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JPS6354054B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6354054B2
JPS6354054B2 JP59251518A JP25151884A JPS6354054B2 JP S6354054 B2 JPS6354054 B2 JP S6354054B2 JP 59251518 A JP59251518 A JP 59251518A JP 25151884 A JP25151884 A JP 25151884A JP S6354054 B2 JPS6354054 B2 JP S6354054B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon fiber
aluminum
molten metal
titanium
coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP59251518A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS61130439A (en
Inventor
Seiichiro Oonishi
Atsushi Kitamura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP25151884A priority Critical patent/JPS61130439A/en
Publication of JPS61130439A publication Critical patent/JPS61130439A/en
Publication of JPS6354054B2 publication Critical patent/JPS6354054B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

産業上の利用分野 この発明は線状複合材料の製造方法に関し、さ
らに詳しくは、炭素繊維を補強繊維とし、アルミ
ニウムまたはアルミニウム合金をマトリクスとす
る線状複合材料を製造する方法に関する。 従来技術 近年、炭素繊維を補強繊維とし、金属をマトリ
クスとする複合材料がいろいろな分野で注目され
ている。なかでも、マトリクスとしてアルミニウ
ムまたはアルミニウム合金を使用したものは、比
較的比強度、比剛性が優れていることから、軽量
化を必要とする分野で特に関心を集めている。 上記のような複合材料を製造する方法はいろい
ろあるが、そのひとつに、炭素繊維と、アルミニ
ウムまたはその合金との線状複合材料を所望の長
さに切断し、これを集めてホツトプレスしたり、
ロールプレスする方法がある。その場合、ホツト
プレスやロールプレスに先立つて線状複合材料を
準備しておく必要がある。なお、この明細書にお
いては、特に断わらない限り、いわゆる成形素材
である線状の複合材料を線状複合材料と呼び、そ
の線状複合材料をホツトプレスやロールプレスす
るなどして得られる複合材料を単に複合材料と呼
んで、両者を便宜上区別することにする。 さて、そのような線状複合材料を製造する方法
もまた、いろいろあるが、そのひとつに、特公昭
59−12733号公報ほかに記載されているような、
炭素繊維のマルチフイラメントを化学気相蒸着工
程に通して各フイラメントをアルミニウムまたは
アルミニウム合金の溶湯とよく濡れる物質で被覆
した後、その被覆炭素繊維のマルチフイラメント
を上記溶湯に浸漬してフイラメント間に溶湯を含
浸し、引き上げて溶湯を固化させる方法がある。
この方法は、工程が連続的であるため、線状複合
材料を製造するのに大変好適である。しかしなが
ら、このような方法によつて得た線状複合材料の
繊維軸方向の引張強度を測定してみると、ときと
して著しく低いことがある。その理由は、炭素繊
維とアルミニウムが反応して、炭素繊維とマトリ
クスたるアルミニウムまたはアルミニウム合金と
の界面に、大量の、脆いアルミニウムカーバイド
が生成するためではないかと考えられている。す
なわち、アルミニウムカーバイドは、常温でも容
易に加水分解するほどのものであるから、それが
大量に生成されると線状複合材料が化学的に著し
く不安定になり、またアルミニウムカーバイドの
生成に伴つて炭素繊維自身の強度も低下するの
で、これらが相乗的に作用して大幅な強度低下を
もたらすものと推定されている。もつとも、アル
ミニウムカーバイドの生成は、いわゆる濡れ性物
質の被覆厚みを相当厚くすることにより、ある程
度は防止できる。しかしながら、化学気相蒸着法
によつて厚肉の被覆を形成しようとすると、製造
に要する時間が著しく長くなり、また製造コスト
も上昇する。 また、特公昭59−12733号公報に記載される方
法は、ホウ化チタンか、ホウ化チタンと炭化チタ
ンとの混合物を被覆するものであるが、これらの
被覆は、ガス状チタン化合物とガス状ホウ素化合
物との混合物を炭素繊維の表面上に同時に還元す
ることによつて形成されるため、ホウ化チタンと
炭化チタンの生成量の比を制御することが大変難
しいばかりか、炭化チタンが生成されて炭素繊維
表面の炭素が消費され、炭素繊維の強度が大きく
低下するという問題がある。 一方、特開昭59−1652号公報には、炭素繊維に
ホウ化チタンを被覆しておくことが、また、特開
昭52−28433号公報にはチタンを被覆しておくこ
とが、それぞれ記載されているが、やはり炭化チ
タンが生成されることによる炭素繊維の強度低下
の問題があつたり、炭素繊維が溶湯に濡れにくい
という問題がある。 発明が解決しようとする問題点 この発明の発明者は、上述した従来の方法にお
いて、特定の炭素繊維および特定の被覆物質を使
用し、かつ溶湯の含浸を特定の条件下で行うと、
アルミニウムカーバイドをほとんど生成せず、繊
維軸方向の引張強度が極めて高い線状複合材料を
得ることができることを見出したものである。す
なわち、この発明の目的は、炭素繊維を補強繊維
とし、アルミニウムまたはその合金をマトリクス
とする、繊維軸方向の引張強度の高い線状複合材
料を製造する方法を提供するにある。 問題点を解決するための手段 上記目的を達成するためのこの発明は、繊維軸
方向の引張弾性率が38トン/mm2以上であり、かつ
表面酸化処理を施していない炭素繊維のマルチフ
イラメントを化学気相蒸着工程に通し、各フイラ
メントに、まずホウ素を被覆し、次いでチタンを
被覆した後、その被覆炭素繊維のマルチフイラメ
ントをアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶
湯に浸漬してその溶湯をフイラメント間に含浸
し、その溶湯含浸炭素繊維のマルチフイラメント
