JP2742633B2 - Aluminum borate whisker having Si3N4 coating and composite material using the whisker as reinforcement - Google Patents
Aluminum borate whisker having Si3N4 coating and composite material using the whisker as reinforcementInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、複合材料に係り、更に
詳細にはSi3 N4 被覆層を有するホウ酸アルミニウム
ウイスカ及び該ウイスカを強化材とする複合材料に係
る。The present invention relates to a composite material, and more particularly to an aluminum borate whisker having a Si 3 N 4 coating layer and a composite material using the whisker as a reinforcing material.
【0002】[0002]
【従来の技術】Al基複合材料の一つとして、例えば平
成2年4月23日に軽金属学会複合材料部会のぬれ性分
科会委員会に於て頒布された「ウイスカ強化アルミニウ
ム基複合材料における界面構造」と題する記事に記載さ
れている如く、ホウ酸アルミニウムウイスカ(アルミナ
−ボリアウイスカ)を強化材とし、A6061合金やJ
IS規格AC8A合金の如きAl合金をマトリックスと
するAl基複合材料は既に知られている。2. Description of the Related Art As one of Al-based composite materials, for example, "Interface in Whisker Reinforced Aluminum-Based Composite Material" distributed on April 23, 1990 at the Committee on Wetability of the Committee on Composite Materials of the Japan Institute of Light Metals. As described in the article entitled "Structure", aluminum borate whisker (alumina-boria whisker) is used as a reinforcing material, and A6061 alloy or J
Al-based composite materials using an Al alloy such as the IS standard AC8A alloy as a matrix are already known.
【0003】ホウ酸アルミニウムウイスカとしては9A
l2 O3・2B2 O3 及び2Al2 O3 ・B2 O3 にて
表現される2種類のものがあり、これらのうち前者の化
学式にて表現されるホウ酸アルミニウムウイスカは強
度、弾性率、耐熱性、耐薬品性に優れており、従って複
合材料の強化材として優れたウイスカである。またホウ
酸アルミニウムウイスカは非常に低廉な強化材であるの
で、ホウ酸アルミニウムウイスカ強化Al基複合材料に
よれば、例えばSiCウイスカを強化材とする複合材料
に比して遥かに低廉な複合材料を得ることができる。[0003] Aluminum borate whiskers are 9A.
There are two types represented by l 2 O 3 · 2B 2 O 3 and 2Al 2 O 3 · B 2 O 3, and the aluminum borate whisker represented by the former chemical formula has strength and elasticity. The whisker is excellent in heat resistance and chemical resistance, and is therefore excellent as a reinforcing material for composite materials. Also, aluminum borate whiskers are very inexpensive reinforcing materials. Therefore, according to the aluminum borate whisker reinforced Al-based composite material, for example, a composite material that is much cheaper than a composite material using SiC whiskers as a reinforcing material is used. Obtainable.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしホウ酸アルミニ
ウムウイスカを強化材としAl合金をマトリックスとす
る複合材料に於ては、使用されるAl合金の種類によっ
ては十分な強度が得られないことが判明した。However, it has been found that in a composite material using aluminum borate whiskers as a reinforcing material and an aluminum alloy as a matrix, sufficient strength cannot be obtained depending on the type of aluminum alloy used. did.
【0005】本願発明者は、使用されるAl合金の種類
によってホウ酸アルミニウムウイスカ強化Al基複合材
料の強度が不十分になることの原因について詳細な実験
的検討を行った結果、BはMgに比して酸化物形成傾向
が小さいので、ホウ酸アルミニウムウイスカ(9Al2
O3 ・2B2 O3 )中のB2 O3 がB2 O3 +3Mg→
3MgO+2Bに従ってAl合金中のMgと反応し、こ
れによりウイスカの表面にスピネル(MgO・Al2 O
3 )層が生成すると共にウイスカの強度が大幅に低下
し、そのため複合材料の強度が低下することを究明し、
またホウ酸アルミニウムウイスカの表面にSi3 N4 被
覆層を形成することにより複合材料の強度低下を回避し
得ることを見出した。The inventors of the present application have conducted detailed experimental studies on the cause of insufficient strength of aluminum borate whisker reinforced Al-based composite materials depending on the type of Al alloy used, and as a result, B was found to be Mg. The aluminum oxide borate whiskers (9Al 2
O 3 · 2B 2 O 3) in B 2 O 3 is B 2 O 3 + 3Mg →
Reacts with Mg in the Al alloy in accordance with 3MgO + 2B, and thereby spinel (MgO.Al 2 O)
3 ) The strength of the whisker is greatly reduced as the layer is formed, and the strength of the composite material is reduced.
