JPS60245761A - 複合繊維により強化された金属基複合材 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、宇宙・航空機材料等として用いられる比強度
の高い金属基複合材に係り、より詳しくは、強化繊維の
比重をアルミニウム又はその合金である基地金属の比重
に近接させることにより、比較的短い強化繊維をアルミ
ニウム基地中に多量かつ均一に容易に埋入せしめること
のできる金属基複合材に関する。

〈従来の技術〉 繊維強化型金属基複合材（以下、ＦＲＭと称す。

）には、ｒＦＲＭの製造技術」　（工業材料ｖｏ１３１
、Ｎ０１３、第２１〜２６頁、大蔵明光著　１９８３年
発行）に記載の通り種々のものがあるが、その中でも金
属熔湯中に強化繊維を混合攪拌して鋳造成いは射出成形
する方法（溶湯攪拌法）及び金属粉末と強化繊維を混合
して熱間静水圧加圧法（以下、ＨＩＰと称す。）により
加圧焼結する方法（粉末ＨＩＰ法）は、他の方法と比べ
て比較的簡便であるので短繊維ＦＲＭの製造方法として
利用価値が高い。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、一般に強化繊維とマトリックス金属の比
重が大きく異なるため、繊維をマトリックス中に多量に
混入させることが困難であり、このため、紙上の方法に
よるＦＲＭではあまり高強度のものが得られていない。

また、上記比重差のためマトリックス金属中に均一に分
散混合することも難しく、ＦＲＭの品質上にも問題があ
った。

〈問題を解決するための手段〉 本発明はマトリックス金属がアルミニウム又はその合金
（以下、単にアルミニウムと略称する。

）の場合につき、紙上の問題点に鑑みなされたものであ
り、製造が容易でしかも強化繊維が多量かつ均一にマト
リックス金属中に埋入させることが可能なアルミニウム
金属基複合材を提供せんとするものであり、その手段は
、強化繊維として、Ｗ繊維又はＳｉＣ繊維を芯繊維とし
、その表面にＢをコーティングし、全体の比重をアルミ
ニウム基地の比重の０．９５〜１．１倍に調整した複合
繊維を用いて、基地金属の溶湯又は粉末と混合・攪拌し
、溶湯攪拌法、粉末ＨＩＰ法等の簡便な手段により所望
形状に形成するものである。

〈作　用〉 上記手段によれば、アルミニウム基地中に埋入される強
化繊維は、基地金属であるアルミニウムより比重の大き
いＷ繊維またはＳｉＣ繊維の表面に前記アルミニウムよ
り比重の小さいＢをコーティングし、全体の比重を基地
アルミニウムの比重の０．９５〜１．１倍とした複合繊
維としたから、製造に際して多量の複合繊維をアルミニ
ウム溶湯或いはその粉末中に容易にかつ均一に混合、攪
拌することができる。而して、その後に溶湯攪拌法、粉
末ＨＩＰ法等の簡便な手段により、アルミニウム基地中
に上記複合繊維が多量かつ均一に埋入された高強度、高
品質のアルミニウム金属基複合材が容易に得られる。

〈実施例〉 次に本発明の実施例についてその製造方法と共に詳述す
る。

先ず、本発明に使用する複合繊維について、その製造方
法と共に説明する。

複合繊維の芯繊維としては、高強度ＳｉＣ繊維又はＷ繊
維を用い、その太さは通宙５０ｓ１以下とし、好ましく
は１０／ＩＴＩ前後のものを用いる。

前記芯繊維は、第１図に示す化学蒸着装置１により、そ
の表面にＢがコーティングされる。巻出しドラム２に巻
き取られた連続状の芯繊維３は、反応容器４の一端開口
からその中を通り他端開口より引き出され巻取りドラム
５に巻き取られるが、前記反応容器４の通過中に、その
表面にＢがコーティングされ、複合繊維９となる。反応
容器４は石英管などの耐熱材で形成されており、その略
全体が加熱炉６中に配置され、反応ガスを流入するため
のガス流入ロアと、反応後のガスを排出するためのガス
排出口８が設けられている。反応ガスとしては、ＢＣｊ
２３十Ｈ２の混合ガスを用い、加熱温度１５００°にで
Ｂのコーティングを行うとよい。

