JPH0565565A - ハイブリツド繊維強化金属基複合材料及びその製造方法 - Google Patents
ハイブリツド繊維強化金属基複合材料及びその製造方法Info
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- JPH0565565A JPH0565565A JP25831091A JP25831091A JPH0565565A JP H0565565 A JPH0565565 A JP H0565565A JP 25831091 A JP25831091 A JP 25831091A JP 25831091 A JP25831091 A JP 25831091A JP H0565565 A JPH0565565 A JP H0565565A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 アルミニウムを基材としてホウ酸アルミニウ
ムウイスカーを強化材とした金属基複合材料の持つ高強
度、高弾性、高融点という特徴を生かした上、耐摩耗性
及び引張り強度の面からも満足できる複合材料及びその
製造方法を提供することを目的とする。 【構成】 ホウ酸アルミニウムウイスカー３と窒化ホウ
素５を組合せたハイブリッド繊維を、アルミニウム又は
アルミニウム合金と複合したハイブリッド繊維強化金属
基複合材料と、上記アルミニウム又はアルミニウム合金
をアルミニウム粉末又はアルミニウム合金粉末１１に代
替したハイブリッド繊維強化金属基複合材料及びその製
造方法を提供する。
ムウイスカーを強化材とした金属基複合材料の持つ高強
度、高弾性、高融点という特徴を生かした上、耐摩耗性
及び引張り強度の面からも満足できる複合材料及びその
製造方法を提供することを目的とする。 【構成】 ホウ酸アルミニウムウイスカー３と窒化ホウ
素５を組合せたハイブリッド繊維を、アルミニウム又は
アルミニウム合金と複合したハイブリッド繊維強化金属
基複合材料と、上記アルミニウム又はアルミニウム合金
をアルミニウム粉末又はアルミニウム合金粉末１１に代
替したハイブリッド繊維強化金属基複合材料及びその製
造方法を提供する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はアルミニウムを基材とし
て、ホウ酸アルミニウムウイスカー又はホウ酸アルミニ
ウム粉末と窒化ホウ素を強化材としたハイブリッド繊維
金属基複合材料及びその製造方法に関するものである。
て、ホウ酸アルミニウムウイスカー又はホウ酸アルミニ
ウム粉末と窒化ホウ素を強化材としたハイブリッド繊維
金属基複合材料及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から各種産業分野で採用されている
金属材料の中で、特に航空宇宙産業とか自動車産業又は
建材として用いられる材料として、高強度で高弾性及び
耐摩耗性があり、しかも軽量化された複合材料が求めら
れている。そしてこれらの複合材料の基材として利用さ
れるアルミニウムは、比重が軽く、加工性も良好で、か
つ、低価格であるため、各種の分野でアルミニウム合金
が多用されている。
金属材料の中で、特に航空宇宙産業とか自動車産業又は
建材として用いられる材料として、高強度で高弾性及び
耐摩耗性があり、しかも軽量化された複合材料が求めら
れている。そしてこれらの複合材料の基材として利用さ
れるアルミニウムは、比重が軽く、加工性も良好で、か
つ、低価格であるため、各種の分野でアルミニウム合金
が多用されている。
【０００３】特に自動車産業界では、軽量化された耐摩
耗性を持つ素材が求められており、航空宇宙分野とか建
築の分野では、高強度で高弾性を持ち、しかも耐摩耗性
を有する素材が求められている現状にある。
耗性を持つ素材が求められており、航空宇宙分野とか建
築の分野では、高強度で高弾性を持ち、しかも耐摩耗性
を有する素材が求められている現状にある。
【０００４】このような要求に対処するため、特開平２
−２８２４３７号公報には、ホウ酸アルミニウムウイス
カーをアルミニウム又はアルミニウム合金と複合した強
化金属基複合材料の構成が開示されている。その製造方
法として、粉末アルミニウム又は粉末アルミニウム合金
と化学式９Ａｌ2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3のホウ酸アルミニウムウ
イスカーを、ホウ酸アルミニウムウイスカー体積含量５
〜４０％の割合で混合し、これを常温で加圧成型した
後、５８０〜６３０℃の温度で不活性あるいは還元性雰
囲気の中で常圧焼成する手段が開示されている。
−２８２４３７号公報には、ホウ酸アルミニウムウイス
カーをアルミニウム又はアルミニウム合金と複合した強
化金属基複合材料の構成が開示されている。その製造方
法として、粉末アルミニウム又は粉末アルミニウム合金
と化学式９Ａｌ2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3のホウ酸アルミニウムウ
