JPH07268507A - 金属基複合材用プリフォームの製造方法 - Google Patents

金属基複合材用プリフォームの製造方法

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JPH07268507A
JPH07268507A JP6409894A JP6409894A JPH07268507A JP H07268507 A JPH07268507 A JP H07268507A JP 6409894 A JP6409894 A JP 6409894A JP 6409894 A JP6409894 A JP 6409894A JP H07268507 A JPH07268507 A JP H07268507A
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JP
Japan
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preform
metal
composite material
based composite
slurry
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JP6409894A
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English (en)
Inventor
Kiyoteru Hirabayashi
清照 平林
Shinji Suzuki
伸二 鈴木
Masami Sakai
正美 坂井
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Nippon Chuzo Co Ltd
JFE Engineering Corp
Original Assignee
Nippon Chuzo Co Ltd
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】3次元曲面を有する複雑形状の部材に用いられ
るプリフォームを確実に製造することができ、しかもそ
の後の溶融金属の高圧鋳造により健全な金属基複合材を
得ることができる金属基複合材用プリフォームの製造方
法を提供することを目的とする。 【構成】短繊維状無機材料の粉状集合体を水で均一に分
散させてスラリーを作成し、次いで所定形状に型彫した
脱水性を有する鋳型に鋳込んで前記スラリーから水を除
去することにより金属基複合材用プリフォームを製造す
るにあたり、短繊維状無機材料の粉状集合体として、2
μm以下の粒子径を有する微細粉の量が重量百分率で5
0%以下に制御されたものを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、繊維強化金属基複合
材を作成するに際に用いられるプリフォームの製造方法
に関する。
【0002】
【従来技術】繊維強化金属基複合材を溶湯鍛造などの高
圧凝固鋳造法などにより作成する場合には、予めセラミ
ックウィスカー等の繊維強化材からなるプリフォームを
製造し、このプリフォームを鋳造金型のキャビティーに
セットし、アルミニウムなどの溶融金属をプリフォーム
に圧入又は含浸させて鋳造するものである。このように
して得られた繊維強化金属基複合材は、優れた機械的特
性を有するため、種々の分野における使用が期待されて
いる。
【0003】このような繊維強化金属基複合材の強化材
として用いられるプリフォームの製造方法は、例えばS
AE(The Enginearing Society For Advancing Mobili
tyLand and Sea Air,and Space)の論文No.9108
35に開示されている。この論文に開示されている技術
は、吸引プレス成形法を利用したものであり、繊維の吸
引装置を用い、次工程のプレス成形で均一な厚さに積層
されたプリフォームを作成するものである。また、この
ような吸引を利用した方法が特開平4−22558号公
報及び特開平4−81258号公報にも開示されてい
る。
【0004】また、押し出し成形法(特開昭62−67
239号公報)や、石膏型を用いた鋳込みによるプリフ
ォームの製造方法(特開平4−22559号公報、特開
平4−22560号公報)も提案されている。
【0005】しかしながら、上述した技術では、円筒の
ような比較的単純な形状のプリフォームを製造するには
適しているが、例えばゴルフクラブヘッドのフェース面
のような3次元曲面を有する部材用のプリフォームには
適用することが困難であるという欠点がある。すなわ
ち、これらの方法で3次元曲面を有するプリフォームを
製造しようとする場合、表面に穴ができたり、未充填部
があったり、型からプリフォームを取り出す際にプリフ
ォームが破壊されたりして満足なものが得らない。
【0006】これに対して、ゴルフクラブヘッドのよう
な3次元の複雑形状のプリフォームを成形する技術が特
開平5−330890号公報に開示されている。しかし
ながら、この技術では、次工程で溶融金属を高圧鋳造す
る際に、溶融金属がプリフォーム原料であるSiC短繊
維の中に十分に含浸されない場合があり、健全な金属基
複合材が必ずしも得られないという欠点を有する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この発明はかかる事情
に鑑みてなされたものであって、ゴルフクラブヘッドの
ような3次元曲面を有する複雑形状の部材に用いられる
プリフォームを確実に製造することができ、しかもその
後の溶融金属の高圧鋳造により健全な金属基複合材を得
ることができる金属基複合材用プリフォームの製造方法
を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段及び作用】この発明は、上
