JPH05295471A - 複合材料用プリフォームの製造方法 - Google Patents
複合材料用プリフォームの製造方法Info
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- JPH05295471A JPH05295471A JP12822592A JP12822592A JPH05295471A JP H05295471 A JPH05295471 A JP H05295471A JP 12822592 A JP12822592 A JP 12822592A JP 12822592 A JP12822592 A JP 12822592A JP H05295471 A JPH05295471 A JP H05295471A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 体積率を任意に変える複合部材用プリフォー
ムの製造方法を提供する。 【構成】 本発明は、成形型内に収容したスラリーを、
吸引または加圧することによって脱水してプリフォーム
を製作する場合において、脱水量と、脱水時間を制御す
ることによって、形成するプリフォームの体積率を変化
せしめる複合材料用プリフォームの製造方法である。
ムの製造方法を提供する。 【構成】 本発明は、成形型内に収容したスラリーを、
吸引または加圧することによって脱水してプリフォーム
を製作する場合において、脱水量と、脱水時間を制御す
ることによって、形成するプリフォームの体積率を変化
せしめる複合材料用プリフォームの製造方法である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属基複合材料用プリ
フォームの製造方法に関する。
フォームの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウム、マグネシウムなどの軽合
金材料をマトリックスとし、これに、セラミックス（た
とえばＳｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｋ2 Ｏ・６Ｔ
ｉ2 ，９Ａｌ2 Ｏ3 ・２Ｂ2 Ｏ3 等々）のウィスカや短
繊維で成形したプリフォームを用い、溶湯鍛造法（高圧
凝固法）によって複合化して、製品の恒温強度、耐熱性
などを向上させることがおこなわれている。
金材料をマトリックスとし、これに、セラミックス（た
とえばＳｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｋ2 Ｏ・６Ｔ
ｉ2 ，９Ａｌ2 Ｏ3 ・２Ｂ2 Ｏ3 等々）のウィスカや短
繊維で成形したプリフォームを用い、溶湯鍛造法（高圧
凝固法）によって複合化して、製品の恒温強度、耐熱性
などを向上させることがおこなわれている。
【０００３】この複合化処理においては、複合材料の部
分と、マトリックス部分との間に熱膨張率の差があり、
これを小さくするため図５及び図６に示すように体積率
の異なるプリフォームａ，ｂまたは、これにプリフォー
ムｃを層状に重ねて一体のプリフォームとしたものを用
いている。このプリフォームは最初にプリフォームａを
成形し、次にこのプリフォームａをフィルターとして、
その上にプリフォームｂを成形している。また、プリフ
ォームｃを設けた場合も同じ要領で成形している。な
お、プリフォームの成形に関する公開資料として特開昭
５９−２２０２７３号、特開昭６０−２４０８５４号な
どが開示されている。
分と、マトリックス部分との間に熱膨張率の差があり、
これを小さくするため図５及び図６に示すように体積率
の異なるプリフォームａ，ｂまたは、これにプリフォー
ムｃを層状に重ねて一体のプリフォームとしたものを用
いている。このプリフォームは最初にプリフォームａを
成形し、次にこのプリフォームａをフィルターとして、
その上にプリフォームｂを成形している。また、プリフ
ォームｃを設けた場合も同じ要領で成形している。な
お、プリフォームの成形に関する公開資料として特開昭
５９−２２０２７３号、特開昭６０−２４０８５４号な
どが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記のような方法で、
プリフォームを製作した場合、得られるプリフォームは
単に重ね合わせた状態となっているため体積率の変化が
不連続となっている。そのため、溶湯鍛造法による複合
化作業においては、図７に示すように金型ｄに設置した
プリフォームに対し、溶湯ｅを注湯してピストンｆによ
って圧力をかけた場合、プリフォームａとプリフォーム
ｂとの間の境界に溶湯が浸入し、亀裂部ｇが形成される
場合がある。また、製品完成後、ヒートショックを与え
た場合に、プリフォームａとプリフォームｂとの境界で
剥離する場合があった。本発明は前記事情に鑑みてなさ
れたもので、前記問題点を解消した金属基複合材料用プ
リフォームの製造方法を提供することを目的とする。
