JP5059338B2 - 炭素繊維強化アルミニウム複合材およびその製造方法 - Google Patents
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第1工程で得ためっき炭素繊維とアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属粉末との混合物に機械的エネルギーを付与し、金属粒子とめっき炭素繊維の複合化により金属粒子の表面がめっき炭素繊維で被覆された粉末状のアルミニウム複合材料を形成する第2工程と、
第2工程で得た粉末状のアルミニウム複合材料を成形して固形化する第3工程とを行うことを特徴とする炭素繊維強化アルミニウム複合材の製造方法。
第1工程で得ためっき炭素繊維とアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属粉末との混合物に機械的エネルギーを付与し、複合化により金属粒子の表面がめっき炭素繊維で被覆された粉末状のアルミニウム複合材料を形成する第2工程とを行うことを特徴とするアルミニウム複合材料の製造方法。
第2工程:金属粒子とめっき炭素繊維を複合化する
第3工程:粉末を固形化する
第4工程:塑性加工により所要形状に成形する
以下に、上記各工程について使用する材料とともに詳述する。
炭素繊維とマトリックスとなるアルミニウムとの濡れ性を高めるために、炭素繊維をアルミニウムと親和性を有する金属でめっきする。めっきされていない炭素繊維はアルミニウムに濡れにくいために凝集し易く、第2工程の材料粉末の混合時に金属粉末中に均一に分散されないばかりか、第3工程の固形化時あるいは第4工程の塑性加工時にも凝集し易くなる。また、表面をめっきで被覆することにより、炭素繊維とマトリックスとなる金属(以下、マトリックス金属と称する)の接触による脆い炭化物の生成を防ぎ、炭素繊維強化アルミニウム複合材の強度を確保することができる。
マトリックス金属粒子の表面を、第1工程で得ためっき炭素繊維で被覆し、粉末状のアルミニウム複合材料を形成する。
第2工程で得た粉末状のアルミニウム複合材料をプレス等で成形して固形化し、ハンドリング可能な炭素繊維強化アルミニウム複合材を形成する。成形前の粉末状態において炭素繊維の均一分散が達成されているので、所定量の炭素繊維が均一に分散した成形体が得られる。また、炭素繊維はめっきされているから直接アルミニウムと接触することがなく、脆い炭化物の生成もない。
第3工程で固形化した炭素繊維強化アルミニウム複合材を、さらに塑性加工によって所望形状に成形する。また、塑性加工によって成形体の充填率が向上してさらに強固な組織が形成される。
第1工程:前記炭素繊維に無電解ニッケルめっきを施した。めっき量は質量比で炭素繊維:ニッケル=1:5とした。
上述した実施例の第1工程のめっきを行わず、第2工程においてめっきしない炭素繊維とアルミニウム粉末とを複合化することなく振動による混合を行った。そして、前記第2工程で得た材料を実施例の第3工程と同じ条件で固形化してビレットを作製し、第4工程でフラットバーを押し出した。なお、No.15〜17は炭素繊維の凝集により固形化することができなかった。
Claims (12)
- 平均直径が50〜200nm、平均長さが10〜200μmの炭素繊維を金属でめっきする第1工程と、
第1工程で得ためっき炭素繊維とアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属粉末との混合物に機械的エネルギーを付与し、金属粒子とめっき炭素繊維の複合化により金属粒子の表面がめっき炭素繊維で被覆された粉末状のアルミニウム複合材料を形成する第2工程と、
第2工程で得た粉末状のアルミニウム複合材料を成形して固形化する第3工程と、
第3工程で固形化した炭素繊維強化アルミニウム複合材を、押出速度0.05〜1m/minで押出成形する第4工程とを行うことを特徴とする炭素繊維強化アルミニウム複合材の製造方法。 - 第1工程において、めっき用金属はニッケルである請求項1に記載の炭素繊維強化アルミニウム複合材の製造方法。
- 第1工程において、炭素繊維とめっき金属と質量比が1:3〜1:50となるようにめっきする請求項1または2に記載の炭素繊維強化アルミニウム複合材の製造方法。
- 前記金属粒子の平均粒径が10〜150μmである請求項1〜3のいずれか1項に記載の炭素繊維強化アルミニウム複合材の製造方法。
- 第2工程をメカノフージョンにより行う請求項1〜4のいずれか1項に記載の炭素繊維強化アルミニウム複合材の製造方法。
- 前記炭素繊維強化アルミニウム複合材中の炭素繊維含有量が5〜60vol%である請求項1〜5のいずれか1項に記載の炭素繊維強化アルミニウム複合材の製造方法。
- 第3工程において、粉末状のアルミニウム複合材料を等方圧プレスにより固形化する請求項1〜6のいずれか1項に記載の炭素繊維強化アルミニウム複合材の製造方法。
- 第4工程において、ビレット実体温度380〜450℃で押出成形する請求項1〜7のいずれか1項に記載の炭素繊維強化アルミニウム複合材の製造方法。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載された炭素繊維強化アルミニウム複合材の製造方法により製造されたことを特徴とする炭素繊維強化アルミニウム複合材。
- 前記炭素繊維強化アルミニウム複合材は、自動車用部品または電子部品である請求項9に記載の炭素繊維強化アルミニウム複合材。
- 前記炭素繊維強化アルミニウム複合材が自動車用部品であり、炭素繊維含有量が10〜40vol%である請求項10に記載の炭素繊維強化アルミニウム複合材。
- 前記炭素繊維強化アルミニウム複合材が電子部品であり、炭素繊維含有量が30〜60vol%である請求項10に記載の炭素繊維強化アルミニウム複合材。
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