JPS62139838A - Production of preform of metallic composite material - Google Patents
Production of preform of metallic composite materialInfo
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- JPS62139838A JPS62139838A JP27803085A JP27803085A JPS62139838A JP S62139838 A JPS62139838 A JP S62139838A JP 27803085 A JP27803085 A JP 27803085A JP 27803085 A JP27803085 A JP 27803085A JP S62139838 A JPS62139838 A JP S62139838A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、金属基複合月利を溶浸法によって製造する場
合に使用するウィスカ、短繊維等のプリフォームの製造
方法に係り、特に高信頼性の製品の製造に好適な金属基
複合材料のプリフォーム製造方法に関する。[Detailed Description of the Invention] [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a method for manufacturing preforms such as whiskers and short fibers used when manufacturing a metal matrix composite material by an infiltration method. The present invention relates to a method for manufacturing a preform of a metal matrix composite material that is suitable for manufacturing sexual products.
最近、新素材の1つとしてマトリックス金属中にウィス
カ等の短m帷または14!IIを複合化した金属M複合
材料が各種分野で注目されている。特にアルミ系複合材
料等は部品、高強度のみならず、高温特性にも優れてい
るために、宇宙機器、ロボット部品、自動車部品等、広
い分野での応用が期待されている。Recently, as one of the new materials, short lengths such as whiskers or 14! Metal M composite materials, which are composites of II, are attracting attention in various fields. In particular, aluminum-based composite materials are expected to be used in a wide range of fields, such as space equipment, robot parts, and automobile parts, because they not only have high strength but also excellent high-temperature properties.
このような金Ii1基複合材料の製造方法として、溶浸
法、粉末法、拡散法等が知られている。このうち、溶浸
法はウィスカ等を集積したプリフォームに7トリツクス
金属の溶湯を加圧溶浸させる方法であり、大量生産に適
し、一部実用化も進められている。Infiltration methods, powder methods, diffusion methods, and the like are known as methods for manufacturing such gold Ii single-base composite materials. Among these, the infiltration method is a method in which a preform with accumulated whiskers and the like is infiltrated with molten 7-trix metal under pressure, and is suitable for mass production and is being put into practical use in some cases.
従来、このような溶浸方で使用づるプリフォームの製造
方法としては、ウィスカ等を水愚の溶媒に混合してスラ
リをつくり、そのスラリを成形型に注入して型内で1税
液して乾燥さUる方法と、ウィスカ等に殆ど水等を加え
ずに加圧のみで成形する方法とが知られている。これら
の方法のうち、後者の方法では加圧面付近の繊維密度の
みが上界し、加圧面から遠い部分の1JAKi密度が低
くなり、これにより繊維体積率が不均一となり、金属基
複合月利の強度も不均一となり易い等の問題がある。Conventionally, the method for producing preforms using this type of infiltration method is to mix whiskers, etc. with a water-soluble solvent to create a slurry, inject the slurry into a mold, and pour it into the mold. Two methods are known: one method is to dry the whiskers, and the other method is to mold the whiskers only by applying pressure without adding much water or the like. Among these methods, in the latter method, only the fiber density near the pressure surface is upper bound, and the 1JAKi density in the part far from the pressure surface is low, which causes the fiber volume fraction to be uneven and the metal-based composite monthly yield to be There are problems such as the strength tends to be non-uniform.
このため、一般に多少の製作時間を要しても、繊維体積
率が均一になり易い前者のスラリを使用する方法が多く
利用されている。For this reason, the former method of using slurry, which tends to make the fiber volume percentage uniform even if it generally requires some manufacturing time, is often used.
このようなウィスカ等のスラリを用いた従来のプリフォ
ーム製造方法の一例を第15図〜m17図によって説明
する。An example of a conventional preform manufacturing method using such slurry such as whiskers will be explained with reference to FIGS. 15 to 17.
従来では、まず第15図に示すように、例えばプリフォ
ーム材料としてのSiCウィスカを水等の溶媒に混合し
てスラリ1をつくる。このスラリ1を第16図に示すよ
うに、成形型2に注入した後、真空ポンプ3による下方
への吸引作用で下部容器4に脱液し、成形型2の底部に
設けた濾過材5上に湿潤状態のウィスカ6を残ず。この
脱液後のウィスカ6の繊維密度は小さいので、これを第
17図に示すように加圧機7で圧縮し、所望の繊維密度
まで高める。Conventionally, as shown in FIG. 15, first, for example, SiC whiskers as a preform material are mixed with a solvent such as water to create a slurry 1. As shown in FIG. 16, after this slurry 1 is injected into a mold 2, it is drained into a lower container 4 by the downward suction action of a vacuum pump 3, and then placed on a filtering material 5 provided at the bottom of the mold 2. No whiskers 6 remain in the wet state. Since the fiber density of the whisker 6 after the liquid removal is small, it is compressed by a pressurizer 7 as shown in FIG. 17 to increase the fiber density to a desired level.
この後、乾燥させることにより溶融マトリックス金属溶
浸用のプリフォームとする。Thereafter, it is dried to obtain a preform for molten matrix metal infiltration.
なお、第15図〜第17図に示す一連の工程のみでプリ
フォームを製造した場合には、乾燥後に、プリフォーム
内部の反発力でひび割れを生じたりするので、再度第1
5図に示す如くスラリ状にした後、第16図に示す脱液
を行なって、割れの修復したプリフォームを製造するよ
うにしている。In addition, if the preform is manufactured only by the series of steps shown in FIGS. 15 to 17, cracks may occur after drying due to the repulsive force inside the preform, so the first step is repeated.
