JPS6187837A - 繊維強化金属複合材料の製造方法 - Google Patents

繊維強化金属複合材料の製造方法

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JPS6187837A
JPS6187837A JP21078184A JP21078184A JPS6187837A JP S6187837 A JPS6187837 A JP S6187837A JP 21078184 A JP21078184 A JP 21078184A JP 21078184 A JP21078184 A JP 21078184A JP S6187837 A JPS6187837 A JP S6187837A
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JP
Japan
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short fibers
reinforcing fibers
metal
ratio
powder
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JP21078184A
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English (en)
Inventor
Shuntaro Sudo
俊太郎 須藤
Akira Manabe
明 真鍋
Yoshitaka Takahashi
義孝 高橋
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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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 本発明は、繊維強化金属複合材料の製造方法に係り、更
に詳細には焼結を利用した繊維強化金属複合材料の製造
方法に係る。
従来の技術 繊維強化金属複合材料の製造方法の一つとして、強化繊
維とマトリックス金属としての金属粉末とを混合し、該
混合物を高温度に加熱する粉末冶金法が知られている。
この方法は強化繊維が短繊維である場合に適しており、
この方法によれば強化繊維の体積率の小さい繊維強化金
属複合材料をも容易に製造することができる。
発明が解決しようとする問題点 しかし粉末冶金法により短繊維を強化繊維とする繊維強
化金属複合材料を製造するに際しては、強化繊維が比較
的長い場合、強化II M及び金属粉末の大きさの差が
大きい場合、金属粉末の粒径が大きい場合などに於ては
、マトリックス金属が均一に分散されずに偏析したり、
強化繊維とマトリックス金属との密着性が悪くなったり
することがある。
本願発明者等は短繊維を強化繊維とする繊維強化金属複
合材料を粉末冶金法により!IJ造する場合に於て、強
化繊維が均一に分散され、強化繊維とマトリックス金属
との密着が良好であり、金属粉末の焼結が良好である浸
れた繊維強化金属複合材料を得るためには、強化繊維及
び金属粉末の大きさ、及びそれらの相互関係が如何にあ
るべきかについて種々の実験的研究を行った結果、それ
ぞれ特定の要件を満たす必要があることを見出した。
本発明は、本願発明者等が行った種々の実験的研究の結
果得られた知見に基き、短繊維を強化繊維とする繊維強
化金属複合材料を焼結を利用して製造する方法であって
、強化繊維が均一に分散され、強化繊維とマトリックス
金属との密着が良好であり、金属粉末の焼結が良好であ
る優れた繊維強化金属複合材料を製造することのできる
方法を提供することを目的としている。
問題点を解決するための手段 上述の如き目的は、本発明によれば、平均繊維径dso
、1〜150μでありアスペクト比が5〜100である
短繊維と、前記平均繊維径に対する金属粉末の平均粒径
りの比D/dが0.02〜100である金属粉末とを前
記類mtI#の体積と前記金属粉末の体積との合計を1
00%とした場合の前記短IM雑の体積率が1〜30%
となるよう混合し、該混合物を高温度に加熱して前記金
属粉末を焼結させる繊維強化金属複合材料の製造方法に
よって達成される。
発明の作用及び効果 一般に強化繊維はマトリックス金属の強度、剛性、M摩
耗性などを向上させる機能を果たす。本願発明者等が行
った実験的研究の結果によれば、強化繊維の体積率が非
