JP2788448B2 - 繊維複合部材の製造方法 - Google Patents
繊維複合部材の製造方法Info
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- JP2788448B2 JP2788448B2 JP63058087A JP5808788A JP2788448B2 JP 2788448 B2 JP2788448 B2 JP 2788448B2 JP 63058087 A JP63058087 A JP 63058087A JP 5808788 A JP5808788 A JP 5808788A JP 2788448 B2 JP2788448 B2 JP 2788448B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、繊維複合部材の製造方法に関するものであ
る。
る。
（従来の技術） 従来、ディーゼルエンジンのピストンのように高温硬
度、耐摩耗性を有する部材の製造方法として、ニッケ
ル，銅等の金属発泡体（多孔質体）をアルミニウム合金
の溶湯で鋳ぐるみ、その後熱処理を行うことによって上
記金属発泡体とアルミニウム合金との境界面に金属間化
合物層を生成し、この金属間化合物層によって耐摩耗性
を向上させるという方法が知られている（例えば、特開
昭59-212159号公報参照）。
度、耐摩耗性を有する部材の製造方法として、ニッケ
ル，銅等の金属発泡体（多孔質体）をアルミニウム合金
の溶湯で鋳ぐるみ、その後熱処理を行うことによって上
記金属発泡体とアルミニウム合金との境界面に金属間化
合物層を生成し、この金属間化合物層によって耐摩耗性
を向上させるという方法が知られている（例えば、特開
昭59-212159号公報参照）。
（発明が解決しようとする課題） しかし、上記従来の方法では、複合化される金属多孔
質体が連鎖しているため、その境界面に生じる金属間化
合物層も連鎖し、複合部材の硬度は向上するが強度劣化
が著しい。すなわち、脆性の金属間化合物層に亀裂が生
じた場合、該金属間化合物層は連鎖しているため、瞬時
に亀裂が伝播してしまうという問題があった。
質体が連鎖しているため、その境界面に生じる金属間化
合物層も連鎖し、複合部材の硬度は向上するが強度劣化
が著しい。すなわち、脆性の金属間化合物層に亀裂が生
じた場合、該金属間化合物層は連鎖しているため、瞬時
に亀裂が伝播してしまうという問題があった。
（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するため、本発明の解決手段は、ニッ
ケル系繊維とセラミック繊維とバインダーとの混合体を
非酸化性雰囲気で加熱して該バインダー及びセラミック
繊維をそれぞれ焼成することによって繊維成形体を形成
するプリフォーム工程と、上記繊維成形体をアルミニウ
ム合金にて複合化した後、熱処理を行ってアルミニウム
と上記ニッケル系繊維との間に金属間化合物層を生成さ
せる複合化工程とを備えたものとする。
ケル系繊維とセラミック繊維とバインダーとの混合体を
非酸化性雰囲気で加熱して該バインダー及びセラミック
繊維をそれぞれ焼成することによって繊維成形体を形成
するプリフォーム工程と、上記繊維成形体をアルミニウ
ム合金にて複合化した後、熱処理を行ってアルミニウム
と上記ニッケル系繊維との間に金属間化合物層を生成さ
せる複合化工程とを備えたものとする。
（作用） これにより、本発明では、ニッケル系繊維とセラミッ
ク繊維とバインダーとの混合体において、ニッケル系繊
維はセラミック繊維と絡まった状態になり、ニッケル系
繊維同志はほとんど接触せずに混合体中に分散され、接
触してもそれが長く連鎖しないので、この混合体から形
成された繊維成形体は、ニッケル系繊維が長く連鎖せず
に分散された低密度、多孔質の繊維成形体となる。そし
て、この繊維成形体をアルミニウム合金で複合化して形
成される，アルミニウムとニッケル系繊維間の金属間化
合物層も長く連鎖しないものとなる。しかも、上記セラ
ミック繊維の混入によって、繊維複合部材の硬度及び強
度が高められる。さらに、上記繊維成形体は上記混合体
を非酸化性雰囲気で加熱して上記バインダー及びセラミ
ック繊維をそれぞれ焼成することで得られるので、その
中のセラミック繊維同志を互いに焼成することによって
繊維成形体の繊維結合力が向上し、ニッケル系繊維の保
