JPH0826421B2 - 筒状繊維強化金属複合材料の製造方法 - Google Patents
筒状繊維強化金属複合材料の製造方法Info
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- JPH0826421B2 JPH0826421B2 JP62308038A JP30803887A JPH0826421B2 JP H0826421 B2 JPH0826421 B2 JP H0826421B2 JP 62308038 A JP62308038 A JP 62308038A JP 30803887 A JP30803887 A JP 30803887A JP H0826421 B2 JPH0826421 B2 JP H0826421B2
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- mold
- aggregate
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、高圧鋳造法によって、強化繊維として炭
素繊維を含む、筒状の、繊維強化金属複合材料（FRM）
を製造する方法に関する。
素繊維を含む、筒状の、繊維強化金属複合材料（FRM）
を製造する方法に関する。
（従来の技術） 筒状のFRMを製造する方法はいろいろあるが、そのひ
とつに高圧鋳造法がある。この方法は、中子の周りに強
化繊維の集合体を配置して金型にいれ、その金型にマト
リクスとなる金属の溶湯を注ぎ込み、プランジャーで加
圧して集合体に含浸し、凝固させた後、脱型するもので
ある。
とつに高圧鋳造法がある。この方法は、中子の周りに強
化繊維の集合体を配置して金型にいれ、その金型にマト
リクスとなる金属の溶湯を注ぎ込み、プランジャーで加
圧して集合体に含浸し、凝固させた後、脱型するもので
ある。
ところで、そのような方法によるFRMに、長手方向に
おける強度や弾性率を発現させたい場合には、集合体
を、強化繊維の全部または一部をその繊維軸が中子の軸
方向になるように配置する。しかるに、集合体が、炭素
繊維からなっていたり、あるいは炭素繊維を一部に含む
ものである場合には、炭素繊維は熱線膨脹率がほとんど
零ないしは負であるため、FRMの、冷却時における、炭
素繊維の繊維軸方向、つまり中子の軸方向における熱収
縮が中子や金型のそれにくらべて著しく小さくなり、中
子や金型から圧縮応力を受けて破壊したり、破壊しない
までも割れてしまうという問題がたびたび起こってい
る。
おける強度や弾性率を発現させたい場合には、集合体
を、強化繊維の全部または一部をその繊維軸が中子の軸
方向になるように配置する。しかるに、集合体が、炭素
繊維からなっていたり、あるいは炭素繊維を一部に含む
ものである場合には、炭素繊維は熱線膨脹率がほとんど
零ないしは負であるため、FRMの、冷却時における、炭
素繊維の繊維軸方向、つまり中子の軸方向における熱収
縮が中子や金型のそれにくらべて著しく小さくなり、中
子や金型から圧縮応力を受けて破壊したり、破壊しない
までも割れてしまうという問題がたびたび起こってい
る。
（発明が解決しようとする問題点） この発明の目的は、従来の方法の上述した問題点を解
決し、冷却時に、破壊したり割れたりするのを防止する
ことができる、筒状繊維強化金属複合材料の製造方法を
提供するにある。
決し、冷却時に、破壊したり割れたりするのを防止する
ことができる、筒状繊維強化金属複合材料の製造方法を
提供するにある。
（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、この発明においては、中
子の周りに、引張弾性率が少なくとも26トン／mm
2で、、かつ、引張破断伸びが1.0％以上であり、しか
も、繊維軸が前記中子の軸方向になるように配向された
炭素繊維を少なくとも含む強化繊維集合体を配置して金
型に入れ、その金型にマトリクスとなる金属の溶湯を注
ぎ込み、その溶湯を加圧して前記集合体に含浸し、凝固
させることを特徴とする筒状繊維強化金属複合材料の製
