JP2989774B2 - 複合材料の製造方法及び装置 - Google Patents

複合材料の製造方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は複合材料の製造に関し、
特に、多孔質予備成形物に溶浸法によりマトリックス材
料を含浸させる、かかる材料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】英国特
許第２２４７６３６号は金属マトリックス複合材料の製
造に使用されてきた多数の方法を記載し、溶融金属を予
備成形物に溶浸させるのに加えられる圧力に耐える大き
なダイブロックの使用を伴う欠点をこの方法で明らかに
している。英国特許第２２４７６３６号は、マトリック
ス材料及び強化材料の多孔質予備成形物を収容するダイ
が圧力容器の中に置かれる方法を記載した。圧力容器は
排気され、マトリックス材料とダイの両方がマトリック
ス材料の融点より上の温度に加熱される。次いで、溶融
マトリックス材料がダイの中へ移され、圧力容器が溶融
マトリックス材料を予備成形物に溶浸させるように加圧
される。
【０００３】我々は今上記の方法を広げ、そしてその方
法に改良を加える多数の開発をした。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、強化材
料の多孔質予備成形物に溶融金属を溶浸させることによ
って複合材料を製造する方法であって、ダイの中に最終
製品の寸法形状を定める複数のキャビティを構成するよ
うな形状の複数のセパレータ要素を位置決めし、粒状材
料からなる多孔質強化材料をキャビティに充填し、前記
粒状材料の粒径分布が、粒子の大部分が２つの異なる大
きさの一方の又はそれに近い大きさを有するように選択
され且つ調整され、それぞれの２つの大きさの粒子の相
対的な割合が予め決定され、ダイを所定量のマトリック
ス材料と一緒に圧力容器の中に入れ、圧力容器を排気
し、マトリックス材料とダイの両方を、前記多孔質強化
材料と接触させることができるように位置決めされたマ
トリックス材料の融点よりも上の温度に加熱し、溶融マ
トリックス材料をダイ内の多孔質強化材料に溶浸させる
ように圧力容器を加圧し、ダイを冷却してマトリックス
材料を凝固させる複合材料の製造方法を提供する。
【０００５】普通、マトリックス材料は最初、圧力容器
内に位置決めされた坩堝に収容され、坩堝、ダイ及びダ
イの内容物は一緒にマトリックス材料の融点よりも上の
温度に加熱され、溶けたとき、マトリックス材料は坩堝
からダイに移される。好ましくは、マトリックス材料は
最初、多孔質強化材料と一緒に、しかし多孔質強化材料
と別のダイ内に収容され、それによって、ダイを加熱し
たとき、多孔質強化材料とマトリックス材料の両方がマ
トリックス材料の融点より上の温度に加熱され、マトリ
ックス材料が多孔質強化材料に溶浸する 本発明による１つの実施形態では、セパレータ要素は薄
いプレートの形態にあり、これら薄いプレートはそれら
の間に、前記多孔質強化材料が充填される複数の円板形
キャビティを構成する。
【０００６】本発明による他の構成では、セパレータ要
素が対をなして配列され、各対の一方のセパレータ要素
は前記多孔質強化材料が充填されるキャビティを収容
し、かつ多孔質強化材料にマトリックス材料を溶浸させ
るとき形成されるべき製品の一方の側を除く全ての側の
所望な形状を構成し、各対のもう一方のセパレータ要素
は成形されるべき製品の前記一方の側を構成するために
前記一方のセパレータ要素に隣接して位置決めされた薄
いプレートからなる。セパレータ要素は、グラファイ
ト、セラミック（例えば，アルミナ）又はダイが受ける
温度に金属が耐えるようなものであることを条件に、金
属からなる。特に、ステンレススチールの薄いセパレー
タプレートが強化材料を収容するキャビティの内領域へ
の溶融アルミニウムの供給を高めるのに良く役立つ。セ
パレータ要素は液体マトリックス材料に耐えるようなも
