JPH0199768A

JPH0199768A - 金属複合材料の製造方法

Info

Publication number: JPH0199768A
Application number: JP25771887A
Authority: JP
Inventors: Atsuo Tanaka; 淳夫田中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1987-10-13
Filing date: 1987-10-13
Publication date: 1989-04-18

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、金属をマトリックスとする複合材料に係り、
更に詳細にはその製造方法に係る。

従来の技術金属をマトリックスとする複合材料の製造方法の一つと
して、繊維若しくは粒子よりなる強化材成形体を形成し
、該強化材成形体を鋳型内に配置し、該鋳型内にマトリ
ックス金属の溶湯を注湯し、該溶湯を鋳型に嵌合するプ
ランジャや上型の如き可動型にて加圧しつつ凝固させる
所謂高圧鋳造法が従来より知られている。

この高圧鋳造法による複合材料の製造に於ては、可動型
に接する部分を適正に複合化することが困難であり、か
かる問題を解決すべく、例えば本願出願人と同一の出願
人の出願にかかる特開昭６０−１１５３６０号公報に記
載されている如く、鋳型内の溶湯に強化材成形体を浮が
べた状態にて溶湯を加圧する方法や、強化材成形体の体
積率を低減する方法等が考案されている。

発明が解決しようとする問題点しかしこれらの方法に於ても、特に強化材が炭化ケイ素
ホイスカやセラミック粒子等の場合には、やはり適切な
複合化を行うことが困難であり、また強化材成形体が脆
い場合には強化材成形体の縮みや割れが発生し易く、こ
れらに起因して良好な複合材料を製造することが困難で
ある。

本願発明者はかかる問題を実験的に詳細に検討し、その
結果上述の如き問題は主として溶湯の表面に生成する酸
化被膜によるものであることが判明した。即ち一般的に
高圧鋳造に於ては、強化材成形体には先ず溶湯の酸化被
膜が接するため、酸化被膜によって強化材成形体中へ溶
湯が良好に浸透することが阻害され、その結果不均一な
温度及び圧力分布が生じ、これらに起因して強化材成形
体に割れや縮みが生じるものと推測される。

本発明は、従来の高圧鋳造による金属複合材料の製造に
於ける上述の如き問題に鑑み、強化材成形体の割れや縮
みを生じることなく良好に複合化を行うことができる金
属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、繊維若しくは粒子
よりなりその体積率が比較的高い強化材成形体と、前記
強化材成形体よりも体積率が低い繊維成形体とを用意し
、前記強化材成形体が鋳型のモールドキャビティを郭定
する壁面と前記繊維成形体との間に位置するよう前記強
化材成形体を前記繊維成形体によって前記壁面に固定し
、前記鋳型内にマトリックス金属の溶湯を導入し、該溶
湯を前記鋳型内にて加圧しつつ凝固させる金属複合材料
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によれば、強化材成形体が鋳型のモールドキャビ
ティを郭定する壁面と繊維成形体との間に位置するよう
強化材成形体が繊維成形体によって鋳型の壁面に固定さ
れ、その状態にて鋳型内にマトリックス金属の溶湯が導
入されるので、マトリックス金属の溶湯は直接的には強
化材成形体に接触せず、繊維成形体を通過した後強化材
成形体に浸透する。従って体積率の低い繊維成形体は鋳
造過程に於て強化材成形体を支持する機能及び溶湯の表
面に存在する酸化被膜に対するフィルタとしての機能を
果し、これにより繊維成形体を使用しない場合に比して
強化材成形体中への均一な浸透が良好に達成され、これ
により強化材成形体の割れや縮みを生じることなく良好
な複合化を行うことができ、また鋳造工程に於て強化材
成形体が鋳型内の所定の位置より変位することを回避す
ることができる。

本発明の一つの詳細な特徴によれば、強化材成形体は繊
維成形体の凹部に嵌合された状態にて繊維成形体により
一体的に保持される。かかる方法によれば、脆いことが
多い強化材成形体が比較的柔軟性の高い繊維成形体によ
り保護されるため、強化材成形体の損傷を回避すること
ができる。また繊維成形体は断熱層及び空気の流通を抑
制する層として作用するので、鋳造工程に先だって成形
体が予熱される場合にも強化材成形体の温度低下が低減
され、良好な複合化が行なわれることが確保され、また
強化材が炭素粒子の如く酸化されυ。

