JPS6369931A - ウイスカ−強化金属複合材料の製造方法 - 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、ウィスカーと金属粉末粒子とが均質に混合し
、優れた強度特性を有するウィスカー強化金属複合材の
製造方法に関する。

「従来の技術」 ウィスカーは優れた比強度、比弾性率、耐熱性などを有
するｆこめに、Ａρ、Ｍ９、Ｔｉ、Ｃｕなどの金属ある
いはそれらの合金中に分散複合化したウィスカー強化金
属複合材は、軽量化および強度特性の高度化が要求され
る各種用途分野で有用視されている。

この金属複合材の性能は、マトリックス金属中のウィス
カーの分散性に影響されるところが大きく、ウィスカー
のような微細繊維をマトリックス金属中に均質に分散さ
せることが強度特性を向上させる上で重要である。また
マトリックス金属中に分散したウィスカーが折損や破壊
されることなく、形状特性を維持して複合材中に存在す
ることも重要な要因の一つである。

通常ウィスカー生成物は、微細短繊維状の単結晶が無方
向に絡み合った凝集組織体を呈している。

したがって、このウィスカー生成物を直接マトリックス
となる金属溶湯中に攪拌混合などの手段により均質に分
散させることは困難である。その解決手段として、ウィ
スカーとマトリックス金属の粉末とを混合して、混合物
を熱圧成形する粉末冶金的手法により金属複合材を製造
する方法が提案されている。

「発明が解決しようとする問題点」 この場合、金属複合材として高度の強度特性を付与する
ためには、ウィスカーと金属粉末粒子との混合物の均質
性ならびに混合および熱圧成形過程におけるウィスカー
の損傷変形が少ないことが必要である。すなわち、ウィ
スカーと金属粉末の、混合物においては、金属粉末粒子
の粒界空隙部に柱状のウィスカーが存在しているために
、混合物の均質性は柱状のウィスカーと金属粉末粒子と
の大きさの相互関係が重要な要素となる。また、混合お
よび熱圧成形過程においてウィスカーは金属粉末粒子と
の衝突、接触により損傷変形を受は易い。したがって、
混合粉体の均質性を向上させるとともにウィスカーの損
傷変形を防止することが、浸れた強度特性を有する金属
複合材を製造する上で必要であり、使用するウィスカー
および金属粉末粒子の形状、大きさの影響が重要となる
。

「問題点を解決するための手段」 本発明は、これらの観点から使用するウィスカーと金属
粉末粒子の形状および大きさを特定範囲に規制すること
により、強度特性の高い金属複合材の製造方法を提案す
るものである。

すなわち、本発明はウィスカーと金属粉末粒子とを混合
し、熱圧成形する金属複合材料の製造方法において、有
機溶媒中に直径０．１〜０．２μ肩、長さ１５μｌ以下
、アスペクト比５０以上のウィスカーと粒子径が１５μ
ｍ以下の金属粉末粒子を攪拌混合した後、濾過乾燥し、
得られた混合物を熱圧成形することを構成的特徴とする
ウィスカー強化金属複合材料の製造方法である。

ウィスカーとしては、ＳｉＣ，５ｉｓＮ、などが用いら
れ、また金属粉末粒子としては、Ａσ、Ｍ９、Ｔ　ＩＳ
Ｃｕなどの金属またはそれらの合金が使用される。ウィ
スカーと金属粉末粒子との混合物の調製方法は、先に本
出願人が提案した方法（特願昭６ｌ−１７３５４８）を
適用することが好ましい。

すなわち、ウィスカーと金属粉末粒子とを攪拌混合する
分散媒としては、アルコール、アセトン、エーテルなど
の有機溶媒が用いられる。攪拌混合機としては、ジェッ
ト式攪拌機や高速回転攪拌機などを用いて比較的強力に
攪拌混合することが好ましい。この場合、ウィスカーの
凝集組織体を完全に解きほぐし、かつ均一に分散させる
ために分散濃度は６０９／（ｌ以下に設定される。この
ウィスカー分散液を攪拌しながら濾過して分散媒の一部
を除去した後、速やかに金属粉末粒子を加えてウィスカ
ーと金属粉末粒子が均一に混合した分散液を調製する。

