JPH0638978B2 - Method for producing composite material using redox reaction - Google Patents
Method for producing composite material using redox reactionInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、マトリックス金属中に強化材及び合金酸化物
の微細片が微細に分散された複合材料の製造方法に係
り、更に詳細には酸化還元反応を利用してかかる複合材
料を製造する方法に係る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a composite material in which fine particles of a reinforcing material and alloy oxide are finely dispersed in a matrix metal, and more particularly, to a redox reaction. The present invention relates to a method for producing such a composite material.
従来の技術 繊維強化金属複合材料や粒子分散複合材料の如き複合材
料の製造方法の一つとして、強化材の多孔質体を形成
し、該多孔質体内へ溶融マトリックス金属を加圧浸透さ
せる所謂加圧鋳造法が知られている。かかる加圧鋳造法
により強度、剛性、耐摩耗性などの性質に優れた複合材
料を製造するためには、多孔質体内へ溶融マトリックス
金属を良好に浸透させ、これにより強化材とマトリック
ス金属とを良好に密着させることが必要である。そのた
め本願出願人と同一の出願人の出願にかかる特願昭55
−107040号に於て提案されている如く、多孔質体
内へ溶融マトリックス金属を浸透させるに先立ち多孔質
体をマトリックス金属の融点以上の温度に予熱すること
が従来より行われている。2. Description of the Related Art As one of the methods for producing a composite material such as a fiber-reinforced metal composite material or a particle-dispersed composite material, a so-called additive is used in which a porous material of a reinforcing material is formed and molten matrix metal is pressure-penetrated into the porous material. The pressure casting method is known. In order to produce a composite material having excellent properties such as strength, rigidity and wear resistance by such a pressure casting method, the molten matrix metal is satisfactorily infiltrated into the porous body, whereby the reinforcing material and the matrix metal are combined. Good adhesion is required. Therefore, the Japanese Patent Application No. Sho 55 filed by the same applicant as the applicant of the present application.
As proposed in No. -1074040, it has been conventionally practiced to preheat the porous body to a temperature above the melting point of the matrix metal before infiltrating the molten matrix metal into the porous body.
発明が解決しようとする問題点 上述の如く多孔質体をマトリックス金属の融点以上の温
度に予熱する加圧鋳造法に於ては、多孔質体の予熱に比
較的多量の熱エネルギーを要し、従って複合材料を低廉
に製造することが困難であり、また強化材によっては酸
化等の不具合を生じるため、予熱の場合の雰囲気を不活
性雰囲気や還元雰囲気に設定する必要があり、予熱され
た多孔質体、特にその表面温度がマトリックス金属との
複合化が行われるまでに放熱などによって冷却され、そ
のため必ずしも良好に多孔質体内へ溶融マトリックス金
属を浸透させることができないという問題がある。Problems to be Solved by the Invention In the pressure casting method for preheating the porous body to a temperature equal to or higher than the melting point of the matrix metal as described above, a relatively large amount of thermal energy is required for preheating the porous body, Therefore, it is difficult to manufacture a composite material at a low cost, and problems such as oxidation may occur depending on the reinforcing material.Therefore, it is necessary to set the atmosphere for preheating to an inert atmosphere or a reducing atmosphere. There is a problem in that the porous body, especially its surface temperature, is cooled by heat radiation or the like before it is formed into a composite with the matrix metal, so that the molten matrix metal cannot necessarily be satisfactorily permeated into the porous body.
また加圧鋳造法に於ては、多孔質体の狭小な空隙内へ溶
融マトリックス金属を浸透させなければならず、従って
マトリックス金属は湯流れ性に優れていることが必要で
あるため、必ずしも強度等の点から好ましい組成のマト
リックス金属を使用することができないという問題があ
る。更に加圧鋳造法に於ては、強化材より成る多孔質体
はそれ自身所定の形状を保持し得るものでなければなら
ないため、多孔質体の体積率を小さくすることができ
ず、従って強化材の体積率の小さい複合材料を製造する
ことが困難であるという問題がある。Further, in the pressure casting method, the molten matrix metal must be infiltrated into the narrow voids of the porous body. Therefore, the matrix metal needs to have excellent melt flowability, so Therefore, there is a problem that a matrix metal having a preferable composition cannot be used. Further, in the pressure casting method, since the porous body made of the reinforcing material must be capable of holding a predetermined shape itself, the volume ratio of the porous body cannot be reduced, and accordingly, the strengthening is not possible. There is a problem that it is difficult to manufacture a composite material having a small volume ratio of the material.
本発明は、従来の複合材料の製造方法、特に加圧鋳造法
に於ける上述の如き問題に鑑み、これらの問題が生じる
ことがないよう改良された複合材料の製造方法を提供す
ることを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the conventional method for producing a composite material, particularly the pressure casting method, and an object thereof is to provide an improved method for producing a composite material so as not to cause these problems. I am trying.
問題点を解決するための手段 上述の如き目的は、本発明によれば、強化材と第一の金
属の酸化物の微細片とを含む多孔質体を形成し、前記多
孔質体内へ前記第一の金属よりも酸化物形成傾向の高い
第二の金属を含む溶融マトリックス金属を浸透させる複
合材料の製造方法によって達成される。Means for Solving the Problems According to the present invention, the above object is to form a porous body containing a reinforcing material and fine particles of an oxide of a first metal, and to form the porous body into the porous body. This is accomplished by a method of making a composite material that is impregnated with a molten matrix metal that includes a second metal that has a greater tendency to form oxides than the first metal.
