JPS6092437A - 繊維強化金属複合材料の製造方法 - Google Patents

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】 本発明は繊維強化金属複合材料（以下１”　Ｉ＜　Ｍと
いう）のｌｌｉ！遣方法に関する。

Ｆ　ＲＭは、母材である金属中に分散材としての多数の
繊維を埋設し、母ヰＡ金属を繊維強化した複合ｔｔＡ料
である。これは、ｌｕ　ＮＡ金金属強度、剛性、耐熱性
等の緒特性を、繊維によって強化したものであり、ポン
プのヘーンなとの摺動ＩＡ料、あるいは耐熱性を要求さ
れる自動車部品等、その用途は広い。

従来ＦＩ＜Ｍは、たとえば拡散接合法によって製造して
いた。これは、同相の母材金属と繊維とを、ポットプレ
スによってしっくり時開をかけて結合させ、成形品を（
：）るものである。即ち、繊維を金属箔ではさみホット
プレスしたり、繊維表向に金属を被覆したプリプレグシ
ートを積層してホットプレスしたり、あるいは粉末状の
金属を繊維にまぶしてホットプレスする等の方法りこよ
フて製造していた。他の方法としては、溶融した母材金
属を繊維に接触、含浸させた後、これを冷却固化させる
という方法も採られていた。

しかし従来のＦ　ＲＭの製造方法では、成形品の全体を
繊維強化するものであり、成形品の一部を繊維強化する
ものではなかった。

本発明は、成形品の一部に強化繊維を組み込むＦＲＭの
製造方法を提供することを目的とする。

即ち本発明は、繊維集合体を被覆体で覆うことによって
、成形型のキャビィティ内の一部に該繊維集合体を固定
する第一の工程と、溶融した母材金属を該キャビィティ
内に注入する第二の工程と、該キャビィティ内の溶融し
た母材金属を加圧して繊維集合体に含浸させるとともに
該母材金属を固化することにより、成形品の任意の部位
を繊維強化する第三の工程とからなることを特徴とする
繊維強化金属複合材料の製造方法である。

本発明で用いる繊維集合体とは、所定の形状をなす繊維
の集まりを意味し、予備成形した繊維集積体、繊維圧密
体を含む。従って繊維集合体は、繊維をプランジャー等
によって予め加Ｊ：Ｊ：、ｂて予備成形したものでもよ
く、又、バインダーを繊維間に浸透させたものでもよい
。バインダーとしてはエポキシ樹脂、フェノール樹脂、
ポリイミド樹脂等の有機バインダ、リン酸アルミニウム
、水力ラスなとの無機バインダを用いることができる。

繊維集合体を構成する繊維としては炭素ｍ維、ガラスｍ
　紺、ボ１１ン繊紺、アルミナ繊維、シリコンカーバイ
トｗＡ紺、アラミド繊維等各種Ｍｌｌ維の長繊維及び短
繊維を用いることができる。

第一の工程では、繊維集合体を被覆体で覆うことによっ
°Ｃ１成形型のキャビィティ内の一部に繊維集合体を１
■定する。ご乙でキャビィティ内の一部とは、繊維強化
したい部位を意味する。成形品の外面部を繊維強化する
場合には、成形型のキャビィティ周縁部ζこ繊維集合体
を被覆体で固定する。

例えば成形品す月１１動部材や刃具であるときには、成
形品の外面部である摺ｆ！ＪＩ表＋（ｔｆや刃先を特に
強化する必要があるため、ギヤビイティ周縁部に繊維集
合体を被覆体で固定す□る６一方成形品の中央部を繊維
強化する場合には、キャビィティの中央部に繊維集合体
を被覆体で固定する。繊維集合体がキャビィティの全容
積に占める割合は、成形品の種類、繊維強化の程度など
によって異なる。この割合は１〜（３０％の範Ｕ−１と
することができる。尚繊維集合体は／１００〜５５０℃
に予熱しておくとよい。被覆体も４００〜５５０℃に予
熱しておくとよい。

