JPH0586424A - Production of ceramic fiber performed body used for fiber-reinforced metal matrix composite - Google Patents

Production of ceramic fiber performed body used for fiber-reinforced metal matrix composite

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JPH0586424A
JPH0586424A JP3277333A JP27733391A JPH0586424A JP H0586424 A JPH0586424 A JP H0586424A JP 3277333 A JP3277333 A JP 3277333A JP 27733391 A JP27733391 A JP 27733391A JP H0586424 A JPH0586424 A JP H0586424A
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aluminum borate
aluminum
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matrix composite
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正道 岩崎
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元 畑
Masanori Nagafune
昌則 長船
Shinichi Takebayashi
慎一 竹林
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Abstract

PURPOSE:To produce a performed body for ceramic fiber-reinforced metal matrix composite free from reaction with molten metal and increased in mechanical strength. CONSTITUTION:Small amount of aluminum borate grains is added to a fiber reinforcement, and the resulting mixture is compacted. The resulting green compact is heated at high temp., by which aluminum borate is sintered. By this method, the fiber performed body for metal matrix composite increased in mechanical strength at high temp. can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はセラミックス繊維を用い
た繊維強化型金属基複合材料の製造工程において必要な
予備成形体の製造方法に関するものであり、この方法に
よれば品質の安定した予備成形体が容易に得られる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a preform required in the process for producing a fiber-reinforced metal matrix composite material using ceramic fibers. The body is easily obtained.

【0002】[0002]

【従来の技術】金属に繊維状物質を添加して、その機械
的強度を向上させたものは繊維強化型金属基複合材料と
呼ばれている。前記の繊維強化型金属基複合材料に用い
られる繊維状物質としては、アルミナ繊維、アルミナシ
リカ繊維、炭化けい素繊維、炭化けい素ウィスカー、窒
化けい素ウィスカー、チタン酸カリウムウィスカー及び
ホウ酸アルミニウムウィスカー等の多くのセラミック系
繊維が検討されている。これらの繊維は溶融金属に対す
る濡れ性が悪かったり、強化繊維と溶融金属との間で化
学反応が起こるので、その複合化に際しては少々煩雑な
方法をとる必要がある。
2. Description of the Related Art A material obtained by adding a fibrous substance to metal to improve its mechanical strength is called a fiber-reinforced metal matrix composite material. Examples of the fibrous substance used in the fiber-reinforced metal matrix composite material include alumina fibers, alumina silica fibers, silicon carbide fibers, silicon carbide whiskers, silicon nitride whiskers, potassium titanate whiskers and aluminum borate whiskers. Many ceramic-based fibers have been investigated. Since these fibers have poor wettability with molten metal and a chemical reaction occurs between the reinforcing fiber and the molten metal, it is necessary to take a slightly complicated method for compounding them.

【0003】これまでに報告されている技術は、繊維
の予備成形体を作り、この空隙部分に金属の溶融物を加
圧溶浸させる方法(加圧溶浸法)、繊維と金属の粉末
を均一混合後、加圧しながら加熱して焼結する方法(粉
末冶金法)、予め繊維に金属の皮膜を形成させ、これ
を高温下で加圧して一体化させる方法(プリプレグ成形
法)、溶融状態の金属を強制的に攪拌しながら、繊維
を添加して均一になった後、冷却して複合化させる方法
(溶湯混合法)等である。現在、このうちの方法が最
も生産性が高く、いくつか工業的規模での実施例があ
り、将来発展するものと思われる。
The techniques reported up to now include a method of forming a fiber preform and infiltrating a metal melt into the void portion under pressure (pressure infiltration method), and a fiber and metal powder. After uniform mixing, heating with pressure and sintering (powder metallurgy method), method of forming metal coating on fiber in advance and pressurizing it under high temperature to integrate (prepreg molding method), molten state While forcibly stirring the metal of (1), fibers are added to make it uniform, and then the mixture is cooled to form a composite (molten metal mixing method). At present, these methods are the most productive, and there are several examples on an industrial scale, which are expected to develop in the future.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】加圧溶浸法により製造
される複合材料の性能を左右するのはセラミック系繊維
からなる予備成形体の性能であり、溶融金属の加圧溶浸
に耐えうる機械的強度、均一な繊維の分布、寸法精度等
の性能が要求される。このようなセラミックス繊維予備
成形体は、繊維を水等の溶媒に分散したスラリー状に
し、これを抄造または圧搾等により成形して得られる。
この際に成形性を高めるために、通常有機系のバインダ
ーとして、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセ
ルロース及びスターチ等が最大5%程度添加される。加
圧溶浸用の予備成形体とするには、さらに前記成形体を
乾燥し、600〜800℃で脱脂することが必要であ
る。
The performance of the composite material produced by the pressure infiltration method depends on the performance of the preform made of the ceramic fiber, which can withstand the pressure infiltration of the molten metal. Performances such as mechanical strength, uniform fiber distribution, and dimensional accuracy are required. Such a ceramic fiber preform is obtained by forming a slurry in which fibers are dispersed in a solvent such as water, and molding this by papermaking or pressing.
At this time, in order to enhance the moldability, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, starch and the like are usually added as organic binders at a maximum of about 5%. In order to obtain a preform for pressure infiltration, it is necessary to further dry the form and degrease it at 600 to 800 ° C.