発明の作用及び効果 本発明の方法によれば、多孔質体内へ溶融マトリックス
金属を浸透させる過程に於て多孔質体中の第一の金属の
酸化物と溶融マトリックス金属中の第二の金属との間に
於て酸化還元反応が生じ、その際発生する熱によって強
化材が溶融マトリックス金属内にて高温度に加熱される
ので、多孔質体がその酸化の如き不具合を伴なうことな
く比較的高い温度に加熱され、従って多孔質体の予熱温
度が高温度でなくても多孔質体内へ溶融マトリックス金
属を良好に浸透させることができる。EFFECTS AND EFFECTS OF THE INVENTION According to the method of the present invention, the oxide of the first metal in the porous body and the second metal in the molten matrix metal are included in the process of infiltrating the molten matrix metal into the porous body. A redox reaction occurs during the heating, and the heat generated at that time heats the reinforcing material to a high temperature in the molten matrix metal, so that the porous body is compared without any problems such as its oxidation. The porous matrix is heated to a relatively high temperature, so that the molten matrix metal can be satisfactorily penetrated into the porous body even if the preheating temperature of the porous body is not high.
また本発明の方法によれば、第一の金属の酸化物と第二
の金属との間の酸化還元反応により純金属としての第一
の金属及び第二の金属の酸化物が生成し、第一の金属は
マトリックス金属に対する合金添加元素として作用して
マトリックス金属を合金化し、第二の金属の酸化物はマ
トリックス金属中に微細に分散されてマトリックス金属
を分散強化するので、従来の加圧鋳造法に比してマトリ
ックス金属の強度等に優れた複合材料を容易に製造する
ことができる。According to the method of the present invention, the redox reaction between the oxide of the first metal and the second metal produces oxides of the first metal and the second metal as pure metals, The first metal acts as an alloying additive element to the matrix metal to alloy the matrix metal, and the oxide of the second metal is finely dispersed in the matrix metal to disperse and strengthen the matrix metal. It is possible to easily manufacture a composite material which is superior in strength of the matrix metal and the like as compared with the method.
更に本発明の方法によれば、強化材と第一の酸化物の微
細片とを含む多孔質体が形成されるので、従来の加圧鋳
造法の場合の如く強化材のみより成る多孔質体が形成さ
れる場合に比して多孔質体中の強化材の体積率を小さく
設定することができ、従って強化材の体積率が小さい複
合材料を容易に製造することができる。Further, according to the method of the present invention, since a porous body containing a reinforcing material and fine particles of the first oxide is formed, a porous body composed of only the reinforcing material as in the case of the conventional pressure casting method. The volume ratio of the reinforcing material in the porous body can be set to be smaller than that in the case of forming the composite material, and thus a composite material having a small volume ratio of the reinforcing material can be easily manufactured.
尚本発明に於ては、製造されるべき複合材料が繊維強化
金属複合材料である場合には、強化材は長繊維又は短繊
維(ホイスカを含む)のいずれであってもよく、製造さ
れるべき複合材料が粒子分散複合材料である場合には、
強化材は粉粒体、切粉、薄片などであってよい。In the present invention, when the composite material to be manufactured is a fiber-reinforced metal composite material, the reinforcing material may be either long fibers or short fibers (including whiskers) and is manufactured. If the composite to be composed is a particle-dispersed composite,
The reinforcement may be powder, chips, flakes, and the like.
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
実施例1 32gの炭化ケイ素ホイスカ(平均繊維径0.1μ、平
均繊維長30μ)と13gのNiO粉末(平均粒径3
μ)とを攪拌器にて均一に混合し、該混合物をステンレ
ス鋼製のパイプ内に充填し、パイプ内にて混合物を20
0kg/cm2の圧力にて圧縮成形することにより、炭化ケ
イ素ホイスカとNiO粉末とより成る直径34mm、長さ
50mmの円柱状の多孔質体を形成した。尚この多孔質体
のかさ密度は1.0g/cm3(炭化ケイ素ホイスカ:
0.71g/cm3、NiO:0.29g/cm3)であっ
た。Example 1 32 g of silicon carbide whiskers (average fiber diameter 0.1 μ, average fiber length 30 μ) and 13 g of NiO powder (average particle size 3
μ) with a stirrer, and the mixture is filled in a stainless steel pipe.
By performing compression molding at a pressure of 0 kg / cm 2 , a cylindrical porous body composed of silicon carbide whiskers and NiO powder and having a diameter of 34 mm and a length of 50 mm was formed. The bulk density of this porous body was 1.0 g / cm 3 (silicon carbide whiskers:
0.71 g / cm 3 , NiO: 0.29 g / cm 3 ).
次いで多孔質体1を大気中にて600℃に予熱した後、
第1図に示されている如く、高圧鋳造装置2の鋳型3内
に配置し、該鋳型内に純度99.7wt%、湯温800℃
の溶融マトリックス金属としての純アルミニウムの溶湯
4を注湯し、該溶湯をプランジャ5により1000kg/
cm2の圧力にて加圧し、その加圧状態を溶湯4が完全に
凝固するまで保持した。溶湯4が完全に凝固した後鋳型
3内よりノックアウトピン6によって凝固体を取出し、
該凝固体に対し機械加工を施して複合材料を取出した。Then, after preheating the porous body 1 to 600 ° C. in the atmosphere,
As shown in FIG. 1, it is placed in the mold 3 of the high-pressure casting apparatus 2 and has a purity of 99.7 wt% and a hot water temperature of 800 ° C. in the mold.
A pure aluminum melt 4 as a molten matrix metal is poured, and the melt is heated to 1000 kg /
Pressure was applied at a pressure of cm 2, and the pressure was maintained until the molten metal 4 was completely solidified. After the molten metal 4 is completely solidified, the solidified body is taken out of the mold 3 by the knockout pin 6,
The solid material was subjected to machining to take out a composite material.