造方法が提供される。
子の周りに、引張弾性率が少なくとも26トン／mm
2で、、かつ、引張破断伸びが1.0％以上であり、しか
も、繊維軸が前記中子の軸方向になるように配向された
炭素繊維を少なくとも含む強化繊維集合体を配置して金
型に入れ、その金型にマトリクスとなる金属の溶湯を注
ぎ込み、その溶湯を加圧して前記集合体に含浸し、凝固
させることを特徴とする筒状繊維強化金属複合材料の製
造方法が提供される。
この発明において、筒状とは、半径にくらべて長さが
相当長い中空状をいう。横断面形状は、円形であるのが
普通であるが、それに限定されるものではなく、他の形
状、たとえば四角形や楕円形などであっても構わない。
相当長い中空状をいう。横断面形状は、円形であるのが
普通であるが、それに限定されるものではなく、他の形
状、たとえば四角形や楕円形などであっても構わない。
また、この発明において、炭素繊維をその繊維軸が中
子の軸方向になるようにするということは、繊維軸が中
子の軸と正しく一致するするようにする場合はもちろ
ん、繊維軸が中子の軸に対して±20°の範囲内になるよ
うにする場合も含むものである。すなわち、±20°の範
囲内であれば、炭素繊維は、実質的には中子の軸方向で
あるといって差し支えない。
子の軸方向になるようにするということは、繊維軸が中
子の軸と正しく一致するするようにする場合はもちろ
ん、繊維軸が中子の軸に対して±20°の範囲内になるよ
うにする場合も含むものである。すなわち、±20°の範
囲内であれば、炭素繊維は、実質的には中子の軸方向で
あるといって差し支えない。
この発明をさらに詳細に説明するに、この発明におい
ては、強化繊維の集合体が必ず炭素繊維を含んでいる
が、繊維軸が中子の軸方向になる炭素繊維としては、引
張弾性率が26トン／mm2以上のものを用いる。引張弾性
率が26トン／mm2未満の炭素繊維は、剛性が低いため
に、マトリクスとなる金属の溶湯を含浸するときに座屈
しやすく、また、網状平面内における炭素原子の配向が
十分に進んでいないために、特にアルミニウム合金をマ
トリクスとする場合にアルミニウムとの反応を生じやす
くなる。
ては、強化繊維の集合体が必ず炭素繊維を含んでいる
が、繊維軸が中子の軸方向になる炭素繊維としては、引
張弾性率が26トン／mm2以上のものを用いる。引張弾性
率が26トン／mm2未満の炭素繊維は、剛性が低いため
に、マトリクスとなる金属の溶湯を含浸するときに座屈
しやすく、また、網状平面内における炭素原子の配向が
十分に進んでいないために、特にアルミニウム合金をマ
トリクスとする場合にアルミニウムとの反応を生じやす
くなる。
また、この発明においては、繊維軸が中子の軸方向に
なる炭素繊維として、引張破断伸びが1.0％以上である
ものを選択、使用する。引張破断伸びが1.0％未満の炭
素繊維を使用すると、FRMを製造後、冷却するときに、F
RMが、中子や金型の熱収縮に伴う圧縮応力を受けて破壊
したり、割れたりするようになる。引張破断伸びが1.0
％以上の炭素繊維を使用すれば、そのような炭素繊維は
比較的しなやかで上述した応力をよく吸収するので、破
壊や割れを防止することができるようになる。なお、筒
状の場合には、概して肉厚が薄く、しかも冷却過程にお
いて金型と中子の双方から圧縮応力を受けるために上述
した破壊や割れができやすいのであるが、中実棒状の場
合には、一般に相当の厚みがあるうえに、中子を使用し
ないために圧縮応力は金型のみから受けることになり、
破壊や割れはほとんど問題にならない。
なる炭素繊維として、引張破断伸びが1.0％以上である
ものを選択、使用する。引張破断伸びが1.0％未満の炭
素繊維を使用すると、FRMを製造後、冷却するときに、F
RMが、中子や金型の熱収縮に伴う圧縮応力を受けて破壊
したり、割れたりするようになる。引張破断伸びが1.0
％以上の炭素繊維を使用すれば、そのような炭素繊維は
比較的しなやかで上述した応力をよく吸収するので、破
壊や割れを防止することができるようになる。なお、筒
状の場合には、概して肉厚が薄く、しかも冷却過程にお