イスカーを、ホウ酸アルミニウムウイスカー体積含量５
〜４０％の割合で混合し、これを常温で加圧成型した
後、５８０〜６３０℃の温度で不活性あるいは還元性雰
囲気の中で常圧焼成する手段が開示されている。
【０００５】このような強化金属基複合材料によれば、
アルミニウムと親和力の高いホウ酸アルミニウムウイス
カーの持つ高強度、高弾性、高融点という特徴を生かし
た金属材料が比較的廉価に得られ、汎用性の広い金属材
料が得られるものと記載されている。
アルミニウムと親和力の高いホウ酸アルミニウムウイス
カーの持つ高強度、高弾性、高融点という特徴を生かし
た金属材料が比較的廉価に得られ、汎用性の広い金属材
料が得られるものと記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のホウ酸アルミニウムウイスカーを利用した強
化金属基複合材料は、耐摩耗性の観点からは必ずしも満
足できる評価が得られていないという現状にあり、更に
強度の要因の中で引張り強度が充分であるとはいえない
という問題点があった。
うな従来のホウ酸アルミニウムウイスカーを利用した強
化金属基複合材料は、耐摩耗性の観点からは必ずしも満
足できる評価が得られていないという現状にあり、更に
強度の要因の中で引張り強度が充分であるとはいえない
という問題点があった。
【０００７】通常のアルミニウム合金複合材に求められ
る特徴としては、軽量で、かつ、高強度であることが挙
げられるが、このような要求を満足するために窒化ケイ
素とか炭素，アルミナ，６チタン酸カリウム等のウイス
カーとか繊維を強化材とする複合材が開発されている。
しかしこれらの強化材は高価であるため、コスト面から
考慮して不利であり、更にこれらアルミニウム金属基複
合材料に利用されるウイスカーは、溶融状態のアルミニ
ウムに対して濡れ性が高く不活性であるため、強引に圧
力をかけて複合化しなければならず、装置の大型化を招
来してしまうという問題点がある。
る特徴としては、軽量で、かつ、高強度であることが挙
げられるが、このような要求を満足するために窒化ケイ
素とか炭素，アルミナ，６チタン酸カリウム等のウイス
カーとか繊維を強化材とする複合材が開発されている。
しかしこれらの強化材は高価であるため、コスト面から
考慮して不利であり、更にこれらアルミニウム金属基複
合材料に利用されるウイスカーは、溶融状態のアルミニ
ウムに対して濡れ性が高く不活性であるため、強引に圧
力をかけて複合化しなければならず、装置の大型化を招
来してしまうという問題点がある。
【０００８】そしてホウ酸アルミニウムウイスカーを利
用した強化金属基複合材料は、前記したように耐摩耗性
と高熱域、特に３００℃以上の温度での強度の面で難点
があり、航空宇宙用とか自動車用その他の分野での汎用
性が低いという課題を有している。
用した強化金属基複合材料は、前記したように耐摩耗性
と高熱域、特に３００℃以上の温度での強度の面で難点
があり、航空宇宙用とか自動車用その他の分野での汎用
性が低いという課題を有している。
【０００９】そこで本発明はこのような従来のアルミニ
ウム金属基複合材料が有している課題を解消して、高強
度、高弾性、高融点という特徴を生かした上、耐摩耗性
及び引張り強度の面からも満足できる複合材料及びその
製造方法を提供することを目的とするものである。
ウム金属基複合材料が有している課題を解消して、高強
度、高弾性、高融点という特徴を生かした上、耐摩耗性
及び引張り強度の面からも満足できる複合材料及びその
製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、ホウ酸アルミニウムウイスカー又はホウ酸
アルミニウム粉末と窒化ホウ素を組合せたハイブリッド
繊維を、アルミニウム又はアルミニウム合金と複合した
ハイブリッド繊維強化金属基複合材料と、上記アルミニ
ウム又はアルミニウム合金をアルミニウム粉末又はアル
ミニウム合金粉末に代替したハイブリッド繊維強化金属
基複合材料の構成にしてある。
するために、ホウ酸アルミニウムウイスカー又はホウ酸
アルミニウム粉末と窒化ホウ素を組合せたハイブリッド
繊維を、アルミニウム又はアルミニウム合金と複合した
ハイブリッド繊維強化金属基複合材料と、上記アルミニ
ウム又はアルミニウム合金をアルミニウム粉末又はアル
ミニウム合金粉末に代替したハイブリッド繊維強化金属
基複合材料の構成にしてある。
【００１１】更に、ホウ酸アルミニウムウイスカー又は
ホウ酸アルミニウム粉末と窒化ホウ素を、高圧凝固鋳造
法を利用してアルミニウムもしくはアルミニウム合金と
複合したハイブリッド繊維強化金属基複合材料の製造方
法と、上記高圧凝固鋳造法に代えて溶湯攪拌分散法もし
くは粉末混合加圧焼結法を用いたハイブリッド繊維強化
金属基複合材料の製造方法を提供する。
ホウ酸アルミニウム粉末と窒化ホウ素を、高圧凝固鋳造
法を利用してアルミニウムもしくはアルミニウム合金と
複合したハイブリッド繊維強化金属基複合材料の製造方
法と、上記高圧凝固鋳造法に代えて溶湯攪拌分散法もし
くは粉末混合加圧焼結法を用いたハイブリッド繊維強化