を前記溶湯から引き上げて前記溶湯を固化させる
に際し、前記溶湯含浸を、前記溶湯の温度をT
℃、前記被覆炭素繊維のマルチフイラメントの浸
漬時間をt分としたとき、式 0.03T+0.6t≦22 t<3 を満足する範囲で行う線状複合材料の製造方法を
特徴とするものである。 この発明をさらに詳細に説明するに、この発明
においては、補強繊維たる炭素繊維として、好ま
しくはポリアクリルニトリル繊維(PAN繊維)
を原料繊維(プリカーサー)とする、繊維軸方向
の引張弾性率(以下、引張弾性率という)が38ト
ン/mm2以上である、いわゆる黒鉛化炭素繊維を使
用する。このような炭素繊維は、アルミニウムま
たはアルミニウム合金の溶湯の含浸を特定の条件
で行つたとき、アルミニウムとの反応が極めて少
なく、アルミニウムカーバイドをほとんど生成し
ない。 すなわち、炭素繊維は、ベンゼン環で縮合され
た、繊維軸方向に配向する細長いリボン状の多環
芳香族分子状断片を構造単位としている。このリ
ボン状断片は、ベンゼン環の縮合度が極めて高
く、芳香族の究極的な化合物とみることができる
が、それらはいくつか積み重なつて黒鉛結晶領域
を形成し、また枝別れして微細なフイブリル構造
を形成している。つまり、表面が黒鉛結晶の網平
面内炭素原子で覆われているのであるが、引張弾
性率が38トン/mm2以上であるようなものは、上記
リボン状断片の配向度が極めて高く、表面の網平
面内炭素原子の配列が整然としていて周縁炭素原
子数が少ない。すなわち、それだけ不活性である
わけで、それゆえアルミニウムとの反応が抑制さ
れるものと考えられる。 上述したような炭素繊維は、これをレーザーラ
マン分光分析法を用いて分析したとき、黒鉛構造
のE2g対称の振動によるものであるといわれてい
る波数1585cm-1付近のバンド(以下、Aバンドと
いう)と、やはり黒鉛構造のA1g対称の振動(禁
制遷移)が結晶端の構造の乱れによつて許容遷移
に移るためであるとも、あるいはベンゼン環の周
辺の化学構造の違いによるものであるともいわれ
ている、波数1355cm-1付近のバンド(以下、Bバ
ンドという)との強度比、すなわち、Bバンドの
ピーク高/Aバンドのピーク高(以下、B/A比
という)が、0.5以下であるということで特徴付
けられる。 ここにおいて、レーザーラマン分光分析法と
は、レーザー光のラマン効果、すなわち物質にレ
ーザー光を当てて散乱させたとき、散乱光中にそ
の物質に特有の量だけ波長が変わつた光がまざつ
て出てくる現象を利用してその物質の分子構造に
関する情報を得るものである。しかして、この発
明においては、かかる分析を、日本電子株式会社
製レーザーラマン分光光度計JRS―400Dを使用
し、そのホルダーに炭素繊維のマルチフイラメン
トを1〜数本取り付け、これに窒素雰囲気中でア
ルゴンレーザ(波長:5145Å)の光を当て、ラマ
ン散乱光を集光してダブルグレーテイングで分光
し、そのスペクトルを光電子増倍管で受光してチ
ヤート上に記録し、B/A比を読み取ることによ
つて行つている。 さて、炭素繊維は、上述したように引張弾性率
が38トン/mm2以上のものである必要があるが、同
時に、表面酸化処理を施していないものであるこ
とが必要である。 すなわち、線状であるか否かを問わず、一般に
この発明のような複合材料においては、マトリク
スとの界面における接着性を向上せんとして、炭
素繊維に電解酸化処理などの表面酸化処理を施
し、表面が凹凸をもつようにするのが普通であ
る。しかして、表面に凹凸があると、一般にアン
カー効果と呼ばれる、凹凸にあたかもマトリクス
が係止されたような状態が作り出され、界面にお
ける接着性が向上するものと考えられている。し
かるに、この発明においては、そのような表面酸
化処理を施していない、表面が比較的平滑な炭素
繊維を使用するものである。 この発明においては、上述したような炭素繊維
をマルチフイラメント、つまり連続繊維束の形態
で使用する。モノフイラメント、つまり単繊維の
形態で使用することも可能ではあるが、経済上、
ほとんど利益がない。 次に、いわゆるマトリクスであるが、この発明
においてはアルミニウムまたはアルミニウム合金
を使用する。アルミニウム合金としては、アルミ
ニウム―ケイ素合金、アルミニウム―銅合金、ア
ルミニウム―マグネシウム合金、アルミニウム―
ケイ素―マグネシウム合金、アルミニウム―銅―
亜鉛合金、アルミニウム―マンガン合金などを使
用することができる。 さて、この発明においては、まず、化学気相蒸
着法を用いて、マルチフイラメントを構成してい
る各フイラメント、つまり1本1本の炭素繊維
に、いわゆる下地としてホウ素を被覆し、さらに
そのホウ素被覆の上に、そのホウ素被覆とは独立
した、チタンの被覆を形成する。ここで、ホウ素
被覆は、上述した従来の方法の欠点であつた炭化
チタンの生成を抑制して炭素繊維の劣化を防ぎ、
かつ、その上に形成されるチタン被覆と炭素繊維
との接着性を向上させる。また、チタン被覆は、
炭素繊維の濡れ性を改善し、フイラメント間に、
後述する含浸工程においてアルミニウムまたはア
ルミニウム合金の溶湯が容易かつ均一に含浸され
るようにする。すなわち、濡れ性の改善は、チタ
ン被覆によるものである。ホウ素被覆やチタン被
覆の厚みは、100〜1000Å程度でよい。 化学気相蒸着法によるホウ素やチタンの被覆
は、次のようにして施すのが好ましい。 すなわち、三塩化ホウ素、三臭化ホウ素または
三フツ化ホウ素と、亜鉛と、アルゴンとからなる
混合蒸気を反応管に流しつつその反応管中に炭素
繊維のマルチフイラメントを通し、上記混合蒸気
に0.5〜5分ほど晒す。すると、亜鉛によつてホ
ウ素化合物が還元されて塩化亜鉛、ホウ化亜鉛ま
たはフツ化亜鉛になり、マルチフイラメントを構
成している各フイラメントがホウ素によつて被覆
される。反応温度は、650〜750℃程度である。別
の方法として、三塩化ホウ素または三臭化ホウ素
と水素との混合蒸気を使用し、ホウ素化合物を水
素で還元してもよい。この場合の反応温度は、
900〜1300℃程度である。一方、チタンの被覆も
また、ホウ素の場合と同様に施す。すなわち、四
塩化チタンと、亜鉛と、アルゴンとの混合蒸気を
使用し、四塩化チタンを亜鉛で還元する。水素で
還元してもよい。 この発明においては、次に、チタン被覆を有す
る炭素繊維のマルチフイラメントをアルミニウム
またはその合金の溶湯に通し、その溶湯をフイラ
メント間に含浸する。このときの溶湯温度は、ア
ルミニウムまたはアルミニウム合金の凝固開始点
温度以上に保たれるが、炭素繊維を著しく劣化さ
せることがないように、可能な限り低いのが好ま
しい。ただ、温度制御が容易であるという点で、
凝固開始点温度よりも少なくとも5℃ほど高い温
度に設定するのが好ましい。しかして、かかる含
浸工程は、溶湯の温度をT℃、上記チタン被覆炭