のでなければならない。被覆を施すことによって液体金
属に対するセパレータ要素の抵抗を高めることができ
る。好ましくは、かかる被覆は、例えば、窒化ホウ素又
は酸化物層で与えられるような離型性質を有するのが好
ましい。
【０００７】この形態の装置に用いるために、ダイをス
テンレススチールのような金属で非常に薄い壁をもって
構成することが可能であることがわかった。溶浸及びマ
トリックス材料を凝固させる冷却を完了した後、ダイを
内容物から容易にはぎ取ることができる。低コスト及び
高い熱伝導率のために、実行できる場合には、ステンレ
ススチール以外の軟鉄を使用することが好ましい。窒
素、又は水素を含有しない他のガスの雰囲気（大気圧で
あるのがよい）を圧力容器に導入することによって、予
備成形物の熱拡散率が加熱時間の減少で高められる。加
熱は抵抗エレメントを使用して行われる。しかしなが
ら、高周波加熱を使用するのが好ましい。これは、高周
波が熱絶縁をバイパスすることができ、その結果、ダイ
が冷却段階中マトリックス材料の方向性凝固を促進する
ように壁のまわりに選択的な熱絶縁を備えることができ
る点で特に有利である。高周波加熱の更なる利点は、溶
浸中等温状態を制御可能に維持することができる事であ
る。圧力容器の外で予備成形物を予備加熱し、次いでそ
の予備成形物を圧力容器の中へ移すことも可能である。
【０００８】セパレータ要素が金属のものであり、高周
波加熱の適当な周波数が採用される場合には、セパレー
タ要素は予備成形物の中心への熱の伝達を高めるのに役
立ち、従って加熱時間を減ずることができる。好ましく
は、セパレータ要素は予備成形物よりも高い熱拡散率を
有し、その結果、ダイのコア、即ち内側内容物の加熱が
早くなる。比較的高い熱伝導率の薄いプレートの形態の
セパレータ要素はダイの壁から次の隣接したセパレータ
プレートへの熱伝達を高めるために縁にフランジ部分を
備えるのが有利である。マイクロ波加熱を使用すること
ができるので、ダイの中の金属及びその内容物の存在を
避けなければならず、またマイクロ波加熱は勿論マトリ
ックス材料の溶解又は溶浸中の継続加熱に適用すること
はできない。しかしながら、マイクロ波を使用して高め
られた内部加熱をジルコニアのような適当なセラミック
又はジルコニアー被覆セラミックのセパレータプレート
を使用して達成することができる。
【０００９】本発明の好ましい特徴によれば、粒径分布
は次のことをもたらすように調整される。即ち、 （ａ）強化材料の製品中の体積含有率が特に特定の熱膨
張係数に合致させるために、所要の仕様を満たす、 （ｂ）予備成形物内の粒子間の隙間の毛管寸法が中圧及
び時間で溶浸を可能にするようなものであり、 （ｃ）最小粒径がカピッツァ半径よりも大きく、 （ｄ）最大粒径は、過大粒子がしばしば欠陥（ひび割れ
ている）のあるものであるから、過大粒子を回避するよ
うに限界値よりも小さい。かかる欠陥は製品の機械的な
性質を害し、そして金属化層の適用に悪影響を及ぼすこ
とがある。過大粒子の存在はまた、複合製品の物理的性
質が特に薄い断面において不均一過ぎる点で望ましくな
いことがある。カピッツア半径（Kapitsa radius）に関
する参考文献は、A.G.エブリー、Y.ズー、D.P.H.ハッセ
ルマン及びR.ラージ: Acta Metall Mater 40,1992,123
である。カピッツア半径はマトリックスのカピッツア熱
境界抵抗と熱伝導率の積である。これは長さの寸法を有
し、カピッツア熱境界抵抗と等しい熱抵抗を有するマト
リックスの領域の厚さに等しいと考えられる。カピッツ
ア熱境界抵抗は境界での音子伝達損失から生じる、複合
物における伝導粒子とマトリックスとの間に存在する熱
境界抵抗である。重要なのは、熱伝導複合物を設計する
時、伝導粒子が複合物の伝導率全体に効果的に寄与する
ために伝導粒子の粒径はカピッツア半径よりも大きくな
ければならない。
【００１０】本発明はその他の観点において、溶融マト
