JPS63137153A - 溶射を利用した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 本発明は溶射を利用した複合材料の製造方法に係る。

従来の技術及び 発明が解決しようとする問題点 溶射、特にプラズマ溶射やガス溶射を利用して複合材料
を製造する方法としては、 ■予め複合材料の線材を形成し、これを溶射する方法（
特開昭６０−８６３号） ■予め複合材料の粉末を形成し、これを溶射する方法（
特開昭６０−２６６０号） ■マトリックス粉末と微細な強化材とを混合し、これを
溶射する方法 が従来より既に知られている。

しかし上述の■の方法に於ては、複合材料の線材をプラ
ズマの如き熱源にて溶融し、溶融状態の複合材料を吹飛
ばさなければならないため、強化材及び溶融マトリック
スを微細な液滴として噴射することが困難であり、その
ため緻密な組織の複合材料を製造することが困難であり
、また空孔の如き欠陥が生じ易いという問題がある。ま
た上述の■の方法に於ては、特に強化材が繊維である場
合には、複合材料を粉末化する過程に於て強化材が剪断
され易く、そのため所望の繊維長の強化材にて複合強化
された複合材料を製造することが困難であるという問題
がある。また上述の■の方法に於ては、マトリックス粉
末と強化材とを混合する過程に於て強化材が剪断され易
く、そのため上述の■の場合と同様の問題が生じ易く、
またマトリックス粉末と強化材との混合が均一に行われ
なければ、製造される複合材料中の強化材の体積率にむ
らが生じ、従って均一な組織の複合材料を製造すること
ができないという問題がある。

更に上述の■〜■の何れの方法に於ても、予め複合材料
の線材等を形成しなければならないため生産性がかなり
低いという問題があり、また製造される複合材料中の強
化材の体積率が予め形成された線材等に於ける強化材の
体積率に限定されるので、予め形成された線材等に於け
る強化材の体積率とは異なる体積率の複合材料を製造す
ることができないという問題があり、更には強化材がマ
トリックスと密着し又は密接した状態にてそれらが高温
に加熱さ′れマトリックスが溶融されるので、マトリッ
クスが反応性の高い金属である場合には、溶射条件によ
っては強化材とマトリックス金属とが反応して強化材が
劣化し、良好な複合材料を製造することが困難であると
いう問題がある。

また上述の■〜■の方法に於ける上述の如き問題を解決
すべく、実開昭５６−２９５５号、特開昭５６−１２９
０４９号、特開昭５７−４２６１号、実開昭５７−５５
５５９号の各公報に記載されたプラズマ溶射ガンに於て
、溶射材としてマトリックスの棒材や粉末を使用し、ガ
ス通路より作動ガス（プラズマ用ガス）と共に強化材を
ノズル内へ導入することが考えられる。

しかしかかる溶射ガンの使用態様に於ては、強化材がプ
ラズマによる非常に高温の領域へ導入されるので、使用
される強化材によってはその分解等による劣化が著しく
、正常な強化材にて複合強化された複合材料を製造する
ことが困難である。

また強化材はそれがプラズマ用ガスにて搬送される状態
にてノズル内へ供給されるので、強化材の流量をプラズ
マ用ガスの流量とは独立して制御することが困難であり
、従って製造される複合材料の強化材の体積率を所望の
値に制御することが困難である。また溶射材が溶融され
ることにより生じた液滴と強化材とを均一に混合するこ
とが困難であるため、均一な組織の複合材料を製造する
ことが困難であり、また強化材がプラズマガスと共に飛
散し易いため、強化材の歩留りが非常に悪いという問題
がある。特に上述の特開昭５６−１２９０４９号公報及
び実開昭５７−５５５５９号公報に記載された溶射ガン
に於ては、マトリックスが粉末に制限されるという問題
がある。

