JPS61201745A - アルミナ−シリカ繊維及び鉱物繊維強化金属複合材料 - 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、繊維強化金ａ複合材料に係り、更に詳細には
ムライト結晶を含む結晶質アルミナ−シリカ繊維と絋物
繊維とよりなるハイブリッド繊維を強化繊維とし、アル
ミニウム、マグネシウム、銅、亜鉛、鉛、スズ及びこれ
らを主成分とする合金をマトリックス金属とする複合材
料に係る。

従来の技術 アルミニウム、マグネシウム、銅、亜鉛、鉛、スズ及び
これらを主成分とする合金の如く比較的低融点の金属は
、相手材料との馴染みの良さから摺動材料として多用さ
れている。しかし高性能化に対する要求からこれらの材
料の使用条件が益々厳しくなって来ており、摩耗や焼付
きの如き所謂トライポロジー的問題がしばしば発生して
いる。

例えばディーゼルエンジンのアルミニウム合金製ピスト
ンに於ては、エンジンが過酷な条件にて運転されると、
そのリング溝の異常摩耗やピストンとシリンダとの焼付
きの如き問題が生じることがある。かかるトライポロジ
ー的問題を解決する一つの有効な手段として、本願出願
人と同一の出願人の出願に係る特開昭５８−９３９４８
号、特開昭５８−９３９４８号、特開昭５８−９３８３
７号、特開昭５８−９３８４１号、特開昭５９−７０７
３６＠の各公報に開示されている如く、アルミニウム合
金の如き金ｍ−８−高硬度で強靭な強化繊維にて強化す
る技術が知られている。

発明が解決しようとする問題点 かかる複合材料用の強化ａｍとしては炭化ケイ素繊維、
窒化ケイ素繊維、アルミナ１１８Ｍ、アルミナ−シリカ
ｍ帷、炭素繊維、チタン酸カリ１ンム繊維、絋物繊維等
があるが、これらの強化繊維の大多数は非常に高価であ
り、このことが上述の如き複合材料を実際の部材に適用
する上で一つの最大の阻害要因となっている。上述の強
化繊維のうち、耐摩耗性向上効果に侵れ且比較的低廉で
ある点に於てアルミナ−シリカ系繊維、即ちアルミナｍ
維及びアルミナ−シリカ繊維（特開昭５８−９３８３７
号、特開昭５８−９３８４１号参照）が好ましく、非常
に低廉である点に於て絋物繊維（本願出願人と同一の出
願人の出願にかかる特願昭５９−２１９０９１号参照）
が好ましい。

しかしアルミナ繊維を強化繊維とする複合材料に於ては
、優れた耐摩耗性が得られるが、アルミナ８Ｍが高価な
ものであるため、複合材料も高価なものになるという問
題がある。またアルミナ−シリカ繊維は従来より断熱材
料として多量に使用されており、特にハンドリング性を
考慮して一般に非晶質状態にて使用されている。この非
晶質のアルミナ−シリカ繊維を強化繊維とする複合材料
に於ては、アルミナＩＩＮを強化繊維とする場合に比し
て複合材料のコストを低減することができるが、アルミ
ナ−シリカ繊維はアルミナ繊維に比して硬さが低いため
、複合材料の耐摩耗性が不十分になり易いという問題が
あり、また非晶質のアルミナ−シリカ系繊維は構造的に
不安定であるため、マグネシウム合金の如き酸化物形成
傾向の高いマトリックス金属のＷｊ渇との間に於て反応
を生じて劣化し、これにより繊維自体の強度が低下し、
従ってアルミナ−シリカ繊維を強化繊維とする複合材料
に於ては強度が不十分なものになり易いという問題があ
る。

また前述の金属に於ては、＃ａ帷強化による高強度化の
要請も大きい。アルミナには種々の結晶構造のものがあ
り、高強度の結晶構造としてはδ相γ相、α相などがあ
り、これらの結晶構造を含むアルミナ繊維としてはそれ
ぞれＩＣ１株式会社製の「サフィル（登録商標’）ＲＦ
Ｊ　、住友化学工業株式会社製の「仕上アルミナ繊維」
、デュポン社製の［ファイバーＦＰ（登録商りＪ（１０
０％αアルミナ）がある。これらのアルミナ繊維によれ
ばマトリックス金属の強度を大幅に向上させることがで
きるが、これらの繊維は硬質であるためかかる複合材料
が摺動材料として使用される場合には相手材料の摩耗暑
が増大するという問題がある。これに対しαアルミナ含
有率が５〜５Ｑｗｔ％であるアルミナ繊維を強化繊維と
する複合材料（特開昭５８−９３８４１号）は、それ自
身の耐摩耗性及び相手材に対する摩擦摩耗特性に優れて
いるが、前述のアルミナ繊維を強化繊維とする複合材料
に比して強度の点で不十分である。従って強度及び耐摩
耗性の両方に浸れた複合材料を形成し得る結晶構造のア
ルミナ繊維を選定することは非常に困難である。

これに対しＳｉ　Ｏｘ　、Ｃａ　ｏ、ＡＩ　！　０３を
主成分とする鉱物ａｍは上述の無機質１１Ｈ１に比して
遥かに低廉であり、従って絋物繊維を強化繊維として使
用すれば複合材料のコストを大幅に低減することができ
、また鉱物繊、維はマトリックス金属の溶湯との濡れ性
がよ（、また溶湯との反応による劣化が少いため、溶湯
との濡れ性が悪いか又は溶湯との反応による劣化が生じ
る４１帷を強化繊維とする場合に比して強度の如き機械
的性質に優れた複合材料を得ることができる。しかし絋
物繊維は上述の他の無機質ｍＮに比して強度及び硬度の
点で劣っているため、鉱物ｕＡｍを強化繊維とする複合
材料に於ては上述の他の無機質繊維が使用される場合に
比して強度や耐摩耗性に優れた複合材料を製造すること
が困難であるという問題がある。

