JPH05117823A - Fiber reinforced metallic composite material - Google Patents
Fiber reinforced metallic composite materialInfo
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- JPH05117823A JPH05117823A JP30239391A JP30239391A JPH05117823A JP H05117823 A JPH05117823 A JP H05117823A JP 30239391 A JP30239391 A JP 30239391A JP 30239391 A JP30239391 A JP 30239391A JP H05117823 A JPH05117823 A JP H05117823A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、比強度、比剛性が高
く、高硬度および高耐摩耗性を有し、かつ耐熱性に優れ
た繊維強化金属複合材料に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fiber-reinforced metal composite material having high specific strength and specific rigidity, high hardness and high wear resistance, and excellent heat resistance.
【０００２】[0002]
【従来の技術】比強度、比剛性に優れた強化系材料が構
造材料として各産業分野から、その開発を強く要請され
ている。従来から比強度、比剛性が高い材料として各種
軽合金の開発が行われたが、強度自体必ずしも十分なも
のでなはかった。最近、提案されたアモルフアス軽合金
は、従来の軽合金にはない高い強度をもち、構造材料と
して実用化するため数々の開発が進められている。しか
しながら、アモルフアス金属を単体で用いた場合には、
その構造が非晶質であるがゆえに本質的に弾性率が低い
ことと、大きな擬弾性を有することが避けられず、また
合金組成も制限されることから、用途範囲も限られてく
るものであった。2. Description of the Related Art Reinforcement materials having excellent specific strength and specific rigidity are strongly demanded to be developed as structural materials from various industrial fields. Conventionally, various light alloys have been developed as materials having high specific strength and specific rigidity, but the strength itself has not always been sufficient. Recently, the proposed amorphous light alloy has a high strength that conventional light alloys do not have, and many developments have been made for practical use as a structural material. However, when the amorphous metal is used alone,
Since its structure is amorphous, it has an inherently low elastic modulus, large quasi-elasticity is unavoidable, and the alloy composition is also limited, so the range of applications is also limited. there were.
【０００３】一方、金属材料の力学的特性の向上を目的
として、繊維強化金属の開発が進められてきた。しか
し、従来の繊維強化金属ではその製造工程において、強
化繊維が融点近傍の高温のマトリックス金属に曝される
ため、繊維表面の侵触、劣化が避けられず、得られた複
合材料では複合則で与えられる強度に比べ、強度低下を
免れなかった。On the other hand, fiber-reinforced metal has been developed for the purpose of improving the mechanical properties of metal materials. However, in the conventional manufacturing process of fiber-reinforced metal, since the reinforcing fiber is exposed to the high-temperature matrix metal near the melting point in the manufacturing process, invasion and deterioration of the fiber surface are unavoidable. The strength was inevitably lower than the strength.
【０００４】このマトリックス金属による強化繊維の侵
触、劣化のため、強化繊維とマトリックスとの組み合わ
せは限られたものとなり、溶融金属に対し優れた耐食性
を有するＳｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ繊維と軽金属との組み合わ
せ、あるいは強化繊維に直径１４０μｍにもおよぶ極太
のＳｉＣ／Ｃ、ＳｉＣ／Ｗ繊維を用いた場合などがわず
かに実用化されたにすぎなかった。Due to the contact and deterioration of the reinforcing fiber by the matrix metal, the combination of the reinforcing fiber and the matrix is limited, and Si-Ti-C-O fiber and light metal having excellent corrosion resistance to molten metal are used. Or a case in which a very thick SiC / C or SiC / W fiber having a diameter of 140 μm was used as the reinforcing fiber was only slightly put to practical use.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記軽量高
強度材料開発の要請に応え、非晶質または非晶質と微細
結晶質との複合体からなる合金をマトリックス金属とし
た、従来にない優れた比強度、比剛性および耐熱性等を
有する繊維強化金属複合材料の提供を目的とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has responded to the demand for the development of the above-mentioned lightweight and high-strength material by using an alloy composed of an amorphous material or a composite of an amorphous material and a fine crystalline material as a matrix metal. An object of the present invention is to provide a fiber-reinforced metal composite material having excellent specific strength, specific rigidity and heat resistance.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、繊維状物質を
強化材とし、金属をマトリックスとする繊維強化金属複
合材料において、マトリックス金属が式（１） ＡＬaＰbＱc （１） ［式中、ＰはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ
およびＷからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属
元素を示し、ＱはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、ＣｕおよびＺｎか
らなる群からなる選ばれた少なくとも一種の金属元素を
示し、ａ、ｂおよびｃは原子パーセントで１０≦ａ≦９
９.８、 ０.１≦ｂ≦８０、０.１≦ｃ≦５５を示す］の
組成を有する、非晶質または非晶質と微細結晶質との複
合体からなる高力耐熱性合金であり、繊維状物質が、 （１） ９２％以上の炭素からなる無機繊維であって、
（ａ） 炭素が炭素六角網面の積み重なった微結晶の連
続したリボン状の乱層構造炭素と非組織炭素とからな
り、Ｘ線回折における炭素ほｈｋｌ面の反射が観測され
ないことを特徴とする繊維、又は（ｂ） 炭素の少なく
とも一部が黒鉛構造であり、Ｘ線回折における炭素のｈ
ｋｌ面の反射が観測されること、及び／又は炭素（００
２）面間隔が３.４Å以下及び／又は、最大磁気抵抗が
正の値であることを特徴とする繊維、 （２） アミド結合を介して結びついた芳香族基からな
り、該アミド結合の８５％以上が２個の芳香環と直接結
合しており、該アミド基の５０％以下がイミド基で置換
されている合成線状高分子からなる連続有機繊維、 （３）（ａ） アルミナ含有量が７２重量％以上であ
り、好ましくは７５重量％以上、９８重量％以下であ
り、シリカ含有量が２８重量％以下であり、好ましくは
２重量％以上、２５重量％以下の組成で、Ａｌ−Ｓｉス
ピネル構造を持ち、好ましくは５００Å以下の平均粒子
径を有する微結晶からなる集合体であり、Ｘ線的構造に
おいてはα−Ａｌ2Ｏ3の反射を実質的に示さない連続無
機繊維、又は、（ｂ） γ−Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ
3から実質的になり、非晶質もしくは微細結晶質からな
る集合体である連続無機繊維、又は（ｃ） 実質的にα
−Ａｌ2Ｏ3からなる微細結晶集合体である連続無機繊
維、又は（ｄ） 実質的に表面がシリカで被覆されたα
−Ａｌ2Ｏ3からなる微細結晶集合体である連続無機繊
維、 （４）（ａ） 炭素繊維モノフィラメントを芯線とし、
その表面を炭化ケイ素で被覆した連続無機繊維、又は、
（ｂ） タングステン細線を芯線とし、その表面を炭化
ケイ素で被覆した連続無機繊維、 （５） 炭素繊維モノフィラメント又はタングステン細
線を芯線とし、その表面をボロンで被覆した連続無機繊
維、又はさらにその表面をＢ4Ｃ層で被覆した連続無機
繊維、 （６）（ａ） Ｓｉ、Ｃ及びＯから実質的になる非晶質
物質、又は、（ｂ） β−ＳｉＣ及びグラファイト微結
晶からなる集合体、又は、（ｃ） （ａ）の非晶質物質
と（ｂ）の結晶質微粒子集合体の混合系からなるＳｉ、
Ｃ及びＯを組成に持つ連続無機繊維、 （７） シリカ、アルミナを必須成分とし、周期律表第
Ｉ族、第II族及び第III族元素からなる群から選ばれた
少なくとも一種の元素の酸化物を含有する非晶質繊維で
あって、（ａ） 主としてシリカ、アルミナ、カルシ
ア、ボリアから構成される繊維、（ｂ） 主としてシリ
カ、アルミナ、マグネシアから構成される繊維、又は、
（ｃ） 主として、シリカ、アルミナ、カルシア、マグ
ネシア、ボリア、酸化ナトリウムから構成される繊維、
又は、（ｄ） 主として、シリカ、アルミナ、カルシ
ア、マグネシア、酸化ナトリウムから構成される繊維、 （８） 実質的に、シリカとアルミナとから構成される
非晶質繊維、 （９） ケイ素及び窒素を必須成分とし、窒素とケイ素
の比率が（窒素／ケイ素）が、原子比で０.６〜１.５、
好ましくは１.１〜１.４であり、実質的に非晶質又は微
結晶を含有する非晶質からなる窒化ケイ素繊維、 （１０）（ａ） ６チタン酸カリウムからなる繊維状単
結晶、又は、（ｂ） ４チタン酸カリウムの繊維状単結
晶、又は、（ｃ） （ｂ）項でカリウムイオンの一部が
水素イオンで置換された構造を持つチタン酸カリウム水
和物の繊維状単結晶、又は、（ｄ） （ｂ）項でカリウ
ムイオンの全てが水素イオンで置換された構造を持つチ
タニア水和物の繊維状単結晶、又は（ｅ） （ｄ）項の
チタニア水和物から脱水したチタニアの繊維状単結晶、 （１１） 主として直径０.０１〜２.０μｍ、長さ１０
〜１０００μｍの針状結晶のβ−炭化ケイ素からなる繊
維状単結晶、 （１２） 主として直径０.０１〜２.０μｍ、長さ１０
〜１０００μｍの針状結晶のα−炭化ケイ素からなる繊
維状単結晶、 （１３） 主として直径０.０１〜２.０μｍ、長さ１０
〜１０００μｍの針状結晶のα−窒化ケイ素からなる繊
維状単結晶、 （１４） 主として直径０.０１〜２.０μｍ、長さ１０
〜１０００μｍの針状結晶のβ−窒化ケイ素からなる繊
維状単結晶、 （１５） 主として直径０.０１〜２.０μｍ、長さ１０
〜１０００μｍの針状結晶のグラファイトからなる繊維
状単結晶 からなる群から選ばれた少なくとも一種であることを特