本発明は、従来の溶射を利用した複合材料の製造方法及
び従来の溶射ガンを用いて複合材料を製造する場合に於
ける上述の如き問題に鑑み、強化材の劣化等の問題を生
じることなく、また従来に比して遥かに強化材の歩留り
よく均一な組織及び所望の強化材体積率の複合材料を紙
庫に且能率よく製造することを可能ならしめる溶射を利
用した複合材料の製造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、高温に加熱される
とバインダとしての機能を失うバインダにて微細な強化
材が互いに結合された棒材を用意し、マトリックスを連
続的に送給しつつこれを溶融し、その融液をガスにて微
細な液滴として吹飛し、前記ガス及び前記液滴をノズル
孔に通して噴流を形成し、前記噴流の主たる流れ方向を
横切る方向にて前記噴流中に連続的に前記棒材を送給す
ることを含む溶射を利用した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 本発明の方法によれば、マトリックスが連続的に溶融さ
れ、その融液がガスにて微細な液滴として吹飛ばされ、
それらのガス及び液滴がノズル孔に通されることにより
噴流が形成され、該噴流の主たる流方向を横切る方向に
て噴流中に微細な強化材を含む棒材が供給されるので、
強化材が過剰に加熱されることが回避され、従って強化
材が過剰に加熱されることに起因する劣化を生じること
なく複合材料を製造することができ、また棒材が噴流の
保有する熱によって加熱されることにより、そのバイン
ダがバインダとしての機能を喪失し、強化材が噴流中に
て分散され溶融マトリックスの液層と良好に混合される
ので、強化材が溶融マトリックスの液滴に衝突する度合
が高く、これにより均一な組織の複合材料を非常に強化
材の歩留りよく製造することができる。

またマトリックスの送給速度とは独立して棒材の送給速
度を制御することにより、マトリックスの溶融量、従っ
て溶融マトリックスの液滴の量とは独立して強化材の供
給量を正確に制御することができるので、任意の所望の
正確な強化材体積率の複合材料を製造することができ、
また溶射の途中に於てもこれらの送給量を容易に変化さ
せることができるので、強化材の体積率が漸次又は段階
的に変化する複合材料を容易に製造することができる。

更に予め複合材料の粉末や強化材とマトリックス粉末と
の混合物を形成することは不要であり、また従来に比し
て強化材の歩留りが大幅に向上するので、強化材の剪断
等の問題を生じることなく低置に且能率よく複合材料を
製造することができ、またマトリックスとして線材及び
粉末の如き任意の形態のマトリックスを使用することが
できる。

本発明の一つの詳細な特徴によれば、バインダはシリカ
（コロイダルシリカ）、アルミナ（コロイタルアルミナ
）の如き金属酸化物系のバインダである。かかるバイン
ダが使用される場合には、棒材の実質的に外周部のみに
於て強化材が部分的にのみ互いに結合された状態になり
、棒材が所定の温度以上に加熱されると溶融してバイン
ダとしての機能を失い、これにより強化材が噴流中にて
分散され、溶融マトリックスの液滴と良好に混合される
。

本発明の他の一つの詳細な特徴によれば、バインダはマ
トリックスよりも融点の低い金属、例えば鉛、スズ等で
ある。かかるバインダが使用される場合には、棒材がそ
れらの金属の融点以上の温度に加熱されて溶融すること
によりバインダとしての機能を喪失し、これにより強化
材が噴流中にて分散され、溶融マトリックスの液滴と良
好に混合される。またかかるバインダが使用される場合
には、製造される複合材料のマトリックスがこれらの金
属にて合金化される。

本発明の更に他の一つの詳細な特徴によれば、バインダ
は所定の温度以上に加熱されると分解する有機バインダ
、例えば熱硬化性又は熱可塑性樹脂、アルギン酸アンモ
ニウムの如き低分子反応性モノマー、又はのりの如き炭
水化物等である。かかるバインダが使用される場合には
、棒材が所定の温度以上に加熱されることにより、バイ
ンダが分解してその機能を喪失し、これにより強化材が
噴流中にて分散され、溶融マトリックスの液滴と良好に
混合される。尚かかる有機バインダが使用される場合に
は溶融マトリックスの融液を吹飛ばすガスは酸素を含ん
でいることが好ましく、その場合にはバインダは分解す
るだけでなく、酸化されて二酸化炭素の如きガスになる
。

