JPS61130439A - Production of wire-shaped composite material - Google Patents

Production of wire-shaped composite material

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JPS61130439A
JPS61130439A JP25151884A JP25151884A JPS61130439A JP S61130439 A JPS61130439 A JP S61130439A JP 25151884 A JP25151884 A JP 25151884A JP 25151884 A JP25151884 A JP 25151884A JP S61130439 A JPS61130439 A JP S61130439A
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aluminum
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molten
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Seiichiro Onishi
大西 征一郎
Atsushi Kitamura
厚 北村
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Abstract

PURPOSE:To obtain a composite material having the high tensile strength in the axial direction of carbon fibers having specified modulus of tension by coating Ti on said carbon fibers then impregnating the fibers with molten Al under specific conditions and solidifying the molten Al. CONSTITUTION:The multifilaments of the carbon fibers which have >=38ton/mm<2> modulus of elasticity in tension and is not subjected to a surface oxidation treatment are passed through a chemical vapor deposition stage by which boron is coated on the fibers and thereafter the Ti is coated thereto at about 100 Angstrom . The fibers are then dipped in the melt of Al or Al alloy. The dipping treatment is executed in the range satisfying 0.03T+0.6t<=22, t<3 when the temp. of the molten metal is designated as T deg.C and the dipping time as (t) minute. The carbon fibers are then pulled up and the molten Al sticking thereto is solidified. Aluminum carbide is formed at the boundary between the carbon fibers and Al to a smaller quantity and the wire-shaped composite material having the high tensile strength is obtd. by the above-mentioned method.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は線状複合材料の製造方法に関し、ざらに詳し
くは、炭素繊維を補強繊維とし、アルミニウムまたはア
ルミニウム合金をマトリクスとする線状複合材料を製造
する方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application This invention relates to a method for producing a linear composite material, and more specifically, a method for producing a linear composite material in which carbon fiber is used as a reinforcing fiber and aluminum or an aluminum alloy is used as a matrix. Regarding how to.

近年、炭素繊維を補強繊維とし、金属をマトリクスとす
る複合材料がいろいろな分野で注目されている。なかで
も、マトリクスとしてアルミニウムまたはアルミニウム
合金を使用したものは、比較的比強度、比剛性が優れて
いることから、軽量化を必要とする分野で特に関心を集
めている。
In recent years, composite materials that use carbon fiber as a reinforcing fiber and metal as a matrix have attracted attention in various fields. Among these, those using aluminum or aluminum alloy as a matrix have relatively excellent specific strength and specific rigidity, and are therefore attracting particular interest in fields that require weight reduction.

上記のような複合材料を製造する方法はいろいろあるが
、そのひとつに、炭素繊維と、アルミニウムまたはその
合金との線状複合材料を所望の長さに切断し、これを集
めてホットプレスしたり、ロールプレスする方法がある
。その場合、ホットプレスやロールプレスに先立って線
状複合材料を準備しておく必要がある。なお、この明細
書においては、特に断わらない限り、いわゆる成形素材
である線状の複合材料を線状複合材料と呼び、その線状
複合材料をホットプレスやロールプレスするなどして得
られる複合材料を単に複合材料と呼んで、両者を便宜上
区別することにする。
There are various methods for manufacturing composite materials such as those mentioned above, but one of them is to cut a linear composite material of carbon fiber and aluminum or its alloy into desired lengths, collect them and hot press them. , there is a method of roll pressing. In that case, it is necessary to prepare the linear composite material prior to hot pressing or roll pressing. In this specification, unless otherwise specified, a linear composite material that is a so-called molding material is referred to as a linear composite material, and a composite material obtained by hot pressing or roll pressing the linear composite material. will simply be called a composite material to distinguish between the two for convenience.

