JPH02197536A - 金属基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、金属基複合材料に係り、更に詳細にはその製
造方法に係る。

従来の技術 比較的低体積率の微細な短繊維若しくは粒子を強化材と
する金属基複合材料の製造方法として、例えば昭和６０
年に（社）軽金属協会より出版された「アルミニウム材
料の基礎と工業技術」　（軽金属協会編）の第３９６頁
〜第３９９頁に記載されている如く、半溶融状態のマト
リックス金属の溶湯を撹拌しつつその溶湯中に強化材を
添加するコンポキャスト法や、マトリックス金属の粉末
と強化材とを混合しその混合物を焼結する粉末冶金法が
従来より知られている。

これらの方法によれば、強化材の成形体が形成され、該
成形体中にマトリックス金属の溶湯が加圧によって浸透
せしめられる加圧鋳造法に比して、比較的低体積率の微
細な強化材にて複合強化された複合材料を容易に製造す
ることができる。

発明が解決しようとする課題 しかしコンポキャスト法に於ては、強化材が溶湯に対す
る濡れ性に優れた強化材でなければ強化材をマトリック
ス金属の溶湯中に分散させることができず、また例えば
直径１μ以下の粒子の如く非常に微細な強化材はクラス
ター（集合塊）を形成し易く、そのため強化材が均一に
分散された複合材料を製造することが困難である。更に
溶湯を半溶融状態に維持するための厳密な温度制御等が
必要であり、従って複合材料を容易に製造することが困
難である。

また粉末冶金法に於ては、強化材とマトリックス金属と
の密着性に優れ空孔等の欠陥を含まない複合材料を製造
することが困難であり、またマトリックス金属の粉末と
強化材とを均一に混合することが困難であるため、強化
材が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、更には強化材が短繊維である場合には金属粉末と
強化材とを混合する過程に於て短繊維が折損等を受は易
いという問題がある。

更にコンポキャスト法に於ては溶湯を半溶融状態にて撹
拌することが必須であり、粉末冶金法に於ては金属粉末
と強化材との混合物を圧縮することが必要であるため、
例えばアンダーカット部を含む部材の如く複雑な形状の
複合材料製の部材を製造することが困難である。

本発明は、コンポキャスト法及び粉末冶金法に於ける上
述の如き問題に鑑み、比較的低体積率の微細な短繊維若
しくは粒子がマトリックス金属と良好に密着した状態に
て均一に分散され空孔等の欠陥を含まない複合材料を容
易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、微細な短繊維若し
くは粒子にて複合強化された金属よりなる複合材料をマ
トリックス金属の溶湯中に浸漬し、前記複合材料に耐熱
性を有するブラシを当接させ、前記ブラシに高周波振動
を与えつつ前記溶湯を撹拌することを含む金属基複合材
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、複合材料に耐熱性を有するブラシが当
接され、そのブラシに高周波振動が与えられた状態にて
マトリックス金属の溶湯が撹拌されるので、ブラシによ
って複合材料が漸次はぐされることにより強化材、即ち
短繊維若しくは粒子が漸次マトリックス金属の溶湯中に
解放され、強化材がマトリックス金属の溶湯と共に撹拌
されることにより溶湯と混合され、これにより強化材が
溶湯に対する濡れ性の悪い強化材の場合にもクラスター
を形成することなくマトリックス金属の溶湯中に均一に
分散される。またマトリックス金属の溶湯はコンポキャ
スト法の場合の如く半溶融状態である必要はなく完全に
溶融した状態であってよいので、厳密な温度制御等は不
要であり、従ってコンポキャスト法の場合に比して容易
に複合材料を製造することができる。

また強化材は元の複合材料より解放された直後にマトリ
ックス金属の溶湯と撹拌により混合されるので、粉末冶
金法に比して強化材とマトリックス金属との密着性に侵
れ空孔等の欠陥を含まない複合材料を容易に製造するこ
とができる。また強化材は完全に溶融した状態のマトリ
ックス金属と混合されるので、強化材が固体の金属粉末
と混合されるコンポキャスト法の場合の如く強化材の折
損等の問題の発生を回避することができ、またマトリッ
クス金属の溶湯と均一に混合することができ、これによ
りコンポキャスト法の場合に比して正常な状態の強化材
が均一に分散された複合材料を容易に製造することがで
きる。