い強化材である場合にも、それらの予熱時の劣化が低減
される。更に比較的体積率の高い強化材にて強化された
領域が直接マトリックス金属のみの部分連続するのでは
なく、それらの間に比較的体積率の低い繊維にて強化さ
れた領域が存在するので、特性の急変に起因する亀裂の
如き不具合の発生を回避することができる。

また上述の如く強化材成形体が繊維成形体の成形体の凹
部に嵌合される場合には、凹部が鋳型の凸部に圧入され
ることによりこれらの成形体が鋳型に固定されることが
好ましい。この場合繊維成形体の繊維の配向は任意の配
向であってよいが、繊維成形体は強化材成形体及び鋳型
の凸部より力を受けるので、繊維の配向が二次元ランダ
ムである場合には、繊維成形体が十分な弾性、従って十
分な保持機能を有するよう、繊維は繊維成形体が受ける
力に平行な面に沿う二次元ランダムにて配向されること
が好ましい。

本願発明者が行った実験的研究の結果によれば、繊維成
形体の体積率が２％未満の場合には繊維成形体が良好な
支持機能及びフィルタとしての機能を果し得なくなり、
逆に繊維成形体の体積率が１５％を越えると、それ自身
中へのマトリックス金属の溶湯の浸透性が不良になり、
良好な複合化を行うことが困難になる。従って本発明の
他の一つの詳細な特徴によれば、繊維成形体の体積率は
２〜１５％に設定される。

尚繊維成形体の体積率を上述の範囲に設定するためには
、繊維成形体を構成する繊維は１〜１０μ程度の比較的
繊維径の大きい短繊維であることが好ましい。

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先ず第１図に示されている如く、炭化ケイ素ホイスカ２
（東海カーボン株式会社製「トーカウィスカ」）を体積
率が２０％になるよう圧縮成形することにより％２０Ｘ
４０Ｘ５１１１１１１の寸法を有する板状の強化材成形
体４を形成した。またアルミナ繊維６（ＩＣ１社製「サ
フィルＲＦＪ）を吸引成形し加工することにより、３０
ｘ５０Ｘ１５ｉＩｉの寸法を有し体積率が７％である板
状体を形成し、該板状体に対しその長手方向に沿って２
０Ｘ４０×１２■の溝８を加工することにより、第１図
に示されている如き断面Ｕ形をなす繊維成形体１゜を形
成した。

次いで強化材成形体４を繊維成形体１ｏの溝８内に嵌め
込んで強化材成形体を繊維成形体により一体的に保持し
、それらを４００　’Ｃの予熱し、しかる後第２図に示
されている如く高圧鋳造装置１２の可動型１４の下端に
繊維成形体１ｏをその溝８の部分にて圧入することによ
り、強化材成形体４が繊維成形体１０と先端１４ａの壁
面１４ｂとの間に位置するよう固定した。

次いで鋳造装置１２の主型１６等により郭定されたモー
ルドキャビティ１８内に７４０”Ｃのアルミニウム合金
（ＪＩＳ規格ＡＣ８Ａ）の溶湯２゜を注湯し、該溶湯を
可動型１４にて１２００　ｋｇ／Ｃ−に加圧し、その加
圧状態を溶湯が完全に凝固するまで保持し、これにより
ピストン粗材を形成した。

かくして形成されたピストン粗材を切断し、その炭化ケ
イ素ホイスカ及びアルミナ繊維にて複合強化された部分
を観察したところ、強化材成形体の亀裂や変形は全く生
じておらず、良好な複合化が行われていることが認めら
れた。

また比較の目的で、強化材成形体４と同様の強化材成形
体を形成し、その強化材成形体を可動型１４の下端に形
成された溝に嵌め込むことにより固定し、上述の実施例
の場合と同一の要領及び条件にて鋳造を行ない、得られ
たピストン粗材の複合強化部を観察したところ、強化材
成形体に亀裂が生じており、またその厚さが５１より３
１に減少していることが認められた。尚この場合強化材
成形体を可動型の先端の溝に圧入する際にその角が欠損
した。

