JPH07100834B2 - 金属基複合材料の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、複合材料に係り、更に詳細には短繊維、ウイ
スカ、若しくは粒子を強化材とし、アルミニウム合金等
をマトリックスとする金属基複合材料の製造方法に係
る。

従来の技術及び発明が解決しようとする課題 例えば日本軽金属学会の主催により昭和60年７月15〜16
日に熱海市に於て開催された第３回金属成形セミナーに
於て頒布された「アルミニウム複合材料（FRM）の成
形」と題する小冊子に記載されている如く、強化繊維が
連続繊維である繊維強化金属複合材料の製造方法とし
て、拡散接合法、プラズマ・スプレイ法、気相析
出法、溶融浸透法、電着法（めっき法）等があり、
強化繊維が不連続繊維である繊維強化金属複合材料の製
造方法として、粉末冶金法、コンポキャスティング
法、溶湯鍛造法、半溶融加工法、HIP法等がある
ことが知られている。

特に強化繊維が短繊維である場合には、上述の他の方法
に比して量産性等に優れていることから、主として上述
のの溶湯鍛造法（高圧鋳造法）が従来より一般に採用
されている。しかし溶湯鍛造法に於ては、マトリックス
金属の溶湯を非常に高い圧力に加圧する必要があり、従
って製造設備が大規模なものとなり、そのため複合材料
の製造が高コストになり、このことが複合材料の実用化
に対する一つの大きな阻害要因となっている。

かくして強化繊維が不連続繊維である場合に於ける複合
材料の製造に於ては、マトリックス金属の溶湯に対する
必要加圧力を低減し、更には加圧を省略することが要請
されており、このことを実現するためには強化繊維とマ
トリックス金属の溶湯との濡れ性を大幅に改善すること
が必要である。

かかる要請に鑑み、例えば特開昭61−295344号公報に
は、マトリックス金属として特殊な元素が添加されたア
ルミニウム合金を使用することが提案されている。しか
しマトリックス金属に特殊な元素を添加するだけでは十
分な濡れ性を確保することができず、またマトリックス
金属の組成が特定のものに限定されてしまうという問題
がある。

また強化繊維が連続繊維である場合についてマトリック
ス金属の溶湯に対する繊維の濡れ性を改善するための種
々の方法が従来より提案されており、例えば特開昭49−
42504号公報には繊維の表面に金属粉末を塗布し、これ
により濡れ性を改善する方法が記載されており、特開昭
50−109904号、特開昭52−28433号、特開昭53−38791
号、特開昭57−169036号、特開昭57−169037号の各公報
には繊維の表面に金属を被覆し、これにより濡れ性を改
善する方法が記載されている。

これらの公報に記載されている如く、強化繊維が連続繊
維である場合には、一般に繊維が一方向に配向されるの
で、毛細管現象によって個々の連続繊維の間にマトリッ
クス金属の溶湯が浸透し、従って上述の如き方法によれ
ば繊維とマトリックス金属の溶湯との間の濡れ性を向上
させることができる。

しかし強化繊維が短繊維やウイスカである場合には、そ
れらが不連続なものであるため毛細管現象によるマトリ
ックス金属の溶湯の浸透を期待することができず、従っ
て例えば特開昭59−205464号公報に記載されている如
く、連続繊維について濡れ性を向上させる手段として知
られている方法を只単に短繊維やウイスカに適用しただ
けではそれらの濡れ性を十分に向上させることができ
ず、そのためマトリックス金属の溶湯を個々の短繊維や
ウイスカの間に良好に浸透させることができない。また
強化繊維が短繊維やウイスカである場合には、これらの
金属を多量に被覆したり金属粉末を多量に塗布すること
が困難であり、また非常に高コストである。これらの問
題は米国特許第4,376,803号及び同第4,569,886号公報に
記載されている如く繊維の表面を金属酸化物にて被覆す
る場合も同様である。

