JPS60204660A - Formation of whisker preform for composite material - Google Patents

Formation of whisker preform for composite material

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JPS60204660A
JPS60204660A JP5844884A JP5844884A JPS60204660A JP S60204660 A JPS60204660 A JP S60204660A JP 5844884 A JP5844884 A JP 5844884A JP 5844884 A JP5844884 A JP 5844884A JP S60204660 A JPS60204660 A JP S60204660A
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JP
Japan
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whisker
preform
whisker preform
composite
whiskers
Prior art date
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JP5844884A
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栗山 維吉
深沢 稔
晃 小野寺
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Tokai Carbon Co Ltd
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Tokai Carbon Co Ltd
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Publication date
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、金居、合金ま7′cは各種プラスチックなど
のマトリックス物質を溶浸あるいは含侵して繊維強化複
合相を製造する際、その繊射C質・n格として用いるウ
ィスカープリフォームの形成方法に関する。
Detailed Description of the Invention [Technical Field] The present invention provides a method for manufacturing a fiber-reinforced composite phase by infiltrating or impregnating matrix materials such as various plastics. The present invention relates to a method of forming a whisker preform used as a quality/n-grade.

〔技術的背景〕[Technical background]

炭化けい素、窒化けい素などのつづスカーを強化材料と
して繊維強化複合材を製造するための有効手段として、
ウィスカーの集合体プリフォームをモールド内に設置し
、これに液状のマトリックス物質を圧入固化する方法が
知られている。この方法によって得られる複合材の性状
は繊絣骨格となるウィスカープリフォームの密度および
組織の均質性に大きく依存するが、このほかに袢合化時
、マトリックス物質の圧入に抗して原形を保持する“に
十分な非変形性を備えることが要求される。
As an effective means for manufacturing fiber-reinforced composite materials using Tsudzu scars such as silicon carbide and silicon nitride as reinforcing materials,
A known method is to place a whisker aggregate preform in a mold, and to press and solidify a liquid matrix material into the preform. The properties of the composite material obtained by this method largely depend on the density and homogeneity of the structure of the whisker preform, which becomes the kasto skeleton. It is required to have sufficient non-deformability to

出願人は、先に複合利用ウィスカープリフォームを形成
する効果的な手段として、ウィスカー生成物を水首たは
有機溶媒に分散し、これを常圧またはガス加圧下Kfp
過して残留する湿潤ウィスカーケーキをそのままもしく
は所定密度に圧縮したのち乾燥処理する方法を提案して
いる(4?願昭57−226545、同59−1204
9)。
Applicants have previously disclosed that as an effective means of forming a composite whisker preform, the whisker product is dispersed in a water head or an organic solvent, and then subjected to Kfp under normal pressure or gas pressure.
proposed a method of drying the remaining wet whisker cake either as it is or after compressing it to a predetermined density (4? Application No. 57-226545, No. 59-1204).
9).

これら先願技術によるウィスカープリフォームはウィス
カー単味の集合体でありながら極めて均質な一体的組織
宿造を有する理想的な形態を呈しているが、形成される
プリフォームが0.3t/σ8以下の低密度組織の場合
には、複合時における非変形性が十分に保たれず応々に
して塑性変形を起して複合性能を損ねる難点があった。
Although the whisker preforms according to the prior art are aggregates of single whiskers, they have an ideal form with extremely homogeneous and integrated tissue structure, but the formed preforms are less than 0.3t/σ8. In the case of a low-density structure, the non-deformability during compositing is not sufficiently maintained, resulting in plastic deformation which impairs the composite performance.

他方、高圧鋳造法により繊維強化金属複合相を製造する
際、強化相とカる繊維成形体を無機質バインダー溶液に
浸漬して外周部を含浸固定化する方法が知られている(
4′jl−開昭58−’34150)。しかし、この方
法は強化第4が長繊維の場合には非変形性の保持に有効
であるが、極めて微小な短繊維の集合体であるウィスカ
ープリフォームについて処理する場合妬け、バインダー
浸漬時にウィスカープリフォーム自体が変形崩壊する事
態が発生し適用が回部となる。
On the other hand, when manufacturing a fiber-reinforced metal composite phase by a high-pressure casting method, a method is known in which a fiber molded body that is mixed with the reinforcing phase is immersed in an inorganic binder solution to impregnate and fix the outer periphery (
4'jl-Kaisho 58-'34150). However, although this method is effective in maintaining non-deformability when the reinforcing material is long fibers, it is difficult to treat whisker preforms that are aggregates of extremely small short fibers. A situation occurs in which the preform itself deforms and collapses, and the application becomes a turning point.

