JPH02194136A

JPH02194136A - 短繊維及び潤滑粒子強化金属複合材料の製造方法

Info

Publication number: JPH02194136A
Application number: JP1359089A
Authority: JP
Inventors: Atsuo Tanaka; 淳夫田中; Takashi Morikawa; 隆森川; Masahiro Kubo; 雅洋久保
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1989-01-23
Filing date: 1989-01-23
Publication date: 1990-07-31

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、金属基複合材料の製造方法に係り、更に詳細
には短繊維及び潤滑粒子にて複合強化された金属よりな
る複合材料の製造方法に係る。

従来の技術強化繊維の体積率が高い複合材料の製造方法の一つとし
て、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５９−５３６４２号公報に記載されている如く、繊
維体を強化材とし金属をマトリックスとする複合材料片
をそのマトリックス金属の少なくとも一部が溶融状態と
なる温度にまで加熱し、これを加圧して繊維体内のマト
リックス金属の一部を繊維体外へ流出させ、しかる後マ
トリックス金属を凝固させる複合材料の製造方法が従来
より知られている。

かかる複合材料の製造方法に於て、例えば特開昭５８−
９３８４５号公報に記載されている如く、複合材料の耐
焼付き性の如き摺動特性を向上させる目的で黒鉛粒子の
如き潤滑粒子と強化繊維との混合物を強化材とする複合
材料を形成し、その複合材料を加熱して加圧することに
より、強化繊維及び潤滑粒子の両方の体積率が高い複合
材料を製造することが考えられる。

発明が解決しようとする課題しかし潤滑粒子及び強化繊維の混合物を強化材とする複
合材料を加圧すると、溶融状態のマトリックス金属が流
動することに伴って潤滑粒子も移動してしまい、そのた
め潤滑粒子が複合材料全体に均一に分散された複合材料
を製造することが困難であり、また複合材料の領域より
流出するマトリックス金属と共にａ１滑粒子も複合材料
の領域外へ流動してしまい、その結果強化繊維及び潤滑
粒子の体積率が所望の値に設定された複合材料を製造す
ることが困難であり、また潤滑粒子の体積率の高い複合
材料を製造することが困難である。更にかかる問題は、
複合材料を加圧し、複合材料の領域より流出したマトリ
ックスにて複合材料の部分と一体をなす部材の他の部分
を成形する場合や、複合材料の領域より流出したマトリ
ックス金属にて複合材料を他の部材と接合する場合に特
に顕著である。

本発明は、上述の先の提案にかかる複合材料の製造方法
に於て加圧される複合材料の強化材が強化繊維と潤滑粒
子との混合物である場合に於ける上述の如き種々の問題
に鑑み、強化繊維及び潤滑粒子の体積率が高く、潤滑粒
子が複合材料全体に亙り所定の体積率にて均一に分散さ
れた複合材料を容易に且低廉に製造することのできる方
法を提供することを目的としている。

課題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、短繊維の平均直径
に対する潤滑粒子の平均直径の比が２゜５以上である短
繊維及び潤滑粒子の混合物を強化材とし金属をマトリッ
クスとする複合材料を加熱して前記マトリックスの少な
くとも一部を溶融させ、前記複合材料を加圧して前記マ
トリ・ソクスの一部を前記複合材料の領域外へ流出させ
ることを含む短繊維及び潤滑粒子強化金属複合材料の製
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、加圧される複合材料の強化材として短
繊維の平均直径に対する潤滑粒子の平均直径の比が２．
５以上である短繊維及び潤滑粒子の混合物が使用され、
複合材料が加圧されてマトリックスの一部が複合材料の
領域外へ流出せしめられる場合にも、短繊維によって潤
滑粒子がその元の位置より大きく移動したり複合材料の
領域外へ流出することが阻止され、これにより潤滑粒子
が所定の高体積率にて複合材料全体に実質的に均一に分
散された複合材料を容易に且能率よく製造することがで
きる。

