JPS606265A - 繊維複合部材の製造方法 - Google Patents

繊維複合部材の製造方法

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JPS606265A
JPS606265A JP11293983A JP11293983A JPS606265A JP S606265 A JPS606265 A JP S606265A JP 11293983 A JP11293983 A JP 11293983A JP 11293983 A JP11293983 A JP 11293983A JP S606265 A JPS606265 A JP S606265A
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JP
Japan
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fiber
molten metal
molded body
composite
molding
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JP11293983A
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English (en)
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Harumichi Hino
治道 樋野
Hiroe Okawa
広衛 大川
Yutaka Makuchi
裕 馬久地
Masaharu Oshima
正晴 大島
Katsuhiro Kishi
岸 克宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/14Casting in, on, or around objects which form part of the product the objects being filamentary or particulate in form
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/09Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting by using pressure
    • B22D27/13Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting by using pressure making use of gas pressure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/15Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting by using vacuum

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

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】 この発明は、繊維複合部材の製造方法に関するものであ
る。
繊維複合部材は、マトリックス中の一部または全部に繊
維を分散させて当該マトリックスの特性、例えば機械前
特性を改善するようにしたものであり、特性の改善が著
しい場合があることから多方面にわたってその適用が試
みられ、一部実用化されている。
従来、このような繊維複合部材の製造方法としては、例
えば第1図に示すようなものがあった。
すなわち、第1図において、lは金型、2はm雌成形体
、3は金属溶湯、4はパンチであって、金型1内に繊維
成形体2を配設した後金属溶湯3を注入し、次いでパン
チ4にて加圧しつつ前記金属溶湯3を凝固させる方法で
ある(例えば、特開昭52−60222号公報参照)。
しかしながら、このような従来の繊維複合部材の製造方
法では、金属溶湯3をパンチ4による高圧加圧によって
m雌成形体2の空隙に強制的に充填させて凝固させるよ
うにしていたため、金属溶湯3の充填前または途中で金
属溶湯3の繊維成形体2内への浸透抵抗が増大し、金属
溶7g、3の静圧が上Aしてこの圧力が繊維成形体2の
圧縮強度を越えたときに、繊維成形体2につぶれや曲が
り等の変形あるいは破断などの不具合が生じ、その結果
、複合部材中の[1の分布状7%が不均一になったり、
繊維の破断に伴って応力集中個所が発生したりして、複
合部材としての優れた特性が得難いという問題点があっ
た。
この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、繊維成形体を複合させた繊維複合部材を高圧
鋳造により製造するに際し、高圧鋳造時に前記繊維成形
体につぶれや曲がり等の変形あるいは破断などの不具合
が発生せず、製造後の繊維複合部材中における繊維の分
布状態が均一であって、応力集中個所が発生したりする
こともない繊維複合部材の製造方法を提供することを目
的としている。
この発明による繊維複合材料の製造方法は、繊維成形体
を部分的または全体的に複合させた繊維複合部材を高圧
鋳造により製造するに際し、前記繊維成形体を金属溶湯
複合物」二に加熱保持して当該繊維成形体内部の空隙に
減圧下で金属溶湯を浸透させた後、該繊維成形体−金属
