JPS6096742A - 炭素繊維複合材料およびその製造方法 - Google Patents
炭素繊維複合材料およびその製造方法Info
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- JPS6096742A JPS6096742A JP20452983A JP20452983A JPS6096742A JP S6096742 A JPS6096742 A JP S6096742A JP 20452983 A JP20452983 A JP 20452983A JP 20452983 A JP20452983 A JP 20452983A JP S6096742 A JPS6096742 A JP S6096742A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は）１またはＡｔ合金マトリックス中に炭素繊維
な配列させた被合材料およびその製造方法に関する。
な配列させた被合材料およびその製造方法に関する。
一般に、Ｃ，Ｂ、 ＳｉＣ，Ｗ等のファイバーは高い比
強度、比弾性乞有し、これらと他の素材ン組合わせた複
合材料はこれらファイバーあるいは素材のもつ特性を著
しく改良し、あるいは単体の時には有しなかった特性を
付与することができ、特に密度に対して強度弾性率が高
いことから、航空機用、宇宙開発用材料をはじめとして
種々の分野に使用し得る材料として注目を集めている。
強度、比弾性乞有し、これらと他の素材ン組合わせた複
合材料はこれらファイバーあるいは素材のもつ特性を著
しく改良し、あるいは単体の時には有しなかった特性を
付与することができ、特に密度に対して強度弾性率が高
いことから、航空機用、宇宙開発用材料をはじめとして
種々の分野に使用し得る材料として注目を集めている。
これらファイバーを用いた複合材料トシテフェノール、
エポキシ等の熱硬化性樹脂にファイ、Ｖ−を配列した、
所謂ＦＲＰが現在、実用化され、航空機用材料から日用
品に至るまで広範囲に使用されている。しかし、これら
ＦＲＰはファイバーと組合わせる素材がプラスチックで
あるところから、その耐熱性には自ずと限界があり、せ
いぜい２００〜３００℃程度までの環境でしか使用でき
ないものであった。このようなことから、プラスチック
に代えて金属とファイバーとを組合わせた複合材料、所
謂ＦＲＭがファイバー強化複合材料として比強度、比弾
性のみならず靭性訃よび耐熱性等の優れた特性を有する
ものとして脚光を浴びている。
エポキシ等の熱硬化性樹脂にファイ、Ｖ−を配列した、
所謂ＦＲＰが現在、実用化され、航空機用材料から日用
品に至るまで広範囲に使用されている。しかし、これら
ＦＲＰはファイバーと組合わせる素材がプラスチックで
あるところから、その耐熱性には自ずと限界があり、せ
いぜい２００〜３００℃程度までの環境でしか使用でき
ないものであった。このようなことから、プラスチック
に代えて金属とファイバーとを組合わせた複合材料、所
謂ＦＲＭがファイバー強化複合材料として比強度、比弾
性のみならず靭性訃よび耐熱性等の優れた特性を有する
ものとして脚光を浴びている。
本発明はこれらＦＲＭのうち、特に比強度および比弾性
の高いＡｔまたはＡｔ合金と炭素繊維との複合材料に係
る。このようなＡｔと炭素繊維とを複合させる場合に問
題となるのはＡｌまたはＡ２合金と炭素繊維とのぬれ性
が悪いこと、および炭素繊維とＡｔまたは）１合金とが
反応して炭素繊維が細くなり強度低下をきたすことであ
る。
の高いＡｔまたはＡｔ合金と炭素繊維との複合材料に係
る。このようなＡｔと炭素繊維とを複合させる場合に問
題となるのはＡｌまたはＡ２合金と炭素繊維とのぬれ性
が悪いこと、および炭素繊維とＡｔまたは）１合金とが
反応して炭素繊維が細くなり強度低下をきたすことであ
る。
ぬれ性が悪いとＡｔまたはＡｔ合金と炭素繊維との接着
力が弱くなり複合材料として所期の特性を発揮し得なく
なる。一方、ぬれ性は１１才たはＡｔ合金と炭素繊維を
ある程度反応させることにより向上するが、この反応が
進むと繊維が消費され、あるいはもろいＡ／！、４Ｃ，
等が生成される等して強度が低下してしまうおそれがあ
った。従来、これらＡＬまたはＡ１合金と炭素繊維との
間の反応防止およびぬれ性向上のために、Ｔｉｃ 。
力が弱くなり複合材料として所期の特性を発揮し得なく
なる。一方、ぬれ性は１１才たはＡｔ合金と炭素繊維を
ある程度反応させることにより向上するが、この反応が
進むと繊維が消費され、あるいはもろいＡ／！、４Ｃ，