リックス材料を強化材料の多孔質予備成形物に溶浸させ
ることによって複合材料を製造する方法であって、予備
成形物をダイの中に置き、予備成形物を、該予備成形物
と有孔蓋との間に保持された金網で覆い、固形金属マト
リックス材料をダイの上部内で有孔蓋の上に位置決め
し、ダイを加熱して金属マトリックス材料を溶融させて
有孔蓋の中を通過させ金網によって分布させ予備成形物
に溶浸させることからなる複合材料の製造方法を提供す
る。好ましくは、ダイは加熱に先立って圧力容器の中に
置かれ、圧力容器は先ず排気され、引き続いて、金属マ
トリックス材料が溶解した後加圧される。
【００１１】
【発明の実施の形態】今、本発明を具体化する装置及び
方法の特定な構造を添付図面を参照して例示として説明
する。図１を参照すると、金属マトリックス強化複合材
料の製造装置はベースプレート２を有する圧力容器１を
含む。ポート３が圧力容器１を二方弁４を介して真空ポ
ンプ（図示せず）又は蓄圧機（これ又図示されてない）
に連結する。圧力容器１内にはチャンバー５が取り付け
られている。チャンバー５のベースにはポート６があっ
てこのポートは圧力容器１の内部と連通する。チャンバ
ー５の頂部近くにはベント７があり、ベント７は圧力容
器１のベース２を貫通し、そして弁８を有する。チャン
バー５の内側にはヒータ１０で囲まれたダイ９がある。
ダイ９の上には、これ又ヒータ１２で囲まれた開放坩堝
１１がある。坩堝１１の底の穴１３はチャンバー５の頂
部に設けられた同様な穴１４と連通する。坩堝１１の穴
１３は通常はプラグ１５で閉じられ、プラグ１５は適当
な機構（図示せず）によって、要求されるとき、引き抜
くことができる。
【００１２】図１に示す装置では、ダイ９は薄肉の円筒
形スチール容器を含み、該容器はダイ９の円筒形内部に
干渉嵌めし、開放金網部材の上に位置決めされた有孔蓋
２１を持っている。かくして、蓋２１及び開放金網部材
はダイ９の内容物に押しつけて圧縮し、かつ又、溶融金
属マトリックス材料が坩堝１１から送出されるとき、溶
融金属マトリックス材料の浸透及び分布を可能にする。
蓋２１は更に、溶融金属マトリックス材料がダイ９に導
入されるとき、ダイ９の内容物が上方に浮くのを防止す
るのに役立つ。ダイ９内には、対２２、２３をなしたセ
パレータ要素の積み重ね列がある。列はダイ９の底から
蓋２１まで連続的に延びているが、簡略上、３対のセパ
レータ要素だけが図面に示されている。
【００１３】各セパレータ要素２２はステンレススチー
ルの薄いプレートの形態を成している。これはこれ又ス
テンレススチールの両側面付きセパレータ要素２３と協
同して複数の円盤形キャビティ２４を構成する。セパレ
ータ要素２３の適当な形態によって他の形状を容易に提
供することができることは理解されよう。キャビティ２
４は、この例では、炭化珪素の圧締め粒子からなる予備
成形体の強化材料で満たされている。予備成形体は高純
度（生の）の２４０グレード及び６００グレードの炭化
珪素の混合物で作られる。微粉の存在を最小にし、実際
には、上記のように、カピッツェ半径（Ｋａｐｉｔｚｅ
ｒａｄｉａｓ）によも小さい粒径を有する粒子の数を
最小にする２つの平均粒径値について粒径分布を達成す
ることが重要である。相応して、過大粒子の存在を回避
することが重要である。
【００１４】６０ー７０容量％の２４０グレード粒子及
び４０ー３０容量％の６００グレード粒子を伴う混合物
は、実際には、７０％に近づくことがある、炭化珪素の
最大充填体積分率を与える。製品にこの最大充填体積含
有率が要求されるときには、粗い含有率に向かう混合
物、例えば、７０容量％の２４０等級と３０容量％の６
００グレードとの混合物を選択するのが実用できであ
る。これは、充填体積含有率が最初に述べた上記の範囲
内の最大値に近く、従って粒子含有率の変化で大変ゆっ
くりと変化するためである。対照してみると、混合物の
浸透率はこの範囲にわたって早い割合で変化し、浸透率
の実質的な増大は、体積含有率の著しい損失なしに、充