After forming into a slurry as shown in FIG. 5, the liquid is removed as shown in FIG. 16 to produce a preform with repaired cracks.
ところで、このような方法で製作したプリフォームに7
1へリックス金属を溶浸さ辻た金属基複合月利は1通常
、マトリックス金属に比べて約4倍の引張強さを示す。By the way, the preform manufactured using this method has 7
Metal matrix composites infiltrated with helix metal typically exhibit about four times the tensile strength compared to the matrix metal.
しかし、場合によってはマトリックス金属よりも低い荷
車で破断することもあり、金属基複合材料の強度の不均
一という問題があった。なお、このような強度の不均一
は、ウィスカ含有率の高いものほど著しいことが認めら
れた。そこで、低荷噌で破断した引張試験片や、少ない
繰返し数で破壊した疲労試験片の破断面を調べたところ
、第18図に示すように、7トリツクス金属8中の均一
なウィスカ9に混じって粗大な粒状ウィスカ10や、ウ
ィスカのない未強化領域部分11が多数点在していた。However, in some cases, the metal matrix composite material may break at a lower cart than the matrix metal, resulting in the problem of non-uniform strength of the metal matrix composite material. It was observed that such non-uniformity in strength was more pronounced as the whisker content increased. Therefore, when we examined the fracture surfaces of tensile test specimens that fractured at low loads and fatigue test specimens that fractured at a small number of repetitions, we found that the fracture surfaces were mixed with uniform whiskers 9 in the 7-trix metal 8, as shown in Figure 18. A large number of coarse granular whiskers 10 and unreinforced regions 11 without whiskers were scattered.
即ち、一般に高強度材料は切欠受性が高く、表面近傍に
欠陥が存在する場合は非常に低い荷重や少ない繰返し数
で破壊することはよく知られていおり、金属基複合材料
において−b、粗大ウィスカ部分やウィスカのない未強
化領域部分が欠陥となり、強度低下の原因となっている
ものと考えられる。In other words, it is well known that high-strength materials generally have high notch acceptability, and if defects exist near the surface, they will break with a very low load or a small number of repetitions. It is thought that the whisker portion and the unreinforced area portion without the whisker become a defect and cause the strength to decrease.
このような粗大ウィスカ部分やウィスカの(7い強化領
域部分が金属It複合祠お1に発生でる原因は、溶浸時
に使用するプリフォームに含まれるウィスカの状態が不
均一であることに基づくものど考えられる。即ち、第1
5図に示ザように、ウィスカのスラリ1をつくった場合
に、ウィスカの絡み等により粗大な部分が発生し、この
粗大なウィスカ部分がそのまま金属基複合材料の内部に
残存して、第18図の粗大な粒状ウィスカ10部分を形
成することになる。また、プリフォーム成形時に、スラ
リ中に存在していた気泡がウィスカの欠陥部をつくり、
このまま乾燥した欠陥部分を有するプリフォームにマト
リックス金属を溶浸させた場合に、その欠陥部分にはマ
トリックス金属のみが存在して第18図の未強化部分1
1を形成することになる。The reason why such coarse whisker parts and whisker reinforced areas appear in the metal It composite shrine 1 is that the state of the whiskers contained in the preform used during infiltration is non-uniform. That is, the first
As shown in FIG. 5, when whisker slurry 1 is made, coarse portions are generated due to the entanglement of whiskers, etc., and these coarse whisker portions remain inside the metal matrix composite material to form the 18th slurry. This results in the formation of coarse granular whiskers 10 in the figure. Also, during preform molding, air bubbles present in the slurry create whisker defects.
When matrix metal is infiltrated into a dried preform having a defective part, only matrix metal exists in the defective part, and the unreinforced part 1 in FIG.
1 will be formed.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その
目的は、マトリックス金属を溶浸させるためのブリフオ
ームを均一な大きさのウィスカまたは短繊維で構成する
ことができるとともに、そのプリフォーム内に、ウィス
カや短繊維の欠落部分がなく均一な配列を有するものと
することができ、それにより溶浸後の金属基複合材料に
粗大なウィスカ等やウィスカ等のない未強化領域部分が
発生することを防止して、その金属基複合材料の強度を
均一化することができる金属基複合材r1のブリフオー
ムIM 3+5方法を提供することにある。。The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to be able to construct a preform for infiltrating a matrix metal with uniformly sized whiskers or short fibers, and to make it possible to form a preform with uniformly sized whiskers or short fibers. In addition, it is possible to have a uniform arrangement without missing parts of whiskers or short fibers, and as a result, coarse whiskers, etc. or unreinforced areas without whiskers, etc. occur in the metal matrix composite material after infiltration. It is an object of the present invention to provide a method for preparing a metal matrix composite material r1, IM 3+5, which can prevent such problems and make the strength of the metal matrix composite material uniform. .
また、本発明の他の目的は、プリフォームが)ツ造途中
において形くずれすることなく、所定の形状に確実に形
成できる金属基複合月1゛31のブリフオーム製造方法
を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a preform of a metal matrix composite moon 1-31, which can reliably form a preform into a predetermined shape without deforming the preform during construction.