溶湯複合物を高圧下で凝固させることを特徴とし、同一
の目的を達成する他の発明では、繊維成形体を部分的に
複合させるに際し、繊維成形体を金属溶湯温度以」二に
加熱保持して当該繊維成形体内部の空隙に減圧下で金属
溶湯を浸透させた後、該繊維成形体−金属溶湯複合物を
高圧下で凝固させて繊維複合部材を得、前記繊維複合部
材を加圧鋳造法や重力鋳造法等の適宜の鋳造法によって
鋳物中の少なくとも一部に複合させることを特徴として
いる。
この発明が適用される繊維としては、炭素繊維、ボロン
繊維、アルミナ繊維、窒化けい素繊維、炭化けい素繊維
、ジルコニア繊維、ガラス繊卸、アラミド繊維、鋼繊維
、ボイスカー等々の非金属系(セラミックス、ガラス、
高分子物質等)あるいは金属系の繊維などがあり、使用
目的等に応じて適宜選定することが可能である。そして
、繊維と金属とのぬれ性を高めるため(例えば、C系繊
維とCu、A文との複合の場合など)に、繊維の表面に
適宜の表面処理を施しておくことも可能である。
そして、この繊維を成形するに際しては、例えばスラリ
ー生民7昆在させた繊維をフィルターを通して吸引して
伺着堆積させる方法やプレスによる方法など適宜の方法
を採用することができる。
一方、マ)・リックスとしての金属には、低融点金属例
えばA4.Mg、Cuおよびこれらの合金さらにはその
他の金属および合金なども使用目的等に応じて選択する
ことか可能である。
そして、上記した適宜形状の繊維成形体を前記金属の溶
湯温度以上の温度に加熱保持して当該繊維成形体内部の
空隙に減圧下で前記金属溶湯を浸透させる。したがって
、減圧下での金属溶湯の供給によって、当該金属溶湯は
繊維成形体内部のすみずみまで浸透して充填され、この
際繊維成形体につぶれや曲がり等の変形などが生じるの
を防止することが可能である。かくして繊維成形体内部
の空隙に減圧下で金属溶湯を浸透充填させた後、直ちに
前記繊維成形体−金属溶湯複合物を高圧下で凝固させて
、金属マトリックス中に繊維が均一に分散した繊維複合
部材を得る。この際、高圧下で金属溶湯を凝固させる手
段としては、機械的なプレスによって凝固させるのが簡
便であるが、そのほかガス加圧などを採用することも可
能である。
このようにして得られた繊維複合部材は、金属マトリッ
クスの一部に繊維が分散された繊維複合部材にも適用可
能であり、この場合には、繊維成形体−金属溶湯複合物
を高圧下で凝固させて繊維複合金属を得たのち、この繊
維複合金属を加圧鋳造法や重力鋳造法等の適宜の鋳造法
によって鋳物中の少なくとも一部に複合させる。
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
〔実施例1〕 第2図はこの実施例1において使用した装置の概略断面
図であって、図において、11は水平断面が円形をなす
坩堝、12は円柱状に成形した繊維成形体、13は坩堝
11および繊維成形体12を加熱するために設置した高
周波コイル13aおよび炉枠13bからなる高周波誘導
加熱式の加熱炉、14は坩堝11の底部に設置され且つ
空気を透過させ溶湯を透過させないフィルター、15は
−1一部開口15aを介して前記フィルタ14および坩
堝11内と連通した減圧室容器であって、この減圧室容
器15はバルブ16を介して図示しない真空タンクに連
結しである。
そして、この実施例では、繊維として平均径3pm、長
さ1〜2mm、組成96%AM、03−4%5i02の
δアルミナ繊維を使用し、この繊維を円柱状の繊維成形
体(かさ密度1.32g/cm3 、Vf : 40%
)に成形したものを用いた。次に、この繊維成形体12
を黒鉛坩堝11内に設置し、高周波加熱炉13によって
急速に加熱した。このとき、高周波加熱炉13によって
黒鉛坩堝11が加熱されると同時に繊維成形体12が加
熱されるが、この間、坩堝11と繊維成形体12の温度
を非接触型の温度計によって測定し、それらの温度が6
50’Cの一定となるように保持した。次に、繊維成形
体12の」二部より坩堝11内に取鍋17よりJIS規
格AC8Aアルミニウム合金溶ン易(溶湯温度650°
C)18を注温し、同時にバルブ16を開放して減圧室
容器15内を10−1torrに減圧した。ここで、フ
ィルタ14として発泡石こうを用いており、空気は透過
させるが金属溶湯12は透過させないため、フィルタ1
4を介して繊維成形体12の内部が減圧されることによ
り合金溶湯18は繊維成形体12の空隙部分に緩やかに
しかもその隅々まで浸透し充填された。その後減圧室容
器15内をリークし、直ちに第3図に示すように前記合
金溶湯12を充填させた繊維成形体−金属溶湯複合物2
0を金型21内に装入し、パンチ22により1500 
kg/ Cm2の圧力で加圧してこの加圧下で凝固させ
て、第4図に示す繊維複合部材25を得た。
」1記の方法により製造した繊維複合部材25において
は、繊維成形体(■2)のつぶれ9曲がり等の変形や破
断等の不具合が無く、繊維の分散が均一でかつ緻密なも
のとなっており、非常に良好な繊維複合金属部材を得る
ことができた。
〔実施例2〕 実施例1と同様の装置を使用し、繊維として平均径5p
Lm、長さ3mmのW繊維を使用し、このW繊維成形体
(V f = 30%)を坩堝11内に設置して加熱炉
13に通電することにより坩堝11および繊維成形体1
2を1100’Oに加熱保持し。
次いで1100°Cの電解銅溶湯18を坩堝11内に供
給してこの金属溶湯18を繊維成形体12内に浸透充填