本願発明者等は、従来の繊維強化金属複合材料、特にア
ルミナ−シリカ系繊維又は鉱物ｍｓを強化繊維とする複
合材料に於ける上述の如き問題に鑑み、種々の実験的研
究を行った結果、非晶質のアルミナ−シリカ＃ＭＮを熱
処理してムライト結晶を析出させることにより得られる
ムライト結晶を含む結晶質アルミナ−シリカＲａ帷と絋
物繊維とを組合せて強化ｍ維として使用すれば、上述の
如き種々の問題を解決することができ、しかも結晶質ア
ルミナ−シリカ繊維のみを強化繊維とする複合材料及び
絋物繊維のみを強化ｍ維とする複合材料より推論される
耐摩耗性よりも適かに優れた耐摩耗性を有する非常に低
廉な複合材料を！ｌｌ造し得ることを見出した。

本発明は、本願発明者等が行った種々の実験的研究の結
果得られた知見に基づき、強度、耐摩耗性の如き機械的
性質に優れ、しかも相手材に対する摩擦摩耗特性にも優
れた非常に低廉な複合材料を提供することを目的として
いる。

問題点を解決するための手段 上述の如き目的は、本発明によれば、３５〜８Ｑｗｔ％
Ａｔ　２０ａ　、６５〜２０ｗｔ％ｓ＋　０２．０〜１
０ｗｔ％他の成分なる組成を有しムライト結晶量が１５
Ｗ【％以上である結晶質アルミナ−シリカ系繊維であっ
て、その集合体中に含まれる粒径１５０μ以上の非ｔａ
ｇ化粒子含有量が５ｗｔ％以下である結晶質アルミナル
シリカ繊維と、５ｌｏ２、ＣａＯ１Ａｌ　ｌ！０３を主
成分としＭ（ＩＱ含有伍が１０ｗｔ％以下でありＦｅｍ
０ｇ含有湯が５１Ｖｔ％以下でありその他の無機物含有
量が１０ｗｔ％以下である鉱物Ｖ＆帷であって、その集
合体中に含まれる非繊維化粒子の総量及び粒径１５０μ
以上の非繊維化粒子含有量がそれぞれ２０１！Ｆｔ％以
下、７ｗｔ％以下である絋物繊維とよりなるハイブリッ
ド繊維を強化繊維とし、アルミニウム、マグネシウム、
銅、亜鉛、鉛、スズ及びこれらを主成分とする合金より
なる群より選択された金属をマトリックス金属とし、前
記ハイブリッド繊維の体積率が１％以上であるアルミナ
−シリカ＊ｍ及び絋物繊維強化金ｗ４複合材料によって
達成される。

発明の作用及び効果 上述の如き本発明による複合材料によれば、アルミナ繊
維等に比して逃かに低廉であり硬くて安定なムライト結
晶を含む結晶質アルミナ−シリカＩＩＭと、結晶質アル
ミナ−シリカ繊維よりも更に一層低廉でありマトリック
ス金属の溶湯との濡れ性がよく溶湯との反応による劣化
が少ない絋物繊維とよりなるハイブリッド繊維により体
積率１％以上にてマトリックス金属が強化され、また後
に詳細に説明する如く強化繊維をハイブリッド化するこ
とにより耐摩耗性が著しく向上されるので、耐摩耗性や
強度の如き機械的性質に優れた極めて低廉な複合材料が
得られる。また結晶質アルミナーシリカ繊維の集合体中
に含まれる粒径が１５０μ以上の巨大で硬い非繊維化粒
子の含有量が５ｗｔ％以下に維持され、鉱物ｍ維の集合
体中に含まれる非繊維化粒子の総量及び粒径１５０μ以
上の非繊維化粒子含有量がそれぞれ２０Ｗ（％以下、７
ｗｔ％以下に維持されるので、強度及び機械加工性にも
優れ粒子の脱落に起因する相手材の異常摩耗を惹起こす
ことのない優れた複合材料が得られる。

一般にアルミナ−シリカ系繊維はその組成及び製法の点
からアルミナ繊維とアルミナ−シリカ繊維に大別される
。Ａｌ２ｈａ含有量が７０ｗｔ％以上であり５１０２含
有量が３０ｗｔ％以下の所謂アルミナ繊維は、有機の語
調な溶液とアルミニウムの無機塩との混合物にて繊維化
し、これを高温にて酸化焙焼することにより製造される
ので、強化繊維としての性能には優れているが、非常に
高価である。一方Ａ　Ｉ　ｔ　Ｏａ含有量が３５〜６５
ｗｔ％でありＳｉＯ２含有農が３５〜６５ｗｔ％である
いわゆるアルミナ−シリカ繊維は、アルミナとシリカの
混合物がアルミナに比して低融点であるため、アルミナ
とシリカの混合物を電気炉などにて溶融し、その融液を
ブローイング法やスピニング法にて繊維化することによ
り比較的低廉に且大量に生産されている。特にＡｌ２Ｏ
３含有量が５５１ｔ％以上であり５ｉｎ２含有」が３５
ｗｔ％以下の場合にはアルミナとシリカとの混合物の融
点が高くなり過ぎまた融液の粘性が低く、一方ＡｌｚＯ
ａ含有量が３５Ｗ【％以下でありＳ！０２含有量が６５
ｗｔ％以上の場合には、ブローイングやスピニングに必
要な適正な粘性が得られない等の理由から、これらの低
廉な製造法を適用し難い。従ってＡ１１０３含有量が６
５ｗｔ％以上のアルミナ−シリカ繊維はＡ１ｇａｅ含有
量が６５ｗｔ％以下のアルミナ−シリカ繊維はど低廉で
はないが、本願発明者等が行った実験的研究の結果によ
れば、Ａｌ２Ｏ３含有量が６５ｗｔ％以上の結晶質アル
ミナ−シリカ繊維と非常に低廉な鉱物ｍ維とを組合せて
ハイブリッド化する場合にも、耐摩耗性や強度の如き機
械的性質に優れた低廉な複合材料を得ることができる。