素繊維のマルチフイラメントの浸漬時間をt分と
したとき、式 0.03T+0.6t≦22 …… t<3 …… を満足する範囲で行う必要がある。すなわち、後
述する実施例にも示すように、これら、式を
同時に満足しないときは、繊維軸方向の引張強度
(以下、引張強度という)の高い線状複合材料が
得られない。 次に、この発明を実施例に基いてさらに詳細に
説明する。 実施例 1 引張弾性率が約40トン/mm2であり、引張強度が
約280Kg/mm2であり、B/A比が約0.4である、表
面酸化処理を施していない炭素繊維をマルチフイ
ラメント(フイラメント数:3000本)に、三塩化
ホウ素6.3重量%、亜鉛6.6重量%、アルゴン87.1
重量%からなる約680℃の混合蒸気を約1分間作
用させ、各フイラメントをホウ素で被覆した。ホ
ウ素被覆の厚みは、約100Åであつた。 次に、上記ホウ素被覆炭素繊維のマルチフイラ
メントに、四塩化チタン3.2重量%、亜鉛2.5重量
%、アルゴン94.3重量%からなる約680℃の混合
蒸気を約1分間作用させ、ホウ素被覆の上に厚み
約100Åのチタン被覆を施した。 次に、上記チタン被覆炭素繊維のマルチフイラ
メントを、凝固開始点温度が約658℃であるアル
ミニウム合金(JIS A6061)の溶湯に通し、引き
上げて溶湯を固化させ、炭素繊維の体積含有率が
約50%である線状複合材料を得た。このとき、溶
湯の温度とチタン被覆炭素繊維のマルチフイラメ
ントの浸漬時間をいろいろ変え、合計8種類の線
状複合材料を得た。 次に、上記8種類の線状複合材料について、引
張強度と、炭素繊維の重量に対する、アルミニウ
ムカーバイドの生成に消費された炭素の重量を求
めた。測定結果を表に示す。なお、引張強度の測
定は、株式会社島津製作所製万能試験機IM500を
用いて行つた。また、炭素消費量は、アルミニウ
ムおよびアルミニウムカーバイドが次のように加
水分解されて水素とメタンを発生することを利用
し、そのメタンの量をガスクロマトグラフで定量
することによつて算出した。 Al4C3+12H2O →3CH4+4Al(OH)3 Al+3H2O →3/2・H2+Al(OH)3
INDUSTRIAL APPLICATION FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a linear composite material, and more particularly, to a method for manufacturing a linear composite material using carbon fiber as a reinforcing fiber and aluminum or an aluminum alloy as a matrix. BACKGROUND OF THE INVENTION In recent years, composite materials that use carbon fiber as a reinforcing fiber and metal as a matrix have been attracting attention in various fields. Among these, those using aluminum or aluminum alloy as a matrix have relatively excellent specific strength and specific rigidity, and are therefore attracting particular interest in fields that require weight reduction. There are various methods for manufacturing the above-mentioned composite materials, one of which is cutting a linear composite material of carbon fiber and aluminum or its alloy into desired lengths, collecting them together and hot pressing them,
There is a way to roll press. In that case, it is necessary to prepare the linear composite material prior to hot pressing or roll pressing. In this specification, unless otherwise specified, a linear composite material that is a so-called molding material will be referred to as a linear composite material, and a composite material obtained by hot pressing or roll pressing the linear composite material will be referred to as a linear composite material. For convenience, we will simply call it a composite material to distinguish between the two. Now, there are various methods of manufacturing such linear composite materials, one of which is the
As described in Publication No. 59-12733 and others,
The carbon fiber multifilament is subjected to a chemical vapor deposition process to coat each filament with a substance that wets well with molten aluminum or aluminum alloy, and then the coated carbon fiber multifilament is immersed in the molten metal to deposit the molten metal between the filaments. There is a method in which the molten metal is impregnated with water and then pulled out to solidify the molten metal.
