JPH05277705A - Ｖｌｓ炭化珪素ホイスカーで強化された金属マトリックス複合材料の製造方法 - Google Patents
Ｖｌｓ炭化珪素ホイスカーで強化された金属マトリックス複合材料の製造方法Info
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- JPH05277705A JPH05277705A JP3094218A JP9421891A JPH05277705A JP H05277705 A JPH05277705 A JP H05277705A JP 3094218 A JP3094218 A JP 3094218A JP 9421891 A JP9421891 A JP 9421891A JP H05277705 A JPH05277705 A JP H05277705A
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Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 低密度で高い引張強さと高弾性率を有する、
気体−液体−固体（ＶＬＳ）炭化珪素ホイスカーで強化
された金属マトリックス複合材料を提供することを目的
とする。 【構成】 ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーで強化された金属
マトリックス複合材料を製造する方法であって、 1)ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーを、金型キャビティに入れ
る工程、 2)溶融金属を金型キャビティに流し込む工程、 3)キャビティ内の溶融金属及びＶＬＳ炭化珪素ホイスカ
ーに、 7kg／cm2 〜 140kg／cm2 の初期圧力をかけて、
ホイスカーに溶融金属を浸透させる工程、 4)続いて、溶融金属を浸透したＶＬＳ炭化珪素ホイスカ
ーに、 700kg／cm2 〜 1750 kg／cm2 の静水圧をかけ
て、十分に稠密な塊を製造する工程、及び、 5)金属マトリックスを凝固させて、複合材料を形成する
工程を有する方法。
気体−液体−固体（ＶＬＳ）炭化珪素ホイスカーで強化
された金属マトリックス複合材料を提供することを目的
とする。 【構成】 ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーで強化された金属
マトリックス複合材料を製造する方法であって、 1)ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーを、金型キャビティに入れ
る工程、 2)溶融金属を金型キャビティに流し込む工程、 3)キャビティ内の溶融金属及びＶＬＳ炭化珪素ホイスカ
ーに、 7kg／cm2 〜 140kg／cm2 の初期圧力をかけて、
ホイスカーに溶融金属を浸透させる工程、 4)続いて、溶融金属を浸透したＶＬＳ炭化珪素ホイスカ
ーに、 700kg／cm2 〜 1750 kg／cm2 の静水圧をかけ
て、十分に稠密な塊を製造する工程、及び、 5)金属マトリックスを凝固させて、複合材料を形成する
工程を有する方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スクィーズ鋳造法によ
り、気体−液体−固体（ vapor-liquid-solid,ＶＬＳ）
炭化珪素ホイスカーで強化された金属マトリックス複合
材料を製造する方法に関するものであって、低密度で高
い引張強さと高弾性率を有する複合材料を製造する方法
に関するものである。
り、気体−液体−固体（ vapor-liquid-solid,ＶＬＳ）
炭化珪素ホイスカーで強化された金属マトリックス複合
材料を製造する方法に関するものであって、低密度で高
い引張強さと高弾性率を有する複合材料を製造する方法
に関するものである。
【０００２】
【従来技術】無機繊維で強化された強い複合材料の製造
に、多くの関心が集まり、かつその製造が望まれてい
る。そして、シリカ、炭化珪素、アルミナ、炭素又はほ
う素等の無機繊維を、アルミニウム、マグネシウム、
銅、ニッケル又はチタンのような金属の補強材として使
用し、複合材料を製造することについて、研究が進めら
れている。
に、多くの関心が集まり、かつその製造が望まれてい
る。そして、シリカ、炭化珪素、アルミナ、炭素又はほ
う素等の無機繊維を、アルミニウム、マグネシウム、
銅、ニッケル又はチタンのような金属の補強材として使
用し、複合材料を製造することについて、研究が進めら
れている。
【０００３】したがって、繊維又はホイスカーによって
強化された金属マトリックス複合材料を製造する方法を
開発し、それにより強度と弾性率を理論上予想される増
加に近づけ、製造工程で繊維に損傷を与え、又は繊維を
劣化させて弱くすることがないように複合材料を製造す
ることが望まれている。これまで様々な方法が試みられ
てきたが、低圧鋳造法は、製品が多孔性の複合材料とな
る欠点があり、加熱と加圧を伴う粉末冶金法は、脆性繊
維が混合工程及びプレス工程で損傷を受け又は壊される
欠点があり、ヤーン又はトウのような繊維に溶融金属を
浸透させる方法には、その複合材料が多くの空隙を有す
るという欠点があり、高圧凝固鋳造には、浸透中の高い
初期圧力が、繊維破壊及び／又は予備形成物に損傷を与
えるという欠点があり、それぞれの繊維をコーティング
