JPH01111830A - 繊維強化金属複合材料の製造方法 - 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、繊維強化金属複合材料に係り、更に詳細には
その製造に使用される強化繊維に係る。

従来の技術 例えば本願出願人と他の−の出願人との共願にかかる特
開昭５８−９３８４５号公報に記載されている如（、強
化繊維と固体潤滑粒子の如き粒子にて複合強化された複
合材料の製造に際しては、従来より一般に、強化繊維と
粒子との混合物にて成形体を形成し、該成形体を用いて
加圧鋳造することが行われている。

発明が解決しようとする問題点 しかしかかる方法にて複合材料を製造する場合には、強
化繊維の間に粒子が存在するため、溶融マトリックス金
属が成形体に浸透しに＜＜、そのため良好な複合化が困
難であり、また粒子が均一に分散された成形体を製造す
ること自体が困難であり、また加圧浸透段階に於て溶融
マトリックス金属によって粒子が移動せしめられるため
、粒子が均一に分散された複合材料を製造することが困
難であるという問題がある。

本発明は、従来の方法により強化繊維及び粒子等にて複
合強化された複合材料を製造する場合に於ける上述の問
題に鑑み、粒子等の微細片が均一に分散された複合材料
を容易に製造することを可能にする強化繊維を提供する
ことを目的としている。

問題点を解決するための手段 上述の如き目的は、本発明によれば、前駆繊維と、該前
駆繊維を被覆し他の材料の微細片が分散された複合金属
被覆層とよりなる繊維強化金属複合材料製造用強化繊維
によって達成される。

発明の作用及び効果 本発明の強化繊維は、前駆繊維と、該前駆繊維を被覆し
他の材料の微細片が分散された複合金属被覆層とよりな
っているので、本発明の強化繊維を用いて加圧鋳造が行
われると、複合金属被覆層の金属が溶融マトリックスに
よって溶融され、他の材料の微細片は前駆繊維の近傍に
於いてマトリックス中に均一に分散された状態になるの
で、粒子等が均一に分散された複合材料を容易に製造す
ることができる。

また前駆ｍ維がセラミック繊維の如くマトリックス金属
溶湯に対する濡れ性の悪い繊維である場合にも、複合金
属被覆層の金属を適当な金属に選定することにより、前
駆繊維の濡れ性が向上し、複合不良部等の欠陥を生じる
ことなく繊維強化金属複合材料を製造することができる
。

更に従来の強化繊維及び粒子等にて複合強化された複合
材料の製造方法に於ては、粒子等の体積率を制御するこ
とが困難であるが、本発明に於ては、複合金属被覆層に
含まれる他の材料の微細片の体積率を制御することによ
り、例えば複合金属被覆層の適用がめっきにて行われる
場合には、めっき浴中の他の材料の微細片の量、ｐＨ１
温度、電流密度の如きめっき条件を適宜に制御すること
により、粒子等の体積率を所望の値に容易に制御するこ
とができる。

本発明の一つの詳細な特徴によれば、他の材料の微細片
は硬質の粒子若しくはホイスカであり、かかる強化繊維
が使用される場合には、前駆繊維により複合材料の強度
を確保すると共に、硬質の粒子やホイスカによって１Ｊ
Ｊ６！耗性を向上させることができる。尚硬質の粒子と
してはアルミナ粒子、炭化クロム粒子、シリカ粒子、酸
化チタン粒子、酸化ジルコニウム粒子、炭化ケイ素粒子
、窒化ケイ素粒子、炭化チタン粒子、炭化タングステン
粒子、ダイヤモンド粒子等があり、硬質のホイスカとし
ては炭化ケイ素ホイスカ、窒化ケイ素ホイスカ等がある
。

本発明の他の一つの詳細な特徴によれば、他の材料の微
細片は自己潤滑性を有する粒子若しくはホイスカである
。かかる強化繊維によれば、前駆繊維により複合材料の
強度や耐摩耗性を確保すると共に、自己潤滑性を有する
粒子やホイスカによって腹合材料自身及び相手材の摩耗
量を低減することができる。尚自己潤滑性を有する粒子
としては窒化ボロン粒子、黒鉛粒子、二硫化モリブデン
、二硫化タングステン等があり、自己潤滑性を有するホ
イスカとしてはチタン酸カリウムホイスカ等がある。