またＡｌ２０１１含有員がＢ□ｗｔ％以上の繊維に於て
は、所望１（１５ｗｔ％以上、好ましくは１９ｗｔ％以
上）のムライト結晶を析出させることができない。

またアルミナとシリカとの混合物の融点や粘性を調整し
たり、ｍ維に特殊な性能を付与する目的から、アルミナ
とシリカとの混合物にＣａ　Ｏ，ＭｇＯｌＮａｔＯｌＦ
ｅｗ○！Ｊ　Ｎ　Ｃｒ　！！　０３、ＺｒＯｘ　、Ｔｉ
　０２　、Ｐｂ　Ｏ，Ｓｎ　０２　、Ｚｎ○、Ｍｏ　０
！ｌ　、Ｎ！　０１に２０、Ｍｎ　０２．８２０３、Ｖ
２０ｓ　、Ｃｕ　Ｏ，ＧＯ３０４などの金ｍ酸化物が添
加されることがある。本願発明者等が行なった実験的研
究の結果によれば、これらの成分は１０ｗｔ％以下に抑
えられることが好ましいことが認められた。従って本発
明の複合材料に於ける結晶質アルミナ−シリカ繊維の組
成は３５〜８０育ｔ％Ａｔ　ｖ　Ｏｓ　、６５〜２０ｗ
ｔ％Ｓｉ　０２　、Ｏ〜１０Ｗ【％他の成分に設定され
る。

ブローイング法やスピニング法にて製造されたアルミナ
−シリカ繊維は非晶質の繊維であり、繊維の硬さはＨｖ
　７００程度である。かかる非晶質状態のアルミナ−シ
リカ繊維を９５０℃以上の温度に加熱するとムライト結
晶が析出し、繊維の硬さが上昇する。本願発明者等行っ
た実験的研究の結果によればムライト結晶量が１５Ｗ【
％程度に於て繊維の硬さが急激に増大し、ムライト結晶
量が１９Ｗ【％に於ては繊維の硬さがＨＶ１０００程度
となり、ムライト結晶量がこれ以上に増大されても繊維
の硬さはそれ程増大しないことが認められた。かかるム
ライト結晶を含む結晶質アルミナ−シリカ繊維にて強化
された金属の耐摩耗性や強度はアルミナ−シリカ繊維自
身の硬さとよく対応しており、ムライト結晶量が１５ｗ
ｔ％以上、特に１９ｗｔ％以上の場合に耐摩耗性や強度
に優れた複合材料を得ることができる。従って本発明の
複合材料に於ては、結晶質アルミナ−シリカ繊維のムラ
イト結晶量は１５ｗｔ％以上、好ましくは１９ｗｔ％以
上とされる。

またブローイング法等によるアルミナ−シリカ繊維の製
造に於ては、繊維と同時に非繊維化粒子が不可避的に多
量に生成し、従ってアルミナ−シリカ繊維の集合体中に
は比較的多饋の非繊維化粒子が含まれている。アルミナ
−シリカ繊維の特性を向上させるべく繊維を熱処理して
ムライト結晶の析出を行うと、非繊維化粒子もムライト
結晶化して硬化する。本願発明者等が行った実験的研究
の結果によれば、特に粒径が１５０μを越える巨大な粒
子は複合材料の機械的性質及び加工性を悪化させ、複合
材料の強度を低下せしめる原因となり、更には粒子の脱
落に起因して相手材に対し異常摩耗の如き不具合を発生
させる原因ともなる。

従って本発明の複合材料に於ては、結晶質アルミナ−シ
リカ繊維の集合体中に含まれる粒径１５０μ以上の非繊
維化粒子の含有量は５ｗｔ％以下、特に２１％以下、更
には１ｗｔ％以下に抑えられる。

一方絋物繊維は岩石を溶融してＩ維化することにより形
成されるロックウール（ロックファイバ）、−鉄スラグ
を繊維化することにより形成されるスラグウール（スラ
グファイバ）、岩石とスラグとの混合物を溶融して繊維
化することにより形成されるミネラルウール（ミネラル
ファイバ）などの人工繊維を総称したものであり、一般
に３５〜５０ｗｔ％Ｓｉ　Ｏｘ　、２０〜４０ｗｔ％Ｃ
ａｂ、１０〜２０ｗｔ％Ａ１ｇＯｓ　　、　３〜７冑ｔ
％Ｍｏ０１１〜５ｗｔ％Ｆ０２０ｇ、０〜１０ｗ１％そ
の他のｍ機物なる組成を有している。