This method is very suitable for manufacturing linear composite materials because the process is continuous. However, when measuring the tensile strength in the fiber axis direction of a linear composite material obtained by such a method, it is sometimes found to be extremely low. The reason for this is thought to be that carbon fibers and aluminum react to form a large amount of brittle aluminum carbide at the interface between carbon fibers and matrix aluminum or aluminum alloy. In other words, aluminum carbide is easily hydrolyzed even at room temperature, so if it is produced in large quantities, the linear composite material becomes extremely chemically unstable. Since the strength of the carbon fiber itself also decreases, it is estimated that these factors act synergistically to bring about a significant decrease in strength. However, the formation of aluminum carbide can be prevented to some extent by increasing the coating thickness of the so-called wettable substance considerably. However, forming thick coatings by chemical vapor deposition significantly lengthens the manufacturing time and increases manufacturing costs. Furthermore, the method described in Japanese Patent Publication No. 59-12733 involves coating with titanium boride or a mixture of titanium boride and titanium carbide; Since it is formed by simultaneously reducing a mixture with a boron compound on the surface of carbon fibers, it is not only very difficult to control the ratio of the amount of titanium boride and titanium carbide produced, but also because titanium carbide is not produced. There is a problem in that the carbon on the surface of the carbon fiber is consumed and the strength of the carbon fiber is greatly reduced. On the other hand, JP-A-59-1652 describes that carbon fibers should be coated with titanium boride, and JP-A-52-28433 describes that they should be coated with titanium. However, there is still the problem that the strength of carbon fibers is reduced due to the production of titanium carbide, and that carbon fibers are difficult to wet with molten metal. Problems to be Solved by the Invention The inventor of the present invention has discovered that in the conventional method described above, when a specific carbon fiber and a specific coating material are used and impregnation with molten metal is performed under specific conditions,
It has been discovered that it is possible to obtain a linear composite material that generates almost no aluminum carbide and has extremely high tensile strength in the fiber axis direction. That is, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a linear composite material having high tensile strength in the fiber axis direction, using carbon fiber as a reinforcing fiber and aluminum or an alloy thereof as a matrix. Means for Solving the Problems This invention to achieve the above object uses a carbon fiber multifilament having a tensile modulus of elasticity in the fiber axis direction of 38 tons/mm 2 or more and not subjected to surface oxidation treatment. Each filament is coated first with boron and then with titanium through a chemical vapor deposition process, after which the coated carbon fiber multifilament is immersed in molten aluminum or aluminum alloy and the molten metal is impregnated between the filaments. When the molten metal-impregnated carbon fiber multifilament is pulled up from the molten metal and the molten metal is solidified, the molten metal impregnation is performed at a temperature of T.
℃, and the immersion time of the multifilament of coated carbon fiber is t minutes, the method is characterized by a method for manufacturing a linear composite material carried out within a range that satisfies the following formula: 0.03T+0.6t≦22t<3. To explain this invention in more detail, in this invention, preferably polyacrylonitrile fiber (PAN fiber) is used as the reinforcing carbon fiber.
As the raw material fiber (precursor), so-called graphitized carbon fiber having a tensile modulus in the fiber axis direction (hereinafter referred to as tensile modulus) of 38 tons/mm 2 or more is used. When such carbon fibers are impregnated with molten aluminum or aluminum alloy under specific conditions, they react extremely little with aluminum and hardly produce aluminum carbide. That is, the carbon fiber has a structural unit consisting of an elongated ribbon-shaped polycyclic aromatic molecular fragment condensed with benzene rings and oriented in the fiber axis direction. These ribbon-like fragments have an extremely high degree of condensation of benzene rings, and can be seen as the ultimate aromatic compound. Several of them stack up to form graphite crystal regions, and they also branch out to form fine particles. It forms a fibrillar structure. In other words, the surface is covered with carbon atoms in the network plane of the graphite crystal, but those with a tensile modulus of 38 tons/mm 2 or more have an extremely high degree of orientation of the ribbon-like fragments, and the surface The arrangement of carbon atoms in the network plane is orderly and the number of peripheral carbon atoms is small. In other words, it is considered to be more inert, and therefore the reaction with aluminum is suppressed. When carbon fibers such as those mentioned above are analyzed using laser Raman spectroscopy, it is found that a band ( hereinafter referred to as A This may be because the A 1 g symmetrical vibration (forbidden transition) of the graphite structure shifts to an allowed transition due to structural disorder at the crystal edge, or it may be due to a difference in the chemical structure around the benzene ring. It is said that the intensity ratio with the band near the wave number 1355 cm -1 (hereinafter referred to as B band), that is, the peak height of B band / peak height of A band (hereinafter referred to as B/A ratio) is It is characterized by being less than 0.5. Laser Raman spectroscopy refers to the Raman effect of laser light, that is, when a material is irradiated with laser light and scattered, light whose wavelength has changed by an amount specific to that material is emitted among the scattered light. This phenomenon is used to obtain information about the molecular structure of a substance. Therefore, in this invention, such analysis is carried out using a laser Raman spectrophotometer JRS-400D manufactured by JEOL Ltd., with one or several carbon fiber multifilaments attached to its holder, and placed in a nitrogen atmosphere. Apply light from an argon laser (wavelength: 5145 Å), collect the Raman scattered light, separate it using a double grating, receive the spectrum with a photomultiplier tube, record it on a chart, and read the B/A ratio. I'm going by this. Now, as mentioned above, the carbon fiber needs to have a tensile modulus of 38 tons/mm 2 or more, but at the same time, it needs to be free from surface oxidation treatment. That is, regardless of whether it is linear or not, in general, in composite materials such as the one of the present invention, carbon fibers are subjected to surface oxidation treatment such as electrolytic oxidation treatment in order to improve adhesion at the interface with the matrix. It is common to have an uneven surface. Therefore, when the surface has irregularities, a state generally called an anchor effect, as if the matrix is anchored to the irregularities, is created, and it is thought that the adhesion at the interface is improved. However, the present invention uses carbon fibers that have not been subjected to such surface oxidation treatment and have relatively smooth surfaces. In this invention, the carbon fibers described above are used in the form of a multifilament, that is, a continuous fiber bundle. Although it is possible to use it in monofilament, i.e. single fiber form, it is economically
Almost no profit. Next, regarding the so-called matrix, aluminum or an aluminum alloy is used in this invention. Examples of aluminum alloys include aluminum-silicon alloy, aluminum-copper alloy, aluminum-magnesium alloy, and aluminum-silicon alloy.