プリフォームを製作した場合、得られるプリフォームは
単に重ね合わせた状態となっているため体積率の変化が
不連続となっている。そのため、溶湯鍛造法による複合
化作業においては、図７に示すように金型ｄに設置した
プリフォームに対し、溶湯ｅを注湯してピストンｆによ
って圧力をかけた場合、プリフォームａとプリフォーム
ｂとの間の境界に溶湯が浸入し、亀裂部ｇが形成される
場合がある。また、製品完成後、ヒートショックを与え
た場合に、プリフォームａとプリフォームｂとの境界で
剥離する場合があった。本発明は前記事情に鑑みてなさ
れたもので、前記問題点を解消した金属基複合材料用プ
リフォームの製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的に添い、本発明
は、成形型内に収容したスラリーを、吸引または加圧す
ることによって脱水してプリフォームを製作する場合に
おいて、脱水量と、脱水時間を制御することによって、
形成するプリフォームの体積率を変化せしめて、前記課
題を解消した。
は、成形型内に収容したスラリーを、吸引または加圧す
ることによって脱水してプリフォームを製作する場合に
おいて、脱水量と、脱水時間を制御することによって、
形成するプリフォームの体積率を変化せしめて、前記課
題を解消した。
【０００６】以下、本発明について、図面を参照しなが
ら詳細に説明する。まず、セラミックス・ウィスカー及
び短繊維は、製造上の問題から長さや直径が同一ではな
く、ある範囲でバラツキをもっている。つまり、長いも
の、短いものが存在する。即ち、大きいセラミックス粒
子、小さいセラミックス粒子が存在することになる。い
ま、このような状態のセラミックス粒子を沈澱させた場
合、粒子の比重が同じであっても、粒子の大きさが違え
ば沈降速度も異なることになる。即ち、大きいもの、つ
まりウィスカーの長くて、太いものほど速く沈降するこ
とになる。このようにウィスカーを自然沈降させると、
プリフォームの下方は長くて太いウィスカーが多く存在
するために体積率（Ｖｆ）が低くなる。反対にプリフォ
ームの上方は短くて細いウィスカーが多く存在するため
に、体積率が高くなる。よってプリフォームの上下で体
積率を変化させる最大の条件は、自然沈降のようにゆっ
くりとウィスカーを堆積させることにある。つまり、脱
水量を少なく（即ち脱水時間を長く）することである。
よってプリフォームの上下で体積率の差を最も小さくす
るためには、ウィスカーが沈降する間もなく、急速に脱
水すればよい。つまり短時間内で脱水量を多くすること
にある。よって体積率に差のあるプリフォームを成形す
るためには、生産性も考慮した場合、最初は脱水量を少
なくし、徐々に脱水量を多くすることが好ましいことに
なる。図２は、以上の脱水量とプリフォームの体積率
（Ｖｆ）の差の関係を示す。図中Ａは脱水量少（脱水時
間長い）、Ｂは脱水量大（脱水時間短い）の場合で、ハ
ッチングはＡ，Ｂ両者の堆積率の変化の範囲を示す。
ら詳細に説明する。まず、セラミックス・ウィスカー及
び短繊維は、製造上の問題から長さや直径が同一ではな
く、ある範囲でバラツキをもっている。つまり、長いも
の、短いものが存在する。即ち、大きいセラミックス粒
子、小さいセラミックス粒子が存在することになる。い
ま、このような状態のセラミックス粒子を沈澱させた場
合、粒子の比重が同じであっても、粒子の大きさが違え
ば沈降速度も異なることになる。即ち、大きいもの、つ
まりウィスカーの長くて、太いものほど速く沈降するこ
とになる。このようにウィスカーを自然沈降させると、
プリフォームの下方は長くて太いウィスカーが多く存在
するために体積率（Ｖｆ）が低くなる。反対にプリフォ
ームの上方は短くて細いウィスカーが多く存在するため
に、体積率が高くなる。よってプリフォームの上下で体
積率を変化させる最大の条件は、自然沈降のようにゆっ
くりとウィスカーを堆積させることにある。つまり、脱
水量を少なく（即ち脱水時間を長く）することである。
よってプリフォームの上下で体積率の差を最も小さくす
るためには、ウィスカーが沈降する間もなく、急速に脱
水すればよい。つまり短時間内で脱水量を多くすること
にある。よって体積率に差のあるプリフォームを成形す
るためには、生産性も考慮した場合、最初は脱水量を少
なくし、徐々に脱水量を多くすることが好ましいことに
なる。図２は、以上の脱水量とプリフォームの体積率
（Ｖｆ）の差の関係を示す。図中Ａは脱水量少（脱水時
間長い）、Ｂは脱水量大（脱水時間短い）の場合で、ハ
ッチングはＡ，Ｂ両者の堆積率の変化の範囲を示す。
【０００７】図１はプリフォームの成形装置を概念的に
示すもので、１は成形型、２は液槽、３はコントロー
ラ、４は真空ポンプで、該真空ポンプ４はコントローラ
３を介して液槽２に連絡している。また成形型１は底部
にフィルター５を設けてある。まず、ウィスカー又は短
繊維のセラミックスを水（又は有機溶剤）に入れて攪拌