させたのち、得られた繊維成形体−金属溶湯複合物を第
3図に示す金型21内に設置し、パンチ22を降下させ
て1500 kg/ Cm2の圧力で前記複合物20を
加圧し、この加圧下で凝固させることによって、繊維の
分散が均一でしかも緻雀な繊維複合部材25を得た。
〔実施例3〕 実施例1において、繊維成形体12を内燃機関用ピスト
ンのヘッド部分を考慮した形状に成形し、その他は実施
例1と同じにしてピストンのヘッド部分に対応した形状
の燃焼室形成用空間25aを有する繊維複合部材25を
製作した。次いで、このth!t%を複合部材25を第
5図に示す内燃機関用ピストン成形金型31(31aは
下型、31bは」−型、31cはサイドコアである)内
に設置し、JIS規格AC8Aアルミニウム合金溶湯3
2を金型31内に供給し、ピストンヘッド部に繊維複合
部材25を複合させた。
このようにして得られたピストンの特性評価試験を行っ
た結果、繊維複合金属部分の熱伝導率は0 、10ca
l 1cmΦsec * 00と、A1合金の1/2以
下に低減されることにより、内燃機関としての熱効率が
向上し、燃費を向」−さぜることができ、マタ、HIC
,Co等のエミッションを低減させることができるもの
、であった。
〔実施例4〕 実施例1において、繊維成形体12を内燃機関用動弁機
構部品であるカムシャフトのカム部分を考慮した形状に
成形し、その他は実施例1と同じにしてカムシャフトの
カム部分に対応した形状の繊維複合部材25を製作した
。次いで、この繊維複合部材25を第6図に示す内燃機
関用力ムシャフト成形型35(35aは湯口、35bは
湯道。
35cは鋳造空間である。)内に配置し、JIS規格A
C4Bアルミニウム合金溶湯な成形型35内に供給し、
カム部を繊維複合部材25で構成しカムシャフトを得た
このようにして得られたカムシャフトを耐久試験に供し
た結果、カム部を構成する繊維複合部材の耐摩耗性9強
度に何ら問題はなく、特性の優れたカム部を備えたカム
シャフトであると同時に、カムシャフトの軽量化により
内燃機関の動力性能は大幅に向上することが確かめられ
た。
以上説明してきたように、この発明によれば、繊維成形
体を部分的あるいは全体的に複合させた繊維複合部材を
高圧鋳造により製造するに際し、前記繊維成形体を金属
溶湯温度以上に加熱保持して当該#1!維成形体内部の
空隙に減圧下で金属溶湯を浸透させた後、該繊維成形体
−金属溶湯複合物を高圧下で凝固させて繊維複合部材を
得るようにし、繊維成形体を部分的に複合させるに際し
ては、前記繊維複合部材を鋳造法によって鋳物中の少な
くとも一部に複合させるようにしたから、従来技術のよ
うに、金属溶湯の繊維成形体内への浸透抵抗増加に伴う
溶湯圧力の増加による繊a成形体のつぶれ9曲がり、破
断などの不具合が生じていたのを解消することができる
と同時に分散の不均一をも解消することができ、緻密で
かつ高強度の繊維複合部材を得ることができるという非
常に優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の高圧凝固鋳造装置の一例を示す縦断面図
、第2図および第3図はこの発明の実施例において使用
した金属溶湯充填装置の縦断面図および高圧凝固充填装
置の縦断面図、第4図は第3図の装置によって得た繊維
複合部材の斜視図、第5図および第6図はこの発明の実
施例において使用した内燃機関用ピストン成形金型およ
びカムシャフト成形型の各々縦断面図、第7図は第6図
のX−X線断面図である。 12・・・繊維成形体、18,23.36・・・金属溶
湯、25・・・繊維複合部材。 区 ト n τ−で−

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)繊維成形体を金属溶湯温度以」二に加熱保持して
    当該繊維成形体内部の空隙に減圧下で金属溶湯を浸透さ
    せた後、該繊維成形体−金属溶湯複合物を高圧下で凝固
    させることを特徴とする繊維複合部材の製造方法。
  2. (2)繊維成形体を金属溶湯温度以上に加熱保持して当
    該繊維成形体内部の空隙に減圧下で金属溶湯を浸透させ
    た後、該繊維成形体−金属溶湯複合物を高圧下で凝固さ
    せて繊維複合部材を得、前記繊維複合部材を鋳造法によ
    って鋳物中の少なくとも一部に複合させることを特徴と
    する繊維複合部材の製造方法。
JP11293983A 1983-06-24 1983-06-24 繊維複合部材の製造方法 Pending JPS606265A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62149831A (ja) * 1985-12-24 1987-07-03 Nippon Carbon Co Ltd 繊維強化金属複合材料の製造方法
US5167920A (en) * 1986-05-01 1992-12-01 Dural Aluminum Composites Corp. Cast composite material

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62149831A (ja) * 1985-12-24 1987-07-03 Nippon Carbon Co Ltd 繊維強化金属複合材料の製造方法
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