JPS59153860A - 炭素繊維強化アルミニウム複合材料およびその製造方法 - Google Patents
炭素繊維強化アルミニウム複合材料およびその製造方法Info
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- JPS59153860A JPS59153860A JP2672383A JP2672383A JPS59153860A JP S59153860 A JPS59153860 A JP S59153860A JP 2672383 A JP2672383 A JP 2672383A JP 2672383 A JP2672383 A JP 2672383A JP S59153860 A JPS59153860 A JP S59153860A
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- composite material
- matrix
- coating layer
- carbon fibers
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は複合材料の改良に関するものである。
軽くて強度の高い複合材料として、炭素繊維で強化され
たアルミニウム複合材料が知られている。
たアルミニウム複合材料が知られている。
この炭素繊維強化アルミニウム複合材料は、溶融したア
ルミニウムが炭素繊維と反応し、炭素繊維を劣化させる
ために、高い強度をもつ複合材料を得ることが困難であ
った。
ルミニウムが炭素繊維と反応し、炭素繊維を劣化させる
ために、高い強度をもつ複合材料を得ることが困難であ
った。
炭素繊維強化アルミニウム複合材料においては、溶融ア
ルミニウムによる炭素繊維の劣化を防止するために、炭
素繊維の表面に窒化珪素、炭化珪素等の被覆層を形成し
、溶融アルミニウムと炭素との反応を阻止し、炭素繊維
の強度をそのまま維持させるように構成した複合材料が
先行技術として存在している。
ルミニウムによる炭素繊維の劣化を防止するために、炭
素繊維の表面に窒化珪素、炭化珪素等の被覆層を形成し
、溶融アルミニウムと炭素との反応を阻止し、炭素繊維
の強度をそのまま維持させるように構成した複合材料が
先行技術として存在している。
本発明はマトリックス金属となるアルミニウムを改良し
、炭素繊維との反応性が少なく、炭素繊維の劣化を起し
にくいアルミニウム合金を用い、強度の高い炭素ｍ維強
化アルミニウム複合材料を得たものである。
、炭素繊維との反応性が少なく、炭素繊維の劣化を起し
にくいアルミニウム合金を用い、強度の高い炭素ｍ維強
化アルミニウム複合材料を得たものである。
すなわち、本発明の炭素繊維強化アルミニウム複合材料
は、その金属マトリックスとしてビスマスを含むアルミ
ニウム合金としたことに特色を有する。金属マトリック
スにビスマスを含むアルミニウム合金を用いることによ
り、炭素繊維と溶融アルミニウム合金との反応が押えら
れ、炭素繊維の劣化が少なくなる。このため得られる炭
素繊維強化アルミニウム複合材料は、強度の強いものと
なる。金属マトリックス中にお（プるアルミニウムの配
合量は０．１〜５重量％、より好ましくは１〜５重量％
が良い。なお、ビスマスを含むアルミニウム合金は表面
張力が小さく、炭素繊維集積体の間隙に容易に溶融アル
ミニウム合金が浸透する。
は、その金属マトリックスとしてビスマスを含むアルミ
ニウム合金としたことに特色を有する。金属マトリック
スにビスマスを含むアルミニウム合金を用いることによ
り、炭素繊維と溶融アルミニウム合金との反応が押えら
れ、炭素繊維の劣化が少なくなる。このため得られる炭
素繊維強化アルミニウム複合材料は、強度の強いものと
なる。金属マトリックス中にお（プるアルミニウムの配
合量は０．１〜５重量％、より好ましくは１〜５重量％
が良い。なお、ビスマスを含むアルミニウム合金は表面
