JP4072984B2

JP4072984B2 - 金属基複合材用プリフォーム及びその製造方法

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Publication number: JP4072984B2
Application number: JP2000002530A
Authority: JP
Inventors: 康一木村; 三志和田迫; 耕治岩田; 強小林
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 2000-01-11
Filing date: 2000-01-11
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2020-01-11
Also published as: JP2001192790A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属基複合材用プリフォーム及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属基複合材料用プリフォームは無機繊維や無機粒子等の無機材料が無機バインダ等で結合され形成された３次元骨格構造の無機成形体であり、機械的強度や耐磨耗性等に優れる金属基複合材料（ＭＭＣともいう）の原料等として使用される。ＭＭＣはプリフォームに金属溶湯を流し込み含浸させ冷却して製造されるため、原料であるプリフォームには、金属溶湯の流し込み初期圧力に耐えうる機械的強度を有すること、及び、金属溶湯の含浸不足が生じたり含浸が困難なことにより発生する過剰圧力で破損等が生じたりしないようにプリフォームの体積分率が小さい等の含浸容易な構造であること等が要求されている。
【０００３】
しかし、近年、プリフォームの低コスト化が求められており、機械的強度及び含浸容易な構造であることを満たした上で、プリフォームを安価な材料で形成することが求められている。例えば、無機繊維やウィスカは高価であるため、安価なセラミック粒子等の配合量が多いことが望ましい。また、ＭＭＣ製造の際の低コスト化を図れるように、従来一般的に採用されているスクイズキャスト法に代えて、生産性が高い反面金属溶湯の射出速度が速く初期圧力が大きいダイキャスト鋳造法を採用しうることが望まれており、プリフォームには該初期圧力に耐えうる程度の十分な機械的強度や金属溶湯の含浸し易さが求められている。
【０００４】
さらに、プリフォームは低コスト化のため種々の体積分率のプリフォームを容易に製造できることが望ましい。すなわち、従来の吸引脱水成形法で体積分率の異なるプリフォームを製造するには、その都度スラリ中の無機繊維の繊維長や無機繊維とセラミック粒子との配合比率等を変化させたり吸引脱水条件を変化させる必要があるため煩雑でコストがかかっており、しかも、このように配合等を変化させてもプリフォームの体積分率を広範囲に渡って変化させることは困難であった。
【０００５】
このようなプリフォームに関して、例えば、特開平１０−２４５６４５号公報には、アルミニウム合金粉末と酸化物系セラミック粒子とポリマー樹脂と水等の液体とを混合して調製したスラリーから液体成分を除去し、乾燥し、ポリマー樹脂を焼失し、且つ、アルミニウム合金粉末及びセラミック粒子を焼結して形成した複合化用プリフォームの製造方法が開示されており、該方法によれば、体積分率が小さく、強度が高いプリフォームが得られると共に、低圧でアルミニウム鋳造することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、該公報記載の方法で得られるプリフォームは、無機材料としてウィスカ等の無機繊維を全く配合しないため機械的強度が十分でなく、初期圧力が大きいダイキャスト鋳造法を採用できないという問題があった。一方、該公報記載の方法において、機械的強度を向上させるためにセラミック粒子等の配合量を多くすると、プリフォームの体積分率が大きくなり金属溶湯の含浸が困難になるという問題があった。
