JPS62192546A - 金属基複合材料の製造方法 - Google Patents
金属基複合材料の製造方法Info
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- JPS62192546A JPS62192546A JP3430486A JP3430486A JPS62192546A JP S62192546 A JPS62192546 A JP S62192546A JP 3430486 A JP3430486 A JP 3430486A JP 3430486 A JP3430486 A JP 3430486A JP S62192546 A JPS62192546 A JP S62192546A
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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〕
本発明はマトリックス金属中にセラミック、カーボン等
よりなる分散材を充填しである金属基複合材料の製造方
法に関するもので、金属基複合材料は耐摩耗性金属材料
あるいは自己潤滑性金属材料などとして巾広い用途を持
つものである。
よりなる分散材を充填しである金属基複合材料の製造方
法に関するもので、金属基複合材料は耐摩耗性金属材料
あるいは自己潤滑性金属材料などとして巾広い用途を持
つものである。
従来より金属基複合材料の製造方法としては種々のもの
が知られているが生産性が高く最も実用的な方法として
高圧鋳造法がある。この方法は分散材となる繊維状体あ
るいは粒子状体を予め所定の形状となるようバインダ等
を用いて予成形体とし、この予成形体にマトリックスと
なるアルミニウム等の金属を溶融状態で加圧含浸させる
ことにより分散材とマトリックス金属との複合化を行な
うものである。
が知られているが生産性が高く最も実用的な方法として
高圧鋳造法がある。この方法は分散材となる繊維状体あ
るいは粒子状体を予め所定の形状となるようバインダ等
を用いて予成形体とし、この予成形体にマトリックスと
なるアルミニウム等の金属を溶融状態で加圧含浸させる
ことにより分散材とマトリックス金属との複合化を行な
うものである。
〔発明が解決しようとする間２題点〕
しかしながら本発明者らが、分散材としてセラミック粒
子等の粒子状分散材（以下粒子と略す）を用い上記高圧
鋳造法を試みたところ、粒子にバインダを配合させて製
作した予成形体は、粒子どうしの結合力が例えば繊維状
分散材（以下繊維と略す）のみから製作したものに比べ
て弱いために強度が低く、マトリックス金属を加圧含浸
させる工程で予成形体が破壊され易く、破壊された場合
には、最終的に製造された複合材の欠陥や物性値の不均
一となり好ましくない。ことに粒子は繊維に比べからみ
合いによる分散材どうしの結合がないために分散材の含
有率の低い予成形体の強度が低く、場合によっては予成
形体の成形が困難になるという問題があった。
子等の粒子状分散材（以下粒子と略す）を用い上記高圧
鋳造法を試みたところ、粒子にバインダを配合させて製
作した予成形体は、粒子どうしの結合力が例えば繊維状
分散材（以下繊維と略す）のみから製作したものに比べ
て弱いために強度が低く、マトリックス金属を加圧含浸
させる工程で予成形体が破壊され易く、破壊された場合
には、最終的に製造された複合材の欠陥や物性値の不均
一となり好ましくない。ことに粒子は繊維に比べからみ
合いによる分散材どうしの結合がないために分散材の含
有率の低い予成形体の強度が低く、場合によっては予成
形体の成形が困難になるという問題があった。
そこで本発明は、上記の如き問題点を解決するために粒
子状分散材と繊維状分散材との混合物を予めバインダを
用いて予成形体となし、該予成形体にマトリックス金属
を充填するという技術的手段を採用するものである。
子状分散材と繊維状分散材との混合物を予めバインダを
用いて予成形体となし、該予成形体にマトリックス金属
を充填するという技術的手段を採用するものである。
上記手段によれば、粒子と粒子の間の間隙をかさ密度の
大きい繊維が埋めると同時に、繊維が粒子相互間を橋か