金属基複合材料の製造方法を提供する。
【００１２】
【作用】かかるハイブリッド繊維金属基複合材料及びそ
の製造方法によれば、通常のアルミニウム合金複合材が
有している軽量で、かつ、高強度であるという特徴に加
えて、引張強度と耐摩耗性の面でも著しく改善され、か
つ、高価な素材を用いていないためコスト面からも有利
であって、航空宇宙用とか自動車用その他の分野での汎
用性が広い複合材料が提供される。
の製造方法によれば、通常のアルミニウム合金複合材が
有している軽量で、かつ、高強度であるという特徴に加
えて、引張強度と耐摩耗性の面でも著しく改善され、か
つ、高価な素材を用いていないためコスト面からも有利
であって、航空宇宙用とか自動車用その他の分野での汎
用性が広い複合材料が提供される。
【００１３】
【実施例】以下本発明にかかるハイブリッド繊維金属基
複合材料及びその製造方法の各種実施例を説明する。本
実施例にかかる複合材料の基本的構成は、ホウ酸アルミ
ニウムウイスカー（９Ａｌ2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3）又はホウ酸
アルミニウム粉末と窒化ホウ素（ＢＮ）を組合せたハイ
ブリッド繊維を、アルミニウム又はアルミニウム合金と
高圧凝固鋳造法を用いて複合したハイブリッド繊維強化
金属基複合材料としたことが特徴となっている。更に上
記高圧凝固鋳造法に代えて、溶湯攪拌分散法を用いた製
造方法と、上記アルミニウム又はアルミニウム合金に代
えて、アルミニウム粉末又はアルミニウム合金粉末を用
いて、粉末混合加圧焼結法を用いて複合したハイブリッ
ド繊維強化金属基複合材料の構成にしてある。
複合材料及びその製造方法の各種実施例を説明する。本
実施例にかかる複合材料の基本的構成は、ホウ酸アルミ
ニウムウイスカー（９Ａｌ2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3）又はホウ酸
アルミニウム粉末と窒化ホウ素（ＢＮ）を組合せたハイ
ブリッド繊維を、アルミニウム又はアルミニウム合金と
高圧凝固鋳造法を用いて複合したハイブリッド繊維強化
金属基複合材料としたことが特徴となっている。更に上
記高圧凝固鋳造法に代えて、溶湯攪拌分散法を用いた製
造方法と、上記アルミニウム又はアルミニウム合金に代
えて、アルミニウム粉末又はアルミニウム合金粉末を用
いて、粉末混合加圧焼結法を用いて複合したハイブリッ
ド繊維強化金属基複合材料の構成にしてある。
【００１４】上記ハイブリッド繊維とは、２種類以上の
強化材が１つの複合材料中に同時に用いられていること
を意味している。従って本実施例の場合には、アルミニ
ウムを基材として、ホウ酸アルミニウムウイスカー又は
ホウ酸アルミニウム粉末と窒化ホウ素を強化材とするハ
イブリッド繊維を用いたことが特徴となっている。
強化材が１つの複合材料中に同時に用いられていること
を意味している。従って本実施例の場合には、アルミニ
ウムを基材として、ホウ酸アルミニウムウイスカー又は
ホウ酸アルミニウム粉末と窒化ホウ素を強化材とするハ
イブリッド繊維を用いたことが特徴となっている。
【００１５】本発明で採用したホウ酸アルミニウムは、
アルミニウム無機塩の中から選ばれた１種のアルミニウ
ム供給成分とホウ素の酸化物、酸素酸及びそのアルカリ
金属塩の中から選ばれた１種のホウ酸供給成分とをアル
カリ金属の塩化物、硫酸塩、炭酸塩の中から選ばれた１
種の溶融剤の存在下で９００〜１２００℃で加熱して反
応させ、育成させるという液相法によって得られる。そ
して得られたホウ酸アルミニウムを２１００℃の条件下
における溶融法とか、１０００〜１４００℃の気体状態
中に水蒸気を通過させる気相法、もしくは反応温度で溶
融液状化して結晶を成長させる内部フラックス法によ
り、ホウ酸アルミニウムウイスカーを析出させる。
アルミニウム無機塩の中から選ばれた１種のアルミニウ
ム供給成分とホウ素の酸化物、酸素酸及びそのアルカリ
金属塩の中から選ばれた１種のホウ酸供給成分とをアル
カリ金属の塩化物、硫酸塩、炭酸塩の中から選ばれた１
種の溶融剤の存在下で９００〜１２００℃で加熱して反
応させ、育成させるという液相法によって得られる。そ
して得られたホウ酸アルミニウムを２１００℃の条件下
における溶融法とか、１０００〜１４００℃の気体状態
中に水蒸気を通過させる気相法、もしくは反応温度で溶
融液状化して結晶を成長させる内部フラックス法によ
り、ホウ酸アルミニウムウイスカーを析出させる。
【００１６】上記ホウ酸アルミニウムウイスカーは、直
径数マイクロメートル、長さ数十マイクロメートルから
数ミリメートルの針状結晶であり、結晶内部に含まれる
欠陥が極めて少ないため強度が大きく、弾力性、耐熱性
が高く、高融点を有している。そして化合物中にアルミ
ナ成分を多く含み、科学的性質はアルミナ繊維に類似し
てアルミニウムに対する親和力が良好であるという特徴
を有している。
径数マイクロメートル、長さ数十マイクロメートルから
数ミリメートルの針状結晶であり、結晶内部に含まれる
欠陥が極めて少ないため強度が大きく、弾力性、耐熱性