尚本発明の方法及び溶射ガンに於ける溶射はガス溶射、
プラズマ溶射、アーク溶射の何れであってもよく、また
強化材はホイスカを含む短繊維、粒子、又はそれらの組
合せの何れであってもよく、更にマトリックスは金属、
セラミック及び樹脂の何れであってもよい。

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１ 第１図はガス溶射に適用された本発明による複合材料の
製造方法の一つの実施例を示す断面図である。図に於て
、１０は溶射噴流案内ノズルを示しており、該ノズルは
軸線１２に沿って延在する先細末広状のノズル孔１４を
有している。ノズル孔１４はその途中にのど部１６、即
ち最小断面部を有しており、それよりも上流側の部分１
４ａ及び下流側の部分１４ｂは軸線に沿って延在し互い
に対向する円錐面により郭定されている。上流側部分１
４ａ及び下流側部分１４ｂはそれぞれ軸線に対しθ１及
びθ２の角度をなしている。

溶射噴流案内ノズル１０の上流側部分１４ａ内には軸線
に沿って延在するマトリックス供給ノズル１８が配置さ
れており、図示の実施例に於ては、ノズル１８はその供
給口１８ａより溶射噴流案内ノズル内へマトリックスを
構成すべき材料よりなる線材２０を軸線に沿って下流側
方向へ連続的に供給するようになっている。また溶射噴
流案内ノズル１０の上流側部分１４ａ内には、軸線に沿
って延在する実質的に円筒状のガス供給ノズル２２が配
置されている。ノズル２２は溶射噴流案内ノズルとマト
リックス供給ノズルとの間にて溶射噴流案内ノズルと同
心に延在しており、ノズル１８と共働して軸線の周りに
環状に延在するガス噴出口２４を郭定しており、またノ
ズル１０と共働してガス噴出口２４と同心に環状に延在
するガス噴出口２６を郭定している。図には示されてい
ないが、ガス噴出口２４はアセチレンの如き可燃性ガス
と酸素との混合ガスを噴出し、ガス噴出口２６は圧縮空
気を噴出するようになっている。

溶射噴流案内ノズル１０には軸線１２に対し互いに直径
方向に対向する位置にて二つの棒材供給ノズル２８及び
３０が圧入により固定されている。

ノズル２８及び３０の軸線２８ａ及び３０ａは軸線１２
に対し下流側方向へθ３の角度にて傾斜しており、これ
によりこれらのノズルは軸線１２に対し垂直な仮想平面
に対し下流側へ傾斜した方向へ微細な強化材３２ａがバ
インダにて互いに結合された棒材３２を供給するように
なりでいる。またノズル２８及び３０の開口２８ｂ及び
３０ｂの中心はのど部１６よりｄの距離にて下流側方向
へ隔置されている。尚溶射噴流案内ノズル１０、マトリ
ックス供給ノズル１８、及びガス供給ノズル２２は本体
３４により互いに一体に保持されている。

上述の如く構成された溶射装置を用いて行われる本発明
による複合材料の製造方法の一つの実施例に於ては、ま
ずガス噴出口２４及び２６よりそれぞれ混合ガス及び圧
縮空気を連続的に供給し、混合ガスを点火して燃焼火炎
を発生させ、その状態にてマトリックス供給ノズル及び
棒材供給ノズルよりそれぞれ所定の供給速度にて線及び
棒材を連続的に供給する。この場合線材２０は燃焼火炎
の熱によって溶融され、その溶融部２０ａはのど部１６
の近傍若しくはその上流側に形成される。

かくして溶融されたマトリックスは燃焼ガスによって吹
飛ばされることにより微細な液滴３６となる。

かくして発生された液滴３６を含む溶射噴流３８は燃焼
ガス及び圧縮空気がノズル孔１４の上流側部分１４ａに
従って流れることによる慣性により、溶射噴流案内ノズ
ルの先端１０ａよりも外側の集束点４０に於て集束する
態様にて流れる。また強化材供給ノズル２８及び３０よ
り供給される棒材はかくして集束する態様にて流れる高
温の噴流３８内へ導入され、高温に加熱されることによ
りバインダがその機能を喪失し、強化材が噴流中にて分
散されることにより液滴３６と良好に混合され、その一
部は液滴に取込まれて溶融マトリックスと強化材とより
なる微粒４２が形成される。

