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JPH07110978B2 - Method for producing preform for fiber-reinforced metal matrix composite material - Google Patents
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JPH07110978B2 - Method for producing preform for fiber-reinforced metal matrix composite material - Google Patents

Method for producing preform for fiber-reinforced metal matrix composite material

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JPH07110978B2
JPH07110978B2 JP15248191A JP15248191A JPH07110978B2 JP H07110978 B2 JPH07110978 B2 JP H07110978B2 JP 15248191 A JP15248191 A JP 15248191A JP 15248191 A JP15248191 A JP 15248191A JP H07110978 B2 JPH07110978 B2 JP H07110978B2
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preform
fiber
composite material
aluminum borate
whiskers
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修二 真鍋
昌則 長船
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Shikoku Chemicals Corp
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Shikoku Chemicals Corp
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明方法はホウ酸アルミニウム
ウィスカーを用いた繊維強化型金属基複合材料の製造に
必要な予備成形体の製法方法に関するものであり、安定
した品質の予備成形体が容易に得られるため、各種金属
の強化に応用することができる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The method of the present invention relates to a method for producing a preform required for producing a fiber-reinforced metal matrix composite material using aluminum borate whiskers, which makes it easy to obtain a preform of stable quality. Therefore, it can be applied to the strengthening of various metals.

【0002】[0002]

【従来の技術】金属に繊維状物質を添加して、その機械
的強度を向上させたものは繊維強化型金属基複合材料と
呼ばれる。繊維状物質として、アルミナ繊維、アルミナ
シリカ繊維、炭化けい素繊維、炭化けい素ウィスカー、
窒化けい素ウィスカー、チタン酸カリウムウィスカー、
ホウ酸アルミニウムウィスカー等、多くのセラミック系
繊維が検討されている。これらの繊維は溶融金属に対す
る濡れ性が悪かったり、強化繊維と溶融金属との間で化
学反応が起こったりするので、その複合化に際しては少
々煩雑な方法をとる必要がある。
2. Description of the Related Art A material obtained by adding a fibrous substance to metal to improve its mechanical strength is called a fiber-reinforced metal matrix composite material. Fibrous substances include alumina fibers, alumina silica fibers, silicon carbide fibers, silicon carbide whiskers,
Silicon nitride whiskers, potassium titanate whiskers,
Many ceramic-based fibers such as aluminum borate whiskers have been investigated. Since these fibers have poor wettability with molten metal and a chemical reaction occurs between the reinforcing fiber and the molten metal, it is necessary to use a slightly complicated method for compounding them.

【0003】これまでに報告されている繊維強化型金属
基複合材料の製造方法としては、予め繊維の予備成形
体を造り、この空隙部分に金属の溶融物を加圧溶浸する
方法、繊維と金属の粉末を均一に混合したのち、加圧
しながら加熱し焼結する方法、繊維に金属の皮膜を形
成させたのち、高温下で加圧して一体化させる方法、
溶融状態の金属を強制的に攪拌している中に繊維を添加
し均一にしたのち、冷却し複合化させる方法等がある。
現在、これらの方法のうちの方法が最も生産性に優れ
ているので、いくつか工業的規模での実施例があり、将
来発展するものと思われる。
As a method for producing a fiber-reinforced metal matrix composite material which has been reported so far, a method in which a preform of a fiber is prepared in advance and a melt of a metal is infiltrated into the void portion under pressure is used. After uniformly mixing the metal powder, heating and pressurizing and sintering, forming a metal film on the fiber, then pressurizing at high temperature to integrate.
There is a method in which a molten metal is forcibly stirred and fibers are added to make it uniform, and then the mixture is cooled to form a composite.
At present, some of these methods are the most productive, so there are several examples on an industrial scale, which are expected to develop in the future.

【0004】本発明者等は、先に強化繊維としてホウ酸
アルミニウムウィスカーを用いる繊維強化型金属基複合
材料の製造方法として、ウィスカーの予備成形体を造っ
たのち、これを予熱して溶融状態の金属アルミニウム系
合金を加圧溶浸させる方法を提案した。(特願平1−24
2949号)
As a method for producing a fiber-reinforced metal matrix composite material using aluminum borate whiskers as the reinforcing fibers, the present inventors have prepared a whisker preform and then preheated it to obtain a molten state. We proposed a method of pressure infiltration of metallic aluminum alloys. (Japanese Patent Application 1-24
No. 2949)

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前記のの方法により
得られる複合材料の性能は、予備成形体の性能に左右さ
れる。その際に要求される予備成形体の性能としては、
溶融金属の加圧溶浸に耐えうる機械的強度、均一なウィ
スカーの分布及び寸法精度等である。
The performance of the composite material obtained by the above method depends on the performance of the preform. As the performance of the preformed body required at that time,
Mechanical strength that can withstand pressure infiltration of molten metal, uniform distribution of whiskers, and dimensional accuracy.

