JPS6173846A - Porous fiber reinforced metallic composite material and its manufacture - Google Patents

Porous fiber reinforced metallic composite material and its manufacture

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JPS6173846A
JPS6173846A JP19599984A JP19599984A JPS6173846A JP S6173846 A JPS6173846 A JP S6173846A JP 19599984 A JP19599984 A JP 19599984A JP 19599984 A JP19599984 A JP 19599984A JP S6173846 A JPS6173846 A JP S6173846A
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JP
Japan
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fiber
composite material
metal
porous
fibers
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JP19599984A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Donomoto
堂ノ本 忠
Haratsugu Koyama
原嗣 小山
Joji Miyake
譲治 三宅
Takashi Tomota
隆司 友田
Takaaki Kanazawa
孝明 金沢
Shinji Oishi
大石 真治
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain the titled composite material having improved strength and heat resistance by infiltrating a molten metal into an aggregate of fibers, solidifying it, remelting the resulting composite material, and making holes in the material so that they are dispersed among the fibers. CONSTITUTION:A molten metal such as molten Al (alloy) is infiltrated into an aggregate of fibers such as alumina, carbon or glass fibers, and a fiber reinforced metallic composite material is formed by forging or other method. The whole or part of a block of the composite material is remelted by heating, and holes are made in the material so that they are distributed among part of the fibers having the stuck molten metal. The resulting porous composite material can be utilized as a sound absorbing member, a filter member or the like used at a relatively high temp.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、多孔質繊維強化金属複合材料及びその!1造
方法に関する。本発明の多孔質繊維強化金属複合材料は
、比較的高温で用いられる吸音部材、減音部材、フィル
タ部材などに利用することができる。またセラミックス
溶射層の下地部材、軽量部材などに利用することができ
る。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention provides a porous fiber-reinforced metal composite material and its! Regarding the 1-making method. The porous fiber-reinforced metal composite material of the present invention can be used for sound absorbing members, sound reducing members, filter members, etc. that are used at relatively high temperatures. It can also be used as a base member for a ceramic sprayed layer, a lightweight member, etc.

[従来の技術1 多孔質金属材料として従来より、金属を発泡させたもの
、金属粉末を焼結させたもの、シラスバルーン等の中空
体を母材金属中に混ぜたもの等が提供されている。
[Prior art 1] Conventionally, porous metal materials have been provided such as foamed metals, sintered metal powders, and materials in which hollow bodies such as glass balloons are mixed into a base metal. .

然しなから上記したものは、繊維が含まれていない通常
の金属組織中に空孔を有しているため強度が低く、又、
耐熱性も母材金属のそれを超えるものでなかった。
However, the above-mentioned materials have low strength because they have pores in the normal metal structure that does not contain fibers, and
The heat resistance also did not exceed that of the base metal.

[発明が解決しようとする問題点] 本発明は、上記した従来の技術に鑑みなされたものであ
り、従来の多孔質金属材料の強度、耐熱性を改善したも
のである。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional techniques, and improves the strength and heat resistance of conventional porous metal materials.

[問題点を解決するための手段] 第1の発明の多孔質繊維強化金属複合材料は、繊維集積
体と、該繊維集積体に付着した金属と、該金属が付着し
た繊m*積体を構成する一部繊維間に分散された空孔と
から構成されていることを特徴とするものである。
[Means for Solving the Problems] The porous fiber-reinforced metal composite material of the first invention comprises a fiber aggregate, a metal attached to the fiber aggregate, and a fiber m* aggregate to which the metal is attached. It is characterized by being composed of pores dispersed between some of the constituent fibers.

繊維集積体とは、強化繊維がからまった状態で又は整列
した状態で多数集合したものを意味する。
The fiber aggregate refers to a large number of reinforcing fibers that are entangled or aligned.