In addition, it has been found that by forming a Si 3 N 4 coating layer on the surface of aluminum borate whiskers, a decrease in the strength of the composite material can be avoided.
【0006】本発明は、本願発明者が行った実験的検討
の結果得られた知見に基き、複合材料の強度を向上させ
ることのできるホウ酸アルミニウムウイスカ及び高強度
のホウ酸アルミニウムウイスカ強化軽金属複合材料を提
供することを目的としている。The present invention provides an aluminum borate whisker and a high-strength aluminum borate whisker reinforced light metal composite capable of improving the strength of a composite material based on the knowledge obtained as a result of an experimental study conducted by the inventor of the present invention. It is intended to provide materials.
【0007】[0007]
【課題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、Si3N4 被覆層を有することを特徴とす
るホウ酸アルミニウムウイスカ、及びSi3 N4 被覆層
を有するホウ酸アルミニウムウイスカを強化材とし、軽
合金をマトリックスとする複合材料によって達成され
る。Above-mentioned object, according order to achieve the above, according to the present invention, Si 3 N 4 aluminum borate whiskers, characterized in that it has a coating layer, and Si 3 N 4 boric acid having a coating layer This is achieved by a composite material with aluminum whiskers as reinforcement and a light alloy as matrix.
【0008】[0008]
【作用】本発明のウイスカによれば、ホウ酸アルミニウ
ムウイスカはMgを含有する溶融Al合金等に対しても
安定なSi3 N4 被覆層にて被覆されており、Si3 N
4 被覆層によりホウ酸アルミニウムウイスカ中のB2 O
3 とマトリックス中のMgとが反応することが抑制され
るので、スピネル層の生成及びこれに起因するウイスカ
の強度低下が回避され、これによりホウ酸アルミニウム
ウイスカ強化軽金属複合材料の強度低下が防止される。According to whiskers of the present invention, the aluminum borate whiskers are coated with a stable Si 3 N 4 coating layer against molten Al alloy containing Mg, Si 3 N
4 B 2 O in the aluminum borate whiskers with a covering layer
Since the reaction between 3 and Mg in the matrix is suppressed, the formation of the spinel layer and the decrease in the strength of the whiskers caused by the spinel layer are avoided, whereby the decrease in the strength of the aluminum borate whisker reinforced light metal composite material is prevented. You.
【0009】また本発明の複合材料によれば、Mgを含
有する溶融Al合金等に対しても安定なSi3 N4 被覆
層にて被覆されたホウ酸アルミニウムウイスカが強化材
として使用され、Si3 N4 被覆層によりホウ酸アルミ
ニウムウイスカ中のB2 O3 とマトリックス中のMgと
が反応することが抑制されるので、スピネル層の生成及
びこれに起因するウイスカの強度低下がなく、これによ
り高強度のホウ酸アルミニウムウイスカ強化軽金属複合
材料が得られる。According to the composite material of the present invention, an aluminum borate whisker coated with a Si 3 N 4 coating layer that is stable against a molten Al alloy containing Mg is used as a reinforcing material. The reaction between B 2 O 3 in the aluminum borate whiskers and Mg in the matrix is suppressed by the 3 N 4 coating layer, so that the formation of the spinel layer and the decrease in the strength of the whiskers due to this are prevented. A high strength aluminum borate whisker reinforced light metal composite is obtained.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段の補足説明】本願発明者が
行った実験的研究の結果によれば、ホウ酸アルミニウム
ウイスカの表面にSi3 N4 被覆層が存在すればSi3
N4 被覆層を有しない場合に比してホウ酸アルミニウム
ウイスカの性能を向上させることができ、従って複合材
料の強度を向上させることができるが、特にSi3 N4
被覆層の厚さが0.1μm以上である場合に被覆層を形
成する効果が顕著である。またSi3 N4 被覆層の厚さ
が0.8μm 以上に設定されても被覆層の厚さを大きく
することによる効果の向上はそれ程大きくはなく、逆に
ウイスカのコストが増大する。According to the results of the present inventors experimental studies conducted [Supplemental Description of the means for solving the problems], Si 3 if there is Si 3 N 4 coating layer on the surface of the aluminum borate whiskers
As compared with the case having no N 4 coating layer can improve the performance of the aluminum borate whiskers, and therefore it is possible to increase the strength of the composite material, in particular Si 3 N 4
When the thickness of the coating layer is 0.1 μm or more, the effect of forming the coating layer is remarkable. Even if the thickness of the Si 3 N 4 coating layer is set to 0.8 μm or more, the effect of increasing the thickness of the coating layer is not so large, and conversely, the cost of whiskers increases.
