JPH03252376A

JPH03252376A - 銅または銅合金を多孔質成形体に含浸させる方法

Info

Publication number: JPH03252376A
Application number: JP2050530A
Authority: JP
Inventors: Takao Fujikawa; 隆男藤川; Kazuhiko Nakajima; 和彦中島
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-03-01
Filing date: 1990-03-01
Publication date: 1991-11-11

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、多孔質の焼結体、鋳造材、繊維成形体等の多
孔質成形体に、銅または銅合金を高温の圧媒ガスの作用
により溶融すると共に高圧含浸させる方法の改良に関す
る。

（従来の技術）近年、パンタグラフや電極等の摺動性や集電性が要求さ
れる部材に、多孔質カーボン体やカーボン繊維成形体等
のカーボン多孔体に溶融状態の銅または銅合金を含浸し
て形成された銅含浸カーボン多孔体の利用が進められて
いる。

前記の銅含浸カーボン多孔体の好適な製造方法として熱
間等方圧加圧（以下、ｒＨＩ　Ｐ、という）装置を使用
する方法があり、特別な高圧含浸装置を必要とせず、極
く簡単な操作により容易に銅含浸カーボン多孔体を得る
ことができるので、この方法の利用が検討されている。

この方法は、気体透過性のない容器内に前記のカーボン
多孔体と銅または銅合金とを装入し、容器内を脱気した
後密封し、該容器をＨＩＰ装置に装入し、高温の圧媒ガ
スを作用させて容器内の銅または銅合金を溶融すると共
に等方的に加圧して、溶融した銅または銅合金をカーボ
ン多孔体内に高圧で含浸するものである。この場合、前
記の気体透過性のない容器は、通常、炭素含有量が０．
３ｗｔ％未溝の炭素鋼（所謂、軟ｔｌｉｉりで形成され
る。軟鋼で形成された容器は、前述のＨＩＰ処理温度（
通常、１１００°Ｃ前後）より高融点で、かつ圧媒ガス
による等方的な加圧を受けて適宜変形し、溶融状の銅ま
たは銅合金をカーボン多孔体内に圧入することができる
からである。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記の軟鋼製の容器を使用した場合には
、ＨＩＰ処理中に溶融した銅または銅合金中で浮遊状態
となったカーボン多孔体が、容器の内面に接触し、容器
を形成する軟鋼との間で共晶反応を起して軟調が吸戻す
ることにより融点が低下されるため、ＨＩＰ処理中の容
器に溶損が発生し易い問題があった。溶損が発生すると
容器から漏出した溶湯によりＨＩＰ装置が損傷を受ける
だけでなく、ＨＩＰ処理が十分できないため、カーボン
多孔体の内実部にまで銅または銅合金を十分に含浸する
ことができなくなり、不良品の発生を招来する。

また、ＨＩＰ処理により、前記容器の内面と銅または銅
合金との間及び銅または銅合金とカーボン多孔体との間
が十分に接合されているので、含浸処理後の容器内から
含浸処理済みのカーボン多孔体を取り出すための切断加
工が必要である。この際、銅自体の切削加工が困難であ
るため、含浸処理済みのカーボン多孔体の取り出しに手
間がかかる欠点があった。

本発明は上述の問題点に鑑みなされたもので、カーボン
多孔体の内奥部まで十分に銅または銅合金が含浸された
、摺動性及び集電性等の優れた銅含浸カーボン多孔体の
製造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）上記の目的を達成するために、本発明は銅または銅合金
と、多孔質成形体とを、気体透過性のない容器内に封入
し、該容器に高温の圧媒ガスを作用させて該容器を等方
的に加圧することで、前記銅または銅合金を前記多孔質
成形体に含浸させる方法において、前記容器と多孔質成
形体との接触を防止するため、容器の内面または多孔質
成形体の外面、若しくは容器の内面及び多孔質成形体の
外面に柔軟性のある耐熱性材料を配設するという構成を
採用したのである。また該耐熱性材料のうち、多孔質成
形体の外面に配設されるものは、溶融した銅または銅合
金の透過性がある材料で構成した。

（作　用）本発明では、気体透過性のない容器の内面または多孔質
成形体の外面、若しくは容器の内面及び多孔質成形体の
外面に、柔軟性のある耐熱性材料を配設したので、含浸
処理（ＨＩＰ処理）の際に、前記耐熱性材料が、圧媒ガ
スの作用による容器等の変形に追従して変形し、容器の
内面と多孔質成形体との接触を阻止することができる。

