JPH01279713A

JPH01279713A - 金属基複合材料の製造方法

Info

Publication number: JPH01279713A
Application number: JP10816588A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kubo; 雅洋久保; Tetsuya Suganuma; 菅沼　徹哉; Takashi Morikawa; 隆森川; Atsuo Tanaka; 淳夫田中; Yoshiaki Kajikawa; 義明梶川; Tetsuya Gakumi; 額見　哲也
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1988-04-30
Filing date: 1988-04-30
Publication date: 1989-11-10
Anticipated expiration: 2010-11-01
Also published as: JPH07100834B2

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、更に詳細には短繊維、ウィ
スカ、若しくは粒子を強化材とし、アルミニウム合金等
をマトリックスとする金属基複合材料の製造方法に係る
。

従来の技術及び発明が解決しようとする課題例えば日本
軽金属学会の主催により昭和６０年７月１５〜１６日に
熱海布に於て開催された第３回金属成形セミナーに於て
頒布された「アルミニウム複合材料（ＦＲＭ）の成形」
と題する小冊子に記載されている如く、強化繊維が連続
繊維である繊維強化金属複合材料の製造方法として、■
拡散接合法、■プラズマ・スプレィ法、■気相析出法、
■溶融浸透法、■電着法（めっき法）等があり、強化繊
維が不連続繊維である繊維強化金属複合材料の製造方法
として、■粉末冶金法、■コンホキヤスティング法、■
溶出鍛造法、■半溶融加工法、■ＨＩＰ法等があること
が知られている。

特に強化繊維が短繊維である場合には、上述の他の方法
に比して量産性等に優れていることから、主として上述
の■の溶湯鍛造法（高圧鋳造法）が従来より一般に採用
されている。しかし溶湯鍛造法に於ては、マトリックス
金属の溶湯を非常に高い圧力に加圧する必要があり、従
って製造設備が大規模なものとなり、そのため複合材料
の製造が高コストになり、このことが複合材料の実用化
に対する一つの大きな阻害要因となっている。

かくして強化繊維が不連続繊維である場合に於ける複合
材料の製造に於ては、マトリックス金属の溶湯に対する
必要加圧力を低減し、更には加圧を省略することが要請
されており、このことを実現するためには強化繊維とマ
トリックス金属の溶湯との濡れ性を大幅に改善すること
が必要である。

かかる要請に鑑み、例えば特開昭６１−２９５３４４号
公報には、マトリックス金属として特殊な元素が添加さ
れたアルミニウム合金を使用することが提案されている
。しかしマトリックス金属に特殊な元素を添加するだけ
では十分な濡れ性を確保することができず、またマトリ
ックス金属の組成が特定のものに限定されてしまうとい
う問題がある。

また強化繊維が連続繊維である場合についてマトリック
ス金属の溶湯に対する繊維の濡れ性を改唇するための種
々の方法が従来より提案されており、例えば特開昭４９
−４２５０４号公報には繊維の表面に金属粉末を塗布し
、これにより濡れ性を改善する方法が記載されており、
特開昭５０−１０９９０４号、特開昭５２−２８４３３
号、特開昭５３−３８７９１号、特開昭５７−１６９０
３６号、特開昭５７−１６９０３７号の各公報には繊維
の表面に金属を被覆し、これにより濡れ性を改善する方
法が記載されている。

これらの公報に記載されている如く、強化繊維が連続繊
維である場合には、一般に繊維が一方向に配向されるの
で、毛細管現象によって個々の連続繊維の間にマトリッ
クス金属の溶湯が浸透し、従って上述の如き方法によれ
ば繊維とマトリックス金属の溶湯との間の濡れ性を向上
させることができる。

しかし強化繊維が短繊維やウィスカである場合には、そ
れらが不連続なものであるため毛細管現象によるマトリ
ックス金属の溶湯の浸透を期待することができず、従っ
て例えば特開昭５９−２０５４６４号公報に記載されて
いる如く、連続繊維について濡れ性を向上させる手段と
して知られている方法を只単に短繊維やウィスカに適用
しただけではそれらの濡れ性を十分に向上させることは
できない。また強化繊維が短繊維やウィスカである場合
には、これらの金属を多量に被覆したり金属粉末を多量
に塗布することが困難であり、また非常に高コストであ
る。これらの問題は米国特許第４，３７６．８０３号及
び同第４，５６９．８８６号公報に記載されている如く
繊維の表面を金属酸化物にて被覆する場合も同様である
。

また本願出願人と同一の出願人の出願にかかる特開昭５
７−３１４６６号公報や特開昭６２−６７１３３号公報
に記載されている如く、強化材成形体を所定の温度に予
熱し、しかる後成形体中にマトリックス金属の溶湯を加
圧浸透させる方法が知られている。かかる方法によれば
、強化材自身が成る温度に加熱されることによってマト
リックス金属の溶湯との濡れ性が向上し、成形体が予熱
されない場合に比してマトリックス金属の溶湯の浸透性
が向上する。しかしこれらの方法に於ては成形体を予熱
することが必須であり、またそのための特別の手段が必
要であり、従ってこれらの方法によっても複合材料の製
造を能率化し低コスト化することに限界がある。

