JP2003138354A - 金属基複合材料 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 極端に強度の低い部分がなく安定した機能性
を有し、かつ簡単な構造で以って強度保障が可能である
金属基複合材料を提供する。 【解決手段】 平板状の強化繊維１０が金属基材１２の
間に挟持され、熱間圧延成形若しくは熱間静水圧成形等
により複合化された金属基複合材料において、前記強化
繊維１０の延設方向接合端１１が、強化繊維方向に対す
る接合角度を約５°から６０°として斜め方向に突き合
わせて接合されている複合材料であって、さらに好まし
くは、複数の前記金属基材１２及び前記強化繊維１０を
相互に積層させて複合材料を形成する時に、前記突き合
わせ接合位置に隣接する上方若しくは下方の前記強化繊
維積層帯が接合部を有さない連続帯であるように形成し
たことを特徴とする。
を有し、かつ簡単な構造で以って強度保障が可能である
金属基複合材料を提供する。 【解決手段】 平板状の強化繊維１０が金属基材１２の
間に挟持され、熱間圧延成形若しくは熱間静水圧成形等
により複合化された金属基複合材料において、前記強化
繊維１０の延設方向接合端１１が、強化繊維方向に対す
る接合角度を約５°から６０°として斜め方向に突き合
わせて接合されている複合材料であって、さらに好まし
くは、複数の前記金属基材１２及び前記強化繊維１０を
相互に積層させて複合材料を形成する時に、前記突き合
わせ接合位置に隣接する上方若しくは下方の前記強化繊
維積層帯が接合部を有さない連続帯であるように形成し
たことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、チタンやチタン合
金等の金属基材に炭化ケイ素等の強化繊維を含有させて
形成される複合材料であって、特に前記強化繊維が端部
を有し該複合材料に接合部が存在する金属基複合材料に
関する。
金等の金属基材に炭化ケイ素等の強化繊維を含有させて
形成される複合材料であって、特に前記強化繊維が端部
を有し該複合材料に接合部が存在する金属基複合材料に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、複数の材料を複合化させて形成し
た複合材料は一般に広く普及している。複合材料は、使
用する材料の選択、組成比、及び成形方法等によって用
途に見合った特性を有する材料を製造することができる
ため、特に、過酷な条件下で用いられる部品に多く使用
されている。その中でも、航空機用エンジン等の高比強
度、高比剛性を要求される部品には、金属若しくは合金
等からなる基材に炭化ケイ素やアルミナ等のセラミック
繊維に代表される強化材を混入させることにより強化し
た、例えばチタン基複合材料（ＴＭＣ）等の金属基複合
材料の研究開発が盛んに行われている。
た複合材料は一般に広く普及している。複合材料は、使
用する材料の選択、組成比、及び成形方法等によって用
途に見合った特性を有する材料を製造することができる
ため、特に、過酷な条件下で用いられる部品に多く使用
されている。その中でも、航空機用エンジン等の高比強
度、高比剛性を要求される部品には、金属若しくは合金
等からなる基材に炭化ケイ素やアルミナ等のセラミック
繊維に代表される強化材を混入させることにより強化し
た、例えばチタン基複合材料（ＴＭＣ）等の金属基複合
材料の研究開発が盛んに行われている。
【０００３】さて、前記複合材料の製造で特に重要な工
程の一つとして、原料である夫々の材料を複合化する際
のプリフォームの形成工程が挙げられる。これは、以下
に示す４つの方法が一般に用いられている。 強化繊維を一方向に並べて有機バインダ等で固定した
強化繊維を金属基材間に挟持させる方法、強化繊維を
一方向に並べて金属（合金）箔で編んで固定する方法、
強化繊維の表面に金属基材をＰＶＤ法（物理蒸着法）
で蒸着させて形成する方法、強化繊維をドラムに巻付
け、その表面に金属（合金）を溶射することで強化繊維
を固定して形成する方法、である。
程の一つとして、原料である夫々の材料を複合化する際
のプリフォームの形成工程が挙げられる。これは、以下
に示す４つの方法が一般に用いられている。 強化繊維を一方向に並べて有機バインダ等で固定した
強化繊維を金属基材間に挟持させる方法、強化繊維を
一方向に並べて金属（合金）箔で編んで固定する方法、
強化繊維の表面に金属基材をＰＶＤ法（物理蒸着法）
で蒸着させて形成する方法、強化繊維をドラムに巻付
け、その表面に金属（合金）を溶射することで強化繊維
を固定して形成する方法、である。
【０００４】この中でも強化繊維を有機バインダ等で固
定する方法、強化繊維を金属（合金）箔で編んで固定す
る方法等のように、一旦強化繊維をひと固まりとしてか
かる強化繊維の束を金属基材に挟持してプリフォームを
形成し、複合化する方法は、製造コストが安価で簡単に
成形できる為広く用いられている。例えばテープ状の複
合材料を製造する場合には、炭化ケイ素等の強化繊維の
平板状の編み物を、チタンやチタン合金等のテープ状の
連続した金属基材の間に積層させてプリフォームを形成
