JPS6267132A - 金属系複合材料の製造方法 - 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〕 本発明は、強化材予成形体に母材でおる金属溶湯を含浸
することによシ製造される繊維強化型金属系複合材料の
製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

繊維強化型金属系複合材料においては、一般に長繊維強
化材が使用されているが、強化材である長繊維が高価で
あること、複合材の異方向性が大きく適用箇所に制約を
うけること、長繊維の成形が困難であるため複雑な形状
の製品を得ることができがいとと、製品強度特性は繊維
によって律せられるため延性が著しく小さいこと等の問
題がある。

このため、安価な繊維強化型金属系複合材料の実用化を
めざして、加圧含浸法による短繊維強化型複合材の試作
・研究が進められておυ、具体的製造方法としては、セ
ラ２ツクス若しくは金属の繊維又はウィスカ等の強化材
を、無機又は有機のバインダー内に分散して攪拌し、真
空成形法尋によシ液相分を除去して強化材の体積含有率
を調整した後、バインダーを除去して強化材予成形体を
作成し、これに母材金属溶湯を加圧含浸させている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような短繊維強化材からなる強化材予成形体を使
用した複合材料には、次のような問題がある。

（１）　　バインダーの不揮発成分（例えばコロイダル
シリカをバインダーとした場合の５ｔｏ１粒子）が第１
０図に示すように不純物として予成形体１内に混入し、
複合材の強度が低下したシばらつきを生じる。なお、図
において、２は強化材、３は不揮発性成分である。

（２）強化材の接合強度はバインダーの接着強さによっ
て規制されるため、強化材相互の結合による複合材料の
強度の向上が望めない。

（３）予成形体を１０００℃以上の高温に保持すると、
バインダーの接着強度が低下して加圧時に形が崩れるた
め、母材に高融点金属を使用することができない。

（４）母材金属の密度（ｄｍ）と強化材の密度（ｄｆ）
との比が、ｄｗ′ｄｆ＝０．８〜０．９又は１．１〜５
．０の場合には、その大小関係に対応して母材中で強化
材が剥離して浮遊又は沈降分離してしまい、複合材内部
で強化材が粗密となシ、均一性が損なわれてしまう。

〔発明を解決するための手段〕

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもの
で、繊維状の強化材を所定の形状の成形したのち焼結し
て強化材予成形体を形成し、この強化材予成形体に母材
金属溶湯を加圧含浸させるようにした金属系複合材料の
製造方法を提供するものである。

〔作　用〕

焼結することによシ海綿状の強化材予成形体が得られ、
これに母材金属溶湯を加圧含浸させることにより、強度
、延性及び耐磨耗性に優れた金属系複合材料が得られる
。

〔発明の実施例〕

本発明は、セラミックス若しくは金属の短繊維又はウィ
スカ等の強化材を、所定の形状に加圧成形したのち焼結
温度（例えばＡｊ、Ｏ，では１２００〜１３００℃）ま
で昇温し、繊維和瓦の接融点において焼結反応を促進さ
せたものである。

この結果、第９図の模式的に示すように、強化材２相互
が焼結強度で強固に結合した海綿状の強化材予成形体１
が得られる。

このよりな予成形体に母材金＃Ｉを加圧含浸した複合材
料は、次のような特長を有する。

（１）短繊維は長繊維に比べて安価であるため、このよ
うな予成形体を用いた複合材料の価格を低減できる。

（２）焼結により繊維長が長くなるため強化効率が向上
する。また繊維はランダムに配向されているため、長繊
維のように著しい方向性をもたない。

（３）複合材料の塑性変形に応じて強化材の接合点で繊
維間の角度が変化するため、繊維の損傷を受けることな
く延性を保持できる。

（４）　　バインダーを用いて予成形体を作る従来方法
のような、バインダーの不揮発性分婢の混入がない。

（５）　　１０００℃以上の高温においても繊維間の結
合強度が保持されるので、母材として高融点金属を使用
できる。このため、母材の密度（ｄｍ）と強化材の密度
（ｄｆ）の比ｄｍ／ｄｆが［ｌＬ　８〜０．９又は１．
１〜５．０の場合であっても強化材の剥離を生ぜず、浮
遊又は沈降分離による強化材の粗密化を防止できる。

