JPH0250970B2 - - Google Patents
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- JPH0250970B2 JPH0250970B2 JP59236769A JP23676984A JPH0250970B2 JP H0250970 B2 JPH0250970 B2 JP H0250970B2 JP 59236769 A JP59236769 A JP 59236769A JP 23676984 A JP23676984 A JP 23676984A JP H0250970 B2 JPH0250970 B2 JP H0250970B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C47/20—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by subjecting to pressure and heat an assembly comprising at least one metal layer or sheet and one layer of fibres or filaments
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Laminated Bodies (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、金属マトリツクス中に強化材として
炭素繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維、炭化珪素
ウイスカなどの繊維状の無機強化材を分散せしめ
た強化金属基複合材料の製造法に関するものであ
る。
炭素繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維、炭化珪素
ウイスカなどの繊維状の無機強化材を分散せしめ
た強化金属基複合材料の製造法に関するものであ
る。
従来、金属基複合材料の製造法の１つとして、
熱間プレス法が良く知られている。この方法は、
(1)グリーンテープ｛マトリツクス金属の箔（パツ
キングフオイル）の上に繊維を配列して、これを
アクリル系やスチレン系樹脂で接着固定したも
の｝、(2)溶射テープ｛(1)の樹脂の代りに、繊維を
マトリツクス金属の溶射金属で被覆、固定したも
の｝、(3)溶浸ワイヤプリフオーム（繊維束をマト
リツクス金属の溶湯中を通し、繊維束の内部まで
溶湯金属を浸透せしめたもの）等のプリフオーム
と称される中間素材の積層体を加熱、加圧して複
合化する方法である。
熱間プレス法が良く知られている。この方法は、
(1)グリーンテープ｛マトリツクス金属の箔（パツ
キングフオイル）の上に繊維を配列して、これを
アクリル系やスチレン系樹脂で接着固定したも
の｝、(2)溶射テープ｛(1)の樹脂の代りに、繊維を
マトリツクス金属の溶射金属で被覆、固定したも
の｝、(3)溶浸ワイヤプリフオーム（繊維束をマト
リツクス金属の溶湯中を通し、繊維束の内部まで
溶湯金属を浸透せしめたもの）等のプリフオーム
と称される中間素材の積層体を加熱、加圧して複
合化する方法である。
加熱温度としては、マトリツクス金属の固相域
で行う固相プレス法と、マトリツクス金属の固相
線以上の固液相共存域あるいは液相域で行う液相
プレス法がある。前者では、加熱温度が比較的低
いので、成形時の繊維とマトリツクス金属との界
面反応による繊維の劣化は少ないが、複合化を達
成するためには、一般に高圧を要し、設備費、製
造費が高いものになる。これに対して、後者は、
低圧プロセスで成形が可能となり、設備費、製造
費の点で有利であるが、成形時の加熱温度が高い
ので、界面反応による繊維の劣化、界面における