さて、そのような線状複合材料を製造する方法もまた、
いろいろあるが、そのひとつに、特公昭59−1273
3号公報ほかに記載されているような、炭素繊維のマル
チフィラメントを化学気相ill工程に通して各フィラ
メントをアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯と
よく濡れる物質で被覆した後、その被覆炭素繊維のマル
チフィラメントを上記溶湯に浸漬してフィラメント間に
溶湯を含浸し、引き上げて溶湯を固化させる方法がある
。この方法は、工程が連続的であるため、線状複合材料
を製造するのに大変好適である。しかしながら、このよ
うな方法によって得た線状複合材料の繊維軸方向の引張
強度を測定してみると、ときとして著しく低いことがあ
る。その理由は、炭素繊維とアルミニウムが反応して、
炭素繊維とマトリクスたるアルミニウムまたはアルミニ
ウム合金との界面に、大量の、脆いアルミニウムカーバ
イドが生成するためではないかと考えられている。すな
わち、アルミニウムカーバイドは、常温でも容易に加水
分解するほどのものであるから、それが大量に生成され
ると線状複合材料が化学的に著しく不安定になり、また
アルミニウムカーバイドの生成に伴って炭素繊維自身の
強度も低下するので、これらが相乗的に作用して大幅な
強度低下をもたらすものと推定されている。もつとも、
アルミニウムカーバイドの生成は、いわゆる濡れ性物質
の被覆厚みを相当厚くすることにより、ある程度は防止
できる。しかしながら、化学気相蒸着法によって厚肉の
被覆を形成しようとすると、製造に要する時間が著しく
長くなり、また製造コストも上昇する。
Now, the method of manufacturing such a linear composite material is also
There are many kinds, but one of them is the special public service of 1973-1273.
After passing carbon fiber multifilaments through a chemical vapor phase illumination process and coating each filament with a substance that wets well with molten aluminum or aluminum alloy, as described in Publication No. 3 and others, the coated carbon fiber multifilament is There is a method in which a filament is immersed in the molten metal, the molten metal is impregnated between the filaments, and the molten metal is solidified by pulling it out. This method is very suitable for manufacturing linear composite materials because the process is continuous. However, when measuring the tensile strength in the fiber axis direction of a linear composite material obtained by such a method, it is sometimes found to be extremely low. The reason is that carbon fiber and aluminum react,
It is thought that this is due to the formation of a large amount of brittle aluminum carbide at the interface between the carbon fiber and the aluminum or aluminum alloy matrix. In other words, aluminum carbide is easily hydrolyzed even at room temperature, so if it is produced in large quantities, the linear composite material becomes extremely chemically unstable. Since the strength of the carbon fiber itself also decreases, it is estimated that these factors act synergistically to bring about a significant decrease in strength. However,
The formation of aluminum carbide can be prevented to some extent by increasing the coating thickness of the so-called wettable substance considerably. However, forming thick coatings by chemical vapor deposition significantly lengthens the manufacturing time and increases manufacturing costs.

発 が解決しようとする間 この発明の発明者は、上述した従来の方法において、特
定の炭素繊維を使用し、かつ溶湯の含浸を特定の条件下
で行うと、アルミニウムカーバイドをほとんど生成せず
、繊維軸方向の引張強度が極めて高い線状複合材料を得
ることができることを見出したものである。すなわち、
この発明の目的は、炭素繊維を補強繊維とし、アルミニ
ウムまたはその合金をマトリクスとする、繊維軸方向の
引張強度の高い線状複合材料を製造する方法を提供する
にある。
While attempting to solve this problem, the inventor of the present invention discovered that in the conventional method described above, when specific carbon fibers are used and impregnation with molten metal is carried out under specific conditions, almost no aluminum carbide is produced. It has been discovered that it is possible to obtain a linear composite material with extremely high tensile strength in the fiber axis direction. That is,
An object of the present invention is to provide a method for producing a linear composite material having high tensile strength in the fiber axis direction, which uses carbon fiber as a reinforcing fiber and aluminum or an alloy thereof as a matrix.

を 決するための手 上記目的を達成するためのこの発明は、繊維軸方向の引
張弾性率が38トン/a+m2以上であり、かつ表面酸
化処理を施していない炭素繊維のマルチフィラメントを
化学気相蒸着工程に通して各フィラメントにチタンを被
覆し、そのチタン被覆炭素繊維のマルチフィラメントを
アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯に浸漬して
その溶湯をフィラメント間に含浸し、その溶製含浸炭素
繊維のマルチフィラメントを前記溶湯から引き上げて前
記溶湯を固化させるに際し、前記溶湯含浸を、前記溶湯
の温度を1℃、前記チタン被覆炭素繊維1マルチフイラ
メントの浸漬時間をt分としだとき、式 %式% を満足する範囲で行う線状複合材料の製造方法を特徴と
するものである。
In order to achieve the above object, the present invention is based on the method of chemical vapor deposition of carbon fiber multifilament having a tensile modulus of elasticity in the fiber axis direction of 38 tons/a+m2 or more and not subjected to surface oxidation treatment. Through the process, each filament is coated with titanium, and the multifilament of titanium-coated carbon fiber is immersed in molten aluminum or aluminum alloy, and the molten metal is impregnated between the filaments. When pulling up from the molten metal and solidifying the molten metal, the temperature of the molten metal is 1° C., and the immersion time of the titanium-coated carbon fiber 1 multifilament is t minutes, and the formula % is satisfied. The present invention is characterized by a method for manufacturing a linear composite material in a range.