繊維集合体を被覆体で覆うにあたっては、キャビィティ
内の溶融母材金属を加１上した際に、加圧による衝撃に
よって繊維集合体がずれ動かぬように確実に固定するこ
とが最も望ましい。

被覆体はｍ紺集合体を覆って固定するものである。被覆
体は、通常、繊維集合体の全面又はほぼ全面を覆う。被
覆体は、成形型とは別体であることが望ましい。被覆体
は、母材金属と同−組成又は同一に近い組成とすること
が望ましい。被覆体と母材金属との均質化を図り得るか
らである。被覆体は低融点の材料から藩肉状に作製する
ことが望ましい。溶融母材金属の熱によって被覆体を溶
解し得るからである。代表的な被覆体として、溶融した
母材金属が流出ｔ７Ｊ能な多数の孔を有する板状部材を
用いることができる。この場合、例えばパンチングメタ
ル、メツシュ状の金網を用いることができる。板状部材
の孔は均一に分散していてもよく、又、偏在していても
よい。孔は円孔、角孔、スリットでもよい。被覆体とし
て板状部材を用いる場合には、繊維集合体をキャビィテ
ィ内の所定部位に装入した状態で、該繊維集合体の全面
を覆うように前記被覆体を］１ちつり、これによって該
繊維集合体をキャビィティ内に固定するとよい。

繊維集合体をキャビィティの一部に固定する第一の工程
においでは、成形型に四部を形成し、この四部に繊維集
合体を嵌め合わせて拘束する方法、繊維集合体を構成す
るｗＩ紺を利用して固定する方法、繊維集合体をキャビ
ィティの内周壁に接着又は溶着しておく方法などを、被
覆体で覆う方法と併せて用いることができる。

第二の−に程では、溶融したＩＳＪＳ金材をキャビィテ
ィ内（ご注入する。７＋７４４金属とは、ＦＲＭの主体
となる金属である。金属の種類はｌ”　ＲＭの用途に応
し選択できる。１９すえば、アルミニウム、アルミニウ
ム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、銅、銅合金
、チタン、チタン合金を使用できる。

アルミニウムいアルミニウ１１合金を用いると、軽くて
強度の大きい複合Ｈ料を１１）られる。母材金属はキャ
ビィティ内に注入する前に、予め溶融する。

溶融温度は、該母材金属の融点より１０〜２０℃高い温
度が望ましい。その理由は、母材金属が繊維に含浸する
までは溶融状態を保つ必要がある。

一方、含浸後は、すみやかに冷却固化させる必藺がある
という、両者の要請を満たずためである。

第三の工程では、キャビィティ内の溶融した母材金属を
加圧して繊維集合体に含浸させる。加圧手段としてはプ
ランジャーな用いることが望ましい。プランジャーを用
いれば、１６ＩｉＩＩＥと溶融ＰＩ祠金金属のぬれ性が
良くないときであっても、含浸させ得る。プランジャー
をもちいる場合には、２０００〜３０００　ｋｇ／Ｌ？
ｍ’の圧力で加圧するとよい。他の加圧手段としＣは使
用条イ′Ｉによってガス加圧を使用することができる。

尚キャビィティ内は、繊ｌｉＥ集合体への母材金属の浸
透をすみやかにするために、加圧の前に予め真空排気し
ておくとよい。

上記したように溶融した母）Ａ金属を繊維集合体に含浸
させた後は、すみやかに冷却し、固化させる。接触後、
固化：ｔでの所要時間は３分以内が望ましい。３分以内
であれば繊維集合体と溶融した母材金属との成心は、比
較的少なく、高強度のＦＲＭが１？られやずい。なお、
繊維集合体と溶融金属との接触時間は短りれば短い程よ
い。

