JPS5944381B2 - Manufacturing method of carbon fiber reinforced metal composite material prepreg - Google Patents

Manufacturing method of carbon fiber reinforced metal composite material prepreg

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JPS5944381B2
JPS5944381B2 JP12728481A JP12728481A JPS5944381B2 JP S5944381 B2 JPS5944381 B2 JP S5944381B2 JP 12728481 A JP12728481 A JP 12728481A JP 12728481 A JP12728481 A JP 12728481A JP S5944381 B2 JPS5944381 B2 JP S5944381B2
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fiber
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義人 福部
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、炭素繊維を補強材とする炭素繊維強化金属複
合材料(以下CFRMと略記する)の製造に用いるため
のプリプレグの製造法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing a prepreg for use in producing a carbon fiber reinforced metal composite material (hereinafter abbreviated as CFRM) using carbon fiber as a reinforcing material.

従来、炭素繊維を補強材とした金属との複合材料は、炭
素繊維の高弾性、高強度、軽量性と、金属の賦形性、耐
熱性、導電性、熱伝導性等を兼ね備えた軽量構造材料と
して有望視されているが、その複合材料の製造段階で母
材としての金属と補強材である炭素繊維とを均−且つ強
固に結合して成形することは困難であった。
Conventionally, composite materials using carbon fiber as a reinforcing material and metal have a lightweight structure that combines the high elasticity, high strength, and lightness of carbon fiber with the formability, heat resistance, electrical conductivity, and thermal conductivity of metal. Although it is seen as a promising material, it has been difficult to uniformly and firmly bond and mold the metal as the base material and the carbon fiber as the reinforcing material at the manufacturing stage of the composite material.

その理由は溶融状態の金属母材と炭素繊維の混合を均一
にすることが困難であること、炭素繊維と母材金属とを
積層し加熱加圧し複合材料とした場合に炭素繊維と金属
との結合力が弱く層間の剥離が生じ易いこと、金属が炭
素繊維と反応してカーバイトを形成しやすい場合に複合
材料の強度が低下すること等である。
The reason for this is that it is difficult to uniformly mix the molten metal base material and carbon fiber, and when carbon fiber and base metal are laminated and heated and pressed to make a composite material, the carbon fiber and metal The problems include that the bond strength is weak and peeling between layers tends to occur, and that the strength of the composite material decreases when the metal reacts with the carbon fibers and tends to form carbide.

本発明者等は、このような問題について研究の結果、特
定性状のプリプレグが取扱性に優れ、このものを経て製
造されたC F RMが繊維と金属との均一混合、強固
な結合により性能良好であること、そしてかかるプリプ
レグが炭素繊維の単繊維層からなる薄いシートにイオン
ブレーティングや真空蒸着を施すことにより得られるこ
とを見出した。
As a result of research on these issues, the present inventors found that a prepreg with specific properties has excellent handling properties, and that CF RM manufactured using this prepreg has good performance due to uniform mixing of fibers and metals and strong bonding. We have discovered that such a prepreg can be obtained by subjecting a thin sheet consisting of a monofilament layer of carbon fibers to ion blasting or vacuum deposition.

本発明は、取扱性に優れ、かつ高性能のCFRMを製造
することができるプリプレグを提供するものである。
The present invention provides a prepreg that is easy to handle and allows production of high-performance CFRM.

すなわち、本発明は炭素繊維を単繊維を1層として平均
10層以下の薄いシート状になし、これにイオンブレー
ティング又は真空蒸着を施して、各単繊維の周囲に母材
金属層を形成させると同時に単繊維相互を母材金属によ
って部分的に点接着させて適度なフレキシビリティと定
形性を有する薄いシート状物を得ることを特徴とする適
度なフレキシビリティと定形性を有する炭素繊維強化金
属複合材料製造用プリプレグの製造法である。
That is, in the present invention, carbon fibers are made into a thin sheet with an average of 10 layers or less, with each single fiber being one layer, and this is subjected to ion blasting or vacuum deposition to form a base metal layer around each single fiber. At the same time, a carbon fiber-reinforced metal having moderate flexibility and shapeability is obtained by partially point bonding the single fibers to each other using a base metal to obtain a thin sheet-like product having moderate flexibility and shapeability. This is a method for manufacturing prepreg for manufacturing composite materials.

この様な炭素繊維−金属のプリプレグは、CF RMの
中に炭素繊維を均一に配置することができ、又繊維が薄
くしかも単繊維が相互に金属によって点接着されたシー
ト状で適度なフレキシビリティを持っているので取扱性
に優れている。
This type of carbon fiber-metal prepreg allows the carbon fibers to be uniformly arranged in the CF RM, and the fibers are thin and the single fibers are point-bonded to each other with metal in the form of a sheet, which provides appropriate flexibility. It has excellent handling properties.

