JP3282737B2 - 複合材料用プリフォームの製造方法 - Google Patents
複合材料用プリフォームの製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属基複合材料用プリ
フォームの製造方法に関する。
フォームの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウム、マグネシウムなどの軽合
金材料をマトリックスとし、これに、セラミックス（た
とえばＳｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｋ2 Ｏ・６Ｔ
ｉ2 ，９Ａｌ2 Ｏ3 ・２Ｂ2 Ｏ3 等々）のウィスカーや
短繊維で成形したプリフォームを、溶湯鍛造法（高圧凝
固法）によって複合化して、製品の恒温強度、耐熱性な
どを向上させることがおこなわれている。
金材料をマトリックスとし、これに、セラミックス（た
とえばＳｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｋ2 Ｏ・６Ｔ
ｉ2 ，９Ａｌ2 Ｏ3 ・２Ｂ2 Ｏ3 等々）のウィスカーや
短繊維で成形したプリフォームを、溶湯鍛造法（高圧凝
固法）によって複合化して、製品の恒温強度、耐熱性な
どを向上させることがおこなわれている。
【０００３】この複合化処理においては、複合材料（プ
リフォーム）の部分と、マトリックス部分との間に熱膨
張率の差があり、これを小さくするため、図４に示すよ
うに体積率または材質の異なるプリフォームａ，ｂを層
状に重ねて一体のプリフォームとしたものを用いてい
る。このプリフォームは、最初にプリフォームａを成形
し、次にこのプリフォームａをフィルターとして、その
上にプリフォームｂを成形する。（注：本発明で体積率
とは、成形したプリフォームの体積に対するウィスカー
や短繊維の体積が占める割合をいう。）なお、プリフォ
ームの成形に関しては、特開昭５９−２２０２７３号、
特開昭６０−２４０８５４号、特開昭６２−７０５３７
号、特開平１−２４２７３６号、および特開平２−２５
４１２７号などが開示されている。
リフォーム）の部分と、マトリックス部分との間に熱膨
張率の差があり、これを小さくするため、図４に示すよ
うに体積率または材質の異なるプリフォームａ，ｂを層
状に重ねて一体のプリフォームとしたものを用いてい
る。このプリフォームは、最初にプリフォームａを成形
し、次にこのプリフォームａをフィルターとして、その
上にプリフォームｂを成形する。（注：本発明で体積率
とは、成形したプリフォームの体積に対するウィスカー
や短繊維の体積が占める割合をいう。）なお、プリフォ
ームの成形に関しては、特開昭５９−２２０２７３号、
特開昭６０−２４０８５４号、特開昭６２−７０５３７
号、特開平１−２４２７３６号、および特開平２−２５
４１２７号などが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】特開昭５９−２２０２
７３号、特開昭６０−２４０８５４号の方法で、プリフ
ォームを製作した場合、得られるプリフォームは単に重
ね合わせた状態となっているため、ウィスカーの体積率
または材質の変化は不連続になっている。そのため、溶
湯鍛造法による複合化作業において、図５に示すように
金型ｄに設置したプリフォームに対して、溶湯ｅを注湯
してピストンｆによって圧力をかけた場合、プリフォー
ムａとプリフォームｂとの間の境界に溶湯が侵入し、亀
裂部ｇが形成される場合がある。また、製品完成後、ヒ
ートショックを与えた場合に、プリフォームａとプリフ
ォームｂとの境界で剥離する場合があった。特開昭６２
−７０５３７号によると、混合比を変化させた層を何層
にも積み重ねた状態に形成することはできるが、上下方
向に連続した混合状態で形成することはできない。ま
た、特開平１−２４２７３６号、特開平２５４１２７に
よると、同心円状に中心と外側でウィスカーの体積率や
材質の異なるプリフォームの成形は可能であるが、上下
方向に順次に体積率（ｖｆ）や材質の異なるプリフォー
ムの形成はできない。本発明は前記事情に鑑みてなされ
たもので、前記問題点を解消した金属基複合材料用プリ
フォームの製造方法を提供することを目的とする。
７３号、特開昭６０−２４０８５４号の方法で、プリフ
ォームを製作した場合、得られるプリフォームは単に重
ね合わせた状態となっているため、ウィスカーの体積率
