JPH02138426A - 炭素短繊維強化金属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、各種用途に用いる炭素短繊維強化金属複合材
料の製造方法に関するものである。

従来の技術 金属材料とｍ維材料とを複合化した繊維強化金属複合材
料（以下ＦＲＭという）は、金属材料の強度や耐摩耗性
などの特性を改質した材料として、従来から各種の用途
に用いられている。たとえば、炭素ＩＩ維を用いたＦＲ
Ｍは耐摩耗性が向上する。

この場合炭素長繊維を用いるより、直径２０μｍ以下、
長さ５　ｒｓｍ以下の微細な炭素短＃ａ維（以下ミルド
という）を用いた方が、ＦＲＭ中に占める繊維の体積率
を増大できて、より耐摩耗性を向上できる。また炭化け
い素（以下ＳＩＣという）などのウィスカーを用いたＦ
ＲＭら耐！）耗性が向上する。

発明が解決しようとする課題 上記のようにミルドを金属と複合したＦＲＭは、金属の
耐摩耗性を向上させるが、ミルドは繊維同士のからみ合
いが悪く、プリフォーム化が￥’ｔ　Ｌいため、製造−
Ｆ問題があった。すなわち、プリフォーム体の作製にお
いては、ミルドに適量の水を加えて撹拌し、一定形状に
成形した後乾燥するが、乾燥後は小さな振動でも形状が
くずれやすく、次工桿の加圧鋳造が困難である。′＆た
ＳｉＣウィスカーなどを用いたＦＲＭも耐摩耗性が良ず
ぎ′（、他の材料の表面をイカつけることが多く実用上
問題があった。

本発明は、上記の間肋を解決するもので、炭素短繊維（
ミルド）を用いたＦＲＭの製造におけるプリフォーム体
の成形性を改良した炭素短繊維強化金属複合材料の製造
方法を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 上記の課題を解決するために本発明の炭素短繊維強化金
属複合材料の製造方法は、炭素短繊維と、ウィスカーお
よびセラミック系短ａ維の少なくと６１［！とを混合し
てプリフォーム体を形成した後、金属を溶融状態で加圧
浸透させることを特徴とするものである。

作用 上記の構成において、炭素短繊維に混合したウィスカー
およびセラミック短繊維の少なくとも１種がバインダの
役割を果たし、プリフォーム体の成形性が向上して取扱
い容易で安定なプリフォーム体を形成でき、かつ溶融金
属を加圧浸透させるので各単繊維間に浸透して、金属中
に単繊維がほぼ均一に分散した状態に複合でき、耐摩耗
性のすぐれた繊維強化金属複合材料を容易に製造するこ
とができる。

実施例 実施例１ 単繊維が直径１３μｍ、長さ１００〜５００μｍの炭素
短繊維（ミルド：比重１．７７ｇ／ｃｍ’　）と、単繊
維が直径０．４〜１．５　μｍ、長さ１０〜１００μｍ
のチタン酸カリウム（比重３．３ｇ／（２）３〉とを重
量比４：１で混合して水中に入れ、十分撹拌した後、金
型に用いたプレス成形（圧力２０ｋＯｆ／ｃｄ）により
円板状に成形し、乾燥してプリフォーム体を作製した。

得られたプリフォーム体は形くずれすることはなく、取
扱いは容易であった。このプリフォーム体が体積率４０
％となるようにして加圧鋳造法によりアルミニウム合金
（ＪＩＳ規格ＡＣ８Ａ＞と複合化させた。加圧鋳造の條
件は下記のとおりであった。

注湯温度・・・７８０℃ 加　　圧　　力・・・　５７７ｍ　　ｆ／ｃｄ金型予熱
温度・・・３００℃ 加圧時間・・・２分 なお一般に炭素１ＩｉＡ維は金属との濡れ性が悪いが、
加圧鋳造法により両者を十分に接触させることができ、
かつ短時間に加圧鋳造凝固するのでアルミニウムと炭素
との化合物を生成することがなく、材質が著しく脆くな
るようなことがない、加圧力としては３００ｋｒ　ｆ／
−以上であることが望ましい。

実　方艶　例　２ 上記実施例１で用いたのと同様の炭素短繊維とチタン酸
カリウムとを重量比１：１で混合して、実施例１と同様
の方法でプリフォーム体を成形し、このプリフォーム体
が体積率５７％となるようにして実施例１と同様の方法
でアルミニウム合金と複合化させた。なお前記プリフォ
ーム体の取扱性は極めて良好であった。

実施例３ 上記実施例１で用いたのと同様の炭素短繊維と、単繊維
が直径Ｇ、　１〜ｉ　μｍ　ｒ　ｋか５０〜２００μｍ
のＳｉＣウィスカー（比重３．２ｇ／中３）とを重量比
４：１で混合し、実施例１と同様の方法でプリフォーム
体を成形し、このプリフォーム体が体積率３５％となる
ようにして実施例１と同様の方法でアルミニウム合金と
複合化させた。なお前記プリフォーム体は極めて容易に
取扱うことができな。