【0005】このようにして得られる予備成形体は、有
機バインダーが焼失しているので、加圧溶浸に耐えるよ
うな強度を有していない。そのため最初に調整するスラ
リー中にシリカゾル、アルミナゾル等の無機系バインダ
ーを最大5%程度添加し、脱脂したのち、800〜12
00℃で焼結して、強度を発現させることが必要とな
る。
The preform thus obtained does not have the strength to withstand the pressure infiltration because the organic binder is burned out. Therefore, a maximum of about 5% of an inorganic binder such as silica sol or alumina sol is added to the slurry to be prepared first, and after degreasing, 800-12
It is necessary to sinter at 00 ° C to develop strength.

【0006】このような無機系バインダーは強度を発現
させるが、幾つかの問題点がある。シリカ系バインダー
の場合、酸化珪素はその生成エネルギーが小さいので、
高温時に複合化する金属溶湯と接触した場合、酸化還元
反応が起こり易く、十分な強度を有する複合材が得られ
難い。このような酸化還元反応は特に非晶質で起こり易
いが、シリカ系バインダーを十分結晶化させるには12
00℃以上の温度が必要となる。しかしながら、シリカ
系バインダーを用いる限り溶融金属との反応は避けられ
ない問題であった。
Although such an inorganic binder develops strength, it has some problems. In the case of a silica-based binder, since silicon oxide has a small generation energy,
When it comes into contact with a molten metal that becomes complex at high temperature, a redox reaction is likely to occur and it is difficult to obtain a composite material having sufficient strength. Such a redox reaction is particularly likely to occur in an amorphous state, but in order to sufficiently crystallize the silica-based binder, 12
A temperature of 00 ° C or higher is required. However, the reaction with molten metal has been an unavoidable problem as long as a silica binder is used.

【0007】また、アルミナ系バインダーの場合は溶融
金属と反応しにくいが、焼結温度が1000℃以上必要
であり、結晶化させるためには1300℃以上の焼結温
度が必要である。このように、機械強度があり且つ反応
しないような予備成形体を造るためには、無機系バイン
ダーを高温で焼結する必要があった。このような高温処
理は、強化繊維自体の劣化を引き起こし、工業的にもコ
ストアップになる等の難点があった。
Further, in the case of an alumina-based binder, it is difficult to react with molten metal, but a sintering temperature of 1000 ° C. or higher is required, and a sintering temperature of 1300 ° C. or higher is required for crystallization. As described above, in order to produce a preformed body that has mechanical strength and does not react, it is necessary to sinter the inorganic binder at a high temperature. Such a high temperature treatment causes deterioration of the reinforcing fiber itself, and there is a drawback that the cost is industrially increased.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、このよう
な課題を解決するため多くの試験研究を重ねた結果、無
機系バインダーとして焼結作用が高い上に溶融金属との
反応が少ないホウ酸アルミニウム粒子を用いることによ
り、所期の目的が達成できることを見い出し、本発明方
法を完遂したものである。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted many test studies to solve such problems, and as a result, have a high sintering action as an inorganic binder and have little reaction with molten metal. The inventors have found that the intended purpose can be achieved by using aluminum borate particles, and have completed the method of the present invention.

