JPH0433767A

JPH0433767A - 繊維強化金属の製造方法

Info

Publication number: JPH0433767A
Application number: JP13642290A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kogo; 保雄向後; Mitsuhiro Okumura; 奥村　光弘; Makoto Utsunomiya; 真宇都宮
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-05-25
Filing date: 1990-05-25
Publication date: 1992-02-05

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〕この発明は、繊維強化金属（以下ＦＲＭと称す）の製造
方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のＦＲＭの製造方法としては、例えば、ＲＥＰＯＲ
Ｔ　ＯＦ　ＴＨＥ　ＣＡＳＴＩＮＧＳ　ＲＥＳＥＡＲＣ
：ＨＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ、ＩｆＡＳＥＤＡ　ＵＮＩＶ
ＥＲ５ＩＴＹ　Ｎｏ、３４，１）ｌ）、２７〜３Ｂ（１
９８３）ＮＯＶＥＭＢＥＲ，に示された溶湯鍛造法を用
いた方法か知られている。

第４図〜第６図は、この製造方法を工程順に示したもの
である。この方法では、予め加熱されていた繊維成形体
１を、第４図のように、金型２内に配置し、ついで、マ
トリックス金属の溶湯３を、第５図のように、金型２内
に注入し、しかるのち、第６図にように、ラム４により
溶湯３を加圧して繊維成形体１内に含浸させている。

〔発明か解決しようとする課題］しかし、従来の製造方法では、特に溶湯３の含浸方向を
制御しないのて、溶湯３が繊維成形体１の全周より浸入
する。このため、ＦＲＭの中心部付近に空気溜まりが生
し、十分な特性が得られないという問題かあった。

また、溶湯鍛造では、繊維成形体１の周囲の溶湯３か徐
々に凝固するが、一部が凝固した状態て加圧を続けると
、凝固したマトリックス金属が繊維成形体１に直接接触
するので、繊維成形体１に割れや変形が生し、得られる
ＦＲＭの特性か劣化したり、目的の形状を有するＦＲＭ
が得られないという問題があった。

さらに、異なる形状のＦＲＭを製造する際には、それぞ
れに対応した金型の作製を必要とするので、少量多品種
の製造ではコストが高くなるという問題があフだ。

この発明は、これような従来の問題点を解決するために
なされたもので、鋳造欠陥の発生と繊維成形体の変化や
破壊を防止することができ、かつ同一の金型で種々の形
状のＦＲＭを製造することができるＦＲＭの製造方法を
得ることを目的とする。

（課題を解決するための手段〕この発明に係るＦＲＭの製造方法は、金型内に繊維成形
体を入れてマトリックス金属の溶湯を注入し、この溶湯
を加圧して繊維成形体に含浸させる際に、前記溶湯の含
浸方向がその加圧方向と異なる方向になるように、前記
繊維成形体を金属容器で覆うことを特徴とする方法であ
る。

〔作用〕この製造方法ては、ｍＭ成形体への溶湯の含浸方向が溶
湯の加圧方向と異なる方向となるように、繊維成形体を
金属容器て覆うので、その金属容器が溶湯の流れを特定
の方向に制御し、鋳造欠陥の発生を防ぐとともに、凝固
した金属の直接接触によるｍＭ成形体の変形や破壊を防
止する。

また、金属容器の形状を目的形状とすることにより、種
々の形状のＦＲＭを一つの金型により製造することかで
きる。

（実施例〕第１図に示すように、枡形の金型２の中に、あらかじめ
６００℃に加熱した下記構成の予備成形体Ｓを下記要領
で配置し、ついて、８００℃に溶解したアルミニウム合
金（Ａ７０７５）の溶湯３を注入し、しかるのち、ラム
４により溶湯３を４００　ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で加圧
して、これを予備成形体Ｓの繊維成形体５に含浸させた
。

得られたＦＲＭについて引張試験を行い、かつ評価した
ところ、下記の結果を得た。

（１）予備成形体Ｓの構成予備成形体Ｓは第１図および第２図に示すように、四角
柱状の繊維成形体５を、これに密着する四角筒状の金属
容器６で覆った構造のものである。繊維成形体５には、
繊維体積率２０％の炭化珪素ウィスカーの成形体を使用
し、金属容器６の材料には、ニッケル基合金を使用した
。

（２）予備成形体Ｓの金型への配置要領予備成形体Ｓは
、金属容器６の両開口部を通る軸線を、溶湯３の加圧方
向８に垂直な方向に向けて金型２の底面上に配置した。

すなわち、溶湯３のｗＡ維成形体５への含浸方向７が溶
湯３の加圧方向８に対し垂直となるように配置した。

そして、金属容器６の両端開口部は、金型２の側壁面よ
り２０ｍｍ、開口部以外の面は１５ｍｍ１ｌｌれるよう
に、あらかじめ設定しておいた。このようにすると、溶
湯３による予備成形体Ｓの保温効果が期待できるからで
あり、また金型２の容量を予備成形体Ｓより犬きくとる
ことにより溶湯３自身の熱容量の増大が期待できるから
である。

（３）試験結果と評価結果得られたＦＲＭの平均引張強度は６０　ｋｇｆ／ｍｍ２
、最低引張強度は６０　ｋｇｆ／ｍｍ２であった。

また、得られたＦＲＭには、含浸不良による鋳造欠陥や
繊維成形体５の破壊もなく、従来のＦＲＭに比較してよ
り健全なものてあった。

なお、参考までに、上記実施例におけると同じ構成の予
備成形体Ｓを、その両開口部を通る軸線を、溶湯３の加
圧方向８と同し方向に向けて金型２に配置し、実施例と
同し条件で、溶湯３を加圧したところ、一部強固したマ
トリックス金属が繊維成形体５を部分的に破壊し、破壊
部分にはマトリックス金属のみからなる部分が生した。

