JPS634032A - 繊維強化金属製造用プリフオ−ムおよびその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は繊維成形体からなる繊維強化金属製造用プリ
フォーム、特に高圧鋳造法などによる繊維強化金属の製
造における中間素材として利用されるプリフォームおよ
びその製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、繊維強化金属を製造するための中間素材として繊
維成形体が用いられることがあり、これをウィスカーな
どの短繊維より製造する方法には、抄紙法などが知られ
ている。第４図は例えば特開昭６１−３８５５号に示さ
れた従来の繊維成形体の製造方法を示す断面図であり、
図において、（１）は成形容器で、下部にフィルター（
２）および連通孔（３）を介して減圧室（４）が連通し
ている。減圧室（４）には吸引口（５）が設けられ、減
圧するための真空ポンプ（図示せず）などに接続してい
る。（６）は強撹拌によりウィスカーなどの短繊維を十
分にほぐして分散させた繊維分散液体、（７）は繊維分
散液体（６）をいれた容器である。成形容器（１）のキ
ャビティは一般に所望の繊維成形体と同一の形状とされ
ている。

上記の構成において、まずウィスカーなどの短繊維を容
器（７）において水、アルコール、アセトンなどの液体
に分散させる。このとき毛玉を作らないように、ミキサ
ーなどにより強くかくはんすることが従来行われている
。また繊維成形体の強度を高めたり、繊維の体積分率を
調整する手段としてバインダーを混入する場合もある。

そして繊維分散液体（６）を容器（７）より成形容器（
１）のキャビティに注入し、この状態で吸引口（５）か
らポンプにより吸引して減圧室（４）を減圧し、繊維分
散液体（６）をフィルター（２）および連通孔（３）を
介して吸引する。フィルター（２）は繊維を全くまたは
殆ど通さず、液体のみを通すフィルターであるため、液
体のみが減圧室（４）へ流下し、繊維はフィルター（２
）の表面に集積して繊維成形体が形成される。繊維成形
体はこの後成形容器（１）より取出され、繊維強化金属
製造用プリフォームとして供される。

このような繊維成形体を用いて繊維強化金属を製造する
方法としては、高圧鋳造法などが知られている。この方
法は鋳造型内に繊維成形体を充填した後、上記鋳造型に
溶融マトリックス金属を注入し、直ちに溶融マトリック
ス金属をプランジャーなどにより加圧して、繊維成形体
の繊維間間隙へ溶融マトリックス金属を浸透させ、その
後マトリックス金属を冷却凝固させることによって繊維
強化金属を製造する方法である。さらに高圧鋳造法など
の改良法として、繊維成形体を容器に入れて容器と一体
のまま高圧鋳造法などの鋳造型にいれて鋳造する方法が
提案されている（例えば特開昭６０−２１０３５１号）
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の繊維成形体を用いて高圧鋳造法などにより繊維強
化金属を製造する場合には、繊維成形体を高圧鋳造法な
どの型に直接入れる場合に生じる問題点として、以下の
問題点があった。

（１）繊維成形体の強度があまり大きくない場合には高
圧鋳造時に受ける力などにより繊維成形体が変形または
破壊を生じ、健全な繊維強化金属が得られないことがし
ばしば生じる。

（２）繊維成形体は一般にマトリックス金属の融点近く
または以上の温度に予備加熱された後鋳造型内に設置さ
れ、繊維成形体への溶融マトリックスの浸透を容易とす
ることが行われる。しかし繊維成形体と型とのクリアラ
ンスが小さい場合には、型に接した箇所の繊維成形体が
型によって急速に冷却される場合が生じ、その部分に溶
融マトリックス金属の浸透不良が生じることがある。

（３）繊維成形体と型とのクリアランスが大きい場合に
は、溶融マトリックス金属が繊維成形体内部に浸透する
前に繊維成形体の全周を包み、繊維成形体内のガスが流
出できず、残留して鋳造欠陥の原因と成り易い。

以上の問題点を解決するための改良法、すなわち繊維成
形体を容器に入れ、容器とともに高圧鋳造などにより鋳
造する方法は、単に容器に入れただけであるため、以下
の問題点があった。