記課題を解決するために、短繊維状無機材料の粉状集合
体を水で均一に分散させてスラリーを作成し、次いで所
定形状に型彫した脱水性を有する鋳型に鋳込んで前記ス
ラリーから水を除去することにより金属基複合材用プリ
フォームを製造する方法であって、前記短繊維状無機材
料の粉状集合体は、2μm以下の粒子径を有する微細粉
の量が重量百分率で50%以下に制御されていることを
特徴とする金属基複合材用プリフォームの製造方法を提
供する。
【0009】本願発明者らは、スラリー鋳込み法を適用
した金属基複合材用プリフォームの製造方法を基本とし
て3次元曲面を有する部材用のプリフォームを製造する
に際して、SiCウイスカーのような短繊維無機材料の
粒度分布を制御することにより、次工程の高圧鋳造プロ
セスにおいて、溶融金属をプリフォーム中にマクロボイ
ドもなく完全に含浸することが可能となり、健全な金属
基複合材が得られることを見出した。すなわち、短繊維
無機材料のうち、2μm以下の粒子径を有する微細粉の
量が重量百分率で50%以下になるように粒度分布を制
御することにより、上述のように健全な金属基複合材が
得られるのである。
【0010】以下、この発明について詳細に説明する。
この発明に係る金属基複合材用プリフォームの製造方法
は、短繊維状の無機材料、すなわち無機材料ウィスカー
の粉状集合体を水で均一に分散させてスラリーを作成
し、次いで所定形状に型彫した脱水性を有する鋳型に鋳
込んでスラリーから水を除去することを基本としてい
る。図1はこのようにしてプリフォームを製造する際に
おける吸水石膏型の断面を示す図である。この図に示す
ように、プリフォームの形状に型彫されたキャビティ5
を有する下型1と上型2とを組み合わせて鋳込用石膏型
3を形成し、上型2に形成された円錐状の鋳込み口4か
ら本発明に規定されるスラリーをキャビティー5内に流
し込む。キャビティ5内のスラリーは石膏型3により脱
水されてプリフォーム6が形成されるのである。
【0011】この発明では、このような方法を基本と
し、無機材料ウイスカーのうちの2μm以下の粒子径を
有する微細粉の量が重量百分率で50%以下になるよう
に制御する。
【0012】このようにプリフォーム原料となる無機材
料ウイスカーの粒度分布を規定した理由について以下に
説明する。短繊維状の無機材料、例えば短繊維SiCウ
ィスカーなどの無機材料ウイスカーで作成される無機材
料プリフォームは多孔質体である。この多孔質体は短繊
維の間が空孔ないし空隙になっていて、その空隙の中に
後工程の高圧鋳造で溶融金属が含浸されて凝固し、無機
材料と金属とで構成される金属基複合材となる。この場
合、多孔質体のプリフォームは、無機材料の量が増加し
て空隙寮が少なくなると(すなわち体積分率が大きくな
ると)、溶融金属が完全に含浸されず、健全な金属基複
合材とはならない。このため、無機材料プリフォームを
成形する際に、その体積分率を一定の量以下に制御し
て、残部の空隙量を一定量以上確保する必要がある。
【0013】このような点を考慮すると、無機材料プリ
フォームの体積分率を22%以下にすることが稠密かつ
健全な金属基複合材を製造するうえで必要である。これ
は、プリフォームの体積分率が22%を超えると、後工
程において溶融金属を高圧鋳造する際に、溶融金属がプ
リフォームの空隙の中に完全に含浸されない状態の金属
基複合材が形成されるからである。このことを図2に示
す。図2はプリフォームの体積分率と溶融金属含浸率と
の関係を示すものであるが、この図から明らかなよう
に、プリフオームの体積分率が22%までは溶融金属含
浸率がほぼ100%であるのに対し、22%を超えると
急激に低下することがわかる。
【0014】このようにプリフォームの体積分率を22
%以下にするために、種々の実験及び検討を重ねた結
果、原料として使用される短繊維状無機材料(無機材料
ウィスカー)の微細粉の一部を除去して2μm以下の粒
子径を有する微細粉の量が重量百分率で50%以下とな
るように粒度分布を制御すればよいことが判明した。こ
のことを図3に基づいて説明する。図3は2μm以下の
粒子の含有量とプリフォームの体積分率との関係を示す
図であるが、この図から明らかなように、2μm以下の
短繊維粒子の量が増加するに従ってプリフォームの体積
分率が増加していき、2μm以下の短繊維粒子の量が5
0重量%を超えるとプリフォームの体積分率が22%を
超える。すなわち、プリフォームの体積分率を22%以
下にして稠密かつ健全な金属基複合材を得るためには、
2μm以下の短繊維粒子の量を50重量%以下にする必
要があるのである。
【0015】なお、プリフォームの体積分率が17%未
満の場合には溶融金属を含浸させるための空隙量は充分
であるが、プリフォームの成形仮定においてスラリー状
にした無機材料原料を鋳込み終えた後、プリフォームの
繊維分が少なすぎるため、石膏型から離型する際にプリ
フォームが崩壊して成形不能となる恐れがある。従っ
て、プリフォームの体積分率は17%以上であることが
好ましい。
【0016】この発明において、短繊維状無機材料とし
てはSiCウィスカを好適に用いることができるが、ア
ルミナ、B4 Cなど他の無機材料からなる短繊維を用い
てもかまわない。
【0017】この短繊維状無機材料の粉状集合体は水で
均一に分散させてスラリーに調製されるが、このスラリ
ーには、さらに粘結剤を含有していることが好ましい。
このような粘結剤は、短繊維状無機材料のバインダーと
して機能してプリフォームの形状保持能を増加させるこ
とができ、水及び無機材料のみでは形状保持力が不十分
になる虞がある場合に有効である。このような粘結剤と
してはアルミナゾルが好適であるが、パラフィン、Si
2 などの他の材料を用いてもかまわない。粘結剤の配
合量は、無機材料の重量に対して、重量%で0.5〜5