張力が小さく、炭素繊維集積体の間隙に容易に溶融アル
ミニウム合金が浸透する。
また、溶融アルミニウム合金中のビスマスは炭素繊維の
表面に集りやすい傾向にあり、通常の条件においては、
金属マトリックス中の炭素繊維の表面近くにビスマスの
濃度が高くなる。このビスマスは炭素繊維の劣化を防止
するばかりでなく、アルミニウム合金の金属マトリック
スと炭素ｍ維との一体性を高める。
表面に集りやすい傾向にあり、通常の条件においては、
金属マトリックス中の炭素繊維の表面近くにビスマスの
濃度が高くなる。このビスマスは炭素繊維の劣化を防止
するばかりでなく、アルミニウム合金の金属マトリック
スと炭素ｍ維との一体性を高める。
本発明の複合材料に用いられる炭素繊維としては、従来
と同様に種々の方法で作られた炭素繊維を用いることが
できる。また、炭素繊維の表面にセラミックス被覆層を
形成することもできる。このセラミックス被覆層として
は炭化珪素あるいはホウ化チタンの被覆層が優れている
。なお、このセラミックス被覆層は金属マトリックスと
の親和性を高めるとともに複合材料成形時に溶融アルミ
ニウム合金から炭素繊維の劣化をより一層防止する。な
お、炭素繊維は長繊維でも短繊維でもよい。
と同様に種々の方法で作られた炭素繊維を用いることが
できる。また、炭素繊維の表面にセラミックス被覆層を
形成することもできる。このセラミックス被覆層として
は炭化珪素あるいはホウ化チタンの被覆層が優れている
。なお、このセラミックス被覆層は金属マトリックスと
の親和性を高めるとともに複合材料成形時に溶融アルミ
ニウム合金から炭素繊維の劣化をより一層防止する。な
お、炭素繊維は長繊維でも短繊維でもよい。
また＃ａ紺の配向、配合量についても用途に応じ、任意
に定めることができる。
に定めることができる。
本発明の炭素繊維強化アルミニウム複合材料の製造方法
は、炭素繊維集合体に溶融したビスマスを含みアルミニ
ウムを主成分とするマトリックス金属を接触浸透させ、
その後冷却して該マトリックス金属を固化させることを
特徴とするものである。なお、この場杏に固体状のマト
リックス金属、例えば金属粉末を用い、この金属粉末中
に炭素繊維集合体を埋設し、これを加熱してマトリック
ス金属を溶融させても良い。ざらに溶湯鍛造法のように
型内に炭素繊維の集積体を配置し、この型内にアルミニ
ウム合金を注入し、圧力をかけて溶湯鍛造しつつ冷却凝
固させてもよい。なお、ビスマスを含むアルミニウム合
金の場合においても、溶融アルミニウム合金による炭素
繊維の劣化は確実には防止するのが困難である。したか
つて炭素繊維と溶融アルミニウム合金の接触時間は可能
な限り短いのが好ましい。したがって、炭素Ｉ！維集合
体に溶融したビスマスを含むアルミニウムを主成分とす
るマトリックス金属を接触浸透させた後は、すみやかに
冷却し、マトリックス金属を固化させるのが好ましい。
は、炭素繊維集合体に溶融したビスマスを含みアルミニ
ウムを主成分とするマトリックス金属を接触浸透させ、
その後冷却して該マトリックス金属を固化させることを
特徴とするものである。なお、この場杏に固体状のマト
リックス金属、例えば金属粉末を用い、この金属粉末中
に炭素繊維集合体を埋設し、これを加熱してマトリック
ス金属を溶融させても良い。ざらに溶湯鍛造法のように
型内に炭素繊維の集積体を配置し、この型内にアルミニ
ウム合金を注入し、圧力をかけて溶湯鍛造しつつ冷却凝
固させてもよい。なお、ビスマスを含むアルミニウム合
金の場合においても、溶融アルミニウム合金による炭素
繊維の劣化は確実には防止するのが困難である。したか
つて炭素繊維と溶融アルミニウム合金の接触時間は可能
な限り短いのが好ましい。したがって、炭素Ｉ！維集合
体に溶融したビスマスを含むアルミニウムを主成分とす
るマトリックス金属を接触浸透させた後は、すみやかに
冷却し、マトリックス金属を固化させるのが好ましい。
具体的には、溶融したアルミニウム合金と炭素繊維の接
触時間は５分以内が好ましい。