徴とする繊維強化金属複合材料を提供する。According to the present invention, in a fiber-reinforced metal composite material in which a fibrous material is used as a reinforcing material and a metal is used as a matrix, the matrix metal has the formula (1) AL a P b Q c (1) [ In the formula, P is Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo
And at least one metal element selected from the group consisting of W, Q represents at least one metal element selected from the group consisting of Fe, Ni, Co, Cu and Zn, and a, b and c are 10% a ≦ 9 in atomic percent
9.8, 0.1 ≦ b ≦ 80, 0.1 ≦ c ≦ 55], which is a high-strength heat-resistant alloy composed of an amorphous material or a composite of an amorphous material and a fine crystalline material. And the fibrous substance is (1) an inorganic fiber made of 92% or more of carbon,
(A) The carbon is composed of continuous ribbon-shaped turbostratic carbon and unorganized carbon of microcrystals in which hexagonal mesh planes of carbon are stacked, and is characterized in that the reflection of carbon on the hkl plane is not observed in X-ray diffraction. Fiber, or (b) at least a part of carbon has a graphite structure, and h of carbon in X-ray diffraction
The observation of the kl plane reflection and / or carbon (00
2) A fiber having a face spacing of 3.4 Å or less and / or a maximum magnetic resistance having a positive value, (2) an aromatic group linked via an amide bond, and having 85% of the amide bond. % Or more are directly bonded to two aromatic rings, and 50% or less of the amide groups are substituted with imide groups to form a continuous organic fiber composed of a synthetic linear polymer. (3) (a) Alumina content Is 72% by weight or more, preferably 75% by weight or more and 98% by weight or less, and the silica content is 28% by weight or less, preferably 2% by weight or more and 25% by weight or less. A continuous inorganic fiber that has a Si spinel structure and is preferably an aggregate of microcrystals having an average particle size of 500 Å or less, and that does not substantially show α-Al 2 O 3 reflection in an X-ray structure, or , (B) γ-Al 2 O 3 , SiO 2 , B 2 O
Substantially becomes three, continuous inorganic fiber is an aggregate of amorphous or finely crystalline, or (c) substantially α
A continuous inorganic fiber which is a fine crystal aggregate of -Al 2 O 3 , or (d) α whose surface is substantially coated with silica
A continuous inorganic fiber which is a fine crystal aggregate made of -Al 2 O 3 , (4) (a) a carbon fiber monofilament as a core wire,
Continuous inorganic fibers whose surface is coated with silicon carbide, or
(B) A continuous inorganic fiber whose core is a tungsten fine wire and whose surface is coated with silicon carbide, (5) A continuous inorganic fiber whose core is a carbon fiber monofilament or a tungsten fine wire, and whose surface is coated with boron, or further its surface Continuous inorganic fibers coated with a B 4 C layer, (6) (a) an amorphous substance consisting essentially of Si, C and O, or (b) an aggregate consisting of β-SiC and graphite microcrystals, or , (C) Si composed of a mixed system of the amorphous substance of (a) and the crystalline fine particle aggregate of (b),
(7) Oxidation of at least one element selected from the group consisting of Group I, Group II and Group III of the Periodic Table with silica and alumina as essential components. (A) a fiber mainly composed of silica, alumina, calcia and boria, (b) a fiber mainly composed of silica, alumina and magnesia, or
(C) A fiber mainly composed of silica, alumina, calcia, magnesia, boria, sodium oxide,
Or (d) a fiber composed mainly of silica, alumina, calcia, magnesia, and sodium oxide, (8) an amorphous fiber composed substantially of silica and alumina, (9) silicon and nitrogen As an essential component, the ratio of nitrogen and silicon (nitrogen / silicon) is 0.6-1.5 in atomic ratio,
Preferably, it is 1.1 to 1.4, and is a substantially amorphous or amorphous silicon nitride fiber containing microcrystals, (10) (a) a fibrous single crystal composed of potassium hexatitanate, Alternatively, (b) a fibrous single crystal of potassium tetratitanate, or (c) a fibrous single crystal of potassium titanate hydrate having a structure in which a part of potassium ions are replaced by hydrogen ions in (b). A crystal, or a fibrous single crystal of titania hydrate having a structure in which all of the potassium ions are replaced with hydrogen ions in (d) and (b), or (e) from the titania hydrate of (d) Dehydrated fibrous single crystal of titania, (11) Mainly diameter 0.01-2.0 μm, length 10
A fibrous single crystal of β-silicon carbide having a needle-shaped crystal of ˜1000 μm, (12) A diameter of 0.01 to 2.0 μm and a length of 10
A fibrous single crystal composed of needle-shaped α-silicon carbide having a diameter of ˜1000 μm, (13) mainly having a diameter of 0.01 to 2.0 μm and a length of 10
A fibrous single crystal composed of needle-shaped α-silicon nitride having a diameter of up to 1000 μm, (14) mainly having a diameter of 0.01 to 2.0 μm and a length of 10
Fibrous single crystal composed of needle-like β-silicon nitride having a diameter of ˜1000 μm, (15) mainly having a diameter of 0.01 to 2.0 μm and a length of 10
Provided is a fiber-reinforced metal composite material, which is at least one selected from the group consisting of fibrous single crystals consisting of graphite of acicular crystals of up to 1000 μm.
【０００７】本発明で使用する合金は、式（１）の組成
を有する非晶質または非晶質と微細結晶質との複合体か
らなる高力耐熱性合金である。式（１）中、Ａｌ、Ｐ、
Ｑの比率は原子パーセントで１０≦ａ≦９９.８、 ０.１
≦ｂ≦８０、０.１≦ｃ≦５５である。原子パーセンン
トを上記範囲に限定したのは、上記範囲から外れると、
非晶質化しにくくなり、工業的な急冷手段では、非晶質
を有する合金が得られにくいこと、また強度、靭性およ
び耐熱性が満足できるものではなくなることによる。The alloy used in the present invention is a high-strength heat-resistant alloy composed of an amorphous material having the composition of formula (1) or a composite of an amorphous material and a fine crystalline material. In the formula (1), Al, P,
The ratio of Q in atomic percent is 10 ≦ a ≦ 99.8, 0.1
≦ b ≦ 80 and 0.1 ≦ c ≦ 55. The reason why the atomic percent is limited to the above range is that when it is out of the above range,
This is because it becomes difficult to amorphize, and it is difficult to obtain an alloy having an amorphous by an industrial quenching means, and strength, toughness and heat resistance are not satisfactory.