【0006】予備成形体は、通常水等の溶媒にウィスカ
ーを分散したスラリーを抄造あるいは圧搾等の処理を行
なうことにより得られるが、ホウ酸アルミニウムウィス
カーを用いて予備成形体を造る際には次に示す課題があ
った。第一の課題は、スラリーのpHが中性域以外の場
合には、ウェット状態での成形体の形状保持性が悪くな
り、十分な機械的強度が得られ難いことである。ホウ酸
アルミニウムは固体酸であるのでスラリーは酸性になり
易く、pHが5未満の場合には、ウェット状態での成形
体は自重で変形するような弱いものになることが確認さ
れている。
[0006] The preform is usually obtained by subjecting a slurry in which whiskers are dispersed in a solvent such as water to papermaking or squeezing. When the preform is produced using aluminum borate whiskers, There was a problem shown in. The first problem is that when the pH of the slurry is outside the neutral range, the shape retention of the molded product in the wet state deteriorates, and it is difficult to obtain sufficient mechanical strength. It has been confirmed that since aluminum borate is a solid acid, the slurry easily becomes acidic, and when the pH is less than 5, the molded body in a wet state becomes weak such that it is deformed by its own weight.

【0007】第二の課題は、予備成形体を調製する際に
ホウ酸アルミニウムウィスカーの体積分率(以下、Vf
という)を制御することが難しく、特にVfが20%未満
の予備成形体を造ることは不可能であった。通常全体強
化の複合材を造る場合には、機械的強度を最大に引き出
すためにVfを30%程度にするが、部分強化の複合材を
造る場合には、強化部分と非強化部分との界面において
生ずる熱膨張係数の差異による応力の発生あるいは機械
加工を行なう時に工具を選択する必要が有るため、Vf
は10ないし15%程度にすることが多い。Vfを低下させ
るにはアスペクト比の大きなウィスカー、例えば 500程
度以上のアスペクト比のものを使用すれば可能である
が、現在のところこのようなホウ酸アルミニウムウィス
カーは合成が困難である。以上のようにホウ酸アルミニ
ウムウィスカーを強化繊維として用いた繊維強化型金属
基複合材料を製造するに際して、スラリーのpHに影響
されず、且つVfを低下させる方法が求められていた。
The second problem is that the volume fraction of aluminum borate whiskers (hereinafter referred to as Vf) when preparing a preform.
Was difficult to control, and in particular, it was impossible to produce a preform having Vf of less than 20%. Normally, when making a fully reinforced composite material, Vf is set to about 30% in order to maximize the mechanical strength, but when making a partially reinforced composite material, the interface between the reinforced portion and the non-reinforced portion is used. Vf because it is necessary to select a tool when stress is generated or machining is performed due to the difference in the coefficient of thermal expansion
Is often around 10 to 15%. Vf can be lowered by using whiskers having a large aspect ratio, for example, those having an aspect ratio of about 500 or more, but at present, such aluminum borate whiskers are difficult to synthesize. As described above, when producing a fiber-reinforced metal-based composite material using aluminum borate whiskers as reinforcing fibers, a method that is not affected by the pH of the slurry and that reduces Vf has been required.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、このよう
な事情に鑑み多くの試験研究を重ねた結果、加熱処理し
たホウ酸アルミニウムウィスカーを溶媒に分散し、スラ
リー状あるいはペースト状にしたものを湿式成形するこ
とにより、所期の問題点が解決できることを見い出し、
本発明方法を完遂することができた。
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted many test studies in view of such circumstances, and as a result, heat-treated aluminum borate whiskers are dispersed in a solvent to form a slurry or paste. We found that the intended problems could be solved by wet-molding things,
The method of the present invention could be accomplished.