又これをイオンブレーティング法又は真空蒸着法により
製造することにより、このプリプレグ中及びCFRM中
に母材金属が過度の体積割合で含まれることを防止する
とともに炭素繊維と金属との接合をより密にすることが
できる。
In addition, by manufacturing this using an ion blasting method or a vacuum evaporation method, it is possible to prevent the base metal from being included in an excessive volume ratio in this prepreg and CFRM, and to make the bond between the carbon fiber and the metal tighter. It can be done.

本発明において炭素繊維とは通常用いられている意味で
の、いわゆる炭素繊維及びグラファイト繊維であり、長
繊維、短繊維であることを問わない。
In the present invention, carbon fibers refer to so-called carbon fibers and graphite fibers in the commonly used sense, and it does not matter whether they are long fibers or short fibers.

炭素繊維の周囲に形成される母材金属の種類としてはA
l2MgtZntTi 、Ni、Cu等の蒸発可能な金
属及び合金である。
The type of base metal formed around carbon fibers is A.
12MgtZntTi, Ni, Cu and other vaporizable metals and alloys.

これらの母材金属が直接又は間接に炭素繊維を被覆し、
多層構造繊維材料としている。
These base metals directly or indirectly cover carbon fibers,
It is made of multilayered fiber material.

多層構造繊維材料は芯層を炭素繊維とし、最外層に母材
金属層を有し、中間に必要に応じて第3層を介在させた
繊維である。
The multilayer structure fiber material is a fiber having a core layer of carbon fiber, a base metal layer as the outermost layer, and a third layer interposed in the middle as necessary.

母材金属が、その被膜形成段階において、CFRMの製
造段階において、或いはCFRMの使用段階において、
本質的には炭素である炭素繊維と反応したり又は炭素繊
維を溶解したりする可能性のある金属、すなわちAA、
Ti、Ni等の場合は、これらを防止するために炭素繊
維と母材金属層との間にバリア一層を介在させる。
When the base metal is used at its coating formation stage, at the CFRM manufacturing stage, or at the CFRM usage stage,
metals that can react with or dissolve carbon fibers that are essentially carbon, i.e. AA;
In the case of Ti, Ni, etc., a barrier layer is interposed between the carbon fiber and the base metal layer in order to prevent these.

このバリアーはTi、Si又はこれらの炭化物、窒化物
の層であり、このバリア一層は炭素繊維と反応しにくい
金属、すなわちMg、Zn、Cu等の場合においても、
そのぬれ性を改善する目的で使用できる。
This barrier is a layer of Ti, Si, or their carbides or nitrides, and even in the case of metals that do not easily react with carbon fibers, such as Mg, Zn, Cu, etc.
It can be used to improve its wettability.

勿論、強度的には多少犠牲を払ってもTi。Of course, you can use Ti even if you sacrifice some strength.

Si等の不純物が混入することを避けたい場合は、上記
バリア一層を介在させずにCF RMを作成することは
可能である。
If it is desired to avoid contamination with impurities such as Si, it is possible to create a CF RM without intervening the barrier layer.

通常バリアーはごく薄く、10分の数ミクロン以下で充
分である。
Usually the barrier is very thin, a few tenths of a micrometer or less, which is sufficient.

不必要にバリア一層が厚くなると、バリア一層の体積比
率が高くなり、CFRMの性能を低下させることになる
If the barrier layer becomes unnecessarily thick, the volume ratio of the barrier layer becomes high, which deteriorates the performance of the CFRM.

繊維材料の集合体は、繊維材料の一方向配列シート、ラ
ンダムウェブ、不織布等である。
The aggregate of fibrous materials may be a unidirectionally aligned sheet of fibrous materials, a random web, a nonwoven fabric, or the like.

繊維材料が薄いシート状で、単繊維を1層として平均1
0層以下好ましくは3〜5層であることが必要である。
The fiber material is in the form of a thin sheet, with an average of 1 layer of single fibers.
It is necessary that the number of layers is 0 or less, preferably 3 to 5 layers.

これはイオンブレーティング又は真空蒸着の際に母材金
属層が均一に炭素繊維を被覆すると同時に単繊維相互が
部分的に接触した接点において母材金属が繊維を接着さ
せ、適度のフレキシビリティと定形性を有するCFRM
プリプレグとなる。
During ion blasting or vacuum deposition, the base metal layer uniformly covers the carbon fibers, and at the same time, the base metal adheres the fibers at the contact points where the single fibers partially touch each other, resulting in moderate flexibility and regular shape. CFRM with gender
It becomes prepreg.

プリプレグ内における炭素繊維体積含有率は5〜70%
好ましくは20〜60%とするのが良い。
Carbon fiber volume content in prepreg is 5-70%
It is preferably 20 to 60%.