【０００８】本発明の材料は、非晶質金属または非晶質
と微結晶質からなるマトリックス中に繊維状物質が配
列、又は、分散したまったく新しい構造形態をとってお
り、繊維状物質の存在によって実質的に室温でのクリー
プを示さない材料である。The material of the present invention has a completely new structural form in which fibrous substances are arranged or dispersed in a matrix composed of an amorphous metal or an amorphous and microcrystalline material, and the presence of the fibrous substances is present. Is a material that does not exhibit creep at room temperature.
【０００９】また、本発明に用いる非晶質合金には、融
点よりかなり低温において安定な過冷却液体状態を保つ
温度領域が存在する。当温度領域における該金属の反応
活性は、融点近傍に比べ低く、従って溶融金属の腐食を
受け易い強化繊維を用いた場合にも繊維／マトリックス
界面に実質的に反応劣化層を形成することなく複合材料
を得ることができる。もちろん、繊維とマトリックス金
属の組み合わせによっては、融点以上の温度での複合化
も可能である。Further, the amorphous alloy used in the present invention has a temperature range in which a stable supercooled liquid state is maintained at a temperature considerably lower than the melting point. The reaction activity of the metal in this temperature range is lower than that near the melting point, and therefore, even when a reinforced fiber which is easily corroded by the molten metal is used, the composite is formed without forming a reaction deterioration layer at the fiber / matrix interface. The material can be obtained. Of course, depending on the combination of the fiber and the matrix metal, compounding at a temperature equal to or higher than the melting point is possible.
【００１０】すなわち、マトリックス組成と複合化方
法、条件を選択することによって、繊維のマトリックス
金属による劣化を回避することができるため、強化繊維
の特性を保持したきわめて高性能の複合材料を得ること
が可能である。That is, by selecting the matrix composition, the compounding method, and the conditions, it is possible to avoid the deterioration of the fiber due to the matrix metal, so that it is possible to obtain an extremely high-performance composite material that retains the characteristics of the reinforcing fiber. It is possible.
【００１１】本発明で用いる合金の製造法を以下に説明
する。該合金は、式（１）の組成を有する合金の溶湯を
液体急冷法などの通常の急冷手段により急冷凝固させる
ことにより得られる。液体急冷法とは、溶融した合金を
急速に冷却させる方法であり、例えば単ロール法、双ロ
ール法などは、１０4−１０6Ｋ／秒程度の冷却速度が得
られるので好ましく用いられる。この単ロール法、双ロ
ール法等により薄帯材料を製造するには、溶湯をノズル
孔を通して約３００〜１００００ｒｐｍの範囲の一定速
度で回転させた直径約３０〜３０００ｍｍの例えば銅あ
るいは鋼製のロールに噴出する。上記操作により幅約１
〜３００ｍｍ、厚さ約５〜５００μｍの薄帯材料が容易
に得られる。The method for producing the alloy used in the present invention will be described below. The alloy is obtained by quenching and solidifying a melt of the alloy having the composition of formula (1) by a normal quenching means such as a liquid quenching method. The liquid quenching method is a method of rapidly cooling a molten alloy, and for example, a single roll method, a twin roll method or the like is preferably used because a cooling rate of about 10 4 -10 6 K / sec can be obtained. In order to produce a ribbon material by the single roll method, the twin roll method, etc., the molten metal is rotated at a constant speed in the range of about 300 to 10000 rpm through a nozzle hole, for example, a roll made of copper or steel having a diameter of about 30 to 3000 mm. Gushes into. Width about 1 by the above operation
A ribbon material having a thickness of about 300 mm and a thickness of about 5 to 500 μm can be easily obtained.
【００１２】液体急冷法のみならず、高圧ガス噴霧法等
の各種アトマイズ法、スプレイ法等により急冷粉末を得
てもよく、急冷法に特に限定されるものではない。得ら
れた合金が非晶質であるか否かは、通常のＸ線回折法に
より非晶質特有のハローパターンの有無により容易に知
りうる。なお、この非晶質組織を加熱すると特定の温度
以上で結晶に分解する。この温度を結晶化温度と呼ぶ。The quenching powder may be obtained not only by the liquid quenching method but also by various atomizing methods such as high-pressure gas atomizing method and spraying method, and the quenching method is not particularly limited. Whether or not the obtained alloy is amorphous can be easily known by the presence or absence of a halo pattern peculiar to amorphous by a usual X-ray diffraction method. When this amorphous structure is heated, it decomposes into crystals at a specific temperature or higher. This temperature is called the crystallization temperature.
【００１３】本発明の強化材としての繊維状物質とマト
リックス金属の複合化方法は、特に限定されるものでは
なく、公知の方法を利用できる。例えば、予め所定形状
の繊維成形体を製造し、この成形体に溶融状態のマトリ
ックス合金を含浸させる高圧鋳造法や遠心鋳造法が挙げ
られる。この方法では無機繊維又はその織物を所定の大
きさ、形状の予備成形体とする。ついで所定温度、例え
ば融点上５０℃に加熱した溶湯を鋳造型内に注入したの
ち、マトリックス合金の結晶化温度を超えない程度に予
熱した予備成形体をキャビテイ内に配置する。この溶湯
に所定圧、例えば１０００ｋｇ／ｃｍ2を加え、繊維と
マトリックス金属を複合化させるとともに、急速に冷却
してマトリックス金属を固化させ、複合材料を得る。The method for compositing the fibrous substance and the matrix metal as the reinforcing material of the present invention is not particularly limited, and a known method can be used. Examples thereof include a high pressure casting method and a centrifugal casting method in which a fiber molded body having a predetermined shape is manufactured in advance and the molded body is impregnated with a molten matrix alloy. In this method, an inorganic fiber or a woven fabric thereof is formed into a preform having a predetermined size and shape. Then, a molten metal heated to a predetermined temperature, for example, 50 ° C. above the melting point, is poured into a casting mold, and a preform preheated to such an extent that the crystallization temperature of the matrix alloy is not exceeded is placed in the cavity. A predetermined pressure, for example, 1000 kg / cm 2 is applied to this molten metal to form a composite with the fiber and the matrix metal, and rapidly cooled to solidify the matrix metal to obtain a composite material.
【００１４】一方、該複合材料独特の複合化方法として
は、本発明の合金が、結晶化温度近傍における過冷却液
体域で超塑性現象を示すことを利用して、複合化させる
方法も可能である。例えば繊維状物質を成形したシート
と非晶質合金を交互積層して、これをマトリックス金属
の過冷却液体温度域でプレスして繊維強化金属複合材料
板を得る方法である。この方法は、繊維状物質が実質的
に侵食を受けない低温低圧下で繊維体積率を安定に制御
しながら複合化できるという利点がある。なお本発明の
合金の結晶化温度は、その組成により異なるが、およそ
４００〜６００℃の範囲である。On the other hand, as a method for forming a composite peculiar to the composite material, it is possible to form a composite by utilizing the fact that the alloy of the present invention exhibits a superplastic phenomenon in the supercooled liquid region near the crystallization temperature. is there. For example, it is a method of alternately laminating sheets formed by molding a fibrous substance and amorphous alloys and pressing them in a supercooled liquid temperature range of a matrix metal to obtain a fiber-reinforced metal composite material plate. This method has an advantage that the fibrous material can be composited while the fiber volume ratio is stably controlled under low temperature and low pressure at which the fibrous material is not substantially corroded. The crystallization temperature of the alloy of the present invention varies depending on its composition, but is in the range of about 400 to 600 ° C.
【００１５】繊維状物質のマトリックス金属中への混合
割合は、体積百分率で１０〜７０％が好ましい。１０％
以下では、強化材による強化効果が少なく、７０％を超
えると強化繊維同士の接触により繊維強度が低下する。The mixing ratio of the fibrous substance to the matrix metal is preferably 10 to 70% by volume. 10%
Below, the reinforcing effect by the reinforcing material is small, and if it exceeds 70%, the fiber strength is lowered due to the contact between the reinforcing fibers.
【００１６】繊維状物質をマトリックス金属中へ混合す
るとき、マトリックス中に繊維を均一に分散させ、繊維
同士の接触を防止することは、複合材料中の組成の均一
化を達成せしめ、繊維体積率の広い範囲での制御を容易
ならしめ、また繊維軸に直角方向の強度を改善するうえ
でも好ましい。この目的のため前記繊維状物質のうち連
続繊維については、表面に短繊維、ウイスカー又は粉末
を付着させた繊維を用いてもよい。When the fibrous substance is mixed into the matrix metal, the fibers are uniformly dispersed in the matrix to prevent the fibers from contacting each other, so that the composition in the composite material can be made uniform and the fiber volume ratio can be improved. Is preferable for facilitating control over a wide range and improving the strength in the direction perpendicular to the fiber axis. For this purpose, short fibers, whiskers or fibers having powder adhering to the surface thereof may be used as continuous fibers among the above fibrous substances.
