JPH0135060B2 - - Google Patents
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- JPH0135060B2 JPH0135060B2 JP27801185A JP27801185A JPH0135060B2 JP H0135060 B2 JPH0135060 B2 JP H0135060B2 JP 27801185 A JP27801185 A JP 27801185A JP 27801185 A JP27801185 A JP 27801185A JP H0135060 B2 JPH0135060 B2 JP H0135060B2
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Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は、金属系複合材料の製造方法に関する
ものである。とくに、本発明は、金属粉末のスラ
リーを強化繊維に含浸させ、加圧状態で加熱する
ことにより金属の焼結を行う金属系複合材料の製
造方法に関するものである。 従来技術 金属内部に強化繊維を配合した金属系複合材料
は、軽量で高い強度を有するものとして期待され
ている。従来、金属系複合材料の製造のために試
みられている方法としては、溶湯含浸法、箔冶金
法、イオンプレーテイング法およびスラリー法が
ある。溶湯含浸法は、強化繊維に金属の溶湯を含
浸させ、型の中で硬化させるものであるが、平板
や棒状の製品の製造に限られ、複雑な形状の製品
の製造には適していない。箔冶金法は、金属箔の
上に繊維を並べたものを適当な層数だけ重ねて、
加熱、加圧することにより、金属の焼結を行うも
ので、この方法も、製品の形状に制限がある。イ
オンプレーテイング法は、繊維の周りに金属を蒸
着したものを集めて加熱、加圧する方法で、製品
の形状に制約を受ける点では、先に述べた方法と
同様である。 スラリー法は、製品の形状に対する自由度が高
い点で他の方法に比し優れていると考えられる。
スラリー法は、直径10ミクロン程度の微細な金属
粉末を溶媒と混合したスラリーを、強化繊維に含
浸させたのち、所要の形状に成形して、加圧状態
のもとで加熱して、金属の焼結を行なうものであ
る。溶媒としては、普通は水が使用され、粘性調
整剤として、アルギン酸ソーダのような粘着剤が
添加される。 発明が解決しようとする問題点 従来のスラリー法では、強化繊維とその間に介
在するマトリツクス金属との均質な配合を得るこ
と、およびマトリツクス金属の完全焼結による無
欠陥状態を得ることが困難である、という問題が
ある。すなわち、強化繊維は、多数の繊維素が束
になつたトウの形態であり、この強化繊維にスラ
リーを含浸させるには、繊維のトウをスラリーに
浸漬したのち、スラリーの浴からひき上げるので
あるが、このときに、スラリーは繊維の間から滴
れ落ちて、繊維間に十分な量が残存しなくなる。
また、金属粉末の焼結は、加圧状態での加熱によ
り、接触する金属粒間に、固相状態のもとでの拡
散と一部溶融状態のもとでの結合とに基づく一体
化を生じるものであるが、溶媒として使用される
水は、金属表面に酸化を生じる傾向があり、この
酸化物は、固相状態での拡散を妨害し、しかも金
属粒同志の結合後には、マトリツクス中に不純物
として残存して機械的性質を低下させる。 本発明の目的は、スラリー法による金属系複合
材料の製造方法において、金属表面の酸化を防止
し、マトリツクス金属と強化繊維との間の均一な
配合状態を得ることである。 問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため、本発明の方法にお
いては、スラリーを、非水性溶液に、該非水性溶
液に対し可溶性の低分子粘着剤を粘性調整剤とし
て、界面活性剤を強化繊維表面への粉末金属の付
着性改良剤として、それぞれ添加することにより
形成する。そして、このスラリーを強化繊維に含
浸させるとともに、スラリーを含浸した強化繊維
を乾燥させ、その後所要の形状に成形し、次いで