かくして生じた液滴、溶融マトリックスと強化材との微
粒、及び強化材は高速度にて被溶射材４４に衝突してそ
の表面に堆積し、主として被溶射材の吸熱による急冷に
よって冷却され、これにより被溶射材の表面に強化材に
て複合強化されたマトリックスよりなる層状の複合材料
４６を形成する。

次に角度θ１〜θ３及び距離ｄの最適値について説明す
る。

燃焼火炎の温度は２７００°Ｃ程度になり、溶射噴流の
温度はガス供給ノズルの噴出口よりの距離の増大につれ
て低下する。−力強化繊維等の分解劣化を防止し、また
溶融マトリックスの液滴が被溶射材に衝突する前に凝固
することを防止するためには、集束点４０の温度が８０
０〜２０００℃程度に維持されることが望ましい。この
条件よりガスノズルの先端より集束点４０までの距ｉｆ
ｆ！Ｌは４０〜１０５＋ｍｍ程度であることが好ましい
。角度θ１は上記距離りとガス供給ノズルの直径とによ
り定まるが、ガス供給ノズルの直径は一般に数１０ｍｍ
程度であるので、集束点４０に於ける温度が最適の温度
になり、また良好に集束する溶射噴流を形成するために
は、角度θ１は３〜１０″は程度であることが好ましい
。

また角度θ２が大きすぎると、のど部を通過したガスの
膨張度合が大きくなり、噴流が下流側部分１４ｂより剥
離しやすくなり、そのため強化材が飛散し易くなるので
、角度θ２は２５°以下、特に２０’以下であることが
好ましい。逆に角度θ２が小さくなると溶射噴流案内ノ
ズルの下流側部分１４ｂ内に於けるガスの膨張量が小さ
くなり、溶融マトリックスの液滴と強化材との混合が十
分に行われなくなる。従って角度θ２は３″以上、特に
５″以上であることが好ましい。

また距＃１ｄが大きすぎると強化材を噴流中へ良好に供
給することができなくなるので、距離ｄは１０＋ｎｍ以
内、特に７１！１ｍ以内であることが好ましい。

更に角度θ３が大きすぎると噴流が乱されることにより
溶融マトリックスと強化材との混合が良好には行われな
くなり、逆に角度θ３が小さすぎる場合には強化材を噴
流中へ良好に供給することができなくなる。従って角度
θ３は１０〜１２００、特に１５〜９０″であることが
好ましい。

尚強化材供給ノズル２８及び３０の先端は、図示の実施
例に於てはノズル孔１４の下流側部分１４ｂと整合され
ているが、これらのノズルの先端は下流側部分１４ｂよ
り僅かに（１ｍｍ程度以下）突出していてもよい。

次に上述の如く構成された溶射ガンを用いて行われた本
発明による複合材料の製造方法の具体例について説明す
る。

まず強化材としての炭化ケイ素ホイスカ（平均繊維径０
，２μ、平均繊維長５０μ）とバインダとしてのコロイ
ダルシリカとを混合し、それを圧縮成形し乾燥すること
により、個々の炭化ケイ素ホイスカがシリカにて互いに
結合された構造を有し、ホイスカの見かけの体積率が２
０％でありバインダ含有量が１０ｖｔ％である直径３■
の２本の棒材を形成した。