これは炭素繊維の体積含有率が低いと補強効果が弱く、
文鳥すぎると成形することが困難となるためである。
This is because the reinforcing effect is weak when the volume content of carbon fiber is low.
This is because molding becomes difficult if the sparrow is too large.

このCFRMプリプレグを使用し、CFRMを得るには
、このプリプレグを任意の方向に必要枚数積層し、各金
属が互いに融合し、一体化するよう加圧加熱し、用途に
応じた炭素繊維体積含有率のCFRMとする。
To obtain CFRM using this CFRM prepreg, the required number of prepregs are laminated in any direction, heated under pressure so that each metal fuses with each other and becomes integrated, and the carbon fiber volume content is adjusted according to the application. CFRM.

このプリプレグの製造はイオンブレーティング法又は真
空蒸着法による。
This prepreg is manufactured by an ion blasting method or a vacuum evaporation method.

母材金属層の形成方法としては、この外に溶浸法、プラ
ズマ・スプレー法、メッキ法等があるが、第一の溶浸法
では、CFRMの炭素繊維体積含有率を調整する範囲が
狭くなり、又溶融金属浴から引き上げる際、繊維間に金
属が浸透し固化して、一体化し棒状となるため、プリプ
レグはフレキシビリティに欠け、複雑な形状のC’FR
Mの作成時に作業性を悪くする。
Other methods for forming the base metal layer include infiltration, plasma spraying, and plating, but the first infiltration method has a narrow range of adjustment for the carbon fiber volume content of CFRM. Furthermore, when the prepreg is pulled up from the molten metal bath, the metal penetrates between the fibers, solidifies, and becomes integrated into a rod-like shape.
This makes workability worse when creating M.

第二のプラズマ・スプレー法では炭素繊維が金属によっ
て均一に被覆されないため炭素繊維が均一に分散された
CFRMが得にくい。
In the second plasma spray method, it is difficult to obtain a CFRM in which carbon fibers are uniformly dispersed because the carbon fibers are not uniformly coated with metal.

第三のメッキ法では、繊維にまとまりをつけにくく、C
FRMの作業性に難がある他、AA等については被覆が
非常に困難である。
The third plating method makes it difficult for the fibers to clump together, resulting in C
In addition to the difficulty in working with FRM, it is extremely difficult to coat AA and the like.

本発明のイオンブレーティング法文4ま真空蒸着法によ
り得られたプリプレグは炭素繊維が各単繊維毎に母材金
属で被覆されており、適度なフレキシビリティと定形性
を持つため前記三方法の欠点がない。
The prepreg obtained by the ion blating method of the present invention by the vacuum evaporation method has carbon fibers coated with a base metal for each single fiber, and has appropriate flexibility and shapeability, which is a disadvantage of the three methods described above. There is no.

更に炭素繊維と金属との結合が良く、又金属が酸化され
ずに被覆される等の利点がある。
Furthermore, there are advantages such as good bonding between carbon fiber and metal, and metal coating without oxidation.

イオンブレーティング法による金属層の形成はlXl0
’Torr以下の真空中、炭素繊維又はバリア一層
を有する炭素繊維を陰極とし一〇、5KV〜2.OKV
に印加する。
Formation of metal layer by ion blating method is lXl0
In a vacuum of Torr or less, using carbon fiber or carbon fiber with a single barrier layer as a cathode, 10.5KV to 2. OKV
to be applied.

この系内を0.5×10−2〜5×1O−2Torr程
度のアルゴン雰囲囲気とし、母材金属を抵抗加熱、電子
線照射加熱、高周波誘導加熱等で加熱蒸発させる。
The inside of this system is set to an argon atmosphere of about 0.5 x 10 -2 to 5 x 1 O -2 Torr, and the base metal is heated and evaporated by resistance heating, electron beam irradiation heating, high frequency induction heating, etc.

この金属蒸発はプラズマ領域で活性化(イオン化)され
、陰極に配されている繊維表面上に金属層として凝縮す
る。
This metal evaporation is activated (ionized) in the plasma region and condenses as a metal layer on the surface of the fibers arranged at the cathode.

炭素繊維温度の高い方が金属層は緻密に形成されるが、
バリア一層を有しない炭素繊維表面にAl、Ti、Ni
等の反応又は溶解を起す金属層を形成させる場合、炭素
繊維の表面で金属が液滴を生ずるような温度まで炭素繊
維を高温にすることはカーバイトの形成又は炭素の金属
への溶解等が生じるので好ましくない。
The higher the carbon fiber temperature, the denser the metal layer is formed.
Al, Ti, Ni on the carbon fiber surface that does not have a single barrier layer
When forming a metal layer that causes reactions such as This is not desirable because it occurs.