【0009】本発明方法において用いられるセラミック
ス繊維とは非晶質系、多結晶系、単結晶系(ウィスカー
類)等の繊維強化型金属基複合材料に通常用いられる繊
維であり、具体的にはアルミナ繊維、アルミナシリカ繊
維、ムライト繊維、炭化珪素繊維、炭素繊維、ジルコニ
ア繊維、炭化珪素ウィスカー、窒化珪素ウィスカー、チ
タン酸カリウムウィスカー、アルミナウィスカー、石膏
ウィスカー、マグネシアウィスカー、酸化亜鉛ウィスカ
ー、ムライトウィスカー及びホウ酸アルミニウムウィス
カー等である。これらの中で、ホウ酸アルミニウム系バ
インダーが特に効果的に作用するものとしては、アルミ
ナ繊維、アルミナシリカ繊維、ムライト繊維、アルミナ
ウィスカー、ムライトウィスカー及びホウ酸アルミニウ
ムウィスカー等のアルミナ成分を含むものである。
The ceramic fibers used in the method of the present invention are fibers usually used in fiber-reinforced metal matrix composite materials such as amorphous type, polycrystal type, single crystal type (whiskers) and the like. Alumina fiber, alumina silica fiber, mullite fiber, silicon carbide fiber, carbon fiber, zirconia fiber, silicon carbide whiskers, silicon nitride whiskers, potassium titanate whiskers, alumina whiskers, gypsum whiskers, magnesia whiskers, zinc oxide whiskers, mullite whiskers and ho Aluminum acid whiskers and the like. Among these, those in which the aluminum borate-based binder acts particularly effectively include those containing alumina components such as alumina fibers, alumina silica fibers, mullite fibers, alumina whiskers, mullite whiskers, and aluminum borate whiskers.

【0010】無機系バインダーとして作用するホウ酸ア
ルミニウム粒子は、酸化アルミニウム、水酸化アルミニ
ウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム及び塩化ア
ルミニウム等の酸化アルミニウム成分とホウ酸及び酸化
ホウ素等の無水ホウ酸成分を化学量論量混合したのち、
800〜1200℃の温度で反応させることにより得ら
れ、化学式9Al2 3 ・2B2 3 あるいは2Al2
3 ・B2 3 で表されるものである。
Aluminum borate particles which act as an inorganic binder include aluminum oxide components such as aluminum oxide, aluminum hydroxide, aluminum sulfate, aluminum nitrate and aluminum chloride and boric acid and boric anhydride components such as boric oxide in a stoichiometric amount. After mixing the theoretical amount,
It is obtained by reacting at a temperature of 800 to 1200 ° C. and has a chemical formula of 9Al 2 O 3 .2B 2 O 3 or 2Al 2
It is represented by O 3 · B 2 O 3 .

【0011】反応により得られるホウ酸アルミニウム粒
子は通常1〜30μm程度の粒径であるが、無機系バイ
ンダーとして最も焼結能力を発揮させるためには1μm
未満に粉砕することが好ましい。この粉砕方法としては
乾式あるいは湿式のいずれでもよいが、1μm未満に粉
砕する場合は湿式ボールミル粉砕をすべきである。本発
明方法の実施に当たって、ホウ酸アルミニウムバインダ
ーの適切な添加量は、繊維量に対して0.1 〜5重量%で
ある。本発明方法の実施において、ホウ酸アルミニウム
バインダーの焼結温度は800〜1300℃の温度であ
り、高温になるほど成形体の機械強度は高くなるが、1
300℃を越えるとαアルミナに変化し、結晶粒が大き
く成長するため、焼結効果が薄れるので、適切ではな
い。
The aluminum borate particles obtained by the reaction usually have a particle size of about 1 to 30 μm, but 1 μm is necessary to maximize the sintering ability as an inorganic binder.
It is preferable to grind to less than. This pulverization method may be either dry type or wet type, but when pulverizing to less than 1 μm, wet ball mill pulverization should be performed. In carrying out the method of the present invention, a suitable amount of the aluminum borate binder added is 0.1 to 5% by weight based on the amount of fiber. In carrying out the method of the present invention, the sintering temperature of the aluminum borate binder is a temperature of 800 to 1300 ° C., and the higher the temperature, the higher the mechanical strength of the molded body, but
If the temperature exceeds 300 ° C., it changes to α-alumina, and the crystal grains grow large, so that the sintering effect is weakened, which is not suitable.