また本願出願人と同一の出願人の出願にかかる特開昭57
−31466号公報や特開昭62−67133号公報に記載されてい
る如く、強化材成形体を所定の温度に予熱し、しかる後
成形体中にマトリックス金属の溶湯を加圧浸透させる方
法が知られている。かかる方法によれば、強化材自身が
或る温度に加熱されることによってマトリックス金属の
溶湯との濡れ性が向上し、成形体が予熱されない場合に
比してマトリックス金属の溶湯の浸透性が向上する。し
かしこれらの方法に於ては成形体を予熱することが必須
であり、またそのための特別の手段が必要であり、従っ
てこれらの方法によっても複合材料の製造を能率化し低
コスト化することに限界がある。

また本願出願人と同一の出願人の出願にかかる特開昭61
−165265号公報に記載されている如く、強化材の成形体
中に含まれる金属酸化物とマトリックス金属中の或る特
定の金属元素との間に於ける酸化還元反応を利用して強
化材成形体中へのマトリックス金属の溶湯の浸透性を向
上させる方法が知られている。しかしこの方法に於ては
互いに酸化還元反応する元素が或る程度制限されるた
め、任意の組成の金属をマトリックス金属とする複合材
料を製造することができないという問題がある。

更に上述の何れの従来の方法に於ても、マトリックス金
属の溶湯を或る比較的高い圧力に加圧することが必須で
あり、従ってこれら従来の方法によってはマトリックス
金属の溶湯に対する加圧を省略したり、加圧に必要な鋳
型等の使用を省略して能率よく低廉に複合材料を製造す
ることはできず、また鋳造毎に鋳型内の成形体以外の領
域に於て比較的多量のマトリックス金属が凝固すること
が避けられないため、歩留りを向上させることができな
いという問題がある。

また特表昭59−500973号公報及び1985年４月に出版され
たJornal of Materials Science Lettersには、強化繊
維の成形体をフッ素含有試薬で前処理し、その成形体に
マトリックス金属の溶湯を含浸させる複合材料の製造方
法が記載されている。しかしこの方法に於ては、強化繊
維が炭素又は炭化物を主成分とし若しくは炭素又は炭化
物で表面被覆された強化繊維に限定され、またマトリッ
クス金属の溶湯を含浸させる前に処理後の成形体を予熱
することが必要であるという問題がある。

本願発明者等は、従来の複合材料の製造方法に於ける上
述の如き問題に鑑み、種々の実験的研究を行った結果、
短繊維等の強化材の成形体中に或る特定の金属の微細片
を所定量以上混入し、特定の溶湯中のAl又はMgと反応さ
せることにより、マトリックス金属の溶湯を加圧しなく
ても個々の強化材の間に溶湯を良好に且非常に迅速に浸
透させることができ、これにより上述の如き種々の問題
を解決し得ることを見出した。

本発明は本願発明者等が行った種々の実験的研究の結果
得られた知見に基き、マトリックス金属の溶湯を加圧し
たり強化材等を高温に加熱しなくても個々の強化材の間
に溶湯を良好に且非常に迅速に浸透させることができ、
これによりマトリックス金属が個々の強化材の間に良好
に充填された複合材料を非常に能率よく低廉に製造する
ことのできる方法を提供することを目的としている。

また本発明は、マトリックス金属の溶湯を加圧するため
の鋳型や所定の形状の複合材料を製造するための鋳型を
用いることなく、実質的に所定の形状及び寸法の複合材
料を非常に能率よく且低廉に非常に高い歩留りにて製造
することのできる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 上述の如き目的は、本発明によれば、（１）短繊維、ウ
イスカ、粒子、及びこれらの混合物よりなる群より選択
された強化材と、Ni、Fe、Co、Cu、Si、Zn、Sn、Ti、及
びそれらの何れかを主成分とする合金よりなる群より選
択された特定の金属の微細片とよりなり前記強化材に対
する前記特定の金属の微細片の重量比が150％以上であ
る混合物にて成形体を形成し、前記成形体の少くとも一
部をマトリックス金属としてのAl又はAl合金の溶湯に接
触させて前記特定の金属と前記溶湯中のAlとを反応さ
せ、これにより前記溶湯を実質的に加圧することなく前
記成形体中に浸透させる金属基複合材料の製造方法、又
は（２）短繊維、ウイスカ、粒子、及びこれらの混合物
よりなる群より選択された強化材と、Ni、Cr、Ag、Al、
Zn、Sn、Pb、及びそれらの何れかを主成分とする合金よ
りなる群より選択された特定の金属の微細片とよりなり
前記強化材に対する前記特定の金属の微細片の重量比が
130％以上である混合物にて成形体を形成し、前記成形
体の少くとも一部をマトリックス金属としてのMg又はMg
合金の溶湯に接触させて前記特定の金属と前記溶湯中の
Mgとを反応させ、これにより前記溶湯を実質的に加圧す
ることなく前記成形体中に浸透させる金属基複合材料の
製造方法によって達成される。