加圧状態で加熱することにより金属の焼結を行
う。 作 用 本発明においては、金属粉末のスラリーを形成
するための溶媒としてアルコール類のような非水
性溶液を使用するので、金属表面の酸化を防止す
ることができる。このような非水性溶液は、粘性
が低いため金属粉末の懸濁液を形成することがで
きないが、この問題に対処するため、この非水性
溶液に可溶な低分子粘着剤たとえばエチルセルロ
ーズ、アクリル酸重合物などを適量だけ添加して
溶媒の粘性を高め、溶媒中で金属粉末の懸濁状態
を保持する。 強化繊維は、束になつているため、金属を束の
中まで浸透させることが困難であり、また一旦束
の中まで金属を浸透させることができても、束の
中心部の繊維に金属を付着させた状態に保つこと
が難しい。すなわち、繊維の束をスラリー内に浸
漬し、引き上げたとき、束内部の金属が束から絞
り出される傾向があり、内部に残存する金属の量
が少なくなる。本発明では、この問題に対処する
ため、スラリーにラウリル酸ナトリウムなどの界
面活性剤を添加する。この界面活性剤の添加によ
り、強化繊維表面への金属粉末の付着性が改善さ
れ、繊維束の内部にも金属マトリツクスが均一に
形成できるようになる。 実施例 本発明の方法は、たとえば第1図に示す工程に
より実施することができる。すなわち、エチルア
ルコールなどの溶媒と、エチルセルローズ、アク
リル酸重合物などの低分子粘着剤と、ラウリル酸
ナトリウムなどの界面活性剤とを適量づつ混合し
たのち、この混合物に粉末金属を加えて混練し、
スラリーを形成する。次いで、このスラリーに強
化繊維の束を浸漬して引き上げることにより、ス
ラリーを含浸させる。このようにしてスラリーを
含浸させた繊維束を乾燥させたのち、成形用の型
により所定の形状に成形する。その後、型により
均一な圧力を与えながら、焼結温度に加熱して金
属粉末の焼結を行い、金属系複合材料を得ること
ができる。 具体例 1 エチルアルコール1000c.c.に、エチルセルローズ
6.0gと、ラウリル酸ソーダ0.63gと、JIS規格に
よる4032Al合金粉末200gとを混合して、スラリ
ーを形成した。Al合金粉末は、平均粒度が10ミ
クロン、10ミクロン粒度以下のもの90%であつ
た。 このスラリーに太さ5ないし6ミクロンの長繊
維6000本からなる炭素繊維トウをほぐしながら浸
漬し、引き上げることによつて、繊維に金属粉末
を含浸させた。 金属粉末を含浸させた繊維を乾燥させたのち、
真空ホツトプレスにおいて、560℃、36Kg/cm2で
5分間予備成形を行つた。次いで、温度を555℃
にして、180Kg/cm2の圧力で30分間2段目の予備
成形を行つた。その後、530℃、950Kg/cm2の条件
で30分間加熱処理を行つた。 得られた金属系複合材料の断面写真を第2図に
示す。 具体例 2 エチルアルコール1000c.c.と、アクリル酸重合物
3.3gと、ラウリル酸ソーダ0.63gと、具体例1
で用いたのと同様なAl合金粉末200gとを混練し
てスラリーを形成した。このスラリーを用いて、
具体例1と同様に焼結を行つて、金属系複合材料
を得た。 比較例 水1000c.c.と、アルギン酸ソーダ7.5gと、具体
例で用いたと同じAl合金200gとによりスラリー
を形成した。その他は、具体例と同じ条件で焼結
を行つて、金属系複合材料を得た。その横断面を
第3図および第4図に示す。第3図から明らかな
ように、従来の方法によれば、強化繊維の間に金
属マトリツクスが均一に形成されていず、また第
4図に示されるように、金属マトリツクス内に黒
い筋状の未焼結部分が多数残されている。 具体例1および2の金属系複合材料と比較例の
金属系複合材料について、破断強度の試験を行つ
た。その結果を表に示す。ここで比較例はスラリ
ーの溶媒として水を使用しているので、スラリー
状態のままでも、また乾燥、焼結工程でもAl合
金粉末の酸化が急激に進行する。その結果、Al
合金粉末の表面は、融点が高く脆いAl2O3の強固
な膜に覆われ、高温高圧下で成形してもほとんど
焼結は進まない。したがつて、比較例では、スラ
リーのみから得られる焼結体の引張り強度が表に