また本願出願人と同一の出願人の出願にかかる特開昭６
１−１６５２６５号公報に記載されている如く、強化材
の成形体中に含まれる金属酸化物とマトリックス金属中
の成る特定の金属元素との間に於ける酸化還元反応を利
用して強化材成形体中へのマトリックス金属の溶湯の浸
透性を向上させる方法が知られている。しかしこの方法
に於ては互いに酸化還元反応する元素が成る程度制限さ
れるため、任意の組成の金属をマトリックス金属とする
複合材料を製造することができないという問題がある。

更に上述の何れの従来の方法に於ても、マトリックス金
属の溶湯を成る比較的高い圧力に加圧することが必須で
あり、従ってこれら従来の方法によってはマトリックス
金属の溶湯に対する加圧を省略したり、加圧に必要な鋳
型等の使用を省略して能率よく低廉に複合材料を製造す
ることはできず、また鋳造毎に鋳型内の成形体以外の領
域に於て比較的多量のマトリックス金属が凝固すること
が避けられないため、歩留りを向上させることができな
いという問題がある。

また特表昭５９−５００９７３号公報及び１９８５年４
月に出版されたＪｏｒｎａｌ　ｏｆ’　Ｍａｔｅｒｌａ
ｌｓ　５ｃｆｅｎｃｅ　Ｌｅｔｔｅｒｓには、強化繊維
の成形体をフッ素含有試薬で前処理し、その成形体にマ
トリックス金属の溶湯を含有させる複合材料の製造方法
が記載されている。しかしこの方法に於ては、強化繊維
が炭素又は炭化物を主成分とし若しくは炭素又は炭化物
で表面被覆された強化繊維に限定され、またマトリック
ス金属の溶湯を含浸させる前に処理後の成形体を予熱す
ることが必要であるという問題がある。

本願発明者等は、従来の複合材料の製造方法１こ於ける
上述の如き問題に鑑み、種々の実験的研究を行った結果
、強化材の成形体中に成る特定の金属の微細片を混入す
ることにより、上述の如き種々の問題を解決し得ること
を見出した。

本発明は本願発明者等が行った種々の実験的研究の結果
得られた知見に基き、マトリックス金属の溶湯を加圧し
なくてもマトリックス金属が個々の強化材の間に良好に
充填された複合材料を能率よく低廉に製造することので
きる方法を提供することを目的としている。

また本発明は、マトリックス金属の溶湯を加圧するため
の鋳型や所定の形状の複合材料を製造するための鋳型を
用いることなく、実質的に所定の形状及び寸法の複合材
料を非常に能率よく且低順に非常に高い歩留りにて製造
することのできる方法を提供することを目的としている
。

課題を解決するための手段上述の如き目的は、本発明によれば、短繊維、ウィスカ
、粒子、及びこれらの混合物よりなる群より選択された
強化材と、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎ％　ＣｕＳＡ
ｇ５Ｓ　ｉ、Ｍｇ％　Ａｌｑ　Ｚｎ１ＳｎＳＴｉ、及び
それらの何れかを主成分とする合金よりなる群より選択
された金属の微細片とを含む成形体を形成し、前記成形
体の少くとも一部をマトリックス金属としてのＡＩ又は
Ａｌ合金の溶湯に接触させ、前記溶湯を実質的に加圧す
ることなく前記成形体中に浸透させる金属基複合材料の
製造方法、及び短繊維、ウィスカ、粒子、及びこれらの
混合物よりなる群より選択された強化材と、Ｎｉ５Ｃｒ
、Ａｇ５ＡｔＳＺｎＳＳｎ％Ｐｂ。

及びそれらの何れかを主成分とする合金よりなる群より
選択された金属の微細片とを含む成形体を形成し、前記
成形体の少くとも一部をマトリックス金属としてのＭｇ
又はＭｇ合金の溶湯に接触させ、前記溶湯を実質的に加
圧することなく前記成形体中に浸透させる金属基複合材
料の製造方法によって達成される。

発明の作用及び効果本発明の方法によれば、強化材と特定の金属の微細片と
を含む成形体が形成され、その成形体の少くとも一部が
マトリックス金属の溶湯と接触せしめられる。上述の如
き特定の金属の微細片はアルミニウム合金等の溶湯に対
する濡れ性が良好であるので、マトリックス金属の溶湯
は特定の金属の微細片づたいに成形体中へ浸透し、これ
により順次強化材と接触して行き、更にマトリックス金
属の溶湯が特定の金属の微細片と反応することによって
発熱し、その熱によって溶湯の成形体中への浸透性及び
強化材の濡れ性が向上され、これによりマトリックス金
属の溶湯が成形体全体に良好に浸透して行く。