発明の作用及び効果 本発明の方法によれば、強化材と所定量以上の特定の金
属の微細片とを含む成形体が形成され、その成形体の少
くとも一部がマトリックス金属の溶湯と接触せしめられ
る。上述の如き特定の金属の微細片はアルミニウム合金
等の溶湯に対する濡れ性が良好であるので、マトリック
ス金属の溶湯は特定の金属の微細片づたいに成形体中へ
浸透し、これにより順次強化材と接触して行き、更にマ
トリックス金属の溶湯中のAl又はMgと特定の金属とが反
応することによって発熱し、その熱によって溶湯の流動
性及び強化材の表面活性が高められると共に溶湯の表面
張力が低減され、その結果溶湯の成形体中への浸透性及
び強化材の濡れ性が飛躍的に向上され、これによりマト
リックス金属の溶湯が成形体全体に良好に且非常に迅速
に浸透して行く。

従って本発明の方法によれば、マトリックス金属の溶湯
を加圧したり強化材を予熱し或いは成形体を高温度に加
熱しなくても、従ってマトリックス金属の溶湯を加圧し
たり強化材等を加熱するための大掛りな設備を要するこ
となく、個々の強化材の間に溶湯を良好に且非常に迅速
に浸透させることができ、これによりマトリックス金属
が個々の強化材の間に良好に充填された複合材料を従来
の方法に比して遥かに能率よく低廉に製造することがで
きる。

また本発明の方法によれば、上述の如くマトリックス金
属の溶湯が良好に且非常に迅速に成形体中へ浸透して行
くので、強化材と所定量以上の微細片とを含む成形体を
所定の形状及び寸法にて形成し、その一部をマトリック
ス金属の溶湯に接触させるだけで、マトリックス金属の
溶湯が成形体全体に過不足なく非常に迅速に浸透し、こ
れにより実質的に所定の形状及び寸法の複合材料が形成
され、従ってマトリックス金属の溶湯を加圧したり所定
の製品形状を郭定するための鋳型を要すると共に、鋳型
内の複合材料以外の部分にて多量のマトリックス金属が
凝固することが避けられない従来の溶融浸透法等に比し
て、非常に高い歩留りにて実質的に所定の形状及び寸法
の良好な複合材料を非常に能率よく低廉に製造すること
ができる。

