JPS61127836A - チタン酸カリウム繊維強化金属材料の製造方法 - Google Patents
チタン酸カリウム繊維強化金属材料の製造方法Info
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- JPS61127836A JPS61127836A JP24989384A JP24989384A JPS61127836A JP S61127836 A JPS61127836 A JP S61127836A JP 24989384 A JP24989384 A JP 24989384A JP 24989384 A JP24989384 A JP 24989384A JP S61127836 A JPS61127836 A JP S61127836A
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- reinforced metal
- fibers
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、繊維、ウィスカ等の強化材をマトリックス金
属中に含んでいる複合金属材料の製造方法に関する。
属中に含んでいる複合金属材料の製造方法に関する。
複合材料の一つとして、高強度、高弾性を育する繊維を
強化材とし、アルミニウムの如き金属または合金をマト
リ・７クスとする繊維強化金属材料（ＦＲＭ）が知られ
ており、かかる繊維強化金属材料の製造方法は従来より
種々提案されている。
強化材とし、アルミニウムの如き金属または合金をマト
リ・７クスとする繊維強化金属材料（ＦＲＭ）が知られ
ており、かかる繊維強化金属材料の製造方法は従来より
種々提案されている。
これら従来の繊維強化金属材料の製造方法のひとつとし
て、鋳造型内に繊維強化材を充填した後、 ・該鋳造型
内に更に溶融マトリックス金属を導入し、該鋳造型に係
合するプランジャ要素によって溶融マトリックス金属を
鋳造型内にて加圧しつつＭ固させる溶湯鍛造法が知られ
ている。
て、鋳造型内に繊維強化材を充填した後、 ・該鋳造型
内に更に溶融マトリックス金属を導入し、該鋳造型に係
合するプランジャ要素によって溶融マトリックス金属を
鋳造型内にて加圧しつつＭ固させる溶湯鍛造法が知られ
ている。
この溶湯鍛造法に於いては、複合材料よりなる製品に所
望の性能を与えるためには鋳造中伸化材を所定の形状、
密度、配向状態に保持して強化材とマトリックス金属と
を複合化する必要がある。
望の性能を与えるためには鋳造中伸化材を所定の形状、
密度、配向状態に保持して強化材とマトリックス金属と
を複合化する必要がある。
このため強化繊維を予め加圧成形、あるいは水等の溶媒
に混合させた後沈澱又は濾過させることによって繊維予
成形体（プリフォーム）を製作する方法が知られている
。
に混合させた後沈澱又は濾過させることによって繊維予
成形体（プリフォーム）を製作する方法が知られている
。
前記プリフォームを繊維含有率の大きい繊維強化金属材
料とするために加圧成形で製作するためには、炭化ケイ
素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓ ｉ ３Ｎ４）に代表さ
れるウィスカの場合は、アスペクト比が１００近くある
ため繊維同志のからみ合いが強く加圧成形すればその形
状を保持できる。しかしながら上述した繊維は高価であ
り、安価な繊維強化材料用には不向きである。これに対
して安価な繊維としてはチタン酸カリウム繊維が知られ
ているが、チタン酸カリウム繊維のプリフォームを加圧
成形で得ようとするとアスペクト比が３０程度と小さい
ため、−見所定の形状を保持しているが、繊維のスプリ
ングバ・ツクにより無数の小さな亀裂及び層状のひび割
れ等が発生し、これにマトリックス金属としてアルミニ
ウムを含浸して得られた繊維強化金属材料には第５図の
ようなカケ、層状のひび割れ、第６図のような連続した
繊維密度の小さい部分が欠陥として残るという不具合が
生じてしまう。
料とするために加圧成形で製作するためには、炭化ケイ
素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓ ｉ ３Ｎ４）に代表さ
