JP2003191066A - 複合材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 無機充填材の分散状態に起因する機械的強度
のバラツキがなく、従来に比べて格段に高い機械的強度
を有する複合材、並びにその製造方法を提供する。 【解決手段】 鋳型内に、無機中空粒子と、無機繊維の
クロス及びフェルトの少なくとも一方とをそれぞれ層状
に積層して収容し、前記鋳型中に金属融液を加圧しなが
ら注入した後冷却することにより、金属マトリックス中
に、無機繊維のクロス及びフェルトの少なくとも一方を
含む第１の複合材層１と、無機中空粒子を含む第２の複
合材層２とが連続して存在し、全体として単一体を構成
する複合材を得る。
のバラツキがなく、従来に比べて格段に高い機械的強度
を有する複合材、並びにその製造方法を提供する。 【解決手段】 鋳型内に、無機中空粒子と、無機繊維の
クロス及びフェルトの少なくとも一方とをそれぞれ層状
に積層して収容し、前記鋳型中に金属融液を加圧しなが
ら注入した後冷却することにより、金属マトリックス中
に、無機繊維のクロス及びフェルトの少なくとも一方を
含む第１の複合材層１と、無機中空粒子を含む第２の複
合材層２とが連続して存在し、全体として単一体を構成
する複合材を得る。
Description
【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、無機繊維のクロスまたはフェルトと、無機中空
粒子とを含む複合材に関する。
スとし、無機繊維のクロスまたはフェルトと、無機中空
粒子とを含む複合材に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、材料の機械的強度の向上や軽
量化などを目的として、金属マトリックスに無機繊維や
無機中空粒子などの無機充填材を分散させた複合材が使
用されている。例えば、特開昭４８−２２３２７号公報
や特公昭５５−２２１８２号公報には、中空ガラス質の
シラスバルーンをアルミニウムなどの金属マトリックス
に分散させた複合材が記載されている。また、特開平１
１−２９８３１号公報には、セラミック中空粒子と無機
繊維とセラミック粒子とを金属マトリックスに分散させ
た複合材が記載されている。
量化などを目的として、金属マトリックスに無機繊維や
無機中空粒子などの無機充填材を分散させた複合材が使
用されている。例えば、特開昭４８−２２３２７号公報
や特公昭５５−２２１８２号公報には、中空ガラス質の
シラスバルーンをアルミニウムなどの金属マトリックス
に分散させた複合材が記載されている。また、特開平１
１−２９８３１号公報には、セラミック中空粒子と無機
繊維とセラミック粒子とを金属マトリックスに分散させ
た複合材が記載されている。
【０００３】これらの複合材は、鋳型中に無機充填材を
配置した後、金属融液を加圧しながら鋳型中に注入して
製造するのが一般的であるが、このとき無機充填材と金
属との比重差が大きいことから、無機充填材が金属融液
中で浮き上がり、一方の面側に無機充填材が偏在した複
合材となりすい。また、無機充填材として無機中空粒子
及び無機繊維の両方を含む複合材では、これらの間にも
比重差があるために分散状態は更に悪くなる。このよう
な無機充填材の偏在により、複合材の部位によって機械
的強度にバラツキが生じ、目的とする機械的強度を得る
上での大きな障害となっている。
配置した後、金属融液を加圧しながら鋳型中に注入して
製造するのが一般的であるが、このとき無機充填材と金
属との比重差が大きいことから、無機充填材が金属融液
中で浮き上がり、一方の面側に無機充填材が偏在した複
合材となりすい。また、無機充填材として無機中空粒子
及び無機繊維の両方を含む複合材では、これらの間にも
比重差があるために分散状態は更に悪くなる。このよう
な無機充填材の偏在により、複合材の部位によって機械
的強度にバラツキが生じ、目的とする機械的強度を得る
上での大きな障害となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
状況に鑑みてなされたものであり、無機充填材の分散状
態に起因する機械的強度のバラツキがなく、従来に比べ
て格段に高い機械的強度を有する複合材、並びにその製
造方法を提供することを目的とする。
状況に鑑みてなされたものであり、無機充填材の分散状
態に起因する機械的強度のバラツキがなく、従来に比べ
て格段に高い機械的強度を有する複合材、並びにその製
造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、金属マトリックス中に、無機繊維のク
ロス及びフェルトの少なくとも一方を含む第１の複合材
層と、無機中空粒子を含む第２の複合材層とが連続して
存在し、全体として単一体を構成していることを特徴と
