JPH06145840A - 三次元の炭化ケイ素骨格をもつアルミニウム系複合材料 - Google Patents
三次元の炭化ケイ素骨格をもつアルミニウム系複合材料Info
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- JPH06145840A JPH06145840A JP3142290A JP14229091A JPH06145840A JP H06145840 A JPH06145840 A JP H06145840A JP 3142290 A JP3142290 A JP 3142290A JP 14229091 A JP14229091 A JP 14229091A JP H06145840 A JPH06145840 A JP H06145840A
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/51—Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal
- C04B41/515—Other specific metals
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- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
Abstract
(57)【要約】
【目的】等方的に優れた強度とヤング率を有し、且つ高
温においても比較的高強度を維持できるアルミニウム系
複合材料を提供する。 【構成】気孔率３０〜７０％、気孔径０．００２〜２ｍ
ｍ、曲げ強さ１０ＭＰａ以上である炭化ケイ素多孔質体
の気孔にアルミニウム系材料が充填されていることを特
徴とする三次元の炭化ケイ素骨格をもつアルミニウム系
複合材料。
温においても比較的高強度を維持できるアルミニウム系
複合材料を提供する。 【構成】気孔率３０〜７０％、気孔径０．００２〜２ｍ
ｍ、曲げ強さ１０ＭＰａ以上である炭化ケイ素多孔質体
の気孔にアルミニウム系材料が充填されていることを特
徴とする三次元の炭化ケイ素骨格をもつアルミニウム系
複合材料。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、工業分野における内燃
機関、摺動材料、航空宇宙材料等として、あるいはスポ
ーツ・レジャー分野におけるゴルフクラブヘッド材料、
スキー材料等として広く利用することができるアルミニ
ウム系複合材料に関する。
機関、摺動材料、航空宇宙材料等として、あるいはスポ
ーツ・レジャー分野におけるゴルフクラブヘッド材料、
スキー材料等として広く利用することができるアルミニ
ウム系複合材料に関する。
【０００２】
【従来技術とその問題点】従来種々のアルミニウム系複
合材料が提案、開発されている。例えば、ａ）金属マト
リックスにセラミックス粒子を分散させたもの、ｂ）金
属マトリックスにセラミックスウィスカー又はセラミッ
クス短繊維を分散させたもの、ｃ）金属マトリックスに
セラミックス長繊維を一方向に配向させたもの、ｄ）金
属マトリックスにセラミックス長繊維の二次元織物の積
層体を複合させたもの、ｅ）金属マトリックスにセラミ
ックス長繊維の三次元織物を複合させたもの、ｆ）セラ
ミックスウィスカー等を緩く結合させて多孔質体にした
後、その空隙に金属を充填したもの、ｇ）上記イ〜ヘを
組み合わせたもの等提案されている。
合材料が提案、開発されている。例えば、ａ）金属マト
リックスにセラミックス粒子を分散させたもの、ｂ）金
属マトリックスにセラミックスウィスカー又はセラミッ
クス短繊維を分散させたもの、ｃ）金属マトリックスに
セラミックス長繊維を一方向に配向させたもの、ｄ）金
属マトリックスにセラミックス長繊維の二次元織物の積
層体を複合させたもの、ｅ）金属マトリックスにセラミ
ックス長繊維の三次元織物を複合させたもの、ｆ）セラ
ミックスウィスカー等を緩く結合させて多孔質体にした
後、その空隙に金属を充填したもの、ｇ）上記イ〜ヘを
組み合わせたもの等提案されている。
【０００３】しかしながら、金属マトリックスに分散さ
れているセラミックス粒子、ウィスカー、短繊維、長繊