次いで角度θｌ〜θ３をそれそ′れ７６．８″、６０″
に設定し、距、ｌ１ｉｄを３ｍ１１に設定し、のど部の
直径を７．２μｍに設定し、線材として純アルミニウム
の線材（直径３ｍｍ）を使用し、線材及び棒材の送給速
度を共に１．　ｃｍ／　ｓｅｃに設定し、酸素、アセチ
レン、圧縮空気の流量をそれぞれ７１／１ｎ　、　３７
　／１ｎ　、　１５０ｆ／ｗｉｎ　　（３，５ｋｇ／ｃ
シ）に設定し、溶射噴出案内ノズルの先端より被溶射材
までの距離を１５Ｏｎ＋＋＊に設定して溶射を行ったと
ころ、炭化ケイ素ホイスカの体積率が約１３％であり空
孔やホイスカの劣化等の欠陥を有しない均一な組織の複
合材料を約１０ｇ／ｓ１ｎの速度にて能率よく製造する
とかでき、また炭化ケイ素ホイスカの歩留りは約６５％
と非常に高い値であることが認められた。

実施例２ 第２図はプラズマ溶射に適用された本発明による複合材
料の製造方法の一つの実施例を示す断面図である。図に
於て、５０は溶射ガン本体を示しており、該本体は軸線
５２に沿って延在するタングステン製の電極（陰極）５
４を含んでいる。電極５４はノズル部材５６及びエンド
プレート５８により郭定され軸線５２に沿って延在する
ノズル孔６０内に部分的に嵌入している。

ノズル孔６０はその一端（上流側端部）にてプレナム６
２と連通しており、図には示されていないプラズマ用ガ
ス供給チューブ、本体５０に固定されたニップル６４、
ブレナム６２を経てノズル孔６０内へプラズマ用ガスが
供給されるようになっている。また本体５０にはノズル
孔６０ののど部及びそれより下流側の末広部にそれぞれ
開口する粉末供給通路６６及び６８が設けられており、
粉末供給チューブ７０及び７２）粉末供給通路６６及び
６８を経てノズル孔内ヘマトリックスの粉末７４が供給
されるようになっている。更に本体５０内に設けられた
冷却水通路７６には冷却水供給チューブ７８及び８０を
経て冷却水が循環供給され、これにより電極、ノズル部
材等が過剰に昇温することが回避されるようになってい
る。

尚周知の如く、電極５４とノズル部材５６との間は電気
的に絶縁されており、これらの間に所定の電圧が印加さ
れることにより、プラズマ用ガスと共働してプラズマア
ークを発生し、その熱によって粉末供給通路６６及び６
８よりノズル孔６゜内へ供給されるマトリックス粉末７
４が溶融され、その液Ｉｔｈｉ８２がプラズマガスによ
って吹飛ばされノズル孔より噴出することにより、液滴
８２を含む噴流８４が形成されるようになっている。

本体５０はケーシング８６内に収容されており、該ケー
シングには手により把持するためのハンドル８８が一体
に形成されている。またケーシング８６にはステム９０
により棒材送給装置９２が固定されている。図示の実施
例に於ては、軸線５２の周りに均等に隔置された四つの
棒材送給装置が設けられており、各棒材送給装置はステ
ムの先端に一体に形成され軸線５２に沿って延在する円
筒体９４により担持されており、軸線５２の周りに互い
に９０°隔置された位置にて円筒体９４と一体に形成さ
れた棒材ガイド９６と、該ガイドを経て噴流８４内へ実
施例１の棒材と同様の棒材９８を送給する一対のローラ
１ｏｏとを含んでおり、ローラ１００は図には示されて
いない駆動装置によって駆動されるようになっている。

この棒材送給装置９２により噴流８４内へ送給される棒
材は噴流によって高温に加熱され、これによりそのバイ
ンダがバインダとしての機能を喪失することにより、強
化材１０２が噴流中に分散されて液滴８２と良好に混合
され、その一部が液滴に衝突してこれに取込まれ、溶融
マトリックスと強化材とよりなる微粒１０４が形成され
る。これらの液滴、溶融マトリックスと強化材との微粒
、及び強化材は高速度にて被溶射材１０６に衝突してそ
の表面に堆積し、主として被溶射材の吸熱による急冷に
よって冷却され、これにより被溶射材の表面に強化材に
て複合強化されたマトリックスよりなる層状の複合材料
１０８を形成する。

