JPS59125262A - 複合材料の製造方法 - 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、細線材、ボイス力、あγ子などを強化
材としアルミニウム合金などをマド１ノツクス金属とす
る複合材料の製造方法に係る。

複合材料の製造方法の一つとして、鋳型内に弓ｍ化材を
配置した後、該鋳型内にマトリックス金□属の溶湯を導
入し、該溶湯を鋳型内にてカロ圧しつつ凝固させる高圧
鋳造法の如き加圧鋳造法ｈ＜従来より知られている。こ
の加圧鋳造法に於て（ま１寿造に先立って繊維の如き強
化材にて所定の密度、形状、及び配向状態の強化材成形
体を形成し、該強化材成形体をマトリックス金属の溶湯
中に鋳込むことが行われており、この加圧鋳造法によれ
ば、強化材とマトリックス金属との密着性に優れ、強化
材が所定の密度及び配向状態にて充填された所望形状の
複合材料を容易に且低廉に製造することができる。

しかしこの加圧鋳造法により複合材料を製造する場合に
は、特に強化材にて部分的に複合強化された複合材料を
製造する場合には、Ｌ１型内に配置された強化材成形体
は鋳型内にマトリックス金属の溶湯が注湯される際に該
溶湯の流動作用を受（プ、また強化材とマトリックス金
属との間に実質的な比重差が存在する場合には強化材成
形体はマトリックス金属の溶湯より浮力を受けるので、
強化材成形体が鋳型内に配置された時点よりマトリック
ス金属の溶湯が完全に凝固するまでの間に強化材成形体
が鋳型内の所定の位置より変位し、所定の部分が正確に
強化材にて複合強化された複合材料を製造することが困
難である。

この場合マトリックス金属よりもはるかに融点の高い金
属にて構成さシた支持部材を用いて強化材成形体を鋳型
内の所定の位置に保持することも考えられるが、かかる
方法によるときは支持部材が製造された複合材料中に埋
設された状態にて残存し、複合材料の機械的性質が低下
するだけでなく、複合材料の製造コストも高くなる。

また特開昭５４−４２３３２号に記載されている如く、
鋳型として分割型を用い、強化材成形体を分割型の型合
せ面に挟持させることにより、強化材成形体を鋳型のモ
ールドキャビティ内の所定の位置に保持することも考え
られるが、この方法によるどきは、強化材成形体に予め
分割型の型合せ面間に挟持されるはみ出し部を形成して
あがなければ、ならず、また分割型の型合Ｕ面を完全に
密着させることができないため、比較的大きいバリが発
生し易く、そのため鋳造後の後工程に於てバリ取りなど
に長時間を要するなどの不具合がある。

本発明は、複合材料の製造方法として優れた種々の特徴
を有する加圧鋳造法により複合材料、特に部分的に強化
材にて複合強化された複合材料を製造する場合に於ける
上述の如き不具合に鑑み、かかる不具合を生じることが
ないよう改良された複合材料の製造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、強化材よりなり弾性を
有づ−る強化材成形体を形成し、該強化材成形体を鋳造
装置のモールドキャビティ内にその壁面に弾性的に係止
して配置し、前記モールドキャビティ内にマトリックス
金属の溶湯を注渇し、前記溶湯を前記モールドキャビテ
ィ内にて加圧しつつ凝固させる複合材料の製造方法によ
って達成される。

本発明の方法によれば、強化材成形体は鋳造装置のモー
ルドキャビティ内にその壁面に弾性的に係止した状態に
て配置されその位置に保持されるので、強化材成形体を
支持部材にて鋳型内の所定の位置に保持する方法の場合
の如く、支持部材が複合材料中に埋設された状態にて残
存することに起因する複合材料の機械的性質の低下や複
合材料の製造コストの増大などの不具合を生じることも
なく、また前述の特開昭５４−４２３３２号に記載され
た方法の如く、強化材成形体に予め型合せ面に挟持され
るはみ出し部分を形成することも不要であり、Ｊ、たバ
リの発生も最少限に抑えることができるので、所定の部
分が正確に強化材にて複合強化された複合材料を容易に
且能率良く製造づることができる。

尚本発明の方法に於て、弾性を右づる強化材成形体を形
成することは、強化材が長ｌｉｔである場合には、強化
材を所定の密度及び配向状態にて所定の形状に形成し、
それを無機質バインダにて固定したりその外周部をワイ
ヤなどに゛Ｃ固定することにより達成されてよく、また
強化材が短繊維や粒子の場合には、強化材を所定の密度
及び配向状態にで所定の形状に形成し、それを少量のバ
インダにて固定することにより達成されてよい。この場
合使用されるバインダはコロイダルシリカなどであって
もよいが、マトリックス金属を酸化させて発熱するアル
ミナ、ジルコニア、酸化クロム、酸化イツトリウムの如
き金属酸化物よりなるバインダや、これらの金属酸化物
とリチウム、カルシウム、マグネシウムの如き酸化物形
成傾向の強い金属粉末との混合物よりなりテルミット反
応により発熱するバインダが使用されることが好ましい
。