し、熱間プレス成形を施す。さらに、必要であれば該プ
リフォームを圧力容器に封入して高温高圧雰囲気下にて
熱間静水圧成形（ＨＩＰ成形：Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔ
ｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）を施してテープ状複合材料を
形成する。
定する方法、強化繊維を金属（合金）箔で編んで固定す
る方法等のように、一旦強化繊維をひと固まりとしてか
かる強化繊維の束を金属基材に挟持してプリフォームを
形成し、複合化する方法は、製造コストが安価で簡単に
成形できる為広く用いられている。例えばテープ状の複
合材料を製造する場合には、炭化ケイ素等の強化繊維の
平板状の編み物を、チタンやチタン合金等のテープ状の
連続した金属基材の間に積層させてプリフォームを形成
し、熱間プレス成形を施す。さらに、必要であれば該プ
リフォームを圧力容器に封入して高温高圧雰囲気下にて
熱間静水圧成形（ＨＩＰ成形：Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔ
ｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）を施してテープ状複合材料を
形成する。
【０００５】かかるＨＩＰ成形方法は以下のように行わ
れる。まず、前記テープ状プリフォームをＨＩＰ治具に
封入して初気圧、温度に設定する。例えばＴｉ−４．５
Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金を使用した場合には初
気圧を約３０ｋｇ／ｃｍ２、温度を約４００℃とする。
その後徐々に昇温して、応力が低くなり塑性変形を起こ
す温度以上で高温域のＨＩＰ処理温度に維持する。この
とき、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金の
最適温度は７５０〜８５０℃程度、より好ましくは７７
５℃程度である。そして、所定温度まで昇温した後に圧
力を１２００℃程度まで増圧し、前記温度、圧力で約２
時間程保持した後、減圧、降温させる。
れる。まず、前記テープ状プリフォームをＨＩＰ治具に
封入して初気圧、温度に設定する。例えばＴｉ−４．５
Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金を使用した場合には初
気圧を約３０ｋｇ／ｃｍ２、温度を約４００℃とする。
その後徐々に昇温して、応力が低くなり塑性変形を起こ
す温度以上で高温域のＨＩＰ処理温度に維持する。この
とき、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金の
最適温度は７５０〜８５０℃程度、より好ましくは７７
５℃程度である。そして、所定温度まで昇温した後に圧
力を１２００℃程度まで増圧し、前記温度、圧力で約２
時間程保持した後、減圧、降温させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように製造された
テープ状複合材料は、テープ状のプリフォームを円形に
巻いて前記したようにＨＩＰ成形することによりリング
状複合材料を製造することもできる。しかしながら、前
記したような連続したテープ状プリフォームの場合、例
えば品質悪化部分が発生した場合に品質悪化部分を除去
したり、製造工程における作業上の問題から所定長さに
切断したりと、前記強化繊維には必ず切断端部が存在し
ており、かかる端部の処理が問題とされていた。従来
は、図５に示されるように前記強化繊維端部の垂直な接
合端部１５を突き合わせて上下の金属基材で継手を挟
み、熱間圧延成形や前記ＨＩＰ成形により複合化して複
合材料１６を製造していた。
テープ状複合材料は、テープ状のプリフォームを円形に
巻いて前記したようにＨＩＰ成形することによりリング
状複合材料を製造することもできる。しかしながら、前
記したような連続したテープ状プリフォームの場合、例
えば品質悪化部分が発生した場合に品質悪化部分を除去
したり、製造工程における作業上の問題から所定長さに
切断したりと、前記強化繊維には必ず切断端部が存在し
ており、かかる端部の処理が問題とされていた。従来
は、図５に示されるように前記強化繊維端部の垂直な接
合端部１５を突き合わせて上下の金属基材で継手を挟
み、熱間圧延成形や前記ＨＩＰ成形により複合化して複
合材料１６を製造していた。
【０００７】しかし、このように金属基材に挟持された
強化繊維が垂直に断線している部分、つまり強化繊維の
接合部では強度が極端に低く、結果として複合材料の強
度の低下及び信頼性が低下し、安定して高機能な材料を
供給することが困難となる。特に、航空機エンジン等に
多用されるリング状複合材料を前記テープ状プリフォー
ムからＨＩＰ成形により製造した場合に、該リングに前
記垂直切断接合部１５が含まれていると、前記複合材料
１６が有する本来の強度以下の応力であっても、前記複
合材料が繰り返し受ける負荷に耐えきれず、前記接合部
