(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック繊維を焼結してなり、該焼結後に軽金属の溶湯を含浸して金属複合材を成形するための複合材用プリフォームの製造方法において、
セラミック繊維、炭素を主成分とする固体潤滑剤、及びリン酸水素ナトリウムを水中で混合して混合水溶液を調合する混合工程と、
該混合水溶液から水分を除去して、混合物を形成する脱水工程と、
該混合物を、非酸化雰囲気中で、所定の焼結温度により焼結させる焼結工程と
を順次行うことを特徴とする複合材用プリフォームの製造方法。
【請求項２】
混合工程で、
セラミック繊維を水中で混合した第一予備水溶液と、
炭素を主成分とする固体潤滑剤及びリン酸水素ナトリウムを水中で混合した第二予備水溶液と
を混合して混合水溶液を調合するようにしていることを特徴とする請求項１に記載の複合材用プリフォームの製造方法。
【請求項３】
混合工程で混合する第二予備水溶液は、
リン酸水素ナトリウムを、その重量が、固体潤滑剤の重量に対して０．０１以上かつ０．５０以下の重量比となるように調整すると共に、
このリン酸水素ナトリウム及び固体潤滑剤を、該固体潤滑剤の体積に対して同体積か、それ以上の体積の水中で混合したものである請求項２に記載の複合材用プリフォームの製造方法。
【請求項４】
混合工程で混合する固体潤滑剤が、粒径０．１μｍ以上かつ１０００μｍ以下のものである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の複合材用プリフォームの製造方法。
【請求項５】
固体潤滑剤が、黒鉛である請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の複合材用プリフォームの製造方法。
【請求項６】
固体潤滑剤が、活性炭である請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の複合材用プリフォームの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金等の軽金属と複合化して金属複合材を成形するための複合材用プリフォームの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車には、燃費や操安性等を向上させるために、軽量化、高耐久性、低熱膨張性等に優れるアルミニウム等の軽金属から製造された部品が増加する傾向にある。しかし、このアルミニウム合金は、鋳鉄に比して耐摩耗性が低いことから、構造物の摺動部に不向きであり、適用範囲が限定されていた。このため、従来から、アルミニウム合金と、潤滑性や減衰性に優れる固体潤滑剤とを複合化させ、耐摩耗性を向上させるようにした金属複合材が種々提案されてきた。
【０００３】
この金属複合材は、予めアルミナ繊維等のセラミック繊維と、炭素を主成分とする固体潤滑剤等を焼結した所定形状の複合材用プリフォームを成形した後、該複合材用プリフォームにダイカスト成形法等により軽金属の溶湯を含浸することにより成形される。ここで、複合材用プリフォームは、例えば特許文献１のように、セラミック繊維と、黒鉛又は活性炭等の固体潤滑剤とを水中で混合した後、脱水し、所定温度で焼結することにより成形される。このように、水中でセラミック繊維と、黒鉛又は活性炭等の固体潤滑剤とを混合することにより、比較的容易にセラミック繊維や固体潤滑剤を分散させることができる。
【特許文献１】特開２００４−３５９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、炭素を主成分とする固体潤滑剤は、一般的に水との濡れ性が低く、水となじみ難い。このため、固体潤滑剤は、上述したように水中でセラミック繊維等と混合する場合に、混ざり難く、その一部が水と分離して水面上に浮遊する等して、混合水溶液中で偏在してしまう傾向が強い。そして、このような混合水溶液から成形された複合材用プリフォームは、固体潤滑剤が偏在したものとなってしまう。さらに、この複合材用プリフォームと、アルミニウム合金等の軽金属とを複合化してなる金属複合材にあっても、固体潤滑剤が偏在したものとなるため、その摺動特性にバラツキを有することとなってしまい、総じて所望の摺動特性を発揮できないという問題が生じていた。