かかる絋物繊維も一般にスピニング法の如き方法にて製
造されており、従って絋物繊維の製造に於てもｍ帷と共
に不可避的に非繊維化粒子が生成する。かかる非繊維化
粒子も非常に硬く且繊帷径に比して遥かに大きく、その
ため結晶質アルミナ−シリカ繊維の集合体中に含まれる
非繊維化粒子の場合と同様の弊害を発生させる原因とな
る。本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
上述の如き弊害は非ｌ１Ｍ化粒子の粒径が１５０μ以上
の場合に特に顕著であり、従って本発明の複合材料に於
ては、絋物繊維の集合体中に含まれる非繊維化粒子の総
量は２０ｗｔ％以下、好ましくは１０ｗｔ％以下に抑え
られ、また粒径１５０μ以上の非繊維化粒子の含有量は
７ｗｔ％以下、好ましくは２１％以下に抑えられる。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
結晶質アルミナ−シリカｉａｇｍと絋物繊維とよりなる
ハイブリッド繊維を強化繊維とし、アルミニウム、マグ
ネシウム、銅、亜鉛、鉛、スズ及びこれらを主成分とす
る合金をマトリックス金属とする複合材料に於ては、ハ
イブリッド繊維の体積率が１％程度であっても複合材料
の耐摩耗性が著しく向上し、これ以上ハイブリッド繊維
の体積率が高くされても相手材の摩耗量はそれ程増大し
ない。従って本発明の複合材料に於ては、ハイブリッド
繊維の体積率は１％以上、特に２％以−ヒ、更には４％
以上とされる。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
結晶質アルミナ−シリカ繊維と鉱物ｍ維とを組合せてハ
イブリッド化することによる複合材料の耐摩耗性向上効
果は、後に詳細に説明する如く、ハイブリッド＃ＭＮ中
の結晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比が５〜８０％の
場合に、特に１０〜６０％の場合に顕著であり、゛従っ
て本発明の他の一つの詳細な特徴によれば、ハイブリッ
ド繊維中の結晶質アルミナ−シリカｍＨの体積比は５〜
８０％、好ましくは１０〜６０％とされる。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
ハイブリッドＩ維中の結晶質アルミナ−シリカ繊維の体
積比が比較的小さく絋物繊維の体積比が比較的高い場合
、例えばハイブリッド繊維中の結晶質アルミナ−シリカ
ｌＩ維の体積比が５〜４０％である場合には、ハイブリ
ッド繊維の体積率が２％、特に４％以上でなければ複合
材料の十分な耐摩耗性を確保することが困難であり、ハ
イブリッドｍ雑の体積率が３５％、特に４０％を越える
と゛複合材料の強度及び耐摩耗性が逆に低下する。従っ
て本発明の更に他の一つの詳細な特徴によれば、ハイブ
リッド繊維中の結晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比は
５〜４０％、特に１０〜４０％であり、ハイブリッド繊
維の体積率は２〜４０％、好ましくは４〜３５％とされ
る。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
ハイブリッド繊維中の結晶質アルミナ−シリカ繊維の体
積比の如何に拘らず、絋物繊維の体積率が２０％、特に
２５％を越えると複合材料の強度及び耐摩耗性が低下す
る。従って本発明の更に他の一つの詳細な特徴によれば
、ハイブリッド繊維中の結晶質アルミナ−シリカｔｊＡ
Ｈの体積比の如何に拘らず、絋物繊維の体積率は２５％
以下、好ましくは２０％以下とされる。

尚強度、耐摩耗性の如き機械的性質に優れ、しかも相手
材に対する摩擦摩耗特性に優れた複合材料を得るために
は、結晶質アルミナ−シリカ繊維は、本願発明者等が行
った実験的研究の結果によれば、短繊維の場合には１．
５〜５．０μの平均繊維径及び２０μ〜３ｍｍの平均繊
維長を有し、長繊維の場合には３〜３０μの繊維径を有
することが好ましい。一方絋物繊維はその構成材料たる
鉱物の溶融状態に於ける粘性が比較的小さく、また絋物
繊維がアルミナ繊維等に比して比較的脆弱であることか
ら、鉱物ｍ紺は繊維径１〜１０μ、繊維長１０μ〜約１
０ＣＩ程度の短ｍｔｉａ＜不連続繊維）の形態にて製造
されている。従って低廉な絋物繊維の入手性を考慮すれ
ば、本発明の複合材料に於て使用される鉱物ＩＩＡＭの
平均ｌＩＨ径は２〜８μ程度であり、平均繊維長は２０
μ〜５ｃｍ程度であることが好ましい。また複合材料の
製造方法を考慮すると、鉱物ｍｌ１ｔの平均繊維長は加
圧鋳造法の場合には１００μ〜５ｃｅ程度、粉末冶金法
の場合には２０μ〜２１Ｉｍ８度であることが好ましい
。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

イソライト・バブコック耐火株式会社製のアルミナ−シ
リカ繊維（商品名「カオウール」、４５ｗｔ％Ａｔ　２
０ａ　、　５５ｗｔ％５ｉＣ）＋）に対し脱粒処理を行
い、繊維集合体中に含まれる粒径１５０μ以上の粒子含
有働を０．２１％とじた後、それらの繊維集合体を熱処
理することにより、下記の表１に示されている如くムラ
イト結晶量が２０ｗｔ％である結晶質アルミナ−シリカ
繊維を形成した。

また下記の表２に示されたＪ　ｉｍ　　Ｗａｌｔｅｒ　
　Ｒｅ５ｏｕｒｃｅｓ社製の絋物繊維（商品名ｒＰＭＦ
Ｊ　　（Ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ　　Ｍ　１ｎｅｒａｌ　　
Ｆ　１ｂｅｒ）　）に対し脱粒処理を行うことにより、
繊維集合体中に含まれる非繊維化粒子の総量及び粒径１
５０μ以上の粒子含有量をそれぞれ２，５ｗｔ％、０．
１ｗｔ％とした。

