JPH01279721A - 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、更に詳細にはセラミック繊
維の如き金属以外の無機質の繊維等を強化材とし、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、■コンポキャスティング法、■
溶湯鍛造法、■半溶融加工法、■ＨＩ　Ｐ法等があるこ
とが知られている。

特に強化繊維が不連続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短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善するための種
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か必須で
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　Ｍａｔｅｒｉａｌ
ｓ　５ｃ１ｅｎｃｅ　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浸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に於ける上
述の如き問題に鑑み、種々の実験的研究を行った結果、
金属以外の無機質の強化材の成形体中に金属及び金属フ
ッ化物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装置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、金属以外の無機質
の強化材と、金属の微細片と、金属フッ化物の微細片と
を含む成形体を形成し、前記成形体の少くとも一部をＡ
Ｉ、Ｍｇ、Ａｌ合金、及びＭｇ合金よりなる群より選択
されたマトリックス金属の溶湯に接触させ、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、及び金属にて被覆された金属
以外の無機質の強化材と、金属フッ化物の微細片とを含
む成形体を形成し、前記成形体の少くとも一部をＡＩ、
Ｍｇ５Ａｌ合金、及びＭｇ合金よりなる群より選択され
たマトリックス金属の溶湯に接触させ、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、金属以外の無機質の強化材と金
属と金属フッ化物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。溶湯は金属を伝って成形体中へ浸透
する。金属フッ化物はマトリックス金属の溶湯及び金属
の酸化膜を除去して強化材に対する溶湯の濡れを改善す
る。またマトリックス金属の溶湯及び金属は互いに反応
することによって発熱し、その熱によって溶湯及び強化
材が加熱され、これにより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大
川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
と金属と金属フッ化物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
の溶〆員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（低置に製造することができる。

本発明の一つの詳細な特徴によれば、金属は短繊維、ウ
ィスカ、粉末の如き微細片として使用され、従って強化
材と金属の微細片と金属フッ化物微細片とを混合するこ
とにより、或いは強化材の表面に金属の微細片及び金属
フッ化物の微細片を付着することにより、これらよりな
る成形体が形成される。

本発明の他の一つの詳細な特徴によれば、金属は強化材
の表面に被覆される。従ってこの場合には金属にて被覆
された強化材と金属フッ化物とを混合することにより、
或いは金属にて被覆された強化材の表面に金属フッ化物
を付着させることにより、これらよりなる成形体が形成
される。

本発明の他の一つの詳細な特徴によれば、強化材の表面
に金属が被覆され、その被覆層中に金属フッ化物の微細
片が分散され、かかる複合被覆層を有する強化材を用い
て成形体が形成される。

本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、成形
体中に金属及び金属フッ化物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、強化材に対する金属の重量比が
２％以上であり、強化材に対する金属フッ化物の微細片
の重量比が０．０３％以上、特に０，０５％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、成形体中の金属の量は強化材に対する重量比
で見て２％以上に設定され、成形体中の金属フッ化物の
微細片の量は強化材に対する重量比で見て０．０３％以
上、好ましくは０．０５％以上に設定される。

また本発明の方法に於ては、金属フッ化物は任意の金属
元素のフッ化物であってよいが、例えばに２　ＺｒＦ６
　、Ｋ２　ＴｉＦ６　、ＫＡｌＦ４　、Ｋ３Ａ　ＩＦ６
　、Ｋ２　ＡｌＦ３　　・Ｈ２０ｓ　Ｃ８ＡＩＦ４、Ｃ
ｓ　Ａ　Ｉ　Ｆ　５　　・Ｉ（２０の如く、アルカリ金
属、アルカリ土類金属、希土類金属の如き電気的に正の
元素と結合したＴｉ５ＺｒＳＨｆＳＶ、Ｎｂ、Ｔａの如
き遷移金属又はＡＩを含むフッ化物であることが好まし
い。従って本発明の他の一つの詳細な特徴によれば、金
属フッ化物は電気的に正の金属元素と結合した遷移金属
又はＡＩを含むフッ化物である。

また本発明の方法に於ては、金属は任意の金属であって
よいが、特にＮ　ｉ　ｓ　Ｆ　ｅ　ｓ　Ｃｏ　ｓ　Ｃｒ
　５Ｍｎ５Ｃｕｓ　Ａｇ５Ｓ　ｉ、Ｍｇ５Ａｌ、Ｚｎ、
Ｓｎ、Ｐｂ５Ｔ　１ＳＮｂ、又はこれらを主成分とする
合金であることが好ましい。従って本発明の他の一つの
詳細な特徴によれば、金属はＮｉ５Ｆｅ。