常に小さい場合には強度や剛性等の向上は十分、ではな
いが、特に複合材料の耐摩耗性は強化繊維の体積率が数
%程度であっても大幅に向上する。従って強化繊維の体
積率は1%以上、特に5%以上であることが好ましい。
また複合材料の強度等は強化繊維の体積率が高くなれば
なるほど向上するので、強化繊維の体積率はできるだけ
高い値であることが好ましいが、本願発明者等が行なっ
た実験的研究の結果によれば、強化繊維の体積率が高く
なりすぎると、強化繊維と金属粉末とを均一に混合する
ことが困難になり、従って強化繊維が均一に分散された
複合材料を製造することが困難であり、また金属V)末
の焼結が良好に行なわれなくなるので、強化繊維の体積
率は30%以下、特に25%以下であることが好ましい
。従って強化繊維の体積率は2〜30%、特に5〜25
%、更には8%〜15%であることが好ましい。
強化繊維としては現在種々の材質及び寸法のものが市販
されているが、強化繊維のMAH径が小さい場合には、
繊維集合体より個々の強化繊維をほぐすことが困難であ
るため作業性が悪く、強化繊維自身の強度も低く、強化
繊維と金属粉末とを混合する場合に強化繊維が破断し易
く、逆に繊維径が大きい場合には強化繊維と金属粉末と
の混合物に於けるこれら相互の接触が不十分になり、従
って焼結後に於ても強化繊維とマトリックス金属との間
の密着が不十分になり易い。また強化繊維の繊維長が短
い場合には、強化U&維が1aM1として十分に作用せ
ず、従って強度向上等の機能が不十分になり易く、逆に
繊維長が大きい場合には強化繊維と金属粉末とを混合す
る過程に於て強化繊維同士が絡みあって強化U&紺の偏
析が生じやすい。従って本願発明者等が行なった実験的
研究の結果によれば、強化m維の繊維径は0.1〜15
0μ、特に0.5〜100μ、更には1〜100μであ
ることが好ましく、アスペクト比は5〜100゜特に8
〜100、更には8〜80であることが好ましい。
同様に金属粉末も種々の組成及び粒径のものが市販され
ている。一般に焼結に於ては金属粉末の粒径が小さけれ
ば小さいほど焼結性が向上するが、粉末冶金法によりl
IM強化金属複合材料を製造する場合には、強化繊維と
金属粉末とを均一に8合する必要があるので、金属粉末
の粒径が小さすぎるものであってはならず、また金属粉
末の粒径が大きい場合には金属粉末同士の焼結が不十分
になり、また強化繊維とマトリックス金属との密着性が
悪くなる。従って本願発明者等が行なった実験的研究の
結果によれば、金属粉末の平均粒径は10〜200μ、
特に20〜180μ、更には20〜150μであること
が好ましい。
更に本願発明者等が行なった実験的研究の結果によれば
、強化繊維の平均lll径径に対する金属粉末の平均粒
径りの比D/d/fi重要であり、D/dが100以上
の場合には金属粉末同士の焼結及び強化繊維とマトリッ
クス金属との密着が不十分になって複合材料の強度が十
分に向上せず、D/dが0.02以下の場合には強化繊
維と金属粉末とを均一に混合することが困難であり、従
ってミクロ的にみて均一な組織及び性質を有する複合材
料を製造することが困難であることが認められた。
従って本願発明者等が行なった実験的研究の結果によれ
ば、D/dは0.02〜100、特に0゜05〜i o
o、更には0.1〜80の範囲であることが好ましい。
本発明によれば、金属粉末及び強化繊維の大きさ、及び
それらの相互関係が上述の如く設定されるので、強化u
A維が均一に分散され、強化繊維とマトリックス金属と
の密着及び金属粉末の焼結が良好である優れた繊維強化
金属複合材料を製造することができる。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。
実施例 下記の表1に示された短H&雑1及び金属粉末2をそれ
ぞれ短繊維の体積率が所定の値になるよう秤量し、それ
らを輌1図に示されている如きV型混粉1f13を用い
て、回転数3Qrpm、混粉時間30分にて乾式混粉を
行なった。商人1に於てステンレス繊維の組成は18W
1%Cr、8W(%N1、残部実質的にFeであり、ア
ルミナ−シワ力INはインライト・バブコック耐火株式
会社製のU力オウール」であり、ボロン繊維はAVCO
社製の「ボロン繊維」であり、アルミナ繊麗はデュポン
社製の「ファイバFPJであり、炭化ケイ素小イス力は
東海カーボン株式会社製のFトーカマックス]である。
また金属粉末の低合金鋼の組成は2wt%Ni 、0.
