JPH0424416B2 - - Google Patents

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JPH0424416B2
JPH0424416B2 JP61026151A JP2615186A JPH0424416B2 JP H0424416 B2 JPH0424416 B2 JP H0424416B2 JP 61026151 A JP61026151 A JP 61026151A JP 2615186 A JP2615186 A JP 2615186A JP H0424416 B2 JPH0424416 B2 JP H0424416B2
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JP
Japan
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composite material
fiber
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fibers
fiber aggregate
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JP61026151A
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English (en)
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JPS62185844A (ja
Inventor
Fukuo Gomi
Mitsuyoshi Shirotani
Renichi Isomura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyoda Jidoshokki Seisakusho KK
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/002Manufacture of articles essentially made from metallic fibres
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C47/00Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/02Pretreatment of the fibres or filaments
    • C22C47/025Aligning or orienting the fibres
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy

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  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、繊維強化金属複合材料の製造方法に
関し、より詳しくいえば繊維含有率の大きな繊維
強化金属複合材料の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
従来の繊維強化金属複合材料(以下FRMとい
う)の製造方法としては所定の繊維集積体中に溶
湯金属を浸透させる方法が知られている。
又他の従来のFRMの製造方法としては、第7
図に示すように、繊維を余熱しこれを切断し該繊
維を溶湯中へ撹拌混合し、この繊維が分散された
溶湯金属12を上型10と下型11とから成る高
圧鋳造装置の底部に配置されたセラミツクフイル
タ13の上部に注入し、加圧して高圧鋳造を行う
方法が知られている(「Metallurgical
Transactions A」Vol.13A、No..2、P.93〜100
(1982年))。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記前者の従来の方法では、繊維集積体を用い
てFRMを製造する方法であるが、繊維含有率が
20〜30%が限界であつて、これよりも大きな繊維
含有率を有するFRMを製造するのは困難であつ
た。
また、上記後者の従来の方法では、上記前者の
従来の方法で製造されるFRMよりも繊維含有率
が大きくかつ繊維の多くが二次元ランダムに配向
したFRMを製造することができる。しかしこの
方法においては繊維集積体を用いる方法でなく繊
維を溶湯へ分散混合するものであり、又溶湯金属
を完全に溶融して高圧鋳造する方法である。従つ
てこの方法は、製造方法が複雑であり、ハンドリ
ングが必ずしも容易ではないし、また異なる繊維
を複層化すること等も困難である。
本発明はこの欠点を克服するものであり、繊維
含有率が大きく、そのために高強度なFRMを容
易に製造する方法を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の繊維強化金属複合材料の製造方法は、
マトリツクス金属と該マトリツクス金属中に埋設
された第1強化繊維とで構成されている複合材素
材と、第2強化繊維の繊維集積体と、を接触させ
る接触工程、 該複合材素材中の該マトリツクス金属の少なく
とも一部を溶融状態に加熱しつつ接触している該
複合材素材および該繊維集積体を加圧し、該溶融
したマトリツクス金属の一部を該複合材素材から
該繊維集積体に移行させる加熱加圧工程、 冷却して溶融した該マトリツクス金属を固化さ
せ、該第1強化繊維の該マトリツクス金属に対す
る繊維含有率が増大した繊維強化金属複合材料を
得る冷却工程、とからなることを特徴とする。
上記接触工程において用いられるマトリツクス
金属には、アルミニウム、アルミニウム合金、マ
グネシウム、マグネシウム合金、銅、および銅合
金等の金属の1つを用いることができる。該アル
ミニウム合金にはアルミニウム−珪素系、アルミ