第2図は上述の如く製造された複合材料の断面組織を1
00倍にて示す顕微鏡写真である。また上述の如く製造
された複合材料についてEPMA分析及びX線回折試験
を行ったところ、多孔質体中に存在していたNiO粉末
は溶湯のAlによって還元され、Alと共に均一なNi
−Al合金相を形成しており、NiOの酸素によって酸
化されることにより生成したAl2O3がNi−Al合金
相中に均一に且微細に分散されていることが認められ
た。尚第2図に於て、白っぽい部分はNiA3の部分で
あり、暗灰色乃至黒色の部分は炭化ケイ素ホイスカとA
l2O3が微細に分散されたアルミニウム合金との混合組
織の部分である。かくして上述の如く製造された複合材
料は炭化ケイ素ホイスカによる繊維強化と共にマトリッ
クス金属の合金強化及び分散強化が行われており、従来
の加圧鋳造法により製造された炭化ケイ素ホイスカを強
化材として純アルミニウムをマトリックス金属とする複
合材料よりも強度及び耐熱性に優れていることが認めら
れた。尚炭化ケイ素ホイスカの体積率は22.4%であ
った。FIG. 2 shows a cross-sectional structure of the composite material manufactured as described above.
It is a microscope photograph shown at 00 times. Further, when the EPMA analysis and the X-ray diffraction test were performed on the composite material manufactured as described above, the NiO powder existing in the porous body was reduced by the Al of the molten metal, and a uniform Ni was formed together with the Al.
-Al alloy phase was formed, and it was confirmed that Al 2 O 3 generated by the oxidation of NiO by oxygen was uniformly and finely dispersed in the Ni-Al alloy phase. In FIG. 2, the whitish part is the NiA 3 part, and the dark gray to black parts are the silicon carbide whiskers and A
This is a portion of a mixed structure with an aluminum alloy in which l 2 O 3 is finely dispersed. Thus, the composite material manufactured as described above is subjected to fiber reinforcement by silicon carbide whiskers and alloy strengthening and dispersion strengthening of the matrix metal, and the silicon carbide whiskers manufactured by the conventional pressure casting method are used as the reinforcing material for pure aluminum. It was confirmed that the composite material was superior in strength and heat resistance to the composite material using as a matrix metal. The volume ratio of silicon carbide whiskers was 22.4%.
実施例2 59gのAl2O3(平均粒径10μ)と10gのCoO
粉末(平均粒径5μ)と10gのFe2O3粉末(平均粒
径2μ)とを攪拌器にて均一に混合し、該混合物をステ
ンレス鋼製のパイプ内に充填し、パイプ内にて混合物を
820kg/cm2の圧力にて圧縮成形することにより直径
34mm、長さ50mmの円柱状の多孔質体を形成した。尚
多孔質体のかさ密度は1.75g/cm3(Al2O3:
1.31g/cm3、CoO+Fe2O3:0.44g/c
m3)であった。次いで多孔質体を大気中にて600℃に
予熱した後、上述の実施例1の場合と同一の条件及び要
領にて複合材料を製造した。Example 2 59 g Al 2 O 3 (average particle size 10 μ) and 10 g CoO
Powder (average particle size 5μ) and 10 g of Fe 2 O 3 powder (average particle size 2μ) were uniformly mixed with each other, the mixture was filled in a stainless steel pipe, and the mixture was mixed in the pipe. Was subjected to compression molding at a pressure of 820 kg / cm 2 to form a cylindrical porous body having a diameter of 34 mm and a length of 50 mm. The bulk density of the porous body is 1.75 g / cm 3 (Al 2 O 3 :
1.31 g / cm 3 , CoO + Fe 2 O 3 : 0.44 g / c
m 3 ). Then, the porous body was preheated to 600 ° C. in the atmosphere, and then a composite material was manufactured under the same conditions and procedures as in the case of Example 1 described above.
かくして製造された複合材料についてEPMA分析及び
X線回折試験を行ったところ、多孔質体中に存在してい
たCoO粉末及びFe2O3粉末は溶湯のAlによって還
元され、マトリックス金属中に均一なCo−Fe−Al
合金相を形成しており、CoO及びFe2O3の酸素によ
って酸化されることにより生成したAl2O3及び多孔質
体中に存在していたAl2O3がマトリックス金属中に均
一且微細に分散していることが認められた。かくして製
造された複合材料はAl2O3粉末を分散材とし純アルミ
ニウムをマトリックス金属とする複合材料に比して耐熱
性に優れていることが認められた。尚Al2O3の体積率
は39.7%であった。When the EPMA analysis and the X-ray diffraction test were performed on the composite material thus produced, the CoO powder and the Fe 2 O 3 powder that were present in the porous body were reduced by the Al of the molten metal, and were uniformly distributed in the matrix metal. Co-Fe-Al
Forms an alloy phase, CoO and Fe 2 O 3 in oxygen by uniformly且微the Al 2 O 3 is in a matrix metal which was present in the Al 2 O 3 and the porous body was produced by being oxidized fine It was confirmed that they were dispersed in. It was confirmed that the composite material thus produced was superior in heat resistance to the composite material in which Al 2 O 3 powder was used as the dispersant and pure aluminum was used as the matrix metal. The volume ratio of Al 2 O 3 was 39.7%.