尚棒材９８の送給方向は軸線５２に垂直な仮想平面に対
し噴流８４の下流側方向へ５〜６０＠程度傾斜されてい
ることが好ましく、また棒材送給装置９２を支持するス
テム９０はその軸線方向長さが可変であり、また、棒材
９８の送給方向を調節し得るようになっていることが好
ましい。

次に上述の如く構成された溶射ガンを用いて行われた本
発明による複合材料の製造方法の具体例について説明す
る。

まず上述の実施例１に於て使用された炭化ケイ素ホイス
カと同一の炭化ケイ素ホイスカをバインダとしてのアク
リル樹脂にて結合することにより、ホイスカの見かけの
体積率が１５％でありバインダ含有量が１０ｖｔ％であ
る直径２會１の４本の棒材を形成し、またマトリックス
粉末として平均粒径６０μの銅粉末（０，４２ｖｔ％Ｃ
，０，９９ｖｔ％Ｃｒ　％　１　、８３　ｗｔ％Ｎ　ｌ
　％　０．　２７ｗｔ％Ｍｏ％Ｑ。

６６シｔ％Ｍ　ｎ　、残部実質的にＣｕ）を用意した。

次いでノズル孔６０内へプラズマ用ガスとしてのアルゴ
ンを３０Ｊｌ／ａ＋ｉｎにて供給しっつ溶射ガン本体に
１０ｋＷ　（２７Ｖ）の電力を供給してプラズマアーク
を発生させ、銅粉末及び棒材の送給速度をそれぞれ１５
ｇ／ａ＋ｉｎ及び３　ａｒｍ／　ｓｅｅに設定し、溶射
ガンの先端と被溶射材との間の距離を１２０ａ＋ｍに設
定して溶射を行った。

その結果炭化ケイ素ホイスカの体積率が約２０％であり
空孔やホイスカの劣化等の欠陥を有しない均一な組織の
複合材料を約１５ｇ／ａｒｉｎの速度にて能率よく製造
することができ、また炭化ケイ素ホイスカの歩留りは約
６０％と非常に高い値であることが認められた。尚棒材
中に存在していたアクリル樹脂の残滓は複合材料中には
残存しておらず、噴流中にて分解又は燃焼により消失し
たものと考えられる。

実施例３ 第３図はアーク溶射に適用された本発明による複合材料
の製造方法の一つの実施例を示す断面図である。図に於
て、１２０は溶射ガンを示しておリ、該溶射ガンは本体
１２２と、該本体に固定されたプレート１２４と、該プ
レートに固定され先細末広状のノズル孔１２６ａををす
る溶射噴流案内ノズル１２６とを含んでいる。本体１２
２には一対のガイド１２８ａ及び１２８ｂと、一対の電
極１３０ａ及び１３０ｂと、一対の線材供給ノズル１３
２ａ及び１３２ｂとが固定されており、これらは互いに
直線状に配列され且溶射ガンの軸線１３４に対し同一の
角度にて傾斜している。また本体１２２には導管１３６
が固定されており、該導管の一端にはノズル１３８が固
定されている。

導管１３６及びガスノズル１３８は電極１３０ａ及び１
３０ｂ等の間にて軸線１３４に沿って延在している。

ガイド１２８ａ及び１２８ｂにはそれぞれフレキシブル
チューブ１４０ａ及び１４０ｂが接続されており、図に
は示されていない一対のピンチローラによりチューブ１
４０ａ、ガイド１２８ａ。

電極１３０ａ、線材ノズル１３２ａを経て溶融部１４２
ヘマトサツクスよりなる線材１４４ａが連続的に送給さ
れるようになっている。同様に図には示されていない一
対のピンチローラによりチューブ１４０ｂ、ガイド１２
８ｂ、電極１３０ｂ。

線材ノズル１３２ｂを経て溶融部１４２ヘマトリツクス
よりなる他の一つの線材１４４ｂが連続的に送給される
ようになっている。電極１３０ａ及び１３０ｂは図には
示されていない電源に接続されており、線材１４４ａ及
び１４４ｂは電極１３０ａ及び１３０ｂに設けられた溝
内をその壁面に摺接して移動し、これにより対応する電
極より電流を供給され、その先端にて図には示されてい
ないアークを発生し、その熱によって連続的に溶融され
るようになっている。