炭素繊維表面への金属層の形成に先だち、当該繊維表面
のエツチングを行うのが好ましい。
Prior to forming the metal layer on the surface of the carbon fiber, it is preferable to etch the surface of the fiber.

エツチングは既知の方法を採用しうるが、特に好ましい
のはイオンブレーティングの先工程として連続的に行う
プラズマ・エツチングである。
Although known etching methods can be employed, plasma etching is particularly preferred, which is performed continuously as a step prior to ion blasting.

この方法は0.5×10−2〜5×1O−2Torrの
アルゴン雰囲気中−0,5〜2.OKV程度に印加され
た放電電圧によるグ爾−放電により生じたプラズマによ
るエツチングを行う方法である。
This method is carried out in an argon atmosphere of 0.5 x 10-2 to 5 x 1 O-2 Torr. This is a method in which etching is performed using plasma generated by a discharge caused by a discharge voltage applied to approximately OKV.

このような方法でエツチングを行うと、炭素繊維表面の
付着物は除去され、金属層が直接繊維表面に形成される
When etching is performed in this manner, deposits on the carbon fiber surface are removed and a metal layer is formed directly on the fiber surface.

バリア一層の形成をイオンブレーティングで行う方法は
バリア一層の種類によりその方法が異なる。
The method of forming a barrier layer by ion blating differs depending on the type of barrier layer.

Si、Tiのバリア一層を形成させるには前述の金属層
の形成と同様にして行なうことができ、炭素繊維の温度
を高くするとこれらの炭化物のバリア一層が形成され、
窒素雰囲気中で行うと窒化物のバリア一層が形成される
A single barrier layer of Si and Ti can be formed in the same manner as the formation of the metal layer described above, and when the temperature of the carbon fiber is raised, a single barrier layer of these carbides is formed.
When performed in a nitrogen atmosphere, a single nitride barrier layer is formed.

母材金属とバリア一層との好ましい組合せを例示すると
次表の通りである。
Preferred combinations of base metal and barrier layer are shown in the following table.

真空蒸着による金属層の形成はlXl0−’Torr以
下の真空中で繊維に電工を印加せず、金属を蒸発させる
Formation of the metal layer by vacuum evaporation evaporates the metal in a vacuum of less than 1X10-'Torr without applying electric power to the fiber.

真空蒸着による場合はイオンブレーティングと異なり、
金属原子のいわゆるまわり込み(Throwing P
ower)がないため、シートの両面から金属を蒸発さ
せることが必要である。
Vacuum deposition differs from ion brating,
Throwing P of metal atoms
Since there is no overflow, it is necessary to evaporate the metal from both sides of the sheet.

又この場合もプラズマ・エツチングを先工程とすると炭
素繊維表面が洗浄され好ましい。
Also in this case, it is preferable to perform plasma etching as the first step because it cleans the surface of the carbon fiber.

単繊維を1層として平均10層以下好ましくは3〜5層
以下の炭素繊維を薄いシート状に配置し、イオンブレー
ティング又は真空蒸着を行なうと、金属層の形成と同時
に繊維が互いにその接点で接着し、適度なフレキシビリ
ティと定形性を有するプリプレグとなる。
When carbon fibers are arranged in a thin sheet with an average of 10 layers or less, preferably 3 to 5 layers or less, and ion blasting or vacuum deposition is performed, the fibers are bonded to each other at their contact points at the same time as the metal layer is formed. It adheres and becomes a prepreg with appropriate flexibility and shapeability.

この際シートが単繊維を1層として10層を越えるもの
であると内部にある炭素繊維は金属層で被覆されず好ま
しくない。
In this case, if the sheet has more than 10 layers with one layer of single fibers, the carbon fibers inside will not be covered with the metal layer, which is not preferable.

又炭素繊維が充分に定形性を有しないような状態で金属
層が形成された場合は、軽い圧力と温度で繊維材料の接
点のみを圧着させれば、より高い定形成を有するシート
状物を得ることが可能である。
In addition, if the metal layer is formed in a state where the carbon fibers do not have sufficient shape, it is possible to create a sheet with a higher degree of shape by crimping only the contact points of the fiber material with light pressure and temperature. It is possible to obtain.

このプリプレグを使用し、CF RMを得るにはプリプ
レグシートを必要枚数積層し、加圧、加熱して金属を接
合させる。
To obtain a CF RM using this prepreg, a required number of prepreg sheets are laminated, and the metals are bonded by applying pressure and heating.

又必要に応じては、このプリプレグシート間に金属箔、
金属粉末を挿入することも可能であり、このプリプレグ
シートを金属板ではさむ、いわゆるサンドイッチ構造に
して成形することも可能である。
Also, if necessary, place metal foil between the prepreg sheets.
It is also possible to insert metal powder, and it is also possible to form this prepreg sheet into a so-called sandwich structure by sandwiching it between metal plates.

