JPS63282225A

JPS63282225A - チタン酸カリウム繊維予成型体の製造方法

Info

Publication number: JPS63282225A
Application number: JP11354287A
Authority: JP
Inventors: Naomichi Hori; 直通堀; Takuma Yoshida; 琢磨吉田; Isao Yamamoto; 勲山本; Kotaro Kaneda; 金田　浩太郎; Yuji Matsunami; 松並　裕司; Shigeto Chatani; 茶谷　重人
Original assignee: Toho Titanium Co Ltd
Current assignee: Toho Titanium Co Ltd
Priority date: 1987-05-12
Filing date: 1987-05-12
Publication date: 1988-11-18

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〕この発明は、チタン酸カリウム繊維予成型体の製造方法
に関し、さらに詳しくは、チタン酸カリウムの繊維、ウ
ィスカなどの強化材をマトリックス金属中に含ませてな
る繊維強化複合金属材料のための予成型体の製造方法の
改良に係るものである。

〔従来の技術〕

複合金属材料の一つとして、高強度、高弾性を有する繊
維を強化材に用い、アルミニウム、マグネシウムなどの
比較的低融点の金属または合金をマトリックスとする繊
維強化複合金属材料が知られており、このようなｍ維強
化複合金属材料の製造方法についてもまた、従来から種
々の提案がなされている。

これらの既提案に係る！ａ維強化複合金属材料の製造方
法の一例としては、例えば、強化材としての繊維予成型
体を加熱した上で、鋳造型内に充填セットさせ、さらに
この鋳造型内に溶融マトリックス金属を流し込み、かつ
これを鋳造型に組込んだプランジャにより加圧して、こ
の繊維予成型体を含む溶融マトリックス金属を凝固させ
るようにした。いわゆる溶湯鍛造法が公知である。

しかして、前記溶湯鍛造法においては、製造される複合
材料からなる金属材料に所望の特性を与える目的で、鋳
造に際しては、強化材としての繊維予成型体を、所定の
形状、密度、配向状態に保持させ、この状態で強化材と
マトリックス金属とを複合化させる必要があり、このた
めに、強化材としての繊維を予め加圧成型させるか、あ
るいはまた、同繊維を水などの溶媒中に分散して沈澱。

または癌過させることによって、所定形状の！繊維予成
型体（以下、プリフォームと呼ぶ）を形成させる手段が
知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ご覧で、前記プリフォームをして、繊維含有率の大きい
強化金属材料とする目的で、加圧成型させたり、水など
の溶媒中に分散して沈澱、または濾過させることで所定
形状に成型するために、炭化ケイ素（Ｓｉｎ）、窒化ケ
イ素（Ｓｉ３Ｎ４）などに代表されるウィスカの場合に
あっては、これら繊維相互の絡み合いが強くて、その形
状保持に適しているのであるが、一方でこれらの繊維は
高価であり、かつまた、特に炭化ケイ素（Ｓｉｎ）ウィ
スカについては、その硬度がモース硬度３を越えるほど
に硬いことから、このｆａ維を用いた複合成型後の金属
材料の切削などの加工に、これよりも硬度の高いダイヤ
モンド工具などを使用しなければならず、工業化したと
きの設備費が嵩むと云う問題点がある。

これに対して、より安価で加工し易いウィスカとしてチ
タン酸カリウム′繊維がある。すなわち。

このチタン酸カリウム繊維は、その硬度がモース硬度４
程度で比較的柔らかく、この繊維を用いた複合成型後の
金属材料の切削などの加工には、より安価な高速度鋼工
具などを用いることで十分に足りるために極めて有利で
ある。しかし一方、現在市販されているチタン酸カリウ
ム繊維によってプリフォームを形成した場合には、−見
、所定の形状を保持しているかに見えるプリフォームが
、僅かな外力により形崩れの現象を生じて、鋳造型への
セットも難しい状態となる。

そこで、このような不利を改善するために、特開昭８１
−１２７８３８号公報においては、チタン酸カリウム繊
維を含む強化材に対して１〜５Ｗｔ＄の無機バインダを
分散させ、これを鋳造型内で加圧保持させながらバイン
ダ固化温度（２００℃〜３００℃）に加熱させることで
、繊維強化金属材料の前駆体材料となるプリフォームを
形成させる方法が開示されているが、この方法でも、添
加される無機バインダからの金属材料への汚染の問題が
発生し、これによって機械的強度などの点で欠陥を生ず
る回部性がある。