本発明の多孔質繊維強化金属複合材料は多孔質であるに
もかかわらず、強化繊維で補強されているため高強度で
ある。更には、本発明の多孔質繊維強化金属複合材料を
高温で加熱した場合であっても強化繊維の存在により、
外形のくずれは抑えられる。前記した強化繊維は、金属
基複合材料に従来より通常用いられる強化繊維を用いる
ことができる。短U&維、長りl雑のいずれも用いるこ
とができる。なお、金属と強化繊維との間の接合性を良
好にするため、溶湯金属に対するぬれ性が良好な物質あ
るいは溶湯金属と同一の金属をコーティングした強化繊
維を用いてもよい。強化繊維は、金属よりも融点が高い
ことが好ましい。その主たる理由は、本発明の多孔質繊
維強化金属複合材料を後述するように溶融鍛造法で製造
する場合には、強化繊維の融点が金属の融点よりも低い
と、繊維が溶けてしまうからである。従って、強化繊維
は、アルミノ」妓維、アルミナシリカmu、ジルコニア
繊維、窒化珪素繊維、炭素繊維、炭化珪素繊維、ガラス
繊維、ボロン繊維、場合によっては金属繊維などを用い
ることができる。金属繊維としては、ステンレス繊維を
用いることができる。強化繊維としてはウィスカを用い
てもよい。ウィスカは、セラミックウィスカが望ましい
。セラミックスの方が弾性率が高いからである。セラミ
ックウィスカは炭化珪素ウィスカ、窒化珪素ウィスカ、
アルミナウィスカ、ジルコニアウィスカ等を用いること
ができる。使用条件によっては上記したセラミックウィ
スカに限らず金属ウィスカ、グラフ1イトウイスカを用
いても良い。
Although the porous fiber-reinforced metal composite material of the present invention is porous, it has high strength because it is reinforced with reinforcing fibers. Furthermore, even when the porous fiber-reinforced metal composite material of the present invention is heated at high temperatures, due to the presence of reinforcing fibers,
Deformation of the outer shape can be suppressed. As the above-described reinforcing fibers, reinforcing fibers conventionally used in metal matrix composite materials can be used. Both short U&fiber and long L miscellaneous can be used. In order to improve the bondability between the metal and the reinforcing fibers, reinforcing fibers coated with a substance that has good wettability to molten metal or the same metal as the molten metal may be used. It is preferable that the reinforcing fiber has a higher melting point than the metal. The main reason for this is that when the porous fiber-reinforced metal composite material of the present invention is manufactured by the melt forging method as described below, if the melting point of the reinforcing fibers is lower than the melting point of the metal, the fibers will melt. be. Therefore, as the reinforcing fibers, alumino fibers, alumina silica mu, zirconia fibers, silicon nitride fibers, carbon fibers, silicon carbide fibers, glass fibers, boron fibers, metal fibers, etc. can be used as the reinforcing fibers. Stainless steel fibers can be used as the metal fibers. Whiskers may be used as reinforcing fibers. The whisker is preferably a ceramic whisker. This is because ceramics have a higher elastic modulus. Ceramic whiskers include silicon carbide whiskers, silicon nitride whiskers,
Alumina whiskers, zirconia whiskers, etc. can be used. Depending on the conditions of use, not only the ceramic whiskers described above but also metal whiskers and graph 1 whiskers may be used.

繊維集積体を描成ヅる強化繊維の配向、配合量について
は、用途に応じ任意に定めることができる。なお、繊維
の体積率は、全体を100体積%とすると2〜30%程
度が望ましい。繊維の体積率が2%以下であると、繊維
の補強効果が小となり、30%以上であると、空孔形成
の制限となり空孔が形成されにくくなるからである。な
お繊維の分布は一般に均一とするが、必要に応じて繊維
の体積率を所定部位では小さく、又他の所定部位では大
きくしても良い。この場合の繊維体積率の変化は連続的
でも良く、また段階的でも良い。
The orientation and blending amount of the reinforcing fibers forming the fiber aggregate can be arbitrarily determined depending on the application. Note that the volume percentage of the fibers is desirably about 2 to 30% when the whole is 100% by volume. If the volume fraction of the fibers is 2% or less, the reinforcing effect of the fibers will be small, and if it is 30% or more, the formation of pores will be restricted and it will be difficult to form pores. Although the distribution of fibers is generally uniform, the volume fraction of fibers may be made small in certain parts and large in other predetermined parts, if necessary. In this case, the change in fiber volume fraction may be continuous or stepwise.

金属は、前記繊維集積体を構成する強化繊維に付着して
繊維強化金属複合材料を形成する。金属は一般に軽金属
をInいる。軽金属は従来のものを用いることができる
。例えば、アルミニウム、マグネシウム、アルミニウム
系合金、マグネシウム系合金等を用いることができる。
The metal adheres to the reinforcing fibers constituting the fiber aggregate to form a fiber-reinforced metal composite material. The metal is generally a light metal. Conventional light metals can be used. For example, aluminum, magnesium, aluminum-based alloys, magnesium-based alloys, etc. can be used.