実施例3 40%のHCl水に100gのFe粉末を加えて完全に
溶解し、これによりFeがFe3+のイオンの形で存在す
る500mlのHCl溶液を形成した。次いでこの溶液中
にSiO2を20%含有するリチウムシリケートバイン
ダを100ml添加し、更に平均繊維長3mm、平均繊維径
2〜3μのアルミナ短繊維(商品名「サフィル」)を4
8g投入し、これらを十分に攪拌することにより、第3
図に示されている如く、アルミナ短繊維7が分散された
スラリー8を形成した。次いで第4図に示されている如
く、スラリー8内にステンレス鋼製のネット9を配置
し、該ネットを図には示されていない押圧手段によって
容器10の底壁10aに対し押圧し、ネット9上の分散
媒体11を容器10より排出させることにより、HCl
溶液にて含浸された繊維成形体12(20×50×15
0mm)を形成した。Example 3 100 g Fe powder was added to 40% HCl water to dissolve completely, thereby forming a 500 ml HCl solution in which Fe was present in the form of Fe 3+ ions. Next, 100 ml of lithium silicate binder containing 20% of SiO 2 was added to this solution, and further 4 alumina short fibers (trade name "Safir") having an average fiber length of 3 mm and an average fiber diameter of 2 to 3 µ were added.
Add 8 g and stir them thoroughly to make
As shown in the figure, a slurry 8 having alumina short fibers 7 dispersed therein was formed. Next, as shown in FIG. 4, a net 9 made of stainless steel is placed in the slurry 8 and the net is pressed against the bottom wall 10a of the container 10 by a pressing means not shown in the drawing, By discharging the dispersion medium 11 on the container 9 from the container 10,
Fiber molding 12 impregnated with solution (20 × 50 × 15
0 mm) was formed.
次いで繊維成形体12を大気中にて800℃に加熱する
ことにより繊維成形体を完全に乾燥させた。この場合繊
維成形体を顕微鏡にて観察したところ、アルミナ短繊維
の表面には微細なFe2O3粉末が均一に分散状態にて付
着していることが認められた。また繊維成形体のかさ密
度は0.58g/cm3(アルミナ短繊維のかさ密度:
0.33g/cm3、Fe2O3粉末のかさ密度:0.25
g/cm3)であった。Next, the fiber molded body 12 was heated to 800 ° C. in the atmosphere to completely dry the fiber molded body. In this case, when the fiber molded body was observed with a microscope, it was found that fine Fe 2 O 3 powder was uniformly attached in a dispersed state on the surface of the alumina short fiber. The bulk density of the fiber molding is 0.58 g / cm 3 (bulk density of alumina short fibers:
0.33 g / cm 3 , bulk density of Fe 2 O 3 powder: 0.25
g / cm 3 ).
次いで上述の如く製造された多孔質体としての繊維成形
体を大気中にて600℃に予熱した後、第1図に示され
ている如き高圧鋳造装置の鋳型内に配置し、該鋳型内に
純度99.7%、湯温800℃の純アルミニウムの溶湯
を注湯し、該溶湯を1000kg/cm3の圧力にて加圧
し、その加圧状態を溶湯が完全に凝固するまで保持し
た。溶湯が完全に凝固した後、鋳型内より凝固体を取出
し、該凝固体に対し機械加工を行って複合材料を取出し
た。かくして製造された複合材料のついてEPMA分析
及びX線回折試験を行ったところ、繊維成形体中に存在
していたFe2O3粉末は溶湯のAlによって還元され、
均一なFe−Al合金相を形成しており、Fe2O3の酸
素によって酸化されることにより生成したAl2O3が前
記合金相中に微細に且均一に分散しており、従って上述
の如く製造された複合材料はアルミナ短繊維による繊維
強化と共にマトリックス金属の合金強化及びAl2O3の
分散強化が行われており、アルミナ短繊維を強化繊維と
し純アルミニウムをマトリックス金属とする複合材料に
比して強度及び耐熱性に優れていることが認められた。
尚アルミナ短繊維の体積率は10%であった。Then, the fiber molded body as a porous body produced as described above is preheated to 600 ° C. in the atmosphere and then placed in the mold of the high pressure casting apparatus as shown in FIG. A molten pure aluminum having a purity of 99.7% and a temperature of 800 ° C. was poured, and the molten metal was pressurized at a pressure of 1000 kg / cm 3 , and the pressurized state was maintained until the molten metal was completely solidified. After the molten metal was completely solidified, the solidified body was taken out from the mold, and the solidified body was machined to take out the composite material. An EPMA analysis and an X-ray diffraction test were conducted on the composite material thus produced, and Fe 2 O 3 powder existing in the fiber compact was reduced by Al in the molten metal,
A uniform Fe-Al alloy phase is formed, and Al 2 O 3 produced by oxidizing Fe 2 O 3 with oxygen is finely and uniformly dispersed in the alloy phase. The composite material produced as described above is fiber-reinforced with alumina short fibers, alloy-reinforced with matrix metal, and dispersion strengthened with Al 2 O 3 , so that it becomes a composite material with short alumina fibers as reinforcing fibers and pure aluminum as matrix metal. It was confirmed that the strength and heat resistance were excellent.
The volume ratio of the alumina short fibers was 10%.
