JPS642471B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS642471B2
JPS642471B2 JP10704080A JP10704080A JPS642471B2 JP S642471 B2 JPS642471 B2 JP S642471B2 JP 10704080 A JP10704080 A JP 10704080A JP 10704080 A JP10704080 A JP 10704080A JP S642471 B2 JPS642471 B2 JP S642471B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mold
metal
fibers
reinforcing material
molten
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP10704080A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS5731467A (en
Inventor
Tadashi Donomoto
Atsuo Tanaka
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.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP10704080A priority Critical patent/JPS5731467A/ja
Priority to US06/288,004 priority patent/US4492265A/en
Priority to EP81106073A priority patent/EP0045510B1/en
Priority to DE8181106073T priority patent/DE3173561D1/de
Publication of JPS5731467A publication Critical patent/JPS5731467A/ja
Publication of JPS642471B2 publication Critical patent/JPS642471B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C47/00Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/02Pretreatment of the fibres or filaments
    • C22C47/025Aligning or orienting the fibres
    • 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C47/00Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/02Pretreatment of the fibres or filaments
    • C22C47/06Pretreatment of the fibres or filaments by forming the fibres or filaments into a preformed structure, e.g. using a temporary binder to form a mat-like element
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C47/00Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/02Pretreatment of the fibres or filaments
    • C22C47/06Pretreatment of the fibres or filaments by forming the fibres or filaments into a preformed structure, e.g. using a temporary binder to form a mat-like element
    • C22C47/062Pretreatment of the fibres or filaments by forming the fibres or filaments into a preformed structure, e.g. using a temporary binder to form a mat-like element from wires or filaments only
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、繊維、細線材、粉末材、ホイスカ等
の強化材をマトリツクス金属中に含んでいる複合
材料の製造方法に係る。
複合材料の一つとして、金属、ボロン、カーボ
ン等の高張力繊維を強化材とし、マトリツクス金
属を有する繊維強化金属材料(FRM)は知られ
ており、この繊維強化金属材料の製造方法が従来
から種々提案されている。
その製造方法の一つとして、真空雰囲気中に於
ける金属溶射により繊維とマトリツクス金属との