この発明は、従来のこのような問題点を解消するために
なされたものであって、その目的とするところは、無機
バインダなどを添加することなしに、チタン酸カリウム
ｉａ維による強化材のみにより、この種の繊維強化金属
材料の前駆体材料となるプリフォームを形成させる方法
、こ＼ではチタン酸カリウム繊維予成型体の製造方法を
提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち本発明はチタン酸カリウム１ｍ雄などの強化材
を、マトリックス金属中に含ませてなる繊維強化複合金
属材料のための繊維予成型体の製造方法であって、ニチ
タン酸カリウム繊維または四チタン酸カリウム繊維を用
い、まず、これを水溶媒中に分散させてスラリー状とし
後処理を施した上で、このスラリーに微振動を与えて、
繊維相互を絡み合わせると共に、沈澱または濾過させて
繊維湿成型体を形成させ、ついで、この繊維湿成型体を
焼成炉により乾燥焼成して、六チタン酸カリウム繊維か
らなる繊維予成型体を形成することを特徴とするチタン
酸カリウム繊維予成型体の製造方法を提供するものであ
る。

チタン酸カリウムは、一般式に２０・ｎＴ＋０２で示さ
れる未だ新しい人工の鉱物であって、現在まで実際に合
成および構造解析されているのは、ｎが１．２，４，８
．８のものである。モしてｎが２および４のものについ
ては、Ｔ＋Ｏｅ八面体の連鎖が層状構造を示し、また、
ｎが６および８のものは、これがトンネル構造を示すこ
とが知られている。

こ＼で、前記した層状構造を有するもの、すなわちニチ
タン酸カリウム（Ｋ２Ｔｉ２Ｏ５）と四チタン酸カリウ
ム（Ｋ　２　Ｔ　ｓ　ａＯｓ）とは、共に化学的に安定
で、かつカリウムイオンが交換性に富むことから、この
性質を利用して種々の誘導体を合成できるものであり、
しかも、ｉＪＩｉｍ自体の外圧に対する柔軟性も比較的
高くて、分散機などによる衝撃に対しても折れなどが少
ない。

また、前記したトンネル構造を有するもの、すなわち六
チタン酸カリウム（Ｋ２Ｔｉ６０□３）とへチタン酸カ
リウム（Ｋ２Ｔｉ８０□７）とは、共に化学的に安定で
あって、特に六チタン酸カリウムが化学的に最も安定し
ていると言われているが、たｆこれらは、！ａ維自体の
外圧に対する柔軟性について、先の二チタン酸カリウム
および四チタン酸カリウムに比較するとき、若干悪いこ
とから、分散機などによる衝撃に対して折れなどが激し
いと云う不利がある。

このように、金属材料の複合強化材として、チタン酸カ
リウム繊維を適用する場合には、カリウムイオンの溶出
の心配のない化学的、物理的に安定した六チタン酸カリ
ウム繊維を使用するのが最も望ましいのであるが、前記
の如く、これが分散機などによる衝撃に弱いために、ｍ
維自体の折れが多くなるほか、プリフォーム化した後に
あっても繊維のスプリングバック現象などが見られ、形
廟れのないプリフォームを形成するのが困難である。ま
た一方で、良好なプリフォームを形成させるためには、
ｔａ維相互のほどよい絡み合いが必要であるが、通常で
の前記した水溶媒中への分散後の沈澱、または濾過によ
る製造方法では、ｔａｒａ相互の効果的な絡み合いがな
されないと云う不利がある。

そこで、この発明方法においては、前記したように、繊
維自体の柔軟性が比較的高く、しかも分散機などによる
衝撃に対して折れなどの少ない。

二チタン酸カリウム（Ｋ２Ｔｉ２Ｏ５）繊維または四チ
タン酸カリウム（Ｋ２Ｔｉ２Ｏ５）繊維、好ましくは四
チタン酸カリウム繊維に後処理を施すと共に、これを水
溶媒中に分散させたスラリーに対し、以下に述べる所定
のプリフォーム成型装置の使用により、微振動を与える
と共に、沈澱、または濾過させることで、繊維相互が絡
み合った繊維湿成型体とした上で、この繊維湿成型体を
、焼成炉によって乾燥後、お＼よそ７５０℃〜１２００
℃程度、好ましくは１０００℃の温度により、お＼よそ
５分〜１８０分間程度、好ましくは１２０分間に亘つそ
焼成し、層状構造によるニチタン酸カリウム繊維または
四チタン酸カリウム繊維をして、結果的には、トンネル
構造による六チタン酸カリウム（Ｋ２Ｔｉ６０□３）繊
維に変換させるものである。

