JPH11302754A - 金属基複合材料の製造方法 - Google Patents
金属基複合材料の製造方法Info
- Publication number
- JPH11302754A JPH11302754A JP11293098A JP11293098A JPH11302754A JP H11302754 A JPH11302754 A JP H11302754A JP 11293098 A JP11293098 A JP 11293098A JP 11293098 A JP11293098 A JP 11293098A JP H11302754 A JPH11302754 A JP H11302754A
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- Japan
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- porous body
- vibration
- impregnation
- amplitude
- ultrasonic wave
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属基複合材料を製造することにあたり、含
浸時間を短縮することを課題とする。 【解決手段】 平均気孔径（ｄａｖｅ）８μｍ、最大気
孔径（ｄｍａｘ）２０μｍ、最小気孔径（ｄｍｉｎ）５
μｍのＳｉ３Ｎ４プリフォームをＡｌ溶湯に浸積し、こ
のＡｌ溶湯に周波数２０ｋＨｚの超音波を振動チップ先
端の振れ幅（２ａ）が下記条件となるように印可した。 （ｂ）２ａ＝５μｍにて２分、続いてａ＝３０μｍにて
１分を１サイクルとして加振
浸時間を短縮することを課題とする。 【解決手段】 平均気孔径（ｄａｖｅ）８μｍ、最大気
孔径（ｄｍａｘ）２０μｍ、最小気孔径（ｄｍｉｎ）５
μｍのＳｉ３Ｎ４プリフォームをＡｌ溶湯に浸積し、こ
のＡｌ溶湯に周波数２０ｋＨｚの超音波を振動チップ先
端の振れ幅（２ａ）が下記条件となるように印可した。 （ｂ）２ａ＝５μｍにて２分、続いてａ＝３０μｍにて
１分を１サイクルとして加振
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、強化材からなる多
孔質体に金属溶湯を含浸させることにより、金属基複合
材料（ＭＭＣ：Metal Matrix Composite）を製造する方
法に関する。
孔質体に金属溶湯を含浸させることにより、金属基複合
材料（ＭＭＣ：Metal Matrix Composite）を製造する方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、金属マトリックス中に強化材が複
合された金属基複合材料は、マトリックス金属のみの場
合と比べて、特性を変化させることができる為、特に軽
量、高強度材等の分野で注目されている。しかし、金属
マトリックスの溶湯を多孔質体に含浸させる時、十分に
多孔質体中に含浸させるのは困難で、含浸させる際、溶
湯に高圧をかけて含浸させる方法があるが、多孔質体に
よっては十分含浸させることが出来ず、高圧をかける必
要があるため、装置が大型化し、コストアップになると
いう問題があった。
合された金属基複合材料は、マトリックス金属のみの場
合と比べて、特性を変化させることができる為、特に軽
量、高強度材等の分野で注目されている。しかし、金属
マトリックスの溶湯を多孔質体に含浸させる時、十分に
多孔質体中に含浸させるのは困難で、含浸させる際、溶
湯に高圧をかけて含浸させる方法があるが、多孔質体に
よっては十分含浸させることが出来ず、高圧をかける必
要があるため、装置が大型化し、コストアップになると
いう問題があった。
【０００３】また、特開平６−１３４５６６号公報には
強化材によって構成されたプリフォームに液相の金属マ
トリックスを溶浸させて複合材を製造する際に、液相に
超音波を印加することにより、１０ＭＰａ以下の加圧下
または無加圧下で強化材プリフォームに液相の金属マト
リックスを溶浸できることが記載されている。しかし、
このような超音波加振による製造方法は、かさ密度の大
きな（例えば３０vol％以上）または気孔径の小さな
（例えば１０μｍ以下）プリフォームのような溶湯含浸
抵抗の高いプリフォームに対しては、気孔部に十分溶湯
を含浸させることができないという問題があり、含浸で
きたとしても、含浸を完了させるまでに要する時間が長
いという問題があった。
強化材によって構成されたプリフォームに液相の金属マ
トリックスを溶浸させて複合材を製造する際に、液相に
超音波を印加することにより、１０ＭＰａ以下の加圧下
または無加圧下で強化材プリフォームに液相の金属マト
リックスを溶浸できることが記載されている。しかし、