持性が向上し、その結果、繊維成形体の形状、密度、配
向状態が安定した状態で複合化でき、複合化が容易とな
る。
ク繊維とバインダーとの混合体において、ニッケル系繊
維はセラミック繊維と絡まった状態になり、ニッケル系
繊維同志はほとんど接触せずに混合体中に分散され、接
触してもそれが長く連鎖しないので、この混合体から形
成された繊維成形体は、ニッケル系繊維が長く連鎖せず
に分散された低密度、多孔質の繊維成形体となる。そし
て、この繊維成形体をアルミニウム合金で複合化して形
成される，アルミニウムとニッケル系繊維間の金属間化
合物層も長く連鎖しないものとなる。しかも、上記セラ
ミック繊維の混入によって、繊維複合部材の硬度及び強
度が高められる。さらに、上記繊維成形体は上記混合体
を非酸化性雰囲気で加熱して上記バインダー及びセラミ
ック繊維をそれぞれ焼成することで得られるので、その
中のセラミック繊維同志を互いに焼成することによって
繊維成形体の繊維結合力が向上し、ニッケル系繊維の保
持性が向上し、その結果、繊維成形体の形状、密度、配
向状態が安定した状態で複合化でき、複合化が容易とな
る。
（実施例） 以下、図面に基づいて本発明の繊維複合部材の製造方
法の実施例を説明する。
法の実施例を説明する。
第１図および第２図に示すように、実施例はニッケル
短繊維３とアルミナ短繊維４とを含有する繊維成形体２
を形成し、これをアルミニウム合金５で複合化した後、
熱処理を行うことによって、ニッケル短繊維３とアルミ
ニウム合金５との境界面付近にNi-Alの金属間化合物層
（以下、単にNi-Al化合物層という）６を形成させるも
のである。そして、上記Ni-Al化合物層６とアルミナ短
繊維４の焼成とによって耐摩耗性の向上を計るととも
に、該Ni-Al化合物層６の連鎖を防止して引張り強度が
著しく低下しないような繊維複合部材１を製造すること
を特徴としている。
短繊維３とアルミナ短繊維４とを含有する繊維成形体２
を形成し、これをアルミニウム合金５で複合化した後、
熱処理を行うことによって、ニッケル短繊維３とアルミ
ニウム合金５との境界面付近にNi-Alの金属間化合物層
（以下、単にNi-Al化合物層という）６を形成させるも
のである。そして、上記Ni-Al化合物層６とアルミナ短
繊維４の焼成とによって耐摩耗性の向上を計るととも
に、該Ni-Al化合物層６の連鎖を防止して引張り強度が
著しく低下しないような繊維複合部材１を製造すること
を特徴としている。
その製造工程の概略は第３図に示すように、繊維の混
練、混合体の圧縮、有機バインダーの除去、無機バイン
ダーの焼成、複合化、熱処理による金属間化合物層の生
成の各工程に分けることができる。その製造工程に準じ
て製造方法を説明する。
練、混合体の圧縮、有機バインダーの除去、無機バイン
ダーの焼成、複合化、熱処理による金属間化合物層の生
成の各工程に分けることができる。その製造工程に準じ
て製造方法を説明する。
まず、繊維の混練工程ではニッケル短繊維３とアルミ
ナ短繊維４に有機バインダー、無機バインダーを混練し
て繊維スラリーを形成する。
ナ短繊維４に有機バインダー、無機バインダーを混練し
て繊維スラリーを形成する。
ニッケル短繊維３は平均直径５〜10μｍ、長さ50〜50
0μｍのものが好ましく、びびり振動切削法等によって
製造する。
0μｍのものが好ましく、びびり振動切削法等によって
製造する。
アルミナ短繊維４は平均直径３μｍ、長さ50〜1000μ
ｍ程度のものが好ましい。また、アルミナ短繊維４以外
にアルミナ−シリカ系セラミック繊維その他セラミック
繊維であればよい。
ｍ程度のものが好ましい。また、アルミナ短繊維４以外
にアルミナ−シリカ系セラミック繊維その他セラミック
繊維であればよい。
有機バインダーは混合体の成形性を良くし、無機バイ
ンダーを焼成するまでの取扱いを良くするためのもの
で、ラテックス、カチオン化デンプンその他有機系の固
着剤を用いる。
ンダーを焼成するまでの取扱いを良くするためのもの
で、ラテックス、カチオン化デンプンその他有機系の固
着剤を用いる。
無機バインダーは、鋳造中に繊維成形体２を所定の形
状、密度、配向状態に維持し得る能力を有し、かつ加熱
することによってシリカとして固化するケイ酸ソーダ、
コロイダルシリカ、エチルシリケート等が好ましい。
状、密度、配向状態に維持し得る能力を有し、かつ加熱
することによってシリカとして固化するケイ酸ソーダ、
