JPH06212316A - Composite material and its production - Google Patents
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- JPH06212316A JPH06212316A JP25320193A JP25320193A JPH06212316A JP H06212316 A JPH06212316 A JP H06212316A JP 25320193 A JP25320193 A JP 25320193A JP 25320193 A JP25320193 A JP 25320193A JP H06212316 A JPH06212316 A JP H06212316A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、複合材料およびその製
造方法に関するものである。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a composite material and a method for producing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、複合材料は、高い比強度を得るた
めに、軽量なマトリックス、たとえばＡｌ、Ａｌを主体
とする合金、ＭｇまたはＭｇを主体とする合金を用いて
きた。また、その製造方法は、溶融状態にあるＡｌ、Ａ
ｌを主体とする合金、ＭｇまたはＭｇを主体とする合金
と繊維とを複合化させる、あるいは、固体状態にあるＡ
ｌ、Ａｌを主体とする合金、ＭｇまたはＭｇを主体とす
る合金と繊維とを複合化させる方法が一般的であった。2. Description of the Related Art Conventionally, in order to obtain a high specific strength, a composite material has used a lightweight matrix such as Al, an alloy containing Al as a main component, Mg or an alloy containing Mg as a main component. In addition, the manufacturing method is based on molten Al, A
l in the solid state, or a composite of Mg and an alloy mainly composed of Mg and fibers, or A in a solid state
In general, a method of compounding a fiber with Al, an alloy containing Al as a main component, Mg or an alloy containing Mg as a main component, and fibers.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ａｌ、
Ａｌを主体とする合金、ＭｇまたはＭｇを主体とする合
金と繊維とを直接複合化させると、濡れ性、反応性の問
題から複合材料として良好な特性が得られなかった。す
なわち、Ａｌ、Ａｌを主体とする合金、ＭｇまたはＭｇ
を主体とする合金は、繊維との濡れ性が悪く容易に繊維
束中に浸入しないため、良好な特性の複合材料を得るこ
とができなかった。また、Ａｌ、Ａｌを主体とする合
金、ＭｇまたはＭｇを主体とする合金を繊維束中に分散
させ、拡散接合等を利用して複合化した場合には、Ａ
ｌ、Ａｌを主体とする合金、ＭｇまたはＭｇを主体とす
る合金と繊維とが反応し、繊維が劣化して繊維界面に脆
弱な反応層を形成するため、良好な特性の複合材料が得
られなかった。However, Al,
When an alloy mainly composed of Al, Mg or an alloy mainly composed of Mg and fibers were directly compounded, good properties as a composite material could not be obtained due to problems of wettability and reactivity. That is, Al, an alloy mainly composed of Al, Mg or Mg
The alloy mainly composed of has a poor wettability with the fibers and does not easily penetrate into the fiber bundle, so that a composite material having good characteristics could not be obtained. When Al, an alloy containing Al as a main component, Mg or an alloy containing Mg as a main component is dispersed in a fiber bundle and compounded by diffusion bonding or the like, A
l, an alloy containing Al as a main component, Mg or an alloy containing Mg as a main component reacts with the fiber, and the fiber deteriorates to form a brittle reaction layer at the fiber interface, so that a composite material having good characteristics can be obtained. There wasn't.
【０００４】これらの問題を解決するため、すなわち、
繊維表面に濡れ性を付与し、かつ、マトリックスとの反
応を制御するために、金属コーティングまたはセラミッ
クコーティングを施した繊維を用いて複合材料を製造す
ることが試みられた。しかし、金属コーティングは、Ａ
ｌ、Ｍｇまたはその合金と繊維との反応を防ぐ効果が低
く、得られた複合材料の特性は低いものであった。一
方、セラミックコーティングは、良好な特性の複合材料
が得られるものの、その製造には熱ＣＶＤ法等の設備を
必要とするため、工業的な大量生産には不向きであっ
た。To solve these problems, namely,
Attempts have been made to fabricate composites with metal-coated or ceramic-coated fibers in order to impart wettability to the fiber surface and control the reaction with the matrix. However, the metal coating is
1, the effect of preventing the reaction of Mg or its alloy with the fiber was low, and the properties of the obtained composite material were low. On the other hand, the ceramic coating is not suitable for industrial mass production because it requires a facility such as a thermal CVD method for its production, although a composite material having good characteristics can be obtained.
【０００５】この発明の目的は、上述の問題点を解決
し、工業的な大量生産が可能な複合材料を提供すること
にある。An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a composite material which can be industrially mass-produced.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明による複
合材料は、金属コーティングを施した繊維からなる強化
材と、金属コーティング用金属の融点より低い融点を有
し、かつ当該金属と反応しにくい金属またはそれを主体
とする合金からなるマトリックスとを含む。A composite material according to the invention of claim 1 has a reinforcing material composed of fibers coated with a metal and a melting point lower than that of the metal for the metal coating and reacting with the metal. And a matrix composed of a refractory metal or an alloy containing it as a main component.