この発明をさらに詳細に説明するに、この発明において
は、補強繊維たる炭素繊維として、好ましくはポリアク
リルニトリル繊H(PANIIli)を原料繊維(プリ
カーサ−)とする、繊維軸方向の引張弾性率(以下、引
張弾性率という)が38トン/g+s2以上である、い
わゆる黒鉛化炭素繊維を使用する。このような炭素繊維
は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯の含浸
を特定の条件で行ったとき、アルミニウムとの反応が極
め【少なく、アルミニウムカーバイドをほとんど生餌し
ない。
To explain this invention in more detail, in this invention, as the reinforcing fiber carbon fiber, preferably polyacrylonitrile fiber H (PANIIli) is used as the raw material fiber (precursor), A so-called graphitized carbon fiber having a tensile modulus (hereinafter referred to as tensile modulus) of 38 tons/g+s2 or more is used. When such carbon fibers are impregnated with molten aluminum or aluminum alloy under specific conditions, their reaction with aluminum is extremely low, and they hardly absorb aluminum carbide live.

すなわち、炭素繊維は、ベンゼン環で縮合された、繊維
軸方向に配向する細長いリボン状の多環芳香族分子状断
片を構造単位としている。このリボン状断片は、ベンゼ
ン環の縮合度が極めて高く、芳香族の究極的な化合物と
みることができるが、それらはいくつか積み重なって黒
鉛結晶領域を形成し、また技別れして微細なフィブリル
構造を形成している。つまり、表面が黒鉛結晶の網平面
内炭素原子で覆われているのであるが、引張弾性率が3
8トン/a+m2以上であるようなものは、上記リボン
状断片の配向度が極めて高く、表面の網平面内炭素原子
の配列が整然としていて周縁炭素原子数が少ない。すな
わち、それだけ不活性であるわけで、それゆえアルミニ
ウムとの反応が抑制されるものと考えられる。
That is, the carbon fiber has a structural unit consisting of an elongated ribbon-shaped polycyclic aromatic molecular fragment condensed with benzene rings and oriented in the fiber axis direction. These ribbon-like fragments have an extremely high degree of condensation of benzene rings, and can be seen as the ultimate aromatic compound. Several of these ribbon-like fragments stack up to form graphite crystal regions, and they also divide into fine fibrils. forming a structure. In other words, the surface is covered with carbon atoms in the network plane of the graphite crystal, but the tensile modulus is 3.
In the case of 8 tons/a+m2 or more, the degree of orientation of the ribbon-like fragments is extremely high, the carbon atoms in the surface network plane are arranged in an orderly manner, and the number of peripheral carbon atoms is small. In other words, it is considered to be more inert, and therefore the reaction with aluminum is suppressed.

上述したような炭素繊維は、これをレーザーラマン分光
分析法を用いて分析したとき、黒鉛構造のEzQ対称の
振動によるものであ6といわれている波数1585 c
m−’付近のバンド(以下、Aバンドという)と、やは
り黒鉛構造のAtQ対称の振動(禁制遷移)が結晶端の
構造の乱れによって許容遷移に移るためであるとも、あ
るいはベンゼン環の周辺の化学構造の違いによるもので
あるともいわれている、波数1355 cm−1付近の
バンド(以下、Bバンドという)との強度比、すなわち
、Bバンドのピーク高/Aバンドのピーク高(以下、B
/A比という)が、0.5以下であるということで特徴
付けられる。
When the above-mentioned carbon fiber is analyzed using laser Raman spectroscopy, it has a wave number of 1585 c, which is said to be 6, due to the EzQ symmetrical vibration of the graphite structure.
This may be because the band near m-' (hereinafter referred to as A band) and the AtQ symmetrical vibration (forbidden transition) of the graphite structure shift to an allowed transition due to the disorder of the structure at the crystal edge, or it may be due to The intensity ratio with the band near the wave number 1355 cm-1 (hereinafter referred to as B band), which is said to be due to the difference in chemical structure, is the peak height of B band/peak height of A band (hereinafter referred to as B band).
/A ratio) is 0.5 or less.