CFRMを得る成形条件は母材金属によって異なり雰囲
気は大気中、不活性ガス中でもよいが、通常は真空中で
行い炭素繊維と反応しない金属が母材の場合、又はバリ
ア一層が設けられている場合は母材金属の融点温度ない
し融点より100℃低い温度の範囲内で10〜100k
g/fflの圧力を加えることが好ましい。
The molding conditions to obtain CFRM vary depending on the base metal, and the atmosphere may be air or inert gas, but it is usually done in a vacuum when the base material is a metal that does not react with carbon fibers, or when a single barrier layer is provided. is 10 to 100k within the range of the melting point temperature of the base metal or 100℃ lower than the melting point.
It is preferable to apply a pressure of g/ffl.

バリア一層がなく、炭素繊維と反応又は溶解する金属が
母材となっている場合は、母材金属の融点より100℃
低い温度から絶対温度で示される融点の1/2の温度範
囲で100〜1000 kg/crilで成形すること
が好ましい。
If there is no barrier layer and the base material is a metal that reacts or dissolves with carbon fibers, the temperature should be 100°C above the melting point of the base metal.
It is preferable to mold at 100 to 1000 kg/cril in a temperature range from low temperature to 1/2 of the melting point expressed in absolute temperature.

本発明方法により得られるプリプレグを図面によって説
明する。
The prepreg obtained by the method of the present invention will be explained with reference to the drawings.

本発明のプリプレグを構成する基本の繊維材料である炭
素繊維は、第1図a、bに示すごとき多層構造の断面を
もち、芯層に炭素繊維1、最外層に母材金属層3を有し
、場合により中間層にバリア一層4を介在させている。
Carbon fiber, which is the basic fiber material constituting the prepreg of the present invention, has a cross section of a multilayer structure as shown in FIGS. However, in some cases, a barrier layer 4 is interposed in the intermediate layer.

本発明のプリプレグは、このような単繊維の繊維集合体
からなり、単繊維を1層として平均10層以下の薄いシ
ート状で、しかも単繊維相互が部分的に母材金属(イオ
ンブレーティング又は真空蒸着により付与されたもの)
によって点接着し適度なフレキシビリティと定形性を有
している。
The prepreg of the present invention is composed of a fiber aggregate of such single fibers, and is in the form of a thin sheet with an average of 10 layers or less with each single fiber as one layer. (applied by vacuum evaporation)
It is point-adhesive and has appropriate flexibility and shapeability.

繊維集合体は一方向配列のものでも、ランダム配向のも
のでもよい。
The fiber aggregate may be unidirectionally aligned or randomly oriented.

一方向配列の場合、本発明のプリプレグは第3図に示す
ごとき概観を有し、多層構造の単繊維すなわち金属被覆
炭素繊維5が母材金属により相互に部分的に点接着部2
で結合している。
In the case of a unidirectional arrangement, the prepreg of the present invention has an appearance as shown in FIG.
It is connected with.

この点接着部の断面は第2図に示すとおりである。The cross section of this point bonded portion is as shown in FIG.

繊維集合体がランダム配向の場合、本発明のプリプレグ
は第4図に示すごとき概観を有し、金属被覆炭素繊維5
が母材金属により相互に部分的に点接着部2で結合して
いる。
When the fiber aggregate is randomly oriented, the prepreg of the present invention has an appearance as shown in FIG.
are partially bonded to each other by point bonding portions 2 by the base metal.

本発明のプリプレグは平均10層以下の薄いシート状物
であり、層の数は単繊維層を基準として決められている
The prepreg of the present invention is a thin sheet-like material having an average of 10 layers or less, and the number of layers is determined based on the single fiber layer.

平均3層の単繊維からなる一方向配列プリプレグは第5
図に概念的に示されるごときものである。
The unidirectional prepreg consisting of an average of three layers of single fibers is the fifth
This is conceptually shown in the figure.

以上の如く、本発明で得られた炭素繊維強化複合材料製
造用プリプレグシートを使用すると、取扱いが容易でし
かも任意の配向、任意の炭素繊維体積含有率で高性能r
、CCFRMを作成することができる。
As described above, when the prepreg sheet for producing carbon fiber reinforced composite materials obtained by the present invention is used, it is easy to handle and has high performance with any orientation and carbon fiber volume content.
, CCFRM can be created.

以下本発明を実施例により説明する。The present invention will be explained below with reference to Examples.