する方法は、手数がかかって全く実用的ではなく、繊維
上に金属粒子のプラズマスプレーを行う方法は、繊維の
塊への浸透が生じないという欠点がある。米国特許第3,
695,335 号は、封入加圧工程を用いる方法を開示してい
る。米国特許第4,526,841 号は、特定の合金化する元素
を金属マトリックスに加えて、複合材料の機械的強度を
増加させることを開示している。
強化された金属マトリックス複合材料を製造する方法を
開発し、それにより強度と弾性率を理論上予想される増
加に近づけ、製造工程で繊維に損傷を与え、又は繊維を
劣化させて弱くすることがないように複合材料を製造す
ることが望まれている。これまで様々な方法が試みられ
てきたが、低圧鋳造法は、製品が多孔性の複合材料とな
る欠点があり、加熱と加圧を伴う粉末冶金法は、脆性繊
維が混合工程及びプレス工程で損傷を受け又は壊される
欠点があり、ヤーン又はトウのような繊維に溶融金属を
浸透させる方法には、その複合材料が多くの空隙を有す
るという欠点があり、高圧凝固鋳造には、浸透中の高い
初期圧力が、繊維破壊及び／又は予備形成物に損傷を与
えるという欠点があり、それぞれの繊維をコーティング
する方法は、手数がかかって全く実用的ではなく、繊維
上に金属粒子のプラズマスプレーを行う方法は、繊維の
塊への浸透が生じないという欠点がある。米国特許第3,
695,335 号は、封入加圧工程を用いる方法を開示してい
る。米国特許第4,526,841 号は、特定の合金化する元素
を金属マトリックスに加えて、複合材料の機械的強度を
増加させることを開示している。
【０００４】本発明において、金属に対する補強材とし
てＶＬＳ炭化珪素ホイスカーを使用することにより、繊
維強化された金属マトリックス複合材料の強度が増加す
ることが見出された。さらに本発明において、ＶＬＳ炭
化珪素ホイスカーで強化された金属マトリックス複合材
料を製造するために用いるスクィーズ鋳造法は、ホイス
カー補強材に損傷を与えず、さらにこの鋳造法により、
強度が増加し、良好に結合し、かつ無視できる程度の有
孔性しかない複合材料を得られることが見出された。こ
の金属マトリックス複合材料の改良は、スクィーズ鋳造
法で用いる、２工程加圧サイクルによりもたらされるも
のと思われる。低圧でホイスカーに浸透させて、ホイス
カーの破壊を最小にする。次いで、浸透後、圧力を増加
させ、その圧力を複合材料の凝固中保持することによ
り、複合材料には、無視できる程度の凝固収縮有孔性が
生じるだけである。
てＶＬＳ炭化珪素ホイスカーを使用することにより、繊
維強化された金属マトリックス複合材料の強度が増加す
ることが見出された。さらに本発明において、ＶＬＳ炭
化珪素ホイスカーで強化された金属マトリックス複合材
料を製造するために用いるスクィーズ鋳造法は、ホイス
カー補強材に損傷を与えず、さらにこの鋳造法により、
強度が増加し、良好に結合し、かつ無視できる程度の有
孔性しかない複合材料を得られることが見出された。こ
の金属マトリックス複合材料の改良は、スクィーズ鋳造
法で用いる、２工程加圧サイクルによりもたらされるも
のと思われる。低圧でホイスカーに浸透させて、ホイス
カーの破壊を最小にする。次いで、浸透後、圧力を増加
させ、その圧力を複合材料の凝固中保持することによ
り、複合材料には、無視できる程度の凝固収縮有孔性が
生じるだけである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、低密
度で高い引張強さと高弾性率を有する、ＶＬＳ炭化珪素
ホイスカーで強化された金属マトリックス複合材料を提
供することである。また、本発明の他の目的は、スクィ
ーズ鋳造法により、ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーで強化さ
れた金属マトリックス複合材料を提供することである。
度で高い引張強さと高弾性率を有する、ＶＬＳ炭化珪素
ホイスカーで強化された金属マトリックス複合材料を提
供することである。また、本発明の他の目的は、スクィ
ーズ鋳造法により、ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーで強化さ
れた金属マトリックス複合材料を提供することである。
【０００６】これらの目的及び他の目的、公知の方法を
越える利点が、以下の明細書から明らかになるであろ
う、また、これらの目的等は、以下に開示されかつ請求
項に記載されている本発明により達成される。
越える利点が、以下の明細書から明らかになるであろ
う、また、これらの目的等は、以下に開示されかつ請求
項に記載されている本発明により達成される。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の発明者は、スク
ィーズ鋳造法により製造した、ＶＬＳ炭化珪素ホイスカ
ーで強化された金属マトリックス複合材料が、優れた強
度と高い比弾性率を有することを見出した。本発明は、
ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーで強化された金属マトリック
ス複合材料を製造する方法に関するものであって、次の
工程を有する; 1)ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーを、金型キャビティに入れ
