JPS6326318A - プリフオ−ムワイヤ−およびプリフオ−ムシ−トの製造方法 - 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】 ［発明の属する分野］ 本発明は、繊維強化金属複合材（ＦＲＭ）用プリフォー
ムワイヤーおよびプリ７オームシートの製造方法に関し
、詳しくは炭化ケイ素繊維等の繊維に溶融槽中で金属ま
たはガラスを含浸させる際に、溶融槽の外部より高周波
電磁振動を印加するプリフォームワイヤーおよびプリフ
ォームシートの製造方法に関する。

［従来技術およびその問題点コ 従来から、炭化ケイ素！Ｉ維等の繊維材料にアルミニウ
ム等の金属を含浸せしめた繊維強化金属複合材は、強靭
性、軽量性または柔軟性等の緒特性に優れ、かつ、金属
やｒｊＡＨのそれぞれの長所を兼ね備えているため、車
両、航空機、ロケット、宇宙船等各種の材料に広範に利
用が見込まれ期待されている。

このようなｍ雑強化金属複合材を製造するためには、ま
ず複合材前駆体（プリフォーム）のワイヤーまたはシー
ト等のプリフォーム材をｔＪ　３Ｗし、このプリフォー
ム材より種々の形状の成形品を製造する。このようなプ
リフォーム材を製造する方法は種々提案されいる。例え
ば、プラズマジェット、メタリコンまたは真空蒸着のよ
うに金属細粒または金属蒸気を繊維束に吹イへ１けで＃
ＡＭ表面に金属を付着させｍＨ強化金金属台材あるいは
その前駆体であるプリフォーム材を作る方法が知られて
いる。しかし、これらの方法においては、金属細粒また
は金属蒸気を直進的に吹きつけるため繊維束の内部にま
では十分に金属が浸透せず満足できる強度や弾性のもの
が得られないという欠点がある。

また、他の方法として溶融金属槽中に繊維束を含浸する
と共に、溶融金属槽に超音波振動を与え溶融金属を繊維
束の内部まで浸透させる方法が提案されている。この方
法では、超音波振動により繊維束が開繊し、内部の空気
を排出するため１ｌｉｌｆ１束の内部まで金属がよく浸
透するが、この超音波振動により繊維が雑然と開繊した
状態で固定されてしまうため、繊維強化金属複合材に所
望の強度、弾性を付与することが困難である。また、超
音波振動装置を用いる際に、使用時間の経過と共に振動
子のホーンの冷却水用の空孔の部分からクラックが発生
し、溶融金属槽中に浸漬されている先端ボーンまで振動
が伝達されないという問題が生じる。

このような問題点を解決するものとして特願昭５９−５
３４５２号に記載の発明が提案されている。この発明は
、予め引揃えた炭化ケイ素１１を束にアルミニウム等の
金属を溶射または蒸着した後、超音波振動装置により振
動が与えられている溶融金属槽中に含浸し、かつ、この
際用いられる超音波振動装置を高温から保護するために
、振動子のホーンの溶融金属槽に浸漬されていない上部
で超音波の半波長の節に相当する部分に冷却水用の空孔
を設【ノるか、または水冷ジャケットを設けるこを特徴
とするもので、このことによりホーンにクラックが発生
ずるのを防止し、長時間にわたり安定した品質のものが
得られるのである。しかしながらこの方法は以下に示す
欠点を有する。

１、超音波振動子が金属槽中にあるため、該振動子の金
属が溶解し、それによってプリフォーム材のマトリック
ス金属成分が変動し、均質なプリフォーム材が得られな
い。

２、超音波振動子が溶損するため、プリフォーム材のマ
トリックス金属を均一に被覆充填するには、振動周波数
（１９〜２０ＫＨ７＞を最適にするため常時調整しなけ
ればならない。

３、超音波振動子が溶損するため、マトリックス金属の
種類または超音波振動子の材質が限定されてしまう。

４、超音波振動子を冷却する冷却水が高温槽中に漏れる
恐れがあり危険である。

このように、高品質、量産性、メンテナンス性、安全性
に優れた繊維強化金属複合材の製造方法は未だ得られて
いない。

［発明の目的］ 本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
高品質、量産性、メンテナンス性、安全性に優れた繊維
強化金属複合材、特にアルミニウム等の金属と炭化ケイ
素！ＩＮ等の繊維とからなるＦＲＭ用プリプリフォーム
ワイヤーはプリフォームシートの製造方法を提供するこ
とを目的とする。

［問題を解決するための手段および作用］すなわち本発
明は、繊維に溶融槽（浴）中で金属またはガラスを含浸
させる際に、該溶融槽の外部より高周波電磁振動を印加
することを特徴とするプリフォームワイヤーおよびプリ
フォームシートの製造方法にある。

本発明においては、まずＩＩＮを溶融槽中に浸漬し、繊
維に金属またはガラスを含浸させる。ここで用いられる
ｍ雑としては、炭素ａｍ、ホウ素繊維、炭化ケイ素ｍｙ
、、窒化ケイ素１１維、アルミナ！［、シリカ−アルミ
ナＩｌ維等が用いられる。