実施例 1 真空系内に無撚の6,000フイラメント、直径9.2
μmの炭素繊維(強度220kg1mえ弾性率19、5
t o n/ii)を幅18龍、平均3層に広げ、一
列に配列せしめたシートと高純度のklを配し、系内を
lXl0 ’Torr以下まで真空排気後、アルゴン
ガスを導入し、アルゴン圧2X10 ”Torrに保
持しつつ、炭素繊維に−1,OKVの電圧を印加して5
分間プラズマエツチングを行なった。
Example 1 Untwisted 6,000 filament in vacuum system, diameter 9.2
μm carbon fiber (strength 220kg 1m, elastic modulus 19.5
t on / ii) was spread to a width of 18 mm and an average of 3 layers, sheets arranged in a row and high-purity Kl were arranged, and after the system was evacuated to below lXl0'Torr, argon gas was introduced. While maintaining the argon pressure at 2 x 10" Torr, apply a voltage of -1, OKV to the carbon fiber.
Plasma etching was performed for minutes.

エツチング終了後、抵抗加熱によってklを蒸発させ、
Anを1.0μIV″rT1i nで堆積させイオンブ
レーティングし、4μmのA1層を有する炭素繊維−ア
ルミニウムプリプレグシートとした。
After etching, kl is evaporated by resistance heating,
An was deposited at 1.0μIV″rT1in and ion-bladed to obtain a carbon fiber-aluminum prepreg sheet having a 4μm A1 layer.

このシートは適度にフレキシブルであり、直径10mr
nのパイプにパイプに対し平行及び直角に夫夫巻きつけ
ることができた。
This sheet is moderately flexible and has a diameter of 10 mr.
It was possible to wrap the wire around the pipe in parallel and at right angles to the pipe.

このプリプレグの炭素繊維体積含有率は30%であった
The carbon fiber volume content of this prepreg was 30%.

このプリプレグを一方向に20枚積層し、真空度2X1
0−5Torr、560℃、9001y/cflLで加
熱加圧し、炭素繊維体積含有率31%のCF RMを得
た。
20 sheets of this prepreg are stacked in one direction, and the vacuum level is 2X1.
A CF RM having a carbon fiber volume content of 31% was obtained by heating and pressurizing at 0-5 Torr, 560° C., and 9001 y/cflL.

このCFRMは繊維軸方向の強度が45ゆ/−でしかも
電気伝導度の良いものであった。
This CFRM had a strength of 45 Y/- in the fiber axis direction and good electrical conductivity.

実施例 2 実施例1の方法に準じて真空系内に直径9.0μmの炭
素繊維でできたランダム平均単繊維層5層のウェブとT
iを配し、堆積速度0.5μm/minにてTiを蒸発
させ、イオンブレーティングを行った後5X10−5T
orrの真空中でCuをランダムウェブの両面から堆積
速度3.0μm/min で蒸発した。
Example 2 A web of 5 random average monofilament layers made of carbon fibers with a diameter of 9.0 μm and T were prepared in a vacuum system according to the method of Example 1.
5X10-5T after evaporating Ti at a deposition rate of 0.5 μm/min and performing ion blating.
Cu was evaporated from both sides of the random web in a vacuum of 3.0 μm/min at a deposition rate of 3.0 μm/min.

得られたプリプレグは適度にフレキシブルであり、被覆
した金属層の厚みはTiが0.1μm、Cuが8.0μ
mであり炭素繊維体積含有率13%であった。
The obtained prepreg is moderately flexible, and the thickness of the coated metal layer is 0.1 μm for Ti and 8.0 μm for Cu.
m, and the carbon fiber volume content was 13%.

このようにして得られた炭素繊維−銅プリプレグシート
を10枚積層し、真空度2×10−4To r r s
1000℃、50kg/Cr?Lで加熱加圧し炭素
繊維体積含有率15%のCF RMを得た。
Ten carbon fiber-copper prepreg sheets obtained in this manner were laminated, and the vacuum degree was 2×10 −4 Torr s.
1000℃, 50kg/Cr? A CF RM having a carbon fiber volume content of 15% was obtained by heating and pressing with L.

実施例 3 実施例1の方法に準じて平均3層、幅14朋に広げられ
た一方向配列シート(直径7.0μm、6.000フイ
ラメント)とTiを配置し、系内を1X10 ’To
rr以下まで真空排気後窒素ガスを導入し、窒素圧2X
10−2Torrに保持しつつ炭素繊維に−1,OKV
の電圧を印加して、5分間プラズマエツチングを行った
Example 3 According to the method of Example 1, a unidirectionally arranged sheet (diameter 7.0 μm, 6,000 filaments) spread to an average of 3 layers and a width of 14 mm and Ti were placed, and the system was heated to 1×10' To
After evacuation to below rr, introduce nitrogen gas and increase the nitrogen pressure to 2X.
-1, OKV to carbon fiber while maintaining at 10-2 Torr
Plasma etching was performed for 5 minutes by applying a voltage of .

5分経過後、炭素繊維をタンクルヒーターで200℃に
加熱した。
After 5 minutes had passed, the carbon fibers were heated to 200°C using a tank heater.

