JPS59113139A - 複合材料製造用強化材成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、繊維強化金属、複合材料の如き複合材料に係
り、更に詳細には複合材料を製造する際に使用される強
化材成形体の製造方法に係る。

複合材料の一つとして、アルミノシリケート質繊維の如
き強化繊維を強化材とし、アルミニウム合金の如き金属
をマトリックスとする複合材料は知られており、強化Ｉ
Ｉ紺とマトリックスとの密着性に優れた複合材料を能率
良く製造する方法の一つとして、鋳型内に強化材を充填
した後、該鋳型内に溶融マトリックス金属を導入し、該
溶融マトリックス金属を鋳型内にて加圧しつつ凝固させ
る高圧鋳造法の如き加圧鋳造法が知られている。

この加圧鋳造法による複合材！３１の製造に於ては、鋳
造に先立って強化繊維の如き強化材を所定形状の強化材
成形体に形成し、その強化材成形体と溶融マトリックス
金属とを複合化することが行なわれている。特に強化材
がアルミノシリケート質繊雛の如き知Ｉ！紺の場合に於
ては、強化材成形体は従来より一般に強化材をバインダ
ーとしてのコ［コイダルシリカ水溶液に懸濁させて強化
材とコロイダルシリカ水溶液とよりなるスラリーを形成
し、該スラリーより強化材を真空濾過成形法によって吸
引成形することにより、コロイダルシリカ水溶液にて含
浸された強化材より４Ｔる中間成形体を形成し、その中
間成形体を８　’Ｏ’Ｏ〜９００℃の温度にて焼成する
ことにより形成されている。

しかしかくして形成された強化材成形体の強度は必ずし
も充分には向上しないため、上述の如き従来の方法によ
り形成された強化材成形体を用いて加圧鋳造法により複
合材料を製造する際には、以下の如き種々の問題が発生
する。

（１）強化材成形体を鋳型内に配置する際のハンドリン
グにより強化材成形体の一部が変形成いは損傷する。

（２）強化材成形体を配置された鋳型内に溶融マトリッ
クス金属を注湯する際、溶融マトリックス金属の流動作
用により強化材成形体の−・部が変形成いは損傷する。

（３）鋳型内に導入された溶融マトリックス金属に５　
’Ｏ’Ｏｋｌ、／　ｅｘ’又はそれ以上の圧力を与えて
強化材成形体の個々の強化材の間に溶融マトリックス金
属を浸透させる際、溶融マトリックス金属が強化材成形
体の強度の弱い部分に選択的に浸透することにより、強
化材成形体中の強化材の密度上の均一性が損われ、その
ため製造された複合材料中の強化材の密度が不均一にな
る。

これらの問題を解決する一つの方法として、コロイダル
シリカ水溶液の如きバインダーの′ａ度を高く設定する
ことが考えられるが、バインダーの濃度を高くするとそ
の粘性も増大してしまうため、真空濾過成形法ににり中
間成形体を形成することが困難になり、また製造された
強化材成形体中の強化材の密度も不均一になり易く、更
には強化材成形体の個々の強化材にバインダーが過剰に
付着することに起因して複合材料の製造時に強化材成形
体の個々の強化材の間に溶融マトリックス金属が良好に
浸透しなくなるなどの不具合を生じる。

