JPS6296627A - 繊維強化金属複合材の製造方法 - Google Patents
繊維強化金属複合材の製造方法Info
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- JPS6296627A JPS6296627A JP60235695A JP23569585A JPS6296627A JP S6296627 A JPS6296627 A JP S6296627A JP 60235695 A JP60235695 A JP 60235695A JP 23569585 A JP23569585 A JP 23569585A JP S6296627 A JPS6296627 A JP S6296627A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C47/02—Pretreatment of the fibres or filaments
- C22C47/06—Pretreatment of the fibres or filaments by forming the fibres or filaments into a preformed structure, e.g. using a temporary binder to form a mat-like element
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- C22C47/068—Aligning wires
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
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- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
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。
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の製造方法に関するもので
、より詳しくは高い繊維含有率を有する繊維強化金属複
合材を製造する方法に関するものである。
、より詳しくは高い繊維含有率を有する繊維強化金属複
合材を製造する方法に関するものである。
（従来の技術）
近年、炭化珪素、酸化アルミニウム等の無機質繊維、金
Ｍ４線維あるいは炭素繊維等を強化材とし、金属をマト
リックス物質とする繊維強化金属複合材（以下、ｒＦＲ
ＭＪと略記する。）は高比強度高比剛性を有する耐熱構
造材として。
Ｍ４線維あるいは炭素繊維等を強化材とし、金属をマト
リックス物質とする繊維強化金属複合材（以下、ｒＦＲ
ＭＪと略記する。）は高比強度高比剛性を有する耐熱構
造材として。
あるいは耐摩耗性、低熱膨張係数を利用した機能を有す
る材料として注目されている。
る材料として注目されている。
一般に、これら材料に用いられるＦＲＭには高い引張強
度、曲げ強度等が必要とされているが、これらの諸物性
を達成するためには、強化材としての繊維自体の強度を
向上させるだけではなく、ＦＲＭ自体も高い繊維含有率
で、かつ繊維の有する強度を有効に利用できるような製
造方法が望まれていた。
度、曲げ強度等が必要とされているが、これらの諸物性
を達成するためには、強化材としての繊維自体の強度を
向上させるだけではなく、ＦＲＭ自体も高い繊維含有率
で、かつ繊維の有する強度を有効に利用できるような製
造方法が望まれていた。
ここで、ＦＲＭの強度の発現機構は繊維が負荷された応
力を主に担い、マトリックス金属は応力を個々の繊維に
均等に分担させる伝達の役割を担うとされている。した
がって、ＦＲＭの形態としては繊維が均質に分布し、各
繊維は全てマトリックス金属で囲まれ、繊維とマトリッ
クス金属との界面に応力伝達を阻害するような空隙ある
いは異物が存在しないことであり、またその製造法とし
ては、前記形態を得るために、製造時での雰囲気下で繊
維がマトリックス金属との反応により劣化を生じさせな
いことは当然のことながら、マトリックス金属が狭い繊
維間を十分埋めつくし、かつマトリックス金属と繊維と
の界面の接合が十分与えられていることが必要である。
力を主に担い、マトリックス金属は応力を個々の繊維に
均等に分担させる伝達の役割を担うとされている。した
がって、ＦＲＭの形態としては繊維が均質に分布し、各
繊維は全てマトリックス金属で囲まれ、繊維とマトリッ