また、本発明において【ま、繊維に金属またはガラスを
含浸する前に、高周波処理による１１１８束の乱れを防
ぐため繊維束に予め金属を溶射または蒸着する工程を設
けてもよい。この工程としては、各繊維を平行に固定す
る手段であればいずれも採用される。

上述のように、本発明においては、金属槽中で繊維に金
属を含浸させる。ここで用いられる金属としては、アル
ミニウム、マグネシウム、チタン、アンチモン、亜鉛、
錫、鉛、銅、シリコン等が適宜選択され、これらの合金
を用いてもよい。またガラスとしては任意の組成のもの
が使用される。

次に、溶融槽に浸漬された繊維束に溶融槽の外部より高
周波電磁誘導処理により高周波電磁振動を印加する。ま
た、高周波電磁誘導装置にＪ：る撮動は、周波数を適宜
定めることにより制御され、一般的には周波数が１０Ｋ
　）ｌ　ｚ〜５００Ｋ　ＨＺのものが用いられる。

このように予め引揃えた状態で高周波電磁誘導処理を施
されたｍ雑束は、ＩＩ維相間充分金属が浸透し、空隙の
少ないものとなる。

本発明においては、繊維束の表面に予め付着させた金属
が、溶融槽の外部に設（づられだ誘導コイルの直下に至
る時点で溶解することが必要であり、誘導コイルの直下
においても溶解しないと、高周波電磁誘導処理を施して
も繊維束の内部まで十分に金属を浸透させることができ
ない。このことを考慮に入れると、溶融槽の浴温は、金
属またはガラスの溶融温度よりも２０〜１００℃程度高
いことが好ましく、例えば金属としてアルミニウムを用
いる場合には、浴温は６５０〜７５０℃程庇が好ましい
。

また、槽中の繊維束の糸通し速度は０．５〜２０　ｍ／
１ｎが好ましい。０．５　ｍ／ｍｉｎよりも遅いと、金
属またはガラスとプリフォームワイヤーとの反応により
繊維強度が劣化し、生産性も低下するので好ましくない
。一方、２０　ｍ／ｍｉｎより大きいと、生産性の面で
は向上するが、繊維の開繊が不充分となるため、金属ま
たはガラスの含浸不良が起り好ましくない。

このようにして得られたＦＲＭ用プリプリフォームワイ
ヤーはプリフォームシートは、ＩＩ紺間に金属またはガ
ラスが充分に浸透し、空隙のないものが得られ、軽量で
、かつ強度、弾性等の特性が優れる。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は、本発明のＦＲＭ用プリプリフォームワイヤー
造方法の一実施例を示す■稈概略図である。

第１図において、！！帷束引揃え装置１により繊維束を
広げて引揃えられた繊維束２は、プラズマジェットやメ
タリコン等の金属溶射装置３によってアルミニウム等の
溶融金属が吹き付けられ、繊維束２の各繊維の平行性が
固定される。

この金属の付着した繊維束２はガイドロール４ａ　、４
ｂを経て、アルミニウム等の溶融している金属またはガ
ラス５が満たされている溶融槽６に導入され、含浸され
る。

また、この溶融金属またはガラス５には高周波電磁誘導
装置７により振動が与えられている。この高周波電磁誘
導装置７は高周波発振器８と誘導コイル９からなり、誘
導コイル９は溶融金属またはガラス槽６の外部上面に設
置されており、高周波発振器８からの信号により、誘導
コイル９を通じて溶融金属またはガラス５に電磁振動を
与える。

この高周波電磁振動によってｍ相間に金属またはガラス
を充分に含浸させることができる。

金属またはガラスを含浸した８８束２は、さらにガイド
ロール４ｃ　、４ｄやスリット１０またはダイスを通し
て連続的に引き出され、所望の形状を与えられると共に
、過剰の金属またはガラスを絞り取り、所定の繊維体積
含有率（Ｖｒ　）のプリフォームワイヤーとされ、例え
ば巻き取り装置１１により巻き取られる。なお、本発明
においてはプリフォームワイヤーについて述べたが、プ
リフォームシートまたはプリフォームテープについても
適用されることはいうまでもない。

［実施例１ 以下、本発明を実施例および比較例を用いて、に基づき
、さらに詳細に説明する。

実施例１ 第１図の工程に従い、５００本の繊維束からなる引張り
強度３００ｋｏ／　ｍ１２の炭化ケイ素１１ｉ！（商品
名：ニカロン、日本カーボン社製）束を引揃えてからプ
ラズマジェットでアルミニウムを溶射し、炭化ケイ素繊
維束表面にアルミニウムを付着させた。次に、アルミニ
ウムを付着さゼた炭化ケイ素１２１８束をガイドロール
を経て７００℃のアルミニウム槽中を連続的に通過させ
ると共に高周波電磁誘導処理を施した。この際、高周波
電磁誘導装置の周波数は約３０Ｋ　ｌ−（Ｚ　、誘導コ
イルとアルミニウム槽との距離はＯ〜２０１Ｒ＃Ｉ、好
ましくは５＃以下、槽中への炭化ケイ素繊維束の含浸時
間は５０秒Ｊス下、好ましくは１０秒以下、スリットへ
の糸通し速度は、約２０　ｍ／ｍｉｎ　、好ましくは１
ｏ　ｍ／ｍｔｎ以下で行なつ　ｌご　。