本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、成形
体中に上述の特定の金属の微細片が含まれていれば、マ
トリックス金属の溶湯の成形体中への浸透性を向上させ
ることができるが、特にマトリックス金属がAl又はAl合
金である場合には、強化材に対する特定の金属の微細片
の重量比が150％以上である場合にマトリックス金属の
溶湯を成形体中へ良好に且非常に迅速に浸透させること
ができる。従って本発明の方法に於ては、マトリックス
金属がAl又はAl合金である場合には、成形体中の特定の
金属の微細片の量は強化材に対する重量比で見て150％
以上に設定される。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
マトリックス金属がAl又はAl合金である場合には、微細
片を構成する特定の金属がNi、Fe、Co、Cu、Si、Zn、S
n、Ti、及びそれらを主成分とする合金の何れかである
場合に、またマトリックス金属がMg又はMg合金である場
合には、微細片を構成する特定の金属がNi、Cr、Ag、A
l、Zn、Sn、Pb、及びそれらを主成分とする合金の何れ
かである場合に、マトリックス金属の溶湯を成形体中へ
良好に且非常に微細に浸透させることができる。従って
本発明の方法に於ては、特定の金属の微細片を構成する
金属マトリックス金属がAl又はAl合金である場合にはN
i、Fe、Co、Cu、Si、Zn、Sn、Ti、及びそれらを主成分
とする合金よりなる群より選択された金属に選定され、
マトリックス金属がMg又はMg合金である場合にはNi、C
r、Ag、Al、Zn、Sn、Pb、及びそれらを主成分とする合
金よりなる群より選択された金属に選定される。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
マトリックス金属がAl合金である場合に於て、該Al合金
がMg、Zr、Caの少くとも何れかを合計で0.5％以上含有
している場合にマトリックス金属の溶湯をより一層良好
に且迅速に成形体中へ浸透させることができ、特にこの
ことは強化材自体の濡れ性を向上させるべく成形体が予
熱される場合に効果的である。従って本発明の一つの詳
細な特徴によれば、マトリックス金属Mg、Zr、Caの少く
とも何れかを合計で0.5％以上含有するAl合金である。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
マトリックス金属がMg又はMg合金である場合には、成形
体中に上述の特定の金属の微細片が含まれていれば、マ
トリックス金属の溶湯の成形体中への浸透性を向上させ
ることができるが、特に成形体中の強化材に対する特定
の金属の微細片の重量比が130％以上の場合にマトリッ
クス金属の溶湯を成形体中に良好に且非常に迅速に浸透
させることができる。従って本発明の方法に於ては、マ
トリックス金属がMg又はMg合金である場合には、成形体
中の特定の金属の微細片の量は強化材に対する重量比で
見て130％以上に設定される。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
成形体中の強化材及び特定の金属の微細片の合計の体積
率が低過ぎても逆に高過ぎてもマトリックス金属の溶湯
を成形体中に良好に浸透させることが困難になる。従っ
て本発明の他の一つの詳細な特徴によれば、成形体中の
強化材及び特定の金属の微細片の合計の体積率は５〜90
％、好ましくは7.5〜85％に設定される。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
成形体中に含まれる特定の金属の微細片の体積率が高い
値であってもマトリックス金属の溶湯を成形体中に良好
に浸透させることができるが、特定の金属の微細片の量
が多くなればなる程強化材の体積率が相対的に低下し、
また特定の金属の種類によってはマトリックス金属の組
成が大きく変化することになる。従って本発明の更に他
の一つの詳細な特徴によれば、成形体中の特定の金属の
微細片の体積率は好ましくは85％以下に設定される。

また本発明の更に他の一つの詳細な特徴によれば、成形
体は所定の形状及び寸法を有し、その一部のみがマトリ
ックス金属の溶湯に浸漬される。かかる方法によれば、
マトリックス金属の溶湯を加圧したり所定の製品形状を
郭定するための鋳型等を使用することなく、所定の形状
及び寸法の複合材料を非常に高い歩留りにて非常に能率
よく且低廉に製造することができる。

尚本発明の方法に於ては、成形体の予熱は不要である
が、強化材の濡れ性を向上させるべく成形体を予熱する
場合には、その温度は従来より採用されている温度より
も低い温度であってよく、また低い予熱温度は特定の金
属の微細片が著しく酸化することを回避し得る点でも好
ましい。また本発明に於ける特定の金属の微細片の形態
は短繊維、ウイスカ、粉末の如き任意の形態のものであ
ってよい。

以下に添付の図を参照して本発明を実施例について詳細
に説明する。

実施例１ 強化材として平均繊維径３μｍ、平均繊維長1mmのアル
ミナ短繊維（ICI社製「サフィルRG」、95％Al₂O₃、５％
SiO₂）、繊維径0.1〜1.0μｍ、繊維長50〜200μｍの炭
化ケイ素ウイスカ（東海カーボン株式会社製）、平均粒
径10μｍの窒化ケイ素粒子（高純度化学株式会社製）を
用意した。また金属繊維及び金属粉末として下記の表１
に示された繊維及び粉末を用意した。次いで上記強化材
と金属繊維及び上記強化材と金属粉末とを混合し、それ
らの混合物を20×20×40mmの寸法を有する直方体に圧縮
成形した。第１図はかくして形成された成形体10を示す
斜視図であり、図に於て12は強化材を、14は金属繊維を
示している。