が高く、高融点を有している。そして化合物中にアルミ
ナ成分を多く含み、科学的性質はアルミナ繊維に類似し
てアルミニウムに対する親和力が良好であるという特徴
を有している。
【００１７】上記窒化ホウ素（ＢＮ）は、高純度六方晶
系ホウ素粉末で成り、黒鉛と同様に層状構造であること
により、優れた潤滑性を有している。そしてこの窒化ホ
ウ素は電気的絶縁性を有し、化学的，熱的に安定である
という特徴がある。
系ホウ素粉末で成り、黒鉛と同様に層状構造であること
により、優れた潤滑性を有している。そしてこの窒化ホ
ウ素は電気的絶縁性を有し、化学的，熱的に安定である
という特徴がある。
【００１８】以下に実験的に求めた本発明の具体的な製
造方法の各種実施例を説明する。 〔実施例１〕 粉末混合加圧焼結法 図１（Ａ）に示すように、ビーカー１に化学式９Ａｌ2
Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3のホウ酸アルミニウムウイスカー３を２
３７．５ｇと、化学式ＢＮの窒化ホウ素５を１２．５ｇ
と、２−プロパノール（イソプロピルアルコール）７を
２５０ｃｃ入れ、図外の超音波分散器にかけて約５分間
分散して、図１（Ｂ）に示す均一分散液９を得た。尚、
ホウ酸アルミニウムウイスカー３のサイズは（０．５〜
１．０μｍ）×（１０×３０μｍ）、窒化ホウ素５の平
均粒径は１〜２μｍであった。
造方法の各種実施例を説明する。 〔実施例１〕 粉末混合加圧焼結法 図１（Ａ）に示すように、ビーカー１に化学式９Ａｌ2
Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3のホウ酸アルミニウムウイスカー３を２
３７．５ｇと、化学式ＢＮの窒化ホウ素５を１２．５ｇ
と、２−プロパノール（イソプロピルアルコール）７を
２５０ｃｃ入れ、図外の超音波分散器にかけて約５分間
分散して、図１（Ｂ）に示す均一分散液９を得た。尚、
ホウ酸アルミニウムウイスカー３のサイズは（０．５〜
１．０μｍ）×（１０×３０μｍ）、窒化ホウ素５の平
均粒径は１〜２μｍであった。
【００１９】次に図１（Ｃ）に示すように、この均一分
散液９中に純アルミニウム粉末１１を１０００ｇを混合
し、スプーン等で攪拌しながら再び超音波分散器にかけ
て十分に分散させる。この粉末混合分散液を図１（Ｄ）
に示すように吸引濾化器１３にかけて液状体を吸引除去
することにより、濾紙１５上に吸着した均一分散体１７
を得た。
散液９中に純アルミニウム粉末１１を１０００ｇを混合
し、スプーン等で攪拌しながら再び超音波分散器にかけ
て十分に分散させる。この粉末混合分散液を図１（Ｄ）
に示すように吸引濾化器１３にかけて液状体を吸引除去
することにより、濾紙１５上に吸着した均一分散体１７
を得た。
【００２０】このようにして得られた均一分散体１７の
所定量を図２に示す金型１９内に入れ、この金型１９を
下型２１上に載置して、上型２３に押動されるポンチ２
５により、約１０００ｋｇｆ／ｍｍ2で加圧し、かつ、
ヒーター２７によって約６００℃で加熱しながら１時間
保持する。そして加圧状態を維持したままヒーター２７
の電源を切り、約３時間冷却する。
所定量を図２に示す金型１９内に入れ、この金型１９を
下型２１上に載置して、上型２３に押動されるポンチ２
５により、約１０００ｋｇｆ／ｍｍ2で加圧し、かつ、
ヒーター２７によって約６００℃で加熱しながら１時間
保持する。そして加圧状態を維持したままヒーター２７
の電源を切り、約３時間冷却する。
【００２１】得られた加圧成型体に切削加工を施して、
図３（Ａ）に示す耐摩耗性用の試験片３１と、図３
（Ｂ）に示す引張用の試験片３３を製造した。上記試験
片３１，３３をそれぞれ耐摩耗性試験及び引張試験に供
した結果は、以下に記す実施例２，３によって得られた
試料の試験結果とともに表１を用いて後述する。
図３（Ａ）に示す耐摩耗性用の試験片３１と、図３
（Ｂ）に示す引張用の試験片３３を製造した。上記試験
片３１，３３をそれぞれ耐摩耗性試験及び引張試験に供
した結果は、以下に記す実施例２，３によって得られた
試料の試験結果とともに表１を用いて後述する。
【００２２】〔実施例２〕 溶湯攪拌分散法 実施例１と同様に、ビーカーに化学式９Ａｌ2Ｏ3・２Ｂ
2Ｏ3のホウ酸アルミニウムウイスカーを９５ｇと、化学
式ＢＮの窒化ホウ素を５ｇと、ノニオン系界面活性剤の
分散水溶液３００ｃｃを入れ、超音波分散器にかけて約
１０分間均一に分散する。このノニオン系界面活性剤の
分散水溶液は、蒸留水１０００ｍｌにノニオン系界面活
性剤１ｍｌを加えた溶液である。
2Ｏ3のホウ酸アルミニウムウイスカーを９５ｇと、化学
式ＢＮの窒化ホウ素を５ｇと、ノニオン系界面活性剤の
分散水溶液３００ｃｃを入れ、超音波分散器にかけて約
１０分間均一に分散する。このノニオン系界面活性剤の
分散水溶液は、蒸留水１０００ｍｌにノニオン系界面活
性剤１ｍｌを加えた溶液である。
【００２３】次にこの均一分散液を吸引濾化器により、
液状体を吸引除去して均一分散体を得て、この均一分散
体を９０℃で１８時間乾燥し、６００℃で余熱する。