本実施例で得られたＦＲＭの断面の金属組織のｐｍ鏡写
真は第１図（１００倍）および第１図の一部の拡大写真
の第２図（４００倍）に示すとおりであり、第２図の説
明図の第３図にも示すように、ミルド１はＳｉＣウィス
カー２とほぼ均一に混合して分散しており、またミルド
１にアルミニウム合金３がよく密着している。

実施例４ 上記実施例３で用いたのと同様の炭素短繊維とＳｉＣウ
ィスカーとを重量比２：１で混合し、実施例１と同様の
方法でプリフォーム体を成形し、このプリフォーム体が
体積率４０％となるようにして実施例１と同様の方法で
アルミニウム合金と複合化させた。なお、前記プリフォ
ーム体の取扱いは極めて容易に行なうことができな。

比較例１〜３ 比較例１として、実施例１で用いたのと同様のアルミニ
ウム合金単独で、実施例１で成形したものを同様の形状
の成形物を作製しな。

比較例２として、実施例１で用いたのと同様のミルドの
みを用いて、実施例１と同様の方法でプリフォーム体を
成形し、このプリフォーム体が体積率３５％となるよう
にして実施例１と同様の方法でアルミニウム合金と複合
化させた。なお前記プリフォーム体は形くずれしやすく
、取扱いは困難であった。

比較例３として、実施例３で用いたのと同様のＳｉＣウ
ィスカのみを用いて、実施ｐＡ１と同様の方法でプリフ
ォーム体を成形し、このプリフォーム体が体積率２６％
となるようにして実施例１と同様の方法でアルミニウム
合金と複合化させた。なお前記プリフォーム体の取板い
は容易であった。

上記の実施例１〜４および比較例１〜３で得られた各製
品について、大月式摩耗試験機を用いて、下記条件で摩
耗試験を行なった。得られた試験結果を第４図に示す。

摺動距離・・・８８ｍ 摺動速度・・・１ｍ／ｓａｃ 荷　　　　　　重・・・２　ｋｆ 相　手　材・・・高速度鋼 ｆｆ！４図に示すとおり、本発明の各実施例１〜４で作
製したＦＲＭは、比牽耗量（ｎｕｎ’　／　ｋｇ　ｆ−
＋ｍ　）が、比較例２のミルドのみを用いたＦＲＭに比
べて格段にすぐれており、しかもその値をチタン酸カリ
ウムやＳＩＣウィスカーの混合比およびこれらの繊維の
ＦＲＭ中での体積率を変えることにより、適宜調整でき
ることを示しているやこれに対し、比較例３のＳｉＣウ
ィスカーのみを用いたＦＲＭは耐摩耗性は高いものの、
用途によっては高すぎる場合があり、その調整のなめ体
積率を低ドさせようとすると、グリフオーム体の成形が
雑しくなり、ＦＲＭ中での分散の均一性などが低下１７
品質が悪化する。

なお以上のように本発明の方法により、ミルドを用いた
ＦＲＭの製造の際のプリフォーム体の形成を極めて容易
に行なうことができ、しかも耐摩耗性を所望の値に向上
させることができるか、このようなミルドやＳｉＣウィ
スカーなどを用いたＦＲＭは、それぞれ単独使用の場合
も含めて、般に金属単独の場合より脆くなり靭性が低下
する傾向が認められる。これに対して、取扱性のすぐれ
たプリフォーム体を得ることができる本発明の方法を利
用して、耐摩耗性を要求する表面部位のみにプリフォー
ム体を配して全体を加圧鋳造することにより、金属のも
つ靭性を大きく低下させることなく、靭性とｉｔ摩耗性
とを備えた、表面部位だけをＦＲＭ化した製品を製造す
ることらできる。

発明の効果 以上のように本発明の炭素短繊維強化複合材料の製造方
法において、炭素短繊維（ミルド）と、ウィスカーおよ
びセラミック系短繊維の少なくと６１種とを混合してプ
リフォーム体を形成した後、金属を溶融状態で加圧浸透
させることにより、ウィスカーおよびセラミック短繊維
の少なくとも１種がバインダの役割を果たし、取扱い容
易で安定なプリフォーム体を形成でき、かつ溶融金属を
加圧浸透させるので各単繊維間に浸透して、金属中に短
繊維がほぼ均一に分散し、かつ金属と短繊維とが十分密
着した状態に複合でき、かつ耐摩耗性がすぐれた製品を
得ることができ、しかもその耐摩耗性を任意に調整する
ことができるなどの格別の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例３で得られた炭素短繊維強化複
合材料の金属ＩＩＩ織を表ず頭徹鏡写真、第２図は第１
図の一部の拡大写真、第３図は第２しｌの説明図、第４
図は本発明の実施例１〜・１お、１び比較例１〜３で得
られた各製品の摩耗試験結果を示す図である。 １・・・ミルド（炭素短繊維）、２・・・ＳｉＣウィス
カー　３・・・アルミニウム合金。 代理人　　　森　　木　　義　　弘

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、炭素短繊維と、ウィスカーおよびセラミック系短繊
   維の少なくとも１種とを混合してプリフォーム体を形成
   した後、金属を溶融状態で加圧浸透させることを特徴と
   する炭素短繊維強化金属複合材料の製造方法。