この場合強化材と金属繊維又は金属粉末との混合比を変
えることにより、強化材の体積率が５％であり、強化
材に対する金属繊維又は金属粉末の重量比が600％であ
り、全体の体積率が13〜62％である成形体と、強化材
の体積率が15％であり、強化材に対する金属繊維又は金
属粉末の重量比が200％であり、全体としての体積率が2
3〜72％である成形体とを形成した。

次いで金属繊維がZn繊維及びSn繊維である成形体、及び
金属粉末がPb粉末である成形体以外の各成形体を200℃
に予熱し、しかる後第２図に示されている如く、各成形
体10を溶湯容器16内に配置し、該容器内に700℃のアル
ミニウム合金の溶湯18を注湯し、該溶湯を加圧すること
なく凝固させた。この場合アルミニウム合金としてMg含
有量がそれぞれ0.1％、0.3％、0.5％、１％、10％であ
るJIS規格AC1A、JIS規格AC4C、JIS規格AC4D、JIS規格AC
8A、JIS規格AC7B、及びJIS規格AC4Cに0.3％のCa又はZr
が添加されたアルミニウム合金の７種類のアルミニウム
合金を使用した。

次いで上述の如く製造された各凝固体より元の圧縮成形
体の部分に形成された複合材料20を切り出し、第３図に
於て仮想線22にて示されている如く、その中央部を横断
方向に切断し、その切断面を研磨したのち実体観察及び
光学顕微鏡による観察を行うことにより、各複合材料に
ついて複合状態の良否を評価した。

これらの評価の結果を下記の表２〜表４に示す。尚これ
らの表に於て、◎はマクロ的複合状態及びミクロ的複合
状態が共に良好であることを示しており、○はマクロ的
複合状態が良好であることを示しており、△は部分的な
複合化しか達成されていないことを示しており、×は全
く複合化していないことを示している（後述の表５〜
７、表10、表11に於ても同じ）。

表２〜表４より、強化材の種類や体積率及びアルミニウ
ム合金の組成に拘らず、成形体がNi、Fe、Co、Cr、Mn、
Cu、Ag、Si、Mg、Al、Zn、Sn、Ti、及びこれらを主成分
とする合金よりなる金属繊維又は金属粉末を含む場合に
良好な複合化が達成されるが、特に金属繊維又は金属粉
末はNi、Fe、Co、Cu、Si、Zn、Sn、Ti、及びそれらを主
成分とする合金よりなるものであることが好ましいこと
が解る。またマトリックス金属としてのアルミニウム合
金が0.5％以上のMg又は合計で0.5％以上のMg、Ca、Zrを
含有している場合に、複合化が一層良好に行われること
が解る。

尚実施例としては示されていないが、金属繊維又は金属
粉末が表１に示された合金以外の合金であって、上述の
好ましい特定の元素を主成分とする合金よりなる場合に
も良好な複合化が行われ、またマトリックス金属が0.5
％以上のCa又はZrを含有している場合にも複合化が一層
良好に行われることが解っている。

比較例１ 上述の実施例１に於て使用されたアルミナ短繊維と同一
のアルミナ短繊維のみよりなり、短繊維の体積率が５
％、15％、30％である成形体、実施例１に於て使用され
た炭化ケイ素ウイスカと同一の炭化ケイ素ウイスカのみ
よりなり、ウイスカの体積率が５％、15％、40％である
成形体、実施例１に於て使用された窒化ケイ素粒子と同
一の窒化ケイ素粒子のみよりなり、粒子の体積率が５
％、15％、50％である成形体を形成し、各成形体につい
て実施例１の場合と同一の要領及び条件にて複合材料の
製造を試みた。しかし何れの成形体の場合にも良好な複
合化は達成されなかった。

また上述の比較例の各成形体を使用し、高圧鋳造装置を
用いてアルミニウム合金の溶湯を種々の圧力にて加圧し
た点を除き、実施例１の場合と同一の要領及び条件にて
複合材料の製造を試みた。その結果、良好な複合化を達
成するためには、アルミニウム合金の溶湯を少なくとも
500kg/cm²以上の圧力にて加圧することが必要であるこ
とが解った。