Silicon-magnesium alloy, aluminum-copper
Zinc alloy, aluminum-manganese alloy, etc. can be used. In this invention, first, using chemical vapor deposition, each filament that makes up the multifilament, that is, each carbon fiber, is coated with boron as a so-called base, and then the boron coating is applied. A titanium coating is formed thereon, independent of the boron coating. Here, the boron coating suppresses the formation of titanium carbide, which was a drawback of the conventional method mentioned above, and prevents deterioration of the carbon fiber.
Moreover, the adhesion between the titanium coating formed thereon and the carbon fibers is improved. In addition, titanium coating is
Improves the wettability of carbon fiber and creates a bond between filaments.
To facilitate and uniformly impregnate the molten aluminum or aluminum alloy in the impregnation step described below. That is, the improvement in wettability is due to the titanium coating. The thickness of the boron coating or titanium coating may be about 100 to 1000 Å. The boron or titanium coating by chemical vapor deposition is preferably applied as follows. That is, while flowing a mixed vapor consisting of boron trichloride, boron tribromide, or boron trifluoride, zinc, and argon into a reaction tube, a carbon fiber multifilament is passed through the reaction tube, and 0.5 Expose for ~5 minutes. Then, the boron compound is reduced by zinc to zinc chloride, zinc boride, or zinc fluoride, and each filament constituting the multifilament is coated with boron. The reaction temperature is about 650 to 750°C. Alternatively, the boron compound may be reduced with hydrogen using a vapor mixture of boron trichloride or boron tribromide and hydrogen. The reaction temperature in this case is
The temperature is about 900-1300℃. On the other hand, the titanium coating is also applied in the same manner as the boron coating. That is, a mixed vapor of titanium tetrachloride, zinc, and argon is used to reduce titanium tetrachloride with zinc. It may be reduced with hydrogen. In this invention, next, a titanium-coated carbon fiber multifilament is passed through a molten metal of aluminum or its alloy, and the molten metal is impregnated between the filaments. The temperature of the molten metal at this time is kept at or above the solidification start temperature of aluminum or aluminum alloy, but is preferably as low as possible so as not to significantly deteriorate the carbon fibers. However, in terms of easy temperature control,
It is preferable to set the temperature at least 5°C higher than the solidification start point temperature. Therefore, this impregnation step satisfies the following equation, where the temperature of the molten metal is T°C and the immersion time of the titanium-coated carbon fiber multifilament is t minutes, 0.03T+0.6t≦22...t<3... It needs to be done within a range. That is, as shown in the Examples described below, if these formulas are not satisfied at the same time, a linear composite material with high tensile strength in the fiber axis direction (hereinafter referred to as tensile strength) cannot be obtained. Next, the present invention will be explained in more detail based on examples. Example 1 Carbon fibers with a tensile modulus of about 40 tons/mm 2 , a tensile strength of about 280 Kg/mm 2 , and a B/A ratio of about 0.4, without surface oxidation treatment, were made into a multifilament ( Number of filaments: 3000), boron trichloride 6.3% by weight, zinc 6.6% by weight, argon 87.1%