【0009】本発明方法において使用されるホウ酸アル
ミニウムウィスカーは、特開昭63−319297号、同63−31
9298号、特開平2−107600号、同2−164797号及び同2
−164798号公報並びに特願平1−270858及び特願平2−
128566号において示したアルカリ金属の塩酸塩、硫酸
塩、炭酸塩等をウィスカー育成のための溶融剤として使
用する方法により容易に製造しうるものであるが、その
代表的なものとしては、化学式9Al2 3 ・2B2
3 あるいは2Al2 3 ・B2 3 で表されるものであ
り、その繊維径は0.1 ないし10μm以下、且つ繊維長は
2ないし 500μm以下、アスペクト比は10ないし100 の
ものが好適である。
Aluminum borate whiskers used in the method of the present invention are disclosed in JP-A-63-319297 and JP-A-63-31.
9298, JP-A-2-107600, 2-164797 and 2
-164798 and Japanese Patent Application No. 1-270858 and Japanese Patent Application No. 2-
It can be easily produced by the method of using alkali metal hydrochlorides, sulfates, carbonates, etc. shown in No. 128566 as a melting agent for whisker growth. 2 O 3 / 2B 2 O
Are those represented by 3 or 2Al 2 O 3 · B 2 O 3, the fiber diameter is 0.1 to 10μm or less and a fiber length to from 2 500μm or less, the aspect ratio is preferred that of from 10 100.

【0010】本発明方法の実施において、ホウ酸アルミ
ニウムウィスカーを加熱する温度は、200℃ないし1
300℃の温度、加熱時間は30分ないし96時間が好
適である。加熱処理温度と加熱処理時間はVf低下に大
きく影響を及ぼし、処理温度が高く、また処理時間が長
くなるほどVfは低下する。加熱処理温度が200℃未
満の場合は、得られる予備成形体に形状保持をするのに
十分な強度が得られず、逆に加熱処理温度が1300℃
を越えた場合は、ホウ酸アルミニウムウィスカー中の酸
化ホウ素成分が徐々に揮発し、α型アルミナに変化して
繊維径が太く且つ繊維長が短くなるので、アスペクト比
が小さくなり補強効果が悪くなるため好ましくない。
In carrying out the method of the present invention, the temperature at which the aluminum borate whiskers are heated is from 200 ° C to 1 ° C.
A temperature of 300 ° C. and a heating time of 30 minutes to 96 hours are preferable. The heat treatment temperature and the heat treatment time greatly affect the decrease in Vf, and Vf decreases as the treatment temperature increases and the treatment time increases. If the heat treatment temperature is less than 200 ° C, the preform obtained will not have sufficient strength to retain its shape, and conversely, the heat treatment temperature will be 1300 ° C.
If it exceeds, the boron oxide component in the aluminum borate whiskers gradually volatilizes and changes to α-type alumina, and the fiber diameter becomes large and the fiber length becomes short, so the aspect ratio becomes small and the reinforcing effect deteriorates. Therefore, it is not preferable.

【0011】本発明方法の実施に当たって、加熱処理さ
れたホウ酸アルミニウムウィスカーは、溶媒に分散して
スラリー状あるいはペースト状に調整される。この際に
用いられる分散溶媒は水、低級アルコール等の極性の高
いものが好ましいが、この他にケトン類、パラフィン
系、芳香族系等のものも使用できる。またスラリーある
いはペースト中のホウ酸アルミニウムウィスカー濃度
は、2ないし50重量%が好適である。2重量%未満の濃
度の場合は工業的に効率が悪く、逆に50重量%の濃度を
超える場合はスラリーあるいはペーストの粘度が高くな
り過ぎ、均一な予備成形体を得ることが困難になる。
In carrying out the method of the present invention, the heat-treated aluminum borate whiskers are dispersed in a solvent to prepare a slurry or paste. The dispersion solvent used at this time is preferably a highly polar solvent such as water or a lower alcohol, but other than this, ketones, paraffinic solvents, aromatic solvents and the like can also be used. The concentration of aluminum borate whiskers in the slurry or paste is preferably 2 to 50% by weight. If the concentration is less than 2% by weight, industrial efficiency is poor, and if the concentration exceeds 50% by weight, the viscosity of the slurry or paste becomes too high, and it becomes difficult to obtain a uniform preform.

【0012】本発明方法の実施に当たって、ホウ酸アル
ミニウムウィスカーの分散性を向上させるために界面活
性剤あるいは分散剤を適宜添加することもできる。本発
明方法により十分な強度を有する予備成形体を得ること
が可能であるが、さらにウェット状態における強度を向
上させるために、ポリビニールアルコール樹脂、ポリビ
ニールブチラール樹脂及びカルボキシメチルセルロース
等の有機系バインダーを、また溶融金属の加圧溶浸時の
高圧に耐える強度を工場させるためには、シリカ系、ア
ルミナ系等の無機系バインダーを添加しても差し支えな
い。本発明方法の実施において、前記の添加物を加える
ことによりスラリーのpHが大きく変化した際にも、ウ
ェット時の予備成形体の形状保持性を悪化させることが
なくなった。
In carrying out the method of the present invention, a surfactant or a dispersant may be appropriately added to improve the dispersibility of the aluminum borate whiskers. Although it is possible to obtain a preform having sufficient strength by the method of the present invention, in order to further improve the strength in a wet state, an organic binder such as polyvinyl alcohol resin, polyvinyl butyral resin and carboxymethyl cellulose is used. Further, in order to make the strength of the molten metal that can withstand high pressure during pressure infiltration, an inorganic binder such as silica or alumina may be added. In the practice of the method of the present invention, even when the pH of the slurry was significantly changed by adding the above-mentioned additive, the shape retention of the preform during wet was not deteriorated.