このため、両者間で起るトラブルを防止することができ
る。

また、前記多孔質成形体の外面に、溶融した銅または銅
合金が透過する耐熱性材料を配設したので、容器の内面
と多孔質成形体との接触を防止することができることに
加えて、含浸処理終了後には、前記耐熱性材料が容器内
に残存した銅または銅合金と含浸済みの多孔質成形体と
の間に介在して、所謂、離型材の役割りを果すので、前
記残存した銅または銅°合金を多孔質成形体から容易に
剥離することができる。

上記の耐熱性材料としてはセラミックスファイバ製シー
ト材、例えばフェルト材が好適である。

該フェルト材は含浸処理温度に耐える耐熱性と、圧媒ガ
スの等方的な加圧による容器の変形に追従して変形する
柔軟性とを備えており、更に、フェルト材を形成するセ
ラミックスファイバの隙間を溶融した銅または銅合金が
容易に透過することができる溶湯の透過性をも備えてい
る。

（実施例）以下、本発明の実施例について説明する。

第１図乃至第３図は本発明の含浸方法を実施するために
ＨＩＰ装置内に装入される銅または銅合金と多孔質成形
体とを封入した容器の断面図を夫々示したものである。

第１図において、軟鋼型の容器１内には銅粉末２が充填
されており、銅粉末２の内部には多孔質成形体、例えば
カーボン多孔体３が埋設されている。また、前記容器１
の内面には、ＨＩＰ処理の際にカーボン多孔体３が容器
１の内面に接触するのを防止するための耐熱性材料４が
配設されている。図中、５は）ＩＩＰ処理前に容器ｌ内
を脱気するための脱気管である。

前記耐熱性材料４は、ＨＩＰ処理温度に耐える耐熱性と
、圧媒ガスの作用による容器ｌの変形に対応して変形で
きる柔軟性とを備えたものが使用される。

第２図は、耐熱性材料１４がカーボン多孔体３の外面を
被包する場合であり、また第３図は、容器１の内面及び
カーボン多孔体３の外面の両方に耐熱性材料４．１４を
配設した場合を示している。この場合、耐熱性材料１４
は上述の耐熱性に加えて、溶融した銅または銅合金を透
過してカーボン多孔体３に含浸することができる透過性
を備えたものが使用される。

なお、この耐熱性材料１４は容器の内面に使用すること
も可能である。これらの性質を備えた耐熱性材料として
は、例えば、セラミックス製シート材を掲げることがで
きる。なかでも、セラミックスファイバ製フェルト材（
不織布）は、前述の耐熱性、柔軟性及び溶湯の透過性を
全て備えているうえ、切断や曲げ等の加工も容易で、容
器の内面への配設やカーボン多孔体３を被包する作業を
簡単に行なえる等の長所を有しているので、本発明の耐
熱性材料として好適である。なお、フェルト材に替え織
布でも良い。

前記耐熱性材料４は、通常、厚さが３ｍｍ−１０ｍｍ程
度のものが使用される。この耐熱性材料４．１４によれ
ば、ＨＩＰ処理中に、カーボン多孔体３が軟鋼型の容器
１の内面に接触して両者の間に共晶反応が起り、容器１
が徐々に溶解して溶損が発生するのが防止され、長時間
にわたる含浸処理が行なえるからである。

なお、耐熱性材料としてセラミックスファイバー製フェ
ルト材を使用した場合には、溶銅が前記フェルト材を透
過して容器１の内面に達するが、容器の内面近傍におけ
る溶鋼の対流がフェルト材によって制限されるので、容
器１の内面に達した溶鋼はその位置に止められ、新たな
溶鋼が補給されることがない。こ−で容器１内面に到達
した溶鋼中に軟鋼が一部溶は込み、その割合が増加する
と、銅と軟鋼との融点が上がり、軟鋼型の容器溶損の進
行を緩和もしくは止めることができる。このため容器１
の溶損に至るまでの時間が遅延されるので、セラミック
スファイバー製シート材を使用しても、長時間の含浸処
理が可能である。因みに前記の如く軟鋼が銅に一部溶は
込むことはあるが多量に溶は込むことはないので、製品
の品質（摺動性、集電性）、に対して特に問題はない。

一方、耐熱性材料が容器１の内面に配設することにより
、ＨＩＰ処理の際に容器内の銅粉末への熱伝導は若干妨
げられるが、高圧の等方的な圧力が作用し、容器内の銅
粉末が緻密化されているので、含浸処理にはほとんど支
障がない。