かかる発熱性を有するバインダを使用するときは、マト
リックス金属溶湯の注湯時に強化材成形体が加熱される
ので、強化材成形体がモールドキャビディの壁面に当接
する領域に於ても強化材成形体の個々の強化材の間にマ
トリックス金属の溶湯を良好に浸透させることができる
。

また本発明の方法に於て、強化材成形体を鋳造装置のモ
ールドキャビティ内にその壁面に弾性的に係止して配置
することは、強化材成形体が円筒体の如き環状体の場合
には、その外径をモールドキャビティの内径よりも僅か
に大きく設定したりその内径をモールドキｔ・ビティの
突起の外径よりも僅かに小さく設定し、モールドキャビ
ティ内の所定の位置に圧入式に嵌込むことにより達成さ
れてよく、特に鋳型が分割型の場合には、強化材成形体
を鋳造装置のモールドキャビティの壁面間に挾み込んで
該壁面に弾性的に係止することにより達成されてＪ：い
。

以下に添イ」の図を参照しつつ、本発明を実施例につい
て詳却１に説明する。

第１図乃至第３図はランド部及びビス１−ンヘッドの一
部が短繊維にて複合強化されたピストンの製造に対し適
用された本発明による複合材料の製造方法の一つの実施
例の製造工程を示す前回である。

まず平均繊維径３．４μ、平均繊絹長３ｍｍのアルミナ
短繊維＜９４．８ｗｔ％Ａ＋２０３，５．２Ｗ［％Ｓ！
　０２　＞を酸化クロム２Ｑｗｔ％水溶液中に懸濁させ
、該懸濁液よりリング状の繊維集合体を真空波過成形法
にＪ：って形成し、該ｔＲＩｆＥ集合体を乾燥させるこ
とにより、第１図に示されている如く、外径９５．５ｎ
＋ｎ＋、内径７５ｍｍ、高さ２５ｍｍの弾性変形可能な
繊維成形体１を形成した。尚この繊維成形体１の個々の
アルミナ短繊維２は、繊維成形体の軸線３に垂直な平面
内に於てはランダム配向され、軸線に沿う方向に積み重
ねられｌｃ所所謂二次元ランダム配向状タンしており、
アルミナ短繊維２のカサ密痕は０．１　ｂ　　ｇ／ｃｎ
”であり、圧縮強さは１　、９　ｋ（］／　ａｎ’であ
り、バインダとしての酸化クロムの含イｊ吊は６ｗｔ％
であった。

次いで第２図に示されている如く、繊維成形体１を鋳造
装置４の下型５のモールドキャビティ６内に配置した。

使用された鋳造装置４のモールドキャビティ６は内径が
９８１１１１１１である円筒状部分Ａと大径が９８ｍｍ
であり小径が９５ｍｍである切頭円錐状部分Ｂとよりな
ってあり、繊維成形体１はその円筒状側面７がモールド
キャビティ６の切頭円錐状部分Ｂの円筒状側壁８に摩擦
係合した状態にてモールドキャビティ６内の第１図に示
された位置に圧入された。

次いで第３図に示されている如く、下型５のモールドキ
ャビティ６内に７５０℃のアルミニウム合金（ＪＩＳ規
格ＡＣ８Ａ）の？８潟９を汀泪し、該溶湯を下型５に嵌
合する上型１０により約１５０’ＯｋＭ、Ｊの圧力にて
加圧し、その加圧状態を溶湯９が完全に凝固するまで保
持し、これによりランド部及びピストンヘッドの外縁部
のみがアルミナ’ｆＸ５　ｍ　Ｉｆｆにて複合強化され
たピストンの相形体を製　造　し　ｌこ　。

また比較の目的で、繊維成形体として外径が９４．５ｍ
ｍであり、従って繊維成形体が下型５のモールドキャビ
ティ６内に実質的に遊嵌状態にて配置された点を除き、
上述の実施例と同様の要領にてビス１ヘン粗形体を製造
した。

かくして製造された二つのビス１−ン粗形体をそれぞれ
その軸線に沿って切断し、その断面をｒ４ＩＡ察したと
ころ、本発明の製造方法に従って製造されたピストン粗
形体に於ては、強化材成形体がピストン粗形体内の所定
の位置に維持されており、従つ“Ｃランド部及びピスト
ンヘッドの外周部が正確にアルミナ短繊°維にて複合強
化されていたのに対し、比較例のピストン粗形体に於て
は、強化材成形体の＠線が下型５の軸線に対し僅かに傾
斜した状態にあり、従ってピストン粗形体はそのランド
部及びピストンヘッドの外周部が正確にはアルミナ短繊
維によって複合強化されていないものであることが認め
られた。