従って本発明の方法によれば、マトリックス金属の溶湯
を加圧したり強化材を予熱しなくても、従ってマトリッ
クス金属の溶湯を加圧したり強化材を予熱するための犬
山りな設備を要することなく、マトリックス金属が個々
の強化材の間に良好に充填された複合材料を従来の方法
に比して能率よく低廉に製造することができる。

また本発明の方法によれば、上述の如くマトリックス金
属の溶湯が良好に成形体中へ浸透して行くので、強化材
と特定の金属の微細片とを含む成形体を所定の形状及び
寸法にて形成し、その一部をマトリックス金属の溶湯に
接触させれば、成形体全体にマトリックス金属の溶湯が
過不足なく迅速に浸透し、これにより実質的に所定の形
状及び寸法の複合材料が形成される。従ってマトリック
ス金属の溶湯を加圧したり所定の製品形状を郭定するた
めの鋳型を要し、また鋳型内の複合材料以外の部分にて
多量のマトリックス金属が凝固することが避けられない
従来の溶湯鍛造法等に比して、非常に高い歩留りにて実
質的に所定の形状及び寸法の複合材料を能率よく低廉に
製造することができる。

本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、成形
体中に上述の特定の金属の微細片が含まれていれば、マ
トリックス金属の溶湯の成形体中への浸透性を向上させ
ることができるが、特にマトリックス金属がＡＩ又はＡ
ｌ合金である場合には、強化材に対する特定の金属の微
細片の重量比が１５０％以上である場合にマトリックス
金属の溶湯を成形体中へ良好に浸透させることができる
。

従って本発明の一つの詳細な特徴によれば、マトリック
ス金属はＡＩ又はＡｌ合金であり、成形体中の特定の金
属の微細片の量は強化材に対する重量比で見て１５０％
以上に設定される。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
特定の金属の微細片を構成する金属がＮ１　％　Ｆ　ｅ
　ｓ　Ｃｏ　ｓ　Ｃｕ　％　Ｓ　ｌ　ｓ　Ｚ　ｎ　ｓ　
Ｓ　ｎ　ＳＴ　１　％及びそれらを主成分とする合金の
何れがである場合にマトリックス金属の溶湯を成形体中
へ良好に浸透させることができる。従って本発明の他の
一つの詳細な特徴によれば、特定の金属の微細片を構成
する金属はＮ　Ｉ　ＳＦ　ｅ　ＳＣｏ　ＳＣｕ　ＳＳ　
１ｓＺｎＳＳｎＳＴｉｓ及びそれらを主成分とする合金
よりなる群より選択された金属に選定される。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
マトリックス金属がＡｌ合金である場合に於て、該Ａｌ
合金がＭ　ｇ　ｓ　Ｚ　ｒ　ＳＣａの少くとも何れかを
合計で０．５％以上含有している場合にマトリックス金
属の溶湯をより一層良好に成形体中へ浸透させることが
でき、特にこのことは強化材自体の濡れ性を向上させる
べく成形体が予熱される場合に効果的である。従って本
発明の更に他の一つの詳細な特徴によれば、マトリック
ス金属はＭｇ、Ｚｒ５Ｃａの少くとも何れかを合計で０
．５％以上含有するＡｌ合金である。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
マトリックス金属がＭｇ又はＭｇ合金である場合には、
成形体中に上述の特定の金属の微細片が含まれていれば
、マトリックス金属の溶湯の成形体中への浸透性を向上
させることができるが、特に成形体中の強化材に対する
特定の金属の微細片の重量比が１３０％以上の場合にマ
トリックス金属の溶湯を成形体中に良好に浸透させるこ
とができる。従って本発明の更に他の一つの詳細な特徴
によれば、マトリックス金属はＭｇ又はＭｇ合金であり
、成形体中の特定の金属の微細片の量は強化材に対する
重量比で見て１３０％以上に設定される。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
成形体中の強化材及び特定の金属の微細片の合計の体積
率が低過ぎても逆に高過ぎてもマトリックス金属の溶湯
を成形体中に良好に浸透させることが困難になる。従っ
て本発明の更に他の一つの詳細な特徴によれば、成形体
中の強化材及び特定の金属の微細片の合計の体積率は５
〜９０％、好ましくは７．５〜８５％に設定される。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
成形体中に含まれる特定の金属の微細片の体積率が高い
値であってもマトリックス金属の溶湯を成形体中に良好
に浸透させることができるが、特定の金属の微細片の量
が多くなればなる程強化材の体積率が相対的に低下し、
また特定の金属の種類によってはマトリックス金属の組
成が大きく変化することになる。従って本発明の更に他
の一つの詳細な特徴によれば、成形体中の特定の金属の
微細片の体積率は好ましくは８５％以下に設定される。

また本発明の更に他の一つの詳細な特徴によれば、成形
体は所定の形状及び寸法を有し、その−部のみがマトリ
ックス金属の溶湯に浸漬される。

かかる方法によれば、マトリックス金属の溶湯を加圧し
たり所定の製品形状を郭定するための鋳型等を使用する
ことなく、所定の形状及び寸法の複合材料を非常に高い
歩留りにて能率よく且低順に製造することができる。