分からクラックが発生して材料自体が破損してしまうと
いう危険性がある。
強化繊維が垂直に断線している部分、つまり強化繊維の
接合部では強度が極端に低く、結果として複合材料の強
度の低下及び信頼性が低下し、安定して高機能な材料を
供給することが困難となる。特に、航空機エンジン等に
多用されるリング状複合材料を前記テープ状プリフォー
ムからＨＩＰ成形により製造した場合に、該リングに前
記垂直切断接合部１５が含まれていると、前記複合材料
１６が有する本来の強度以下の応力であっても、前記複
合材料が繰り返し受ける負荷に耐えきれず、前記接合部
分からクラックが発生して材料自体が破損してしまうと
いう危険性がある。
【０００８】本発明は、かかる従来技術の問題に鑑み、
極端に強度の低い部分がなく安定した機能性を有し、か
つ簡単な構造で以って強度保障が可能である金属基複合
材料を提供することを目的とする。
極端に強度の低い部分がなく安定した機能性を有し、か
つ簡単な構造で以って強度保障が可能である金属基複合
材料を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明はかかる
課題を解決するために、請求項１記載の発明は、平板状
の強化繊維が金属基材の間に挟持され、熱間圧延成形若
しくは熱間静水圧成形等により複合化されて形成される
金属基複合材料において、前記強化繊維の延設方向接合
端が、強化繊維幅方向及び繊維延設方向を基準にアスペ
クト比約２：１から１：１０の範囲内で斜め方向に突き
合わせて接合されていることを特徴とする。
課題を解決するために、請求項１記載の発明は、平板状
の強化繊維が金属基材の間に挟持され、熱間圧延成形若
しくは熱間静水圧成形等により複合化されて形成される
金属基複合材料において、前記強化繊維の延設方向接合
端が、強化繊維幅方向及び繊維延設方向を基準にアスペ
クト比約２：１から１：１０の範囲内で斜め方向に突き
合わせて接合されていることを特徴とする。
【００１０】また、請求項２記載の発明は、平板状の強
化繊維が金属基材の間に挟持され、熱間圧延成形若しく
は熱間静水圧成形等により複合化された金属基複合材料
において、前記強化繊維の延設方向接合端が、強化繊維
延設方向に対する接合角度を約５°から６０°として斜
め方向に突き合わせて接合されていることを特徴とす
る。
化繊維が金属基材の間に挟持され、熱間圧延成形若しく
は熱間静水圧成形等により複合化された金属基複合材料
において、前記強化繊維の延設方向接合端が、強化繊維
延設方向に対する接合角度を約５°から６０°として斜
め方向に突き合わせて接合されていることを特徴とす
る。
【００１１】かかる発明は、前記強化繊維の端部を斜め
方向に切断し、該斜角切断面を突き合わせて接合し、上
下から金属基材で挟持して熱間圧延成形若しくは熱間静
水圧成形等により複合化したもので、これによれば、前
記繊維延設方向と垂直な方向にかかる応力に対しての強
度低下を殆ど生じることなく、安定した機能性を有し信
頼性のある複合材料を提供することができる。また、か
かる発明における金属基複合材料は非常に簡単な構造で
あるため、製造コストが嵩まず低コストで以って該複合
材料を製造することができる。
方向に切断し、該斜角切断面を突き合わせて接合し、上
下から金属基材で挟持して熱間圧延成形若しくは熱間静
水圧成形等により複合化したもので、これによれば、前
記繊維延設方向と垂直な方向にかかる応力に対しての強
度低下を殆ど生じることなく、安定した機能性を有し信
頼性のある複合材料を提供することができる。また、か
かる発明における金属基複合材料は非常に簡単な構造で
あるため、製造コストが嵩まず低コストで以って該複合
材料を製造することができる。
【００１２】また、接合角度は前記したように、アスペ
クト比が約２：１から１：１０の範囲内、若しくは接合
角度約５°から６０°が良く、さらに好ましくは傾斜角
約５°から４５°の範囲内であるのが良い。これは、ア
スペクト比約１：１０より比率差を大、若しくは接合角
度を約５°以下とすると強化繊維自体の強度が低下して
しまい、アスペクト比約２：１より比率差を小、若しく
は接合角度を約６０°以上とすると接合部の突き合わせ
部分の重なりが小さくなり強度低下を引き起こす。
クト比が約２：１から１：１０の範囲内、若しくは接合
角度約５°から６０°が良く、さらに好ましくは傾斜角
約５°から４５°の範囲内であるのが良い。これは、ア
スペクト比約１：１０より比率差を大、若しくは接合角
度を約５°以下とすると強化繊維自体の強度が低下して
しまい、アスペクト比約２：１より比率差を小、若しく
は接合角度を約６０°以上とすると接合部の突き合わせ
部分の重なりが小さくなり強度低下を引き起こす。
【００１３】さらに、請求項３記載の発明は、複数の前
記金属基材及び前記強化繊維を相互に重ね合わせて形成
される金属基複合材料において、前記突き合わせ接合位
置に隣接する上方若しくは下方の強化繊維積層帯が接合
部を有さない連続帯であることを特徴とする。これは、
例えば前記突き合わせ接合位置を前記複合材料の表層部
に位置させると、負荷が伝わり易い外側からクラックが