液状体を吸引除去して均一分散体を得て、この均一分散
体を９０℃で１８時間乾燥し、６００℃で余熱する。
【００２４】上記操作と併行して平行して、図４に示し
たようにるつぼ３５中にアルミニウム合金ＡＣ４Ａを２
０００ｇと、カルシウム６０ｇをヒーター３７の加熱に
よって溶解させた約７２０℃の溶湯３９を準備してお
き、投入口４１から前記乾燥余熱した均一分散体を投入
して攪拌器４３を回転駆動しながら窒素Ｎ2ガス雰囲気
中で溶解した。この時の攪拌速度は１００ｒｐｍ，窒素
ガスは３００ｍｌ／ｍｉｎ，０．８気圧の条件下で行っ
た。
たようにるつぼ３５中にアルミニウム合金ＡＣ４Ａを２
０００ｇと、カルシウム６０ｇをヒーター３７の加熱に
よって溶解させた約７２０℃の溶湯３９を準備してお
き、投入口４１から前記乾燥余熱した均一分散体を投入
して攪拌器４３を回転駆動しながら窒素Ｎ2ガス雰囲気
中で溶解した。この時の攪拌速度は１００ｒｐｍ，窒素
ガスは３００ｍｌ／ｍｉｎ，０．８気圧の条件下で行っ
た。
【００２５】このようにして得られた均一分散体が複合
された溶湯を、通常の鋳造手段に基づいて鋳込み、急速
冷却して９Ａｌ2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3／Ａｌの体積含有率（Ｖ
ｆ）が４．７６％の鋳造体を製造した。この鋳造体に切
削加工を施して、前記図３（Ａ）（Ｂ）に示した形状と
同一形状の耐摩耗性用の試験片と引張用の試験片を製造
した。
された溶湯を、通常の鋳造手段に基づいて鋳込み、急速
冷却して９Ａｌ2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3／Ａｌの体積含有率（Ｖ
ｆ）が４．７６％の鋳造体を製造した。この鋳造体に切
削加工を施して、前記図３（Ａ）（Ｂ）に示した形状と
同一形状の耐摩耗性用の試験片と引張用の試験片を製造
した。
【００２６】〔実施例３〕 高圧凝固鋳造法 ビーカーに化学式９Ａｌ2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3のホウ酸アルミ
ニウムウイスカーを１７１．８ｇ（９５．５体積％）
と、化学式ＢＮの窒化ホウ素を８．１ｇ（４．５体積
％）と、蒸留水に常温時の結合剤であるポリビニルアル
コールと界面活性剤とを加熱しながら混合した分散水溶
液６６７ｃｃを入れ、充分に混合した後、高温時の結合
剤，例えばコロイダルシリカの３０％溶液を６．５ｇ入
れ、図５に示す超音波分散器４５に水Ｈ2Ｏ４７の存在
下で分散し、これをロータリーエバポレータで水分５０
％程度のスラリー状に調整する。
ニウムウイスカーを１７１．８ｇ（９５．５体積％）
と、化学式ＢＮの窒化ホウ素を８．１ｇ（４．５体積
％）と、蒸留水に常温時の結合剤であるポリビニルアル
コールと界面活性剤とを加熱しながら混合した分散水溶
液６６７ｃｃを入れ、充分に混合した後、高温時の結合
剤，例えばコロイダルシリカの３０％溶液を６．５ｇ入
れ、図５に示す超音波分散器４５に水Ｈ2Ｏ４７の存在
下で分散し、これをロータリーエバポレータで水分５０
％程度のスラリー状に調整する。
【００２７】次に上記スラリーを前記図２に示した金型
１９内に入れ、この金型１９を下型２１上に載置して、
上型２３に押動されるポンチ２５により、約１００ｋｇ
ｆ／ｍｍ2で加圧して水分を除去し、かつ、ヒーター２
７によって加熱しながら成型することにより、９Ａｌ2
Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3／ＢＮの体積含有率（Ｖｆ）が２５％の
プリフォーム（予備成型体）を得た。
１９内に入れ、この金型１９を下型２１上に載置して、
上型２３に押動されるポンチ２５により、約１００ｋｇ
ｆ／ｍｍ2で加圧して水分を除去し、かつ、ヒーター２
７によって加熱しながら成型することにより、９Ａｌ2
Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3／ＢＮの体積含有率（Ｖｆ）が２５％の
プリフォーム（予備成型体）を得た。
【００２８】このプリフォームを６７０℃で加熱して水
分を除く。これと併行して別のるつぼでアルミニウム合
金ＡＣ４Ａを７００℃に加熱して溶湯とし、この溶湯と
プリフォームとを再度金型１９内に入れ、この金型１９
を下型２１上に載置して、上型２３に押動されるポンチ
２５により、約２０〜２２ｔｏｎで加圧し、約３分間保
持する。するとアルミニウムの溶湯がプレフォームの隙
間に入り込んだ加圧成型体が得られる。この加圧成型体
に切削加工を施して、前記図３（Ａ）（Ｂ）に示した形
状と同一形状の耐摩耗性用の試験片と引張用の試験片を
製造した。
分を除く。これと併行して別のるつぼでアルミニウム合
金ＡＣ４Ａを７００℃に加熱して溶湯とし、この溶湯と
プリフォームとを再度金型１９内に入れ、この金型１９
を下型２１上に載置して、上型２３に押動されるポンチ
２５により、約２０〜２２ｔｏｎで加圧し、約３分間保
持する。するとアルミニウムの溶湯がプレフォームの隙
