JPH10280066A - Production of composite material - Google Patents
Production of composite materialInfo
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- JPH10280066A JPH10280066A JP9382797A JP9382797A JPH10280066A JP H10280066 A JPH10280066 A JP H10280066A JP 9382797 A JP9382797 A JP 9382797A JP 9382797 A JP9382797 A JP 9382797A JP H10280066 A JPH10280066 A JP H10280066A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は金属をマトリックス
とした金属基複合材料の、溶湯含浸法による製造方法に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a metal matrix composite material using a metal as a matrix by a molten metal impregnation method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】複合材料として、金属をマトリックスと
した金属基の複合材料やプラスチック等の樹脂をマトリ
ックスとした複合材料（ＦＲＰ等と呼ばれたりしてい
る）等が知られている。ＦＲＰは広い分野で実用化して
いるが、金属基の複合材料は、現状ではその製造方法の
難しさ等から、その実用化の進展はＦＲＰに比べ小さ
い。2. Description of the Related Art As a composite material, a metal-based composite material using a metal as a matrix, a composite material using a resin such as plastic as a matrix (also called FRP or the like), and the like are known. Although FRP has been put to practical use in a wide range of fields, the progress of practical use of metal-based composite materials is smaller than that of FRP due to the difficulty of the production method at present.
【０００３】金属基の複合材料はＭＭＣ等と呼ばれるこ
ともある。代表的な構成として、被複合材として、Ａｌ
Ｎ繊維、ＳｉＣ繊維、炭素繊維等のセラミック繊維、マ
トリックス金属として、Ａｌ材やＣｕ材を適用した複合
材料が知られる。複合させる方法は、種種の方法が実用
化、或いは提案されている。被複合材とマトリックス金
属の粉末を混合して焼結する方法や、被複合材のプリフ
ォームにマトリックス金属の溶湯を含浸させて複合する
方法はその代表的なものである。[0003] A metal-based composite material is sometimes called an MMC or the like. As a typical configuration, a composite material
A composite material using an Al material or a Cu material as a ceramic fiber such as N fiber, SiC fiber, or carbon fiber, and a matrix metal is known. Various methods have been put to practical use or proposed as a method of compounding. Representative methods include a method of mixing and sintering a composite material and a matrix metal powder, and a method of impregnating a preform of a composite material with a molten matrix metal to form a composite.
【０００４】プリフォームにマトリックス金属を含浸さ
せる際、その含浸過程で溶湯が凝固したり、温度が過度
に低下して含浸しにくくなっては困るでの、通常はプリ
フォームは、予め加熱しておくことが多い。この場合、
予め加熱したプリフォームを含浸工程用の金型にセット
し、次いで溶湯をその金型に流し込み、加圧して溶湯を
含浸させる方法が一般的である。[0004] When impregnating the preform with the matrix metal, it is difficult to impregnate the molten metal during the impregnation process or to make the impregnation difficult because the temperature is excessively lowered. Often put. in this case,
Generally, a preheated preform is set in a mold for the impregnation step, and then the molten metal is poured into the mold, and the molten metal is impregnated by applying pressure.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】予め加熱したプリフォ
ームを含浸工程用の金型にセットし、次いで溶湯をその
金型に流し込み、加圧して溶湯を含浸させる方法は、溶
湯含浸法による複合材料の製造方法として代表的であ
る。しかし、速やかに溶湯を流し込み、更に加圧しない
と、含浸前にプリフォームの温度が低下してしまう。こ
うなると、溶湯の含浸が難しくなり、プリフォームの大
きな変形等の原因になるのである。その結果、製造され
た複合材料の特性が低下したり、特性が安定しにくい等
の問題が生ずる。A method of setting a pre-heated preform in a mold for an impregnation step, then pouring the molten metal into the mold, and applying pressure to impregnate the molten metal is performed by a composite material by a molten metal impregnation method. Is typical as a method for producing the same. However, if the molten metal is not poured immediately and the pressure is not further increased, the temperature of the preform decreases before impregnation. In such a case, it becomes difficult to impregnate the molten metal, which causes a large deformation of the preform. As a result, problems such as deterioration of the characteristics of the manufactured composite material and difficulty in stabilizing the characteristics occur.