第1の発明は、ウィスカ等の短繊維を溶媒に混合してス
ラリをつくる工程と、スラリ中から粗大ウィスカ等や微
細ウィスカ等を除去する量サイジング工程と、サイジン
グ後のスラリをプリフォーム成形型に注入して脱液後、
加圧による繊維体積率の調整を行なう初期プリフォーム
成形工程と、これにより1qられた初期プリフォームを
再び溶媒に混合して再スラリとする工程と、再スラリを
減圧容器内で減圧することにより再スラリ中の気泡を除
去する気泡除去工程と、気泡の除去された再スラリを本
プリフォーム成形型内で脱液、乾燥してプリフォームと
する木プリフォーム成形コニ程とを備えたことを特徴と
する。The first invention consists of a step of mixing short fibers such as whiskers with a solvent to create a slurry, a sizing step of removing coarse whiskers, fine whiskers, etc. from the slurry, and a step of molding the slurry after sizing into a preform mold. After injecting and dehydrating,
An initial preform molding process in which the fiber volume ratio is adjusted by pressure, a process in which the initial preform, which has been reduced by 1q, is mixed with a solvent again to make a re-slurry, and the re-slurry is depressurized in a vacuum container. It is equipped with a bubble removal process for removing air bubbles in the re-slurry, and a wood preform molding process in which the re-slurry from which air bubbles have been removed is dehydrated and dried in the present preform mold to form a preform. Features.
また、第2の発明は、ウィスカ等の短繊維を溶媒に混合
してスラリをつくる工程と、スラリ中から粗大ウィスカ
等や微細ウィスカ等を除去するサイジング工程と、サイ
ジング後のスラリをプリフォーム成形型に注入して脱液
後、加圧による繊維体積率の調整を行なう初期のプリフ
ォーム成形工程と、これにより得られた初期プリフォー
ムを再び溶媒に混合して再スラリとする工程と、再スラ
リを減圧容器内で減圧することにより再スラリ中の気泡
を除去する気泡除去工程と、気泡の除去された再スラリ
を本プリフォーム成形型内で脱液するとともに、その脱
液途中においてウィスカまたは短繊維を加圧する形状維
持工程と、脱液後乾燥してプリフォームとする乾燥工程
とを備えたことを特徴とする。The second invention also includes a step of mixing short fibers such as whiskers with a solvent to create a slurry, a sizing step of removing coarse whiskers, fine whiskers, etc. from the slurry, and a step of molding the slurry after sizing into a preform. After pouring into a mold and removing liquid, there is an initial preform molding process in which the fiber volume ratio is adjusted by applying pressure, a process in which the initial preform obtained through this process is mixed with a solvent again to make a reslurry, and a re-slurry process. There is a bubble removal step in which air bubbles are removed from the reslurry by reducing the pressure of the slurry in a vacuum container, and the reslurry from which air bubbles have been removed is deliquified in this preform mold, and whiskers or It is characterized by comprising a shape maintaining step of pressurizing short fibers, and a drying step of drying the short fibers to form a preform.
以下、本発明の一実施例を第1図〜第14図を参照して
説明する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 14.
この実施例はアルミニウムをマトリックスとし、SiC
ウィスカを強化繊維とJる金属基複合材料を溶浸法によ
って製造する場合に使用JるSiCウィスカのブリフオ
ーム製造方法についてのちのである。This example uses aluminum as a matrix and SiC
A method for manufacturing a SiC whisker briefform, which is used when manufacturing a metal matrix composite material in which whiskers are used as reinforcing fibers, by an infiltration method will be described later.
まず、第1図〜第8図によって製造工程を説明する。First, the manufacturing process will be explained with reference to FIGS. 1 to 8.
第1図はスラリ生成工程を示している。上下に蛇口20
a、20bを有する混合容7521に、SiCウィスカ
と溶媒としての水とを注入し、撹拌122で十分撹拌す
ることによりウィスカ・水スラリ23をつくる。この段
階では、スラリ23中に粗大1クイスカ24が混在した
状態となっている。FIG. 1 shows the slurry production process. 20 faucets on top and bottom
A whisker/water slurry 23 is created by injecting SiC whiskers and water as a solvent into a mixing volume 7521 having the components a and 20b, and sufficiently stirring the mixture using the agitation 122. At this stage, the slurry 23 is in a state where the coarse 1-size squirrels 24 are mixed.
第2図はサイジング工程を示す。この工程では、撹拌を
佇止して、スラリ23が静止づるまで放置する。このと
き、沈降速度の差によって粗大ウィスカ24は混合容器
21の底部に沈み、また極めて微細なウィスカは上澄み
液25の部分に浮遊する。そこで、まず上部蛇口20a
を聞き、上?Hみ液25を除去する。その後、適正な人
さ・さのウィスカのみが含まれるスラリ23を下部蛇口
20bを開くことにより受【プ容器26に取出す。Figure 2 shows the sizing process. In this step, stirring is stopped and the slurry 23 is left standing until it becomes still. At this time, the coarse whiskers 24 sink to the bottom of the mixing container 21 due to the difference in sedimentation speed, and the extremely fine whiskers float in the supernatant liquid 25. Therefore, first, the upper faucet 20a
Listen, on? Remove the humid liquid 25. Thereafter, the slurry 23 containing only appropriate human whiskers is taken out into the receiving container 26 by opening the lower faucet 20b.
このような第1図および第2図に示す作業を複数回繰返
して行なう。これにより、ウィスカのサイジングが行な
われ、fil大ウィスカと極微細ウィスカは殆ど除去さ
れる。The operations shown in FIGS. 1 and 2 are repeated several times. As a result, whisker sizing is performed, and most of the large whiskers and extremely fine whiskers are removed.
