JPH0378178B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、高圧鋳造法によつて繊維強化金属
複合材料（FRM）を製造する方法に関する。

従来の技術 FRMを製造する方法はいろいろあるが、その
ひとつに高圧鋳造法がある。この方法は、金型に
補強繊維の集合体を入れておき、その金型にマト
リクスとなる金属の溶湯を注ぎ込み、プランジヤ
ーで加圧して上記集合体に含浸し、凝固させた
後、脱型するものである。

ところで、そのような高圧鋳造法において、脱
型、すなわち得られたFRMを金型から取り出す
ことは、なかなか難しい。割り金型を使用すれば
容易であるように思えるけれども、割り金型で
は、含浸時に高圧で加圧される溶湯が金型の合せ
面から噴き出してしまう。そこで、金型のキヤビ
テイの、集合体が入れられる部分に、一般に抜き
勾配と呼ばれるテーパーを付けることが提案され
ている。ところが、このテーパーは、溶湯の加圧
時にプランジヤーを下降させる必要から、キヤビ
テイの上端まで付けるわけにいかず、上部は一様
な大きさのままにしておく必要があるので、テー
パーを有しないものにくらべれば容易に脱型でき
るとはいえ、なお十分であるとはいえない。

一方、実開昭60−126267号公報には、一様なテ
ーパーのキヤビテイをもつ一体物の外型と、その
外型のキヤビテイに嵌合する分割自在な内型とを
使用し、FRMを、外型からそのテーパーを利用
して内型ごと取り出した後、内型を分割し、内型
とFRMとを分離する、すなわち脱型する方法が
提案されている。この方法は、一見、大変よさそ
うに思えるが、特に長いFRMを得るように場合
にはなかなか難しい問題がある。

すなわち、長いFRMを得る場合には、当然、
長い金型を使用しなければならないが、長いテー
パー部分をもつ金型の製作は大変難しい。また、
長くなればなるほど外型と内型との接触面積が増
大し、内型を取り出しにくくなるが、それに抗し
て内型を取り出しやすくしようとすれば、テーパ
ーの角度を大きくしなければならず、金型が大変
大きくなつて、製作コストの上昇はもちろん、重
量が増大して取り扱いにくくなつたり、加熱に膨
大なエネルギーが必要になるなど、いろいろな問
題がでてくる。

発明が解決しようとする問題点 この発明は、従来の方法の上記問題点を解決す
るもので、その目的とするところは、脱型が極め
て容易なFRMの製造方法を提供するにある。

問題点を解決するための手段 上記目的を達成するために、この発明において
は、補強繊維の集合体を金型に入れ、その金型に
マトリクスとなる金属の溶湯を注ぎ込み、その溶
湯を加圧して前記集合体に含浸し、凝固させて複
合金属材料を得るに際し、溶湯を注ぎ込むのに先
立つて、集合体と金型との間に、複合時の温度で
は焼結されない粉体もしくは粒体材料を介在させ
ておき、得られた複合金属材料を、前記粉体もし
くは粒体材料を排出することによつて金型から取
り出すことを特徴とする繊維強化金属複合材料の
製造方法が提供される。

この発明において使用する補強繊維は、FRM
において、通常、使用されている、たとえば炭素
繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、アルミナーシ
リカ繊維、炭化ケイ素繊維などの高強度、高弾性
繊維である。形態は、マルチフイラメント、短繊
維、ウイスカー、マツト、織物など、いずれであ
つてもよい。

また、集合体は、上記のような補強繊維を束
ね、あるいは巻いたりしたもので、必要に応じ
て、カーボン、シリカ、アルミナなどの、いわゆ
る結着剤を含浸して補強繊維の集合形態がくずれ
ないようにしておく。

マトリクスとなる金属は、これもまた、FRM
のマトリクス金属として、通常、使用されてい
る、たとえばアルミニウム、マグネシウム、錫、
鉛、亜鉛などの単体金属や、そのような単体金属
の少なくとも１種を主成分とする合金である。

補強繊維の集合体と金型との間に介在させる粉
体もしくは粒体材料は、マトリクスとなる金属の
溶湯を集合体に含浸させる際の温度、すなわち複
合時の温度では焼結されないものである必要があ
る。そのような、いわゆる非焼結性材料は、たと
えは、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、ムラ
イト、窒化ケイ素、炭化ケイ素などのセラミツク
ス材料や、黒鉛などの炭素材料や、山砂などであ
るのが好ましいが、タングステン、モリブデン、
鉄、銅、シリコン、ニツケル、チタンもしくはこ
れらの合金などの金属材料の使用も可能である。