【０００６】このような事情から、上述の溶湯含浸法に
よる製造方法を改良し、より安定して製造できる方法の
開発が望まれていた。[0006] Under such circumstances, it has been desired to improve the above-described production method using the molten metal impregnation method and develop a method capable of producing the product more stably.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は上述の事情に鑑
みなされたものである。本発明は、溶湯含浸用の金型内
で、被複合材のプリフォームを通電加熱する工程と、こ
のプリフォームにマトリックス金属の溶湯を含浸させる
工程とを含む、複合材料の製造方法である。The present invention has been made in view of the above circumstances. The present invention is a method for producing a composite material, comprising: a step of electrically heating a preform of a composite material in a mold for impregnating a molten metal; and a step of impregnating the preform with a molten metal of a matrix metal.
【０００８】本発明において、被複合材やマトリックス
金属は、製造すべき複合材料の用途によって適宜選定す
れば良い。被複合材として、ＡｌＮ繊維、ＳｉＣ繊維、
炭素繊維等のセラミック繊維の適用が好適である。マト
リックス金属としては、例えば放熱用の複合材料を製造
する場合は、熱伝導性の高い銅材やＡｌ材を適用すると
好適である。In the present invention, the composite material and the matrix metal may be appropriately selected depending on the use of the composite material to be produced. AlN fiber, SiC fiber,
The use of ceramic fibers such as carbon fibers is preferred. As a matrix metal, for example, when a composite material for heat dissipation is manufactured, it is preferable to apply a copper material or an Al material having high thermal conductivity.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】図１を参照しながら本発明の製造
方法を説明する。図１はマトリックス金属の溶湯を含浸
する工程における、金型２とプリフォーム１を模式的に
示した説明図である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a mold 2 and a preform 1 in a step of impregnating a molten metal of a matrix metal.
【００１０】本発明では、プリフォーム１に電極３を取
り付け、金型２内で通電してジュール熱によりプリフォ
ームを加熱する。金型２は含浸工程に備えて所定の温度
に加熱しておくと良い。もちろん、プリフォームの加熱
を速やかに実現する意味で、プリフォーム１の加熱開始
時、或いは加熱途中において金型２の温度を調節するこ
とは有効である。In the present invention, the electrode 3 is attached to the preform 1 and the preform is heated by Joule heat by supplying electricity in the mold 2. The mold 2 is preferably heated to a predetermined temperature in preparation for the impregnation step. Of course, in order to quickly heat the preform, it is effective to adjust the temperature of the mold 2 at the start of heating of the preform 1 or during heating.
【００１１】プリフォーム１や金型２が所定温度になっ
た後、金型２内にマトリックス金属の溶湯を注入し、所
定の加圧下でプリフォーム１にその溶湯を含浸させる。
含浸した後、溶湯金属が凝固させてから金型２から鋳塊
を取り出す。このような工程によって複合材料を製造す
る。After the preform 1 and the mold 2 reach a predetermined temperature, a molten metal of a matrix metal is poured into the mold 2 and the preform 1 is impregnated with the molten metal under a predetermined pressure.
After the impregnation, the ingot is taken out of the mold 2 after the molten metal is solidified. A composite material is manufactured by such a process.
【００１２】本発明において、プリフォーム１の加熱
は、金型２内で行うので、従来の方法のように、予め別
途加熱したプリフォームを金型にセットする場合に比
べ、プリフォームの温度が安定しやすい。従ってより安
定した複合材料の製造が実現するのである。In the present invention, since the preform 1 is heated in the mold 2, the temperature of the preform is lower than when a separately heated preform is set in the mold as in the conventional method. Easy to stabilize. Therefore, more stable production of the composite material is realized.