クス金属との界面に応力伝達を阻害するような空隙ある
いは異物が存在しないことであり、またその製造法とし
ては、前記形態を得るために、製造時での雰囲気下で繊
維がマトリックス金属との反応により劣化を生じさせな
いことは当然のことながら、マトリックス金属が狭い繊
維間を十分埋めつくし、かつマトリックス金属と繊維と
の界面の接合が十分与えられていることが必要である。
現在ＦＲＭの製造方法としては、高温でのマトリックス
金属の粘性流動と拡散の容易さを利用したいわゆる拡散
接合法と、溶融金属の流動特性を利用したいわゆる溶浸
法に大別されるが、前者の方法では、高繊維含有率のＦ
ＲＭを製造する場合、マ） ＩＪツクス金楓の充填が不
十分になりやすく、むしろ欠陥を導入する結果になシ、
高繊維含有率を達成するには非常に困難である。
金属の粘性流動と拡散の容易さを利用したいわゆる拡散
接合法と、溶融金属の流動特性を利用したいわゆる溶浸
法に大別されるが、前者の方法では、高繊維含有率のＦ
ＲＭを製造する場合、マ） ＩＪツクス金楓の充填が不
十分になりやすく、むしろ欠陥を導入する結果になシ、
高繊維含有率を達成するには非常に困難である。
一方溶浸法では、真空あるいは、高圧加圧を利用した鋳
造法が行なわれており、炭素繊維等の溶融全編との濡れ
性の不良な繊維の繊維間へも十分に浸透するため、高繊
維含有率のＦＲＭを製造することが可能である。溶浸法
により高繊維含有率のＦＲＭを製造する際には１強化用
繊維業合体を高密度化した予備成形体（プリフォーム）
を一旦形成させるが、これは強化用繊維がそれ自身の高
い剛性のため繊維又は繊維束同士の反発により高密度を
保つことが困難であるためである。
造法が行なわれており、炭素繊維等の溶融全編との濡れ
性の不良な繊維の繊維間へも十分に浸透するため、高繊
維含有率のＦＲＭを製造することが可能である。溶浸法
により高繊維含有率のＦＲＭを製造する際には１強化用
繊維業合体を高密度化した予備成形体（プリフォーム）
を一旦形成させるが、これは強化用繊維がそれ自身の高
い剛性のため繊維又は繊維束同士の反発により高密度を
保つことが困難であるためである。
そこで通常は繊維集合体に結合剤としてエポキシ樹脂等
を含浸し、更に硬化して高密度化した予備成形体を形成
する。
を含浸し、更に硬化して高密度化した予備成形体を形成
する。
次いで該予備成形体を成型用型に挿入し、結合剤である
樹脂等を除去した後、溶融金属を溶浸法により注入して
ＰＲＭが製造されていた。
樹脂等を除去した後、溶融金属を溶浸法により注入して
ＰＲＭが製造されていた。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、かかる方法において、予備成形体から樹
脂等の結合剤を除去するには、溶剤により樹脂成分を溶
解除去するか、あるいは減圧下もしくは不活性気体中で
の加熱処理による除去等によシ行なわれていたが、いず
れの除去方法も結合剤成分を完全に除去することは困難
で、繊維間あるいは繊維表面に結合剤成分が残留し、か
かる残留物がマ） ＩＪラックス属の充填及びマトリッ
クス金属と繊維との接合を阻害するために、高特性のＦ
ＲＭを得ることができなかった。
脂等の結合剤を除去するには、溶剤により樹脂成分を溶
解除去するか、あるいは減圧下もしくは不活性気体中で
の加熱処理による除去等によシ行なわれていたが、いず
れの除去方法も結合剤成分を完全に除去することは困難
で、繊維間あるいは繊維表面に結合剤成分が残留し、か
かる残留物がマ） ＩＪラックス属の充填及びマトリッ
クス金属と繊維との接合を阻害するために、高特性のＦ
ＲＭを得ることができなかった。
（問題点を解決するための手段）
そこで、本発明者等は従来法の問題点を解決すべく鋭意
検討を行なった結果、繊維集合体を高密度に保持し、か
つマトリックス金属を溶浸させる工程において、繊維表
面、あるいは繊維間等に残留物が存在しないような方法
として、繊維集合体を凍結するという手段を用いること
により、上記問題点が解決できることを見出し、本発明
に到達した。
検討を行なった結果、繊維集合体を高密度に保持し、か
つマトリックス金属を溶浸させる工程において、繊維表
面、あるいは繊維間等に残留物が存在しないような方法
として、繊維集合体を凍結するという手段を用いること
により、上記問題点が解決できることを見出し、本発明
に到達した。
すなわち、本発明の目的は高特性を有する高繊維含有率
のＦＲＭを簡便に製造する方法を提供するものである。
