JPH0826420B2 - 繊維強化金属複合材料の製造方法 - Google Patents

繊維強化金属複合材料の製造方法

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JPH0826420B2
JPH0826420B2 JP62267427A JP26742787A JPH0826420B2 JP H0826420 B2 JPH0826420 B2 JP H0826420B2 JP 62267427 A JP62267427 A JP 62267427A JP 26742787 A JP26742787 A JP 26742787A JP H0826420 B2 JPH0826420 B2 JP H0826420B2
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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に係り、更に詳細には
その製造方法に係る。
従来の技術 例えば本願出願人と他の一の出願人との共願にかかる
特開昭58-93845号公報に記載されている如く、強化繊維
と固体潤滑粒子の如き粒子にて複合強化された複合材料
の製造に際しては、従来より一般に、強化繊維と粒子と
の混合物にて成形体を形成し、該成形体を用いて加圧鋳
造することが行われている。
発明が解決しようとする問題点 しかしかかる方法にて複合材料を製造する場合には、
強化繊維の間に粒子が存在するため、溶融マトリックス
金属が成形体に浸透しにくく、そのため良好な複合化が
困難であり、また粒子が均一に分散された成形体を製造
すること自体が困難であり、また加圧浸透段階に於て溶
融マトリックス金属によって粒子が移動せしめられるた
め、粒子が均一に分散された複合材料を製造することが
困難であるという問題がある。
本発明は、従来の方法により強化繊維及び粒子等にて
複合強化された複合材料を製造する場合に於ける上述の
問題に鑑み、粒子等の微細片が均一に分散された複合材
料を容易に製造することを可能にする方法を提供するこ
とを目的としている。
問題点を解決するための手段 上述の如き目的は、本発明によれば、前駆繊維と該前
駆繊維を被覆し他の材料の微細片が分散された複合金属
被覆層とよりなる強化繊維の成形体を形成し、前記成形
体中にマトリックス金属の溶湯を浸透させ、前記溶湯に
より前記被覆層を少くとも部分的に溶融することを特徴
とする繊維強化金属複合材料の製造方法によって達成さ
れる。
発明の作用及び効果 本発明によれば、前駆繊維と該前駆繊維を被覆し他の
材料の微細片が分散された複合金属被覆層とよりなる強
化繊維の成形体が形成され、成形体中にマトリックス金
属の溶湯が浸透され、溶湯により複合金属被覆層が少く
とも部分的に溶融されるので、前駆繊維の周りのマトリ
ックス金属が被覆層の金属により合金化され、他の材料
の微細片は前駆繊維の近傍に於てマトリックス金属中に
均一に分散された状態になり、これにより粒子等が繊維
の周りにてマトリックス金属中に均一に分散された複合
材料を容易に製造することができる。
また前駆繊維がセラミック繊維の如くマトリックス金
属溶湯に対する濡れ性の悪い繊維である場合にも、複合
金属被覆層の金属を適当な金属に選定することにより、
前駆繊維の濡れ性が向上し、複合不良部等の欠陥を生じ
ることなく繊維強化金属複合材料を製造することができ
る。
更に従来の強化繊維及び粒子等にて複合強化された複
合材料の製造方法に於ては、粒子等の体積率を制御する
ことが困難であるが、本発明に於ては、複合金属被覆層
に含まれる他の材料の微細片の体積率を制御することに
より、例えば複合金属被覆層の適用がめっきにて行われ
る場合には、めっき浴中の他の材料の微細片の量、pH、
温度、電流密度の如きめっき条件を適宜に制御すること
により、粒子等の体積率を所望の値に容易に制御するこ
とができる。
本発明の一つの詳細な特徴によれば、他の材料の微細
片は硬質の粒子若しくはホイスカであり、かかる強化繊