なお、ウィスカを溶かすための溶媒としては水に限らず
、アルコールやアセトン等の低粘性、低比中の有機溶媒
を用いることができる。このような低粘性、低比重の溶
媒を用いれば、ウィスカの分離時間を短縮することがで
き、またウィスカ中に含まれる′r5橢不純物を溶解除
去することができ、前記■稈をJ:り効果的に行なうこ
とができる。Note that the solvent for dissolving whiskers is not limited to water, and organic solvents with low viscosity and low ratio, such as alcohol and acetone, can be used. If such a low viscosity, low specific gravity solvent is used, it is possible to shorten the separation time of the whiskers, and it is also possible to dissolve and remove 'r5 filth impurities contained in the whiskers. It can be done effectively.
第3図は初期プリフォーム成形工程を示す。即ち、サイ
ジング工程でV+られた均一な大きさのウィスカを含む
スラリ23を受は容器26からブリフA−ム成形型に注
入する。プリフォーム成形型27の底部には濾過材28
が設けてあり、その濾過材28の下側空間29は下部容
器30を介して真空ポンプ31に連結されている。しか
して、スラリ23の注入後に真空ポンプ31を駆動すれ
ば、濾過材28を介してスラリ23中の溶媒23aを下
部容器32に抽出づることができる。これにJこりプリ
フォーム成形型27内にはIIfa液された湿、11′
J状態のウィスカが残る。FIG. 3 shows the initial preform molding process. That is, the slurry 23 containing uniformly sized whiskers that has been subjected to V+ in the sizing process is injected from the container 26 into the brief A-me mold. A filter material 28 is placed at the bottom of the preform mold 27.
A lower space 29 of the filter material 28 is connected to a vacuum pump 31 via a lower container 30. By driving the vacuum pump 31 after injecting the slurry 23, the solvent 23a in the slurry 23 can be extracted into the lower container 32 through the filtering material 28. In addition, in the J stiff preform mold 27, the IIfa liquid was poured into the mold 27, 11'
Whiskers in the J state remain.
第4図は加圧工程を示J′。この加圧工程では、第3図
のプリフォーム成形型27内に残った湿潤状態のウィス
カを加圧型32に挿入し、その挿入したウィスカ33を
加圧機34によって加圧Jるものである。これにより、
後に成形されるプリフォームとしてのU&維体積率の調
整が行なわれる。Figure 4 shows the pressurizing process J'. In this pressurizing step, the wet whiskers remaining in the preform mold 27 shown in FIG. This results in
The U and fiber volume ratios of the preform to be molded later are adjusted.
即ち、第3図における脱液時の楳雑堆積率は10%程度
しかない(90%は空隙である)。この程度の繊維体積
率では十分な強度の複合材料を得ることができないので
、繊維体積率をこれ以上に上げるためにウィスカ33の
加圧を行なうものである。加圧力は希望する繊維体積率
に応じて設定する(例えば繊維体積率15%のときは1
70Kg/cd1また30%のときは700 K9 /
etaとする)Qなお、このようにして得られる初期
プリフォームは加圧側の繊維体積率のみが上昇し、この
ままでは均一な体積率を有するプリフォームとすること
はできないので、次の再スラリ工程で体積率の均一化を
図る。That is, in FIG. 3, the rate of debris accumulation during dehydration is only about 10% (90% is voids). Since it is not possible to obtain a composite material with sufficient strength with this level of fiber volume fraction, the whiskers 33 are pressurized in order to increase the fiber volume fraction beyond this level. The pressing force is set according to the desired fiber volume percentage (for example, when the fiber volume percentage is 15%, set the pressure to 1.
70Kg/cd1 or 700 K9/at 30%
eta)Q Note that in the initial preform obtained in this way, only the fiber volume percentage on the pressurizing side increases, and as it is, it is not possible to obtain a preform with a uniform volume percentage. to make the volume ratio uniform.
第5図は再スラリ工程を示す。この工程では、第4図の
加圧工程で得られた初期プリフォームを再び溶媒に溶か
し、再スラリ35どして第1図と同様に混合容器36内
で撹拌機22により混合、撹拌し繊m体槓率の均一化を
図るものである。Figure 5 shows the reslurry process. In this step, the initial preform obtained in the pressurizing step of FIG. 4 is dissolved in the solvent again, reslurred into a slurry 35, and mixed and stirred by the stirrer 22 in the mixing container 36 in the same manner as in FIG. This aims to equalize the m-body attack rate.
第6図は気泡除去工程を示す。この気泡除去工程では第
5図の再スラリ35を減圧容器37に収納して、撹拌機
38で撹拌するとともに、減圧手段39で容器37内を
減圧し、再スラリ35内で膨張し)1上する気泡40を
除去するものである。FIG. 6 shows the bubble removal process. In this bubble removal process, the re-slurry 35 shown in FIG. This is to remove the air bubbles 40 that occur.
なお、減圧容器37としては、プリフォームの最終成形
を行なうための本プリフォーム成形型を」a用している
。即ち、この本プリフォーム成形型兼用の減圧容器37
は、第3図に示すプリフォーム成形型27とほぼ同様に
底部に濾過材41を有し、その濾過材41の下側空間4
2が下部容器43を介し真空ポンプ44に接続されてい
る。なお、下側空間42と下部容器43との連通部には
、開閉調整用の脱液バルブ45が設けられる。これに加
えて、本プリフォーム成形型37の上面に密閉蓋46が
設けられ、この密閉蓋46と真空容器44とを吸引バイ
ブ47で接続するとともに、その吸引バイブ47に減圧
調整バルブ48を設【ブることにより、前述した減圧手
段39を構成している。As the reduced pressure container 37, this preform mold "a" is used for final molding of the preform. That is, this vacuum container 37 which also serves as the main preform mold
This has a filtering material 41 at the bottom almost like the preform mold 27 shown in FIG. 3, and the space 4 below the filtering material 41
2 is connected to a vacuum pump 44 via a lower container 43. In addition, a liquid removal valve 45 for opening/closing adjustment is provided in the communication portion between the lower space 42 and the lower container 43. In addition, an airtight lid 46 is provided on the upper surface of the preform mold 37, and the airtight lid 46 and the vacuum container 44 are connected by a suction vibrator 47, and a pressure reduction adjustment valve 48 is installed on the suction vibrator 47. The above-mentioned pressure reducing means 39 is constituted by the above-mentioned pressure reduction means 39.