ニウム−珪素−マグネシウム系、アルミニウム−
珪素−銅系、アルミニウム−銅−珪素−マグネシ
ウム−ニツケル系、アルミニウム−銅−珪素−マ
グネシウム系、アルミニウム−銅系等の合金が用
いられる。該マグネシウム合金にはマグネシウム
−アルミニウム系、マグネシウム−亜鉛系等の合
金が、該銅合金には銅−亜鉛−アルミニウム系、
銅−亜鉛−マンガン系等の合金が用いられる。特
にこのマトリツクス金属としては、アルミニウ
ム、アルミニウム合金が好ましい。又この使用さ
れる金属は使用されるウイスカ等の繊維と濡れ性
の良いものが好ましい。
上記第1強化繊維又は第2強化繊維は、ウイス
カ又は短繊維とするのが好ましい。又これらの繊
維の材質としては、アルミナ、アルミナ−シリ
カ、炭化珪素、窒化珪素、等の少なくとも1種で
構成することができる。即ちこれらの第1強化繊
維と第2強化繊維を構成する繊維はこれらのうち
の1つ又は2種以上とすることもできる。この繊
維は上記マトリツクス金属との濡れ性が良く、マ
トリツクス金属の一部溶融時に安定であればよ
い。尚それらのうち炭化珪素は通常用いられるマ
トリツクス金属であるアルミニウム合金等と濡れ
性が特に良いのでより好ましい。尚この第1強化
繊維と第2強化繊維は同じ種類の繊維とすること
もできるし、異なつた種類の繊維とすることもで
きる。又これらの繊維はいずれもウイスカとする
こともできるし、いずれも短繊維とすることもで
きるし、一方の繊維をウイスカ、他方の繊維を短
繊維とすることもできる。
上記繊維集積体は上記繊維を所定の形状に集積
したものであり、目的および用途により種々の形
態のものを使用できる。
上記接触工程は複合材素材と繊維集積体とを接
触する工程である。
この工程において、この両者を接触すれば足
り、この複合材素材の下面又は上面の一方の面上
に繊維集積体を配置することもできるが、該複合
材素材を該繊維集積体中に埋設したり、又は該複
合材素材の上下面の両面に2つの該繊維集積体を
接触配置してサンドイツチ構造とするのが好まし
い。
又接触工程は複合材素材と繊維集積体とを積層
することにより実施することもできる。又複合材
素材を繊維集積体中に配置する場合において複数
の複合材素材例えば第2図に示すように3つの複
合材素材3a,3b,3cを上下方向に積層する
こともできるし、又第3図に示すように2つの複
合材素材3a,3bを互いに一端部が接触するよ
うに並列に配置するものとすることができるし、
又第4図に示すように1つの複合材素材3cの薄
いものを繊維集積体中に配置し肉薄のFRMを製
造するものとすることもできる。なお複数の複合
材素材を用いる場合、含まれる第1強化繊維を
各々別種類とすることができるし、また使用する
マトリツクス金属は同一又は同系列のものが好ま
しい。
上記加熱加圧工程において加熱する温度は、上
記複合材素材中のマトリツクス金属の少なくとも
一部を溶融状態にできる程度の加熱温度で良い。
従つて必ずしもこのマトリツクス金属が完全溶融
している必要はなくその一部が溶融していてもよ
いし、又2成分以上の合金の場合においては固相
線以上の温度で加熱し固相と液相が共存してる程
度に加熱しても良い。
又この加熱加圧工程における加圧の程度は、複
合材素材を加熱する温度、使用する繊維の種類等
により最適の値が設定され、通常100〜2000Kg
f/cm2程度である。又この加熱加圧工程において
は通常、繊維集積体および複合材素材を所定温度
例えばアルミニウム又はアルミニウム合金の場合
には約700℃以上に加熱し、その後これを加圧装
置の所定の位置にセツトしその後加圧プランジヤ
ーで加圧する。
上記冷却工程は冷却して溶融したマトリツクス
金属を固化させる工程である。冷却手段は従来の
公知の手段を用いることができる。
上記により製造されるFRMは、上記第1強化
繊維のマトリツクス金属に対する体積比が増大し
たFRM部分(FRM第1部分という)を有する。
なお、このFRMのうち、第2強化繊維を含む
FRM部分(FRM第2部分という)の繊維含有率
も従来のFRMの繊維含有率より大きな値を示す。
本発明においては、このFRM第2部分を有する
状態のFRMとすることもできるし、該FRM第2
部分を切削除去することにより、複合材素材と比
べて繊維含有率が増大したFRM第1部分のみか
ら成るFRMとすることもできる。この場合は切
削容易とするために第2強化繊維はガラス繊維等
からなるものとするのが好ましい。
なお、上記第1繊維を含まないで金属のみから
成る素材と上記第2繊維の繊維集積体とを接触さ
せて後、上記の加熱加圧工程、さらに冷却工程を
実施して、主として金属のみから成るFRM第1
部分と、従来よりも繊維含有率の大きなFRM第
2部分とから構成されるFRMを製造することも
できる。なおこの場合、加熱加圧工程において素
材を構成する金属をすべて繊維集積体に移行させ
て、該繊維集積体を構成する繊維と該金属から成
るFRMを製造することもできる。
〔実施例〕
以下、実施例により本発明を説明する。
本実施例に係わる製造方法の概略説明図を第1
図に示す。
まず従来の方法によりマトリツクス金属である
アルミニウム合金(AC4C)1と該金属1中に埋
設された第1強化繊維2である炭化珪素ウイスカ
とで構成される炭化珪素ウイスカ強化複合材素材
3を製造した。尚この複合材素材3中の繊維含有
率は約18%程度である。次いでこの複合材素材3
を第2強化繊維4であるアルミナ短繊維からなる
繊維集積体5内部に配置し、該複合材素材3と該
繊維集積体5とを接触させた。
次いでこの複合材素材3および繊維集積体5を
約700℃以上に加熱し、該金属1を溶融状態とし
た。次いでこれを第1図に示すような金型6,7
(なお、6は割り型)と加圧プランジヤー8と抜
型用プランジヤー9とフレーム10とから成る溶
湯鍛造装置の金型内にセツトして、この複合材素
材3等を約750Kg/cm2下でプレスした。すると該
溶融した金属1の一部が該複合材素材3から繊維
集積体5に浸透して移行した。
この加熱加圧された複合材素材3と繊維集積体