る工程、 2)溶融金属を金型キャビティに流し込む工程、 3)キャビティ内の溶融金属及びＶＬＳ炭化珪素ホイスカ
ーに、約 7kg／cm2(約100 psi ) 〜 約 140kg／cm2
(約2000psi)の初期圧力をかけて、溶融金属をホイスカ
ーに浸透させる工程、 4)続いて、溶融金属を浸透したＶＬＳ炭化珪素ホイスカ
ーに、約 700kg／cm2 (約10000 psi)〜約 1750 kg／cm
2 (約 25000 psi) の静水圧をかけて、十分に稠密な塊
を製造する工程、及び、 5)金属マトリックスを凝固させて、複合材料を形成する
工程である。
ィーズ鋳造法により製造した、ＶＬＳ炭化珪素ホイスカ
ーで強化された金属マトリックス複合材料が、優れた強
度と高い比弾性率を有することを見出した。本発明は、
ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーで強化された金属マトリック
ス複合材料を製造する方法に関するものであって、次の
工程を有する; 1)ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーを、金型キャビティに入れ
る工程、 2)溶融金属を金型キャビティに流し込む工程、 3)キャビティ内の溶融金属及びＶＬＳ炭化珪素ホイスカ
ーに、約 7kg／cm2(約100 psi ) 〜 約 140kg／cm2
(約2000psi)の初期圧力をかけて、溶融金属をホイスカ
ーに浸透させる工程、 4)続いて、溶融金属を浸透したＶＬＳ炭化珪素ホイスカ
ーに、約 700kg／cm2 (約10000 psi)〜約 1750 kg／cm
2 (約 25000 psi) の静水圧をかけて、十分に稠密な塊
を製造する工程、及び、 5)金属マトリックスを凝固させて、複合材料を形成する
工程である。
【０００８】本発明の方法により製造された、前記ホイ
スカーで強化された金属マトリックス複合材料は、低密
度で高い引張強さと高弾性率を有する。これらの材料
は、産業界、特に自動車産業、航空機産業及びスポーツ
産業で需要がある。これらの材料の主な用途は、高性能
製品、例えば、エンジン、シャシー及びサスペンション
部品、自転車部品、及びキャンピング及び登山用品への
応用である。
スカーで強化された金属マトリックス複合材料は、低密
度で高い引張強さと高弾性率を有する。これらの材料
は、産業界、特に自動車産業、航空機産業及びスポーツ
産業で需要がある。これらの材料の主な用途は、高性能
製品、例えば、エンジン、シャシー及びサスペンション
部品、自転車部品、及びキャンピング及び登山用品への
応用である。
【０００９】スクィーズ鋳造法により、ＶＬＳ炭化珪素
ホイスカーで強化された金属マトリックス複合材料を製
造できることが見出された。このスクィーズ鋳造法は、
低い初期圧力をかけて、ホイスカーの損傷を最小に抑え
ながら、溶融金属をＶＬＳ炭化珪素ホイスカーに浸透さ
せ、続いて高い圧力をかけることにより、十分に稠密な
複合材料を得ることができるものである。得られた複合
材料は、低密度かつ低有孔性であって、高い引張強さと
高弾性率を有するものである。
ホイスカーで強化された金属マトリックス複合材料を製
造できることが見出された。このスクィーズ鋳造法は、
低い初期圧力をかけて、ホイスカーの損傷を最小に抑え
ながら、溶融金属をＶＬＳ炭化珪素ホイスカーに浸透さ
せ、続いて高い圧力をかけることにより、十分に稠密な
複合材料を得ることができるものである。得られた複合
材料は、低密度かつ低有孔性であって、高い引張強さと
高弾性率を有するものである。
【００１０】本発明においては、金属マトリックス複合
材料の補強材は、無機ホイスカー、すなわち、ＶＬＳ炭
化珪素ホイスカーである。このＶＬＳ炭化珪素ホイスカ
ーは、通常単結晶のβ−炭化珪素である。ホイスカーの
形状は、長形、短形又はこれらの組合せであってもよ
い。一般に、ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーは、角が丸い、
三角形の横断面を有しており、その最小横断面寸法は約
1μｍ〜約10μｍであって、長さは10cm以下である。こ
のＶＬＳ炭化珪素ホイスカーは、高いアスペクト比( 長
さ対幅 )を有する。このＶＬＳ炭化珪素ホイスカーの高
いアスペクト比は、本発明の方法を経ても維持され、こ
れにより、優れた強度と弾性率を得ることが可能にな
る。ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーの引張強さは、平均で約
84000kg／cm 2 ( 約 1.2×106 psi ) である。一般に、
この炭化珪素ホイスカーは、他の化合物及び／又は不純
物を実質的に含んでいない。
材料の補強材は、無機ホイスカー、すなわち、ＶＬＳ炭
化珪素ホイスカーである。このＶＬＳ炭化珪素ホイスカ
ーは、通常単結晶のβ−炭化珪素である。ホイスカーの
形状は、長形、短形又はこれらの組合せであってもよ
い。一般に、ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーは、角が丸い、
三角形の横断面を有しており、その最小横断面寸法は約
1μｍ〜約10μｍであって、長さは10cm以下である。こ
のＶＬＳ炭化珪素ホイスカーは、高いアスペクト比( 長
さ対幅 )を有する。このＶＬＳ炭化珪素ホイスカーの高
いアスペクト比は、本発明の方法を経ても維持され、こ