維あるいは二次元織物は、それ自体の強度は高いもので
はなく、そのために充分に材料を強化することができな
い。また、上記ｅ）又はｆ）の材料は、アルミニウム系
複合材料中のセラミックスが、強度の点で比較的有利な
三次元構造を有するものの、等方的に優れた強度あるい
はヤング率を有するものは得られていない。
れているセラミックス粒子、ウィスカー、短繊維、長繊
維あるいは二次元織物は、それ自体の強度は高いもので
はなく、そのために充分に材料を強化することができな
い。また、上記ｅ）又はｆ）の材料は、アルミニウム系
複合材料中のセラミックスが、強度の点で比較的有利な
三次元構造を有するものの、等方的に優れた強度あるい
はヤング率を有するものは得られていない。
【０００４】
【問題点を解決するための手段】本発明は上記従来技術
の問題点に鑑み、等方的に高い強度とヤング率を有し、
アルミニウムの軟化点以上の高温においてもその強度低
下の少ないアルミニウム系複合材料を提供することを目
的とする。
の問題点に鑑み、等方的に高い強度とヤング率を有し、
アルミニウムの軟化点以上の高温においてもその強度低
下の少ないアルミニウム系複合材料を提供することを目
的とする。
【０００５】即ち、本発明は、気孔率３０〜７０ｖｏｌ
％、気孔径０．００２〜２ｍｍ、曲げ強さ１０ＭＰａ以
上である炭化ケイ素多孔質体の気孔にアルミニウム系材
料が充填されていることを特徴とする三次元の炭化ケイ
素骨格をもつアルミニウム系複合材料に係るものであ
る。
％、気孔径０．００２〜２ｍｍ、曲げ強さ１０ＭＰａ以
上である炭化ケイ素多孔質体の気孔にアルミニウム系材
料が充填されていることを特徴とする三次元の炭化ケイ
素骨格をもつアルミニウム系複合材料に係るものであ
る。
【０００６】本発明者等の研究によれば、アルミニウム
系複合材料のセラミックス部分に着目し、上記気孔率、
気孔径及び曲げ強さを有するの三次元構造の炭化ケイ素
多孔質体をセラミックス部分として採用し、その気孔に
アルミニウム系材料を充填することにより、セラミック
ス含有率が高く、等方的に高い強度及びヤング率を有
し、且つアルミニウム系材料の軟化開始温度以上の条件
下においても強度低下の少ないアルミニウム系複合材料
が得られることを見出し、本発明を完成した。
系複合材料のセラミックス部分に着目し、上記気孔率、
気孔径及び曲げ強さを有するの三次元構造の炭化ケイ素
多孔質体をセラミックス部分として採用し、その気孔に
アルミニウム系材料を充填することにより、セラミック
ス含有率が高く、等方的に高い強度及びヤング率を有
し、且つアルミニウム系材料の軟化開始温度以上の条件
下においても強度低下の少ないアルミニウム系複合材料
が得られることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】以下、本発明について詳細に説明する。本
発明で用いる炭化ケイ素多孔質体は、気孔率３０〜７０
ｖｏｌ％、気孔径０・００２〜２ｍｍ、曲げ強さ１０Ｍ
Ｐａ以上のものを用いる。上記気孔率において、その値
が３０ｖｏｌ％を下回るとアルミニウム系材料を充分に
充填できなくなり、一方７０ｖｏｌ％を上回ると炭化ケ
イ素多孔質体自体の曲げ強さが１０ＭＰａより低くなる
ので好ましくない。また、上記気孔径において、その値
が０・００２ｍｍを下回るとアルミニウム系材料を充分
に充填できなくなり、２ｍｍを上回ると炭化ケイ素多孔
質体自体の強度が低下するので好ましくない。曲げ強さ
は、上記の気孔率及び気孔径に密接に関連するが、得ら
れる製品の強度を充分なものとするために１０ＭＰａ以
上のものを用いる必要がある。
発明で用いる炭化ケイ素多孔質体は、気孔率３０〜７０
ｖｏｌ％、気孔径０・００２〜２ｍｍ、曲げ強さ１０Ｍ
Ｐａ以上のものを用いる。上記気孔率において、その値
が３０ｖｏｌ％を下回るとアルミニウム系材料を充分に
充填できなくなり、一方７０ｖｏｌ％を上回ると炭化ケ
イ素多孔質体自体の曲げ強さが１０ＭＰａより低くなる
ので好ましくない。また、上記気孔径において、その値
が０・００２ｍｍを下回るとアルミニウム系材料を充分
に充填できなくなり、２ｍｍを上回ると炭化ケイ素多孔
質体自体の強度が低下するので好ましくない。曲げ強さ
は、上記の気孔率及び気孔径に密接に関連するが、得ら