等が生成される等して強度が低下してしまうおそれがあ
った。従来、これらＡＬまたはＡ１合金と炭素繊維との
間の反応防止およびぬれ性向上のために、Ｔｉｃ 。
ＳＩＣ等の繊維被覆やＮａ処理が笑施されているが、作
業効率その他の点で十分満足し得るものではなかった。
業効率その他の点で十分満足し得るものではなかった。
しかして、本発明はＡｔまたはＡｔ合金と炭素繊維とを
複合化させる際の上記の如き問題点乞解消し、Ａｔまた
はＡｔ合金と炭素繊維とのぬれ性向上紐よび反応防止を
同時に可能ならしめ、これによりＡｔまたはＡｔ合金と
炭素繊維とを複合させることによる高い比強度、比弾性
、耐熱性、靭性な共に具有せしめた複合材料およびその
製造方法を提供することｔ目的とするものである。
複合化させる際の上記の如き問題点乞解消し、Ａｔまた
はＡｔ合金と炭素繊維とのぬれ性向上紐よび反応防止を
同時に可能ならしめ、これによりＡｔまたはＡｔ合金と
炭素繊維とを複合させることによる高い比強度、比弾性
、耐熱性、靭性な共に具有せしめた複合材料およびその
製造方法を提供することｔ目的とするものである。
上記目的達成のため、本発明者は種々の元素を添加した
Ａｔ合金について炭素繊維とのぬれ性および引張り強度
を検討した。すなわち、直径６．６〜６．７μの連続炭
素繊維を使用し、これを種々の元素を添加したＡｔ合金
溶湯中に浸漬し、炭素繊維表面に付着するＡｔ合金溶湯
の状況を観察することによりぬれ性ン判断し、同時に炭
素繊維表面上に生成されるＡｔ、Ｃ，等の炭化物の有無
並びに繊維径について検討を重ねた。その結果、Ａｔと
同族もしくはそれに近いｎｂ、ｔａｂ。
Ａｔ合金について炭素繊維とのぬれ性および引張り強度
を検討した。すなわち、直径６．６〜６．７μの連続炭
素繊維を使用し、これを種々の元素を添加したＡｔ合金
溶湯中に浸漬し、炭素繊維表面に付着するＡｔ合金溶湯
の状況を観察することによりぬれ性ン判断し、同時に炭
素繊維表面上に生成されるＡｔ、Ｃ，等の炭化物の有無
並びに繊維径について検討を重ねた。その結果、Ａｔと
同族もしくはそれに近いｎｂ、ｔａｂ。
ＩＶｂ族元素のうち、 Ｚｎ、Ｇａ、ＧｅｔＩｎ、５ｎ
ｓＴｔ、Ｐｂ 等の元素はこれらを単独でもしくは複合
してＩｔもしくはＡ１合金に添加してなるＡ４合金とし
て使用することにより、炭素繊維とぬれ性が優れ、しか
も炭素繊維と反応することによる炭化物を生成しないこ
とを見い出した。また、さらに驚くべきことにはＺｎ１
ＧａｌＧｅｙＩｎｌＳｎ＋ＴＬ＠Ｐｂ 等の１種または
２種以上の粉末なＡＬもしくはＡ４合金粉末に混合した
Ａ１合金粉末７用いて焼結する場合にも炭素繊維となじ
み、すなわちぬれ性がよく、炭素繊維と反応しないこと
をも見い出した。本発明はこれら知見に基づいて完成し
たものである。
ｓＴｔ、Ｐｂ 等の元素はこれらを単独でもしくは複合
してＩｔもしくはＡ１合金に添加してなるＡ４合金とし
て使用することにより、炭素繊維とぬれ性が優れ、しか
も炭素繊維と反応することによる炭化物を生成しないこ
とを見い出した。また、さらに驚くべきことにはＺｎ１
ＧａｌＧｅｙＩｎｌＳｎ＋ＴＬ＠Ｐｂ 等の１種または
２種以上の粉末なＡＬもしくはＡ４合金粉末に混合した
Ａ１合金粉末７用いて焼結する場合にも炭素繊維となじ
み、すなわちぬれ性がよく、炭素繊維と反応しないこと
をも見い出した。本発明はこれら知見に基づいて完成し
たものである。
すなわち、本発明はＡｔまたは）１合金マトリックス中
に炭素繊維が配列された複合材料において、Ａｔまたは
Ａｔ合金マトリックスがＺｎ５Ｇａ＊Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ
、Ｔｔ＊Ｐｂ の１種または２種以上を０．０２〜３０
重量％含有したものであり、これら複合材料の製造方法
として、炭素繊維間にＡｌまたはＡｔ合金にＺｎ、Ｇａ
、Ｇ＠、 Ｉｎ＊５ｎｔＴＬ＊Ｐｂの１種または２種以
上’！ｆ、０．０２〜３０重量％含有させた溶湯な浸透
固化せしめる方法、２よび炭素繊維間にＡＬまたはＡＡ
合金粉末にＺｎ＠Ｇａ、Ｇｅ＠Ｉｎ＠５ｎｌＴｔ。
に炭素繊維が配列された複合材料において、Ａｔまたは
Ａｔ合金マトリックスがＺｎ５Ｇａ＊Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ
、Ｔｔ＊Ｐｂ の１種または２種以上を０．０２〜３０
重量％含有したものであり、これら複合材料の製造方法
として、炭素繊維間にＡｌまたはＡｔ合金にＺｎ、Ｇａ
、Ｇ＠、 Ｉｎ＊５ｎｔＴＬ＊Ｐｂの１種または２種以
上’！ｆ、０．０２〜３０重量％含有させた溶湯な浸透