触時間は５分以内が好ましい。
本発明の炭素繊維強化アルミニウム複合材料は、マトリ
ックス金属を構成するビスマスを含むアルミニウム合金
により炭素繊維の反応がある程度防止される。このため
に、炭素繊維に特殊な表面処理を施さない場合において
も、ある程度強度の高い炭素繊維強化アルミニウム複合
材料となる。また、従来と同様に炭暁繊維にセラミック
ス被覆層を形成した場合においては、セラミックス被覆
層とビスマスの働きにより、より一層優れた炭素繊維強
化アルミニウム複合材料となる。このため本発明の炭素
ｍ維強化アルミニウム複合月料は理論的強度の約９０％
程度の強度をもつものとなる。
ックス金属を構成するビスマスを含むアルミニウム合金
により炭素繊維の反応がある程度防止される。このため
に、炭素繊維に特殊な表面処理を施さない場合において
も、ある程度強度の高い炭素繊維強化アルミニウム複合
材料となる。また、従来と同様に炭暁繊維にセラミック
ス被覆層を形成した場合においては、セラミックス被覆
層とビスマスの働きにより、より一層優れた炭素繊維強
化アルミニウム複合材料となる。このため本発明の炭素
ｍ維強化アルミニウム複合月料は理論的強度の約９０％
程度の強度をもつものとなる。
以下、試験例により説明する。
この試験例では、第１図に示す加圧装置１および成形金
型２を用いた。この加圧装置１は複数個の支柱１１で一
定間隔に保持された上下の固定板１２．１３と、上の固
定板１２に固定された油圧装置１４と、下の固定板１３
に固定されたノックアウト用の油圧装置１５とで構成さ
れている。成形金型２は、加熱装置および冷却装置を備
えたシリンダー状の筒体２１と、円形板状の下板２２お
よびピストン状の加圧体２３とで構成されている。
型２を用いた。この加圧装置１は複数個の支柱１１で一
定間隔に保持された上下の固定板１２．１３と、上の固
定板１２に固定された油圧装置１４と、下の固定板１３
に固定されたノックアウト用の油圧装置１５とで構成さ
れている。成形金型２は、加熱装置および冷却装置を備
えたシリンダー状の筒体２１と、円形板状の下板２２お
よびピストン状の加圧体２３とで構成されている。
なお、この成形金型３の筒体２１の内８１００ｍａｎで
ある。
ある。
補強繊維として用いた炭素繊維は直径７ミクロンの長Ｉ
Ｉ維を使用した。さらに、他の補強繊維として、この炭
素Ｕ＆維の表面にレラミツク被覆層を形成したものを使
用した。セラミックス被覆層の形成は、通常の化学的被
膜形成方法（ＣＶＤ）で反応容器中にメヂルトリクロル
シラン（ＣＨ３ＳｉＣｌ ３）ガス、水素ガスおよび不
活性ガスを供給し、反応容器を約１２００℃に保持し、
その反応容器中に炭素繊維を連続的に供給して、炭素繊
維の表面に炭化珪素（Ｓｔ Ｃ）被膜を形成した。
Ｉ維を使用した。さらに、他の補強繊維として、この炭
素Ｕ＆維の表面にレラミツク被覆層を形成したものを使
用した。セラミックス被覆層の形成は、通常の化学的被
膜形成方法（ＣＶＤ）で反応容器中にメヂルトリクロル
シラン（ＣＨ３ＳｉＣｌ ３）ガス、水素ガスおよび不
活性ガスを供給し、反応容器を約１２００℃に保持し、
その反応容器中に炭素繊維を連続的に供給して、炭素繊
維の表面に炭化珪素（Ｓｔ Ｃ）被膜を形成した。
なお、反応容器中では次の反応がなされているものと思
われる。
われる。
ＣＨ３５ｉ Ｃｌ ３＋１−１２
→Ｓｉ Ｃ＋３ＨＣｌ ＋Ｈ２
得られた炭化珪素被膜の厚さは０．１〜０．５ミクロン
であった。
であった。
強化繊維として、この炭化珪素被膜を形成した炭素繊維
および炭化珪素被膜の形成されてない炭素繊維をの２種
類を用いた。
および炭化珪素被膜の形成されてない炭素繊維をの２種
類を用いた。
なお、強化繊維はいず虫も平織のシート状に織った織布
を使用し、この織布を８０枚数積層して強化繊維集積体
とした。
を使用し、この織布を８０枚数積層して強化繊維集積体
とした。
次にマトリックス材料としては、アルミニウム１００％