このアルミニウムを含有する炭化ケイ素ｍ８束をスリッ
トおよびガイドロールを通過させ、所望の形状とすると
共に、過剰のアルミニウムを絞り取り、巻き取り装置で
巻き取り、ＦＲＭ用アルミニウムプリフｔ−ムワイヤー
とした。このＦＲＭ用アルアルミニウムプリフォームワ
イヤー維体積含有率は３０容糟％であり、１１間に金属
が充分に浸透し、空隙は認められなかった。また、引張
り強度は、理論値と同じ９０ｋ（１／、２を示し、繊維
配列に乱れがないことが実証された。なお、このＦＲＭ
用アルアルミニウムプリフォームワイヤー化ケイ素繊維
束の強度を調べるために、得られたワイヤーのアルミニ
ウムを化学的に溶解除去して取り出した炭化ケイ素ＩＩ
Ｎ束の引張り強度を測定したところ、処理前のＩＩＭ強
疫８差異が認められず、金属と繊維との反応による繊維
強度の劣化が起っていないことが確認された。

実施例２ ４ｕとして引張り強度２００ｋＯ／ｓＩ２のアルミナｇ
ｉｌｔ　（Ａｌ１０３　）を用いた以外は、実施例１と
同様にしてＦＲＭ用プリプリフォームワイヤー成した。

この結果、繊維体積含有率は３０容量％であり、繊維間
に金属が充分に浸透し、空隙は認められなかった。また
、引張り強度は、理論値と同じ６０ｋ＜１／ｓｒ２であ
った。

比較例１ 実施例１において、高周波電磁誘導装置の代わりに超音
波発振器を用いた以外は、実施例１と同様にしてＦＲＭ
用プリプリフォームワイヤー成した。この結果、繊維体
積含有率は３０容量％であり、引張り強度は６０ｋｇ／
ｍｌＲ２であった。Ｆｅ等の混入により実施例１に比べ
３０％以上の強度劣化が見られ、また、超音波振動子の
溶解損失により２〜３時間の連続運転しかできなかった
。

比較例２ 実施例１と同じ炭化ケイ素ＩＩＮを用い加圧含浸法（オ
ートクレーブ法）により金属を含浸させＦＲＭ用プリプ
リフォームワイヤー成した。この結果、Ｉｌ紺体積含有
率は３０容最％であり、引張り強度は４０ｋＧ／ｓ２で
あった。溶湯に接触している時間が長いため金属と糸と
の反応による強度劣化が見られ、実施例１に比べ半分以
下の強度しか得られなかった。

「発明の効果］ 以上説明したように、本発明は、繊維に溶融槽中で金属
またはガラスを含浸させる際に、溶融槽の外部より高周
波電磁振動を印加するようにしたため以下の効果を有す
る。

槽と誘導コイルが非接触なので、 １、不純金属が溶は込むことがなく、均質なプリフォー
ム材が得られる。

２、連続運転が容易に行なえて生産性が高い。

３、メンテナンスが容易である。

４、マトリックス金属の種類または超音波振動子の材質
が限定されない。

５、誘導コイルはニカロン等耐熱性のある断熱材で被覆
されているため安全性が高い。

また、高周波電磁誘導装置を採用したため、６、振動周
波数が限定されない。

７、金属だけでなくガラスのプリフォーム材も製作でき
る。この際ガラスマトリックスが自己発熱し、湯温の低
下を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のＦＲＭプリフォームワイヤーの製造
方法の一実施例を示す工程概略図である。 １：引揃え装置、　　２：炭化ケイ素繊維束、３：金属
溶射装置、 ５：溶融金属またはガラス、　６：溶融槽７：高周波電
磁誘導装置　８：高周波発振器、９：誘導コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、繊維に溶融槽中で金属またはガラスを含浸させる際
   に、該溶融槽の外部より高周波電磁振動を印加すること
   を特徴とするプリフォームワイヤーおよびプリフォーム
   シートの製造方法。 ２、前記金属またはガラスを含浸させる前の繊維を広げ
   て引揃えた後、金属を溶射または蒸着する特許請求の範
   囲第１項に記載の製造方法。 ３、前記繊維が、炭素繊維、ホウ素繊維、炭化ケイ素繊
   維、窒化ケイ素繊維、アルミナ繊維、シリカ−アルミナ
   繊維から選択される特許請求の範囲第１項または第２項
   に記載の製造方法。 ４、前記溶融金属がアルミニウム、マグネシウム、シリ
   コン、チタン、アンチモン、亜鉛、錫、鉛、銅、もしく
   はこれらの合金から選択される特許請求の範囲第１項、
   第２項または第３項に記載の製造方法。