Ｃ０１Ｃ「、Ｍｎ、Ｃｕ％Ａｇ、Ｓ　ｉ、Ｍｇ、Ａｌ％
　Ｚｎｓ　Ｓｎ、Ｐｂｓ　Ｔｉ、Ｎｂ、及びこれらを主
成分とする合金よりなる群より選択された金属細片であ
る。

また本発明の方法に於ては、強化材の形態は任意の形態
のものであってよいが、本発明の方法は強化材が長繊維
の場合よりも短繊維、ウィスカ、粒子、又はそれらの混
合物である場合に特に有用である。従って本発明の更に
他の一つの詳細な特徴によれば、強化材は短ｍ維、ウィ
スカ、粒子、及びそれらの混合物よりなる群より選択さ
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、金属、及び金属フッ化物の微細片の
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、金属、及び金属フッ化物の微細
片の合計の体積率は５〜８０％、好ましくは６〜８０％
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金属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、金属の全が多くなればなる程強化材の体
積率が相対的に低下し、またそ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
の金属の体積率は８０％以下、好ましくは７５％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装置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
、マトリックス金属の溶湯に対する強化材及び金属の濡
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ことが好
ましい。また本発明に於ける金属フッ化物の微細片の形
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。

また本願出願人により本願と同日付にて出願された特願
昭６３−　　　　　号明細書には金属よりなる強化材の
成形体に金属フッ化物の微細片を混入する複合材料の製
造方法が、また特願昭６３−　　　　　号明細書には強
化材の成形体に金属の微細片を混入する複合材料の製造
方法が開示されている。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

実施例１ 平均粒径２０μｎのＴｉＣ粉末（０，３ｇ）と、平均繊
維径３０μｍ、平均繊維長１．５ｍ１ｍのＮ１繊維（２
ｇ）と、平均粒径２０μ階のに２ＺｒＦ６粉末（０，０
０３ｇ）とを混合し、その混合物を金型を用いて約１２
０　ｋｇ／　ｃＩ１１２の圧力にて加圧することにより
、第１図に示されている如く、１ＯＸ３０Ｘ５＋ａｍの
寸法を有する成形体１０を形成した。尚この成形体のＴ
ｉＣ粉末１２及びＮ１繊維１４の体積率はそれぞれ約５
％、約１５％であり、ＴｉＣ粉末に対するに２ＺｒＦ６
粉末１６の重量比は約０．１％であり、これらは実質的
に互いに均一に混合された状態にあった。

次いで第２図に示されている如く、各成形体を予熱する
ことなくその下端より約１／３の部分を７５０℃の純Ａ
】の溶湯１８中に約１０秒間浸漬し、しかる後成形体を
溶湯より取出し、そのままの状態で溶湯を凝固させた。

この場合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。

溶湯が完全に凝固し冷却した後、かくして得られた凝固
体の寸法を測定したところ、この凝固体は元の成形体と
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。またこの凝固体を切断し、その断面を研磨して光
学顕微鏡にて観察したところ、成形体の溶湯に浸漬され
なかった部分を含む成形体全体にＡＩが過不足なく良好
に浸透しており、Ｎｉ繊維及び１１０粒子とＡＩとの密
着状態も良好である複合材料が形成されていることが確
認されｔ二。

また比較の目的で、Ｋ２ＺｒＦ６粉末が含まれていなか
った点を除きこの実施例に於て形成された成形体と同様
の成形体を形成し、その成形体を用いてこの実施例の場
合と同様の要領にて複合材料の製造を試みた。しかしそ
の成形体中には殆どＡＩの溶湯が浸透せず、実質的に複
合材料を製造することはできなかった。

実施例２ 平均長さ２■にチョッピングされた平均繊維径１０μ■
の炭素繊維（東し株式会社製［トレカＭ４０Ｊ）（０，
１４ｇ）と、平均繊維径２０μｍ、平均繊維長１■のＣ
ｒ繊維（２，１ｇ）と、平均粒径２０μ■のＫＡ　Ｉ　
Ｆ４粉末（０，３ｇ）とを湿式混合し、その混合物を金
型を用いて約１２０ｋｇ／ｃｍ２の圧力にて加圧するこ
とにより、１０×３０Ｘ５ｍ１ｍの寸法を有する成形体
を形成した。尚この成形体の炭素繊維及びＣｒ繊維の体
積率はそれぞれ約５％、約２０％であり、炭素繊維に対
するＫＡ　Ｉ　Ｆ４粉末の重量比は約１１％であり、こ
れらは実質的に互いに均一に混合された状態にあった。

次いで成形体を予熱することなくその下端より約１／３
の部分を７５０℃のアルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ
２Ａ）の溶湯中に約１０秒間浸漬し、しかる後成形体を
溶湯より取出し、そのままの状態で溶湯を凝固させた。