のもの、およびビスマスを含むアルミ−ニウム−ビスマ
ス合金を用いた。ビスマスの配合量は１〜５重量、％で
ある。
のもの、およびビスマスを含むアルミ−ニウム−ビスマ
ス合金を用いた。ビスマスの配合量は１〜５重量、％で
ある。
炭素繊維強化アルミニウム複合材料の製造は、マトリッ
クスとなるアルミニウムあるいはアルミニウム合金を７
００〜７２０℃に加熱して７００〜７２０℃の溶湯を調
整した。これと平行して成形金型２内に上記の強化ＩＩ
維集積体３を配置し、成形金型２を４００〜４５０℃ま
で予熱した。この状態で成形金型２内に上記７００〜７
２０℃の溶湯を注入し、ただちに加圧体２３を油圧装＠
４により押し下げ、約６００ ｋｇ／Ｃｍ２の圧力をか
けた。そして、この状態で成形金型２の筒体２１に冷却
水を流し、アルミニウム溶湯を冷却凝固させ、炭素繊維
強化アルミニウム複合材料を１ｑた。得られた複合材料
の炭素ＭＡ紐含有量は約４０体積％であった。
クスとなるアルミニウムあるいはアルミニウム合金を７
００〜７２０℃に加熱して７００〜７２０℃の溶湯を調
整した。これと平行して成形金型２内に上記の強化ＩＩ
維集積体３を配置し、成形金型２を４００〜４５０℃ま
で予熱した。この状態で成形金型２内に上記７００〜７
２０℃の溶湯を注入し、ただちに加圧体２３を油圧装＠
４により押し下げ、約６００ ｋｇ／Ｃｍ２の圧力をか
けた。そして、この状態で成形金型２の筒体２１に冷却
水を流し、アルミニウム溶湯を冷却凝固させ、炭素繊維
強化アルミニウム複合材料を１ｑた。得られた複合材料
の炭素ＭＡ紐含有量は約４０体積％であった。
次に得られた複合材料より８０ｘ５ｘ３ｍｍの試験片を
作り三点支持法の曲げ試験を行なった。表面に炭化珪素
を被覆した炭素繊維を用いて強化した炭素繊維強化複合
材料のマトリックス中のビスマス配合量と、曲げ強度お
よび曲げ弾性率を第１表に示す。また、炭化珪素を被覆
しない炭素繊維を用いて作った複合材料の結果を第２表
に示す。
作り三点支持法の曲げ試験を行なった。表面に炭化珪素
を被覆した炭素繊維を用いて強化した炭素繊維強化複合
材料のマトリックス中のビスマス配合量と、曲げ強度お
よび曲げ弾性率を第１表に示す。また、炭化珪素を被覆
しない炭素繊維を用いて作った複合材料の結果を第２表
に示す。
第１表、第２表の結果は、マトリックスの固化ま第１表
第２表
での炭素繊維と溶湯との接触時間がいずれも１分のとき
の結果である。さらに、炭化珪素被膜を有する炭素繊維
を用い、ビスマス配合量５重量％のアルミニウム合金を
用いて、マトリックスの固化までの所要時間を１〜１０
分間の間で調節して、それぞれ得られた複合材料の固化
までの所要時間と、得られる複合り料の曲げ強度の関係
を第２図に示す。
の結果である。さらに、炭化珪素被膜を有する炭素繊維
を用い、ビスマス配合量５重量％のアルミニウム合金を
用いて、マトリックスの固化までの所要時間を１〜１０
分間の間で調節して、それぞれ得られた複合材料の固化
までの所要時間と、得られる複合り料の曲げ強度の関係
を第２図に示す。
第１表、第２表よりビスマス配合量としては、１重量％
〜５重量％が好ましいことが分かる。また、ビスマスを
配合することにより、炭素ｍ維の表面に特にセラミック
ス被膜が形成されていない場合でも、得られる複合材料
の強度は１０５ｋＯ〜１１０に！］と向上づるのがみら
れる。しかし、炭化珪素被膜を有する炭素ＩＩＮは、さ
らに高い強度を有する複合材料が得られることが分かる
。また、同化までの所要時間は、５分以内が強度低下が
小さい優れた複合材料を得られることが分かる。
〜５重量％が好ましいことが分かる。また、ビスマスを
配合することにより、炭素ｍ維の表面に特にセラミック
ス被膜が形成されていない場合でも、得られる複合材料
の強度は１０５ｋＯ〜１１０に！］と向上づるのがみら
れる。しかし、炭化珪素被膜を有する炭素ＩＩＮは、さ
らに高い強度を有する複合材料が得られることが分かる
。また、同化までの所要時間は、５分以内が強度低下が