【0012】これらの主原料を用いて繊維予備成形体を
調製する工程は次のとおりである。先ず前記のセラミッ
ク繊維を溶媒に分散し、湿式成形用のスラリー状あるい
はペースト状に調製する。この時のセラミック繊維の濃
度は通常2ないし50重量%であり、2重量%より少ない
場合は工業的に効率が悪く、逆に50重量%より大きい場
合はスラリーの粘度が高くなり過ぎ、均一な予備成形体
が得られにくいので適切でない。このとき用いられる分
散溶媒としては水、低級アルコール等の極性の高いもの
が好適であるが、ケトン類、パラフィン系あるいは芳香
族系等の有機溶媒でも使用可能である。
The steps of preparing a fiber preform using these main raw materials are as follows. First, the ceramic fibers are dispersed in a solvent to prepare a slurry or paste for wet molding. At this time, the concentration of the ceramic fiber is usually 2 to 50% by weight. When it is less than 2% by weight, industrial efficiency is poor, and when it is more than 50% by weight, the viscosity of the slurry becomes too high and the slurry becomes uniform. Not suitable because it is difficult to obtain a preform. As the dispersion solvent used at this time, those having high polarity such as water and lower alcohol are preferable, but ketones, organic solvents such as paraffinic or aromatic solvents can also be used.

【0013】次いで、調製したスラリーにポリビニール
アルコール樹脂、ポリビニールブチラール樹脂、カルボ
キシメチルセルロースあるいはスターチ等の有機系バイ
ンダー及び粉砕されたホウ酸アルミニウム粒子を無機系
バインダーとして添加し、十分攪拌する。このときの添
加量としては、繊維量に対し有機系及び無機系バインダ
ーとも夫々0.1 〜5重量%が好適である。
Then, an organic binder such as polyvinyl alcohol resin, polyvinyl butyral resin, carboxymethyl cellulose or starch, and crushed aluminum borate particles are added as an inorganic binder to the prepared slurry, and they are sufficiently stirred. At this time, the addition amount of each of the organic and inorganic binders is preferably 0.1 to 5% by weight with respect to the fiber amount.

【0014】このようにして調製したスラリーあるいは
ペーストを湿式で成形する方法としては抄造法と圧搾法
がある。抄造法は濾紙や濾布等を用いた自然濾過あるい
は吸引濾過を行うものであり、シート状、簡単なブロッ
ク状に成形するのに適しており、スラリー濃度を低くす
るのが好ましく、ペースト状のものには適用できない。
この方法はウィスカーに大きな圧縮力が作用しないの
で、比較的低いウィスカー体積分率(以下、Vfと略記
する)にすることが可能である。これに対し圧搾法は、
排水機構の付いた金型または樹脂型にスラリーあるいは
ペーストを供給し、上パンチで加圧脱水成形するもので
あり、複雑な形状のものを成形するのに適しており、脱
水を早く完了させるためにはウィスカー濃度を高くする
のが好ましい。加圧するため抄造法に比べVfは高くな
る。
As a method of wet-forming the slurry or paste thus prepared, there are a papermaking method and a pressing method. The papermaking method is to perform natural filtration or suction filtration using a filter paper, a filter cloth, etc., and is suitable for forming into a sheet shape or a simple block shape. It is preferable to reduce the slurry concentration, and a paste shape Not applicable to things.
Since a large compressive force does not act on the whiskers, this method can achieve a relatively low whisker volume fraction (hereinafter abbreviated as Vf). On the other hand, the squeezing method
The slurry or paste is supplied to a mold or resin mold equipped with a drainage mechanism, and pressure dehydration molding is performed with the upper punch, which is suitable for molding complex shapes, and to complete dehydration quickly. It is preferable to increase the whisker concentration. Since the pressure is applied, Vf becomes higher than that in the papermaking method.

【0015】このようにして得られたウェット状態の成
形物を濾紙や金型から取り外し、100〜200℃の温
度で乾燥し、さらに600〜800℃で脱脂したのち、
800〜1200℃にてホウ酸アルミニウム粒子を焼結
させることにより、目的の繊維強化型金属基複合材料に
用いられるセラミックス繊維予備成形体を得ることがで
きる。
The wet molded product thus obtained is removed from the filter paper or mold, dried at a temperature of 100 to 200 ° C., and further degreased at 600 to 800 ° C.,
By sintering the aluminum borate particles at 800 to 1200 ° C., it is possible to obtain a ceramic fiber preform used for the target fiber-reinforced metal matrix composite material.