維が使用される場合には、前駆繊維により複合材料の強
度を確保すると共に、硬質の粒子やホイスカによって耐
摩耗性を向上させることができる。尚硬質の粒子として
はアルミナ粒子、炭化クロム粒子、シリカ粒子、酸化チ
タン粒子、酸化ジルコニウム粒子、炭化ケイ素粒子、窒
化ケイ素粒子、炭化チタン粒子、炭化タングステン粒
子、ダイヤモンド粒子等があり、硬質のホイスカとして
は炭化ケイ素ホイスカ、窒化ケイ素ホイスカ等がある。
本発明の他の一つの詳細な特徴によれば、他の材料の
微細片は自己潤滑性を有する粒子若しくはホイスカであ
る。かかる強化繊維によれば、前駆繊維により複合材料
の強度や耐摩耗性を確保すると共に、自己潤滑性を有す
る粒子やホイスカによって複合材料自身及び相手材の摩
耗量を低減することができる。尚自己潤滑性を有する粒
子としては窒化ボロン粒子、黒鉛粒子、二硫化モリブデ
ン、二硫化タングステン等があり、自己潤滑性を有する
ホイスカとしてはチタン酸カリウムホイスカ等がある。
尚複合金属被覆層を構成する金属は使用される前駆繊
維の材質及びマトリックス金属の種類との関連で任意に
選定されてよく、例えばニッケル、ニッケル合金、銅、
クロム、鉄、鉄合金、コバルト、金、銀、亜鉛等であっ
てよく、前駆繊維は炭素繊維、炭化ケイ素繊維、アルミ
ナ繊維、アルミナ−シリカ繊維、ボロン繊維、タングス
テン繊維、ステンレス繊維等であってよい。また複合金
属被覆層を形成する方法はめっき、溶射の如き任意の方
法であってよいが、特に均一な厚さの層を形成し得る点
でめっきが好ましい。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例につい
て詳細に説明する。
実施例1 第1図に示されている如く、前駆繊維としての炭素繊
維(連続繊維)10(東レ株式会社製「M40」、繊維径6.5
μ)を二つのアーム部12及び14を有する治具16に各巻回
が互いに隔置された状態にて巻付け、それを他の材料の
微細片としてのアルミナ粒子18(平均粒径0.5μ)が分
散された銅めっき浴20(硫酸銅200g/l、硫酸50g/l、浴
温30℃)中に浸漬し、炭素繊維を一方の電極として電圧
2V、陰極電流密度6A/dm2にて電気めっきを行い、これに
より炭素繊維を厚さ約1μの複合金属被覆層にて被覆し
た。
第2図はかくして形成された強化繊維24の断面を示す
解図であり、複合金属被覆層22は体積率約20%のアルミ
ナ粒子18が分散された銅よりなっていた。
次いで強化繊維24のアーム部12及び14の間に延在して
いた部分を長さ100mmに切断し、第3図に示されている
如く、それらを一方向に配向して圧縮成形することによ
り、10×20×100mmの寸法を有し強化繊維の体積率が約5
0%の繊維成形体26を形成した。次いで第4図に示され
ている如く、繊維成形体26を両端にて開口したステンレ
ス鋼製のケース28に充填し、約600℃に予熱した後、高
圧鋳造用の鋳型30内に配置し、鋳型内に740℃のアルミ
ニウム合金(JIS規格AC4C)の溶湯32を注湯し、溶湯を
鋳型30に嵌合するプランジャ34により約1000kg/cm2にて
加圧して溶湯を繊維成形体中に浸透させ、その加圧状態
を溶湯が完全に凝固するまで保持した。
かくして形成されたインゴットより強化繊維にて複合
強化された部分を切り出し、その断面を顕微鏡にて観察
したところ、元の複合金属被覆層の銅はアルミニウム合
金の溶湯によって完全に溶融されることにより炭素繊維
の周りに於てアルミニウム合金を合金化しており、また
炭素繊維の周囲にアルミナ粒子が均一に分散されてお
り、更にアルミニウム合金の浸透不良の如き欠陥は全く
生じていないことが認められた。
実施例2 第5図に示されている如く、前駆繊維としてのアルミ
ナ繊維36(デュポン社製、平均繊維径20μ、平均繊維長
3mm)を、他の材料の微細片としての窒化ボロン粒子38
(平均粒径3μ)が分散されたニッケルめっき浴40(日
本ガニゼン株式会社製「ブルーシューマー」)に分散さ
せることにより無電解めっきを行い、これによりアルミ