れるウィスカの場合は、アスペクト比が１００近くある
ため繊維同志のからみ合いが強く加圧成形すればその形
状を保持できる。しかしながら上述した繊維は高価であ
り、安価な繊維強化材料用には不向きである。これに対
して安価な繊維としてはチタン酸カリウム繊維が知られ
ているが、チタン酸カリウム繊維のプリフォームを加圧
成形で得ようとするとアスペクト比が３０程度と小さい
ため、−見所定の形状を保持しているが、繊維のスプリ
ングバ・ツクにより無数の小さな亀裂及び層状のひび割
れ等が発生し、これにマトリックス金属としてアルミニ
ウムを含浸して得られた繊維強化金属材料には第５図の
ようなカケ、層状のひび割れ、第６図のような連続した
繊維密度の小さい部分が欠陥として残るという不具合が
生じてしまう。
そこで本発明は、上記問題点を解決すべくチタン酸カリ
ウム繊維を強化材として含む繊維強化金属材料の製造法
において、前記チタン酸カリウム繊維を含む強化材に前
記強化材に対して１〜５ｗｔ％の無機バインダを分散さ
せ、これを金型内で加圧保持しながらバインダ固化温度
に加熱することによって繊維強化金泥前駆体となるプリ
フォームを製作する方法を採用する。
ウム繊維を強化材として含む繊維強化金属材料の製造法
において、前記チタン酸カリウム繊維を含む強化材に前
記強化材に対して１〜５ｗｔ％の無機バインダを分散さ
せ、これを金型内で加圧保持しながらバインダ固化温度
に加熱することによって繊維強化金泥前駆体となるプリ
フォームを製作する方法を採用する。
本発明による方法において無機バインダを繊維に対して
１〜５ ｗ ｔ％添加したチタン酸カリウム繊維は、所
定の金型内で加熱加圧して固化させることにより、アス
ペクト比比が小さいにもかかわらず、前記無機バインダ
のはたらきによって繊維同志の効果的な接合が行われ前
述したような圧力開放後のスプリングバックを効果的に
防止することが可能となる。
１〜５ ｗ ｔ％添加したチタン酸カリウム繊維は、所
定の金型内で加熱加圧して固化させることにより、アス
ペクト比比が小さいにもかかわらず、前記無機バインダ
のはたらきによって繊維同志の効果的な接合が行われ前
述したような圧力開放後のスプリングバックを効果的に
防止することが可能となる。
［実施例］
以下本発明の実施例を図に従って説明する チタン酸カ
リウム繊維に 無機バインダとしてケイ酸ソーダ（水ガラス）を選んで
、繊維重量に対してバインダ重量（水を除く）が５％に
なるように水で希釈した溶液をスプレー等で塗布した。
リウム繊維に 無機バインダとしてケイ酸ソーダ（水ガラス）を選んで
、繊維重量に対してバインダ重量（水を除く）が５％に
なるように水で希釈した溶液をスプレー等で塗布した。
ここで溶液の繊維に対する総重量は１０％以下では、か
さ密度の大きい繊維に対して少ない溶液を均一に塗布す
るのは困難となり、また３０％を超えると水分が多すぎ
て加圧成形の際に金型のクリアランスから溶液がしぼり
出されてしまい目的とする欠陥のないプリフォームを得
にくくなる。
さ密度の大きい繊維に対して少ない溶液を均一に塗布す
るのは困難となり、また３０％を超えると水分が多すぎ
て加圧成形の際に金型のクリアランスから溶液がしぼり
出されてしまい目的とする欠陥のないプリフォームを得
にくくなる。
次に所定量のバインダを塗布したチタン酸カリウム繊維
の必要量を第１図に示すプリフォーム成形用金型２内に
入れ、上バンチ３にて加圧する。
の必要量を第１図に示すプリフォーム成形用金型２内に
入れ、上バンチ３にて加圧する。
加圧力は所望の繊維含有率により異なるが、例えば繊維
含有率３Ｑｖｏ１％のものを製作する時の加圧力は１０
０ｋｇ／ｃｍ２である。次に加圧を行いながら金型２の
周囲に設置したヒータ４によりバインダの固化温度（２
００−３００℃）に加熱し水分を蒸発させバインダを固
化させる。固化に要する時間は成形プリフォーム形状、
バインダ種類、濃度によっても異なるが通常１５〜３０
分である。この方法によって繊維含有率５０ ｖｏ１％
にも及ぶ高含有率のプリフォームを生産性よく製造する
ことができる。
含有率３Ｑｖｏ１％のものを製作する時の加圧力は１０
０ｋｇ／ｃｍ２である。次に加圧を行いながら金型２の