または材質の変化は不連続になっている。そのため、溶
湯鍛造法による複合化作業において、図５に示すように
金型ｄに設置したプリフォームに対して、溶湯ｅを注湯
してピストンｆによって圧力をかけた場合、プリフォー
ムａとプリフォームｂとの間の境界に溶湯が侵入し、亀
裂部ｇが形成される場合がある。また、製品完成後、ヒ
ートショックを与えた場合に、プリフォームａとプリフ
ォームｂとの境界で剥離する場合があった。特開昭６２
−７０５３７号によると、混合比を変化させた層を何層
にも積み重ねた状態に形成することはできるが、上下方
向に連続した混合状態で形成することはできない。ま
た、特開平１−２４２７３６号、特開平２５４１２７に
よると、同心円状に中心と外側でウィスカーの体積率や
材質の異なるプリフォームの成形は可能であるが、上下
方向に順次に体積率（ｖｆ）や材質の異なるプリフォー
ムの形成はできない。本発明は前記事情に鑑みてなされ
たもので、前記問題点を解消した金属基複合材料用プリ
フォームの製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上下方向に配置
された成形型内にスラリーを収容し、該スラリーを吸引
または加圧することによってプリフォームを製作する方
法において、成形型内に区画板を設けることなく、異種
のスラリーを成形型内に順次収容し、各スラリーの境界
に混合層を形成しながら、上下方向に境界面のない連続
した異種のスラリーからなる成形層を成形することによ
って、前記課題を解決した。以下、本発明について、図
面を参照しながら詳細に説明する。図１はプリフォーム
の成形装置を概念的に示すもので、１は成形型、２は液
槽、５は成形型１の底部に設けたフィルター、６は前記
液槽２に設けた排気口であり、吸引による場合は該排気
口６は真空ポンプ（図示省略）などに連結する。別に、
水と有機溶媒とに夫々異なるウィスカー（短繊維も含
む）を分散してなるスラリーＡとＢを２種類（必要に応
じて２種類以上）製作する。まず、スラリーＡを図１
（ａ）に示すように前記成形型１に注入する。次いでス
ラリーＡの上方より他のスラリーＢを注入し、両スラリ
ーの間の一部に混合層ＡＢを形成する。次いで、加圧
（または真空処理）により、前記フィルター５を介して
スラリーをピストン８によって脱水する。
された成形型内にスラリーを収容し、該スラリーを吸引
または加圧することによってプリフォームを製作する方
法において、成形型内に区画板を設けることなく、異種
のスラリーを成形型内に順次収容し、各スラリーの境界
に混合層を形成しながら、上下方向に境界面のない連続
した異種のスラリーからなる成形層を成形することによ
って、前記課題を解決した。以下、本発明について、図
面を参照しながら詳細に説明する。図１はプリフォーム
の成形装置を概念的に示すもので、１は成形型、２は液
槽、５は成形型１の底部に設けたフィルター、６は前記
液槽２に設けた排気口であり、吸引による場合は該排気
口６は真空ポンプ（図示省略）などに連結する。別に、
水と有機溶媒とに夫々異なるウィスカー（短繊維も含
む）を分散してなるスラリーＡとＢを２種類（必要に応
じて２種類以上）製作する。まず、スラリーＡを図１
（ａ）に示すように前記成形型１に注入する。次いでス
ラリーＡの上方より他のスラリーＢを注入し、両スラリ
ーの間の一部に混合層ＡＢを形成する。次いで、加圧
（または真空処理）により、前記フィルター５を介して
スラリーをピストン８によって脱水する。
【０００６】この結果、図１（ｂ）及び（ｃ）に示すよ
うに、成形型１のフィルター５の直上にスラリーＡのプ
リフォームＡ′が形成され、次いで混合したスラリーＡ
Ｂによる混合層Ａ′Ｂ′をもつプリフォームが、さら
に、その上にプリフォームＢ′が形成される。この混合
層Ａ′Ｂ′では、プリフォームＡ′側のウィスカーの体
積率がＢ′側に近づくにつれて順次に小さくなり、プリ
フォームＢ′の体積率がＡ′側よりも小さくなる。ま
た、必要に応じてスラリーＢの上部に他のスラリーを注
ぎ、プリフォームを３層以上に形成する。なお、上記各
Ａ，Ｂのスラリーの混合層Ａ′Ｂ′を形成させる場合、
スラリーの溶媒は同じでもよいが、スラリーＢの溶媒は
スラリーＡよりも比重が小さく、しかもスラリーＡの溶
媒を一部混合したものが好ましい。それによって、プリ
フォームにおけるウィスカーの体積率または材質を、上
下方向になだらかに変化さ せることができる。
うに、成形型１のフィルター５の直上にスラリーＡのプ