また、密閉蓋46には大気との連通管49が設けられ、
この大気連通管49にはリークバルブ50が設けられる
。Further, the airtight lid 46 is provided with a pipe 49 communicating with the atmosphere.
This atmosphere communication pipe 49 is provided with a leak valve 50 .
気泡除去作用を行なう際には、脱液調整バルブ45とリ
ークバルブ50を閉じておさ″、減1[調整バルブ48
を開いて真空ポンプ44により減圧容器37内の空気吸
引を行なう。これと同時に撹IY138を回転駒@する
。このような再スラリ35の撹拌と同時的に行なわれる
容器37内の減圧により、スラリ35中の気泡40は膨
張し、太さな浮力を受けるよにうなって再スラリ35中
を?甲上する。この場合、約20弁理度の減圧作用を行
えば、肉眼で′6′l認できる程度の気泡(直径0.5
mm以上)は完全に浮上することが認められた。4iお
、極めて微小な気泡は再スラリ35中に残留する可能性
があるが、減圧作用が終了した時点で真空ポンプ44を
停止し、リークバルブ50を聞くことにより、大気連通
管49を介して容器37内を再び大気圧にずれば、その
微細な気泡の体積はボイルの法f’llJ (P V
=一定)により数100分の7に縮小する。このような
極めて微細な気泡が残留することは後述の実験結果から
見られるように、製造される金属基複合材料の強度上は
特別、問題となることはない。なお、気泡を浮上させる
上では、再スラリ35の粘性はできるだけ低い方が望ま
しく、また前記のlff1¥機38による撹1を作用は
間欠的に行なうことが有効であることが認められた。When performing the bubble removal action, close the deliquid adjustment valve 45 and the leak valve 50,
is opened, and the vacuum pump 44 suctions air from inside the decompression container 37. At the same time, rotate the stirring IY138. Due to the pressure reduction inside the container 37 that is carried out simultaneously with such stirring of the re-slurry 35, the air bubbles 40 in the slurry 35 expand, and as if receiving a large buoyant force, they gurgle and move inside the re-slurry 35? The instep goes up. In this case, if a decompression effect of about 20 degrees is performed, the bubbles (diameter 0.5
mm or more) was observed to float completely. 4i. Although there is a possibility that extremely small air bubbles may remain in the reslurry 35, by stopping the vacuum pump 44 and listening to the leak valve 50 when the pressure reduction action is completed, they can be removed through the atmospheric communication pipe 49. If the inside of the container 37 is brought back to atmospheric pressure, the volume of the fine bubbles will be calculated by Boyle's law f'llJ (P V
= constant), it is reduced to several hundredths. As seen from the experimental results described below, the presence of such extremely fine bubbles does not pose any particular problem in terms of the strength of the metal matrix composite material to be produced. In order to float the bubbles, it is desirable that the viscosity of the re-slurry 35 be as low as possible, and it has been found that it is effective to perform the stirring 1 intermittently using the lff1 machine 38.
しかして、気泡除去作用が終了したならば、減圧調整バ
ルブ48を閉じ、リークバルブ50を聞いて、本プリフ
ォーム成形型37内を大気圧の状態とし、脱液調整バル
ブ45を聞いて再スラリ35の脱液を行なう。When the bubble removal action is completed, the pressure reduction adjustment valve 48 is closed, the leak valve 50 is turned on to bring the inside of the preform mold 37 to atmospheric pressure, and the liquid removal adjustment valve 45 is turned on to reslurry. Perform step 35 dehydration.
第7図はこの脱液工程を示している。この脱液工程では
、気泡除去工程の装置をそのまま利用している。即ち、
脱液調整バルブ45を問いて真空ポンプ44を起動さけ
れば、下部容:S43に1着媒51が抽出される。FIG. 7 shows this dewatering process. In this dewatering process, the equipment used in the bubble removal process is used as is. That is,
When the vacuum pump 44 is activated by turning on the liquid removal adjustment valve 45, one adsorbent 51 is extracted into the lower volume S43.
なお、この脱液工程では、第7図に示ケように、ll1
2液の進(1に伴い、再スラリ35の層が次第に減少す
る一方、ウィスカの沈J2 Ft 52が次第に成長し
ていく。この状態を第11図に拡大して示す。In addition, in this dewatering step, as shown in FIG.
As the second liquid advances (1), the layer of the reslurry 35 gradually decreases, while the whisker precipitate J2 Ft 52 gradually grows. This state is shown enlarged in FIG.