のＦＲＭを簡便に製造する方法を提供するものである。
そして、その目的は水を含浸させた繊維集合体を圧縮し
凍結させることにより高密度繊維成形体を形成し、次い
で該成形体を解凍・乾燥した後、溶融金属を注入するこ
とにょシ容易に達成できる。
凍結させることにより高密度繊維成形体を形成し、次い
で該成形体を解凍・乾燥した後、溶融金属を注入するこ
とにょシ容易に達成できる。
以下、本発明の詳細な説明する。
本発明で用いる繊維としては一般にＦＲＭに使用される
ものであれば、特に限定されるものではなく、具体的に
は炭化珪素、酸化アルミニウム、ホウ素等の無機質繊維
、あるいは炭素繊維が用いられる。
ものであれば、特に限定されるものではなく、具体的に
は炭化珪素、酸化アルミニウム、ホウ素等の無機質繊維
、あるいは炭素繊維が用いられる。
繊維集合体は、これらの繊維の長繊維あるいは短繊維を
繊維同士を一定方向に揃えるか、あるいは無定方向、例
えばフェルト状に集積させることにより形成させる。
繊維同士を一定方向に揃えるか、あるいは無定方向、例
えばフェルト状に集積させることにより形成させる。
なお、繊維集合体を構成する繊維が、その繊維表面にサ
イジング剤等の油剤が付着している場合には、かかる油
剤を溶剤等で除去した後に繊維集合体を形成する必要が
おる。
イジング剤等の油剤が付着している場合には、かかる油
剤を溶剤等で除去した後に繊維集合体を形成する必要が
おる。
次いで、かかる繊維集合体に水を含浸させ、該含浸物を
型枠に入れ圧縮し凍結して高密度繊維成形体に成形する
。繊維集合体に含浸された水は冷却され氷となり、圧縮
され高密度化した繊維集合体を保形する役割をするが、
用いる水としては、後の解凍・乾燥工程で繊維間に異物
等が残存しない程度の純度であれば、必ずしも純水を用
いる必要はない。
型枠に入れ圧縮し凍結して高密度繊維成形体に成形する
。繊維集合体に含浸された水は冷却され氷となり、圧縮
され高密度化した繊維集合体を保形する役割をするが、
用いる水としては、後の解凍・乾燥工程で繊維間に異物
等が残存しない程度の純度であれば、必ずしも純水を用
いる必要はない。
また繊維集合体の圧縮操作は目的とするＦＲＭＩＣ付与
したい繊維体積率（ｖｒ）となるよう高密度化処理を行
ない、凍結操作は繊維中の水分が乾燥しないように、例
えばエタノール−ドライアイス浴中あるいは液体窒素中
で急速に凍結させるのが好ましい。
したい繊維体積率（ｖｒ）となるよう高密度化処理を行
ない、凍結操作は繊維中の水分が乾燥しないように、例
えばエタノール−ドライアイス浴中あるいは液体窒素中
で急速に凍結させるのが好ましい。
次いで、得られた高密度繊維成形体を成型用型内に載置
し、解凍・乾燥を行ない、成形体中の水分を乾燥除去す
る。その際の昇温速度は繊維に悪影響を与えない限り特
に限定されるものではなく、また加熱温度は、水分が除
去される温度であればよい。
し、解凍・乾燥を行ない、成形体中の水分を乾燥除去す
る。その際の昇温速度は繊維に悪影響を与えない限り特
に限定されるものではなく、また加熱温度は、水分が除
去される温度であればよい。
かかる操作により得られた乾燥高密度繊維成形体を予熱
した後、溶融金属を注入して、本発明のＦＲＭを得るが
、かかる溶浸操作は公知の方法に準じて行なえばよい。
した後、溶融金属を注入して、本発明のＦＲＭを得るが
、かかる溶浸操作は公知の方法に準じて行なえばよい。
用いる金属としては特に限定されるものではないが、ア
ルミニウム、マグネシウム、銅、あるいはそれらの合金
を用いるのが好ましい。
ルミニウム、マグネシウム、銅、あるいはそれらの合金
を用いるのが好ましい。
なお、上記説明では各操作を単一操作として別個に記載
したが、予じめ成型用型において繊維集合体を圧縮・凍
結して高密度繊維成形体とし、解凍・乾燥処理に引続い
て溶浸操作の予熱を行なうという連続的操作であっても
よい。
したが、予じめ成型用型において繊維集合体を圧縮・凍
結して高密度繊維成形体とし、解凍・乾燥処理に引続い
て溶浸操作の予熱を行なうという連続的操作であっても
よい。
（効果）
本発明によれば、含浸させた水を凍結し、次いで解凍・
乾燥するという簡便な方法で高繊維含有率のＦＲＭが得
られるもので従来の樹脂含浸−樹脂除去という煩雑な工
程を必要とせず、また、水を乾燥除去すれば繊維間に何
ら異物等が残存しないので、炭素繊維等の溶融金属との
濡れ性の不良な繊維の繊維間にも溶融金属が浸透し、高
特性のＦＲＭを得ることができる。特に繊維体積率（ｖ
ｆ）がダθチ以上のＦＲＭを製造するには本発明の方法
が好適である。