【００１７】付着させる物質としては、炭化ケイ素、窒
化ケイ素、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、ジル
コニア、ベリリア、炭化ホウ素、炭化チタンのようなセ
ラミックス、金属、金属間化合物が挙げられる。付着物
質の連続繊維に対する割合は、連続繊維に対して約０.
５〜５０容量％が好ましい。Examples of the substance to be adhered include ceramics such as silicon carbide, silicon nitride, alumina, silica, silica-alumina, zirconia, beryllia, boron carbide and titanium carbide, metals and intermetallic compounds. The ratio of the adhered substance to the continuous fiber is about 0.
5 to 50% by volume is preferable.
【００１８】本発明において、必要に応じて使用される
サイジング剤としては、繊維のサイジング剤として公知
のものを使用でき、特に限定されない。例えば、ポリエ
チレンオキサイド、ポリスチレン、ポリメチレン、ポリ
ビニルアルコール、エポキシ樹脂等が用いられる。サイ
ジング剤の使用割合は、繊維又は繊維と付着物質との合
計量に対して約０.５〜５０容量％が好ましい。In the present invention, as the sizing agent used as necessary, those known as fiber sizing agents can be used and are not particularly limited. For example, polyethylene oxide, polystyrene, polymethylene, polyvinyl alcohol, epoxy resin and the like are used. The proportion of the sizing agent used is preferably about 0.5 to 50% by volume based on the total amount of the fibers or the fibers and the adhering substance.
【００１９】連続繊維への付着物質の付着方法は、特に
限定されるものではなく、例えば電着法、流動床を用い
る方法、吹き付け法、懸濁浸漬法等が用いられるが、簡
便さ、適用範囲の広さ等の観点から懸濁浸漬法が好適に
採用される。The method of attaching the adherent substance to the continuous fiber is not particularly limited, and examples thereof include an electrodeposition method, a method using a fluidized bed, a spraying method and a suspension dipping method, which are simple and applicable. The suspension dipping method is preferably used from the viewpoint of the range and the like.
【００２０】浸漬懸濁法の一例としては、ボビン等に巻
き付けた連続繊維又は適当数の連続繊維を束ねた連続繊
維束を巻き戻して、又は連続繊維の織物を前記懸濁液中
に浸漬する方法により、連続繊維又は織物の繊維の各々
の表面に短繊維、ウイスカー又は粉末を付着させる例が
挙げられる。As an example of the immersion suspension method, a continuous fiber wound around a bobbin or the like or a continuous fiber bundle obtained by bundling an appropriate number of continuous fibers is unwound, or a woven fabric of continuous fibers is immersed in the suspension. Examples include attaching short fibers, whiskers or powder to the surface of each of the continuous or woven fibers by the method.
【００２１】繊維数の多い繊維束又は織物を浸漬する場
合には、短繊維、ウイスカー、又は粉末を各繊維に均一
に付着させるために、超音波振動を用いることができ
る。When dipping a fiber bundle or fabric with a large number of fibers, ultrasonic vibration can be used to uniformly attach short fibers, whiskers, or powder to each fiber.
【００２２】懸濁溶媒は、特に限定されるものではない
が、有機溶媒、例えばエタノール、メタノール、アセト
ンが好ましく採用される。The suspension solvent is not particularly limited, but organic solvents such as ethanol, methanol and acetone are preferably adopted.
【００２３】付着物質の懸濁液にサイジング剤を溶解又
は分散させておき両者を同時に連続繊維に付着させても
よい。懸濁液中の付着物質の濃度は特に制限されない
が、過度に小さいと連続繊維に均一に付着せず、過度に
多いと付着量が多くなり過ぎるため、０.５〜３０ｇ／
リットル程度が好ましい。The sizing agent may be dissolved or dispersed in the suspension of the adhering substance and both may be adhered to the continuous fiber at the same time. The concentration of the adhering substance in the suspension is not particularly limited, but if it is too small, it will not adhere evenly to the continuous fibers, and if it is too large, the adhered amount will be too large, so 0.5 to 30 g /
About 1 liter is preferable.
【００２４】繊維強化複合材料では、複合される繊維の
配向の影響によって、その物性が非等方性を示すという
特徴があり、実使用において、この点を考慮した設計が
なされる必要がある。また逆に設計上の要請から、複合
材料の持つ非等方性を制御する場合や、例えば耐摩耗性
の向上のように非等方性を必要としない用途もある。こ
のような要請に応える一方法として、連続繊維を短繊維
状に切断したものを単独、又は他の繊維と組み合わせて
用いる方法もある。The fiber-reinforced composite material is characterized in that its physical properties show anisotropy due to the influence of the orientation of the fibers to be composited, and in actual use, it is necessary to design in consideration of this point. On the contrary, due to design requirements, there are cases where the anisotropy of the composite material is controlled, and there are applications where the anisotropy is not required, such as improvement of wear resistance. As one method for responding to such a demand, there is also a method in which a continuous fiber cut into short fibers is used alone or in combination with other fibers.
【００２５】該短繊維の作成方法としては、前述のサイ
ジング剤によってサイジングされた連続繊維を機械的に
切断、あるいは破砕する方法がある。短繊維の長さは、
用途によって適宜選択されるべきであり、例えば通常の
短繊維強化材料用であれば、直径数μｍの繊維に対し、
０.１〜１００ｍｍ、特に好ましくは０.２〜５ｍｍが選
択される。適当な長さに切断された繊維は、複合材中で
の良好な分散を図る目的で、デサイジングや表面処理が
施される場合もある。As a method of producing the short fibers, there is a method of mechanically cutting or crushing continuous fibers sized by the above-mentioned sizing agent. The length of short fiber is
It should be appropriately selected depending on the application. For example, for a normal short fiber reinforced material, for fibers having a diameter of several μm,
0.1 to 100 mm, particularly preferably 0.2 to 5 mm are selected. The fibers cut to an appropriate length may be subjected to desizing or surface treatment for the purpose of achieving good dispersion in the composite material.
【００２６】［実施例］以下実施例に基づき本発明をよ
り詳細に説明する。[Examples] The present invention will be described in more detail based on the following examples.
【００２７】［参考例］ＰＡＮ系高弾性型炭素繊維（東
レ(株)製、Ｍ６０）上への炭化ケイ素ウイスカー、炭化
ケイ素微粒子の付着方法 図１の装置を用いて繊維の表面に炭化ケイ素ウイスカー
（平均径０.２μｍ、平均長さ３μｍ）と炭化ケイ素微
粒子（平均粒径０.２８μｍ）を付着させた。[Reference Example] Method of depositing silicon carbide whiskers and silicon carbide fine particles on PAN-based high elasticity carbon fiber (M60 manufactured by Toray Industries, Inc.) Silicon carbide whiskers on the surface of the fiber using the apparatus shown in FIG. (Average diameter 0.2 μm, average length 3 μm) and silicon carbide fine particles (average particle size 0.28 μm) were adhered.