Each filament was coated with boron by applying a vapor mixture of about 680°C for about 1 minute. The thickness of the boron coating was approximately 100 Å. Next, a steam mixture at about 680°C consisting of 3.2% by weight of titanium tetrachloride, 2.5% by weight of zinc, and 94.3% by weight of argon was applied to the multifilament of boron-coated carbon fiber for about 1 minute, so that a thick layer was formed on the boron coating. A titanium coating of approximately 100 Å was applied. Next, the multifilament of titanium-coated carbon fiber is passed through a molten aluminum alloy (JIS A6061) whose solidification starting point temperature is approximately 658°C, and pulled up to solidify the molten metal, so that the volume content of carbon fiber is approximately 50°C. % linear composite material was obtained. At this time, the temperature of the molten metal and the immersion time of the titanium-coated carbon fiber multifilament were varied to obtain a total of eight types of linear composite materials. Next, for the above eight types of linear composite materials, the tensile strength and the weight of carbon consumed in the production of aluminum carbide relative to the weight of carbon fiber were determined. The measurement results are shown in the table. The tensile strength was measured using a universal testing machine IM500 manufactured by Shimadzu Corporation. Further, the carbon consumption was calculated by utilizing the fact that aluminum and aluminum carbide are hydrolyzed to generate hydrogen and methane as described below, and by quantifying the amount of methane using a gas chromatograph. Al 4 C 3 +12H 2 O →3CH 4 +4Al(OH) 3 Al+3H 2 O →3/2・H 2 +Al(OH) 3

【表】 上表から、この発明が規定する条件をすべて満
足しているNo.1〜5の線状複合材料は、上記式
は満足しているものの式を満足していないNo.6
〜8のそれにくらべて引張強度が著しく高いこと
がわかる。すなわち、No.6〜8のものは炭素の消
費量、つまりアルミニウムカーバイドの生成量が
大変多いが、これが引張強度を低下させているも
のと考えられる。 比較のため、最も高い引張強度を示したNo.1の
線状複合材料を製造するにあたり、溶湯への浸漬
時間を3分としてみたところ、得られた線状複合
材料の引張強度は約95Kg/mm2であり、大幅に低下
した。 また、No.1の線状複合材料を製造するにあた
り、炭素繊維を、引張弾性率と引張強度はそれぞ
れ約40トン/mm2、約280Kg/mm2といずれも変わらな
いが、表面酸化処理を施したもの(B/A比:約
0.6)に変えてみたところ、得られた線状複合材
料の引張強度は、約78Kg/mm2にすぎなかつた。炭
素消費量は、約0.3重量%に増えた。 さらに、比較のため、No.1の線状複合材料を製
造するにあたり、炭素繊維を、引張弾性率が約32
トン/mm2、引張強度が約360Kg/mm2であり、かつ表
面酸化処理を施していないもの(B/A比:約
0.8)に変えたところ、得られた線状複合材料の
引張強度は約80Kg/mm2であり、炭素消費量は約0.3
重量%であつた。また、やはり表面処理は施して
いないが、引張弾性率が約24トン/mm2、引張強度
が約360Kg/mm2であるものに変えたところ、得られ
た線状複合材料の引張強度はわずかに約30Kg/mm2
にすぎず、また炭素消費量も約2重量%と大幅に
増えた。 実施例 2 上記実施例1において、溶湯を、凝固開始点温
度が約615℃であるアルミニウム―ケイ素合金
(JIS AC4C)の溶湯(温度:約630℃)に変え、
浸漬時間を1分および2.5分とする、この発明の
方法による2種類の線状複合材料を得た。 これら2種類の線状複合材料について実施例1
と同様の試験をしたところ、浸漬時間が1分のも
のは引張強度が約152Kg/mm2(炭素消費量0.002重
量%)であり、また2.5分のもののそれは約140
Kg/mm2(炭素消費量0.006重量%)で、いずれも高
い値を示した。 実施例 3 上記実施例2において、浸漬時間を2.5分とす
るものの製造に際して、引張弾性率が約46トン/
mm2であり、引張強度が約240Kg/mm2であり、かつ表
面酸化処理を施していない炭素繊維(フイラメン
ト数:6000本、B/A比:約0.3)を使用したと
ころ、約130Kg/mm2という高い引張強度をもつ線状
複合材料が得られた。この線状複合材料における
炭素の消費量は、約0.001重量%であつた。 比較のため、炭素繊維を、引張弾性率および引
張強度において変わりはないが、表面酸化処理を
施したもの(B/A比:約0.6)に変えたところ、
引張強度は約60Kg/mm2と大幅に低下した。また、
炭素消費量は約0.3重量%に増えた。 比較例 1 実施例1と同じ炭素繊維を使用し、これを、三
塩化ホウ素が1.2重量%で、四塩化チタンが5.1重
量%で、残余がアルゴンガスである680℃の混合
蒸気中で1分間処理し、各フイラメントに厚みが
300Åのホウ化チタン被覆を形成した。 次に、実施例1と同様に、アルミニウム合金を
マトリクスとする5種類の線状複合材料を製造
し、実施例1と同様に評価した。評価結果を表2
に示す。
[Table] From the above table, the linear composite materials No. 1 to 5 that satisfy all the conditions stipulated by this invention are the linear composite materials No. 6 that satisfy the above formula but do not satisfy the formula.
It can be seen that the tensile strength is significantly higher than that of No. 8. That is, in Nos. 6 to 8, the amount of carbon consumed, that is, the amount of aluminum carbide produced was very large, and this is thought to be the reason for the decrease in tensile strength. For comparison, when manufacturing the No. 1 linear composite material that showed the highest tensile strength, the immersion time in the molten metal was set to 3 minutes, and the tensile strength of the resulting linear composite material was approximately 95 kg/ mm 2 and decreased significantly. In addition, in manufacturing the No. 1 linear composite material, carbon fibers are treated with surface oxidation treatment, although their tensile modulus and tensile strength are about 40 tons/mm 2 and 280 kg/mm 2 , respectively. Applied (B/A ratio: approx.