芯繊維のＢコーティング厚さは、所期の比重を決定する
要因であるが、該厚さは巻取速度を調整することにより
任意のものが得られる。

紙上の様にして得られたＢがコーティングされた複合繊
維は、約５〜２５龍程度に切断され基地金属の１１８湯
または粉末に混合及び攪拌される。基地金属としては、
アルミニウム又はその合金を用い、目的とするＦＲＭの
用途により適宜使い分ける。

前記Ｂのコーティングは、複合繊維の全体の比重が、基
地金属の比重の０６９５〜１．１倍となるように調整さ
れる。０．９５倍未満では、複合繊維の基地金属への混
合が著しく困難となり、一方１．１倍を越えても同様に
混合困難となるからである。比重が０．９５〜１．１倍
の範囲では、後述する具体的実施例から明白なように、
基地金属ｆ４湯の体積の５０％の複合繊維を混合した場
合、複合繊維の含を体積率を１０％以上確保することが
可能となり、それ故、多量の複合繊維の埋入が可能とな
る。

次に、特定比重範囲に調整された複合繊維が多量に混合
された基地金属溶湯又はその粉末は、所望の形状に鋳造
、射出成形され、またＨＩＰ処理により成形されて高強
度、高品質のアルミニウム金属基複合材となる。

次により具体的な実施例を挙げて説明する。

（１）直径約１０ＡＩＴ１１の高強度ＳｉＣ繊維及びＷ
繊維（連続繊維、繊維長約１０ｍ）の表面に既述の第１
図に示した化学蒸着装置により、Ｂを種々の厚みにコー
ティングした複合繊維を製造した。

複合繊維は約１５ｆｉに切断され１　ｋｇのＡβ溶湯中
に混合攪拌し、φ４０Ｘ４００　ｅ龍の鋳型に鋳造した
。尚、添加混合した複合繊維の体積量は、Ａｌｌ／８湯
体積の約５０％とした。

（２）次に、鋳造したφ４０の複合材のほぼ中央部約２
００龍の部分をφ２０に鍛造し、横断面の組織観察を行
い、複合繊維の含有体積率、即ち混合率を調べた。

その結果、第２図の通り得られた複合繊維の平均比重と
ＡＩ！マトリックス（比重約２．７）中の含有体積率と
の間には、複合繊維の比重が、２．６　（Ａ／マトリッ
クスの比重Ｘ０．９６倍）付近より急激に含有体積率が
増大し、２．７〜２．８で最大トなり、３．０　（Ａｊ
！マトリックスの比重×１．１１倍）を越えると含有率
が１０％以下に低下するという結果が得られた。また、
比重２．６〜３゜０のものでは、複合繊維は複合材中に
均一に分散されているのが確認された。尚、同図中○は
芯繊維がＳｉＣ繊維のもの、△はＷ繊維のものを示す。

（３）次に、上記複合材のうち芯繊維がＷ繊維のものに
ついて、鍛造方向に引張り試験片を採取して引張り試験
を行った。その結果を第３図に示す。第３図は複合繊維
の比重と引張り強さとの関係を表わしたものであるが、
両者の関係は第２図の関係と頻催しており、引張り強さ
は複合繊維の含有体積率に依存していることが判る。

（４）　また、複合繊維（芯繊維がＷ繊維のもの）の含
有体積率と複合材の引張り強さとの関係も調査された。

第４図にその結果を示すが、両者には比例関係が成り立
つ。従って、複合材の強度向上には、含有体積率の向上
が必要であり、それ故、複合繊維の比重を所期の範囲で
管理することは重要であることが再確認された。