脆化相の生成が生じやすく、その結果、得られた
複合材料の機械的性質は不十分なものとなりやす
い。
で行う固相プレス法と、マトリツクス金属の固相
線以上の固液相共存域あるいは液相域で行う液相
プレス法がある。前者では、加熱温度が比較的低
いので、成形時の繊維とマトリツクス金属との界
面反応による繊維の劣化は少ないが、複合化を達
成するためには、一般に高圧を要し、設備費、製
造費が高いものになる。これに対して、後者は、
低圧プロセスで成形が可能となり、設備費、製造
費の点で有利であるが、成形時の加熱温度が高い
ので、界面反応による繊維の劣化、界面における
脆化相の生成が生じやすく、その結果、得られた
複合材料の機械的性質は不十分なものとなりやす
い。
本発明の目的は、上記従来の液相プレス法にお
いて、問題となつている界面反応を抑制し、機械
的性質の優れた複合材料を得る方法を提供するこ
とである。
いて、問題となつている界面反応を抑制し、機械
的性質の優れた複合材料を得る方法を提供するこ
とである。
本発明は、繊維状の無機強化材とアルミニウ
ム、アルミニウム合金又はマグネシウム合金とか
らなるプリフオームの積層体、若しくは前記強化
材の集積体と前記金属板又は箔とのサンドイツチ
体を、薄鋼板製気密容器に充填し、該容器内部を
真空に保ちつつ、前記金属の固相線以上の温度に
急速加熱した後、直ちに前記金属の固相線より低
い温度に加熱保持したプラテンにて前記容器を加
圧して前記強化材と前記金属を複合化することを
特徴とする金属基複合材料の製造法にに関する。
ム、アルミニウム合金又はマグネシウム合金とか
らなるプリフオームの積層体、若しくは前記強化
材の集積体と前記金属板又は箔とのサンドイツチ
体を、薄鋼板製気密容器に充填し、該容器内部を
真空に保ちつつ、前記金属の固相線以上の温度に
急速加熱した後、直ちに前記金属の固相線より低
い温度に加熱保持したプラテンにて前記容器を加
圧して前記強化材と前記金属を複合化することを
特徴とする金属基複合材料の製造法にに関する。
すなわち、本発明者等は、強化金属基複合材料
の液相プレス法による成形過程における無機繊維
等の強化材とマトリツクス金属の界面反応を抑制
し、かつ良好な複々化状態を得る条件として、 (1) 固相線以上に加熱する時間は短くし、上記強
化材とマトリツクス金属の接触する時間を極力
短縮する、 (2) 加圧は、固相線以上に加熱した時点で加える
とともに、良好な複合化を得るためにはある程
度の時間、加圧保持することが必要である。但
し、加圧保持する際の温度は、界面反応が殆ど
問題にならない範囲でできるだけ高温とする、 との知見を得、これを実現する方法を開発したも
のである。
の液相プレス法による成形過程における無機繊維
等の強化材とマトリツクス金属の界面反応を抑制
し、かつ良好な複々化状態を得る条件として、 (1) 固相線以上に加熱する時間は短くし、上記強
化材とマトリツクス金属の接触する時間を極力
短縮する、 (2) 加圧は、固相線以上に加熱した時点で加える
とともに、良好な複合化を得るためにはある程
度の時間、加圧保持することが必要である。但
し、加圧保持する際の温度は、界面反応が殆ど
問題にならない範囲でできるだけ高温とする、 との知見を得、これを実現する方法を開発したも
のである。
なお、本発明の方法によれば、最高温度と加圧
保持温度との温度差は比較的小さいので、得られ
た紛合材料のひずみは少ないものとなる。
保持温度との温度差は比較的小さいので、得られ
た紛合材料のひずみは少ないものとなる。
本発明方法は、(1)比強度、比弾性率が高いこと
が要求される部品、例えば、航空機、ロケツト、
飛昇体等の構造部品、衛星の構体等の宇宙機器部
品、ジエツトエンジンフアンブレード、コンプレ
ツサブレード、(2)耐摩耗性の要求される一般産業
機械及び自動車・輸送機器部品、(3)スポーツ・レ
ジヤー用品等の製作に有利に適用することができ