一方Tiを抵抗加熱で蒸発させ炭素繊維表面に窒化チタ
ン被覆を堆積速度0.5μm/minで形成させた。
On the other hand, Ti was evaporated by resistance heating to form a titanium nitride coating on the carbon fiber surface at a deposition rate of 0.5 μm/min.

被覆の厚さは0.2μmとした。ついで再びlXl0−
Torr以下まで真空排気後、アルゴンガスを導入し、
実施例1と同じ方法で堆積速度1.0μm / m l
nにてAlをイオンブレーティングして2.5μm被
覆し、炭素−窒素チタン−アルミニウムの3層構造のプ
リプレグシーとした。
The thickness of the coating was 0.2 μm. Then lXl0-
After evacuation to below Torr, introduce argon gas,
Deposition rate 1.0 μm/ml using the same method as Example 1
2.5 μm of Al was coated by ion-blating at n, and a prepreg sheet with a three-layer structure of carbon-nitrogen titanium-aluminum was obtained.

このプリプレグシートを一方向に50枚積層し、真空度
5X10 ’Torr、650℃、50kg/dで加
熱加圧し、Alを母材とするC F RMを得た。
Fifty sheets of this prepreg sheet were laminated in one direction and heated and pressed at a vacuum degree of 5×10' Torr, 650° C., and 50 kg/d to obtain a C F RM having Al as the base material.

このCFRMの炭素繊維体積含有率は35%で繊維軸方
向の強度は58kg/xiであった。
The carbon fiber volume content of this CFRM was 35%, and the strength in the fiber axis direction was 58 kg/xi.

実施例 4 実施例1の方法に準じて、平均2層、幅約45朋に広げ
られた一方向配向シート(直径7μm、12.000フ
イラメント)とMgを配置し、系内をlXl0 ’T
orr以下にまで真空排気後アルゴンガスを導入し、ア
ルゴン圧lXl0 ”Torrに保持しつつ炭素繊維
に0.5KVの電圧を印加して5分間プラズマエツチン
グを行った。
Example 4 According to the method of Example 1, a unidirectionally oriented sheet (diameter 7 μm, 12,000 filaments) with an average of two layers and a width of about 45 mm was placed and Mg was placed, and the system was heated to lXl0'T.
After evacuation to a pressure below 100 psi, argon gas was introduced and plasma etching was performed for 5 minutes by applying a voltage of 0.5 KV to the carbon fibers while maintaining the argon pressure at 1X10'' Torr.

しかる後Mgを入れた黒鉛ルツボを高周波誘導加熱し、
Mgを蒸発させ、0.1μm/minの堆積速度でイオ
ンブレーティングを行い2.0μmのMgで被覆した適
度にフレキシブルな炭素繊維−Mgプリプレグシートを
作成した。
After that, the graphite crucible containing Mg was heated by high frequency induction.
A moderately flexible carbon fiber-Mg prepreg sheet coated with 2.0 μm of Mg was prepared by evaporating the Mg and performing ion blasting at a deposition rate of 0.1 μm/min.

このシート80枚を積層し、N2気流中450°C1C
15oo/fflで加熱加圧し、Mgを母材とするC
F RMを得た。
80 of these sheets were stacked and heated at 450°C1C in a N2 air flow.
C heated and pressurized at 15oo/ffl, with Mg as the base material
I got FRM.

このものの炭素繊維体積含有率は40%、繊維軸方向の
強度は76kg/mmであった。
The carbon fiber volume content of this product was 40%, and the strength in the fiber axis direction was 76 kg/mm.

実施例 5 実施例1の方法に準じ、直径7μm、6.000フライ
メントの炭素繊維を平均厚さ3層、幅14mmに広げN
iを電子線照射にて蒸発させ、0.6μm/minの堆
積速度で−1,5KV、0.5×1O−2Torrのア
ルゴン分子でイオンブレーティングを行った。
Example 5 According to the method of Example 1, carbon fibers with a diameter of 7 μm and 6,000 filaments were spread to have an average thickness of 3 layers and a width of 14 mm.
i was evaporated by electron beam irradiation, and ion blating was performed with argon molecules at -1.5 KV and 0.5 x 1 O-2 Torr at a deposition rate of 0.6 μm/min.

このイオンブレーティングによりNiを2.5μm被覆
し、炭素繊維−Niの構造の適度にフレキシブルなプリ
プレグシートを得た。
By this ion blasting, Ni was coated to a thickness of 2.5 μm to obtain a moderately flexible prepreg sheet having a carbon fiber-Ni structure.

このプリプレグを0度、方向に交互に計60枚を金型に
仕込み600℃、500kg/c11¥でI X 10
1Torrの真空下加熱加圧し、Niを母材とするCF
RMを得た。
A total of 60 pieces of this prepreg were placed in a mold alternately in the 0 degree direction at 600℃, 500 kg/c, 11 yen, and I x 10.
CF with Ni as the base material heated and pressurized under a vacuum of 1 Torr
Got RM.