リフォームＡ′が形成され、次いで混合したスラリーＡ
Ｂによる混合層Ａ′Ｂ′をもつプリフォームが、さら
に、その上にプリフォームＢ′が形成される。この混合
層Ａ′Ｂ′では、プリフォームＡ′側のウィスカーの体
積率がＢ′側に近づくにつれて順次に小さくなり、プリ
フォームＢ′の体積率がＡ′側よりも小さくなる。ま
た、必要に応じてスラリーＢの上部に他のスラリーを注
ぎ、プリフォームを３層以上に形成する。なお、上記各
Ａ，Ｂのスラリーの混合層Ａ′Ｂ′を形成させる場合、
スラリーの溶媒は同じでもよいが、スラリーＢの溶媒は
スラリーＡよりも比重が小さく、しかもスラリーＡの溶
媒を一部混合したものが好ましい。それによって、プリ
フォームにおけるウィスカーの体積率または材質を、上
下方向になだらかに変化さ せることができる。
【０００７】
【実施例】まず、水９００ｇにシリコン・カーバイド
（ＳｉＣ）ウィスカー１００ｇを均一に分散させたスラ
リーＡを作成する。一方、ブタノール９００ｇにアルミ
ナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）短繊維１００ｇを均一に分散させて、
スラリーＢを作成する。このようにして、まず底面にフ
ィルターを設け、内部に区画板を設けない内径φ６０の
プリフォーム成形型に、前記スラリーＡを１００ｇ注入
する。次いでスラリーＡの上部に前記スラリーＢを１０
０ｇ注入する。これによってスラリーＡ及びＢは自然に
一部が混合する。ブタノールの比重が０．８０９だから
である。攪拌等によってその混合層の幅より広くしても
よい。これを真空または加圧により脱水したあと、６０
〜１２０℃で乾燥する。こうして成形したプリフォーム
は直径６０ｍｍ，高さ１０ｍｍで、図２に示すように中
間に混合層Ａ′Ｂ′が存在していた。次に、このプリフ
ォームを用い、マトリックス合金としてＪＩＳ Ａｌ合
金ＡＣ８Ａを用いて複合化をおこない、２サイクル用ピ
ストンを製造した。図３に示すように、このピストンの
上面ＵはＳｉＣウィスカーで強化され、リング溝部Ｒは
アルミナ短繊維で強化したものが製造できた。従ってリ
ング溝部の耐摩耗性の向上と同時にピストンヘッド部の
熱間強度が向上したピストンが得られた。
（ＳｉＣ）ウィスカー１００ｇを均一に分散させたスラ
リーＡを作成する。一方、ブタノール９００ｇにアルミ
ナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）短繊維１００ｇを均一に分散させて、
スラリーＢを作成する。このようにして、まず底面にフ
ィルターを設け、内部に区画板を設けない内径φ６０の
プリフォーム成形型に、前記スラリーＡを１００ｇ注入
する。次いでスラリーＡの上部に前記スラリーＢを１０
０ｇ注入する。これによってスラリーＡ及びＢは自然に
一部が混合する。ブタノールの比重が０．８０９だから
である。攪拌等によってその混合層の幅より広くしても
よい。これを真空または加圧により脱水したあと、６０
〜１２０℃で乾燥する。こうして成形したプリフォーム
は直径６０ｍｍ，高さ１０ｍｍで、図２に示すように中
間に混合層Ａ′Ｂ′が存在していた。次に、このプリフ
ォームを用い、マトリックス合金としてＪＩＳ Ａｌ合
金ＡＣ８Ａを用いて複合化をおこない、２サイクル用ピ
ストンを製造した。図３に示すように、このピストンの
上面ＵはＳｉＣウィスカーで強化され、リング溝部Ｒは
アルミナ短繊維で強化したものが製造できた。従ってリ
ング溝部の耐摩耗性の向上と同時にピストンヘッド部の
熱間強度が向上したピストンが得られた。
【０００８】
【発明の効果】本発明の方法によれば、各スラリーの材
質を変えることにより、少なくとも２種類以上の材料か
らなる、境界面のない連続的なプリフォームが得られ
る。また同じ材質のものでも、プリフォーム化する時に
ウィスカーの体積率が異なるスラリーを用いることで、
１つのプリフォーム内で連続的に体積率の異なるプリフ
ォームが得られる。したがって、これらのプリフォーム
と金属溶湯とによって複合化処理をする時に、プリフォ
ームに従来のように境界がないため、溶湯侵入によるプ
リフォームの割れがない。また、ヒートショックによる
割れも発生しない。
質を変えることにより、少なくとも２種類以上の材料か
らなる、境界面のない連続的なプリフォームが得られ
る。また同じ材質のものでも、プリフォーム化する時に
ウィスカーの体積率が異なるスラリーを用いることで、
１つのプリフォーム内で連続的に体積率の異なるプリフ