5wt%MO1残部実質的にFeであり、アルミニウム
合金の組成は2Qwt%Si 、残部実質的にA1であ
り、銅合金の組成は0.6W【%Cr、残部実質的にC
uである。
次いで上述の如く混粉することにより得られた混合物を
順次第2図に示されている如きホットプレス装置4の型
5内に配置し、ヒータ6により加熱し、つつアッパパン
チ7とロアパンチ8とにより加圧力200kMJ、加圧
時間10分、雰囲気10″ITorrの真空の条件にて
ホットプレスを行なった。尚加熱温度は表1に於ける実
施例1〜3、比較例1及び2については約1000℃で
あり、実施例4〜6、比較例3及び4については約45
0℃であり、実施例7〜9、比較例5及び6については
約800℃であった。
次いで上述の如く形成された各繊維強化金属複合材料よ
り16X10X(311mのブロック試験片を切り出し
、それらの試験片を雇次LFW摩擦摩耗試験機にセット
し、相手部材である球状黒鉛鋳鉄(J■S規格FCD7
0)製の円筒試験片の外周面と接触させ、それらの試験
片の接触部に常温の潤滑油(キャッスルモータオイル5
W−30)を供給しつつ、接触面圧20 ko/ mm
2、すべり速度0.3m/secにて1時間円筒試験片
を回転させる摩耗試験を行なった。これらの摩耗試験の
結果を下記の表2に示づ。商人2に於て、ブロック試験
片の摩耗量とはブロック試験片の摩耗深さくμノを表わ
しており、円筒試験片の摩耗量とは円筒試験片の摩耗量
ffi(m(1>を表わしている。
表2より、何れの実施例に於てもブロック試験片及び円
筒試験片の摩耗量が比較的少ないのに対し、本発明の要
件を充足しない比較例に於てはブロック試験片及び/又
は円筒試験片の摩耗量が比較的高い値であることがわか
る。またl!?!Fg!摩耗試験後にブロック試験片の
被試験面を顕微鏡にて観察したところ、実施例のブロツ
試験片の被試験面は各部均一に摩耗しているのに対し、
比較例のブロック試験片の被試験面は局部的に摩耗量が
大きい部分と比較的小さい部分とが存在しており、従っ
て複合材料としての均質性が十分ではないことが認めら
れた。
表    2 ブロック     円筒 試料    試験片の    試験片のNo、   摩
耗m(μ)  摩耗fft(mq)比較例1  15.
8    4.3 実施例1   8.2    3.9 実施例2   6.1    5.2 ・実施例3   5.4    4.6比較例2   
9.8   12.4 比較例3  84.2    1.2 実施例4  33.1     2.0実施例5  3
1.0    3.1 実施例6  12.5    2.8 比較例4  56.7   11.2 比較例5  62.7    0.6 実施例7  12.2    1.8 実施例8  11.8    2.0 実施例9  13.1    2.8 比較例6  27.6    9.7 以上に於ては本発明を比較例との対比に於て幾つかの実
施例について詳細に説明したが、本発明はこれらの実施
例に限定されるものではなく、本発明の範囲内に於て種
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。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるm帷強化金属複合材料の製造方法
の一つの実施例の混粉工程を示す解図、第2図は本発明
による繊維強化金属複合材料の製造方法の一つの実施例
のホットプレス工程を示す解図である。 1・・・短m維、2・・・金属粉末、3・・・V型混粉
機。 4・・・ホットプレス装置、5・・・型、6・・・ヒー
タ、7・・・アッパパンチ、8・・・ロアパンチ特 許
 出 願 人  トヨタ自動車株式会社代   理  
 人  弁理士  明石 昌毅第1図 第 2 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 平均繊維径dが0.1〜150μでありアスペクト比が
    5〜100である短繊維と、前記平均繊維径に対する金
    属粉末の平均粒径Dの比D/dが0.02〜100であ
    る金属粉末とを前記短繊維の体積率と前記金属粉末の体
    積との合計を100%とした場合の前記短繊維の体積率
    が1〜30%となるよう混合し、該混合物を高温度に加
    熱して前記金属粉末を焼結させる繊維強化金属複合材料
    の製造方法。
JP21078184A 1984-10-08 1984-10-08 繊維強化金属複合材料の製造方法 Pending JPS6187837A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01111829A (ja) * 1987-10-22 1989-04-28 Toyo Alum Kk 複合材
CN1050883C (zh) * 1994-09-30 2000-03-29 中国航空工业总公司第六二一研究所 铁基金属陶瓷摩擦副材料及其制备方法
CN102051559A (zh) * 2011-01-14 2011-05-11 南京信息工程大学 一种耐磨灰口铸铁材料及制备方法
CN102051558A (zh) * 2011-01-14 2011-05-11 南京信息工程大学 一种耐磨阻尼麻口铁材料及其制备方法
CN103710648A (zh) * 2014-01-16 2014-04-09 张霞 一种长碳纤维增强钛合金复合材料

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