更に本発′明によれば、比較的低体積率の微細な強化材
が均一に分散された複合金属溶湯を形成することができ
るので、ただ単に複合金属溶湯を例えば重力鋳造用の鋳
型に注湯し凝固させることにより、複雑な形状を有し全
体に亙り強化材が均一に分散された複合材料製の部材を
容易に製造することができる。

本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、ブラ
シの振動方向がその毛の延在方向に対し垂直な方向の場
合よりも毛の延在方向に沿う方向である場合に強化材を
より一層均−に分散させることができる。従って本発明
の一つの詳細な特徴によれば、ブラシは実質的にその毛
の延在方向に沿う方向に振動せしめられる。

また本発明の方法に於ては、予め準備される複合材料の
マトリックス金属はそれが浸漬されるマトリックス金属
と同一の組成の金属であってもよく、また異なる組成の
金属であってもよく、前者の場合には予め準備される複
合材料とマトリックス金属が同一の複合材料を製造する
ことができ、後者の場合には複合材料の製造と同時にそ
のマトリックス金属の組成を変化させることができる。

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 炭化ケイ素ウィスカ（東海カーボン株式会社製「トーカ
ウィスカ」）を圧縮成形することにより、体積率約３０
％の炭化ケイ素ウィスカよりなり２０Ｘ４０Ｘ１００ｍ
ｍの寸法を有する成形体を形成した。次いで成形体を４
５０℃に予熱した後、第１図に示されている如（成形体
１０を鋳型１２内に配置し、該鋳型内に７４０℃のアル
ミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ４Ｃ）を注渇し、該溶湯
を鋳型に嵌合するプランジャ１４により約１０００　ｋ
ｇ／Ｃ−の圧力に加圧し、その加圧状態を溶湯が完全に
凝固するまで保持することにより、体積率３０％の炭化
ケイ素ウィスカにて複合強化されたアルミニウム合金よ
りなる複合材料を含む鋳物を形成した。

次いで鋳物に対し機械加工を施すことにより鋳物より複
合材料を取出し、第２図に示されている如く、その複合
材料１６をセラミックよりなる支持具１８に固定し、複
合材料をヒータ２０により７４０℃に維持された５　ｋ
ｇのアルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ４Ｃ）の溶湯２
２中に浸漬保持した。次いで第２図に示されている如く
、アルミナの基板２４に直径１０μのアルミナ繊維より
なる毛２６が植毛された耐熱ブラシ２８の毛を複合材料
１６に当接させ、ブラシ２８を超音波発振器３０により
ホーン３２を介して２８ｋＨｚ、１５０Ｗにて基板２４
の延在方向に垂直な方向、即ち毛２６の延在方向に沿う
方向に加振し、これと共に溶湯２２をプロペラ３４によ
り撹拌した。この場合約５分経過した時点に於て全ての
炭化ケイ素ウィスカが溶湯２２中に分散した。これと同
様の要領にて合計１０個の複合材料を処理し、しかる後
更に３０分間溶湯２２を撹拌し、しかる後溶湯をそのま
ま凝固させた。

次いでかくして形成された複合材料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が体積率約１０％
にて複合材料全体に均一に分散されており、炭化ケイ素
ウィスカとアルミニウム合金との密着も良好であること
が認められた。

また上述の場合と同一の要領及び条件にて体積率約１０
％の炭化ケイ素ウィスカが均一に分散された複合溶湯を
形成し、該溶湯を重力鋳造装置の鋳型内に注湯すること
により、長さ１５０ｍｍ、外径９０ｍｍ、内径８０關の
寸法を有し、長手方向中央部の外面に幅１０ｍｍ、深さ
２Ｉ１１の溝を有するスリーブを形成した。次いでかく
して形成されたスリーブをその軸線に沿う方向及び軸線
に垂直な方向に切断し、それらの断面を観察したところ
、このスリーブに於ても炭化ケイ素ウィスカが体積率約
１０％にてスリーブ全体に均一に分散されており、炭化
ケイ素ウィスカとアルミニウム合金との密着も良好であ
ることが認められた。