実施例２ 強化材として平均繊維径３μｍ、平均繊維長1mmのアル
ミナ短繊維（ICI社製「サフィルRF」、96〜97％Al₂O₃、
３〜４％SiO₂）、繊維径0.1〜0.6μｍ、繊維長20〜200
μｍの窒化ケイ素ウイスカ（タテホ化学工業株式会社
製）、平均粒径10μｍの炭化タングステン粒子（高純度
化学株式会社製）を用意した。また金属繊維及び金属粉
末として下記の表１に示された繊維及び粉末を用意し
た。次いで実施例１の場合と同様、上記強化材と金属繊
維及び上記強化材と金属粉末とを混合し、それらの混合
物を20×20×40mmの寸法を有する直方体に圧縮成形し
た。

この場合強化材と金属繊維又は金属粉末との混合比を変
えることにより、強化材の体積率が５％であり、強化
材に対する金属繊維又は金属粉末の重量比が500％であ
り、全体の体積率が12〜53％である成形体と、強化材
の体積率が15％であり、強化材に対する金属繊維又は金
属粉末の重量比が150％であり、全体の体積率が21〜58
％である成形体とを形成した。

次いで実施例１の場合と同様、金属繊維がZn繊維及びSn
繊維である成形体を150℃に予熱し、金属粉末がPb粉末
である成形体を100℃に予熱し、他の各成形体を400℃に
予熱し、しかる後各成形体を溶湯容器内に配置し、該容
器内に700℃のマグネシウム合金の溶湯を注湯し、該溶
湯を加圧することなく凝固させた。この場合マグネシウ
ム合金としてJIS規格MC−２、JIS規格MC−７、JIS規格M
C−８の３種類のマグネシウム合金を使用した。

次いで実施例１の場合と同様、上述の如く製造された各
凝固体より元の圧縮成形体の部分に形成された複合材料
を切り出し、その中央部を横断方向に切断し、その切断
面を研磨したのち実体観察及び光学顕微鏡による観察を
行うことにより、各複合材料について複合状態の良否を
評価した。これらの評価の結果を下記の表５〜表７に示
す。

表５〜表７より、マトリックス金属がマグネシウム合金
である場合には、強化材の種類や体積率及びマグネシウ
ム合金の組成に拘らず、成形体がNi、Cr、Ag、Al、Zn、
Sn、Pb、及びこれらを主成分とする合金よりなる金属繊
維又は金属粉末を含む場合に良好な複合化が達成される
ことが解る。

尚実施例としては示されていないが、成形体がNi、Cr、
Ag、Al、Zn、Sn、Pbを主成分とする他の合金又はAlより
なる金属繊維又は金属粉末を含む場合にも良好な複合化
が達成されることが解っている。

比較例２ 上述の実施例２に於て使用されたアルミナ短繊維と同一
のアルミナ短繊維のみよりなり、短繊維の体積率が５
％、15％、40％である成形体、実施例２に於て使用され
た窒化ケイ素ウイスカと同一の窒化ケイ素ウイスカのみ
よりなり、ウイスカの体積率が５％、15％、40％である
成形体、実施例２に於て使用された炭化ケイ素粒子と同
一の炭化窒化ケイ素粒子のみよりなり、粒子の体積率が
５％、15％、40％である成形体を形成し、各成形体につ
いて実施例２の場合と同一の要領及び条件にて複合材料
の製造を試みた。しかし何れの成形体の場合にも良好な
複合化は達成されなかった。

また上述の比較例の各成形体を使用し、高圧鋳造装置を
用いてマグネシウム合金の溶湯を種々の圧力にて加圧し
た点を除き、実施例２の場合と同一の要領及び条件にて
複合材料の製造を試みた。その結果、良好な複合化を達
成するためには、マグネシウム合金の溶湯を少なくとも
500kg/cm²以上の圧力にて加圧することが必要であるこ
とが解った。