ナ繊維を複合金属被覆層にて被覆した。
第6図はかくして形成された強化繊維42を示す断面図
であり、アルミナ繊維36を被覆する複合金属被覆層44は
体積率約25%の窒化ボロン粒子38が分散されたニッケル
よりなり、厚さは約8μであった。
次いで強化繊維を無機質バインダとしてのコロイダル
シリカの水溶液中に分散させ、該分散液に対し圧縮成形
を行い、得られた圧縮成形体を乾燥することにより、第
7図に示されている如く、70×70×10mmの寸法を有し強
化繊維42の体積率が15%である繊維成形体46を形成し
た。
次いで繊維成形体46を400℃に予熱した後第8図に示
されている如く、高圧鋳造用の鋳型30内に配置し、鋳型
内に730℃のアルミニウム合金(JIS規格AC8A)の溶湯48
を注湯し、溶湯を鋳型30に嵌合するプランジャ34により
約1000kg/cm2に加圧して溶湯を繊維成形体中に浸透さ
せ、その加圧状態を溶湯が完全に凝固するまで保持し
た。かくして形成されたインゴットより強化繊維にて複
合強化された部分を切出し、その断面を顕微鏡にて観察
したところ、元の複合金属被覆層のニッケルはアルミニ
ウム合金の溶湯によって完全に溶融されることによりア
ルミナ繊維の周りに於てアルミニウム合金を合金化して
おり、またアルミナ繊維の周囲に窒化ボロン粒子が均一
に分散されており、更にアルミニウム合金の浸透不良の
如き欠陥は全く生じていないことが認められた。
以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第1図は前駆繊維としての炭素繊維に複合金属被覆層が
形成されるめっき工程を示す解図、第2図は第1図に示
されためっき工程により形成された強化繊維を示す断面
図、第3図は第2図に示された強化繊維にて形成された
繊維成形体を示す斜視図、第4図は第3図に示された繊
維成形体を用いて行われる複合材料の製造の鋳造工程を
示す断面図、第5図は無電解めっきにより前駆繊維とし
てのアルミナ繊維に複合金属被覆層が形成されるめっき
工程を示す解図、第6図は第5図にしめされためっき工
程により形成された強化繊維を示す断面図、第7図は第
6図に示された強化繊維にて形成された繊維成形体を示
す斜視図、第8図は第7図に示された繊維成形体を用い
て行なわれる複合材料の製造の鋳造工程を示す断面図で
ある。 10……炭素繊維,12、14……アーム部,16……治具,18…
…アルミナ粒子,20……めっき浴,22……強化繊維,24…
…複合金属被覆層,26……繊維成形体,28……ケース,30
……鋳型,32……アルミニウム合金の溶湯,34……プラン
ジャ,36……アルミナ繊維,38……窒化ボロン粒子,40…
…めっき浴,42……強化繊維,44……複合金属被覆層,46
……繊維成形体,48……アルミニウム合金の溶湯

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】前駆繊維と該前駆繊維を被覆し他の材料の
    微細片が分散された複合金属被覆層とよりなる強化繊維
    の成形体を形成し、前記成形体中にマトリックス金属の
    溶湯を浸透させ、前記溶湯により前記被覆層を少くとも
    部分的に溶融す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. 【請求項2】特許請求の範囲第1項の繊維強化金属複合
    材料の製造方法に於て、前記他の材料の微細片は硬質の
    粒子若しくはホイスカであることを特徴とする繊維強化
    金属複合材料の製造方法。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項の繊維強化金属複合
    材料の製造方法に於て、前記他の材料の微細片は自己潤
    滑性を有する粒子若しくはホイスカであることを特徴と
    する繊維強化金属複合材料の製造方法。
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