【０００７】請求項２の発明による複合材料は、請求項
１の発明において、マトリックスとして用いられる金属
または合金は、Ｚｎ、Ｚｎを主体とする合金、Ｐｂ、Ｐ
ｂを主体とする合金、Ｓｎ、Ｓｎを主体とする合金のい
ずれかから選ばれる。In the composite material according to the invention of claim 2, in the invention of claim 1, the metal or alloy used as the matrix is Zn, an alloy mainly composed of Zn, Pb or P.
It is selected from the group consisting mainly of b and the alloys mainly composed of Sn and Sn.
【０００８】請求項３の発明による複合材料は、請求項
１の発明において、繊維は、長繊維、短繊維、ウィスカ
ーのいずれかから選ばれる。In the composite material according to the invention of claim 3, in the invention of claim 1, the fibers are selected from long fibers, short fibers and whiskers.
【０００９】請求項４の発明による複合材料は、請求項
１の発明において、繊維は、炭素繊維、無機繊維、金属
繊維のいずれかから選ばれる。In the composite material according to the invention of claim 4, in the invention of claim 1, the fiber is selected from any of carbon fiber, inorganic fiber and metal fiber.
【００１０】請求項５の発明による複合材料は、請求項
１の発明において、金属コーティング用金属は、Ｎｉ、
Ｃｕ、Ｃｕ−Ｚｎ合金のいずれかから選ばれる。The composite material according to a fifth aspect of the present invention is the composite material according to the first aspect, wherein the metal for metal coating is Ni,
It is selected from Cu and Cu-Zn alloys.
【００１１】請求項６の発明による複合材料の製造方法
は、繊維に金属コーティングを施すステップと、金属コ
ーティング用金属の融点より低い融点を有し、かつ当該
金属と反応しにくい金属またはそれを主体とする合金を
固相線以上に溶融するステップと、金属コーティングさ
れた繊維を溶融した金属または合金に浸漬するステップ
とを備える。The method for producing a composite material according to the sixth aspect of the present invention comprises a step of applying a metal coating to the fiber, a metal having a melting point lower than that of the metal for metal coating and hardly reacting with the metal, or a metal mainly composed of the metal. And the step of immersing the metal-coated fiber in the molten metal or alloy.
【００１２】請求項７の発明による複合材料の製造方法
は、繊維に金属コーティングを施すステップと、金属コ
ーティング用金属の融点より低い融点を有し、かつ当該
金属と反応しにくい金属またはそれを主体とする合金
を、金属コーティングされた繊維の金属コーティング上
に付着させるステップと、金属または合金が付着された
金属コーティングされた繊維を複数本集めて、付着され
た金属または合金を互いに接合させるステップとを備え
る。A method for producing a composite material according to a seventh aspect of the present invention comprises a step of applying a metal coating to the fiber, and a metal having a melting point lower than that of the metal for metal coating and hardly reacting with the metal Depositing the alloy on the metal coating of the metal-coated fiber, and collecting a plurality of metal-coated fibers having the metal or alloy deposited thereon to bond the deposited metal or alloy together. Equipped with.
【００１３】請求項８の発明による複合材料の製造方法
は、請求項７の発明において、金属または合金を金属コ
ーティングされた繊維の金属コーティング上に付着させ
るステップは、ＣＶＤ法または真空蒸着法を用いて行な
われる。The method for producing a composite material according to the invention of claim 8 is the invention of claim 7, wherein the step of depositing the metal or alloy on the metal coating of the metal-coated fiber uses a CVD method or a vacuum deposition method. Will be performed.
【００１４】請求項９の発明による複合材料の製造方法
は、請求項７の発明において、付着された金属または合
金を互いに接合させるステップは、圧力付与および／ま
たは熱付与条件下において行なわれる。In the method for manufacturing a composite material according to the invention of claim 9, in the invention of claim 7, the step of joining the deposited metals or alloys to each other is performed under pressure and / or heat application conditions.
【００１５】[0015]
【作用】請求項１〜請求項５の発明の複合材料の繊維
は、金属コーティングが施されている。そのため、マト
リックスとして用いられる金属との濡れ性が向上し、か
つ反応が制御されるため、特性の良好な複合材料が得ら
れる。この金属コーティングに用いられる金属として
は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｕ−Ｚｎ合金等の、めっき技術を用
いることができるものが、工業的な生産には有効と考え
られる。The fibers of the composite material of the inventions of claims 1 to 5 are coated with a metal. Therefore, the wettability with the metal used as the matrix is improved and the reaction is controlled, so that a composite material having good characteristics can be obtained. As a metal used for this metal coating, a metal such as Cu, Ni, or a Cu—Zn alloy that can be used by a plating technique is considered to be effective for industrial production.