実施例4 HClに30gのV2O5粉末を加えて完全に溶解し、こ
れによりVがV5+のイオンの形で存在する200mlのH
Cl溶液を形成した。次いでこの溶液中にSiO2を2
0%含有するリチウムシリケートバインダを50ml添加
し、更にその溶液中に繊維長100mm、繊維径7μの一
方向に配向された炭素長繊維13(総重量54g)の結
束体14を浸漬し、これにより結束体にHCl溶液を含
浸させ、更に結束体を大気中にて300℃に加熱するこ
とにより完全に乾燥させた。かくして処理された結束体
を顕微鏡にて観察したところ、炭素長繊維の表面には微
細なV2O5が繊維に分散した状態にて付着していること
が認められた。次いでかくしてV2O5が付着した炭素長
繊維を第6図に示されている如く両端にて開口したステ
ンレス鋼製のケース15内に一方向に配向して充填する
ことにより多孔質体としての繊維成形体16を形成し
た。この繊維成形体のかさ密度は1.02g/cm3(炭
素長繊維のかさ密度:0.9g/cm3、V2O5粉末のか
さ密度0.12g/cm3)であった。Example 4 To HCl was added 30 g of V 2 O 5 powder to dissolve completely, whereby 200 ml of H in which V was present in the form of V 5+ ions.
A Cl solution was formed. Then, add SiO 2 to this solution.
50 ml of a lithium silicate binder containing 0% was added, and a bundle 14 of unidirectionally oriented carbon long fibers 13 (total weight 54 g) having a fiber length of 100 mm and a fiber diameter of 7 μ was dipped in the solution. The bundle was impregnated with an HCl solution, and the bundle was heated to 300 ° C. in the atmosphere to be completely dried. When the bundle thus treated was observed with a microscope, it was confirmed that fine V 2 O 5 was attached to the surface of the carbon long fiber in a state of being dispersed in the fiber. Then, the carbon long fibers having V 2 O 5 attached thereto are oriented in one direction and filled in a stainless steel case 15 having openings at both ends as shown in FIG. 6 to form a porous body. The fiber molded body 16 was formed. The bulk density of this fiber molding was 1.02 g / cm 3 (bulk density of carbon long fibers: 0.9 g / cm 3 , V 2 O 5 powder bulk density of 0.12 g / cm 3 ).
次いで繊維成形体16をケース15ごと真空中にて70
0℃に予熱した後、第7図に示されている如くダイカス
ト鋳造装置17の固定ダイス18と可動ダイス19とに
より郭定されるモルドキャビティ20内に配置し、該モ
ルドキャビティ内に600℃のアルミニウム合金(JI
S規格ADC10)の溶湯21をプランジャ22により
注入し、500kg/cm2の圧力にてダイカスト鋳造を行
って炭素長繊維の間にアルミニウム合金の溶湯を浸透さ
せた。溶湯が完全に凝固した後モルドキャビティ内より
凝固体を取出し、該凝固体に対し機械加工を行って複合
材料を取出した。Then, the fiber molded body 16 together with the case 15 is vacuumed to 70
After preheating to 0 ° C., it is placed in a mold cavity 20 defined by a fixed die 18 and a movable die 19 of a die casting apparatus 17 as shown in FIG. 7, and 600 ° C. is placed in the mold cavity. Aluminum alloy (JI
A molten metal 21 of S standard ADC10) was injected by a plunger 22 and die casting was performed at a pressure of 500 kg / cm 2 to penetrate the molten aluminum alloy between the carbon long fibers. After the molten metal was completely solidified, the solidified body was taken out from the mold cavity, and the solidified body was machined to take out the composite material.
かくして製造された複合材料についてEPMA分析及び
X線回折試験を行ったところ、繊維成形体中のV2O5は
溶湯中のAl及び微量のMgによって還元され、均一な
V−Al−Mg合金相を形成しており、V2O5の酸素に
よって酸化されることにより生成したAl2O3及びMg
Oが前記合金相中に均一に且微細に分散されていること
が認められた。またかくして製造された複合材料は一方
向に配向された炭素長繊維を強化繊維とし、アルミニウ
ム合金(JIS規格ADC10)をマトリックス金属と
する複合材料よりも耐熱性に優れていることが認められ
た。尚炭素長繊維の体積率は50%であった。An EPMA analysis and an X-ray diffraction test were conducted on the composite material thus produced. As a result, V 2 O 5 in the fiber compact was reduced by Al in the molten metal and a small amount of Mg, and a uniform V-Al-Mg alloy phase was obtained. And Al 2 O 3 and Mg formed by being oxidized by oxygen of V 2 O 5
It was found that O was uniformly and finely dispersed in the alloy phase. It was also found that the composite material thus produced was superior in heat resistance to a composite material in which unidirectionally oriented carbon long fibers were used as reinforcing fibers and an aluminum alloy (JIS standard ADC10) was used as a matrix metal. The volume ratio of the carbon long fibers was 50%.
実施例5 30%のNaOH水に30gのWO3粉末を加えて完全
に溶解し、これによりWがWO4 2-のイオンの形で存在
する100mlのNaOH溶液を形成した。次いで過剰の
NaOHをHClにより中和した後その溶液中に繊維長
3mm、繊維径50μのステンレス鋼(JIS規格SUS
304)短繊維より成りかさ密度が1.56g/cm3で
ある20×20×60mmの繊維成形体を浸漬し、これに
より繊維成形体内へ溶液を含浸させ、更に繊維成形体を
大気中にて400℃に加熱することによって完全に乾燥
させた。この場合ステンレス鋼繊維の表面には微細なN
a2WO4が均一に付着しており、繊維成形体全体のかさ
密度は1.84g/cm3であった。Example 5 30 g of WO 3 powder was added to 30% aqueous NaOH and completely dissolved, thereby forming a 100 ml NaOH solution in which W was present in the form of WO 4 2− . Then, excess NaOH is neutralized with HCl, and then stainless steel having a fiber length of 3 mm and a fiber diameter of 50 μ is added to the solution (JIS standard SUS.
