JP2504199B2 - 繊維強化金属複合材料の製造方法 - Google Patents

繊維強化金属複合材料の製造方法

Info

Publication number
JP2504199B2
JP2504199B2 JP17986489A JP17986489A JP2504199B2 JP 2504199 B2 JP2504199 B2 JP 2504199B2 JP 17986489 A JP17986489 A JP 17986489A JP 17986489 A JP17986489 A JP 17986489A JP 2504199 B2 JP2504199 B2 JP 2504199B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
particles
molded body
composite material
fiber
volume ratio
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 - Fee Related
Application number
JP17986489A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0344432A (ja
Inventor
哲也 額見
徹哉 菅沼
淳夫 田中
雅洋 久保
純 大木島
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.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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 Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP17986489A priority Critical patent/JP2504199B2/ja
Publication of JPH0344432A publication Critical patent/JPH0344432A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2504199B2 publication Critical patent/JP2504199B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、複合材料に係り、更に詳細には繊維強化金
属複合材料の製造方法に係る。
従来の技術 ダイキャスト鋳造機を利用した繊維強化金属複合材料
の製造方法に於ては、溶融金属が金型内に射出されるの
で、繊維成形体を変形させることなく健全な複合化を達
成するためには、例えば昭和58年2月に出版された日本
機械学会論文集(C編)49巻438号の第235頁乃至第242
頁に記載されている如く、繊維成形体中への溶融金属の
含浸速度を0.1〜0.2m/secと非常に低い値に設定し、ま
た溶湯の温度低下を抑制すべく金型の温度を300〜350℃
に制御しなければならず、従って複合材料を生産性よく
製造することが困難であり、大掛りで複雑な設備が必要
であり、更には金型の寿命が短く、金型の温度分布や湯
温などを精密に制御する必要があることから、複合材料
を容易に且低廉に製造することが困難である。
本願発明者等は、ダイキャスト鋳造機を利用した従来
の繊維強化金属複合材料の製造方法に於ける上述の如き
問題に鑑み、大掛りで複雑な設備を要することなく高い
生産性にて容易に且低廉に繊維強化金属複合材料を製造
することのできる方法を提供すべく、本願出願人と同一
の出願人の出願にかかる特願平1−163222号(特開平3
−27859号)に於て、短繊維が二次元ランダムに配向さ
れた繊維成形体を形成し、繊維成形体の配向面がダイキ
ャスト鋳造機の金型内に於けるマトリックス金属の溶湯
の主たる流動方向に対し実質的に平行になるよう繊維成
形体を金型内に配置し、繊維成形体内にマトリックス金
属の溶湯を0.3〜3m/secの浸透速度にて含浸させる繊維
強化金属複合材料の製造方法を提案した。
発明が解決しようとする課題 しかし強化繊維が繊維径1μm以下の非常に細かい繊
維である場合には、繊維成形体内の個々の繊維の間の溶
湯含浸空隙が非常に小さく、溶湯に対する含浸抵抗が非
常に高いため、前述の文献に記載された方法によっても
成形体の変形や溶湯の含浸不良を解消することができ
ず、またかかる細かい繊維を二次元ランダムに配向する
ことは非常に困難であるため、上述の先の提案にかかる
方法によっても成形体の収縮や割れを解消することがで
きない。
本発明は、前述の文献に記載された方法及び上述の先
の提案にかかる方法に於ける上述の如き問題に鑑み、強
化繊維の繊維径が1μm以下の場合にも成形体の収縮や
割れを生ずることなく健全な複合材料を製造することの
できる方法を提供することを目的としている。
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、平均繊維径1μ
m以下の強化繊維と平均粒径10〜50μmの粒子とこれら
を結合する無機バインダとよりなり、前記粒子の体積率
が前記強化繊維の体積率の10〜30%であり、前記強化繊
維及び前記粒子の合計の体積率が7〜17%である成形体
を形成し、前記成形体をダイキャスト鋳造機の金型内に
配置し、前記成形体内にマトリックス金属の溶湯を0.3
〜5m/secの浸透速度にて含浸させる繊維強化金属複合材
料の製造方法によって達成される。
尚本発明に於ける強化繊維の平均繊維長は10〜300μ
m程度であってよい。
また粒子はセラミック粒子、金属粒子、金属間化合物
粒子、カーボン粒子等であってよく、特に金属粒子はマ
トリックス金属と同一又は類似の組成の金属の粒子及び
マトリックス金属とは全く組成の異なる金属の粒子の何