固化せしめる方法、２よび炭素繊維間にＡＬまたはＡＡ
合金粉末にＺｎ＠Ｇａ、Ｇｅ＠Ｉｎ＠５ｎｌＴｔ。
ｐｂ の１種または２種以上の粉末０．０２〜３０重量
％を充填し、これを押出し線引き後、焼結する方法であ
る。
％を充填し、これを押出し線引き後、焼結する方法であ
る。
上記の如き本発明において、ＡｔまたはＡｔ合金マトリ
ックス中に含有させるＺｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ。
ックス中に含有させるＺｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ。
Ｓｎ、ＴＬ、Ｐｂ は単独もしくは複合して０．０２重
量％以上であって３０重量％以下の量で添加含有せしめ
ることが必要である。すなわち、これら添加元素の量が
０．０２重量％より少いとこれら元素を含有せしめたＡ
ｔ合金溶湯もしくは粉末と炭素繊維とのぬれ性が改善さ
れず、逆に３０重！俤より多いとＡＡ合金溶湯もしくは
粉末と炭素繊維との間で炭化物生成が促進され、強度低
下をきたす。しかして、これら添加含有量範囲内にてＺ
ｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、ＴＬ、Ｐｂ はぬれ住改
善および炭化物生成防止効果を有し、単独もしくは複合
含有せしめ得るが、これら元素のうち、特に効果的なの
はＴ４ Ｐｂ、 Ｉｎ であり、これらを用いる場合に
はより少量含有せしめることで効果を発揮する。
量％以上であって３０重量％以下の量で添加含有せしめ
ることが必要である。すなわち、これら添加元素の量が
０．０２重量％より少いとこれら元素を含有せしめたＡ
ｔ合金溶湯もしくは粉末と炭素繊維とのぬれ性が改善さ
れず、逆に３０重！俤より多いとＡＡ合金溶湯もしくは
粉末と炭素繊維との間で炭化物生成が促進され、強度低
下をきたす。しかして、これら添加含有量範囲内にてＺ
ｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、ＴＬ、Ｐｂ はぬれ住改
善および炭化物生成防止効果を有し、単独もしくは複合
含有せしめ得るが、これら元素のうち、特に効果的なの
はＴ４ Ｐｂ、 Ｉｎ であり、これらを用いる場合に
はより少量含有せしめることで効果を発揮する。
なお、使用する炭素繊維の量は得られる複合材料の用途
、使用状態にもよるが、被合材料全体の体積に対し通常
は０．１〜９０ ｖｏ１％とすることが好ましい。
、使用状態にもよるが、被合材料全体の体積に対し通常
は０．１〜９０ ｖｏ１％とすることが好ましい。
かくして、以上のような本発明によれば、炭素繊維とぬ
れ性に優れ、しかも炭素繊維と反応して炭化物を生成す
ることのない元素なＡｔまたハＡｔ合金マトリックス中
に含有せしめることにより、炭素繊維がマトリックスと
効果的に複合し、引張り強度の低下が全く生じず、その
比強度、比弾性、面」熱性、靭性等に優れるＦＲＭの特
性を何ら損うことなく発揮し得る複合材料並びにその製
造方法が得られ、航空機用、宇宙開発用材料等の広範囲
の用途に使用し得る複合材料としてその効果は大きい。
れ性に優れ、しかも炭素繊維と反応して炭化物を生成す
ることのない元素なＡｔまたハＡｔ合金マトリックス中
に含有せしめることにより、炭素繊維がマトリックスと
効果的に複合し、引張り強度の低下が全く生じず、その
比強度、比弾性、面」熱性、靭性等に優れるＦＲＭの特
性を何ら損うことなく発揮し得る複合材料並びにその製
造方法が得られ、航空機用、宇宙開発用材料等の広範囲
の用途に使用し得る複合材料としてその効果は大きい。
以下に実施例乞示す。
実施例Ｉ
ＺｎおよびＧａを合計で０．２重量％含有した６２０℃
のＡｔ溶湯な直径６．６μの炭素繊維からなる繊維束中
に浸透固化し、冷却した。この時の炭素繊維は全体の１
０ ｖｏｌ ％とした。得られた複合材料から試験片を
切り出しく試料１）、引張り試験に供した。なお、比較
のためＺｎおよびＧａを含有させないこと以外は全く同
様にして製造した複合材料から切り出した試験片（試料
１′）についても引張り試験を行った。その結果を表１
に示す。
のＡｔ溶湯な直径６．６μの炭素繊維からなる繊維束中
に浸透固化し、冷却した。この時の炭素繊維は全体の１
０ ｖｏｌ ％とした。得られた複合材料から試験片を
切り出しく試料１）、引張り試験に供した。なお、比較
のためＺｎおよびＧａを含有させないこと以外は全く同
様にして製造した複合材料から切り出した試験片（試料
１′）についても引張り試験を行った。その結果を表１
に示す。