【００１３】またプリフォーム１を構成する被複合材
に、導電性のコーティングを施すことも有効である。被
複合材として、例えばＡｌＮやＳｉＣ繊維等は電気が通
りにくいため、導電性のコーティングを施しすことで通
電加熱が容易になる。It is also effective to apply a conductive coating to the composite material constituting the preform 1. For example, AlN, SiC fiber, or the like as a composite material does not easily conduct electricity, and therefore, application of a conductive coating facilitates energization and heating.
【００１４】[0014]
【実施例】図１を参照しながら説明する。カーボンファ
イバー（径１２μｍ、長さ１００μｍ）によるプリフォ
ーム１を用意した。体積比は２０〜４５体積％、形状は
１００ｍｍ×６０ｍｍ×５ｍｍで、カーボンファイバー
はランダム配向しているものである。さてプリフォーム
１の上下面部に電極３を取り付けた。電極は圧着（圧
接）により取り付けた。流すべき電流値に対し数十ｍｍ
2 ／Ａ程度の接続面積が得られるように、圧着面積を調
節した。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to FIG. A preform 1 made of carbon fiber (diameter 12 μm, length 100 μm) was prepared. The volume ratio is 20 to 45% by volume, the shape is 100 mm × 60 mm × 5 mm, and the carbon fibers are randomly oriented. The electrodes 3 were attached to the upper and lower surfaces of the preform 1. The electrodes were attached by crimping (pressure welding). Several tens of mm for the current value to flow
The crimping area was adjusted so that a connection area of about 2 / A was obtained.
【００１５】金型２は、１１０ｍｍ×７０ｍｍ、高さ１
０ｍｍの形状の内面空間を有するものを用い、図１に示
すように、プリフォーム１は概ね金型２の中央部に位置
するようの配置した。The mold 2 has a size of 110 mm × 70 mm and a height of 1.
A preform 1 having an inner surface space of 0 mm was used, and the preform 1 was arranged so as to be located substantially at the center of the mold 2 as shown in FIG.
【００１６】尚、プリフォーム１を金型２内にセットし
てから、電極３を取り付けても構わないが、作業性の観
点で、電極３を取り付けてからプリフォーム１を金型２
にセットする方が簡便である。The electrode 3 may be attached after the preform 1 is set in the mold 2, but from the viewpoint of workability, the preform 1 is attached to the mold 2 after attaching the electrode 3.
It is easier to set to
【００１７】本実施例においては、プリフォーム１の温
度状態を調べるため、図１に示すような位置に、熱電対
４１、４２、４３を取り付けた。In the present embodiment, thermocouples 41, 42 and 43 were attached at positions as shown in FIG.
【００１８】そしてプリフォーム１に取り付けた電極３
に６２Ｖ、５．８Ａの交流電流を流した。目標加熱温度
は５０５℃である。金型２内の初期温度は４０℃、３０
℃、２０℃、１０℃の各条件を設定した。表１に、熱電
対４１による測定温度が目標温度付近になったときの、
３個の熱電対４１、４２、４３の測定温度を記す。The electrode 3 attached to the preform 1
, An alternating current of 62 V and 5.8 A was applied. The target heating temperature is 505 ° C. The initial temperature in the mold 2 is 40 ° C., 30
Each condition of ° C, 20 ° C, and 10 ° C was set. Table 1 shows that when the temperature measured by the thermocouple 41 becomes close to the target temperature,
The measured temperatures of the three thermocouples 41, 42, 43 are described.
【００１９】また従来例として、別途、加熱炉にてプリ
フォーム１を所定温度に加熱し、しかる後、そのプリフ
ォーム１を速やかに金型２内にセットし、上記同様にし
て温度測定をしてみた。この従来例においても、プリフ
ォーム１をセットする際の金型２内の初期温度を４０
℃、３０℃、２０℃、１０℃の各条件において実験し
た。結果を表１に併記する。もちろん、プリフォーム１
を金型２内にセットした後も、時間の経過に伴ってプリ
フォーム１の温度は低下していくが、今回は、プリフォ
ーム１を金型２内にセットしてから１０秒間後での測定
温度を表１に記しておく。As a conventional example, the preform 1 is separately heated to a predetermined temperature in a heating furnace, and then the preform 1 is quickly set in the mold 2, and the temperature is measured in the same manner as described above. I tried. Also in this conventional example, the initial temperature in the mold 2 when setting the preform 1 is set to 40.