分散し、スラリーを作る。次に、このスラリー１０を前
記成形型１に所定量を流し込み、真空ポンプ４を駆動し
て成形型１内のスラリー１０中の水分をフィルター５を
通して吸引する。吸引された水は液槽２に溜り、フィル
ター５上でプリフォームが形成される。この時、真空ポ
ンプ４からの吸引力をコントローラ３によって制御し
て、成形型１内に成形されるプリフォームの体積率を任
意に変えるものである。たとえば、体積率が下面が低
く、上面において高くなるように変化するプリフォーム
を、生産性を考慮しながら成形するためには、最初は脱
水量を少なくし、徐々に脱水量を多くするようにすれば
よい。これによって低い体積率の部分から徐々に高い体
積率の部分に変化するプリフォームが形成され、しかも
体積率の変化の割合が任意に制御できる。すなわち、圧
力をコントローラ３によって適宜変えることによって、
その脱水量と脱水時間を制御し、任意の位置で、任意の
体積率のプリフォームえられる。
示すもので、１は成形型、２は液槽、３はコントロー
ラ、４は真空ポンプで、該真空ポンプ４はコントローラ
３を介して液槽２に連絡している。また成形型１は底部
にフィルター５を設けてある。まず、ウィスカー又は短
繊維のセラミックスを水（又は有機溶剤）に入れて攪拌
分散し、スラリーを作る。次に、このスラリー１０を前
記成形型１に所定量を流し込み、真空ポンプ４を駆動し
て成形型１内のスラリー１０中の水分をフィルター５を
通して吸引する。吸引された水は液槽２に溜り、フィル
ター５上でプリフォームが形成される。この時、真空ポ
ンプ４からの吸引力をコントローラ３によって制御し
て、成形型１内に成形されるプリフォームの体積率を任
意に変えるものである。たとえば、体積率が下面が低
く、上面において高くなるように変化するプリフォーム
を、生産性を考慮しながら成形するためには、最初は脱
水量を少なくし、徐々に脱水量を多くするようにすれば
よい。これによって低い体積率の部分から徐々に高い体
積率の部分に変化するプリフォームが形成され、しかも
体積率の変化の割合が任意に制御できる。すなわち、圧
力をコントローラ３によって適宜変えることによって、
その脱水量と脱水時間を制御し、任意の位置で、任意の
体積率のプリフォームえられる。
【０００８】図３は他の方法による製造方法を示し、真
空ポンプの代わりに加圧シリンダを用いた場合を示す。
即ち１１は成形型、１２は液槽、１３はコントローラ、
１４は加圧シリンダー、１５はフィルター、１６は加圧
シリンダー１４によって作動されるピストンである。こ
のピストン１６でスラリー２０を加圧し、加圧シリンダ
ー１４による加圧力をコントローラ１３で制御しなが
ら、成形型１１内で形成されるプリフォームの体積率を
変えてゆくものである。
空ポンプの代わりに加圧シリンダを用いた場合を示す。
即ち１１は成形型、１２は液槽、１３はコントローラ、
１４は加圧シリンダー、１５はフィルター、１６は加圧
シリンダー１４によって作動されるピストンである。こ
のピストン１６でスラリー２０を加圧し、加圧シリンダ
ー１４による加圧力をコントローラ１３で制御しなが
ら、成形型１１内で形成されるプリフォームの体積率を
変えてゆくものである。
【０００９】
【実施例】図１に示す方法を用い次の要領で実施した。
まず、長さ１０〜３０μｍ、直径０．５〜１．０μｍ、
真比重２．９３ｇ／ｃｍ3 のホウ酸アルミニウムウィス
カー（９Ａｌ2 Ｏ3 ・２Ｂ2 Ｏ3 ）を、１２０ｃｃの水
に均一に分散させてスラリーを作成した。次に内径φ６
０のプリフォーム成形型に、このスラリーを所定量流し
込み、最初５ｍｌ／ｓｅｃの脱水量で３秒間脱水したあ
と、徐々に脱水量を多くして、２０ｍｌ／ｓｅｃまで上
げた。このようにして直径６０、厚さ１０ｍｍのプリフ
ォームを得た。このプリフォームは成形型のフィルタ付
近の底面では体積率１３％であり、上面では体積率１６
％であった。
まず、長さ１０〜３０μｍ、直径０．５〜１．０μｍ、
真比重２．９３ｇ／ｃｍ3 のホウ酸アルミニウムウィス
カー（９Ａｌ2 Ｏ3 ・２Ｂ2 Ｏ3 ）を、１２０ｃｃの水
に均一に分散させてスラリーを作成した。次に内径φ６
０のプリフォーム成形型に、このスラリーを所定量流し
込み、最初５ｍｌ／ｓｅｃの脱水量で３秒間脱水したあ
と、徐々に脱水量を多くして、２０ｍｌ／ｓｅｃまで上
げた。このようにして直径６０、厚さ１０ｍｍのプリフ
ォームを得た。このプリフォームは成形型のフィルタ付
近の底面では体積率１３％であり、上面では体積率１６
％であった。
【００１０】次にこのプリフォームを用いて、ＪＩＳ−
ＡＣ８Ａ合金を７５０℃で溶解した溶湯をマトリックス
として５０ＭＰａの圧力にて複合化をおこない、図４に
示すようなピストンを製造した。このピストンヘッドの
複合部は、上記より連続的にプリフォームの体積率が低
下しており、加熱、冷却のヒートショック試験をおこな
ったが、プリフォームの途中で剥離するものはなかっ
た。
ＡＣ８Ａ合金を７５０℃で溶解した溶湯をマトリックス