【0011】従って本発明のホウ酸アルミニウムウイス
カ及び複合材料に於ては、Si3 N4 被覆層の厚さは
0.1μm 以上、特に0.15〜0.8μm に設定され
る。Therefore, in the aluminum borate whisker and composite material of the present invention, the thickness of the Si 3 N 4 coating layer is set to 0.1 μm or more, particularly 0.15 to 0.8 μm.
【0012】またSi3 N4 被覆層を有するホウ酸アル
ミニウムウイスカの製造方法及びSi3 N4 被覆層を有
するホウ酸アルミニウムウイスカのプリフォームの製造
方法については、本願出願人と同一の出願人の出願にか
かる特願平3−93712号明細書及び図面に詳細に記
載されている。[0012] For Si 3 N 4 process for the production of a preform of the aluminum borate whiskers having a manufacturing method and Si 3 N 4 coating layers of aluminum borate whiskers having a coating layer, Applicants have the same applicant and It is described in detail in the specification and drawings of Japanese Patent Application No. 3-93712 filed in the present application.
【0013】[0013]
【実施例】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。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention.
【0014】実施例1 まずホウ酸アルミニウムウイスカ(四国化成工業株式
会社製「アルボレックスG」、ウイスカ径0.5〜1μ
m 、ウイスカ長10〜30μm )とヒュームドシリカと
を所定の比率にて混合し、該混合物を炭化水素ガスとア
ンモニアガスとの混合ガス中にて1400℃に加熱し、
これにより図1に示されている如くホウ酸アルミニウム
ウイスカ10の表面に厚さ0.4μm のSi3 N4 被覆
層11を形成した。[0014]Example 1 First, aluminum borate whisker (Shikoku Chemical Industry Co., Ltd.
Company-made "Arbolex G", whisker diameter 0.5-1μ
m, whisker length 10-30 μm) and fumed silica
Are mixed at a predetermined ratio, and the mixture is mixed with hydrocarbon gas and air.
Heated to 1400 ° C in a mixed gas with ammonia gas,
This results in aluminum borate as shown in FIG.
0.4 μm thick SiThreeNFourCoating
Layer 11 was formed.
【0015】次いで図2に示されている如く、かくして
Si3 N4 被覆層が形成されたホウ酸アルミニウムウイ
スカ10Aを蒸溜水12中に投入し、ウイスカが十分解
繊されるまでプロペラ14により蒸溜水及びウイスカを
撹拌した後、ウイスカを成形治具内へ移して圧縮成形を
行うことにより100×38×16mmの寸法を有する成
形体を形成し、成形体を治具ごと−50℃に維持された
冷凍庫に入れ、その状態を成形体中の水分が十分に凍結
するまで保持した。Next, as shown in FIG. 2, the aluminum borate whisker 10A on which the Si 3 N 4 coating layer is formed is put into the distilled water 12, and the whisker is distilled by the propeller 14 until the whisker is sufficiently defibrated. After stirring the water and the whiskers, the whiskers are transferred into a molding jig to perform compression molding to form a molded body having a size of 100 × 38 × 16 mm, and the molded body is kept at −50 ° C. together with the jig. And kept in that state until the water in the molded body was sufficiently frozen.
【0016】次いで成形体を治具より取出し、しかる後
図3に示されている如く、内のり寸法が38×16mmで
あり、長さが140mmであり、両端にて開口し、一端に
錘り16が一体に設けられたステンレス鋼(JIS規格
SUS304)製のケース18内に上述の如く形成され
た成形体20を充填した。次いで成形体をケースごとヒ
ータによって加熱することにより成形体を十分に乾燥さ
せ、これによりSi3 N4 被覆層を有するホウ酸アルミ
ニウムウイスカよりなりウイスカの体積率が30%であ
る成形体を形成した。Next, the compact is removed from the jig, and thereafter, as shown in FIG. 3, the inner dimensions are 38 × 16 mm, the length is 140 mm, the ends are open at both ends, and the weight 16 is provided at one end. The molded body 20 formed as described above was filled in a case 18 made of stainless steel (JIS standard SUS304) provided integrally. Next, the formed body was heated by a heater together with the case to sufficiently dry the formed body, thereby forming a formed body composed of aluminum borate whiskers having a Si 3 N 4 coating layer and having a whisker volume ratio of 30%. .