本願発明者等は、強化材にて強化された複合材料を製造
する際に使用される強化材成形体を製造覆る従来の方法
及び従来の方法により形成され１ｃ強化材成形体に於け
る上述の如き問題に鑑み、充分な強度を有し上述の如き
種々の問題を生じることがない強化材成形体を容易に製
造することのできる方法を提供すべく、本願出願人と同
一の出願人の出願にかかる特願昭５７−　　　　　　号
に於て、強化材にて強化された複合材料を製造する際に
使用される強化材成形体を製造する方法にして、乾燥に
より固化する液状の第一のバインダーと強化材とよりな
る所定形状の中間成形体を形成し、前記中間成形体を乾
燥させ、これを乾燥ににり固化する液状の第二のバイン
ダー中に浸漬して前記中間成形体中に前記第二のバイン
ダーを含浸させ、しかる後これを乾燥させることにより
前記強化材成形体とする方法、及び強化材にて強化さ５
− れた複合材料を製造する際に使用される強化材成形体を
製造する方法にして、乾燥により固化する液状の第一の
バインダーと強化材とよりなる所定形状の中間成形体を
形成し、前記中間成形体を乾燥させ、これをゲル化可能
であり且乾燥により固化する液状の第二のバインダー中
に浸漬して前記中間成形体中に前記第二のバインダーを
含浸させ、前記第二のバインダーの少なくとも一部をゲ
ル化させ、しかる後かくして処理された前記中間成形体
を乾燥させることにより前記強化材成形体とする方法を
提案した。

この方法によれば、第一のバインダーを用いて所定の形
状に成形された強化材よりなる中間成形体が形成さ・れ
、しかる後中間成形体が第二のバインダーにて処理され
乾燥されることにより強化材成形体とされるので、従来
の方法の場合に比して強化材成形体の強洩を高くするこ
とができ、これにより強化材成形体の強度不足に起因す
る上述の如き種々の問題を解消することができる。

しかし、バインダー、特に無機バインダーにて６一 含浸された中間成形体の乾燥過程に於ては、未だその原
因は究明されていないが、バインダーが中間成形体の表
面層に濃化し、中間成形体の表面層に於けるバインダー
の′ａ度はその中央部に於番プるバインダーのｍ度より
も高くなり、これに起因して強化材とマトリックス金属
との密着不良や複合材料の組織の不均一などの不具合を
生じる。

本発明は、上）ホの特願昭５７〜　　　　　　号に於て
提案された方法に於ける上述の如き不具合に鑑み、充分
な強度を有し、しかも表面層に於けるバインダーのｍ度
が高いことに起因する上述の如き種々の不具合を生じる
ことがない強化材成形体を容易に製造することのできる
方法を提供することを目的としている。

かかる目的は、本発明によれば、強化材にて強化された
複合材料を製造する際に使用される強化材成形体を製造
する方法にして、乾燥に」；り固化する液状の第一のバ
インダーと強化材とよりなる所定形状の中間成形体を形
成し、前記中間成形体を乾燥させ、これを乾燥により固
化する液状の第二のバインダー中に浸漬して前記中間成
形体中に前記第二のバインダーを含浸させ、これを乾燥
させると共にその表面層を除去することにより前記強化
材成形体とする方法、及び強化材にて強化された複合材
料を’Ｉ造する際に使用される強化材成形体を製造する
方法にして、乾燥により固化する液状の第一のバインダ
ーと強化材とよりなる所定形状の中間成形体を形成し、
前記中間成形体を乾燥させ、これをゲル化可能であり且
乾燥により固化する液状の第二のバインダー中に浸漬し
て前記中間成形体中に前記第二のバインダーを含浸させ
、前記第二のバインダーの少なくとも一部をゲル化させ
、しかる後かくして処理された前記中間成形体を乾燥さ
せると共にその表面層を除去することにより前記強化材
成形体とする方法によって達成される。

本発明による方法によれば、バインダーの濃度の高い表
面層が除去されるので、強化材成形体の表面層に於（プ
るバインダーの濃度がその内部に比して高いことに起因
する複合材料の組織の不均一や強化材とマトリックス金
属との密着不良などの不具合が生じることを回避するこ
とができ、また除去される部分は強化材成形体の表面層
だけであるので、得られる強化材成形体の強度を従来の
方法の場合に比して高く維持することができる。

また本発明による方法によれば、第一及び第二のバイン
ダーは比較的濃度が低く、従って粘性の小さいものであ
ってよいので、強化材が短繊維や粒子などの場合には強
化材と第一のバインダーとの混合液より真空濾過成形法
により能率良く中間成形体を形成することができ、また
バインダーの濃度を高く設定した場合に生じる強化材成
形体中の強化材の密度ムラや溶融７トリツクス金属の浸
透不良の如き不具合の発生を回避することができる。