【０００５】
本発明は、固体潤滑剤をほぼ均一に分散させ、所望の摺動特性を安定して発揮し得る金属複合材を成形するための複合材用プリフォームの製造方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、セラミック繊維、炭素を主成分とする固体潤滑剤、及びリン酸水素ナトリウムを水中で混合して混合水溶液を調合する混合工程と、該混合水溶液から水分を除去して、混合物を形成する脱水工程と、該混合物を、非酸化雰囲気中で、所定の焼結温度により焼結させる焼結工程とを順次行うことを特徴とする複合材用プリフォームの製造方法である。
【０００７】
かかる製造方法にあっては、混合工程で、炭素を主成分とする固体潤滑剤と、水に溶け易いリン酸水素ナトリウムとを水中で混合することによって、水中に溶けたリン酸ナトリウムが固体潤滑剤の表面に付着して、当該固体潤滑剤の水との濡れ性を向上させるようにした方法である。このようにリン酸ナトリウムが付着した固体潤滑剤は、攪拌などの比較的容易な混合方法により、ほぼ均一に分散することができ得る。そして、この後の脱水工程と焼結工程とによって、固体潤滑剤がほぼ均一に分散した状態で存在する複合材用プリフォームを成形できる。すなわち、本製造方法によれば、固体潤滑剤をほぼ均一に分散した混合水溶液を比較的容易に生成でき、該固体潤滑剤をほぼ均一に分散してなる複合材用プリフォームを安定的に製造することができ得る。
【０００８】
さらに、上記固体潤滑剤をほぼ均一に分散した複合材用プリフォームに、アルミニウム合金等の軽金属を含浸することにより、該固体潤滑剤がほぼ均一に分散して存在する金属複合材を成形することができる。この金属複合材は、その全体に亘ってほぼ均一に固体潤滑剤が分散したものであるから、所望の摺動特性を充分かつ安定して発揮でき、上述した従来のプリフォームから成形された金属複合材に比して、高い摺動特性を発揮し得るものとなる。
【０００９】
本発明にあって、焼結工程を行う非酸化雰囲気中とは、焼結時に酸化反応を生じないようにする雰囲気中であり、炭素を主成分とする固体潤滑剤が酸化焼失してしまうことを防止できる。ここで、非酸化雰囲気としては、例えば、真空状態、アルゴンガス等の不活性ガスの雰囲気、一酸化炭素や水素やメタン等の還元ガスの雰囲気等である。
【００１０】
尚、上記した本発明にかかる複合材用プリフォームから成形された金属複合材は、固体潤滑剤がほぼ均一に存在したものであるから、固体潤滑剤の有する振動減衰能も充分かつ安定して発揮し得るものとなっている。
【００１１】
上述した複合材用プリフォームの製造方法にあって、混合工程で、セラミック繊維を水中で混合した第一予備水溶液と、炭素を主成分とする固体潤滑剤及びリン酸水素ナトリウムを水中で混合した第二予備水溶液とを混合して混合水溶液を調合するようにした方法が提案される。
【００１２】
かかる混合工程にあっては、予め、炭素を主成分とする固体潤滑剤及びリン酸水素ナトリウムを水中で混合することにより、該固体潤滑剤の表面にリン酸ナトリウムを充分に付着させ得るようにしている。これにより、この固体潤滑剤は、第二予備水溶液内で水との濡れ性が向上している状態で存在することとなり、第一予備水溶液と混合することによって、当該固体潤滑剤を一層容易に分散させることができ得る。そして、混合水溶液を、その全体に亘って固体潤滑剤がより均一に分散したものとして調合でき得る。したがって、この混合水溶液を脱水及び焼結してなる複合材用プリフォームは、軽金属の溶湯を含浸することによって、優れた摺動特性を一層安定的に発揮し得る金属複合材を成形できるものとなる。
【００１３】
また、混合工程で混合する第二予備水溶液は、リン酸水素ナトリウムを、その重量が、固体潤滑剤の重量に対して０．０１以上かつ０．５０以下の重量比となるように調整すると共に、このリン酸水素ナトリウム及び固体潤滑剤を、該固体潤滑剤の体積に対して同体積か、それ以上の体積の水中で混合したものであるとした製造方法が提案される。
【００１４】