【００２８】炭化ケイ素ウイスカー（平均径０.２μ
ｍ、平均長さ３μｍ）１００ｇと炭化ケイ素微粒子（平
均粒径０.２８μｍ）２５０ｇを、エチルアルコール５
００ミリリットルを入れた処理槽（１）に投入後、撹拌
懸濁して処理液（２）を調製した。該繊維の連続繊維束
（３）をボビン（４）から巻き戻し、電気炉（５）で脱
サイジング処理した後、浸漬時間が約１５秒となるよう
にガイドロール（６）、（７）、（８）及び（９）によ
り調節して、撹拌中の処理液（２）に浸漬しながら通糸
し、ついで圧力ロール（１０）及び（１１）によて押圧
した後、乾燥炉（１２）で乾燥し、再びロール（１３）
に巻き取った。得られた繊維は灰緑色を呈し、電子顕微
鏡観察の結果、繊維の表面に主に微粒子が、さらにその
外側にウイスカーが付着しているのが認められた。また
付着量は、微粒子とウイスカーの合計量で７重量％であ
った。Silicon carbide whiskers (average diameter 0.2μ
m, average length 3 μm) 100 g and silicon carbide fine particles (average particle size 0.28 μm) 250 g, ethyl alcohol 5
After being placed in the treatment tank (1) containing 00 ml, the mixture was stirred and suspended to prepare a treatment liquid (2). After unwinding the continuous fiber bundle (3) of the fibers from the bobbin (4) and performing desizing treatment in the electric furnace (5), guide rolls (6), (7), so that the immersion time is about 15 seconds, After being adjusted by (8) and (9), the yarn is passed while being immersed in the treatment liquid (2) under stirring, and then pressed by the pressure rolls (10) and (11), and then the drying furnace (12). Dried in and rolled again (13)
Rolled up. The obtained fiber exhibited a grayish green color, and as a result of electron microscopic observation, it was found that mainly fine particles were attached to the surface of the fiber and whiskers were attached to the outside thereof. The amount of adhesion was 7% by weight as the total amount of fine particles and whiskers.
【００２９】［実施例１］ＰＡＮ系高強度型炭素繊維
（東レ(株)製、Ｍ６０）を直径１ｍのステンレス製ドラ
ムに巻き取った後、ドラム上の繊維にポリエチレンオキ
サイドバインダーを含浸・乾燥させて、繊維が一方向に
引き揃えられた厚さ約１５０μｍの一方向繊維成形体を
作成した。Example 1 PAN-based high-strength carbon fiber (M60 manufactured by Toray Industries, Inc.) was wound on a stainless steel drum having a diameter of 1 m, and the fiber on the drum was impregnated with polyethylene oxide binder and dried. Thus, a unidirectional fiber molded body having a thickness of about 150 μm in which fibers were aligned in one direction was prepared.
【００３０】マトリックス金属は、２段階急冷法による
アモルファスフレークにして用いた。この製造法を図２
に基づいて説明する。合金原料（Ａｌ、Ｚｒ、Ｎｉ）を
高純度アルゴン雰囲気中でアーク溶解し、所定成分をも
つ母合金インゴットを得た。該インゴットをアルゴン雰
囲気のアトマイザ（１４）中の高周波溶解炉（１５）に
より再溶融し、溶湯（１６）が十分に均一化したところ
で、溶解坩堝内のストッパ棒（１７）を抜き取り、溶湯
（１６）を噴霧ノズル（１８）から圧力７５ｋｇ／ｃｍ
2のアルゴンガスとともに噴霧した。噴霧された溶湯
（１９）を噴霧ノズル（１８）直下に設置された冷却用
回転体（２０）に衝突させて急冷し、アモルファスフレ
ーク（平均寸法１００μｍ×５０μｍ×３μｍ）を得
た。The matrix metal was used as amorphous flakes by a two-step quenching method. This manufacturing method is shown in FIG.
It will be explained based on. Alloy raw materials (Al, Zr, Ni) were arc-melted in a high-purity argon atmosphere to obtain a mother alloy ingot having predetermined components. The ingot was remelted by a high frequency melting furnace (15) in an atomizer (14) in an argon atmosphere, and when the molten metal (16) was sufficiently homogenized, the stopper rod (17) in the melting crucible was pulled out, and the molten metal (16 ) Through a spray nozzle (18) at a pressure of 75 kg / cm
Sprayed with 2 argon gas. The sprayed molten metal (19) was made to collide with the cooling rotator (20) installed immediately below the spray nozzle (18) and rapidly cooled to obtain amorphous flakes (average size 100 μm × 50 μm × 3 μm).
【００３１】アモルファスフレークは簡易分級して、２
００μｍ以上の粗大粒を取り除いた後、石油系軽質油と
混練し、スラリー状にして使用した。簡易分級後のアモ
ルファスフレークには、Ｘ線回折法により非晶質構造に
特有のハローパターンの存在が確認された。Amorphous flakes are simply classified into 2
After removing coarse particles of 00 μm or more, the mixture was kneaded with a petroleum light oil to be used as a slurry. The presence of a halo pattern peculiar to the amorphous structure was confirmed by the X-ray diffraction method in the amorphous flakes after the simple classification.
【００３２】繊維とマトリックス金属の複合化方法を次
に説明する。まず前記一方向繊維成形体シート上にアモ
ルファスフレークスラリーをロールコーターを用いて均
一に塗布した後、各シートを積層して予備複合体を得
た。予備複合体はアルゴン気流中で乾燥した後、シリコ
ンラバーカプセルに封入して、これを上記合金系が過冷
却液体状態にあり、超塑性加工が可能な温度域に保持し
ながら、オートクレーブ内で加圧し、所定形状の繊維強
化金属複合材料板（２７０×１８０×３ｍｍ）を得た。
なお、加圧時の圧力及び時間は、それぞれ５０ｋｇｆ／
ｃｍ2、５０分であった。A method for forming a composite of fibers and a matrix metal will be described below. First, the amorphous flake slurry was uniformly applied onto the unidirectional fiber molded sheet using a roll coater, and then the sheets were laminated to obtain a preliminary composite. The pre-composite is dried in an argon stream and then encapsulated in a silicone rubber capsule, which is heated in an autoclave while maintaining the temperature range where the alloy system is in the supercooled liquid state and superplastic working is possible. By pressing, a fiber-reinforced metal composite material plate (270 × 180 × 3 mm) having a predetermined shape was obtained.
The pressure and time during pressurization are 50 kgf /
It was cm 2 and 50 minutes.
【００３３】表１に示すように、本発明のＦＲＭは繊維
に平行な方向の引張強度およそ２２０ｋｇ／ｍｍ2、垂
直方向に１００〜１７０ｋｇ／ｍｍ2、繊維方向引張弾
性率３６〜３７ｔ／ｍｍ2を示し、従来の時効硬化型ア
ルミニウム合金（Ａｌ−Ｓｉ−Ｆｅ系、４５ｋｇ／ｍｍ
2、７ｔ／ｍｍ2）や、アルミ基アモルファス合金（Ａｌ
−Ｚｒ−Ｎｉ系、８０〜１４０ｋｇ／ｍｍ2、５〜８ｔ
／ｍｍ2）、あるいはアルミニウム基ＦＲＭ（チラノ繊
維強化アルミニウム、繊維方向１００ｋｇ／ｍｍ2、垂
直方向３５ｋｇ／ｍｍ2、繊維方向弾性率１０ｔ／ｍ
ｍ2）と比較して、強度、弾性率、異方性において優れ
た性質を示した。[0033] Table As shown in 1, FRM of the present invention had a tensile strength of approximately 220 kg / mm 2 in a direction parallel to the fibers, 100~170kg / mm 2 in the vertical direction, the fiber direction tensile modulus 36~37t / mm 2 Shows the conventional age hardening type aluminum alloy (Al-Si-Fe system, 45 kg / mm
2 , 7 t / mm 2 ) and aluminum-based amorphous alloy (Al
-Zr-Ni system, 80-140 kg / mm 2 , 5-8t
/ Mm 2 ), or aluminum-based FRM (Tyranno fiber reinforced aluminum, fiber direction 100 kg / mm 2 , vertical direction 35 kg / mm 2 , fiber direction elastic modulus 10 t / m
m 2 ) showed excellent properties in strength, elastic modulus and anisotropy.
【００３４】さらに表１中、マトリックスＣの複合材料
について耐摩耗性を測定したところ、従来のアルミニウ
ム基合金と比べておよそ１００倍であった。Further, in Table 1, the abrasion resistance of the matrix C composite material was measured, and it was about 100 times that of the conventional aluminum-based alloy.