【0013】このようにして得られたスラリーあるいは
ペーストを湿式で成形する方法としては、抄造法あるい
は圧搾法がある。前者は濾紙や濾布等を用いた自然濾過
あるいは吸引濾過を行う方法であり、シート状または簡
単なブロック状に成形するのに適し、スラリー濃度を低
くするのが好ましいがペースト状のものには適用できな
い。この抄造法はウィスカーに大きな圧縮力が作用しな
いので、比較的低いVfにすることが可能である。これ
に対し後者は排水機構の付いた金型または樹脂型にスラ
リーあるいはペーストを供給し、上パンチで加圧脱水成
形する方法であり、複雑な形状の予備成形品を成形する
のに適している。脱水を早く完了させるためには、ウィ
スカー濃度を高くすることが好ましく、また加圧するた
めに抄造法と比べてVfは高くなる。
As a method for wet-forming the slurry or paste thus obtained, there is a papermaking method or a pressing method. The former is a method of performing natural filtration or suction filtration using a filter paper, a filter cloth, etc., which is suitable for forming into a sheet shape or a simple block shape, and it is preferable to lower the slurry concentration, but for paste-like ones Not applicable. In this papermaking method, since a large compressive force does not act on the whiskers, it is possible to make the Vf relatively low. On the other hand, the latter is a method of supplying the slurry or paste to a mold or resin mold with a drainage mechanism and performing pressure dehydration molding with an upper punch, which is suitable for molding a preform with a complicated shape. . In order to complete the dehydration quickly, it is preferable to increase the whisker concentration, and since the pressure is applied, Vf becomes higher than in the papermaking method.

【0014】ホウ酸アルミニウムウィスカーを加熱処理
しない場合には、ウェットな成形品の形状保持性は悪
く、成形化可能なVfの最小値は20%程度であるが、加
熱処理を行なうと形状保持性が著しく向上し、且つ成形
時の圧力が低い場合にはVfを10%程度にまで低くする
ことが可能になる。このことは外圧をかけて高いVfの
予備成形体を造った場合において、より機械強度の高い
予備成形品が得られることを示唆するものである。
If the aluminum borate whiskers are not heat-treated, the shape retention of the wet molded product is poor, and the minimum value of Vf that can be molded is about 20%. Is significantly improved, and Vf can be lowered to about 10% when the pressure during molding is low. This suggests that a preform having higher mechanical strength can be obtained when a preform having a high Vf is produced by applying external pressure.

【0015】このようにして得られたウェットな成形物
を濾紙あるいは金型から取り外し乾燥したのち、成形体
強度を高めるために 500℃以上の温度に加熱することに
より、金属基複合材料用の予備成形体が得られる。この
際に、有機バインダーを添加した場合は十分脱脂を行う
必要があり、一方無機バインダーを添加した場合は 800
℃以上に加熱して焼結させなければならない。
The wet molded product thus obtained is removed from the filter paper or the mold, dried, and then heated to a temperature of 500 ° C. or higher in order to increase the strength of the molded product. A molded body is obtained. At this time, if an organic binder is added, sufficient degreasing must be performed, while if an inorganic binder is added,
It must be heated above ℃ to sinter.

【0016】[0016]

【作用】ホウ酸アルミニウムは酸化アルミニウムと酸化
ホウ素の複合酸化物である。アルミニウムは酸素を6配
位し、ホウ素は酸素を3または4配位するのが結晶学的
に最も安定な構造である。しかしながら、二つの酸化物
が複合化することにより、アルミニウムの多くは酸素を
4つしか配位しない結晶構造をとるようになる。粉体表
面においては、このような位置にあるアルミニウムは雰
囲気にある配位子を取り込もうとする働きをする。ま
た、ホウ酸アルミニウムウィスカーを水に分散させた場
合、水酸イオンが配位するので、水中の水素イオン濃度
が増加し、スラリーが酸性となる所謂ルイス酸的な現象
が現れる。
[Function] Aluminum borate is a composite oxide of aluminum oxide and boron oxide. Aluminum has six-coordinated oxygen, and boron has three- or four-coordinated oxygen, which is the most stable crystallographic structure. However, when two oxides are complexed, most of aluminum has a crystal structure in which only four oxygens are coordinated. On the surface of the powder, the aluminum in such a position acts to take in the ligand in the atmosphere. Further, when aluminum borate whiskers are dispersed in water, since hydroxide ions are coordinated, the hydrogen ion concentration in the water increases, and a so-called Lewis acid phenomenon in which the slurry becomes acidic appears.