する複合材を提供する。
めに、本発明は、金属マトリックス中に、無機繊維のク
ロス及びフェルトの少なくとも一方を含む第１の複合材
層と、無機中空粒子を含む第２の複合材層とが連続して
存在し、全体として単一体を構成していることを特徴と
する複合材を提供する。
【０００６】同様の目的を達成するために、本発明は、
上記において、更に、前記金属マトリックスを形成する
金属からなる層が、前記第１の複合材層または第２の複
合材層に連続して存在していることを特徴とする複合材
を提供する。
上記において、更に、前記金属マトリックスを形成する
金属からなる層が、前記第１の複合材層または第２の複
合材層に連続して存在していることを特徴とする複合材
を提供する。
【０００７】また、同様の目的を達成するために、本発
明は、鋳型内に、、無機中空粒子と、無機繊維のクロス
及びフェルトの少なくとも一方とをそれぞれ層状に積層
して収容し、前記鋳型中に金属融液を加圧しながら注入
した後、冷却することを特徴とする複合材の製造方法を
提供する。
明は、鋳型内に、、無機中空粒子と、無機繊維のクロス
及びフェルトの少なくとも一方とをそれぞれ層状に積層
して収容し、前記鋳型中に金属融液を加圧しながら注入
した後、冷却することを特徴とする複合材の製造方法を
提供する。
【０００８】更に、同様の目的を達成するために、本発
明は、鋳型内に、所定深さとなるように金属融液を注入
した後、前記金属融液の液面上に、無機中空粒子と、無
機繊維のクロス及びフェルトの少なくとも一方とをそれ
ぞれ層状に積層して収容し、次いで前記鋳型中に前記金
属融液と同一の金属融液を加圧しながら注入した後、冷
却することを特徴とする複合材の製造方法を提供する。
明は、鋳型内に、所定深さとなるように金属融液を注入
した後、前記金属融液の液面上に、無機中空粒子と、無
機繊維のクロス及びフェルトの少なくとも一方とをそれ
ぞれ層状に積層して収容し、次いで前記鋳型中に前記金
属融液と同一の金属融液を加圧しながら注入した後、冷
却することを特徴とする複合材の製造方法を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明に関して図面を参照
して詳細に説明する。
して詳細に説明する。
【００１０】（第１の実施形態）本発明の複合材は、図
１に断面図で示すように、金属マトリックス中に、無機
繊維のクロス及びフェルトの少なくとも一方を含む第１
の複合材層１と、無機中空粒子を含む第２の複合材層２
とが連続して存在し、全体として単一の複合材を構成し
ている。また、第１の複合材層１と第２の複合材層２と
の境界（図中、点線で示す）は、明確に区画されている
わけではなく、無機繊維のクロス（又はフェルト）、無
機中空粒子及び金属が混在している。
１に断面図で示すように、金属マトリックス中に、無機
繊維のクロス及びフェルトの少なくとも一方を含む第１
の複合材層１と、無機中空粒子を含む第２の複合材層２
とが連続して存在し、全体として単一の複合材を構成し
ている。また、第１の複合材層１と第２の複合材層２と
の境界（図中、点線で示す）は、明確に区画されている
わけではなく、無機繊維のクロス（又はフェルト）、無
機中空粒子及び金属が混在している。
【００１１】無機繊維の種類は特に制限されるものでは
なく、従来より金属との複合化に使用されているものを
使用することができる。例えば、アルミナ繊維、アルミ
ナシリカ繊維、ムライト繊維、炭化ケイ素繊維、窒化ケ
イ素繊維、ホウ酸アルミニウム繊維、チタン酸カリウム
繊維などの各種セラミック繊維、炭素繊維、ロックウー
ルなどを目的や用途に応じて使用することができる。ま
た、これらの繊維からなるクロス、フェルトは、それぞ
れ単独で使用してもよいし、併用してもよい。
なく、従来より金属との複合化に使用されているものを
使用することができる。例えば、アルミナ繊維、アルミ
ナシリカ繊維、ムライト繊維、炭化ケイ素繊維、窒化ケ
イ素繊維、ホウ酸アルミニウム繊維、チタン酸カリウム
繊維などの各種セラミック繊維、炭素繊維、ロックウー
ルなどを目的や用途に応じて使用することができる。ま
た、これらの繊維からなるクロス、フェルトは、それぞ
れ単独で使用してもよいし、併用してもよい。
【００１２】無機中空粒子の種類も特に制限されるもの
ではなく、従来より金属との複合化に使用されているも
のを使用することができる。例えば、アルミナやシリ
カ、ムライトなどからなる中空粒子、シラスバルーンな
どを目的や用途に応じて使用することができる。
ではなく、従来より金属との複合化に使用されているも
のを使用することができる。例えば、アルミナやシリ
カ、ムライトなどからなる中空粒子、シラスバルーンな
どを目的や用途に応じて使用することができる。
【００１３】また、金属の種類も特に制限されるもので
はなく、アルミニウム、アルミニウム系合金、銅、銅系