第１図に示した容器１を形成するには、先ず、容器１を
構成する円筒部材ＩＡの下端に下１１Ｂを溶接して有底
円筒状の容器本体を形成し、該容器本体の内面に耐熱性
材＊４４を適宜の方法でセットする。次に、容器本体内
の底部に銅粉末２を装入した後、カーボン多孔体３を容
器本体の略中心位置に装入し、再び銅粉末２を容器本体
の上端部まで装入、充填して、カーボン多孔体３を銅粉
末２中に埋設する。そして、充填された銅粉末２の上面
に耐熱性材料をセットした後、脱気管５を備えた上１１
１ｃを容器本体の上端部に溶接する。尚、前記上蓋ＩＣ
の内面に配設される耐熱性材料には、ＨＩＰ処理のため
に容器内を脱気する際に、充填された銅粉末２内やカー
ボン多孔体３内の空気や湿分も脱気される様に、適宜の
大きさの脱気孔を予め設けておくか、通気性を備えた耐
熱性材料を使用するのがよい。

第２図に示した容器１を形成するには、第１図と同様に
して形成された容器本体の底部に銅粉末２を装入した後
、銅または銅合金を透過する耐熱性材料１４で被包され
たカーボン多孔体３を前記容器本体に装入し、銅粉末２
を装入、充填すればよい。この場合、含浸処理終了後に
容器内から銅含浸カーボン多孔体を取り出す際に、容器
内に残存した銅は、前記耐熱性材料１４を介してカーボ
ン多孔体と接合されているだけなので、剥離し易く、銅
含浸済のカーボン多孔体を容器内から容易に取り出せる
。

ところで、銅粉末２とカーボン多孔体３は、前記容器本
体に別々に装入するだけでなく、例えば、第４図に示し
た様に、両者をゴム類の型７に装入し、冷間等方圧加圧
装置により等方的に加圧して、カーボン多孔体３を内存
する銅粉末成形体１１を形成し、該成形体１１をそのま
まで、または、機械加工を施して、容器本体に装入して
もよい。この際、耐熱性材料は、予め容器本体の内面に
セットしておくか、前記銅粉末成形体を被包した状態に
して容器本体に装入してもよい。

あるいは、第５図に示すように、有底円筒状の銅製容器
８内にカーボン多孔体３を収納し、脱気ＪＬＩＯを備え
た銅製の上蓋９を施蓋したものを容器本体に装入しても
よい。この際、耐熱性材料は容器本体の内面、または施
蓋された銅製容器を被包した状態にセットして容器本体
に装入すればよい。

なお、第４図及び第５図のいずれの場合においても、カ
ーボン多孔体の代りに、セラミックスファイバ製のフェ
ルト材で被包されたカーボン多孔体を用いてもよいのは
もちろんである。

上述の様にして形成された軟鋼製の容器１は、脱気管５
を通じて内部を脱気された後封止され、ＨＩＦ装置に装
入されて含浸処理が施される。含浸処理は、通常、昇温
先行パターンが採用され、高温の圧媒ガスの作用により
、容器１を１１００″Ｃ前後に加熱して容器内に収納さ
れた銅粉末を熔融すると共に、１００〜２０００ｋｇｆ
／ｃｄ程度の圧力により容器を等方的に加圧して、容器
の変形に伴ない溶融状態の銅をカーボン多孔体の空隙内
に高圧含浸する。

なお、本実施例では多孔質成形体として、多孔質カーボ
ン体やカーボン繊維成形体等のカーボン多孔体について
述べたが、本発明はこれに限るものではな（，５ｔ−Ｃ
繊維成形体１多孔質鋳造成形体。

焼結体等の、組織中に炭素を含有する材料で形成された
多孔質成形体に、銅または銅合金を含浸する場合にも特
に適用することができる。

以下に具体的実施例について説明する。

■　収納部分の寸法が、内径６０ｍｍφ、高さ２００前
の有底円筒状に形成された軟＠　（Ｊ　Ｉ　５Ｇ３４５
４ＳＴＰＧ材）製の容器本体を用意した。

■　厚さ約５朧のセラミックスファイバ製フェルト材（
商品名「カオウール」、イソライト類）を■の容器本体
の収納部分の寸法に合せて裁断し、容器本体内の底面及
び側面にセットした。

■　平均粒子径２００μｍの銅粉末（Ｃｕ　：　９９゜
９ｔ％。

福田金属箔粉工業■製）を、■の容器本体に装入高さが
２００Ｍとなるまで充填した。

■　カーボン多孔体としてを外径３０ｍｍφ、長さ１６０ｍｍの円柱状に加工し、
■の容器本体の略中心部に装入し、該円柱と容器本体と
の間に前記の銅粉末を充填し、更に、容器本体の収納部
分の上端まで銅粉末で満した。