これらの非焼結性材料は、粉体でも粒体でもよ
く、また大きさに特に制限はないが、補強繊維の
集合体と金型との間への介在のさせやすさなどを
考慮すると、径が３mm以下であるのが好ましい。
また、金属材料を使用する場合には、金属材料は
細かいほど焼結しやすいという性質があるので、
0.5mm以上の径をもつものを使用するのが好まし
い。

このような非焼結性材料を補強繊維の集合体と
金型との間に介在させるときには、溶湯がそれら
の間に浸透しないよう、集合体を、マトリクスと
なる金属よりも融点が高い、たとえば、チタン、
ステンレス鋼、ニツケル、鉄、アルミニウムなど
の金属の管に入れるか、それら金属の箔ですし巻
状に巻いておく。

この発明を図面に基いてさらに詳細に説明する
に、図面は、この発明の方法によつてFRMを製
造している様子を示すもので、補強繊維の集合体
２が、金属管４に入れられ、金型１内に配置され
ている。金型１と金属管４との間には、非焼結性
の粉体もしくは粒体材料３が充填されている。

さて、FRMの製造は、金属管４内に、マトリ
クスとなる金属の溶湯５を注ぎ込み、プランジヤ
ー６で加圧して集合体２に含浸し、凝固させるこ
とによつて行う。溶湯５が凝固した後、すなわち
FRMが得られた後は、非焼結性の粉体もしくは
粒体材料３を排出し、FRMを金属管４ごとに金
型１から取り出す。しかる後、金属管４を切削す
るか、剥離して除去すれば、FRMを取り出せる。
粉体もしくは粒体材料３の排出は、金型１と台７
とを分離し、金型１にハンマー等で軽い衝撃を与
えることで容易に行える。衝撃により、一応塊状
になつていた粉体もしくは流体材料が、くずれる
からである。

実施例 東レ株式会社製炭素繊維“トレカ”M40（単系
径：6μｍ、単系数：6000本）を長さ300mmに切断
し、さらに直径が15mmになるように束ねてなる集
合体を、図面に示したように、肉肉厚が１mmの鉄
管の下部に入れた。

次に、鉄管に入れた集合体を、図面に示す金型
に入れ、金型と鉄管との間に径が0.7mmのアルミ
ナ粒体を充填し、さらに金型を550℃に予熱した
後、鉄管の中にアルミニウムとケイ素の合金
（JIS AC4C）の溶湯（温度：750℃）を注ぎ込
み、プランジヤーで500Kg／cm²の圧力を加えて集
合体に含浸した。

溶湯が凝固した後、金型と台とを分離し、ハン
マーで金型を軽く叩いてアルミナを排出し、
FRMを鉄管ごと取り出した後、鉄管を切削、除
去してFRMを取り出した。

発明の効果 この発明は、金型への溶湯の注入に先立つて、
集合体と金型との間に、複合時の温度では焼結さ
れない粉体もしくは粒体材料を介在させておき、
得られたFRMを、その粉体もしくは粒体材料を
排出することによつて取り出すものであるから、
脱型が極めて容易になり、長いFRMでも簡単に
得られるようになる。しかも、金型をコンパクト
にでき、加熱に要するエネルギーも少なくてす
む。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明の方法を実施している様子を
示す概略縦断面図である。 １：金型、２：補強繊維の集合体、３：粉体も
しくは粒体材料、４：金属管、５：マトリクスと
なる金属の溶湯、６：プランジヤー、７：台。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 補強繊維の集合体を金型に入れ、その金型に
   マトリクスとなる金属の溶湯を注ぎ込み、その溶
   湯を加圧して前記集合体に含浸し、凝固させて複
   合金属材料を得るに際し、溶湯を注ぎ込むのに先
   立つて、集合体と金型との間に、複合時の温度で
   は焼結されない粉体もしくは粒体材料を介在させ
   ておき、得られた複合金属材料を、前記粉体もし
   くは粒体材料を排出することによつて金型から取
   り出すことを特徴とする繊維強化金属複合材料の
   製造方法。