【0017】次いで成形体をケースごと600℃に1時
間予熱した後、図4に示されている如く成形体20をケ
ースごと高圧鋳造装置22の鋳型24内に配置し、該鋳
型内に800℃のAl合金(JIS規格2024)の溶
湯26を注湯し、該溶湯を鋳型に嵌合するプランジャ2
8により約1000kgf /cm2 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、ノックアウトピン30により鋳型2
4より凝固体を取出し、該凝固体に対し機械加工を施す
ことによりSi3 N4 被覆層を有するホウ酸アルミニウ
ムウイスカにて複合強化されたAl合金よりなる複合材
料を切出し、複合材料に対し熱処理T6を施した。Next, after pre-heating the molded body together with the case to 600 ° C. for 1 hour, the molded body 20 is placed together with the case in a mold 24 of a high-pressure casting apparatus 22 as shown in FIG. Plunger 2 in which a molten metal 26 of Al alloy (JIS 2024) is poured and the molten metal is fitted into a mold.
8 and pressurized at a pressure of about 1000 kgf / cm 2 , and the pressurized state was maintained until the molten metal was completely solidified. After the molten metal is completely solidified, the mold 2 is
The solidified body is taken out from the solid body 4, and the solidified body is machined to cut out a composite material made of an Al alloy composite-reinforced with an aluminum borate whisker having a Si 3 N 4 coating layer, and heat-treated the composite material. T6 was applied.
【0018】また比較の目的で、Si3 N4 被覆層を有
しないホウ酸アルミニウムウイスカが使用された点を除
き実施例の場合と同一の要領及び条件にて複合材料を形
成し、複合材料に対しT6熱処理を施した。For the purpose of comparison, a composite material was formed in the same manner and under the same conditions as in the embodiment except that an aluminum borate whisker having no Si 3 N 4 coating layer was used. On the other hand, T6 heat treatment was performed.
【0019】次いで各複合材料より曲げ試験片を形成
し、各試験片について支点間距離40mm、室温にて3点
曲げ試験を行った。これらの試験の結果を図5に示す。
図5より、ホウ酸アルミニウムウイスカの表面にSi3
N4 被覆層を形成することにより複合材料の強度を大幅
に向上させることができることが解る。Next, a bending test piece was formed from each composite material, and a three-point bending test was performed on each test piece at room temperature with a distance between supporting points of 40 mm. The results of these tests are shown in FIG.
From FIG. 5, Si 3 on the surface of the aluminum borate whiskers
It is understood that the strength of the composite material can be greatly improved by forming the N 4 coating layer.
【0020】実施例2 マトリックス金属として湯温850℃のAl合金(A
l−5wt%Cu−1.5wt%Mg)の溶湯が使用され、
Si3 N4 被覆層の厚さが0、0.1、0.5μm に設
定され、ウイスカの体積率が25%に設定された点を除
き、実施例1の場合と同一の要領及び条件にて複合材料
を形成し、各複合材料に対しT6熱処理を施し、各複合
材料より曲げ試験片を形成し、各試験片について実施例
1の場合と同一の要領及び条件にて3点曲げ試験を行っ
た。[0020]Example 2 Al alloy with a hot water temperature of 850 ° C (A
1-5wt% Cu-1.5wt% Mg)
SiThreeNFourSet the thickness of the coating layer to 0, 0.1, 0.5 μm.
Except that the whisker volume ratio is set to 25%.
In the same manner and conditions as in Example 1, the composite material
Is formed, and a T6 heat treatment is applied to each composite material,
Bending test pieces were formed from the materials, and examples were given for each test piece.
Perform a three-point bending test under the same conditions and conditions as in 1.
Was.