この場合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。

溶湯が完全に凝固し冷却した後、かくして得られた凝固
体の寸法を測定したところ、この凝固体は元の成形体と
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。またこの凝固体を切断し、その断面を研磨して光
学顕微鏡にて観察したところ、成形体の溶湯に浸漬され
なかった部分を含む成形体全体にアルミニウム合金が過
不足なく良好に浸透しており、炭素繊維及びＣｒ繊維と
アルミニウム合金との密着状態も良好である複合材料が
形成されていることが確認された。

また比較の目的で、ＫＡ　Ｉ　Ｆ、粉末が含まれていな
かった点を除きこの実施例に於て形成された成形体と同
様の成形体を形成し、その成形体を用いてこの実施例の
場合と同様の要領にて複合材料の製造を試みた。しかし
その成形体中には殆どアルミニウム合金の溶湯が浸透せ
ず、実質的に複合材料を製造することはできなかった。

実施例３ 平均繊維径１μ１１平均繊維長１５０μｍの炭化ケイ素
ウィスカ（８５ｇ）と、平均粒径４０μｍのＮ　ｉ　−
Ｃｒ粉末（１１５ｇ）と、平均粒径２０μ■のに２Ｔｉ
Ｆ６粉末（２，５ｇ）とを混合し、その混合物を金型を
用いて約１２０　ｋｇ／　ｃｏ＋２の圧力にて加圧する
ことにより、第４図に示されている如く、直径９０１１
％長さ４０ｍｍの寸法を有する円柱状の成形体２０を形
成した。尚この成形体の炭化ケイ素ウィスカ２２及びＮ
　ｉ−Ｃｒ粉末２４の体積率はそれぞれ約１０％、約１
０％であり、炭化ケイ素ウィスカに対するに２ＴｉＦ６
粉末２６の重量比は約３％であり、これらは実質的に互
いに均一に混合された状態にあった。

次いで成形体を約２００℃に予熱し、しかる後その成形
体を約７４０℃のアルミニウム合金（ＪＩｓ規格ＡＣ８
Ａ）の溶湯２８中に約１５秒間浸漬し、しかる後成形体
を溶湯より取出し、そのままの状態で溶湯を凝固させた
。この場合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。

溶湯が完全に凝固し冷却した後、かくして得られた凝固
体の寸法を測定したところ、この凝固体は元の成形体と
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。またこの凝固体を切断し、その断面を研磨して光
学顕微鏡にて観察したところ、成形体全体にアルミニウ
ム合金が過不足なく良好に浸透しており、炭化ケイ素ウ
ィスカ及びＮｉ−Ｃｒ粉末とアルミニウム合金との密着
状態も良好である複合材料が形成されていることが確認
された。

また比較の目的で、Ｋ２ＴｉＦ６粉末が含まれていなか
った点を除きこの実施例に於て形成された成形体と同様
の成形体を形成し、その成形体を用いてこの実施例の場
合と同様の要領にて複合材料の製造を試みた。しかしそ
の成形体中には殆どアルミニウム合金の溶湯が浸透せず
、実質的に複合材料を製造することはできなかった。

実施例４ 厚さ０．１μ膿にてＢ、Ｃが蒸着された平均繊維径３μ
腸、平均繊維長ＩＩＩｍのアルミナ繊維（０゜２５ｇ）
と、平均粒径４０μ履の純ＡＩ粉末（２゜７ｇ）と、平
均粒径３０μ曙のに２ＺｒＦ６粉末（０，０７５ｇ）と
を混合し、その混合物を金型を用いて約１００　ｋｇ／
　ａｍ”の圧力にて加圧することにより、１０１０Ｘ３
０Ｘ５の寸法を有する成形体を形成した。尚この成形体
のアルミナ繊維及び純ＡＩ粉末の体積率はそれぞれ約５
％、約２０％であり、アルミナ繊維に対するに２ＺｒＦ
６粉末の重量比は約３０９６であり、これらは実質的に
互いに均一に混合された状態にあった。

次いで成形体を予熱することなく約７８０℃の純Ｍｇの
溶湯中に約５秒間浸漬し、しかる後成形体を溶湯より取
出し、そのままの状態で溶湯を凝固させた。この場合溶
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。

溶湯が完全に凝固し冷却した後、かくして得られた凝固
体の寸法を測定したところ、この凝固体は元の成形体と
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。またこの凝固体を切断し、その断面を研磨して光
学顕微鏡にて観察したところ、成形体全体にＭｇが過不
足なく良好に浸透しており、アルミナ繊維とＭｇとの密
着状態も良好である複合材料が形成されていることが確
認された。