コロイダルシリカ、エチルシリケート等が好ましい。
次に、上記繊維スラリーを成形型に充填した後、型か
ら抜き出して混合体を形成する。この状態でニッケル短
繊維３はアルミナ短繊維４と絡まり、ニッケル短繊維３
同志はほとんど接触せず、また、接触してもそれが長く
連鎖しない状態になり、この状態は有機バインダーの固
着力によって維持される。
ら抜き出して混合体を形成する。この状態でニッケル短
繊維３はアルミナ短繊維４と絡まり、ニッケル短繊維３
同志はほとんど接触せず、また、接触してもそれが長く
連鎖しない状態になり、この状態は有機バインダーの固
着力によって維持される。
混合体の圧縮工程では、上記混合体を所望の繊維密度
に圧縮する。その後、この混合体を乾燥させると有機バ
インダーの固着力が増し、混合体は所望の繊維密度でも
ってその形状が維持され取扱いやすくなる。
に圧縮する。その後、この混合体を乾燥させると有機バ
インダーの固着力が増し、混合体は所望の繊維密度でも
ってその形状が維持され取扱いやすくなる。
有機バインダーの除去工程では、上記混合体を非酸化
性雰囲気で約600℃の温度で１〜２時間加熱保持して有
機バインダーを焼失させる。
性雰囲気で約600℃の温度で１〜２時間加熱保持して有
機バインダーを焼失させる。
有機バインダーの焼成工程では、上記混合体を非酸化
性雰囲気で約1000℃の温度で１〜２時間加熱保持するこ
とによって無機バインダーを焼成し、これによって第１
図に示すように、ニッケル短繊維３が長く連鎖しない多
孔質の繊維成形体２が形成される。この際、アルミナ短
繊維４も焼成するので、該アルミナ短繊維４の焼成によ
って繊維成形体２の繊維結合力が向上し、ニッケル短繊
維３の保持性も良くなる。また、この工程でニッケル短
繊維３の酸化が著しい場合は、ニッケル短繊維３の還元
工程を追加する。
性雰囲気で約1000℃の温度で１〜２時間加熱保持するこ
とによって無機バインダーを焼成し、これによって第１
図に示すように、ニッケル短繊維３が長く連鎖しない多
孔質の繊維成形体２が形成される。この際、アルミナ短
繊維４も焼成するので、該アルミナ短繊維４の焼成によ
って繊維成形体２の繊維結合力が向上し、ニッケル短繊
維３の保持性も良くなる。また、この工程でニッケル短
繊維３の酸化が著しい場合は、ニッケル短繊維３の還元
工程を追加する。
複合化工程では、高圧鋳造法により上記繊維成形体２
の内部にアルミニウム合金５を侵入させる。この時、繊
維成形体２はアルミナ短繊維４同志を互いに焼成するこ
とによって繊維結合力が向上し、ニッケル短繊維３の保
持性が良いので、該繊維成形体２の形状、密度、配向状
態が安定した状態で複合化される。
の内部にアルミニウム合金５を侵入させる。この時、繊
維成形体２はアルミナ短繊維４同志を互いに焼成するこ
とによって繊維結合力が向上し、ニッケル短繊維３の保
持性が良いので、該繊維成形体２の形状、密度、配向状
態が安定した状態で複合化される。
熱処理工程では、上記繊維複合部材１を約500℃の温
度で加熱保持する。すると、第２図に示すように、繊維
複合部材１内のニッケル短繊維３とアルミニウム合金５
との境界面付近で金属原子の拡散を生じてNi-Al化合物
層６が形成される。この際、ニッケル短繊維３は長く連
鎖していないので、このニッケル短繊維３の表面に形成
されるNi-Al化合物層６も長く連鎖しない。そのため、N
i-Al化合物層６に亀裂が生じた場合、その亀裂が伝播す
るということがなくなる。
度で加熱保持する。すると、第２図に示すように、繊維
複合部材１内のニッケル短繊維３とアルミニウム合金５
との境界面付近で金属原子の拡散を生じてNi-Al化合物
層６が形成される。この際、ニッケル短繊維３は長く連
鎖していないので、このニッケル短繊維３の表面に形成
されるNi-Al化合物層６も長く連鎖しない。そのため、N
i-Al化合物層６に亀裂が生じた場合、その亀裂が伝播す
るということがなくなる。
〈具体例〉 Al2O3：SiO2＝95:5wt％の組成のアルミナ−シリカ系
セラミック短繊維と、びびり振動法にて製造した純ニッ
ケル短繊維とに有機バインダーと無機バインダーとを混
練して、混合体を形成した後、ニッケルの体積率が５％
となるように上記混合体を圧縮した。次いで、非酸化性
雰囲気において600℃での１時間加熱保持による有機バ
インダーの除去工程と1000℃での１時間加熱保持による