【００１６】また、請求項１〜請求項５の発明による複
合材料のマトリックスは、金属コーティング用金属の融
点より低い融点を有し、かつ当該金属と反応しにくい金
属またはそれを主体とする合金からなる。複合材料の比
重は、繊維の体積割合が増加するにつれ繊維の比重に近
づくため、マトリックスは必ずしも軽量である必要はな
い。具体的な金属マトリックスとしては、Ｚｎ、Ｚｎを
主体とする合金、Ｐｂ、Ｐｂを主体とする合金、Ｓｎま
たはＳｎを主体とする合金が、実用金属であることから
も適切であると考えられる。これらの金属は、上述の金
属コーティング用金属の融点よりかなり低い融点を有す
る。そのため、繊維と金属との複合化の際にも、金属コ
ーティングを維持でき、繊維とマトリックスとの反応を
防ぐことができる上に、濡れ性が向上するため、良好な
特性の複合材料が得られる。Further, the matrix of the composite material according to the inventions of claims 1 to 5 is made of a metal having a melting point lower than that of the metal for metal coating and hardly reacting with the metal or an alloy mainly composed of the metal. Become. The matrix does not necessarily have to be lightweight, as the specific gravity of the composite material approaches that of the fibers as the volume fraction of the fibers increases. As a specific metal matrix, Zn, an alloy containing Zn as a main component, Pb, an alloy containing Pb as a main component, and Sn or an alloy containing Sn as a main component are considered suitable because they are practical metals. These metals have melting points well below those of the metal coating metals described above. Therefore, even when the fiber and the metal are compounded, the metal coating can be maintained, the reaction between the fiber and the matrix can be prevented, and the wettability is improved, so that a composite material having good properties can be obtained. .
【００１７】このような複合材料の製法の１つとして、
請求項６の発明による方法は、金属コーティング繊維を
溶融状態にあるマトリックス中に浸漬する方法である。
上述のように金属コーティングとマトリックスの濡れ性
は良好であり、マトリックスは繊維束中に容易に浸入
し、かつ、反応も抑制されるため、良好な特性の複合材
料を得ることができる。As one of the manufacturing methods for such a composite material,
The method according to the invention of claim 6 is a method of immersing a metal-coated fiber in a matrix in a molten state.
As described above, the wettability between the metal coating and the matrix is good, the matrix easily penetrates into the fiber bundle, and the reaction is suppressed, so that a composite material having good properties can be obtained.
【００１８】次に、複合材料の製法の別法として、請求
項７〜請求項９の発明によれば、金属コーティングを施
した繊維に、金属コーティングとの量比を明らかにして
金属を付着させる。ここで示す付着は、金属コーティン
グに物理的あるいは化学的な付着、結合のどちらの場合
でも構わない。具体的な金属の付着手段としては、単に
粉末金属を金属コーティングにまぶす方法、めっき法等
があるが、一般には、気相法とされる手段、すなわち、
ＣＶＤ法あるいは真空蒸着法等が金属の付着の均一性を
確保するうえからも適切と考えられる。しかし、金属を
均一に付着できる手段であれば、これに限られるもので
はない。Next, as another method of producing the composite material, according to the invention of claims 7 to 9, the metal is applied to the metal-coated fiber by clarifying the quantitative ratio with the metal coating. . The adhesion shown here may be physical or chemical adhesion or bonding to the metal coating. Specific means for attaching the metal include a method of simply sprinkling a powder metal on a metal coating, a plating method, etc.
It is considered that the CVD method or the vacuum vapor deposition method is suitable from the viewpoint of ensuring the uniformity of metal adhesion. However, the means is not limited to this as long as it can uniformly attach the metal.
【００１９】ここで、付着させる金属とコーティング金
属の量比を調整する目的は、次の工程において、金属コ
ーティングと付着金属の反応あるいは拡散によるコーテ
ィング厚さの増加を調整し、繊維の繊維割合と複合材料
の耐熱性を制御するためである。浸漬による方法では、
溶融金属がほぼ無限に供給されるため、このような制御
が行ないにくい。Here, the purpose of adjusting the amount ratio of the metal to be deposited and the coating metal is to adjust the increase of the coating thickness due to the reaction or diffusion of the metal coating and the deposited metal in the next step, and to adjust the fiber ratio of the fiber. This is to control the heat resistance of the composite material. In the immersion method,
Such control is difficult to perform because the molten metal is supplied almost infinitely.
【００２０】また、請求項７〜請求項９の発明におい
て、金属を付着させた金属コーティングを施した繊維を
複数本集めて、付着された金属または合金を互いに接合
させるステップでは、付着金属とコーティング金属間の
拡散あるいは反応を利用した接合を行なう。低融点の付
着金属の接合を主としているので、低温、低圧力で接合
させることが可能である。接合を得るための手段として
は、ホットプレス、ロール拡散接合、ＨＩＰ等の手段を
用いることができるが、圧力付与および／または熱付与
条件下において接合させる手段であれば、特に限定する
必要はない。Further, in the inventions of claims 7 to 9, in the step of collecting a plurality of fibers coated with a metal to which a metal is adhered and joining the adhered metal or alloy to each other, the adhered metal and the coating are applied. Bonding using diffusion or reaction between metals is performed. Since the bonding of the low melting point adhered metal is mainly performed, it is possible to bond at a low temperature and a low pressure. As a means for obtaining the bonding, means such as hot pressing, roll diffusion bonding, HIP and the like can be used, but it is not particularly limited as long as it is a means for bonding under the condition of applying pressure and / or heat. .