【０００７】
また、プリフォームの体積分率を容易に広範囲に設定できる製造方法として、特開平１０−８１６３号公報には、セラミックス材からなる強化材およびそのバインダに発砲スチロール等の高温焼失材を混合分散させ、これを成形機の金型にブローイングマシンで吹き込んで押し固めることによりプリフォームを成形し、プリフォーム中の高温焼失材を焼失させて空隙を形成し、軽合金溶湯を含浸させて軽合金複合材を製造する方法が開示されており、該方法によれば、高温焼失材の添加量調整という簡単な操作によりプリフォーム中の強化材含有率を調整できる。
【０００８】
しかしながら、該公報記載の方法では、発砲スチロール等の高温焼失材を含む混合物をブローイングマシンで吹き込んで押し固めるため、吸引脱水成形法に比較して比重差が大きい原料や繊維と粒子など形態が違う原料を使用すると、プリフォームが不均一になり易いという問題があった。また、単に高温焼結材で空隙を形成しただけでは、鋳造時に溶湯の含浸が困難であったり十分に溶湯が含浸しない部分が形成されてしまうという問題があった。
【０００９】
従って、本発明の目的は、機械的強度が高く、金属溶湯の含浸が容易なプリフォームであって、しかも、吸引脱水成形法による成形でも無機繊維等の原料の繊維長や無機繊維とセラミック粒子との配合比率を変えることなくプリフォームの体積分率を容易に広範囲に設定可能である、低コストなプリフォーム及びその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者は鋭意検討を行った結果、無機繊維、セラミック粒子、無機バインダ、特定粒径の耐水性粒状有機物、有機バインダ及び水が特定比率で配合され、且つ、無機繊維とセラミック粒子とが特定の重量比で含まれるスラリを原料として、吸引脱水成形し、乾燥して金属基複合材用プリフォームを製造すれば、低コストで、吸引脱水成形法による成形でも無機繊維等の原料の繊維長や無機繊維とセラミック粒子との配合比率等を変えずに耐水性粒状有機物の配合量を変化させるだけでプリフォームの体積分率を容易に広範囲に設定可能であり、しかも、得られるプリフォームは特定気孔径の気孔及び特定細孔径分布を有する微細径空隙が形成されると共に特定の体積分率を有するため、十分に機械的強度が高く、金属溶湯の含浸が容易であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、無機繊維及びセラミック粒子が無機バインダで相互に結合され形成された３次元骨格構造の金属基複合材用プリフォームであって、該プリフォームは内部に０．０５〜５μm の細孔径分布を有する微細径空隙及び平均径２０〜５００μm の気孔を有し、前記微細径空隙の少なくとも一部が前記プリフォームの表面及び前記気孔に連通すると共に、前記気孔の少なくとも一部が前記微細径空隙を介して前記プリフォームの表面に連通し、前記プリフォームは体積分率が１０〜５０％であることを特徴とする金属基複合材用プリフォームを提供するものである。
【００１２】
また、本発明は、前記無機繊維と前記セラミック粒子との合計量１００重量部、無機バインダ２〜５０重量部、平均粒径２０〜５００μm の耐水性粒状有機物５０〜２００重量部、有機バインダ２〜１００重量部及び水からなり、且つ、前記無機繊維と前記セラミック粒子とが重量比１：９〜３：２の割合で含まれるスラリを吸引脱水成形し、乾燥し、焼成することを特徴とする金属基複合材用プリフォームの製造方法を提供するものである。
【００１３】
また、本発明は、前記無機繊維と前記セラミック粒子との合計量１００重量部、無機バインダ２〜５０重量部、平均粒径２０〜５００μm の耐水性粒状有機物５０〜２００重量部、有機バインダ２〜１００重量部及び水からなり、且つ、前記無機繊維と前記セラミック粒子とが重量比１：９〜３：２の割合で含まれる可塑性混合物を成形し、乾燥し、焼成することを特徴とする金属基複合材用プリフォームの製造方法を提供するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る金属基複合材用プリフォームの第１の製造方法は、無機繊維とセラミック粒子との合計量１００重量部、無機バインダ２〜５０重量部、平均粒径２０〜５００μm の耐水性粒状有機物５０〜２００重量部、有機バインダ２〜１００重量部及び水からなり、且つ、無機繊維とセラミック粒子とが重量比１：９〜３：２の割合で含まれるスラリを吸引脱水成形し、乾燥し、焼成するものである。