次いで上述の結晶質アルミナ−シリカ繊維及び絋物繊維
を種々の体積比にてコロイダルシリカ中に分散させ、そ
のコロイダルシリカを攪拌することにより結晶質アルミ
ナ−シリカ繊維及び絋物繊維を均一に混合し、かくして
結晶質アルミナ−シリカ繊維及び絋物繊維が均一に分散
されたコロイダルシリカより真空成形法により第１図に
示されている如＜８０Ｘ８０Ｘ２０１の４Ｍ雄影形成１
を形成し、更にそれを６００℃にて焼成することにより
個々の結晶質アルミナ−シリカ繊維２及び鉱物！Ｉ稚２
ａをシリカにて結合させた。この場合、第１図に示され
ている如く、個々の結晶質アルミナ−シリカ繊維２及び
絋物繊維２ａはｘ−ｙ平面内に於てはランダムに配向さ
れ、２方向に＄Ａ重ねられた状態に配向された。

次いで第２図に示されている如く、繊維成形体１を鋳型
３のモールドキャビティ４内に配置し、該モールドキャ
ビティ内に７３０℃のアルミニウム合金（ＪＩＳ規格Ａ
Ｃ８Ａ＞の溶場５を注湯し、該溶場を鋳型３に嵌合する
プランジャ６により１５００　ｋＧ／　０１２の圧力に
加圧し、その加圧状態を溶ｓ５が完全に凝固するまで保
持し、かくして第３図に示されている如く外径１１０■
、高さ５０ＨＩの円柱状の凝固体７を鋳造し、更に該凝
固体に対し熱処理Ｔγを施し、各凝固体より結晶質アル
ミナ−シリカ繊維及び絋物繊維を強化繊維としアルミニ
ウム合金をマトリックスとする複合材料１′を切出し、
それらの複合材料より摩耗試験用のブロック試験片を機
械加工によって作成した。尚上述の各複合材料Ａｏ−Ａ
＋ｏｏの結晶質アルミナ−シリカ繊維及び絋物繊維の体
積率、強化繊維の総体積率はそれぞれ下記の表３に示さ
れている通りであった。

次いで各ブロック試験片を順次摩擦摩耗試験機にセット
し、相手部材である軸受鋼（ＪＩＳｍ格５ＵＪ２）の焼
入れ焼戻し材（硬さＨｖ８１０）製の円筒試験片の外周
面と接触させ、それらの試験片の接触部に常温（２０℃
）の潤滑油（キャッスルモータオイル５Ｗ−３０）を供
給しつつ、接触面圧２０　ｋ（１／ｌ１１２、滑り速度
Ｑ、　３１／　ＳｅＣにて１時間円筒試験片を回転させ
る摩耗試験を行なった。尚この摩耗試験に於けるブロッ
ク試験片の被試験面は第１図に示されたｘ−ｙ平面に垂
直な平面であった。この摩耗試験の結果を第４図に示す
。第４図に於て、上半分はブロック試験片の摩耗量（摩
耗痕深さμ）を表わしており、下半分は相手部材である
円筒試験片の摩耗量（摩耗減量１（１）を表わしており
、横軸は強化繊維の総量に対する結晶質アルミナ−シリ
カ繊維の体積比（％）を表わしている。

第４図より、ブロック試験片の摩耗量は結晶質アルミナ
−シリカ繊維の体積比の増大につれて低下し、特に結晶
質アルミナ−シリカ繊維の体積比が０〜２０％の範囲に
於て著しく低下し、結晶質アルミナ−シリカ繊維の体積
比が２０％以上の領域に於ては実質的に一定の値になる
ことがわかる。

また円筒試験片の摩耗量は結晶質アルミナ−シリカ繊維
の体積比の如何に拘らず比較的小さい実質的に一定の値
であることが解る。

複合材料は一般に設計可能な材料といわれており、複合
剤が成立すると考えられている。今強化繊維の総量に対
する結晶質アルミナ−シリカｍ雑の体積比をＸ％とすれ
ば、ｘ−０％の場合のブロック試験片の摩耗量は９８μ
であり、Ｘ−１００％である場合のブロック試験片の摩
耗量は１０μであるので、複合材料の摩耗量について複
合剤が成立するとすれば、ｘ−０〜１００％の範囲に於
けるブロック試験片の摩耗量Ｙは Ｙ−（９８−１０）Ｘ／１００＋１０ であるもの推測される。第４図に於ける仮想線はかかる
複合剤に基くブロック試験片の摩耗量の推測値を表わし
ている。また第５図はかかる複合剤に基くブロック試験
片の摩耗量の推測値と実測値との差ΔＹを強化ｍ雑の総
量に対する結晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比Ｘを横
軸にとって示している。この第５図より、体積比Ｘが５
〜８０％の範囲に於て、特に１０〜６０％の範囲に於て
ブロック試験片の摩耗量が推測値より著しく低減される
ことが認められ、このことが複合材料の摩耗量に関し結
晶質アルミナ−シリカ繊維と絋物繊維とをハイブリッド
化することによる効果と考えられる。

実施例２ 下記の表４に示された三菱化成株式会社製の結晶質アル
ミナーシリカ繊維に対し脱粒処理を行うことにより、繊
１［合体中に含まれる粒径１５０μ以上の粒子量をｏ、
１ｗｔ％とじた。また下記の表５に示された日東紡績株
式会社製の絋物繊維（商品名「ミクロファイバ」）に対
し脱粒処理を行うことにより、繊維集合体中に含まれる
非繊維化粒子の総量及び粒径１５０μ以上の非繊維化粒
子の含有量をそれぞれ１．０ｗｔ％、Ｑ、”１ｗｔ％と
した。次いで上述の実施例１の場合と同様の要領の真空
成形法により、互いに均一に混合された種々の体積比の
結晶質アルミナ−シリカ繊維と絋物繊維とよりなり繊維
の総体積率が約３％の繊維成形体（８０Ｘ８０Ｘ２０ａ
ｍ）を形成した。