次に本発明の具体的実施例につき、従来法と比較して説
明する。

実施例（１） 強化材としてＡｔｔＯｓ短繊維又は長繊維を、また母材
として６０６　Ｉ　ｈｔを使用し、表１により夾施した
。

表１ 上記によシ製造した複合材料の破断強さを第１図に、ま
た破断伸びを第２図に示す。本発明によれば、従来方法
（Ｂ）に匹適する破断強さが得られ、また従来方法Ｃ）
に対しては約２０チ破断強さが向上した。また、破断伸
びは従来方法に比べて著しく向上し、従来方法（０に対
して約２倍の値が得られた。

実施例（１） 強化材としてＡｔ、　Ｏｓ短繊維を、また母材として鋳
鉄を使用し、表２により実施した。

上記によ）製造した複合材料の試験結果を第３図〜第６
図に示す。第３図及び第４図から明らかなように、本発
明の方法（ＡＩ）は従来方法（ＣＩ）に比べて、破断強
さは約１．４倍、破断伸びは約３倍それぞれ向上した・ また、従来方法（Ｃ１）では、溶湯含浸時に第６図に示
すように強化材が剥離して浮遊分離するため強化材料の
分布に粗密が生じ、強化材が粗の部分は局所的に摩耗が
進行して摩耗試験後の粗さが大きいが、本発明の方法に
よれば、第５図に示すように溶湯含浸後も強化材の剥離
、浮遊がなく、均一な分布が得られ、摩耗試験後吃均−
な摩耗状態となる。なお、第５図、第６図の４は摩耗試
験の相手材である。

実施例ＣＩ） 強化材としてステンレス鋼の短繊維を、また母材として
６０６１Ａｔｋ使用し、表３によシ実施した。

表３ 上記により製造した複合材料の試験結果を第７図及び第
８図に示す。図から明らかなように、本発明による複合
材料は、従来方法による複合材料に比べて破断強さ、破
断伸びとも格段に優れている仁とが明らかになった。

上記実施例（１）〜値）からも明らかなように、強化材
としてＡｔ、Ｏ，繊維又はＳＵＳ繊維を使用し、また母
材としてアル１ニウム又は鋳鉄を使用した場合、何れも
本発明の方法は従来の方法に比べて優れていることが確
認された。なお、上記実施例では、強化材としてＡｔ、
Ｏ，短繊維又はＳＵＳ短繊維を用いた場合を示したが、
その他の金属又はセラミックスの繊維あるいはウィスカ
を用いても同様に本発明を実施することができる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明は繊維状の強化
材を所定の形状に成形したのち焼結して予成形体を形成
し、これに母材金属溶湯を含浸させて複合材料を製造す
るようにしたので、安価で強度、延性及び耐摩耗性に優
れた複合材料を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例（１）による本発明と従来法による複合
材料の試験温度と破断強さの関係を示す線図、第２図は
同じく試験温度と破断伸びの関係を示す線図、第３図及
び第４図は実施例（１）による本発明と従来法による複
合材料の破断強さと破断伸びの比較図、第５図及び第６
図は同じく摩耗試験の結果を示す説明図、第７図及び第
８図は夾施例（１）による本発明と従来法による複合材
料の試験温度と破断強さ及び破断伸びの関係を示す線図
、第９図は本発明に係る予成形体の焼結状態を示す模式
図、第１０図は従来の予成形体の状態を示す模式図であ
る。 １：予成形体、２：短繊維。 代理人　弁理士　佐　藤　正　年 棗錐ぎ≦Ｃメ）− 一　　　？ 一社誠や、延　− 大−Ｉｖ−（７１ ＝ −〜 燕電鶴械（ 碌奄萬暢ス 簗鉗号４−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）繊維状の強化材を所定の形状に成形したのち焼結
   して強化材予成形体を形成し、この強化材予成形体に母
   材金属溶湯を加圧含浸させてなる金属系複合材料の製造
   方法。
2. （２）強化材としてセラミックス若しくは金属の繊維又
   はウィスカを用いてなる特許請求の範囲第１項記載の金
   属系複合材料の製造方法。