【００２１】請求項７〜請求項９の方法では、金属コー
ティング量と付着金属の量の比を予め設定し、所望の耐
熱性と繊維の体積割合を有する良好な特性の複合材料を
得ることができる。In the methods of claims 7 to 9, the ratio of the amount of metal coating and the amount of deposited metal is set in advance, and a composite material having desired heat resistance and good volume ratio of fibers can be obtained. it can.
【００２２】[0022]
【実施例】以下、実施例により本発明による複合材料を
示す。EXAMPLES Hereinafter, composite materials according to the present invention will be shown by examples.
【００２３】（実施例１）炭素繊維３０００本にＣｕま
たはＮｉをコーティングした炭素繊維束（トレカめっき
糸 東レファインケミカル製）と、マトリックスとして
ＺｎまたはＰｂ−Ｓｎ合金を用い、表１に示すような複
合材料の試作を実施した。また、同時に比較のため、Ａ
ｌをマトリックスとした複合材料も試作した。複合化
は、溶融金属中を炭素繊維を通糸させることで行ない、
一方向強化複合材料を得た。なお、溶融金属の温度は、
Ｚｎ＝４５０℃、Ｐｂ−Ｓｎ合金＝３００℃、Ａｌ＝７
００℃である。繊維の溶融金属浸漬時間は、複合材料中
の繊維体積割合、複合材料の寸法、溶融金属の種類によ
って異なるが、本実施例の場合、Ｚｎ、Ｐｂ−Ｓｎ合金
およびＡｌへの浸漬時間は、それぞれ６０ｓｅｃ、０．
５ｓｅｃおよび９０ｓｅｃである。Example 1 A carbon fiber bundle of 3000 carbon fibers coated with Cu or Ni (Torayca-plated yarn manufactured by Toray Fine Chemical Co., Ltd.) and Zn or Pb-Sn alloy as a matrix were used to form a composite as shown in Table 1. Material trial production was carried out. At the same time, for comparison, A
A composite material using l as a matrix was also manufactured. Complexation is performed by passing carbon fibers through the molten metal,
A unidirectionally reinforced composite material was obtained. The temperature of the molten metal is
Zn = 450 ° C., Pb—Sn alloy = 300 ° C., Al = 7
It is 00 ° C. The molten metal immersion time of the fiber varies depending on the fiber volume ratio in the composite material, the size of the composite material, and the type of molten metal, but in the present example, the immersion time in the Zn, Pb-Sn alloy and Al is respectively 60 seconds, 0.
5 sec and 90 sec.
【００２４】このようにして得られた複合材料の特性
を、表１に示す。表１中の理論強度とは、繊維の引張り
強さおよびマトリックスの引張り強さより予想される、
計算による引張り強さを示す。The characteristics of the composite material thus obtained are shown in Table 1. The theoretical strength in Table 1 is predicted from the tensile strength of the fiber and the tensile strength of the matrix,
The calculated tensile strength is shown.
【００２５】[0025]
【表１】 [Table 1]
【００２６】表１より、ＺｎまたはＰｂ−Ｓｎ合金をマ
トリックスに用いた複合材料は、Ａｌをマトリックスに
用いた複合材料よりも理論強度に近い特性が得られてお
り、理論強度達成率が高いことがわかる。From Table 1, it can be seen that the composite material using Zn or Pb-Sn alloy as the matrix has characteristics closer to the theoretical strength than the composite material using Al as the matrix, and that the theoretical strength achievement rate is high. I understand.
【００２７】図１は、ＺｎまたはＰｂ−Ｓｎ合金をマト
リックスに用いた複合材料の断面図を示す。また、図２
は、Ａｌをマトリックスに用いた複合材料の断面図を示
す。図１および図２からわかるように、ＺｎまたはＰｂ
−Ｓｎ合金をマトリックスに用いた場合には、Ｚｎまた
はＰｂ−Ｓｎ合金と金属コーティングとの反応が生じる
ものの、繊維表面に金属コーティングが維持でき、繊維
とマトリックスとが過剰に反応しない。それに対して、
Ａｌをマトリックスに用いた場合は、金属コーティング
がＡｌと反応し破壊され、Ａｌと繊維とが反応すると同
時に破壊された金属コーティングが、マトリックスに不
均一に分散してしまう。FIG. 1 shows a sectional view of a composite material using a Zn or Pb-Sn alloy as a matrix. Also, FIG.
