JPS63235059A - 繊維強化金属複合材料管の製造方法 - 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】 童泉よＬ五里方Ｉ この発明は、高圧鋳造法によって繊維強化金属複合材料
（ＦＲＭ）からなる管を製造する方法に関する。

炙米り玄■ ＦＲＭを製造する方法はいろいろあるが、そのひとつに
高圧鋳造法がある。この方法は、金型に補強繊維の集合
体を入れておき、その金型にマトリクスとなる金属の溶
湯を注ぎ込み、プランジャーで加圧して上記集合体に含
浸し、凝固させた俊、脱型するものである。

ところで、そのような高圧鋳造法において、脱型、すな
わち得られたＦＲＭを金型から取り出すことは、なかな
か難しい。割り金型を使用すれば容易であるように思え
るけれども、割り金型では、含浸時に高圧で加圧される
溶湯が金型の合せ面から噴き出してしまう。そこで、金
型のキャビティの、集合体が入れられる部分に、一般に
恢き勾配と呼ばれるテーパーを付けることが提案されて
いる。ところが、このテーパーは、溶湯の加圧時にプラ
ンジャーを下降させる必要から、キャビティの上端まで
付けるわけにいかず、上部は一様な大きざのままにして
おく必要がおるので、テーパーを有しないものにくらべ
れば容易に脱型できるとはいえ、なお十分であるとはい
えない。

一方、実開昭６０−１２６２６７号公報には、一様なテ
ーパーのキャビティをもつ一体物の外型と、その外型の
キャビティに嵌合する分割自在な内型とを使用し、ＦＲ
Ｍを、外型からそのテーパーを利用して内型ごと取り出
した後、内型を分割し、内型とＦＲＭとを分離する、す
なわち脱型する方法が提案されている。この方法は、−
見、大変よざそうに思えるが、特に長いＦＲＭ’＆得る
ような場合にはなかなか難しい問題がある。

すなわち、長いＦＲＭを得る場合には、当然、長い金型
を使用しなければならないが、長いテーパ一部分をもつ
金型の製作は大変性しい。また、長くなればなるほど外
型と内型との接触面積が増大し、内型を取り出しにくく
なるが、それに抗して内型を取り出しやすくしようとす
れば、テーパーの角度を大きくしなければならず、金型
が大変大きくなって、製作コストの上昇はもちろん、重
量が増大して取り扱いにくくなったり、加熱に膨大なエ
ネルギーが必要になるなど、いろいろな問題がでてくる
。

このように、金型からＦＲＭを取り出すこと自体、なか
なかやっかいな問題を含んでいるが、管を製造する場合
には、芯金を丈夫するという別の脱型工程がざらに加わ
るので、生産性が極めて悪い。

口が　決しようとする間　１１、 この発明は、従来の方法の上述した問題点を解決し、脱
型が極めて容易で生産性の高い、ＦＲＭ管の製造方法を
提供することを目的としている。

４題７１、を解決するための手段 上記目的を達成するために、この発明においては、管を
構成するＦＲＭよりも熱膨脹率が大きい材料からなる芯
金の周りに補強繊維の集合体を形成して金型に入れる工
程と、集合体と金型との間に非焼結性材料からなる粉体
または粒体を介在させる工程と、金型にマトリクスとな
る金属の溶湯を注ぎ込み、加圧して前記集合体に含浸し
、凝固させる工程と、１ｑられたＦＲＭ管を粉体または
粒体を排出することによって金型から取り出し、芯金を
夫人する工程と、を含むことを特徴とするＦＲＭ管の製
造方法が提供される。もっとも、この発明においては、
非焼結材料からなる粉体または粒体を使用するのに代え
て、マトリクスとなる金属よりも融点が高く、かつ水溶
性の金属塩化物を使用し、その金属塩化物を溶出するこ
とによってＦＲＭ管を金型から取り出すことができるも
のである。