【００３５】 表１ 無機繊維 マトリックス 引張強度 繊維方向 Ｖｆ 繊維方向 垂直方向 弾性率 （％） 無機繊維 Ａ ２２０ １５０ ３６ ６０ ［Ｉ］ Ｂ ２２０ １００ ３６ ６０ Ｃ ２２０ １６０ ３７ ６０ Ｄ ２２０ １７０ ３７ ６０ Ｅ ２２０ １６０ ３７ ６０ Ｆ ２２０ １４０ ３８ ６０ Ｇ ２２０ １５０ ３８ ６０ 注：Ａ；Ａｌ10Ｚｒ70Ｎｉ20 Ｂ；Ａｌ85Ｚｒ5Ｎｉ10 Ｃ；Ａｌ10Ｚｒ65Ｎｉ25 Ｄ；Ａｌ35Ｚｒ40Ｎｉ25 Ｅ；Ａｌ65Ｚｒ10Ｎｉ25 Ｆ；Ａｌ15Ｚｒ60Ｎｉ25 Ｇ；Ａｌ20Ｚｒ60Ｎｉ20 引張強度の単位；ｋｇ／ｍｍ2 弾性率の単位；ｔ／ｍｍ2。Table 1 Inorganic fiber Matrix Tensile strength Fiber direction Vf Fiber direction Vertical direction Elastic modulus (%) Inorganic Fiber A 220 150 150 36 60 [I] B 220 220 100 36 60 C 220 220 160 37 60 D 220 170 37 37 60 E 220 220 160 37 60 F 220 220 140 38 60 G 220 150 150 38 60 Note: A; AlTenZr70Ni20 B; Al85ZrFiveNiTen C; AlTenZr65Nitwenty five D; Al35Zr40Nitwenty five E; Al65ZrTenNitwenty five F; Al15Zr60Nitwenty five G; Al20Zr60Ni20 Unit of tensile strength: kg / mm2 Unit of elastic modulus; t / mm2.
【００３６】［実施例２］マトリックス金属として実施
例１と同様に操作して得られた成分組成Ａｌ10Ｚｒ70Ｎ
ｉ20のアモルファスフレークを用い、強化材としてＰＡ
Ｎ系高強度炭素繊維（東レ(株)製、Ｔ−８００）、Ｓｉ
Ｃ／Ｃ繊維（ＡＶＣＯ(株)製、ＳＧＳ−２）、ＳｉＣ繊
維（日本カーボン(株)製、ニカロン）を用いた他は 実
施例１と同様に複合化して繊維強化金属複合材料を得
た。[Example 2] Component composition Al 10 Zr 70 N obtained by the same operation as in Example 1 as a matrix metal
i 20 amorphous flakes were used as PA
N-based high-strength carbon fiber (T-800, manufactured by Toray Industries, Inc.), Si
A fiber-reinforced metal composite material was obtained by compounding in the same manner as in Example 1 except that C / C fiber (SGS-2 manufactured by AVCO Co., Ltd.) and SiC fiber (Nicaron manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.) were used. ..
【００３７】表２に示すように、本発明のＦＲＭは繊維
と平行な方向に１９０〜２００ｋｇ／ｍｍ2、繊維と垂
直方向に８０〜１１０ｋｇ／ｍｍ2の引張強度、繊維方
向引張弾性率１１〜１３ｔ／ｍｍ2を示し、従来の時効
硬化型アルミニウム合金（Ａｌ−Ｓｉ−Ｆｅ系、４５ｋ
ｇ／ｍｍ2、７ｔ／ｍｍ2）や、アルミ基アモルファス合
金（Ａｌ−Ｚｒ−Ｎｉ系、８０〜１４０ｋｇ／ｍｍ2、
５〜８ｔ／ｍｍ2）、あるいはアルミニウム基ＦＲＭ
（チラノ繊維強化アルミニウム、繊維方向１００ｋｇ／
ｍｍ2、垂直方向３５ｋｇ／ｍｍ2、繊維方向弾性率１０
ｔ／ｍｍ2）と比較して、強度、弾性率、異方性におい
て優れた性質を示した。As shown in Table 2, FRM of the present invention is 190~200kg / mm 2 in a direction parallel to the fibers, the tensile strength of 80 to 110 kg / mm 2 in the fiber and the vertical direction, the fiber direction tensile modulus 11 13 t / mm 2, which is a conventional age hardening type aluminum alloy (Al-Si-Fe system, 45 k
g / mm 2 , 7 t / mm 2 ) or an aluminum-based amorphous alloy (Al-Zr-Ni system, 80 to 140 kg / mm 2 ,
5-8t / mm 2 ) or aluminum-based FRM
(Tyranno fiber reinforced aluminum, fiber direction 100kg /
mm 2 , vertical direction 35 kg / mm 2 , fiber direction elastic modulus 10
t / mm 2 ) and showed excellent properties in strength, elastic modulus and anisotropy.
【００３８】 表２ 強化繊維 引張強度 繊維方向 Ｖｆ 繊維方向 垂直方向 弾性率 （％） ＰＡＮ系高強度炭素繊維 ２５０ １５０ ２１ ６０ ＳｉＣ／Ｃ繊維 ２３０ １５０ ２６ ６０ ＳｉＣ細径繊維 １９０ １５０ １４ ６０ 注：引張強度の単位；ｋｇ／ｍｍ2、弾性率の単位；ｔ／ｍｍ2。Table 2 Reinforcing fiber Tensile strength Fiber direction Vf Fiber direction Vertical direction Elastic modulus (%) PAN-based high-strength carbon fiber 250 150 21 60 SiC / C fiber 230 150 150 26 60 SiC thin fiber 190 190 150 14 60 Note: Unit of tensile strength; kg / mm2, Unit of elasticity; t / mm2.
【００３９】［実施例３］強化材として参考例で示した
方法によりその周囲にＳｉＣ粒子を付着させたＰＡＮ系
高弾性炭素繊維（東レ(株)製、Ｍ６０）を用い、マトリ
ックス金属として成分組成Ａｌ10Ｚｒ70Ｎｉ20アモルフ
ァスフレークを用いて、実施例１と同様に複合化し、繊
維強化金属複合材料を得た。[Example 3] PAN-based high-elasticity carbon fiber (M60 manufactured by Toray Industries, Inc.) having SiC particles adhered to the periphery by the method shown in the reference example was used as the reinforcing material, and the composition of the components was used as the matrix metal. Using Al 10 Zr 70 Ni 20 amorphous flakes, composite was performed in the same manner as in Example 1 to obtain a fiber-reinforced metal composite material.
【００４０】この複合材料は、繊維体積含有率Ｖｆがお
よそ６０％で、繊維強化方向の引張強度が１７０ｋｇ／
ｍｍ2、垂直方向が１３５ｋｇ／ｍｍ2の強度を示し、か
つ強化繊維の周囲に付着させた粉末の効果により、従来
になく高強度で、かつ異方性の少ない長繊維強化金属複
合材料が得られた。This composite material has a fiber volume content Vf of about 60% and a tensile strength in the fiber reinforced direction of 170 kg /
mm 2, the vertical direction indicates the intensity of 135 kg / mm 2, and the effect of the powder was attached around the reinforcing fibers, high strength than ever, and less anisotropy fiber-reinforced metal composite material obtained Was given.
【００４１】［実施例４］ＳｉＣ繊維（日本カーボン
(株)製、ニカロン）の繊維束１００ｇをサイジングされ
た状態のまま、機械的に１ｍｍの長さのチョップ状に切
断した。これをエチルアルコール４００ミリリットル、
水１００ミリリットル、ポリエチレンオキサイド１０ｇ
の混合溶液と撹拌混合し、該繊維チョップの懸濁液を調
製した。次いで、該懸濁液を８０℃に加熱された板上に
ロールコーターを用いて塗布した。溶媒の蒸散後、加熱
板上には該チョップが塗布方向に優先的に配向したシー
トが生成した。このシートを用い、実施例１と同様の方
法でＡｌ10Ｚｒ70Ｎｉ20アモルファス合金と複合化し、
繊維強化金属複合材料板を得た。この複合材料は、繊維
体積含有率Ｖｆが１０％で繊維の優先配向方向の引張強
度は１５０ｋｇ／ｍｍ2、垂直方向では１３５ｋｇ／ｍ
ｍ2の強度を示した。[Example 4] SiC fiber (Nippon Carbon
100 g of a fiber bundle manufactured by Nikaron Co., Ltd. was mechanically cut into a chopped piece having a length of 1 mm in the sized state. 400 ml of ethyl alcohol,
100 ml water, 10 g polyethylene oxide
The mixture solution was stirred and mixed to prepare a suspension of the fiber chop. Then, the suspension was applied onto a plate heated to 80 ° C. using a roll coater. After evaporation of the solvent, a sheet in which the chops were preferentially oriented in the coating direction was formed on the heating plate. Using this sheet, a composite with Al 10 Zr 70 Ni 20 amorphous alloy was prepared in the same manner as in Example 1,
A fiber reinforced metal composite plate was obtained. This composite material has a fiber volume content Vf of 10%, a tensile strength in the preferential orientation direction of the fiber of 150 kg / mm 2 , and a vertical direction of 135 kg / m 2.