304) A 20 × 20 × 60 mm fiber molded body having a bulk density of 1.56 g / cm 3 made of short fibers is dipped, whereby the solution is impregnated into the fiber molded body, and the fiber molded body is further exposed to the atmosphere. Completely dried by heating to 400 ° C. In this case, the surface of the stainless steel fiber has fine N
The a 2 WO 4 was uniformly attached, and the bulk density of the entire fiber molded body was 1.84 g / cm 3 .
次いで繊維成形体を大気中にて600℃に予熱した後、
第7図に示されている如きダイカスト鋳造装置のモルド
キャビティ内に配置し、該鋳型内に湯温650℃のマグ
ネシウム合金(JIS規格AZ91A)の溶湯を注湯
し、500kg/cm2の圧力にてダイカスト鋳造を行うこ
とにより、ステンレス鋼短繊維の間にマグネシウム合金
の溶湯を浸透させた。溶湯が完全に凝固した後モルドキ
ャビティより凝固体を取出し、該凝固体に対し機械加工
を行って複合材料を取出した。Next, after preheating the fiber molded body to 600 ° C. in the atmosphere,
Place the seventh mold cavity of such die casting apparatus shown in FIG, pouring a melt of YuAtsushi 650 ° C. for magnesium alloy (JIS standard AZ91A) into the template, a pressure of 500 kg / cm 2 The molten magnesium alloy was infiltrated between the stainless steel short fibers by die casting. After the molten metal was completely solidified, the solidified body was taken out from the mold cavity, and the solidified body was machined to take out the composite material.
上述の如く製造された複合材料についてEPMA分析及
びX線回折試験を行ったところ、繊維成形体中に存在し
ていたNa2WO4は溶湯のMgにより還元され、均一な
Na−W−Mg合金相を形成しており、Na2WO4の酸
素によって酸化されることにより生成したMgOが前記
合金相中に均一且微細に分散されていることが認められ
た。またステンレス鋼繊維の表面近傍には均一なFe−
W−Mg合金相が形成されていることが認められた。更
に上述の如く製造された複合材料はステンレス鋼繊維
(JIS規格SUS304)短繊維を強化繊維としマグ
ネシウム合金(JIS規格AZ91A)をマトリックス
金属とする複合材料に比して耐熱性に優れていることが
認められた。尚ステンレス鋼短繊維の体積率は20%で
あった。When the EPMA analysis and the X-ray diffraction test were performed on the composite material manufactured as described above, Na 2 WO 4 existing in the fiber compact was reduced by the Mg of the molten metal, and a uniform Na-W-Mg alloy was obtained. It was found that MgO, which forms a phase and is formed by oxidation of Na 2 WO 4 by oxygen, is uniformly and finely dispersed in the alloy phase. In addition, a uniform Fe-
It was confirmed that the W-Mg alloy phase was formed. Further, the composite material manufactured as described above is superior in heat resistance to a composite material using stainless steel fibers (JIS standard SUS304) short fibers as reinforcing fibers and magnesium alloy (JIS standard AZ91A) as matrix metal. Admitted. The volume ratio of the stainless steel short fibers was 20%.
実施例6 NH3水に11gのNiWO4粉末を加えて完全に溶解
し、これによりNi及びWが錯イオンの形で存在する1
00mlのNH3溶液を形成した。次いで平均繊維長3m
m、繊維径2〜3μのアルミナ短繊維より成り、かさ密
度が0.16g/cm3である20×40×80mmの繊維
成形体を形成し、該繊維成形体をNH3溶液中に浸漬
し、これにより繊維成形体内にNH3溶液を含浸させ、
更に繊維成形体を大気中にて800℃に加熱することに
より完全に乾燥させた。この場合繊維成形体全体のかか
さ密度は0.27g/cm3となっており、アルミナ短繊
維の表面には微細なNiWO4が均一に分散状態にて付
着していることが認められた。Example 6 11 g of NiWO 4 powder was added to NH 3 water and completely dissolved, whereby Ni and W were present in the form of complex ions 1.
To form a NH 3 solution of 100 ml. Then average fiber length 3m
m, a alumina compact fiber having a fiber diameter of 2 to 3 μ, and a bulk density of 0.16 g / cm 3 of 20 × 40 × 80 mm to form a fiber compact, and the fiber compact is immersed in an NH 3 solution. , Thereby impregnating the NH 3 solution into the fiber molded body,
Furthermore, the fiber molded body was completely dried by heating to 800 ° C. in the atmosphere. In this case, the bulk density of the whole fiber compact was 0.27 g / cm 3, and it was confirmed that fine NiWO 4 was uniformly dispersed and adhered to the surface of the alumina short fiber.
次いで繊維成形体23を大気中にて600℃に予熱した
後、第8図に示されている如く遠心鋳造装置24の鋳型
25内に配置し、該鋳型内に純度99.3%、湯温55
0℃の純亜鉛溶湯26を注湯し、鋳型を軸線27の周り
に250rpmにて回転させることにより遠心鋳造を行っ
た。溶湯26が完全に凝固した後鋳型25内より凝固体
を取出し、該凝固体に対し機械加工を行って複合材料を
取出した。Next, the fiber molded body 23 is preheated to 600 ° C. in the atmosphere, and then placed in the mold 25 of the centrifugal casting apparatus 24 as shown in FIG. 8, and the purity of 99.3% and the hot water temperature are placed in the mold. 55
Centrifugal casting was carried out by pouring pure zinc molten metal 26 at 0 ° C. and rotating the mold around the axis 27 at 250 rpm. After the molten metal 26 was completely solidified, the solidified body was taken out from the mold 25, and the solidified body was machined to take out the composite material.