また本発明によれば、複合材料が加圧される際にそのマ
トリックス金属が加圧手段によって急冷されることによ
り微細な組織となるので、このことによっても複合材料
の特性を向上させることができる。

また本発明の方法によれば、加圧される前の複合材料を
製造するための短繊維及び潤滑粒子よりなる複合成形体
に於ける短繊維及び潤滑粒子の体積率は低い値であって
よく、従ってこれらの体積率が高い複合成形体が形成さ
れる場合に比して短繊維及び潤滑粒子が均一に混合され
た成形体を容易に製造することができ、また吸引成形に
より複合成形体を形成しその複合成形体を圧縮する等の
方法による場合に比して複合成形体を能率よく形成する
ことができ、これにより体積率の高い短繊維及び潤滑粒
子にて複合強化された金属よりなる複合材料を能率よく
製造することができる。

本発明の一つの実施例によれば、複合材料を加圧してマ
トリックスの一部を複合材料の領域外へ流出させ、これ
により短繊維及び潤滑粒子の体積率の高い複合材料を形
成すると共に、複合材料の領域外へ流出せしめられたマ
トリックスを所定の形状に成形することにより、複合材
料と一体に形成され実質的にマトリックス金属のみより
なる部分を含む部材が形成される。

また本発明の他の一つの実施例によれば、複合材料の加
圧に際し複合材料に隣接して他の金属部材が配置される
ことにより、短繊維及び潤滑粒子の体積率の高い複合材
料が形成されると共に、それと同時に複合材料の領域外
へ流出せしめられたマトリックス金属により複合材料が
他の金属部材と接合される。

本発明の一つの詳細な特徴によれば、短繊維及び潤滑粒
子が互いに均一に混合されるよう、また潤滑粒子が複合
材料の強度の如き性質を悪化させることかないよう短繊
維の平均直径に対する潤滑粒子の平均直径の比は１００
以下、好ましくは５０以下に設定される。

また本発明の他の一つの詳細な特徴によれば、加圧され
る前に於ける複合材料中の短繊維の体積率は２〜３０％
、好ましくは４〜１５％に設定され、潤滑粒子の体積率
は５〜３０％、好ましくは１０〜２０％に設定され、短
繊維の体積率に対する潤滑粒子の体積率の比は１／２〜
７、好ましくは１〜５に設定される。

尚本発明に於ける短繊維は不連続繊維、ウィスカ、及び
連続繊維のチョツプド繊維の何れであってもよい。

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平均直径２μ、平均繊維長２ＩＩｍのアルミナ−シリカ
短繊維（イソライト工業株式会社製「カオウール」）を
平均直径１０μの黒鉛粒子と共に吸引成形することによ
り、第１図に示されている如く、体積率約６％のアルミ
ナ−シリカ短繊維１０と体積率約１５％の黒鉛粒子とよ
りなり２０Ｘ１０Ｘ２０ｍｓ＋の寸法を有する複合成形
体１４を４個形成した。次いで各複合成形体を４００℃
に予熱した後、第２図に示されている如く複合成形体を
鋳型１６のモールドキャビティ１８の窪み２０内に配置
し、モールドキャビティ内に７４０℃のアルミニウム合
金（Ｊ　Ｉ　Ｓ＊ｔ８ＡＤＣ１２）の溶湯２２を注渇し
、該溶湯を鋳型１６に嵌合するプランジャ２４により約
１０００ｋｇ／ｃ−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た。また第３図に示さ
れている如く、各爪部にリブ２６及び２８を有するシフ
トフォーク本体３０をダイキャストによりアルミニウム
合金（ＪＩＳ規格ＡＤＣ１２）にて形成した。

