JP2006245337A - 金属コアを有する圧電ファイバが埋設された機能性複合材料 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明によると、溝が形成された第一の金属基板にインサート層を形成する工程と、前記第一の金属基板に金属コアを有する圧電ファイバを配置する工程と、第二の金属基板と前記第一の金属基板とをホットプレスする工程と、を有する機能性複合材料の製造方法が提供される。本発明によると、周囲の環境変化に対応可能な機能性複合材料を提供することができる。
【選択図】 図1
Description
本実施形態にかかる圧電ファイバについて実際に製造した。本機能性複合材料例では第一及び第二の金属基板としてアルミニウムを、インサート層として銅を用いた。
比較例として、インサート層を形成しない機能性材料例を作成した。温度としては873K、圧力を16.4MPaとした以外は機能性複合材料1とほぼ同様の構成を採用した。この断面図を図7に示す。これは、インサート層を形成していないため、PZTファイバが高いプレス圧力に耐えられず完全に破壊してしまったことを示している。以上により、インサート層の形成が必須であることが確認できた。
ホットプレスの温度を893Kとした以外は機能性複合材料例1とほぼ同じ条件で作成した。この結果作成された機能性複合材料の断面図を図8に示す。本機能性複合材料においては、共結合金の除去は十分に行われていたものの、図9で示すような破断が観測された。これは、高温であることにより、アルミニウムマトリックスが軟化し、繊維の方向に流動が起こったため、圧電材料にクラックを生じさせてしまったためと思われる。
ホットプレスの温度を853Kとした以外は機能性複合材料1とほぼ同じ条件で作成した。この結果作成された機能性複合材料の断面図を図10に示す。本機能性複合材料ではPZTファイバの破断は観測されなかったが、温度が低かったため共晶合金がマトリックス中に多量に残存しているのが確認された。
PZTファイバの直径を約200μmとし、溝の深さを230μm、インサート層を10μmとした以外は機能性複合材料1と同様の方法によって作成した。この結果作成された機能性複合材料の断面図を図11に示す。本機能性複合材料では、PZTファイバが破壊されていることを確認した。これはアルミニウムと銅ととにより共晶合金が形成され、アルミニウム基板の表面が流出した結果溝の深さが浅くなりPZTファイバが金属基板に直接押されることで耐えられる以上の圧力が加わってしまったためと考えられる。すなわち、溝の深さはPZTファイバの直径よりもインサート層の3倍よりも大きくする必要があると考えられる。
溝の深さを300μmとした以外は機能性複合材料4とほぼ同様の方法によって作成した。この機能性複合材料の断面図を図12に示す。本機能性複合材料では金属コアを有するPZTファイバは健全であることが確認できた。但し、溝が必要以上に深いためにアルミニウムと銅との共晶合金を効果的に取り除くことができず、残存させてしまっていた。即ち、インサート層の厚さの10倍よりは小さくなければならないことが分かった。
3 第一の金属基板
4 溝
5 圧電ファイバ
5a 金属コア
6 第二の基板
Claims (7)
- 第一の基板にインサート層を形成する工程、
インサート層が形成された前記第一の基板に溝を形成する工程、
前記溝が形成された第一の基板に金属コアを有する圧電ファイバを配置する工程、
第二の基板と前記第一の基板とをホットプレスする工程、を有する機能性複合材料の製造方法。 - 前記第一の金属基板及び前記第二の金属基板はアルミニウム又はその合金であり、
前記インサート層は銅又はその合金であり、
前記溝の深さは、該溝に配置される圧電ファイバの径よりも、前記インサート層の4倍以上6倍以内だけ深いことを特徴とする請求項1記載の機能性複合材料の製造方法。 - 前記第一の金属基板及び前記第二の金属基板はアルミニウム又はその合金であり、
前記インサート層は銅又はその合金であり、
前記ホットプレスする工程の温度は、853Kより高く、893Kより低い温度であることを特徴とする請求項1記載の機能性複合材料の製造方法。 - 前記ホットプレスする工程は、0.1MPa以上2.2MPa以下の圧力であることを特徴とする請求項2又は3記載の複合材料の製造方法。
- 金属コアを有する圧電ファイバがアルミニウム又はその合金に埋設されることによりセンサ及びアクチュエータ機能が発揮可能な機能性複合材料。
- 溝が形成された第一の金属基板にインサート層を形成する工程、
前記第一の金属基板に金属コアを有する圧電ファイバを配置する工程、
第二の金属基板と前記第一の金属基板とをホットプレスする工程、を有する機能性複合材料の製造方法。 - 前記第一の金属基板及び前記第二の金属基板はアルミニウム又はその合金であり、
前記インサート層は銅又はその合金であり、
前記溝の深さは、該溝に配置される圧電ファイバの径よりも、前記インサート層の4倍以上6倍以内だけ深いことを特徴とする請求項6記載の機能性複合材料の製造方法。
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