JPS5933657B2 - Ｃｕ−Ｗせんい複合材料の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＣｕＷ繊維複合材料の製造方法に係り、特にＷ
繊維を等方向に配列した繊維複合材料に好適な方法に関
する。

繊維複合材料は性質の異なる金属と繊維を組合せて、従
来の単一材料だけの場合の欠点を補なったり、あるいは
組合せることによって新しい性質を得ようとするもので
ある。

これまでに数多くの複合材料が開発されているが、その
中でも特に、ＣｕとＷ繊維の組合せはぬれ性が良く、化
学的反応が少なく、弾性率の差が大きいことから比較的
作製しやすい材料とされている。

しかし、それでも製造方法が複雑多様で、加工性が悪く
、大量生産が困難なために未だ十分に実用化されていな
い。

Ｃｕ Ｗ繊維複合材料を実用化するため最近、二、三
の方法が開発された。

これらはいずれも複合材料の塑性加工を可能とすること
で実用性を高めている。

しかしながら、これらの方法は、塑性加工中に施される
複合材の焼なまし温度が、Ｗの遷移温度（２００°Ｃ附
近）からＣｕの第１次再結晶温度直上（３００〜３５０
℃）であるために、Ｃｕマトリックスの加工歪が残留し
、あるいはＣｕとＷ界面の接着力の回復がないため、初
期の加工（加工度１４〜１７％）で亀裂が生じ、必然的
に加工と焼なまし回数が多くなって作業効率が悪かった
。

一方塑性加工した複合材は界面の接着力が弱いことから
十分な特性を得ることができなかった。

本発明の目的は、ＣｕとＣｕに比べ延性が劣り、かつ弾
性率の犬゛きいＷ繊維との組合せに対し、生産性の高い
製造方法を提供するにある。

延性の大きいＣｕマトリックスと弾性率の高いＷ繊維を
組合せた繊維複合材の塑性加工には、Ｃｕマトリックス
の塑性流動に伴なってＷ繊維を自在に移動させながら加
工することが望まれた。

このことは塑性加工によるＷ繊維の破断を防止するため
にも必要とした。

けれども、そのためには従来技術で述べたように塑性加
工で発生するＣｕマドＩＪックスの加工歪を完全に除去
し、かつＣｕとＷ界面の接着力を回復させなければなら
ない。

本発明者らはこれらはＣｕの第２次再結晶温度以上（７
５０〜９５０°Ｃ）の焼なまし処理により、Ｃｕマトリ
ックスの結晶粒を粗大化することで解決できることを究
明した。

この焼なましは一般材料の塑性加工条件からすると無茶
な処理である。

なぜならば機械的特性上から考慮しても結晶粒の粗大化
により、強度、絞りが急激に低下し、靭性がなくなるこ
とは明らかだからである。

しかしながらＣｕ−Ｗ繊維複合材料に対しては、上記の
通説が当てはまらなかった。

すなわち、Ｃｕ Ｗせんい複合材料はＣｕマトリック
ス中にＷ繊維が混合物として存在しているために、結晶
粒度の粗大化を計っても、その成長はＷ繊維に阻まれて
、粗大結晶粒の生成を阻止される。

またＣｕマトリックスには、Ｗ繊維とＣｕマトリックス
との熱膨張の違いから内部歪が残留するために靭性の低
下が無い。

一方ＣｕとＷ界面も高温度の焼なまし処理によって、そ
の接着力を回復させる。

このように弾性係数の差の大きい、かつ延性の差の大き
なＣｕ−Ｗ繊維複合材を、繊維の自在な移動と界面の接
着力の低下をきたすことなく塑性加工可能としたことは
、画期的な効果であり、コスト低床および特性の向上か
ら広範囲な応用を約束するものである。

実施例 １ ０．１φ径のＷ繊維と無酸素銅繊維を撚り合せ、長さ５
朋に切断して成型圧力５１ｔｙｎ／（ｉで金型成型し、
たて４０關、よこ３０ｍｍ、厚さ３朋の複合Ｗスケルト
ンを作製した。