この発明においては、管を構成するＦＲＭよりも大きな
熱膨脹率をもつ材料からなる芯金を使用する。具体的に
は、鉄、銅、アルミニウム、チタン、ニッケルなどの単
体金属や、これら単体金属の少なくとも１種を主成分と
する合金などからなる芯金を使用するが、ＦＲＭの熱膨
脹率は、後述する補強繊維の種類、形態、配列方向、含
有率や、マトリクス金属の種類等によって異なるので、
これらの条件に応じて、どのような材料からなる芯金を
使用するかを決める。このように、管を構成するＦＲＭ
よりも大きな熱膨脹率をもつ材料からなる芯金を使用す
ると、集合体にマトリクスとなる金属の溶湯を含浸する
際には大きく膨張し、かつ得られたＦＲＭ管が芯金ごと
金型から取り出され、冷えてくると大きく収縮するので
、央去が極めて容易になる。

補強繊維は、ＦＲＭにおいて、通常、使用されている、
たとえば炭素繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、アルミ
ナ−シリカ繊維、炭化ケイ素繊維などの高強度、高弾性
繊維である。形態は、マルチフィラメント、短繊維、ウ
ィスカー、マット、織物など、いずれであってもよい。

また、補強繊維の集合体は１、通常、補強繊維を芯金に
巻き付けることによって形成する。あらかじめ管状に賦
型したものを芯金に嵌装するようにしてもよい。集合体
には、必要に応じて、カーボン、シリカ、アルミナなど
の、いわゆる結着剤を含浸して補強繊維の集合形態がく
ずれないようにしておく。

マトリクスとなる金属は、これもまた、ＦＲＭのマトリ
クス金属として、通常、使用されている、たとえばアル
ミニウム、マグネシウム、錫、鉛、亜鉛などの単体金属
や、そのような単体金属の少なくとも１種を主成分とす
る合金である。

補強繊維の集合体と金型との間に介在させる粉体または
粒体は、マトリクスとなる金属の溶湯を集合体に含浸さ
せる際の温度、すなわち複合時の温度では焼結されない
もので、たとえばアルミナ、ジルコニア、マグネシア、
ムライト、窒化ケイ素、炭化ケイ素などのセラミックス
材料や、黒鉛などの炭素材料や、山砂などであるのが好
ましいが、タングステン、モリブデン、鉄、銅、シリコ
ン、ニッケル、チタンもしくはこれらの合金などの金属
材料の使用も可能である。これらの非焼結性材料は、粉
体でも粒体でもよく、また大きさも特に制限はないが、
補強繊維の集合体と金型との間への介在のさせやすさな
どを考慮すると、径が３ｍｍ以下であるのが好ましい。

また、金属材料を使用する場合には、金属材料は細かい
ほど焼結しやすいという性質があるので、０．５ｍｍ以
上の径をもつものを使用するのが好ましい。

また、金属塩化物は、マトリクスとなる金属よりも融点
が高く、しかも、ＦＲＭ管の製造俊に溶出するために水
溶性である必要がある。そのような金属塩化物としては
、たとえば、塩化カルシウム、塩化ゴバルト、塩化鉄、
塩化ナトリウム、塩化マグネシウム、塩化マンガンなど
を使用することができる。これらの金属塩化物は、粉状
や粒状であってもよく、ホットプレス等によって塊状に
したものでもよく、またそれをざらに焼結したものであ
ってもよい。

このような非焼結性材料や金属塩化物を補強明維の集合
体と金型との間に介在させるときには、溶湯がそれらに
浸透しないよう、集合体を、マトリクスとなる金属より
も融点が高い、たとえば、チタン、ステンレス鋼、ニッ
ケル、鉄、アルミニウムなどの金属の管に入れるか、そ
れら金属の箔ですし巻状に巻いておく。

この発明を図面に基いてざらに詳細に説明するに、図面
は、この発明の方法によってＦＲＭ管を製造している様
子を示すもので、芯金８の周りに補強繊維の集合体２が
形成され、金属管４に入れられ、金型１内に配置されて
いる。金型１と金属管４との間には、非焼結性材料から
なる粉体または粒体３が充填されている。

さて、金属管４内に、マトリクスとなる金属の溶湯５を
注ぎ込み、プランジャー６で加圧して集合体２に含浸し
、凝固させると、ＦＲＭ管が得られる。溶湯５が凝固し
た後、すなわちＦＲＭ管が得られた後は、粉体または粒
体３を排出し、ＦＲＭ管を芯金８および金属管４ごと金
型１から取り出す。しかる俊、金属管４を切削するか、
剥離して除去し、前後して芯金８を抜去すれば、ＦＲＭ
管を取り出すことができる。粉体または粒体３の排出は
、金型１と台７とを分離し、金型１にハンマー等で軽い
衝撃を与えることで容易に行える。