入る惧れがあるため、請求項３記載のように、前記突き
合わせ接合位置を強化繊維積層方向の中間位置とするこ
とで、上方及び下方の強化繊維帯により接合部が保護さ
れて強度の低下を防ぐ。これにより、より確実な品質保
証が可能となる。
記金属基材及び前記強化繊維を相互に重ね合わせて形成
される金属基複合材料において、前記突き合わせ接合位
置に隣接する上方若しくは下方の強化繊維積層帯が接合
部を有さない連続帯であることを特徴とする。これは、
例えば前記突き合わせ接合位置を前記複合材料の表層部
に位置させると、負荷が伝わり易い外側からクラックが
入る惧れがあるため、請求項３記載のように、前記突き
合わせ接合位置を強化繊維積層方向の中間位置とするこ
とで、上方及び下方の強化繊維帯により接合部が保護さ
れて強度の低下を防ぐ。これにより、より確実な品質保
証が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例
に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相
対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明
の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に
過ぎない。図１は本発明の実施形態にかかる斜角接合端
部を有する複合材料テープの概略平面図、図２は本発明
の実施形態にかかる複合材料テープの積層状態を示す概
略構成図、図３は本実施形態の斜角切断端部と、垂直切
断端部及び端部なしの複合材料テープの引張り強さを示
す表、図４は複合材料テープの熱間プレス成形状態を示
す概略斜視図である。
適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例
に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相
対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明
の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に
過ぎない。図１は本発明の実施形態にかかる斜角接合端
部を有する複合材料テープの概略平面図、図２は本発明
の実施形態にかかる複合材料テープの積層状態を示す概
略構成図、図３は本実施形態の斜角切断端部と、垂直切
断端部及び端部なしの複合材料テープの引張り強さを示
す表、図４は複合材料テープの熱間プレス成形状態を示
す概略斜視図である。
【００１５】図１において、１０は炭化ケイ素からなる
強化繊維を編んで平板状に形成したもので、品質悪化部
分の除去、又は製造工程における作業上の問題等から不
連続な強化繊維の集合体である。一方、１２はテープ状
に連続して形成されたチタン合金箔である。尚、本実施
形態では、一例として基材にチタン合金、強化繊維に炭
化ケイ素を使用した場合について説明するが、基材であ
るチタン合金箔１０にはチタンのほかにもアルミニウ
ム、ステンレス等の金属及びこれらの合金など、強化繊
維にはアルミナを含むセラミック繊維などを用いても良
く、特に限定されるものではない。また、前記強化繊維
１０は、前記炭化ケイ素繊維を一方向に並べて有機バイ
ンダで固定したもの等、該強化繊維が平板状に形成され
ているものであれば何れでもよい。
強化繊維を編んで平板状に形成したもので、品質悪化部
分の除去、又は製造工程における作業上の問題等から不
連続な強化繊維の集合体である。一方、１２はテープ状
に連続して形成されたチタン合金箔である。尚、本実施
形態では、一例として基材にチタン合金、強化繊維に炭
化ケイ素を使用した場合について説明するが、基材であ
るチタン合金箔１０にはチタンのほかにもアルミニウ
ム、ステンレス等の金属及びこれらの合金など、強化繊
維にはアルミナを含むセラミック繊維などを用いても良
く、特に限定されるものではない。また、前記強化繊維
１０は、前記炭化ケイ素繊維を一方向に並べて有機バイ
ンダで固定したもの等、該強化繊維が平板状に形成され
ているものであれば何れでもよい。
【００１６】そして、図１（ｂ）に示されるように、前
記強化繊維１０は、不連続部分を斜め方向に切断され前
記チタン合金箔１２に挟持されて、テープ状プリフォー
ム１３を形成している。前記強化繊維１０の突き合わせ
接合部１１は、図１（ａ）に示されるように、前記強化
繊維延設方向αと、該強化繊維幅方向βとのアスペクト
比α：βが約２：１から１０：１、若しくは前記強化繊
維延設方向に対する接合角γが、γ＝５°〜６０°程度
となるように形成される。これにより、前記繊維延設方
向と垂直方向にかかる応力に対しての強度低下を殆ど生
じることなく、安定した性能を有し信頼性のある複合材
料を提供することができる。
記強化繊維１０は、不連続部分を斜め方向に切断され前
記チタン合金箔１２に挟持されて、テープ状プリフォー
ム１３を形成している。前記強化繊維１０の突き合わせ
接合部１１は、図１（ａ）に示されるように、前記強化
繊維延設方向αと、該強化繊維幅方向βとのアスペクト