る。
が要求される部品、例えば、航空機、ロケツト、
飛昇体等の構造部品、衛星の構体等の宇宙機器部
品、ジエツトエンジンフアンブレード、コンプレ
ツサブレード、(2)耐摩耗性の要求される一般産業
機械及び自動車・輸送機器部品、(3)スポーツ・レ
ジヤー用品等の製作に有利に適用することができ
る。
本発明では、先ず、グリーンテープ、溶射テー
プ、あるいは溶浸ワイヤプリフオーム等のプリフ
オームの配向、積層体や、繊維等の集積体とマト
リツクス金属の箔や板とのサンドイツチ体を、薄
鋼板製の容器に充填する。次いで、この容器内部
を真空に保持しつつ、容器を赤外線加熱、塩浴炉
あるいは粒動浴等で急速にマトリツクス金属の固
相線以上の所要の温度に加熱する。この時の、加
熱速度は50℃／min以上で、だきるだけ速いこと
が望ましい。しかる後、ただちにマトリツクス金
属の固相線以下の所要の温度に加熱維持したプラ
テンを装着したプレスにより加圧保持するこの加
圧保持の際も真空に保持したまま行う。これは、
マトリツクス及び強化材の酸化を防止するためで
あり、一般に10-2トール以下の真空度が維持され
る。
プ、あるいは溶浸ワイヤプリフオーム等のプリフ
オームの配向、積層体や、繊維等の集積体とマト
リツクス金属の箔や板とのサンドイツチ体を、薄
鋼板製の容器に充填する。次いで、この容器内部
を真空に保持しつつ、容器を赤外線加熱、塩浴炉
あるいは粒動浴等で急速にマトリツクス金属の固
相線以上の所要の温度に加熱する。この時の、加
熱速度は50℃／min以上で、だきるだけ速いこと
が望ましい。しかる後、ただちにマトリツクス金
属の固相線以下の所要の温度に加熱維持したプラ
テンを装着したプレスにより加圧保持するこの加
圧保持の際も真空に保持したまま行う。これは、
マトリツクス及び強化材の酸化を防止するためで
あり、一般に10-2トール以下の真空度が維持され
る。
第１図は、温度及び加圧サイクルを示す図であ
る。図中、温度T1は、材料系（繊維等とマトリ
ツクス金属の組合せ）及びプリフオームの種類等
により変るが、一般にTs〜Ts＋100℃（Ts：マ
トリツクス金属の固相線）の間に設定される。複
合化が達成される限り、低温側ほど界面反応の抑
制上望ましい。プラテン加熱温度T2は、材料系
により変るが、一般に圧力Ｐでの加圧保持中
（ｔ）に界面反応による繊維劣化、脆化相生成等
による複合材料の機械的性質の劣化が実用的に問
題にならない範囲Ts―200℃℃〜Tsで、高温ほ
ど加圧力を低くめることができるので有利とな
る。T2による加圧時間t4は、繊維とマトリツクス
金属及びマトリツクス金属同士の接合が十分に達
成される限り、短時間ほど望ましい。また、加圧
力Ｐは、材料系、プリフオームの種類、複合材料
成形体の形状、寸法等により変り、固相線以下で
行う固相プレス法では高圧、例えばボロン繊維／
アルミニウム合金系で約4.0Kgｆ／mm2、炭素繊
維／アルミニウム合金系で約9.0Kgｆ／mm2を要す
るが、本発明の固相線以上で行う液相プレス法で
は一般に最高4.0Kgｆ／mm2で十分である。全加圧
時間t2は、t1と同じかt1より大きくする。紛合材
料成形体のひずみは、t2でt1保持後の冷却を緩や
かとし、t2を長くするほど小さくなる。
る。図中、温度T1は、材料系（繊維等とマトリ
ツクス金属の組合せ）及びプリフオームの種類等
により変るが、一般にTs〜Ts＋100℃（Ts：マ
トリツクス金属の固相線）の間に設定される。複
合化が達成される限り、低温側ほど界面反応の抑
制上望ましい。プラテン加熱温度T2は、材料系
により変るが、一般に圧力Ｐでの加圧保持中
（ｔ）に界面反応による繊維劣化、脆化相生成等
による複合材料の機械的性質の劣化が実用的に問
題にならない範囲Ts―200℃℃〜Tsで、高温ほ
ど加圧力を低くめることができるので有利とな
る。T2による加圧時間t4は、繊維とマトリツクス