〈発明の効果〉 以上説明した通り、本発明の複合材は、強化繊維として
ＳｉＣ繊維又はＷ繊維の表面に基地アルミニウムより比
重の小さいＢをコーティングした複合繊維を用い、全体
の比重を基地アルミニウムの比重に対し０．９５〜１．
１倍と近接せしめたから、基地金属溶湯又はその粉末中
に高含有体積率で混合攪拌することが可能となり、よっ
て基地金属中への複合繊維の多量かつ均一の埋入が容易
となり、通寓の成形手段で所期の高強度、高品質のアル
ミニウム金属基複合材が容易に得られる。このように、
本発明の複合材では、高強度、高品質のものが容易に得
られ、工業上の利用価値は著大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は複合繊維の製造装置の概念図、第２図は複合繊
維比重と複合材中の複合繊維の含有体積率との関係を示
すグラフ図、第３図は複合繊維比重と複合材の引張り強
さとの関係を示すグラフ図、第４図は複合材中の複合繊
維の含有体積率と複合材の引張り強さとの関係を示すグ
ラフ図である。 特許出願人　株式会社神戸製鋼所 手続補正書（自発） 昭和５９イＩ　６　月１５日 １　・１１件のノ（示 昭和５９年特　許　願第　１０２３５０シじ２　発　明
　の名称 複合繊維にエフ強化さｎ友金属基複合材３　補１１−を
する各 ４Ｆイｑとのぴ１係　特許出願人 ６　補止の対象 ７、補正の内容 ＋ｌ）　明細書第３頁第１２行目の「ものである。」の
矢に下記の文章を追加する。 「なお、ここでいうアルミニウム基地の比重とμ％溶湯
攪拌法においては基地金属の溶湯状態の比重（例えば純
ＡＡＩでは７００℃で約２゜３７）ｋ、粉末ＨＩＰ法に
おいては基地金属の個体状態の比重（例えば、純Ａｌで
は約２．７）をいう。」 （２）　同書＠５頁第１８行目の「調整さｎる。」と１
’−０，９５４との間に下記の文章を挿入する。 「ここでいう基地金属の比重とμ％溶湯撹拌法において
は基地金属の溶湯状態の比重（例えば純Ａ４では７００
°Ｃで約２゜３７）ｔ−、粉末ＨＩＰ法においては基地
金属の個体状態の比重（例えば、純ＡＡＩでに約２．７
）ｅいう。基地金属の比重の」 （３）　同書記６頁第２行目の「金属溶湯」とあるのを
「金属」と補正する。 （４）同書第７頁第４〜１３行目の「その結果・・曲確
認さＡ７’Ｃｏ　Ｊとあるのを下記の通り補正する。 「その結果、第２図の通り得らｒした複合繊維の平均比
重とＡｌマトリックス（溶融状態の比重約２．３７　）
中の含有体積率との間１ｃｉＪ、複合繊維の比重が、２
．２５　（Ａｔマトリックスの浴融状態の比重×０゜９
５倍）付近より急激に含有体積率が増大し％　２．３５
〜２．４０で最大となり、２゜６　（Ａｔマトリックス
の溶融状態の比重×１．１培）を越えると含有率が１０
％以下に低下するといつ結果が得られた。また、比重２
６２５〜２．６のものでに、複合繊維に複合相中に均一
に分散されているのが確認さｔ″した。」（５）　副付
図面中、第２図〜第４１曽を別紙の通り補止する。 第２図 ２．０　２，５　３．０ Ｊ１合耐獣ル宇 第３図 、；）、９　２５　３．０ 薯令岸畔璽 第４図 を ン 敲 猷 定 芥 厨 ２Ｉｋ和胎廟需峡（幻

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、Ｗ繊維又はＳｉＣ繊維を芯繊維として、その表面に
   Ｂをコーティングした複合繊維がアルミニウム基地中に
   埋入された金属基複合材であって、前記複合繊維の全体
   の比重が基地金属の比重の０．９５〜１．１倍であるこ
   とを特徴とする複合繊維により強化された金属本複合材
   。