合金などを目的や用途に応じて適宜選択して使用するこ
とができる。
はなく、アルミニウム、アルミニウム系合金、銅、銅系
合金などを目的や用途に応じて適宜選択して使用するこ
とができる。
【００１４】上記第１の複合材を製造するには、例えば
図２に示す鋳造装置１０を用いる。この鋳造装置１０
は、鋳型１１と、溶融坩堝１２と、前記鋳型１１及び溶
融坩堝１２を加熱するヒータ１３とを主要部材として構
成されている。製造にあたり、先ず鋳型１１の内部に無
機中空粒子２０を所定量充填し、その上に無機繊維クロ
ス（又はフェルト）３０を所定の厚さで載置する。尚、
無機繊維クロス（又はフェルト）３０の厚さ及び無機中
空粒子２０の量は、複合材の軽量化の程度や機械的強度
などを考慮して金属融液４０の量との間で相対的に選択
される。
図２に示す鋳造装置１０を用いる。この鋳造装置１０
は、鋳型１１と、溶融坩堝１２と、前記鋳型１１及び溶
融坩堝１２を加熱するヒータ１３とを主要部材として構
成されている。製造にあたり、先ず鋳型１１の内部に無
機中空粒子２０を所定量充填し、その上に無機繊維クロ
ス（又はフェルト）３０を所定の厚さで載置する。尚、
無機繊維クロス（又はフェルト）３０の厚さ及び無機中
空粒子２０の量は、複合材の軽量化の程度や機械的強度
などを考慮して金属融液４０の量との間で相対的に選択
される。
【００１５】次いで、鋳型１１の上に溶融坩堝１２を装
着し、溶融坩堝１２にマトリックスとなる金属塊を投入
した後、ヒータ１３で加熱して金属融液４０とする。そ
の後、符号Ｆで示すように、金属融液４０の液面を適当
な加圧手段、例えば窒素ガスやアルゴンガスによるガス
圧、あるいは油圧により押圧しながら金属融液４０を鋳
型１１の内部に流し込む。これにより、金属融液４０は
無機繊維クロス（又はフェルト）３０及び無機中空粒子
２０の隙間に浸透して鋳型１１の内部を満たす。このと
き、従来では、比重差から無機中空粒子２０が金属融液
４０の中で浮き上がり、金属マトリックス中に均一に分
散しないという問題があったが、本発明の複合材では無
機繊維クロス（又はフェルト）３０が無機中空粒子２０
の浮き上がりを抑えるため、得られる複合材の第２の複
合材層２は、無機中空粒子２０が均一に分散したものと
なる。その後、ヒータ１３による加熱を停止して鋳型１
１を冷却することにより、複合材が得られる。
着し、溶融坩堝１２にマトリックスとなる金属塊を投入
した後、ヒータ１３で加熱して金属融液４０とする。そ
の後、符号Ｆで示すように、金属融液４０の液面を適当
な加圧手段、例えば窒素ガスやアルゴンガスによるガス
圧、あるいは油圧により押圧しながら金属融液４０を鋳
型１１の内部に流し込む。これにより、金属融液４０は
無機繊維クロス（又はフェルト）３０及び無機中空粒子
２０の隙間に浸透して鋳型１１の内部を満たす。このと
き、従来では、比重差から無機中空粒子２０が金属融液
４０の中で浮き上がり、金属マトリックス中に均一に分
散しないという問題があったが、本発明の複合材では無
機繊維クロス（又はフェルト）３０が無機中空粒子２０
の浮き上がりを抑えるため、得られる複合材の第２の複
合材層２は、無機中空粒子２０が均一に分散したものと
なる。その後、ヒータ１３による加熱を停止して鋳型１
１を冷却することにより、複合材が得られる。
【００１６】（第２の実施形態）上記第１の実施形態に
おいて、第１の複合材層１及び第２の複合材層２は、そ
れぞれ一層ずつである必要はなく、例えば図３に示すよ
うに、第１の複合材層１を２層とし、第２の複合材層２
を挟んだ三層構造の複合材とすることもできる。
おいて、第１の複合材層１及び第２の複合材層２は、そ
れぞれ一層ずつである必要はなく、例えば図３に示すよ
うに、第１の複合材層１を２層とし、第２の複合材層２
を挟んだ三層構造の複合材とすることもできる。
【００１７】図３に示される複合材を製造するには、図
２に示した鋳造装置１０を用いて、鋳型１１に無機繊維
クロス（又はフェルト）３０を敷き詰め、その上に無機
中空粒子２０を充填し、更にその上に無機繊維クロス
（又はフェルト）３０を載置して三層構造とし、鋳型１
１に金属融液４０を流し込めばよい。
２に示した鋳造装置１０を用いて、鋳型１１に無機繊維
クロス（又はフェルト）３０を敷き詰め、その上に無機
中空粒子２０を充填し、更にその上に無機繊維クロス
（又はフェルト）３０を載置して三層構造とし、鋳型１
１に金属融液４０を流し込めばよい。
【００１８】（第３の実施形態）また、上記第１の実施
形態において、更にマトリックスを形成する金属からな
る層を設けることもできる。即ち、例えば図４に示すよ
うに、第１の複合材層１及び第２の複合材層２に加え
て、第２の複合材層２に連続して金属層３を設けた三層
構造の複合材とすることもできる。
形態において、更にマトリックスを形成する金属からな
