JP2004359990A

JP2004359990A - 繊維強化金属基複合材料およびその製造方法

Info

Publication number: JP2004359990A
Application number: JP2003158114A
Authority: JP
Inventors: Masaki Watanabe; 真祈渡辺; Masateru Nakamura; 昌照中村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】従来よりも高強度の金属マトリクス中にセラミックス繊維を安定して所望の方位に配向させて分散させることができる金属基複合材料の製造方法およびそれにより製造された金属基複合材料を提供する。
【解決手段】磁性金属マトリクス中にセラミックス繊維が配向して分散している繊維強化金属基複合材料の製造方法であって、磁性金属粉末とセラミックス繊維との混合粉末を作成する工程、上記混合粉末を非磁性の予備型内に収容して磁場の作用下で振動を付与することにより、上記セラミックス繊維を放射状または同心円状に配向させる工程、上記磁場印加した混合粉末を上記予備型内で加圧して圧粉体とする工程、および得られた予備成形体をホットプレスして焼結体とする工程を含むことを特徴とする繊維強化金属基複合材料の製造方法およびこの方法により製造された繊維強化金属基複合材料。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性または非磁性の金属マトリクス中にセラミックス繊維が配向して分散している繊維強化金属基複合材料およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から種々の用途において、金属マトリクスをセラミックス繊維で強化した複合材料が知られている。具体例としては、ＡｌあるいはＡｌ合金やＭｇあるいはＭｇ合金から成る金属マトリクスをＡｌ_２Ｏ_３等の酸化物、Ｓｉ_３Ｎ_４等の窒化物、ＳｉＣ等の炭化物などのセラミックス繊維で強化した複合材料が種々知られている。
【０００３】
これら従来の繊維強化金属基複合材料の製造方法は大別して、（１）予めバインダ等を混合したセラミックス繊維を仮焼して作製した多孔質体にマトリクス金属の溶湯を含浸させる方法、（２）セラミックス繊維にマトリクス金属をスパッタリング等によりコーティングしたものを焼結させる方法が行なわれていた。いずれの方法でも、一般に得られる複合材料は金属マトリクス中にセラミックス繊維がランダムな方位すなわち無配向で分散している。
【０００４】
繊維強化金属基複合材料の主用途の１つは、軸、軸受に代表される摺動部材であり、この場合には特に、高い耐摩耗性と低い摩擦係数が要求される。更に、繊維強化金属基複合材料のもう１つの主用途は構造部材であり、この場合には特に曲げ荷重、引張荷重等に対して高い強度が要求される。
【０００５】
このように高耐摩耗性、低摩擦係数、高強度（曲げ、引張）を個々の部材に応じて最適のバランスで具備することが要求されるが、各特性はそれぞれ強化繊維の方位に大きく依存しているため、個々の用途に応じて強化繊維を最適な方位に配向させることが望ましい。
【０００６】
更に、特性間のバランスを最適化するだけでなく、個々の特性自体を高めることにより、より厳しい要求水準を満たす複合材料の開発が望まれている。例えば、Ａｌ系やＭｇ系の金属または合金をマトリクスとした複合材料では、高荷重・高摺動速度の摺動条件ではマトリクスの凝着により急激に摩耗が進行するため、摺動部材への適用に限界があった。
【０００７】
従来公知の例として、特許文献１（特開昭６３−６０２４４号公報）には、長繊維をウィスカまたは短繊維で包んでマットとし、これを金属マトリクスと重ね合わせることにより、特定方向または方向が一定しない応力に対して強化した複合材料が開示されている。しかし、繊維を種々の方位に配向することはできないため用途が極めて限定される。
【０００８】