【００１５】
無機繊維としては、例えば、アルミナ繊維、アルミノシリケート質繊維、ムライト繊維、石綿、ロックウール、炭素繊維等の天然又は合成の無機繊維、炭化珪素、窒化珪素、硼酸アルミニウム、チタン酸カリウム、チタニア等のウィスカ繊維等が挙げられる。無機繊維は、平均繊維径が１〜２０μm 、好ましくは１〜１０μm であり、平均繊維長が１０〜５００μm 、好ましくは５０〜２００μm である。平均繊維径及び平均繊維長が上記範囲内にあると、プリフォームの均一性が得られ易く、また特定の細孔径分布を有する微細径空隙の基となる適当な繊維間空隙が形成されるため好ましい。無機繊維は、上記のうち、１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。
【００１６】
セラミック粒子としては、例えば、炭素粉、黒鉛粉やＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｂ及びＦｅ等の酸化物、炭化物及び窒化物等が挙げられる。具体的には、アルミナ粉末、ムライト粉末、コージエライト粉末、シリカアルミナ粉末、シリカ粉末等が挙げられる。セラミック粒子は、平均粒径が１〜１００μm 、好ましくは１〜５０μm である。平均粒径が上記範囲内にあると、特に耐摩耗部材に使用される場合に相手部材に対する攻撃性が低下するため好ましい。セラミック粒子は、上記のうち、１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。
【００１７】
無機バインダは、熱処理により軟化又は溶融し、無機繊維又はセラミック粒子同士を結合して３次元骨格構造のプリフォームを形成するに必要な機械的強度を得るものである。無機バインダとしては、例えば、ガラスフリット等の粉末状結合材、コロイダルシリカ、アルミナゾル等の無機結合材等が挙げられ、これらのうち１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。無機バインダの組み合わせは、無機繊維やセラミック粒子の組成、融点、反応性、比表面積、粒径等の化学的特性や物理的特性を考慮して決定すればよい。
【００１８】
耐水性粒状有機物は、無機繊維等を含む焼成前の成形体中に粒状物で存在し、該成形体の焼成の際に焼失してプリフォーム中に気孔を生じさせるものである。耐水性粒状有機物としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、ナイロン等の合成樹脂が挙げられる。また、合成樹脂は、メルトフローレート（ＪＩＳＫ６７６０）が、好ましくは０．３〜１０g/10min 、さらに好ましくは０．５〜５g/10min である。メルトフローレートが０．３g/10min 未満であると、焼成時の脱脂不良を生じ易いため好ましくない。また、メルトフローレートが１０g/10min を越えると、成形体の焼成の際に、無機バインダやセラミック粒子が流動してこれらのプリフォーム中における分布が不均一になり、プリフォームの機械的強度が低下し易いため好ましくない。
【００１９】
耐水性粒状有機物は、平均粒径が２０〜５００μm 、好ましくは５０〜４００μm 、さらに好ましくは１５０〜３００μm の粒状物である。平均粒径が２０μm 未満であると、ＭＭＣの鋳造時にアルミニウム溶湯の浸透抵抗が大きくなるためプリフォームに割れやクラックが生じ易く、これによりＭＭＣ製造時の圧縮変形率が大きくなるため好ましくない。また、平均粒径が５００μm を越えるとプリフォームの機械的強度が小さくなると共に、耐摩耗性ＭＭＣに用いられる場合、耐スカッフ性が低下し易いため好ましくない。耐水性粒状有機物は、上記のうち１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。また、耐水性粒状有機物は、異なる粒径のものを混合して用いることもできる。