比α：βが約２：１から１０：１、若しくは前記強化繊
維延設方向に対する接合角γが、γ＝５°〜６０°程度
となるように形成される。これにより、前記繊維延設方
向と垂直方向にかかる応力に対しての強度低下を殆ど生
じることなく、安定した性能を有し信頼性のある複合材
料を提供することができる。
【００１７】このように形成された前記強化繊維１０
は、図４に示されるように、前記チタン合金箔１２に挟
持されて、高温状態下で圧延ホットプレス２０により上
下から圧力を加えられて熱間圧力処理により複合化し、
軸ロール２１に巻き取られて連続した複合材料テープが
製造される。図２には、前記強化繊維１０及びチタン合
金箔１２を複数積層して製造した複合材料テープ１４
ａ、１４ｂが示されており、かかるテープ１４ａ、１４
ｂにより引張り強さの測定を行った結果が図３に示され
ている。
は、図４に示されるように、前記チタン合金箔１２に挟
持されて、高温状態下で圧延ホットプレス２０により上
下から圧力を加えられて熱間圧力処理により複合化し、
軸ロール２１に巻き取られて連続した複合材料テープが
製造される。図２には、前記強化繊維１０及びチタン合
金箔１２を複数積層して製造した複合材料テープ１４
ａ、１４ｂが示されており、かかるテープ１４ａ、１４
ｂにより引張り強さの測定を行った結果が図３に示され
ている。
【００１８】図２（ａ）には、前記強化繊維帯１０Ａの
うち最も表層に近い部分の表層部強化繊維帯１０ａに突
き合わせ接合部１１を位置させた複合材料１４ａを示
し、図２（ｂ）には強化繊維帯１０Ｂのうち、該強化繊
維の積層方向すなわち複合材料厚み方向の中間部分に位
置する内層部強化繊維帯１０ｂに突き合わせ接合部１１
が位置するようにし、その上方及び下方の外層部強化繊
維帯１０ａは接合部を有さない連続帯とした前記複合材
料テープ１４ｂを示している。これらの複合材料は熱間
圧延成形された後、所定形状に成形されて、さらにＨＩ
Ｐ成形が施される。
うち最も表層に近い部分の表層部強化繊維帯１０ａに突
き合わせ接合部１１を位置させた複合材料１４ａを示
し、図２（ｂ）には強化繊維帯１０Ｂのうち、該強化繊
維の積層方向すなわち複合材料厚み方向の中間部分に位
置する内層部強化繊維帯１０ｂに突き合わせ接合部１１
が位置するようにし、その上方及び下方の外層部強化繊
維帯１０ａは接合部を有さない連続帯とした前記複合材
料テープ１４ｂを示している。これらの複合材料は熱間
圧延成形された後、所定形状に成形されて、さらにＨＩ
Ｐ成形が施される。
【００１９】そして、図３には図２で示されたような斜
角接合部を有する複合材料と、これと同様の条件で製造
された強化繊維端部を有さない複合材料、及び端部が垂
直に接合された複合材料についての引張り強さ測定結果
を示している。尚、前記したようにこれらは同様の条件
にて成形されているため、複合材料に含有する強化繊維
の充填率、強化繊維及びチタン合金箔の積層数及び積層
パターン、複合材料の幅、厚み等はほぼ同じであるもの
とし、また同様の環境条件にて測定されているため、温
度条件、圧力条件等が一定であるものとする。
角接合部を有する複合材料と、これと同様の条件で製造
された強化繊維端部を有さない複合材料、及び端部が垂
直に接合された複合材料についての引張り強さ測定結果
を示している。尚、前記したようにこれらは同様の条件
にて成形されているため、複合材料に含有する強化繊維
の充填率、強化繊維及びチタン合金箔の積層数及び積層
パターン、複合材料の幅、厚み等はほぼ同じであるもの
とし、また同様の環境条件にて測定されているため、温
度条件、圧力条件等が一定であるものとする。
【００２０】かかる測定で用いられる試験体には、幅約
１０ｍｍ、厚さ約１．６ｍｍの複合材料を使用し、大気
雰囲気中、常温（約２４℃）で、長手方向、つまり繊維
延設方向の引張り強さを測定した。これによれば、端部
なし複合材料（強化繊維プリフォーム積層数６層）は引
張り強さが１６０９Ｎ／ｍｍ２であるのに対し、不図示
の内層部に垂直切断端部を有する複合材料（積層数７
層）は積層数が多くなり強化繊維により強化されている
にも関わらず、引張り強さが１５１７Ｎ／ｍｍ２で、外
層部に垂直切断端部を有する複合材料（積層数６層）は
引張り強さが１２９２Ｎ／ｍｍ２と非常に低い値を示し
た。
１０ｍｍ、厚さ約１．６ｍｍの複合材料を使用し、大気
雰囲気中、常温（約２４℃）で、長手方向、つまり繊維
延設方向の引張り強さを測定した。これによれば、端部
なし複合材料（強化繊維プリフォーム積層数６層）は引
張り強さが１６０９Ｎ／ｍｍ２であるのに対し、不図示
の内層部に垂直切断端部を有する複合材料（積層数７
層）は積層数が多くなり強化繊維により強化されている
にも関わらず、引張り強さが１５１７Ｎ／ｍｍ２で、外
層部に垂直切断端部を有する複合材料（積層数６層）は
引張り強さが１２９２Ｎ／ｍｍ２と非常に低い値を示し
た。
【００２１】一方、端部を繊維延設方向に対して接合角
度をγ＝４５°として突き合わせ接合し、図２（ｂ）に
示されるように内層部に該接合部１１を位置させた複合
材料（積層数７層）１４ｂ場合、引張り強さが１８４２