シートを作り、そのシートを多数枚重ね合わせて
真空雰囲気中で高温にてプレスし、マトリツクス
金属の拡散により各シートを互いに接合させて繊
維強化金属材料を製造する、いわゆる拡散接合法
(ホツトプレス法)が知られている。この製造方
法にあつては、良質な繊維強化金属材料が得られ
るが、製造コスト及び製作時間が嵩み、量産性に
欠け、一般産業に於ける利用は難しいものであ
る。
繊維強化金属材料の製造方法の他の一つとし
て、オートクレーブ法を中心とする浸透含浸法が
知られている。この浸透含浸法は繊維を容器内に
装填し、その容器内を真空状態として該容器の一
端をマトリツクス金属の溶湯中に浸漬させ、その
後溶湯の液面を1〜100Kg/cm2程度の圧力の気体で
流体圧式に加圧し、前記溶湯を容器内の繊維間に
含浸させて繊維強化金属材料を製造するものであ
る。この製造方法にあつては、高密度の繊維強化
金属材料が得られるが、圧力が不十分なため、濡
れ性の悪い材料の組合わせの繊維強化金属材料は
製作することができない。この対策として、マト
リツクス金属がアルミニウム及びその合金等で、
強化材がアルミナ繊維の場合にはリチウムをその
マトリツクス金属中に数%添加し、マトリツクス
金属と繊維との濡れ性の改善を図つている。
繊維強化金属材料の製造方法の更に他の一つと
して、型内に繊維を充填し、次にその型内にマト
リツクス金属の溶湯を注湯し、前記型に係合する
プランジヤ要素によつて前記溶湯を型内にて1000
Kg/cm2以上の高圧にて加圧し、これによつて繊維
間に溶湯を含浸させ、加圧状態にてマトリツクス
金属を凝固させて繊維強化金属材料を得る、いわ
ゆる高圧鋳造法が知られている。かかる高圧鋳造
法にあつては、溶湯が繊維間に含浸する際に於け
る繊維の温度はマトリツクス金属の融点より低い
温度になつているため、繊維間に侵入した溶湯は
繊維によつて冷やされて半溶融状態又は固相状態
になる。このため1000Kg/cm2という高圧にて溶湯
を加圧しても繊維間への溶湯の含浸圧が低く、こ
のため十分な強度を有する材料が得られず、また
含浸抵抗が大きいため繊維の坐屈や密度の変化が
生じ、均質な材料を得ることが難しい。またこの
製造法にあつても濡れ性の良い組合わせでなけれ
ば繊維とマトリツクス金属との複合化が困難であ
る。
本発明は従来の繊維強化金属材料の如き複合材
料の製造方法に於ける上述の如き欠点に鑑み、良
質な複合材を比較的低コストにて能率良く製造す
ることができる複合材料の製造方法を提供するこ
とを目的としている。
かかる目的は、本発明によれば、多孔構造の強
化材を金型外にてマトリツクス金属の融点以上に
加熱したものを該金型内に該金型の底面より台に
て支持された状態に置くことにより該金型の底面
及び側面の何れからも隔置された状態に配置し、
マトリツクス金属の溶湯を前記金型内に前記強化
材を埋没する高さまで注湯することにより前記多
孔構造の強化材を溶融したマトリツクス金属にて
完全に鋳ぐるまれた状態とし、前記金型の一部に
係合するプランジヤによつて前記金型内の溶湯を
加圧してこれを前記強化材に含浸させ、加圧状態
にて前記溶湯を凝固させることを特徴とする複合
材料の製造方法によつて達成される。
本発明の製造方法によれば、強化材が金型外に
て任意の手段によりマトリツクス金属の融点以上
に加熱され、その加熱された状態にて金型内にそ
の底面及び側面の何れからも隔置された状態に保
持され、この状態で金型内へ溶融マトリツクス金
属が注湯され、強化材が溶融したマトリツクス金
属にて完全に鋳ぐるまれた、溶融マトリツクス金
属の層にて金型の壁面より断熱され保温され状態
とされ、これがプランジヤにより加圧されるの
で、強化材はその内部に溶融マトリツクス金属が
十分に浸透し且それが十分に加圧されるまでマト
リツクス金属の融点以上の温度に維持され、これ
によつて強化材内にマトリツクス金属が十分に浸
透した良質の複合材料が得られる。
また従来の高圧鋳造法に於ては、強化材の予加
熱が行なわれていないので、健全な組織を有する
複合材料が得られるのは、その強化材の体積率が
せいぜい20〜30%程度のものに留まるのに対し、
本発明による製造方法によれば、強化材の体積率
を以下に述べる実施例に於ける如く50%或いはそ
れ以上とすることができ、従来に比してより機械
的強度が優れた複合材料を得ることができる。
次に実施例について説明する。
実施例 1 第1図及び第2図に示されている如く、長さ
100mmのアルミナ繊維1(繊維径20μ、デユポン
社製FPフアイバ)を一方向に配向し、これを体
積率50%となるように成形し、これを一端のみ開
口し長さ130mm、高さ10mm、幅20mmの四角筒状の
ステンレス鋼(JIS規格SUS310S)製のケース2
内に装填した。アルミナ繊維1はケース2より短
いものを用い、ケース2の閉じられた端部に空気
室3が形成されるようケース2内にアルミナ繊維
1を装填した。ケース2に充填されたアルミナ繊
維1を750℃に加熱し、第3図に示されている如
く、これを300℃の金型5内に台4を用いて浮か
した状態にて配置し、該型内に850℃の純アルミ
ニウム溶湯を素早く注湯し、200℃のプランジヤ
要素6により1000Kg/cm2にて加圧した。そしてこ
の加圧状態をアルミニウム溶湯が完全に凝固する
まで保持した。
型内の溶湯が完全に凝固した後、これを型より
取出し、ケース2の周りにあるアルミニウムを切