また、別の公知例として特許文献２（特開平３−２１９０２９号公報）には、ウィスカの表面にＮｉ等の強磁性金属をコーティングすることにより表面強磁性化したものを磁界中を自由落下させることにより配向させてマトリクス金属粉末中に混入させた混合粉末を焼結した複合材料が提案されている。しかし、ウィスカへのコーティング処理が煩雑なばかりでなく、短時間の自由落下中の磁力線による配向は安定せず不完全でもあり、かつ下方のマトリクス金属粉末中に落下したときに配向を安定して確保することが困難である。
【０００９】
更に、もう１つの公知例として特許文献３（特開平５−１０５５３３号公報）には、懸濁液中のウィスカを電界中で沈降させる過程で一方向に配向させて製造した複合材料が提案されている。しかし、これも沈降過程での電界による配向は安定せず不完全でもあり、かつ沈降物を採取し乾燥した後に焼結する過程で沈降物中のウィスカの配向を安定して確保することが困難であるし、ろ過などの煩雑な作業を必要とする。
【００１０】
最後に、上記特許文献１、２、３に開示された具体例はマトリクス金属がＡｌ等の軽金属であり、マトリクスを高耐摩耗性、低摩擦係数、高強度にすることにより複合材料全体として高い要求水準を満たすことはできない。
【００１１】
【特許文献１】
特開昭６３−６０２４４号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開平３−２１９０２９号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】
特開平５−１０５５３３号公報（特許請求の範囲）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題を解消し、従来よりも高強度の金属マトリクス中にセラミックス繊維を安定して所望の方位に配向させて分散させることができる金属基複合材料の製造方法およびそれにより製造された金属基複合材料を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第１発明によれば、磁性金属マトリクス中にセラミックス繊維が配向して分散している繊維強化金属基複合材料の製造方法であって、下記の工程：
磁性金属粉末とセラミックス繊維との混合粉末を作成する工程、
上記混合粉末を非磁性の予備型内に収容して磁場の作用下で振動を付与することにより、上記セラミックス繊維を放射状または同心円状に配向させる工程、
上記磁場印加した混合粉末を上記予備型内で加圧して圧粉体とする工程、および
得られた予備成形体をホットプレスして焼結体とする工程
を含むことを特徴とする繊維強化金属基複合材料の製造方法およびこの方法により製造された繊維強化金属基複合材料が提供される。
【００１４】
第１発明においては、予備型内でマトリクス金属としての磁性金属の粉末とセラミックス繊維との混合粉末に磁場を印加した状態で振動を付与することにより、磁性金属の粉末粒子が個々に磁力線の作用により移動または配向させられ、各磁性粒子の運動によってそれぞれその周囲にある個々のセラミックス繊維が特定方位へ配向させられ、その結果、予備型内の混合粉末中のセラミックス繊維が全体として特定方位に配向する。予備型内でこの状態の混合粉末をそのまま加圧して圧粉体とするので、セラミックス繊維の配向状態が安定に維持され、最終的な焼結体中にそのまま引き継がれる。配向を放射状および同心円状のいずれにするかは、磁場の向きまたは磁場の移動方向により容易に制御できる。
【００１５】
更に、マトリクスの磁性金属としてＦｅ基合金（鋼）やＮｉ基合金等の高強度金属を用いることができるので、従来のＡｌ系やＭｇ系に比べてマトリクス強度を大幅に高めることができる。
【００１６】
また、第２発明によれば、金属マトリクス中にセラミックスの繊維が配向して分散している焼結複合材料の製造方法であって、下記の工程：
金属粉末、セラミックス繊維およびバインダを含むスラリーを作成する工程、テープキャスト法により、走行するテープ上に上記スラリーを流下させることにより、上記セラミックス繊維が上記テープの走行方向に沿って配向しているグリーンシートを作成する工程、
上記グリーンシートを上記テープから剥離する工程、
上記剥離したグリーンシートを上記配向方向に平行または垂直な方向に巻き回すことにより、上記セラミックス繊維が該巻き回し軸に対して平行または放射状に配向した筒状または柱状のグリーン体とする工程、および
