JPH0259167A - 金属マトリックス複合材料の遠心鋳造方法 - 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】 本発明は成型品を鋳造する方法に関する。特に会 本発明は、金属マトリックス複酸材料の遠心鋳造に関す
る。このためには、溶融純金属または合金を鋳型に導入
し、この鋳型をその底部方向への遠心加速５Ｅ（ｃｅｎ
ｔｒｉｆｕｓｒｖｌ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ）にさ
らす。

鋳型内には予め分散充填材（ｄｉｓｐｅｒｓｅｃｌ　ｆ
ｉｌｌｅｒ）を入れておく、この充填材は、複合材料を
製造するために一般的に使用される任意の充填材、即ち
引張り強さ、曲げ強さ、弾性、吸音性または耐摩耗性と
いっな特性を強化できるものである。

かかる方法は、Ｊ、Ｓｕｇｉｓｌ＋ｉｔａら著のＷＥＡ
Ｒ８１（１９８２）　、２０９〜２２０頁から公知であ
る。この方法で使用される充填材はグラファイトであり
、その目的はアルミニウムの耐摩耗性を向上することで
ある。

少量のグラファイトグラニユール（直径４ｘｌＯ−”ｎ
）を管状の鋳型内に置いてから、大量の溶融アルミニウ
ムを鋳型内に導入し、鋳型を回転させる。前記文献に記
述されている実験は、グラファイト粒子が成型品の外側
にのみ見られる円筒形鋳造物を得るように設計されてお
り、中心部は充填材を含まず、著者はこれを充填材の「
一部分数」と称している。高加速度作用下で流入する溶
融アルミニウムがグラファイト粒子を遠くへ押しやり、
グラファイト粒子は壁に沿って言わば加速度の方向とは
反対の方向に「上って」いく（第１３図ａ〜ｄの１ｃ参
照）。

本発明の目的は、充填材が金属マトリックス全体にでき
るだけ均一に分散した成型品を製造することである。こ
れは、鋳型に純金属または合金を充填する際に充填材が
できるだけ動かないようにすることで達成される。従っ
て本発明は、鋳型をその底部方向への遠心加速度にさら
し、溶融純金属または合金を、溶融体（ｍｅｌｔ）を加
える前に分散充填剤を入れておいた前記鋳型内に導入す
ることによって成型品を鋳造する方法であって、前記充
填材が溶融体を加える間動かないように保持することを
特徴とする方法に関する。

純金属または合金が流入する間充填材の移動を防止する
最も単純な方法は、充填材を、例えば予備圧縮、振動圧
縮、または結き材と一緒に焼結することによって、注入
の間、充填材が鋳型の壁の間に把持され適所に維持され
るような充填密度で鋳型内に入れることである。

更に、充填材をカバープレートの下に保持することによ
って充填形状を維持することができる。

カバープレートの密度は溶融金属の密度よりも大きいこ
とが好ましい。そうすると充填材として、溶融金属の密
度よりも高いものも低いものも容易に使用することが可
能となる。カバープレートが充填材の上に静止している
と、遠心処理の間にカバープレートに加えられる高加速
度によって、充填材で満たされたスペースの方向にカバ
ープレートが充填材を大きな力でプレスする。このプレ
ス効果は勿論カバープレートの質量が大きいほど高くな
る。カバープレートの質量を変えることによって充填材
の密度を変えることができる。また、カバープレートは
鋳型内に設けられた支持体上に静止させることもできる
。その場きは圧縮されることなく充填材の移動が防止さ
れる。

カバープレートは、鋳型の壁に対して密着して装着する
必要はない。壁とカバープレートとの間の幾分かのすき
間によって溶融金属が鋳型内に導入すれ得る。更に、カ
バープレートが容−易に移動しうるため及び充填材中に
存在する空気のガス抜きのためにも幾分かのすき間が望
ましい。他方で、充填材の縁もうまく圧縮される必要が
あるので、過剰なすき間は望ましくない。