【0021】これらの試験の結果を図6に示す。図6よ
り、マトリックスとしてのAl合金の組成が実施例1の
Al合金の組成とは異なる場合にもホウ酸アルミニウム
ウイスカの表面にSi3 N4 被覆層を形成するこにより
複合材料の強度を大幅に向上させることができることが
解る。FIG. 6 shows the results of these tests. FIG. 6 shows that even when the composition of the Al alloy as the matrix is different from the composition of the Al alloy of Example 1, the strength of the composite material is greatly increased by forming the Si 3 N 4 coating layer on the surface of the aluminum borate whisker. It can be seen that it can be improved.
【0022】実施例3 マトリックス金属として湯温700℃のMg合金(J
IS規格AZ91)の溶湯が使用され、Si3 N4 被覆
層の厚さが0μm 、0.5μm に設定され、ウイスカの
体積率が25%に設定された点を除き、実施例1の場合
と同一の要領及び条件にて複合材料を形成し、各複合材
料に対しT6熱処理を施し、各複合材料より曲げ試験片
を形成し、各試験片について実施例1の場合と同一の要
領及び条件にて3点曲げ試験を行った。[0022]Example 3 Mg alloy with hot water temperature of 700 ° C (J
Melt of IS standard AZ91) is used and SiThreeNFourCoating
The layer thickness is set to 0 μm and 0.5 μm,
Example 1 except that the volume ratio was set to 25%
Form a composite material in the same manner and under the same conditions as
Specimen is subjected to T6 heat treatment, and a bending test piece is prepared from each composite material.
And the same requirements as in Example 1 were used for each test piece.
A three-point bending test was performed under various conditions and conditions.
【0023】その結果Si3 N4 被覆層を有しないホウ
酸アルミニウムウイスカを強化材とする複合材料の曲げ
強さは270MPaであるのに対し、Si3 N4 被覆層
を有するホウ酸アルミニウムウイスカを強化材とする複
合材料の曲げ強さは450MPaであり、従ってマトリ
ックスがMg合金である場合にもホウ酸アルミニウムウ
イスカの表面にSi3 N4 被覆層を形成するこにより複
合材料の強度を大幅に向上させることができることが解
る。As a result, the flexural strength of the composite material using the aluminum borate whisker having no Si 3 N 4 coating layer as a reinforcing material is 270 MPa, whereas the aluminum borate whisker having the Si 3 N 4 coating layer has a bending strength of 270 MPa. The flexural strength of the composite material used as a reinforcing material is 450 MPa. Therefore, even when the matrix is a Mg alloy, the strength of the composite material can be greatly increased by forming a Si 3 N 4 coating layer on the surface of aluminum borate whiskers. It can be seen that it can be improved.
【0024】実施例4 マトリックス金属として湯温800℃のAl合金(A
l−5wt%Cu−2wt%Mg)の溶湯が使用され、Si
3 N4 被覆層の厚さが0、0.05〜0.5μm(0.
05μm ごと)に設定され、ウイスカの体積率が25%
に設定された点を除き、実施例1の場合と同一の要領及
び条件にて複合材料を形成し、各複合材料に対しT6熱
処理を施し、各複合材料より曲げ試験片を形成し、各試
験片について実施例1の場合と同一の要領及び条件にて
3点曲げ試験を行った。[0024]Example 4 Al alloy (A
1-5wt% Cu-2wt% Mg)
ThreeNFourWhen the thickness of the coating layer is 0, 0.05 to 0.5 μm (0.
The volume ratio of whisker is 25%
And the same procedure as in the first embodiment, except that
The composite material is formed under various conditions, and T6 heat is applied to each composite material.
Process to form a bending test piece from each composite material.
For the test piece, in the same manner and conditions as in Example 1.
A three-point bending test was performed.
【0025】その結果高強度の複合材料を得るために
は、ホウ酸アルミニウムウイスカの表面に形成されるS
i3 N4 被覆層の厚さは0.1μm 以上、特に0.15
μm 以上であることが好ましいことが認められた。As a result, to obtain a high-strength composite material, it is necessary to form S on the surface of aluminum borate whiskers.
The thickness of the i 3 N 4 coating layer is 0.1 μm or more, especially 0.15 μm.
It was recognized that the thickness was preferably not less than μm.