示すように著しく低くなる。また、金属系複合材
料の強度についても比較例では本発明の実施例よ
り顕著に低い値を示す。
ものである。とくに、本発明は、金属粉末のスラ
リーを強化繊維に含浸させ、加圧状態で加熱する
ことにより金属の焼結を行う金属系複合材料の製
造方法に関するものである。 従来技術 金属内部に強化繊維を配合した金属系複合材料
は、軽量で高い強度を有するものとして期待され
ている。従来、金属系複合材料の製造のために試
みられている方法としては、溶湯含浸法、箔冶金
法、イオンプレーテイング法およびスラリー法が
ある。溶湯含浸法は、強化繊維に金属の溶湯を含
浸させ、型の中で硬化させるものであるが、平板
や棒状の製品の製造に限られ、複雑な形状の製品
の製造には適していない。箔冶金法は、金属箔の
上に繊維を並べたものを適当な層数だけ重ねて、
加熱、加圧することにより、金属の焼結を行うも
ので、この方法も、製品の形状に制限がある。イ
オンプレーテイング法は、繊維の周りに金属を蒸
着したものを集めて加熱、加圧する方法で、製品
の形状に制約を受ける点では、先に述べた方法と
同様である。 スラリー法は、製品の形状に対する自由度が高
い点で他の方法に比し優れていると考えられる。
スラリー法は、直径10ミクロン程度の微細な金属
粉末を溶媒と混合したスラリーを、強化繊維に含
浸させたのち、所要の形状に成形して、加圧状態
のもとで加熱して、金属の焼結を行なうものであ
る。溶媒としては、普通は水が使用され、粘性調
整剤として、アルギン酸ソーダのような粘着剤が
添加される。 発明が解決しようとする問題点 従来のスラリー法では、強化繊維とその間に介
在するマトリツクス金属との均質な配合を得るこ
と、およびマトリツクス金属の完全焼結による無
欠陥状態を得ることが困難である、という問題が
ある。すなわち、強化繊維は、多数の繊維素が束
になつたトウの形態であり、この強化繊維にスラ
リーを含浸させるには、繊維のトウをスラリーに
浸漬したのち、スラリーの浴からひき上げるので
あるが、このときに、スラリーは繊維の間から滴
れ落ちて、繊維間に十分な量が残存しなくなる。
また、金属粉末の焼結は、加圧状態での加熱によ
り、接触する金属粒間に、固相状態のもとでの拡
散と一部溶融状態のもとでの結合とに基づく一体
化を生じるものであるが、溶媒として使用される
水は、金属表面に酸化を生じる傾向があり、この
酸化物は、固相状態での拡散を妨害し、しかも金
属粒同志の結合後には、マトリツクス中に不純物
として残存して機械的性質を低下させる。 本発明の目的は、スラリー法による金属系複合
材料の製造方法において、金属表面の酸化を防止
し、マトリツクス金属と強化繊維との間の均一な
配合状態を得ることである。 問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため、本発明の方法にお
いては、スラリーを、非水性溶液に、該非水性溶
液に対し可溶性の低分子粘着剤を粘性調整剤とし
て、界面活性剤を強化繊維表面への粉末金属の付
着性改良剤として、それぞれ添加することにより
形成する。そして、このスラリーを強化繊維に含
浸させるとともに、スラリーを含浸した強化繊維
を乾燥させ、その後所要の形状に成形し、次いで
加圧状態で加熱することにより金属の焼結を行
う。 作 用 本発明においては、金属粉末のスラリーを形成
するための溶媒としてアルコール類のような非水
性溶液を使用するので、金属表面の酸化を防止す
ることができる。このような非水性溶液は、粘性
が低いため金属粉末の懸濁液を形成することがで
きないが、この問題に対処するため、この非水性
溶液に可溶な低分子粘着剤たとえばエチルセルロ
ーズ、アクリル酸重合物などを適量だけ添加して
溶媒の粘性を高め、溶媒中で金属粉末の懸濁状態
を保持する。 強化繊維は、束になつているため、金属を束の
中まで浸透させることが困難であり、また一旦束
の中まで金属を浸透させることができても、束の
中心部の繊維に金属を付着させた状態に保つこと
が難しい。すなわち、繊維の束をスラリー内に浸
漬し、引き上げたとき、束内部の金属が束から絞