填含有率を最大の絶対体積含有率から離れて特定するこ
とによって実現することができる。
【００１５】低い体積含有率が受け入れられる複合材を
製造するためには、粒径分布を調整するために、特に、
微粉の存在を回避するために上記の要件の緩和が可能で
ある。係る適用に対しては、粉砕されるように、分級さ
れてない等級の材料を採用するのが適当である。予備成
形体の或る追加の圧縮度が望ましく、例えば、冷間静水
圧プレス成形を用いて追加の予備プレス成形によって達
成され。予備成形体のある凝集力はバインダー（例え
ば、シズトン コロイドシリカバインダー）又は若干の
予備焼結の使用によって得られる。予備焼結は浸透率を
維持しながら体積含有率を高めるのに有用である。しか
しながら、かかる予備焼結は利用できる多孔率の損失を
回避するように入念に調整することが重要であることが
分かった。理想的には、予備焼結の効果として、粒子間
に存在するあらゆる気孔がそのままであり、且つ相変わ
らず利用できるが寸法形状が減少することである。この
理想は予備焼結段階のために入念に調整されたマイクロ
波加熱を使用することによって達成することができる。
【００１６】所望の充填密度は炭化珪素混合物の鋳込み
成形によって、或いはフリーズキャスティング又は流体
からの沈降によって達成され、別の例として、炭化珪素
を加えた化合物の熱間成形を使用してもよい。振動（例
えば、超音波振動）の付与は充填密度を改善する。事
実、浸透法を補助するために溶浸中超音波振動を付与す
るのが有利である。準備されたダイ９及びその内容物
が、この例では、坩堝１１からの溶融アルミニウムマト
リックス材料１７による溶浸の準備の整ったチャンバー
５内の適所にあるとき、ベント７のベント弁８を閉じ、
圧力容器１を真空ポンプに連結するように弁４を設定す
る。圧力容器１及びチャンバー５が排気されたとき、ポ
ート６を閉じる。ヒータ１０、１２にスイッチを入れ、
ダイを予備成形物２４及び坩堝１１と一緒に、坩堝１１
内のマトリックス材料１７の融点以上の温度に上昇させ
る。アルミニウムの場合には、ダイ９及びその内容物を
約７００℃まで予備加熱し、アルミニウムマトリックス
材料１７を約７３０℃まで予備加熱する。プラグ１５を
引き抜くと、溶融マトリックス材料１７は重力だけの作
用でダイ９の中へ流入する。次いで、弁４を逆にして圧
力容器１を加圧し、マトリックス材料１７を予備成形物
２４に溶浸させる。最後に、弁８及びポート６を開き、
かくして、ガスが圧力容器１の内側からダイ９を通って
流れてダイ９を冷却し、ダイの中の複合材料を凝固させ
る。この冷却形態は、凝固中溶浸された予備成形物２４
の収縮が供給源からの残っている液体によって与えられ
ると言う効果を有している。この効果はダイ９の側壁の
まわりに絶縁材（図示せず）を設けることによって高め
られる。
【００１７】溶浸は要求されるだけ長く等温で続けられ
るのがよい。炭化珪素／アルミニウム系の特別な利点と
して、炭化珪素／液体アルミニウムの濡れ角度（ｗｅｔ
ｔｉｎｇ ａｎｇｌｅ）が分の時間スケールにわたって
減少することがこの系の特徴である。付与された圧力で
は最初溶浸されない最小の気孔は引き続いて圧力と温度
をこの時間スケールにわたって維持するとき溶浸され
る。セパレータエレメント及び予備成形物２４の列を伴
う上記の例では、冷却前に許される５分の溶浸時間が適
当であることが分かった。図２は図１の装置の変形例を
示し、この変形装置は多数の利点を提供する。図１に示
す構成部品と同様の機能を行う構成部品はサフィックス
「ａ」を付けた同じ参照番号で特定されている。
【００１８】ダイ９ａと矩形の箱形状を有する薄肉のス
チール容器からなる。ダイ９ａの側壁は熱絶縁３１され
ている。高周波加熱がコイル１０ａによって行われ、こ
のコイルはダイ９ａのステンレス鋼と良く結合されて急
速な加熱を行う。ポート３ａ及び弁４ａは図１の装置と
同じように排気及び加圧を行う。別のパイプライン３２
及び弁３３は冷却ガスの供給を行う。弁８ａによって制