空孔は、前記金属が付着した繊維集積体を構成する一部
HAH間に分散されている。空孔は、多孔質al維強化
金属複合材料を構成する金属の溶融点近くにまたは溶融
点以上に加熱することによって、形成することができる
。空孔は、多孔質繊維強化金属複合材料に吸音作用、減
音作用、軽量化作用をもたらす。又、空孔は多孔質繊維
強化金属複合材料の熱膨張率や熱伝導率を小さくする作
用も果す。空孔が熱膨張率を小さくするのは、繊維によ
って金属の熱膨張が規制されているため、金属の熱i脹
は外方へあられれず該空孔の空間部に吸収され、そのた
め、見掛は上の熱膨張量が小さくなるからであると推察
される。この空孔は、多孔質U&維強化金属複合材料の
内部にできるだ【プ均一に分散していることが望ましい
。空孔の体積%は、要請される強度や耐熱性、断熱性な
どによって異なるが仝休を1.00体積%としたときに
、5へ・50体積%であることが望ましい。ここで、空
孔の体積%の測定は画像解析装置による断面の空孔面積
率デ測定を基準にして行なう。空孔の大きさは、要請さ
れる強度、耐熱性、断熱性によって異なるが、5〜10
0μ程度とすることができる。空孔はほぼ同じ大きさの
ものとしてもよいし、大径の空孔と小径の空孔とを併せ
て用いてもよい。
The pores are dispersed among some HAHs constituting the fiber aggregate to which the metal is attached. The pores can be formed by heating the metal that makes up the porous Al fiber reinforced metal composite near or above the melting point. The pores provide the porous fiber-reinforced metal composite material with sound absorption, sound reduction, and weight reduction effects. The pores also serve to reduce the coefficient of thermal expansion and thermal conductivity of the porous fiber-reinforced metal composite material. The reason why pores reduce the coefficient of thermal expansion is that the thermal expansion of the metal is regulated by the fibers, so the thermal expansion of the metal is absorbed into the pore spaces without being able to escape outward. This is presumed to be because the amount of thermal expansion at the top becomes smaller. It is desirable that these pores are uniformly distributed within the porous U & fiber reinforced metal composite material. The volume percent of pores varies depending on the required strength, heat resistance, heat insulation, etc., but when the void is 1.00 volume percent, it is preferably 5 to 50 volume percent. Here, the volume percent of the pores is measured based on the pore area ratio of the cross section measured by an image analysis device. The size of the pores varies depending on the required strength, heat resistance, and heat insulation, but is between 5 and 10
It can be about 0μ. The pores may have approximately the same size, or a combination of large-diameter pores and small-diameter pores may be used.

上記したような第1の発明の多孔質繊維強化金属複合材
料を製造するための具体的方法は種々考えられるが、そ
のうちの最も望ましい製造方法、すなわち本願の第2の
発明に係る製造方法を以下に説明する。
Various specific methods can be considered for manufacturing the porous fiber-reinforced metal composite material of the first invention as described above, but the most desirable manufacturing method among them, that is, the manufacturing method according to the second invention of the present application, is as follows. Explain.

第2の発明の製造方法は、溶融した金属を繊維集積体に
含侵、接触させた模、該金属を固化することによりブロ
ックを形成する第1の工程と、該ブロックを加熱し該金
属を溶融することにより、該溶融金属が付着した該繊維
集積体を構成する一部繊維間に、空孔を分散させて形成
する第2の工程とを順に実施することを特徴とするもの
である。
The manufacturing method of the second invention includes a first step of impregnating and contacting a molten metal into a fiber aggregate and solidifying the metal to form a block, and heating the block to form a block. A second step of dispersing and forming pores between some of the fibers constituting the fiber aggregate to which the molten metal is attached by melting is carried out in sequence.

第1の工程では、溶融した金属を繊維集積体に含侵、接
触させた後該金属を固化することにより、強化繊維を埋
設したブロックを形成する。第1の工程では、具体的に
は従来と同様に、成形型のキャビティ内に繊維集積体を
配設し、その状態で成形型のキャビティ内に、溶融金属
例えば前記したアルミニウム系合金、マグネシウム系合
金などの溶融金属を注入して繊維間に含侵して付着させ
、そのまま溶融金属を固化させることにより行なうこと
ができる。このようにすれば、金属と繊維集積体とを容
易に一体化しつる。この場合、キVごティ内に溶融金属
を注入した状態で高圧を加え固化するまでその圧力を保
持する溶湯鍛造法(高圧鋳造法や加圧鋳造法ともよばれ
る)を用いることが望ましい。加圧手段は一般にプラン
ジャーとするが、場合によってはガス圧でもよい。プラ
ンジャーによる溶湯鍛造法を用いた場合の圧力は通常5
00〜200 kU/ am2程度とする。第1の工程
では、溶湯鍛造法と異なり特に高圧を加えない真空鋳造
法、ダイキャスト法、溶場浸透法を場合によっては用い
ることもできる。尚、前記した繊維集積体は従来より用
いられる公印の手段、例えば真空成形法や圧縮成形法に
より形成できる。
In the first step, a block in which reinforcing fibers are embedded is formed by impregnating and contacting molten metal into the fiber aggregate and then solidifying the metal. Specifically, in the first step, as in the conventional method, a fiber aggregate is arranged in the cavity of a mold, and in that state, a molten metal such as the above-mentioned aluminum alloy or magnesium alloy is placed in the cavity of the mold. This can be done by injecting a molten metal such as an alloy to impregnate and adhere between the fibers, and then solidifying the molten metal as it is. In this way, the metal and the fiber aggregate can be easily integrated. In this case, it is desirable to use a molten metal forging method (also called high pressure casting method or pressure casting method) in which high pressure is applied to the molten metal injected into the metal and the pressure is maintained until solidification. The pressurizing means is generally a plunger, but in some cases gas pressure may be used. When using the molten metal forging method using a plunger, the pressure is usually 5
00 to 200 kU/am2. In the first step, a vacuum casting method, a die casting method, or a melt field infiltration method, which does not apply particularly high pressure unlike the molten metal forging method, may be used depending on the case. Incidentally, the above-mentioned fiber aggregate can be formed by a conventionally used official sealing method, such as a vacuum forming method or a compression molding method.