この際、金属粉末粒子は複合材中のマトリックス金属と
ウィスカーの複合比の設定に基づき所定量を添加する。

また、分散質であるウィスカーと金属粉末粒子の混合物
は均一な混合分散状態を維持するために３５０〜１１０
０９／Ｑの濃度範囲に調節される。この分散液を攪拌し
て均一な分散状態を維持しながら急速が過して得られた
ケーキを乾燥処理し、次いでこの混合粉体を熱圧成形し
てウィスカー強化金属複合材料が製造される。

本発明においては、使用するウィスカーならびに金属粉
末粒子の形状、大きさを特定範囲に規制することにより
、均質組織構造を宵し、かつウィスカーの形状特性の損
傷が少ない優れた強度特性を有する金属複合材の製造を
可能とするものである。

金属複合材の組織構造を均質化するためには、ウィスカ
ーならびに金属粉末粒子の大きさが相対的に小さく、か
つ近似していることが必要である。

また、ウィスカーの補強効果を発揮させるためには、適
度のアスペクト比を有することも重要である。一方長い
ウィスカーは金属粉末粒子との衝突、接触により損傷し
易い。また、大きな金属粉末粒子が存在すると、熱圧成
形時の均一な塑性流動を阻害するために、金属複合材の
組織欠陥を生じ易く、ウィスカーの損傷も著しくなる。

本発明は、このウィスカーと金属粉末粒子の大きさの相
互関係を、ウィスカーの直径を０．１〜０．２μｍ、長
さを１５μ肩以下、アスペクト比を５０以上、また金属
粉末粒子の粒子径を１５μｍ以下に規制することにより
、均質性が高く、ウィスカーの形状損傷の少ない優れた
強度特性を有する金属複合材料の製造が可能となる。

「作　用」 上記説明のように本発明においては、ウィスカーと金属
粉末粒子の大きさを相対的に小さくかつ近似させること
により、ウィスカーは金属粉末粒子の粒界空隙部に均等
に分布し易くなる。また熱圧成形過程においても、ウィ
スカーの損傷は効果的に低減し、ウィスカーの複合強化
機能の低下が防止される。

「実施例」 形状特性の異なるＳｉＣウィスカーを調製し、粒子径が
異なる純ＡＱ、粉末粒子とエチルアルコール中に攪拌分
散させて混合した後、濾過乾燥して混合粉体を得た。こ
の混合粉体をＳＥＭ（倍率５０および５００倍）写真に
撮り、組織状態を観察した。次に、この混合粉体を温度
６４０℃、圧力１５００　ｋｇ／ｃ、７＋’で６０分間
熱圧処理して、直径５０ｍｍ、高さ１００ｍ１のウィス
カー強化金属複合材料を作製し、その組織をＳＥＭ（倍
率１００および１０００倍）写真で観察して、その均質
性を比較した。これらの結果をまとめて第１表に示した
。

第１表 （注）＊組織観察 ○・・・・・・ＳｉＣウィスカーがＡＩ２粉末粒子中ま
たはＡＱマトリックス中に均質に分散しており、ウィス
カーの損傷も殆どない。

△・・・・・・ＳｉＣウィスカーの偏在、また一部のウ
ィスカーの損傷が認められる。

次に、このウィスカー強化金属複合材料の機械的強度特
性を比較して第２表に示した。

第　　２　　表 「発明の効果」 上記説明で明らかなように、本発明によればＳｉＣウィ
スカーと金属粉末粒子の均質な混合粉体を得ることがで
き、複合材中においても、均質かつウィスカーの形状損
傷も少ないために強度特性か優れ、押出加工も容易なウ
ィスカー強化金属複合材料を製造することが可能となる
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ウィスカーと金属粉末粒子とを混合し、熱圧成形す
   る金属複合材料の製造方法におい て、有機溶媒中に直径０．１〜０．２μｍ、長さ１５μ
   ｍ以下、アスペクト比５０以上 のウィスカーと粒子径が１５μｍ以下の金 属粉末粒子を攪拌混合した後、ろ過乾燥し、得られた混
   合物を熱圧成形することを特徴 とするウィスカー強化金属複合材料の製造 方法。