間に入り込んだ加圧成型体が得られる。この加圧成型体
に切削加工を施して、前記図３（Ａ）（Ｂ）に示した形
状と同一形状の耐摩耗性用の試験片と引張用の試験片を
製造した。
【００２９】上記の実施例１，２，３によって得られた
各複合材料の試験片（Ａ）（Ｂ）に摩耗試験と引張り試
験を施した結果を表１に示す。
各複合材料の試験片（Ａ）（Ｂ）に摩耗試験と引張り試
験を施した結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】ここで比較例１は、純アルミニウム粉末の
み粉末加圧焼結して得られた加圧成型体、比較例２はア
ルミニウム合金ＡＣ４Ａのみを溶湯攪拌分散した鋳造
体、比較例３はアルミニウム合金ＡＣ４Ａのみを高圧凝
固鋳造した鋳造体である。引張試験は島津製のオートグ
ラフを利用して実施し、耐摩耗性試験は相手材としてSC
r420のピンディスクを用いた試験機を利用して、面圧５
０ｋｇｆ／ｍｍ2、摩耗距離２００００ｍ、１０００ｒ
ｐｍ／ｍｉｎの回転速度で実施した。
み粉末加圧焼結して得られた加圧成型体、比較例２はア
ルミニウム合金ＡＣ４Ａのみを溶湯攪拌分散した鋳造
体、比較例３はアルミニウム合金ＡＣ４Ａのみを高圧凝
固鋳造した鋳造体である。引張試験は島津製のオートグ
ラフを利用して実施し、耐摩耗性試験は相手材としてSC
r420のピンディスクを用いた試験機を利用して、面圧５
０ｋｇｆ／ｍｍ2、摩耗距離２００００ｍ、１０００ｒ
ｐｍ／ｍｉｎの回転速度で実施した。
【００３２】表１から理解されるように、実施例１，
２，３に基づいて得られた複合材料は各比較例１，２，
３に比して自身の摩耗量及び引張強度の面で優れた結果
を示している。特に強化材として使用した窒化ボロンは
自己潤滑性を有しているため、この自己潤滑性により、
得られた複合材の摩耗面のすべり特性が改善されて、耐
摩耗性の向上に役立つという作用が得られる。
２，３に基づいて得られた複合材料は各比較例１，２，
３に比して自身の摩耗量及び引張強度の面で優れた結果
を示している。特に強化材として使用した窒化ボロンは
自己潤滑性を有しているため、この自己潤滑性により、
得られた複合材の摩耗面のすべり特性が改善されて、耐
摩耗性の向上に役立つという作用が得られる。
【００３３】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かるハイブリッド繊維強化金属基複合材料及びその製造
方法によれば、強化材としてホウ酸アルミニウムと窒化
ホウ素を用いたことにより、従来のホウ酸アルミニウム
ウイスカーを利用した強化金属基複合材料の持つ軽量
で、かつ、高強度、高弾性、高融点という特徴を生かし
た上、耐摩耗性及び引張り強度の面からも著しく改善さ
れ、かつ、コスト面からも有利な複合材料が得られて、
航空宇宙用とか自動車用その他の分野での汎用性が広い
複合材料及びその製造方法を提供すること出来る。
かるハイブリッド繊維強化金属基複合材料及びその製造
方法によれば、強化材としてホウ酸アルミニウムと窒化
ホウ素を用いたことにより、従来のホウ酸アルミニウム
ウイスカーを利用した強化金属基複合材料の持つ軽量
で、かつ、高強度、高弾性、高融点という特徴を生かし
た上、耐摩耗性及び引張り強度の面からも著しく改善さ
れ、かつ、コスト面からも有利な複合材料が得られて、
航空宇宙用とか自動車用その他の分野での汎用性が広い
複合材料及びその製造方法を提供すること出来る。
【図１】本発明にかかるハイブリッド繊維強化金属基複
合材料の製造方法の第１実施例を示す工程概要図。
合材料の製造方法の第１実施例を示す工程概要図。
【図２】本発明で用いた加圧成型装置の概要図。
【図３】本発明にかかる複合材料の試験片の形状例を示
す正面図。
す正面図。
【図４】本発明にかかる製造方法の第２実施例を示す装
置概要図。
置概要図。
【図５】本発明にかかる製造方法の第３実施例を示す装
置概要図。
置概要図。
１…ビーカー ３…ホウ酸アルミニウム ５…窒化ホウ素 ７…２プロパノール ９…均一分散溶液 １１…純アルミニウム粉末 １３…吸引濾化器 １７…均一分散体 １９…金型 ２７，３７…ヒータ ３１，３３…試験片 ３９…溶湯 ４５…超音波洗浄器
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成３年１２月２０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２０】このようにして得られた均一分散体１７の
所定量を図２に示す金型１９内に入れ、この金型１９を
下型２１上に載置して、上型２３に押動されるポンチ２
５により、約１０００ｋｇｆ／ｃｍ2 で加圧し、かつ、
ヒーター２７によって約６００℃で加熱しながら１時間
保持する。そして加圧状態を維持したままヒーター２７
の電源を切り、約３時間冷却する。
所定量を図２に示す金型１９内に入れ、この金型１９を
下型２１上に載置して、上型２３に押動されるポンチ２
５により、約１０００ｋｇｆ／ｃｍ2 で加圧し、かつ、
ヒーター２７によって約６００℃で加熱しながら１時間