御されるベントパイプ７ａは収集用有孔リングパイプ３
４から延びる。冷却ガス管路３２及び収集溶浸リングパ
イプ３４は冷却ガスの流れをダイ９ａの絶縁されてない
底壁上に案内するように位置決めされている。多孔質強
化材料の予備成形物３５は、ダイ９ａに干渉嵌めされ有
孔蓋２１ａによってダイ９ａ内に適所に位置決めされ
る。開放金網部材３６が蓋２１ａと予備成形物３５との
間に位置していて、溶融金属マトリックス材料３７が蓋
２１ａの孔の中を浸透するとき溶融マトリックス材料３
７を分配する。金網材料はまた炭化珪素粉末をダイ９ａ
内に保持するのに役立つ。蓋２１ａ及び金網部材３６は
単一部品に、例えば炭化珪素粉末を保持するのに役立つ
程細かい気孔を備えた蓋だけの形態に組み合わせてもよ
い。
【００１９】金属マトリックス材料３７は、有孔蓋２１
ａの頂においてダイ９ａ内に固形ブロックとして最初に
位置決めされる。マトリックス材料３７のブロックとダ
イの壁との間の隙間が、排気中予備成形物からのガスの
逃げを考慮に入れるのに必要である。準備されたダイ９
ａ及びその内容物が圧力容器１ａ内の適所にあるとき、
圧力容器１ａを先ず排気し、ヒータ１０ａにスイッチを
入れる。金属マトリックス材料３７が溶けたとき、弁４
ａを介して圧力を加える。溶浸が実質的に完了した後、
ヒータ１０ａのスイッチを切って冷却ガスを圧力下で弁
３３及び管路３２を経て供給する。同時に、ベント７ａ
を弁８ａを介して大気に開放する。冷却ガスの一定量の
流れにより、良く制御された方向性凝固がダイの中で起
こる。
【００２０】図２の形態は装置が簡単である点で、特に
単一の高周波ヒータを必要とするに過ぎず、また高温度
で溶融金属マトリックス材料の流れの制御の必要性を回
避する点で図１の形態よりも利点を有していることが理
解されよう。各操業に利用される溶融金属マトリックス
材料の量を厳密に制御することができ、加熱中と冷却中
の両方において温度の優れた制御を行うことができる。
図１と図２の両方の装置を、ガスが排気されたとき熱拡
散率と比較される予備形成物材料の熱拡散率を実質的に
高めるように選択されたガス雰囲気で圧力容器１内の予
備成形物の初期加熱を考慮に入れる改良モードで操作す
ることができる。ある操作モードでは、圧力容器１、１
ａは不必要な残留酸素又は水蒸気を除去するために前の
ように排気される。いったん排気されたら、圧力容器
１、１ａにガスを入れるのがよい。これは、非反応又は
非酸化になるように、且つまた十分に低い水分含有量を
有するように選択される。ガスは工程の後の段階で圧力
容器１、１ａを加圧するのに使用されるガスと同じであ
るのがよく、その場合、弁４が用いられそして圧力容器
１、１ａを蓄圧機に連結する。変形例として、他のガス
を使用してもよい。
【００２１】圧力容器１、１ａにガスを所要圧力（通常
は周囲の大気圧力）まで充填したとき、ヒータにスイッ
チを入れる。いったん予備成形物コアの温度が十分にな
ったら、、圧力容器１、１ａを前のように真空ポンプに
連結してガスを排気する。工程の残部は前に説明した通
りである。図３及び４はダイ９ａをより詳細に示し、特
に、製品の複数の矩形シートを形成するための好ましい
装置を示す。矩形シートの形態の粒状炭化珪素の予備成
形物はセパレータプレート４１の列によって構成されそ
して位置決めされる。セパレータプレート４１の２つの
両側にフランジ４２（図４を参照）が設けられ、該フラ
ンジはセパレータプレートの所望の分離を維持するのに
役立ち且つダイ９ａの壁からコアを形成する最も内側の
部品への熱の伝達を助けるのに役立つ。
【００２２】ダイ９ａの内容物は蓋２１ａによって適所
に保持され、介在させた開放金網３６は、溶融金属マト
リックス材料が有孔蓋２１ａを経て予備成形物の中へ溶
浸するとき、溶融金属マトリックス材料３７を分布させ
るのに役立つ。ダイ９ａの壁の内面とセパレータプレー
ト４１のフランジ４２との間の隙間は熱伝達を高めるた
めにできるだけ小さくなるように構成され、これはまた