り出される傾向があり、内部に残存する金属の量
が少なくなる。本発明では、この問題に対処する
ため、スラリーにラウリル酸ナトリウムなどの界
面活性剤を添加する。この界面活性剤の添加によ
り、強化繊維表面への金属粉末の付着性が改善さ
れ、繊維束の内部にも金属マトリツクスが均一に
形成できるようになる。 実施例 本発明の方法は、たとえば第1図に示す工程に
より実施することができる。すなわち、エチルア
ルコールなどの溶媒と、エチルセルローズ、アク
リル酸重合物などの低分子粘着剤と、ラウリル酸
ナトリウムなどの界面活性剤とを適量づつ混合し
たのち、この混合物に粉末金属を加えて混練し、
スラリーを形成する。次いで、このスラリーに強
化繊維の束を浸漬して引き上げることにより、ス
ラリーを含浸させる。このようにしてスラリーを
含浸させた繊維束を乾燥させたのち、成形用の型
により所定の形状に成形する。その後、型により
均一な圧力を与えながら、焼結温度に加熱して金
属粉末の焼結を行い、金属系複合材料を得ること
ができる。 具体例 1 エチルアルコール1000c.c.に、エチルセルローズ
6.0gと、ラウリル酸ソーダ0.63gと、JIS規格に
よる4032Al合金粉末200gとを混合して、スラリ
ーを形成した。Al合金粉末は、平均粒度が10ミ
クロン、10ミクロン粒度以下のもの90%であつ
た。 このスラリーに太さ5ないし6ミクロンの長繊
維6000本からなる炭素繊維トウをほぐしながら浸
漬し、引き上げることによつて、繊維に金属粉末
を含浸させた。 金属粉末を含浸させた繊維を乾燥させたのち、
真空ホツトプレスにおいて、560℃、36Kg/cm2で
5分間予備成形を行つた。次いで、温度を555℃
にして、180Kg/cm2の圧力で30分間2段目の予備
成形を行つた。その後、530℃、950Kg/cm2の条件
で30分間加熱処理を行つた。 得られた金属系複合材料の断面写真を第2図に
示す。 具体例 2 エチルアルコール1000c.c.と、アクリル酸重合物
3.3gと、ラウリル酸ソーダ0.63gと、具体例1
で用いたのと同様なAl合金粉末200gとを混練し
てスラリーを形成した。このスラリーを用いて、
具体例1と同様に焼結を行つて、金属系複合材料
を得た。 比較例 水1000c.c.と、アルギン酸ソーダ7.5gと、具体
例で用いたと同じAl合金200gとによりスラリー
を形成した。その他は、具体例と同じ条件で焼結
を行つて、金属系複合材料を得た。その横断面を
第3図および第4図に示す。第3図から明らかな
ように、従来の方法によれば、強化繊維の間に金
属マトリツクスが均一に形成されていず、また第
4図に示されるように、金属マトリツクス内に黒
い筋状の未焼結部分が多数残されている。 具体例1および2の金属系複合材料と比較例の
金属系複合材料について、破断強度の試験を行つ
た。その結果を表に示す。ここで比較例はスラリ
ーの溶媒として水を使用しているので、スラリー
状態のままでも、また乾燥、焼結工程でもAl合
金粉末の酸化が急激に進行する。その結果、Al
合金粉末の表面は、融点が高く脆いAl2O3の強固
な膜に覆われ、高温高圧下で成形してもほとんど
焼結は進まない。したがつて、比較例では、スラ
リーのみから得られる焼結体の引張り強度が表に
示すように著しく低くなる。また、金属系複合材
料の強度についても比較例では本発明の実施例よ
り顕著に低い値を示す。
【表】
効 果
以上述べたように、本発明においては、金属粉
末のスラリーを形成するのに非水性溶液を使用す
るので、金属粉末に酸化を生じることがなく、ま
たスラリーには低分子粘着剤を添加することで、
スラリーの粘性を適性に保ち、金属粉末の懸濁状
態を維持することができる。さらに、スラリーに
は界面活性剤を添加してあるので、繊維束の内部
まで金属を十分に浸透させることができる。その
結果として、強化繊維と金属マトリツクスとの間
の均一な配合が得られ、機械的性質のすぐれた金
属系複合材料を製造することが可能になる。
末のスラリーを形成するのに非水性溶液を使用す
るので、金属粉末に酸化を生じることがなく、ま
たスラリーには低分子粘着剤を添加することで、
