JPH01245957A - 繊維強化金属基複合材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、さらに詳細には加圧鋳造法
による複合材料の製造方法に関する。

［従来の技術］ アルミニウム合金の如きマトリックス金属が各種の無機
質連続繊維で強化された複合材料の製造方法のひとつと
して強化材よりなる成形体、または、内部に前記成形体
を配設した入れ子を鋳型内に配設し、マトリックス金属
の溶湯を注入し、溶湯を加圧しつつ凝固させる加圧鋳造
法が知られている。

［発明が解決しようとする課題］ このような加圧鋳造法による複合材料の製造方法におい
ては、鋳型、ゲート、ランナーの形状。

大きさやプランジャーの速度の変化に応じて溶融マトリ
ックス金属の流動挙動が乱れ、千差万別の変化をする。

また、無機連続繊維の成形体は、溶融マトリックス金属
の流動圧力、衝突圧力に耐えられるほど機械的に強いも
のではない、このため。

鋳型内に前記成形体、もしくは、成形体を内部に配設し
た入れ子を鋳型内に配置して、鋳型内にマトリックス金
属を注入すると、溶湯の流動作用により、整然と配列し
た無機連続繊維成形体の繊維配列に波状、キング状、ミ
ニ’ｌなどの不均一な乱れが生じてしまう、このような
欠陥は複合材料部材の特性を大きく劣化させる大きな要
因となる。

本発明は、加圧鋳造法による複合材料の製造方法おいて
、かかる問題が生じることがないよう改善された複合材
料の製造方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上述の課題を解決するために、本発明においては、無機
連続繊維の繊維成形体を形成し、前記繊維成形体を鋳型
内に配置し、該鋳型内にマトリックス金属を導入する際
に、前記マトリックス金属を繊維成形体の繊維引き揃え
方向に対して７０１〜１１０°の角度で交差する方向よ
り導入して繊維強化金属基複合材料を製造することとし
た。

また、請求項第２項にあっては、前記マトリックス金属
の導入方向または入れ子のマトリックス金属導入口の方
向がプランジャーの駆動方向と同一方向であるか、また
はそれに近い方向とした。

［作用］ 本発明によれば、溶融マトリックス金属の導入口を無機
連続繊維の引き揃え方向と垂直もしく垂直に近い方向に
しているため、導入した溶融マトリックス金属が繊維成
形体の中で乱れることなく、スムーズにすみずみまで侵
入していくため、ｍ雄もしくは繊維束が乱れることなく
複合化される。

特に薄肉、長尺物に対しては繊維方向でなくｍ離軸と直
交方向であるので、マトリックス金属の侵入距離が小さ
くてすみ、流動による乱れもなく、繊維の配向乱れのな
い無欠陥の複合部材が得られる。この複合材料には、ミ
クロ、マクロにおいて繊維配向の乱れは全くなく、その
特性、例えば機械的性質も良好であった。また、上述の
溶融マトリックス金属の流れ方向が、繊維軸と直交方向
であり、かつ、その方向がプランジャー駆動方向と一致
している場合には、プランジャー駆動による溶融金属の
流れが均一で、かつ、円滑であるので、さらに高品質の
製品が得られる。

［実施例］ 実施例１ 本発明の第１の実施例を第１図、第２図に基づいて説明
する。ｌは無機連続ＳｉＣ繊維を１００ｍｍに切断し、
それを、整然と一方向に並べて。

無機バインダーで成形した無機連続繊維成形体である。

このとき無機バインダーとしてはエチルシリケートを使
用したが、他にコロイダルシリカ。

水ガラスなどでもよい、このようにして作った無機連続
繊維成形体１を６５０℃〜７００℃に加熱し、すばやく
鋳型４にセットした後、繊維の引き揃え方向と垂直の導
入口のある湯道型２を配設し、さらに溶融したアルミニ
ウムを注入した。この時の溶湯の温度は７５０℃である
。その後、プランジャー３によって１０００Ｋｇ／ｃゴ
に加圧し、溶湯が凝固するまで約６０秒間放置し、最後
に型から複合材料部材を取り出した。複合材料部材の断
面組織観察の結果、繊維の配向の乱れ、不均一、ならび
に割れ、巣などの鋳造欠陥は見当たらなかった。さらに
、この複合材料について繊維配向０度方向の曲げ試験を
実施したところ、この複合材料は１５０Ｋｇ／ｍｍ″の
高い曲げ強さを有するものであることが判明した。