溶浸及びダイ９ａの除去後セパレータプレート４１を次
々に分離するのを助ける。炭化珪素の予備成形物を図１
に関して上で説明した方法のいずれかによってセパレー
タプレート４１の間の空間へ導入してもよい。しかしな
がら、図示した特定の形態はバインダー材料と一緒にプ
レスされた炭化珪素粉末から形成されたプラスチック材
料の予備準備シートを使って容易に装填される。バイン
ダーは溶浸工程に先立って加熱によって除去することが
できる。
【００２３】図３及び４の装置におけるセパレータプレ
ート４１は図１のほぼ水平な形態と違って垂直であるこ
とが判るであろう。垂直な積み重ねは、特に、方向性凝
固が起こるので充填中、溶融金属マトリックス材料の溶
浸にとって良い向きを与える点で有利である。グラファ
イト又はセラミック製セパレータプレート４１が可能で
あるが、これらのセパレータプレートは好ましくは金属
で作られる。というのは、セパレータプレートが回収及
び再使用し易く、一般的に、良好な熱伝導率をもたらす
ことができるからである。金属製のセパレータプレート
４１は溶融金属材料の溶浸路を高める上で効果的のよう
に見える。しかしながら、入念に選ばれた熱膨張係数の
合金の使用が有利である。その場合には、熱伝導率がそ
んなに良くない。例えば、熱膨張係数が金属マトリック
ス材料の融点より上の金属マトリックス複合材の熱膨張
係数よりも小さく、しかし金属マトリックス材料の融点
よりも高いように、セパレータプレート４１の合金組成
物を調整することが特に有利である。するとその効果と
して、セパレータプレート４１が、溶浸中複合材を圧縮
し、凝固後、複合材から収縮して引き続く分離を容易に
する。
【００２４】もう一つの方法として、ジルコニウムの単
純な平らなプレートにコロイド状グラファイトを被覆
し、グラファイトシートからのカットされた形材をコロ
イド状グラファイトに取り付ける。切除部が所望製品に
複製されるべき形状を定め、その切除部にセラミック強
化粒子のスラリーを充填（例えば、ドクターブレードに
よって）する。乾燥後、この方法で形成された複数の予
備成形物を上記のように積み重ねて溶浸させる。所望な
らば、乾燥したスラリーに穴を作ってもよい。これらの
穴に溶浸工程中金属を詰め、セラミック強化金属に穴を
あけようとするよりももっと容易にあとで金属に穴をあ
けることができる。グラファイト又はセラミック製のセ
パレータプレート４１を使用する場合には、理想的に
は、溶融金属マトリックス材料がグラファイト又はセラ
ミック製のセパレータプレートに溶浸する傾向を抑える
のにも役立つ離型剤を表面に被覆ことが望ましい。
【００２５】本発明は上記の例の詳細に制限されない。
例えば、ダイ９、９ａ内の予備成形物形状は、特に、複
雑な製品形状が要求される場合には外皮材料によって支
持されるのがよい。外皮材料は実質的に溶浸されないこ
とが重要であることは勿論である。微粒炭化珪素がこの
目的に適し、塩を使用して固めることができることがわ
かった。水に溶ける塩バインダーは溶浸及び製品の凝固
が完了した後外皮材料の除去を容易にする。アルミニウ
ム展開では、ダイ９ａの支持台は複数のステーション間
をトラックで移動できる。これらのステーションの１つ
又はそれ以上において、フード内の高周波加熱コイル
を、支持されたダイ９ａの上で下降させ（引き続いて上
昇させ）てダイ及びその内容物を加熱することができ
る。他のステーションにおいて、真空室及び図２を参照
して説明して如き関連装置を下降させ（引き続いて上昇
させ）て支持台と気密係合状態にクランプすることがで
きる。例えば、３つのステーションを伴うかかる構成で
は、設備の操作を効率的に管理することが可能である。
かくして、装填したダイが中央（真空室）ステーション
で溶浸を受けている間、装填したダイを準備し、前のバ
ッチの溶浸が完了するやいなや、中央ステーションへの
移送に備える外側ステーションで予備加熱される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の概略断面図である。