しかして、このようにして得たこの発明でのチタン酸カ
リウム繊維予成型体は、与えられる微振動の結果、繊維
相互の絡み具合が良好であると共に、個々の繊維のスプ
リングバックがなく、かつ繊維相互の軽い溶着もなされ
ることになって、このプリフォーム自体、形崩れのない
しつかりした態様に形成できた。

従って、この発明方法によれば、前記した特開昭８１−
１２７８３８号公報に開示されているような無機バイン
ダを使用しなくて済み、このために無機バインダからの
汚染の問題も解消されて、このプリフォームを金属材料
の複合材に用いた場合、同金属材料における強度などの
欠陥を効果的に是正し得るのである。

こ＼で、因に従来におけるチタン酸カリウム繊維の製造
方法としては、種々の技術手段の開示がなされており、
一般的には、次の各手段が工業化に有利な方法とされて
いる。

１、焼成法　所期の各成分、に２Ｃ０３とＴｌＯ２とを
配合し、所定の焼成温度（ｅｏｏ℃〜１２００℃）で一
定時間焼成する方法であり、この場合。

少量の第３成分（ＫＣ：ｕなど）を添加することにより
、単結晶ｒ繊維の収率をより一層向上し得る。

２、フラックス法　所期の各成分、に２Ｃ０３とＴｌＯ
２とを配合して所定温度で溶融させ、また、フラックス
として、　Ｋ　２　Ｍ　Ｏ０４（モリブデン酸カリウム
）またはに２ＷＯａ　（タングステン酸カリウム）を使
用し、このフラックス中で、繊維を成長させる方法であ
る。

３、融体法　所期の各成分、に２Ｃ０３とＴｌＯ２とを
配合し、所定温度（１１００℃）で溶融することにより
に２Ｔｉ２０５の繊維集合体を形成し、その後の処理に
より、Ｋ２Ｔｉ８Ｏ１３を製造する方法である。

これらの代表的な各方法以外にも、例えば、溶融法、徐
冷焼成法などがあるが、いずれの方法においても、中間
工程では、Ｋ２Ｔｉ２Ｏ５また。はに２Ｔｉ４０８が生
成され、その後の処理によって、最終的にはＫ　２　Ｔ
　！　ｅ　Ｏ，３に変換させる方法が採用されている。

そして、これらの種々の方法によって得られる中間体と
してのに２Ｔｉ２０５．に２Ｔｉ４０９に後処理をなし
た上で、この発明においては、これを水中分散物として
のスラリー状とし、以下に述べる所定のプリフォーム成
型装置により、このスラリーに微振動を与えると共に、
沈澱、または濾過させて、与えられる微振動の結果、ｔ
ａ維相互の絡み具合が良好で、かつ個々の繊維のスプリ
ングバックのないｍ雑混成型体を形成させ、さらに、こ
の繊維湿成型体を、焼成炉で乾燥焼成してに２Ｔｉ６０
□３のしつかりした形態によるプリフォームを形成させ
るのである。

〔実　施　例〕

以下、この発明に係るチタン酸カリウム繊維予成型体の
製造方法の一実施例につき、第１図ないし第４図を参照
して詳細に説明する。

この実施例方法では、六チタン酸カリウム繊維製造の中
間体として生成されるところの、ニチタン酸カリウムｆ
ａ維および四チタン酸カリウム繊維と、その重量の５倍
量の蒸留水とを混合し、分散機により分散させてスラリ
ー状とした後、後処理として、このスラリーに稀釈塩酸
（１＋０を滴下して、ｐＨメーターを用い、攪拌状態で
のｐＨが　７〜８程度になるように中和調整する。