第2の工程では、前記ブロックを該金属の溶融点以上に
加熱溶融し、繊維間にある金属に空孔を分散させて形成
する。この場合金属の溶融点以上の温度に加熱した場合
であっても、本発明の多孔質繊維強化金fil複合材料
自体の外形変化、寸法変−化は、強化繊維間に介在する
金属の表面張力の作用などによって、抑制することがで
きる。ブロックの加熱は、還元性雰囲気、アルゴンやヘ
リウムなどの一イナートガス雰囲気で行なうことが望ま
しい。ここで、ブロックの全部を加熱してもよいし、又
は一部を、金属(例えばアルミ合金)の融点以上の温度
に加熱してもよい。第2の工程では、強化繊維がアルミ
ナシリカ矩繊維で、金属がJ I S−ACOAのアル
ミニウム合金である場合には、前記加熱温度を600〜
800℃程度とすることができる。ここで加熱温度が高
い程、空孔が多くなるので、加熱湯度の高低によって空
孔の割合を調整できる。第2の工程では、ブロックを部
分的に加熱する手段として、該10ツクの表面に電極を
近接させてアークを発生させる手段、レーザービームを
ブロックの表面部分に照射する手段、電子ビームをブロ
ックの表面部分に照射する手段を用いることができる。
In the second step, the block is heated and melted to a temperature higher than the melting point of the metal, and pores are dispersed in the metal between the fibers. In this case, even when heated to a temperature higher than the melting point of the metal, changes in the external shape and dimensions of the porous fiber-reinforced gold film composite material itself of the present invention are caused by the surface tension of the metal interposed between the reinforcing fibers. This can be suppressed by the action of The block is preferably heated in a reducing atmosphere or an inert gas atmosphere such as argon or helium. Here, the entire block may be heated, or a portion thereof may be heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the metal (eg, aluminum alloy). In the second step, when the reinforcing fibers are alumina-silica rectangular fibers and the metal is JIS-ACOA aluminum alloy, the heating temperature is set to 600-600℃.
The temperature can be about 800°C. Here, the higher the heating temperature, the more pores there are, so the ratio of pores can be adjusted by adjusting the heating temperature. In the second step, the means for partially heating the block include means for generating an arc by bringing an electrode close to the surface of the 10 blocks, means for irradiating the surface portion of the block with a laser beam, and means for heating the block with an electron beam. Means for irradiating surface portions can be used.

尚、ブロック全体を熱処理炉内に装入してブロック全体
を加熱すればブロック全体が多孔体となる。又アーク、
レーザービーム、電子ビームなどで部分的にブロックの
表面を加熱すれば融点以上に加熱された部分だけが多孔
体となり、必要部分のみに空孔を形成した多孔質繊維強
化金属複合材料を形成できる。前記したアークを発生す
る手段としては、イナートガス中でタングステン゛電極
と前記ブロックとの間でアークを発生させるティグアー
ク法を用いることができる。ティグアーク法では、電極
直径3.2mm程度、アーク長さ6mm程度、電流15
0〜12OA程度、電圧14程度、アルゴンガス流ff
125リットル/分とすることができる。
Note that if the entire block is placed in a heat treatment furnace and heated, the entire block becomes a porous body. Arc again,
By partially heating the surface of the block with a laser beam, electron beam, etc., only the parts heated above the melting point become porous, making it possible to form a porous fiber-reinforced metal composite material with pores formed only in the necessary parts. As a means for generating the above-mentioned arc, a TIG arc method can be used in which an arc is generated between a tungsten electrode and the block in an inert gas. In the TIG arc method, the electrode diameter is about 3.2 mm, the arc length is about 6 mm, and the current is 15 mm.
Approximately 0 to 12 OA, voltage approximately 14, argon gas flow ff
125 liters/min.

レーザービームを照射する手段では、レーザービーム照
射と共に補助ガスを流すことができ、又、熱による加工
変質層を小さくするためパルス発成のレーザーを使用す
ることができる。
In the means for irradiating the laser beam, an auxiliary gas can be flowed together with the laser beam irradiation, and a pulsed laser can be used to reduce the size of the processed layer due to heat.

[発明の効果] 本発明の多孔質繊維強化金属複合材料は、繊維9P、8
1体と、該I!雑東積体に付着した金属と、該金属が付
着した繊維集積体を構成する一部II維間に分散された
空孔とから構成されていることを特徴とするものである
[Effect of the invention] The porous fiber-reinforced metal composite material of the present invention has fibers 9P, 8
One body and the said I! It is characterized by being composed of metal adhered to the Zato laminate and pores dispersed in some of the fibers constituting the fiber aggregate to which the metal is adhered.

故に従来から提供されている強化繊維が含まれていない
多孔質金屑材料、例えば、発泡金属材料、金属粉末を圧
粉体としてそれを焼結させた焼結体材料、シラスバルー
ンなどの中空体を金属組織中に混ぜた材料に比して、外
形がくずれにくく、この意味で耐熱性が向上している。
Therefore, conventionally provided porous metal scrap materials that do not contain reinforcing fibers, such as foamed metal materials, sintered compact materials obtained by sintering metal powder as a compact, and hollow bodies such as glass balloons. Compared to materials that have a metal structure mixed with them, the outer shape is less likely to collapse, and in this sense, the heat resistance is improved.