いて金型と中子の双方から圧縮応力を受けるために上述
した破壊や割れができやすいのであるが、中実棒状の場
合には、一般に相当の厚みがあるうえに、中子を使用し
ないために圧縮応力は金型のみから受けることになり、
破壊や割れはほとんど問題にならない。
そのような炭素繊維を少なくとも含む集合体は、繊維
を一方向に引き揃え、必要に応じて炭素やシリカなどの
バインダで結着して形態保持性を付与したようなもので
ある。
を一方向に引き揃え、必要に応じて炭素やシリカなどの
バインダで結着して形態保持性を付与したようなもので
ある。
もっとも、集合体は、中子の軸方向以外の方向に配向
される炭素繊維を含んでいてもよい。そのような方向に
配向される炭素繊維は、どのようなものであってもよ
く、引張弾性率が少なくとも26トン／mm2で、かつ引張
破断伸びが1.0％以上である必要はない。また、集合体
は、用途等に応じた任意の配向方向をもつ、炭素繊維以
外の、たとえばボロン繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ
繊維等の他の強化繊維を含んでいてもよい。たとえば、
繊維軸が中子の軸方向になる上述した炭素繊維に加え
て、その外側に、炭素繊維や他の強化繊維の連続繊維や
織物を巻き付けたりしたようなものであってもよい。集
合体は、要するに、引張弾性率が少なくとも26トン／mm
2で、かつ引張破断伸びが1.0％以上であり、しかも繊維
軸が中子の軸方向になる炭素繊維を含んでいればよい。
される炭素繊維を含んでいてもよい。そのような方向に
配向される炭素繊維は、どのようなものであってもよ
く、引張弾性率が少なくとも26トン／mm2で、かつ引張
破断伸びが1.0％以上である必要はない。また、集合体
は、用途等に応じた任意の配向方向をもつ、炭素繊維以
外の、たとえばボロン繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ
繊維等の他の強化繊維を含んでいてもよい。たとえば、
繊維軸が中子の軸方向になる上述した炭素繊維に加え
て、その外側に、炭素繊維や他の強化繊維の連続繊維や
織物を巻き付けたりしたようなものであってもよい。集
合体は、要するに、引張弾性率が少なくとも26トン／mm
2で、かつ引張破断伸びが1.0％以上であり、しかも繊維
軸が中子の軸方向になる炭素繊維を含んでいればよい。
中子としては、鉄、銅、ニッケル、アルミニウム、チ
タンなどの単体金属や、これら単体金属の少なくとも１
種を主成分とする合金などを使用する。
タンなどの単体金属や、これら単体金属の少なくとも１
種を主成分とする合金などを使用する。
マトリクスとなる金属は、FRMのマトリクス金属とし
て、通常、使用されている、たとえばアルミニウム、マ
グネシウム、錫、鉛、亜鉛などの単体金属や、そのよう
な単体金属の少なくとも１種を主成分とする合金のよう
なものである。
て、通常、使用されている、たとえばアルミニウム、マ
グネシウム、錫、鉛、亜鉛などの単体金属や、そのよう
な単体金属の少なくとも１種を主成分とする合金のよう
なものである。
さて、この発明においては、中子の周りに上記集合体
を配置して金型に入れ、その金型にマトリクスとなる金
属の溶湯を注ぎ込み、その溶湯を加圧して集合体に含浸
し、凝固させ、脱型することによってFRMを得る。
を配置して金型に入れ、その金型にマトリクスとなる金
属の溶湯を注ぎ込み、その溶湯を加圧して集合体に含浸
し、凝固させ、脱型することによってFRMを得る。
この発明を図面に基づいてさらに詳細に説明するに、
図面は、この発明の方法によって筒状FRMを製造してい
る様子を示すもので、丸棒状の中子１の周りに強化繊維
の集合体２が配置され、金型３内に配置されている。上
記集合体２は、中子１と接する部位が、引張弾性率が少
なくとも26トン／mm2で、かつ引張破断伸びが1.0％以上
であり、しかも繊維軸が中子１の軸方向になる炭素繊維
４からなり、その外側の部位が、用途等に応じた配向方
向をもつ炭素繊維５からなっている。
図面は、この発明の方法によって筒状FRMを製造してい