る層を設けることもできる。即ち、例えば図４に示すよ
うに、第１の複合材層１及び第２の複合材層２に加え
て、第２の複合材層２に連続して金属層３を設けた三層
構造の複合材とすることもできる。
【００１９】図４に示される複合材を製造するには、図
２に示した鋳造装置１０を用いて、鋳型１１に金属融液
４０を所定の深さとなるように注入しておき、この金属
融液４０の液面上に無機中空粒子２０を充填し、更にそ
の上に無機繊維クロス（又はフェルト）３０を載置して
三層構造とし、鋳型１１に金属融液４０を流し込めばよ
い。
２に示した鋳造装置１０を用いて、鋳型１１に金属融液
４０を所定の深さとなるように注入しておき、この金属
融液４０の液面上に無機中空粒子２０を充填し、更にそ
の上に無機繊維クロス（又はフェルト）３０を載置して
三層構造とし、鋳型１１に金属融液４０を流し込めばよ
い。
【００２０】
【実施例】（実施例１及び比較例１）図２に示した鋳造
装置を用い、鋳型中にムライトからなる中空粒子を充填
し、その上にアルミナからなるクロスを載置し、アルミ
ニウム合金融液を注入した後冷却して複合材Ａを作製し
た。また、比較のために、鋳型中に前記ムライトからな
る中空粒子を同量充填し、アルミニウム合金融液を注入
した後、冷却して複合材Ｂを作製した。
装置を用い、鋳型中にムライトからなる中空粒子を充填
し、その上にアルミナからなるクロスを載置し、アルミ
ニウム合金融液を注入した後冷却して複合材Ａを作製し
た。また、比較のために、鋳型中に前記ムライトからな
る中空粒子を同量充填し、アルミニウム合金融液を注入
した後、冷却して複合材Ｂを作製した。
【００２１】そして、得られた複合材Ａ，Ｂについてそ
の断面を観察したところ、複合材Ａではほぼ図１に示し
たようなクロスを含む第１の複合材層と、中空粒子を含
む第２の複合材層とが連続して存在しており、しかも第
２の複合材層において、中空粒子が金属マトリクッス中
にほぼ均一に分散していた。これに対して複合材Ｂで
は、中空粒子が一方の面側に偏在していた。
の断面を観察したところ、複合材Ａではほぼ図１に示し
たようなクロスを含む第１の複合材層と、中空粒子を含
む第２の複合材層とが連続して存在しており、しかも第
２の複合材層において、中空粒子が金属マトリクッス中
にほぼ均一に分散していた。これに対して複合材Ｂで
は、中空粒子が一方の面側に偏在していた。
【００２２】以上本発明に関して詳細に説明してきた
が、本発明は上記に挙げた各実施形態に限定されるもの
ではなく、種々の変更が可能である。例えば、図３に示
したような三層構造において、第１の複合材層１及び第
２の複合材層をそれぞれ複数層とし、交互に積層してよ
り多層の複合材とすることもできる。同様に、図４に示
したような金属層を含む複合材においても、より多層の
構成とすることもできる。
が、本発明は上記に挙げた各実施形態に限定されるもの
ではなく、種々の変更が可能である。例えば、図３に示
したような三層構造において、第１の複合材層１及び第
２の複合材層をそれぞれ複数層とし、交互に積層してよ
り多層の複合材とすることもできる。同様に、図４に示
したような金属層を含む複合材においても、より多層の
構成とすることもできる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
無機充填材の分散状態に起因する機械的強度のバラツキ
がなく、従来に比べて格段に高い機械的強度を有する複
合材を簡便な方法により製造することができる。
無機充填材の分散状態に起因する機械的強度のバラツキ
がなく、従来に比べて格段に高い機械的強度を有する複
合材を簡便な方法により製造することができる。
【図１】本発明に係る複合材の第１の実施形態を示す断
面図である。
面図である。
【図２】本発明に係る複合材の製造に適した鋳造装置の
一実施形態を示す概略断面図である。
一実施形態を示す概略断面図である。
【図３】本発明に係る複合材の第２の実施形態を示す断
面図である。
面図である。
【図４】本発明に係る複合材の第３の実施形態を示す断
面図である。
面図である。
１ 第１の複合材層
２ 第２の複合材層
３ 金属層
１０ 鋳造装置
１１ 鋳型
１２ 溶融坩堝
１３ ヒータ
２０ 無機中空粒子
３０ 無機繊維クロス（又はフェルト）
４０ 金属融液
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 加藤 達也
静岡県裾野市御宿1500 矢崎部品株式会社
内
Claims (4)
- 【請求項１】 金属マトリックス中に、無機繊維のクロ
ス及びフェルトの少なくとも一方を含む第１の複合材層
と、無機中空粒子を含む第２の複合材層とが連続して存
在し、全体として単一体を構成していることを特徴とす
る複合材。 - 【請求項２】 更に、前記金属マトリックスを形成する