け状態で結合することができるために、分散材の含有率
の低い予成形体であっても強度の大きいものが製作でき
る。
大きい繊維が埋めると同時に、繊維が粒子相互間を橋か
け状態で結合することができるために、分散材の含有率
の低い予成形体であっても強度の大きいものが製作でき
る。
従って本発明によれば、予成形体が破壊されることによ
り発生する複合材の欠陥等の生成を有効に防止すること
ができ、分散材を均一に分布させた優れた特性の金属基
複合材料を提供できる。
り発生する複合材の欠陥等の生成を有効に防止すること
ができ、分散材を均一に分布させた優れた特性の金属基
複合材料を提供できる。
以下本発明を白に示す実施例に基づいて詳細に説明する
。第１図は本発明の第１実施例の金属基複合材料の製造
方法を工程順に説明する流れ図で繊維状分散材２０とし
て、ＳトＣウィスカ（直径０．０５〜１．５μ、長さ２
０〜２００μ）を金属基複合材料全体の８ｖ０１％、粒
子状分散材１０としてＳｊＣ粒子（粒径５〜２０μ、平
均粒径１０μ）を同ＩＱｖｏｌ％、および５ｉｆｔ粒子
（粒径５〜２００μ、平均粒径２５μ）を同２０νＯ１
％となるようそれぞれ秤取し、これらの混合分散材を乳
鉢ｌ内に入れ、１０％の珪酸ソーダ水溶液を上記混合分
散材の重量の２０％スプレー２で噴霧し、乳棒３で十分
に攪拌混合した。
。第１図は本発明の第１実施例の金属基複合材料の製造
方法を工程順に説明する流れ図で繊維状分散材２０とし
て、ＳトＣウィスカ（直径０．０５〜１．５μ、長さ２
０〜２００μ）を金属基複合材料全体の８ｖ０１％、粒
子状分散材１０としてＳｊＣ粒子（粒径５〜２０μ、平
均粒径１０μ）を同ＩＱｖｏｌ％、および５ｉｆｔ粒子
（粒径５〜２００μ、平均粒径２５μ）を同２０νＯ１
％となるようそれぞれ秤取し、これらの混合分散材を乳
鉢ｌ内に入れ、１０％の珪酸ソーダ水溶液を上記混合分
散材の重量の２０％スプレー２で噴霧し、乳棒３で十分
に攪拌混合した。
次にこの混合分散材を２０メツシのふるい４にかけるこ
とによりだんご状のものを除去した後、成形型５内に入
れ、パンチ６により前記混合分散材が金型内キャビティ
の３９ｖｏｌ％を占めるように圧縮し、金型温度を１０
℃／ ｍ ｔ ｎの昇温速度で５００℃まで昇温し５０
０℃で３０分間保持した。これにより本発明の予成形体
７が得られた。
とによりだんご状のものを除去した後、成形型５内に入
れ、パンチ６により前記混合分散材が金型内キャビティ
の３９ｖｏｌ％を占めるように圧縮し、金型温度を１０
℃／ ｍ ｔ ｎの昇温速度で５００℃まで昇温し５０
０℃で３０分間保持した。これにより本発明の予成形体
７が得られた。
次にこの予成形体７を収納した金型５を５００℃に予熱
したまま８５０〜９００℃のアルミニウム合金（ＪＩＳ
ＡＤＣ１２）溶湯８を所定量注ぎ込み、バンチ６に
より５００ｋｇ／−の圧力で加圧し、十分冷却するまで
加圧力を保持した後、加圧を除き脱型することにより金
属基複合材料９を製造することができた。
したまま８５０〜９００℃のアルミニウム合金（ＪＩＳ
ＡＤＣ１２）溶湯８を所定量注ぎ込み、バンチ６に
より５００ｋｇ／−の圧力で加圧し、十分冷却するまで
加圧力を保持した後、加圧を除き脱型することにより金
属基複合材料９を製造することができた。
上記の方法で得られた金属基複合材料９は、曲げ強度が
６０ｋｇ／ｃｄ、高度ＨＩＩ１８０、熱膨張率１２ Ｘ
１０−ｈ／”Ｃであり、その表面は研磨により面粗さ
ｉ、ｏｓ程度まで研磨可能であり、摺動部材としても好
適に使用できる。またＳｉｎ、粒子を多く含んでいるの
で切削加工も容易である。この複合材９はセラミック粒
子を多用することにより原料コストの低廉化がはかれる
ものである。
６０ｋｇ／ｃｄ、高度ＨＩＩ１８０、熱膨張率１２ Ｘ
１０−ｈ／”Ｃであり、その表面は研磨により面粗さ
ｉ、ｏｓ程度まで研磨可能であり、摺動部材としても好
適に使用できる。またＳｉｎ、粒子を多く含んでいるの
で切削加工も容易である。この複合材９はセラミック粒
子を多用することにより原料コストの低廉化がはかれる
ものである。
一般にセラミック粒子等の粒子状分散材は充填密度が高
いために４Ｑｖｏｌ％以下の充填率で予成形体を製作す