上記グリーン体を予備成形および脱脂した後にホットプレスして焼結体とする工程
を含むことを特徴とする繊維強化金属基複合材料の製造方法が提供される。
【００１７】
第２発明においては、金属粉末、セラミックス繊維およびバインダを含むスラリーを、テープキャスト法により、走行するテープ上に流下させることにより、セラミックス繊維がテープの走行方向に沿って配向しているグリーンシートを作成し、テープ剥離後、所望の方向に巻き回すことにより、巻き回し軸に対して平行または垂直にセラミックス繊維を配向させることができる。これによりセラミックス繊維を所望方位に安定して配向させることができる。
【００１８】
更に、マトリクスの金属としてＦｅ基合金（鋼）、Ｎｉ基合金等の磁性高強度金属に限らずＴｉ基合金等の非磁性高強度金属を用いることができるので、より大きな自由度でマトリクス金属を選定して、従来のＡｌ系やＭｇ系に比べてマトリクス強度を大幅に高めることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
上記のように、マトリクス金属は、磁性金属を用いる第１発明ではＦｅ基合金（鋼）やＮｉ基合金が代表的であり、磁性・非磁性を問わない第２発明ではＦｅ基合金（鋼）やＮｉ基合金などの磁性金属だけでなくＴｉ基合金などの非磁性金属を用いることができる。
【００２０】
第１発明の方法により製造される典型的な繊維強化金属基複合材料は、筒状または柱状であり、その中心軸に対して放射状または同心円状に上記セラミックス繊維が配向している。
【００２１】
第２発明の方法により製造される典型的な繊維強化金属基複合材料は、筒状または柱状であり、その中心軸に対して平行または同心円状にセラミックス繊維が配向している。
【００２２】
更に、第２発明に特徴的な構造の繊維強化金属基複合材料は、筒状または柱状であり、その中心軸に対して芯部は平行かつ外縁部は同心円状にセラミックス繊維が配向している。この特徴的な構造の繊維強化金属基複合材料を製造する方法は、上記剥離したグリーンシートを巻き回す工程に代えて、
（１）該グリーンシートの第一片を、上記セラミックス繊維の配向方向に垂直な方向に巻き回すことにより、該セラミックス繊維が巻き回し軸に平行に配向した芯部柱状グリーン体とする第一段階と、
（２）該グリーンシートの第二片を、該セラミックス繊維の配向方向を上記芯部柱状グリーン体の外周に沿わせて上記巻き回し軸の周りに巻き回すことにより、該セラミックス繊維が該巻き回し軸に対して同心円状に配向した外縁部筒状グリーン体とする第二段階と、
を行なうことにより上記深部柱状グリーン体の外周に該外縁部筒状グリーン体が密着した柱状グリーン体とする工程を含むことを特徴とする。
【００２３】
セラミックス繊維は第１、第２発明に共通であり、典型的には酸化物、窒化物、炭化物のいずれか一種である。代表例としては、上記酸化物がＡｌ_２Ｏ_３、上記窒化物がＳｉ_３Ｎ_４、上記炭化物がＳｉＣである。
【００２４】
第１発明の磁場配向および第２発明のテープキャストによって作製される複合材料の繊維配向形態を図１にまとめて示す。それぞれの発明により実現可能な配向形態を同図中で〇印を付した。同図では、複合材料の形状が円柱状または円筒状（リング状）の場合を典型例として示したが、本発明の複合材料はこれに限定する必要はなく、他の形状にも適用できる。図示した繊維の配向形態は下記のとおりである。
【００２５】
Ａ：円柱状複合材料の中心軸から放射状に配向
Ｂ：円柱状複合材料の中心軸の周りに同心円状に配向
Ｃ：円柱状複合材料の中心軸に平行に配向
Ｄ：円柱状複合材料の中心軸に対して芯部は平行で外縁部は同心円状にそれぞれ配向
Ｅ：円筒状（リング状）複合材料の中心軸に対して放射状に配向
Ｆ：円筒状（リング状）複合材料の中心軸の周りに同心円状に配向
図１中に〇印を付したとおり、上記６種類の配向形態Ａ〜Ｆのうち、第１発明の磁場配向により実現できるの形態Ａ、Ｂ、Ｅ、Ｆの計４種類、第２発明のテープキャストにより実現できるのは形態Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆの計４種類であり、同心円状配向Ｂ、Ｆは第１、第２発明のいずれでも実現可能である。
