JPS61143534A - 繊維成形体の製造方法およびその繊維成形体を用いて製造された繊維強化金属複合材料 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明のうち、第１発明は、繊維成形体の製造方法の改
良に関し、第２発明は、第１発明に係わる繊維成形体の
製造方法により製造された繊維成形体を用いた繊維強化
金属複合材料に関する。本第２発明に係わる繊維強化金
属複合材料は斜板式圧縮機の斜板、オーブンエンド精紡
機用ロータおよびリング精紡機用リング等に適用される
。

［従来の技術］ 従来、ウィスカを用いた繊維強化金属複合材料に用いら
れるウィスカ繊維成形体を製造するには、第９図に示す
ように目的とする繊維成形体形状に応じた口過面６′を
もつ成形用口過器７内にウィスカの解繊液４′を入れて
ロ過し、該ロ過面り′上にウィスカ繊維集積体３ａ−を
成形する。この場合ウィスカはｌ！雌が細かいので口過
材の目を細かくしないと繊維が通過してしまう。そのた
めにこの場合には通常口を細かくした口過材例えば口過
面の開口の平均口径が約１４０μｍ（１００メツシユ）
程度の口過材を用いるので、吸引効率が恩くなり、この
ため極めて生産性が悪化する。

また従来においては、通常上記により製造されたウィス
カ繊維成形体を所定の形状の鋳造金型中のキャビティ内
に置き、溶融金属を該ウィスカ繊維成形体に接触、浸透
させて所定形状のウィスカ強化金属複合材料を製造する
。例えば第１０図に示すようにこのウィスカｌ１Ｉ１１
１強化金属複合材料においては、ウィスカが高価のため
通常所定の表面部９′にのみウィスカで強化し、他の大
部分１２′は金属のみから成る。これではこの該複合材
料の強度は必ずしも実用上十分とはいえないし、またウ
ィスカ繊維強化金属材料部と金属材料部との物性の相違
が大きいため、この両部間の強度等が必ずしも十分とは
いえない。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上記欠点を克服するものであり、本第１発明は
、繊維成形時間を短縮した生産効率が良く、一体化され
た繊維成形体の製造方法を提供することを目的とする。

又本第２発明は、低コストの繊維をバックアツプ材とし
て利用することにより、経済性を高めるとともに母材金
属との一体化がより強固なＩＩ維強化金属複合材料を提
供することを目的とする。

ｃ問題点を解決するための手段］ 本第１発明の繊維成形体の製造方法は、目的とする繊維
成形体形状に応じた口過面を持つ成形用口過器内に短繊
維を主とする第１繊維の解繊液を入れて口過し、該口過
面上に第１繊維集積体を成形する第１工程と、 成形された該第１繊維集積体をもつ該口過器内にウィス
カを主とする第２繊維の解繊液を入れてロ過し、該第１
繊維集積体の上面に一体化された該第２繊維より成る第
２繊維集積体を形成し繊維成形体を得る第２工程とから
成ることを特徴とする。

本第１発明の繊維成形体の製造方法の第１工程は、例え
ば第１図に示すように、目的とする繊維成形体形状に応
じた口過面６をもつ成形用口過器７内に短繊維を主とす
る第１繊維の解繊液２を入れて口過し、該口過面６上に
第１　ＩＩ維集積休体ａを成形するものである。

上記第１繊維は短繊維を主とするものである。

従って該第１１Ｉ維は、短繊維のみで構成されてもよい
し、短繊維にウィスカ又は長ｔｅｉｅ混合したものとす
ることもできる。また該第１ｍ雑には、１種類又は２種
類以上の短繊維を含んでいてもよい。該短繊維には例え
ばアルミナ−シリカ短繊維、アルミナ短繊維またはガラ
ス短繊維等を用いることができる。また該短繊維の直径
は通常２〜１０μ園である。また該第１繊維の解繊液に
は、例えば水、アルコール等の液体と、アニオン系界面
活性剤等の界面活性剤およびデンプン、ポリビニルアル
コール等のバインダーを用いて第１繊維を解繊分散させ
たものが用いられる。

上記口過器の６過面の開口の平均口径は通常２２１〜５
３５μｍ即ち６０〜３０メツシュ程度である。

本第１発明の第２工程は、例えば第２図に示すように上
記第１工程により成形された該第１繊維集積体１をもつ
口過器７内にウィスカを主とグる第２８１４の解繊液４
を入れて口過し、該第１繊維集積体１の上面に一体化さ
れた該第２繊維より成る第２繊維集積休３ａを形成し繊
維成形体を得る工程である。

上記第２繊維はウィスカを主とするものである。

ここに「ウィスカ」とは、ヒゲ状結晶の範ちゅうに入い
るものであればよく、その径、および長さは特に限定さ
れない。モして該径又は長さは、ウィスカの種類、その
製造方法等により異なるが、おおむね咳径は０．１〜１
μ園程度、該長さは５０〜２００μｍ程度である。該第
２繊維はウィスカのみでもよいが、ウィスカに上記の短
繊維等を混合したものとすることもできる。また該第２
繊維にはで１種類又は２種類以上のウィスカを含んでい
てもよい。該ウィスカには、例えば炭化珪素ウィスカ、
窒化珪素ウィスカ、アルミナウィスカ又はチタン酸カリ
ウムウィスカ等が用いられる。

通常類ウィスカには炭化珪素ウィスカまたは窒化珪素ウ
ィスカが用いられる。特に炭化珪素ウィスカは通常用い
られる母材金属であるアルミニウム合金等とぬれ性が特
に良いのでより好ましい。

上記第２繊維Ｑ解繊液は上記第１繊維の解繊液と同様に
して調整される。

上記により製造された繊維成形体は例えば第３図に示す
ように第１繊維集積体１とその上面に形成された第２繊
維集積体３とから成り、上記第１繊維集積休１と上記第
２４１帷集積体３の境界部には上記第１繊維と上記第２
繊維との混合層５が存在する。即ち第１繊維集積体１の
上端部の空隙内に微細な第２繊維が侵入し、該第２集積
体は、該第１繊維の上面に一体的に積層される。

本第２発明の繊維強化金属複合材料は、例えば第４図に
示すように母材金属１１と、該母材金属１１中に埋設さ
れた繊維成形体とから構成され、該繊維成形体は、短繊
維を主とする第１繊維から成る第１繊維集積体１と、ウ
ィスカを主とする第２繊維から成る第２繊維集積体３と
から成り、該第１繊維集積体１と該第２繊維集積体３と
の境界部には上記第１繊維と上記第２繊維との混合層５
が存在することを特徴とする。即ち本繊維強化金属複合
材料は、第１繊維強化金属複合材料部８と、第２繊維強
化金属複合材料部９と、これらの両材料部８．９の境界
部に形成されたこれらの繭繊維の混合層強化金属複合材
料部１０とから構成される。なお、第４図に示したよう
に繊維を含まない金属のみからなる部分１２を有するも
のでもよい。

上記繊維成形体はよ２第１発明の繊維成形体の製造方法
により製造されたものである。従って本第２発明におけ
る短繊維およびウィスカは上記第１発明で述べたものと
同一のものを用いることができる。

上記母材金属にはアルミニウム、アルミニウム合金、マ
グネシウム、マグネシウム合金、銅、および銅合金等の
金属の１つを用いることができる。

該アルミニウム合金にはアルミニウムー珪素系、′　ア
ルミニウムー珪素−マグネシウム系、アルミニウムー珪
素−銅系、アルミニウムー銅−珪素−マグネシウムーニ
ッケル系、アルミニウムー銅−珪素−マグネシウム系、
アルミニウムー銅系等の合金が用いられる。該マグネシ
ウム合金にはマグネシウム−アルミニウム系、マグネシ
ウム−亜鉛系等の合金が、該銅合金には銅−亜鉛−アル
ミニウム系、銅−亜鉛−マンガン系等の合金が用いられ
る。特に該母材金属にはアルミニウム、アルミニウム合
金が好ましい。また使用される該母材金属は使用される
ウィスカ等の繊維とぬれ性の良いものが好ましい。

本第２発明の繊維強化金属複合材料において、その−構
成要素である繊維成形体は第２繊維集積体が第４図に示
すように第１繊維集積体１の上面に形成されたものとす
ることができるし、また第５図に示すように第１繊維集
積体１の上面および下面の両表面上に形成されたもの３
．３Ｃとすることもできる。なおこの後者の第５図に示
した繊維成形体は、通常第１繊維集積体の上面にのみ第
２８Ｎ集積体が成形された２つのａｍ成形体（１ｂ−３
−５とＩｃ−３ｃｍ５ｃ）を、第１繊維業槽体の下面同
志を重ね合せて、成形される。

本第２発明の繊維強化金属複合材料の製造方法は以下の
通りである。第１発明の製造方法により成形された繊維
成形体を、鋳造金型中のキャピテイ内におく。多（の場
合、第２繊維集積体の表面を型面に接して配置する。そ
の後溶融した上記母材金属を上記ＩＩＩ成形体の第１繊
維集積体表面の方から導いて、該繊維成形体に接触、浸
透させた後、冷却して上記母材金属を固化させて所定形
状の繊維強化金属複合材料を製造する。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を説明する。

（１）繊維成形体の製造 まず第１図に示すように目的とする繊維成形体形状に応
じた口過面６をもつ成形用口過器７内にアルミナ短繊維
から成る第１繊維の解繊液２を入れる。この解繊液には
アニオン系界面活性剤およびデンプンのバインダーを含
む水を用いた。また該アルミナ短繊維は直径約２．５〜
３μｍ、長さ約３００〜５０００μｍである。この解繊
液を吸引して口過し、該口過面６上に第１繊維集積体１
ａを成形した。

上記により成形された第１繊維集積休１をもつ上記口過
器７内に第２図に示すように炭化珪素ウィスカから成る
第２繊維の解繊液４を入れた。該炭化珪素ウィスカは直
径約０．１〜１．０μｍ１長さ約５０へ・２００μｍで
ある。そして該解繊液を吸引口過し該第１繊維集積休１
の上面に一体化された該第２繊維より成る第２繊維集積
体３ａを形成した。そしてこの成形体を乾燥して繊維成
形体を得た。なお該繊維成形体は第３図に示すように第
１繊維集積体１と、第２繊維集積休３とから成り、これ
らの画集槽体１．３の境界部にはこれらの第１繊維と第
２１１１８との混合層５が存在する。

また該繊維成形体゛の形状は円柱状であり直１！７８１
１１転厚さ３０層ｍ（第１繊維集積体の厚さは２５１１
１１第２繊維集積体の厚さは５−）である。

（２）繊維強化金属複合材料の製造 上記により製造された繊維成形体を鋳造金型のキャピテ
イ内におく。その後溶融したアルミニウム合金（Ａ−３
９０）を上記成形体に接触、加圧、浸透させて後冷却し
てＩＩＭ強化金ａｍ合材料を製造した。なお該繊維強化
金属複合材料は第４図に示すように第１繊維強化金属複
合材料部８と、その上面に形成された第２繊維強化金属
複合材料部９と、該第１繊維強化金属複合材料部８と第
１ｍ維強化金属複合材料部９との境界部に形成された上
記第１繊維と上記第２繊維との混合層繊維強化金属複合
材料部１０と、金属のみから成る金属材料部１２とから
構成される。なお該繊維強化金属複合材料の形状は円柱
状であり直径７８ＩｌｌＩ、第１繊維強化金属複合材料
部８の厚さは約２２１１、第２繊維強化金属複合材料部
９の厚さは約４．５＋ｕｅ、混合層繊維強化金属複合材
料部１０の厚さは約０゜１２１Ｌ金属材料部の厚さは約
５０−１である。また該第２繊維強化金属複合材料部９
の断面状態の顕微鏡写真図（２００倍）を第６図に示し
た。また混合層強化金属複合材料部１０の断面状態の顕
微鏡写真図（２００倍）を第７図に示した。また該第１
繊維強化金属複合材料部８の断面状態の顕微鏡写真図（
２００倍）を第８図に示した。ｖＡＴ図によれば両繊維
強化金１ｉ！！複合材料部８．９の境界部にはアルミナ
短繊維と炭化珪素ウィスカとの均一な混合層が存在する
ことを示している′。

［発明の効果］ 本第１発明の繊維成形体の製造方法は、目的とする繊維
成形体形状に応じた口過面上に第１繊維集積体を成形し
、この成形された該第１繊維集積体の上面に一体化され
た該第２繊維より成る第２繊維成形体を形成し繊維成形
体を得ることを特徴とする。

即ち、本第１発明の繊維成形体の製造方法においては、
口過器の口過面の開口の平均口径を大きなものを使用す
ることができるので、口過器の抵スカを主とする第２繊
維は、口過器の口過面上に形成された第１繊維集積体の
上面に集積され、口過器の口過面を通過しないので、本
製造方法によれば口過器の口過面がウィスカにより目詰
まりをおこすこともない。以上より本製造方法によれば
ｌｌＡｌ１１成形時間を短縮でき、生産効率が極めて良
い。

本第１発明の製造方法によれば、第１１Ｍ集積体と第２
繊維集積体の境界部に肉繊維の混合層を有する繊維成形
体を製造できる。従って本方法によれば肉繊維の一体化
した安定な繊維成形体を製造できる。

本第１発明の製造方法においては、安価な短繊維をバッ
クアツプ材として利用するので、表面層のみならず中間
層又は他の全部の層もこの短繊維を用いて金属複合材料
を強化することができる。

従って本製造方法によれば、従来のウィスカのみを用い
る場合と比べて、繊維強化金属複合材料を安価に製造す
ることができ、また金属のみから成る部分を少なく又は
ほとんどなくすることができるので強度の大きな繊維強
化金属複合材料を製造することができる。

本第２発明の繊維強化金属複合材料は、第１繊維強化金
属複合材料部と、その上面に形成された第２繊維強化金
属複合材料部と、これらの両複合強化金属複合材料部と
から構成されることを特徴とする。　　　　。

本第２発明の繊維強化金属複合材料においてはアルミナ
−シリカ短繊維、ガラス短繊維等の安価な第１織帷をバ
ックアツプ材として利用することができる。従って本繊
維強化金属複合材料は安価でありかつバックアツプ材と
して繊維を用いない従来の繊維強化金属複合材料と比べ
て、強度が大きい。

本第２発明の繊維強化金属複合材料は、第１繊維強化金
属複合材料部と第２繊維強化金属複合材料部の境界部に
第１４１維及び第２１１１１の混合層強化金属複合材料
部を有する。即ち、本繊維強化金属複合材料においては
、その混合層を介して第７繊維と第２繊維の組成が連続
的に変動する。従って本繊維強化金属複合材料において
は、従来のウィスカ繊維強化金属材料部と金属材料部と
の間の気性に優れる。

また目的、用途に応じて所望の第１繊維又は第２繊維を
使用することができ、本繊維強化金属複合材料は、広く
応用できる。

本繊維強化金属複合材料はウィスカを主とする第２繊維
からなる第２繊維集積体を有する金属複合材料部を有す
るので強度かつ耐ｉ性に優れた高耐摩耗性材料といえる
。

以上より本発明の繊維強化金属複合材料は、斜板式圧縮
機の斜板、オープンエンド精紡機用ロータまたはリング
精紡機用リング等の摺動材料等に容易に応用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例において行なわれた、第１繊維集積体を
成形する断面状態を示した説明断面図である。第２図は
実施例において行なわれた、第２繊維集積体を成形する
断面状態を示した説明断面図である。 第３図は実施例において成形された繊維集積体の断面図
である。 第４図は実施例において製造された繊維強化金属複合材
料の断面図である。第５図は第２繊維集積体が第１繊維
集積体の上面および下面の両表面上に形成されている繊
維成形体を有する繊維強化金属複合材料の断面図である
。 第６図は実施例において製造された繊維強化金属複合材
料のうちの第２繊維強化金属複合材料部の一部断面状態
の繊維の形状を示す顕微鏡写真である。第７図は実施例
において製造された繊維強化金属複合材料のうちの第１
繊維と第２・繊維の各強化金属複合材料部との境界部の
両繊維混合層強化金属複合材料部の一部断面状態の繊維
の形状を示す顕微鏡写真である。第８図は実施例におい
て製造された繊維強化金属複合材料のうちの第１繊維強
化金属複合材料部の一部断面状態の繊維の形状を示す顕
微鏡牢真である。 第９図は従来のウィスカ繊維成形体を成形する断面状態
を示した説明断面図である。 第１０図は従来のウィスカ繊維強化金属複合材料の一例
の断面図である。 １・・・第１繊維集積体　２・・・第１繊維の解繊液３
・・・第２繊維集積休　４・・・第２４１維の解繊液５
・・・第１１１帷と第２繊維との混合層６・・・口過材
（口過面）　７・・・口過器８・・・第１繊維強化金属
複合材料部 ９・・・第２１維強化金属複合材料部 １０・・・第１繊維及び第２繊維の混合層強化金属複合
材料部との境界部 １１・・・母材金属　　１２・・・金属のみからなる部
分特許出願人　株式会社豊田自動織機製作所代理人　　
　弁理士　　大川　宏 同　　　　弁理士　　藤谷　修 同　　　　弁理士　　丸山明夫 第１図 第２図 第６図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）目的とする繊維成形体形状に応じたロ過面をもつ
   成形用ロ過器内に短繊維を主とする第１繊維の解繊液を
   入れてロ過し、該ロ過面上に第１繊維集積体を成形する
   第１工程と、 成形された該第１繊維成形体をもつ該ロ過器内にウィス
   カを主とする第２繊維の解繊液を入れてロ過し、第１繊
   維集積体の上面に一体化された該第２繊維よりなる第２
   繊維集積体を形成し、繊維成形体を得る第２工程とから
   なることを特徴とする繊維成形体の製造方法。
2. （２）短繊維の直径は１〜２０μｍであり、ウイスカの
   直径は０．１〜１μｍである特許請求の範囲第１項記載
   の繊維成形体の製造方法。
3. （３）ロ過器のロ過面の開口の平均口径は２２１〜５３
   ５μｍである特許請求の範囲第１項記載の繊維成形体の
   製造方法。
4. （４）短繊維はアルミナ短繊維、アルミナ−シリカ短繊
   維又はガラス短繊維であり、ウィスカは炭化珪素ウィス
   カまたは窒化珪素ウィスカである特許請求の範囲第１項
   記載の繊維成形体の製造方法。
5. （５）母材金属と、該母材金属中に埋設された繊維成形
   体とから構成され、 該繊維成形体は、短繊維を主とする第１繊維から成る第
   １繊維集積体と、ウィスカを主とする第２繊維から成る
   第２繊維集積体とから成り、第１繊維集積体と該第２繊
   維集積体との境界部には、上記第１繊維と上記第２繊維
   との混合層が存在することを特徴とする繊維強化金属複
   合材料。
6. （６）母材金属はアルミニウム、アルミニウム合金、マ
   グネシウムおよびマグネシウム合金ならびに銅および銅
   合金のうちの１つから成る特許請求の範囲第５項記載の
   繊維強化金属複合材料。
7. （７）第１繊維はアルミナ短繊維、アルミナ−シリカ短
   繊維又はガラス短繊維であり、ウィスカは炭化珪素ウィ
   スカ又は窒化珪素ウィスカである特許請求の範囲第５項
   記載の繊維強化金属複合材料。