ることは困難で、たとえバインダを多量に用いても低充
填率では粒子相互間の距離が大きいために予成形体の強
度は低く、またパインダを多量に用いると最終的に得ら
れる複合材中にバインダが残存して複合材の種々の物性
値低下の原因となり好ましくない。これに対して４０ｖ
ｏｌ％以下の粒子に少量の繊維状分散材を混合すること
により、繊維がバネと同様の働きをし粒子間隙を広げる
ことにより充填率を下げることができるとともに、バイ
ンダによって粒子と粒子の間を繊維が橋かけ状に結合す
ることにより充填率の低い粒子からなる予成形体の強度
を高めることができ、引き続く高圧鋳造工程においても
破壊されないものを製作することができる。なお、ここ
でバインダは成形固化の役割の他に、原料の増粒の役割
りも果している。すなわちウィスカと粒子を混合した時
それぞれの形状が異なるために部分的に分離した状態に
なり易いが、適度の粘性を有するバインダを混合するこ
とにより、繊維と粒子が適当に付着し分離を防ぐことが
できる。ここで繊維とは長さ１０〜５００μ程度の短繊
維又はそのミルドファイバーまたはウィスカ状のもので
そのアスペクト比、すなわち直径と長さの比が５０〜２
００程度の形状のもので、粒子は０．０５〜２００μ程
度の球形または異形形状（このときアスペクト比、すな
わち最長径と最短径の比が１０以下）のものが好適であ
る。
いために４Ｑｖｏｌ％以下の充填率で予成形体を製作す
ることは困難で、たとえバインダを多量に用いても低充
填率では粒子相互間の距離が大きいために予成形体の強
度は低く、またパインダを多量に用いると最終的に得ら
れる複合材中にバインダが残存して複合材の種々の物性
値低下の原因となり好ましくない。これに対して４０ｖ
ｏｌ％以下の粒子に少量の繊維状分散材を混合すること
により、繊維がバネと同様の働きをし粒子間隙を広げる
ことにより充填率を下げることができるとともに、バイ
ンダによって粒子と粒子の間を繊維が橋かけ状に結合す
ることにより充填率の低い粒子からなる予成形体の強度
を高めることができ、引き続く高圧鋳造工程においても
破壊されないものを製作することができる。なお、ここ
でバインダは成形固化の役割の他に、原料の増粒の役割
りも果している。すなわちウィスカと粒子を混合した時
それぞれの形状が異なるために部分的に分離した状態に
なり易いが、適度の粘性を有するバインダを混合するこ
とにより、繊維と粒子が適当に付着し分離を防ぐことが
できる。ここで繊維とは長さ１０〜５００μ程度の短繊
維又はそのミルドファイバーまたはウィスカ状のもので
そのアスペクト比、すなわち直径と長さの比が５０〜２
００程度の形状のもので、粒子は０．０５〜２００μ程
度の球形または異形形状（このときアスペクト比、すな
わち最長径と最短径の比が１０以下）のものが好適であ
る。
次にここで粒子と繊維の好適な比率について第２図に基
づいて説明する。第２図は分散材全体の体積含有率と、
その含有率における分散材中の粒子と繊維の割合を示す
図である。図中令頁域Ａでは強度の強い予成形体が得ら
れ、この予成形体を用いて製作した複合材には欠陥がみ
られず均一な特性を示したのに対し、領域Ｂの組成のも
のでは粒子／繊維の比の値が大きく、従って繊維の割合
が小さいためにすでに説明したような繊維の効果が十分
発揮されない。従って、予成形体の強度が不十分である
ため複合材としたときに、マトリックス金属のみからな
り分散材を含まないひび状の欠陥部が発生しているのが
目視により確認でき、また熱膨張率等の特性値にも場所
による不均一が発生した。また粒子の充填率は５０ｖｏ
ｌ％を越えると繊維がなくても予成形体の製作は可能で
あるがより強固な予成形体を得るために４ｖｏｌ％以下
の少量の繊維を加えてもよい。なお粒子の充填率が８０
ｖｏｌ％を越えると複合化は困難である。曲線ａ−ｂが
示すように粒子と繊維の比の値と分散材全体の含有率の
関係は、分散材全体の含有率が増大するにつれて比の値
が増大しており、少量の繊維でよく、逆に含有率が低下
するにつれて多量の繊維が必要となる。分散材全体の含
有率が５０ｖｏｌ％のとき粒子および繊維のそれぞれの
含有率は、４６ｖｏｌ％、４ｖｏｌ％、同４Ｑｖｏｌ％
のとき３２ｖｏｌ％、８ｖｏｌ％、同３０ｖｏｌ％のと