（１）ガスの流出口がないため、容器底部においてマト
リックス金属の浸透不良が生じ易い。

（２）容器に繊維成形体を詰める工程が新たに増す。

発明者らは上記のような従来の問題点を解消すめために
、開口部と流出口を持つ容器を提案したが（未公開）、
この発明はこれをさらに改良したもので、特にウィスカ
ーなどの短繊維から繊維成形体を成形するにあたり、高
圧鋳造法などにおける繊維成形体の変形ないし破壊を防
止し、かつ溶融マトリックス金属の浸透を確実にして、
浸透不良や鋳造欠陥のない健全な繊維強化金属を低コス
トで安定して製造できる繊維強化金属製造用プリフォー
ムおよびその製造方法を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係わる繊維強化金属製造用プリフォームは、
金属容器と繊維成形体とからなり、前記金属容器は繊維
成形体の外形に対応する形状のキャビティおよび開口部
を有するとともに、底部または側面に１個以上の貫通孔
を有し、前記繊維成形体は短繊維が金属容器のキャビテ
ィに直接成形一体化されたものである。

この発明に係わる繊維強化金属製造用プリフォームの製
造方法は、成形容器のキャビティに金属容器をいれる工
程と、前記金属容器に繊維分散液体を注入する工程と、
前記繊維分散液体をフィルターを通してキャビティの外
から吸引する工程とを含むものである。

〔作　用〕

この発明においては、金属容器を従来のものと同様の繊
維成形体製造装置の中に設置後、繊維分散液体を金属容
器内に注入し、ポンプなどにより減圧室を減圧してフィ
ルターを通して吸引すると、繊維はフィルター面上に蓄
積し、金属容器を埋めて繊維成形体が金属容器と一体に
成形され、繊維強化金属製造用プリフォームが得られる
。

こうして製造された繊維強化金属製造用プリフォームは
、予備加熱後、型内に設置して溶融マトリックス金属を
注入し、高圧鋳造法などにより、繊維強化金属を製造す
る。この場合、繊維成形体は金属容器と一体に直接成形
され、高圧鋳造法などの際ともに型内に設置されるので
、金属容器の耐力によって繊維成形体の変形ないし破壊
が防止されるとともに、予備加熱後の繊維成形体のハン
ドリングが容易となる。−方間口部およびそれとは別に
１個以上の貫通孔を設けることにより、溶融マトリック
ス金属は開口部より流入するとともに、繊維成形体内の
ガスは貫通孔から流出するので、溶融マトリックス金属
の浸透不良が抑制される。また金属容器は繊維成形体の
温度保持にも効果を有し、溶融マトリックス金属の浸透
不良が抑制される。

また金属容器に開口部と底部または側面に１個以上の貫
通孔とを設けることにより、繊維成形体を抄紙法により
金属容器のキャビティへ直接成形することが可能になる
。そして繊維成形体が金属容器へ直接成形一体化される
ことにより、繊維成形体を容器に詰める工数が低減され
る。

〔発明の実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図であり、図に
おいて、第４図と同一符号は同一または相当部分を示す
。成形容器（１）はフィルター（２）および連通孔（３
）を通じて減圧室（４）と連通している。

減圧室（４）には吸引口（５）があり、吸引するポンプ
（図示せず）などと接続している。ポンプは真空ポンプ
など通常吸引に用いられる装置であればよい。

（８）は金属容器で、実施例では上方が開口部となって
いて、底部および／または側面に１個以上の貫通孔（９
）を有する。金属容器（８）はマトリックス金属と同じ
または同系統の金属、あるいはマトリックス金属より融
点の高い金属で、マトリックス金属と反応を生じにくい
金属でつくることが好ましい。成形容器（１）のキャピ
テイは金属容器（８）の外形と等しく形成されている。

フィルター（２）は繊維を全くまたは殆ど通さず、−方
液体を容易に通過させるものであり、ろ紙、メツシュ、
不織布などを用いることができ、繊維および抄紙速度に
応じて目の粗さを変えることができる。繊維分散液体（
６）の繊維は液体に分散させ得る長ざの短繊維で、ウィ
スカーあるいは連続繊維をチョップした短繊維、切削そ
の他の製法によって得られた繊維などを用いることがで
きる。−般に径が０．１〜５０μｍ程度であり、アスペ
クト比が５〜１００００程度のものが好ましい、Ｍ！！
維としては炭素、シリコンカーバイド、シリコンナイト
ライド、アルミナ、チタン酸カリウム、金属などからな
るものを用いることができ、１種単独または２種以上の
繊維を混合して用いることができる。