5とを冷却して溶融した金属1を固化させて
FRMを製造した。
上記により製造されたFRMは、第5図に示す
ようにFRM第1部分の繊維含有率は約37%であ
り、その曲げ強さは約84Kgf/mm2であつた。尚こ
の値は複合素材3の繊維含有率は約18%でありそ
の曲げ強さは約55Kg/mm2、マトリツクス金属の曲
げ強さは28Kg/mm2と比べて大きな値を示した。又
本実施例によるFRM第1部分はその硬さ(HV
(5Kg))も約310となり複合材素材3の120、マト
リツクス金属の60と比べて大きな値を示した。尚
FRMのうちのFRM内部の繊維含有率は、FRM
のx、y、z軸方向の各切断断面によりその内部
分の縦、横、長さを計ることによりその値を求め
た。
尚本実施例により製造されたFRMのFRM第2
部分も、繊維含有率は約50%と従来のものと比べ
て高い値を示した。
このように本実施例においては、FRMが複合
材素材および繊維集積体を加熱加圧することによ
り製造されるので、従来と比べて繊維含有率の大
きなかつ内部と外部を構成する各繊維の種類が異
なるFRMを容易に得ることができ、又繊維集積
体で複合材素材の外周を包む状態でそれらを加熱
加圧するのでハンドリングが極めて良くなつた。
〔発明の効果〕
本発明のFRMの製造方法は、複合材素材中の
マトリツクス金属の少なくとも一部を溶融状態に
加熱しつつ接触している該複合材素材および繊維
集積体を加熱し、溶融したマトリツクス金属の一
部を該複合材素材から該繊維集積体に移行させる
加熱加圧工程を有することを特徴とする。
従つて本製造方法においては繊維含有率の大き
なFRMを容易に製造することができ、又複合材
素材と繊維集積体とを接触させた状態でこれらを
加熱加圧するのでハンドリングが良好となる。
又本製造方法を利用すれば、同種のみならず異
種の繊維から成る各繊維集積体を有するFRMも
容易に得ることができる。又本製造方法によれば
目的および用途により第1強化繊維と第2強化繊
維の繊維の種類を種々の組合わせに組合わせ、し
かも所定位置に所定の繊維から成るFRMを容易
に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本実施例に係わるFRMの製造方法の
説明断面図である。第2図は3種類の複合材素材
を上下方向に積層してなるものの外周に繊維集積
体を接触させるように配置した状態を示す断面図
である。第3図は2種類の複合材素材を並列方向
に配置しその回りに繊維集積体を接触させて配置
した状態を示す説明断面図である。第4図は薄肉
の複合材素材とその外部に接触配置された比較的
薄肉の繊維集積体を示す説明図である。第5図は
本実施例により製造されたFRM第1部分、本実
施例で用いられた複合材素材およびマトリツクス
金属の繊維含有率と曲げ強さの関係を示すグラフ
である。第6図は本実施例により製造された
FRM第1部分、本実施例で用いた複合材素材お
よびマトリツクスの、繊維含有率と硬さの関係を
示すグラフである。第7図は従来の、セラミツク
フイルタを用いた高圧鋳造方法によりFRMを製
造する状態を示す説明断面図である。 1…マトリツクス金属、2…第1強化繊維、3
…複合材素材、4…第2強化繊維、5…繊維集積
体、6,7…金型、8…加圧プランジヤー、9…
抜型用プランジヤー、10,11…高圧鋳造装置
の金型、12…繊維が分散された溶湯金属、13
…セラミツクフイルタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 マトリツクス金属と該マトリツクス金属中に
    埋設された第1強化繊維とで構成されている複合
    材素材と、第2強化繊維の繊維集積体と、を接触
    させる接触工程、 該複合材素材中の該マトリツクス金属の少なく
    とも一部を溶融状態に加熱しつつ接触している該
    複合材素材および該繊維集積体を加圧し、該溶融
    したマトリツクス金属の一部を該複合材素材から
    該繊維集積体に移行させる加熱加圧工程、 冷却して溶融した該マトリツクス金属を固化さ
    せ、該第1強化繊維の該マトリツクス金属に対す
    る繊維含有率が増大した繊維強化金属複合材料を
    得る冷却工程、とからなることを特徴とする繊維
    強化金属複合材料の製造方法。 2 接触工程は複合材素材を繊維集積体中に配置
    することにより実施する特許請求の範囲第1項記
    載の製造方法。 3 接触工程は複合材素材と繊維集積体とを積層
    することにより実施する特許請求の範囲第1項記
    載の製造方法。 4 第1強化繊維と第2強化繊維は異なつた種類
    の繊維である特許請求の範囲第1項記載の製造方
    法。
JP61026151A 1986-02-07 1986-02-07 繊維強化金属複合材料の製造方法 Granted JPS62185844A (ja)

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EP87110316A EP0299102B1 (en) 1986-02-07 1987-07-16 Process for producing fiber aggregate
DE8787110316T DE3782250T2 (de) 1986-02-07 1987-07-16 Verfahren zur herstellung von faseraggregaten.

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JPS62185844A JPS62185844A (ja) 1987-08-14
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DE3782250D1 (de) 1992-11-19
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