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予備成形体およびそれを用いた金属基複合材料ならびにその製造方法 UPDATE 新技術説明会

国内特許コード P160013132
整理番号 14108
掲載日 2016年7月25日
出願番号 特願2015-202940
公開番号 特開2017-075357
出願日 平成27年10月14日(2015.10.14)
公開日 平成29年4月20日(2017.4.20)
発明者
  • 崔 龍範
  • 佐々木 元
  • 松木 一弘
  • 杉尾 健太郎
  • 許 哲峰
  • 氏野 洋志
出願人
  • 国立大学法人広島大学
発明の名称 予備成形体およびそれを用いた金属基複合材料ならびにその製造方法 UPDATE 新技術説明会
発明の概要 【課題】従来の製造方法とは異なる製造プロセスにより、予備成形体およびそれを用いた金属基複合材料を得る。
【解決手段】金属基複合材料1の予備成形体3は、母材金属2の特性を強化するためのナノ炭素繊維からなる強化材4と、該強化材4,4同士を架橋するための架橋材5と、を有する。予備成形体3は、この予備成形体3に混入されていたスペーサ粒子の溶解除去により形成された複数の気孔6,6,…同士が互いに連通している連続気孔7を有しており、予備成形体3の外表面ないし連続気孔7の表面には無電解めっき層9が形成されている。金属基複合材料1は、予備成形体3が大気圧の10倍以下となる圧力下において溶融した母材金属2内で低圧含浸処理されることにより、母材金属2が連続気孔7内に充填されている。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


従来から、種々の要求に適合する材料を実現すべく、母材金属に強化材を複合化させることにより、単体の材料では持ち合わせなかった特性を向上させた複合材料、特にカーボンナノファイバ等のナノ炭素繊維を複合化させて母材金属の特性を強化した金属基複合材料が開発されている。



具体的には、金属基複合材料は、高熱伝導率、低熱膨張係数、高強度、優れた加工性、低コスト等といった種々の特性を有している。そして、金属基複合材料は、このような特性が期待される製品として、例えばディスクブレーキ、ヒートシンク(放熱板)、サングラスのフレーム構造、ベアリング等といった様々な製品に用いられている。このような金属基複合材料を製造する一般的な方法として、粉末冶金法や高圧鋳造法が挙げられる。



例えば、特許文献1には、粉末冶金法を基本とする、複合材を作製するための金属粒子(マグネシウム合金やアルミニウム合金)とカーボンナノファイバ(VGCF)等の炭素粉末との複合化方法、および金属基複合材料の製造方法が開示されている。



また、特許文献2には、アルミニウム合金等からなる不定形状の母粒子の表面や内部に、短繊維からなるカーボンナノファイバ等の子粒子を固着させて金属基複合粉体とし、これを出発原料として押出し加工や粉末冶金法によって製造される金属基複合材料が開示されている。



また、特許文献3には、メソフェーズピッチにカーボンナノファイバが混入され、メソフェーズピッチが連続多孔質構造体に形成されると共に、該連続多孔質構造体が不活性ガス下1000℃~3000℃の温度範囲で加熱されて炭化または黒鉛化され、高圧鋳造法によりキャビティ内の溶融アルミニウムが約100MPaの高圧で加圧されて、該炭化もしくは黒鉛化された連続多孔質構造体の連続孔内に溶融アルミニウムが連続孔の内壁と密着した状態で充填されている金属基複合材料およびその製造方法が開示されている。

産業上の利用分野


本発明は、予備成形体およびそれを用いた金属基複合材料ならびにその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
ナノ炭素繊維からなる強化材により母材金属の特性が強化された金属基複合材料における予備成形体の製造方法であって、
前記強化材の粉末体と、該強化材同士を架橋するための架橋材の粉末体と、溶媒に対する可溶性を有するスペーサ粒子とを混入撹拌して混合材料を形成するステップと、
前記混合材料を加圧成形して固体状の混合体を形成するステップと、
前記混合体を加熱して前記架橋材により前記強化材同士を架橋するステップと、
前記混合体を溶媒に浸して前記スペーサ粒子を溶媒により溶解除去することにより、残留した前記強化材および前記架橋材からなり、該スペーサ粒子が溶解した後に形成される複数の気孔同士が互いに連通した連続気孔を有する基体を生成するステップと、
前記基体の外表面ないし前記連続気孔の表面に無電解めっき処理により無電解めっき層を形成するステップと、を備える、予備成形体の製造方法。