【0026】実施例5 マトリックス金属として湯温750℃のAl合金(A
l−4.5wt%Cu−2wt%Mg)の溶湯が使用され、
厚さが0.4μm のSi3 N4 被覆層を有するホウ酸ア
ルミニウムウイスカの体積率が15〜45%(5%ご
と)に設定された点を除き、実施例1の場合と同一の要
領及び条件にて複合材料を形成し、各複合材料に対しT
6熱処理を施し、各複合材料より曲げ試験片を形成し、
各試験片について実施例1の場合と同一の要領及び条件
にて3点曲げ試験を行った。[0026]Example 5 Al alloy with a hot water temperature of 750 ° C (A
1-4.5 wt% Cu-2 wt% Mg) is used,
0.4 μm thick SiThreeNFourBoric acid having a coating layer
Luminium whisker volume ratio is 15-45% (5%
And the same requirements as in Example 1 except that
A composite material is formed under the conditions and conditions, and T
6 heat treatment to form a bending test piece from each composite material,
The same procedure and conditions as in Example 1 for each test piece
A three-point bending test was performed.
【0027】これらの試験の結果を図7に示す。図7よ
り、強度に優れた複合材料を得るためには、Si3 N4
被覆層を有するホウ酸アルミニウムウイスカの体積率は
15〜40%であることが好ましいことが解る。FIG. 7 shows the results of these tests. According to FIG. 7, in order to obtain a composite material having excellent strength, it is necessary to use Si 3 N 4
It is understood that the volume ratio of the aluminum borate whisker having the coating layer is preferably 15 to 40%.
【0028】尚上述の各実施例に於て形成された各複合
材料中のウイスカの界面をTEM法にて観察したとこ
ろ、Si3 N4 被覆層を有しないホウ酸アルミニウムウ
イスカを強化材とする複合材料に於ては、ウイスカの界
面にスピネルが存在しており、スピネルの生成によりウ
イスカの性能が損われたものと推定されるのに対し、S
i3 N4 被覆層を有するホウ酸アルミニウムウイスカを
強化材とする複合材料に於ては、ウイスカの界面にスピ
ネルは全く存在していないことが確認された。When the interface of the whiskers in each composite material formed in each of the above embodiments was observed by a TEM method, aluminum borate whiskers having no Si 3 N 4 coating layer were used as a reinforcing material. In the composite material, spinel exists at the whisker interface, and it is estimated that the performance of the whisker is impaired by the formation of the spinel.
In the composite material using the aluminum borate whisker having the i 3 N 4 coating layer as a reinforcing material, it was confirmed that no spinel was present at the whisker interface.
【0029】以上に於ては本発明を特定の実施例につい
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他の種々の実施
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 in detail with reference to specific embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various other embodiments may be included within the scope of the present invention. It will be clear to those skilled in the art that is possible.
【0030】[0030]
【発明の効果】以上の説明より明らかである如く、本発
明のウイスカによれば、ホウ酸アルミニウムウイスカは
溶融Al合金等に対しても安定なSi3 N4 被覆層にて
被覆されており、Si3 N4 被覆層によりホウ酸アルミ
ニウムウイスカ中のB2 O3 とマトリックス中のMgと
が反応することが抑制されるので、スピネル層の生成及
びこれに起因するウイスカの強度低下を回避し、これに
よりホウ酸アルミニウムウイスカ強化軽金属複合材料の
強度低下を防止することができる。As is clear from the above description, according to the whisker of the present invention, the aluminum borate whisker is coated with a Si 3 N 4 coating layer that is stable even for a molten Al alloy or the like. Since the Si 3 N 4 coating layer suppresses the reaction between B 2 O 3 in aluminum borate whiskers and Mg in the matrix, it avoids formation of a spinel layer and a decrease in whisker strength caused by this. This can prevent the strength of the aluminum borate whisker reinforced light metal composite material from decreasing.
【0031】また本発明の複合材料によれば、溶融Al
合金等に対しても安定なSi3 N4 被覆層にて被覆され
たホウ酸アルミニウムウイスカが強化材として使用さ
れ、Si3 N4 被覆層によりホウ酸アルミニウムウイス
カ中のB2 O3 とマトリックス中のMgとが反応するこ
とが抑制されるので、スピネル層の生成及びこれに起因
するウイスカの強度低下がなく、これにより高強度のホ
ウ酸アルミニウムウイスカ強化Al基複合材料を得るこ
とができる。According to the composite material of the present invention, the molten Al
Aluminum borate whiskers coated with a Si 3 N 4 coating layer, which is stable against alloys and the like, are used as a reinforcing material, and B 2 O 3 in the aluminum borate whiskers and the matrix in the matrix are used by the Si 3 N 4 coating layer. Is suppressed from being formed, and the formation of the spinel layer and the reduction in the strength of the whiskers caused by the formation of the spinel layer are not caused, whereby a high-strength aluminum borate whisker reinforced Al-based composite material can be obtained.