It showed a strength of m 2 .
【００４２】[0042]
【発明の効果】本発明によれば、マトリックス金属とし
て非晶質又は非晶質と微細結晶質との複合体からなる高
力耐熱性合金を用い、これと繊維状物質を複合化するこ
とにより、従来の繊維強化金属複合材料に比し、格段に
優れた機械的特性を有する繊維強化金属複合材料が提供
される。According to the present invention, a high-strength heat-resistant alloy composed of an amorphous material or a composite of an amorphous material and a fine crystalline material is used as a matrix metal, and this is combined with a fibrous substance. Provided is a fiber-reinforced metal composite material which has mechanical properties remarkably superior to those of conventional fiber-reinforced metal composite materials.
【図１】連続無機繊維にウイスカー等を付着させる装置
の説明図である。FIG. 1 is an explanatory view of an apparatus for attaching whiskers and the like to continuous inorganic fibers.
【図２】アモルファスフレークの製造装置の説明図であ
る。FIG. 2 is an explanatory diagram of an apparatus for producing amorphous flakes.
１：処理槽 ２：処理液 ５：電気炉 １４：アトマイザー １５：高周波溶解炉 １６：溶湯 ２０：冷却用回転体 1: Treatment tank 2: Treatment liquid 5: Electric furnace 14: Atomizer 15: High-frequency melting furnace 16: Molten metal 20: Rotating body for cooling
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｄ０１Ｆ 9/22 7199−3Ｂ (72)発明者 井上 明久 宮城県仙台市青葉区川内無番地川内住宅11 −806 (72)発明者 和久 芳春 山口県宇部市大字小串1978番地の５ 宇部 興産株式会社無機材料研究所内 (72)発明者 高橋 亨 山口県宇部市大字小串1978番地の５ 宇部 興産株式会社無機材料研究所内 (72)発明者 山村 武民 山口県宇部市大字小串1978番地の５ 宇部 興産株式会社無機材料研究所内Continuation of front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Office reference number FI Technical display location D01F 9/22 7199-3B (72) Inventor Akihisa Inoue Kawauchi Muzenchi, Aoba-ku, Sendai City, Miyagi Prefecture 11-806 (72) Inventor Yoshiharu Waku, 5 1978, Kogushi, Ube City, Ube City, Yamaguchi Prefecture, in the Institute for Inorganic Materials, Ube Industries Ltd. (72) Inventor, Toru Takahashi, 5 1978, Kozugushi, Ube City, Yamaguchi Prefecture, in the Institute for Inorganic Materials, Ube Industries Ltd. (72) Inventor Takemin Yamamura, 5 1978, Kogushi, Ube City, Ube City, Yamaguchi Prefecture Ube Industries Ltd. Inorganic Materials Research Center
Claims (3)
ックスとする繊維強化金属複合材料において、マトリッ
クス金属が式（１） ＡＬaＰbＱc （１） ［式中、ＰはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ
およびＷからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属
元素を示し、ＱはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、ＣｕおよびＺｎか
らなる群からなる選ばれた少なくとも一種の金属元素を
示し、ａ、ｂおよびｃは原子パーセントで１０≦ａ≦９
９.８、 ０.１≦ｂ≦８０、０.１≦ｃ≦５５を示す］の
組成を有する、非晶質または非晶質と微細結晶質との複
合体からなる高力耐熱性合金であり、繊維状物質が、 （１） ９２％以上の炭素からなる無機繊維であって、
（ａ） 炭素が炭素六角網面の積み重なった微結晶の連
続したリボン状の乱層構造炭素と非組織炭素とからな
り、Ｘ線回折における炭素ほｈｋｌ面の反射が観測され
ないことを特徴とする繊維、又は（ｂ） 炭素の少なく
とも一部が黒鉛構造であり、Ｘ線回折における炭素のｈ
ｋｌ面の反射が観測されること、及び／又は炭素（００
２）面間隔が３.４Å以下及び／又は、最大磁気抵抗が
正の値であることを特徴とする繊維、 （２） アミド結合を介して結びついた芳香族基からな
り、該アミド結合の８５％以上が２個の芳香環と直接結
合しており、該アミド基の５０％以下がイミド基で置換
されている合成線状高分子からなる連続有機繊維、 （３）（ａ） アルミナ含有量が７２重量％以上であ
り、好ましくは７５重量％以上、９８重量％以下であ
り、シリカ含有量が２８重量％以下であり、好ましくは
２重量％以上、２５重量％以下の組成で、Ａｌ−Ｓｉス
ピネル構造を持つ微結晶からなる集合体であり、Ｘ線的
構造においてはα−Ａｌ2Ｏ3の反射を実質的に示さない
連続無機繊維、又は、（ｂ） γ−Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ
Ｏ2、Ｂ2Ｏ3から実質的になり、非晶質もしくは微細結
晶質からなる集合体である連続無機繊維、又は（ｃ）
実質的にα−Ａｌ2Ｏ3からなる微細結晶集合体である連
続無機繊維、又は（ｄ） 実質的に表面がシリカで被覆
されたα−Ａｌ2Ｏ3からなる微細結晶集合体である連続
無機繊維、 （４）（ａ） 炭素繊維モノフィラメントを芯線とし、
その表面を炭化ケイ素で被覆した連続無機繊維、又は、
（ｂ） タングステン細線を芯線とし、その表面を炭化
ケイ素で被覆した連続無機繊維、 （５） 炭素繊維モノフィラメント又はタングステン細
線を芯線とし、その表面をボロンで被覆した連続無機繊
維、又はさらにその表面をＢ4Ｃ層で被覆した連続無機
繊維、 （６）（ａ） Ｓｉ、Ｃ及びＯから実質的になる非晶質
物質、又は、（ｂ） β−ＳｉＣ及びグラファイト微結
晶からなる集合体、又は、（ｃ） （ａ）の非晶質物質
と（ｂ）の結晶質微粒子集合体の混合系からなるＳｉ、
Ｃ及びＯを組成に持つ連続無機繊維、 （７） シリカ、アルミナを必須成分とし、周期律表第
Ｉ族、第II族及び第III族元素からなる群から選ばれた
少なくとも一種の元素の酸化物を含有する非晶質繊維で
あって、（ａ） 主としてシリカ、アルミナ、カルシ
ア、ボリアから構成される繊維、（ｂ） 主としてシリ
カ、アルミナ、マグネシアから構成される繊維、又は、
（ｃ） 主として、シリカ、アルミナ、カルシア、マグ
ネシア、ボリア、酸化ナトリウムから構成される繊維、
又は、（ｄ） 主として、シリカ、アルミナ、カルシ
ア、マグネシア、酸化ナトリウムから構成される繊維、 （８） 実質的に、シリカとアルミナとから構成される
非晶質繊維、 （９） ケイ素及び窒素を必須成分とし、窒素とケイ素
の比率が（窒素／ケイ素）が、原子比で０.６〜１.５、
好ましくは１.１〜１.４であり、実質的に非晶質又は微
結晶を含有する非晶質からなる窒化ケイ素繊維、 （１０）（ａ） ６チタン酸カリウムからなる繊維状単
結晶、又は、（ｂ） ４チタン酸カリウムの繊維状単結
晶、又は、（ｃ） （ｂ）項でカリウムイオンの一部が
水素イオンで置換された構造を持つチタン酸カリウム水
和物の繊維状単結晶、又は、（ｄ） （ｂ）項でカリウ
ムイオンの全てが水素イオンで置換された構造を持つチ
タニア水和物の繊維状単結晶、又は（ｅ） （ｄ）項の
チタニア水和物から脱水したチタニアの繊維状単結晶、 （１１） 主として直径０.０１〜２.０μｍ、長さ１０
〜１０００μｍの針状結晶のβ−炭化ケイ素からなる繊
維状単結晶、 （１２） 主として直径０.０１〜２.０μｍ、長さ１０
〜１０００μｍの針状結晶のα−炭化ケイ素からなる繊
維状単結晶、 （１３） 主として直径０.０１〜２.０μｍ、長さ１０
〜１０００μｍの針状結晶のα−窒化ケイ素からなる繊
維状単結晶、 （１４） 主として直径０.０１〜２.０μｍ、長さ１０
〜１０００μｍの針状結晶のβ−窒化ケイ素からなる繊
維状単結晶、 （１５） 主として直径０.０１〜２.０μｍ、長さ１０
〜１０００μｍの針状結晶のグラファイトからなる繊維
状単結晶 からなる群から選ばれた少なくとも一種であることを特
徴とする繊維強化金属複合材料。1. A fiber-reinforced metal composite material comprising a fibrous substance as a reinforcing material and a metal as a matrix, wherein the matrix metal has the formula (1) AL a P b Q c (1) [wherein P is Zr, Hf. , V, Nb, Ta, Cr, Mo
And at least one metal element selected from the group consisting of W, Q represents at least one metal element selected from the group consisting of Fe, Ni, Co, Cu and Zn, and a, b and c are Atomic percentage 10 ≦ a ≦ 9
9.8, 0.1 ≦ b ≦ 80, 0.1 ≦ c ≦ 55]], which is a high-strength heat-resistant alloy composed of an amorphous material or a composite of an amorphous material and a fine crystalline material. And the fibrous substance is (1) an inorganic fiber composed of 92% or more of carbon,
(A) The carbon is composed of continuous ribbon-shaped turbostratic carbon and unorganized carbon of microcrystals in which hexagonal mesh planes of carbon are stacked, and is characterized in that the reflection of carbon on the hkl plane is not observed in X-ray diffraction. Fiber, or (b) at least a part of carbon has a graphite structure, and h of carbon in X-ray diffraction
The observation of the kl plane reflection and / or carbon (00
2) A fiber having a face spacing of 3.4 Å or less and / or a maximum magnetic resistance having a positive value, (2) an aromatic group linked via an amide bond, and having 85% of the amide bond. % Or more are directly bonded to two aromatic rings, and 50% or less of the amide groups are substituted with imide groups to form a continuous organic fiber composed of a synthetic linear polymer. (3) (a) Alumina content Is 72% by weight or more, preferably 75% by weight or more and 98% by weight or less, and the silica content is 28% by weight or less, preferably 2% by weight or more and 25% by weight or less. A continuous inorganic fiber which is an aggregate made of microcrystals having a Si spinel structure and which does not substantially show reflection of α-Al 2 O 3 in an X-ray structure, or (b) γ-Al 2 O 3 , Si