る様子を示すもので、丸棒状の中子１の周りに強化繊維
の集合体２が配置され、金型３内に配置されている。上
記集合体２は、中子１と接する部位が、引張弾性率が少
なくとも26トン／mm2で、かつ引張破断伸びが1.0％以上
であり、しかも繊維軸が中子１の軸方向になる炭素繊維
４からなり、その外側の部位が、用途等に応じた配向方
向をもつ炭素繊維５からなっている。
さて、FRMの製造は、金型３内に、マトリクスとなる
金属の溶湯６を注ぎ込み、プランジャー７で加圧して集
合体２に含浸し、凝固させることによって行なう。溶湯
６が凝固し、冷却した後、すなわちFRMが得られた後
は、金型３と台８とを分離し、FRMを中子１ごと金型３
から取り出す。しかる後、中子１を抜去する。すると、
筒状のFRMが得られる。
金属の溶湯６を注ぎ込み、プランジャー７で加圧して集
合体２に含浸し、凝固させることによって行なう。溶湯
６が凝固し、冷却した後、すなわちFRMが得られた後
は、金型３と台８とを分離し、FRMを中子１ごと金型３
から取り出す。しかる後、中子１を抜去する。すると、
筒状のFRMが得られる。
（実施例） 直径25mm、長さ1000mmの鉄製の中子の周りに、東レ株
式会社製炭素繊維“トレカ"M30（引張弾性率:30トン／m
m2、引張破断伸び:1.3％）を、その繊維軸が中子の軸方
向になるように、かつ厚みが1mmになるように配向した
後、その上に、東レ株式会社製炭素繊維“トレカ”の平
織物CB6144を、その経糸が中子の円周方向になるよう
に、かつ厚みが1mmになるように巻き付けて集合体と
し、図面に示すように金型に入れた。
式会社製炭素繊維“トレカ"M30（引張弾性率:30トン／m
m2、引張破断伸び:1.3％）を、その繊維軸が中子の軸方
向になるように、かつ厚みが1mmになるように配向した
後、その上に、東レ株式会社製炭素繊維“トレカ”の平
織物CB6144を、その経糸が中子の円周方向になるよう
に、かつ厚みが1mmになるように巻き付けて集合体と
し、図面に示すように金型に入れた。
次に、金型を550℃に予熱した後、その金型にアルミ
ニウムとケイ素の合金（JIS AC4C）の溶湯（温度:750
℃）を注ぎ込み、プランジャーで500kg/cm2の圧力を加
えて集合体に含浸した。
ニウムとケイ素の合金（JIS AC4C）の溶湯（温度:750
℃）を注ぎ込み、プランジャーで500kg/cm2の圧力を加
えて集合体に含浸した。
溶湯が凝固し、冷却した後、金型と台とを分離し、FR
Mを中子ごと取り出し、中子を油圧プレスで押したとこ
ろ、圧縮割れの全くない筒状FRMが得られた。
Mを中子ごと取り出し、中子を油圧プレスで押したとこ
ろ、圧縮割れの全くない筒状FRMが得られた。
（比較例） 中子の軸方向に配向する炭素繊維を、東レ株式会社製
炭素繊維“トレカ"M40（引張弾性率:40トン／mm2、引張
破断伸び:0.6％）に代えたほかは実施例と同様にして、
筒状FRMを得た。
炭素繊維“トレカ"M40（引張弾性率:40トン／mm2、引張
破断伸び:0.6％）に代えたほかは実施例と同様にして、
筒状FRMを得た。
このFRMを肉眼で観察したところ、炭素繊維がその繊
維軸が中子の軸方向になっている部位に、随所に、炭素
繊維の繊維軸に対して約45°の方向に延びる圧縮割れが
身受けられた。
維軸が中子の軸方向になっている部位に、随所に、炭素
繊維の繊維軸に対して約45°の方向に延びる圧縮割れが
身受けられた。
（発明の効果） この発明は、炭素繊維を含む強化繊維の集合体の、繊
維軸が中子の軸方向になる炭素繊維として、引張弾性率
が少なくとも26トン／mm2で、かつ引張破断伸びが1.0％
以上であるものを使用するから、実施例にも示したよう
に、冷却時における圧縮破壊や圧縮割れを防止すること
ができ、長手方向における強度や弾性率に優れた筒状FR
Mを得ることができるようになる。
維軸が中子の軸方向になる炭素繊維として、引張弾性率
が少なくとも26トン／mm2で、かつ引張破断伸びが1.0％
以上であるものを使用するから、実施例にも示したよう
に、冷却時における圧縮破壊や圧縮割れを防止すること