上記の構成において、繊維はまえもって液体中に分散さ
せて繊維分散液体（６）とする。分散に用いる液体は繊
維を分散できるものであればよく、−般に水あるいはア
ルコール、アセトンなどの有機溶剤が用いられる。分散
をよくするために界面活性剤を少量添加してもよく、ま
た繊維の体積分率を制御するために無機または有機のバ
インダーを混合してもよい。バインダーとしてはエポキ
シ樹脂、ポリビニールアルコール、セルローズ、フェノ
ール樹脂、アルギン酸塩、水ガラス、リン酸塩などを用
いることができる。繊維分散液体はミキサー、高速かく
はん機、ホモジナイザーなどであらかじめ強かくはんし
て毛玉などを十分にほぐし、単繊維の状態にしておくと
よい。

第１図の実施例では、金属容器（８）は成形容器（１）
のキャビティのフィルター（２）の上に設置される。金
属容器（８）とに形容器（１）のすき間は金属容器（８
）の設置および取出しに差支えがない範囲で、液体の吸
引を妨げないクリアランスがあることが望ましいが、上
記範囲内では一般にクリアランスは小さい方が繊維の無
駄を少なくすることができる。

繊維強化金属製造用プリフォームの製造方法は、まず成
形容器（１）の上方より金属容器（８）内に繊維分散液
体（６）を注入し、同時にポンプなどを働かせ、吸引口
（５）より減圧室（４）を減圧すると、繊維分散液体（
６）は金属容器（８）の貫通孔（９）、フィルター（２
）および成形容器（１）の連通孔（３）を通して吸引さ
れる。フィルター（２）は繊維を全くまたは殆ど通さな
いため、液体（１１）のみが吸引されて減圧室（４）に
流下し、繊維はフィルター（２）の上部に金属容器（８
）のキャビティを埋めながら堆積して、繊維成形体（１
０）が形成される。形成された繊維成形体（１０）は加
圧してさらに密度を高めてもよい。

上記のように金属容器（８）と−体に直接繊維成形体（
１０）を形成した後、金属容器（８）を成形容器（１）
から取出し、繊維強化金属製造用プリフォームとして高
圧鋳造法などの中間素材に供される。

第２図は上記により製造された繊維強化金属製造用プリ
フォームの断面図であり、プリフォームは金属容器（８
）およびそれと−体になった繊維成形体（１０）からな
る。

高圧鋳造法としては、通常行われている溶湯鍛造法、ダ
イキャスト、真空含浸などの方法が用いられる。これら
の方法では、成形容器（１）から取出された繊維強化金
属製造用プリフォームは一般に予備加熱される。予備加
熱前に液体分を除くため８０〜１２０℃程度の温度で乾
燥しておいてもよい。

予備加熱温度は高圧鋳造法などの条件によって異なるが
、金属容器（８）にマトリックス金属と同じか同系統の
金属を用いた場合にはマトリックス金属の融点直下の温
度に、またマトリックス金属より融点の窩い金属を用い
た場合にはマトリックス金属の融点以上の温度とするこ
とが好ましい。予備加熱された繊維強化金属製造用プリ
フォームは高圧鋳造法などの鋳造型内に設置して、溶融
マトリックス金属を型内に注入し、直ちにプランジャー
で加圧し、溶融マトリックス金属をプリフォーム内に浸
透させる。溶融マトリックス金属が冷却凝固するまで加
圧を続けた後、成形品を型から取出して冷却し、繊維強
化金属を得る。