周囲に設置したヒータ４によりバインダの固化温度（２
００−３００℃）に加熱し水分を蒸発させバインダを固
化させる。固化に要する時間は成形プリフォーム形状、
バインダ種類、濃度によっても異なるが通常１５〜３０
分である。この方法によって繊維含有率５０ ｖｏ１％
にも及ぶ高含有率のプリフォームを生産性よく製造する
ことができる。
次にこのようにして得られたプリフォームを約４５０℃
に予熱した金型内に入れプリフォームが充分に予熱され
た後日００〜８５０℃に加熱された熔解アルミニウム（
９９，９％）を５００ｋ ｇ ／ ｃ ｍ ２以上で加
圧含浸させた後、金型内で冷却固化させることによって
チタン酸カリウム繊維強化金属材料が製造できる。
に予熱した金型内に入れプリフォームが充分に予熱され
た後日００〜８５０℃に加熱された熔解アルミニウム（
９９，９％）を５００ｋ ｇ ／ ｃ ｍ ２以上で加
圧含浸させた後、金型内で冷却固化させることによって
チタン酸カリウム繊維強化金属材料が製造できる。
本発明による方法においてチタン酸カリウム繊維にバイ
ンダ添加量を１．３，５，７．１０％と変化させてプリ
フォームを製作し、これに繊維含量が３Ｑｖｏｌ−％と
なるよう、９９．９％アルミニウムを含浸させて得られ
た繊維強化金属材の３点曲げ試験による強度特性を測定
した結果を第１表に示す。なお、無機バインダとしてケ
イ酸リチウムを用い、ケイ酸ソーダの場合と全く同様に
製作したものについても併記した。また第２図はこれを
グラフ化したものである。
ンダ添加量を１．３，５，７．１０％と変化させてプリ
フォームを製作し、これに繊維含量が３Ｑｖｏｌ−％と
なるよう、９９．９％アルミニウムを含浸させて得られ
た繊維強化金属材の３点曲げ試験による強度特性を測定
した結果を第１表に示す。なお、無機バインダとしてケ
イ酸リチウムを用い、ケイ酸ソーダの場合と全く同様に
製作したものについても併記した。また第２図はこれを
グラフ化したものである。
第 １ 表
第１表、第２図より明らかなようにバインダの量が５ｗ
ｔ％を超えるとバインダがケイ酸ソーダ、ケイ酸リチウ
ムいずれの場合も急激に曲げ強度が低下しはじめ本発明
の目的を充分達成しない。またバインダ量が１ｗｔ％以
下ではバインダを用いない場合と同様の欠陥を生じてし
まい本発明による効果があられれない。
ｔ％を超えるとバインダがケイ酸ソーダ、ケイ酸リチウ
ムいずれの場合も急激に曲げ強度が低下しはじめ本発明
の目的を充分達成しない。またバインダ量が１ｗｔ％以
下ではバインダを用いない場合と同様の欠陥を生じてし
まい本発明による効果があられれない。
第３図は１ｗｔ％のケイ酸ソーダを添加して本発明によ
る方法を実施して得られたプリフォーム、また第４図は
これに９９．９％アルミニウムを溶？ｋｍ造法によって
含浸し製作したチタン酸カリウム繊維強化アルミニウム
材料を示す。第５図、第６図との比較によって明らかな
ように本発明を実施した場合、プリフォームの欠陥に起
因するカケやヒビ割れを解決できることが明瞭となる。
る方法を実施して得られたプリフォーム、また第４図は
これに９９．９％アルミニウムを溶？ｋｍ造法によって
含浸し製作したチタン酸カリウム繊維強化アルミニウム
材料を示す。第５図、第６図との比較によって明らかな
ように本発明を実施した場合、プリフォームの欠陥に起
因するカケやヒビ割れを解決できることが明瞭となる。
本発明に用いることができる無機バインダーは第１の実
施例に示したものの他に、ケイ酸カルシウム、コロイダ
ルシリカ等であってもよく、これらの混合物であっても
よい。
施例に示したものの他に、ケイ酸カルシウム、コロイダ
ルシリカ等であってもよく、これらの混合物であっても
よい。
また強化材として用いる繊維はチタン酸カリウム繊維と
他の繊維（炭化ケイ素、窒化ケイ系等のウィスカ、カー
ボン短繊維等）とのハイブリッド繊維についても応用可
能である。さらにマトリックスとして用いられる金属は
アルミニウム（９９゜９％）の他すべてのアルミニウム
合金、マグネシウム、マグネシウム合金等の通常の溶湯
鍛造法に使用できるすべての金属を用いることができる
。
他の繊維（炭化ケイ素、窒化ケイ系等のウィスカ、カー
ボン短繊維等）とのハイブリッド繊維についても応用可