金属及びマトリツクス金属同士の接合が十分に達
成される限り、短時間ほど望ましい。また、加圧
力Ｐは、材料系、プリフオームの種類、複合材料
成形体の形状、寸法等により変り、固相線以下で
行う固相プレス法では高圧、例えばボロン繊維／
アルミニウム合金系で約4.0Kgｆ／mm2、炭素繊
維／アルミニウム合金系で約9.0Kgｆ／mm2を要す
るが、本発明の固相線以上で行う液相プレス法で
は一般に最高4.0Kgｆ／mm2で十分である。全加圧
時間t2は、t1と同じかt1より大きくする。紛合材
料成形体のひずみは、t2でt1保持後の冷却を緩や
かとし、t2を長くするほど小さくなる。
本発明方法によれば、強化金属基複合材料の液
相プレス法による成形過程における繊維等強化材
とマトリツクス金属の界面反応を抑制し、ひずみ
の少ない良好な複合材料を得ることができる。
相プレス法による成形過程における繊維等強化材
とマトリツクス金属の界面反応を抑制し、ひずみ
の少ない良好な複合材料を得ることができる。
以下に、本発明の実施例を示す。
実施例 １
〔材料系〕繊維：ピツチ系炭素繊維（引張強さ
210Kgｆ／mm2、弾性率40×103Kgｆ／mm2） マトリツクス金属：アルミニウム合金6061
（固相線約580℃、液相線約650℃） 〔プリフオーム〕溶浸ワイヤプリフオーム（炭素
繊維の含有体積率50％） 〔複合材料の成形手順〕 上記プリフオームの一方向配向積層体を軟鋼薄
板製の気密容器に充填し、該容器に付した真空排
気口より真空ポンプで５×10-3〜１×10-2トール
に真空排気した状態で、容器を赤外線加熱装置に
より100℃／minで615℃まで加熱した。615℃に
達した段階で、容器を熱間プレス装置へ移動して
加圧した。この場合、ホツトプレス条件は、T1
＝615℃、T2＝500℃、t1＝t2＝30min、Ｐ＝3.5Kg
ｆ／mm2とした。上記により成形した一方向強化複
合材料の引張強さは、100Kgｆ／mm2以上が得られ
た。
210Kgｆ／mm2、弾性率40×103Kgｆ／mm2） マトリツクス金属：アルミニウム合金6061
（固相線約580℃、液相線約650℃） 〔プリフオーム〕溶浸ワイヤプリフオーム（炭素
繊維の含有体積率50％） 〔複合材料の成形手順〕 上記プリフオームの一方向配向積層体を軟鋼薄
板製の気密容器に充填し、該容器に付した真空排
気口より真空ポンプで５×10-3〜１×10-2トール
に真空排気した状態で、容器を赤外線加熱装置に
より100℃／minで615℃まで加熱した。615℃に
達した段階で、容器を熱間プレス装置へ移動して
加圧した。この場合、ホツトプレス条件は、T1
＝615℃、T2＝500℃、t1＝t2＝30min、Ｐ＝3.5Kg
ｆ／mm2とした。上記により成形した一方向強化複
合材料の引張強さは、100Kgｆ／mm2以上が得られ
た。
実施例 ２
〔材料系〕繊維：PAN（ポリアクリロニトリル）
系炭素繊維（高弾性率タイプ）（引張強さ
230Kgｆ／mm2、弾性率42×103 ×Kgｆ／mm2） マトリツクス金属：アルミニウム合金2319
（固相線約545℃、液相線約645℃） 〔プリフオーム〕溶射プリフオーム（炭素繊維の
含有体積率40％） 上記プリフオームの一方向配向積層体を軟鋼薄
板製の気密容器に充填し、該容器にに付した真空
排気口より真空ポンプで５×10-3〜１×10-2トー
ルに真空排気した状態で、容器を赤外線加熱装置
により100℃／minで670℃まで加熱した。670℃
に5min保持後、容器を熱間プレス装置へ移動し
て加圧した。この場合のホツトプレス条件は、
T1＝670℃、T2＝440℃、t1＝t2＝30min、Ｐ＝4.0
Kgｆ／mm2とした。上記により成形した一方向強化
複合料は、引張強さ90Kgｆ／mm2以上、弾性率21.5
×103Kgｆ／mm2以上を示した。
系炭素繊維（高弾性率タイプ）（引張強さ
