JPH0421740B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は無機質短繊維と有機バインダーとか
らなる多孔質成形体にアルミニウム、アルミニウ
ム合金などの金属を含浸などした複合鋳塊および
その製造方法に係るものである。

従来の技術 従来の長繊維強化金属では押出、圧延などを行
うと、折角配列した長繊維が破壊されてしまうた
めに長繊維で強化した特性が消失してしまうとと
もに長繊維を破壊しないと加工できないために押
出しなどの加工自体が非常に困難である。このた
めに長繊維強化金属を押出、圧延などの加工は従
来より行われていない しかしながら、複合鋳塊に押出、圧延、鋳造の
加工を行うことができるものとしてはウイスカー
などの短繊維を強化材とした複合鋳塊が考えられ
るし、またウイスカーなどを強化材とした複合鋳
塊を押出しなどした例としては外国で見られる程
度である。この外国の複合鋳塊は粒子を分散した
もの（DWA社）や炭化けい素（Sic）ウイスカ
ーを分散したもの（EXXON社とARCO社）があ
る。これらの複合鋳塊はいずれもアルミニウム合
金粉末と粒子もしくはウイスカーとを混合してか
ら、冷間静水圧（CIP）または熱間静水圧プレス
（HIP）もしくはホツトプレスしてビレツトを造
る、いわゆる粉末治金的方法により複合鋳塊を造
つているが、この従来の複合鋳塊では粉末治金的
方法のために気孔率が完全に零になりにくく、気
孔が存在しているという欠点があるし、アルミニ
ウム合金粉末の大きさより大きければ大きい程複
合鋳塊の均一性が保てないという欠点がある。更
に複合鋳塊が押出し成形の際に直接押出しダイス
の出口などと接触するとともに高温押出しするた
めにダイスの寿命が著しく短かくなるという欠点
があるし、また押出し成形材の表面性状が悪いと
ともに押出しスピードが遅いなどの理由により押
出性が悪いという欠点がある。

発明が解決しようとする問題点 この発明は従来の複合鋳塊が有するこれらの欠
点を解消し、均一的な複合鋳塊を得ることや複合
鋳塊を押出しなどの加工した際に加工材の表面性
状が良好であること、そして押出し成形の際に押
出性が良いことなど目的としたものである。

問題点を解決するための手段 この発明は炭化けい素（Sic）ウイスカーなど
の無機質短繊維を有機バインダー溶液中に加えて
良く撹拌して泥奬状に混合してから、この泥漿状
の混合体を吸水性を有するなどの型に注入した
り、または押出し成形したりし、次いで乾燥固化
することにより多孔質成形体を形成し、この多孔
質成形体を約500℃で予備加熱して有機バインダ
ーを焼却分解してから、多孔質成形体を溶湯金属
入りで、かつ多孔質成形体より大きい型に加圧含
浸して無機質短繊維が分散した複合鋳塊を形成す
る。

この発明は溶湯金属入りの型を多孔質成形体よ
り大きくしたためにこの溶湯金属入り型に多孔質
成形体を加圧含浸することにより多孔質成形体の
全側面と少なくとも天地面の１方より溶湯金属が
多孔質成形体に含浸することができるとともに多
孔質成形体の全側面と天地の１方または双方がマ
トリツクス金属で覆うことができるから、複合鋳
塊の複合化が容易にできるとともに均一的な複合
鋳塊を形成することができる。更に複合鋳塊の全
側面と少なくとも天地の１方がマトリツクス金属
で覆われた複合鋳塊を容易に形成することができ
る。

多孔質成形体と同じ大きさの溶湯金属入り型に
多孔質成形体を加圧含浸すると、溶湯金属の含浸
方向が一方向的になので複合化が円滑に行われな
いばかりでなく、多孔質成形体が一方向に圧縮さ
れ易く、均一的な複合鋳塊を形成しにくくなる。

この発明の複合鋳塊は全側面と少なくとも天地
の１方が全複合部分の少なくとも１％以上のマト
リツクス金属で覆われているから、複合鋳塊のマ
トリツクス金属で覆われている天地の側をダイス
の出口に向けて、複合鋳塊を熱間押出しを行う際
にはマトリツクス金属の押出条件と全く同じ条件
で押出しを行うことができるためにダイスの出口
などにマトリツクス金属が接触してダイスがほと
んど磨耗せず、ダイスの寿命を短縮することがな
いし、押出し成形材の表面は薄くマトリツクス金
属で覆われているために押出し成形材の表面性状
が良好であるとともに押出し成形の押出性が良
く、押出し成形のスピードも速く生産性が良い。

これに対して複合鋳塊の全側面と天地がマトリ
ツクス金属で覆われていない複合鋳塊は押出し成
形は可能であるが、高温で押出しする必要がある
とともに押出しスピードが遅く、生産性が悪い
し、押出し成形材の表面欠陥が発生し易い。

なお、この発明の複合鋳塊は押出し成形の外
に、圧延したり、鋳造したりして成形してもよ
い。

この発明に用いる無機質短繊維はウイスカーの
外に約10μから10mmのチヨツプした短繊維
（Al₃O₂、Sic、ホウ素炭素）がよいし、また有機
バインダーとしてはメチルセルロース、ポリビニ
ールアルコール、カルボキシメチルセルロース、
ポリエチレングリコール、ポリエチレンオオサイ
ド、ニトロセルロース、酢酸セルロース、ポリウ
レタンなどがよい。

そしてマトリツクス金属の厚さは１〜20％位が
よくて、１％以下では高圧鋳造による複合化が円
滑に行わないとともに多孔質成形体が圧縮され易
くなる。20％以上では複合化効率が悪くなるとと
もに多孔質成形体がセンターよりずれ易くなる。

