JPS6362306B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、繊維、細線材、粉末材、ホイスカ等
の強化材をマトリツクス金属中に含んでいる複合
材料の製造方法に係る。

複合材料の一つとして、ボロン、炭素、アルミ
ナ、炭化ケイ素よりなり高強度、高弾性を有する
繊維を強化材とし、純アルミニウムの如き金属ま
たは合金をマトリツクスとする繊維強化金属材料
（FRM）が知られており、かかる繊維強化金属材
料を製造する方法としては従来より種々の方法が
提案されている。

これら従来の繊維強化金属材料の製造方法の一
つとして、型内に繊維強化材を充填した後、該型
内に溶融マトリツクス金属を導入し、該型に係合
するプランジヤ要素によつて溶融マトリツクス金
属を型内にて加圧しつつ凝固させる所謂高圧鋳造
法が知られている。

この高圧鋳造法に於ては、本願出願人と同一の
出願人の出願にかかる特願昭55−107040号に於て
提案されている如く、強化材の各繊維間に溶融マ
トリツクス金属が確実に浸透するように、複合に
先立つて強化材はマトリツクス金属の融点以上の
温度に予熱され、成形型の成形空間内に成形型の
壁面に直接接触しないようにこれより隔置された
遊嵌状態に装填されるのが好ましい。

かかる高圧鋳造法に於て、上記特願昭55−
107040号に於て実施例として示されている如く、
複合材料を構成すべき強化材が成形型装置内に形
成された一つの型空間内に設定され、この型空間
の一部にプランジヤ要素が係合されることにより
型空間内へ注入された溶融マトリツクス金属の加
圧が行われる場合には、強化材が予めマトリツク
ス金属の融点以上に加熱されていることから、強
化材の多孔構造内に浸透した溶融マトリツクス金
属はその周りを占める成型型内のマトリツクス金
属よりも高い温度にあり、かかる状態から出発し
てプランジヤ要素による加圧状態を保ちつつ強化
材及び溶融マトリツクス金属より熱を成形型装置
を経て放散させつつマトリツクス金属の冷却凝固
が行われると、溶融マトリツクス金属のうちの最
後に溶融する部分は強化材内に位置し、特に強化
材内の中心部に位置することとなる。通常溶融金
属の層が凝固する時には、最後に凝固する部分に
は収縮巣などの強度的に劣る欠陥部が生じ易い。

本発明は、繊維等の強化材と金属よりなる複合
材料を高圧鋳造法により製造する際に於ける上述
の如き問題に鑑み、かかる問題を簡単な方法によ
り回避することのできる複合材料の製造方法を提
供することを目的としている。

かかる目的は、本発明によれば、多孔構造の強
化材を遊嵌状態に受入れる強化材受容室と、前記
強化材受容室に連通し溶融したマトリツクス金属
を受入れこれを加圧するための加圧室と、前記加
圧室に係合し該加圧室の容積を縮小することので
きるプランジヤ要素とを含む成形型装置を用い、
前記強化材を前記マトリツクス金属の融点以上に
加熱して前記強化材受容室内へ装填し、前記強化
材受容室と前記加圧室とを含む型空間内へ前記マ
トリツクス金属を溶融状態にて注入し、溶融状態
にある前記マトリツクス金属を加圧し、加圧下に
て前記マトリツクス金属を凝固させることにより
前記強化材と前記マトリツクス金属とが複合した
複合材料を製造する方法にして、前記加圧室の断
面が前記強化材受容室の断面より大きくされてい
ることにより前記強化材受容室内の前記金属マト
リツクスの全てが凝固した後前記加圧室内にて前
記金属マトリツクスの最終凝固が生ずることを特
徴とする方法によつて達成される。

かかる本発明による複合材料の製造方法によれ
ば、成形型装置の型空間内にあつて強化材の多孔
構造の内部に浸透しまたその周りを包む溶融マト
リツクス金属の全体は、それより熱が成形型装置
へ向けて逃されることにより冷却されて凝固する
に当つて、加圧室を占める部分よりも強化材受容
室内を占める部分にてより速く冷却されることに
よりより早く凝固するので、型空間内に於ける溶
融マトリツクス金属の最終凝固部が強化材と複合
材料を構成すべく強化材受容室内にある部分に位
置することが確実に回避され、溶融マトリツクス
金属の最終凝固部は製造されるべき複合材料の一
部とはならない加圧室内に位置することとなる。
かくして本発明によれば、マトリツクス金属が強
化材の多孔構造内に良好に浸透した優れた性能を
有する複合材料を部分的欠陥を含まない形にて確
実に得ることができる。