このような超音波加振による製造方法は、かさ密度の大
きな（例えば３０vol％以上）または気孔径の小さな
（例えば１０μｍ以下）プリフォームのような溶湯含浸
抵抗の高いプリフォームに対しては、気孔部に十分溶湯
を含浸させることができないという問題があり、含浸で
きたとしても、含浸を完了させるまでに要する時間が長
いという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】強化材からなる多孔質
体に金属溶湯を含浸させることにより、金属基複合材料
を製造するにあたり、含浸時間を短縮することを課題と
する。
体に金属溶湯を含浸させることにより、金属基複合材料
を製造するにあたり、含浸時間を短縮することを課題と
する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する請求
項１に記載の金属基複合材料の製造方法の特徴は、金属
溶湯中に強化材からなる多孔質体を設置し、前記金属溶
湯または前記多孔質体のいずれか一方以上に超音波を印
加することにより前記多孔質体に前記金属を含浸させる
金属基複合材料の製造方法であって、前記超音波の振幅
を変化させながら印加することを特徴とする。
項１に記載の金属基複合材料の製造方法の特徴は、金属
溶湯中に強化材からなる多孔質体を設置し、前記金属溶
湯または前記多孔質体のいずれか一方以上に超音波を印
加することにより前記多孔質体に前記金属を含浸させる
金属基複合材料の製造方法であって、前記超音波の振幅
を変化させながら印加することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】金属溶湯中に多孔質体を配置し、
この金属溶湯または多孔質体のいずれか一方に超音波を
印加し、多孔質体に金属溶湯を含浸させる場合、多孔質
体への含浸圧力（Ｐａ）と、印加させた超音波の周波数
（ｆ）と、この超音波の振幅（ａ）との間には、Ｐａ＝
Ｃ・ｆ・ａ2（Ｃ：定数）の関係がある。即ち、含浸圧
力（Ｐａ）を上げ、多孔質体への含浸を促進させる為に
は、振幅（ａ）を大きくすることが有効であることが分
かる。しかしながら、超音波の振幅（ａ）を大きくする
と、詳細は後述するが、多孔質体中の小さな孔には溶湯
が含浸されず、また、多孔質体中の小さな孔にまで含浸
させる為、超音波の振幅（ａ）を小さくすると、含浸圧
力（Ｐａ）が小さくなり、十分含浸できないか、含浸速
度が小さくなってしまう。
この金属溶湯または多孔質体のいずれか一方に超音波を
印加し、多孔質体に金属溶湯を含浸させる場合、多孔質
体への含浸圧力（Ｐａ）と、印加させた超音波の周波数
（ｆ）と、この超音波の振幅（ａ）との間には、Ｐａ＝
Ｃ・ｆ・ａ2（Ｃ：定数）の関係がある。即ち、含浸圧
力（Ｐａ）を上げ、多孔質体への含浸を促進させる為に
は、振幅（ａ）を大きくすることが有効であることが分
かる。しかしながら、超音波の振幅（ａ）を大きくする
と、詳細は後述するが、多孔質体中の小さな孔には溶湯
が含浸されず、また、多孔質体中の小さな孔にまで含浸
させる為、超音波の振幅（ａ）を小さくすると、含浸圧
力（Ｐａ）が小さくなり、十分含浸できないか、含浸速
度が小さくなってしまう。
【０００７】本件発明による金属基複合材料では、超音
波の振幅（ａ）を変化させている為印加されている超音
波の振幅が小さな時、多孔質体中の小さな孔にまで溶湯
が浸入し、振幅が大きい時、溶湯はこの小さな孔内部に
まで大きな駆動力で迅速に浸入する。以下に、上記の理
由を模式図を使って説明する。多孔質体気孔へ金属溶湯
が含浸する際、表面張力により両者は濡れず図1に示す
平衡状態となっている。ここに十分小さな振幅の超音波
振動を印加すると、図２に示すように、多孔質体気孔内
壁と金属溶湯との濡れ角がθ＜９０°となり、濡れが改
善される。
波の振幅（ａ）を変化させている為印加されている超音
波の振幅が小さな時、多孔質体中の小さな孔にまで溶湯
が浸入し、振幅が大きい時、溶湯はこの小さな孔内部に
まで大きな駆動力で迅速に浸入する。以下に、上記の理
由を模式図を使って説明する。多孔質体気孔へ金属溶湯
が含浸する際、表面張力により両者は濡れず図1に示す
平衡状態となっている。ここに十分小さな振幅の超音波
振動を印加すると、図２に示すように、多孔質体気孔内
壁と金属溶湯との濡れ角がθ＜９０°となり、濡れが改
善される。
【０００８】しかしながら、図３、４に示すように、振
幅方向に対し垂直な（または垂直成分を有する）気孔Ｂ
４にこの気孔Ｂ４の気孔径（ｄＢ）を越える振れ幅（印
加した超音波の振幅の２倍（２ａ）に当る）の超音波が
印加された場合（２ａ＞ｄＢ）、気孔上にある金属溶湯
はこの気孔を越えて移動してしまう為、気孔の開口部が
存在しないのと同様の状態になり含浸は進行しなくな