しかし、この状態で脱液作業を進行させていくと、第1
2図に示すように、ウィスカの沈澱層52の周側部が脱
液終了間際に収縮し、本プリフォーム成形型37との間
に隙間53を生じC5けることがある。−口このような
隙間53が生じると、沈澱層52の上部の再スラリ35
(実際上は殆どが上澄み液である)はその沈澱層52内
を通して下方に吸引されるよりも、その隙間53を通っ
て第12図の矢印aの如く周辺から一挙に流出する現象
が起る。そうすると、第13図に示すように、溶媒の流
出通路に該当する収縮部付近の沈12居52が同時に流
出し、第14図に示すように、成形されるべきプリフォ
ーム54が形くずれを起すことになる。However, if dehydration work is continued in this state, the first
As shown in FIG. 2, the peripheral side of the precipitated layer 52 of the whisker may contract just before the end of liquid removal, creating a gap 53 between it and the main preform mold 37. - When such a gap 53 occurs, the re-slurry 35 on the top of the sediment layer 52
Rather than being sucked downward through the sediment layer 52 (actually, most of it is supernatant liquid), a phenomenon occurs in which it flows out from the surrounding area through the gap 53 as shown by arrow a in Figure 12. . Then, as shown in FIG. 13, the precipitate 52 near the contraction part corresponding to the solvent outflow passage flows out at the same time, causing the preform 54 to be molded to lose its shape, as shown in FIG. It turns out.
そこで、このような沈澱層52の損傷を防止するために
沈澱層52の形状維持作用を行なうことが望ましい。Therefore, in order to prevent such damage to the precipitated layer 52, it is desirable to maintain the shape of the precipitated layer 52.
第8図は形状維持工程を示ず。この形状維持工程では、
本プリフォーム成形型37内に加圧機55を挿入し、沈
澱層52を脱液終了間際に下方に向って加圧し、沈澱層
52の外周側への膨張作用を行なわせることにより、そ
の沈澱層52の収縮による外周側への隙間の発生を防止
するものである。FIG. 8 does not show the shape maintaining process. In this shape maintenance process,
A pressurizer 55 is inserted into the preform mold 37, and the precipitate layer 52 is pressurized downward just before the completion of deliquing, thereby expanding the precipitate layer 52 toward its outer circumference. This prevents the generation of a gap toward the outer circumferential side due to the contraction of 52.
なお、このJ:うな形状維持作用をより有効に行なうた
めには、再スラリ35の溶媒に解膠剤を加えて漏れ性を
向上し、ウィスカ間の水の流通性を向上させることが望
ましいa解膠剤により漏れ性が向上すれば、沈澱層52
内の溶媒の流通性がよくなり、前述した第12図の矢印
aのような再スラリの流通を防止Jる上で有効である。In addition, in order to more effectively maintain this J: shape, it is desirable to add a deflocculant to the solvent of the reslurry 35 to improve leakage and improve the flow of water between the whiskers. If leakage is improved by the deflocculant, the precipitate layer 52
This improves the flow of the solvent within the tank, which is effective in preventing the flow of re-slurry as indicated by the arrow a in FIG. 12 mentioned above.
なお、一般に知られている解膠剤としては、下記の表に
示寸ようなものがある。In addition, as generally known deflocculants, there are those shown in the table below.
以上のようにして得られたプリフォームは、本成形型3
7から取出した後、50〜100℃のc晶度で乾燥する
。その後図示しない成形型にそのブリフオームを挿入し
て、7トリツクス金属としての例えばアルミニウム溶湯
をその成形型に11人して、溶浸法により繊組複合化さ
れた金属基複合材料を(+7ることができるものである
。The preform obtained in the above manner is the main mold 3.
After taking it out from 7, it is dried at a crystallinity of 50 to 100°C. Thereafter, the brifform is inserted into a mold (not shown), and a 7-trix metal, such as molten aluminum, is poured into the mold to form a metal matrix composite material (+7 It is something that can be done.
第9図は上記の方法によって製造したsi’cウィスカ
/△)複合材料の断面形状を示している。FIG. 9 shows the cross-sectional shape of the si'c whisker/Δ) composite material manufactured by the above method.
この第9図に示すように、7トリツクス金屈56中に、
均一な大きさのウィスカ57が均等な配置で複合化され
ている。即ち、従来の製造方法により19られたウィス
カを用いた金属M複合材Fl(第18図参照)と異なり
粗大なウィスカや逆にウィスカのない未強化部分等が存
在しない。As shown in FIG. 9, in the 7 trix Kinku 56,
Whiskers 57 of uniform size are evenly arranged and compounded. That is, unlike the metal M composite material Fl using whiskers produced by the conventional manufacturing method (see FIG. 18), there are no coarse whiskers or unreinforced portions without whiskers.
第10図は前記実施例によって得られたプリフォームを
用いた金属基複合材料(SiCウィスカ/Aj!複合材
料)と従来の方法によって製造したプリフォームを用い
たものとを、引張試験により比較した結果を示したちの
である。第10図において横軸はSiCウィスカのAM
維鉢体積率示し、縦軸は引張強さを示す。a、a2は1
0個の試駒片の引張強さの平均値を示し、b 、b
はその標準偏差を示している。前記実施例の方法によ
って製造したプリフォームを用いたものは、従来の方法
により製造したプリフォームを用いたちのに比べて、引
張強ざが全体として向上していることがわかる。繊維体
積率が20%未満の領域では両省の差は小ざいが、20
%以上の強度の高い領域では、平均して5〜10 K3
f / nrtA稈度向−トすることが認められる。Figure 10 shows a comparison between a metal matrix composite material (SiC whisker/Aj! composite material) using the preform obtained in the above example and one using a preform manufactured by a conventional method, using a tensile test. We have shown the results. In Fig. 10, the horizontal axis is the AM of SiC whiskers.