Shows a cross-sectional view of a composite material using Al as a matrix. As can be seen from FIGS. 1 and 2, Zn or Pb
When the —Sn alloy is used for the matrix, the Zn or Pb—Sn alloy reacts with the metal coating, but the metal coating can be maintained on the fiber surface, and the fiber and the matrix do not react excessively. On the other hand,
When Al is used for the matrix, the metal coating reacts with Al and is destroyed, and at the same time when the Al reacts with the fiber, the destroyed metal coating is unevenly dispersed in the matrix.
【００２８】表１より明らかなように、実施例の複合材
料は、比重の面ではＡｌをマトリックスとした従来例の
複合材料に及ばない。しかし、実施例の複合材料は、比
強度の面ではＡｌをマトリックスとした場合より上回っ
ている。As is clear from Table 1, the composite materials of the examples are inferior to the composite materials of the conventional example using Al as a matrix in terms of specific gravity. However, the composite materials of the examples are higher in specific strength than when Al is used as the matrix.
【００２９】この実施例１の製法によれば、簡易に良好
な特性の複合材料を得ることができる。しかし、上述の
方法では、金属コーティングとマトリックスの反応ある
いは拡散を生じ、コーティング厚さ（金属コーティング
とマトリックスの反応あるいは拡散によるコーティング
厚さの増分を含むコーティング厚さ）が増加し、繊維の
間隔が大きくなる。このように繊維間隔が大きくなる場
合、複合材料中の繊維体積割合が大きくできず、強度を
向上させることができない。また、繊維の間隔が大きく
なる場合、複合材料中で金属コーティングが占める量よ
りも低融点金属の占める量が大きくなり、複合材料の耐
熱性が低くなる。According to the manufacturing method of Example 1, a composite material having good characteristics can be easily obtained. However, the above method causes reaction or diffusion of the metal coating and the matrix, increases the coating thickness (coating thickness including the increment of the coating thickness due to the reaction or diffusion of the metal coating and the matrix), and increases the fiber spacing. growing. When the fiber spacing becomes large in this way, the volume ratio of fibers in the composite material cannot be increased, and the strength cannot be improved. In addition, when the spacing between the fibers is large, the amount of the low melting point metal occupies more than the amount of the metal coating in the composite material, and the heat resistance of the composite material becomes low.
【００３０】以下、実施例２および実施例３に、かかる
問題を解決するためになされた本複合材料の製法の別法
を示す。Hereinafter, Examples 2 and 3 show another method of manufacturing the present composite material for solving the above problem.
【００３１】（実施例２）炭素繊維３０００本にＮｉを
０．２μｍ、０．５μｍの厚さでめっきした炭素繊維束
（トレカめっき糸、東レファインケミカル製）を、Ａｒ
ガス雰囲気中５００℃、１０分間でサイジング剤を十分
に除去した後、Ｚｎの蒸着を実施した。(Example 2) 3000 carbon fibers were plated with Ni to a thickness of 0.2 μm and 0.5 μm (torayca-plated yarn, manufactured by Toray Fine Chemical Co., Ltd.) using Ar.
After the sizing agent was sufficiently removed at 500 ° C. for 10 minutes in a gas atmosphere, Zn vapor deposition was performed.
【００３２】図３は、蒸着装置の一例を示す概略図であ
る。図３を参照して、この蒸着装置は、Ａｒガス送入管
１ａ，１ｂを有する蒸着室２と、炭素繊維３を送り出す
ための送りリール４と、炭素繊維３を巻取るための巻取
リール５とを備えている。蒸着室２内には、Ｚｎ６を入
れるためのるつぼ７が設置されている。また、このるつ
ぼ７内のＺｎ６を加熱するため、蒸着室２の外部には、
電気炉８が設けられている。FIG. 3 is a schematic view showing an example of a vapor deposition apparatus. With reference to FIG. 3, this vapor deposition apparatus includes a vapor deposition chamber 2 having Ar gas inlet tubes 1a and 1b, a feed reel 4 for feeding out carbon fibers 3, and a take-up reel for winding up carbon fibers 3. 5 and. A crucible 7 for containing Zn6 is installed in the vapor deposition chamber 2. In addition, since Zn6 in the crucible 7 is heated, outside the deposition chamber 2,
An electric furnace 8 is provided.
【００３３】このような装置を用いて、以下のようにし
て蒸着を行なった。まず、Ａｒガス送入管１ａ，１ｂよ
り、Ａｒガスを蒸着室２内へ送入した。次に、Ａｒガス
雰囲気中で、るつぼ７内のＺｎ６を電気炉８を用いて７
００℃に加熱した。そして、このるつぼ７の上を、送り
リール４および巻取リール５とを用いて、金属コーティ
ング炭素繊維３を矢印９に示す方向へ通過させた。Vapor deposition was performed as follows using such an apparatus. First, Ar gas was fed into the vapor deposition chamber 2 through the Ar gas feed pipes 1a and 1b. Next, the Zn6 in the crucible 7 was placed in an Ar gas atmosphere by using an electric furnace 8.
Heated to 00 ° C. Then, the metal coated carbon fiber 3 was passed over the crucible 7 in the direction shown by the arrow 9 by using the feed reel 4 and the take-up reel 5.