この部分は、マトリックス金属単体またはそれ以下の強
度を示すことから、複合材料部分に比へ低い強度のもの
であった。このような鋳造欠陥は、製品特性のバラツキ
と製品の信頼性の低下を充分に予測させるものであった
。

〔比較例〕

予備成形体Ｓに代えて繊維成形体５を使用した以外は、
実施例と同じ要領で溶湯鍛造した。得られたＦＲＭにつ
いて引張試験を行ったところ、平均引張強度は５６　ｋ
ｇｆ／ｍｍ２．最低引張強度は３５　ｋｇｆ／ｍｍ２で
、実施例に比較し、著しい強度低下を示した。これは、
鍛造時の含浸不良により生じた欠陥および繊維成形体５
の破壊によるものであった。

上記実施例の構成は、この発明において採用し得る１つ
の態様である。その他の態様も採用できるので、これら
について以下に説明する。

（１）実施例では、繊維成形体５として、炭化珪素ウィ
スカーの成形体を使用したが、これに代えて窒化珪素ウ
ィスカーまたは炭素繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維
などの連続繊維またはこれを切断して得られる短繊維の
成形体を使用するとかできる。

（２）実施例では、金属容器６の材料として、ニッケル
基合金を使用したが、鋼、ステンレス鋼などの金属を使
用してもよい。

（３）実施例では、金属容器として、両端に開口部を有
する四角筒状の金属容器６を使用したが、部側のみに開
口部を有するものを使用することができる。この場合に
は、閉口部側の内部にガス溜まり用の断熱材などの空孔
率の高い、繊維成形体５以外の材料を配置すると、ガス
抜きに有効である。また、金属容器には、両側と部側の
いずれに開口部を有するものであっても、壁体に０．２
〜２．０ｍｍφのガス抜き用の孔を１個以上設けること
もできる。

（４）実施例では、予備成形体Ｓの開口部と金型２の側
壁面との間に２０Ｉｌ１１１の距離をとり、開口部以外
の面と同側壁面との間に１５ｍｍの距離をとったが、前
述した予備成形体Ｓの保温効果と溶湯３の熱容量の増大
効果を得るには、開口部側に１５ｍｍ程度以上、それ以
外の側に１０ｍｍ程度以上の距離をとればよい。

（５）実施例では、予備成形体Ｓは、金型２の底面の上
に直装置いたが、両者Ｓ、２間に断熱材を介装すると、
予備成形体Ｓと溶湯３の温度低下を防止し、ＦＲＭの特
性向上を図る上で有効である。また、金属容器６の下面
に凹凸を設けて金型２との接触面積を小さくしても、同
様に有効である。

（６）実施例では、予備成形体Ｓを６００℃に加熱し、
８００℃に溶解したアルミニウム合金（Ａ７０７５）の
溶湯３を注入し、４００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で溶湯３
を加圧したが、それぞれが４００〜９００℃、７００〜
９００℃。

２００〜６００　ｋｇｆ／ｃ＋ｏ２の範囲であれば、こ
の発明の目的を充分に達成することができる。

（７）実施例では、マリドックス金属としてアルミニウ
ム合金を使用したが、アルミニウム、マグネシウム、マ
グネシウム合金、銅、銅合金などの溶湯鍛造に使用可能
な金属を使用することができる。

（８）実施例では、四角筒状の金属容器６を使用して四
角柱状のＦＲＭを製造したが、第３図（ａ）に示す円筒
状の金属容器９を使用すれば円柱状のＦＲＭＩＯを製造
することができる。

また、第３図（ｂ）に示すように、第３図（ａ）に示し
た金属容器９に炭素よりなる芯材１１を用いることによ
り、円筒状のＦＲＭ１２を製造することができる。さら
に、第３図（Ｃ）に示すように、一対の円盤１３ａを支
柱１３ｂで等間隔に支持した形状の金属容器１３を使用
すれば、円盤状のＦＲＭ１４を製造することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、繊維成形体を
金属容器で覆うことにより、繊維成形体への溶湯の含浸
方向を溶湯の加圧方向と異なる方向へ制御するようにし
たので、鋳造欠陥の発生と繊維成形体の変形や破壊を防
止することができる。また、金属容器の形状を各様に変
化させることにより、同一の金型で種々の形状のＦＲＭ
を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に使用する溶湯鍛造装置と
予備成形体の配置関係を示す断面図、第２図は第１図に
おける予備成形体の斜視図、第３図（ａ）〜（Ｃ）は予
備成形体の他の態様を示す斜視図、第４図、第５図およ
び第６図は従来の溶湯鍛造装置によるＦＲＭの製造工程
を示す断面図である。２は金型、３は溶湯、４はラム、Ｓは予備成形体、５は
繊維成形体、６，９．１３は金属容器、７は溶湯３の含
浸方向、８は溶湯３の加圧方向である。なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

　金型内に繊維成形体を入れてマトリックス金属の溶湯
を注入し、この溶湯を加圧して繊維成形体に含浸させる
際に、前記溶湯の含浸方向がその加圧方向と異なる方向
になるように、前記繊維成形体を金属容器で覆うことを
特徴とする繊維強化金属の製造方法。