【0016】[0016]

【作用】ホウ酸アルミニウムの結晶表面は化1に示すよ
うな原子配列であると考えられる。即ち、アルミニウム
とホウ素が酸素を介して交互に鎖を形成し、ホウ素から
は表面方向に水酸基が結合し、本来アルミニウムに結合
していた水酸基は脱離して、酸素が陰イオンに、アルミ
ニウムが陽イオンになっている。ホウ素とアルミニウム
とでこのような差が生ずるのは、酸化ホウ素を水中に放
置すると容易にホウ酸となるのに対し、酸化アルミニウ
ムはアルミン酸(水和アルミナ)にはならないことから
も類推される。
FUNCTION It is considered that the crystal surface of aluminum borate has an atomic arrangement as shown in Chemical formula 1. That is, aluminum and boron alternately form a chain through oxygen, a hydroxyl group is bound to the surface direction from boron, the hydroxyl group originally bound to aluminum is desorbed, oxygen is an anion, and aluminum is positive. It's becoming an ion. This difference between boron and aluminum can be inferred from the fact that when boron oxide is left in water, it easily becomes boric acid, whereas aluminum oxide does not become aluminate (hydrated alumina). ..

【0017】[0017]

【化1】 [Chemical 1]

【0018】正ホウ酸(H3 BO3 )を200℃程度の
温度で加熱することにより、末端OH基が脱水縮合し、
メタホウ酸になることはよく知られた現象であり、この
ようなホウ素に結合しているOH基は反応性に富むもの
であり、本発明方法において用いられるバインダーはこ
の現象を利用したものである。もちろん、本発明方法の
強化繊維の例として挙げられているホウ酸アルミニウム
ウィスカーの表面も同様の特性を有し、またホウ酸アル
ミニウムを粉砕して比表面積を増大させれば、この特性
はより顕著になり、特に粒子径が1μm未満の場合には
反応性が著しく大きくなる。以下実施例及び比較例によ
って、本発明方法を具体的に説明する。
By heating orthoboric acid (H 3 BO 3 ) at a temperature of about 200 ° C., the terminal OH groups are dehydrated and condensed,
It is a well known phenomenon that it becomes metaboric acid, and the OH group bonded to boron is highly reactive, and the binder used in the method of the present invention utilizes this phenomenon. .. Of course, the surface of the aluminum borate whiskers mentioned as an example of the reinforcing fiber of the method of the present invention also has similar characteristics, and if aluminum borate is crushed to increase the specific surface area, this characteristic becomes more remarkable. In particular, when the particle size is less than 1 μm, the reactivity becomes extremely large. Hereinafter, the method of the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples.

【0019】[0019]

【参考例1】平均粒子径2μmの水酸化アルミニウム及
び44μm未満に粉砕した正ホウ酸をアルミニウムとホ
ウ素のモル比が9:2になるように混合し、この混合物
を1200℃の温度に加熱して9Al2 3 ・2B2
3 粒子を得た。この粒子径は約4μmであった。次いで
前記ホウ酸アルミニウム粒子を水に分散して30%スラ
リーとし、このスラリーを湿式ボールミルで粉砕して平
均粒子径約0.7μmのスラリーとし、固液分離を行わ
ずにスラリー状態で保存した。
Reference Example 1 Aluminum hydroxide having an average particle diameter of 2 μm and orthoboric acid crushed to less than 44 μm were mixed so that the molar ratio of aluminum and boron was 9: 2, and this mixture was heated to a temperature of 1200 ° C. 9Al 2 O 3 · 2B 2 O Te
3 particles were obtained. The particle size was about 4 μm. Next, the aluminum borate particles were dispersed in water to obtain a 30% slurry, and this slurry was pulverized by a wet ball mill to obtain a slurry having an average particle diameter of about 0.7 μm, which was stored in a slurry state without solid-liquid separation.