【図２】変形装置の概略断面図である。
【図３】図２に示す装置の一部の拡大概略断面図であ
る。
【図４】図３の４−４線における断面図である。
【符号の説明】
１ 圧力容器 ９ ダイ １０ 高周波加熱コイル １７ 金属マトリックス材料 ２２ セパレータプレート ２３ セパレータプレート ２４ 予備成形物
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−52755（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−44432（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−267328（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B22D 19/14 B22D 19/00 B22F 3/26 C22C 1/10

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 強化材料の多孔質予備成形物に溶融金属
    を溶浸させることによって複合材料を製造する方法であ
    って、ダイの中に、最終製品の寸法形状を定める複数の
    キャビティを構成するような形状の複数のセパレータ要
    素を位置決めし、粒状材料からなる多孔質強化材料をキ
    ャビティに充填し、前記粒状材料の粒径分布が、粒子の
    大部分が２つの異なる大きさの一方の又はそれに近い大
    きさを有するように選択され且つ調整され、それぞれの
    ２つの大きさの粒子の相対的な割合が予め決定され、ダ
    イを所定量のマトリックス材料と一緒に圧力容器の中に
    入れ、圧力容器を排気し、マトリックス材料とダイの両
    方を、前記多孔質強化材料と接触させることができるよ
    うに位置決めされたマトリックス材料の融点よりも上の
    温度に加熱し、溶融マトリックス材料をダイ内の多孔質
    強化材料に溶浸させるように圧力容器を加圧し、ダイを
    冷却してマトリックス材料を凝固させる複合材料の製造
    方法。
  2. 【請求項２】 マトリックス材料は最初、圧力容器内に
    位置決めされた坩堝に収容され、坩堝、ダイ及びダイの
    内容物は一緒にマトリックス材料の融点よりも上の温度
    に加熱され、溶けたとき、マトリックス材料は坩堝から
    ダイに移される、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 セパレータ要素は薄いプレートの形態に
    あり、これら薄いプレートはそれらの間に、前記多孔質
    強化材料が充填される複数の円板形キャビティを構成す
    る、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 セパレータ要素が対をなして配列され、
    各対の一方のセパレータ要素は前記多孔質強化材料が充
    填されるキャビティを収容し、かつ多孔質強化材料にマ
    トリックス材料を溶浸させるとき形成されるべき製品の
    前記一方の側を構成し、各対のもう一方のセパレータ要
    素は成形されるべき製品の前記一方の側を構成するため
    に前記一方のセパレータ要素に隣接して位置決めされた
    薄いプレートからなる、請求項１又は２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 セパレータ要素は、剛性のままであり且
    つ溶浸のためにダイが受ける温度でその組織を保持する
    ような金属からなる、請求項３又は４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 ダイは、剛性のままであり且つ溶浸のた
    めにダイが受ける温度でその組織を保持するような、そ