230Kgｆ／mm2、弾性率42×103 ×Kgｆ／mm2） マトリツクス金属：アルミニウム合金2319
（固相線約545℃、液相線約645℃） 〔プリフオーム〕溶射プリフオーム（炭素繊維の
含有体積率40％） 上記プリフオームの一方向配向積層体を軟鋼薄
板製の気密容器に充填し、該容器にに付した真空
排気口より真空ポンプで５×10-3〜１×10-2トー
ルに真空排気した状態で、容器を赤外線加熱装置
により100℃／minで670℃まで加熱した。670℃
に5min保持後、容器を熱間プレス装置へ移動し
て加圧した。この場合のホツトプレス条件は、
T1＝670℃、T2＝440℃、t1＝t2＝30min、Ｐ＝4.0
Kgｆ／mm2とした。上記により成形した一方向強化
複合料は、引張強さ90Kgｆ／mm2以上、弾性率21.5
×103Kgｆ／mm2以上を示した。
実施例 ３
〔材料系〕繊維：ポリカルボシラン系炭化珪素繊
維（引張強さ260Kgｆ／mm2、弾性率18×103
Kgｆ／mm2） マトリツクス：純アルミニウム（融点660℃） 〔プリフオーム〕繊維束の一方向集積体（シート
状）と純アルミニウム板との積層体（繊維
の体積含有率40％） 上記プリフオームを軟鋼薄板製の気密容器に充
填し、該容器に付した真空排気口より真空ポンプ
で５×10-3〜１×10-2トールに真空排気した状態
で、容器を赤外線加熱装置により100℃／minで
700℃まで加熱した。700℃に達した段階で、容器
を直ちに熱間プレス装置へ移動して加圧した。こ
の場合のホツトプレス条件は、T1＝700℃、T2＝
400℃、t1＝30min、t2＝45min、Ｐ＝2.0Kgｆ／mm2
とした。上記により成形した一方向強化複合材料
は、引張強さ85Kgｆ／mm2以上、弾性率12×103Kg
ｆ／mm2以上を示した。
維（引張強さ260Kgｆ／mm2、弾性率18×103
Kgｆ／mm2） マトリツクス：純アルミニウム（融点660℃） 〔プリフオーム〕繊維束の一方向集積体（シート
状）と純アルミニウム板との積層体（繊維
の体積含有率40％） 上記プリフオームを軟鋼薄板製の気密容器に充
填し、該容器に付した真空排気口より真空ポンプ
で５×10-3〜１×10-2トールに真空排気した状態
で、容器を赤外線加熱装置により100℃／minで
700℃まで加熱した。700℃に達した段階で、容器
を直ちに熱間プレス装置へ移動して加圧した。こ
の場合のホツトプレス条件は、T1＝700℃、T2＝
400℃、t1＝30min、t2＝45min、Ｐ＝2.0Kgｆ／mm2
とした。上記により成形した一方向強化複合材料
は、引張強さ85Kgｆ／mm2以上、弾性率12×103Kg
ｆ／mm2以上を示した。
第１図は、本発明に係る複合材料の製造にあた
り、プラテンを装着したプレスにより加圧保持す
る際の温度と加圧サイクルを示す。
り、プラテンを装着したプレスにより加圧保持す
る際の温度と加圧サイクルを示す。
Claims (1)
- １ 繊維状の無機強化材とアルミニウム、アルミ
ニウム合金又はマグネシウム合金とからなるプリ
フオームの積層体、若しくは前記強化材の集積体
と前記金属板又は箔とのサンドイツチ体を、薄鋼
板製気密容器に充填し、該容器内部を真空に保ち
つつ、前記金属の固相線以上の温度に急速加熱し
た後、直ちに前記金属の固相線より低い温度に加
熱保持したプラテンにて前記容器を加圧して前記
強化材と前記金属を複合化することを特徴とする
金属基複合材料の製造法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59236769A JPS61114848A (ja) | 1984-11-12 | 1984-11-12 | 金属基複合材料の製造法 |
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