尚本発明の方法に於ては、成形体の予熱は不要であるが
、強化材の濡れ性を向上させるべく成形体を予熱する場
合には、その温度は従来より採用されている温度よりも
低い温度であってよく、また低い予熱温度は特定の金属
の微細片が著しく酸化することを回避し得る点でも好ま
しい。また本発明に於ける特定の金属の微細片の形態は
短繊維、ウィスカ、粉末の如き任意の形態のものであっ
てよい。

以下に添付の図を参照して本発明を実施例について詳細
に説明する。

実施例１強化材として平均繊維径３μｍ１平均繊維長１■のアル
ミナ短繊維（ＩＣ１社製「サフィルＲＧＪ、９５％Ａｌ
２Ｏ３，５％Ｓ　ｔ　Ｏ２）　、繊維径０゜１〜１．０
μｍ１繊維長５０〜２００μｍの炭化ケイ素ウィスカ（
東海カーボン株式会社製）、平均粒径１０μｍの窒化ケ
イ素粒子（高純度化学株式会社製）を用意した。また金
属繊維及び金属粉末として下記の表１に示された繊維及
び粉末を用意した。次いで上記強化材と金属繊維及び上
記強化材と金属粉末とを混合し、それらの混合物を２０
Ｘ２０Ｘ４０ａ＋ｍの寸法を有する直方体に圧縮成形し
た。第１図はかくして形成された成形体１０を示す斜視
図であり、図に於て１２は強化材を、１４は金属繊維を
示している。

この場合強化材と金属繊維又は金属粉末との混合比を変
えることにより、■強化材の体積率が５％であり、強化
材に対する金属繊維又は金属粉末の重量比が６００％で
あり、全体の体積率が１３〜６２％である成形体と、■
強化材の体積率が１５％であり、強化材に対する金属繊
維又は金属粉末の重量比が強化材に対する重量比で見て
２００％であり、全体としての体積率が２３〜７２％で
ある成形体とを形成した。

次いで金属繊維がＺｎ繊維及びＳｎ繊維である成形体、
及び金属粉末がｐｂ粉末である成形体以外の各成形体を
２００℃に予熱し、しかる後第２図に示されている如く
、各成形体１０を溶湯容器１６内に配置し、該容器内に
７００℃のアルミニウム合金の溶湯１８を注湯し、該溶
湯を加圧することなく凝固させた。この場合アルミニウ
ム合金としてＭｇ含有量がそれぞれ０．１％、０．３％
、０．５％、１％、１０％であるＪＩＳ規格ＡＣＩＡ、
ＪＩＳ規格ＡＣ４ＣＳＪ　Ｉ　Ｓ規格ＡＣ４Ｄ。

ＪＩＳ規格ＡＣ８Ａ、Ｊ　Ｉｓ規格ＡＣ７Ｂ、及びＪＩ
Ｓ規格ＡＣ４Ｃに０．３％のＣａ又はＺ「が添加された
アルミニウム合金の７ｆｉｌｌｊ類のアルミニウム合金
を使用した。

次いで上述の如く製造された各凝固体より元の圧縮成形
体の部分に形成された複合材料２０を切り出し、第３図
に於て仮想線２２にて示されている如く、その中央部を
横断方向に切断し、その切断面を研磨したのち実体観察
及び光学顕微鏡による観察を行うことにより、各複合材
料について複合状態の良否を評価した。

これらの評価の結果を下記の表２〜表４に示す。

尚これらの表に於て、◎はマクロ的複合状態及びミクロ
的複合状態が共に良好であることを示しており、Ｏはマ
クロ的複合状態が良好であることを示しており、Δは部
分的な複合化しか達成されていないことを示しており、
×は全く複合化していないことを示している（後述の表
５〜７、表１０、表１１に於ても同じ）。

表２〜表４より、強化材の種類や体積率及びアルミニウ
ム合金の組成に拘らず、成形体がＮｉ１Ｆ　ｅ　ｓ　Ｃ
ｏ　ＳＣｒ　ＳＭ　ｎ　ｓ　Ｃｕ　ＳＡ　ｇ　ＳＳ　ｔ
　％　Ｍｇ５Ａｌ、Ｚｎ５ＳｎＳＴｉｓ及びこれらを主
成分とする合金よりなる金属繊維又は金属粉末を含む場
合に良好な複合化が達成され、特に金属繊維又は金属粉
末がＮ　１　ｓ　Ｆ　ｅ　ＳＣｏ、Ｃｕ　ＳＳ　ｉｓＺ
　ｎ　ＳＳ　ｎ　、及びそれらを主成分とする合金より
なる場合に複合化が良好に行われることが解る。

またマトリックス金属としてのアルミニウム合金が０．
５％以上のＭｇ又は合計で０．５％以上のＭｇ、Ｃａ、
Ｚｒを含有している場合に、複合化が一層良好に行われ
ることが解る。