【００３４】Ｚｎの金属コーティング上への付着量は、
金属コーティング炭素繊維のるつぼ上での滞在時間に比
例した。このため、金属コーティング炭素繊維の通過速
度を変化させ、金属コーティング炭素繊維への低融点金
属の付着量、すなわち、金属コーティング用金属と付着
用金属の量比および合計を調節した。The amount of Zn deposited on the metal coating is
It was proportional to the residence time of the metal coated carbon fiber on the crucible. Therefore, the passage speed of the metal-coated carbon fiber was changed to adjust the amount of the low melting point metal deposited on the metal-coated carbon fiber, that is, the amount ratio and the total of the metal coating metal and the deposition metal.
【００３５】次に、金属を付着させた金属コーティング
炭素繊維をホットプレスにより接合させ、２ｍｍ×１５
ｍｍ×２００ｍｍの一方向強化複合材料を得た。ホット
プレスの条件は、一次接合が３８０℃、５０ＭＰａ、５
分間で、二次接合が４６０℃、２５ＭＰａ、１０分間で
あった。Next, the metal-coated carbon fibers to which the metal is attached are joined by hot pressing to form 2 mm × 15.
A unidirectionally reinforced composite material of mm × 200 mm was obtained. The conditions of hot pressing are as follows: primary bonding: 380 ° C., 50 MPa, 5
In minutes, the secondary bonding was 460 ° C., 25 MPa, 10 minutes.
【００３６】得られた複合材料についてその強化方向で
引っ張り試験を実施した結果を、表２に示す。Table 2 shows the results of a tensile test conducted on the obtained composite material in the strengthening direction.
【００３７】[0037]
【表２】 [Table 2]
【００３８】表２より明らかなように、理論強度に近い
特性が得られていることがわかる。 （実施例３）炭素繊維３０００本にＣｕを０．５μｍの
厚さでめっきした炭素繊維束（トレカめっき糸、東レフ
ァインケミカル製）を、Ａｒガス雰囲気中５００℃、１
０分間でサイジング剤を十分に除去した後、Ｐｂ−５０
ｗｔ％Ｓｎを付着させた。付着には溶射を用いた。Ｐｂ
−Ｓｎ合金を付着させたＣｕコーティング炭素繊維をロ
ールにて接合し、テープ形状（幅１０ｍｍ×厚さ２ｍ
ｍ）の一方向強化複合材料を作製した。ロール接合は、
直径２５０ｍｍのロールを用い、加熱温度１５０℃、圧
延荷重１ｔ、ロール周速１０ｍｍ／分の条件で実施し
た。As is clear from Table 2, it is understood that the characteristics close to the theoretical strength are obtained. (Example 3) A carbon fiber bundle (Torayca plated yarn, manufactured by Toray Fine Chemical Co., Ltd.) in which 3000 carbon fibers were plated with Cu to a thickness of 0.5 μm was placed in an Ar gas atmosphere at 500 ° C. for 1 hour.
After sufficiently removing the sizing agent in 0 minutes, Pb-50
wt% Sn was deposited. Thermal spraying was used for the adhesion. Pb
-Cu coated carbon fiber with Sn alloy attached was joined with a roll to form a tape (width 10 mm x thickness 2 m
m) A unidirectionally reinforced composite material was prepared. Roll joining is
Using a roll having a diameter of 250 mm, the heating temperature was 150 ° C., the rolling load was 1 t, and the roll peripheral speed was 10 mm / min.
【００３９】得られた複合材料の繊維強化方向の引っ張
り強さ測定結果を、表３に示す。Table 3 shows the results of measuring the tensile strength of the obtained composite material in the direction of fiber reinforcement.
【００４０】[0040]
【表３】 [Table 3]
【００４１】表３より明らかなように、理論値に近い特
性が得られることがわかる。 （実施例４）実施例１に示した製法による複合材料と、
実施例２の製法による複合材料の耐熱性の比較を、表４
に示す。耐熱性の評価は、５００℃において引っ張り試
験を行ない、引っ張り強さを測定し、強度保持率を比較
することにより実施した。なお、強度保持率とは、室温
引っ張り強さにより高温時の引っ張り強さを除した値を
百分率で示したものである。As is apparent from Table 3, it can be seen that the characteristics close to the theoretical values can be obtained. (Example 4) A composite material produced by the manufacturing method described in Example 1,
A comparison of the heat resistance of the composite material according to the manufacturing method of Example 2 is shown in Table 4.
Shown in. The heat resistance was evaluated by conducting a tensile test at 500 ° C., measuring the tensile strength, and comparing the strength retention rates. The strength retention rate is a value obtained by dividing the tensile strength at high temperature by the tensile strength at room temperature and showing it in percentage.
【００４２】[0042]
【表４】 [Table 4]
【００４３】表４より明らかなように、実施例２の製法
による複合材料の方が、耐熱性に優れていることがわか
る。As is clear from Table 4, the composite material produced by the production method of Example 2 is superior in heat resistance.