ここにおいて、レーザーラマン分光分析法とは、レーザ
ー光のラマン効果、すなわち物質にレーザー光を当てて
散乱させたとき、散乱光中にその物襞に特有の量だけ波
長が変わった光がまざって出マくる現象を利用してその
物質の分子構造に関する情報を得るものである。しかし
て、この発明においては、かかる分析を、日本電子株式
会社製レーザーラマン分光光度計JR8−400Dを使
用し、そのホルダーに炭素HHのマルチフィラメントを
1〜数本取り付け、これに窒素雰囲気中でアルゴンレー
ザ(波長二5145人)の光を当て、ラマン敗乱光を集
光してダブルグレーティングで分光し、そのスペクトル
を光電子増倍管で受光してチャート上に記録し、B/A
比を読み取ることによって行っている。
Here, laser Raman spectroscopy refers to the Raman effect of laser light, that is, when a laser beam is applied to a material and is scattered, light whose wavelength has changed by an amount specific to the folds of the material is mixed in the scattered light. It uses the phenomena that occur to obtain information about the molecular structure of the substance. Therefore, in this invention, such analysis is carried out using a laser Raman spectrophotometer JR8-400D manufactured by JEOL Ltd., with one to several carbon HH multifilaments attached to its holder, and placed in a nitrogen atmosphere. Light from an argon laser (wavelength: 25145) is applied, the Raman scattered light is focused, separated into spectra using a double grating, the spectrum is received by a photomultiplier tube and recorded on a chart, and B/A
This is done by reading the ratio.

さて、炭素armは、上述したように引張弾性率が38
トン/1I2J:X上のものである必要があるが、同時
に、表面酸化処理を施していないものであることが必要
である。
Now, as mentioned above, the carbon arm has a tensile modulus of 38
ton/1I2J:X, but at the same time, it is necessary that the surface is not oxidized.

すなわち、線状であるか否かを問わず、一般にこの発明
のような複合材料においては、マトリクスとの界面にお
ける接着性を向上せんとして、炭素11雑に電解酸化処
理などの表面酸化処理を施し、表面が凹凸をもつように
するのが普通である。しかして、表面に凹凸があると、
一般にアンカー効果と呼ばれる、凹凸にあたかもマトリ
クスが係止されたような状態が作り出され、界面におけ
る接着性が向上するものと考えられている。しかるに、
糧の発明においては、そのような表面酸化処理を・鳴し
ていない、表面が比較的平滑な炭素繊維を使用するもの
である。
That is, regardless of whether it is linear or not, in general, in composite materials such as the one of the present invention, carbon-11 is subjected to surface oxidation treatment such as electrolytic oxidation treatment in order to improve adhesion at the interface with the matrix. , the surface is usually made to have an uneven surface. However, if the surface is uneven,
It is generally thought that a state called an anchor effect, in which the matrix is anchored to the irregularities, is created and the adhesion at the interface is improved. However,
The present invention uses carbon fibers that have not undergone such surface oxidation treatment and have relatively smooth surfaces.

この発明にJ5いては、上述したような炭素繊維をマル
チイラメント、つまり連続繊維束の形態で使用する。モ
ノフィラメント、つまり単繊維の形態で使用することも
可能ではあるが、経済上、はとんど利益がない。
In J5 of the present invention, carbon fibers as described above are used in the form of a multi-filament, that is, a continuous fiber bundle. Although it is possible to use it in the form of monofilaments, ie single fibers, this is hardly economically advantageous.

次に、いわゆるマトリクスであるが、この発明において
はアルミニウムまたはアルミニウム合金を使用する。ア
ルミニウム合金としては、アルミニウムーケイ素合金、
アルミニウムー銅合金、アルミニウムーマグネシウム合
金、アルミニウムーケイ素−マグネシウム合金、アルミ
ニウムー銅−亜鉛合金、アルミニウムーマンガン合金な
どを使用することができる。
Next, regarding the so-called matrix, aluminum or an aluminum alloy is used in this invention. Examples of aluminum alloys include aluminum-silicon alloys,
Aluminum-copper alloy, aluminum-magnesium alloy, aluminum-silicon-magnesium alloy, aluminum-copper-zinc alloy, aluminum-manganese alloy, etc. can be used.