次いで上述の各繊維成形体を用いて、上述の実施例１と
同様の要領にて高圧鋳造法（溶湯温度７３０℃、溶湯に
対する加圧力１５００ｋＭａＩ）にて、アルミラム合金
（ＪＩＳ規格ＡＣ８Ａ）をマトリックス金属とする下記
の表６に示された複合材料Ｂ・〜Ｂ１゜。を製造し、そ
れらの複合材料に対しＴＴ熱処理を施した。これらの複
合材料より摩耗試験用のブロック試験片を切出し、球状
黒鉛鋳鉄（Ｊ　ＩＳＩ＃！ＦＣＣ７０）製の円筒試験片
を相手部材として、実施例１の場合と同一の条件にて摩
耗試験を行った。

上述の摩耗試験の結果を第６図に示ず。尚第６図に於て
、上半分はブロック試験片の摩耗量（摩耗痕深さμ）を
表わしており、下半分は相手部材である円筒試験片の摩
耗量（摩耗減量１ｇ）を表わしており、横軸は強化繊維
の総量に対する結晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比（
％）を表わしており、仮想線は複合則に基くブロック試
験片の摩耗量の推測値を表わしている。また第７図は複
合則に基くブロック試験片の摩耗量の推測値と実測値と
の差ΔＹを強化繊維の総量に対する結晶質アルミナ−シ
リカ１Ｍ組の体積比Ｘを横軸にとって示す第５図と同様
のグラフである。

第６図より、球状黒鉛鋳鉄を相手部材とする場合にも、
ブロック試験片の摩耗量は結晶質アルミナ−シリカ繊維
の体積比の増大につれて低下し、特に結晶質アルミナ−
シリカ繊維の体積比が０〜４０％の範囲に於て著しく低
下し、結晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比が６０％以
上の領域に於ては実質的に一定の値になることが解る。

また円筒試験片の摩耗量は上述の実施例１の場合と同様
結晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比の如何に拘らず比
較的小さい実質的に一定の値であることが解る。更に第
４図と第６図との比較より、相手部材が球状黒鉛鋳鉄の
如く、遊離黒鉛を含み従って自己潤滑性に優れた材料よ
りなっている場合には、相手部材が鋼などの場合に比し
て強化ＩＩ雑の総量は少なくてよいことが解る。また第
７図より結晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比が１０〜
８０％の範囲に於てブロック試験片の摩耗量が推測値よ
り著しく低減されることが解る。

１１Ｌ 上掲の表４に示された結晶質アルミナ−シリカ繊維と上
掲の表２に示された絋物繊維とを使用して、上述の実施
例１の場合と同一の要領の真空成形法により、互いに均
一に混合された種々の体積比の結晶質アルミナ−シリカ
ＩＩＮと絋物繊維とよりなる８０Ｘ８０Ｘ２０ｍ…の繊
維形成体を形成した。

次いで上述の実施例１の場合と同様の要領にて高圧鋳造
法（溶湯温度６９０℃、溶湯に対する加圧力１５００ｋ
ｇ／ａｍ’）にてマグ卓シウム合金（ＡＳＴＭＩ格ＡＺ
９１）をマトリックス金属とする下記の表７に示された
複合材料Ｇ　ｏ　”　Ｃｔｏ。を製造した。

かくして得られた複合材料より摩擦摩耗試験用のブロッ
ク試験片を形成し、上述の実施例１の場合と同一の条件
にて軸受鋼ＬＪＩＳＩ格５ＬＩＪ２、硬さＨｖ８１０）
製の円筒試験片を相手部材とする摩耗試験を行った。こ
の摩耗試験の結果を第８図に示す。第８図に於て、上半
分はブロック試験片の摩耗量（ＩＩ！耗痕深さμ）を表
しており、下半分は相手部材である円筒試験片の摩耗置
く摩耗域ｊ！ｌＩ１ｇ）を表しており、横軸は強化繊維
の総量に対する結晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比（
％）を表わしており、仮想線は複合則に基くブロック試
験片の摩耗量の推測値を表わしている。

第８図より、この実施例に於てもブロック試験片の摩耗
量は結晶質アルミナ−シリカＩＩｔ１１の体積比の増大
につれて低下し、特に結晶質アルミナ−シリカ繊維の体
積比が０〜４０％の範囲に於て著しく低下し、結晶質ア
ルミナ−シリカ繊維の体積比が６０％以上の領域に於て
は実質的に一定の値になることが解る。また円筒試験片
の摩耗量も上述の実施例１及び２の場合と同様、結晶質
アルミナ−シリカ繊維の体積比の如何に拘らず比較的小
さい実質的に一定の値であることが解る。

また第９図は複合則に基くブロック試験片の摩耗損の推
測値と実測値ΔＹを強化繊維の総量に対する結晶質アル
ミナ−シリカ繊維の体積比Ｘを横軸にとって示している
。この第９図より、結晶質アルミナ−シリカ繊維の体積
比Ｘが１０〜８０％の範囲に於てブロック試験片の摩耗
量が推測値より著しく低減されることが解る。

実施例４ 下記の表８に示されたイソライト・バブコック耐火株式
会社製の結晶質アルミナ−シリカ繊維（商品名「カオウ
ール」）と１掲の表２に示された鉱物ｉａｍとを使用し
、上述の実施例１の場合と同様の真空成形法により互い
に均一に混合された種々の体積比の結晶質アルミナ−シ
リカ繊維及び絋物繊維よりなり繊維の総体積率が約７％
である繊維成形体（８０Ｘ８０ｘ２０ａｍ）を形成した
。