Ｎ／ｍｍ２と、端部なし複合材料より積層数が１層増加
したことにより強化された引張り強さを示した。また、
図２（ａ）に示されるように、外層部に該接合部１１を
位置させた複合材料（積層数６層）１４ａの場合、引張
り強さが１６１０Ｎ／ｍｍ２と、前記内層部に接合部を
有する複合材料１４ｂには強度的に劣るものの、大幅な
強度低下はみられなかった。
度をγ＝４５°として突き合わせ接合し、図２（ｂ）に
示されるように内層部に該接合部１１を位置させた複合
材料（積層数７層）１４ｂ場合、引張り強さが１８４２
Ｎ／ｍｍ２と、端部なし複合材料より積層数が１層増加
したことにより強化された引張り強さを示した。また、
図２（ａ）に示されるように、外層部に該接合部１１を
位置させた複合材料（積層数６層）１４ａの場合、引張
り強さが１６１０Ｎ／ｍｍ２と、前記内層部に接合部を
有する複合材料１４ｂには強度的に劣るものの、大幅な
強度低下はみられなかった。
【００２２】このように、突き合わせ接合部１１を斜め
方向とすることで、接合部を有さない複合材料とほぼ同
様の引張り強さを示すこととなる。そのため、複合材料
に極端な強度低下部分を呈する部分がなくなり、該材料
の信頼性が保障される。特に、前記測定結果からも明ら
かなように、前記突き合わせ接合部を強化繊維の中央部
に位置させ、上方及び下方に位置する強化繊維を連続帯
とすることで、これらの強化繊維により接合部が保護さ
れて強度の低下を防ぎ、より一層信頼性が増した複合材
料を提供することが出来る。
方向とすることで、接合部を有さない複合材料とほぼ同
様の引張り強さを示すこととなる。そのため、複合材料
に極端な強度低下部分を呈する部分がなくなり、該材料
の信頼性が保障される。特に、前記測定結果からも明ら
かなように、前記突き合わせ接合部を強化繊維の中央部
に位置させ、上方及び下方に位置する強化繊維を連続帯
とすることで、これらの強化繊維により接合部が保護さ
れて強度の低下を防ぎ、より一層信頼性が増した複合材
料を提供することが出来る。
【００２３】尚、本実施形態に記載したように、複数の
強化繊維をバインダにより固定したもの、編みこんで固
定したもの等の強化繊維集合体の他にも、金属基材を蒸
着させた強化繊維に熱間圧延成形を施して板状に形成さ
れたプリフォームを、さらに積層させてＨＩＰ成形を施
して複合材料を製造する場合などにも適用でき、前記プ
リフォームを積層させる時に該プリフォームの接合部を
斜め方向とすることで、強度低下を引き起こすことのな
い複合材料を提供することができる。
強化繊維をバインダにより固定したもの、編みこんで固
定したもの等の強化繊維集合体の他にも、金属基材を蒸
着させた強化繊維に熱間圧延成形を施して板状に形成さ
れたプリフォームを、さらに積層させてＨＩＰ成形を施
して複合材料を製造する場合などにも適用でき、前記プ
リフォームを積層させる時に該プリフォームの接合部を
斜め方向とすることで、強度低下を引き起こすことのな
い複合材料を提供することができる。
【００２４】
【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、前記
繊維延設方向と垂直方向にかかる応力に対しての強度低
下を殆ど生じることなく、安定した機能性を有し信頼性
のある複合材料を提供することができる。また、前記接
合部のアスペクト比を約２：１から１：１０の範囲内、
若しくは接合角度を約５°から６０°とすることで、前
記強化繊維自体の強度を低下させることなく、さらに前
記突き合わせ接合部分の重なりを十分にとっているため
に、材料の強度を低下させることもない。
繊維延設方向と垂直方向にかかる応力に対しての強度低
下を殆ど生じることなく、安定した機能性を有し信頼性
のある複合材料を提供することができる。また、前記接
合部のアスペクト比を約２：１から１：１０の範囲内、
若しくは接合角度を約５°から６０°とすることで、前
記強化繊維自体の強度を低下させることなく、さらに前
記突き合わせ接合部分の重なりを十分にとっているため
に、材料の強度を低下させることもない。
【００２５】さらに、前記突き合わせ接合位置を前記強
化繊維積層方向の中間位置とすることで、上方及び下方
の強化繊維帯により接合部が保護されて強度の低下を防
ぎ、より一層信頼性が増した複合材料を提供することが
出来る。また、かかる発明における金属基複合材料は非
常に簡単な構造であるため、製造コストが嵩まず低コス
トで以って該複合材料を製造することができる。
化繊維積層方向の中間位置とすることで、上方及び下方
の強化繊維帯により接合部が保護されて強度の低下を防
ぎ、より一層信頼性が増した複合材料を提供することが
出来る。また、かかる発明における金属基複合材料は非
常に簡単な構造であるため、製造コストが嵩まず低コス
トで以って該複合材料を製造することができる。
【図１】 本発明の実施形態にかかる斜角接合端部を有
する複合材料テープの概略平面図である。
する複合材料テープの概略平面図である。
【図２】 本発明の実施形態にかかる複合材料テープの
積層状態を示す概略構成図である。
積層状態を示す概略構成図である。