れる製品の強度を充分なものとするために１０ＭＰａ以
上のものを用いる必要がある。
【０００８】上記炭化ケイ素多孔質体は、公知であり種
々の方法によって製造できる。例えば、その一例として
特公平１−５９２３３号公報に開示された方法を挙げる
ことができる。この方法は、所望の形状及び大きさに調
整した炭素粒子よりなる炭素材料を所望形状の炭素成形
体に成形し、次いで該成形体をケイ素と共に該ケイ素の
融点以上の高温における酸素の影響を受けない雰囲気中
に配置し、該ケイ素を該炭素成形体に浸透反応させて該
成形体とほぼ同形状の炭化ケイ素及び未反応炭素等より
なる成形体を得、該成形体を酸素を含む雰囲気中で炭化
ケイ素が著しく酸化あるいは分解する温度以下で加熱
し、未反応炭素を酸化させることにより、最初の成形体
とほぼ同形状で且つ該炭素粒子の形状及び大きさにほぼ
等しく調整された空隙を有する炭化ケイ素よりなる多孔
質成形体を得た後、該多孔質成形体中に残在するケイ素
をアルカリ水溶液で溶解除去することによって、本発明
の所定の条件に調製された炭化ケイ素多孔質体を得るも
のである。
々の方法によって製造できる。例えば、その一例として
特公平１−５９２３３号公報に開示された方法を挙げる
ことができる。この方法は、所望の形状及び大きさに調
整した炭素粒子よりなる炭素材料を所望形状の炭素成形
体に成形し、次いで該成形体をケイ素と共に該ケイ素の
融点以上の高温における酸素の影響を受けない雰囲気中
に配置し、該ケイ素を該炭素成形体に浸透反応させて該
成形体とほぼ同形状の炭化ケイ素及び未反応炭素等より
なる成形体を得、該成形体を酸素を含む雰囲気中で炭化
ケイ素が著しく酸化あるいは分解する温度以下で加熱
し、未反応炭素を酸化させることにより、最初の成形体
とほぼ同形状で且つ該炭素粒子の形状及び大きさにほぼ
等しく調整された空隙を有する炭化ケイ素よりなる多孔
質成形体を得た後、該多孔質成形体中に残在するケイ素
をアルカリ水溶液で溶解除去することによって、本発明
の所定の条件に調製された炭化ケイ素多孔質体を得るも
のである。
【０００９】一方、炭化ケイ素多孔質体に充填せしめる
アルミニウム系材料としては、アルミニウム又は各種ア
ルミニウム合金を用いることができる。特にアルミニウ
ム合金は鋳造用のアルミニウム合金、例えばＡＣ８Ａ合
金等を用いることが好ましい。上記アルミニウム系材料
は溶湯として用い、その温度は通常６５０〜８００℃程
度とすることが好ましい。尚、本発明複合材料中のアル
ミニウム系材料の含有量は通常２６〜６６重量％程度と
なるように調製する。
アルミニウム系材料としては、アルミニウム又は各種ア
ルミニウム合金を用いることができる。特にアルミニウ
ム合金は鋳造用のアルミニウム合金、例えばＡＣ８Ａ合
金等を用いることが好ましい。上記アルミニウム系材料
は溶湯として用い、その温度は通常６５０〜８００℃程
度とすることが好ましい。尚、本発明複合材料中のアル
ミニウム系材料の含有量は通常２６〜６６重量％程度と
なるように調製する。
【００１０】本発明の複合材料の製造にあたっては、上
記アルミニウム系材料を上記炭化ケイ素多孔質体の気孔
に充填し得る各種方法をとることができる。例えば、両
者をステンレススチール製パイプ等の中に装填し、通常
は温度６５０〜８００℃程度、圧力約４ＭＰａ程度の条
件下でホットプレスを行なうことにより充填を行ない、
本発明の複合材料を得ることができる。
記アルミニウム系材料を上記炭化ケイ素多孔質体の気孔
に充填し得る各種方法をとることができる。例えば、両
者をステンレススチール製パイプ等の中に装填し、通常
は温度６５０〜８００℃程度、圧力約４ＭＰａ程度の条
件下でホットプレスを行なうことにより充填を行ない、
本発明の複合材料を得ることができる。
【００１１】
【発明の効果】本発明のアルミニウム系複合材料は骨格
として三次元の網目構造を有する炭化ケイ素多孔質体マ
トリックスを用いることにより、従来のアルミニウム系
複合材料に比して等方的に優れた強度及びヤング率を発
揮することができる。しかも、上記多孔質体中の気孔に
アルミニウム系材料が充填されているので高温において
は強度低下を最小限に押さえ、実用に供するだけの充分
な強度を維持することができる。
として三次元の網目構造を有する炭化ケイ素多孔質体マ
トリックスを用いることにより、従来のアルミニウム系
複合材料に比して等方的に優れた強度及びヤング率を発
揮することができる。しかも、上記多孔質体中の気孔に
アルミニウム系材料が充填されているので高温において
は強度低下を最小限に押さえ、実用に供するだけの充分
な強度を維持することができる。
【００１２】
【実施例】以下に実施例を示し、本発明の特徴とすると
ころをより明瞭にする。
ころをより明瞭にする。
【００１３】
【実施例１】炭化ケイ素多孔質体として、表１に示す所
定の気孔率に調製した三次元網目状の構造をもつ各多孔
質体（Ａ１〜Ｃ１）を用いた。また、多孔質体の三次元
網目状構造を示す顕微鏡写真である図１からもわかるよ
うに、上記多孔質体の気孔径はＡ１〜Ｃ１のいずれもが
１０〜１００μｍの範囲内であった。
定の気孔率に調製した三次元網目状の構造をもつ各多孔
質体（Ａ１〜Ｃ１）を用いた。また、多孔質体の三次元
網目状構造を示す顕微鏡写真である図１からもわかるよ
うに、上記多孔質体の気孔径はＡ１〜Ｃ１のいずれもが
１０〜１００μｍの範囲内であった。
【００１４】 次に上記各多孔質体とアルミニウム系材料としての純ア
ルミニウムを直径１１ｍｍのステンレススチール製パイ
プに装填し、温度１０００Ｋ、圧力４ＭＰａでホットプ
レスによりアルミニウム系複合材料を作製した。得られ
たアルミニウム系複合材料の圧縮強さを室温（２０℃）
及び５７３Ｋ（３００℃）において測定を行なった。そ
の結果を図２（Ａ２〜Ｃ２）に示す。また、曲げ強さを
室温で測定した結果を図３（Ａ２〜Ｃ２）に示す。さら
にＡ２〜Ｃ２の室温におけるヤング率を測定した結果を
表２に示す。
ルミニウムを直径１１ｍｍのステンレススチール製パイ
プに装填し、温度１０００Ｋ、圧力４ＭＰａでホットプ
レスによりアルミニウム系複合材料を作製した。得られ
たアルミニウム系複合材料の圧縮強さを室温（２０℃）
及び５７３Ｋ（３００℃）において測定を行なった。そ
の結果を図２（Ａ２〜Ｃ２）に示す。また、曲げ強さを
室温で測定した結果を図３（Ａ２〜Ｃ２）に示す。さら
にＡ２〜Ｃ２の室温におけるヤング率を測定した結果を
表２に示す。
【００１５】 尚、図２及び図３には純アルミニウム（Ａｌ）、アルミ
ニウム合金（ＡＣ８Ａ）及び原材料である各多孔質体
（Ａ１〜Ｃ１）の圧縮強さ及び曲げ強さを比較のために
示す。
ニウム合金（ＡＣ８Ａ）及び原材料である各多孔質体
（Ａ１〜Ｃ１）の圧縮強さ及び曲げ強さを比較のために
示す。
【００１６】
【実施例２】アルミニウム系材料としてアルミニウム合
金（ＡＣ８Ａ）を用いた以外は、実施例１と同様の方法
に従ってアルミニウム系複合材料を作製した。得られた
アルミニウム系複合材料の圧縮強さを室温及び５７３Ｋ
において測定を行なった。その結果を図２（Ａ３〜
Ｃ３）に示す。また、室温での曲げ強さを測定した結果
を図３（Ａ３〜Ｃ３）に示す。さらにＡ３〜Ｃ３の室温
におけるヤング率を測定した結果を表３に示す。
金（ＡＣ８Ａ）を用いた以外は、実施例１と同様の方法
に従ってアルミニウム系複合材料を作製した。得られた
アルミニウム系複合材料の圧縮強さを室温及び５７３Ｋ
において測定を行なった。その結果を図２（Ａ３〜
Ｃ３）に示す。また、室温での曲げ強さを測定した結果
を図３（Ａ３〜Ｃ３）に示す。さらにＡ３〜Ｃ３の室温
におけるヤング率を測定した結果を表３に示す。
【００１７】 以上の結果より、本発明の複合材料の室温での圧縮強さ
は、出発材料である多孔質体の５〜１０倍の値を示し、
その値は気孔率が小さくなるに従い高くなる傾向にある
ことがわかる。この理由は明らかではないがは、アルミ
ニウム系材料が炭化ケイ素の微細なクラックに充填され
ることにより、クラックの発生と成長を抑制すると共に
発生したクラックがアルミニウム系材料部分の塑性変形
によってエネルギーが吸収され、その伸展が阻止される
ためと考えられる。
は、出発材料である多孔質体の５〜１０倍の値を示し、
その値は気孔率が小さくなるに従い高くなる傾向にある
ことがわかる。この理由は明らかではないがは、アルミ
ニウム系材料が炭化ケイ素の微細なクラックに充填され
ることにより、クラックの発生と成長を抑制すると共に
発生したクラックがアルミニウム系材料部分の塑性変形
によってエネルギーが吸収され、その伸展が阻止される
ためと考えられる。
【００１８】また、本発明の複合材料の圧縮強さは、５
７３Ｋではマトリックスの軟化による強度の低下が認め
られるものの、その強度は５００〜８００ＭＰａという
高い値を維持しており、優れた強度を発揮していること
が明らかである。
７３Ｋではマトリックスの軟化による強度の低下が認め
られるものの、その強度は５００〜８００ＭＰａという
高い値を維持しており、優れた強度を発揮していること
が明らかである。
【００１９】曲げ強さとヤング率に関しては、本発明複
合材料は等方的に５００ＭＰａを超える曲げ強さと１５
０〜２３０ＧＰａのヤング率を有し、従来の複合材料で
は得られない優れた特性を備えていることがわかる。
合材料は等方的に５００ＭＰａを超える曲げ強さと１５
０〜２３０ＧＰａのヤング率を有し、従来の複合材料で
は得られない優れた特性を備えていることがわかる。
【図１】炭化ケイ素多孔質体の三次元網目状構造を示す
図面に代る写真である。
図面に代る写真である。
【図２】アルミニウム系複合材料の室温及び５７３Ｋに
おける圧縮強さを示すグラフである。
おける圧縮強さを示すグラフである。
【図３】アルミニウム系複合材料の室温における曲げ強
さを示すグラフである。
さを示すグラフである。
【手続補正書】
【提出日】平成５年６月１４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】炭化ケイ素多孔質体セラミックス材料の組織を
示す図面に代わる写真である。
示す図面に代わる写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 落合 庄治郎 京都府京都市左京区川端通丸太町下ル東入 東竹屋町50京都大学職員宿舎125
Claims (1)
- 【請求項１】気孔率３０〜７０ｖｏｌ％、気孔径０．０
０２〜２ｍｍ、曲げ強さ１０ＭＰａ以上である炭化ケイ
素多孔質体の気孔にアルミニウム系材料が充填されてい
ることを特徴とする三次元の炭化ケイ素骨格をもつアル
ミニウム系複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3142290A JPH06145840A (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 三次元の炭化ケイ素骨格をもつアルミニウム系複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3142290A JPH06145840A (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 三次元の炭化ケイ素骨格をもつアルミニウム系複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06145840A true JPH06145840A (ja) | 1994-05-27 |
Family
ID=15311943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3142290A Pending JPH06145840A (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 三次元の炭化ケイ素骨格をもつアルミニウム系複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06145840A (ja) |
Cited By (9)
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|---|---|---|---|---|
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-
1991
- 1991-03-29 JP JP3142290A patent/JPH06145840A/ja active Pending
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