0.6), the tensile strength of the obtained linear composite material was only about 78 Kg/mm 2 . Carbon consumption increased to approximately 0.3% by weight. Furthermore, for comparison, in manufacturing the No. 1 linear composite material, carbon fibers with a tensile modulus of approximately 32
ton/mm 2 , tensile strength of approximately 360 Kg/mm 2 , and is not subjected to surface oxidation treatment (B/A ratio: approximately
0.8), the tensile strength of the obtained linear composite material was about 80Kg/ mm2 , and the carbon consumption was about 0.3
It was in weight%. Furthermore, although no surface treatment was applied, the tensile modulus of elasticity was approximately 24 tons/mm 2 and the tensile strength was approximately 360 Kg/mm 2 , and the tensile strength of the resulting linear composite material was only slightly Approximately 30Kg/mm 2
Moreover, carbon consumption increased significantly to about 2% by weight. Example 2 In Example 1 above, the molten metal was changed to a molten aluminum-silicon alloy (JIS AC4C) whose solidification starting point temperature was approximately 615°C (temperature: approximately 630°C),
Two types of linear composite materials were obtained according to the method of the invention, with soaking times of 1 minute and 2.5 minutes. Example 1 for these two types of linear composite materials
When a similar test was conducted, the tensile strength was approximately 152 Kg/mm 2 (carbon consumption 0.002% by weight) when the immersion time was 1 minute, and the tensile strength was approximately 140 kg/mm 2 when the immersion time was 2.5 minutes.
Kg/mm 2 (carbon consumption 0.006% by weight), all showed high values. Example 3 In Example 2 above, when manufacturing a product with a soaking time of 2.5 minutes, the tensile modulus was approximately 46 tons/
When using carbon fiber (number of filaments: 6000, B/A ratio: approximately 0.3), which has a tensile strength of approximately 240 Kg/mm 2 and has not been subjected to surface oxidation treatment, it has a tensile strength of approximately 130 Kg/mm A linear composite material with a high tensile strength of 2 was obtained. The carbon consumption in this linear composite material was approximately 0.001% by weight. For comparison, we changed the carbon fiber to one that had undergone surface oxidation treatment (B/A ratio: approximately 0.6), although the tensile modulus and tensile strength remained the same.
The tensile strength decreased significantly to approximately 60Kg/mm 2 . Also,
Carbon consumption increased to approximately 0.3% by weight. Comparative Example 1 Using the same carbon fiber as in Example 1, it was heated for 1 minute in a mixed vapor at 680°C containing 1.2% by weight of boron trichloride, 5.1% by weight of titanium tetrachloride, and the remainder being argon gas. processing, each filament has a thickness
A 300 Å titanium boride coating was formed. Next, in the same manner as in Example 1, five types of linear composite materials having an aluminum alloy as a matrix were manufactured and evaluated in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the evaluation results.
Shown below.

【表】 上表から、この比較例1のものは、実施例1の
ものと炭素消費量がほとんど同じであるにもかか
わらず、引張強度が大きく低下している。その理
由は、比較例1のものは、被覆工程で炭化チタン
が生成され、炭素繊維の表面の炭素が消費され
て、炭素繊維の強度が低下するからである。 比較例 2 実施例1と同じ炭素繊維を、キヤリアガスとし
て水素を1分間あたり100c.c.バブリングさせた四
塩化チタンの蒸気と、1分間あたり15c.c.のメタン
ガス中にて1050℃で1分間処理し、各フイラメン
トに厚みが1000Åの炭化チタン被覆を形成した。 次に、実施例1と同様に、アルミニウム合金を
マトリクスとする5種類の線状複合材料を製造
し、実施例1と同様に評価した。評価結果を表3
に示す。
[Table] From the above table, although the carbon consumption of Comparative Example 1 is almost the same as that of Example 1, the tensile strength is significantly decreased. The reason for this is that in Comparative Example 1, titanium carbide is generated in the coating process, and the carbon on the surface of the carbon fiber is consumed, resulting in a decrease in the strength of the carbon fiber. Comparative Example 2 The same carbon fiber as in Example 1 was heated at 1050°C for 1 minute in titanium tetrachloride vapor in which hydrogen was bubbled at 100 c.c. per minute as a carrier gas and methane gas at 15 c.c. per minute. The filaments were treated to form a 1000 Å thick titanium carbide coating on each filament. Next, in the same manner as in Example 1, five types of linear composite materials having an aluminum alloy as a matrix were manufactured and evaluated in the same manner as in Example 1. Table 3 shows the evaluation results.
Shown below.

【表】 上表から明らかなように、炭化チタンを被覆す
る場合には、被覆炭素繊維を、700℃の溶湯に3
分間浸漬した場合にのみ線状複合材料が得られる
にすぎない。しかも、その場合でも、引張強度は
わずかに58Kg/mm2にすぎない。これは、被覆工程
で上述した炭素繊維の強度劣化が起こるばかり
か、炭化チタン被覆では十分な濡れ性が得られな
いからである。 比較例 3 実施例1と同じ炭素繊維を使用し、これを、四
塩化チタンが3.2重量%で、亜鉛が2.5重量%で、
残余がアルゴンガスである680℃の混合蒸気中で
1分間処理し、各フイラメントに厚みが1000Åの
チタン被覆を形成した。 次に、実施例1と同様に、アルミニウム合金を
マトリクスとする5種類の線状複合材料を製造
し、実施例1と同様に評価した。評価結果を表4
に示す。
[Table] As is clear from the above table, when coating titanium carbide, the coated carbon fiber is immersed in molten metal at 700°C for 30 minutes.