一方、第６図に示される、繊維軸方向に溶融金属を加圧
する従来の方法で製造する複合材料には。

キング、波打ち、折れなどの繊維配向の乱れが観察され
１曲げ強さもｌＬＯＫｇ／ｍｍ″程度にとどまることが
わかった。

さらに、炭素繊維、アルミナ繊維でも同様な実験を行な
ったところ前記と同様な良好な結果が得られた。゛ 本実施例では、溶融金属の流れ方向を繊維成形体の繊維
軸方向と直交とする。最も望ましい方向としたが、交差
角度が７０′″〜１１０”の範囲であればほぼ同様な結
果が得られることが分った。

なお２本発明では、強化繊維として、アルミナ繊維、炭
化ケイ素繊維、炭素繊維、ポロン繊維などの無機繊維や
ステンレス繊維など金属ｍ＊も採用しうる。

また、マトリックス金属として、アルミニウムのほかに
マグネシウム、銅、亜鉛などの金属およびこれらの金属
を主成分とする合金を採用することが出来る。

実施例２ 本発明の第２の実施例を第３図、第４図、第５図に基づ
いて説明する。ＳｉＣ連続繊維を乱れなく一方向に配向
して束ねた出来上った無機繊維成形体ｌを、予め黒鉛な
どで形成した入れ子２ａに収納する。この入れ子２ａに
は繊維配向と垂直に溶湯の導入口６が３個所設けられて
いる。この入れ子２ａを６５０℃〜７００℃に加熱した
後、すばやく鋳型′４に配置し、さらに溶融アルミニウ
ムを注入する。このときの溶融温度は７５０℃である。

その後、第５図に示すようにプランジャー３により、溶
融５を矢印方向にｉｏ００Ｋｇ／ｍｒｎ”に加圧し、凝
固するまで約６０秒間放置した。その後、型より複合材
料部材を取り出し、製造過程を完了する。

この複合材の断面組織観察を行なった結果は、繊維配向
の乱れは全くなく、マトリックス金属は繊維束のすみず
みまで行き渡っており、ＦＩｉ維のキング、波打ち、折
れ、ねじれなどの配向の乱れは皆無であった。また、こ
の複合材料部材の曲げ試験を行なったところ、１６０Ｋ
ｇ／ｍｍ″と高い曲げ強さを示した。このように、複合
材料として非常に優秀な機械的特性を有する製品が得ら
れることが分った。

さらに、炭素繊維、アルミナ繊維で同じような実験を行
なったところ、繊維配向の乱れは皆無であり、曲げ試験
の結果もそれぞれ１７０Ｋｇ／ｍｍ″、１６５Ｋｇ／ｍ
ｒｎ’と満足する結果が得られた。

［発明の効果］ 以上説明したような本発明によると、各種強化連続繊維
とマトリックス金属との複合材料は、繊維配向の乱れの
全くない、かつ、巣１割れなどの鋳造欠陥の全くない健
全な複合部材が得られる。

この結果、引張り１曲げ強度、疲労強度などの機械的性
質のすぐれた複合部材が得られる。また、部材間のバラ
つきも少なく、信頼性の高い材料が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に関する繊維強化金属基複合材゛　　料
の製造方法の１実施例における無機連続繊維成形体の斜
視図、第２図は本発明の１実施例を示す縦断面図、第３
図〜第５図は本発明の他の実施例を示し、第３図は無機
連続繊維成形体の側面図、第４図は入れ子に無機連続繊
維成形体を収納した状態を示す縦断面図、第５図は本発
明の実施例を示す縦断面図、第６図は従来の実施例を示
す縦断面図である。 １・・・・・・無機連続繊維形成体、 ２・・・・・・湯道型、　　　　　２ａ・・・入れ子。 ３・・・・・・プランジャー、　　４・・・・・・鋳型
、５・・・・・・溶湯、　　　　　　６・・・・・・導
入口。 特許出願人　　宇部興産株式会社 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）無機連続繊維の繊維成形体を形成し、前記繊維成
   形体を鋳型内に配置し、該鋳型内にマトリックス金属を
   導入する際に、前記マトリックス金属を繊維成形体の繊
   維引き揃え方向に対して７０゜〜１１０゜の角度で交差
   する方向より導入することを特徴とする繊維強化金属基
   複合材料の製造方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の複合材料の製造方法
   において、マトリックス金属の導入方向または入れ子の
   マトリックス金属導入口の方向がプランジャーの駆動方
   向と同一方向であるか、またはそれに近い方向であるこ
   とを特徴とする繊維強化金属基複合材料の製造方法。