【００２６】
【実施例】
〔実施例１〕
第１発明の磁場配向により下記手順で繊維強化金属基複合材料を製造した。
【００２７】
＜混合粉末の作成＞
金属マトリクス原料としてＪＩＳＳ２５Ｃ鋼の水アトマイズ粉末（平均粒径２０μｍ）２９８．２ｇに、セラミックス繊維としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）ウィスカ（α−アルミナ短繊維、平均径３μｍ、アスペクト比１０）３６．９ｇを配合した。この重量配合比は、アルミナ短繊維２５ｖｏｌ％に対応する。
【００２８】
上記配合粉末をトルエン１８０ｍｌと、ウィスカ折損防止用の鉄芯入りナイロンボールと共にナイロン製容器に入れ、ボールミルにより３６時間混合した。その後、ウォーターバスによりトルエン蒸発後、解砕して混合粉末とした。
【００２９】
＜磁場配向＞
作成した混合粉末を下記予備型内に入れ、表１の条件で磁場配向を行なった。
【００３０】
〔予備型〕
円柱（図１のＡ、Ｂ、Ｅ、Ｆ）用：
内径φ３５ｍｍ×高さｈ２０ｍｍのアクリル製円筒容器
（円筒（図１のＥ、Ｆ）は円柱をくり抜き加工して作製。）
〔磁場配向条件〕
【００３１】
【表１】

【００３２】
なお、図２に示すように、円柱用予備型に用いたアクリル製容器１０は、円筒部１２および底蓋１４がアクリル製であり、予め底蓋１４上に後工程のホットプレスで用いるグラファイト製スペーサ１６を予め敷いておき、その上に上記の混合粉末１８を装入した。円筒用の場合も予備型形状が上記のように異なるが、手順は同様である。
【００３３】
＜予備成形＞
磁場配向後の混合粉末をアクリル製容器に入れたまま、上部にパンチ棒をセットし、油圧プレスによって１０ＭＰａ（９８０ｋｇｆ）の加圧をして予備成形し、圧粉体を得た。
【００３４】
＜ホットプレス焼結＞
以下、円柱状複合材料の場合について説明するが、円筒状複合材料の場合は形状のみ異なり手順および条件は同様である。
【００３５】
図３に示すように、予備成形した圧粉体１８Ｃをホットプレスに用いるグラファイト製の型に移した。すなわち、先ず図３（１）に示すように、アクリル製容器内の圧粉体１８Ｃの上面にもグラファイト製スペーサ１６を載せ、アクリル製容器の底蓋１４を外す。ホットプレス用型グラファイト型の上側パンチ２２の先端をダイ２０の一端から底蓋１４の厚さに相当する高さだけ露出させておき、その上に底蓋１４を外したアクリル製容器を載せ、矢印Ｆ１のように圧粉体１８Ｃを第２０のキャビティー内へ押しこむ。
【００３６】
次に、図３（２）に示す位置まで押し込んだら、矢印Ｆ２のように下側パンチ２４をダイ２０のキャビティー内に押し込む。
【００３７】
そして、図３（３）に示すように、型全体を上下反転させて、ホットプレス装置（図示せず）に装入して焼結を行なった。ここで用いたダイ２０のキャビティー内径およびパンチ２２、２４の外径はφ３５であった。焼成条件は下記のとおりであった。
【００３８】
〔焼成条件〕
温度：１１５０℃
雰囲気：〔窒素ガス＋２％水素ガス〕の混合ガス雰囲気
圧力：４０ＭＰａ
保持時間：２時間
ダイ：グラファイト製
圧縮方法：１軸圧縮
上記ホットプレス焼結により真密度９８％以上の焼結体を得た。
【００３９】
〔磁場配向の装置および原理〕
（１）放射状配向
柱状複合材料においてセラミックス繊維を放射状に配向させる場合（図１の配向形態Ａ）について、磁場配向の装置および原理を説明する。
【００４０】
図４（１）に示すように、樹脂製円筒容器１０の周囲に複数の電磁コイルＣが配置され、コイル巻面が円筒容器１０の中心軸と直角になっている。図４（２）に示すように全てのコイルＣの磁力線Ｈが円筒容器１０の中心軸から放射状外向きのみになるように各コイルＣに電流を流し、樹脂製円筒容器１０の内部に中心軸に対して放射状の磁場を形成する。
【００４１】
円筒容器１０は下端を加振器２６に装着されていて、容器１０に収容された混合粉末１８は振動を付与されながら放射状磁場（または軸集中磁場）の作用により下記メカニズムによりセラミックス繊維が放射状に配向する。
【００４２】