次いで第４図に示されている如く、互いに共働してシフ
トフォークの爪部の形状を郭定するキャビティ３２及び
３４をそれぞれ有する上型３６及び下型３８を用意し、
上述の高圧鋳造により得られた凝固体をアルミニウム合
金（ＪＩＳ規格ＡＤＣ１２）の溶湯中に沈めて取出し、
これによりアルミナ短繊維及び黒鉛粒子にて複合強化さ
れた複合材料４０を凝固体より取出すと共に、複合材料
中のアルミニウム合金を溶融させ、その状態にて複合材
料をシフトフォーク本体３０の各リブ２６及び２８の両
側に配置し、それらを上型３６及び下型３８の間に配置
し、複合材料をそれらの型の間にて約２０００ｋｇ／ｃ
−の圧力に加圧し、複合材料中の溶融アルミニウム合金
の一部を複合材料中より流出させると共に、かくして流
出したアルミニウム合金により複合材料をシフトフォー
ク本体と接合させた。第４図の図にて手前側のアーム部
の先端はかくして形成された爪部４１を示しており、４
２は余分なアルミニウム合金により形成されたパリを示
している。

次いでかくして形成されたシフトフォーク粗材の爪部を
切断してその断面を観察したところ、アルミナ−シリカ
短繊維及び黒鉛粒子の体積率はそれぞれ１２％、３０％
に増大しており、短繊維及び黒鉛粒子は複合材料の部分
全体に亙り実質的に均一に分散していることが認められ
た。また複合材料の部分は元のシフトフォーク本体の部
分と良好に接合しており、それらの間には接合界面は認
められなかった。

また比較の目的で、この実施例に於て使用された。アル
ミナ−シリカ短繊維及び黒鉛粒子と同一のアルミナ−シ
リカ短繊維及び黒鉛粒子よりなり、それぞれの体積率が
約１２％、約３０％である複合成形体を形成し、それら
の成形体を４００℃に予熱した後シフトフォークを鋳造
するためのダイキャスト金型の所定の位置に配置し、該
金型内に７４０℃アルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＤＣ
１２）の溶湯を約１０００ｋｇ／ｃ−の圧力にて射出し
、これにより爪部が複合材料よりなるシフトフォークの
鋳造を試みた。しかし複合成形体中にはごく僅かしかア
ルミニウム合金が充填されておらず、良好なシフトフォ
ークを形成することはできなかった。

実施例２平均直径０．２μ、平均繊維長５０μの炭化ケイ素ウィ
スカ（東海カーボン株式会社製）を平均直径１．５μの
８８粒子と共に吸引成形することにより、体積率的４％
の炭化ケイ素ウィスカと体積率的１２％の８８粒子とよ
りなり直径９０−１高さ３０ａｓの寸法を有する円柱状
の複合成形体を形成した。次いでこの複合成形体を用い
て実施例１の場合と同様の加圧鋳造を行うことにより、
第５図に示されている如く、体積率的４％の炭化ケイ素
ウィスカ４４及び体積率的１２％のＢＮ粒子４６にて複
合強化されたアルミニウム合金ｉｆＳ規格ＡＣ２Ｂ）よ
りなる複合材料４８を形成した。

次いで第６図に示されている如く、複合材料４８中のマ
トリックス金属としてのアルミニウム合金が溶融状態に
あるうちにその複合材料を互いに共働して斜板式コンプ
レッサ用の斜板を鋳造するためのモールドキャビティを
郭定する上型５０と下型５２との間に配置し、それらの
型にて複合材料を約１５００ｋｇ／ｃ−の圧力にて加圧
し、これにより複合材料中の炭化ケイ素ウィスカ及び８
８粒子の体積率を増大させると共に複合材料中のアルミ
ニウム合金の溶湯の一部４８ａを複合材料の領域外へ流
出させ、複合材料より流出したアルミニウム合金により
斜板の一体的なシャフト部を形成した。

次いでかくして形成された斜板粗材を切断しその断面を
観察したところ、炭化ケイ素ウィスカ及び８８粒子の体
積率はそれぞれ約１２％、３６％に増大されており、第
７図に示されている如く、ウィスカ及び８８粒子は斜板
部５４を郭定する複合材料中に実質的に均一に分散され
ていることが認められた。またシャフト部５６及び５８
は斜板部５４と一体に形成されており、これらのシャフ
ト部には実質的な量の８８粒子は存在していないことが
認められた。