【００４４】以上のように、実施例２および実施例３に
示す低融点を有する金属を金属コーティングに付着させ
る製造方法は、実施例１の浸漬する方法に比較し、低融
点金属の量を少なくすることができることより、複合材
料の耐熱性を改善することができる。しかしながら、工
程数は浸漬法に比較し多くなることから、いずれの製法
を用いるかは用途によって選択すればよい。なお、複合
材料の耐熱性が必要な場合には、繊維も耐熱性に優れる
ものを用いる方が望ましい。たとえば、炭素繊維である
ならば、ＰＡＮ系高強度型炭素繊維よりも、ＰＡＮ系高
弾性型炭素繊維、ピッチ系炭素繊維の利用が望ましい。As described above, the manufacturing method for depositing the metal having a low melting point shown in Examples 2 and 3 on the metal coating has a smaller amount of the low melting point metal than the dipping method of Example 1. Therefore, the heat resistance of the composite material can be improved. However, since the number of steps is greater than that of the dipping method, which manufacturing method should be used may be selected depending on the application. When heat resistance of the composite material is required, it is desirable to use fibers having excellent heat resistance. For example, in the case of carbon fiber, it is preferable to use PAN-based high elasticity type carbon fiber and pitch-based carbon fiber rather than PAN-based high strength type carbon fiber.
【００４５】なお、以上の実施例に関する開示は、本発
明の単なる具体例にすぎず、本発明の技術的範囲を何ら
制限するものではない。It should be noted that the disclosure of the above embodiments is merely specific examples of the present invention and does not limit the technical scope of the present invention.
【００４６】すなわち、本発明の複合材料に用いられる
繊維の形態は、強化効率が大きいことから長繊維が最も
望ましいと考えられるが、短繊維、ウィスカーを用いて
も何ら支障はない。That is, regarding the morphology of the fibers used in the composite material of the present invention, long fibers are considered to be the most desirable because of their high reinforcing efficiency, but short fibers and whiskers can be used without any problem.
【００４７】また、繊維の材質は、軽量性、機械的特性
が他の繊維と比べて優れているため、炭素繊維が最適で
あるが、このほかには、炭化ケイ素、アルミナ繊維等の
無機繊維を用いることが望ましい。また、ボロン繊維、
タングステン線、ステンレス線等の金属繊維を用いても
同等の効果を期待できる。Further, as the material of the fiber, carbon fiber is most suitable because it is superior in lightness and mechanical properties to other fibers, but in addition to this, inorganic fibers such as silicon carbide and alumina fibers are also available. Is preferred. Also, boron fiber,
Even if a metal fiber such as a tungsten wire or a stainless wire is used, the same effect can be expected.
【００４８】さらに、金属コーティング用金属には、電
気めっきまたは無電解めっきにより工業的な生産が可能
なＮｉ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｚｎ等が好ましい。しかし、この
金属コーティングは、濡れ性付与およびマトリックスと
の反応制御を目的とするものであるため、これらに特に
限定されるわけではない。Further, the metal for metal coating is preferably Ni, Cu, Cu-Zn or the like which can be industrially produced by electroplating or electroless plating. However, the metal coating is intended for imparting wettability and controlling reaction with the matrix, and is not particularly limited thereto.
【００４９】また、マトリックスには、Ｚｎ、Ｚｎを主
体とする合金、Ｐｂ、Ｐｂを主体とする合金、Ｓｎ、Ｓ
ｎを主体とする合金が、実用金属であるこからも適切で
あると考えられる。しかし、この金属種は、金属コーテ
ィングを侵さないものであれば、特に限定する必要はな
い。The matrix includes Zn, an alloy containing Zn as a main component, Pb, an alloy containing Pb as a main component, Sn and S.
It is considered that the alloy mainly composed of n is suitable because it is a practical metal. However, this metal species is not particularly limited as long as it does not attack the metal coating.
【００５０】[0050]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、工業的
な大量生産が可能な複合材料を提供することができる。
また、本発明による複合材料を実施例のように細径の複
合材料とすれば、二次成形用のプリフォームワイヤとし
て適用できる。さらに、線材を作製しロープとして使用
することも可能である。また、鋳型に予めセットし溶融
金属を鋳込むことにより、ニアネットシェープの複合材
料にも対応できる。さらに、金属コーティングと低融点
金属の量比を制御することにより、耐熱性に優れる複合
材料が得られ、タービンブレード等への適用も可能であ
る。As described above, according to the present invention, it is possible to provide a composite material which can be industrially mass-produced.
Further, if the composite material according to the present invention is a composite material having a small diameter as in the embodiment, it can be applied as a preform wire for secondary molding. Furthermore, it is possible to produce a wire and use it as a rope. Further, it is possible to handle a composite material of near net shape by setting it in a mold in advance and casting molten metal. Further, by controlling the amount ratio of the metal coating and the low melting point metal, a composite material having excellent heat resistance can be obtained, and it can be applied to a turbine blade or the like.