又、強化繊維の存在により強度が向上している。In addition, the strength is improved due to the presence of reinforcing fibers.

また本発明の製造方法によれば、上述のように優れた特
性を有する多孔質繊維強化金属複合材料を比較的簡単か
つ容易に製造することができる。
Further, according to the manufacturing method of the present invention, a porous fiber-reinforced metal composite material having excellent properties as described above can be manufactured relatively simply and easily.

更には第2の工程をアーク、レーザビーム、電子ビーム
による加熱で行なえば、多孔質繊維強化金属複合材料の
表面部分のみに空孔を形成することができる。
Furthermore, if the second step is performed by heating with an arc, a laser beam, or an electron beam, pores can be formed only in the surface portion of the porous fiber-reinforced metal composite material.

E実施例1コ (第1の工程)まず、強化繊維として、■m%でA12
0350%−8iOz50%なる組成を有する平均繊維
径1〜20μm1繊H長さ10〜100μmのアルミナ
シリカ短繊維を用い、真空成形法により直径100mm
、厚さ3Qmm円板状の繊維集積体を形成した。この繊
維集積体の繊維充填密度は0.17g/ccであった。
E Example 1 (first step) First, A12 was used as reinforcing fiber at ■m%.
Using alumina-silica short fibers with an average fiber diameter of 1 to 20 μm and a length of 10 to 100 μm and having a composition of 0350%-8iOz50%, a diameter of 100 mm was formed by vacuum forming.
A disk-shaped fiber aggregate with a thickness of 3Q mm was formed. The fiber packing density of this fiber assembly was 0.17 g/cc.

次いでこの41M集積体を溶湯鍛造用成形型のキャビテ
ィの相当部に配冒した。この場合、成形型は300℃に
予熱し、繊維集積体は800℃に予熱した。次に700
℃に溶解したJIS−AC8Aのアルミニウム合金の溶
湯をキャビティ内に注ぎ、1500気圧の圧力をかけて
溶湯をS維集積体の繊維間に含侵、接触し、これにより
溶湯鍛造を施した。そしてこれによりアルミナシリカ繊
維の体積%が6〜8%である繊維強化金属複合材料を形
成した。
Next, this 41M aggregate was placed in a corresponding portion of the cavity of a mold for molten metal forging. In this case, the mold was preheated to 300°C and the fiber aggregate to 800°C. Next 700
A molten JIS-AC8A aluminum alloy melted at ℃ was poured into the cavity, and a pressure of 1500 atmospheres was applied to impregnate and contact the molten metal between the fibers of the S fiber aggregate, thereby performing molten metal forging. As a result, a fiber-reinforced metal composite material in which the volume percentage of alumina-silica fibers was 6 to 8% was formed.

(第2の工程) 上記し・た多孔質繊維強化金属複合材料から3個のブロ
ックNo、1、No、2、N003を適宜切り出した。
(Second Step) Three blocks No. 1, No. 2, and No. 003 were appropriately cut out from the above-described porous fiber-reinforced metal composite material.

各ブロックの大きさは40ミリメートル〈長さ)X30
ミリメートル(幅)×10ミリメートル(厚み)とした
。そしてNo、1のブロックを600℃に保持した電気
炉内に装入して1時間加熱保持し、これによりNo、1
のブロックに空孔を形成した。その後、電気炉から取り
出したN091のブロックを空冷した。
The size of each block is 40 mm (length) x 30
The dimensions were mm (width) x 10 mm (thickness). Then, the block No. 1 was placed in an electric furnace maintained at 600°C and heated for 1 hour.
A hole was formed in the block. Thereafter, the N091 block taken out from the electric furnace was air cooled.

同様に700℃に保持した電気炉内にNo、2のブロッ
クを装入して同様に空孔を形成した後空冷した。又同様
に800℃に保持した電気炉にNO,3のブロックを装
入し、空孔を形成した後空冷部した。
Similarly, blocks No. 2 were placed in an electric furnace maintained at 700° C., holes were formed in the same manner, and then air-cooled. Similarly, the NO.3 block was charged into an electric furnace maintained at 800° C., holes were formed, and then the air cooling section was placed.

尚、比較例として、J l5−AC8A合金を溶湯鍛造
により形成し、これをNo、4のブロック(強化繊維を
含まない)とし、N091の場合と同様に600℃に保
持した電気炉に装入した。比較例としてのNo、4のブ
ロックは、繊維が含まれていない点を除いて、No、1
〜No、3のブロックとほぼ同一の条件で製造した。な
お、電気炉内における保持時間はNo、1〜No、4と
もに同じ1時間である。
As a comparative example, a J15-AC8A alloy was formed by molten metal forging, and this was used as a No. 4 block (not containing reinforcing fibers), and was charged into an electric furnace maintained at 600°C as in the case of N091. did. Block No. 4 as a comparative example is the same as No. 1 except that it does not contain fibers.
~No., manufactured under almost the same conditions as block No. 3. Note that the holding time in the electric furnace is the same for No. 1 to No. 4, 1 hour.