上記の製造方法において、繊維分散液体（６）、金属容
器（８）などを変化させた実施例の結果を第１表に示す
。

第３図はこの発明の他の実施例を示す断面図です成形容
器（１）のキャビティに金属容器（８）を設置した後成
形容器（１）を回転させ、金属容器（８）のキャビティ
に繊維分散液体（６）を注入し、同時に吸引口（５）か
ら減圧室（４）を減圧し、繊維分散液体（６）を吸引す
る。繊維分散液体（６）は遠心力によって成形容器（１
）の側壁に押しつけられ、金属容器（８）の貫通孔（９
）、フィルター（２）、および連通孔（３）を通って液
体のみが吸引され、繊維はフィルター（２）より内部に
堆積して行き、金属容器（８）およびそれと−体になっ
た円筒状のｍ維成形体（１０）からなる繊維強化金属製
造用プリフォームが製造される。この場合、回転速度を
あげれば遠心力のみにより液体をフィルター（２）を通
して分離することができる。また成形容器（１）中の繊
維分散液体（６）の液面は回転軸（１２）に平行に近づ
き、均一な厚さの円筒上繊維成形体（１０）を得ること
ができる。

なお、以上の説明において、金属容器（８）の外形を同
一にして、キャビティのみを変化させれば。

同一の繊維成形体成形装置および同一の高圧鋳造法など
の鋳造型を用いて、異なる形状の繊維強化金属を得るこ
とができる。これは高価な鋳造型を節約できるので、特
に少量多形状の繊維強化金属を高圧鋳造法などにより安
価に製造するのに適している。また金属容器（８）の貫
通孔（９）を小さくすれば、繊維成形体（１０）は貫通
孔（９）に入りこまないが、貫通孔（９）を大きくすれ
ば、繊維成形体（１０）は第２図のように貫通孔（９）
へ入りこみ、繊維成形体（１０）と金属容器（８）の接
合をピン止め効果により強固にすることが可能である。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、繊維成形体を金属容器
と一体化させたので、高圧鋳造法などの際、繊維成形体
が変形あるいは破壊されることを防止する効果がある。

また金属容器には開口部と１個以上の貫通孔を設けたの
で、溶融マトリックス金属の開口部からの流入、および
繊維成形体内のガスの貫通孔からの流出が起こり、これ
により溶融マトリックス金属の含浸不良が生じに＜＜。

健全な繊維強化金属を得ることができる。さらに金属容
器は繊維成形体の温度低下を防ぎ、繊維成形体の予備加
熱を確実にし、健全な繊維強化金属の製造に寄与する。

また金属容器には開口部と１個以上の貫通孔を設けたの
で、従来と同様の抄紙法による繊維成形体成形装置によ
って、直接金属容器のキャビティに繊維成形体を一体化
成形することができ、金属容器へ繊維成形体を挿入する
工数を削減することができる。そして繊維成形体をマッ
トより切り出し容器へ詰める工程と比べると、高価なＩ
ｌｉ維の無駄を省くことができる。このため、特に少量
多形状の繊維強化金属を高圧鋳造法などで製造するにあ
たり、生産性および歩留の高い繊維強化金属製造用プリ
フォームが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図は製
造された繊維強化金属製造用プリフォームの一部の断面
図、第３図はこの発明の他の実施例を示す断面図、第４
図は従来例を示す断面図である。 各図中、同一符号は同一または相当部分を示し、（１）
は成形容器、（２）はフィルター、（３）は連通孔、（
４）は減圧室、（５）は吸引口、（６）は繊維分散液体
、（８）は金属容器、（９）は貫通孔、（１０）は繊維
成形体である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属容器と繊維成形体とからなり、前記金属容器
   は繊維成形体の外形に対応する形状のキャビティおよび
   開口部を有するとともに、底部または側面に１個以上の
   貫通孔を有し、前記繊維成形体は短繊維が金属容器のキ
   ャビティに直接成形一体化されたものであることを特徴
   とする繊維強化金属製造用プリフォーム。
2. （２）短繊維が炭素、シリコンカーバイド、シリコンナ
   イトライド、アルミナ、チタン酸カリウムおよび金属か
   ら選ばれる１種または２種以上のものからなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の繊維強化金属製造
   用プリフォーム。
3. （３）短繊維がウィスカーまたは長繊維をチョップした
   繊維であることを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の繊維強化金属製造用プリフォーム。
4. （４）繊維成形体がバインダーを混入したものであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のい
   ずれかに記載の繊維強化金属製造用プリフォーム。
5. （５）成形容器のキャビティに金属容器をいれる工程と
   、前記金属容器に繊維分散液体を注入する工程と、前記
   繊維分散液体をフィルターを通してキャビティの外から
   吸引する工程とを含むことを特徴とする繊維強化金属製
   造用プリフォームの製造方法。