保持する。そして加圧状態を維持したままヒーター２７
の電源を切り、約３時間冷却する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２７】次に上記スラリーを前記図２に示した金型
１９内に入れ、この金型１９を下型２１上に載置して、
上型２３に押動されるポンチ２５により、全圧約１００
ｋｇｆで加圧して水分を除去し、かつ、ヒーター２７に
よって加熱しながら成型することにより、９Ａｌ2Ｏ3・
２Ｂ2Ｏ3／ＢＮの体積含有率（Ｖｆ）が２５％のプリフ
ォーム（予備成型体）を得た。
１９内に入れ、この金型１９を下型２１上に載置して、
上型２３に押動されるポンチ２５により、全圧約１００
ｋｇｆで加圧して水分を除去し、かつ、ヒーター２７に
よって加熱しながら成型することにより、９Ａｌ2Ｏ3・
２Ｂ2Ｏ3／ＢＮの体積含有率（Ｖｆ）が２５％のプリフ
ォーム（予備成型体）を得た。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３１】ここで比較例１は、純アルミニウム粉末の
み粉末加圧焼結して得られた加圧成型体、比較例２はア
ルミニウム合金ＡＣ４Ａのみを溶湯攪拌分散した鋳造
体、比較例３はアルミニウム合金ＡＣ４Ａのみを高圧凝
固鋳造した鋳造体である。引張試験は島津製のオートグ
ラフを利用して実施し、耐摩耗性試験は相手材としてSC
r420のピンディスクを用いた試験機を利用して、面圧５
０ｋｇｆ／ｃｍ2 、摩耗距離２００００ｍ、１０００ｒ
ｐｍ／ｍｉｎの回転速度で実施した。
み粉末加圧焼結して得られた加圧成型体、比較例２はア
ルミニウム合金ＡＣ４Ａのみを溶湯攪拌分散した鋳造
体、比較例３はアルミニウム合金ＡＣ４Ａのみを高圧凝
固鋳造した鋳造体である。引張試験は島津製のオートグ
ラフを利用して実施し、耐摩耗性試験は相手材としてSC
r420のピンディスクを用いた試験機を利用して、面圧５
０ｋｇｆ／ｃｍ2 、摩耗距離２００００ｍ、１０００ｒ
ｐｍ／ｍｉｎの回転速度で実施した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 廣瀬 寿一 高知県高知市萩町２丁目２番25号 東洋電 化工業株式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】 ホウ酸アルミニウムウイスカー又はホウ
酸アルミニウム粉末と窒化ホウ素を組合せたハイブリッ
ド繊維を、アルミニウム又はアルミニウム合金と複合し
たことを特徴とするハイブリッド繊維強化金属基複合材
料。 - 【請求項２】 ホウ酸アルミニウムウイスカー又はホウ
酸アルミニウム粉末と窒化ホウ素を組合せたハイブリッ
ド繊維を、アルミニウム粉末又はアルミニウム合金粉末
と複合したことを特徴とするハイブリッド繊維強化金属
基複合材料。 - 【請求項３】 ホウ酸アルミニウムウイスカー又はホウ
酸アルミニウム粉末と窒化ホウ素を組合せたハイブリッ
ド繊維を１０〜３８体積％と、アルミニウム又はアルミ
ニウム合金６２〜８５体積％と複合したことを特徴とす
る請求項１記載のハイブリッド繊維強化金属基複合材
料。 - 【請求項４】 ホウ酸アルミニウムウイスカー又はホウ
酸アルミニウム粉末と窒化ホウ素を組合せたハイブリッ
ド繊維０．５〜３５体積％を、アルミニウム粉末又はア
ルミニウム合金粉末６５〜９９．５体積％と複合したこ
とを特徴とする請求項２記載のハイブリッド繊維強化金
属基複合材料。 - 【請求項５】 ホウ酸アルミニウムウイスカー又はホウ
酸アルミニウム粉末と窒化ホウ素を、ポリビニルアルコ
ールと界面活性剤の分散水溶液に混合し、高温時の結合
剤とともに超音波分散器で分散してスラリー状に調整し
た後、金型を利用して加熱しながら加圧成型することに
より予備成型体を得て、この予備成型体をアルミニウム
合金の溶湯に投入して再度金型に入れ、加圧保持してア
ルミニウムの溶湯が予備成型体の隙間に入り込んだ加圧
成型体を得ることを特徴とする高圧凝固鋳造法を利用し
たハイブリッド繊維強化金属基複合材料の製造方法。 - 【請求項６】 ホウ酸アルミニウムウイスカー又はホウ
酸アルミニウム粉末と窒化ホウ素をノニオン系界面活性
剤の分散水溶液に入れて均一に分散し、この均一分散液
の液状体を吸引除去した均一分散体を乾燥し、かつ、余
熱する一方、アルミニウム合金とカルシウムを溶解させ
た溶湯中に前記乾燥余熱した均一分散体を投入して不活
性ガス雰囲気中で溶解して、得られた均一分散体が複合
された溶湯を鋳造手段に基づいて鋳造したことを特徴と
する溶湯攪拌分散法を利用したハイブリッド繊維強化金
属基複合材料の製造方法。 - 【請求項７】 ホウ酸アルミニウムウイスカー又はホウ
酸アルミニウム粉末と窒化ホウ素をイソプロピルアルコ
ールとともに超音波分散器を用いて均一分散液とし、こ
の均一分散液中に純アルミニウム粉末を混合して十分に
分散させ、この粉末混合分散液中の液状体を除去するこ
とによって均一分散体を得て、該均一分散体を金型に入
れて加熱しながら加圧し、加圧状態を維持したまま冷却
して加圧成型体を得ることを特徴とする粉末混合加圧焼