導管１３６の他端はフレキシブルチューブ１４６が接続
されており、該チューブの他端は図には示されていない
圧縮空気供給源に接続されており、これによりガスノズ
ル１３８より圧縮空気が噴射され、これにより線材１４
４ａ及び１４４ｂがアークにより溶融されることにより
生じた融液が微細な液滴１４８として吹飛ばされ噴流１
５０が形成されるようになっている。また第３図に於て
矢印にて示されている如く、圧縮空気が本体１２２とプ
レート１２４との間を経てブレナム１２２ａへ流入し、
プレート１２４に設けられた孔１２４ａを経てノズル孔
１２６ａへ流入することにより噴流１５０が絞られるよ
うになっている。

噴流案内ノズル１２６には軸線１３４に対し互いに直径
方向に対向する位置にて二つの棒材供給ノズル１５２及
び１５４が圧入により固定されている。これらのノズル
は軸線１３４に垂直な仮想平面に対し噴流１５０の下流
側方向へ傾斜した状態にて設けられており、図には示さ
れていないローラにより送給される実施例１に於て使用
された棒材と同様の棒材１５６及び１５８を案内し、こ
れにより噴流１５０へ供給するようになっている。

噴ｆｉ１５０内へ供給された棒材は噴流によって加熱さ
れることによりそのバインダがバインダとしての機能を
喪失し、これによりそれに含まれる強化材１６０が噴流
中にて分散されて液ａ１４８と良好に混合され、その一
部は液滴に取込まれて溶融マトリックスと強化材とより
なる微粒１６２が形成される。これらの液滴、溶融マト
リックスと強化材との微粒、及び強化材は高速度にて被
溶射材１６４に衝突してその表面に堆積し、主として被
溶射材の吸熱による急冷によって冷却され、これにより
被溶射材の表面に強化材にて複合強化されたマトリック
スよりなる複合材料１６６を形成する。

次に上述の如く構成された溶射ガンを用いて行われた本
発明による複合材料の製造方法の具体例について説明す
る。

まず強化材としての平均繊維径が０．３μであり平均繊
維長が２５μであるチタン酸カリウムホイスカを内径３
Ｉｌａ＋のステンレス鋼製のチューブに充填し、加圧含
浸法により個々のホイスカの間に純鉛の溶湯を充填して
冷却し、これにより個々のホイスカが鉛にて結合された
構造を有しホイスカの体積率が約３０９６である直径３
ｍｍの棒材を形成し、またマトリックスの線材として直
径５）の純アルミニウムよりなる線材を用意した。

次いでこれらの棒材及び線材を溶射ガンにセットし、そ
れらの送給速度をそれぞれ３　ｋｇ／　ｈ及び５　ｋｇ
／　ｈに設定し、二つの電極の間に供給される電流及び
電圧をそれぞれ２００Ａ及び３０Ｖに設定し、チューブ
１４６を経てノズル１３８へ供給される圧縮空気の圧力
を３　、　５　ｋｇ／　ａｌに設定し、溶射噴流案内ノ
ズルの先端より被溶射材までの距離を５００■に設定し
て溶射を行った。

その結果チタン酸カリウムボイス力の体積率が約１０％
であり空孔やホイスカの劣化等の欠陥を有しない均一な
組織の複合材料を約１００ｇ／ｓ＋ｉｎの速度にて能率
よく製造することができ、またチタン酸カリウムホイス
カの歩留りは約５５％と非常に高い値であることが認め
られた。尚棒材に含まれていた鉛は形成された複合材料
のマトリックス中に溶込んでおり、これによりマトリッ
クスは鉛含有量が約６０ｗｔ％のＡｌ−Ｐｂ合金となっ
ていた。