【００２０】
有機バインダは、無機繊維等を含む焼成前の成形体中に含まれ、成形体を形成する際に可塑性混合物に可塑性を付与すると共に成形体に乾燥強度を付与するものであり、また、該成形体の焼成の際に焼失して水と共に除去されプリフォーム中に微細径空隙を生じさせるものである。有機バインダとしては、例えば、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、フェノール樹脂、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリル酸ソーダ等が挙げられる。有機バインダは、上記のうち、１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。
【００２１】
第１の製造方法においては、まず、上述の無機繊維、セラミック粒子、無機バインダ、耐水性粒状有機物及び有機バインダを水に分散させてスラリを形成する。スラリ濃度としては、無機繊維の均一分散性の点から１〜１０％であることが好ましい。
【００２２】
スラリ中、無機繊維とセラミック粒子とは、重量比が１：９〜３：２、好ましくは１：３〜１：１の割合で含まれる。該重量比が該範囲内にあるとコストと成形性とのバランスがよいため好ましい。無機バインダは、スラリ中、無機繊維とセラミック粒子との合計量１００重量部に対し、２〜５０重量部、好ましくは５〜２０重量部配合される。無機バインダの配合量が該範囲内にあると、耐摩耗性、曲げ強度、引っ張り強度、耐腐食性等のＭＭＣ物性と、機械的強度とのバランスがよいため好ましい。
【００２３】
耐水性粒状有機物は、スラリ中、無機繊維とセラミック粒子との合計量１００重量部に対し、５０〜２００重量部、好ましくは８０〜１２０重量部配合される。耐水性粒状有機物の配合量が該範囲内にあると鋳造性が良好になるため好ましい。有機バインダは、スラリ中、無機繊維とセラミック粒子との合計量１００重量部に対し、２〜１００重量部、好ましくは５〜２０重量部配合される。有機バインダの配合量が該範囲内にあると乾燥強度を充分確保できるため好ましい。
【００２４】
また、スラリ中、配合される耐水性粒状有機物及び有機バインダの量を増減することにより、無機繊維、セラミック粒子及び無機バインダの形態（例えば繊維長や粒子径等）や配合比率を変えずに、得られるプリフォームの体積分率を広範囲に渡って容易に調整することができる。すなわち、配合される耐水性粒状有機物及び有機バインダの量を少なくすると、相対的に無機繊維、セラミック粒子及び無機バインダの比率が高くなり、プリフォームの体積分率を高くすることができる。また、配合される耐水性粒状有機物及び有機バインダの量を多くすると、プリフォームの体積分率を低くすることができる。
【００２５】
次に、スラリを吸引脱水成形して成形体を得る。成形体の形状としては、例えば、棒状、円筒状、リング状、円盤状等が挙げられる。次に、成形体を乾燥する。本工程においては、成形体中の有機バインダが硬化すると共に、成形体から水分が除去されて成形体の無機繊維間やセラミック粒子間又は無機繊維とセラミック粒子との間に微細径空隙が生じ、該空隙は次の焼成工程で固定される。乾燥条件としては、特に限定されず、有機バインダが硬化し水分が除去できればよく、常温下又は加熱下のいずれでもよい。
【００２６】
次に、乾燥された成形体を焼成する。焼成条件としては、用いる無機バインダにより異なるため特に限定さないが、例えば低温焼成可能なガラスフリットを用いる場合には、通常５００〜１０００℃で０．５〜３時間、好ましくは６００〜８００℃で１〜２時間行えばよい。本工程においては、無機繊維、セラミック粒子等が無機バインダで融着されると共に、成形体中の耐水性粒状有機物が焼失し、焼失痕として略球状の気孔が形成される。さらに、有機バインダも焼失し、前記成形工程及び乾燥工程で生じた微細径空隙と共に、前記の略球状の記載を連通させる。焼成後冷却すると本発明の金属基複合材料用プリフォームが得られる。