次にこの発明の複合鋳塊を製造方法とともに実
施例とともに説明する。

実施例 １ 繊維径が約0.1なしい1.0μ、繊維長が約50ない
し200μの炭化けい素（Sic）ウイスカー100ｇを有
機バインダー溶液であるカルボキシメチルセルロ
ース（CMC）２％水溶液1.0に加えて均一に分
散するように良く撹拌して懸濁液にする。

この懸濁液を、石こうや塩化カルシウムなどで
造られて吸水性を有するとともに所定形状の型に
注入し、懸濁液中の水分を、吸水性を有する型を
介して、吸水させる。

このようにして懸濁液は水分を失うので型の中
にバインダーであるカルボキシメチルセルロース
と炭化けい素ウイスカーが残る。これを充分に乾
燥させると、多少収縮した多孔質成形体ができ
る。

この若干の水分を含んだ多孔質成形体を型より
取出して完全に乾燥して金属基複合材用多孔質成
形体を造る。

この多孔質成形体を必要に応じて機械加工を施
してから、約500℃で予熱して有機バインダーで
あるCMCを焼却分解する。多孔質成形体１より
大きい金型２に約800℃で溶融状態の6061アルミ
ニウム合金３を入れ、この金型２に多孔質成形体
１を加圧体４で上から加圧しながら含浸すること
いより矢印のように多孔質成形体１の全側面と地
側から多孔質成形体１の空隙に溶湯アルミニウム
合金を含浸してSicウイスカーが分散した複合材
５となり、かつ全側面および地側がマトリツクス
金属であるアルミニウム合金６で覆われた複合鋳
塊７を造る。

この実施例１の方法で造つた複合鋳塊７を550
℃で予熱してから第３図々示のように複合鋳塊７
のマトリツクス金属であるアルミニウム合金６で
覆われている地側をダイス８の出口８′に向けて
ダイス８の中に入れ、ラム９を用いて熱間押出し
成形することによりマトリツクス金属の押出条件
と全く同じ条件で押出しを行うことができるし、
押出し成形材１０は第４図々示のように表面が薄
いマトリツクス金属であるアルミニウム合金６で
覆われ、内部はSicウイスカーが分散した複合材
５である。

この実施例１の方法で造る課程において、中間
体である多孔質成形体は非常に強固で、取扱い中
に欠けたり、破れたりすることなく、高さ２ｍの
所から落しても破損しなかつた。また多孔質成形
体の体積比（uf）を測定したところ約14％である
から、86％が空洞であるSicウイスカーの強固な
多孔質成形体である。

実施例 ２ 繊維径が約0.5μ、繊維長が約50μの炭化けい素
（Sic）ウイスカー200ｇを有機バインダー溶液で
あるメチルセルロース５％、ステアリン酸エマル
ジヨン１％、グリセリン１％水溶液1.0に加え
て均一になるようによく撹拌して比較的水分の少
ない粘土状にする。

この粘土状のものを押出機を用いて円柱状に押
出してから乾燥固化し、所定の長さに切断して円
柱状の金属基複合材用多孔質成形体を造る。

この多孔質成形体を実施例１とほぼ同様にして
全側面と天地の１方がマトリツクス金属で覆われ
た複合鋳塊を造る。

更に別の方法としては全側面および天地の全面
がマトリツクス金属であるアルミニウム合金で覆
われた複合鋳塊を造り、複合鋳塊の天地の１方を
複合材のマトリツクス金属側の端部まで切断した
複合鋳塊を圧延または鋳造する際にはそのまま圧
延したり、鋳造したりする。

発明の効果 この発明の複合鋳塊は多孔質成形体の全側面と
少なくとも天地の１方より溶湯金属が含浸されて
いるから、複合鋳塊の複合化が容易にできるとと
もに均一的な複合鋳塊を形成することができる。
そして複合鋳塊の全側面と天地の１方がマトリツ
クス金属で覆われた複合鋳塊を容易に形成するこ
とができる。

更にこの発明の複合鋳塊は全側面と少なくとも
天地の１方がマトリツクス金属で覆われているか
ら、複合鋳塊のマトリツクス金属で覆われている
天地の側をダイスの出口に向けて、複合鋳塊を熱
間押出しを行うと、マトリツクス金属の押出し条
件と全く同じ条件で押出しを行うことができるた
めにダイスの出口などにマトリツクス金属が接触
してダイスがほとんど磨耗せず、ダイスの寿命を
短縮することがないし、押出し成形材の表面は薄
くマトリツクス金属で覆われているために押出し
成形材の表面性状が良好であるとともに押出し成
形の押出性が良く、押出し成形のスピードも速
く、生産性が良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明品の断面図、第２図は含浸中の
断面図、第３図はダイスの断面図、第４図は押出
し成形材の拡大断面図である。 １は多孔質成形体、２は金型、３は溶融状態の
アルミニウム合金、４は加圧体、５は複合材、６
はマトリツクス金属のアルミニウム合金、７は複
合鋳塊。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 無機質短繊維を有機バインダーで多孔質に結
   合してなる成形体が金属を含浸しているとともに
   該金属を含浸した成形体の全側面および少なくと
   も天地の１方がマトリツクス金属で覆われている
   ことを特徴とする複合鋳塊。 ２ 無機質短繊維を有機バインダー溶液に加えて
   良く撹拌して泥奬状に混合してから、該泥漿状の
   混合体を型に注入または押出し成形して乾燥固化
   して多孔質成形体を形成し、該多孔質成形体を予
   備加熱してから、溶湯金属入りで、かつ多孔質成
   形体より大きい型に加圧含浸することを特徴とす
   る複合鋳塊の製造方法。