さて、この発明においては、まず、化学気相蒸着法を用
いて、マルチフィラメントを構成している各フィラメン
ト、つまり1本1本の炭素繊維にチタンをmiする。チ
タンは、炭素繊維の濡れ性を改善し、フィラメント間に
、後述する含浸工程においてアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金の溶湯が容易かつ均一に含浸されるようにす
る。チタン被覆の厚みは、1oO〜1000人程度でよ
〜i0もっとも、チタンはそれ自身炭素繊維とあまり濡
れない。そのため、チタンの被覆に先立って、→はり化
学気相蒸着法により、下地として、厚み100〜100
0人程度のホウ素被覆を施すのが好ましい。
In the present invention, titanium is first deposited on each filament, that is, each carbon fiber, constituting the multifilament, using a chemical vapor deposition method. Titanium improves the wettability of carbon fibers, and allows molten aluminum or aluminum alloy to be easily and uniformly impregnated between the filaments in the impregnation step described below. The thickness of the titanium coating is about 1oO~1000~i0 However, titanium itself does not wet carbon fiber very much. Therefore, prior to coating with titanium, a layer with a thickness of 100 to 100 mm is coated as a base layer using the →beam chemical vapor deposition method.
It is preferable to apply a boron coating of about 0.

化学気相蒸着法によるホウ素やチタンの被覆は、次のよ
うにして施すのが好ましい。
The boron or titanium coating by chemical vapor deposition is preferably applied as follows.

、(Vなわち、三塩化ホウ素、三臭化ホウ素または7ツ
化ホウ素と、亜鉛と、アルゴンとからなる一合蒸気を反
応管に流しつつその反応管中に炭素厘維のマルチフィラ
メントを通し、上記混合蒸気に0.5〜5分はど晒す。
, (V, namely, boron trichloride, boron tribromide, or boron heptadide, zinc, and argon combined vapor) is passed through the reaction tube, and a multifilament of carbon fibers is passed through the reaction tube. , and exposed to the above mixed vapor for 0.5 to 5 minutes.

すると、亜鉛によってホウ素化合物が還元されて塩化亜
鉛、ホウ化亜鉛また・はフッ化亜鉛になり、マルチフィ
ラメントを構成している各フィラメントがホウ素によっ
て被覆される。反応温度は、650〜750”C程度で
ある。別の方法として、三塩化ホウ素または三臭化ホウ
素と水素との混合蒸気を使用し、ホウ素化合物を水素で
還元しても゛よい。この場合の反応温度は、900〜1
300”C程度である。一方、≠タンの被覆もまた、ホ
ウ素の場合と同様に施す。
Then, the boron compound is reduced by zinc to zinc chloride, zinc boride, or zinc fluoride, and each filament making up the multifilament is coated with boron. The reaction temperature is about 650 to 750"C. Alternatively, a mixed vapor of boron trichloride or boron tribromide and hydrogen may be used to reduce the boron compound with hydrogen. In this case. The reaction temperature is 900-1
300''C. On the other hand, the ≠tan coating is also applied in the same manner as the boron coating.

すなわち、四塩化チタンと、亜鉛と、アルゴンとの混合
蒸気を使用し、四塩化チタンを亜鉛で還元する。水素で
還元してもよい。
That is, a mixed vapor of titanium tetrachloride, zinc, and argon is used to reduce titanium tetrachloride with zinc. It may be reduced with hydrogen.

この発明においては、次に、チタン被覆を有する炭素繊
維のマルチフィラメントをアルミニウムまたはその合金
の溶湯に通し、その溶湯をフィラメント間に含浸する。
In this invention, next, a titanium-coated carbon fiber multifilament is passed through a molten metal of aluminum or its alloy, and the molten metal is impregnated between the filaments.

このときの溶11jl温度は、アルミニウムまたはアル
ミニウム合金の凝固開始点温度以上に保たれるが、炭素
繊維を著しく劣化させることがないように、可能な限り
低いのが好ましい。ただ、温度制御が容易であるという
点で、イ固開始点温度よりも少なくとも5℃はど高い湿
食ト設定するのが好ましい。しかして、かかる含浸工程
は、溶湯の温度をT”C1上記チタン被覆炭素繊維のマ
ルチフィラメントの浸漬時間をt分としたとき、式 %式% を満足する範囲で行う必要がある。すなわち、後述する
実施例にも示すように、これら■、■式を同時に満足し
ないときは、繊維軸方向の引張強度(以下、引張強度と
いう)の高い線状複合材料が得られない。
The temperature of the melt 11jl at this time is kept at or above the solidification start point temperature of aluminum or aluminum alloy, but is preferably as low as possible so as not to significantly deteriorate the carbon fibers. However, from the viewpoint of easy temperature control, it is preferable to set the wet corrosion temperature at least 5° C. higher than the solidification starting point temperature. Therefore, this impregnation step needs to be carried out within a range that satisfies the following formula, where the temperature of the molten metal is T''C1 and the immersion time of the titanium-coated carbon fiber multifilament is t minutes. As shown in the Examples, if these formulas (1) and (2) are not satisfied at the same time, a linear composite material with high tensile strength in the fiber axis direction (hereinafter referred to as tensile strength) cannot be obtained.