【0020】[0020]

【参考例2】平均粒子径1μmの水酸化アルミニウム及
び44μm未満に粉砕した正ホウ酸をアルミニウムとホ
ウ素のモル比が2:1になるように混合し、この混合物
を1000℃の温度に加熱して2Al2 3 ・B2 3
子を得た。この粒子径は約1μmであった。次いで前記
ホウ酸アルミニウム粒子を水に分散して30%スラリー
とし、このスラリーを湿式ボールミルで粉砕して平均粒
子径約0.7μmのスラリーとし、固液分離を行わずにス
ラリー状態で保存した。
Reference Example 2 Aluminum hydroxide having an average particle size of 1 μm and orthoboric acid pulverized to less than 44 μm were mixed so that the molar ratio of aluminum and boron was 2: 1, and the mixture was heated to a temperature of 1000 ° C. It was obtained 2Al 2 O 3 · B 2 O 3 particles Te. The particle size was about 1 μm. Next, the aluminum borate particles were dispersed in water to obtain a 30% slurry, and the slurry was pulverized by a wet ball mill to obtain a slurry having an average particle size of about 0.7 μm, which was stored in a slurry state without solid-liquid separation.

【0021】[0021]

【実施例1】平均繊維径3μmのアルミナ短繊維(商品
名:サフィルRF、英国インペリアル・ケミカル・イン
ダストリー社製)400gを4000ccの水でスラリー
とし、このスラリーに参考例1で得られたホウ酸アルミ
ニウム粒子を20g加えたのち、有機バインダーとして
1%のポリビニルアルコール水溶液を800cc加え、さ
らにポリアクリルアミド系の高分子凝集剤を0.4g添加
して原料調整を完了した。
Example 1 400 g of alumina short fibers having an average fiber diameter of 3 μm (trade name: Safill RF, manufactured by Imperial Chemical Industry, UK) were slurried with 4000 cc of water, and the boric acid obtained in Reference Example 1 was added to the slurry. After adding 20 g of aluminum particles, 800 cc of a 1% polyvinyl alcohol aqueous solution was added as an organic binder, and 0.4 g of a polyacrylamide polymer flocculant was further added to complete the raw material preparation.

【0022】次いで、上下に減圧排水機構の付いた内径
100mmの金型を用い、水を吸引しながら前記スラリー
を厚さ80mmに湿式成形した。この成形物を脱型し、1
50℃の温度で乾燥したのち、さらに800℃にて有機
バインダーの脱脂を行い、次いで1000℃にて無機バ
インダーとしてのホウ酸アルミニウム粒子を焼結させて
予備成形体を完成させた。この時の繊維の体積率は1
8.5%であった。
Next, the slurry was wet-molded to a thickness of 80 mm while sucking water using a mold having an inner diameter of 100 mm with a vacuum drainage mechanism on the top and bottom. This molded product is demolded and
After drying at a temperature of 50 ° C., the organic binder was further degreased at 800 ° C., and then aluminum borate particles as an inorganic binder were sintered at 1000 ° C. to complete a preform. The volume ratio of the fiber at this time is 1
It was 8.5%.

【0023】この予備成形体を900℃に予熱し、25
0℃の温度に保温した金型にセットしたのち、800℃
の温度で溶解させたアルミニウム鋳造材AC8Aを80
0気圧の圧力で加圧溶浸させたところ、もとの予備成形
体の寸法の変化は殆ど見られず、縦断面を観察しても合
金組成の偏析は観測されず、本発明の無機バインダーの
効果を確認することができた。
This preform was preheated to 900 ° C. and
Set in a mold kept at 0 ℃, then 800 ℃
Aluminum casting material AC8A melted at the temperature of 80
When pressure infiltration was performed at a pressure of 0 atm, almost no change in the dimensions of the original preform was observed, segregation of the alloy composition was not observed even when observing the longitudinal section, and the inorganic binder of the present invention was used. I was able to confirm the effect of.

【0024】[0024]

【実施例2】繊維径0.5ないし1μm、繊維長10ない
し30μm、化学式9Al2 3 ・2B2 3 で示され
るホウ酸アルミニウムウィスカー(商品名:アルボレッ
クスG、四国化成工業株式会社製)400gを4000
ccの水に分散させてスラリーとし、このスラリーに参考
例2で示したホウ酸アルミニウム粒子の30%スラリー
を40g、有機バインダーとしてポリビニルアルコール
の2%溶液400ccを加え、さらにポリアクリルアミド
系の高分子凝集剤0.4gを添加して原料調整を完了し
た。
EXAMPLE 2 Fiber diameter 0.5 to 1 [mu] m, fiber length 10 to 30 [mu] m, the formula 9Al 2 O 3 · 2B aluminum borate whisker represented by 2 O 3 (trade name: Alborex G, manufactured by Shikoku Chemicals Corporation ) 400 g to 4000
Dispersed in cc of water to form a slurry, 40 g of the 30% slurry of aluminum borate particles shown in Reference Example 2 and 400 cc of a 2% solution of polyvinyl alcohol as an organic binder were added to the slurry, and a polyacrylamide-based polymer was added. The raw material preparation was completed by adding 0.4 g of a coagulant.

