JPH03275268A - 繊維強化金属薄板の製造方法 - 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、繊維強化金属薄板複合材料の製造方法に係り
、詳しくは、溶湯鍛造法に関する。

［従来の技術］ 強度、弾性、熱特性に優れる繊維強化金属複合材料は宇
宙、航空機、自動車、電子分野などの材料として期待さ
れている。そして、航空機、電子材料などに見られるよ
うに、その利用される形態としては１０ｍｍ以下の薄板
の状態での使用が多い。

繊維強化金属複合材料の薄板（以後、薄板ＦＲＭといい
、薄板とは板厚１０ｍｍ以下と定義する）を作製する方
法として、−殻内には、繊維とマトリックス金属のシー
トを多層に重ね、高温でプレスしマトリックスの拡散接
合を利用して複合化するホットプレス法が知られている
。

一方、製造コスト、量産面で優位な製法として溶湯鍛造
法がある。溶湯鍛造法を用い、がっ製品切り出しなどの
後加工を必要としない、生産性を向上させた方法として
、製品（複合材料部）に不要な溶湯をキャビティー外に
排出する方法が特開昭６１−１３０４４号公報に示され
である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながらホラＩ・プレス法においては製造コスト、
量産性の問題より、一般産業における利用− − は難しい。また、溶湯鍛造法で薄板ＦＲＭを作製する場
合、キャビティーの厚みが薄くなるため溶融金属の冷却
が早く、繊維間に溶融金属を含浸出来ない。したがって
必要以上にキャビティーの厚みを設け、含浸、凝固後、
製品部のみを切り出して供するといった非生産的な手法
を用いているのが現実である。またこれを改善した前記
特開昭６１−１３０４４号公報に示された方法は、キャ
ビティーが複合材料部のみであった場合、最終凝固部も
複合材料部内となるため、製品内に溶融金属の凝固収縮
によるひけ欠陥が発生ずる可能性が大きく、目的とする
薄板ＦＲＭの安定な製造は望めないのが現状である。

［課題を解決するための手段１ そこで、本発明者等はかかる課題を解決すべく鋭意検討
した結果、生産性の高い溶湯鍛造法で繊維強化金属薄板
を製造するに際し、繊維予備成形体に含浸しきれなっか
った余剰の溶融金属を可動加圧プランジャーにて加圧し
なから含浸・成形処理することにより欠陥のない薄板状
の繊維強化金属− 材が得られることを見い出し本発明に到達した。

すなわち、本発明の目的は、簡便な手法により薄板状の
繊維強化金属材を製造する方法を提供することにある。

そして、その目的は、繊維予備成形体が配置された金型
内に、溶融金属を注湯後、該繊維予備成形体の中に溶融
金属を加圧含浸する繊維強化金属薄板の製造方法におい
て、前記金型には押し湯部を設け、該押し湯部は加圧プ
ランジャーにて押し湯容積が可変とされ、かつ前記溶融
金属の加圧時に前記繊維予備成形体に含浸しきれなかっ
た余剰の溶融金属を罰記押し湯部に押しやり、該押し湯
部を前記加圧プランジャーにて加圧することを特徴とす
る繊維強化金属薄板の製造方法により容易に達成される
。

以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。

第１図において、１はプレスラムで、図示されていない
油圧シリンダによる上下可動の構造を持ち、２はこのプ
レスラムにボルトなどで固定した上金型である。３は、
図示されていない油圧シリンダ− により左右に可動するプレスラムであり、可動下金型４
が取り付けである。６は、固定金型であり通常はダイベ
ース８にボルトなどで固定されている。

５は、図示されていない複動プレスラムの外側のラムに
直結した治具であり、固定下金型６のサポート、および
加圧プランジャー７のガイドになっている。また、加圧
プランジャー７は内部に水冷機構を持ち、図示されてい
ない複動プレスラムの内側のラムに直結され、押し湯部
のキャビティー形成と、溶湯加圧および製品取り出し時
の押し出し機構の役割を持つ。なお、各場所の溶湯に作
用する圧力設定は、下金型の型締圧力≧上金型の加圧力
〉加圧プランジャーの圧力とし、加圧プランジャー７の
圧力設定値が溶湯含浸圧力となる。なお、上金型２、下
金型４．６は図示されていないがカートリッジヒーター
等の加熱装置および冷却水路等を内蔵した構造となって
いる。

上記構成の装置を用いた本発明の具体的方法を詳細に述
べる。

本発明において強化繊維として用いる繊維は炭素繊維、
炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、窒化ケイ素等が上げら
れ、長繊維であっても短繊維であってもかまわない。