第４図乃至第６図はスリーブの製造に対し適用された本
発明による複合材料の製造方法の伯の一つの実施例の製
造工程を示づ前回である。

まず繊維径７μの炭素繊維（東し株式会社製「トレカ」
　（登録商標）Ｍ２Ｏ）１１を外径７゜８ｍｍの金属製
パイプの周りにピッチ角±７０°にてフィラメントワイ
ンディングにより巻付け、外径２３Ｉとなった時点で金
属パイプを引き抜くことにより、第４図に示されている
如く、内径７゜８１１１１１１、外径２３ｍｍ、長さ７
５ｎｖの中空円筒体の繊維成形体１２を形成した。尚こ
の場合第４図には示されていないがｐＡ維成形体１２の
外周にワイヤを巻付（ブることによりｍ組成形体の外周
部が固定された。

次いで１ｌｉｌｆ成形体１２を約８００　’Ｃの湿度に
予熱した後、該繊維成形体を第５図に示されている如く
鋳造装置１３の鋳ｙ（１４のモールドキャビティ１５内
に配置した。この場合鋳造装置としては、そのモールド
キャビティが複合材料を鋳造Ｊるための成形室１６と成
形室１６内に導入されたマトリックス金属の溶湯を加圧
するための加圧室１７とを有しており、また鋳型１４内
にて凝固した凝固体を取出すためのノックアウトビン１
８の上端部１つには外径８．’Ｑ＋ｎｍ、長さ３’Ｑｍ
ｍの円柱状の突起２０が段【ノられ、突起２０の周りの
上端部１９が鋳型１４の成形室１６の一部を郭定するよ
う構成されたものが使用され、繊維成形体１２はその中
空孔２１をノックアウトビン１８の突起２０に嵌合さけ
て突起２０の外壁面に弾性的に係止させることにより、
鋳型１４のモールドキャビディ１５内の所定の位置に保
持された。

次いで鋳型１４のモールドキャビティ１５内に約７５　
’Ｏ℃のアルミニウム合金（ＡＩ−３％ｆｖｌｏ）の溶
湯２２を注渇し、該溶湯をプランジャ２３により約１５
００　ｋＵ／’ａａ’の圧力に加圧し、その加圧状態を
溶湯２２が完全に凝固するまで保持した。

次いで鋳型１４内よ、リノックアウトビン１８にょって
モールドキャビティ１５内にて凝固した凝固体を取出し
、該凝固体より加圧室１７内にて凝固した部分を切断に
よって除去し、残りの部分の外周に対し旋削を行い、か
くして得られた円（」体の中心に孔を穿孔しその孔を仕
上げることにより、中空孔の表面部が伏素繊維にて複合
強化された内径９１、外径２２ｍｍ１長さ７５ｍｍのス
リーブを製造した。

尚かくして製造されたスリーブをその軸線に沿って切断
しその断面を観察したところ、繊維成形体の軸線とスリ
ーブの軸線とが一致しており、従ってスリーブの内周面
は炭素繊維にて正確に複合強化されていることが認めら
れた。

以上に於ては本発明を二つの実施例について詳細に説明
したが、本発明はかかる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。例えば上述の実施例
に於又は鋳造装置の鋳型として非分割型の鋳型が使用さ
れているが、鋳造装置の鋳型として分割型の鋳型を用い
、強化材成形体を鋳型のモールドキャビティの壁面間に
挾み込んで該壁面に弾性的に係止することによってその
所定の位置に保持してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図はピストン粗形体の製造に対し適用さ
れた本発明による複合材料の製造方法の一つの実施例の
Ｔ！Ａ造工程を示１解図、第４図乃至第６図はスリーブ
の製造に対し適用された本発明による複合材料の製造方
法の伯の一つの実施例の製造工程を示す前回である。 １・・・繊維成形体、２・・・アルミナ知繊維、３・・
・軸線、４・・・鋳造装置、５・・・下型、６・・・モ
ール１ζキヤビテイ、７．８・・・側面、９・・・アル
ミニウム合金の溶湯、１０・・・上型、１１・・・炭素
繊維、１２・・・繊維成形体、１３・・・鋳造装置、１
４・・・鋳型、１５・・・モールドキャビティ、１６・
・・成形室、１７・・・加圧室。 １８・・・ノック７ウトビン、１９・・・上端部、２０
・・・突起、２１・・・中空孔、２２・・・アルミニウ
ム合金のン容湯、２３・・・プランジャ 第１図 第２図 第３図 １０ 第４図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 強化材よりなり弾性を有する強化材成形体をＩ′Ｉ毛成
   し、該強化材成形体を鋳造装置のモール１：キャビティ
   内にその壁面に弾性的に係１して配置し、前記モールド
   キャビティ内にマド１ノツクス金属の溶湯を注湯し、前
   記溶湯を前記モールドキャビィ内にて加圧しつつ凝固さ
   せる複合材穿井の製造方法。