〔発明の構成〕 本発明は、上記実情に艦み、先願技術によるウィスカー
プリフォーム・形成法を応用発展させて効果的な非変形
性の付与に成功したものである。すなわち、本発明の構
成は、生成ウィスカーを無機質バインダーを含む水溶液
に分散させて濾過装置に流入し、常圧せたけガス加圧下
に濾過したのち、得られた潤湿ウィスカーケーキをその
ままもしくは所定の密度に圧縮して乾燥することを特徴
とする。
[Structure of the Invention] In view of the above-mentioned circumstances, the present invention has succeeded in imparting effective non-deformability by applying and developing the whisker preforming/forming method according to the prior art. That is, in the structure of the present invention, generated whiskers are dispersed in an aqueous solution containing an inorganic binder, flowed into a filtration device, and filtered under atmospheric pressure with setake gas. It is characterized by being compressed to a high density and dried.

本発明の対象と々るウィスカーは、炭化けい素、窒化け
い素あるいは黒鉛などの非金属系J11結晶で、直径0
.1−5.Opm 、長さ10−50071m の反応
生成物を出発原料とする。このウィスカー生成物が無方
向に銘み合った団塊状ケーキ質の組織形態を呈する場合
には、これを予め適宜な手段で解きほぐしたのちに使用
に供する。
The target whiskers of the present invention are nonmetallic J11 crystals such as silicon carbide, silicon nitride, or graphite, and have a diameter of 0.
.. 1-5. A reaction product with a length of 10-50071 m is used as the starting material. When the whisker product exhibits a nodular, cake-like structure that intertwines with each other in no direction, it is disentangled in advance by an appropriate means before being used.

上記の生成ウィスカーは無機質バインダーを含む水溶液
中に投入し、ミキサーあるいは渦巻流攪拌槽のような攪
拌装置を用いてウィスカーが均一に分散する寸で攪拌す
る。
The above generated whiskers are placed in an aqueous solution containing an inorganic binder, and stirred using a stirring device such as a mixer or a vortex stirring tank until the whiskers are uniformly dispersed.

無機質バインダーとしては、水ガラス、コロイダルシリ
カあるいけアルミナゾル等の物質も使用できるが、溶液
に粘性あるいは物*懸濁が生ずるためにウィスカーの均
一な分散と次工程の濾過処理における拶作の円滑性とを
十分に配慮することが必要となる。好適な無機質バイン
ダー成分は、はう酸、および例えば119酸ナトリウム
、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウムなどアル
カリ金屑のほう酸塩もしくはアルミン酸塩に属する無機
化合物で、これらは複合時、非変形性を保持するに十分
な能力を有すると共に複合性能に悪影響を及ぼさず、ま
た水溶液状態で濾過操作を阻害する粘性を生じることも
ない。無機質バインターの水溶液濃度は、概して0.0
5重fiチ程度から非変形性付与の効果が生ずるが、5
.0重月−チを越えると、バインダー成分の残留比率が
多くなってマトリックスの円渭な侵入を妨ける因と力る
。したがって0.5〜5.0重量%の濃度範囲に設定す
ることが望オしい。
As the inorganic binder, materials such as water glass, colloidal silica, and alumina sol can be used, but because the solution becomes viscous or suspended, it is difficult to ensure uniform dispersion of whiskers and smooth interaction in the next filtration process. It is necessary to give sufficient consideration to the following. Suitable inorganic binder components are halonic acid and inorganic compounds belonging to the borates or aluminates of alkali metal scraps, such as sodium 119ate, sodium aluminate, potassium aluminate, etc., which, when combined, exhibit non-deformability. It has sufficient retention capacity and does not adversely affect composite performance, and does not generate viscosity that inhibits filtration operations in an aqueous solution state. The aqueous solution concentration of inorganic binder is generally 0.0
The effect of imparting non-deformability occurs from about 5 folds, but
.. If it exceeds zero, the residual ratio of the binder component increases, which is considered to be a factor that prevents circular penetration of the matrix. Therefore, it is desirable to set the concentration within the range of 0.5 to 5.0% by weight.