無機バインダーの焼成工程によって、上記混合体を繊維
成形体に形成し、高圧鋳造法によりアルミニウム合金と
複合化した。アルミニウム合金はCu:1.1wt％、Si:11.0w
t％、Mg:1.2wt％、Zn:0.05wt％、Fe:0.2wt％、Mn:0.05w
t％、Ni:1.8wt％、Ti:0.05wt％、残部Ａ・の組成のもの
を750℃に加熱して溶融させたものを700kg/cm2の溶湯圧
力で加圧注湯した。なお、繊維成形体は溶湯の侵入をよ
くするため、400℃に予熱して複合化を行った。こうし
て複合化した繊維複合部材は500℃の温度で６時間加熱
保持して熱処理を行った。
セラミック短繊維と、びびり振動法にて製造した純ニッ
ケル短繊維とに有機バインダーと無機バインダーとを混
練して、混合体を形成した後、ニッケルの体積率が５％
となるように上記混合体を圧縮した。次いで、非酸化性
雰囲気において600℃での１時間加熱保持による有機バ
インダーの除去工程と1000℃での１時間加熱保持による
無機バインダーの焼成工程によって、上記混合体を繊維
成形体に形成し、高圧鋳造法によりアルミニウム合金と
複合化した。アルミニウム合金はCu:1.1wt％、Si:11.0w
t％、Mg:1.2wt％、Zn:0.05wt％、Fe:0.2wt％、Mn:0.05w
t％、Ni:1.8wt％、Ti:0.05wt％、残部Ａ・の組成のもの
を750℃に加熱して溶融させたものを700kg/cm2の溶湯圧
力で加圧注湯した。なお、繊維成形体は溶湯の侵入をよ
くするため、400℃に予熱して複合化を行った。こうし
て複合化した繊維複合部材は500℃の温度で６時間加熱
保持して熱処理を行った。
以下、同様にしてニッケル短繊維の体積率が０、10、
15％の繊維複合部材を製造した。
15％の繊維複合部材を製造した。
次に、上記具体例にて製造した繊維複合部材の強度お
よび硬度を比較する実験を行った。
よび硬度を比較する実験を行った。
〈実験例〉 上記具体例にて製造した、ニッケル短繊維の体積率が
０、５、10、15％の各繊維複合部材について、引張り強
度試験とブリネル硬さ試験を行った。比較対象するもの
としてニッケルの体積率が０、５、10、15％のニッケル
多孔質体にて複合部材を製造し、同様の試験を行った。
なお、複合部材の製造条件はニッケル多孔質体を使用す
る以外は具体例に準じた。
０、５、10、15％の各繊維複合部材について、引張り強
度試験とブリネル硬さ試験を行った。比較対象するもの
としてニッケルの体積率が０、５、10、15％のニッケル
多孔質体にて複合部材を製造し、同様の試験を行った。
なお、複合部材の製造条件はニッケル多孔質体を使用す
る以外は具体例に準じた。
その結果、第４図および第５図にグラフで示すような
結果が得られた。この結果から、本発明の製造方法によ
る繊維複合部材は、従来のニッケル多孔質体を用いて製
造した複合部材に比べてニッケル短繊維の体積率の増大
に対する強度の低下が抑えられ、セラミック短繊維によ
り硬度が向上したものが得られることが判った。
結果が得られた。この結果から、本発明の製造方法によ
る繊維複合部材は、従来のニッケル多孔質体を用いて製
造した複合部材に比べてニッケル短繊維の体積率の増大
に対する強度の低下が抑えられ、セラミック短繊維によ
り硬度が向上したものが得られることが判った。
（発明の効果） 以上のように、本発明によれば、ニッケル系繊維とア
ルミニウムとの金属間化合物層が連鎖していない繊維複
合部材が得られ、しかもセラミック繊維を混入したこと
もあって、繊維複合部材の硬度を高めながら、その強度
低下を抑えることができる。さらに、上記セラミック繊
維同志を互いに焼成して繊維成形体を形成するので、繊
維結合力およびニッケル系繊維の保持性が向上し、複合
化が容易となる。
ルミニウムとの金属間化合物層が連鎖していない繊維複
合部材が得られ、しかもセラミック繊維を混入したこと
もあって、繊維複合部材の硬度を高めながら、その強度
低下を抑えることができる。さらに、上記セラミック繊
維同志を互いに焼成して繊維成形体を形成するので、繊
維結合力およびニッケル系繊維の保持性が向上し、複合
化が容易となる。
第１図ないし第５図は本発明の実施例を示し、第１図は
繊維成形体の拡大図、第２図は繊維を横切る位置での繊
維複合部材の断面図、第３図は製造方法の工程図、第４
図はニッケルの体積率と引張り強さとの関係を示すグラ