衝撃により、一応塊状になっていた粉体もしくは粒体３
が、くずれるからである。

上記においては、非焼結性材料を用いる場合について説
明したが、金属塩化物を用いる場合も全く同様である。

ＦＲＭ管を金属塩化物を溶出することによって行う点が
異なるだけである。

実施例 直径が３Ｑｍｍ、長さが１０００ｍｍの鉄製芯金に、東
し株式会社製炭素繊維平織物Ｃ０６３４３を厚みが２ｍ
ｍになるまで巻き付けた後、それを図面に示したように
、肉厚が１ｍｍの鉄管の下部に入れた。

次に、集合体を図面に示す金型に入れ、金型と鉄管との
間に直径が０．７ｍｍのアルミナを充填し、さらに金型
を５５０℃に予熱した後、鉄管の中にアルミニウムとケ
イ素の合金（ＪＩＳ　　ＡＣ４Ｃ）の溶湯（温度ニア５
０’Ｃ）を注ぎ込み、プランジャーで５００Ｋｃ＋／ｃ
ｍ２の圧力を加えて集合体に含浸した。

溶湯が凝固した俊、金型と台とを分離し、ハンマーで金
型を軽く叩いてアルミナを排出し、ＦＲＭを芯金および
鉄管ごと取り出し、ざらに芯金を抜去した後、鉄管を切
削、除去してＦＲＭ管を取り出した。

１里五四里 この発明は、管を構成するＦＲＭよりも大きな熱膨脹率
をもつ材料からなる芯金を使用するが、そのような芯金
は、集合体にマトリクスとなる金属の溶湯を含浸する際
には大きく膨張し、得られたＦＲＭ管が芯金ごと金型か
ら取り出され、冷えてくると大きく収縮するので、抜去
が極めて容易になる。しかも、集合体と金型との間に、
複合時の温度では焼結されない非焼結性材料からなる粉
体もしくは粒体またはマトリクスとなる金属よりも融点
が高く、かつ水溶性の金属塩化物を介在させておき、得
られたＦＲＭ管を、粉体または粒体を排出するか、金属
塩化物を溶出することによって取り出すから、金型から
の取り出しも極めて容易になり、生産性が向上するばか
りか、長いＦＲＭ管でも簡単に得られるようになる。し
かも、金型をコンパクトにでき、加熱に要するエネルギ
ーも少なくてすむ。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明の方法を実施している様子を示す概略
縦断面図である。 １：金型 ２：補強繊維の集合体 ３：非焼結性材料からなる粉体または粒体４：金属管 ５：マトリクスとなる金属の溶湯 ６：プランジャー ７：台 ８：芯金

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）管を構成する繊維強化金属複合材料よりも熱膨脹
   率が大きい材料からなる芯金の周りに補強繊維の集合体
   を形成して金型に入れる工程と、前記集合体と前記金型
   との間に非焼結性材料からなる粉体または粒体を介在さ
   せる工程と、前記金型にマトリクスとなる金属の溶湯を
   注ぎ込み、加圧して前記集合体に含浸し、凝固させる工
   程と、得られた繊維強化金属複合材料管を前記粉体また
   は粒体を排出することによって前記金型から取り出し、
   前記芯金を抜去する工程と、を含むことを特徴とする繊
   維強化金属複合材料管の製造方法。
2. （２）管を構成する繊維強化金属複合材料よりも熱膨脹
   率が大きい材料からなる芯金の周りに補強繊維の集合体
   を形成して金型に入れる工程と、前記集合体と前記金型
   との間にマトリクスとなる金属よりも融点が高く、かつ
   水溶性の金属塩化物を介在させる工程と、前記金型にマ
   トリクスとなる金属の溶湯を注ぎ込み、加圧して前記集
   合体に含浸し、凝固させる工程と、得られた繊維強化金
   属複合材料管を前記金属塩化物を溶出することによって
   前記金型から取り出し、前記芯金を抜去する工程と、を
   含むことを特徴とする繊維強化金属複合材料管の製造方
   法。