次に、この発明を実施例に基いてさらに詳細に説明する
Next, the present invention will be explained in more detail based on examples.

引張弾性率が約40トン/l12であり、引張強度が約
280 kM mi2であり、B/A比が約0゜4であ
る、表面酸化処理を施していない炭素繊維のマルチフィ
ラメント(フィラメント数23000本)に、三塩化ホ
ウ素6.3重量%、亜鉛6゜611量%、アルゴン87
.1重量%からなる約680℃の混合蒸気を約1分間作
用させ、各フィラメントをホウ素で被覆した。ホウ素被
覆の厚みは、船、100人であった。
A carbon fiber multifilament without surface oxidation treatment (23,000 filaments) with a tensile modulus of about 40 tons/l12, a tensile strength of about 280 kmM mi2, and a B/A ratio of about 0°4. ), 6.3% by weight of boron trichloride, 6.611% by weight of zinc, 87% by weight of argon.
.. Each filament was coated with boron by applying a 1% by weight steam mixture at about 680° C. for about 1 minute. The thickness of the boron coating was 100 mm.

次に、上記ホウ素被覆炭素繊維のマルチフィラメントに
、四塩化チタン3.2重量%、亜鉛2゜611%、アル
ゴン94.3重量%からなる約680℃の混合蒸気を約
1分間作用させ、ホウ素被覆の上に厚み約100人のチ
タン被覆を施した。
Next, the boron-coated carbon fiber multifilament was treated with a steam mixture at about 680°C consisting of 3.2% by weight of titanium tetrachloride, 2.611% by weight of zinc, and 94.3% by weight of argon for about 1 minute to remove the boron. A titanium coating approximately 100 mm thick was applied over the coating.

次に、上記チタン被覆炭素IIHのマルチフィラメント
を、凝固開始点温度が約658℃であるアルミニウム合
金(JIS  A6061)の溶湯に通し、引き上げて
溶湯を固化させ、炭素繊維の体積含有率が約50%であ
る線状複合材料を得た。
Next, the titanium-coated carbon IIH multifilament is passed through a molten aluminum alloy (JIS A6061) whose solidification starting point temperature is about 658°C, and pulled up to solidify the molten metal, so that the carbon fiber volume content is about 50°C. % linear composite material was obtained.

このとき、溶湯の温度とチタン被覆炭素繊維のマルチフ
ィラメントの浸漬時間をいろいろ変え、合計8種類の線
状複合材料を得た。
At this time, the temperature of the molten metal and the immersion time of the titanium-coated carbon fiber multifilament were varied to obtain a total of eight types of linear composite materials.

次に、上記8種類の線状複合材料について、引張強度と
、炭素繊維の重量に対する、アルよニウムカーバイドの
生成に消費された炭素の重量を求めた。測定結果を表に
示す。なお、引張強度の測定は、株式会社島津製作所製
万能試験機IM500を用いて行った。また、炭素消費
量は、アルミニウムおよびアルミニウムカーバイドが次
のように加水分解されて水素とメタンを発生することを
利用し、そのメタンの量をガスクロマトグラフで定量す
ることによって算出した。
Next, for the eight types of linear composite materials mentioned above, the tensile strength and the weight of carbon consumed in the production of aluminum carbide relative to the weight of carbon fiber were determined. The measurement results are shown in the table. The tensile strength was measured using a universal testing machine IM500 manufactured by Shimadzu Corporation. Further, the carbon consumption was calculated by utilizing the fact that aluminum and aluminum carbide are hydrolyzed to generate hydrogen and methane as described below, and by quantifying the amount of methane using a gas chromatograph.