【００２７】
また、本発明の金属基複合材料用プリフォームは、上記脱水成形法以外に押出成形法等によっても形成することができる。押出成形法を採用する場合には、まず可塑性混合物を調製する。可塑性混合物の調製には、第１の製造方法のスラリにおいて、混合物が可塑性を発現する程度に水の配合量を少なくすればよい。また、可塑性混合物から成形する方法としては、押出成形法が汎用性が高いため好ましいが、この他にプレス成形法、ロールプレス成形法等が挙げられる。成形体の形状としては、例えば、棒状、円筒状、リング状、円盤状等が挙げられる。
【００２８】
上記製造方法等により得られた本発明に係る金属基複合材用プリフォームは、無機繊維及びセラミック粒子が無機バインダで相互に結合され形成された３次元骨格構造の金属基複合材用プリフォームであり、内部に特定の細孔径分布を有する微細径空隙及び特定径の気孔を有し、微細径空隙の少なくとも一部が前記プリフォームの表面及び気孔に連通すると共に、気孔の少なくとも一部が微細径空隙を介して前記プリフォームの表面に連通している。以下、金属基複合材用プリフォームについて図１を参照して説明する。図１は、本発明に係る金属基複合材用プリフォームの表面近傍の断面図であり、図１中、１は気孔、２は微細径空隙、３はプリフォームの表面に露出した気孔、１０はプリフォームを示す。
【００２９】
微細径空隙２は、その存在割合の９９％以上が直径０．０５〜５μm にある特定の細孔径分布を有する空隙部であり、微細径空隙２の少なくとも一部がプリフォーム１０の表面及び気孔１に連通している。微細径空隙２は、無機繊維間に形成される空隙と出発原料中の水分や有機バインダの焼失により形成される空隙とからなるものである。これらの空隙は特定の広い細孔径分布を有するもので、このため微細径空隙２は特定の広い細孔径分布を有する。このように微細径空隙２が特定の広い細孔径分布を有することで、プリフォームに溶湯がスムーズに含浸し、またプリフォーム内部の空気の抜けがよいため、ＭＭＣ中に合金成分が緻密に充填され、さらに微細径空隙２の径が適当に分散していることでＭＭＣとして強度の高い構造のものが得られる。
【００３０】
気孔１は、平均径２０〜５００μm 、好ましくは５０〜４００μm 、さらに好ましくは１５０〜３００μm の球状、楕円状等の空洞であり、金属基複合材用プリフォーム１０中に略均一に分散していることが好ましい。気孔１の平均径が２０μm 未満であると、ＭＭＣの鋳造時にアルミニウム等の金属溶湯の浸透抵抗が大きくなり、プリフォームの割れやクラックが生じ易いため好ましくない。また、５００μm を越えると、プリフォームの機械的強度が小さくなると共に、耐摩耗性ＭＭＣに用いられる場合、耐スカッフ性が低下し易いため好ましくない。気孔１は、少なくとも一部が微細径空隙２を介してプリフォーム１０の表面に連通している。また、気孔１は、全体がプリフォーム１０の内部に包含されていても、図１に気孔３として示されるように一部分がプリフォーム１０の表面に露出していてもよい。
【００３１】
本発明に係る金属基複合材用プリフォームは、体積分率が１０〜５０％、好ましくは１５〜３０％である。体積分率が１０％未満であると、プリフォームの機械的強度が低下し易いため好ましくない。体積分率が５０％を越えると、プリフォームの空隙に金属溶湯が含浸し難くなるため好ましくない。
【００３２】
また、前記プリフォーム中の空隙の全量、すなわちプリフォーム中における微細径空隙の体積と気孔の体積との合計量、において全気孔が占める体積（以下、「総気孔率」ともいう）は、通常３０〜８０％、好ましくは４０〜６０％である。総気孔率が３０％未満であると、アルミニウム等の金属溶湯が含浸し易い気孔が少ないため含浸が困難になり、プリフォームが鋳造圧力により潰れ易いため好ましくない。また、総気孔率が８０％を越えると、プリフォームの機械的強度が低下するため好ましくない。
【００３３】