壁とカバープレートとの間の間隙を通して溶融体が加え
られる以外に、カバープレートに１つ以上の開口あるい
はカバープレートの周囲に１つ以上の渭を設けてもよい
。充填材の粒子の形状及び寸法に従って、充填材が逃げ
出さないように、カバープレートと充填材との間に細か
い網目構造体を取り付けることが有利である。すき間が
非常に小さい場合には、カバープレートに遠心加速作用
下で溶融体が型内に流入できる少なくとも１つのチャン
ネルを備える。

充填材は任意の適当な形態、例えばグラニュール、粉末
、フレーク、粒状、ステープルファイバ、連続フィラメ
ント、織布もしくは不織布またはプレフォームの形態で
使用することができる。

良好な充填材は炭化ケイ素、酸化ケイ素、酸化アルミニ
ウム及び炭素である。

本発明の方法は原則として全ての純金属または合金に適
用することができる。特にこの方法は亜鉛、アルミニウ
ム、及びこれらの金属の合金、例えば＾１／Ｈｇ、Δ１
／Ｓｉ及びＺｎ／＾１／Ｍｇを鋳造するのに使用される
。

本発明の鋳造方法においては、例えば少なくとも１０１
００ｙ（９，８１ｍ／ｓ２）、好ましくは４００〜１５
００３の高い遠心加速度を使用する。これは、充填材粒
子間の全ての空隙に充分に浸透するために、また同時に
全ての空気を追い出すために望ましい。粒径ｌｐｍ未溝
の充填材に対しては、浸透が完全となるためには少なく
とも１５００ｇの遠心加速度を使用することが望ましい
。鋳型内の充填材の充填密度は、冷却後に得られる複合
材料における充填材の体積分率に著しい影響を及ぼす、
充填の程度は通常７０容量％以上であり、粒子の形状に
影響される。

鋳造における注入後の冷却及び固化の際に生じる収縮に
よる空隙は、非断熱性で、更には高い熱伝導性を有する
プレートからなる底部を有し且つ他の壁が断熱性である
鋳型を使用することによって防止し得る。これによって
方向性をもった固化（ｄｉｒｅｅｔｉｏｎａｌ　５ｏｌ
ｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）が生じ、溶融体を更に供給す
ることが常に可能となる。この断熱材料としてはセラミ
ック材料を用いることができる。

溶融金属の時期尚早な固化を防止するために、鋳型を予
熱しておくことが好ましい。

使用した鋳型を第１図に模式的に示す。鋳型（２）はグ
ラファイトの中実ブロックを掘削して製造されており、
ＳｉＣ粒子（５）（８−３２ｐｍ、　ｓ、ｇ、　３．２
１ｙ／ａｍ’）で一部満たされている。粒子上には鉛直
方向チャンネルを有するモリブデンのカバープレート（
３）（ｓ、ｇ、　１０．２１１／ｃｍ’）が置かれてお
り、カバープレートの底部にはメツシュサイズ４５　Ｈ
＋ｎのステンレススチール細目網（４）が取り付けられ
ている。ＳｉＣ粒子とカバープレートとが入った鋳型を
空気循環オーブン内で５５０℃に加熱し、次いで５００
℃の液体亜鉛＜ｓ、ｇ、　７．１４ｉ？／ｃ＋ｎ’）を
溶融炉からカバープレート上方のスペース（１）に注入
した。内容物を含む鋳型を、遠心機（Ｈｅｒａｅｕｓ％
、Ｃｒｙｏｆｕｇｅ　８０００型）内の底部に冷却プレ
ートを備えた断熱ビーカー（６）中に置いた。

回転軸とビーカー頂部との距離を１４ｃｎ＋とし、３０
００ｒｐｍで遠心加速度の作用下に溶融体を粒子間の空
隙に押し込んだ。冷却後、得られた複合材料（２０ｘ８
０ｍｎ＋）の長平方向及び横断方向断面について光学Ｗ
４微鏡で調査すると、全ての場合において孔のない亜鉛
マトリックス中にＳｉＣ粒子が均一に分散しているのが
見られた。