また比較の目的で、Ｋ２ＺｒＦ６粉末が含まれていなか
った点を除きこの実施例に於て形成された成形体と同様
の成形体を形成し、その成形体を用いてこの実施例の場
合と同様の要領にて複合材料の製造を試みた。しかしそ
の成形体中には殆どＭｇ溶湯が浸透せず、実質的に複合
材料を製造することはできなかった。

実施例５ 平均繊維径０．５μ値、平均繊維長１００μａの炭化ケ
イ素ウィスカ（４ｇ）と、平均粒径４゜μｍの純Ｔｉ粉
末（５，４ｇ）と、平均粒径３゜μ腸のに２ＴｉＦ６粉
末（０，６ｇ）とを混合し、その混合物を水中に分散さ
せ、該分散液に対し真空成形を行なって、水分をある程
度除去し、更に圧縮成形を行なってその成形体を自然乾
燥させることにより、２０Ｘ１０Ｘ３０■の寸法を有す
る成形体を形成した。尚この成形体の炭化ケイ素ウィス
カ及び純Ｔｉ粉末の体積率はそれぞれ約２０％、約２０
％であり、炭化ケイ素ウィスカに対するに２ＴｉＦ６粉
末の重量比は約】５％であり、これらは実質的に互いに
均一に混合された状態にあった。

次いで成形体を予熱することなく約６５０℃のアルミニ
ウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ４Ｃ）の溶湯中に約１０秒間
浸漬し、しかる後成形体を溶湯より取出し、そのままの
状態で溶湯を凝固させた。

この場合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。

溶湯が完全に凝固し冷却した後、かくして得られた凝固
体の寸法を測定したところ、この凝固体は元の成形体と
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。またこの凝固体を切断し、その断面を研磨して光
学顕微鏡にて観察したところ、成形体全体にアルミニウ
ム合金が過不足なく良好に浸透しており、炭化ケイ素ウ
ィスカとアルミニウム合金との密着状態も良好である複
合材料が形成されていることが確認された。

また比較の目的で、Ｋ２ＴｉＦ６粉末が含まれていなか
った点を除きこの実施例に於て形成された成形体と同様
の成形体を形成し、その成形体を用いてこの実施例の場
合と同様の要領にて複合材料の製造を試みた。しかしそ
の成形体中には殆どアルミニウム合金の溶湯が浸透せず
、実質的に複合材料を製造することはできなかった。

実施例６ 平均繊維径１μｍ、平均繊維長１００μｍの炭化ケイ素
ウィスカ（２１ｇ）と、平均繊維径１５μｍ、平均繊維
長１ａ＋Ｉｍ（７）ステンレスｔｐｌ　（Ｊ　Ｉ　Ｓ規
格５ＵＳ４３０）繊維（４０ｇ）と、ＫＡｌＦ４粉末（
５ｇ）とを水に攪拌混合し、その混合物を吸引成形して
乾燥することにより、８０ｘ８０Ｘ１０ｏ＋ｍの寸法を
有し、炭化ケイ素ウィスカとステンレス鋼繊維とＫＡ　
Ｉ　Ｆ４粉末とよりなる成形体を形成した。尚この成形
体の炭化ケイ素ウィスカ及びステンレス鋼繊維の体積率
はそれぞれ約１０％、約８％であり、炭化ケイ素ウィス
カに対するＫＡ　Ｉ　Ｆ４粉末の重量比は約２４％であ
り、これらは実質的に互いに均一に混合された状態にあ
った。

次いで成形体を約３００℃に予熱し、しかる後その成形
体を金型の底に属人によって固定し、金型内に約７００
℃のアルミニｌツム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ４Ｃ）の溶湯
を注湯し、しかる後溶湯を加圧することなく凝固させた
。

溶湯が完全に凝固し冷却した後、かくして得られた凝固
体より元の成形体に対応する部分を切出し、それを切断
してその断面を研磨し光学顕微鏡にて観察したところ、
成形体全体にアルミニウム合金が過不足なく良好に浸透
しており、炭化ケイ素ウィスカ及びステンレス鋼繊維と
アルミニウム合金との密着状態も良好である複合材料が
形成されていることが確認された。

また比較の目的で、ＫＡ　Ｉ　Ｆ４粉末が含まれていな
かった点を除きこの実施例に於て形成された成形体と同
様の成形体を形成し、その成形体を用いてこの実施例の
場合と同様の要領にて複合材料の製造を試みた。しかし
その成形体中には殆どアルミニウム合金の溶湯が浸透せ
ず、実質的に複合材料を製造することはできなかった。