小さい優れた複合材料を得られることが分かる。
第１図は本発明の実施例で用いた加圧装置および金型の
概要図、第２図は本試験例の成形方法にお（プるマ（−
リックスの同化までの所要時間と、得られる複合材料の
曲げ強度の関係を示す線図である。 １・・・加圧装置 ２・・・成形金型３・・・繊維
集積体 特許出願人 日本電装株式会社 代理人 弁理士 大川 宏 同 弁理士 原料 修 同 弁理士 丸山明夫 Ｎり１１困１ 第２巨１ 固化！１゛゛の坊９時間（分）
概要図、第２図は本試験例の成形方法にお（プるマ（−
リックスの同化までの所要時間と、得られる複合材料の
曲げ強度の関係を示す線図である。 １・・・加圧装置 ２・・・成形金型３・・・繊維
集積体 特許出願人 日本電装株式会社 代理人 弁理士 大川 宏 同 弁理士 原料 修 同 弁理士 丸山明夫 Ｎり１１困１ 第２巨１ 固化！１゛゛の坊９時間（分）
Claims (8)
- （１）アルミニウムを主成分とする金属マトリックス中
に炭素繊維が埋設された炭素繊維強化アルミニウム複合
材料において、 金属マトリックスはビスマスを含むアルミニウム合金で
あることを特徴とする炭素繊維強化アルミニウム複合材
料。 - （２）金属マトリックス中のビスマスの配合量は０．１
〜５重量％である特許請求の範囲第１項記載の複合材料
。 - （３）炭素繊維はその表面にセラミックス被覆層が形成
されている特許請求の範囲第１項記載の複合材料。 - （４）セラミックス被膜層は炭化珪素あるいはホウ化チ
タンの被膜層である特許請求の範囲第３項記載の複合材
料。 - （５）炭素繊維集合体に溶融したビスマスを含みアルミ
ニウムを主成分とするマトリックス金属を接触、浸透さ
せ、その後冷却して該マトリックス金属を固化させるこ
とを特徴とする炭素繊維強化アルミニウム複合材料の製
造方法。 - （６）ビスマスの配合量は１〜５重量％である特許請求
の範囲第５項記載の製造方法。 - （７）炭素繊維はその表面にセラミックス被膜層が形成
されている特許請求の範囲第５項記載の製造方法。 - （８）セラミックス被膜層は炭化珪素あるいはホウ化チ
タンの被膜層である特許請求の範囲第７項記載の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2672383A JPS59153860A (ja) | 1983-02-19 | 1983-02-19 | 炭素繊維強化アルミニウム複合材料およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2672383A JPS59153860A (ja) | 1983-02-19 | 1983-02-19 | 炭素繊維強化アルミニウム複合材料およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59153860A true JPS59153860A (ja) | 1984-09-01 |
Family
ID=12201245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2672383A Pending JPS59153860A (ja) | 1983-02-19 | 1983-02-19 | 炭素繊維強化アルミニウム複合材料およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59153860A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61295344A (ja) * | 1985-06-21 | 1986-12-26 | ダイムラ−−ベンツ アクチエンゲゼルシヤフト | 繊維補強アルミニウム鋳造体製造用のアルミニウム合金 |
| JPS61295347A (ja) * | 1985-06-24 | 1986-12-26 | Jushi Kigata:Kk | 強化複合材料の製造方法 |