【0017】本発明方法において使用されるホウ酸アル
ミニウムウィスカーを製造する際には、反応後溶融剤を
除去するために沸騰水や沸騰塩酸等で処理する工程がと
られる。この工程において前記の現象が起こり、この時
に水酸基が配位すれば 100℃程度の乾燥では水酸基を容
易に脱離させることは困難であるが、本発明方法におけ
る加熱処理を行なうことにより、この水酸基を脱離させ
ることができる。
When the aluminum borate whiskers used in the method of the present invention are produced, a step of treating with boiling water, boiling hydrochloric acid or the like is taken to remove the melting agent after the reaction. If the above-mentioned phenomenon occurs in this step and the hydroxyl group is coordinated at this time, it is difficult to easily desorb the hydroxyl group by drying at about 100 ° C. Can be desorbed.

【0018】次いで水酸基が脱離すれば何故Vfが低下
し、形状保持性の良い予備成形体が得られるかについて
説明する。水酸基が表面に配位している場合は、表面が
親水性であるため、水やアルコールとの親和性が強く、
ホウ酸アルミニウムウィスカー同士が凝集するよりも表
面層に溶媒を引きつけておこうとする力が強く作用す
る。よって、スラリーやペーストを湿式成形する時にウ
ィスカー同士が接触しても滑り易く、また溶媒の抜け性
も悪くなり、Vfが高くなって形状保持性も悪くなる。
Next, the reason why Vf is lowered when the hydroxyl group is eliminated and a preform having a good shape-retaining property can be obtained will be described. When the hydroxyl group is coordinated to the surface, the surface is hydrophilic and has a strong affinity for water and alcohol.
The force to attract the solvent to the surface layer acts more strongly than the aluminum borate whiskers aggregate with each other. Therefore, even when the whiskers come into contact with each other when the slurry or paste is wet-molded, the whiskers are likely to slip, the solvent removal property is deteriorated, Vf is increased, and the shape retention property is deteriorated.

【0019】一方、本発明方法の加熱処理した場合は、
多くの水酸基が除去され、表面が疎水側に変化するの
で、ウィスカー同士の凝集力は強まり、溶媒を排除しよ
うとする力が作用する。このため、湿式成形する時にウ
ィスカー同士が接触すれば、滑ることなくすぐ強固な力
で凝集が起こり、また溶媒の抜け性も良くなるために、
Vfが低くなって形状保持性が向上する。
On the other hand, when the heat treatment of the method of the present invention is carried out,
Since many hydroxyl groups are removed and the surface changes to the hydrophobic side, the cohesive force between the whiskers strengthens, and the force to remove the solvent acts. For this reason, if the whiskers come into contact with each other during wet molding, cohesion occurs immediately with a strong force without slipping, and the solvent can be easily removed.
Vf is lowered and shape retention is improved.

【0020】一旦水酸基が脱離した部分に再度水酸基が
配位するためには、水に分散する程度の条件では配位が
不可能であり、煮沸水で1時間程処理しなければなら
ず、湿式成形するためにスラリーあるいはペーストを調
製する程度の条件では、加熱処理以前の水酸基が配位し
た状態に戻ることは発生しない。以下実施例及び比較例
によって、本発明方法を具体的に説明する。
In order to re-coordinate the hydroxyl group to the part where the hydroxyl group is once eliminated, the coordination is impossible under the condition that it is dispersed in water, and it has to be treated with boiling water for about 1 hour, Under the condition that a slurry or paste is prepared for wet molding, the hydroxyl group before the heat treatment does not return to the coordinated state. The method of the present invention will be specifically described below with reference to Examples and Comparative Examples.

