JPS62142733A - 繊維強化金属複合材の製造方法 - 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〕 本発明は、加圧鋳造法により繊１１：強化金属）１１合
材を製造するための改良された方法に関する。

〔従来の技術〕

Ｓ　ｉＣ、Ｓ　ＩＪＮ　４あるいは黒鉛なとの剣状中結
晶で構成されろウィスカーは、比強度、比弾性率、耐熱
性および化学的安定性の面で卓越した物性を（１゛する
ことから、特にＡＱに代表されろ軽金属類の複合強化材
としてａ用されている。

この種のウィスカーを用いてｍ維強化金属複合材を製造
°４°ろための効果的な手段として、加圧鋳造法が知ら
れている。加圧鋳造法は、第１図に示４−ように、予め
形成されたウィスカーの集合ブリフォーノ・１を繊組：
骨洛として鋳１１′！２内に配置し、これにマトリック
ス金属の溶湯３をｌｌ：、人したのらプランジャー４で
加圧しながらグリフ４−一）、組織内部に含浸・凝固さ
せろ乙のであるか、この方法を採る場合の最乙重要な操
作上の条件は、含浸過程を通じてマトリックス金１１１
の溶湯状態を正常に保持することである。含浸過程で溶
湯か冷ｙ）で７トリソクス金属の凝固が起きると、グリ
フ４−−ム組織への円滑な浸透か阻害されて；（合ｒｒ
４＜の割れ、複合体の極端な収縮変形、複合組織の不均
質などの性状欠陥をｌｊえろことになる。

また、従来は含浸の円滑性を図る１こめ、第１図に示す
ようにウィスカーブラン」−ムの上面および金側面から
矢印方向に沿って溶湯を浸透する方法かとられているか
、この全面浸透はプリフ］・−ム組織内部に吸蔵されて
いるガス成分あるいは溶１易含浸時に生ずるある種の反
応による成分偏析を複合中心部分に閉じ込める現象を招
き、寧ろ組織欠陥をらたらず原因となる。

〔発明か解決しようとずろ問題点〕

上記の現象のうし、マトリックス金属の凝固を防くため
には鋳型およびプリフ＋−１１を予熱する手段が慣用さ
れている。ところが、鋳型の温度は設備上の制約から十
分に上げることができず、含浸過程を通じて正常な溶湯
状態を保つには不十分である。

一方、ブリフＡ−−ムに対する溶湯の全面浸透に伴なう
組織偏析に関しては、これまで何効な対策はなされてい
ない。

本発明は、これらの問題点を同時に解決するためになさ
れたしのである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明により提供されろ繊維強化金属複合材の製造方法
は、ウィスカーのブラン４・−ムを繊ｕｔ・１１・格と
して鋳型内に配置＆　Ｌ、これに７トリツクス金属の溶
湯を注入して加圧鋳造法により複合化するにあたり、前
記ウィスカーのプリフオー−ムを予熱した内挿金型にセ
ットして鋳型内に挿着４−ろことを主要な構成上の特徴
とずろ。

以下、本発明を第２図の説明図によって詳述する。

まず、繊維骨格となるウィスカーのプリフォームｌを予
熱した内挿金型５にセットする。ウィスカーのプリフォ
ームは、ＳｉＣ，５ｉｚＮ４あるいは黒鉛などの生成ウ
ィスカーを解したのち乾式あるいは湿式法で賦形化した
短繊維集合体で、内挿金型５の内面形状に合った外形に
形成される。内挿　　５金型５は、例えば工具鋼のよう
な熱伝導性に優れる硬質金属で構成し、内面は円筒、逆
円錐あるいは凹凸ｉ／４付など最終形状に沿うように形
成され、外面は挿若時に鋳型２の内壁に密着するように
設計加工されている。また、これは一体型構造のほか、
分離割り型構造とすることらできる。

内挿金型５は鋳型２に入れろ前に電気炉等を用いて加熱
し、９１マしくはマトリックス金属の融点以」二に予熱
される。これにセットするウィスカーのプリフォーム１
６予熱しておくことが効果的で、このためにはウィスカ
ーのプリフォームを内挿金型にセットした状態で予熱す
ることが操作的に便宜である。

この際、内挿金型およびプリフ４・−ムの予熱温度を調
整することにより複合材の上下方向の収縮度合を制御す
ることが可能となるから、予め検！■しておくことによ
って繊に（Ｕ体積率（Ｖｒ）を適宜に調節することがで
きろ。

ウィスカーのプリフォーム１をセットした内挿金型５は
、ついて鋳型２に挿着し丁バンチ６の上部に配置される
３、鋳型は含浸過程を通し付属の加熱装置を介して加熱
しておくことか望ましい。引続き鋳型内にマトリックス
金属の溶湯３を注入し、上部からブランシアー４で加圧
する。加圧により溶湯３はウィスカープリフォーム１の
上面のみから矢印方向に浸透する。マトリックス金属の
溶湯３はブラン４・−ム組織の全体に十分含浸されたの
ら、圧力を保持したまま凝固される。