能である。さらにマトリックスとして用いられる金属は
アルミニウム（９９゜９％）の他すべてのアルミニウム
合金、マグネシウム、マグネシウム合金等の通常の溶湯
鍛造法に使用できるすべての金属を用いることができる
。
また加圧成形法によって、繊維含有率が２０ＶＯ１％以
下の繊維強化金属を製作するためには、繊維にあらかじ
めマトリックスとなる金属粉末を均一に混合させてプリ
フォームを製作するが、この時も本発明を応用すること
によって、粉体と繊維という様な形状が異なり欠陥や密
度のバラツキが出来やすい組合せのプリフォームを均一
でひび割れ等を発生させずに製作することができ、繊維
低含有率のプリフォームを沈澱法を用いずに生産性の高
い加圧成形法で製作することができる。また金属溶湯を
加圧含浸する際にもしっかりと固まっているため、沈澱
法によるプリフォームにおいて発生しやすい形状のくず
れも発生しない。
下の繊維強化金属を製作するためには、繊維にあらかじ
めマトリックスとなる金属粉末を均一に混合させてプリ
フォームを製作するが、この時も本発明を応用すること
によって、粉体と繊維という様な形状が異なり欠陥や密
度のバラツキが出来やすい組合せのプリフォームを均一
でひび割れ等を発生させずに製作することができ、繊維
低含有率のプリフォームを沈澱法を用いずに生産性の高
い加圧成形法で製作することができる。また金属溶湯を
加圧含浸する際にもしっかりと固まっているため、沈澱
法によるプリフォームにおいて発生しやすい形状のくず
れも発生しない。
以上述べたように本発明においては、チタン酸カリウム
繊維を含む強化材に、前記強化材に対して１〜５ｗｔ％
の無機バインダを添加し、プリフォームを成形する方法
を用いることによって無機バインダを用いない場合に繊
維のスプリングパンクによって発生するプリフォームの
亀裂やぼ状のひび割れれをなくすことができ、これにマ
トリックス金属を溶湯鍛造法によって含浸させて得られ
る繊維強化金属の強度を大幅に向上させることができる
。
繊維を含む強化材に、前記強化材に対して１〜５ｗｔ％
の無機バインダを添加し、プリフォームを成形する方法
を用いることによって無機バインダを用いない場合に繊
維のスプリングパンクによって発生するプリフォームの
亀裂やぼ状のひび割れれをなくすことができ、これにマ
トリックス金属を溶湯鍛造法によって含浸させて得られ
る繊維強化金属の強度を大幅に向上させることができる
。
第１図は、本発明の実施例を示す断面図、第２図は、本
発明による方法でバインダ添加量を変化させたときの曲
げ強度をあられす特性図、第３図は、本発明の実施例に
開示する方法によって製作したプリフォームの表面状態
を示す写真、第４図は、上記プリフォームから製作した
チタン酸カリウム繊維強化アルミニウムの表面状態を示
す写真、第５図、第６図は、バインダを用いずにプリフ
ォ−ムを成形し、アルミニウムを含浸して得られたチタ
ン酸カリウム繊維強化アルミニウムの表面状態を示す写
真である。 １・・・バインダを分散させたチタン酸カリウム繊維、
２・・・プリフォーム成形金型、３・・・上パンチ、４
・・・加熱ヒータ。
発明による方法でバインダ添加量を変化させたときの曲
げ強度をあられす特性図、第３図は、本発明の実施例に
開示する方法によって製作したプリフォームの表面状態
を示す写真、第４図は、上記プリフォームから製作した
チタン酸カリウム繊維強化アルミニウムの表面状態を示
す写真、第５図、第６図は、バインダを用いずにプリフ
ォ−ムを成形し、アルミニウムを含浸して得られたチタ
ン酸カリウム繊維強化アルミニウムの表面状態を示す写
真である。 １・・・バインダを分散させたチタン酸カリウム繊維、
２・・・プリフォーム成形金型、３・・・上パンチ、４
・・・加熱ヒータ。
Claims (3)
- （１）チタン酸カリウム繊維を少なくとも一成分として
含む強化材にマトリックスとなる金属材料を加熱加圧含
浸させて得られる繊維強化金属材料の製造方法において
、前記チタン酸カリウム繊維を含む強化材に無機バイン
ダを前記強化材に対して１〜５ｗｔ％分散させ、これを
金型内で加圧保持しながら前記無機バインダ固化温度に
加熱することによって繊維強化金属前駆体となる繊維予
成形体を製作することを特徴とするチタン酸カリウム繊