■　■の銅粉末の上面を■と同一のセラミックスファイ
バ製フェルト材で覆った後、容器本体の上端部に、脱気
管を備えかつ■の容器本体と同一材で形成された上蓋を
溶接して含浸処理用の容器を形成した。

■　■で得た容器を２００℃に加熱しながら脱気管によ
り容器内を１時間脱気した後、脱気管を封止し、容器を
密封した。

■　■の容器をＨＩＰ装置に装入し、温度１１３０°Ｃ
９圧力２０００ｋｇｆ／ｃ１１１で１時間保持して含浸
処理を施した。この際、容器に溶損の発生は全く認めら
れなかった。

■　含浸処理後、軟鋼製の容器及び残存した銅を機械加
工により除去し、円柱状の銅含浸カーボン多孔体を得た
。

前記銅含浸カーボン多孔体の径方向及び軸方向の断面を
観察したところ、いずれも、熔融した銅がカーボン多孔
体の内奥部まで均一に含浸されているのが認められた。

（発明の効果）以上説明した通り本発明では、銅または銅合金と、多孔
質成形体とを、気体透過性のない容器内に封入し、該容
器に高温の圧媒ガスを作用させて該容器を等方向に加圧
することで、前記銅または銅合金を前記多孔質成形体に
含浸させる方法において、前記容器と多孔質成形体との
接触を防止するため、容器の内面または多孔質成形体の
外面、若しくは容器の内面及び多孔質成形体の外面に柔
軟性のある耐熱性材料を配設したので、長時間にわたる
含浸処理ができ、容器の溶損トラブル等が生ぜず、銅ま
たは銅合金を多孔質成形体の内奥部まで均一に含浸する
ことができる。従って、摺動性及び集電性の極めて優れ
た銅含浸多孔質成形体を製造することができる。

特に、前記多孔質成形体の外面には溶融した銅または銅
合金が透過する耐熱性材料を配設したので、上記の効果
に加えて、含浸処理後に、含浸処理済の多孔質成形体を
容器内から極めて簡単に取り出すことができるので、生
産効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の含浸方法を実施するために
）ＩＩＰ装置内に装入される銅または銅合金と、多孔質
成形体とを封入した容器の断面図、第４図は本発明の他
の実施例で容器に装入される銅粉末成形体の製造方法を
説明する断面図、第５図は本発明の他の実施例で容器に
装入される銅製容器の断面図である。１・・・容器、２・・・銅粉末、３・・・カーボン多孔
体、４．１４・・・耐熱性材料、８・・・銅製容器、１
１・・・銅粉末成形体。特　許　出　願　人　　株式会社神戸製鋼所４３７第５図第図第３図第２　図第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）銅または銅合金と、多孔質成形体とを、気体透過
性のない容器内に封入し、該容器に高温の圧媒ガスを作
用させて該容器を等方的に加圧することで、前記銅また
は銅合金を前記多孔質成形体に含浸させる方法において
、前記容器と多孔質成形体との接触を防止するため、容器
の内面に柔軟性のある耐熱性材料を配設したことを特徴
とする銅または銅合金を多孔質成形体に含浸させる方法
。
（２）銅または銅合金と、多孔質成形体とを、気体透過
性のない容器内に封入し、該容器に高温の圧媒ガスを作
用させて該容器を等方的に加圧することで、前記銅また
は銅合金を前記多孔質成形体に含浸させる方法において
、前記容器と多孔質成形体との接触を防止するため、多孔
質成形体の外面に、溶融した銅または銅合金の透過性が
あるとともに柔軟性のある耐熱性材料を配設したことを
特徴とする銅または銅合金を多孔質成形体に含浸させる
方法。
（３）銅または銅合金と、多孔質成形体とを、気体透過
性のない容器内に封入し、該容器に高温の圧媒ガスを作
用させて該容器を等方的に加圧することで、前記銅また
は銅合金を前記多孔質成形体に含浸させる方法において
、前記容器と多孔質成形体との接触を防止するため、容器
の内面に、柔軟性のある耐熱性材料を配設し、かつ、多
孔質成形体の外面に、溶融した銅または銅合金の透過性
があるとともに柔軟性のある耐熱性材料を配設したこと
を特徴とする銅または銅合金を多孔質成形体に含浸させ
る方法。