ついで、このように中和調整を完了したスラリーを濾過
して、余分なカリウム分をＫＣ文として除去し、かつこ
のようにして得た濾過ケーキを、再度、５倍量の蒸留水
で分散させて、リパルプ洗浄を行なう、このリパルプ洗
浄作業は、濾液のＣ「をＡｇＮＯ３指示液によりチェッ
クし、白濁がなくなるまで実施する。

次に、前記ＣＭ−が検知されなくなった最終スラリーを
、別に詳細構造を述べる第１図に示したプリフォーム成
型装置に導入して流し込み、かつ同成型装置においては
、第２図（ａ）ないしくＣ）に示した網状振動体による
微振動付与の下に、真空濾過して繊維湿成型体を形成さ
せる。

続いて、このようにして形成された繊維湿成型体を、プ
リフォーム成型装置から取り出して焼成炉内にセットす
る。こ〜で、焼成炉での昇温は、急激に温度上昇させた
のでは、対象のｍ雑混成型体の表面部のみが先に乾燥し
て、内部の水分が突沸することになるので、第３図に示
す昇温パターンにより徐々に温度上昇させて乾燥させ、
かつ最終的に、１０００℃の焼成温度で１２０分間保持
して焼成し、その後、炉冷する。

しかして、十分に冷却された時点で、焼成炉から被焼成
物であるプリフォーム、つまり繊維予成型体を取り出し
たところ、焼成前と全く寸法変化がなくてかつ形崩れの
ない、しつかりしたプリフォームが得られた。そして、
このようにして得たプリフォームを、Ｘ線回折法により
解析したところ、その結晶構造が、トンネル構造の六チ
タン酸カリウムであった。

次に、この実施例方法に適用されるプリフォーム成型装
置の概要構成を、第１図および第２図について詳細に述
べる。

すなわち、この第１図構成において、プリフォーム成型
装置１は、例えば、透明アクリル樹脂からなる槽本体２
を有し、この槽本体２の内部下方に設けた気孔板３上に
は、濾紙４をセットして、前記スラリーａを受は入れる
と共に、気孔板３の下方内部を、連通管５により図示省
略した真空装置に接続して、槽内のスラリーａを真空引
き濾過し得るようにしである。

また、前記槽本体２の上方には、矢印に示すように、上
下、ならび水平方向に微振動を発生する微振動発生機６
が配置され、この微振動発生機８の出力端に連繋して吊
下された振動連結杆７の中間部を、中間支点となる套管
状の支持杆８で上下摺動自在に支持させてあり、かつこ
の振動連結杆７の下端に固定されて前記スラリーａ中に
浸漬させた網状振動体８に、上下、水平方向の合成され
た微振動を与えるようにしである。

しかして、前記網状振動体９は、第２図（ａ）ないしく
Ｃ）に示されているように、比較的メツシュの粗い銅基
板９ａと、この銅基板ｓａ面での上下にあって前後、な
らびに左右に植設させた網枠８ｂおよび９ｃとから構成
しである。

従って、このプリフォーム成型装置では、濾紙４を通し
た槽本体２内の真空引きによる強制的な濾過作用に併せ
て、微振動発生機８により、支持杆８を中間支点とする
振動連結杆７を介して、網状振動体８に微振動を与え、
この網状振動体９により、スラリーａに上下、ならびに
水平方向のソフトな微振動を付加させることができ、こ
れによってスラリーａ中でのチタン酸カリウム繊維に対
し、従来でのような自然沈降とは異なって、単なる層状
の堆積とはならずに、その繊維相互の良好かつ効果的な
絡み合いがなされるのであり、この結果、乾燥後の剥離
をも未然に防止でき、このようにして前記したｍ！ＩＩ
湿成型体を形成し得るのである。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、この発明によれば、チタン酸カリ
ウム繊維などの強化材を、マトリックス金属中に含ませ
てなる繊維強化複合金属材料のための繊維予成型体の製
造方法において、ニチタン酸カリウム繊維または四チタ
ン酸カリウム繊維を用い、これを水溶媒中に分散させて
スラリー状とし後処理を施したのち、このスラリーに対
し、プリフォーム成型装置により微振動を与えると共に
、沈澱または濾過させてｍ！！湿成塑成型体成させ、か
つその後、この繊維湿成型体を焼成炉により乾燥焼成し
て、六チタン酸カリウム繊維からなる繊維予成型体を形
成するようにしたから、このようにして製造されたチタ
ン酸カリウムＩｉａ！ｉ予成型体では、個々の１ａｒａ
のスプリングバックがなく、かつ繊維相互の良好かつ効
果的な絡み合い。