れであってもよい。
更に無機バインダの量は強化繊維及び粒子の合計の重
量に対し3〜25%程度であることが好ましい。
発明の作用 本発明の方法によれば、平均繊維径1μm以下の強化
繊維と平均粒径10〜50μmの粒子とこれらを結合する無
機バインダとよりなる成形体が形成され、その成形体が
ダイキャスト鋳造機の金型内に配置され、成形体内にマ
トリックス金属の溶湯が0.3〜5m/secの浸透速度にて含
浸される。
従って個々の強化繊維が粒子によって互いに離間さ
れ、これにより成形体がマトリックス金属の溶湯に対し
及ぼす抵抗が小さく、逆に成形体が流動するマトリック
ス金属の溶湯より受ける動圧が小さいので、成形体の収
縮や割れ等の不具合を生じることなくマトリックス金属
の溶湯を成形体内へ効率よく浸透させることが可能にな
り、複合化完了までの時間を短縮して複合材料の生産性
を向上させることができる。また金型を所定の温度範囲
に予熱することは不要であるので、金型の温度分布や湯
温等を精密に制御する必要がなく、大掛りで複雑な設備
も不要である。
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。
実施例1 繊維径0.1〜0.5μm、繊維長50〜200μmの炭化ケイ
素ウイスカ(東海カーボン株式会社製)と、平均粒径
3、10、30、50、70μmの炭化ケイ素粒子(昭和電工株
式会社製)と、シリカバインダ(日産化学株式会社製
「スノーテックスS」)との混合物に対し吸引成形を行
うことにより、第1図に示されている如く、体積率10%
(一定)の炭化ケイ素ウイスカ10と、体積率0〜5%
(1%ごと)の炭化ケイ素粒子12と、炭化ケイ素ウイス
カ及び炭化ケイ素粒子の合計の重量の10%のシリカバイ
ンダとよりなり20×20×10mmの寸法を有する成形体14を
形成した。尚炭化ケイ素ウイスカは実質的に三次元ラン
ダムに配向され、炭化ケイ素ウイスカ及び炭化ケイ素粒
子は互いに均一に混合されていた。
次いでこれらの成形体を600℃に予熱した後、第2図
に示されている如くダイキャスト鋳造機16の金型18のモ
ールドキャビティ20内に配置した。次いで730℃のアン
モニウム合金(JIS規格ADC12)の溶湯22をプランジャ24
によって加圧することにより、成形体14内に溶湯が2m/s
ecの浸透速度にて含浸するよう溶湯をモールドキャビテ
ィ内に射出し、溶湯を500気圧にて加圧し、その加圧状
態を溶湯が完全に凝固するまで保持した。
尚この場合溶湯の浸透速度Uはプランジャの断面積を
Aとし、プランジャの移動速度をVとし、溶湯に曝され
る成形体の表面積をSとし、成形体の炭化ケイ素ウイス
カ等の合計の体積率をVfとして U=AV/S(1−Vf) に従って求められた。
次いでかくして形成された複合材料の中央部を長手方
向に沿って切断し、元の成形体の収縮率及びアルミニウ
ム合金の含浸状態を調査した。その結果を第3図乃至第
5図に示す。尚第3図乃至第5図(第6図及び第7図に
於ても同じ)に於て、成形体の収縮率とは鋳造前の成形
体の断面積をSbとし、鋳造後の成形体の断面積をSaとし
て (1−Sa/Sb)×100 により求められた値である。また×は複合材料の内部に
粒子の凝集が生じていたことを示しており、△は溶湯の
含浸時に成形体の割れが生じたことを示しており、*は
粒子の体積率が0%の場合を示している。
第3図乃至第5図より、粒子の凝集や成形体の収縮及
び割れを生じることなく良好な複合材料を製造するため
には、強化繊維に対する粒子の体積比は10〜30%である
ことが好ましいことが解る。
実施例2 炭化ケイ素ウイスカの体積率が4〜20%(2%ごと)
に設定され、炭化ケイ素粒子(平均粒径30μm)の体積
率が1%及び3%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、元の成
形体の収縮率及びアルミニウム合金の含浸状態を調査し
た。その結果を第6図に示す。尚第6図に於て、○及び
□はそれぞれ炭化ケイ素粒子の体積率が1%、3%の場
合を示しており、また第6図には示されていないが、炭
化ケイ素ウイスカ及び炭化ケイ素粒子の体積率がそれぞ
れ8%、3%に設定された場合には成形体に割れが生じ
ていた。
第6図より、実質的に成形体の収縮を生じることなく
良好な複合材料を製造するためには、強化繊維及び粒子
の合計の体積率は7〜17%であることが好ましいことが
解る。
実施例3 炭化ケイ素ウイスカの体積率が10%に設定され、炭化
ケイ素粒子(平均粒径30μm)の体積率が3%に設定さ
れ、成形体中への溶湯の浸透速度が0.1〜10m/secに設定
された点を除き、実施例2の場合と同一の要領及び条件
にて複合材料を形成し、元の成形体の収縮率及びアルミ
ニウム合金の含浸状態を調査した。その結果を第7図に
示す。尚第7図には示されていないが、成形体中への溶
湯の浸透速度が0.1m/secに設定された場合には、成形体
の中央部には溶湯が含浸しなかった。
第7図より、実質的に成形体の収縮を生じることなく
良好な複合材料を製造するためには、繊維成形体中への
溶湯の浸透速度は0.3〜5m/secであることが好ましいこ
とが解る。
尚強化繊維として平均繊維径0.2μm、繊維長10〜20
μmの窒化ケイ素ウイスカ(宇部興産株式会社製)が使
用され、粒子として平均粒径50μmのAl2O3粒子(昭和
電工株式会社製)が使用され、マトリックス金属の溶湯
として80℃のアルミニウム合金(JIS規格ADC10)が使用
された場合にも、第3図乃至第7図に示された結果と同
様の結果が得られた。
実施例4 繊維径0.2〜0.3μm、繊維長20〜30μmのチタン酸カ
リウムウイスカ(大塚化学株式会社製)と、平均粒径50
μmのAl2O3粒子(昭和電工株式会社製)と、ジルコニ
アバインダ(日産化学株式会社製)との混合物に対し吸
引成形を行うことにより、実質的に三次元ランダムに配