乾燥するという簡便な方法で高繊維含有率のＦＲＭが得
られるもので従来の樹脂含浸−樹脂除去という煩雑な工
程を必要とせず、また、水を乾燥除去すれば繊維間に何
ら異物等が残存しないので、炭素繊維等の溶融金属との
濡れ性の不良な繊維の繊維間にも溶融金属が浸透し、高
特性のＦＲＭを得ることができる。特に繊維体積率（ｖ
ｆ）がダθチ以上のＦＲＭを製造するには本発明の方法
が好適である。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発
明の要旨をこえない限り、以下の実施例に限定されるも
のではない。
明の要旨をこえない限り、以下の実施例に限定されるも
のではない。
実施例１
サイジング剤等を除去したピッチ系炭素繊維束の繊維集
合体に水を含浸させ、目的とするＦＲＭの体積の７０％
分を長さ７０８に切断し、第１図に示す成形凹部に一定
方向に揃え、載置し、成形凸部によ多繊維集合体を加圧
して繊維体積率（ｖｒ）が７０％となるまで圧縮し、ボ
ルトにより成形凹部及び成形凸部を固定した。
合体に水を含浸させ、目的とするＦＲＭの体積の７０％
分を長さ７０８に切断し、第１図に示す成形凹部に一定
方向に揃え、載置し、成形凸部によ多繊維集合体を加圧
して繊維体積率（ｖｒ）が７０％となるまで圧縮し、ボ
ルトにより成形凹部及び成形凸部を固定した。
次いでその状態のまま、約−５０℃のエチルアルコール
−ドライアイス浴中にて凍結させた後、成形型を分割し
、第１図（、）に示す繊維体積率７０％の凍結した高密
度繊維成形体を得た。
−ドライアイス浴中にて凍結させた後、成形型を分割し
、第１図（、）に示す繊維体積率７０％の凍結した高密
度繊維成形体を得た。
得られた成形体を第１図（ｄ）に示すようにステンレス
族の成型用型に挿入した後、−〇〇Ｃに加熱し、解凍及
び水分を蒸発させた。十分に乾燥した高密度繊維成形体
をｔＩｏｏ℃に予熱した後、溶湯温度ｇｏｏｃのアルミ
ニウム合金を温度コＳＯ〜３５０℃で含浸圧力ｇｂｏｋ
ｙ／ｃｒ／ｌで溶浸処理を行ない、本発明のＦＲＭを得
た。
族の成型用型に挿入した後、−〇〇Ｃに加熱し、解凍及
び水分を蒸発させた。十分に乾燥した高密度繊維成形体
をｔＩｏｏ℃に予熱した後、溶湯温度ｇｏｏｃのアルミ
ニウム合金を温度コＳＯ〜３５０℃で含浸圧力ｇｂｏｋ
ｙ／ｃｒ／ｌで溶浸処理を行ない、本発明のＦＲＭを得
た。
得られたＦＲＭの繊維軸方向断面を光学顕微鏡にて観察
した結果、繊維間には均一にマトリックス金属が含浸さ
れ、かつ、繊維とマ） ＩＪラックス属間には、空隙及
び異物は認められなかった。
した結果、繊維間には均一にマトリックス金属が含浸さ
れ、かつ、繊維とマ） ＩＪラックス属間には、空隙及
び異物は認められなかった。
また、ＦＲＭ中より板厚へ〇ｍ板幅／Ｑｆｉ長さｂｓｗ
ｍの板状試験片を切出し、曲げ試験を行った。結果を表
１に示す。
ｍの板状試験片を切出し、曲げ試験を行った。結果を表
１に示す。
比較例１
実施例１で用いたピッチ系炭素繊維と同様の炭素繊維束
を濃度ｉｓ％の熱硬化性エポキシ樹脂メチルエチルケト
ン溶液中に含浸させ、実施例１と同様にして成形型中で
繊維体積率７０％となるよう圧縮し、成形型と固定した
。次いでその状態で１ｓｏｃ、ｓ時間加熱し、エポキシ
樹脂を硬化させ、成形型を分割して繊維体積率７０％の
予備成形体を得た。該予備成形体をステンレス族の成型
用型に挿入して空気中ｑｏ。
を濃度ｉｓ％の熱硬化性エポキシ樹脂メチルエチルケト
ン溶液中に含浸させ、実施例１と同様にして成形型中で
繊維体積率７０％となるよう圧縮し、成形型と固定した
。次いでその状態で１ｓｏｃ、ｓ時間加熱し、エポキシ
樹脂を硬化させ、成形型を分割して繊維体積率７０％の
予備成形体を得た。該予備成形体をステンレス族の成型
用型に挿入して空気中ｑｏ。
Ｃ１３時間加熱し、次いでアルゴン雰囲気下ｔＳＯ℃、
Ｏ，Ｓ時間加熱処理して、エポキシ樹脂をガス分解させ
た。
Ｏ，Ｓ時間加熱処理して、エポキシ樹脂をガス分解させ
た。
エポキシ樹脂が除去された予備成形体を実施例１と同様
の条件でＦＲＭを製造した。
の条件でＦＲＭを製造した。
得られたＦＲＭの繊維軸方向断面を光学顕微祷にて観察
した結果、繊維間には均一にマトリックス金属が含浸さ
れているが、繊維とマトリックス金属間に、エポキシ樹
脂の残留物（炭素）が認められた。
した結果、繊維間には均一にマトリックス金属が含浸さ
れているが、繊維とマトリックス金属間に、エポキシ樹
脂の残留物（炭素）が認められた。
また、このＦＲＭ中より板厚１．０Ｉａｌ板幅ＩＯ類長