かかる方法により、固体潤滑剤の表面にリン酸水素ナトリウムを充分かつ容易に付着させることができ、この固体潤滑剤の水との濡れ性が一層向上する。したがって、この第二予備水溶液を第一予備水溶液と混合することにより、固体潤滑剤を一層均一に分散させることができる。ここで、リン酸水素ナトリウムの、固体潤滑剤に対する重量比を０．０１より小さくすると、固体潤滑剤の表面にリン酸ナトリウムが充分に付着できず、水溶液中での分散性が充分に発揮し得ない傾向が強くなってしまう。また、固体潤滑剤の体積に比して小さい体積の水中で混合しても、同様に、リン酸ナトリウムが充分に付着できない。一方、リン酸水素ナトリウムの重量比を０．５０より大きくすると、固体潤滑剤に付着するリン酸ナトリウムが増えすぎ、該固体潤滑剤を混ぜ難くなる。さらに、固体潤滑剤の表面にリン酸ナトリウムが多量に付着すると、脱水工程後の混合物は通気性が低くなる。このように通気性が低いと、例えば、この混合物を比較的低温で充分に乾燥させるようにした場合に、乾燥時間が長くなり、生産性が低下してしまう。また、固体潤滑剤の体積に比して小さい体積の水中で混合しても、同様である。
【００１５】
一方、上述した複合材用プリフォームの製造方法にあって、混合工程で混合する固体潤滑剤が、粒径約０．１μｍ以上かつ１０００μｍ以下のものであるとした方法が提案される。
【００１６】
ここで、固体潤滑剤は、その粒径が大きくなるに従って、リン酸ナトリウムが付着していても、水中で分散させ難くなる傾向にあると共に、所定重量を混合した場合に、固体潤滑剤の相互間隔が広くなる傾向にある。固体潤滑剤の相互間隔が広くなれば、該固体潤滑剤は複合材用プリフォーム及び金属複合材内で点在することとなるから、所望の摺動特性を安定して発揮し難くなってしまう。一方、固体潤滑剤の粒径が小さくなるに従って、水中で浮き易くなる傾向にあるため、混合水溶液の水面領域に偏在し易くなってしまう。また、粒径が０．１μｍより小さい固体潤滑剤は、一般的に入手困難であり、製造に不向きである。
【００１７】
したがって、固体潤滑剤を、粒径０．１μｍ以上かつ１０００μｍ以下とすることにより、水中でほぼ均一に分散するという上述した本発明の作用効果を一層適正に発揮し得る。また、このような粒径の固体潤滑剤は、リン酸水素ナトリウムと水中で混合した場合に、リン酸ナトリウムが付着し易く、水との濡れ性をより向上させ得る。さらに、粒径約５μｍ以上かつ５００μｍ以下の固体潤滑剤は、取り扱い性を一層容易とできると共に、本発明の作用効果の安定性を一層増すことができるため、好適に用い得る。
【００１８】
尚、固体潤滑剤にあって、粒径がこのような範囲を超えるものが多少混在した場合であっても、目的とするアルミニウム複合材を得ることが可能であるから、本発明の主旨に含まれるものとする。
【００１９】
上述した混合工程で混合する固体潤滑剤が、黒鉛であるとする製造方法が提案される。また、この固体潤滑剤が活性炭であるとする製造方法が提案される。
【００２０】
このように固体潤滑剤に、セラミック粒子である黒鉛や活性炭を用いることにより、焼結工程でセラミック繊維を焼結し得る所定温度で、固体潤滑剤も同様に焼結することができる。このため、複合材用プリフォームは、ほぼ均一に分散された固体潤滑剤が充分な結合力により結合された状態で製造されることとなり、軽金属の溶湯を含浸する場合にも、固体潤滑剤の分散状態を充分に維持でき、所望の摺動特性を安定して発揮し得る金属複合材を比較的容易に成形できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の複合材用プリフォームの製造方法は、上述したように、セラミック繊維、炭素を主成分とする固体潤滑剤、及びリン酸水素ナトリウムを水中で混合して混合水溶液を調合する混合工程と、該混合水溶液から水分を除去して、混合物を形成する脱水工程と、該混合物を、非酸化雰囲気中で、所定の焼結温度により焼結させる焼結工程とを順次行う製造方法であるから、混合工程で、リン酸ナトリウムが固体潤滑剤の表面に付着することにより、該固体潤滑剤の水との濡れ性が向上し、水中で固体潤滑剤を比較的容易にほぼ均一に分散することができ得る。したがって、固体潤滑剤がほぼ均一に分散した複合材用プリフォームを容易かつ安定的に製造することができる。また、この複合材用プリフォームは、軽金属と複合化して、所望の摺動特性を充分かつ安定して発揮できる金属複合材を成形可能である。