向された体積率10%のチタン酸カリウムウイスカと、体
積率3%のAl2O3粒子と、チタン酸カリウムウイスカ及
びAl2O3粒子の合計の重量の15%のジルコニアバインダ
とよりなり、チタン酸カリウムウイスカ及びAl2O3粒子
が互いに均一に混合された30×20×8mmの寸法を有する
成形体を形成した。
次いで成形体の予熱温度が550℃に設定され、マトリ
ックス金属の溶湯として750℃のアルミニウム合金(JIS
規格A390)の溶湯が使用され、成形体中への溶湯の浸透
速度が1m/secに設定された点を除き、上述の実施例1〜
実施例3の場合と同一の要領及び条件にて複合材料を形
成し、その複合材料の断面を研磨して複合状態を調査し
たところ、成形体の収縮を生じることなく健全な複合材
料が形成されていることが認められた。
実施例5 体積率8%の窒化ケイ素ウイスカ(宇部興産株式会社
製、平均繊維径0.2μm、繊維長10〜20μm)と、体積
率2%のSiO2粒子(昭和電工株式会社製、平均粒径30μ
m)と、窒化ケイ素ウイスカ及びSiO2粒子の合計の重量
の5%のジルコニアバインダ(日産化学株式会社製)と
よりなる成形体が形成され、成形体の予熱温度が650℃
に設定され、成形体中への溶湯の浸透速度が3m/secに設
定された点を除き、上述の実施例1〜3の場合と同一の
要領及び条件にて複合材料を製造し、その断面を研磨し
て複合状態を調査したところ、この実施例に於ても成形
体の収縮を生じることなく健全な複合材料が形成されて
いることが認められた。
実施例6 体積率9%の窒化ケイ素ウイスカ(宇部興産株式会社
製、平均繊維径0.2μm、繊維長10〜20μm)と、体積
率3%のAl合金粒子(昭和電工株式会社製、JIS規格AC8
A、平均粒径50μm)と、窒化ケイ素ウイスカ及びAl合
金粒子の合計の重量の2%のジルコニアバインダ(日産
化学株式会社製)とよりなる成形体が使用された点を除
き、上述の実施例5の場合と同一の要領及び条件にて複
合材料を製造し、その断面を研磨して複合状態を調査し
たところ、この実施例に於ても成形体の収縮を生じるこ
となく健全な複合材料が形成されていることが認められ
た。
以上に於ては本発明に幾つか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。
発明の効果 以上の説明より明らかである如く、本発明によれば、
成形体中の個々の強化繊維が粒子によって互いに離間さ
れ、これにより成形体がマトリックス金属の溶湯に対し
及ぼす抵抗が小さく、逆に成形体が流動するマトリック
ス金属の溶湯より受ける動圧が小さいので、成形体の収
縮や割れ等の不具合を生じることなく個々の強化繊維の
間にマトリックス金属が良好に浸透した複合材料を製造
することができる。またマトリックス金属の溶湯を成形
体内へ効率よく浸透させることができるので、複合化完
了までの時間を短縮して複合材料の生産性を向上させる
ことができる。更に金型を所定の温度範囲に予熱するこ
とが不要であるので、金型の温度分布や湯温等を精密に
制御する必要がなく、大掛りで複雑な設備も不要にな
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は炭化ケイ素ウイスカと炭化ケイ素粒子とシリカ
バインダとよりなる成形体を示す斜視図、第2図は第1
図に示された成形体がダイキャスト鋳造機内に配置され
た状態を示す解図的断面図、第3図乃至第5図は粒子の
平均粒径と成形体の収縮率との間の関係を示すグラフ、
第6図は炭化ケイ素ウイスカの体積率と成形体の収縮率
との間の関係を示すグラフ、第7図は溶湯の浸透速度と
成形体の収縮率との間の関係を示すグラフである。 10…炭化ケイ素ウイスカ,12…炭化ケイ素粒子,4…成形
体,16…ダイキャスト鋳造機,18…金型,20…モールドキ
ャビティ,22…アルミニウム合金の溶湯,24…プランジャ
フロントページの続き (72)発明者 久保 雅洋 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 大木島 純 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−259031(JP,A) 特開 平2−194132(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】平均繊維径1μm以下の強化繊維と平均粒
    径10〜50μmの粒子とこれらを結合する無機バインダと
    よりなり、前記粒子の体積率が前記強化繊維の体積率の
    10〜30%であり、前記強化繊維及び前記粒子の合計の体
    積率が7〜17%である成形体を形成し、前記成形体をダ
    イキャスト鋳造機の金型内に配置し、前記成形体内にマ
    トリックス金属の溶湯を0.3〜5m/secの浸透速度にて含
    浸させる繊維強化金属複合材料の製造方法。
JP17986489A 1989-07-12 1989-07-12 繊維強化金属複合材料の製造方法 Expired - Fee Related JP2504199B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17986489A JP2504199B2 (ja) 1989-07-12 1989-07-12 繊維強化金属複合材料の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17986489A JP2504199B2 (ja) 1989-07-12 1989-07-12 繊維強化金属複合材料の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0344432A JPH0344432A (ja) 1991-02-26
JP2504199B2 true JP2504199B2 (ja) 1996-06-05