れにより、優れた強度と弾性率を得ることが可能にな
る。ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーの引張強さは、平均で約
84000kg／cm 2 ( 約 1.2×106 psi ) である。一般に、
この炭化珪素ホイスカーは、他の化合物及び／又は不純
物を実質的に含んでいない。
【００１１】金属マトリックス複合材料中の炭化珪素ホ
イスカーの容量で表した含有量は、約 1％〜約70％、好
ましくは約 3〜約30％である。本発明において、複合材
料のマトリックスとして使用する金属は、特に限定する
ものではないが、アルミニウム、マグネシウム等であ
る。金属マトリックスは、純粋な金属、実質的に純粋な
金属であってもよく、又は合金でもよい。合金の成分
は、特に限定するものではないが、アルミニウム、マグ
ネシウム、マンガン、ニッケル、チタン、銅、ほう素、
珪素等を挙げることができる。しかし、錫、カドミウム
及び／又はアンチモンを、本発明の合金の成分とするこ
とはできない。合金にする金属は、マトリックス金属と
して使用する金属からは選ばない、例えば、アルミニウ
ムをマトリックス金属として使用する場合、合金にする
金属はアルミニウムではなく、またマグネシウムをマト
リックス金属として使用する場合、合金にする金属はマ
グネシウムではない。これらの金属は、補強された金属
マトリックス複合材料、複合材料の特性又は複合材料の
製造工程に干渉を起こさず、又は有害な効果をもたらさ
ない限り、少量の不純物を含んでいてもよい。
イスカーの容量で表した含有量は、約 1％〜約70％、好
ましくは約 3〜約30％である。本発明において、複合材
料のマトリックスとして使用する金属は、特に限定する
ものではないが、アルミニウム、マグネシウム等であ
る。金属マトリックスは、純粋な金属、実質的に純粋な
金属であってもよく、又は合金でもよい。合金の成分
は、特に限定するものではないが、アルミニウム、マグ
ネシウム、マンガン、ニッケル、チタン、銅、ほう素、
珪素等を挙げることができる。しかし、錫、カドミウム
及び／又はアンチモンを、本発明の合金の成分とするこ
とはできない。合金にする金属は、マトリックス金属と
して使用する金属からは選ばない、例えば、アルミニウ
ムをマトリックス金属として使用する場合、合金にする
金属はアルミニウムではなく、またマグネシウムをマト
リックス金属として使用する場合、合金にする金属はマ
グネシウムではない。これらの金属は、補強された金属
マトリックス複合材料、複合材料の特性又は複合材料の
製造工程に干渉を起こさず、又は有害な効果をもたらさ
ない限り、少量の不純物を含んでいてもよい。
【００１２】本発明を実施する場合、ＶＬＳ炭化珪素ホ
イスカーを、金型キャビティの内側に入れる。このホイ
スカーを、金型キャビティに詰め込み、ホイスカー補強
材の網状構造を形成する。金型キャビティにホイスカー
を配置する、適当な配列方法として、特に限定するもの
ではないが、一方向プライ、方形直交プライ又はランダ
ム配列プライを挙げることができる。このホイスカー
は、一方向に配列するのが好ましい。ホイスカーを配列
する適当な技術として、特に限定するものではないが、
予備成形物、集束物、成形集束物等の使用を挙げること
ができる。この予備成形物は、成形されたホイスカー体
として使用することができる。金型キャビティに配置す
るために適当な形態でホイスカーを使用する他の方法に
は、特に限定するものではないが、ホイスカーの半連続
又は連続とすることができるヤーン、ホイスカーの多重
ストランドヤーン、製織ホイスカー、編成ホイスカー、
巻織ホイスカー、ホイスカーを圧縮してマット及び／又
は他の基本形態、として使用する方法がある。
イスカーを、金型キャビティの内側に入れる。このホイ
スカーを、金型キャビティに詰め込み、ホイスカー補強
材の網状構造を形成する。金型キャビティにホイスカー
を配置する、適当な配列方法として、特に限定するもの
ではないが、一方向プライ、方形直交プライ又はランダ
ム配列プライを挙げることができる。このホイスカー
は、一方向に配列するのが好ましい。ホイスカーを配列
する適当な技術として、特に限定するものではないが、
予備成形物、集束物、成形集束物等の使用を挙げること
ができる。この予備成形物は、成形されたホイスカー体
として使用することができる。金型キャビティに配置す
るために適当な形態でホイスカーを使用する他の方法に
は、特に限定するものではないが、ホイスカーの半連続
又は連続とすることができるヤーン、ホイスカーの多重
ストランドヤーン、製織ホイスカー、編成ホイスカー、
巻織ホイスカー、ホイスカーを圧縮してマット及び／又
は他の基本形態、として使用する方法がある。
【００１３】溶融金属を金型キャビティに流し込み、Ｖ
ＬＳ炭化珪素ホイスカーに接触させる。２工程加圧によ
って、すなわち、初期加圧工程と静水圧工程で、溶融金
属にスクィーズ鋳造の圧力をかけている間、可動ラムに
よってダイを閉鎖する。第１工程では、約 7kg／cm2 〜
約 140kg／cm2 、好ましくは約84kg／cm2 ( 約1200 ps
i) 〜約 112kg／cm2 ( 約1600 psi )の初期圧力をかけ
る。初期圧力は、溶融金属がホイスカー補強材の回りに
浸透し、かつ近接したホイスカーの間に浸透して、ホイ
スカーを壊すことなく、溶融金属の相互結合網状構造