【0025】得られたスラリーを実施例1と同様の方法
により湿式成形し、乾燥、脱脂、焼結を行って、ウィス
カーの体積率19.5%の予備成形体を完成した。この予
備成形体を800℃に予熱し、200℃の温度に保温し
た金型にセットしたのち、800℃の温度で溶解させた
アルミニウム展伸材A−6061を1000気圧の圧力
で加圧溶浸させたところ、もとの予備成形体の寸法の変
化は殆ど見られず、縦断面を観察しても合金組成の偏析
は観測されず、本発明の無機バインダーの効果を確認す
ることが出来た。
The obtained slurry was wet-molded by the same method as in Example 1, dried, degreased and sintered to complete a preform having a whisker volume ratio of 19.5%. This preform is preheated to 800 ° C and set in a mold kept at a temperature of 200 ° C, and then aluminum wrought material A-6061 melted at a temperature of 800 ° C is pressure infiltrated at a pressure of 1000 atm. As a result, almost no change in the dimensions of the original preform was observed, segregation of the alloy composition was not observed even when observing the longitudinal section, and the effect of the inorganic binder of the present invention could be confirmed. ..

【0026】[0026]

【実施例3】平均繊維径2.8μmのアルミナシリカ短繊
維(アルミナ/シリカ=47/52商品名:カオウー
ル、イソライト工業製)400gを4000ccの水に
分散させてスラリーとし、このスラリーに参考例3で示
したホウ酸アルミニウム粒子を20g、有機バインダー
としてデンプンの1%溶液800ccを加え、さらにポリ
アクリルアミド系の高分子凝集剤0.4gを添加して原料
調整を完了した。得られたスラリーを実施例1と同様の
方法により湿式成形し、乾燥、脱脂、焼結を行ったの
ち、ウィスカーの体積率24.5%の予備成形体を完成し
た。
Example 3 400 g of alumina-silica short fibers having an average fiber diameter of 2.8 μm (alumina / silica = 47/52, trade name: Kaowool, manufactured by Isolite Industrial Co., Ltd.) were dispersed in 4000 cc of water to form a slurry, and this slurry was used as a reference example. The raw material adjustment was completed by adding 20 g of aluminum borate particles shown in 3 and 800 cc of a 1% solution of starch as an organic binder, and further adding 0.4 g of a polyacrylamide polymer flocculant. The obtained slurry was wet-molded in the same manner as in Example 1, dried, degreased and sintered, and then a preform having a whisker volume ratio of 24.5% was completed.

【0027】[0027]

【実施例4】繊維径0.3ないし0.5μm、繊維長5ない
し15μmの炭化珪素ウィスカー(商品名:TWS−1
00、東海カーボン株式会社製)400gを4000c
cの水に分散してスラリーとし、これに参考例4で得ら
れたホウ酸アルミニウム粒子の30%スラリー64g、
有機バインダーとしてポリビニルアルコールの2%溶液
400ccを加え、次いでポリアクリルアミド系の高分子
凝集剤0.4gを添加して原料調整を完了した。さらに実
施例1と同様の方法により湿式成形し、乾燥、脱脂、焼
結を行って、ウィスカーの体積率20.0%の予備成形体
を完成した。
Example 4 Silicon carbide whiskers having a fiber diameter of 0.3 to 0.5 μm and a fiber length of 5 to 15 μm (trade name: TWS-1)
00, manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.) 400 g to 4000 c
64 g of a 30% slurry of aluminum borate particles obtained in Reference Example 4,
400 cc of a 2% solution of polyvinyl alcohol was added as an organic binder, and then 0.4 g of a polyacrylamide-based polymer flocculant was added to complete the raw material adjustment. Further, wet molding was carried out in the same manner as in Example 1, and drying, degreasing and sintering were carried out to complete a preform having a whisker volume ratio of 20.0%.