(評ll8) 電気炉内で加熱した場合の外形状態、空孔の形成程度の
結果を第1表に示す。ここで第1表に示すように外形状
態は、No、1〜No、3ともにそのまま保持された。
(Rating 8) Table 1 shows the results of the external shape and the degree of pore formation when heated in an electric furnace. Here, as shown in Table 1, the external shapes of No. 1 to No. 3 were maintained as they were.

第1図はNo、1のブロックの加熱後の外形状態を示し
た側面図であり、ブロック外形がほとんどくずれていな
いのがわかる。
FIG. 1 is a side view showing the external shape of block No. 1 after heating, and it can be seen that the block external shape is hardly deformed.

比較例としてのNo、4では、第2図に示したように外
形は大きく変化してくずれた。又、空孔の体積%は、第
1表に示すように、No、1の場合10〜20%であり
(切断面により若干具なるた第   1   表 第   2   表 め幅がある)、No、2の場合15〜25%であり、N
O33の場合20〜35%であり、第1表から明らかな
ように、ブロックを加熱する温度が高いほど、空孔は多
かった。
In No. 4 as a comparative example, the external shape changed significantly and collapsed as shown in FIG. In addition, as shown in Table 1, the volume percent of pores is 10 to 20% in the case of No. 1 (there is a slightly different width depending on the cut surface), and No. 2, it is 15-25%, and N
In the case of O33, it was 20-35%, and as is clear from Table 1, the higher the temperature at which the block was heated, the more vacancies there were.

尚第3図、第4図はNo、1のブロックの顕微鏡金属組
織を示す写真図であり、第3図は倍率が100倍、第4
図は倍率が400倍である。第3図および第4図におい
て不規則形状の黒い部分は空孔を示し、円形、紡垂形、
線形の黒い部分は繊維を、残りの部分はアルミニウム合
金を示す。又、比較例であるNo、4では、加熱温度が
No、1の場合と同じであるにもかかわらす空孔は形成
されなかった。
Furthermore, Fig. 3 and Fig. 4 are photographs showing the microscopic metal structure of blocks No. 1, and Fig. 3 has a magnification of 100 times
The figure has a magnification of 400x. In FIGS. 3 and 4, the irregularly shaped black parts indicate pores, which are circular, spindle-shaped,
The black part of the line represents the fiber, and the remaining part represents the aluminum alloy. Further, in Comparative Example No. 4, no pores were formed even though the heating temperature was the same as in No. 1.

上記した第1表の結果から以下の(1)、(2)のこと
が理解される。
From the results in Table 1 above, the following (1) and (2) can be understood.

(1)800℃と溶融点以上の場合まで加熱しても、多
孔質のブロックの形状は、はとんどくずれることなく保
持される。800℃と溶融点以上の温度に加熱しても、
形状がほとんどくずれることなく保持されるのは、繊維
と繊維との間の金属に表面張力が生じるなどの影響によ
ると推察される。
(1) Even when heated to 800°C, which is above the melting point, the shape of the porous block is maintained without losing its shape. Even if heated to 800℃, which is above the melting point,
The reason why the shape is maintained almost without deformation is presumed to be due to the effect of surface tension generated in the metal between the fibers.

従って、本発明の多孔質繊維強化金属複合材料は、溶融
温度以上に加熱しても外形がほとんどくずれず、又はあ
まりくずれず、この意味で耐熱性が良好である。
Therefore, the porous fiber-reinforced metal composite material of the present invention hardly loses its outer shape or does not deform much even when heated above the melting temperature, and in this sense has good heat resistance.

(2)600℃と同じ温度に加熱したNo、1のブロッ
クと、N014のブロックとを比較すると、繊維が含ま
れているN011のブロックでは空孔が10〜20%形
成されたが、繊維が含まれていないN014のブロック
では、空孔が形成されなかった。このことから、空孔形
成には、繊維の存在が大きく寄与していると推察される
(2) Comparing the No. 1 block heated to the same temperature as 600°C and the No. 14 block, 10 to 20% of pores were formed in the No. 11 block that contained fibers, but the fibers No pores were formed in the block containing N014. From this, it is inferred that the presence of fibers greatly contributes to the formation of pores.