【図３】 本実施形態の斜角切断端部と、垂直切断端部
及び端部なしの複合材料テープの引張り強さを示す表で
ある。
及び端部なしの複合材料テープの引張り強さを示す表で
ある。
【図４】 複合材料テープの熱間プレス成形状態を示す
概略斜視図である。
概略斜視図である。
【図５】 従来の複合材料テープの接合端部を示す概略
平面図である。
平面図である。
１０ ＳｉＣ強化繊維
１０Ａ、１０Ｂ 強化繊維帯
１０ａ 表層部強化繊維帯
１０ｂ 内層部強化繊維帯
１１ 突き合わせ接合部
１２ チタン合金箔
１３ テープ状プリフォーム
１４ａ 外層に強化繊維端部を有する複合材料
１４ｂ 内層に強化繊維端部を有する複合材料
１５ 垂直接合端部
１６ 垂直接合部を有する複合材料
２０ ホットプレス
２１ 軸ロール
Claims (3)
- 【請求項１】 平板状の強化繊維が金属基材の間に挟持
され、熱間圧延成形若しくは熱間静水圧成形等により複
合化されて形成される金属基複合材料において、 前記強化繊維の延設方向接合端が、強化繊維幅方向及び
繊維延設方向を基準にアスペクト比約２：１から１：１
０の範囲内で斜め方向に突き合わせて接合されているこ
とを特徴とする金属基複合材料。 - 【請求項２】 平板状の強化繊維が金属基材の間に挟持
され、熱間圧延成形若しくは熱間静水圧成形等により複
合化されて形成される金属基複合材料において、 前記強化繊維の延設方向接合端が、強化繊維延設方向に
対する接合角度を約５°から６０°として斜め方向に突
き合わせて接合されていることを特徴とする金属基複合
材料。 - 【請求項３】 複数の前記金属基材及び前記強化繊維を
相互に重ね合わせて形成される金属基複合材料におい
て、 前記突き合わせ接合位置に隣接する上方若しくは下方の
強化繊維積層帯が接合部を有さない連続帯であることを
特徴とする請求項１若しくは２記載の金属基複合材料。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001330780A JP2003138354A (ja) | 2001-10-29 | 2001-10-29 | 金属基複合材料 |
| CA2409086A CA2409086C (en) | 2001-10-29 | 2002-10-21 | Metal matrix composite |
| US10/274,101 US6730412B2 (en) | 2001-10-29 | 2002-10-21 | Metal matrix composite |
| EP02024456A EP1306460A3 (en) | 2001-10-29 | 2002-10-29 | Metal matrix composite structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001330780A JP2003138354A (ja) | 2001-10-29 | 2001-10-29 | 金属基複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003138354A true JP2003138354A (ja) | 2003-05-14 |
Family
ID=19146455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001330780A Withdrawn JP2003138354A (ja) | 2001-10-29 | 2001-10-29 | 金属基複合材料 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6730412B2 (ja) |
| EP (1) | EP1306460A3 (ja) |
| JP (1) | JP2003138354A (ja) |
| CA (1) | CA2409086C (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012501274A (ja) * | 2008-08-28 | 2012-01-19 | ザ・ボーイング・カンパニー | 複合モジュールを用いた構造物の製作方法およびそれにより作製された構造物 |
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|---|---|---|---|---|
| CN100402278C (zh) * | 2004-09-01 | 2008-07-16 | 王云松 | 纤维-纯钛箔复合型材的制作方法及其固化模具 |
| WO2006051782A1 (ja) * | 2004-11-09 | 2006-05-18 | Shimane Prefectural Government | 金属基炭素繊維複合材料およびその製造方法 |
| US9179579B2 (en) * | 2006-06-08 | 2015-11-03 | International Business Machines Corporation | Sheet having high thermal conductivity and flexibility |