き２１ｖｏｌ％、９ｖｏｌ％、同２０ｖｏｌ％のとき１
ｌｖｏｌ％、９ｖｏｌ％、同１０ｖｏＬ％のとき２ｖ０
１％、８ｖｏｌ％である。すなわち繊維の複合材全体に
占める含有率は４〜１Ｑｖｏｌ％程度が好適である。
づいて説明する。第２図は分散材全体の体積含有率と、
その含有率における分散材中の粒子と繊維の割合を示す
図である。図中令頁域Ａでは強度の強い予成形体が得ら
れ、この予成形体を用いて製作した複合材には欠陥がみ
られず均一な特性を示したのに対し、領域Ｂの組成のも
のでは粒子／繊維の比の値が大きく、従って繊維の割合
が小さいためにすでに説明したような繊維の効果が十分
発揮されない。従って、予成形体の強度が不十分である
ため複合材としたときに、マトリックス金属のみからな
り分散材を含まないひび状の欠陥部が発生しているのが
目視により確認でき、また熱膨張率等の特性値にも場所
による不均一が発生した。また粒子の充填率は５０ｖｏ
ｌ％を越えると繊維がなくても予成形体の製作は可能で
あるがより強固な予成形体を得るために４ｖｏｌ％以下
の少量の繊維を加えてもよい。なお粒子の充填率が８０
ｖｏｌ％を越えると複合化は困難である。曲線ａ−ｂが
示すように粒子と繊維の比の値と分散材全体の含有率の
関係は、分散材全体の含有率が増大するにつれて比の値
が増大しており、少量の繊維でよく、逆に含有率が低下
するにつれて多量の繊維が必要となる。分散材全体の含
有率が５０ｖｏｌ％のとき粒子および繊維のそれぞれの
含有率は、４６ｖｏｌ％、４ｖｏｌ％、同４Ｑｖｏｌ％
のとき３２ｖｏｌ％、８ｖｏｌ％、同３０ｖｏｌ％のと
き２１ｖｏｌ％、９ｖｏｌ％、同２０ｖｏｌ％のとき１
ｌｖｏｌ％、９ｖｏｌ％、同１０ｖｏＬ％のとき２ｖ０
１％、８ｖｏｌ％である。すなわち繊維の複合材全体に
占める含有率は４〜１Ｑｖｏｌ％程度が好適である。
次に本発明の第２の実施例について説明する。
Ｓｉｎ、粒子（粒径５〜２００μ 平均粒径２５μ）を
複合材全体の３０ｖｏｌ％ＳｉＣウィスカを同３ｖｏｌ
％となるように秤取し２０％珪酸ソーダ水溶液を５ｌｏ
２粒子およびＳｉＣウィスカの合計重量の１／１０とな
るように加え、公知のスプレードライヤ装置により攪拌
混合した。これを２つ割りの樹脂型で成形した後、恒温
槽で８００℃３０分保持し、３００℃に予熱した金型へ
入れ８５０℃のＡＤＣ１２溶湯を５００ ｋｇ／ａｎ！
の圧力で圧入した。得られた複合材は、アルミニウムの
みからなるひび状の欠陥が発生せず、全体に均一な熱膨
張率を示した。またこの複合材は比較的軟質なＳｉＯ□
粒子を主に含むため切削性が良好であった。
複合材全体の３０ｖｏｌ％ＳｉＣウィスカを同３ｖｏｌ
％となるように秤取し２０％珪酸ソーダ水溶液を５ｌｏ
２粒子およびＳｉＣウィスカの合計重量の１／１０とな
るように加え、公知のスプレードライヤ装置により攪拌
混合した。これを２つ割りの樹脂型で成形した後、恒温
槽で８００℃３０分保持し、３００℃に予熱した金型へ
入れ８５０℃のＡＤＣ１２溶湯を５００ ｋｇ／ａｎ！
の圧力で圧入した。得られた複合材は、アルミニウムの
みからなるひび状の欠陥が発生せず、全体に均一な熱膨
張率を示した。またこの複合材は比較的軟質なＳｉＯ□
粒子を主に含むため切削性が良好であった。
分散材の攪拌混合には、乳鉢による混合やスプレードラ
イヤのほかにもボールミル、回転式攪拌機、ショツトブ
ラストなどのほか、分散材を水やアルコールなどの液体
中に懸濁させ、ミキサなどを用いて攪拌してもよい。
イヤのほかにもボールミル、回転式攪拌機、ショツトブ
ラストなどのほか、分散材を水やアルコールなどの液体
中に懸濁させ、ミキサなどを用いて攪拌してもよい。
バインダーには、珪酸ソーダのほか、第１りん酸塩系の
ものやあるいは、有機バインダたとえばＰＶＡなどを少
量混入してもよい。マトリックス金属はＡ１、Ｃｕ ｓ
Ｚ ｎ −、Ｓ ｎ 、 Ｐ ｂ等の金属あるいは
それらの合金、分散材には繊維としてＳｉＣ。
ものやあるいは、有機バインダたとえばＰＶＡなどを少
量混入してもよい。マトリックス金属はＡ１、Ｃｕ ｓ
Ｚ ｎ −、Ｓ ｎ 、 Ｐ ｂ等の金属あるいは
それらの合金、分散材には繊維としてＳｉＣ。
Ｓ ｉｓ Ｎａ 、Ａｌｚ Ｏ：ｌ 、ＴｊＢｚ 、