ができ、長手方向における強度や弾性率に優れた筒状FR
Mを得ることができるようになる。
第１図は、この発明の方法を実施している様子を示す概
略一部断面正面図である。 1:中子 2:強化繊維の集合体 3:金型 4:繊維軸が中子の軸方向になる炭素繊維 5:用途等に応じた配向方向をもつ炭素繊維 6:金属の溶湯 7:プランジャー 8:台
略一部断面正面図である。 1:中子 2:強化繊維の集合体 3:金型 4:繊維軸が中子の軸方向になる炭素繊維 5:用途等に応じた配向方向をもつ炭素繊維 6:金属の溶湯 7:プランジャー 8:台
Claims (1)
- 【請求項１】中子の周りに、引張弾性率が少なくとも26
トン／mm2で、かつ、引張破断伸びが1.0％以上であり、
しかも、繊維軸が前記中子の軸方向になるように配向さ
れた炭素繊維を少なくとも含む強化繊維集合体を配置し
て金型に入れ、その金型にマトリクスとなる溶湯を注ぎ
込み、その溶湯を加圧して前記集合体に含浸し、凝固さ
せることを特徴とする筒状繊維強化金属複合材料の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62308038A JPH0826421B2 (ja) | 1987-12-04 | 1987-12-04 | 筒状繊維強化金属複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62308038A JPH0826421B2 (ja) | 1987-12-04 | 1987-12-04 | 筒状繊維強化金属複合材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01149933A JPH01149933A (ja) | 1989-06-13 |
| JPH0826421B2 true JPH0826421B2 (ja) | 1996-03-13 |
Family
ID=17976139
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62308038A Expired - Lifetime JPH0826421B2 (ja) | 1987-12-04 | 1987-12-04 | 筒状繊維強化金属複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0826421B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6933531B1 (en) | 1999-12-24 | 2005-08-23 | Ngk Insulators, Ltd. | Heat sink material and method of manufacturing the heat sink material |
| CN103464727B (zh) * | 2013-09-18 | 2015-04-01 | 太原理工大学 | 一种增强型镁合金块包覆镁合金棒的制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60194039A (ja) * | 1984-03-14 | 1985-10-02 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 繊維強化アルミニウム合金複合材料および製造方法 |
| JPS61172666A (ja) * | 1985-01-25 | 1986-08-04 | Izumi Jidosha Kogyo Kk | 繊維強化筒状部材の製造方法 |
-
1987
- 1987-12-04 JP JP62308038A patent/JPH0826421B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01149933A (ja) | 1989-06-13 |
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