上述の如く製造された複合材料についてEPMA分析及
びX線回折試験を行ったところ、繊維成形体中のNiW
O4は溶湯のZnによって還元され、均一なNi−W−
Zn合金相を形成しており、NiWO4の酸素によって
酸化されることにより生成したZnOが前記合金相中に
均一に且微細に分散されていることが認められた。また
かくして製造された複合材料はアルミナ短繊維を強化繊
維とし純亜鉛をマトリックス金属とする複合材料に比し
て強度及び耐熱性に優れていることが認められた。尚ア
ルミナ短繊維の体積率は5%であった。When the EPMA analysis and the X-ray diffraction test were performed on the composite material manufactured as described above, the NiW
O 4 is reduced by Zn in the molten metal, and uniform Ni-W-
It was confirmed that ZnO phase was formed and ZnO produced by oxidation of NiWO 4 by oxygen was uniformly and finely dispersed in the alloy phase. It was also found that the composite material thus produced was superior in strength and heat resistance to a composite material containing alumina short fibers as reinforcing fibers and pure zinc as a matrix metal. The volume ratio of the alumina short fibers was 5%.
実施例7 水に40gのCrCl2粉末を加えて完全に溶解し、こ
れによりCrがCr2+イオンの形で存在する100mlの
溶液を形成した。次いで上述の実施例6に於て形成され
た繊維成形体と同一のアルミナ短繊維より成る繊維成形
体を形成し、該繊維成形体を上述の水溶液中に浸漬する
ことにより、繊維成形体内に水溶液を含浸させ、更に繊
維成形体を大気中にて800℃に加熱することによって
完全に乾燥させた。この場合繊維成形体の全体のかさ密
度は0.27g/cm3となっており、アルミナ短繊維の
表面には微細なCr2O3が均一に分散状態にて付着して
いることが認められた。Example 7 40 g of CrCl 2 powder was added to water and dissolved completely, forming a 100 ml solution in which Cr was present in the form of Cr 2+ ions. Next, a fiber molded body made of the same alumina short fibers as the fiber molded body formed in Example 6 is formed, and the fiber molded body is dipped in the above-mentioned aqueous solution to prepare an aqueous solution in the fiber molded body. Was further impregnated, and the fiber molded body was completely dried by heating to 800 ° C. in the atmosphere. In this case, the bulk density of the whole fiber molding was 0.27 g / cm 3, and it was confirmed that fine Cr 2 O 3 was uniformly dispersed and adhered to the surface of the alumina short fiber. It was
次いで繊維成形体を大気中にて600℃に予熱した後、
第8図に示された遠心鋳造装置24の鋳型25内に配置
し、該鋳型内に純度99.3%、湯温550℃の純亜鉛
溶湯26を注湯し、鋳型25を軸線27の周りに250
rpmにて回転させる遠心鋳造を行った。溶湯26が完全
に凝固した後、鋳型25内より凝固体を取出し、該凝固
体に機械加工を行って複合材料を取出した。Next, after preheating the fiber molded body to 600 ° C. in the atmosphere,
It is placed in the mold 25 of the centrifugal casting apparatus 24 shown in FIG. 8, and pure zinc molten metal 26 having a purity of 99.3% and a hot water temperature of 550 ° C. is poured into the mold 25, and the mold 25 is rotated around the axis 27. To 250
Centrifugal casting was carried out by rotating at rpm. After the molten metal 26 was completely solidified, the solidified body was taken out from the mold 25, and the solidified body was machined to take out the composite material.
上述の如く製造された複合材料についてEPMA分析及
びX線回折試験を行ったところ、繊維成形体中のCr2
O3は溶湯のZnによって還元され、均一なCr−Zn
合金相を形成しており、Cr2O3の酸素によって酸化さ
れることにより生成したZnOが前記合金相中に均一且
微細に分散されていることが認められた。また上述の如
く製造された複合材料はアルミナ短繊維を強化繊維とし
純亜鉛をマトリックス金属とする複合材料に比して耐摩
耗性に優れていることが認められた。尚アルミナ短繊維
の体積率は5%であった。When the composite material prepared as described above was subjected to EPMA analysis and X-ray diffraction test, Cr 2 in the fiber molded body
O 3 is reduced by Zn in the molten metal, and uniform Cr-Zn
It was confirmed that ZnO, which forms an alloy phase and is formed by oxidation of Cr 2 O 3 by oxygen, is uniformly and finely dispersed in the alloy phase. It was also found that the composite material produced as described above is superior in wear resistance to a composite material in which alumina short fibers are used as reinforcing fibers and pure zinc is used as a matrix metal. The volume ratio of the alumina short fibers was 5%.
以上に於ては本発明を幾つかの実施例について詳細に説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能である
ことは当業者にとって明らかであろう。Although the present invention has been described above in detail with reference to some embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various embodiments are possible within the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art.