ウィスカー分散水溶液は、必要に応じ篩目を通過させて
分散不良成分を除去したのち、f過装置に流入する。濾
過装置には所望形状寸法の容器のの底部VCF紙、p布
、セラミック質PIなどのフィルターを介設した構造の
ものを用い、常圧または上部密閉空間に空気、窒素等の
ガス体を圧入しなから濾過処理する。
The whisker-dispersed aqueous solution is passed through a sieve to remove poorly dispersed components, if necessary, and then flows into the filtration device. The filtration device has a structure in which a filter made of VCF paper, P cloth, ceramic PI, etc. is inserted at the bottom of a container of the desired shape and size, and a gas such as air or nitrogen is injected under normal pressure or into the closed space above. Filter from the inside.

フィルター上部に残留成形された湿■ウィスカーケーキ
は、そのオまもしくは予め複合材とした際のVf値を考
慮した所定の密度に圧縮したのち乾燥処理する。
The wet whisker cake remaining on the top of the filter is compressed to a predetermined density in consideration of the Vf value when it is left or is made into a composite material in advance, and then dried.

バインダー成分は、分散から沖過処理の過程を通じてウ
ィスカーの表面を被覆し、その後の乾燥段階でウィスカ
ー相互を固着して形成プリフォームを強化するために機
能する。
The binder component functions to coat the surface of the whiskers through the dispersion and overtreatment process and to bond the whiskers together during the subsequent drying step to strengthen the formed preform.

〔発明の効果〕 このようにして形成されたウィスカープリフォームは、
賦形の形態に係りなくウィスカーが無方向に配列した極
めて均質かつ強固な非変形性の組織構造を有している。
[Effect of the invention] The whisker preform formed in this way is
It has an extremely homogeneous, strong, and non-deformable tissue structure in which whiskers are arranged in no direction, regardless of the shape of the excipient.

本発明で得られ4るウィスカープリフォームは、これを
繊維骨格として各種の全組、合金あるいは合成樹脂から
選択されたマ) IJラックス質を加圧下に溶浸あるい
は含浸することにより複合化されるが、非変形性の伺力
効果により0.3 P 7cm8以下の低密度プリフォ
ームであっても圧縮に伴う塑性変形は栖めて位小におさ
えられる。したがって、′帛に高性能のネリ合利(FR
M、FRp)を製造することが保障さil、る。
The whisker preform obtained in the present invention is made into a composite by infiltrating or impregnating it with IJ lux material selected from various types of fibers, alloys, or synthetic resins under pressure. However, due to the non-deformable force effect, plastic deformation due to compression can be kept to a minimum even in a low-density preform of 0.3 P 7 cm8 or less. Therefore, a very high performance FR
M, FRp) is guaranteed to be produced.

実tm例1 けい雰源原料と次相を非酸化性界囲気下で1600℃の
温度域で高温反応させたのち、残留炭材成分を燃焼除去
した。このようにして得られた直径0.5−1.5 l
1m 、長さ110−300pのβ型炭化けい累ウィス
カーからなる生成スポンジ状ケーキ(嵩密度0・Q 4
 y /cm”、平均気孔率987チ)を10倍容共の
各f・Tt無機質バインダー水溶液と共に渦流型指行信
に入れ、10秒間回転攪拌してウィスカーを均質に分散
させた。
Practical TM Example 1 After a high-temperature reaction between the silicon source material and the next phase in a non-oxidizing ambient atmosphere in a temperature range of 1600° C., residual carbonaceous components were removed by combustion. Diameter 0.5-1.5 l thus obtained
A spongy cake (bulk density 0・Q 4
y/cm", average porosity 987 cm) was placed in a vortex type diode along with 10 times the volume of each f/Tt inorganic binder aqueous solution, and the mixture was rotated and stirred for 10 seconds to homogeneously disperse the whiskers.

分散水溶液を円筒状濾過装置に流入してい過処耶し、得
られた湿潤ウィスカーケーキを120℃の温度で乾燥し
た。上記の処理により、直径100間、高さ125間の
ウィスカープリフォームを形成した。
The aqueous dispersion was passed through a cylindrical filter and the resulting wet whisker cake was dried at a temperature of 120°C. By the above process, a whisker preform with a diameter of 100 mm and a height of 125 mm was formed.