実施例７ 平均セルサイズ０．　５ｍｌｌ１．気孔率９６％のＮｉ
−Ｃｒ発泡体を機械加工することにより、第５図に示さ
れている如く、外径９０ｍｎ＋、内径７０ｆｆｌ１１、
高さ２０■のリング３０を形成した。次いで第６図に示
されている如く、平均粒径３０μｍのＷＣ粒子が分散さ
れた約９０℃のに２ＺｒＦ６水溶液３２　（１３ｇ／１
００ｃｃ）中にリング３０を浸漬し、その溶液を攪拌し
た後約５０℃まで冷却することにより、第７図に示され
ている如く、Ｎ１−Ｃ「発泡体３０′のセル３４中にＷ
Ｃ粒子３６を入れると共にに２ＺｒＦ６の微細片３８を
微細に再結晶させた。尚この成形体のＷＣ粒子の体積率
は、ＷＣ粒子に対するＮ　ｉ−Ｃｒ発泡体及びに２Ｚｒ
Ｆ６の微細片の重量比はそれぞれ約４６％、約２％であ
った。

次いで成形体を約１５０℃に予熱し、しかる後その成形
体を８００℃のマグネシウム合金（ＪＩＳ規格ＭＣ２）
の溶湯中に約１５秒間浸漬し、しかる後成形体を溶湯よ
り取出し、そのままの状態で溶湯を凝固させた。この場
合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。

溶湯が完全に凝固し冷却した後、かくして得られた凝固
体の寸法を測定したところ、この凝固体は元の成形体と
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。またこの凝固体を切断し、その断面を研磨して光
学顕微鏡にて観察したところ、成形体全体にマグネシウ
ム合金が過不足なく良好に浸透しており、ＷＣ粒子及び
Ｎｉ−Ｃｒ発泡体とマグネシウム合金との密着状態も良
好である複合材料が形成されていることが確認された。

また比較の目的で、Ｋ２ＺｒＦ６粉末が含まれていなか
った点を除きこの実施例に於て形成された成形体と同様
の成形体を形成し、その成形体を用いてこの実施例の場
合と同様の要領にて複合材料の製造を試みた。しかしそ
の成形体中には殆どマグネシウム合金の溶湯が浸透せず
、実質的に複合材料を製造することはできなかった。

実施例８ 厚さ約０，１μｍにてＮｉが蒸着された平均繊維径１μ
ｍ、平均繊維長１５０μｓのＳｉ３Ｎ４ウィスカ（３，
５ｇ）とに２ＺｒＦ４粉末（０゜４ｇ）とを混合し、そ
の混合物を金型を用いて約１５０　ｋｇ／　ｃｊの圧力
にて加圧することにより、外径８５■、内径７０ｓ＋ｍ
、高さ４■のリング上の成形体を形成した。尚この成形
体の５ｉ３Ｎａウイスカの体積率はそれぞれ約１５％で
あり、Ｓｉ３Ｎ４ウィスカに対するに２ＺｒＦ４粉末の
重量比は約１１％であり、ウィスカとに２ＺｒＦ６粉末
とは実質的に互いに均一に混合された状態にあった。

次いで成形体を２００℃に予熱し、しかる後第８図に示
されている如くピストンを鋳造するための金型４２のト
ップリング溝部に対応する位置に成形体４０を配置し、
金型内に約７３０℃のアルミニウム合金（ＪＩＳ規格Ａ
Ｃ８Ａ）の溶湯を注湯し、該溶湯を実質的に加圧するこ
となく凝固させ、これにより第９図に示されている如き
ピストン粗材４４を形成した。

次いでかくして形成されたピストン粗材を切断し、その
断面を研磨して光学顕微鏡にて観察した所、元の成形体
に対応する部分全体にアルミニウム合金が良好に浸透し
ており、またかくして成形された複合材料の部分と他の
アルミニウム合金のみの部分との界面には空隙やアルミ
ニウム合金の溶湯の酸化被膜の残存の如き欠陥は全く認
められなかった。

実施例９ 先ず厚さ２μｍにてＡＩが溶射された平均繊維径１０μ
瓜の炭素繊維（東し株式会社製「トレカＭ４０Ｊ）のス
トランド（フィラメント数３０００本）よりなる平織り
のストラップ（幅１００　ｍｍ）を用意し、またＣ　ｓ
　Ａ　Ｉ　Ｆ　４粉末を水に添加することによりＣｓ　
Ａ　Ｉ　Ｆ　４が懸濁されたスラリーを形成した。

次いで第１０図に示されている如く、ストランド４６を
スラリー４８中に連続的に通すことにより、各炭素繊維
の間にＣｓ　Ａ　Ｉ　Ｆ　４の微粒を付着させ、しかる
後そのストラップを連続的に乾燥炉５０に通し、これに
よりストラップを約８０℃に加熱して水分を除去し、更
にストラップを予熱炉５２に通すことにより約１５０℃
に予熱した。更に第１１図に示されている如く、ストラ
ップを約７６０℃の純ＡＩの溶湯５４中に連続的に通し
、これにより個々の炭素繊維の間にＡＩの溶湯を浸透さ
せ、しかる後溶湯を凝固させることにより、炭素繊維に
て複合強化されたＡｌよりなる連続的な板状の複合材料
５６を製造した。