このCFRMの炭素繊維体積含有率は35%、0度、9
0度方向強度は夫々45kg/m4であった。
The carbon fiber volume content of this CFRM is 35%, 0 degrees, 9
The strength in the 0 degree direction was 45 kg/m4.

実施例 6 実施例3の方法に準じて直径7μm、6000フライメ
ントの炭素繊維束を平均1層、43mm幅に広げ、Si
と共に系内に配し、IXIC)’Torr以下まで真空
排気後、N2ガスを導入しN2圧1×1O−2Torr
に保持しつつ炭素繊維に−2,OKVの電圧を印加して
ピラズマエッチングを行う。
Example 6 According to the method of Example 3, carbon fiber bundles with a diameter of 7 μm and 6000 filaments were spread to have an average of one layer and a width of 43 mm, and Si
After vacuum evacuation to below IXIC)' Torr, N2 gas was introduced and the N2 pressure was increased to 1 x 1 O-2 Torr.
Pyrazma etching is performed by applying a voltage of -2, OKV to the carbon fibers while maintaining the temperature.

しかる後Siを入れた黒鉛ルツボを高周波誘導加熱し、
Siを蒸発させ、S i3 N4を0.3μmの厚さで
被覆した。
After that, the graphite crucible containing Si was heated by high frequency induction.
The Si was evaporated and Si3N4 was coated with a thickness of 0.3 μm.

ついで再びlXl0 ’Torrまで真空排気後、ア
ルゴンガスを導入し、Tiを抵抗加熱によって蒸発させ
0.5μm/minの堆積速度で2.0μmの厚さにイ
オンブレーティングし、炭素繊維−窒化シリコン−チタ
ンの3層構造のプリプレグシートを得た。
Then, after evacuation to lXl0' Torr again, argon gas was introduced, Ti was evaporated by resistance heating, and ion blasting was performed to a thickness of 2.0 μm at a deposition rate of 0.5 μm/min, and the carbon fiber - silicon nitride - A titanium three-layer prepreg sheet was obtained.

このものは適度なフレキシビリティと定形性を有してい
た。
This product had appropriate flexibility and shapeability.

このプリプレグシートを一方向に200枚積積層、16
50℃、501y/ffl、lXl0−5torrでホ
ットプレスし炭素繊維体積含有率40%、強度65kg
/−のCFRMを得た。
200 sheets of this prepreg sheet were laminated in one direction, 16
Hot pressed at 50℃, 501y/ffl, lXl0-5torr, carbon fiber volume content 40%, strength 65kg
/- CFRM was obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図a、bは周囲に母材金属を有する炭素繊維単繊維
の断面図、第2図は点接着部における断面図、第3図は
本発明の一方向配列プリプレグの点接着部を示す概観図
、第4図は本発明のランダム配向プリプレグの点接着部
を示す概観図、第5図は平均3層の単繊維からなる本発
明プリプレグの概念図、 1・・・・・・炭素繊維、2・・・・・・点接着部、3
・・・・・・母材金属層、4・・・・・・バリア一層、
5・・・・・・金属被覆炭素繊維。
Figures 1a and b are cross-sectional views of a carbon fiber single fiber having a base metal around it, Figure 2 is a cross-sectional view of a point bonded portion, and Figure 3 is a point bonded portion of the unidirectional prepreg of the present invention. Fig. 4 is an overview diagram showing point bonding parts of the randomly oriented prepreg of the present invention, Fig. 5 is a conceptual diagram of the prepreg of the present invention consisting of an average of three layers of single fibers, 1...Carbon fiber , 2... point adhesive part, 3
...Base metal layer, 4...Barrier layer,
5...Metal coated carbon fiber.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 炭素繊維を単繊維を1層として平均10層以下の薄
いシート状になし、これにイオンブレーティング又は真
空蒸着を施して、各単繊維の周囲に母材金属層を形成さ
せると同時に単繊維相互を母材金属によって部分的に点
接着させて適度なフレキシビリティと定形性を有する薄
いシート状物を得ることを特徴とする適度なフレキシビ
リティと定形性を有する炭素繊維強化金属複合材料製造
用プリプレグの製造方法。
1 Carbon fibers are formed into a thin sheet with an average of 10 layers or less, with each single fiber being one layer, and this is subjected to ion blasting or vacuum deposition to form a base metal layer around each single fiber, and at the same time, the single fiber is formed into a thin sheet. For manufacturing carbon fiber-reinforced metal composite materials having moderate flexibility and shapeability, characterized in that a thin sheet-like material having moderate flexibility and shapeability is obtained by partially point-bonding each other with base metals. Prepreg manufacturing method.
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