る。この場合、前記振れ幅以上の気孔径（ｄＡ：２ａ≦
ｄＡ）を有する気孔Ａ５にしか含浸は進行しない（この
時の見かけの気孔開口部はｌである）。
幅方向に対し垂直な（または垂直成分を有する）気孔Ｂ
４にこの気孔Ｂ４の気孔径（ｄＢ）を越える振れ幅（印
加した超音波の振幅の２倍（２ａ）に当る）の超音波が
印加された場合（２ａ＞ｄＢ）、気孔上にある金属溶湯
はこの気孔を越えて移動してしまう為、気孔の開口部が
存在しないのと同様の状態になり含浸は進行しなくな
る。この場合、前記振れ幅以上の気孔径（ｄＡ：２ａ≦
ｄＡ）を有する気孔Ａ５にしか含浸は進行しない（この
時の見かけの気孔開口部はｌである）。
【０００９】また、振幅を変化させて印加する時、小さ
な方の振幅を、実験により求められる多孔質体への臨界
含浸圧力（Ｐｃ）（含浸を進行させる為に必要な、溶湯
に印加しなければならない最小圧力）から、 ａｃ＝√（Ｐｃ／（Ｃ・ｆ）） （Ｐｃ：多孔質体への臨界含浸圧力、Ｃ：定数、ｆ：印
加超音波の周波数）の式を用いて計算した臨界含浸振幅
以上とし、かつ、多孔質体の平均気孔径（ｄ）との関係
が含浸条件を満たすように決定された条件で、つまり、 ２ａｃ≦２ａ≦ｄ の条件で設定し、大きな方の振幅の場合は、この条件よ
りも大きくなるように、つまり、 ａ＞ｄ／２ の条件で設定することにより、変化させる振幅の範囲を
より明確に決定することが出来る。ここで、臨界含浸圧
力（Ｐｃ）は例えば圧入法等の方法により測定すること
が出来る。
な方の振幅を、実験により求められる多孔質体への臨界
含浸圧力（Ｐｃ）（含浸を進行させる為に必要な、溶湯
に印加しなければならない最小圧力）から、 ａｃ＝√（Ｐｃ／（Ｃ・ｆ）） （Ｐｃ：多孔質体への臨界含浸圧力、Ｃ：定数、ｆ：印
加超音波の周波数）の式を用いて計算した臨界含浸振幅
以上とし、かつ、多孔質体の平均気孔径（ｄ）との関係
が含浸条件を満たすように決定された条件で、つまり、 ２ａｃ≦２ａ≦ｄ の条件で設定し、大きな方の振幅の場合は、この条件よ
りも大きくなるように、つまり、 ａ＞ｄ／２ の条件で設定することにより、変化させる振幅の範囲を
より明確に決定することが出来る。ここで、臨界含浸圧
力（Ｐｃ）は例えば圧入法等の方法により測定すること
が出来る。
【００１０】また、臨界含浸振幅は印加する超音波の周
波数によって変化する。これを図５を用いて説明する。
図５は、金属溶湯中に多孔質体を配置し、この金属溶湯
または多孔質体のいづれか一方に超音波を印加した場合
の多孔質体の含浸圧力（Ｐａ）と超音波の振れ幅（２
ａ）との関係を示している。これを見ると分かるよう
に、多孔質体への臨界含浸圧力（Ｐｃ）に対応する臨界
含浸振幅（ａｃ１，ａｃ２）は、印加する超音波の周波
数が大きいほど小さくなることが分かる。図６には、含
浸可能な多孔質体の孔径（ｄ）と臨界含浸振幅（ａｃ
１，ａｃ２）との関係を示しており、印加した周波数が
大きな方に対応する臨界含浸振幅ａｃ２ の方が多孔質
体の孔径の最大値（ｄ max）までの含浸が可能な範囲が
広いことが分かる。よって、含浸を行うには印加する超
音波の周波数が大きい方が有効である。
波数によって変化する。これを図５を用いて説明する。
図５は、金属溶湯中に多孔質体を配置し、この金属溶湯
または多孔質体のいづれか一方に超音波を印加した場合
の多孔質体の含浸圧力（Ｐａ）と超音波の振れ幅（２
ａ）との関係を示している。これを見ると分かるよう
に、多孔質体への臨界含浸圧力（Ｐｃ）に対応する臨界
含浸振幅（ａｃ１，ａｃ２）は、印加する超音波の周波
数が大きいほど小さくなることが分かる。図６には、含
浸可能な多孔質体の孔径（ｄ）と臨界含浸振幅（ａｃ
１，ａｃ２）との関係を示しており、印加した周波数が
大きな方に対応する臨界含浸振幅ａｃ２ の方が多孔質
体の孔径の最大値（ｄ max）までの含浸が可能な範囲が
広いことが分かる。よって、含浸を行うには印加する超
音波の周波数が大きい方が有効である。
【００１１】（実施例）平均気孔径（ｄａｖｅ）８μ
ｍ、最大気孔径（ｄｍａｘ）２０μｍ、最小気孔径（ｄ
ｍｉｎ）５μｍのＳｉ３Ｎ４プリフォームをＡｌ溶湯に
浸漬し、このＡｌ溶湯に周波数２０ｋＨｚの超音波を振
動チップ先端の振れ幅（２ａ）が下記（ａ）（ｂ）の条
件となるように印加した。 （ａ）２ａ＝５μｍにて連続して加振 （ｂ）２ａ＝５μｍにて２分、続いてａ＝３０μｍにて
１分を１サイクルとして加振 この結果を図７に示す。図７を見ても分かるように、サ
イクル加振を行った条件（ｂ）においてサイクル加振を
行わなかったものよりも含浸速度が著しく向上している
ことが分かる。
ｍ、最大気孔径（ｄｍａｘ）２０μｍ、最小気孔径（ｄ
ｍｉｎ）５μｍのＳｉ３Ｎ４プリフォームをＡｌ溶湯に
浸漬し、このＡｌ溶湯に周波数２０ｋＨｚの超音波を振