また、前記プリフォーム中において無機繊維と前記セラミック粒子とは重量比が１：９〜３：２、好ましくは１：３〜１：１の割合で含まれる。無機繊維の配合量が上記範囲より多いとコストアップになると共に高Ｖ_f値のプリフォームを得難くなるため好ましくない。また、無機繊維の配合量が上記範囲より少ないとプリフォームの機械的強度が低下するため好ましくない。
【００３４】
また、前記プリフォーム中において無機繊維は通常８〜６０重量％、好ましくは２０〜５０重量％含まれる。無機繊維の含まれる量が８重量％未満であるとプリフォームの耐スポーリング性が低下し易いため好ましくなく、６０重量％を越えるとプリフォームが高価になるため好ましくない。また、前記プリフォーム中、セラミック粒子は通常４０〜９０重量％、好ましくは５０〜８０重量％含まれる。セラミック粒子の含まれる量が４０重量％未満であるとプリフォームが高価になるため好ましくなく、９０重量％を越えるとプリフォームの機械的強度や、耐熱衝撃性が低下し易く、ＭＭＣの製造の際の予熱及びアルミニウム等の金属の溶湯の含浸の際にクラックや割れが生じ易いため好ましくない。また、前記プリフォーム中、無機バインダは通常２〜３３重量％、好ましくは１０〜２５重量％含まれる。無機バインダの含まれる量が２重量％未満であると無機バインダの効果が小さく、３３重量％を越えると結合に寄与しない無機バインダが多くなるため好ましくない。
【００３５】
上記本発明に係る金属基複合材用プリフォームは、例えば、アルミニウム等の金属の溶湯を流し込み含浸し冷却してＭＭＣを製造する原料として使用することができる。具体的には、スクイズキャスト、又はダイキャスト等の鋳造機の金型内に配置し、該プリフォームにアルミニウム合金等のマトリックス金属の溶湯を流し込み含浸させる方法等によりＭＭＣを製造することができる。ダイキャスト法による鋳造条件としては、特に制限されないが、プリフォームの予熱温度を室温〜６００℃、溶湯温度を６００〜８００℃、金型温度を１５０〜３００℃、射出速度を０．１〜１．０m/秒、鋳造圧力を２５０〜１０００kgf/cm²とすることが好ましい。
【００３６】
本発明に係る金属基複合材用プリフォームは、上記特定の細孔径分布を有する微細径空隙及び特定径の気孔を有し、体積分率が特定範囲であることにより、ＭＭＣ製造の際、金属溶湯はまず気孔に優先的に浸透し次いで微細径空隙に拡散するため含浸の抵抗が低くなっているものと考えられる。
【００３７】
【実施例】
次に、実施例を挙げて、本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
【００３８】
実施例１
平均繊維径３μm 、平均繊維長１００μm のアルミナシリカ繊維２０重量部と、平均粒径５μm のアルミナ粉末８０重量部と、無機バインダとして軟化点６００℃のガラスフリット５０重量部と、平均粒径５０μm のポリプロピレン粉末１００重量部と、メチルセルロース１０重量部と、水９００重量部とを混練して可塑性混合物を得た。該混合物を押出成形で外径１００mm×内径９０mm×高さ１５０mmの円筒形状に成形し、１０５℃で１２時間乾燥して乾燥した成形体を得た。次に該成形体を８００℃で１時間焼成し、プリフォームを得た。
プリフォームは、焼成によりポリプロピレン粉末が溶融・分解され、プリフォーム表面に連通する平均径１５０μm の気孔が形成されると共に、気孔及びプリフォーム表面に連通して０．１２〜２μm の細孔径分布を有する微細径空隙が形成されており、プリフォームの体積分率は２５％、プリフォーム中の総気孔率は５０％であった。また、プリフォームの３点強度を測定した。これらの結果を表１及び図２に示す。
次に、プリフォームをダイカストマシンにセットし、射出速度１．０m/sec 、鋳造圧力５００kgf/cm²、ゲート速度３０m/sec 、充填時間０．１７sec の条件でアルミ溶湯を流し込んでダイカスト鋳造し、冷却してＭＭＣを得た。ＭＭＣ製造前のプリフォームの厚み（Ｔ）と、ＭＭＣ製造後のプリフォームの厚み（Ｔ_a）とから、下記式によりプリフォームの圧縮変形率（Ａ）を算出した。
Ａ（％）＝１００（Ｔ−Ｔ_a）／Ｔ