実施例２第３図に示されている如く、炭化ボロン粒子２２（平均
粒径２μ）を圧縮成形することにより、体積率が５０％
であり外径４０１１１１％厚さ１５ｆｆｌＩｌｌの円板
状の強化材成形体２４を形成した。またアルミナ繊維２
６（ＩＣ１社製「サフィル」）を使用して、その体積率
が１２％になるよう内径４０ｍｍ。

外径５０ｍｍ、高さ２０■、底壁厚さ５ｍｍのカップ状
の繊維成形体２８を形成した。

次いで第４図に示されている如く、強化材成形体２４を
繊維成形体２８内に嵌め込んで強化材成形体を繊維成形
体により一体的に保持し、しかる後強化材成形体２４が
鋳造装置３０の下型３２に嵌合するプランジャ３４の先
端の壁面３４ａと繊維成形体２８の底壁との間に位置す
るよう、繊維成形体２８をプランジャ３４に嵌合させる
ことにより、これらをプランジャに固定した。次いで下
型３２等により郭定されたモールドキャビティ３６内に
７００℃のマグネシウム合金（ＪＩＳ規格ＭＣＩ）の溶
湯３８を注湯し、下型３２に上型４０を固定した後、プ
ランジャ３４を上方へ駆動することにより溶湯を１２０
０　ｋｇ／ｃｊの圧力にて加圧し、その加圧状態を溶湯
が完全に凝固するまで保持し、これによりカップ状粗材
を形成した。

かくして形成されたカップ状粗材を切断し、炭化ボロン
粒子及びアルミナ繊維にて複合強化された部分を観察し
たところ、強化材成形体に変形や亀裂は全く生じていな
いことが認められた。

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、本発明はこれらの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図は実施例１に於ける強化材成形体及び繊維成形体
を互いに組付けられた状態にて示す斜視図、第２図は第
１図に示された強化材成形体及び繊維成形体を用いて行
われる鋳造工程を示す解図的断面図、第３図は実施例２
に於ける強化材成形体及び繊維成形体を互いに組付けら
れた状態にて示す断面図、第４図は第３図に示された強
化材成形体及び繊維成形体を用いて行われる鋳造工程を
示す解図的断面図である。２・・・炭化ケイ素ホイスカ、４・・・強化材成形体。６・・・アルミナ繊維、８・・・溝、１０・・・繊維成
形体。１２・・・鋳造装置、１４・・・可動型、１６・・・主
型、１８・・・モールドキャビティ、２０・・・アルミ
ニウム合金の溶湯、２２・・・炭化ボロン粒子、２４・
・・強化材成形体、２６・・・アルミナ繊維、２８・・
・繊維成形体。３０・・・鋳造装置、３２・・・下型、３４・・・プラ
ンジャ。３６・・・モールドキャビティ、３８・・・マグネシウ
ム合金の溶湯、４０・・・上型特　許　出　願　人　　　トヨタ自動車株式会社代　　
　理　　　人　　　弁理士　　明石　昌毅へ１で饅収！トＮ、ソ３ぢ娃惟裾すお籍

Claims

【特許請求の範囲】

（１）繊維若しくは粒子よりなりその体積率が比較的高
い強化材成形体と、前記強化材成形体よりも体積率が低
い繊維成形体とを用意し、前記強化材成形体が鋳型のモ
ールドキャビティを郭定する壁面と前記繊維成形体との
間に位置するよう前記強化材成形体を前記繊維成形体に
よって前記壁面に固定し、前記鋳型内にマトリックス金
属の溶湯を導入し、該溶湯を前記鋳型内にて加圧しつつ
凝固させる金属複合材料の製造方法。
（２）特許請求の範囲第１項の金属複合材料の製造方法
に於て、前記強化材成形体は前記繊維成形体の凹部に嵌
合された状態にて前記繊維成形体により一体的に保持さ
れることを特徴とする金属複合材料の製造方法。
（３）特許請求の範囲第１項又は第２項の金属複合材料
の製造方法に於て、前記繊維成形体の体積率は２〜１５
％であることを特徴とする金属複合材料の製造方法。