以下に本発明による複合材料の製造方法を実施
例について説明する。

第１図及び第２図に示されている如く、長さ80
mmの炭素繊維１（繊維直径7μ、東レ社製トレカ
M40）を一方向に配向し、これを体積率が65％と
なるよう成形した。次いでかくして成形された炭
素繊維１を、一端のみ開口し、長さ90mm、直径26
mm、板厚1.0mmの円筒状のステンレス鋼（JIS規格
SUS310S）製のケース２内に、その閉じられた
端部に空気室３が形成されるよう装填した。更に
ケース２内に充填された炭素繊維１を900℃に加
熱し、第３図に示されている如く、これを遊嵌状
態にて受入れる300℃の金型４の強化材受容室５
内に、ケースの外壁面と型の内壁面との間に空間
層６が残されるよう配置した。次いで金型４の加
圧室７内に850℃の純アルミニウム溶湯８を素早
く注湯し、200℃のプランジヤ要素９により1000
Kg／cm²に加圧した。そしてこの加圧状態をアルミ
ニウム溶湯が完全に凝固するまで保持した。

かくして金型４内のアルミニウム溶湯が完全に
凝固した後、その凝固体を金型より取り出し、ケ
ース２とその周囲に凝固付着しているアルミニウ
ムを切削により除去し、炭素繊維１と純アルミニ
ウムよりなる複合材料を取り出した。

上述の如き要領にて製造された複合材料の炭素
繊維に沿う方向及びそれに垂直な方向の断面を観
察したところ、炭素繊維の配向状態の乱れやその
予熱による配化劣化は認められず、また体積率も
鋳造前の体積率である65％の値が維持されている
ことが確認された。

更にこの複合材料について繊維配向０度方向の
引張り試験を行なつたところ、この複合材料は70
〜90Kg／mm²と高い引張り強さを有するものである
ことが確認された。

また上記実施例の如く、炭素繊維をケース内に
充填し、炭素繊維をマトリツクス金属の融点以上
に予熱し、これをケースごと型内に遊嵌状態にて
配置することにより、炭素繊維は鋳造中もケース
によつて所定の形状、密度、配向状態に保持さ
れ、これにより炭素繊維が適宜に配向され且純ア
ルミニウムのマトリツクスと炭素繊維とが一層強
固に結合された優れた機機械的性質を有する複合
材料が内部にマトリツクス金属の最終凝固部に生
ずる欠陥を含むことなく得られる。

尚、本発明による複合材料の製造方法に於て
も、上の実施例に於ける如く、炭素繊維の長さよ
りも長いケースを使用し、その一端部を閉じてこ
こに空気室３を設け、注湯され加圧される溶湯に
よつて強化材の多孔構造内に存在する空気を空気
室内へ押出すことにより、強化材とマトリツクス
金属とを更に一層強固に結合させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ強化材を装填され
たケースを示す解図的斜視図及び断面図、第３図
は本発明の製造方法に従つて複合材料を製造する
製造工程を示す説明図である。 １…炭素繊維、２…ケース、３…空気室、４…
金型、５…強化材受容室、６…空間層、７…加圧
室、８…純アルミニウムの溶湯、９…プランジヤ
要素。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多孔構造の強化材を遊嵌状態に受入れる強化
   材受容室と、前記強化材受容室に連通し溶融した
   マトリツクス金属を受入れこれを加圧するための
   加圧室と、前記加圧室に係合し該加圧室の容積を
   縮小することのできるプランジヤ要素とを含む成
   形型装置を用い、前記強化材を前記マトリツクス
   金属の融点以上に加熱して前記強化材受容室内へ
   装填し、前記強化材受容室と前記加圧室とを含む
   型空間内へ前記マトリツクス金属を溶融状態にて
   注入し、溶融状態にある前記マトリツクス金属を
   加圧し、加圧下にて前記マトリツクス金属を凝固
   させることにより前記強化材と前記マトリツクス
   金属とが複合した複合材料を製造する方法にし
   て、前記加圧室の断面が前記強化材受容室の断面
   より大きくされていることにより前記強化材受容
   室内の前記金属マトリツクスの全てが凝固した後
   前記加圧室内にて前記金属マトリツクスの最終凝
   固が生ずることを特徴とする方法。