本発明の方法に於て使用される第一のバインダーは、コ
ロイダルシリカ水溶液の如き無機バインダー又はフェノ
ール樹脂、フラン樹脂、ウレタン樹脂などのアルコール
溶液の如き有機バインダーであってよいが、第二のバイ
ンダーは強度向上作９− 用の強いコロイダルシリカ、水ガラス、エチルシリケー
ト、アルミナゾル、リン酸アルミニウムの如き無機バイ
ンダーであることが好ましい。

またＩＩ雑成形体の表面層の除去厚さは、使用されるバ
インダーの種類や濃度などによってバインダー濶化層の
厚さが異なるので、バインダーの種類や濃度に応じて変
化されることが好ましく、また繊維成形体の強度が大幅
に低下することがないよう、バインダー淵化層の厚さに
実質的に等しい厚さ又はこれよりも僅かに大きい厚さに
抑えられることが好ましい。

本発明の一つの実施例によれば、第二のバインダーとし
てゲル化可能であり且乾燥により固化するコロイダルシ
リカ、水ガラス、エチルシリケートの如きバインダーが
使用され、第二のバインダーにて処理された中間成形体
を乾燥させるに先立って第二のバインダーの少なくとも
一部がゲル化され、これにより第二のバインダーが中間
成形体の表面層に濃化することが抑制され、また強化材
成形体の内部まで充分に強度が向上することが確１０− 保される。

尚本発明の方法はアルミノシリケート質繊紺の如き矩繊
維よりなる強化材成形体に限らず、アルミナｌｌ１ＩＩ
ｌの如き長繊維や黒鉛粒子の如き粒子よりなる強化材成
形体を製造する場合にも有用なものである。

以下に本発明を実施例について詳細に説明する。

実施例１ 平均１１ｉ１１径２．６μ、平均繊維長５　’Ｏ’Ｏμ
のイソライト・パブコック耐火株式会社製のアルミノシ
リケート質Ｉｌｉ＃Ｉｔ＜商品名［カオウール−１，４
７゜３ｗｔ％Ａｌ　２０Ｇ、５２．３ｗｔ％５１０１！
、残部不純物）のｍ紺集合体２　’Ｏ’ＯＯを１５．１
２のコロイダルシリカ１０％水溶液に加えて良く攪拌し
混合した模、その混合液（スラリー）よりアルミノシリ
ケート質繊維を真空吸引することにより真空濾過成形法
によって１　’Ｏ’ＯＸ　１　’Ｏ’Ｏｘ　２　’Ｏｍ
ｍの直方体状の中間成形体を形成した。次いでかくして
形成された中間成形体を約１１０℃の温度にて充分乾燥
させた。

次いでかくして得られたコロイダルシリカが充分に乾燥
した状態の中間成形体をＪＩ８３＠水ガラス（ケイ酸ナ
トリウム）水溶液（Ｎａ２．０含有率１．２〜２．８％
）中に２分間浸漬した後、これを常温（２０℃）の大気
中に放置することにより乾燥さけるか、又は中間成形体
を水ガラス水溶液中に２分間浸漬した侵、その中間成形
体に炭酸ガスを３分間吹付けることによりケイ酸ナトリ
ウムの一部をゲル化させ常温く２０℃）の大気中に放置
し、かくして処理された中間成形体の表面層（厚さ０．
５ｍｍ＞を研削により除去し、更にガスバーナを用いて
表１に示す条件にて加熱乾燥させた。