次に上記した第1の工程及び第2の工程を経て製造した
多孔質繊維強化金WrS複合材料を切り出してNo、1
1〜N0.14のブロックを数個ずつ形成した。尚、N
o、11〜N0.14のブロックの大きさlet、80
ミリメートル(長さ)×80ミリメートル(幅)×10
ミリメートル(厚み)とした。そしてこれらブロックを
前記と同様に600℃、700℃、E300℃に加熱【
ノ、その後冷即し開繊加工することにより引張り試験片
、加熱試験片を作製し、引張り試験、加熱試験を行なっ
た。加熱試験は具体的にはアルミナ製ボートに加熱試験
片をのせ、これを所定の温度に加熱された管状炉へ装入
することにより行なった。引張試験は、具体的には、試
験片の平行部にひずみゲージをはり、20トンの万能試
験礪を用いて1mm/minの引張速度で行なった。尚
、引張り試験片は、平行部の径5ミリメートル、平行部
の長さ20ミリメートル、標点距離25ミリメートルと
した。
Next, the porous fiber-reinforced gold WrS composite material produced through the first and second steps described above was cut out and No. 1
Several blocks with numbers 1 to 0.14 were formed. Furthermore, N
o, block size of 11 to N0.14 let, 80
mm (length) x 80 mm (width) x 10
Measured in millimeters (thickness). Then, heat these blocks to 600℃, 700℃, and E300℃ in the same way as above.
Thereafter, tensile test pieces and heating test pieces were prepared by cooling and opening processing, and tensile tests and heating tests were performed. Specifically, the heating test was carried out by placing a heated test piece on an alumina boat and charging it into a tubular furnace heated to a predetermined temperature. Specifically, the tensile test was carried out at a tensile rate of 1 mm/min using a 20-ton universal test bench with a strain gauge attached to the parallel portion of the test piece. The tensile test piece had a parallel part diameter of 5 mm, a parallel part length of 20 mm, and a gage distance of 25 mm.

又、加熱試験片は、40ミリメートル(長さ)×30ミ
リメートル(幅)×8ミリメ〜トル(厚み)とした。
The heating test piece was 40 mm (length) x 30 mm (width) x 8 mm (thickness).

比較例として、アルミニウム合金粉末から圧密体を形成
しその圧粉体を580〜590℃で20〜30分焼結し
、空孔体積%を約30%としたN0914の焼結体を形
成した。このNo、14の焼結体についても前述同様に
引張り試験、加熱試験を行なった。No、11〜No、
14の試験結果を第2表に示す。この試験結果から以下
のことが理解できる。
As a comparative example, a compacted body was formed from aluminum alloy powder, and the compacted body was sintered at 580 to 590°C for 20 to 30 minutes to form a sintered body of N0914 with a pore volume percentage of about 30%. This sintered body No. 14 was also subjected to a tensile test and a heating test in the same manner as described above. No, 11~No,
The results of the 14 tests are shown in Table 2. The following can be understood from this test result.

空孔体積%がぼぼ同じ(30%程度)のN0513とN
o、14とを比較すると、繊維強化したNo、13の場
合は、引張り強さが9kllJ/平方ミリメートル、ヤ
ング率が5020kC]/平方ミリメートルと共に高い
。これはNo、13に含まれている繊維の補強作用によ
るものと推察されるっこのことから、本発明の多孔質繊
維強化金属複合材料は、従来の多孔質金属材料よりも強
度が向上していることがわかる。
N0513 and N with almost the same pore volume % (about 30%)
Comparing No. 14 with fiber-reinforced No. 13, the tensile strength is 9 kllJ/mm2 and the Young's modulus is 5020 kC/mm2, which are high. This is presumed to be due to the reinforcing effect of the fibers contained in No. 13. From this fact, the porous fiber-reinforced metal composite material of the present invention has improved strength compared to conventional porous metal materials. I know that there is.

L実施例2j 実施例1は、ブロック全体を加熱して空孔を形成するも
のであるが、実施例2は、ブロック(長さ40ミリメー
トル、幅30ミリメートル、厚み10ミリメートル)の
表面を部分的に加熱して空孔を形成するものて゛ある。
L Example 2j In Example 1, the entire block is heated to form pores, but in Example 2, the surface of the block (length 40 mm, width 30 mm, thickness 10 mm) is partially heated. There are some that form pores by heating.

実施例2では、1)ζ■記ジブロック表面にタングステ
ン電極を近接させ、これによりブロックと電極との間に
アークを発生させ、以てブロックの表面の金属を部分的
に溶融点以上に加熱溶融し、これにより表面に空孔を形
成した。空孔形成条件は、電圧14V、電流120△、
ブロックの移動速度3 m m / s e c、アル
ゴンガス25リツトル/minで行ない、ブロックの表
面を幅5mm、深さi、91T1mに溶解さけた。その
結果ブロックの表面は、空孔が43体積%になっている
ことが判った。
In Example 2, 1) A tungsten electrode is brought close to the surface of the diblock marked ζ■, thereby generating an arc between the block and the electrode, thereby partially heating the metal on the surface of the block above the melting point. It melted, thereby forming pores on the surface. The pore formation conditions were: voltage 14V, current 120△,
This was carried out at a block moving speed of 3 mm/sec and argon gas of 25 liters/min, and the surface of the block was melted to a width of 5 mm, depth i, and 91T1 m. As a result, it was found that the surface of the block contained 43% by volume of pores.

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

第1図は、本発明の実施例であるNo、1のブロックの
加熱後の外形状態を示す側面図、第2図は比較例である
No、4のブロックの加熱後の外形状態を示す側面図で
ある。第3図は本発明の実施例であるNo、1のブロッ
クの組織を示す顕微鏡写真図(倍率100倍)であり、
第4図は倍率の異なった同じ顕微鏡写真図(倍率400
倍)である。
FIG. 1 is a side view showing the external shape of block No. 1, which is an example of the present invention, after heating, and FIG. 2 is a side view showing the external shape of block No. 4, which is a comparative example, after heating. It is a diagram. FIG. 3 is a micrograph (100x magnification) showing the structure of block No. 1, which is an example of the present invention.
Figure 4 shows the same micrograph at different magnifications (400 magnification).
times).