冷却は、）シリえば、繊ｉｌ＋集合体と母材金属とを収
納している成形型の内部又は周囲に冷却バイブを配置し
ておき、該冷却バイブ因に水などの冷却材を流して成形
！（′νを冷却してもよい。あるいは、前記成形型の１
：方りこ水槽を配置しでおき、該水槽内の水に成形型を
漬り゛Ｃ冷却してもよい。

以上説明し）こようむこ本発明の製造方法によれば、被
覆体で繊維集合体を覆うことによって成形型のキャビィ
ティ内の一部に繊組集合体を固定した後に、キャビィテ
ィ内のＣｌ４４金属を加圧して該母材金属を繊組集合１
４に含浸さ％ｌる構成としていることから、該成形型に
よ−ノー（°形成される成形品の任憇の部位な織締側う
１化することができる。従って本発明の製造Ｉｊ法は、
慴！ｌｉＪ＋表面のみを特に強化したいコンブレラ４Ｊ
−ハウジングなどの摺動部材、刃先のみを特に強化した
い刃具、自動車用アルミホイールを製造する際に好適す
る。

又、第一の工程において繊維集合体をキャビィティ内の
一部に確実に固定した場合には、溶融した母材金属を大
きな圧力で加圧したときであっても、加圧による衝撃に
よって繊ｉｌｔ集合体がずれたり浮き上がったりするこ
とを防止できる。

以下本発明の一実施例を説明する。本例で用いる成形型
ｌは、キャビィティ２を有する主成形型：３と、キャビ
ィティ２内の溶融した母材金属を加圧するプランジャー
／ｌと、キャビィティ２に臨むノックアウト５とを台む
構成である。ここで主成形型３は左右一対の金型；３ａ
及び；３ｂから構成されており、その金型３ａ及び３ｂ
には、」ニガへ向かうにつれて外方へ拡開するテーバ部
６が対向するように形成されている。プランジャー４の
１゛而及びノックアウト５の上面は金型３ａ及び３ｂと
共にキャビィティ２を構成するものである。従ってプラ
ンジャー４のＦ面及びノックアウト５の上面には、成形
品の形状に対応する凹凸が形成されている。叉、ノック
アウト５０）上部には、上方に向かうにつれて外ノｊへ
１１λ開するようなテーバ部７が１１ｑ記テ一パ部１３
と対応するように形成されている。

さて、第１図に承ずように３６０〜（３００℃に予熱し
た繊維集合体８を第１図に示すようにノックアウト５の
表［「１目ご戴置する。本例では繊維集合体８はプラン
ジャーによって予め加熱予備成形したものである。この
縮約集合体８を構成する繊維としてシリコンカーバイド
ウィスカを使用した。

その繊維の長さは５０〜２００μの範囲であり、その径
は０．１〜１　、０．／Ｚの範囲である。

次に第２１女口こ示ず、１、うに被覆体９を成形型ｌの
キャビィティ２へ上方から口ち込み、以］で繊維集合体
８を４・ヤビイディ２に固定する。被覆体９は４００〜
（３００℃ｒクツ１したものを用いる。被覆体９は第３
図及び第１１図から明らかなように多数の孔１０をイＩ
する円形状をなす板状部材であり、ノックアウト５の上
面形状に対応するように形成されている。即ち、その中
央部には膨出部１１が形成され、その膨出部１１の中央
部には窪部１２が形成されている。この被覆体９の組成
は母材金属の組成と同一であり、アルミ合金である。被
覆体９は具体的には、外径１３９ｍｍ、厚み３　ｍｍ　
ｓ膨出部１１の外径６２−１膨出部１１の高さ１０ｍｍ
。