実施例２ 第３図に示されている如く、ブラシ２８がその基板２４
の延在方向に沿って加振された点を除き、上述の実施例
１の場合と同一の要領及び条件にて複合材料を形成した
。

この実施例に於ても炭化ケイ素ウィスカが体積率約１０
％にて実質的に均一に分散されていたが、炭化ケイ素ウ
ィスカの分散状態の均一性は実施例１に於ける複合材料
はど良好ではなかった。

比較例 ブラシ２８を超音波発振器により加振するのではなく手
動的に駆動することにより複合材料がほぐされた点を除
き、上述の実施例１の場合と同一の要領及び条件にて複
合材料を形成した。

その結果複合材料はその脆弱な部分にて大きい塊りとな
って崩れ、炭化ケイ素ウィスカが均一に分散された複合
材料を製造することはできなかった。

またブラシ２８により複合材料をほぐさず、プロペラ３
４によるアルミニウム合金の溶湯の撹拌のみを行って同
様に複合材料の製造を試みたところ、複合材料はほぐれ
ず、従って炭化ケイ素ウィスカは全く溶湯２２中に分散
しなかった。

実施例３ 平均粒径０．５μの炭化ケイ素粒子を圧縮成形すること
により、体積率約４０％の炭化ケイ素粒子よりなり２０
　Ｘ　４０　Ｘ　１００　ｍ＋ｓの寸法を有する成形体
を形成した。次いで成形体を６００℃に予熱した後その
成形体を実施例１に於て使用された鋳型と同一の鋳型内
に配置し、該鋳型内に７５０℃のアルミニウム合金（Ｊ
ＩＳ規格ＡＣＩＡ）の溶湯を注湯し、該溶湯をプランジ
ャにより約１０００ｋｇ／ｃｄの圧力に加圧し、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
体積率４０％の炭化ケイ素粒子にて複合強化されたアル
ミニウム合金よりなる複合材料を含む鋳物を形成した。

次いで鋳物に対し機械加工を施すことにより鋳物より複
合材料を取出し、かくして得られた複合材料が使用され
、マトリックス金属の溶湯として７５０℃のアルミニウ
ム合金（ＪＩＳ′ＭＬ格ＡＣＩＡ）が使用された点を除
き、上述の実施例１の場合と同一の要領及び条件にて合
計で８個の複合材料を処理した。

次いでかくして形成された複合材料を切断しその断面を
観察したところ、体積率１１％の炭化ケイ素粒子が複合
材料全体に亙り均一に分散されており、炭化ケイ素粒子
とアルミニウム合金との密着も良好であることが認めら
れた。

また上述の場合と同一の要領及び条件にて体積率約１１
％の炭化ケイ素粒子が均一に分散された複合溶湯を形成
し、該溶湯を重力鋳造装置の鋳型内に注湯することによ
り、実施例１のスリーブと同一の寸法及び形状を有する
スリーブを形成し、該スリーブをその軸線に沿う方向及
び軸線に垂直な方向に切断してそれらの断面を観察した
ところ、このスリーブに於ても炭化ケイ素粒子が体積率
約１１％にてスリーブ全体に均一に分散されており、炭
化ケイ素粒子とアルミニウム合金との密着も良好である
ことが認められた。

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図は加圧鋳造工程を示す断面図、第２図は本発明の
一つの実施例に従って複合材料が製造される状態を示す
断面図、第３図はブラシに対する加振方法の他の一つの
実施例を示す解図である。 １０・・・成形体、１２・・・鋳型、１４・・・プラン
ジャ。 １６・・・複合材料、１８・・・支持具、２０・・・ヒ
ータ。 ２２・・・アルミニウム合金の溶湯、２４・・・基板、
２６・・・毛、２８・・・ブラシ、３０・・・超音波発
振器、３２・・・ホーン、３４・・・プロペラ 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 微細な短繊維若しくは粒子にて複合強化された金属より
   なる複合材料をマトリックス金属の溶湯中に浸漬し、前
   記複合材料に耐熱性を有するブラシを当接させ、前記ブ
   ラシに高周波振動を与えつつ前記溶湯を撹拌することを
   含む金属基複合材料の製造方法。