次いでその繊維成形体を用いて上述の実施例１の場合と
同様の要領の高圧鋳造法（溶湯温度７３０℃、溶湯に対
する加圧力１５００ｋＯ／ｃｊ）にて結晶質アルミナ−
シリカ繊維及び絋物繊維を強化繊維としアルミニウム合
金（ＪＩＳ規格ＡＣ８Ａ）をマトリックス金属とする下
記の表９に示された複合材料Ｄｏ〜ＤＩｏｏを製造し、
各複合材料に対し熱処理Ｔｒを行った。

上述の如く製造された各複合材料より曲げ試験片（５０
ｘ１０ｘ２ｍｍ）を切出し、３５０℃に於て支点闇距離
３９ｓｓにて三点曲げ試験を行った。

また比較例として、マトリックス金属としてのアルミニ
ウム合金（Ｊｌｌｌｌ格ＡＣ８Ａ）のみよりなり熱処理
Ｔｒが施された曲げ試験片についても同様の試験を行っ
た。尚試験片の５０Ｘ１０１１１の平面が第１図のｘ−
ｙ平面に平行であり、試験片の破断時に於ける表面応力
Ｍ／Ｚ　（Ｍ−破断時に於ける曲げモーメント、Ｚ−曲
げ試験片の断面係数）を曲げ強さとして測定した。この
曲げ試験の結果を第１０図に示す。

第１０図より、強化繊維の総体積率が７％程度であって
も結晶質アルミナ−シリカ１＃！雑及び絋物繊維にて複
合強化すれば、結晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比の
如何に拘らず、複合材料の強度をアルミニウム合金より
も遥かに高い値にすることができることが解る。また結
晶質アルミナ−シリカ繊維及び絋物繊維にて複合強化さ
れた複合材料の強度は、結晶質アルミナ−シリカ繊維の
体積比の増大につれて線形的に増大することが解る。

！ＬＬＬ５ 上述の実施例１の場合と同一の要領及び同一の条件にて
、強化ｍｅｉの総体積率が１５％であり、強化繊維の総
農に対する結晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比が２０
％である結晶質アルミナ−シリカ繊維と絋物繊維とより
なる繊維成形体（８０Ｘ８０Ｘ２０１１）を形成し、こ
れらのｉ＊ｍ成形体を用いて上述の実施例１の場合と同
様の要領の高圧鋳造法（溶湯に対する加圧力５００ｋＭ
／）にて亜鉛合金（ＪＩＳ規格ｚｏｃｉ　＞　、純鉛（
純度９９．８％）、スズ合金（Ｊ［Ｓ［１ＷＪ２）をマ
トリックス金属とする複合材料を製造した。尚亜鉛合金
、純鉛、スズ合金の各溶湯の温度はそれぞれ５００℃、
４１０℃、３３０℃であった。

かくして製造された複合材料より摩耗試験用のブロック
試験片を切出し、それらのブロック試験片について上述
の実施例１の場合と同一の条件（但し接触面圧５ｋｇ／
ａｍ２）にて軸受鋼（ＪＩＳ規格５ＵＪ２、硬さＨｖ８
１０）製の円筒試験片を相手部材とする摩耗試験を３０
分間行ったところ、各複合材料の摩耗ｍはそれぞれマト
リックス金属としての亜鉛合金、純鉛、スズ合金のみよ
りなるブロック試験片の摩耗量に比してそれぞれ５％、
２％、３％であり、従って亜鉛合金、純鉛、スズ合金を
マトリックス金属とする場合にもムライト結晶を含む結
晶質アルミナ−シリカ繊維及び絋物繊維を強化繊維とす
れば複合材料の耐摩耗性が著しく改善されることが認め
られた。