実施例３平均直径１μ、３μ、５μ、１０μ、３０μの黒鉛粒子
をそれぞれ平均直径２μ、平均繊維長２■−のアルミナ
−シリカ短繊維（イソライト工業株式会社製「アルシロ
ン」）と共に吸引成形することにより、体積率的５％の
アルミナ−シリカ短繊維と体積率的１５％の黒鉛粒子と
よりなり２０・×１０８８０ｇ−の寸法を有する複合成
形体を形成した。また同様に平均直径１μ、３μ、５μ
、１０μ、３０μの黒鉛粒子を平均直径０．２μ、平均
繊維長５０μの炭化ケイ素ウィスカ（東海カーボン株式
会社製）と共に吸引成形することにより、体積率的１０
％の炭化ケイ素ウィスカと体積率的２０％の黒鉛粒子と
よりなる同一寸法の複合成形体を形成した。

次いでマトリックス金属としてアルミニウム合金（ＪＩ
Ｓ規格ＡＣ４Ｃ）が使用された点を除き実施例１の場合
と同一の要領にて複合材料を形成し、形成された各複合
材料を加圧してその厚さをｌＯｍ崖より５ｓｖに低減し
、かくして得られた各複合材料を切断してその断面を観
察し、これにより黒鉛粒子の分散状態を検査した。その
結果を下記の表に示す。

繊維の直径　　　　　　粒子の直径（μ）２　　　　　
　　　　ｘ　　　　Δ　　　ｏ　　　ＯＯＯ，２０００
００注二〇・・・良好 Δ・・・粒子の分散状態不均− Ｘ・・・粒子が流出この表より、短繊維の平均直径に対する潤滑粒子の平均
直径の比は２，５以上であることが好ましいことが解る
。

以上に於ては本発明を幾つか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稲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図はアルミナ−シリカ短繊維及び黒鉛粒子よりなる
複合成形体を示す斜視図、第２図は第１図に示された複
合成形体を用いて行われる加圧鋳造を示す解図、第３図
はシフトフォーク本体を示す斜視図、第４図は第３図に
示されたシフトフォーク本体の爪部の鋳造工程及び鋳造
後の状態を示す解図的斜視図、第５図は炭化ケイ素ウィ
スカ及び８８粒子よりなる複合成形体を示す斜視図、第
６図は複合材料を加圧することにより斜板式コンプレッ
サ用の斜板が形成される要領を示す解図、第７図は第６
図に示された工程により形成された斜板粗材を示す解図
的断面図である。１０・・・アルミナ−シリカ短繊維、１２・・・黒鉛粒
子、１４・・・複合成形体、１６・・・鋳型、１８・・
・モールドキャビティ、２０・・・窪み、２２・・・ア
ルミニウム合金の溶湯、２４・・・プランジャ、２６．
２８・・・リブ、３０・・・シフトフォーク本体、３２
．３４・・・キャビティ、３６・・・上型、３８・・・
下型、４０・・・複合材料、４１・・・爪部、４２・・
・パリ、４４・・・炭化ケイ素ウィスカ、４６・・・８
８粒子、４８・・・複合成形体、５０・・・上型、５２
・・・下型、５４・・・斜板部、５６．５８・・・シャ
フト部第４図ｔ＋１３０・・シフトフォーク本体４０・・複合材料娯・・アルミナ−シリカ短繊維・・黒鉛粒子・・複合成形体・・アルミニウム合金の溶、Ｉ・・シフトフォーク本体第図第４８・・複合材料ネ図

Claims

【特許請求の範囲】

短繊維の平均直径に対する潤滑粒子の平均直径の比が２
．５以上である短繊維及び潤滑粒子の混合物を強化材と
し金属をマトリックスとする複合材料を加熱して前記マ
トリックスの少なくとも一部を溶融させ、前記複合材料
を加圧して前記マトリックスの一部を前記複合材料の領
域外へ流出させることを含む短繊維及び潤滑粒子強化金
属複合材料の製造方法。