を、ホイスカーの回りに作り出すのに十分なものである
ことが必要である。浸透時間は、金型キャビティの容量
及び補強材の量によって決まってくるが、一般に、普通
の金型では数秒である。
ＬＳ炭化珪素ホイスカーに接触させる。２工程加圧によ
って、すなわち、初期加圧工程と静水圧工程で、溶融金
属にスクィーズ鋳造の圧力をかけている間、可動ラムに
よってダイを閉鎖する。第１工程では、約 7kg／cm2 〜
約 140kg／cm2 、好ましくは約84kg／cm2 ( 約1200 ps
i) 〜約 112kg／cm2 ( 約1600 psi )の初期圧力をかけ
る。初期圧力は、溶融金属がホイスカー補強材の回りに
浸透し、かつ近接したホイスカーの間に浸透して、ホイ
スカーを壊すことなく、溶融金属の相互結合網状構造
を、ホイスカーの回りに作り出すのに十分なものである
ことが必要である。浸透時間は、金型キャビティの容量
及び補強材の量によって決まってくるが、一般に、普通
の金型では数秒である。
【００１４】第２工程では、溶融金属が浸透したＶＬＳ
炭化珪素ホイスカーに、約 700kg／cm2 〜約1750kg／cm
2 、好ましくは 980kg／cm2 ( 14000 psi ) 〜約1120kg
／cm 2 ( 約16000psi )の静水圧をかけて、十分に稠密な
補強材を作る。この溶融材料を加圧下で凝固させ、十分
に稠密なＶＬＳ炭化珪素ホイスカーで強化された金属マ
トリックス複合材料を形成する。次いで、圧力を抜き、
鋳物を金型キャビティから取り出す。次いで、複合材料
を空冷工程、水冷工程等、当該技術分野で公知な方法に
より冷却する。
炭化珪素ホイスカーに、約 700kg／cm2 〜約1750kg／cm
2 、好ましくは 980kg／cm2 ( 14000 psi ) 〜約1120kg
／cm 2 ( 約16000psi )の静水圧をかけて、十分に稠密な
補強材を作る。この溶融材料を加圧下で凝固させ、十分
に稠密なＶＬＳ炭化珪素ホイスカーで強化された金属マ
トリックス複合材料を形成する。次いで、圧力を抜き、
鋳物を金型キャビティから取り出す。次いで、複合材料
を空冷工程、水冷工程等、当該技術分野で公知な方法に
より冷却する。
【００１５】金型に流し込む時の溶融金属の温度は、一
般に、金属又は合金の液相線温度より、約38℃ (約100
°F ) 〜約93℃(200°F ) 高くする。通常、ホイスカー
は、約 538℃( 約1000°F ) まで予備加熱する。２工程
加圧システムは、低圧で浸透する間、溶融金属によるホ
イスカーの破壊を最小にする。ホイスカーに溶融金属を
浸透させた後、高静水圧をかけて、ホイスカーで強化さ
れた金属マトリックス複合材料の有孔性を低下させる。
般に、金属又は合金の液相線温度より、約38℃ (約100
°F ) 〜約93℃(200°F ) 高くする。通常、ホイスカー
は、約 538℃( 約1000°F ) まで予備加熱する。２工程
加圧システムは、低圧で浸透する間、溶融金属によるホ
イスカーの破壊を最小にする。ホイスカーに溶融金属を
浸透させた後、高静水圧をかけて、ホイスカーで強化さ
れた金属マトリックス複合材料の有孔性を低下させる。
【００１６】
【実施例】次の実施例により、本発明の方法及び利点を
詳細に説明する。製造工程 ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーを、ルースマット(loose ma
t) として得た。このホイスカーを、長さほぼ5.04cm(
ほぼ 2インチ) 、直径0.32cm(1/8インチ) の配列集束物
として形成した。この集束物をキャビティ( 商標Fiberf
rax 、Carborundum 社) に充填し、繊維板及びキャリア
ボックス(carrier box) を配置した。
詳細に説明する。製造工程 ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーを、ルースマット(loose ma
t) として得た。このホイスカーを、長さほぼ5.04cm(
ほぼ 2インチ) 、直径0.32cm(1/8インチ) の配列集束物
として形成した。この集束物をキャビティ( 商標Fiberf
rax 、Carborundum 社) に充填し、繊維板及びキャリア
ボックス(carrier box) を配置した。
【００１７】400トンの能力を有するスクィーズ鋳造プ
レス上で、鋳造を行った。マグネシウム0.84％及び珪素
0.51％を含むアルミニウム合金を、マトリックス合金と
して使用した。ＶＬＳ炭化珪素ホイスカー及びキャリア
ボックスを、金型キャビティ内に置く前に、554 ℃(103
0 °F ) に予備加熱した。溶融アルミニウム( 約788℃
( 約1450°F ))を、キャリアボックスの頂上部分から、
金型キャビティに流し込んだ。次いで、金型を閉鎖し、
ほぼ 105kg／cm2 (1500 Ib/in2) で約10秒間加圧し、ホ
イスカーとキャリアボックスに、溶融金属を浸透させ
た。次いで圧力を1050kg／cm2 (15000Ib/in2) よりも高
くして、この圧力をほぼ 120秒間維持することにより、
溶融金属が凝固する間に、十分な稠密さを得た。
レス上で、鋳造を行った。マグネシウム0.84％及び珪素
0.51％を含むアルミニウム合金を、マトリックス合金と
して使用した。ＶＬＳ炭化珪素ホイスカー及びキャリア