結法を利用したハイブリッド繊維強化金属基複合材料の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25831091A JPH0565565A (ja) | 1991-09-09 | 1991-09-09 | ハイブリツド繊維強化金属基複合材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25831091A JPH0565565A (ja) | 1991-09-09 | 1991-09-09 | ハイブリツド繊維強化金属基複合材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0565565A true JPH0565565A (ja) | 1993-03-19 |
Family
ID=17318477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25831091A Pending JPH0565565A (ja) | 1991-09-09 | 1991-09-09 | ハイブリツド繊維強化金属基複合材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0565565A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100372766C (zh) * | 2005-12-02 | 2008-03-05 | 华中师范大学 | BN均匀包敷的Al18B4O33纳米线及制备方法 |
| CN105014068A (zh) * | 2015-08-06 | 2015-11-04 | 潘桂枝 | 一种双金属复合材料的制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60138041A (ja) * | 1983-12-27 | 1985-07-22 | Ibiden Co Ltd | セラミツクス−金属複合体とその製造方法 |
| JPS6452032A (en) * | 1987-08-21 | 1989-02-28 | Furukawa Electric Co Ltd | Production of fiber-reinforced metal |
| JPH02282437A (ja) * | 1989-04-21 | 1990-11-20 | Agency Of Ind Science & Technol | ホウ酸アルミニウムウイスカー強化金属基複合材料の製造方法 |
| JPH0328338A (ja) * | 1989-06-23 | 1991-02-06 | Shikoku Chem Corp | ホウ酸アルミニウムウイスカー強化金属基複合材料の製造方法 |
| JPH03138326A (ja) * | 1989-09-18 | 1991-06-12 | Shikoku Chem Corp | ホウ酸アルミニウムウイスカー強化金属基複合材料の製造方法 |
-
1991
- 1991-09-09 JP JP25831091A patent/JPH0565565A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60138041A (ja) * | 1983-12-27 | 1985-07-22 | Ibiden Co Ltd | セラミツクス−金属複合体とその製造方法 |
| JPS6452032A (en) * | 1987-08-21 | 1989-02-28 | Furukawa Electric Co Ltd | Production of fiber-reinforced metal |
| JPH02282437A (ja) * | 1989-04-21 | 1990-11-20 | Agency Of Ind Science & Technol | ホウ酸アルミニウムウイスカー強化金属基複合材料の製造方法 |
| JPH0328338A (ja) * | 1989-06-23 | 1991-02-06 | Shikoku Chem Corp | ホウ酸アルミニウムウイスカー強化金属基複合材料の製造方法 |
| JPH03138326A (ja) * | 1989-09-18 | 1991-06-12 | Shikoku Chem Corp | ホウ酸アルミニウムウイスカー強化金属基複合材料の製造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100372766C (zh) * | 2005-12-02 | 2008-03-05 | 华中师范大学 | BN均匀包敷的Al18B4O33纳米线及制备方法 |
| CN105014068A (zh) * | 2015-08-06 | 2015-11-04 | 潘桂枝 | 一种双金属复合材料的制备方法 |
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