【0021】[0021]

【実施例1】平均繊維径 0.5ないし1μm、平均繊維長
10ないし30μm、化学式9Al2 3 ・2B2 3 で表
される 120℃の温度で12時間乾燥させたホウ酸アルミニ
ウムウィスカー(商品名:アルボレックスG、四国化成
工業株式会社製)を夫々 100gずつ7個の石英ガラス製
トレイに入れ、このトレイを200、 400、 600、 800、1
000、1200及び1300℃の温度に設定した電気炉中で6時
間加熱処理を行なったのち、冷却して得られるウィスカ
ーをビーカー中で電導度1μS/cm以下のイオン交換水
150ccに分散し、約5分間超音波を照射して抄造成形用
スラリーを調製した。得られたスラリーを内径30mm、高
さ50mmのガラスフィルター(3G−4)に注ぎ吸引濾過
を行なって水分を除去したのち、抄造物をシャーレ上に
取り出してその形状保持性を調べた。この抄造物を 100
℃の温度にて4時間乾燥し、更に600℃の温度にて1時
間加熱したのちに、体積及び重量を測定し、ホウ酸アル
ミニウムの密度の3.0g/cc からVfを算出した。この結
果は、表1に示すとおりであり、 200℃以上の温度で加
熱処理を行なった場合にウェット時の成形体の形状保持
性が向上し、且つVfが急激に低下することが確認でき
た。加熱処理を行なったホウ酸アルミニウムウィスカー
を用いて調製した予備成形体は機械強度が高く、充分に
溶融金属加圧溶浸に耐えうるものであった。
Example 1 Average fiber diameter 0.5 to 1 μm, average fiber length
10 to 30 [mu] m, the formula 9Al 2 O 3 · 2B 2 O 3 at 120 ° C. temperature for 12 hours dried aluminum borate whiskers represented (trade name: Alborex G, manufactured by Shikoku Chemicals Corporation), respectively 100g Place each in seven quartz glass trays, and place these trays in 200, 400, 600, 800, 1
Ion-exchanged water with a conductivity of 1 μS / cm or less in a beaker is obtained by heating the whiskers after heat treatment for 6 hours in an electric furnace set to 000, 1200 and 1300 ° C.
Dispersed in 150 cc and irradiated with ultrasonic waves for about 5 minutes to prepare a slurry for papermaking molding. The obtained slurry was poured into a glass filter (3G-4) having an inner diameter of 30 mm and a height of 50 mm and suction filtration was performed to remove water, and then the paper product was taken out on a petri dish and its shape retention was examined. 100 of this paper
After drying at a temperature of ℃ for 4 hours and further heating at a temperature of 600 ℃ for 1 hour, the volume and weight were measured, and Vf was calculated from 3.0 g / cc of the density of aluminum borate. The results are as shown in Table 1, and it was confirmed that when the heat treatment was performed at a temperature of 200 ° C. or higher, the shape retention of the molded body in the wet state was improved and Vf was drastically reduced. . The preform prepared using the heat-treated aluminum borate whiskers had high mechanical strength and was able to sufficiently withstand the molten metal pressure infiltration.

【0022】[0022]

【比較例1】実施例1において、ホウ酸アルミニウムウ
ィスカーの加熱処理を行なわなかった以外は全く同様の
手順で予備成形体を調製した。得られた予備成形体は、
実施例1で得られたものと比べてVfは高く、形状保持
性も悪く、機械的強度も弱いものであった。この結果は
表1に示すとおりであった。
Comparative Example 1 A preform was prepared in the same procedure as in Example 1 except that the aluminum borate whiskers were not heat-treated. The obtained preformed body,
Vf was higher than that obtained in Example 1, poor shape retention, and weak mechanical strength. The results are shown in Table 1.

【0023】[0023]

【表1】 *印で示す値は、予備成形体が変形したため体積を概算
で求めた数値である。
[Table 1] The value indicated by * is a numerical value obtained by estimating the volume because the preform is deformed.

【0024】[0024]

【実施例2】平均繊維径 0.5μm、平均繊維長10ないし
30μm、化学式2Al2 3 ・B2 3 で示される 120
℃の温度で12時間乾燥させたホウ酸アルミニウムウィス
カー(商品名:アルボレックスG、四国化成工業株式会
社製)を夫々100gずつ5個の石英ガラス製トレイに入
れ、このトレイを 200、 400、 600、 800及び1000℃の
温度に設定した電気炉中で12時間加熱処理を行なったの
ち、冷却して得られるウィスカーをビーカー中で純度99
%以上の工業用メタノール 150ccに分散し、以下実施例
1と全く同じ処理を行なって、形状保持性の確認及びV
fの測定を行ったところ、その結果は表2に示すとおり
であり、実施例1と同様の効果を確認することができ
た。なお、本実施例において、実施例1よりVfが低く
なっているのは、アスペクト比が高かったことと溶媒の
極性が下がったためである。
Example 2 Average fiber diameter 0.5 μm, average fiber length 10 to
30 μm, 120 represented by the chemical formula 2Al 2 O 3 · B 2 O 3
Aluminum borate whiskers (trade name: Arbolex G, manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.) dried at a temperature of ℃ for 12 hours were placed in 5 quartz glass trays, 100 g each, and the trays were set to 200, 400, 600. After heating for 12 hours in an electric furnace set to a temperature of 800 and 1000 ° C, the whiskers obtained by cooling are heated in a beaker to a purity of 99.
% Industrial methanol (150 cc) was dispersed and the same treatment as in Example 1 was performed to confirm shape retention and V
When f was measured, the results were as shown in Table 2, and the same effect as in Example 1 could be confirmed. In this example, the Vf was lower than that in Example 1 because the aspect ratio was high and the polarity of the solvent was low.