尚複合金属被覆層を構成する金属は使用される前駆繊維
の材質及び本発明の強化繊維が適用されるマトリックス
金属との関連で任意に選定されてよく、例えばニッケル
、ニッケル合金、銅、クロム、鉄、鉄合金、コバルト、
金、銀、亜鉛等であってよく、前駆繊維は炭素繊維、炭
化ケイ素繊維、アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊維、
ボロン繊維、タングステン繊維、ステンレス繊維等であ
ってよい。また複合金属被覆層を形成する方法はめっき
、溶射の如き任意の方法であってよいが、特に均一な厚
さの層を形成し得る点でめっきが好ましい。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

実施例１ 第１図に示されている如く、前駆繊維としての炭素繊維
（連続繊維）１０（東し株式会社製「Ｍ２Ｏ」、繊維径
６．５μ）を二つのアーム部１２及び１４を有する治具
１６に各巻回が互いに隔置された状態にて巻付け、それ
を他の材料の微細片としてのアルミナ粒子１８（平均粒
径０．５μ）が分散された銅めっき浴２０（硫酸銅２０
０ｇ／ノ、硫酸５０ｇ／ノ、浴温３０℃）中に浸漬し、
炭素繊維を一方の電極として電圧２ｖ１陰極電流密度６
Ａ／ｄｌＱ’にて電気めっきを行い、これにより炭素繊
維を厚さ約１μの複合金属被覆層にて被覆した。

第２図はかくして形成された強化繊維２４の断面を示す
解図であり、複合金属被覆層２２は体積率約２０％のア
ルミナ粒子１８が分散された銅よりなっていた。

次いでかくして形成された強化繊維の性能を評価すべく
、強化繊維２４のアーム部１２及び１４の間に延在して
いた部分を長さ１００＋ａｍに切断し、第３図に示され
ている如く、それらを一方向に配向して圧縮成形するこ
とにより、１０Ｘ２０Ｘ１００１ｎｆｆｉの寸法を有し
強化繊維の体積率が約５０％の繊維成形体２６を形成し
た。次いで第４図に示されている如く、繊維成形体２６
を両端にて開口したステンレス鋼製のケース２８に充填
し、約６００℃に予熱した後、高圧鋳造用の鋳型３０内
に配置し、鋳型内に７４０℃のアルミニウム合金（ＪＩ
Ｓ規格ＡＣ４Ｃ）の溶湯３２を注湯し、溶湯を鋳型３０
に嵌合するプランジャ３４により約１０００　ｋｇ／　
ｃａ＋２にて加圧し、その加圧状態を溶湯が完全に凝固
するまで保持した。

かくして形成されたインゴットより強化繊維にて複合強
化された部分を切り出し、その断面を顕微鏡にて観察し
たところ、炭素繊維の周囲にアルミナ粒子が均一に分散
されており、またアルミニウム合金の浸透不良の如き欠
陥は全く生じていないことが認められた。

実施例２ 第５図に示されている如く、前駆繊維としてのアルミナ
繊維３６（デュポン社製、平均繊維径２０μ、平均繊維
長３１ＨＩ１１）を、他の材料の微細片としての窒化ボ
ロン粒子３８（平均粒径３μ）が分散されたニッケルめ
っき浴４０（日本ガニゼン株式会社製「ブルーシューマ
ー」）に分散させることにより無電解めっきを行い、こ
れによりアルミナ繊維を複合金属被覆層にて被覆した。

第６図はかくして形成された強化繊維４２を示す断面図
であり、アルミナ繊維３６を被覆する複合金属被覆層４
４は体積率約２５％の窒化ボロン粒子３８が分散された
ニッケルよりなり、厚さは約８μであった。