%であることが好ましい。
【0018】また、上記スラリーに分散剤として微量の
界面活性剤を添加することが好ましい。このように界面
活性剤を添加することにより、短繊維状無機材料を水に
均一に分散させることができ、無機材料の偏析を防止す
ることができる。界面活性剤としては、市販されている
ものの中から適宜選択したものを用いることができ、そ
の適量は水及び短繊維状無機材料の重量に対して、重量
%で0.05〜5%であることが好ましい。
【0019】鋳込みに用いられる鋳型としては、石膏型
を好適に用いることができるが、脱水性を有していてス
ラリーを鋳込んだ際にスラリーから水を除去することが
できるものであればその種類は問わない。
【0020】
【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。
短繊維状無機材料としてのSiCウィスカーとして表1
に示す粒度分布のものを用いた。サンプルNo.1はS
iCウィスカーのうち微細成分を一部除去して2μm以
下の微細粉の重量割合を13.4%に制御したもの、サ
ンプルNo.2は2μm以下の微細粉の重量割合を4
1.0%に制御したもの、サンプルNo.3は粒度分布
の制御を行わなかったものであり、2μm以下の微細粉
の重量割合が59.4%のものである。
【0021】
【表1】
【0022】次に、上記SiCウィスカーに対し、水、
アルミナゾル、分散剤を加えてスラリーとし、このスラ
リーを石膏型に鋳込んでプリフォームを作成し、各サン
プルに対応するプリフォームに溶融金属(Al合金鋳物
AC8A)を含浸させた。表2に各サンプルを用いて作
成したプリフォームの体積分率Vfと、これらプリフォ
ームを用いて溶融金属を高圧鋳造したときの金属基複合
材の金属分の含浸率を示す。
【0023】
【表2】
【0024】微細成分を除去して2μm以下の微細粉の
重量割合を13.4%に制御したサンプルNo.1は、
このような粒度分布制御により、プリフォームの体積分
率が18%であり、溶融金属の含浸率が100%と完全
に充填された金属基複合材が得られたことが確認され
た。同様に、サンプルNo.2についても、2μm以下
の微細粉の重量割合を41.0%に制御したため、プリ
フォームの体積分率21%であり、溶融金属の含浸率が
100%と完全に充填された金属基複合材が得られたこ
とが確認された。これに対して、粒度分布を制御しなか
ったサンプルNo.3は2μm以下の微細粉の重量割合
が50%を超えており、プリフォームの体積分率が24
%となり、溶融金属の含浸率は98%と溶融金属は完全
には含浸されず、一部金属未充填部を有する金属基複合
材となった。これらの結果から、短繊維状無機材料とし
てのSiCウィスカーの粒度分布を制御する必要性が確
認された。
【0025】
【発明の効果】この発明によれば、スラリー鋳込み法を
基本として、ゴルフクラブヘッドのような3次元曲面を
有する複雑形状の部材に用いられるプリフォームを確実
に製造することができ、しかもその後の溶融金属の高圧
鋳造により健全な金属基複合材を得ることができる金属
基複合材用プリフォームの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】鋳込み法によりプリフォームを製造する際にお
ける吸水石膏型の断面を示す図。
【図2】プリフォームの体積分率と溶融金属含浸率との
関係を示す図。
【図3】2μm以下の粒子の含有量とプリフォームの体
積分率との関係を示す図。
【符号の説明】
1;下型、2;上型、3;鋳込用石膏型、4;鋳込み
口、5;キャビティ、6;プリフォーム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂井 正美 神奈川県川崎市川崎区白石町2番1号 日 本鋳造株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 短繊維状無機材料の粉状集合体を水で均
    一に分散させてスラリーを作成し、次いで所定形状に型
    彫した脱水性を有する鋳型に鋳込んで前記スラリーから
    水を除去することにより金属基複合材用プリフォームを
    製造する方法であって、前記短繊維状無機材料の粉状集
    合体は、2μm以下の粒子径を有する微細粉の量が重量
    百分率で50%以下に制御されていることを特徴とする
    金属基複合材用プリフォームの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記短繊維状無機材料はSiCウィスカ
    ーであることを特徴とする請求項1に記載の金属基複合
    材用プリフォームの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記スラリーは粘結剤をさらに含有して
    いることを特徴とする請求項1又は2に記載の金属基複
    合材用プリフォームの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記スラリーは分散剤としての表面活性
    剤をさらに含有していることを特徴とする請求項1乃至
    3のいずれか1項に記載の金属基複合材用プリフォーム
    の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記粘結剤はアルミナゾルであることを
    特徴とする請求項32に記載の金属基複合材用プリフォ
    ームの製造方法。
JP6409894A 1994-03-31 1994-03-31 金属基複合材用プリフォームの製造方法 Pending JPH07268507A (ja)

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