スラリーの粘性を適性に保ち、金属粉末の懸濁状
態を維持することができる。さらに、スラリーに
は界面活性剤を添加してあるので、繊維束の内部
まで金属を十分に浸透させることができる。その
結果として、強化繊維と金属マトリツクスとの間
の均一な配合が得られ、機械的性質のすぐれた金
属系複合材料を製造することが可能になる。
第1図は、本発明の金属系複合材料の製造方法
の一例を示す工程図、第2図は、本発明により製
造された金属系複合材料の一例を示す横断面顕微
鏡写真、第3図および第4図は、従来の方法によ
り製造された金属系複合材料の一例を示す顕微鏡
写真である。
の一例を示す工程図、第2図は、本発明により製
造された金属系複合材料の一例を示す横断面顕微
鏡写真、第3図および第4図は、従来の方法によ
り製造された金属系複合材料の一例を示す顕微鏡
写真である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 非水性溶液に、該非水性溶液に対し可溶性の
底分子粘着剤を粘性調整剤として、界面活性剤を
強化繊維表面への粉末金属の付着性改良剤として
それぞれ添加したスラリーを準備し、前記スラリ
ーを強化繊維に含浸させたのち、スラリーを含浸
した強化繊維を乾燥させ、その後所要の形状に成
形し、次いで加圧状態で加熱することにより金属
の焼結を行うことからなる金属系複合材料の製造
方法。 2 前記第1項の方法において、前記非水性溶液
は、エチルアルコールなどのアルコール系溶液で
ある金属系複合材料の製造方法。 3 前記第1項または第2項の方法において、前
記粘性調整剤はエチルセルロースである金属系複
合材料の製造方法。 4 前記第1項または第2項の方法において、前
記粘性調整剤はアクリル酸重合物である金属系複
合材料の製造方法。 5 前記第1項ないし第4項のいずれかにおいて
前記界面活性剤はラウリル硫酸ソーダである金属
系複合材料の製造方法。 6 前記第1項ないし第5項のいずれかにおいて
前記強化繊維は炭素繊維である金属系複合材料の
製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27801185A JPS62139837A (ja) | 1985-12-12 | 1985-12-12 | 金属系複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27801185A JPS62139837A (ja) | 1985-12-12 | 1985-12-12 | 金属系複合材料の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62139837A JPS62139837A (ja) | 1987-06-23 |
JPH0135060B2 true JPH0135060B2 (ja) | 1989-07-24 |
Family
ID=17591392
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27801185A Granted JPS62139837A (ja) | 1985-12-12 | 1985-12-12 | 金属系複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPS62139837A (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100944704B1 (ko) | 2007-12-29 | 2010-02-26 | 주식회사 한울화이바 | 탄소섬유강화 탄소복합재료용 카본 토우의 제조방법 |
-
1985
- 1985-12-12 JP JP27801185A patent/JPS62139837A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS62139837A (ja) | 1987-06-23 |
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