実施例２
Ｇｅ、ＩｎおよびＳｎ を合計で１０重量％含有したＡ
Ａ−４，５Ｃｕ−１，５Ｍｇ合金粉末（−１００ｍｅｓ
ｈ ）と直径６．６μの炭素繊維を交互に重ねていき、
加工比４で押し出し成形後、真空中で５５０℃、２００
分間焼結した。この時の炭素繊維は全体の２０ ｖｏｌ
％とした。得られた複合材料から試験片を切り出しく
試料２）、引張り試験に供した。なお比較材として、Ｇ
ｅ、 Ｉｎ、 Ｓｎを含有させないこと以外は、上記と
全く同様にして製造した複合材料から試験片（試料２′
）を切り出した。これら試験片につぎ引張り試験を行な
った。これらの結果を表１に示す。
Ａ−４，５Ｃｕ−１，５Ｍｇ合金粉末（−１００ｍｅｓ
ｈ ）と直径６．６μの炭素繊維を交互に重ねていき、
加工比４で押し出し成形後、真空中で５５０℃、２００
分間焼結した。この時の炭素繊維は全体の２０ ｖｏｌ
％とした。得られた複合材料から試験片を切り出しく
試料２）、引張り試験に供した。なお比較材として、Ｇ
ｅ、 Ｉｎ、 Ｓｎを含有させないこと以外は、上記と
全く同様にして製造した複合材料から試験片（試料２′
）を切り出した。これら試験片につぎ引張り試験を行な
った。これらの結果を表１に示す。
実施例３
メチルセルロースおよび水と混合して泥状となった−３
２５ ｍｅ＋ｉｈの、ＴＬ’２５血ｆＡ％’＆含むＡｔ
−ｌＭｇ −０，６Ｓｉ −０，３Ｃｕ合金粉末を直径
６．６μの炭素繊維表面上に塗布し、充分に付着せしめ
た後、大気中で揮発乾燥した。この炭素繊維束を加工比
４で押し出し線引きし、真空中で、５５０℃、１時間の
焼結を行い、冷却した。
２５ ｍｅ＋ｉｈの、ＴＬ’２５血ｆＡ％’＆含むＡｔ
−ｌＭｇ −０，６Ｓｉ −０，３Ｃｕ合金粉末を直径
６．６μの炭素繊維表面上に塗布し、充分に付着せしめ
た後、大気中で揮発乾燥した。この炭素繊維束を加工比
４で押し出し線引きし、真空中で、５５０℃、１時間の
焼結を行い、冷却した。
この時の炭素繊維は、全体の２０ ｖｏｌ ％とした。
得られた複合材料から、試験片（試料３）乞切り出した
。また比較材としてＴｔ＆含有させないこと以外は、上
記と全く同様にして、製造した複合材料から試験片（試
料３′）を切り出した。
。また比較材としてＴｔ＆含有させないこと以外は、上
記と全く同様にして、製造した複合材料から試験片（試
料３′）を切り出した。
これら試験片につき、引っ張り試験を行なった。
それらの結果を表１に示す。
実施例４
ＧａＹ３０３ｉ景％含有させたＡｔ−５，５％ Ｚｎ−
２，５４Ｍｇ −１，６％Ｃｕ合金を直径６，６μの炭
素繊維からなる繊維束中に浸透固化し、冷却した。この
時の炭素繊維は全体の９０ ｖｏｌ ％とした 得られ
た被合材料から、試験片を切り出し、（試料４）引張り
試験に供した。
２，５４Ｍｇ −１，６％Ｃｕ合金を直径６，６μの炭
素繊維からなる繊維束中に浸透固化し、冷却した。この
時の炭素繊維は全体の９０ ｖｏｌ ％とした 得られ
た被合材料から、試験片を切り出し、（試料４）引張り
試験に供した。
なお、比較のため、 Ｇａを含有させないこと以外は、
全く同様にして製造した複合材料から切り出した試験片
（試料４′）についても引張り試験を行った。その結果
を表１に示す。
全く同様にして製造した複合材料から切り出した試験片
（試料４′）についても引張り試験を行った。その結果
を表１に示す。
以下余白
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ＡｊまたはＡｔ合金マトリックス中に炭素繊維が配
列された複合材料において、ＡｊまたはＡｔ合金マトリ
ックスがＺｎ、Ｇａ、Ｇｅ＠Ｉｎ、Ｓｎ。 Ｔｔ、Ｐｂの１種または２種以上を０．０２〜３０重量
％含有貝たものであることを特徴とする炭素繊維複合材
料。 ２、全体に対する炭素繊維量が０．１〜９０ ＹＯＩチ
である特許請求の範囲第１項記載の炭素繊維複合材料。 ａ、ＩｔまたはＡ４合金マトリックス中に炭素繊維を配
列させた複合材料を製造する方法において、炭素繊維間
にＡｔまたはＡ１合金にＺｎ。 Ｇａ、Ｇｏ、Ｉｎ、８ｎ、Ｔｔ、Ｐｂの１種または２種
以上を０．０２〜３０重量％含有させた溶湯を浸透固化
させることを特徴とする炭素繊維複合材料の製造方法。 ４、ＡｔまたはＡｔ合金マトリックス中に炭素繊維な配
列させた複合材料を製造する方法において、炭素繊維間
にＡｔまたはＡｔ合金粉末にＺｎ、Ｇａ、Ｇ＠、Ｉｎ、
Ｓｎ、ＴＡ、Ｐｂ の１１１ｉまたは２種以上の粉末を
０．０２〜３０ｔｉ％含有させた合金粉末を充填し、こ
れを押出し線引き後、焼結することを特徴とする炭素繊