すなわち、図５の（１）→（２）→（３）に順を追って示すように、マトリクス金属である磁性金属の粉末粒子ｍは磁力線Ｈと平行に連結して整列する。この運動によってアスペクト比の大きいセラミックス繊維ｆは偶力を受けて、磁力線Ｈと平行に姿勢を変えて行き、最終的に放射状磁場と同じく放射状に配向する。
【００４３】
（２）同心円状配向
柱状複合材料においてセラミックス繊維を同心円状に配向させる場合（図１の配向形態Ｂ）について、磁場配向の装置および原理を説明する。
【００４４】
図６に示すように、樹脂製円筒容器１０の周囲に２組の電磁コイル対Ａ１−Ａ２と電磁コイル対Ｂ１−Ｂ２を直交配置して交流電流を流す。その際、コイル対Ａ１−Ａ２とコイル対Ｂ１−Ｂ２に位相を反周期ずらした電流を流すと、円筒容器１０の内部にはその中心軸の周りを矢印Ｒのように回転する回転磁場Ｈが発生する。
【００４５】
円筒容器１０は下端を加振器２６に装着されていて、容器１０に収容された混合粉末１８は振動を付与されながら回転磁場の作用により下記メカニズムによりセラミックス繊維が同心円状に配向する。
【００４６】
すなわち、混合粉末中の磁性金属粉末粒子同士は点接触によって導通しており、図７に示すように、回転磁場Ｈが作用すると磁場の変化を打ち消すように渦電流Ｉが発生する。発生した渦電流Ｉの円筒軸方向成分と磁界との相互作用により、容器１０内の磁性金属粉末粒子には磁場Ｈの回転Ｒと同じ向きにローレンツ力によるトルクＴが発生し、円周方向への移動を生ずる。磁性粒子の円周方向移動によってセラミックス繊維が偶力を受けて同じく円周方向に姿勢を変えて行き、最終的にセラミックス繊維が同心円状に配向する。
【００４７】
放射状および同心円状の磁場配向原理を円柱状複合材料について説明したが、円筒状複合材料の場合にも同様である。
【００４８】
〔実施例２〕
第２発明のテープキャストにより下記手順で繊維強化金属基複合材料を製造した。
【００４９】
＜スラリーの作成＞
金属マトリクス原料としてＪＩＳＳ２５Ｃ鋼の水アトマイズ粉末（平均粒径２０μｍ）４１０．７ｇに、セラミックス繊維としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）ウィスカ（α−Ａｌ_２Ｏ_３短繊維、平均径３μｍ、アスペクト比１０）３６．９ｇを配合した。この重量配合比は、アルミナ短繊維２５ｖｏｌ％に対応する。
【００５０】
上記配合粉末を、分散材（ジアミン系）７．５ｇ＋トルエン２５０ｍｌ＋ブタノール６０ｍｌから成る分散媒と、バインダ材（ブチラール樹脂）２２．５ｇ＋可塑剤５．６３ｇから成るバインダと混合してスラリーとした。
【００５１】
このスラリーを、ウィスカ折損防止用の鉄心入りナイロンボールと共にナイロン製容器に入れ、ボールミルにより３６時間混合した。
【００５２】
＜グリーンシートの作成＞
混合後のスラリーからテープキャスト法（ドクターブレード法）によりグリーンシートを成形した。条件は下記のとおりであった。
【００５３】
スリット：２３０μｍ×４０ｍｍ
テープ速度：７ｍｍ／ｓｅｃ
スリットから上記スラリーを走行する樹脂テープ上に流下させた後に乾燥して、幅約４０ｍｍ×厚さ約８０μｍのグリーンシートとした。このグリーンシートはアルミナ繊維がテープ走行方向と平行に配向している。得られたグリーンシートを樹脂テープから剥離した。剥離を容易にするために樹脂テープ表面には予め離型剤を塗布しておいた。
【００５４】
＜予備成形と脱脂＞
グリーンシートを円柱状（図１の形態Ｂ、Ｃ。径φ３０ｍｍ、長さ５０ｍｍ）に巻き回した後、下記のダイおよびパンチ棒を用いて１３０℃にて１８ＭＰａで加圧することにより予備成形した。
【００５５】
〔ダイ／パンチ棒〕
φ２５ｍｍのダイおよびパンチ棒
予備成形体を窒素雰囲気中で６００℃に昇温して４時間保持した後、空気中で４００℃にて１時間の脱脂処理を行なった。
【００５６】
円筒（リング状。図１の形態Ｆ）は円柱をくり抜き加工して作製した。
【００５７】
＜ホットプレス焼結＞
脱脂処理後の予備成形体をホットプレスにより下記条件にて焼成した。還元雰囲気中で焼結が行なわれるように混合ガスを調製した。
【００５８】
〔焼成条件〕
温度：１１５０℃
雰囲気：〔窒素ガス＋２％水素ガス〕の混合ガス雰囲気
圧力：４０ＭＰａ
保持時間：２時間
ダイ：グラファイト製
圧縮方法：１軸圧縮