金属からなる層が、前記第１の複合材層または第２の複
合材層に連続して存在していることを特徴とする請求項
１記載の複合材。 - 【請求項３】 鋳型内に、無機中空粒子と、無機繊維の
クロス及びフェルトの少なくとも一方とをそれぞれ層状
に積層して収容し、前記鋳型中に金属融液を加圧しなが
ら注入した後、冷却することを特徴とする複合材の製造
方法。 - 【請求項４】 鋳型内に、所定深さとなるように金属融
液を注入した後、前記金属融液の液面上に、無機中空粒
子と、無機繊維のクロス及びフェルトの少なくとも一方
とをそれぞれ層状に積層して収容し、次いで前記鋳型中
に前記金属融液と同一の金属融液を加圧しながら注入し
た後、冷却することを特徴とする複合材の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP2001391693A JP2003191066A (ja) | 2001-12-25 | 2001-12-25 | 複合材及びその製造方法 |
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| GB0230065A GB2384201A (en) | 2001-12-25 | 2002-12-23 | Porous metal matrix composite |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001391693A JP2003191066A (ja) | 2001-12-25 | 2001-12-25 | 複合材及びその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003191066A true JP2003191066A (ja) | 2003-07-08 |
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ID=19188551
Family Applications (1)
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Country Status (4)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2003191066A (ja) |
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| GB (1) | GB2384201A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN104313381B (zh) * | 2014-09-25 | 2016-03-23 | 王宁伟 | 中空球泡沫铝材料及其制备方法和制备中使用的填充球体 |
| GB2582290A (en) * | 2019-03-13 | 2020-09-23 | Airbus Operations Ltd | Composite material |
| US11919111B1 (en) | 2020-01-15 | 2024-03-05 | Touchstone Research Laboratory Ltd. | Method for repairing defects in metal structures |
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|---|---|---|---|---|
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| JPS6270532A (ja) * | 1985-09-24 | 1987-04-01 | Nippon Denso Co Ltd | 繊維強化金属成形体 |
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-
2001
- 2001-12-25 JP JP2001391693A patent/JP2003191066A/ja active Pending
-
2002
- 2002-12-20 DE DE2002161116 patent/DE10261116B4/de not_active Expired - Fee Related
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- 2002-12-23 GB GB0230065A patent/GB2384201A/en not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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