【0025】[0025]

【比較例2】実施例2において、加熱処理を行わなかっ
た以外は全く同様の手順で予備成形体を調製した。得ら
れた予備成形体は、実施例2で得られたものと比べてV
fは高く、形状保持性も悪く、機械的強度も弱いもので
あった。この結果は表2に示すとおりであった。
Comparative Example 2 A preform was prepared in the same procedure as in Example 2 except that the heat treatment was not performed. The resulting preform has a V compared to that obtained in Example 2.
f was high, the shape retention was poor, and the mechanical strength was weak. The results are shown in Table 2.

【0026】[0026]

【表2】 [Table 2]

【0027】[0027]

【実施例3】実施例1において、1000℃の温度で1時間
加熱処理したホウ酸アルミニウムウィスカーを実施例1
で用いたのと同じイオン交換水に分散してスラリーを調
製し、次いでこのスラリーに塩酸またはアンモニア水を
添加してpHを3から10の間に調整した。得られたスラ
リーを用いて実施例1と同様の処理条件により予備成形
体を造り、形状保持性の確認及びVfの測定を行ったと
ころ、その結果は表3に示すとおりであり、中性付近で
若干Vfが小さくなる傾向はあったが、その形状保持性
には全く影響がなかった。このことは各種添加剤の添加
によりスラリーのpHが変化しても、予備成形体の機械
的特性が低下しないことを示している。
Example 3 In Example 1, an aluminum borate whisker heat-treated at a temperature of 1000 ° C. for 1 hour was used.
A slurry was prepared by dispersing in the same ion-exchanged water as used in 1. above, and then hydrochloric acid or aqueous ammonia was added to this slurry to adjust the pH to between 3 and 10. Using the obtained slurry, a preform was prepared under the same processing conditions as in Example 1, the shape retention was confirmed, and the Vf was measured. The results are shown in Table 3 and are in the vicinity of neutral. However, Vf tended to be slightly decreased, but the shape retention was not affected at all. This indicates that the mechanical properties of the preform do not deteriorate even if the pH of the slurry changes due to the addition of various additives.

【0028】[0028]

【比較例3】実施例3において、加熱処理を行わなかっ
た以外は全く同様の手順で試験を行ったところ、その結
果は表3に示すとおりであり、酸性側あるいはアルカリ
性側において全く形状を成さない予備成形体となり、p
Hによる影響が大きいことが判明した。
[Comparative Example 3] A test was conducted in the same manner as in Example 3 except that the heat treatment was not performed. The results are shown in Table 3, which shows that no shape was formed on the acidic side or the alkaline side. It becomes a preformed body that does not
It was found that the influence of H was great.

【0029】[0029]

【表3】 [Table 3]

【0030】[0030]

【実施例4】内径2mmの水抜け用の穴を多数空けた定盤
の上に濾布を敷き、この上に内径80mm、長さ 200mmの円
筒型金型を立てた中に、実施例1において 600℃の温度
で3時間加熱処理を行なったホウ酸アルミニウムウィス
カー 100gを、予め有機バインダーとしてポリビニール
アルコール樹脂を2%及び無機バインダーとしてシリカ
ゾルを1%添加したイオン交換水 500ccに分散してペー
ストを調製し、得られたペーストを全量円筒型金型の中
に流し込んだ。次いで、濾布を張りつけた水抜け用の穴
が多数あいた上パンチを徐々に円筒型金型に押し込みな
がら脱水し、成形厚みが44mmになった時点で押し込みを
停止して、この状態を約5分間保持したのち脱型して非
常に良好なウェットの成形体を得た。得られた成形物を
100℃の温度で4時間乾燥し、さらに 600℃の温度で2
時間加熱してポリビニールアルコール樹脂を脱脂し、次
いで 800℃の温度で2時間加熱して無機バインダーを焼
結させ、Vfが15%の予備成形体を得た。
[Example 4] A filter cloth was laid on a surface plate having a large number of holes for draining water having an inner diameter of 2 mm, and a cylindrical metal mold having an inner diameter of 80 mm and a length of 200 mm was erected on the surface of the surface of the surface, and then a first embodiment was prepared. 100g of aluminum borate whiskers heat-treated at 600 ° C for 3 hours in 500cc of deionized water containing 2% of polyvinyl alcohol resin as an organic binder and 1% of silica sol as an inorganic binder. Was prepared, and the total amount of the obtained paste was poured into a cylindrical mold. Then, the upper punch with a large number of holes for draining water, to which a filter cloth is attached, is gradually pushed into a cylindrical mold for dehydration, and when the molding thickness reaches 44 mm, the pushing is stopped and this state is maintained at about 5 mm. After holding for a minute, it was demolded to obtain a very good wet compact. The obtained molded product
Dry at 100 ° C for 4 hours and then at 600 ° C for 2 hours.
The polyvinyl alcohol resin was degreased by heating for 2 hours, and then the inorganic binder was sintered by heating at a temperature of 800 ° C. for 2 hours to obtain a preform having a Vf of 15%.