これらの繊維部の中より選択した繊維を用い、目的とす
る繊維体積率、繊維配向、形状になるような繊維予備成
形体を予め作成する。この成型方法は、重力や他の圧力
を使っても良く、また、必要に応じ無機や有機のバイン
ダーを使用してもかまわない。そして、この繊維予備成
形体を別に設置しである加熱炉で予熱するが、その温度
は繊維様、繊維体積率、７トリツクス、含浸条件等によ
り異なるが、３００〜７０００Ｃの範囲が良い。

次に、ヒーター、やガスバーナー等を用い加熱した可動
下金型４を、同様に加熱した固定下金型６に合わせ所定
の圧力で型締めをする。型締圧力は加圧プランジャー７
の圧力すなわち溶湯含浸圧力によって決まるが、溶湯含
浸圧力の、２〜、５倍程が良い。金型温度は上金型２を
含め２００〜４００°Ｃが良く、特に押し湯側となる固
定下金型６は、他の上金型２や可動下金型４と比べ５０
〜１００°Ｃ程高めにし一一 ６− ておくことが望ましい。次いで、加圧プランジャー７の
先端を固定下金型の内面と同一面まで前進させ溶湯含浸
圧力となる圧力を設定する。その圧力は繊維種、繊維体
積率、マトリックス等により異なるが、一般には５００
−１５００　Ｋｇ　／　ｃｍ２が良い、また、加圧プラ
ンジャー７の外径すなわち押し湯キャビティーの内径は
、押し湯効果を発揮するために、製品肉厚の５〜８０倍
とすることが望ましい（第１図）。

次に、予熱された繊維予備成形体９を下金型４゜６と加
圧プランジャー７で形成されたキャビチー内に設置し、
予め溶解しであるマトリックスとなる金属１１を取り鍋
１０によってキャビティー内に注ぎ込む（第２図）。マ
トリックスとなる溶融金属としては、アルミニウムおよ
びアルミニウム合金、マ良く、また、押し湯キャビティ
ーを形成する加圧プランジャーが可変出来るため、注湯
量の厳密な制御は必要としない。

一 次いで、上金型２を下降さぜながら、加圧プランジャー
７の設定圧力により、２〜、５倍程度の圧力で溶湯を押
し、繊維予備成形体９の中に溶湯を含浸させながら、同
時に製品形状に不要な溶湯で７の加圧プランジャーを押
しやりつつ、製品部９′、湯道部１２、押し湯部１３を
形成し、型締めを終了する（第３図）。以後、凝固は加
圧プランジャー７の設定圧力が加わった状態で、肉厚が
薄く金型温度の低い製品部９より始まり、凝固収縮分の
溶湯を押し湯部より補給しながら、引は巣の無い健全な
状態で凝固を終了、後に押し湯部が凝固する。なお、押
し湯と加圧プランジャーの数は一個に限定されるもので
はなく、製品に欠陥が残る場合その近傍に追加すること
が出来る。

凝固が完了後、加圧プランジャー７を後退限まで戻し、
上金型２を上昇、かつ、可動下金型４を後退させる。そ
の後、加圧プランジャー７の先端を固定下金型の内面と
同一面まで前進させ鋳造体（第５図）を取り出す（第４
図）。

以後、鋳造体をプレス等の簡単な加工方法で製− 乙部と押し湯部に別け、目的とする健全な薄板ＦＲＭが
得られる。

［発明の効果］ 以上説明した本発明によれば、引は巣や繊維予備成形体
内への溶湯未含浸等の欠陥が無く、しかも、生産性に富
んだ比較的簡単な装置で低コストで健全な薄板ＦＲＭを
得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明方法の製造工程を示す断面図、
第５図はそれによって得られた鋳造体の例を示す。 １・・・プレスラム、 ２　・上金型、 ３・・・プレスラム、 ４・・・可動下金型、 ５・・治具、 ６・・・固定下金型、 ７・・・加圧プランジャー ８　・・ダイベース、 ９・　繊維予備成形体、 ９　・・・ １０・・・ １１　・・ １２　・・・ １３　・・ 製品部、 取り鍋、 溶融金属、 湯道、 押し湯部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）繊維予備成形体が配置された金型内に、溶融金属
   を注湯後、該繊維予備成形体の中に溶融金属を加圧含浸
   する繊維強化金属薄板の製造方法において、前記金型に
   は押し湯部を設け、該押し湯部は加圧プランジャーにて
   押し湯容積が可変とされ、かつ前記溶融金属の加圧時に
   前記繊維予備成形体に含浸しきれなかった余剰の溶融金
   属を前記押し湯部に押しやり、該押し湯部を前記加圧プ
   ランジャーにて加圧することを特徴とする繊維強化金属
   薄板の製造方法。