The experiment was performed under the conditions of ° C, 30 ° C, 20 ° C, and 10 ° C. The results are also shown in Table 1. Of course, preform 1
Although the temperature of the preform 1 decreases over time after setting the preform 1 in the mold 2, this time, 10 seconds after the preform 1 is set in the mold 2 Table 1 shows the measured temperatures.
【００２０】[0020]
【表１】 [Table 1]
【００２１】表１を見れば判るように、本発明例では目
標加熱温度である５０５℃近傍に安定したプリフォーム
１の加熱が実現している。対する従来例では、３個の熱
電対４１、４２、４３によって大きな温度差が見られ
た。即ちプリフォーム１の温度状態が本発明例に比べ不
均等になっていたことが判る。As can be seen from Table 1, in the example of the present invention, stable heating of the preform 1 is realized at around the target heating temperature of 505 ° C. On the other hand, in the conventional example, a large temperature difference was observed between the three thermocouples 41, 42, and 43. That is, it can be seen that the temperature state of the preform 1 was uneven compared to the example of the present invention.
【００２２】上述の通電加熱において、金型２内の雰囲
気は大気であったが、その他の雰囲気状態にしても良
い。例えば、大気中で加熱するとプリフォーム１を構成
する被複合材の材質に大きな影響がでる場合、金型２内
の雰囲気を非酸化性雰囲気にしてたり、真空状態にする
ことは有効である。In the above-described energization heating, the atmosphere in the mold 2 is the atmosphere, but may be in another atmosphere state. For example, when heating in the air greatly affects the material of the composite material constituting the preform 1, it is effective to set the atmosphere in the mold 2 to a non-oxidizing atmosphere or to make it a vacuum state.
【００２３】[0023]
【発明の効果】本発明は、溶湯含浸法による製造方法に
おいて、プリフォームを加熱温度のばらつきが少なく、
安定した複合材料の製造が実現できる等、優れた効果を
発現するものである。According to the present invention, there is provided a method for producing a preform by a molten metal impregnation method, wherein a preform has a small variation in a heating temperature.
It exhibits excellent effects such as stable production of a composite material.
【図１】本発明の実施例を説明する説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an embodiment of the present invention.
１ プリフォーム ２ 金型 ３ 電極 ４１、４２、４３ 熱電対 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Preform 2 Die 3 Electrode 41, 42, 43 Thermocouple
Claims (1)
フォームを通電加熱する工程と、このプリフォームにマ
トリックス金属の溶湯を含浸させる工程とを含む、複合
材料の製造方法。1. A method for producing a composite material, comprising: a step of electrically heating a preform of a composite material in a mold for impregnating a molten metal; and a step of impregnating the preform with a molten metal of a matrix metal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9382797A JPH10280066A (en) | 1997-04-11 | 1997-04-11 | Production of composite material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9382797A JPH10280066A (en) | 1997-04-11 | 1997-04-11 | Production of composite material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10280066A true JPH10280066A (en) | 1998-10-20 |
Family
ID=14093235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9382797A Pending JPH10280066A (en) | 1997-04-11 | 1997-04-11 | Production of composite material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10280066A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002371329A (en) * | 2001-06-14 | 2002-12-26 | Taiheiyo Cement Corp | Method for manufacturing metal-ceramic composite material |
| KR102386819B1 (en) * | 2020-12-18 | 2022-04-14 | 주식회사 레오포즈 | Rheo-forged products reinforced by carbon fiber net and its manufacturing method |
-
1997
- 1997-04-11 JP JP9382797A patent/JPH10280066A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002371329A (en) * | 2001-06-14 | 2002-12-26 | Taiheiyo Cement Corp | Method for manufacturing metal-ceramic composite material |
| KR102386819B1 (en) * | 2020-12-18 | 2022-04-14 | 주식회사 레오포즈 | Rheo-forged products reinforced by carbon fiber net and its manufacturing method |
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