尚この実施例に於ては、一対の線材を構成する金属は互
いに異種の金属であってもよい。かかる方法によれば、
一対の線材を構成する金属とは異なる組成の、従ってそ
れらとは異なる種々の性質を有する合金をマトリックス
とする複合材料を製造することができる。またこの場合
一対の線材の直径、送給速度等を調節することによりマ
トリックスを構成する合金の組成を容易に変化させるこ
とができる。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて他の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図はガス溶射に適用された本発明による複合材料の
製造方法の一つの実施例を示す断面図、第２図はプラズ
マ溶射に適用された本発明による複合材料の製造方法の
一つの実施例を示す断面図、第３図はアーク溶射に適用
された本発明による複合材料の製造方法の一つの実施例
を示す断面図である。 １０・・・溶射噴流案内ノズル、１４・・・ノズル孔。 １４ａ・・・上流側部分、１４ｂ・・・下流側部分、１
６・・・のど部、１８・・・マトリックス供給ノズル、
２０・・・線材、２２・・・ガス供給ノズル、２４．２
６・・・ガス噴出口、２８．３０・・・棒材供給ノズル
、３２・・・棒材、３４・・・本体、３６・・・溶融マ
トリックスの液滴、３８・・・溶射噴流、４０・・・集
束点、４２・・・溶融マトリックスと強化材とよりなる
微粒、４４・・・被溶射材、４６・・・複合材料、５０
・・・溶射ガン本体。 ５４・・・電極、５６・・・ノズル部材、５８・・・エ
ンドプレート、６０・・・ノズル孔、６２・・・ブレナ
ム、６４・・・ニップル、６６．６８・・・粉末供給通
路、７０．７２・・・粉末供給チューブ、７４・・・マ
トリックス粉末、７６・・・冷却水通路、７８．８０・
・・冷却水供給チューブ、８２・・・液滴、８４・・・
噴流、８６・・・ケーシング、８８・・・ハンドル、９
０・・・ステム、９２・・・棒材送給装置、９４・・・
円筒体、９６・・・ガイド、９８・・・棒材、１００・
・・ローラ、１０２・・・強化材、１０４・・・溶融マ
トリックスと強化材とよりなる微粒。 １０６・・・被溶射材、１０８・・・複合材料、１２０
・・・溶射ガン、１２２・・・本体、１２４・・・プレ
ート、１２６・・・溶射噴流案内ノズル、１２８ａ、１
２８ｂ・・・ガイド、１３０ａ、１３０ｂ−＝電極、１
３２ａ。 １３２ｂ・・・線材ノズル、１３６・・・導管、１３８
・・・ノズル、１４０ａ、１４０ｂ・・・フレキシブル
チューブ、１４２・・・溶融部、１４４ａ、１４４ｂ・
・・線材、１４６・・・フレキシブルチューブ、１４８
・・・液滴、１５０・・・噴流、１５２．１５４・・・
棒材供給ノズル、１５６．１５８・・・棒材、１６０・
・・強化材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）高温に加熱されるとバインダとしての機能を失う
   バインダにて微細な強化材が互いに結合された棒材を用
   意し、マトリックスを連続的に送給しつつこれを溶融し
   、その融液をガスにて微細な液摘として吹飛し、前記ガ
   ス及び前記液滴をノズル孔に通して噴流を形成し、前記
   噴流の主たる流れ方向を横切る方向にて前記噴流中に連
   続的に前記棒材を送給することを含む溶射を利用した複
   合材料の製造方法。 （２）特許請求の範囲第１項の溶射を利用した複合材料
   の製造方法に於て、前記バインダは金属酸化物系のバイ
   ンダであることを特徴とする溶射を利用した複合材料の
   製造方法。（３）特許請求の範囲第１項の溶射を利用し
   た複合材料の製造方法に於て、前記バインダは前記マト
   リックスよりも融点の低い金属であることを特徴とする
   溶射を利用した複合材料の製造方法。 （４）特許請求の範囲第１項の溶射を利用した複合材料
   の製造方法に於て、前記バインダは所定の温度以上に加
   熱されると分解する有機バインダであることを特徴とす
   る溶射を利用した複合材料の製造方法。