〔作　用〕

」二足した製造方法によれば、ウィスカーのブリフォー
１、が予熱された内挿金型にセットされて溶湯含浸がな
されるから、含浸過程を通じて系内を正常なマトリック
ス金属の溶湯状態を保つに十分な保温状態を実現゛４°
る。そのうえ、マトリックス金属の溶湯がウィスカープ
リフォームの上面から一方向的に浸透するため、プリフ
ォーム組織内部に存在ずろ吸蔵ガス成分を底部から系外
に排出し、また特にＭｇを含何するマトリックス金属の
使用時に起り易い反応成分の偏１ｉを効果的に消ノ＝す
る機能をなず。

〔実施例〕

直径０．５〜！、５μｍ１長さ６０〜１００μｗ１密度
３　、　ｌ　８ｙ／ｃｍ３、結晶形β型の性状ヲ（＝７
　ｔ　ロＳｉＣウィスカーを良く解してから純水に分散
し、加圧ン濾過法により湿潤ウィスカーケーキを形成し
たのち加熱乾燥して直径８０ｍｍ、高さ１３０■、繊維
体積率１５％の円柱形ブラフＡ・−ムを作成しノニ。

」二足のＳｉＣウィスカーのプリ７４・−ムを内径８０
′ｌｌｍ１外径１２０ｕｍ、高さ１４０＋ｍの工具鋼（
ＳＫ材）製内挿金型に挿入してセットし、これを電気炉
に入れ７００°Ｃに予熱した。ついで、予熱した内挿金
型を３００℃の１話度に保持されている鋳型（内径１２
０スＲ）に挿着し、湯温８００℃のＡＣ合金（ＪＩＳ規
格２０１４）の溶湯を注入した。

引続きブランシアーによりＩ　Ｏ００ｋｇ／ｃｍ”の圧
力で上部から加圧し、溶湯が完全に凝固するまで加圧状
態を維持した。

このようにして得られたＳｉＣウィスカー強化Ａ１２複
合材は、複合部分の高さがｌｌ６ｚｚに収縮したが組織
の割れ、亀裂等の欠陥は認められなかった。第３図の写
真は、複合鋳造体を縦割すして溶体化および′ｌ゛６処
理した断面の金属組織を示したムので、引出線の７は複
合部分、８は成分が偏在した複合部分である。この状況
から複合、ｌ（分の組織は成分偏析のない均質性状をｆ
ｆずろ乙のてあった。

また、本複合材につきランズレ−法によって含汀ガスＨ
１４：ａｌｌ＋定したところ、甲均５．　Ｉｃｃ／　Ｉ
　００ｇで部分的な偏差は僅少であった。

比較のために、内挿金型を用いないほかは上記実施例と
同一の方法を用いてＳｉＣウィスカー強化八〇へ合材を
作成した。　この場合のウィスカープリフォームは鋳型
の中央部に配置し、溶出が第１図の矢印方向に浸透する
ようにした。

本比較例によって得られた複合材は、複合部分の高さか
１２５肩１１直径が７５ｍ屑までそれぞれ収縮変形した
。第４図は切断面を不溶化およびＴ　Ｇ処理した断面の
金属組織写真である。複合部分７の中心部には成分偏析
に伴なう異常組織部分９が現出し、組織の不均質が観察
された。また、複合材中の含有ガス量を測定したところ
、中心部２１．ｌｃｃ／　１００ｇ、外周部８．３ｃｃ
／ｌ　ＯＣＪｇと本発明例より昔るしく高い値を示し、
外周部に比べ中心部において著増している結果を示した
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、加圧鋳造時の含浸過程における正常な
溶湯状態の保持と上面がらの一方向浸透の作用が相乗的
に動いて、常に偏析異常のない均質性状の複合組織か得
られろ。したがって、ウィスカーを強化（４とする高性
能の繊維強化金属複合材を製造する量産技術としての価
値が大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の加圧鋳造方法を説明ずろための装置断面
図、第２図は本発明方法を説明ずろための装置断面図で
ある。第３図は本発明方法により得られた複合体処理断
面の金属組織写真、第４図は従来方法により得られた複
合体処理断面の金属組織写真である。 ！・・・ウィスカーのプリフォーム、２・・・鋳型、３
・・マトリックス金属の溶出、４・・・プランジγ−１
５・・・内挿金型、６・・下パンチ、７・・・ｍ台部分
、勇Ｉ　ｍ 第２ｘ 某３図 尊４Ｅ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ウィスカーのプリフォームを繊維骨格として鋳型内
   に配置し、これにマトリックス金属の溶湯を注入して加
   圧鋳造法により複合化するにあたり、前記ウィスカーの
   プリフォームを予熱した内挿金型にセットして鋳型内に
   挿着することを特徴とする繊維強化金属複合材の製造方
   法。 ２、ウィスカーのプリフォームを内挿金型にセットして
   予熱したのち鋳型内に挿着する特許請求の範囲第１項記
   載の繊維強化金属複合材の製造方法。