尚実施例としては示されていないが、金属繊維又は金属
粉末が表１に示された合金以外の合金であって、上述の
特定の元素を主成分とする合金よりなる場合にも良好な
複合化が行われ、またマトリックス金属が０．５％以上
のＣａ又はＺ「を含有している場合にも複合化が一層良
好に行われることが解っている。

比較例１上述の実施例１に於て使用されたアルミナ短繊維と同一
のアルミナ短繊維のみよりなり、短繊維の体積率が５％
、１５％、３０％である成形体、実施例１に於て使用さ
れた炭化ケイ素ウィスカと同一の炭化ケイ素ウィスカの
みよりなり、ウィスカの体積率が５％、１５％、４０％
である成形体、実施例１に於て使用された窒化ケイ素粒
子と同一の窒化ケイ素粒子のみよりなり、粒子の体積率
が５％、１５％、５０％である成形体を形成し、各成形
体について実施例１の場合と同一の要領及び条件にて複
合材料の製造を試みた。しかし何れの成形体の場合にも
良好な複合化は達成されなかった。

また上述の比較例の各成形体を使用し、高圧鋳造装置を
用いてアルミニウム合金の溶湯を種々の圧力にて加圧し
た点を除き、実施例１の場合と同一の要領及び条件にて
複合材料の製造を試みた。

その結果、良好な複合化を達成するためには、アルミニ
ウム合金の溶湯を少なくとも５００　ｋｇ／　ａａ２以
上の圧力にて加圧することが必要であることが解った。

実施例２強化材として平均繊維径３μｍ１平均繊維長１■のアル
ミナ短繊維（ＩＣ１社製［サフィルＲＦＪ、９６〜９７
％Ａ　１２０３．３〜４％３ｉ０２）　　、繊維径０．
１〜０．６μ■、繊維長２０〜２００μｍの窒化ケイ素
ウィスカ（タテホ化学工業株式会社製）、平均粒径１０
μｍの炭化タングステン粒子（高純度化学株式会社製）
を用意した。また金属繊維及び金属粉末として下記の表
１に示された繊維及び粉末を用意した。次いで実施例１
の場合と同様、上記強化材と金属繊維及び上記強化材と
金属粉末とを混合し、それらの混合物を２０Ｘ２０Ｘ４
０ＩｎＩｌｌの寸法を有する直方体に圧縮成形した。

この場合強化材と金属繊維又は金属粉末との混合比を変
えることにより、■強化材の体積率が５％であり、強化
材に対する金属繊維又は金属粉末の重量比が５００％で
あり、全体の体積率が１２〜５３％である成形体と、■
強化材の体積率が１５％であり、強化材に対する金属繊
維又は金属粉末の重量比が１５０％であり、全体の体積
率が２１〜５８％である成形体とを形成した。

次いで実施例１の場合と同様、金属繊維がＺｎ繊維及び
Ｓｎ繊維である成形体を１５０℃に予熱し、金属粉末が
ｐｂ粉末である成形体を１００℃に予熱し、他の各成形
体を４００℃に予熱し、しかる後各成形体を溶湯容器内
に配置し、該容器内に７００℃のマグネシウム合金の溶
湯を注湯し、該溶湯を加圧することなく凝固させた。こ
の場合マグネシウム合金としてＪＩＳ規格ＭＣ−２、Ｊ
Ｉｓ規格ＭＣ−７、ＪＩＳ規格ＭＣ−８の３種類のマグ
ネシウム合金を使用した。

次いで実施例１の場合と同様、上述の如く製造された各
凝固体より元の圧縮成形体の部分に形成された複合材料
を切り出し、その中央部を横断方向に切断し、その切断
面を研磨したのち実体観察及び光学顕微鏡による観察を
行うことにより、各複合材料について複合状態の良否を
評価した。これらの評価の結果を下記の表５〜表７に示
す。

表５〜表７より、マトリックス金属がマグネシウム合金
である場合には、強化材の種類や体積率及びマグネシウ
ム合金の組成に拘らず、成形体がＮｉ、ＣｒＳＡｇ５　
ＺｎＳＳｎ、Ｐｂ、及びこれらを主成分とする合金より
なる金属繊維又は金属粉末を含む場合に良好な複合化が
達成されることが解る。

尚実施例としては示されていないが、成形体がＮ　１　
％　Ｃｒ　ｓ　Ａ　ｇ　ＳＺ　ｎ　ＳＳ　ｎ　ＳＰ　ｂ
を主成分とする他の合金又はＡｌよりなる金属繊維又は
金属粉末を含む場合にも良好な複合化が達成されること
が解っている。