実施例３ 上述の実施例１及び２に示されている如く、強化材の成
形体に特定の金属繊維又は金属粉末が含まれていること
が好ましいので、かかる金属繊維や金属粉末の量が如何
なる値であることが適切であるかの検討を行った。

まず下記の表８及び表９に示された強化材、表10及び表
11に示されたマトリックス金属、金属繊維及び金属粉末
を用意し、これらを用いてそれぞれ実施例１及び２の場
合と同様の要領（成形体に対する予熱なし）にて複合材
料を製造し、各複合材料について実施例１及び２の場合
と同一の要領にて複合状態の良否を評価した。尚金属繊
維及び金属粉末は表１に示されたものと同一であり、強
化材に対する金属繊維又は金属粉末の重量比は０％、50
％、100％、150％、200％、250％、300％に設定され
た。これらの評価の結果を下記の表10及び表11に示す。

表10及び表11より、良好な複合化を達成するためには、
強化材、金属繊維及び金属粉末の種類やマトリックス金
属の組成に拘らず、強化材に対する金属繊維又は金属粉
末の重量比は、マトリックス金属がアルミニウム合金で
ある場合には150％以上、好ましくは200％以上でなけれ
ばならず、マトリックス金属がマグネシウム合金である
場合には130％以上、好ましくは180％以上でなければな
らないことが解る。

実施例４ 上述の実施例１に於て良好な複合化が達成された強化材
と金属繊維又は金属粉末との組合せ（表２〜４に於て複
合化状態が全て◎又は○であり且表４に於て○の数が２
以上である組合せ）よりなり、強化材の体積率及び強化
材に対する金属繊維又は金属粉末の重量比が実施例１の
及びと同一の混合物にて、第４図に示されている如
く外径40mm、内径30mm、長さ50mmの円筒形の圧縮成形体
24を形成した。尚第４図に於て、26及び28はそれぞれ強
化材及び金属繊維を示している。またマトリックス金属
として実施例１に於て使用されたマトリックス金属と同
一の７種類のアルミニウム合金の溶湯を用意した。

次いで各成形体を実施例１の場合と同一の温度に予熱
し、しかる後第５図に示されている如く、各成形体24の
上端をピンセット状のホールダ30にて保持し、各成形体
の下端を溶湯容器32内に貯容された700℃のアルミニウ
ム合金の溶湯34に接触させた。するとアルミニウム合金
の溶湯が各成形体の下端よりその上端まで３〜10秒の内
に成形体全体に浸透した。溶湯が成形体全体に完全に浸
透した後、第６図に示されている如くその成形体を溶湯
より引き離し、そのままの状態で溶湯を凝固させた。こ
の場合溶湯はそれが凝固するまで表面張力により成形体
に付着した状態を維持し、実質的に成形体より滴り落ち
ることはなかった。

次いでかくして製造された複合材料製の円筒体の寸法を
測定したところ、外径、内径、長さはそれぞれ39〜41m
m、28〜30mm、48〜50mmであり、各円筒体は元の成形体
と実質的に同一の形状及び寸法を有していることが認め
られた。また各円筒体を切断してその複合状態を調査し
たところ、何れの円筒体に於ても表面までマトリックス
金属としてのアルミニウム合金が過不足なく良好に充填
していることが確認された。

実施例５ 上述の実施例２に於て良好な複合化が達成された強化材
と金属繊維又は金属粉末との組合せ（表５〜７に於て複
合化状態が全て◎である組合せ）よりなり、強化材の体
積率及び強化材に対する金属繊維又は金属粉末の重量比
が実施例２の及びと同一の混合物にて、外径80mm、
内径70mm、長さ40mmの円筒形の圧縮成形体を形成した。
またマトリックス金属として実施例２に於て使用された
マトリックス金属と同一の３種類のマグネシウム合金の
溶湯を用意した。

次いで各成形体を実施例２の場合と同一の温度に予熱
し、しかる後実施例４の場合と同一の要領にて、各成形
体の下端を溶湯容器内に貯容された700℃のマグネシウ
ム合金の溶湯に接触させた。するとマグネシウム合金の
溶湯が各成形体の下端よりその上端まで３〜８秒の内に
成形体全体に浸透した。溶湯が成形体全体に完全に浸透
した後その成形体を溶湯より引き離し、そのままの状態
で溶湯を凝固させた。この実施例の場合にも溶湯はそれ
が凝固するまで表面張力により成形体に付着した状態を
維持し、実質的に成形体より滴り落ちることはなかっ
た。