AQ+C3+12H20 一→3CH+ +4Aff (OH)3Jul+3H2
0 一→3/2・H2+Aa(OH)3 上表から、この発明が規定する条件をすべて満足してい
るN、1〜5の線状複合材料は、上記0式は満足してい
るものの0式を満足していない−6〜8のそれにくらべ
て引張強度が著しく高いことがわかる。すなわち、−6
〜8のものは炭素の消費量、つまりアルミニウムカーバ
イドの生成量が大変多いが、これが引張強度を低下させ
ているものと考えられる。
AQ+C3+12H20 1→3CH+ +4Aff (OH)3Jul+3H2
0 1→3/2・H2+Aa(OH)3 From the table above, the linear composite materials with N, 1 to 5, which satisfy all the conditions stipulated by this invention, satisfy the above formula 0 but have 0 It can be seen that the tensile strength is significantly higher than that of -6 to -8, which do not satisfy the formula. That is, -6
In the case of samples No. 8 to 8, the amount of carbon consumed, that is, the amount of aluminum carbide produced was very large, and this is thought to be the reason for the decrease in tensile strength.

比較のため、最も高い引張強度を示した−1の線状複合
材料を製造するにあたり、溶湯への浸漬時間を3分とし
てみたところ、得られた線状複合材料の引張強度は約9
5 ka/ tel;!であり、大幅に低下した。
For comparison, when producing the -1 linear composite material that showed the highest tensile strength, the immersion time in the molten metal was set to 3 minutes, and the tensile strength of the obtained linear composite material was approximately 9.
5 ka/tel;! , which has decreased significantly.

はだ、随1の線状複合材料を製造するにあたり、騨素繊
維を、引張弾性率と引張強度はそれぞれ約40トン/■
2、約280 kMsm2といずれも変わらないが、表
面酸化処理を施したもの(B/A比:約0.6)に変え
てみたところ、得られた線状複合材料の引張強度は、約
78 kcl/ mm2にすぎなかった。炭素消費量は
、約0.3重量%に増えた。
In order to manufacture the best linear composite material, we used amine fibers with tensile modulus and tensile strength of approximately 40 tons/■.
2. The tensile strength of the linear composite material is about 280 kMsm2, which is the same, but when I changed it to one that had been subjected to surface oxidation treatment (B/A ratio: about 0.6), the tensile strength of the obtained linear composite material was about 78 kMsm2. It was only kcl/mm2. Carbon consumption increased to approximately 0.3% by weight.

ざらに、比較のため、N、1の線状複合材料を製造する
にあたり、炭素繊維を、引張弾性率が約32トン/■2
、引張強度が約360ka/mm2であり、かつ表面酸
化処理を施していないもの(B/A比:約0.8)に変
えたところ、得られた線状複合材料の引張強度は約80
 ka/+ei2であり、炭素消費量は約0.3重量%
であった。また、やはり表面処理は施していないが、引
張弾性率が約24トン/l12、引張強度が約360k
Mav2であるものに変えたところ、得られた線状複合
材料の引張強度はわずかに約30 ka/vs2にすぎ
ず、また炭素消費量も約211%と大幅に増えた。
Roughly, for comparison, when manufacturing a linear composite material of N,1, carbon fiber was used with a tensile modulus of about 32 tons/■2
When the tensile strength of the linear composite material was changed to one with a tensile strength of about 360 ka/mm2 and no surface oxidation treatment (B/A ratio: about 0.8), the tensile strength of the obtained linear composite material was about 80 ka/mm2.
ka/+ei2, carbon consumption is approximately 0.3% by weight
Met. Also, although no surface treatment has been applied, the tensile modulus is approximately 24 tons/l12 and the tensile strength is approximately 360k.
When Mav2 was changed, the tensile strength of the obtained linear composite material was only about 30 ka/vs2, and the carbon consumption was also significantly increased to about 211%.

上記実施例1において、溶湯を、凝固開始点温度が約6
15℃であるアルミニウムーケイ素合金(JIS  A
04C)の溶1(温度:約630℃)腎変え、浸漬時間
を1分および2.5分とする、【の発明の方法による2
種類の線状複合材料を得七。
In Example 1 above, the molten metal has a solidification starting point temperature of about 6
Aluminum-silicon alloy (JIS A
2 according to the method of the invention of [04C) 1 (temperature: about 630°C) with different kidneys and soaking times of 1 minute and 2.5 minutes.
Obtained seven kinds of linear composite materials.

これら2種類の線状複合材料について実施例1と同様の
試験をしたところ、浸漬時間が1分のものは引張強度が
約152kg/11112 (炭素消費量0゜002重
量%)であり、また2、5分のもののそれは約140k
a/−園2(炭素消費ff10.0061量%)で、い
ずれも高い値を示した。
When these two types of linear composite materials were subjected to the same test as in Example 1, the tensile strength of the one immersed for 1 minute was approximately 152 kg/11112 (carbon consumption 0°002% by weight), and 2 , for 5 minutes it is about 140k
In a/- garden 2 (carbon consumption ff 10.0061%), all values were high.