そして２〜５Ｘ１０−’ｉｍＨｇの真空中で加熱温度９
００℃、１時間保持の脱ガス処理をした。

他方２〜５Ｘ１０’ｍｍＨｇの真空中で無酸素銅を１３
００℃〜１３５０℃に加熱溶融しておき、その溶湯中に
上記脱ガス処理した複合Ｗスケルトンを徐々に沈下させ
、かつ真空室中へアルゴンガスを封入して室の圧力を１
気圧とした。

溶融した無酸素銅が複合Ｗスケルトン全体に浸透した後
冷却した。

このようにして作製した無方向性Ｃｕ−３３体積％ｗ繊
維複合材を中間焼なまし温度３００°Ｃと９００℃で圧
延加工し０．３ｔの薄板材を作製した。

その結果焼なまし温度３００℃の場合には、圧延加工度
１４〜１７係で中間焼なましを必要とし、０．３ｔの薄
板作製までに６〜７回の中間焼なましを必要とした。

一方９００°Ｃ焼なましの場合では圧延加工度３４〜４
０％で、中間焼鈍を行ない、その焼なまし回数は３回で
あった。

このように９００°Ｃの焼なましは従来の３００℃の焼
なまし温度に比べ圧延工程が約１／２以下に縮少された
ことが判る。

第１図に焼なまし温度９００℃で圧延加工した０、３１
のＣｕ−３３体積％ｗ複合材のＸ線透過写真を示す。

この図からも判るようにＷ繊維は等方的に分散されてい
る。

実施例 ２ 実施例１と同様な手法で作製した０、３ｔのＣｕ−３３
体積％ｗ繊維複合材を、圧延加工のまま、３００°Ｃ，
６００℃および９００°Ｃで焼なまししたときの、機械
的性質を検討した。

第２図に焼なまし温度と機械的性質の関係を示す。

この図からも判るように、加工のままの強度はＣｕマト
リックスの加工歪の影響により太きい、しかし伸びは１
係と著しく小さな値である。

３００℃および６００℃の焼なまし後の強度は、Ｃｕマ
トリックスの加工歪が除去されるので急激に低下し、反
面伸びは加工のままに比べ大きな値を示す。

９００°Ｃの焼なまし後の機械的性質は、３００℃ある
いは６００℃の焼なまし材に比べ強度および伸びともに
著しく増大している。

実施例 ３ 実施例１の手法で作製した０、３１薄板材のＣｕ−５０
体積＄ｗせんい複合材について４０°Ｃから３００℃の
温度範囲で熱膨張係数を測定した。

その結果３００°Ｃで中間焼なおし処理した複合材は７
．０〜７．５ Ｘ １０ ’／℃の熱膨張係数を示し
、９００℃の中間焼なまし材は６．４〜６．７Ｘ１０−
６／℃と著しく小さな熱膨張係数を示した。

以上の実施例から明らかなようにＣｕ Ｗ繊維複合材
料は高強度、低熱膨張係数、高導電性の優れた特性があ
る。

本発明により、繊維複合材料の塑性加工が容易となり、
生産性の向上が高められたとは、Ｃｕ−Ｗせんい複合材
の実用化を高めるうえでもきわめて有効である。

なお本発明の手法で得られた繊維複合材料の薄板材は、
ＣｕとＷ界面の接着強度が大きいために、打抜き加工が
容易であり、したがって薄板材の複雑形状の生産もでき
るという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は等方性Ｃｕ−３３体積＄ｗ繊維複合材料のＸ線
透過写真、第２図は等方性Ｃｕ ３３体積％ｗ繊維複
合材料の焼なまし温度と焼なまし処理後の機械的性質の
関係を示す特性図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｉ Ｃｕマトリックス中にＷせんいを含有させだせん
   い複合材料を、焼鈍処理と塑性加工をくり返して加工す
   る方法において、上記焼鈍温度をＣｕマトリックスの第
   ２次再結晶温度以上としたことを特徴とするＣｕ Ｗ
   せんい複合材料の製造方法。 ２ ＷせんいはＣｕマトリックス中に無方向に配列して
   いる特許請求の範囲第１項記載のＣｕ Ｗせんい複合
   材料の製造方法。