The volume ratio is shown, and the vertical axis shows the tensile strength. a, a2 are 1
Indicates the average value of the tensile strength of 0 test piece pieces, b , b
indicates its standard deviation. It can be seen that the tensile strength of the preform manufactured by the method of the above example is improved as a whole compared to the preform manufactured by the conventional method. Although the difference between the two provinces is small in the area where the fiber volume percentage is less than 20%,
In areas of high intensity over %, on average 5-10 K3
f/nrtA culm orientation is recognized.
また、前記実施例に基づくしのは、従来例に基づくもの
と比べて引張強さのバラツVも少なくなっていることが
認められる。特に、従来例に基づく場合は、繊維体積率
が高いものほどバラツキが大きくなっているのに対し、
実施例の方法に基づく場合は、バラツキはほぼ一定して
いる。これは、第9図と第18図との比較からも明らか
な如く、従来では繊維体積率が高いものほど粗大ウィス
カ量が多く、かつウィスカのない未強化部分が多く表わ
れるのに対し、前記実施例の場合には粗大ウィスカや未
強化部分が殆どないことに基づいている一bのと認めら
れる。Moreover, it is recognized that the variation V in tensile strength of the sheet based on the above-mentioned example is smaller than that of the sheet based on the conventional example. In particular, when based on conventional examples, the higher the fiber volume fraction, the greater the variation;
When based on the method of the example, the variation is almost constant. This is because, as is clear from the comparison between FIG. 9 and FIG. 18, in the past, the higher the fiber volume fraction, the larger the amount of coarse whiskers, and the more unreinforced portions without whiskers appeared. In the case of the example, it is recognized as 1b based on the fact that there are almost no coarse whiskers or unreinforced parts.
なお、前記実施例では第8図に示寸ようにプリフォーム
成形のICL終■稈で沈澱層52の加圧を行なうことに
より、その形状維持を図ったが、この工程は成形される
プリフォームの形状を損うことなく、プリフォームを良
好な形状で、かつ効率よく成形する上での最も望ましい
方法であり、全工程を円滑に行なうという利点を1ひる
ものである。In the above embodiment, as shown in FIG. 8, the precipitated layer 52 was pressed with the ICL end culm of the preform molding to maintain its shape. This is the most desirable method for efficiently molding a preform in a good shape without damaging the shape of the preform, and has the advantage that the entire process can be carried out smoothly.
したがって、この第8図に示す形状維持工程では粗大ウ
ィスカや、ウィスカのない未強化部分の発生を防止する
ことに加えて、形状維持効果を期待する・bのであり、
従来のプリフォーム製造方法に基づく強度の不均一とい
う欠点を除去するためには第7図に示す工程まででも十
分にその目的を達成することができる。Therefore, in the shape maintenance process shown in FIG. 8, in addition to preventing the occurrence of coarse whiskers and unreinforced portions without whiskers, a shape maintenance effect is expected.
In order to eliminate the drawback of non-uniform strength due to the conventional preform manufacturing method, the process shown in FIG. 7 can sufficiently achieve the objective.
同様に、前記実施例で再スラリに加える解膠剤は、形状
維持工程で最も望ましい効果を得るために施した手段で
あり、形くずれを防止する上ではちっども有効なもので
あるが、前記同様にこれも(=J加的な効果であり、例
えば何らかの手段で形状維持が図れる場合には、その解
膠剤の使用を省略することらできるものである。Similarly, the deflocculant added to the re-slurry in the above example is a means applied to obtain the most desirable effect in the shape maintenance process, and is effective in preventing shape deformation. Similarly, this is an additional effect; for example, if the shape can be maintained by some means, the use of the deflocculant can be omitted.
以上のように本発明によれば、「ウィスカ等の短v&紺
のスラリ中からサイジングにより粗大部分や微細部分を
除去して均一な大きざのものを均一な配置で含むプリフ
ォームを形成づることができる。As described above, according to the present invention, it is possible to "remove coarse parts and fine parts by sizing from short V & dark blue slurry such as whiskers to form a preform containing uniformly sized things in a uniform arrangement. I can do it.
したがって、粗大なウィスカ等による強度の弱い部分が
金B基複合材料に発生するのを防1することができると
ともに、再スラリ中から気泡を除去させるようにしたの
で、金属マトリックスの浸透によるウィスカ等のない未
強化部分が発生することも有効に防止することができる
。Therefore, it is possible to prevent weak parts such as coarse whiskers from forming in the gold B-base composite material, and since bubbles are removed from the reslurry, whiskers and other parts due to penetration of the metal matrix can be prevented. It is also possible to effectively prevent the occurrence of unreinforced portions that are not reinforced.
また、第2の発明によれば、成形するプリフォームの形
くfれを防止して、所定形状に推持するようにしたので
、完全な形状のプリフォームを円滑に製造することがで
き、後の形状修復が不必要で成形手回が容易になる等の
効果が奏される。Further, according to the second invention, since the preform to be molded is prevented from deforming and is held in a predetermined shape, a perfectly shaped preform can be smoothly manufactured. Effects such as no need for subsequent shape restoration and easier molding operations are achieved.