動チップ先端の振れ幅（２ａ）が下記（ａ）（ｂ）の条
件となるように印加した。 （ａ）２ａ＝５μｍにて連続して加振 （ｂ）２ａ＝５μｍにて２分、続いてａ＝３０μｍにて
１分を１サイクルとして加振 この結果を図７に示す。図７を見ても分かるように、サ
イクル加振を行った条件（ｂ）においてサイクル加振を
行わなかったものよりも含浸速度が著しく向上している
ことが分かる。
【００１２】
【発明の効果】すなわち、本発明の金属基複合材料の製
造方法では、超音波の振幅を変化させて印加することに
より、多孔質体の気孔内への溶融金属の濡れと、該濡れ
た溶融金属の気孔内部への迅速な含浸とを交互に繰り返
すことが出来、含浸時間を短縮することが出来る。
造方法では、超音波の振幅を変化させて印加することに
より、多孔質体の気孔内への溶融金属の濡れと、該濡れ
た溶融金属の気孔内部への迅速な含浸とを交互に繰り返
すことが出来、含浸時間を短縮することが出来る。
【図１】多孔質体の気孔内部に溶湯が濡れていない状態
の模式図である。
の模式図である。
【図２】多孔質体の気孔内部に溶湯が濡れた状態の模式
図である。
図である。
【図３】超音波を印加した時の多孔質体の模式図であ
る。
る。
【図４】気孔径と超音波の振れ幅との関係を示す模式図
である。
である。
【図５】含浸圧力と振幅との関係を表す図である。
【図６】多孔質体の気孔径と印加超音波の振幅との関係
を表す図である。
を表す図である。
【図７】本発明実施例の含浸率と時間とを表す図であ
る。
る。
１：多孔質体 ２：気孔 ３：Ａｌ溶湯 ４気孔Ｂ
５：気孔Ａ
５：気孔Ａ
Claims (1)
- 【請求項１】 金属溶湯中に強化材からなる多孔質体を
設置し、前記金属溶湯または前記多孔質体のいずれか一
方以上に超音波を印加することにより前記多孔質体に前
記金属を含浸させる金属基複合材料の製造方法であっ
て、前記超音波の振幅を変化させながら印加することを
特徴とする金属基複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11293098A JPH11302754A (ja) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | 金属基複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11293098A JPH11302754A (ja) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | 金属基複合材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11302754A true JPH11302754A (ja) | 1999-11-02 |
Family
ID=14599056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11293098A Pending JPH11302754A (ja) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | 金属基複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11302754A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010047787A (ja) * | 2008-08-19 | 2010-03-04 | Mitsubishi Materials Corp | はんだ含浸シート材の製造方法及び製造装置 |
| CN107127583A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-09-05 | 大连理工大学 | 将超声切削应用于送粉式增减材复合制造中的设备及加工方法 |
-
1998
- 1998-04-23 JP JP11293098A patent/JPH11302754A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010047787A (ja) * | 2008-08-19 | 2010-03-04 | Mitsubishi Materials Corp | はんだ含浸シート材の製造方法及び製造装置 |
| CN107127583A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-09-05 | 大连理工大学 | 将超声切削应用于送粉式增减材复合制造中的设备及加工方法 |
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