比較例２上述の実施例２に於て使用されたアルミナ短繊維と同一
のアルミナ短繊維のみよりなり、短繊維の体積率が５％
、１５％、４０％である成形体、実施例２に於て使用さ
れた窒化ケイ素ウィスカと同一の窒化ケイ素ウィスカの
みよりなり、ウィスカの体積率が５％、１５％、４０％
である成形体、実施例２に於て使用された炭化ケイ素粒
子と同一の炭化窒化ケイ素粒子のみよりなり、粒子の体
積率が５％、１５％、４０％である成形体を形成し、各
成形体について実施例２の場合と同一の要領及び条件に
て複合材料の製造を試みた。しかし何れの成形体の場合
にも良好な複合化は達成されなかった。

また上述の比較例の各成形体を使用し、高圧鋳造装置を
用いてマグネシウム合金の溶湯を種々の圧力にて加圧し
た点を除き、実施例２の場合と同一の要領及び条件にて
複合材料の製造を試みた。

その結果、良好な複合化を達成するためには、マグネシ
ウム合金の溶湯を少なくとも５００　ｋｇ／　ａｎ”以
上の圧力にて加圧することが必要であることが解った。

実施例３上述の実施例１及び２に示されている如く、強化材の成
形体に特定の金属繊維又は金属粉末が含まれていること
が好ましいので、かかる金属繊維や金属粉末の量が如何
なる値であることが適切であるかの検討を行った。

まず下記の表８及び表９に示された強化材、表１０及び
表１１に示されたマトリックス金属、金属繊維及び金属
粉末を用意し、これらを用いてそれぞれ実施例１及び２
の場合と同様の要領（成形体に対する予熱なし）にて複
合材料を製造し、各複合材料について実施例１及び２の
場合と同一の要領にて複合状態の良否を評価した。尚金
属繊維及び金属粉末は表１に示されたものと同一であり
、強化材に対する金属繊維又は金属粉末の重量比は０％
、５０％、１００％、１５０％、２００％、２５０％、
３００％に設定された。これらの評価の結果を下記の表
１０及び表１１に示す。

表１０及び表１１より、良好な複合化を達成するために
は、強化材、金属繊維及び金属粉末の種類やマトリック
ス金属の組成に拘らず、強化材に対する金属繊維又は金
属粉末の重量比は、マトリックス金属がアルミニウム合
金である場合には１５０％以上、特に２００％以上であ
ることが好ましく、マトリックス金属がマグネシウム合
金である場合には１３０％以上、特に１８０％以上であ
ることが好ましいことが解る。

実施例４上述の実施例１に於て良好な複合化が達成された強化材
と金属繊維又は金属粉末との組合せ（表２〜４に於て複
合化状態が全て◎又は０である組合せ）よりなり、強化
材の体積率及び強化材に対する金属繊維又は金属粉末の
重量比が実施例１の■及び■と同一の混合物にて、第４
図に示されている如く外径４０ｍｍ、内径３０ａｖ、長
さ５０ｍ膠の円筒形の圧縮成形体２４を形成した。尚第
４図に於て、２６及び２８はそれぞれ強化材及び金属繊
維を示している。またマトリックス金属として実施例１
に於て使用されたマトリックス金属と同一の７１Ｉ類の
アルミニウム合金の溶湯を用意した。

次いで各成形体を実施例１の場合と同一の温度に予熱し
、しかる後第５図に示されている如く、各成形体２４の
上端をピンセット状のホールダ３０にて保持し、各成形
体の下端を溶湯容器３２内に貯容された７００℃のアル
ミニウム合金の溶湯３４に接触させた。するとアルミニ
ウム合金の溶湯が各成形体の下端よりその上端まで３〜
１０秒の内に成形体全体に浸透した。溶湯が成形体全体
に完全に浸透した後、第６図に示されている如くその成
形体を溶湯より引き離し、そのままの状態で溶湯を凝固
させた。この場合溶出はそれが凝固するまで表面張力に
より成形体に付着した状態を維持し、実質的に成形体よ
り滴り落ちることはなかった。

次いでかくして製造された複合材料製の円筒体の寸法を
測定したところ、外径、内径、長さはそれぞれ３９〜４
１ｒＡＩ１１１２８〜３０Ｉｌ■、４８〜５０■であり
、各円筒体は元の成形体と実質的に同一の形状及び寸法
を有していることが認められた。

また各円筒体を切断してその複合状態を調査したところ
、何れの円筒体に於ても表面までマトリックス金属とし
てのアルミニウム合金が過不足なく良好に充填している
ことが確認された。

実施例５上述の実施例２に於て良好な複合化が達成された強化材
と金属繊維又は金属粉末との組合せ（表５〜７に於て複
合化状態が全て◎又は０である組合せ）よりなり、強化
材の体積率及び強化材に対する金属繊維又は金属粉末の
重量比が実施例２の■及び■と同一の混合物にて、外径
８０ＩＩ１１１内径７０ｉ＋ｎ＋、長さ４０ｍｍの円筒
形の圧縮成形体を形成した。またマトリックス金属とし
て実施例２に於て使用されたマトリックス金属と同一の
３種類のマグネシウム合金の溶湯を用意した。