    して溶浸及び凝固が完了した後容易に取り除ける金属の
    薄肉容器からなる、請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 セパレータ要素はグラファイトで作られ
    る、請求項３又は４に記載の方法。
  8. 【請求項８】 ダイはセパレータ要素がダイの内容物の
    内部加熱を行うのに十分低い周波数で高周波加熱によっ
    て加熱される、請求項５又は６に記載の方法。
  9. 【請求項９】 ダイは非金属であり、その内容物はマイ
    クロ波加熱によって加熱される、請求項３又は４に記載
    の方法。
  10. 【請求項１０】 セパレータ要素は、マイクロ波放射を
    熱に変換するジルコニアのようなセラミックで作られて
    いる、請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 多孔質強化材料の粒子の粒径分布はカ
    ピッツェ半径よりも小さい大きさを有する粒子の数を最
    小にするように調整される、前請求項のいずれか１項に
    記載の方法。
  12. 【請求項１２】 多孔質強化材料の粒子の粒径分布は所
    定の最大の大きさを超える大きさを有する粒子の数を最
    小にするように調整される、前請求項のいずれか１項に
    記載の方法。
  13. 【請求項１３】 ２つの粒径はそれぞれ２４０グレード
    及び６００グレードである、前請求項のいずれか１項に
    記載の方法。
  14. 【請求項１４】 それぞれ２つの大きさの粒子の混合物
    は最終溶浸製品中の粒状強化材の最大体積含有率をもた
    らす混合物からなる、請求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 それぞれ２つの大きさの粒子の混合物
    は最終溶浸製品中の粒状強化材の最大体積含有率をもた
    らす粒径組成と比較して大きな粒径組成の超過からな
    る、請求項１３に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 それぞれ２つの大きさの粒子の混合物
    は、製品の所要の熱膨張係数に合致するために最終溶浸
    製品中の粒状強化材の所定体積含有率をもたらすように
    選択される、請求項１３に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 セパレータ要素（２２，２３；４１）
    及び多孔質強化材料が充填されたキャビティ（２４）を
    ダイ（９ａ）内にぴったりと嵌まる有孔蓋部材（２１）
    で覆い、ダイ（９ａ）を圧力容器（１；１ａ）内に位置
    決めするに先立って固形金属マトリックス材料（３７）
    をダイ（９ａ）の上部内で有孔蓋部材（２１）の上に位
    置決めし、ダイ（９ａ）を加熱するとき、金属マトリッ
    クス材料（３７）を溶融させて有孔蓋部材（２１）を通
    過させ多孔質強化材料に溶浸させる、前請求項のいずれ
    か１項に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 先ず圧力容器を排気した後、加熱中初
    期の間ガスが導入され、マトリックス材料がその融点に
    達する前に再び排気される、前請求項のいずれか１項に
    記載の方法。
  19. 【請求項１９】 加熱が、溶浸が完了するまでほぼ等温
    の溶浸状態を維持するように溶浸段階の間調整される、
    前請求項のいずれか１項に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前の請求項のいずれか１項に記載の方
    法によって作られた製品。
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