【0031】この予備成形体を 800℃の温度に予熱し
て、 300℃に加熱した内径 100mmの金型内にセットし、
800℃で溶融させたアルミニウム鋳造合金AC8Aを金
型内に注ぎこみ、上パンチにより70トンの圧力で加圧溶
浸させ複合材を得た。得られた複合材を半円筒状に切断
し、複合面を観察したところ不均一な部分や予備成形体
の変形等は見られなかった。また、試験片を切りだし引
張り試験を行ったところ、非強化のアルミニウム鋳造合
金と比べて1.4 倍の強度発現があることが確認できた。
This preform is preheated to a temperature of 800 ° C. and set in a mold having an inner diameter of 100 mm heated to 300 ° C.,
Aluminum casting alloy AC8A melted at 800 ° C. was poured into a mold and infiltrated with a pressure of 70 tons by an upper punch to obtain a composite material. When the obtained composite material was cut into a semi-cylindrical shape and the composite surface was observed, no uneven portion or deformation of the preform was observed. In addition, when a test piece was cut out and subjected to a tensile test, it was confirmed that the strength development was 1.4 times that of the unreinforced aluminum cast alloy.

【0032】[0032]

【比較例4】加熱処理を行なわなかった以外は、全く実
施例4と同様の処理を行ったところ、充分脱水ができな
かったために、成形体脱型時に型崩れが発生し、成形厚
み44mm、即ちVfが15%の予備成形体を造ることができ
なかった。
[Comparative Example 4] Except that no heat treatment was carried out, the same treatment as in Example 4 was carried out. However, since sufficient dehydration could not be obtained, the molded article collapsed when demolded, and the molding thickness 44 mm, That is, a preform having a Vf of 15% could not be produced.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明方法によれば、従来よりも低いV
fの範囲においても、形状保持性に優れ、且つ機械強度
の高いホウ酸アルミニウムウィスカー予備成形体を造る
ことが可能であり、この予備成形体を用いた加圧溶浸法
により、高性能のホウ酸アルミニウムウィスカー強化型
金属基複合材料を得ることができる。
According to the method of the present invention, V which is lower than that of the conventional method is obtained.
Even in the range of f, it is possible to produce an aluminum borate whisker preform having excellent shape retention and high mechanical strength, and a high-performance borosilane is produced by the pressure infiltration method using this preform. An aluminum acid whisker reinforced metal matrix composite material can be obtained.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 200℃ないし1300℃の温度範囲に
おいて加熱処理したホウ酸アルミニウムウィスカーを溶
媒に分散させ、スラリー状あるいはペースト状として湿
式成形することを特徴とする繊維強化型金属基複合材料
用予備成形体の製造方法。
1. A preliminary process for a fiber-reinforced metal matrix composite material, characterized in that aluminum borate whiskers heat-treated in a temperature range of 200 ° C. to 1300 ° C. are dispersed in a solvent and wet-molded in the form of slurry or paste. Method for manufacturing molded body.
【請求項2】 化学式9Al2 3 ・2B2 3 あるい
は2Al2 3 ・B2 3 で示されるホウ酸アルミニウ
ムウィスカーを用いることを特徴とする請求項1に記載
の繊維強化型金属基複合材料用予備成形体の製造方法。
2. A chemical formula 9Al 2 O 3 · 2B 2 O 3 or 2Al 2 O 3 · B 2 fiber-reinforced metal base according to claim 1 which comprises using aluminum borate whiskers represented by O 3 Manufacturing method of preform for composite material.
JP15248191A 1991-05-27 1991-05-27 Method for producing preform for fiber-reinforced metal matrix composite material Expired - Lifetime JPH07110978B2 (en)

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