削により除去してケース2を取出し、更にそのケ
ースよりアルミナ繊維1と純アルミニウムからな
る複合材料を取出した。この取出された複合材料
の観察から、空気室3にはアルミナ繊維間の空気
と空気室内に存在していた空気とが圧縮された気
泡を含むアルミニウムの凝固体が鋳造されたこと
が判明し、このことから溶湯はプランジヤ要素に
よる加圧によりケース2の開口端よりその閉じら
れた端部へ向けて一方向に比較的勢い良く流れ、
それにより溶湯はアルミナ繊維間にある空気を押
し除けてその間に侵入し、またその空気はケース
2の空気室3内に押しやられたことが推測され
る。尚、前記気泡を含む凝固体は方案部として除
去した。
上述の如き要領にて製造された複合材料の繊維
配向0度方向の引張り試験を行なつたところ引張
り強さは55〜60Kg/mm2を示した。
第4図はその複合材料の引張り破壊面の走査式
電子顕微鏡写真である。この写真から明らかな如
く、引張りによる複合材料の繊維の引抜けが生じ
ておらず、これにより高い引張り強さを示す複合
材料が得られる。
尚、比較例として、アルミナ繊維の加熱を450
℃、550℃、650℃、750℃及び900℃と変化させて
それぞれ複合材料を製造した。このようにして得
られた複合材料をそれぞれ同一条件にて引張り強
さ試験を行なつた。その結果は第5図に示されて
いる。このグラフからも繊維の加熱温度の上昇と
共に複合材料の引張り強度が増大し、それは650
〜750℃程度で飽和することがわかる。
また第6図はアルミナ繊維を450℃に加熱して
得られた複合材料の引張り破壊面の走査式電子顕
微鏡写真である。第4図と第6図との比較からも
わかる如く、繊維の加熱が450℃程度では繊維の
引抜けが生じているが、750℃に加熱した時には
繊維の引抜けは生じていない。
また、実施例1と同様の要領にて製造した複合
材料を、その繊維配向0゜方向の4点曲げ疲労試験
を行なつた。この試験結果は第7図に示されてい
る。
このグラフに於て、実線は本発明方法により製
造された複合材料の試験結果を示しており、破線
はその比較としてアルミニウム鋳物(JIS規格
AC8P)の同じ試験結果である。このグラフから
も明らかな如く、本発明方法により製造された複
合材料は107回強度が35Kg/mm2という優れた機械的
性質を示した。
実施例 2 実施例1におけるステンレスケースと同じステ
ンレスケースを作り、そのケース内に体積率が60
%の高弾性タイプ炭素繊維(東レ社製トレカ
M40)及びボロン繊維(AVCO社製)を充填し、
そのケース内を酸素置換した後、750℃のマグネ
シウムの溶湯に浸漬し、その溶湯の熱により繊維
を750℃まで加熱した。この後実施例1と同様の
操作により炭素繊維及びボロン繊維とマグネシウ
ムとの複合材料を製造した。
マグネシウムと高弾性タイプ炭素繊維との複合
材料は、繊維配向0度方向の引張り試験にて80
Kg/mm2の引張り強度を示した。マグネシウムとボ
ロンとの複合材料は、繊維配向0度方向の引張り
試験にて130Kg/mm2の引張り強度を示した。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第3図は本発明方法により複合材料
を製造する製造過程を示す説明図、第4図は本発
明方法により得られた複合材料の引張り破壊面の
走査式電子顕微鏡写真、第5図は繊維の加熱温度
と、複合材料の引張り強さとの関係をを示すグラ
フ、第6図は繊維の加熱を本発明方法における条
件外として製造した複合材料の引張り破壊面の走
査式電子顕微鏡写真、第7図は4点曲げ疲労試験
の結果を示すグラフである。 1〜アルミナ繊維、2〜ケース、3〜空気室、
4〜型、5〜台、6〜プランジヤ要素。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 多孔構造の強化材を金型外にてマトリツクス
    金属の融点以上に加熱したものを該金型内に該金
    型の底面より台にて支持された状態に置くことに
    より該金型の底面及び側面の何れからも隔置され
    た状態に配置し、マトリツクス金属の溶湯を前記
    金型内に前記強化材を埋没する高さまで注湯する
    ことにより前記多孔構造の強化材を溶融したマト
    リツクス金属にて完全に鋳ぐるまれた状態とし、
    前記金型の一部に係合するプランジヤによつて前
    記金型内の溶湯を加圧してこれを前記強化材の多
    孔構造内に含浸させ、加圧状態にて前記溶湯を凝
    固させることを特徴とする複合材料の製造方法。
JP10704080A 1980-08-04 1980-08-04 Manufacture of composite material Granted JPS5731467A (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10704080A JPS5731467A (en) 1980-08-04 1980-08-04 Manufacture of composite material
US06/288,004 US4492265A (en) 1980-08-04 1981-07-29 Method for production of composite material using preheating of reinforcing material