次いで各成形体を実施例２の場合と同一の温度に予熱し
、しかる後実施例４の場合と同一の要領にて、各成形体
の下端を溶湯容器内に貯容された７００℃のマグネシウ
ム合金の溶湯に接触させた。

するとマグネシウム合金の溶湯が各成形体の下端よりそ
の上端まで３〜８秒の内に成形体全体に浸透した。溶湯
が成形体全体に完全に浸透した後その成形体を溶湯より
引き離し、そのままの状態で溶湯を凝固させた。この実
施例の場合にも溶湯はそれが凝固するまで表面張力によ
り成形体に付着した状態を維持し、実質的に成形体より
滴り落ちることはなかった。

次いでかくして製造された複合材料製の円筒体の寸法を
測定したところ、外径、内径、長さはそれぞれ７９．５
〜８０．５ｍｍ、６９〜７０ｍｍ、３９〜４０Ｉ１ｍで
あり、各円筒体は元の成形体の寸法と実質的に同一の形
状及び寸法を有していることが認められた。また各円筒
体を切断してその複合状態を調査したところ、何れの円
筒体に於ても表面までマトリックス金属としてのマグネ
ジ、ラム合金が過不足なく良好に充填していることが確
認された。

以上の説明より、本発明によれば、マトリックス金属の
溶湯を加圧しなくてもマトリックス金属が個々の強化材
の間に良好に充填された複合材料を従来の方法に比して
能率良く低廉に製造することができ、また鋳型等を用い
なくても所定の形状及び寸法の複合材料製の鋳物を非常
に能率良く低廉に高い歩留まりにて製造することができ
ることが理解されよう。

尚上述の実施例１．２．４に於ては、成形体が予熱され
ているが、これらの実施例に於て成形体が予熱されない
場合にも良好な複合化を達成し得ることが確認されてい
る。

以上に於ては本発明を幾つかの実施例について詳細に説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。

表１繊維又は粉末　径（μｍ）　長さ（ｍ耐　　　　メーカ
ーＮｌ繊維　　　　　２０　　　　１　　　東京製綱■
ステンレス鋼繊維１２２０　　　　　１　　　　　１ｌ
ＴＩ繊維　　　　　２０　　　　１　　　　　〃Ｃｕ−
Ｚｎ繊維２）　　６０　　　　　３　　　　アイシン精
機■Ａｌ−Ｍｇ繊維”６０　　　　　３　　　　　　”
Ｚｎ繊維　　　　　９０　　　　３　　　　　〃Ｓｎ繊
維　　　　　９０　　　　３　　　　　〃Ｗ粉末　　　
　　１．０　　　　　−　　　日本新金属■Ｍｏ粉末　
　　　　　５　　　　−　　　　　〃”ｒａ粉末　　　
　　１０　　　　　　　　　高純度化学■Ｎｂ粉末　　
　　　　３　　　　−　　　　　／／■粉末　　　　　
　　５　　　　　　＋　　　　　　／／Ｚｒ粉末　　　
　　７４　　　　−　　　　　〃Ｃｏ粉末　　　　２〜
３−／１Ｍｎ粉末　　　　２〜３　　　　−　　　　　〃Ｓ１粉
末　　　　　４３　　　　−　　　　　〃Ｃ「粉末　　
　　２〜３　　　　−　　　　　／／Ａｇ粉末　　　　
　７５　　　　−　　　　　〃Ｍｇ粉末　　　　　７５
　　　　−　　　福田金属■ｐｂ粉末　　　　　７５　
　　　−　　　　　〃注：１）ＪＩＳ規格５Ｕ８４３０２）Ｃｕ　−４０％Ｚｎ５）ＡＩ　　−５％Ｍｇ夕ｘｘｘｘｘｘｘｘ＜］（ｌｘ３００００◎○◎○◎◎０２００００◎○◎○◎◎Ｏ咲５００００◎Ｏ◎○◎◎Ｏ＝葛占○ｏｏｏｏｏ◎○◎◎○ 余あＯ○◎Ｏ◎○◎◎◎◎◎ ８００◎○◎○◎◎◎◎◎ 口○○◎○◎○◎◎◎◎◎ 〒○○○○◎○◎○◎◎Ｏ＝（ト）ｇＯＯ◎○◎◎◎◎◎◎◎ 靴、：ｘｘｘｘｘｘ（ｌく（１＜ｌｘ症ｘｘｘｘｘｘ＜ｌｘ＜］〈ｘ＝００００◎○◎○◎◎○ ン○○Ｏ○◎○◎Ｏ◎◎Ｏ米芽○○○ＯｏＯ◎○◎◎Ｏ卵画占ｏｏｏｏｏｏ◎○◎◎Ｏ爛あ○○◎○◎◎◎◎◎◎◎ ε○○◎◎◎◎◎◎◎◎◎ 口Ｏ○◎◎◎◎◎◎◎◎◎ 惰　　　兵○Ｏ◎○◎◎◎◎◎◎◎ 起ｘｘｘｘｘｘく（１＜ｌ（１＜］ｇｘｘｘｘｘｘ〈くくくｘ；Ｏ○○○◎Ｏ◎◎◎◎◎ ：％’ＯＯＯ○◎Ｏ◎◎◎◎◎ 朕Ｉ○○ＯＯ◎○◎◎◎◎◎ ＝藁占ｏｏｏｏｏｏ◎◎◎◎◎ 爛羽ＯＯ◎◎◎◎◎◎◎◎◎ ８◎０◎◎◎◎◎◎◎◎◎ ＝◎Ｏ◎◎◎◎◎◎◎◎◎ 務　　　謂◎○◎Ｏ◎◎◎◎◎◎◎ ；ば　　−−ＰＭ−一一 ε〈ｘ＜ｌｘ＜ｌｘ彩＜ＩＸ＜ＩＸくＸ！ｉ　〈Ｘ　＜ｌ　ｘ　（ｌ　ｘ＝〈ｘくｘ〈ｘ米５羽＜ＩＸ＜ＩＸくＸ藁４！Ａｅ◎◎◎◎◎◎ ３◎◎◎◎◎◎ 占◎◎◎◎◎◎ ’；：　＜］　＜］　＜１　＜］　＜］　＜］い　　〒
＜＋＜］＜］＜］＜＋＜］り纒漬　；−８ＨａくＸ＜ＩＸ〈Ｘ夕＜ＩＸくＸ＜］ＩＸ＜ｘくｘ〈ｘ諧　◎　◎　◎　◎　◎　◎ 占　◎　◎　◎　◎　◎　◎ ；＜〈＜り＜＜蔦＜］＜Ｉ＜Ｉ＜Ｉ＜Ｉ＜１Ｕ）；　　　　　　　　切 τ　　− ８＜　＜］　＜］　＜＜り公＜＜＜クククＭ　＜　＜］　＜＜ｌ　＜ｌ　＜３Ａ　＜　＜Ｉ　＜　＜３　＜Ｉ　＜１咲 ’ｉＡ　’；：；　＜Ｊ　＜ｌ　＜１　り＜ｌ　＜１惠＜８ｉ１　ｅ◎◎◎◎◎◎ 溜◎◎◎◎◎◎ 占◎◎◎◎◎◎ ；　＜Ｉ　＜］　＜１　＜ｌ　＜＜Ｊ８　◎　◎　◎　◎　◎　◎　◎　◎　◎　◎　◎　◎
′ｔ！、＝　　◎　◎　◎　◎　◎　◎　◎　◎　◎　
◎　◎　◎因：＜ＩＸＸ〈＜］〈＜Ｉｘくｘｘｘ口×××××××××××× ：　◎　◎　◎　◎　◎　◎　◎ 看テザ：クク＜○〈〈り頬：く〈Ｘ〈＜ＸＸ口×××××××