Family

ID=16073248

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP17986489A Expired - Fee Related JP2504199B2 (ja) 1989-07-12 1989-07-12 繊維強化金属複合材料の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2504199B2 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3547078B2 (ja) 1999-06-11 2004-07-28 ニチアス株式会社 シリンダブロックの製造方法
JP4613281B2 (ja) * 2001-03-21 2011-01-12 Dowaメタルテック株式会社 金属−セラミックス複合体の製造方法
WO2013166275A1 (en) 2012-05-02 2013-11-07 Intellectual Property Holdings, Llc Ceramic preform and method
CN107000249A (zh) 2014-10-20 2017-08-01 知识产权控股有限责任公司 陶瓷预制件和方法
US10357846B2 (en) 2015-12-31 2019-07-23 Intellectual Property Holdings, Llc Metal matrix composite vehicle component and method
US11338360B2 (en) 2016-02-04 2022-05-24 Intellectual Property Holdings, Llc Device and method for forming a metal matrix composite vehicle component
US10830296B2 (en) 2017-04-21 2020-11-10 Intellectual Property Holdings, Llc Ceramic preform and method

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0344432A (ja) 1991-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE68920263T2 (de) Verfahren zur Herstellung von einem durch Keramik verstärkten Verbundkörperelement für Kraftfahrzeuge.
CN107000249A (zh) 陶瓷预制件和方法
JP2504199B2 (ja) 繊維強化金属複合材料の製造方法
JPS6341966B2 (ja)
JPS59121414A (ja) シフトフオ−ク
EP0101948A2 (en) Method of manufacturing a surface composite reinforced member
JP2001214247A (ja) 金属複合体からなるブレーキ用摺動材料及びその製造法並びにブレーキロータ及びブレーキドラム
JPH024935A (ja) 金属基複合材料の製造方法
JP2800025B2 (ja) 複合材料の製造方法
DE10332367A1 (de) Verfahren zur Herstellung von metallischen Gußteilen mittels des Vollformgießens
DE102020007981B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus einem Aluminium-Matrix-Komposit-Verbundwerkstoff sowie danach erhältliches Bauteil
JP2579837B2 (ja) 金属基複合材料用プリフォーム
JPS62199739A (ja) 繊維強化型複合材料用繊維成形体の製造方法
JP2792192B2 (ja) チタニアウイスカ強化Al系複合材料の製造方法
KR970003119B1 (ko) 간접가압식 용탕단조법에 의한 금속복합재료의 제조방법
JPS62183956A (ja) 金属基複合材料の製造方法
JPH02194136A (ja) 短繊維及び潤滑粒子強化金属複合材料の製造方法
JPS6268670A (ja) 金属基複合材の製造方法
JPH0327859A (ja) 繊維強化金属複合材料の製造方法
JPH08210394A (ja) 複合材キャリパ
JPS62127159A (ja) 繊維強化金属部材の製造方法
JPH0199768A (ja) 金属複合材料の製造方法
JPH07216479A (ja) 金属複合体
JPH076016B2 (ja) チタン酸カリウムウイスカ強化金属複合材料
JP2003253308A (ja) アルミニウム基複合材料の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees