JPS61261046A - 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】 り泉よＬ五■光屋 この発明は、補強繊維で金属を強化してなる繊維強化金
属複合材料に関する。

従来五玄玉 補強繊維で金属を強化してなる繊維強化金属複合材料（
以下、ＦＲＭという）は、比強度ヤ比弾性率が高いなど
、金属のみからなる材料にはみられない特長がおるため
、いろいろな分野で注目されている。

ところで、そのようなＦＲＭには、補強繊維を、短繊維
やウィスカの形態で使用したものと、長繊維や織物の形
態で使用したものとがある。しかしながら、同−ＦＲＭ
において両者を部位により使い分けることができれば大
変便利である。という・のち、短繊維やウィスカを使用
したものは、長繊維や織物を使用したものにくらべて、
比強度ヤ比弾性率は劣るものの、熱伝導率、導電性、耐
衝撃性が高く、また切削等の加工を行いやすいという利
点があり、一方、長繊維や織物を使用したものは、逆に
、比強度や比弾性率は高いものの、熱伝導率、Ｓ電性、
耐衝撃性において短繊維やウィスカを使用したものにく
らべて劣り、また加工も行いにくいといった相反する特
性をもっているため、たとえばタップ加工を施したい部
位には短繊維やウィスカを使用してその加工を容易とし
、その他の部位には長繊維や織物を使用して全体として
みた強度や弾性率を確保したいといった要求があるから
である。また、摺動部材として使用するようなＦＲＭに
おいては、表面に長繊維や織物の形態の補強繊維が存在
しているとそれがささくれ立つことがおり、したがって
短繊維やウィスカを使用したいが、短繊維やウィスカの
みを使用したのでは強度や弾性率が不足してしまう。

比較的短い補強繊維と比較的長い補強繊維とを併用した
ＦＲＭは、たとえば特開昭５９−２２６１４０号公報に
記載されている。しかしながら、この従来のＦＲＭは、
これら２種類の形態の補強繊維を部位により使い分けて
いるのではなく、同一部位において両者を混用したもの
である。したがって、全体として比較的短い補強繊維を
使用したものと比較的長い補強繊維を使用したものの長
所を兼ね備えてはいても、それぞれの長所が部位により
独立に発現されるようなことはない。

口が　決しようとする問題点 この発明の目的は、従来のＦＲＭの上記欠点を解決し、
全体として短繊維やウィスカを使用したものと長繊維や
織物を使用したものの長所を並ね備えているばかりか、
それぞれの長所が部位により独立に発現されるＦＲＭを
提供するにある。

問題点を解決するための手段 上記目的を達成するためのこの発明は、補強繊維で金属
を強化してなる複合材料であって、その複合材料は、内
部分と、その内部分の所望の部位の周りに形成した外部
分とからなり、かつ前記補強繊維は、内部分にあっては
長繊維または織物が使用され、外部分にあっては短繊維
またはウィスカが使用されている繊維強化金属複合材料
を特徴とするものである。

この発明は、同−ＦＲＭにおいて、内部分に補強繊維の
長繊維または織物を使用してその内部分には主として比
強度、比弾性率を受けもたせ、また外部分に補強繊維の
短繊維またはウィスカを使用してその外部分には主とし
て熱伝導率、導電性、耐衝撃性、加工性を受は持たせ、
しかも全体として長ｗ４１Ｆｆｉまたは織物を使用した
ものと短繊維またはウィスカを使用したものの特性を合
わせ発現させようとするものでおる。外部分は、内部分
の所望の部位の周りに形成されていることでよい。

上記補強繊維は、それが長繊維、短繊維または織物の形
態で必る場合には、たとえば炭素繊維、アルミナ繊維、
アルミナ−シリカ繊維、炭化ケイ素繊維、ボロン繊維、
金属繊維などの高強度、高弾性繊維である。短繊維は長
さ０．１〜’ｌＱｍｍ程度である。また、ウィスカは、
炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭素、アルミナ、チタン酸カ
リなどのウィスカである。しかして、上記のような補強
繊維は、内部分においては２０〜７５体積％程度含まれ
てあり、また外部分においては５〜５０体積％程度含ま
れている。内部分と外部分で補強繊維の体積含有率に若
干の差がおるのは、補強繊維の形態によって複合可能な
範囲が異なるという製造上の理由からである。

上記補強繊維と複合され、いわゆるマトリクスを形成し
ている金属は、たとえばアルミニウム、マグネシウム、
銅、ニッケル、錫、亜鉛、鉛などの単体金属や、それら
単体金属の少なくとも１種を主成分とする合金のような
ものでおる。

この発明のＦＲＭは、いろいろな方法によって製造する
ことができるが、プリフォーム材を使用する高圧鋳造法
によるのが最も好ましい。

すなわち、たとえば一方向に引き揃えた長繊維を、フェ
ノール樹脂など、の樹脂の炭素化物や、アルミナ、シリ
カなどの結着剤で互いに結着してなる多孔性集合体や、
織物をすし巻状に巻いたり積層したものに、短ＩＩｉ維
マットを巻き付けたり、あるいは周りに上記結着剤で結
着した短繊維やウィスカの集合体を配置したりして多孔
性のプリフォーム材を作り、そのプリフォーム材を鋳型
に入れ、その鋳型にマトリクスとなる金属の溶湯を注ぎ
込み、加圧してプリフォーム材に含浸し、凝固させるこ
とによって製造するのが好ましい。

この発明をその一実１Ｍ態様に基いてさらに詳細に説明
するに、第１図〜第５図は、それぞれ異なる全体形状を
もつこの発明に係るＦＲＭを示すものである。図面にお
いて、符号１は補強繊維として長繊維または織物を使用
した内部分を示し、符号２はその内部分の周りに形成し
た、補強繊維として短繊維またはウィスカを使用した外
部分を示している。

第１図に示すものは、中実棒状の内部分の周りに外部分
が形成されているものである。内部分は、円筒状とする
こともできる。第２図に示すものは、上記第１図に示し
たものの外部分ににねじ山を切ったものである。第３図
に示すものは、板状の内部分の周りに外部分が形成され
ているものでおる。

第４図に示すものは、板状の内部分の両板面に外部分が
形成されているものである。第５図に示すものは、内部
分と外部分との層状構成としたものであるが、全体とし
てみるとやはり内部分の周りに外部分が形成されている
といえる。

以下、この発明を実施例に基いてさらに詳細に説明する
。

Ｘ簾■ 東し株式会社製炭素繊維“トレカ”Ｍ２Ｏをフェノール
樹脂の５０重量％メタノール溶液中に通した後長さ約１
００ｍｍに切断して長繊維となし、ざらにその長繊維を
一方向に引き揃えて直径約１Ｑｍｍ、長さ約１００ｍｍ
の束状体を得た。

次に、上記束状体を金型に入れ、約８００℃まで昇温し
、その温度に約１５分間保持してフェノール樹脂を炭素
化した。これにより、上記長繊維同士がフェノール樹脂
の炭素化物によって互いに結着された多孔性集合体が得
られた。

次に、上記集合体に、約１００ｍｍ幅に裁断した東し株
式会社製炭素繊維短繊維マットＢＯ−０３０を直径が約
２０ｍｍになるまで巻き付けてプリフォーム材を得た。

次に、上記プリフォーム材を鋳型に入れ、その鋳型にア
ルミニウムとケイ素の合金（ケイ素の量：約７重量％）
の溶湯（温度：約７５０’Ｃ）を注ぎ込み、約５００Ｋ
Ｑ／ｃｍ２の圧力を加えて上記プリフォーム材に含浸し
、凝固させた。これにより、内部分が長繊維で強化され
、その内部分の周りが短繊維で強化されている、第１図
に示したようなＦＲＭを得た。

次に、上記ＦＲＭを３点曲げ試験に供したところ、曲げ
強度は約８３Ｋｇ／ｍｍ２という高い値を示した。

また、上記ＦＲＭにねじ山を切ったところ、第２図に示
したように、割れなどを生ずることなく容易に加工する
ことができた。

発明の効果 この発明のＦＲＭは、内部分に長繊維または織物を使用
し、外部分に短繊維またはウィスカを使用したものでお
るからして、長繊維または織物を使用したものと短繊維
またはウィスカを使用したものの長所が部位により独立
に発現されるばかりか、比強度、比弾性率、熱伝導率、
導電性、耐衝撃性といった特性がバランスよく備わって
おり、全体として長繊維または織物を使用したものと短
繊維またはウィスカを使用したものの長所を並ね備えて
いる。しかも、外部分については加工が容易であるから
、この部分にねじ切り加工やその他の加工を施すことが
でき、ＦＲＭの用途が拡がる。

また、外部分に短繊維またはウィスカを使用しているた
め、その外部分は耐摩耗性が良好で摺動面として好適に
使用できる。ざらに、外部分は短繊維またはウィスカを
使用しているために比較的導電性が高く、電蝕が少ない
ために耐食性が優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は、それぞれ異なる全体形状をもつこの
発明に係るＦＲＭを示す概略図で、第１図、第３図〜第
５図は斜視図、第２図は縦断面図である。 １：内部分 ２：外部分

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 補強繊維で金属を強化してなる複合材料であって、その
   複合材料は、内部分と、その内部分の所望の部位の周り
   に形成した外部分とからなり、かつ前記補強繊維は、内
   部分にあつては長繊維または織物が使用され、外部分に
   あつては短繊維またはウィスカが使用されていることを
   特徴とする繊維強化金属複合材料。