ボックスを、金型キャビティ内に置く前に、554 ℃(103
0 °F ) に予備加熱した。溶融アルミニウム( 約788℃
( 約1450°F ))を、キャリアボックスの頂上部分から、
金型キャビティに流し込んだ。次いで、金型を閉鎖し、
ほぼ 105kg／cm2 (1500 Ib/in2) で約10秒間加圧し、ホ
イスカーとキャリアボックスに、溶融金属を浸透させ
た。次いで圧力を1050kg／cm2 (15000Ib/in2) よりも高
くして、この圧力をほぼ 120秒間維持することにより、
溶融金属が凝固する間に、十分な稠密さを得た。
【００１８】前記工程により、ＶＬＳ炭化珪素ホイスカ
ーを、ほぼ 4.3容量％となるよう金属マトリックス複合
材料に充填することができた。試験工程の説明 ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーで強化されたアルミニウム合
金マトリックス複合材料 (試験片) の引張り試験を、室
温で、軸方向配列固定具を備えたインストロン引張り試
験機を使用して行った。すべての試験は、約0.13cm／分
(約0.05インチ／分) の一定のクロスヘッド速度で行っ
た。
ーを、ほぼ 4.3容量％となるよう金属マトリックス複合
材料に充填することができた。試験工程の説明 ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーで強化されたアルミニウム合
金マトリックス複合材料 (試験片) の引張り試験を、室
温で、軸方向配列固定具を備えたインストロン引張り試
験機を使用して行った。すべての試験は、約0.13cm／分
(約0.05インチ／分) の一定のクロスヘッド速度で行っ
た。
【００１９】使用した試験片は、ゲージ断面の直径が約
0.318cm (約 0.125インチ) 、長さ約 1.588cm (約 0.6
25インチ) であって、平滑末端シャンクの直径が 0.635
cm(0.250インチ) であった。また、試験片の全体の長さ
は、ほぼ 5.6cm (ほぼ2.2 インチ) であった。平滑末端
シャンクを、スチールボタンヘッドアダプター(steelbu
ttonhead adapter)にエポキシ樹脂で接着した。このア
ダプターは、試験片を、特注の軸方向配列固定具でつか
むことができるようにするものである。電気抵抗歪みゲ
ージ (２本のゲージをゲージ断面中央に 180度離して取
り付けた。) を使用して、荷重をかけている間の歪みを
測定した。弾性率を、２本の歪みゲージによって示され
る平均歪みに基づいて作成した、荷重−歪み曲線から計
算した。また、破壊までの伸び(elongation to failur
e) も、荷重−歪み曲線から得られた。
0.318cm (約 0.125インチ) 、長さ約 1.588cm (約 0.6
25インチ) であって、平滑末端シャンクの直径が 0.635
cm(0.250インチ) であった。また、試験片の全体の長さ
は、ほぼ 5.6cm (ほぼ2.2 インチ) であった。平滑末端
シャンクを、スチールボタンヘッドアダプター(steelbu
ttonhead adapter)にエポキシ樹脂で接着した。このア
ダプターは、試験片を、特注の軸方向配列固定具でつか
むことができるようにするものである。電気抵抗歪みゲ
ージ (２本のゲージをゲージ断面中央に 180度離して取
り付けた。) を使用して、荷重をかけている間の歪みを
測定した。弾性率を、２本の歪みゲージによって示され
る平均歪みに基づいて作成した、荷重−歪み曲線から計
算した。また、破壊までの伸び(elongation to failur
e) も、荷重−歪み曲線から得られた。
【００２０】本発明で、極限引張強さ、降伏強さ及び弾
性率を計算した方法は、ASTM標準法E8 及び D3552-77
に規定された方法である。降伏強度を計算する際、残留
歪み(offset strain) を 0.2％とした。引張り試験に用
いた試験片は、ASTM標準法に記載されているものと、正
確に一致するものではない。その理由は、試験用に入手
することができた、ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーで強化さ
れた試料のサイズ及び形状が限られていたからであり、
試料の形状をASTM標準に近づけるようできる限りの努力
を払った。 〔実施例１〕ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーで強化されたア
ルミニウム合金マトリックス複合材料を、これまで述べ
たスクィーズ鋳造により製造した。金属マトリックス複
合材料のホイスカー含有量は、 4.3容量％であった。引
張り試験に用いた試験片には、試験片の軸線に平行にＶ
ＬＳ炭化珪素ホイスカーを配列した。弾性率、極限引張
強さ、残留歪み 0.2％の降伏強さ及び破壊までの伸びを
測定した。得られた結果を、表１に示した。 〔実施例２〕ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーで強化されたア
ルミニウム合金マトリックス複合材料を、金属マトリッ
クス複合材料のホイスカー含有量が5.1 容量％であるこ
とを除き、実施例１と同じ方法で製造した。弾性率、極
限引張強さ、残留歪み 0.2％の降伏強さ及び破壊までの
伸びを測定した。得られた結果を、表１に示した。 〔比較例Ａ〕金属鋳物を、ホイスカーを使用しないこと