次いでかくして形成されコロイダルシリカ及び水ガラス
にて互いに結合されたアルミノシリケート質ｌｌｉ帷よ
りなるＲａ雑成形体についてその強度を求める曲げ試験
を行なった。尚この場合、第１図に示されている如く、
各繊維成形体１を曲げ試験機の二つの支点２及び３上に
配置し、加圧模４が二つの支点２及び３の中央に位置す
る状態で加圧模４を一定速度にて図にて下方へ押下ける
ことにより繊維成形体１に荷重を加え、繊維成形体が折
断するに要した最大荷重を測定し、下記の式に基き各ｍ
Ｍ成形体の曲げ強さＳ　（ｋＭｖｎＱ）を算出した。

２Ｗｔ’ ここにＷ：繊維成形体の幅（ｍｍ） ｔ　：繊維成形体の厚さくｍｍ） Ｐ：繊維成形体の折断に要した最大荷重（ｋｏ） Ｌ：支点間距離（ｎ＋ｎ＋） 上述の曲げ試験の結果を乾燥温度及び乾燥時間などのデ
ータと共に下記の表１に示す。尚表１には、比較の目的
で、水ガラスによる処理を行なわれていない従来の方法
に従って形成されたｍ帷成形体（Ａｏ　＞のデータも示
されている。

１３− １４　− この表１より、この実施例に従って形成された繊維成形
体く△１〜△１２）は、従来の方法に従って形成された
繊維成形体（Ａｏ　）よりも曲げ強さが高い値であるこ
とが解る。

第２図及び第ご３図はぞれぞれ表面層を除去される以前
に於ける繊維成形体Ａ５及び表面層を除去された繊維成
形体Ａ５を鋳型内に配置し、該鋳型内に約８　’Ｏ’Ｏ
℃のアルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ８Ａ＞の溶湯を
注渇し、該溶湯を約１　’Ｏ’Ｏ’０ｋ（１／ａｍ’の
圧力にて加圧させつつ凝固させることにより形成された
繊維強化金属複合材料の断面を１００４８にて示す写真
である。尚この第２図及び第３図に於て、Ｆにて示され
た領域はアルミノシリフート質ｍｒｒｔｔにて強化され
たアルミニウム合金の部分であり、Ｍにて示された領域
はマトリックスとしてのアルミニウム合金のみの部分で
あり、王にて示された領域はシリカのｍ度が高くなって
いる領域を示している。

この第２図と第３図の比較より、本発明の方法によれば
、強化材成形体と溶融マトリックス金属との複合化に先
立って強化材成形体の表面層が除去されるので、本発明
の方法により形成された強化材成形体を用いて複合材料
を製造すれば、第２図に於てＴにて示されている如きバ
インダーが濃化した組成上の不均一部分は発生しないこ
とが解る。

実施例２ −に連の実施例１の場合と同様の要領にて、コロイダル
シリカにて互いに結合されたアルミノシリケート質繊帷
よりなる中間成形体を形成し、その中間成形体をエチル
アルコールの量を変化させることににリシリ力の濃度を
種々の値に調整されたエチルシリケート４０のアルコー
ル溶液中に５分間浸漬した後、常温（２０℃）の大気中
に放置することにより乾燥させるか、又は中間成形体を
エチルシリケート４０のアルコール溶液中に浸漬した後
、その中間成形体にアンモニアガスを吹付け、常温（２
’０℃）の大気中に放置することにより乾燥させた。

次いでかくして処理された中間成形体を下記の表２に示
された焼成条件にて焼成し、焼成炉内にて冷却させ、か
くして処理された中間成形体の表面層を厚さ１ｍｍ１．
：亙り研削によって除去することにより、シリカにて互
いに結合されたアルミノシリケート質繊維よりなる繊維
成形体を形成した。

次いでかくして形成された５１１ｇ成形体について、上
述の実施例１の場合と同様の要領にて曲げ試験を行なっ
た。この曲げ試験の結果を下記の表２に示す。

１７一 実施例３ 上述の実施例１の場合と同様の要領にて、シリカにて互
いに結合されたアルミノシリケート質繊緒よりなる中間
成形体を形成した。次いで各中間成形体をシリカの濃度
を種々の値に調整されたコロイダルシリカ水溶液中に３
分間浸漬した後、常温（２’Ｏ℃）の大気中に放置する
ことにより乾燥させた。