１石 使用した鋳型は第１図に模式的に示したものであるが、
グラファイトブロックを掘削したものに代えて予め形成
された耐火材料を使用した。複数部分からなる鋳型を遠
心鋳造に使用することはできないので、特に非円筒形ま
たは非対称形の製品が所望の場合にはこのような耐火材
料の鋳型が使用される。型は以下のように製造された：
所望の最終形状を複数部分からなる主型につくり、 主型に低融点（約１５０℃）のき金を充填し、冷却後、
鋳造物を取り出し、一端が閉じたスチールチューブ内に
入れ、 スチールチューブに耐火材料（ノルトンセメント（Ｎｏ
ｌＬｏｎ　Ｃｅｍｅｎｔ））を充填し、約１１０℃でセ
メントを乾燥した後にチューブを約１６０℃に加熱し、
合金を流出させ、得られた型を８５０℃で焼結する。

この型にＳｉＣファイバー（ｓ、ｇ、　２．５６ｇ／ａ
ｍ’）を−部充填し、鉛直方向チャンネルを有するモリ
ブデン（ｓ、ｙ、　１０．２ｇ／Ｃｎ３）カバープレー
トを７フイバー上に置いた。

ＳｉＣファイバー及びカバープレートが入った型を空気
循環炉内で７５０℃に加熱し、次いで溶融及び脱気した
アルミニウム（ｓ、ｙ、　２．７ｇ／ａｍ’）を溶融炉
からカバープレート上に注入した。鋳型及び内容物を、
遠心機（Ｉ（ｅｒａｅｕｓ製、ＣｒｙｏｆＢｅ　８００
０型）内の底部に冷却プレートを備えた絶縁ビーカー中
に置いた。

回転軸とビーカー頂部との距離を１４ｃｍとし、３００
０ｒｐ＋ｎで遠心加速度作用下に溶融体をファイバー間
の空隙に押し込んだ。冷却後、得られた複合材料（５ｘ
１２ｘ１００ｍｍ＞と冷却し、長平方向及び横断方向断
面について光学ｍ微鏡で調査すると、全ての場合におい
て孔のないアルミニウムマトリ・ンクス中にＳｉＣファ
イバーが均一に分散しているのが観察された。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例に使用した鋳型の概略断面図である
。 ２・・・鋳型、３・・・カバープレート、４・・・細目
網、６・・・断熱ビーカー

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋳型をその底部方向への遠心加速度にさらし、溶
   融純金属または合金を、この溶融体を加える前に分散充
   填材を入れておいた前記鋳型内に導入することによって
   成型品を鋳造する方法であって、前記溶融体を加える間
   、前記充填材が動かないように保持することを特徴とす
   る鋳造方法。
2. （２）遠心処理の間、前記分散充填材を最大充填密度で
   保持するカバープレートを備えた鋳型を使用することを
   特徴とする請求項１に記載の方法。
3. （３）溶融体を加えるための１つ以上のチャンネルを有
   するカバープレートを使用することを特徴とする請求項
   ２に記載の方法。
4. （４）単数または複数の断熱性の壁と非断熱性の底部と
   を備えた鋳型を使用することを特徴とする請求項１から
   ３のいずれか一項に記載の方法。
5. （５）前記溶融純金属または溶融合金が亜鉛、アルミニ
   ウムまたはこれらの合金であることを特徴とする請求項
   １から４のいずれか一項に記載の方法。
6. （６）前記充填材が炭化ケイ素、酸化ケイ素、酸化アル
   ミニウムまたは炭素であることを特徴とする請求項１か
   ら５のいずれか一項に記載の方法。
7. （７）請求項１から６のいずれか一項に記載の方法に従
   って製造される成型品。
8. （８）請求項７に記載の成型品でその全部または一部が
   製造されている製品。