ならびに軽い溶着がなされて、このｍ維予成型体自体を
、外圧によって形崩れなどを生ずることのないしつかり
した強度および態様で、しかも安価に形成でき、また、
このｍ維予成型体を金属または合金マトリックス中に強
化材として含ませることで、繊維強化複合金属材料を構
成させた場合にも、このｍｔａ強（１，複合金属材料の
強度を十分に高め得るほか、併せてその加工性をも格段
に向上できるなどの優れた種々の特長を有するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るチタン酸カリウム繊維予成型体
の製造方法におけるプリフォーム成型装置の概要を示す
断面構成図、第２図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は
同上成型装置に適用される網状振動体の詳細構造を示す
正面、平面、側面の各図、第３図は同上製造方法におけ
る焼成炉での昇温パターンの一例を示す説明図、第４図
は本発明によって得られたプリフォームの断面の顕微鏡
写真である。ｌ・・・・プリフォーム成型装置、２・・・・槽本体、
３・・・・気孔板、４・・・・濾紙、５・・・・連通管
、６・・・・微振動発生機、７・・・・振動連結杆、８
・・・・支持杆、９・・・・網状振動体、８ａ・・・・
銅基板、９ｂおよび８ｃ・・・・網枠。第２図（０）　　　　　（Ｃ）手続補正書（放〕昭和６２年　７月３１日特許庁長官　小　川　邦　夫　殿１　゛バ件の表示昭和６２年特許願第１１３５４２号２　発明の名称チタン酸カリウム繊維予成型体の製造方法３　補正をす
る者事件との関係　　特許出願人住所　　東京都港区港南二丁目１３番３１号名称　　東
邦チタニウム株式会社代表者　　八　島　舜　− ４代理人　　〒１０５　　電話（５９１）１００４住所
　　東京都港区虎ノ門１丁目９番２号虎ノ門東相ビル５
階氏名　　（７０００）弁理士　川　崎　隆　夫７　補正
の内容「別紙の通り」４、図面の簡単な説明第１図はこの発明に係るチタン酸カリウムｍ！ｌ予成型
体の製造方法におけるプリフォーム成型装置の概要を示
す断面構成図、第２図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）は同上成
型装置に適用される網状振動体の詳細構造を示す正面、
平面、側面の各図、第３図は同上製造方法における焼成
炉での昇温パ゛ターンの一例を示す説明図、第４図は本
発明によって得られたプリフォームの断面の繊維の形状
の顕微鏡写真である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）チタン酸カリウム繊維などの強化材を、マトリッ
クス金属中に含ませてなる繊維強化複合金属材料のため
の繊維予成型体の製造方法であって、二チタン酸カリウ
ム繊維または四チタン酸カリウム繊維を用い、まず、こ
れを水溶媒中に分散させてスラリー状とし後処理を施し
た上で、このスラリーに微振動を与えて、繊維相互を絡
み合わせると共に、沈澱または濾過させて繊維湿成型体
を形成させ、ついで、この繊維湿成型体を焼成炉により
乾燥焼成して、六チタン酸カリウム繊維からなる繊維予
成型体を形成することを特徴とするチタン酸カリウム繊
維予成型体の製造方法。
（２）スラリー中に網状振動板を浸漬させ、この網状振
動板を介してスラリーに微振動を与えることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のチタン酸カリウム繊維予
成型体の製造方法。
（３）スラリーに与える微振動が、上下、水平方向の合
成された振動であることを特徴とする特許請求の範囲第
１項または第２項記載のチタン酸カリウム繊維予成型体
の製造方法。
（４）焼成炉での繊維湿成型体の乾燥焼成温度が、おゝ
よそ５０℃〜１２００℃の範囲内であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のチタン酸カリウム繊維予
成型体の製造方法。
（５）焼成炉での繊維湿成型体の乾燥焼成時間が、おゝ
よそ２０時間である特許請求の範囲第１項ないし第４項
記載のチタン酸カリウム繊維予成型体の製造方法。