得られた焼結体の密度は６．８２ｇ／ｃｍ^３であった。Ｆｅ−２５ｖｏｌ％Ａｌ_２Ｏ_３の理論密度は６．９０ｇ／ｃｍ^３であるから、焼結体の真密度は９９．０％であった。
【００５９】
＜特性試験＞
実施例１および実施例２において作製した円柱状および円筒状の各サンプルからそれぞれ図９のようにブロックおよびリングを切り出し、ブロックを軸受、リングを軸に見立て、様々の組合せで図１０に示したようにブロックオンリング式摩耗試験を行い、摩擦係数、耐摩耗性、相手材攻撃性（相手材摩耗量）を評価した。試験条件は下記のとおりであった。
【００６０】

比較として、配向なし材およびＳ２５Ｃ鋼についても同様の試験を行った。配向なし材は実施例１において磁場配向を行なわずに作製したものであり、Ｓ２５Ｃ鋼はマトリクス材のみを実施例１と同様に焼結した作製したものである。結果を図１１〜１３にまとめて示す。
【００６１】
また、図１４および図１５にそれぞれ示したように、放射状配向材から切り出した横方向配向試験片および軸方向配向材から切り出した長手方向配向試験片について、下記条件にて４点曲げ試験を行なった。
【００６２】
〔四点曲げ試験条件〕
強度測定：ＪＩＳＲ１６０１
ヤング率測定：ＪＩＳＲ１６０２
試験片：３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ
クロスヘッドスピード：０．５ｍｍ／ｍｉｎ
繰返し試験数：ｎ＝１０
比較として、配向なし材およびＳ２５Ｃ鋼についても同様の試験を行った。配向なし材は実施例１において磁場配向を行なわずに作製したものであり、Ｓ２５Ｃ鋼はマトリクス材のみを実施例１と同様に焼結した作製したものである。試験結果を表２にまとめて示す。
【００６３】
【表２】

【００６４】
図１１〜１３および表２に示すように、従来の金属基複合材料に用いられていたＡｌやＭｇ等のマトリクス材料より高強度のＳ２５Ｃ鋼をマトリクスとし、アルミナ強化繊維を種々の方位に配向させたことにより、強度レベルを高めると同時に、摺動用途において相手材に応じて最良の繊維配向を安定して得ることができるので、従来よりも厳しい摺動条件にも適用できる金属基複合材料を得ることができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来よりも高強度の金属マトリクス中にセラミックス繊維を安定して所望の方位に配向させて分散させることができる金属基複合材料の製造方法およびそれにより製造された金属基複合材料が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は第１発明の磁場配向および第２発明のテープキャストによって作製される複合材料の繊維配向形態をまとめて示す斜視図である。
【図２】図２は、第１発明による金属基複合材料の作製に用いる予備型の一例を示す断面図である。
【図３】図３は、第１発明による金属基複合材料の作製におけるホットプレス焼結の手順を示す断面図である。
【図４】図４は、第１発明により放射状配向を行なうための磁場配向装置の構造例を示す（１）斜視図および（２）断面図である。
【図５】図５は、図４の装置構成によるセラミックス繊維の放射状配向過程を示す断面図である。
【図６】図６は、第１発明により同心円状配向を行なうための磁場配向装置の構造例を示す（１）斜視図および（２）断面図である。
【図７】図７は、図６の装置により発生する回転磁場とそれによるローレンツ力（トルク）の発生を示す斜視図である。
【図８】図８は、図６の装置構成によるセラミックス繊維の同心円状配向過程を示す断面図である。
【図９】図９は、ブロックオンリング式摩耗試験に供するブロックおよびリングの種別をまとめて示す斜視図である。
【図１０】図１０は、ブロックオンリング式摩耗試験の方法を示す断面図である。
【図１１】図１１は、種々のブロックとリングとの組合せに対する摩擦係数を示す３次元グラフである。
【図１２】図１２は、種々のブロックとリングとの組合せに対するリング摩耗量（軸の耐摩耗性）を示す３次元グラフである。
【図１３】図１３は、種々のブロックとリングとの組合せに対するブロック摩耗量（軸の相手攻撃性）を示す３次元グラフである。