維強化金属材料の製造方法。 - （２）前記チタン酸カリウム繊維を含む強化材には、前
記マトリックス金属粉が混合されてなる強化材であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のチタン酸カ
リウム繊維強化金属材料の製造方法。 - （３）前記無機バインダは、ケイ酸ソーダ、ケイ酸リチ
ウム、けい酸カルシウム、コロイダルシリカであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のチタン酸カリ
ウム繊維強化金属材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24989384A JPS61127836A (ja) | 1984-11-26 | 1984-11-26 | チタン酸カリウム繊維強化金属材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24989384A JPS61127836A (ja) | 1984-11-26 | 1984-11-26 | チタン酸カリウム繊維強化金属材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61127836A true JPS61127836A (ja) | 1986-06-16 |
Family
ID=17199779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24989384A Pending JPS61127836A (ja) | 1984-11-26 | 1984-11-26 | チタン酸カリウム繊維強化金属材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61127836A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63238239A (ja) * | 1987-03-26 | 1988-10-04 | Agency Of Ind Science & Technol | Ｚｎ−２２Ａ１超塑性材料−チタン酸カリウム複合材料及びその成形方法 |
| JPS63255333A (ja) * | 1987-04-10 | 1988-10-21 | Agency Of Ind Science & Technol | 粉末冶金法によるアルミニウム合金−チタン酸カリウムウイスカ複合材料 |
| JPH01116039A (ja) * | 1987-10-28 | 1989-05-09 | Toyota Motor Corp | チタン酸カリウムウイスカ強化金属複合材料 |
| JPH0324240A (ja) * | 1989-06-22 | 1991-02-01 | Osaka Gas Co Ltd | Ａｌ基繊維強化複合材料 |
-
1984
- 1984-11-26 JP JP24989384A patent/JPS61127836A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63238239A (ja) * | 1987-03-26 | 1988-10-04 | Agency Of Ind Science & Technol | Ｚｎ−２２Ａ１超塑性材料−チタン酸カリウム複合材料及びその成形方法 |
| JPS63255333A (ja) * | 1987-04-10 | 1988-10-21 | Agency Of Ind Science & Technol | 粉末冶金法によるアルミニウム合金−チタン酸カリウムウイスカ複合材料 |
| JPH01116039A (ja) * | 1987-10-28 | 1989-05-09 | Toyota Motor Corp | チタン酸カリウムウイスカ強化金属複合材料 |
| JPH0324240A (ja) * | 1989-06-22 | 1991-02-01 | Osaka Gas Co Ltd | Ａｌ基繊維強化複合材料 |
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