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] (1) 繊維集積体と、該繊維集積体に付着した金属と
、該金属が付着した繊維集積体を構成する一部繊維間に
分散された空孔とから構成されていることを特徴とする
多孔質繊維強化金属複合材料。
(1) It is characterized by being composed of a fiber aggregate, a metal attached to the fiber aggregate, and pores dispersed between some of the fibers constituting the fiber aggregate to which the metal is attached. Porous fiber reinforced metal composite material.
(2) 空孔の体積%は、全体を100体積%とすると
5〜50体積%である特許請求の範囲第1項記載の多孔
質繊維強化金属複合材料。
(2) The porous fiber-reinforced metal composite material according to claim 1, wherein the volume percent of pores is 5 to 50 volume percent when the total volume is 100 volume percent.
(3) 空孔の大きさは、5〜100μである特許請求
の範囲第1項記載の多孔質繊維強化金属複合材料。
(3) The porous fiber-reinforced metal composite material according to claim 1, wherein the pores have a size of 5 to 100 microns.
(4) 金属は、アルミニウム又はアルミニウム系合金
である特許請求の範囲第1項記載の多孔質繊維強化金属
複合材料。
(4) The porous fiber-reinforced metal composite material according to claim 1, wherein the metal is aluminum or an aluminum-based alloy.
(5) 繊維集積体は、アルミナ繊維、ジルコニア繊維
、窒化珪素繊維、炭化珪素繊維、炭素繊維、アルミナシ
リカ繊維、ボロン繊維、ガラス繊維の少なくとも一種か
ら構成されている特許請求の範囲第1項記載の多孔質繊
維強化金属複合材料。
(5) The fiber aggregate is composed of at least one of alumina fiber, zirconia fiber, silicon nitride fiber, silicon carbide fiber, carbon fiber, alumina silica fiber, boron fiber, and glass fiber. porous fiber-reinforced metal composite material.
(6) 溶融した金属を繊維集積体に含侵、接触させた
後、該金属を固化することによりブロツクを形成する第
1の工程と、 該ブロックを加熱し該金属を溶融することにより、該溶
融金属が付着した該繊維集積体を構成する一部繊維間に
空孔を分散させて形成する第2の工程とを順に実施する
ことを特徴とする多孔質繊維強化金属複合材料の製造方
法。
(6) A first step of forming a block by impregnating and contacting the molten metal with the fiber aggregate and solidifying the metal; and a first step of forming a block by heating the block and melting the metal. A method for manufacturing a porous fiber-reinforced metal composite material, which comprises sequentially carrying out a second step of dispersing and forming pores between some of the fibers constituting the fiber aggregate to which molten metal is attached.
(7) 第1の工程は、溶湯鍛造法により行なわれる特
許請求の範囲第6項記載の多孔質繊維強化金属複合材料
の製造方法。
(7) The method for producing a porous fiber-reinforced metal composite material according to claim 6, wherein the first step is performed by a molten metal forging method.
(8) 第2の工程は、ブロック全体又はブロックの一
部を加熱することにより行なわれる特許請求の範囲第6
項記載の多孔質繊維強化金属複合材料の製造方法。
(8) The second step is performed by heating the entire block or a part of the block.
A method for producing a porous fiber-reinforced metal composite material as described in Section 1.
(9) 第2の工程は、アーク、レーザビーム、電子ビ
ームによる加熱によつて行なわれる特許請求の範囲第6
項記載の多孔質繊維強化金属複合材料の製造方法。
(9) The second step is performed by heating with an arc, a laser beam, or an electron beam.
A method for producing a porous fiber-reinforced metal composite material as described in Section 1.
(10) 金属は、アルミニウム又はアルミニウム系合
金である特許請求の範囲第6項記載の多孔質繊維強化金
属複合材料の製造方法。
(10) The method for producing a porous fiber-reinforced metal composite material according to claim 6, wherein the metal is aluminum or an aluminum-based alloy.
(11) 繊維集積体は、アルミナ繊維、ジルコニア繊
維、炭化珪素繊維、窒化珪素繊維、炭素繊維、アルミナ
シリカ繊維、ボロン繊維、ガラス繊維の少なくとも一種
から構成されている特許請求の範囲第6項記載の多孔質
繊維強化金属複合材料の製造方法。
(11) The fiber aggregate is composed of at least one of alumina fiber, zirconia fiber, silicon carbide fiber, silicon nitride fiber, carbon fiber, alumina silica fiber, boron fiber, and glass fiber. A method for producing porous fiber-reinforced metal composite materials.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03291337A (en) * 1990-04-10 1991-12-20 Toyota Motor Corp Manufacture of titania whisker reinforced al matrix composite
JP5053391B2 (en) * 2008-01-18 2012-10-17 京セラ株式会社 Vacuum suction nozzle

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