以上に於ては本発明を本願発明者等が行った実験的研究
の一部との関連に於て幾つかの実施例について詳細に説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能である
ことは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は繊維成形体の繊維配向状態を示す解図、第２図
は高圧鋳造法による複合材料の製造工程を示す解図、第
３図は第２図の高圧鋳造法により形成された凝固体を示
す斜視図、第４図は結晶質アルミナ−シリカｍｇ及び絋
物繊維を強化繊維としアルミニウム合金をマトリックス
金属とする複合材料と軸受鋼との間にて行われた摩耗試
験の結果を、強化繊維の総量に対する結晶質アルミナ−
シリカ繊維の体積比を横軸にとって示すグラフ、第５図
は第４図に示されたデータに基き複合材料の摩耗量の複
合剤に基く推測値と実測値との差を強化繊維の総１に対
する結晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比を横軸にとっ
て示すグラフ、第６図は結晶質アルミナ−シリカ繊維及
び絋物繊維を強化繊維としアルミニウム合金をマトリッ
クス金属とする複合材料と球状黒鉛鋳鉄との間にて行わ
れた摩耗試験の結果を、強化繊維の総ｌに対する結晶質
アルミナ−シリカ繊維の体積比を横軸にとって示すグラ
フ、第７は第６図に示されたデータに基き複合材料の摩
耗量の複合■に基く推測値と実測値との差を強化繊維の
総量に対する結晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比を横
軸にとって示すグラフ、第８図は結晶質アルミナ−シリ
カ繊維及び絋物繊維を強化繊維としマグネシウム合金を
マトリックス金属とする複合材料と軸受鋼との間にて行
われた摩耗試験の結果を、強化繊維の総量に対する結晶
質アルミナ−シリカ繊維の体積比を横軸にとって示すグ
ラフ、第９図は第８図に示されたデータに基き複合材料
の摩耗量の複合剤に基く推測値と実測値との差を強化Ｉ
ＩＨの総量に対する結晶質アルミナ−シリカ繊維の体積
比を横軸にとって示すグラフ、第１０図は結晶質アルミ
ナ−シリカ繊維及び絋物繊維を強化ｍＩｆｌとしアルミ
ニウム合金をマトリックス金属とする複合材料及びアル
ミニウム合金について行われた曲げ試験の結果を示すグ
ラフである。 １・・・繊維成形体、１′・・・複合材料、２・・・結
晶質アルミナ−シリカ繊維、２ａ・・・絋物繊維、３・
・・鋳型、４・・・モールドキャピテイ、５・・・溶場
、６・・・プランジャ、７・・・凝固体 特　許　出　願　人　　トヨタ自動車株式会社代　　　
　　理　　　　　人　　　弁理士　　明　　石　　昌　
　毅第１図　　　第３図 第２図 第４図 第５図 結晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比×（％）第７図 結晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比×（％）第８図 第９図 結晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比×（％）第１０図 曲 げ ＤＯＯ２００４００６００帥　　Ｄｌｏｏ　　比較例昭
和６０年６月２７日 １．事件の表示　昭和６０年特許願第０４０９０７号２
、発明の名称　アルミナ−シリカ繊維及び絋物繊維強化
金属複合材料 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　愛知県１田市トヨタ町１番地名　称　　（３
２０）　トヨタ自動車株式会社４、代理人 居　所　　＄１０４東京都中央区新川１丁目５番１９号
茅場町長岡ピル３階　電話５５１−４１７１昭和６０年
６月１０日（昭和６０年６月２５日発送）６、補正の対
象　　明細書 （１）明細書第４７頁第１５行の「第７は」を「第７図
は」と補正する。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）３５〜８０ｗｔ％Ａｌ＿２Ｏ＿３、６５〜２０ｗ
   ｔ％ＳｉＯ＿２、０〜１０ｗｔ％他の成分なる組成を有
   しムライト結晶量が１５ｗｔ％以上である結晶質アルミ
   ナ−シリカ繊維であつて、その集合体中に含まれる粒径
   １５０μ以上の非繊維化粒子含有量が５ｗｔ％以下であ
   る結晶質アルミナ−シリカ繊維と、ＳｉＯ＿２、ＣａＯ
   、Ａｌ＿２Ｏ＿３を主成分としＭｇＯ含有量が１０ｗｔ
   ％以下でありＦｅ＿２Ｏ＿３含有量が５ｗｔ％以下であ
   りその他の無機物含有量が１０ｗｔ％以下である鉱物繊
   維であつて、その集合体中に含まれる非繊維化粒子の総
   量及び粒径１５０μ以上の非繊維化粒子含有量がそれぞ
   れ２０ｗｔ％以下、７ｗｔ％以下である鉱物繊維とより
   なるハイブリッド繊維を強化繊維とし、アルミニウム、
   マグネシウム、銅、亜鉛、鉛、スズ及びこれらを主成分
   とする合金よりなる群より選択された金属をマトリック
   ス金属とし、前記ハイブリッド繊維の体積率が１％以上
   であるアルミナ−シリカ繊維及び鉱物繊維強化金属複合
   材料。
2. （２）特許請求の範囲第１項のアルミナ−シリカ繊維及
   び鉱物繊維強化金属複合材料に於て、前記ハイブリッド
   繊維中の前記結晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比は５
   〜８０％であることを特徴とするアルミナ−シリカ繊維
   及び鉱物繊維強化金属複合材料。
3. （３）特許請求の範囲第２項のアルミナ−シリカ繊維及
   び鉱物繊維強化金属複合材料に於て、前記ハイブリッド
   繊維中の前記結晶質アルミナ−シリカ繊維の体積比は５
   〜４０％であり、前記ハイブリッド繊維の体積率は２〜
   ４０％であることを特徴とするアルミナ−シリカ繊維及
   び鉱物繊維強化金属複合材料。
4. （４）特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかのア
   ルミナ−シリカ繊維及び鉱物繊維強化金属複合材料に於
   て、前記鉱物繊維の体積率は２５％以下であることを特
   徴とするアルミナ−シリカ繊維及び鉱物繊維強化金属複
   合材料。
5. （５）特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかのア
   ルミナ−シリカ繊維及び鉱物繊維強化金属複合材料に於
   て、前記結晶質アルミナ−シリカ繊維のムライト結晶量
   １９ｗｔ％以上であることを特徴とするアルミナ−シリ
   カ繊維及び鉱物繊維強化金属複合材料。
6. （６）特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかのア
   ルミナ−シリカ繊維及び鉱物繊維強化金属複合材料に於
   て、前記結晶質アルミナ−シリカ繊維の集合体中に含ま
   れる粒径１５０μ以上の非繊維化粒子含有量は１ｗｔ％
   以下であることを特徴とするアルミナ−シリカ繊維及び
   鉱物繊維強化金属複合材料。
7. （７）特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかのア
   ルミナ−シリカ繊維及び鉱物繊維強化金属複合材料に於
   て、前記鉱物繊維の前記集合体中に含まれる非繊維化粒
   子の総量及び粒径１５０μ以上の非繊維化粒子含有量は
   それぞれ１０ｗｔ％以下、２１％以下であることを特徴
   とするアルミナ−シリカ繊維及び鉱物繊維強化金属複合
   材料。
8. （８）特許請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかのア
   ルミナ−シリカ繊維及び鉱物繊維強化金属複合材料に於
   て、前記ハイブリツド繊維中の前記結晶質アルミナ−シ
   リカ繊維及び前記絋物繊維は互いに実質的に均一に混合
   された状態にあることを特徴とするアルミナ−シリカ繊
   維及び絋物繊維強化金属複合材料。