ォームが得られる。したがって、これらのプリフォーム
と金属溶湯とによって複合化処理をする時に、プリフォ
ームに従来のように境界がないため、溶湯侵入によるプ
リフォームの割れがない。また、ヒートショックによる
割れも発生しない。
【図１】図１（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明に係る方
法の実施要領の説明図である。
法の実施要領の説明図である。
【図２】本発明の方法で製作したプリフォームの斜視説
明図である。
明図である。
【図３】本発明の方法で製作したプリフォームを用いて
製造したピストンの説明図である。
製造したピストンの説明図である。
【図４】従来の方法で製作したプリフォームの斜視説明
図である。
図である。
【図５】従来の方法で製作したプリフォームを用いてお
こなう溶湯鍛造法の説明図である。
こなう溶湯鍛造法の説明図である。
１ 成形型 ５ フィルター Ａ，Ｂ スラリー Ａ′，Ｂ′ プリフォーム
Claims (2)
- 【請求項１】 上下方向に配置された成形型内にスラリ
ーを収容し、該スラリーを吸引または加圧することによ
ってプリフォームを製作する方法において、成形型内に
区画板を設けることなく、異種のスラリーを成形型内に
順次収容し、各スラリーの境界に異種のスラリーの混合
層を形成しながら、上下方向に境界面のない連続した異
種のスラリーからなる成形層を成形することを特徴とす
る複合材料用プリフォームの製造方法。 - 【請求項２】 上下方向に配置された成形型内にスラリ
ーを収容し、これを吸引または加圧することによってプ
リフォームを製作する方法において、成形型内に区画板
を設けることなく、互いに比重の異なる溶媒を用いた異
種のスラリーを成形型内に順次収容し、各スラリーの境
界に異種のスラリーの混合層を形成しながら、上下方向
に境界面のない連続した異種のスラリーからなる成形す
ることを特徴とする複合材料用プリフォームの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14619792A JP3282737B2 (ja) | 1992-05-13 | 1992-05-13 | 複合材料用プリフォームの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14619792A JP3282737B2 (ja) | 1992-05-13 | 1992-05-13 | 複合材料用プリフォームの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05311276A JPH05311276A (ja) | 1993-11-22 |
| JP3282737B2 true JP3282737B2 (ja) | 2002-05-20 |
Family
ID=15402327
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14619792A Expired - Fee Related JP3282737B2 (ja) | 1992-05-13 | 1992-05-13 | 複合材料用プリフォームの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3282737B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9375783B2 (en) * | 2010-06-04 | 2016-06-28 | Triton Systems, Inc. | Discontinuous short fiber preform and fiber-reinforced aluminum billet and methods of manufacturing the same |
-
1992
- 1992-05-13 JP JP14619792A patent/JP3282737B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05311276A (ja) | 1993-11-22 |
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313532 |
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