトリツクス材料が、ガラス、プラスチツク
    及びセラミツクスよりなる群から選択される特許
    請求の範囲１記載の複合材料。 ４ マトリツクス材料が、アルミニウムまたはそ
    の合金である特許請求の範囲２記載の複合材料。 ５ 炭化ケイ素ホイスカーが、前記複合材料の全
    容量の約25容量％を構成している特許請求の範囲
    ４記載の複合材料。 ６ 炭化ケイ素ホイスカーが、前記複合材料の全
    容量の約５容量％を構成している特許請求の範囲
    ４記載の複合材料。 ７ (a) アグロメレーシヨンした炭化ケイ素ホイ
    スカーを極性溶剤と混合することにより脱アグ
    ロメレーシヨンし、かつ混合物中に実質的にア
    グロメレーシヨンしたホイスカーがなくなるよ
    うな条件下で摩砕し、 (b) マトリツクス材料内に実質上均一に分散した
    ホイスカーが形成されるように、脱アグロメレ
    ーシヨンしたホイスカーをマトリツクス材料と
    を混合し、 (c) 複合材料のビレツトを形成し、ついで (d) 該ビレツトを鍛造又は押出す、 ことを特徴とする実質的に均一に分散した脱アグ
    ロメレーシヨンした炭化ケイ素ホイスカーの補強
    マトリツクスを含んでいる、複合材料の製造法。 ８ 前記脱アグロメレーシヨンの工程(a)がさら
    に、炭化ケイ素ホイスカーの極性溶剤とのスラリ
    ーを形成する工程を含む特許請求の範囲７記載の
    製造方法。 ９ 極性溶剤が、アルコール類、水及びハロゲン
    化炭化水素類よりなる群から選択される特許請求
    の範囲８記載の製造法。 １０ マトリツクス材料が、アルミニウム、マグ
    ネシウム、チタン、鉛、亜鉛、スズ、鉄、ニツケ
    ル、銅、アンチモン、水銀及びそれの合金よりな
    る群から選択される特許請求の範囲７記載の製造
    法。 １１ マトリツクス材料が、ガラス、プラスチツ
    ク及びセラミツクスよりなる群から選択される特
    許請求の範囲７記載の製造法。
JP57103693A 1981-06-16 1982-06-16 炭化ケイ素ホイスカ−複合物における改良 Granted JPS582273A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US274256 1981-06-16
US06/274,256 US4463058A (en) 1981-06-16 1981-06-16 Silicon carbide whisker composites

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS582273A JPS582273A (ja) 1983-01-07
JPH0530890B2 true JPH0530890B2 (ja) 1993-05-11

Family

ID=23047467

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP57103693A Granted JPS582273A (ja) 1981-06-16 1982-06-16 炭化ケイ素ホイスカ−複合物における改良

Country Status (6)

Country Link
US (1) US4463058A (ja)
EP (1) EP0067584B1 (ja)
JP (1) JPS582273A (ja)
AU (1) AU554733B2 (ja)
CA (1) CA1208940A (ja)
DE (1) DE3277070D1 (ja)

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