フ、第５図はニッケルの体積率とブリネル硬さとの関係
を示すグラフである。 １……繊維複合部材、２……繊維成形体、３……ニッケ
ル短繊維、４……アルミナ短繊維、５……アルミニウム
合金、６……Ni-Al化合物層。
繊維成形体の拡大図、第２図は繊維を横切る位置での繊
維複合部材の断面図、第３図は製造方法の工程図、第４
図はニッケルの体積率と引張り強さとの関係を示すグラ
フ、第５図はニッケルの体積率とブリネル硬さとの関係
を示すグラフである。 １……繊維複合部材、２……繊維成形体、３……ニッケ
ル短繊維、４……アルミナ短繊維、５……アルミニウム
合金、６……Ni-Al化合物層。
Claims (1)
- 【請求項１】ニッケル系繊維とセラミック繊維とバイン
ダーとの混合体を非酸化性雰囲気で加熱して該バインダ
ー及びセラミック繊維をそれぞれ焼成することによって
繊維成形体を形成するプリフォーム工程と、 上記繊維成形体をアルミニウム合金にて複合化した後、
熱処理を行ってアルミニウムと上記ニッケル系繊維との
間に金属間化合物層を生成させる複合化工程と を備えたことを特徴とする繊維複合部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63058087A JP2788448B2 (ja) | 1988-03-10 | 1988-03-10 | 繊維複合部材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63058087A JP2788448B2 (ja) | 1988-03-10 | 1988-03-10 | 繊維複合部材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01230734A JPH01230734A (ja) | 1989-09-14 |
| JP2788448B2 true JP2788448B2 (ja) | 1998-08-20 |
Family
ID=13074149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63058087A Expired - Fee Related JP2788448B2 (ja) | 1988-03-10 | 1988-03-10 | 繊維複合部材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2788448B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03150329A (ja) * | 1989-11-06 | 1991-06-26 | Agency Of Ind Science & Technol | 金属間化合物の製造方法 |
| JP2009262158A (ja) * | 2008-04-22 | 2009-11-12 | Chuo Motor Wheel Co Ltd | 金属複合材の製造方法 |
| CN109202043A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-01-15 | 北京科技大学 | 一种铜包铝和螺旋碳纤维复合棒材的制备方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59218341A (ja) * | 1983-05-25 | 1984-12-08 | Mazda Motor Corp | アルミニウム合金製ピストン |
| JPS61132260A (ja) * | 1984-11-29 | 1986-06-19 | Aisin Seiki Co Ltd | 耐摩耗性強化複合材 |
| JPS61295346A (ja) * | 1985-06-21 | 1986-12-26 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 繊維強化金属の製造方法 |
-
1988
- 1988-03-10 JP JP63058087A patent/JP2788448B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01230734A (ja) | 1989-09-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |