JPH089744B2 - 繊維強化金属用繊維質成形体 - Google Patents

繊維強化金属用繊維質成形体

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JPH089744B2
JPH089744B2 JP3149289A JP14928991A JPH089744B2 JP H089744 B2 JPH089744 B2 JP H089744B2 JP 3149289 A JP3149289 A JP 3149289A JP 14928991 A JP14928991 A JP 14928991A JP H089744 B2 JPH089744 B2 JP H089744B2
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    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化金属(いわゆ
るFRM)を製造する際に補強材として用いる繊維質成
形体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】鋼やアルミニウム合金に耐熱性繊維を埋
設して補強すると、その素材金属が通常示す物性をはる
かに上回る強度を示す高物性材料になる。このようにし
て得られる繊維強化金属は、航空機や自動車など、軽量
で高物性の素材を求める分野で注目され、実用化されつ
つある。繊維強化金属は、補強用の耐熱性繊維を混合し
た金属粉末をいわゆる粉末冶金法により成形する場合も
あるが、補強用繊維の集合体を適当な形に成形したもの
に高圧下で溶融金属を浸透させたのち冷却する高圧鋳造
法により製造するのが普通である。従来、補強用の繊維
質成形体としては、炭化ケイ素ウィスカ、窒化ケイ素ウ
ィスカ、チタン酸カリウムウィスカ、ホウ酸アルミニウ
ムウィスカ等のウィスカ、その他、アルミナ短繊維、ア
ルミノシリケート短繊維などの短繊維からなるものが知
られており、これらの繊維の2種以上を組み合わせて用
いたものも知られている(特公平3−17884号公報
ほか)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】繊維強化金属鋳造用の
繊維質成形体は、それを製造するに当たり繊維(ウィス
カを含む;以下同じ)を所定の形状に成形する際の成形
性、およびそれを用いて繊維強化金属を鋳造する際の鋳
造性(鋳造中に生じ易い繊維質成形体の変形の程度)、
さらにはそれを用いて得られる繊維強化金属の物性な
ど、多くの観点からの要求を満足するものでなければ実
用化は困難であるが、その点で、従来の繊維質成形体は
改良の余地あるものであった。たとえば、窒化ケイ素ウ
ィスカや炭化ケイ素ウィスカを用いた補強用繊維質成形
体は、成形性、鋳造性、補強効果等に優れているもの
の、得られる繊維強化金属が、摺動する相手材を摩耗さ
せる性質(以下、相手材攻撃性という)が強く、また素
材繊維がきわめて高価なので、用途が限定される。チタ
ン酸カリウムウィスカを用いたものは成形性や鋳造性に
難があり、また溶融アルミニウム合金と反応する傾向が
あって、物性、特に耐摩耗性の点で問題のある繊維強化
金属を与える。
【0004】ホウ酸アルミニウムウィスカは、他のセラ
ミックス系ウィスカと比べるときわめて安価に入手する
ことができる点で有利な素材であるが、成形が容易でな
く成形費用がかさむため、成形体にした状態ではそれほ
ど安価なものにはならないばかりか、品質の均一性の点
でも問題のあるものとなる。アルミナ繊維等、セラミッ
ク繊維は、一般に成形が容易でありアルミニウム合金と
の適合性も良いから、良好な鋳造品が得られるが、相手
材攻撃性が強いという問題点がある。そこで本発明は、
成形性、鋳造性、繊維強化金属にしたときの製品物性、
製造コスト等、いずれの点からみても満足できる繊維強
化金属用繊維質成形体を提供しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明が提供することに
成功した新規な繊維強化金属用繊維質成形体は、繊維長
が1mm以下のアルミナ繊維(以下、アルミナ短繊維とい
う)およびホウ酸アルミニウムウィスカの均一混合物を
成形してなるものである。
【0006】本発明の繊維質成形体を構成するアルミナ
短繊維は、アルミナ含有率が約85重量%以上、特に好
ましくは約95重量%以上の、いわゆる高アルミナ多結
晶質繊維から調製されたものである。アルミナ含有率が
85重量%未満のアルミナ繊維、たとえばシリカ成分の
多いアルミノシリケート質繊維は、金属がアルミニウム
またはアルミニウム合金の場合、溶融金属と反応して好
ましくない結果を生じる場合がある。断熱材等に使用さ
れる通常のアルミナ繊維は繊維長が数mm〜50mm程度の
ものであるから、本発明の繊維質成形体におけるアルミ
ナ短繊維はアルミナ繊維を繊維質成形体成形工程の任意
の段階において微細化した上でホウ酸アルミニウムウィ
スカと混在させることになる。このような超短小アルミ
ナ繊維は、通常の短繊維を粉砕機または強力な撹拌機を
用いて処理して繊維切断を生じさせることにより製造す
ることができる。なお、繊維長があまりに小さいものが
多いと成形性が悪化するので、約10μm以下のものは
約30重量%を超えないことが望ましい。
【0007】ホウ酸アルミニウムウィスカは、組成9A
l23・2B23、繊維径約0.5〜1.0μm、繊維長約
10〜30μmのものが市販されている(商品名:アル
ボレックス;四国化成工業株式会社製品)。本発明の繊
維質成形体には、これをそのまま用いることができる。
【0008】アルミナ短繊維とホウ酸アルミニウムウィ
スカとの混合比は、それらの混合物全体に対するアルミ
ナ短繊維の百分率が20〜80%であるようにすること
が望ましい。これ以上にアルミナ短繊維が過剰になる
と、繊維強化金属にしたとき相手材攻撃性が強く現れ
る。また、ホウ酸アルミニウムウィスカが過剰のもの
は、成形工程において吸引脱水に要する時間が長く、ま
た、得られる成形体の保形性が悪くなってハンドリング
が困難になり、さらに、成形体の乾燥収縮が大きくなっ
て所定の繊維体積分率を確保するのが困難になる。
【0009】本発明の繊維質成形体を製造するには、上
述のようなアルミナ短繊維とホウ酸アルミニウムウィス
カを水中に分散させ、少量の結合剤を加えて均一に混合
したのち、得られたスラリーを吸引成形用の型に移し、
吸引して脱水成形する。結合剤としては、シリカゾル、
アルミナゾル等を使用することができる。得られた脱水
成形物を、乾燥し、さらに焼成すると、十分な形状安定
性を有する繊維質成形体が得られる。成形体は、繊維の
体積百分率が最終的に約5〜40%になるように成形さ
れることが望ましい。
【0010】
【実施例】実施例1 アルミナ繊維(Al23含有率95重量%)、ホウ酸ア
ルミニウムウィスカ、前記繊維およびウィスカの合計量
に対して2重量%のシリカゾルおよび重量比で10倍量
の水を混合槽に投入し、撹拌機で高速撹拌して均一に分
散させた。得られたスラリー中のアルミナ繊維は、平均
繊維長が約0.2mm以下に細断されていた。上記スラリ
ーの一定量を吸引成形用の円筒状型に投入し、濾板下面
から吸引、脱水して円板状成形体を得た。これを型から
外し、乾燥後、1200℃で1時間焼成し、繊維質成形
体を得た。なお、成形は、焼成後の状態で直径100m
m、厚さ30mm、繊維の体積百分率が20%の円板状成
形体が得られるような条件で行なった。
【0011】上記製造法において、アルミナ繊維とホウ
酸アルミニウムウィスカとの比率を100:0から0:
100の範囲で変更して7種類の成形体を製造した。対
照例として、上記製造例に用いたのと同じアルミナ短繊
維を炭化ケイ素ウィスカ、窒化ケイ素ウィスカ、チタン
酸カリウムウィスカ、または酸化亜鉛ウィスカと組み合
わせた繊維質成形体も同様にして製造した。上記製造例
における成形性の判定結果を表1に示す。なお、成形性
は脱水成形における脱水速度と成形体品質をみて判定し
た。判定基準は次のとおりである。
【0012】脱水速度:脱水速度V(成形中、直径10
0mmの円形濾板を経由して繊維スラリーが脱水される速
度の平均値)の大小により次のように表示する。 ◎ V>2000ml/min ○ 1000ml/min<V≦2000ml/min △ 200ml/min<V≦1000ml/min × V≦200ml/min 成形体品質: ◎ 形状安定性良好。乾燥、焼成による変化なし。 ○ 保形性やや不良でハンドリングに注意を要する。 △ 保形性悪く、また乾燥時の収縮が大きい。 × 保形性不良、乾燥収縮大、焼成によりクラック発
生。
【0013】 表1 成形性 繊維素材および配合比(体積比) 脱水速度 成形体品質 アルミナ短繊維/ホウ酸アルミニウムウィスカ 100/0 ◎ ◎ 80/20 ◎ ◎ 60/40 ○ ◎ 50/50 ○ ◎ 40/60 △ ○ 20/80 △ △ 0/100 × △ アルミナ短繊維/炭化ケイ素ウィスカ 50/50 ○ ◎ 0/100 △ ○ アルミナ短繊維/窒化ケイ素ウィスカ 50/50 ○ ◎ 0/100 △ ○ アルミナ短繊維/チタン酸カリウムウィスカ 50/50 △ ○ 0/100 × × アルミナ短繊維/酸化亜鉛ウィスカ 50/50 △ ○ 0/100 × ×
【0014】次に、得られた繊維質成形体について、
アルミニウム合金AC8Aとの複合材料とする高圧鋳造
試験を行なった。鋳造は、繊維質成形体を800℃に予
熱し、300℃に予熱された金型内に配置、固定した
後、アルミニウム合金AC8Aの溶湯(750℃)を注
入し、1000kg/cm2に加圧したのち冷却して溶湯を凝
固させることにより行なった。形成された鋳造物は金型
から取り出したのち熱処理(T6)を行なった。得られ
た繊維強化金属については、下記の方法により鋳造性、
引張強度の測定、および摩耗試験を行なった。
【0015】鋳造性:円板状の鋳造物をその中心を通る
直線に沿って2分割し、断面に現れる繊維の分布状態を
観察して次の基準で判定する。 ◎ 繊維質成形体がほぼ原形を維持しており、金属は均
一に補強されている。 ○ 繊維質成形体に微細なクラックが発生し、繊維補強
されていない金属相が点在しているのが認められる。 △ 繊維質成形体に大きなクラックが発生し、無補強金
属相が長い筋状に伸びている。 × 繊維質成形体が圧縮されて著しく変形しており、大
量の無補強金属相が繊維質成形体分布相の上にある。
【0016】引張強度:JIS Z2241の7号試験片(幅
4mm,標点距離10mm,厚さ1.5mm)を半径方向に切り出
し、JISZ2201に従い引張速度を1mm/minとして常温
で測定した。 摩耗試験:フリクトロン方式の摩耗試験機(株式会社東
洋ボールドウィン製)を用い、高速度鋼SKH9を相手
材として、下記の条件で実施した。 負荷圧力:150kgf/cm2 摩擦速度:0.3m/sec 摩擦距離:5km 試験環境:オイル中 鋳造性の判定結果および引張強度の測定結果を表2に、
また摩耗試験の結果 (ただしアルミナ短繊維/ウィスカ配合比が50/50
の場合)を図1に、それぞれ示した。
【0017】 表 2 繊維素材および配合比(体積比) 鋳造性 引張強度(kg/mm2) アルミナ短繊維/ホウ酸アルミニウムウィスカ 100/0 ◎ 32 80/20 ◎ 33 60/40 ◎ 35 50/50 ◎ 37 40/60 ◎ 38 20/80 ◎ 40 0/100 ○ 42 アルミナ短繊維/炭化ケイ素ウィスカ 50/50 ◎ 39 0/100 ○ 45 アルミナ短繊維/窒化ケイ素ウィスカ 50/50 ○ 38 0/100 △ 43 アルミナ短繊維/チタン酸カリウムウィスカ 50/50 × 32 0/100 × 33 アルミナ短繊維/酸化亜鉛ウィスカ 50/50 × 32 0/100 × 33
【0018】
【発明の効果】アルミナ短繊維およびホウ酸アルミニウ
ムウィスカからなる本発明の繊維強化金属用繊維質成形
体は、上述のようにきわめて能率的に高品質のものを容
易に製造することができる。また、これを用いて繊維強
化金属を鋳造した場合の鋳造も円滑に行われて高い歩留
まりで高物性の繊維強化金属を得ることができる。さら
に、得られる繊維強化金属は耐摩耗性が優れているにも
かかわらず相手材攻撃性は極めて温和である。このよう
にあらゆる面で優れていることにより、本発明の繊維強
化金属用繊維質成形体は一長一短あった従来品よりもは
るかに広い範囲で利用可能である。しかも、アルミナ繊
とホウ酸アルミニウムウィスカは他のウィスカと比べ
ると極めて安価なものであるから、上記成形の容易さと
あいまって、本発明の繊維質成形体は従来品よりも安価
に製造可能である。したがって本発明は、繊維強化金属
の製造コスト低減と品質向上を可能にし、その用途拡大
に大きな貢献をするものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 摩耗試験の結果を示すグラフ
フロントページの続き (72)発明者 和田迫 三志 神奈川県横浜市鶴見区大黒町1−70 (56)参考文献 特開 平4−103734(JP,A) 特開 平4−9167(JP,A) 特開 平5−17835(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 繊維長が1mm以下のアルミナ短繊維およ
    びホウ酸アルミニウムウィスカの均一混合物を成形して
    なる繊維強化金属用繊維質成形体。
  2. 【請求項2】 アルミナ短繊維およびホウ酸アルミニウ
    ムウィスカの混合物におけるアルミナ短繊維の割合が体
    積百分率で20〜80%である請求項1記載の繊維強化
    金属用繊維質成形体。
JP3149289A 1991-05-27 1991-05-27 繊維強化金属用繊維質成形体 Expired - Fee Related JPH089744B2 (ja)

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