ＴＩ Ｐ、チタン酸カリウム等のウィスカあるいは、炭
素繊維、アルミナ繊維を粉砕したミルドファイバ、粒子
としてＳ ｉｃ、、Ｓ ｌｚ Ｎａ 、５ｉＯｚ 、Ａ
ｌｚ ０３ 。
ＴＩ Ｐ、チタン酸カリウム等のウィスカあるいは、炭
素繊維、アルミナ繊維を粉砕したミルドファイバ、粒子
としてＳ ｉｃ、、Ｓ ｌｚ Ｎａ 、５ｉＯｚ 、Ａ
ｌｚ ０３ 。
ＢＮ等各種セラミック粒子やグラファイト粉を用いるこ
とができる。
とができる。
第１図は本発明の金属基複合材料の製造方法を模式的に
説明する流れ図、第２図は分散材の含有率に対する粒子
と繊維の比の値の関係において、本発明が好適に実施で
きる領域を示す特性図である。 ７・・・予成形体、８・・・マトリックス金属、９・・
・金属基複合材料、ｌＯ・・・粒子状分散材、２０・・
・繊維状分散材。 代理人弁理士 岡 部 隆 第１図
説明する流れ図、第２図は分散材の含有率に対する粒子
と繊維の比の値の関係において、本発明が好適に実施で
きる領域を示す特性図である。 ７・・・予成形体、８・・・マトリックス金属、９・・
・金属基複合材料、ｌＯ・・・粒子状分散材、２０・・
・繊維状分散材。 代理人弁理士 岡 部 隆 第１図
Claims (4)
- （１）粒子状分散材と繊維状分散材との混合物を予めバ
インダを用いて予成形体となし、該予成形体にマトリッ
クス金属を充填してなる金属基複合材料の製造方法。 - （２）前記混合物の金属基複合材料全体に占める割合は
１０〜５０ｖｏｌ％であることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の金属基複合材料の製造方法。 - （３）前記繊維状分散材の金属基複合材料全体に占める
割合は４〜１０ｖｏｌ％であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の金属基複合材料の製造方法。 - （４）前記繊維状分散材は長さ１０〜５００μの短繊維
またはウィスカからなりアスペクト比が５０〜２００で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の金属
基複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3430486A JPS62192546A (ja) | 1986-02-18 | 1986-02-18 | 金属基複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3430486A JPS62192546A (ja) | 1986-02-18 | 1986-02-18 | 金属基複合材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62192546A true JPS62192546A (ja) | 1987-08-24 |
Family
ID=12410415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3430486A Pending JPS62192546A (ja) | 1986-02-18 | 1986-02-18 | 金属基複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62192546A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01225732A (ja) * | 1988-03-04 | 1989-09-08 | Mazda Motor Corp | 繊維複合材 |
-
1986
- 1986-02-18 JP JP3430486A patent/JPS62192546A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01225732A (ja) * | 1988-03-04 | 1989-09-08 | Mazda Motor Corp | 繊維複合材 |
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