を除き、実施例１と同じ方法で製造した。弾性率、極限
引張強さ、残留歪み 0.2％の降伏強さ及び破壊までの伸
びを測定した。得られた結果を、表１に示した。
性率を計算した方法は、ASTM標準法E8 及び D3552-77
に規定された方法である。降伏強度を計算する際、残留
歪み(offset strain) を 0.2％とした。引張り試験に用
いた試験片は、ASTM標準法に記載されているものと、正
確に一致するものではない。その理由は、試験用に入手
することができた、ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーで強化さ
れた試料のサイズ及び形状が限られていたからであり、
試料の形状をASTM標準に近づけるようできる限りの努力
を払った。 〔実施例１〕ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーで強化されたア
ルミニウム合金マトリックス複合材料を、これまで述べ
たスクィーズ鋳造により製造した。金属マトリックス複
合材料のホイスカー含有量は、 4.3容量％であった。引
張り試験に用いた試験片には、試験片の軸線に平行にＶ
ＬＳ炭化珪素ホイスカーを配列した。弾性率、極限引張
強さ、残留歪み 0.2％の降伏強さ及び破壊までの伸びを
測定した。得られた結果を、表１に示した。 〔実施例２〕ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーで強化されたア
ルミニウム合金マトリックス複合材料を、金属マトリッ
クス複合材料のホイスカー含有量が5.1 容量％であるこ
とを除き、実施例１と同じ方法で製造した。弾性率、極
限引張強さ、残留歪み 0.2％の降伏強さ及び破壊までの
伸びを測定した。得られた結果を、表１に示した。 〔比較例Ａ〕金属鋳物を、ホイスカーを使用しないこと
を除き、実施例１と同じ方法で製造した。弾性率、極限
引張強さ、残留歪み 0.2％の降伏強さ及び破壊までの伸
びを測定した。得られた結果を、表１に示した。
【００２１】
【表１】 ＶＬＳ−SiC ホイスカーで強化されたスクィー ズ鋳造金属マトリックス複合材料の引張り特性 補強材の 弾性率 UTS 0.2%YS 破壊まで タイプ 容量％ (Msi) (ksi) (ksi) の伸び 比較例Ａ 無し (ベースの合金) 0.0 9.4 44 39 12.7% 実施例１ ＶＬＳ−SiC ホイスカー(#1) 4.3 13.2 72 66 1.0% 実施例２ ＶＬＳ−SiC ホイスカー(#2) 5.1 13.8 79 75 0.9% UTS (極限引張強さ) 0.2%YS (残留歪み 0.2％の降伏強さ)
【００２２】
【発明の効果】本発明のホイスカーで強化された金属マ
トリックス複合材料の引張り特性は、強化されていない
金属マトリックス複合材料よりも、著しく改善されてい
た。前記実施例により本発明を詳細に述べたが、これら
の実施例は、発明を説明することのみを目的とするもの
である。また、本発明の変形及び改良を、本発明の思想
及び範囲から離れることなく、当業者が行い得ることは
明らかであろう。
トリックス複合材料の引張り特性は、強化されていない
金属マトリックス複合材料よりも、著しく改善されてい
た。前記実施例により本発明を詳細に述べたが、これら
の実施例は、発明を説明することのみを目的とするもの
である。また、本発明の変形及び改良を、本発明の思想
及び範囲から離れることなく、当業者が行い得ることは
明らかであろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス ダブリュー クルセク アメリカ合衆国 オハイオ州 44116 ロ ッキー リヴァー レイクヴィュー アベ ニュー 2071
Claims (10)
- 【請求項１】 炭化珪素ホイスカーで強化された金属マ
トリックス複合材料を製造する方法であって、 1)ＶＬＳ炭化珪素ホイスカーを、金型キャビティに入れ
る工程、 2)溶融金属を金型キャビティに流し込む工程、 3)キャビティ内の溶融金属及びＶＬＳ炭化珪素ホイスカ
ーに、 7kg／cm2 〜 140kg／cm2 の初期圧力をかけて、
溶融金属をホイスカーに浸透させる工程、 4)続いて、溶融金属を浸透したＶＬＳ炭化珪素ホイスカ
ーに、 700kg／cm2 〜 1750 kg／cm2 の静水圧をかけ
て、十分に稠密な塊を製造する工程、及び、 5)金属マトリックスを凝固させて、複合材料を形成する
工程、を有する前記方法。 - 【請求項２】 金属マトリックス複合材料中のＶＬＳ炭
化珪素ホイスカーの含有量が、 1容量％〜70容量％であ
る請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 金属マトリックス複合材料中のＶＬＳ炭
化珪素ホイスカーの含有量が、 3容量％〜30容量％であ
る請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 金属が、純粋な金属、実質的に純粋な金
属又は合金からなる群より選ばれ、この金属が合金であ
る場合、合金の成分が、アルミニウム、マグネシウム、
マンガン、ニッケル、チタン、銅、ほう素、珪素及びこ
れらの組合せからなる群より選ばれる、請求項１記載の
方法。 - 【請求項５】 金属が、アルミニウム及びマグネシウム