【図1】Si3 N4 被覆層を有するホウ酸アルミニウム
ウイスカの横断面を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cross section of an aluminum borate whisker having a Si 3 N 4 coating layer.
【図2】ホウ酸アルミニウムウイスカの解繊工程を示す
説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing a fibrillation step of aluminum borate whiskers.
【図3】ケース内に収容されたホウ酸アルミニウムウイ
スカの成形体を示す縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a molded body of aluminum borate whiskers accommodated in a case.
【図4】図3に示されたホウ酸アルミニウムウイスカの
成形体を用いて行われる高圧鋳造工程を示す縦断面図で
ある。FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a high-pressure casting step performed using the aluminum borate whisker compact shown in FIG. 3;
【図5】Si3 N4 被覆層の厚さが異なる2種類の複合
材料の曲げ強さを示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the bending strength of two types of composite materials having different thicknesses of the Si 3 N 4 coating layer.
【図6】Si3 N4 被覆層の厚さが異なる3種類の複合
材料の曲げ強さを示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the bending strength of three types of composite materials having different thicknesses of the Si 3 N 4 coating layer.
【図7】ホウ酸アルミニウムウイスカの体積率と複合材
料の曲げ強さとの関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the volume ratio of aluminum borate whiskers and the bending strength of the composite material.
10…ホウ酸アルミニウムウイスカ 11…Si3 N4 被覆層 10A…Si3 N4 被覆層を有するホウ酸アルミニウム
ウイスカ 12…蒸溜水 14…プロペラ 16…錘り 18…ケース 20…成形体 22…高圧鋳造装置 24…鋳型 26…Al合金の溶湯 28…プランジャ 30…ノックアウトピン10 ... aluminum borate whiskers 11 ... Si 3 N 4 coating layers 10A ... Si 3 N 4 aluminum borate whiskers 12 having a coating layer ... distilled water 14 ... propeller 16 ... governor weight 18 ... Case 20 ... molded body 22 ... high-pressure casting Apparatus 24: Mold 26: Melt of Al alloy 28: Plunger 30: Knockout pin
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒野 信久 愛知県名古屋市港区築三町1丁目11番地 株式会社エス・ティー・ケー・セラミッ クス研究所内 (72)発明者 山岡 秀典 愛知県名古屋市港区築三町1丁目11番地 株式会社エス・ティー・ケー・セラミッ クス研究所内 (72)発明者 斎藤 肇 愛知県名古屋市港区築三町1丁目11番地 株式会社エス・ティー・ケー・セラミッ クス研究所内 (72)発明者 鈴木 正隆 神奈川県秦野市曽屋30番地東芝セラミッ クス株式会社中央研究所内 (72)発明者 山下 肇 神奈川県秦野市曽屋30番地東芝セラミッ クス株式会社中央研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Nobuhisa Kurono 1-1-11 Tsukisancho, Minato-ku, Nagoya-shi, Aichi Pref. Within the STK Ceramics Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor Hidenori Yamaoka Nagoya-shi, Aichi 1-1-11 Tsukisancho, Minato-ku, within the STK Ceramics Research Institute, Inc. (72) Inventor Hajime Saito 1-11, Tsukisancho, Minato-ku, Nagoya-shi, Aichi, Japan STK Ceramics, Inc. (72) Inventor Masataka Suzuki 30 Soya, Hadano-shi, Kanagawa Prefecture, Central Research Laboratories (72) Inventor Hajime Yamashita 30 Soya, Hadano-shi, Kanagawa Prefecture, Central Research Center of Toshiba Ceramics Co., Ltd.
Claims (2)
るホウ酸アルミニウムウイスカ。1. An aluminum borate whisker having a Si 3 N 4 coating layer.
ウムウイスカを強化材とし、軽合金をマトリックスとす
る複合材料。2. A composite material comprising aluminum borate whiskers having a Si 3 N 4 coating layer as a reinforcing material and a light alloy as a matrix.
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- 1991-07-04 JP JP19059191A patent/JP2742633B2/en not_active Expired - Fee Related
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