次いでかくして製造された複合材料を切断し、その断面
を研摩して光学顕微鏡にて観察したところ、個々の炭素
繊維の間にＡｌが良好に浸透していることが認められた
。尚この複合材料の炭素繊維の体積率は約３５％であっ
た。

また比較の目的で、Ｃ２ＡＩＦＡ粉末が含まれていなか
った点を除きこの実施例に於て形成されたストラップと
同様のストラップを形成し、そのストラップを用いてこ
の実施例の場合と同様の要領にて複合材料の製造を試み
た。しかしその成形体中には殆どＡＩの溶湯が浸透せず
、実質的に複合材料を製造することはできなかった。

実施例１０ 厚さ約０．２μ■にてＴｉＢが蒸着された平均繊維径２
０μｌのＹＢａＣｕ３０７連続繊維の繊維束（フィラメ
ント数１００本）を用意した。次いで平均粒径１０μｍ
のに２ＴｉＦ６粉末が懸濁された水よりなるスラリーに
超音波振動を加えつつそのスラリー中に繊維束を連続的
に通し、個々の繊維の間にに２ＴｉＦ６粉末を付着させ
た。次いでかくしてに２ＴｉＦ５粉末が付着された繊維
束を嵌装炉に通すことによって約５０℃に加熱し、これ
により水分を完全に除去し、更に予熱炉に通すことによ
って約８０℃に予熱した。尚かくして処理された繊維束
のＹＢａＣｕ３０７繊維の体積率は４０％であり、ＹＢ
ａＣｕ３０７繊維に対するに２ＺｒＦ６粉末の重量比は
約０．６％であった。

次いで繊維束を約７６０℃の純ＡＩの溶湯中に通し、こ
れにより個々の繊維の間にＡｌ溶湯を浸透させた。更に
かくしてＡｌ溶湯が浸透された繊維束を冷却し溶湯を凝
固させた後、セラミ・ツク製のダイスに連続的に通し、
これによりその直径を均一にした。

かくして形成されたプリフォームワイヤを切断してその
断面を光学顕微鏡にて観察したところ、繊維束全体にＡ
Ｉが良好に浸透しており、繊維とＡｌとの密着状態も良
好であることが認められた。

尚このプリフォームワイヤのＹＢａＣｕ３０７繊維の体
積率は約４０％であった。

また比較の目的で、繊維の表面にＮ１がめっきされてお
らず、またに２ＺｒＦ５粉末が含まれていなかった点を
除きこの実施例に於て形成された繊維束と同様の繊維束
を形成し、その繊維束を用いてこの実施例の場合と同様
の要領にて複合材料の製造を試みた。しかしその成形体
中には殆どＡｌの溶湯が浸透せず、実質的に複合材料を
製造することはできなかった。

実施例１１ 平均□粒径１０μｍのＫＡ　Ｉ　Ｆ４粉末が懸濁された
Ｎｉめっき浴中に、平均繊維径１５μｍ、平均繊維長２
１の炭化ケイ素繊維（日本カーボン株式会社ｉｒニカロ
ン」を浸漬し、各繊維の表面に厚さ１０μｍにてＮｉを
無電解めっきした。この場合Ｎｉめっき層中には体積率
約５％にてＫＡｌＦ４粉末が分散されていた。

次いでかくしてめっきされた炭化ケイ素繊維に対し真空
成形を行うことにより２０Ｘ５０Ｘ１０■１の寸法を有
する成形体を形成した。尚この成形体のＳｉＣ繊維及び
Ｎｉの体積率はそれぞれ１０％、４０％であり、ＳｉＣ
繊維に対するＫＡ　Ｉ　Ｆ４粉末の重量比は約６％であ
った。

次いで成形体を予熱することなく純Ａｌの溶湯中に２０
秒間浸漬し、しかる後成形体を溶湯より取出し、そのま
まの状態で溶湯を凝固させた。この場合溶湯はそれが凝
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、実質的に成形体をより滴り落ちることはなかった。

溶湯が完全に凝固し冷却した後、かくして得られた凝固
体の寸法を測定したところ、この凝固体は元の成形体と
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。またこの凝固体を切断し、その断面を研磨して光
学顕微鏡にて観察してところ、成形体全体にＡｌが過不
足なく良好に浸透しており、ＳｉＣ繊維とＡＩとの密着
状態も良好である複合材料が形成されていることが確認
された。