【図１】本発明に従う複合材料の一例の断面図である。1 is a cross-sectional view of an example of a composite material according to the present invention.
【図２】従来の複合材料の一例の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of an example of a conventional composite material.
【図３】本発明に従い複合材料を製造する際に用いられ
る蒸着装置の一例の概略図である。FIG. 3 is a schematic view of an example of a vapor deposition apparatus used when manufacturing a composite material according to the present invention.
３ 金属コーティング炭素繊維 ６ Ｚｎ 3 Metal coated carbon fiber 6 Zn
Claims (9)
強化材と、 前記金属コーティング用金属の融点より低い融点を有
し、かつ当該金属と反応しにくい金属またはそれを主体
とする合金からなるマトリックスとを含む、複合材料。1. A reinforcing material composed of metal-coated fibers, and a matrix composed of a metal having a melting point lower than that of the metal for metal coating and hardly reacting with the metal or an alloy mainly composed of the metal. Including composite materials.
または合金は、Ｚｎ、Ｚｎを主体とする合金、Ｐｂ、Ｐ
ｂを主体とする合金、Ｓｎ、Ｓｎを主体とする合金のい
ずれかから選ばれる、請求項１記載の複合材料。2. The metal or alloy used as the matrix is Zn, an alloy mainly composed of Zn, Pb or P
The composite material according to claim 1, which is selected from any one of an alloy containing b as a main component, Sn, and an alloy containing Sn as a main component.
ーのいずれかから選ばれる、請求項１記載の複合材料。3. The composite material according to claim 1, wherein the fibers are selected from long fibers, short fibers and whiskers.
繊維のいずれかから選ばれる、請求項１記載の複合材
料。4. The composite material according to claim 1, wherein the fibers are selected from carbon fibers, inorganic fibers, and metal fibers.
Ｃｕ、Ｃｕ−Ｚｎ合金のいずれかから選ばれる、請求項
１記載の複合材料。5. The metal for metal coating is Ni,
The composite material according to claim 1, which is selected from Cu and Cu-Zn alloys.
と、 前記金属コーティング用金属の融点より低い融点を有
し、かつ当該金属と反応しにくい金属またはそれを主体
とする合金を固相線以上に溶融するステップと、 前記金属コーティングされた繊維を、前記溶融した金属
または合金に浸漬するステップとを備える、複合材料の
製造方法。6. A step of applying a metal coating to the fiber, and melting a metal having a melting point lower than that of the metal for metal coating and hardly reacting with the metal or an alloy mainly composed of the metal above the solidus line. And a step of immersing the metal-coated fiber in the molten metal or alloy.
と、 前記金属コーティング用金属の融点より低い融点を有
し、かつ当該金属と反応しにくい金属またはそれを主体
とする合金を、前記金属コーティングされた繊維の金属
コーティング上に付着させるステップと、 前記金属または合金が付着された金属コーティングされ
た繊維を複数本集めて、付着された金属または合金を互
いに接合させるステップとを備える、複合材料の製造方
法。7. A step of applying a metal coating to the fiber, wherein a metal having a melting point lower than that of the metal for metal coating and hardly reacting with the metal or an alloy mainly composed of the metal is coated with the metal. A method of manufacturing a composite material, comprising: attaching the fibers onto a metal coating; and collecting a plurality of the metal-coated fibers to which the metal or alloy is attached and joining the attached metals or alloys to each other. .
された繊維の金属コーティング上に付着させるステップ
は、ＣＶＤ法または真空蒸着法を用いて行なわれる、請
求項７記載の複合材料の製造方法。8. The method for producing a composite material according to claim 7, wherein the step of depositing the metal or alloy on the metal coating of the metal-coated fiber is performed by using a CVD method or a vacuum deposition method.
接合させるステップは、圧力付与および／または熱付与
条件下において行なわれる、請求項７記載の複合材料の
製造方法。9. The method for producing a composite material according to claim 7, wherein the step of joining the deposited metals or alloys to each other is performed under pressure and / or heat application conditions.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25320193A JPH06212316A (en) | 1992-10-09 | 1993-10-08 | Composite material and its production |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-271376 | 1992-10-09 | ||
| JP27137692 | 1992-10-09 | ||
| JP25320193A JPH06212316A (en) | 1992-10-09 | 1993-10-08 | Composite material and its production |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06212316A true JPH06212316A (en) | 1994-08-02 |
Family
ID=26541079
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25320193A Withdrawn JPH06212316A (en) | 1992-10-09 | 1993-10-08 | Composite material and its production |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06212316A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007277691A (en) * | 2006-04-11 | 2007-10-25 | Showa Denko Kk | Carbon fiber-reinforced aluminum composite material and its production method |
-
1993
- 1993-10-08 JP JP25320193A patent/JPH06212316A/en not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007277691A (en) * | 2006-04-11 | 2007-10-25 | Showa Denko Kk | Carbon fiber-reinforced aluminum composite material and its production method |
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