として５０ＭＰａの圧力にて複合化をおこない、図４に
示すようなピストンを製造した。このピストンヘッドの
複合部は、上記より連続的にプリフォームの体積率が低
下しており、加熱、冷却のヒートショック試験をおこな
ったが、プリフォームの途中で剥離するものはなかっ
た。
【００１１】
【発明の効果】本発明によれば、体積率を任意に制御し
てなるプリフォームがえられる。したがってプリフォー
ム中に従来のように体積率の異なる境界面がないため、
溶湯鍛造時に、金属溶湯がプリフォームを割って浸入す
ることがない。また、このプリフォームを用いて複合部
材を製作してもヒートショックによる割れは発生しな
い。
てなるプリフォームがえられる。したがってプリフォー
ム中に従来のように体積率の異なる境界面がないため、
溶湯鍛造時に、金属溶湯がプリフォームを割って浸入す
ることがない。また、このプリフォームを用いて複合部
材を製作してもヒートショックによる割れは発生しな
い。
【図１】本発明に係る方法の実施要領を説明する図であ
る。
る。
【図２】本発明に係る方法における脱水量とプリフォー
ムの体積率との関係を示す図である。
ムの体積率との関係を示す図である。
【図３】本発明に係る方法の他の実施要領を説明する図
である。
である。
【図４】本発明に係る方法で製作したプリフォームを用
いたピストンの複合化の状態を説明する図である。
いたピストンの複合化の状態を説明する図である。
【図５】従来の方法で製作したプリフォームの斜視説明
図である。
図である。
【図６】従来の方法で製作した他のプリフォームの斜視
説明図である。
説明図である。
【図７】従来の方法で製作したプリフォームを用いてお
こなう溶湯鍛造法の説明図である。
こなう溶湯鍛造法の説明図である。
１，１１ 成形型 ３，１３ コントローラ ４ 真空ポンプ ５，１５ フィルター １０，２０ スラリー １４ 加圧シリンダー １６ ピストン
Claims (1)
- 【請求項１】 成形型内に収容したスラリーを、吸引ま
たは加圧することによって脱水してプリフォームを製作
する場合において、脱水量と、脱水時間を制御すること
によって、形成するプリフォームの体積率を変化せしめ
ることを特徴とする複合材料用プリフォームの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12822592A JP3237778B2 (ja) | 1992-04-21 | 1992-04-21 | 複合材料用プリフォームの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12822592A JP3237778B2 (ja) | 1992-04-21 | 1992-04-21 | 複合材料用プリフォームの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05295471A true JPH05295471A (ja) | 1993-11-09 |
| JP3237778B2 JP3237778B2 (ja) | 2001-12-10 |
Family
ID=14979593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12822592A Expired - Fee Related JP3237778B2 (ja) | 1992-04-21 | 1992-04-21 | 複合材料用プリフォームの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3237778B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113942139A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-01-18 | 西北工业大学 | 一种搅滤一体直接制备短纤维预制体的装置及方法 |
-
1992
- 1992-04-21 JP JP12822592A patent/JP3237778B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113942139A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-01-18 | 西北工业大学 | 一种搅滤一体直接制备短纤维预制体的装置及方法 |
| CN113942139B (zh) * | 2021-10-18 | 2023-09-29 | 西北工业大学 | 一种搅滤一体直接制备短纤维预制体的装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3237778B2 (ja) | 2001-12-10 |
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