維複合材料の製造方法。 ５、前記合金粉末の充填が合金粉末を溶媒により泥状と
なし、これ馨炭素繊維に塗布後溶媒を揮発乾燥させる特
許請求の範囲第４項記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20452983A JPS6096742A (ja) | 1983-10-31 | 1983-10-31 | 炭素繊維複合材料およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20452983A JPS6096742A (ja) | 1983-10-31 | 1983-10-31 | 炭素繊維複合材料およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6096742A true JPS6096742A (ja) | 1985-05-30 |
Family
ID=16492044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20452983A Pending JPS6096742A (ja) | 1983-10-31 | 1983-10-31 | 炭素繊維複合材料およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6096742A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61295344A (ja) * | 1985-06-21 | 1986-12-26 | ダイムラ−−ベンツ アクチエンゲゼルシヤフト | 繊維補強アルミニウム鋳造体製造用のアルミニウム合金 |
| US5158828A (en) * | 1988-10-17 | 1992-10-27 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Carbon/metal composite |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5228433A (en) * | 1975-07-19 | 1977-03-03 | Toho Beslon Co | Production method of carbon fiberrmetal composite material |
| JPS57169033A (en) * | 1981-04-07 | 1982-10-18 | Sumitomo Chem Co Ltd | Fiber reinforced metallic composite material |
-
1983
- 1983-10-31 JP JP20452983A patent/JPS6096742A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5228433A (en) * | 1975-07-19 | 1977-03-03 | Toho Beslon Co | Production method of carbon fiberrmetal composite material |
| JPS57169033A (en) * | 1981-04-07 | 1982-10-18 | Sumitomo Chem Co Ltd | Fiber reinforced metallic composite material |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61295344A (ja) * | 1985-06-21 | 1986-12-26 | ダイムラ−−ベンツ アクチエンゲゼルシヤフト | 繊維補強アルミニウム鋳造体製造用のアルミニウム合金 |
| US5158828A (en) * | 1988-10-17 | 1992-10-27 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Carbon/metal composite |
| US5531943A (en) * | 1988-10-17 | 1996-07-02 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Method of making a carbon/metal composite |
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