次いでかくして処理された中間成形体を下記の表３に示
された焼成条件にて焼成した後、焼成炉内にて冷却させ
、かくして処理された中間成形体の表面層を厚さｌｌｌ
１ｍに亙り研削によって除去することによりシリカにて
互いに結合されたアルミノシリケート質繊維よりなる繊
維成形体を形成した。

次いでかくして形成された繊維成形体について、上述の
実施例１及び実施例２の場合と同様の要領にて圧縮試験
を行なった。この圧縮試験の結果を下記の表３に示す。

この表３より、第二のバインダーとしてコロイダルシリ
カが使用される場合には、表面濃化層の厚さは比較的小
さいので、除去される繊維成形体の表面層の厚さも小さ
い値に抑えられることが好ましいことが解る。

尚上述の実施例１〜実施例３に於て製造された各繊維成
形体を用いてアルミニウム合金をマトリックスとするｍ
維強化金属複合材料を高圧鋳造法（溶湯濡度約８００℃
、加圧内約１　’０　’Ｏ’Ｏｋｏ／い２）にて製造し
たところ、何れの複合材料に於ても第２図に示されてい
る如き組成上の不均一な部分は認められなかった。

以上に於ては本発明を幾つか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図は圧縮試験の要領を示す解図、第２図及び第３図
はそれぞれ従来の方法及び本発明の一つ２１− の実施例に従って形成された！１ＩＩｔ１成形体を用い
て製造された繊維強化金属複合材料の断面を１００倍に
て示す写真である。 １・・・繊維成形体、２．３・・・支点、４・・・加圧
梗特許出願人　　　トヨタ自動車株式会社同　　イソラ
イト・バブコック耐火株式会社代　理　人　　　弁理士
　　明石　昌毅２２− 第１頁の続き ■出　願　人　イソライト・パブコック耐火株式会社 愛知県宝飯郡音羽町犬字萩字向 山７番地 （自　発） 手続補正書 昭和５８年１月２６日 特許 １、事 ２、発明の名称 複合材料製造用強化材成形体の製造方法３、補正をする
者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　愛知県豊田市トヨタ町１番地名　称　　（３
２０＞　）−ヨタ自動車株式会社４、代理人　　　　　
　　　　　他１名居　所　　・１０４東京都中央区新川
１丁目５番１９号茅場町長岡ピル３階　電話５５１−４
１７１５、補 ６、補正により増加する発明の数　　　０７、補正の対
象　　明細書 ８、補正の内容　　明Ｓ書第５頁第１１行及び第７頁第
８行の「特願昭５７−　　　　　　号」をそれぞれ「特
願昭５７−２２１６７’Ｏ号ｊと補正する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）強化材にて強化された複合材料を製造する際に使
   用される強化材成形体を製造する方法にして、乾燥によ
   り固化する液状の第一のバインダーと強化材とよりなる
   所定形状の中間成形体を形成し、前記中間成形体を乾燥
   させ、これを乾燥により固化する液状の第二のバインダ
   ー中に浸漬して前記中間成形体中に前記第二のバインダ
   ーを含浸させ、これを乾燥させると共にその表面層を除
   去することにより前記強化材成形体とする方法。
2. （２）強化材にて強化された複合材料を製造する際に使
   用される強化材成形体を製造する方法にして、乾燥によ
   り固化する液状の第一のバインダーと強化材とよりなる
   所定形状の中間成形体を形成し、前記中間成形体を乾燥
   させ、これをゲル化可能であり目乾燥により固化する液
   状の第二のバインダー中に浸漬して前記中間成形体中に
   前記第二のバインダーを含浸させ、前記第二のバインダ
   ーの少なくとも一部をゲル化させ、しかる後がくして処
   理された前記中間成形体を乾燥させると共にその表面層
   を除去することにＪ：り前記強化材成形体とする方法。