JPS604254B2 - 炭素繊維強化金属複合材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭素繊維と金属との複合材料に関する。

炭素繊維と金属との複合材料のうち銅をマトリックス金
属とした複合材料は耐摩耗性に優れており、ベアリング
始め各種槽動部材として注目されている。

しかしながら単に炭素繊維と銅とを複合しただけでは完
全無給油の状態で使用する場合には摩擦係数が高く、ま
た耐摩耗性も必ずしも十分ではなかった。さらに高温で
使用する場合には炭素繊維と銅との熱膨脹差に起因する
寸法変化が生じ高温での使用に耐えなかった。このため
固体潤滑剤を添加したり、マトリックス金属である銅に
チタンあるいはアルミニウムを含ませ、さらにすず、亜
鉛、鉛から選ばれた一種もしくは二種以上を添加する試
みがなされた結果、耐摩耗性の向上、摩擦係数の低下、
高温での酸化防止、高温強度の上昇、高温での寸法変化
の防止等に非常に有効であることが見出された。しかし
ながらこのような炭素繊維強化金属では炭素繊維が脆性
材料であるため、これを複合すると動的強度即ち衝撃強
度が低くなり使用上問題となることが多かった。

本発明はこのような欠点を解決した複合材料を提供する
ものである。即ち本発明は、１０〜６の本積％の炭素繊
維と金属とを含む複合材料であって、前記金属はマトリ
クスを形成しており、そのマトリクスは銅を主成分とし
、かつ１〜２の重量％のニッケルを含み、さらに錫、亜
鉛、鉛、チタンおよびアルミニウムから選ばれた少なく
とも一種の金属を５〜５の重量％含んでいる炭素繊維強
化金属複合材料を特徴とするものである。

すなわち、本発明は、マトリクスたる金属の組成を工夫
することにより、耐摩耗性を犠牲にすることなく耐衝撃
性を向上させようとするものである。

しかして、金属マトリクスは、銅を主成分とし、さらに
１〜２の重量％のニッケルと、錫、亜鉛、鉛、チタンお
よびアルミニウムから選ばれた少なくとも一種の金属を
５〜５の重量％含んでいる。もちろん、これ以外の金属
が含まれていることを除外するものではないし、固体潤
滑剤を含有させれば耐摩耗性が一層向上する。ニッケル
は、複合材料の主として耐衝撃性を向上させるように作
用する。

そのためには、ニッケルは少なくとも１重量％必要であ
る。しかしながら、極端に多いと複合材料の耐摩耗性や
強度が低下する。そのため、ニッケルの上限はそのよう
な不都合を生じない２の重量％とする。錫、亜鉛、鉛、
チタンおよびアルミニウムから選ばれた少なくとも一種
の金属は、複合材料の主として耐摩耗性を向上させるよ
うに作用する。

かかる耐摩耗性の向上のためには、これらの金属は５〜
５の重量％の範囲で含まれていなければならない。すな
わち、５重量％よりも少なくては耐摩耗性の向上効果が
期待できない。また、５の重量％を越えると複合材料が
硬くなりすぎ、脆くあるばかりか相手材の摩耗量が異常
に増大するようになる。一方、炭素繊維の量に関しては
、１の本積％未満Ｚではマトリクスを補強する効果が少
なく、一方６０体積％を越えると複合材料の焼結性が低
下し、繊密で強度の高い複合材料が得られない。強度が
低くなるということは、耐摩耗性が低くなるということ
でもある。好ましい炭素繊維の量は２０〜４の本Ｚ債％
である。このような本発明に係る複合材料を製造する方
法は通常の炭素繊維強化金属複合材料の製造方法のいず
れを使用してもさしつかえないが次のような方法で製造
することが望ましい。

即ち炭素繊維２と該金属元素の粉末を所望の割合に混合
した後、ホットプレスにより焼結成形したり、該金属元
素の粉末を所望の割合で混合したものを溶射により炭素
繊維に吹き付けた後、ホットプレスを行って成形する。
２このようにして製
造された本発明に係る複合材料は高温、高速、高荷重等
の苛酷な条件下で特に優れた耐摩耗性を発揮すると共に
衝撃荷重のかかるような条件下でも安心して使用出来る
。即ち具体的には高温あるいは高速における無給油軸受
３材、コンブレッサーのべーン材、。ータリーェンジン
のアベックスシール材、パンタクラフシュー、スライダ
ー等各種摺動部材である。実施例 銅、ニッケルおよび錫の粉末を、銅が７５重量３％、ニ
ッケルが５重量％、錫が２の重量％になるように混合し
た。

次に、上記混合粉末と長さ０．５〜１側の炭素繊維短繊
維とを炭素繊維短繊維が２の本横％となるように混合し
てダイスに入れ、真空中にて約６００ｑ０４に加熱しな
がら約５００ｋｇ／地の圧力を加えて約３０分間保持し
、この発明の複合材料を得た。

以下、これを試料１という。全く同様にして、しかしマ
トリクスの組成が異なる次の試料２〜１４を得た。

試料２：ニッケル５重量％−亜鉛３の重量％−残部鋼試
料３：ニッケル１の重量％−鉛１の重量％−残部銅試料
４：ニッケル１５重量％−チタン１の重量％−残部鋼試
料５：ニッケル５重量％ーアルミニゥム１の重量％−残
部鋼試料６：ニッケル５重量％−錫２重量％−チタン５
重量％−残部銅試料７：ニッケル５重量％−錫２の重量
％−鉛５重量％−残部鋼試料８：ニッケル５重量％−亜
鉛２の雲量％−鉛５重量％−残部鋼試料９：ニッケル５
重量％−錫２の重量％−鉛５重量％−チタン５重量％−
残部銅試料１０：ニッケル５重量％−錫２の重量％−ア
ルミニウム５重量％ーチタン５重量％−残部銅 試料１１：ニッケル５重量％−亜鉛２の重量％−鉛５重
量％ーチタン５重量％−残部銅試料１２：ニッケル０．
５重量％−錫２０重量％−残部銅試料１３：ニッケル２
５重量％−錫２の重量％−残部鋼試料１４：錫２の重量
％−残部銅次に、上記試料１〜１４について、衝撃試験
と、無給油下における常温摩耗試験を行った。

試験結果を次表に示す。なお、それぞれの試験条件は次
のとおりである。衝撃試験条件 試験機：シャルピー式衝撃試験機 衝撃エネルギー：５ｋ９・肌 試験片寸法：１０×１０×５５肌（ノツチなし）摩耗試
験条件面圧：５ｋｇ／の 周速度：１０００の／分 試験時間：１時間 表 上表から明らかなように、試料１〜１１、つまりこの発
明の複合材料は、耐摩耗性を損うことなく耐摩耗性が向
上していることがわかる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ １０〜６０体積％の炭素繊維と金属とを含む複合材
   料であって、前記金属はマトリクスを形成しており、そ
   のマトリクスは銅を主成分とし、かつ１〜２０重量％の
   ニツケルを含み、さらに錫、亜鉛、鉛、チタンおよびア
   ルミニウムから選ばれた少なくとも一種の金属を５〜５
   ０重量％含んでいることを特徴とする炭素繊維強化金属
   複合材料。