第1図は本発明の複合材料の製造方法の実施に使用され
るに好適な一つの高圧鋳造装置を示す縦断面図、第2図
は本発明に従って製造された炭化ケイ素ホイスカを強化
繊維としアルミニウム合金をマトリックス金属とする複
合材料の断面組織を100倍にて示す光学顕微鏡写真、
第3図はアルミナ短繊維が分散されたスラリーを示す解
図、第4図は第3図に示されたスラリーより繊維成形体
を形成する要領を示す解図、第5図は炭素長繊維の結束
体を示す斜視図、第6図はステンレス鋼製のケース内に
充填された炭素長繊維より成る繊維成形体を示す斜視
図、第7図は本発明の複合材料の製造方法の実施に使用
されるに好適な一つのダイカスト鋳造装置を示す縦断面
図、第8図は本発明の複合材料の製造方法の実施に使用
されるに好適な一つの遠心鋳造装置を示す縦断面図であ
る。 1…多孔質体,2…高圧鋳造装置,3…鋳型,4…溶
湯,5…プランジャ,6…ノックアウトピン,7…アル
ミナ短繊維,8…スラリー,9…ネット,10…容器,
10a…底壁,11…分散媒体,12…繊維成形体,1
3…炭素長繊維,14…炭素長繊維の結束体,15…ケ
ース,16…繊維成形体,17…ダイカスト鋳造装置,
18…固定ダイス,19…可動ダイス,20…モールド
キャビティ,21…溶湯,22…プランジャ,23…繊
維成形体,24…遠心鋳造装置,25…鋳型,26…溶
湯,27…軸線FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing one high-pressure casting apparatus suitable for carrying out the method for producing a composite material of the present invention, and FIG. 2 is a silicon carbide whisker produced according to the present invention as a reinforcing fiber for aluminum. An optical micrograph showing a cross-sectional structure of a composite material using an alloy as a matrix metal at 100 times magnification,
FIG. 3 is a solution showing a slurry in which alumina short fibers are dispersed, FIG. 4 is a solution showing a procedure for forming a fiber molding from the slurry shown in FIG. 3, and FIG. FIG. 6 is a perspective view showing a binding body, FIG. 6 is a perspective view showing a fiber molded body made of long carbon fibers filled in a stainless steel case, and FIG. 7 is used for carrying out the method for producing a composite material of the present invention. FIG. 8 is a vertical cross-sectional view showing one die casting apparatus suitable for being manufactured, and FIG. 8 is a vertical cross-sectional view showing one centrifugal casting apparatus suitable for carrying out the method for producing a composite material of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Porous body, 2 ... High pressure casting apparatus, 3 ... Mold, 4 ... Molten metal, 5 ... Plunger, 6 ... Knockout pin, 7 ... Alumina short fiber, 8 ... Slurry, 9 ... Net, 10 ... Container,
10a ... Bottom wall, 11 ... Dispersion medium, 12 ... Fiber molding, 1
3 ... Carbon long fiber, 14 ... Carbon long fiber bundle, 15 ... Case, 16 ... Fiber molding, 17 ... Die casting apparatus,
18 ... Fixed die, 19 ... Movable die, 20 ... Mold cavity, 21 ... Molten metal, 22 ... Plunger, 23 ... Fiber molding, 24 ... Centrifugal casting device, 25 ... Mold, 26 ... Molten metal, 27 ... Axis line
───────────────────────────────────────────────────── 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 C22C 1/10 H ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI Technical indication C22C 1/10 H
Claims (4)
含む多孔質体を形成し、前記多孔質体内へ前記第一の金
属よりも酸化物形成傾向の高い第二の金属を含む溶融マ
トリックス金属を浸透させる複合材料の製造方法。1. A second metal which forms a porous body containing a reinforcing material and fine particles of an oxide of the first metal, and has a higher tendency to form an oxide in the porous body than the first metal. A method for producing a composite material, which comprises infiltrating a molten matrix metal containing:
法に於て、前記多孔質体を形成する過程に於ては、前記
強化材の微細片と前記第一の金属の酸化物の微細片との
混合物が形成されることを特徴とする複合材料の製造方
法。2. The method for producing a composite material according to claim 1, wherein in the step of forming the porous body, fine particles of the reinforcing material and an oxide of the first metal are included. A method for producing a composite material, which comprises forming a mixture with the fine particles.
法に於て、前記混合物は圧縮成形されることを特徴とす
る複合材料の製造方法。3. The method for producing a composite material according to claim 2, wherein the mixture is compression molded.
法に於て、前記多孔質体は溶媒中に前記第一の金属がイ
オンの状態にて存在する溶液を形成し、前記溶液を前記
強化材の多孔質の成形体内へ含浸させ、前記成形体を加
熱して前記第一の金属を酸化させることにより形成され
ることを特徴とする複合材料の製造方法。4. The method for producing a composite material according to claim 1, wherein the porous body forms a solution in which the first metal is present in an ionic state in a solvent, Is impregnated into the porous molded body of the reinforcing material, and the molded body is heated to oxidize the first metal, thereby forming a composite material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP706385A JPH0638978B2 (en) | 1985-01-18 | 1985-01-18 | Method for producing composite material using redox reaction |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP706385A JPH0638978B2 (en) | 1985-01-18 | 1985-01-18 | Method for producing composite material using redox reaction |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61165265A JPS61165265A (en) | 1986-07-25 |
| JPH0638978B2 true JPH0638978B2 (en) | 1994-05-25 |
Family
ID=11655607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP706385A Expired - Lifetime JPH0638978B2 (en) | 1985-01-18 | 1985-01-18 | Method for producing composite material using redox reaction |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0638978B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001046486A1 (en) * | 1999-12-21 | 2001-06-28 | Hitachi Metals, Ltd. | Method for producing metal-based composite material |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0657859B2 (en) * | 1985-05-21 | 1994-08-03 | 東芝セラミツクス株式会社 | Al2O3-Al-Si composite material |
| JPH0796693B2 (en) * | 1985-05-21 | 1995-10-18 | 東芝セラミックス株式会社 | Method for producing Al-lower 2 O-lower 3 -Al-Si composite material |
| JP3530792B2 (en) | 1999-12-24 | 2004-05-24 | トーカロ株式会社 | Metal-based composite material and method for producing the same |
-
1985
- 1985-01-18 JP JP706385A patent/JPH0638978B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001046486A1 (en) * | 1999-12-21 | 2001-06-28 | Hitachi Metals, Ltd. | Method for producing metal-based composite material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61165265A (en) | 1986-07-25 |
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