形成された各ウィスカープリフォームの密度均質性を測
定し、その結果を用いた無機質バインダーの種類および
水溶液濃度と対比して表1に示した。比較のために、無
機質バインダーを使用せずに同一条件の処理を施して形
成したウィスカープリフォームの例(比較例)Kついて
も併載した。
The density homogeneity of each of the formed whisker preforms was measured, and the results are shown in Table 1 in comparison with the type of inorganic binder used and the concentration of the aqueous solution. For comparison, an example (comparative example) K of a whisker preform formed under the same conditions without using an inorganic binder is also shown.

なお、密度均質性の結果はプリフォームの上端および下
端部から切り出した試片の嵩密度とした。
In addition, the result of density homogeneity was the bulk density of specimens cut from the upper and lower ends of the preform.

表1 表1の結果は、本発明例はいずれも比較例と同等の優れ
た密度均質性を有することを示すものである。
Table 1 The results in Table 1 show that all of the invention examples have excellent density homogeneity equivalent to that of the comparative examples.

実施例2 実施例1で得られたウィスカープリフォームを650℃
に予熱して鋳型内に設置し、溶湯温度800℃のアルミ
;ラム合金(AC8A) を注湯したのちブランシアー
により最高1000Kg/a’の圧力を負荷した。次い
で、この加圧状態を保持したま1アルミ;ラム合金を凝
固した。
Example 2 The whisker preform obtained in Example 1 was heated to 650°C.
The mold was preheated to 100°C, placed in a mold, and after pouring aluminum (lamb alloy) (AC8A) at a molten metal temperature of 800°C, a maximum pressure of 1000 kg/a' was applied using a bran shear. Next, the aluminum alloy was solidified while maintaining this pressurized state.

このようにして複合化された繊維強化金属につき、ウィ
スカープリフォームの加圧方向における圧縮度合を測定
した。結果を原形寸法と対応させて表1IK示した。
For the fiber-reinforced metal composited in this way, the degree of compression in the pressing direction of the whisker preform was measured. The results are shown in Table 1IK in correspondence with the original dimensions.

表11 表11の結果は、本発明によるウィスカー7す7オーム
は嵩密度が0.16 Wlcr& と低位にありながら
、複合時における圧縮変形は僅lJ・であることを示し
ている。
Table 11 The results in Table 11 show that although the whisker 7s7 ohm according to the present invention has a low bulk density of 0.16 Wlcr&, the compressive deformation when composited is only 1J·.

4V rr出願人 東海カーボン株式会社代理人 弁理
士 高 畑 正 也
4V rr applicant Tokai Carbon Co., Ltd. agent Patent attorney Masaya Takahata

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1生成ウイスカーを無機質バインダーを含む水溶液に分
散させて濾過装置に流入し、常圧またはガス加圧下に濾
過したのち、得られた湿潤ウィスカーケーキをその一!
J、マもしくtま所定の密展に圧縮して乾燥することを
特徴とする複合利用ウィスカープリフォームの形成方法
。 2無椋質バインダーが、11う酸、アルカリ金ハのtl
う律塙もしくはアルミンm塩に篇する無機化合物である
特P:′F請求の範囲第1項記載の複合利用ウィスカー
プリフォームの形成方法。
[Claims] The whiskers produced in 1 are dispersed in an aqueous solution containing an inorganic binder, flowed into a filtration device, and filtered under normal pressure or gas pressure.
J. A method for forming a composite whisker preform, comprising compressing it to a predetermined density and drying it. 2. Free binder, 11 fluoric acid, alkaline gold.
A method for forming a composite whisker preform according to claim 1, wherein the whisker preform is an inorganic compound such as a filtrate or an aluminium salt.
JP5844884A 1984-03-28 1984-03-28 Formation of whisker preform for composite material Granted JPS60204660A (en)

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JPH0153607B2 JPH0153607B2 (en) 1989-11-15

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6391206A (en) * 1986-10-06 1988-04-21 Mitsubishi Kasei Corp Preparation of inorganic fiber preform

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51103108A (en) * 1975-03-08 1976-09-11 Toshiba Monofrax
JPS5246108A (en) * 1975-09-08 1977-04-12 Sekine Oirushiito Seisakushiyo Production of heat insulator

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