また比較の目的で、繊維がＮｉにてめっきされておらず
、またＫＡ　Ｉ　Ｆ４粉末が含まれていなかった点を除
きこの実施例に於て形成された成形体と同様の成形体を
形成し、その成形体を用いてこの実施例の場合と同様の
要領にて複合材料の製造を試みた。しかしその成形体中
には殆どＡｌの溶湯が浸透せず、実質的に複合材料を製
造することはできなかった。

実施例１２ 平均粒径１０μ側のに２ＴｉＦ６粉末が懸濁されたＣｒ
めっき洛中に平均繊維径７μＩの炭素繊維（東し株式会
社製「トレカＭ４０Ｊ）を浸漬し、これにより炭素繊維
の表面に厚さ１０μｌにてＣｒを電解めっきした。こり
場合Ｃｒめつき層１２は体積率約３％にてに２ＴｉＦ５
粉末が分散されていた。

次いでかくして処理された炭素繊維６０００本よりなる
繊維束を形成した。尚炭素繊維に対するに２ＴｉＦ６粉
末の重量比は約１０％であった。

次いで繊維束を約７４０℃のアルミニウム合金（ＪＩＳ
規格ＡＣ４Ｃ）の溶湯中に連続的に通し、これにより個
々の炭素繊維の間にアルミニウム合金の溶湯を浸透させ
、しかる後溶湯を凝固させることにより、炭素繊維にて
複合強化されたアルミニウム合金よりなる線上の複合材
料を製造した。

次いでかくして製造された複合材料を切断し、その断面
を研磨して光学顕微鏡にて観察したところ、個々の炭素
繊維の間にアルミニウム合金が良好に浸透しており、ま
た炭素繊維とアルミニウム合金との密着状態も良好であ
ることが認められた。

尚この複合材料の炭素繊維の体積率は約４０％であった
。

また比較の目的で、繊維がＣｒにてめっきされておらず
、またに２ＴｉＦ６粉末が含まれていなかった点を除き
この実施例に於て形成された繊維束と同様の繊維束を形
成し、その繊維束を用いてこの実施例の場合と同様の要
領にて複合材料の製造を試みた。しかしその成形体中に
は殆どアルミニウム合金の溶湯が浸透せず、実質的に複
合材料を製造することはできなかった。

実施例１３ 平均繊維径７μｍの炭素繊維（東し株式会社製［トレカ
Ｍ４０Ｊ）を長さ８０１１１こ切断し、内径２０履ｆｆ
１％　外径２２ａ＋■、長さ１００ａ＋ｓのステンレス
ｍ　（Ｊ　Ｉ　Ｓ規格５ＵＳ３０４）製のケース内に体
積率が約４０％になるよう一方向に配向して充填した。

また表面に厚さ１μ曙にてＮｉが電解めっきされた点を
除き上述の炭素繊維と同一の炭素繊維を体積率が約４０
％になるようステンレス鋼製のケース内に一方向に配向
して充填した。

次いでこれらの繊維束をケース毎濃度の１０％に２Ｚｒ
Ｆ６水溶液中に浸漬し、該溶液より取出した後約１２０
℃にて十分に乾燥させ、これにより個々の繊維の間に繊
維に対する重量比で見て０゜９％の量にてに２ＺｒＦ６
を付着させた。

また上述の如く処理された炭素繊維と同一の長さ８０ｍ
ｍの炭素繊維及び厚さ１μｍにてＮｉがめっきされた長
さ８Ｃ１ｍの炭素繊維をに２ＺｒＦ６スナリー中に浸漬
し、しかる後ステンレス鋼製のケース内に充填し、これ
を１２０℃にて乾燥させることにより、炭素繊維に同様
にに２ＺｒＦ５の微粒を付着させた。

次いてかくして処理された繊維束を電気炉によりケース
毎約３５０℃に予熱し、しかる後それらの繊維束をケー
ス毎それぞれ対応する金型内に配置し、該金型内に約７
３０℃のアルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ８Ａ）の溶
湯を注湯し、該溶湯を加圧することなく凝固させた。

次いで溶湯が完全に凝固し冷却した後金型より凝固体を
取出し、各凝固体より元の繊維束に対応する部分を切出
してその断面を研磨し、それらの複合材料の複合状態を
調査した。その結果この実施例の複合材料は複合状態が
良好であり、また個々の炭素繊維の間にアルミニウム合
金が良好に浸透していることが認められた。尚この複合
材料の炭素繊維の体積率は約３５％であった。

また比較の目的で、繊維がＮｉにてめっきされておらず
、またに２ＺｒＦ６粉末が含まれていなかった点を除き
この実施例に於て形成された繊維束と同様の繊維束を形
成し、その繊維束を用いてこの実施例の場合と同様の要
領にて複合材料の製造を試みた。しかしその成形体中に
は殆どアルミニウム合金の溶湯が浸透せず、実質的に複
合材料を製造することはできなかった。