４Ｌ１０の径３間であり、孔１０の数は５０個である。

次に第５図に示すように溶融した母材金属１３を収納し
た容器１４を傾けることによって、キャビィティ２内に
母材金属１３を所要量注入する。

母材金属１３としてはアルミニウム合金を用いた。

その組成はＡ１８５％、５ｉｌ１％、Ｃｕ２．４％であ
る。母材金属１３の注入温度は６ｏｏ〜９００℃である
。

次に第６図に示すようにプランジャー４をキャビィティ
２の奥方へ向けて作動させることによって、キャビィテ
ィ２内の溶融した母材金属１３を２０００ｋｇ／ａｍ’
−の圧力で加圧し、これによって母材金属１３を固定具
９の孔１０を通し、ｍ維集合体８に含浸させる。そして
母材金属１３の凝固完了までプランジャー４を保持する
。尚加圧した際にノックアウト５のテーバ部７が金型３
ａ及び３ｂのテーバ部Ｅ３に密接するため、母材金属１
３の漏れを防止できる。

凝固が完了したら第７図仁こ示ずようにプランジャー４
を戻した状態でノックアウト５を作動させることによ）
て、成形品１５を成形型１から取り出す。

第８図及び第５）図は、Ｌ記した製造方法を経て形成さ
れた成形品１６の断＋（＋ｆ　ＩＩ及び平面図である。

第８２１から明らかなように成形品１５の下面には、Ｆ
ＲＭである繊維強化１ｄ４１　にが形成されており、又
、成形品１５の残りの部位はアルミニウム合金製である
。そしてアルミニウ１１合金と繊維強化層］６との境ソ
Ｌには被覆体丁）が残存している。尚成形品１５の中央
にはｒｔ通孔１７が後処理で形成されている。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示したものである。 第１図は成形型のキ・トビイティ内に繊ＩｔＩ集合体を
装入した状態を示す断面図、第２図は被覆体によって繊
維集合体を固定した状態を示す断面図、第３図及び第４
図は被覆体の断面図及び平面図、第５図はギヤビイティ
内に溶融した母材金属を注入している状態を示す断面図
、第６図はキャビィティ内の溶融したＢＪ材金金属プラ
ンジャーによって加圧している状態を示す断面図、第７
図は成形型から成形品を取り出した状態を示す断面図、
第８図及び第９図は成形品の断面図及び平面図である。 図中、ｌは成形型、２はキャビィティ、４はプランジャ
ー、８は繊維集合体、９は被覆体、ｌＯは孔、１３は母
材金属、１５は成形品、１６は繊維強化層を示す。 特許出願人　日本電装株式会社 代理人　弁理士　大川　宏 同　弁理士　藤谷　峰 同　弁理士　丸山明夫 ：丁、７１゛ン１ ；゛）′ご：８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）繊維集合体を被覆体で覆うことによって、成形型
   のキャビィティ内の一部に該繊維集合体を固定する第一
   の工程と、 溶融した（？Ｈ母材金属該キャビィティ内に注入１゜る
   第二の］−程と、 該キＡ・ビイティ内の溶融した母材金属を加圧して繊ｌ
   ｉｔ集合体に含浸させるとともに該［材金属を固化する
   ことにより、成形品の任意の部位を繊維強化する第三の
   工程とからなることを特徴とする繊維強化金属複合材料
   の％！造造球法 （２）被覆体は、多数の孔を有する板状部材である特許
   請求の範囲第１項記載の繊維強化金属複合材料のａ遣方
   法。 （３）被覆体はＩＶＩ４金属と同一の組成又は同−心と
   近い組成である特許請求の範囲第１項記載の繊糸１を強
   化金属複合材料の製造方法。 の範囲第１項記載の繊維強化金属複合材料の製造方法。 （６）繊維集合体を構成するｍ維は炭素繊維、シリコン
   カーバイド繊維、アルミナ繊維のいずれかである特許請
   求の範囲第１項記載の繊維強化金属複合ヰ４料の製造方
   法。 （６）成形型は、キャビィティを有する主成形型と、該
   キャビィティ内の溶融した母ヰ４金属の加圧を行うプラ
   ンジャーと、成形品の取り出しを行うためにキャビィテ
   ィに臨むノックアウトとを含む構成であり、繊維集合体
   の固定はノックアウトの表面で行われる特許請求の範囲
   第１ｖＡ記載の繊維強化金属複合材料の！３Ｓ！方法。