圧縮変形率（Ａ）は、プリフォーム自体の機械的強度及び金属溶湯の含浸の抵抗の程度を示す指標である。結果を表１及び図３に示す。
【００３９】
【表１】

【００４０】
実施例２、３及び比較例１、２
平均粒径５０μm のポリプロピレン粉末１００重量部に代えて、表１に示す平均粒径を有するポリプロピレン粉末１００重量部を用いる以外は、実施例１と同様にしてプリフォーム及びＭＭＣを得た。３点強度等の測定結果を表１、図２及び図３に示す。
【００４１】
３点曲げ強度はプリフォームのハンドリング性が良好であること及びダイキャスト鋳造で不具合が生じないこと等より１０kgf/cm²を越えることが好ましく、一方、圧縮変形率は１０％未満であることが好ましい。従って、表１、図２及び図３より、ポリプロピレン粉末の粒径は１０μm を越えて６００μm 未満であることが好ましいことが分かる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に係る金属基複合材用プリフォームは組織構造が緻密で機械的強度が高く、金属溶湯の含浸が容易な構造を有するため、金属溶湯が含浸し易く、ＭＭＣ製造の際にプリフォームの変形や破損がない。また、本発明に係る金属基複合材用プリフォームは、無機骨格材として無機繊維とセラミック粒子とを組み合わせて用いるため無機繊維のみで形成したプリフォームよりも安価である。さらに、本発明に係る金属基複合材用プリフォームの製造方法は、プリフォームの体積分率を設計変更する場合、無機繊維の繊維長等を変えたり無機繊維とセラミック粒子との配合比率を変えたりすることなく、スラリや可塑性混合物中の耐水性粒状有機物等の配合量を変えて脱水成形又は押出成形することにより、容易、且つ、広範囲に渡って部の体積分率を調整することができ、プリフォームを低コストで製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る金属基複合材用プリフォームの断面の模式図である。
【図２】プリフォームのポリプロピレン粒子径と３点曲げ強度との関係を示す図である。
【図３】プリフォームのポリプロピレン粒子径と圧縮変形率との関係を示す図である。
【符号の説明】
１気孔
２微細径空隙
３プリフォームの表面に露出した気孔
１０金属基複合材用プリフォーム

Claims

無機繊維及びセラミック粒子が無機バインダで相互に結合され形成された３次元骨格構造の金属基複合材用プリフォームであって、該プリフォームは内部に０．０５〜５μm の細孔径分布を有する微細径空隙及び平均径２０〜５００μm の気孔を有し、前記微細径空隙の少なくとも一部が前記プリフォームの表面及び前記気孔に連通すると共に、前記気孔の少なくとも一部が前記微細径空隙を介して前記プリフォームの表面に連通し、前記プリフォームは体積分率が１０〜５０％であることを特徴とする金属基複合材用プリフォーム。
前記無機繊維が８〜６０重量％、前記セラミック粒子が４０〜９０重量％、前記無機バインダが２〜３３重量％含まれることを特徴とする請求項１記載の金属基複合材用プリフォーム。
前記無機繊維は平均繊維径が１〜２０μm 、平均繊維長が１０〜５００μm であり、且つ、前記セラミック粒子は平均粒径が１〜１００μm であることを特徴とする請求項１又は２記載の金属基複合材用プリフォーム。
前記無機繊維と前記セラミック粒子との合計量１００重量部、無機バインダ２〜５０重量部、平均粒径２０〜５００μm の耐水性粒状有機物５０〜２００重量部、有機バインダ２〜１００重量部及び水からなり、且つ、前記無機繊維と前記セラミック粒子とが重量比１：９〜３：２の割合で含まれるスラリを吸引脱水成形し、乾燥し、焼成することを特徴とする金属基複合材用プリフォームの製造方法。
前記無機繊維と前記セラミック粒子との合計量１００重量部、無機バインダ２〜５０重量部、平均粒径２０〜５００μm の耐水性粒状有機物５０〜２００重量部、有機バインダ２〜１００重量部及び水からなり、且つ、前記無機繊維と前記セラミック粒子とが重量比１：９〜３：２の割合で含まれる可塑性混合物を成形し、乾燥し、焼成することを特徴とする金属基複合材用プリフォームの製造方法。