第1図〜第8図は本発明の一実施例に係る金属阜複合材
料のプリフォーム製造方法を工稈順に示す説明図、第9
図は11a記実施例の方法によりI#7られたプリフォ
ームを用いた金属基複合材料の断面形状を示す模式図、
第10国は本発明の方法と従来の方法とにより製造した
ブリフオームに基づく金属基複合材料の強度の差を示す
グラフ、第11図〜第14図は第8図に示す形状!4持
工稈を説明づるための作用説明図、第15図〜第17図
は従来の製造方法を示す工程図、第18図は従来の方法
により得られたプリフォームを使用した金属基複合材料
の切断面を示づ゛模式図である。
23・・・スラリ、24・・・粗大ウィスカ、25・・
・微細ウィスカ、27・・・プリフォーム成形型、35
・・・再スラリ、37・・・減圧容器兼本プリフォーム
成形型、40・・・気泡、56・・・71〜リツクス金
屈、57・・・ウィスカ。
出願人代理人 波 多 野 久第2図
第3図
第4図 第5図
第6図
第8図
第9図
5iC(W)G積−’! (’/、)第10図
第11図 第12図
第13図 第14図
第15図
第16図
第17図
第18図FIGS. 1 to 8 are explanatory diagrams illustrating a method for manufacturing a preform of a metal frame composite material according to an embodiment of the present invention in order of culm;
The figure is a schematic diagram showing the cross-sectional shape of a metal matrix composite material using a preform I#7 prepared by the method of Example 11a,
Country 10 is a graph showing the difference in strength between the metal matrix composite materials based on BRIFORM manufactured by the method of the present invention and the conventional method, and FIGS. 11 to 14 are the shapes shown in FIG. 8! Figures 15 to 17 are process diagrams showing the conventional manufacturing method, and Figure 18 is a metal matrix composite material using a preform obtained by the conventional method. FIG. 23...Slurry, 24...Coarse whisker, 25...
・Fine whiskers, 27... Preform mold, 35
. . . Re-slurry, 37 . . . Decompression container and main preform mold, 40 . . Bubbles, 56 . Applicant's agent Hisashi Hatano Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 8 Figure 9 5iC(W)G product-'! ('/,)Figure 10Figure 11Figure 12Figure 13Figure 14Figure 15Figure 16Figure 17Figure 18
Claims (1)
る工程と、スラリ中から粗大ウィスカ等や微細ウィスカ
等を除去するサイジング工程と、サイジング後のスラリ
をプリフォーム成形型に注入して脱液後、加圧による繊
維体積率の調整を行なう初期プリフォーム成形工程と、
これにより得られた初期プリフォームを再び溶媒に混合
して再スラリとする工程と、再スラリを減圧容器内で減
圧することにより再スラリ中の気泡を除去する気泡除去
工程と、気泡の除去された再スラリを本プリフォーム成
形型内で脱液、乾燥してプリフォームとする本プリフォ
ーム成形工程とを備えたことを特徴とする金属基複合材
料のプリフォーム製造方法。 2、ウィスカ等の短繊維を溶媒に混合してスラリをつく
る工程と、スラリ中から粗大ウィスカ等や微細ウィスカ
等を除去するサイジング工程と、サイジング後のスラリ
をプリフォーム成形型に注入して脱液後、加圧による繊
維体積率の調整を行なう初期プリフォーム成形工程と、
これにより得られた初期プリフォームを再び溶媒に混合
して再スラリとする工程と、再スラリを減圧容器内で減
圧することにより再スラリ中の気泡を除去する気泡除去
工程と、気泡の除去された再スラリを本プリフォーム成
形型内で脱液するとともに、その脱液途中においてウィ
スカまたは短繊維を加圧する形状維持工程と、脱液後乾
燥してプリフォームとする乾燥工程とを備えたことを特
徴とする金属基複合材料のプリフォーム製造方法。 3、溶媒には解膠剤または繊維コーティング剤等の調整
液を添加する特許請求の範囲第2項記載の金属基複合材
料のプリフォーム製造方法。[Claims] 1. A step of mixing short fibers such as whiskers with a solvent to create a slurry, a sizing step of removing coarse whiskers, fine whiskers, etc. from the slurry, and a preform molding of the slurry after sizing. An initial preform molding process in which the fiber volume ratio is adjusted by applying pressure after pouring into a mold and removing liquid;
The initial preform obtained by this process is mixed with a solvent again to make a reslurry, the air bubbles are removed by reducing the pressure of the reslurry in a vacuum container, and the air bubbles are removed. A method for manufacturing a preform for a metal matrix composite material, comprising the steps of: deliquifying and drying the re-slurry in a preform mold to form a preform. 2. A process of mixing short fibers such as whiskers with a solvent to create a slurry, a sizing process of removing coarse whiskers and fine whiskers from the slurry, and a process of pouring the slurry after sizing into a preform mold to remove it. An initial preform molding process in which the fiber volume ratio is adjusted by applying pressure after the liquid is applied;
The initial preform obtained by this process is mixed with a solvent again to make a reslurry, the air bubbles are removed by reducing the pressure of the reslurry in a vacuum container, and the air bubbles are removed. In addition to deliquifying the re-slurry in the preform mold, the process includes a shape maintaining process of pressurizing whiskers or short fibers during the deliquoring process, and a drying process of drying the preform after deliquifying the liquid. A method for manufacturing a preform of a metal matrix composite material, characterized by: 3. The method for producing a preform of a metal matrix composite material according to claim 2, wherein a conditioning liquid such as a deflocculant or a fiber coating agent is added to the solvent.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27803085A JPS62139838A (en) | 1985-12-12 | 1985-12-12 | Production of preform of metallic composite material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27803085A JPS62139838A (en) | 1985-12-12 | 1985-12-12 | Production of preform of metallic composite material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62139838A true JPS62139838A (en) | 1987-06-23 |
Family
ID=17591669
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP27803085A Pending JPS62139838A (en) | 1985-12-12 | 1985-12-12 | Production of preform of metallic composite material |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPS62139838A (en) |
-
1985
- 1985-12-12 JP JP27803085A patent/JPS62139838A/en active Pending
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