【0028】[0028]

【比較例1】実施例2においてホウ酸アルミニウムを加
えずに予備成形体を調製したのち、同様にしてアルミニ
ウム展伸材A−6061を加圧溶浸したところ、予備成
形体は中央部分で高さ方向に約30%のへこみが発生
し、良好な金属基複合材料を得ることは出来なかった。
Comparative Example 1 A preform was prepared without adding aluminum borate in Example 2, and then aluminum wrought material A-6061 was similarly pressure infiltrated. About 30% of dents were generated in the depth direction, and a good metal-based composite material could not be obtained.

【0029】[0029]

【比較例2】実施例2において添加するホウ酸アルミニ
ウム粒子のスラリーの代わりに30%コロイダルシリカ
(商品名:スノーテックス、日産化学工業株式会社製)
を用い、同様の方法により予備成形体を調製した。得ら
れた予備成形体に実施例2と同様の方法によりアルミニ
ウム展伸材A−6061を加圧溶浸したところ、予備成
形体に大きな変形は生じなかったが、合金中のマグネシ
ウム成分がシリカと反応し、複合材中心部分にマグネシ
ウムの欠乏層が発生した。
[Comparative Example 2] 30% colloidal silica (trade name: Snowtex, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) instead of the slurry of aluminum borate particles added in Example 2
Was used to prepare a preform by the same method. When the preformed body thus obtained was infiltrated with the aluminum wrought material A-6061 under pressure in the same manner as in Example 2, the preformed body did not significantly deform, but the magnesium component in the alloy was silica. As a result of the reaction, a magnesium deficient layer was generated in the central part of the composite material.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明方法によれば、焼結強度が高く、
且つマトリックス金属との反応性が低い繊維強化金属基
複合材料作製用の予備成形体を得ることが可能であり、
この予備成形体を用いれば、加圧溶浸法により高性能の
各種繊維強化型金属基複合材料を得ることができる。
According to the method of the present invention, the sintering strength is high,
And it is possible to obtain a preform for producing a fiber-reinforced metal matrix composite material having low reactivity with a matrix metal,
By using this preform, various high performance fiber-reinforced metal matrix composite materials can be obtained by the pressure infiltration method.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 バインダーとしてホウ酸アルミニウム粒
子を用いることを特徴とする繊維強化型金属基複合材料
に用いるセラミックス繊維予備成形体の製造方法。
1. A method for producing a ceramic fiber preform for use in a fiber-reinforced metal matrix composite material, which comprises using aluminum borate particles as a binder.
【請求項2】 バインダーとして用いるホウ酸アルミニ
ウム粒子の大きさを粒子径1μm未満にしたことを特徴
とする請求項1に記載の方法。
2. The method according to claim 1, wherein the size of the aluminum borate particles used as the binder is smaller than 1 μm.
【請求項3】 バインダーとして化学式9Al2 3
2B2 3 あるいは2Al2 3 ・B2 3 で表される
ホウ酸アルミニウム粒子を用いることを特徴とする請求
項1に記載の方法。
3. A chemical formula 9Al 2 O 3 · as a binder
The method of claim 1, wherein the use of aluminum borate particles represented by 2B 2 O 3 or 2Al 2 O 3 · B 2 O 3.
【請求項4】 予備成形体のセラミックス繊維が化学式
9Al2 3 ・2B2 3 あるいは2Al2 3 ・B2
3 で表されるホウ酸アルミニウムウィスカーによって
構成されていることを特徴とする請求項1に記載の方
法。
4. The ceramic fiber of the preform has a chemical formula of 9Al 2 O 3 .2B 2 O 3 or 2Al 2 O 3 .B 2.
A method according to claim 1, characterized in that it is constituted by aluminum borate whiskers represented by O 3 .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5418988A (en) * 1989-06-26 1995-05-30 Iura; Tadashi Rotary bed with inwardly pivotable handrails

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US5418988A (en) * 1989-06-26 1995-05-30 Iura; Tadashi Rotary bed with inwardly pivotable handrails
US5425151A (en) * 1989-06-26 1995-06-20 Iura; Tadashi Rotary, invalid bed
US5444883A (en) * 1989-06-26 1995-08-29 Iura; Tadashi Rotary, invalid bed

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