I11 上記実施例2において、浸漬時間を2.5分とするもの
の製造に際して、引張弾性率が約46トン/I−2であ
り、引張強度が約240 ka/ls2であり、かつ表
面酸化処理を施していない炭素繊維(フィラメント数:
 6000本、B/A比:約0゜3)を使用したところ
、約1301to/ mm2という高い引張強度をもつ
線状複合材料が得られた。、この線状複合材料における
炭素の消費量は、約0゜001重量%であった。
I11 In Example 2 above, when manufacturing a product with a dipping time of 2.5 minutes, the tensile modulus was about 46 tons/I-2, the tensile strength was about 240 ka/ls2, and the surface oxidation treatment was performed. Untreated carbon fiber (number of filaments:
When 6000 wires and B/A ratio of about 0°3) were used, a linear composite material with a high tensile strength of about 1301 to/mm2 was obtained. The carbon consumption in this linear composite material was approximately 0.001% by weight.

比較のため、炭素繊維を、引張弾性率および引張強度に
おいて変わりはないが、表面酸化処理を施したもの(8
/A比:約0゜6)に変えたところ、引張強度は約60
kg/l12と大幅に低下した。
For comparison, we used carbon fibers with the same tensile modulus and tensile strength, but with surface oxidation treatment (8
/A ratio: about 0°6), the tensile strength was about 60
It decreased significantly to 12 kg/l.

また、炭素消費量は約0.3重量%に増えた。Also, carbon consumption increased to about 0.3% by weight.

発明の効果 この発明の方法は、繊維軸方向の引張弾性率が38トン
/ms2以上であり、かつ表面酸化処理を施していない
炭素繊維を使用し、しかも濡れ物質たるチタンを被覆し
た炭素繊維のマルチフィラメントに対する溶湯の含浸を
、溶湯の温度をT”C1[iへの浸漬時間をt分とした
とき、式0.03T+0.6t≦22 t<3 を満足する条件下で行うからして、引張強度が極めて高
い線状複合材料を得ることができる。これは、炭素aI
雑とマトリクスたるアルミニウムまたはアルミニウム合
金との界面におけるアルミニウムカーバイドの生成量が
非常に少なくなるためではないかと推定される。
Effects of the Invention The method of the present invention uses carbon fibers which have a tensile modulus of elasticity in the fiber axis direction of 38 tons/ms2 or more and which have not been subjected to surface oxidation treatment, and which are coated with titanium as a wetting substance. Since the multifilament is impregnated with the molten metal under conditions that satisfy the formula 0.03T+0.6t≦22t<3, where the temperature of the molten metal is T''C1[i and the immersion time is t minutes, It is possible to obtain a linear composite material with extremely high tensile strength.
It is presumed that this is because the amount of aluminum carbide produced at the interface between the miscellaneous material and the matrix aluminum or aluminum alloy becomes extremely small.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 繊維軸方向の引張弾性率が38トン/mm^2以上であ
り、かつ表面酸化処理を施していない炭素繊維のマルチ
フィラメントを化学気相蒸着工程に通して各フィラメン
トにチタンを被覆し、そのチタン被覆炭素繊維のマルチ
フィラメントをアルミニウムまたはアルミニウム合金の
溶湯に浸漬してその溶湯をフィラメント間に含浸し、そ
の溶湯含浸炭素繊維のマルチフィラメントを前記溶湯か
ら引き上げて前記溶湯を固化させるに際し、前記溶湯含
浸を、前記溶湯の温度をT℃、前記チタン被覆炭素繊維
のマルチフィラメントの浸漬時間をt分としたとき、式 0.03T+0.6t≦22 t<3 を満足する範囲で行うことを特徴とする線状複合材料の
製造方法。
[Claims] Multifilaments of carbon fibers with a tensile modulus of elasticity in the fiber axis direction of 38 tons/mm^2 or more and without surface oxidation treatment are subjected to a chemical vapor deposition process to coat each filament with titanium. The titanium-coated carbon fiber multifilament is immersed in molten aluminum or aluminum alloy to impregnate the molten metal between the filaments, and the molten metal-impregnated carbon fiber multifilament is pulled up from the molten metal to solidify the molten metal. When the molten metal is impregnated, the temperature of the molten metal is T° C., and the immersion time of the multifilament of titanium-coated carbon fiber is t minutes, within a range that satisfies the following formula: 0.03T+0.6t≦22 t<3. A method for producing a linear composite material, characterized in that:
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