[发明专利]复合材料用预成型体及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于和铝合金等轻金属复合化并成形金属复合材料的复合材料用预成型体，及该复合材料用预成型体的制造方法。

背景技术

例如，在汽车中，为了改善其耗料费用或行驶稳定性等，而倾向于增加由轻量化，高耐久性，低热膨胀性等优良的铝等轻金属所制造的部件。特别是对于像使用环境严格的发动机部件等，使用轻金属和陶瓷等强化材料复合化的金属复合材料，可进一步发挥轻量化和高耐久性等。

该金属复合材料，是预先通过陶瓷纤维或陶瓷颗粒等强化材料成形为规定形状的复合材料用预成型体后，通过在该复合材料用预成型体中以压铸成形法等含浸轻金属的金属液而形成。在此，复合材料用预成型体，是通过将陶瓷纤维或/和陶瓷颗粒以规定温度烧结而形成。并且，在该陶瓷纤维或/和陶瓷颗粒中，为了促进该陶瓷纤维和/或陶瓷颗粒的结合，一般在烧结前，混入氧化铝溶胶或硅溶胶等无机粘结剂。该无机粘结剂，在烧结时，由于溶胶化后结晶化，而将陶瓷纤维或/和陶瓷颗粒等强化材料相互结合。

但是，上述的汽车发动机部件中，因谋求提高耐磨耗性或振动衰减能，而提出一种混合润滑性或衰减性良好的石墨或活性碳成形复合材料用预成型体，并在该复合材料用预成型体中含浸铝合金等轻金属而成的金属复合材料(例如，专利文献1)。

专利文献1:特开2004-35910号公报

发明内容

上述金属复合材料，通过轻金属的金属液遍布含浸在复合材料用预成型体内，可高度发挥耐久性或强度等力学特性。但是，在复合材料用预成型体中如果金属液含浸不充分，则会在金属复合材料内生成比较大的孔穴(未含浸部分)，从而该金属复合材料不能充分发挥其力学特性。因此，复合材料用预成型体谋求良好的通气性，以使轻金属的金属液容易流动并充分含浸在其内部。特别是在可发挥高生产率，以比较高的速度充填金属液的高速压铸成形法中，必须为具有高通气性的复合材料用预成型体。

但是，上述以往构成中，混合氧化铝溶胶或硅溶胶等无机粘结剂并烧结而成的复合材料用预成型体中，以800～1500℃进行烧结时，氧化铝溶胶或硅溶胶结晶成粒状并附着在陶瓷纤维或陶瓷颗粒等强化材料的表面，或此粒状物密集在一起而凝结的块状物附着在该强化材料的表面或强化材料之间等。因此，该复合材料用预成型体，其各强化材料之间的间隙变窄，总的来说阻碍通气性。而且，如将轻金属的金属液含浸在该以往构成的复合材料用预成型体中，则该金属液不能充分含浸，且在金属复合材料上生成上述的孔穴。再有，通过上述高速压铸成形法含浸轻金属的金属液时，则复合材料用预成型体出现变形，或在已成形的金属复合材料上产生裂纹等龟裂的问题。这样的变形或龟裂的发生，可以认为是复合材料用预成型体强度不足的原因，所以如上述以往那样通过无机粘结剂来使强化材料相互之间结合，不适于高速压铸成形法。

并且，复合材料用预成型体中，一般随着提高陶瓷纤维或陶瓷颗粒的含有率，该复合材料用预成型体的强度提高，但通气性反而有下降的倾向。同样，随着降低此含有率，通气性提高，但强度下降。如此这样，复合材料用预成型体不易同时提高其强度和通气性。

本发明提出一种具有高强度和良好的通气性，适用于高速压铸成形法，且能成形可发挥良好力学特性的金属复合材料的复合材料用预成型体及其制造方法。

本发明是烧结陶瓷纤维或/和陶瓷颗粒而成、用于通过含浸轻金属的金属液成形金属复合材料的复合材料用预成型体，其特征为，在陶瓷纤维或/和陶瓷颗粒中混合硅溶胶及碳酸钙，并以规定温度烧结，由于该烧结，硅溶胶和从碳酸钙中所分解的氧化钙反应并通过所生成的钙-硅烧结体，相互结合陶瓷纤维或/和陶瓷颗粒，并且，在该纤维或/和颗粒之间形成有空隙。在此，钙-硅烧结体，可以是作为已结晶化的化合物而生成，也可以是作为非结晶状的所谓玻璃状态而生成。

通过钙-硅烧结体陶瓷纤维和/或陶瓷颗粒相互结合而成的复合材料用预成型体，和上述以往构成中通过无机粘结剂结晶成粒状或块状来结合陶瓷纤维和/或陶瓷颗粒而成的预成型体相比，本发明的构成可发挥高强度。这是因为，硅溶胶(SiO₂)，和从碳酸钙(CaCO₃)中所分解的氧化钙(CaO)反应所生成的钙-硅烧结体，和以往构成中的无机粘结剂相比，可牢固地结合陶瓷纤维和/或陶瓷颗粒。