さ１．ｊＬＩＪｌの板状試験片を切出し曲げ試験を行っ
た。結果を表１に示す。
さ１．ｊＬＩＪｌの板状試験片を切出し曲げ試験を行っ
た。結果を表１に示す。
表 ｌ
第１図は本発明方法の操作手順を示した図である。
ｌ；成形凸部
コ；成形凹部
３；炭素繊維
ダ；ステンレス製成型用型
出願人 三菱化成工業株式会社
代理人 弁理士 長谷用 −
（ほか１名）
男 １ 図
手続補正書（自発）
昭和６７年ｊ月２７日
Claims (1)
- （１）水を含浸させた繊維集合体を圧縮し凍結させるこ
とにより高密度繊維成形体を形成し、次いで該成形体を
、解凍・乾燥した後、溶融金属を注入することを特徴と
する繊維強化金属複合材の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60235695A JPS6296627A (ja) | 1985-10-22 | 1985-10-22 | 繊維強化金属複合材の製造方法 |
| US06/911,878 US4681151A (en) | 1985-10-22 | 1986-09-26 | Method for production of fiber-reinforced metal composite material |
| DE8686114446T DE3676953D1 (de) | 1985-10-22 | 1986-10-17 | Verfahren zur herstellung faserverstaerkter metallischer verbundwerkstoffe. |
| EP86114446A EP0223081B1 (en) | 1985-10-22 | 1986-10-17 | Method for production of fiber-reinforced metal composite material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60235695A JPS6296627A (ja) | 1985-10-22 | 1985-10-22 | 繊維強化金属複合材の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6296627A true JPS6296627A (ja) | 1987-05-06 |
Family
ID=16989849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60235695A Pending JPS6296627A (ja) | 1985-10-22 | 1985-10-22 | 繊維強化金属複合材の製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4681151A (ja) |
| EP (1) | EP0223081B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6296627A (ja) |
| DE (1) | DE3676953D1 (ja) |
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- 1985-10-22 JP JP60235695A patent/JPS6296627A/ja active Pending
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1986
- 1986-09-26 US US06/911,878 patent/US4681151A/en not_active Expired - Fee Related
- 1986-10-17 EP EP86114446A patent/EP0223081B1/en not_active Expired
- 1986-10-17 DE DE8686114446T patent/DE3676953D1/de not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0223081A2 (en) | 1987-05-27 |
| EP0223081A3 (en) | 1988-01-13 |
| DE3676953D1 (de) | 1991-02-21 |
| US4681151A (en) | 1987-07-21 |
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