【図面の簡単な説明】

第１図は強化材と金属繊維とよりなる圧縮成形体を示す
斜視図、第２図は第１図に示された圧縮成形体を用いて
本発明の方法に従って複合材料が製造される態様を示す
解重、第３図は第２図に示された方法により製造された
複合材料を示す斜視図、第４図は強化材と金属繊維とよ
りなる円筒形の圧縮成形体を示す斜視図、第５図は圧縮
成形体の下端がアルミニウム合金の溶湯に浸漬された状
態を示す解重、第６図は圧縮成形体がアルミニウム合金
の溶湯より引上げられた状態を示す解重である。１０・・・圧縮成形体、１２・・・強化材、１４・・・
金属繊維、１６・・・鋳型、１８・・・アルミニウム合
金の溶湯、２０・・・複合材料、２４・・・圧縮成形体
、２６・・・強化材、２８・・・金属繊維、３０・・・
ホールダ、３２・・・溶湯容器、３４・・・アルミニウ
ム合金の溶湯時　許　出　願　人　　トヨタ自動車株式
会社代　　　理　　　人　　　　　　弁理士　　明　　
石　　昌　　毅第１図１４・・金属繊維第２図第３図第４図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）短繊維、ウィスカ、粒子、及びこれらの混合物よ
りなる群より選択された強化材と、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、
Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓ
ｎ、Ｔｉ、及びそれらの何れかを主成分とする合金より
なる群より選択された金属の微細片とを含む成形体を形
成し、前記成形体の少くとも一部をマトリックス金属と
してのＡｌ又はＡｌ合金の溶湯に接触させ、前記溶湯を
実質的に加圧することなく前記成形体中に浸透させる金
属基複合材料の製造方法。
（２）短繊維、ウィスカ、粒子、及びこれらの混合物よ
りなる群より選択された強化材と、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｇ、
Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、及びそれらの何れかを主成分
とする合金よりなる群より選択された金属の微細片とを
含む成形体を形成し、前記成形体の少くとも一部をマト
リックス金属としてのＭｇ又はＭｇ合金の溶湯に接触さ
せ、前記溶湯を実質的に加圧することなく前記成形体中
に浸透させる金属基複合材料の製造方法。