| JPS63312923A (ja) * | 1987-06-17 | 1988-12-21 | Agency Of Ind Science & Technol | 炭素繊維強化アルミニウム合金用ワイヤプリフォーム |
| JPS63312924A (ja) * | 1987-06-17 | 1988-12-21 | Agency Of Ind Science & Technol | 炭素繊維強化アルミニウム複合材料用ワイヤプリフォ−ム材およびその製造方法 |
| JP2002225854A (ja) * | 2001-01-25 | 2002-08-14 | Heart Kk | 紙製名刺箱 |
| WO2008139943A1 (en) * | 2007-04-27 | 2008-11-20 | Nissei Plastic Industrial Co., Ltd. | Method of manufacturing metal-carbon nanocomposite material |
| CN100443622C (zh) * | 2007-02-14 | 2008-12-17 | 西安建筑科技大学 | 硼化物丝网钢铁基复合材料的制备工艺 |
| CN100443621C (zh) * | 2007-02-14 | 2008-12-17 | 西安建筑科技大学 | 氮化铬丝网铜基复合材料的制备工艺 |
| CN103540873A (zh) * | 2013-09-23 | 2014-01-29 | 南昌航空大学 | 一种连续碳纤维增强铝基复材的液态近净成形方法及装置 |
| CN111074109A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-28 | 北京天宜上佳高新材料股份有限公司 | 双相陶瓷颗粒增强铝基复合材料和制动鼓及其制备方法 |
| CN114457295A (zh) * | 2022-02-10 | 2022-05-10 | 上海交通大学 | 一种高强高导的长碳纤维增强铝基复合材料的制备方法 |
-
1983
- 1983-02-19 JP JP2672383A patent/JPS59153860A/ja active Pending
Cited By (13)
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| JPS61295344A (ja) * | 1985-06-21 | 1986-12-26 | ダイムラ−−ベンツ アクチエンゲゼルシヤフト | 繊維補強アルミニウム鋳造体製造用のアルミニウム合金 |
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| JPH0568529B2 (ja) * | 1985-06-24 | 1993-09-29 | Jushi Kigata Jugen | |
| JPS63312923A (ja) * | 1987-06-17 | 1988-12-21 | Agency Of Ind Science & Technol | 炭素繊維強化アルミニウム合金用ワイヤプリフォーム |
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| JPH0469214B2 (ja) * | 1987-06-17 | 1992-11-05 | Kogyo Gijutsuin | |
| JP2002225854A (ja) * | 2001-01-25 | 2002-08-14 | Heart Kk | 紙製名刺箱 |
| CN100443622C (zh) * | 2007-02-14 | 2008-12-17 | 西安建筑科技大学 | 硼化物丝网钢铁基复合材料的制备工艺 |
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