Linear composites are only obtained if soaked for minutes. Moreover, even in that case, the tensile strength is only 58 Kg/mm 2 . This is because not only does the above-described strength deterioration of the carbon fiber occur in the coating process, but also sufficient wettability cannot be obtained with titanium carbide coating. Comparative Example 3 The same carbon fiber as in Example 1 was used, and titanium tetrachloride was 3.2% by weight, zinc was 2.5% by weight,
Each filament was treated with a 1000 Å thick titanium coating by treatment in a mixed vapor at 680° C. with the remainder being argon gas for 1 minute. Next, in the same manner as in Example 1, five types of linear composite materials having an aluminum alloy as a matrix were manufactured and evaluated in the same manner as in Example 1. Table 4 shows the evaluation results.
Shown below.

【表】 上表から、溶湯への浸漬時間が1分間の場合に
は線状複合材料が得られるものの、引張強度は実
施例1のものにくらべて相当低いことがわかる。
これは、被覆工程で炭化チタンの生成による炭素
繊維の強度低下があるためである。また、浸漬時
間が2分間になると、もはや線状複合材料は得ら
れない。これは、浸漬時間が長くなると、被覆さ
れたチタンが溶湯中に溶け出すからであると推定
される。 比較例 4 実施例1と同じ炭素繊維を使用し、これを、三
塩化ホウ素が6.3重量%で、亜鉛が6.6重量%で、
残余がアルゴンガスである680℃の混合蒸気中で
1分間処理し、各フイラメントに厚みが100Åの
ホウ素被覆を形成した。 次に、実施例1と同様に被覆炭素繊維をアルミ
ニウム合金の溶湯に浸漬し、引き上げたが、炭素
繊維が溶湯に濡れず、線状複合材料は得られなか
つた。 発明の効果 この発明の方法は、アルミニウムとの反応が極
めて少なく、アルミニウムカーバイドを生成しに
くい、繊維軸方向の引張弾性率が38トン/mm2以上
であり、かつ表面酸化処理を施していない炭素繊
維を使用するとともに、いわゆる下地として、炭
化チタンの生成を抑制して炭素繊維の劣化を防
ぎ、しかもその上に形成されるチタン被覆と炭素
繊維との接着性を向上させるホウ素被覆を形成
し、その上に濡れ物質たるチタンを被覆した炭素
繊維のマルチフイラメントに対する溶湯の含浸
を、溶湯の温度をT℃、溶湯への浸漬時間をt分
としたとき、式 0.03T+0.6t≦22 t<3 を満足する条件下で行うからして、実施例にも示
したように、引張強度が極めて高い線状複合材料
を得ることができる。
[Table] From the above table, it can be seen that although a linear composite material is obtained when the immersion time in the molten metal is 1 minute, the tensile strength is considerably lower than that of Example 1.
This is because the strength of the carbon fiber is reduced due to the formation of titanium carbide during the coating process. Further, when the immersion time reaches 2 minutes, a linear composite material can no longer be obtained. This is presumed to be because the coated titanium dissolves into the molten metal as the immersion time increases. Comparative Example 4 The same carbon fiber as in Example 1 was used, and boron trichloride was 6.3% by weight, zinc was 6.6% by weight,
Each filament was treated with a 100 Å thick boron coating by treatment in a mixed vapor at 680° C. with the remainder being argon gas for 1 minute. Next, the coated carbon fibers were immersed in a molten aluminum alloy and pulled up in the same manner as in Example 1, but the carbon fibers were not wetted by the molten metal and no linear composite material was obtained. Effects of the Invention The method of the present invention uses carbon that has extremely little reaction with aluminum, is difficult to generate aluminum carbide, has a tensile modulus of elasticity in the fiber axis direction of 38 tons/mm 2 or more, and has not been subjected to surface oxidation treatment. In addition to using fibers, we form a boron coating as a so-called base that suppresses the formation of titanium carbide and prevents deterioration of carbon fibers, and also improves the adhesion between the titanium coating formed on it and the carbon fibers. The impregnation of a carbon fiber multifilament with a molten metal onto which titanium as a wetting substance is coated is given by the formula 0.03T+0.6t≦22 t<3, where the temperature of the molten metal is T°C and the immersion time in the molten metal is t minutes. Since this is carried out under conditions that satisfy the above conditions, it is possible to obtain a linear composite material with extremely high tensile strength, as shown in the examples.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 繊維軸方向の引張弾性率が38トン/mm2以上で
あり、かつ表面酸化処理を施していない炭素繊維
のマルチフイラメントを化学気相蒸着工程に通
し、各フイラメントに、まずホウ素を被覆し、次
いでチタンを被覆した後、その被覆炭素繊維のマ
ルチフイラメントをアルミニウムまたはアルミニ
ウム合金の溶湯に浸漬してその溶湯をフイラメン
ト間に含浸し、その溶湯含浸炭素繊維のマルチフ
イラメントを前記溶湯から引き上げて前記溶湯を
固化させるに際し、前記溶湯含浸を、前記溶湯の
温度をT℃、前記被覆炭素繊維のマルチフイラメ
ントの浸漬時間をt分としたとき、式 0.03T+0.6t≦22 t<3 を満足する範囲で行うことを特徴とする線状複合
材料の製造方法。
[Claims] 1. A carbon fiber multifilament having a tensile modulus of elasticity in the fiber axis direction of 38 tons/mm 2 or more and not subjected to surface oxidation treatment is passed through a chemical vapor deposition process, and each filament is After first coating with boron and then coating with titanium, the coated carbon fiber multifilament is immersed in molten aluminum or aluminum alloy to impregnate between the filaments, and the molten metal-impregnated carbon fiber multifilament is When the molten metal is pulled up from the molten metal and solidified, the molten metal impregnation is performed using the formula: 0.03T+0.6t≦22 t< 3. A method for producing a linear composite material, characterized in that the method is carried out within a range that satisfies the following.
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