尚上述の実施例３〜６に於て、成形体をマトリックス金
属の溶湯中に実質的に下端より１／３の部分のみを浸漬
することによっても複合状態が良好な複合材料を製造す
ることができた。また成形体の予熱が行われた上述の各
実施例に於て、成形体の予熱が行われない場合にも複合
状態が良好な複合材料を製造することができた。更に上
述の実施例１〜７の比較例の成形体を用いて良好な複合
材料を製造するためには、マトリックス金属の溶湯を５
００〜１０００ｋｇ／ｃｍ’の高い圧力に加圧すること
か必要であることが認められた。

以上に於ては本発明を種々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あらかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は強化材としてのＴｉＣ粉末と、Ｎ１繊維とに２
ＺｒＦ５粉末とよりなる成形体を示す斜視図、第２図は
第１図に示された成形体がマトリックス金属の溶湯中に
部分的に浸漬された状態を示す解図、第３図は強化材と
しての炭化ケイ素ウィスカとＮｉ−Ｃｒ粉末とに２Ｔｉ
Ｆ６粉末とよりなる円柱状の成形体を示す斜視図、第４
図は第３図に示された成形体がマトリックス金属の溶湯
中に浸漬された状態を示す解図、第５図はＮｉ−Ｃｒ合
金発泡体よりなるリングを示す斜視図、第６図は第５図
に示されたリングがＷＣ粉末が懸濁されたに２ＺｒＦ６
水溶液中に浸漬された状態を示す解図、第７図はＮ　ｉ
　−Ｃｒ合金発泡体のセル中にＷＣ粉末が導入されに２
ＺｒＦ６の微細片が形成された状態を示す解図、第８図
及び第９図は本発明の方法に従ってピストン粗材を製造
する工程を示す解図、第１０図及び第１１図は強化材が
連続繊維である場合に於ける本発明の製造方法の一つの
実施例を示す工程図である。 １０・・・成形体、１２・・・ＴｉＣ粉末、１４・・・
Ｎｉ繊維、　　１６−に２　Ｚ　ｒ　Ｆ６　、　　ｌ　
８−純ＡＩの溶湯。 ２０・・・成形体、２２・・・炭化ケイ素ウィスカ、２
４−＝−Ｎ　ｉ　−Ｃｒ合金粉末、　　２６−に２　Ｔ
　ｉ　Ｆ　６粉末。 ２８・・・アルミニウム合金の溶湯、３０・・・リング
。 ３２・・・Ｋ２ＺｒＦδ水溶液、３４・・・セル、３６
・・・ＷＣ粉末、　　３８−に２　Ｚ　ｒ　Ｆ　６の微
細片、４０−・・成形体、４２・・・金型、４４・・・
ピストン粗材、４６・・・ストラップ、４８・・・Ｋ２
ＴｉＦ５　スラリー、５０・・・乾燥炉、５２・・・予
熱炉、５４・・・純ＡＩの溶湯。 ５６・・・複合材料 特　許　出　願　人　　トヨタ自動車株式会社代　　　
　　理　　　　　人　　　弁理士　　明　　石　　昌　
　毅図面の浄書 第　１　図 第　２　図 １０・・成形体 １２・・ＴＬＣ粉末 １４・・Ｎｊ粉末 ＋６　＝　Ｋ２ＺｒＦ６粉末 第３図 ２０・・成形体 ２２・・炭化ケイ素ウィスカ ２４　・・ＮＬ−Ｃｒ粉末 ２６・・Ｋ２ＴｊＦｓ粉末 ２８・・アルミニウム合金の、容湯 第　４　図 第５図 第　６　図 第　７　図 ３０’・Ｍ−Ｃｒ発泡体 ３６・・ＷＣ粒子 ３８　＝　Ｋ２ＺｒＦ６の微細片 第　８　図 第　９　図 ４０　　成形材 ４４　・・ピストン租イオ 第　１０　図 第　１１　　図 ４６・・ストランド ５４・・純ＡＬの溶、易 ５６・・複合材料 （方　式） ｌ、事件の表示　昭和６３年特許願第１０８１７３号２
、発明の名称 金属基複合飼料の製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　愛知県豊田布トヨタ町１番地名　称　　（３
２０）　　）ヨタ自動車株式会社４、代理人

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属以外の無機質の強化材と、金属の微細片と、
   金属フッ化物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Ａｌ、Ｍｇ、Ａｌ合金、及びＭｇ
   合金よりなる群より選択されたマトリックス金属の溶湯
   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. （２）金属にて被覆された金属以外の無機質の強化材と
   、金属フッ化物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Ａｌ、Ｍｇ、Ａｌ合金、及びＭ
   ｇ合金よりなる群より選択されたマトリックス金属の溶
   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。