次いでかくして製造された複合材料製の円筒体の寸法を
測定したところ、外径、内径、長さはそれぞれ79.5〜8
0.5mm、69〜70mm、39〜40mmであり、各円筒体は元の成
形体の寸法と実質的に同一の形状及び寸法を有している
ことが認められた。また各円筒体を切断してその複合状
態を調査したところ、何れの円筒体に於ても表面までマ
トリックス金属としてのマグネシウム合金が過不足なく
良好に充填していることが確認された。

以上の説明より、本発明によれば、マトリックス金属の
溶湯を加圧したり成形体を高温度に加熱しなくても個々
の強化材の間に溶湯を良好に且非常に迅速に浸透させる
ことができ、これによりマトリックス金属が個々の強化
材の間に良好に充填された複合材料を従来の方法に比し
て遥かに能率よく低廉に製造することができ、マトリッ
クス金属が大きく組成上の制約を受けることもなく、ま
た鋳型等を用いなくても所定の形状及び寸法の複合材料
製の鋳物を非常に能率良く低廉に高い歩留まりにて製造
することができることが理解されよう。

尚上述の実施例１、２、４に於ては、成形体が予熱され
ているが、これらの実施例に於て成形体が予熱されない
場合にも良好な複合化を達成し得ることが確認されてい
る。

以上に於ては本発明を幾つかの実施例について詳細に説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は強化材と金属繊維とよりなる圧縮成形体を示す
斜視図、第２図は第１図に示された圧縮成形体を用いて
本発明の方法に従って複合材料が製造される態様を示す
解図、第３図は第２図に示された方法により製造された
複合材料を示す斜視図、第４図は強化材と金属繊維とよ
りなる円筒形の圧縮成形体を示す斜視図、第５図は圧縮
成形体の下端がアルミニウム合金の溶湯に浸漬された状
態を示す解図、第６図は圧縮成形体がアルミニウム合金
の溶湯より引上げられた状態を示す解図である。 10……圧縮成形体,12……強化材,14……金属繊維,16…
…鋳型,18……アルミニウム合金の溶湯,20……複合材
料,24……圧縮成形体,26……強化材,28……金属繊維,30
……ホールダ,32……溶湯容器,34……アルミニウム合金
の溶湯

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森川 隆 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 田中 淳夫 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 梶川 義明 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 額見 哲也 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭49−42504（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−34148（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−46316（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−213649（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】短繊維、ウイスカ、粒子、及びこれらの混
   合物よりなる群より選択された強化材と、Ni、Fe、Co、
   Cu、Si、Zn、Sn、Ti、及びそれらの何れかを主成分とす
   る合金よりなる群より選択された特定の金属の微細片と
   よりなり前記強化材に対する前記特定の金属の微細片の
   重量比が150％以上である混合物にて成形体を形成し、
   前記成形体の少くとも一部をマトリックス金属としての
   Al又はAl合金の溶湯に接触させて前記特定の金属と前記
   溶湯中のAlとを反応させ、これにより前記溶湯を実質的
   に加圧することなく前記成形体中に浸透させる金属基複
   合材料の製造方法。
2. 【請求項２】短繊維、ウイスカ、粒子、及びこれらの混
   合物よりなる群より選択された強化材と、Ni、Cr、Ag、
   Al、Zn、Sn、Pb、及びそれらの何れかを主成分とする合
   金よりなる群より選択された特定の金属の微細片とより
   なり前記強化材に対する前記特定の金属の微細片の重量
   比が130％以上である混合物にて成形体を形成し、前記
   成形体の少くとも一部をマトリックス金属としてのMg又
   はMg合金の溶湯に接触させて前記特定の金属と前記溶湯
   中のMgとを反応させ、これにより前記溶湯を実質的に加
   圧することなく前記成形体中に浸透させる金属基複合材
   料の製造方法。