A continuous inorganic fiber which is an aggregate composed of O 2 and B 2 O 3 and which is substantially amorphous or fine crystalline; or (c)
Continuous substantially α-Al 2 O 3 is a microcrystal aggregate comprising continuous inorganic fibers, or (d) substantially the surface is made of α-Al 2 O 3 coated with silica fine crystals aggregates Inorganic fiber, (4) (a) carbon fiber monofilament as a core wire,
Continuous inorganic fibers whose surface is coated with silicon carbide, or
(B) A continuous inorganic fiber whose core is a tungsten fine wire and whose surface is coated with silicon carbide, (5) A continuous inorganic fiber whose core is a carbon fiber monofilament or a tungsten fine wire, and whose surface is coated with boron, or further its surface Continuous inorganic fibers coated with a B 4 C layer, (6) (a) an amorphous substance consisting essentially of Si, C and O, or (b) an aggregate consisting of β-SiC and graphite microcrystals, or , (C) Si composed of a mixed system of the amorphous substance of (a) and the crystalline fine particle aggregate of (b),
(7) Oxidation of at least one element selected from the group consisting of Group I, Group II and Group III of the Periodic Table with silica and alumina as essential components. (A) a fiber mainly composed of silica, alumina, calcia and boria, (b) a fiber mainly composed of silica, alumina and magnesia, or
(C) A fiber mainly composed of silica, alumina, calcia, magnesia, boria, sodium oxide,
Or (d) a fiber composed mainly of silica, alumina, calcia, magnesia, and sodium oxide, (8) an amorphous fiber composed substantially of silica and alumina, (9) silicon and nitrogen As an essential component, the ratio of nitrogen and silicon (nitrogen / silicon) is 0.6-1.5 in atomic ratio,
Preferably, it is 1.1 to 1.4, and is a substantially amorphous or amorphous silicon nitride fiber containing microcrystals, (10) (a) a fibrous single crystal composed of potassium hexatitanate, Alternatively, (b) a fibrous single crystal of potassium tetratitanate, or (c) a fibrous single crystal of potassium titanate hydrate having a structure in which a part of potassium ions are replaced by hydrogen ions in (b). A crystal, or a fibrous single crystal of titania hydrate having a structure in which all of the potassium ions are replaced with hydrogen ions in (d) and (b), or (e) from the titania hydrate of (d) Dehydrated fibrous single crystal of titania, (11) Mainly diameter 0.01-2.0 μm, length 10
A fibrous single crystal of β-silicon carbide having a needle-shaped crystal of ˜1000 μm, (12) A diameter of 0.01 to 2.0 μm and a length of 10
A fibrous single crystal composed of needle-shaped α-silicon carbide having a diameter of ˜1000 μm, (13) mainly having a diameter of 0.01 to 2.0 μm and a length of 10
A fibrous single crystal composed of needle-shaped α-silicon nitride having a diameter of up to 1000 μm, (14) mainly having a diameter of 0.01 to 2.0 μm and a length of 10
Fibrous single crystal composed of needle-like β-silicon nitride having a diameter of ˜1000 μm, (15) mainly having a diameter of 0.01 to 2.0 μm and a length of 10
A fiber-reinforced metal composite material, characterized in that it is at least one selected from the group consisting of fibrous single crystals consisting of graphite of acicular crystals of up to 1000 μm.
維であるものについて、該繊維の表面に短繊維、ウイス
カーまたは粉未が付着されたものである請求項１記載の
繊維強化金属複合材料。2. The fiber-reinforced metal composite according to claim 1, wherein among the reinforcing fibers according to claim 1, continuous fibers are obtained by adhering short fibers, whiskers or non-powder on the surface of the fibers. material.
維であるものについて、該連続繊維を短繊維状に切断し
たものを強化材とした請求項１記載の繊維強化金属複合
材料。3. The fiber-reinforced metal composite material according to claim 1, wherein among the reinforcing fibers according to claim 1, continuous fibers are obtained by cutting the continuous fibers into short fibers.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30239391A JPH05117823A (en) | 1991-10-22 | 1991-10-22 | Fiber reinforced metallic composite material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30239391A JPH05117823A (en) | 1991-10-22 | 1991-10-22 | Fiber reinforced metallic composite material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05117823A true JPH05117823A (en) | 1993-05-14 |
Family
ID=17908375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30239391A Pending JPH05117823A (en) | 1991-10-22 | 1991-10-22 | Fiber reinforced metallic composite material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05117823A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1182006A (en) * | 1997-09-12 | 1999-03-26 | Denki Kagaku Kogyo Kk | Heat insulative sealant and its use |
| US6086688A (en) * | 1997-07-28 | 2000-07-11 | Alcan International Ltd. | Cast metal-matrix composite material and its use |
| JP2009510267A (en) * | 2005-10-03 | 2009-03-12 | エーテーハー チューリヒ | Bulk metallic glass / graphite composites |
| WO2020199354A1 (en) * | 2019-04-04 | 2020-10-08 | 碳翁(北京)科技有限公司 | High-temperature-resistant electrothermal fiber and application thereof |
-
1991
- 1991-10-22 JP JP30239391A patent/JPH05117823A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6086688A (en) * | 1997-07-28 | 2000-07-11 | Alcan International Ltd. | Cast metal-matrix composite material and its use |
| JPH1182006A (en) * | 1997-09-12 | 1999-03-26 | Denki Kagaku Kogyo Kk | Heat insulative sealant and its use |
| JP2009510267A (en) * | 2005-10-03 | 2009-03-12 | エーテーハー チューリヒ | Bulk metallic glass / graphite composites |
| WO2020199354A1 (en) * | 2019-04-04 | 2020-10-08 | 碳翁(北京)科技有限公司 | High-temperature-resistant electrothermal fiber and application thereof |
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