【請求項2】
請求項1に記載の予備成形体の製造方法において、
前記スペーサ粒子の粒子径は600~700μmの範囲である、予備成形体の製造方法。

【請求項3】
請求項1に記載の予備成形体の製造方法において、
前記スペーサ粒子の粒子径は180~355μmの範囲である、予備成形体の製造方法。

【請求項4】
請求項1に記載の予備成形体の製造方法において、
前記スペーサ粒子の粒子径は30~60μmの範囲である、予備成形体の製造方法。

【請求項5】
請求項1~4のいずれか1項に記載の予備成形体の製造方法において、
前記混合材料を形成するステップでは、前記スペーサ粒子と前記架橋材および前記強化材とを重量比が90:10~70:30の範囲内でそれぞれ混合する、予備成形体の製造方法。

【請求項6】
請求項1~5のいずれか1項に記載の予備成形体の製造方法において、
前記混合材料を形成するステップでは、前記架橋材と前記強化材とを重量比が70:30~30:70の範囲内でそれぞれ混合する、予備成形体の製造方法。

【請求項7】
請求項1~6のいずれか1項に記載の予備成形体の製造方法において、
前記気孔同士の間に形成される前記予備成形体の内壁が60μm以上の厚さになるように該予備成形体を生成し、
前記無電解めっき層を形成するステップでは、ニッケル無電解めっき処理により、前記連続気孔の表面から少なくとも30μmの深さまでニッケルが入り込むようにニッケル無電解めっき層を形成する、予備成形体の製造方法。

【請求項8】
請求項1~7のいずれか1項に記載の予備成形体の製造方法において、
前記架橋材は炭素粉末からなる、予備成形体の製造方法。

【請求項9】
請求項1~7のいずれか1項に記載の予備成形体の製造方法において、
前記架橋材は非鉄金属粉末からなる、予備成形体の製造方法。

【請求項10】
請求項1~9のいずれか1項に記載の予備成形体の製造方法において、
前記スペーサ粒子はNaClの粒子からなる、予備成形体の製造方法。

【請求項11】
請求項1~10のいずれか1項に記載の予備成形体を、溶融した母材金属内で大気圧の10倍以下となる圧力下の低圧含浸法により処理して、前記連続気孔内に該母材金属が充填された金属基複合材料を製造する、金属基複合材料の製造方法。

【請求項12】
母材金属の特性を強化するためのナノ炭素繊維からなる強化材と、該強化材同士を架橋するための架橋材と、を有する金属基複合材料の予備成形体であって、
前記予備成形体は、該予備成形体に混入されていたスペーサ粒子の溶解除去により形成された複数の気孔同士が互いに連通している連続気孔を有しており、
前記予備成形体の外表面ないし前記連続気孔の表面には無電解めっき層が形成されている、金属基複合材料の予備成形体。

【請求項13】
請求項12に記載の金属基複合材料の予備成形体において、
前記気孔の各々の大きさは600~700μmの範囲である、金属基複合材料の予備成形体。

【請求項14】
請求項12に記載の金属基複合材料の予備成形体において、
前記気孔の各々の大きさは180~355μmの範囲である、金属基複合材料の予備成形体。

【請求項15】
請求項12に記載の金属基複合材料の予備成形体において、
前記気孔の各々の大きさは30~60μmの範囲である、金属基複合材料の予備成形体。

【請求項16】
請求項12~15のいずれか1項に記載の金属基複合材料の予備成形体において、
前記気孔間には厚さ60μm以上の内壁が形成されており、
前記無電解めっき層は、前記連続気孔の表面から少なくとも30μmの深さまでニッケルが入り込むように形成されたニッケル無電解めっき層である、金属基複合材料の予備成形体。

【請求項17】
請求項12~16のいずれか1項に記載の金属基複合材料の予備成形体の前記連続気孔内に前記母材金属が低圧含浸処理により充填されている、金属基複合材料。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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