【図１４】図１４は、（１）放射状配向材からの横方向配向試験片の切り出し方法および（２）曲げ試験方位を示す断面図である。
【図１５】図１５は、（１）軸方向配向材からの長手方向配向試験片の切り出し方法および（２）曲げ試験方位を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…アクリル製容器（円柱用予備型）
１２…円筒部
１４…底蓋
１６…グラファイト製スペーサ
１８…混合粉末
１８Ｃ…圧粉体
２０…ダイ
２２…上側パンチ
２４…下側パンチ
２６…加振器
Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ…電磁コイル
Ｈ…磁力線（磁場）
Ｔ…トルク
Ｉ…渦電流
ｍ…磁性金属の粉末粒子
ｆ…セラミックス繊維

Claims

磁性金属マトリクス中にセラミックス繊維が配向して分散している繊維強化金属基複合材料の製造方法であって、下記の工程：
磁性金属粉末とセラミックス繊維との混合粉末を作成する工程、
上記混合粉末を非磁性の予備型内に収容して磁場の作用下で振動を付与することにより、上記セラミックス繊維を放射状または同心円状に配向させる工程、
上記磁場印加した混合粉末を上記予備型内で加圧して圧粉体とする工程、および
得られた予備成形体をホットプレスして焼結体とする工程
を含むことを特徴とする繊維強化金属基複合材料の製造方法。
請求項１において、上記磁性金属が、Ｆｅ基合金またはＮｉ基合金であることを特徴とする方法。
請求項１または２において、上記セラミックスが、酸化物、窒化物、炭化物のいずれか一種であることを特徴とする方法。
請求項３において、上記酸化物がＡｌ_２Ｏ_３、上記窒化物がＳｉ_３Ｎ_４、上記炭化物がＳｉＣであることを特徴とする方法。
請求項１から４までのいずれか１項記載の方法により製造され、筒状または柱状であり、その中心軸に対して放射状または同心円状に上記セラミックス繊維が配向していることを特徴とする繊維強化金属基複合材料。
金属マトリクス中にセラミックスの繊維が配向して分散している焼結複合材料の製造方法であって、下記の工程：
金属粉末、セラミックス繊維およびバインダを含むスラリーを作成する工程、
テープキャスト法により、走行するテープ上に上記スラリーを流下させることにより、上記セラミックス繊維が上記テープの走行方向に沿って配向しているグリーンシートを作成する工程、
上記グリーンシートを上記テープから剥離する工程、
上記剥離したグリーンシートを上記配向方向に平行または垂直な方向に巻き回すことにより、上記セラミックス繊維が該巻き回し軸に対して平行または放射状に配向した筒状または柱状のグリーン体とする工程、および
上記グリーン体を予備成形および脱脂した後にホットプレスして焼結体とする工程
を含むことを特徴とする繊維強化金属基複合材料の製造方法。
請求項６において、上記剥離したグリーンシートを巻き回す工程に代えて、
（１）該グリーンシートの第一片を、上記セラミックス繊維の配向方向に垂直な方向に巻き回すことにより、該セラミックス繊維が巻き回し軸に平行に配向した芯部柱状グリーン体とする第一段階と、
（２）該グリーンシートの第二片を、該セラミックス繊維の配向方向を上記芯部柱状グリーン体の外周に沿わせて上記巻き回し軸の周りに巻き回すことにより、該セラミックス繊維が該巻き回し軸に対して同心円状に配向した外縁部筒状グリーン体とする第二段階と、
を行なうことにより上記深部柱状グリーン体の外周に該外縁部筒状グリーン体が密着した柱状グリーン体とする工程を含むことを特徴とする方法。
請求項６または７において、上記金属が、Ｆｅ基合金、Ｎｉ基合金、またはＴｉ基合金であることを特徴とする方法。
請求項６から８までのいずれか１項において、上記セラミックスが、酸化物、窒化物、炭化物のいずれか一種であることを特徴とする方法。
請求項９において、上記酸化物がＡｌ_２Ｏ_３、上記窒化物がＳｉ_３Ｎ_４、上記炭化物がＳｉＣであることを特徴とする方法。
請求項６から１０までのいずれか１項記載の方法により製造され、筒状または柱状であり、その中心軸に対して平行または同心円状または芯部は平行かつ外縁部は同心円状に、上記セラミックス繊維が配向していることを特徴とする繊維強化金属基複合材料。