次いで上述の如く形成された強化繊維の性能を評価すべ
く、強化繊維を無機質バインダとしてのコロイダルシリ
カの水溶液中に分散させ、該分散液に対し圧縮成形を行
い、得られた圧縮成形体を乾燥することにより、第７図
に示されている如く、７０Ｘ７０Ｘ１０＋ｎｍの寸法を
有し強化繊維４２の体積率が１５％である繊維成形体４
６を形成した。

次いで繊維成形体４６を４００℃に予熱した後第８図に
示されている如く、高圧鋳造用の鋳型３０内に配置し、
鋳型内に７３０℃のアルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ
８Ａ）の溶湯４８を注湯し、溶湯を鋳型３０に嵌合する
プランジャ３４により約１０００　ｋｇ／　Ｃｍ２に加
圧し、その加圧状態を溶湯が完全に凝固するまで保持し
た。かくして形成されたインゴットより強化繊維にて複
合強化された部分を切出し、その断面を顕微鏡にて観察
したところ、アルミナ繊維の周囲に窒化ボロン粒子が均
一に分散されており、アルミニウム合金の浸透不良の如
き欠陥は全く生じていないことが認められた。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
なく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能であ
ることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は前駆繊維としての炭素繊維に複合金属被覆層が
形成されるめっき工程を示す解図、第２図は第１図に示
されためっき工程により形成された強化繊維を示す断面
図、第３図は第２図に示された強化繊維にて形成された
繊維成形体を示す斜視図、第４図は第３図に示された繊
維成形体を用いて行われる複合材料の製造の鋳造工程を
示す断面図、第５図は無電解めっきにより前駆繊維とし
てのアルミナ繊維に複合金属被覆層が形成されるめっき
工程を示す解図、第６図は第５図に示されためつき工程
により形成された強化繊維を示す断面図、第７図は第６
図に示された強化繊維にて形成された繊維成形体を示す
斜視図、第８図は第７図に示された繊維成形体を用いて
行なわれる複合材料の製造の鋳造工程を示す断面図であ
る。 １０・・・炭素繊維、１２．１４・・・アーム部、１６
・・・治具、１８・・・アルミナ粒子、２０・・・めっ
き浴。 ２２・・・強化繊維、２４・・・複合金属被覆層、２６
・・・繊維成形体、２８・・・ケース、３０・・・鋳型
、３２・・・アルミニウム合金の溶湯、３４・・・プラ
ンジャ、３６・・・アルミナ繊維、３８・・・窒化ボロ
ン粒子、４０・・・めっき浴、４２・・・強化繊維、４
４・・・複合金属被覆層、４６・・・繊維成形体、４８
・・・アルミニウム合金の溶湯 特　許　出　願　人　　トヨタ自動車株式会社代　　　
理　　　人　　弁理士　　　明石８毅第４図 １０・−炭素繊維　　　　　２４・・強化繊維１８・・
アルミナ粒子　　　　２６・・繊維成形体２０・・めっ
き；谷　　　　　　３２・・アルミニウム合金の；容、
易２２・・複合金属被覆層 第　５　図 第７区 ３６・・アルミナ繊維　　　　４ ３８・・窒化ポロン粒子　　４３ ４０・・めっきノ谷　　　　　　　　４８・・４２・・
強化繊維 第６図 第８図 アルミニウム合金のＩ８ン１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）前駆繊維と、該前駆繊維を被覆し他の材料の微細
   片が分散された複合金属被覆層とよりなる繊維強化金属
   複合材料製造用強化繊維。
2. （２）特許請求の範囲第１項の繊維強化金属複合材料製
   造用強化繊維に於て、前記他の材料の微細片は硬質の粒
   子若しくはホイスカであることを特徴とする繊維強化金
   属複合材料製造用強化繊維。
3. （３）特許請求の範囲第１項の繊維強化金属複合材料製
   造用強化繊維に於て、前記他の材料の微細片は自己潤滑
   性を有する粒子若しくはホイスカであることを特徴とす
   る繊維強化金属複合材料製造用強化繊維。