| CN110344581B (zh) * | 2019-07-08 | 2024-02-13 | 福建海源新材料科技有限公司 | 一种复合中空格状平板及制作方法 |
| AT524873B1 (de) * | 2021-05-06 | 2022-10-15 | Peak Tech Gmbh | Umwicklung aus einem Faserverbundkunststoff für einen Raumfahrtbehältermantel |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3238266C2 (de) * | 1982-10-15 | 1985-05-09 | Memminger Gmbh, 7290 Freudenstadt | Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden der Enden eines faserverstärkten Kunststoffriemens |
| JPS6134167A (ja) * | 1984-03-22 | 1986-02-18 | Agency Of Ind Science & Technol | Ｆｒｍ用プリフオ−ムワイヤ−，プリフオ−ムシ−トまたはテ−プの製造方法および該方法に用いられる超音波振動装置 |
| DE3803693A1 (de) * | 1987-03-10 | 1988-09-22 | Akzo Gmbh | Mehrlagiger hohlfadenwickelkoerper |
| GB2247492B (en) * | 1990-09-01 | 1995-01-11 | Rolls Royce Plc | A method of making a fibre reinforced metal component |
| US5420400A (en) * | 1991-10-15 | 1995-05-30 | The Boeing Company | Combined inductive heating cycle for sequential forming the brazing |
| US5579532A (en) * | 1992-06-16 | 1996-11-26 | Aluminum Company Of America | Rotating ring structure for gas turbine engines and method for its production |
| US5405571A (en) * | 1992-06-16 | 1995-04-11 | Aluminum Company Of America | Tape casting fiber reinforced composite structures |
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| US5624516A (en) * | 1994-12-20 | 1997-04-29 | Atlantic Research Corporation | Methods of making preforms for composite material manufacture |
| JPH09278237A (ja) | 1996-04-17 | 1997-10-28 | Lintec Corp | 長尺物シート同士の接続方法と装置 |
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-
2001
- 2001-10-29 JP JP2001330780A patent/JP2003138354A/ja not_active Withdrawn
-
2002
- 2002-10-21 US US10/274,101 patent/US6730412B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-10-21 CA CA2409086A patent/CA2409086C/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-10-29 EP EP02024456A patent/EP1306460A3/en not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20030082397A1 (en) | 2003-05-01 |
| EP1306460A2 (en) | 2003-05-02 |
| CA2409086A1 (en) | 2003-04-29 |
| US6730412B2 (en) | 2004-05-04 |
| CA2409086C (en) | 2010-05-18 |
| EP1306460A3 (en) | 2005-11-16 |
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