からなる群より選ばれる請求項１記載の方法。 - 【請求項６】 金属マトリックスが、少なくとも１種の
アルミニウム、マグネシウム、マンガン、ニッケル、チ
タン、銅、ほう素及び珪素と合金を形成しているアルミ
ニウム又はマグネシウムであって、合金を形成する金属
が、マトリックスとなっている金属以外の金属から選ば
れる請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 金型キャビティの内側に入れた炭化珪素
ホイスカーが、一方向プライ、方形直交プライ及びラン
ダム配列プライからなる群より選ばれた配列で配置され
ている請求項１記載の方法。 - 【請求項８】 前記キャビティ内のホイスカーが、ホイ
スカーの半連続ヤーン、ホイスカーの連続ヤーン、ホイ
スカーの多重ストランドヤーン、製織ホイスカー、編成
ホイスカー、巻織ホイスカー、マット状ホイスカー、圧
縮ホイスカー及びこれらの組合せからなる群より選ばれ
る、請求項１記載の方法。 - 【請求項９】 初期圧力が、84kg／cm2 〜約 112kg／cm
2 であって、静水圧が、 980kg／cm2 〜1120kg／cm2 で
ある請求項１記載の方法。 - 【請求項１０】 金型に流し込む時の溶融金属の温度
が、金属又は合金の液相線温度より38℃〜93℃高く、溶
融金属を金型に流し込む前に、ＶＬＳ炭化珪素ホイスカ
ーが、約 538℃まで予備加熱されている請求項１記載の
方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA002040499A CA2040499A1 (en) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | Vls silicon carbide whisker reinforced metal matrix composite by the squeeze casting process |
| JP3094218A JPH05277705A (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-24 | Ｖｌｓ炭化珪素ホイスカーで強化された金属マトリックス複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA002040499A CA2040499A1 (en) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | Vls silicon carbide whisker reinforced metal matrix composite by the squeeze casting process |
| JP3094218A JPH05277705A (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-24 | Ｖｌｓ炭化珪素ホイスカーで強化された金属マトリックス複合材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05277705A true JPH05277705A (ja) | 1993-10-26 |
Family
ID=25674551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3094218A Pending JPH05277705A (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-24 | Ｖｌｓ炭化珪素ホイスカーで強化された金属マトリックス複合材料の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05277705A (ja) |
| CA (1) | CA2040499A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6247519B1 (en) | 1999-07-19 | 2001-06-19 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of Natural Resources | Preform for magnesium metal matrix composites |
| US6193915B1 (en) | 1999-09-03 | 2001-02-27 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of Natural Resources | Process for fabricating low volume fraction metal matrix preforms |
-
1991
- 1991-04-15 CA CA002040499A patent/CA2040499A1/en not_active Abandoned
- 1991-04-24 JP JP3094218A patent/JPH05277705A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2040499A1 (en) | 1992-10-16 |
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