EP81106073A EP0045510B1 (en) 1980-08-04 1981-08-03 Method for production of composite material using preheating of reinforcing material
DE8181106073T DE3173561D1 (en) 1980-08-04 1981-08-03 Method for production of composite material using preheating of reinforcing material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10704080A JPS5731467A (en) 1980-08-04 1980-08-04 Manufacture of composite material

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3228981A Division JPS5732345A (en) 1980-08-04 1981-03-06 Manufacture of composite material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5731467A JPS5731467A (en) 1982-02-19
JPS642471B2 true JPS642471B2 (ja) 1989-01-17

Family

ID=14448989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10704080A Granted JPS5731467A (en) 1980-08-04 1980-08-04 Manufacture of composite material

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS5731467A (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57158344A (en) * 1981-03-26 1982-09-30 Toyota Motor Corp Manufacture of composite material
JPS58221657A (ja) * 1982-06-18 1983-12-23 Toyota Motor Corp 複合材料の製造方法
JPS59136437A (ja) * 1983-01-27 1984-08-06 Toray Ind Inc 繊維強化金属複合材料の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPS5731467A (en) 1982-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE68920267T2 (de) Verfahren zur Herstellung von einem durch Keramik verstärkten Verbundmaterial.
JPS6239067B2 (ja)
US4572271A (en) Method of producing a machine part of fiber-reinforced composite material, the fiber-reinforcement body and the machine part
JPS602149B2 (ja) 複合材料の製造方法
JPS642471B2 (ja)
JPS59153860A (ja) 炭素繊維強化アルミニウム複合材料およびその製造方法
EP0223081A2 (en) Method for production of fiber-reinforced metal composite material
EP0101948A2 (en) Method of manufacturing a surface composite reinforced member
JP5462618B2 (ja) 複合材料の製造方法
JPS6029433A (ja) 繊維強化金属複合材料の製造方法
JPS62185844A (ja) 繊維強化金属複合材料の製造方法
JPS6239066B2 (ja)
JPS6362306B2 (ja)
JP2008200703A (ja) 金属基複合材の製造方法
JPS6238412B2 (ja)
JP2792192B2 (ja) チタニアウイスカ強化Al系複合材料の製造方法
JP2811452B2 (ja) 繊維強化複合材料の製造方法
JPS63238968A (ja) 金属基複合材料の製造方法
JPH01149933A (ja) 筒状繊維強化金属複合材料の製造方法
JPH0310694B2 (ja)
JPS62238062A (ja) 繊維強化金属複合材の製造方法
JPH09184031A (ja) 金属基複合材料の製造方法
JPS6310059A (ja) 繊維強化金属複合材料の製造法
JPS606265A (ja) 繊維複合部材の製造方法
JPS63165041A (ja) 繊維強化金属複合材料の製造方法