【００２２】
上述した複合材用プリフォームの製造方法にあって、混合工程で、セラミック繊維を水中で混合した第一予備水溶液と、固体潤滑剤及びリン酸水素ナトリウムを水中で混合した第二予備水溶液とを混合して混合水溶液を調合するようにした場合にあっては、第二予備水溶液内で、固体潤滑剤の表面にリン酸ナトリウムが充分に付着し、水との濡れ性が一層向上した状態となる。したがって、この第二予備水溶液を第一予備水溶液と混合することにより、当該固体潤滑剤を一層均一に分散した混合水溶液を得ることができる。
【００２３】
ここで、第二予備水溶液は、リン酸水素ナトリウムを、その重量が、固体潤滑剤の重量に対して０．０１以上かつ０．５０以下の重量比となるように調整すると共に、このリン酸水素ナトリウム及び固体潤滑剤を、該固体潤滑剤の体積に対してほぼ同体積か、それ以上の体積の水中で混合したものであるとした方法にあっては、第二予備水溶液中で、リン酸ナトリウムが固体潤滑剤の表面に一層充分かつ容易に付着でき、該固体潤滑剤の水との濡れ性をさらに向上できる。したがって、固体潤滑剤をほぼ均一に分散した混合水溶液を得るという本発明の作用効果が一層適正に発揮される。
【００２４】
また、上述した複合材用プリフォームの製造方法にあって、混合工程で混合する固体潤滑剤を、粒径０．１μｍ以上かつ１０００μｍ以下のものとした場合にあっては、該固体潤滑剤の表面にリン酸ナトリウムが付着して、水中でほぼ均一に分散するという上述した本発明の作用効果を一層適正に発揮し得る。
【００２５】
また、上述した複合材用プリフォームの製造方法にあって、固体潤滑剤を黒鉛とした場合、又は、固体潤滑剤を活性炭とした場合にあっては、焼結工程でセラミック繊維を焼結し得る所定温度で、固体潤滑剤も同様に焼結して、ほぼ均一に分散した状態で充分な結合力により結合された複合材用プリフォームを製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施例を添付図面を用いて詳述する。
図１及び図２は、本発明の複合材用プリフォームの製造方法にかかる複合材用プリフォーム１を製造するプリフォーム製造工程を表した図である。このプリフォーム製造工程は、混合工程（図１）、脱水工程（図２（Ａ））、乾燥工程（図示省略）、焼結工程（図２（Ｂ））から構成されている。以下、これら各工程に従って、複合材用プリフォーム１を製造していく過程を順次説明する。
【００２７】
混合工程にあっては、図１（Ａ）のように、水の入った所定の容器２１ａ内に、下記（ｉ）〜（iii）の各材料を入れて、攪拌棒３１により攪拌して各材料を混合した第一予備水溶液１０ａをつくる。
（ｉ）アルミナ短繊維２（平均繊維径５μｍ、平均嵩比２０ｃｃ／５ｇｆ）
（ii）ホウ酸アルミニウム粒子３（平均粒径３０μｍ）
（iii）炭酸カルシウム粒子４（ＣａＣＯ３、平均粒径０．３μｍ）
ここで、アルミナ短繊維２は、製造される複合材用プリフォーム１の体積に対して、約１０体積％、ホウ酸アルミニウム粒子３は約８体積％となるように調整している。また、炭酸カルシウム粒子４は、その重量を、アルミナ短繊維２及びホウ酸アルミニウム粒子３と、後述する黒鉛５との合計重量に対して約０．０５の重量比となるように加えている。
【００２８】
さらに、図１（Ｂ）のように、所定の容器２１ｂ内に、水と下記（iv），（ｖ）の材料を入れて、攪拌棒３１により攪拌して混合した第二予備水溶液１０ｂをつくる。
(iv)黒鉛５（平均粒径２０μｍ）
(ｖ)リン酸水素ナトリウム８
ここで、黒鉛５は、製造される複合材用プリフォーム１の体積に対して、約６体積％として調整している。また、リン酸水素ナトリウム８は、その重量が、黒鉛５の重量に対して０．０５の重量比となるように調整している。さらに、この黒鉛５及びリン酸水素ナトリウム８は、この黒鉛５の体積以上の水中で攪拌するようにしている。
【００２９】
ここで、黒鉛５とリン酸水素ナトリウム８とを水中で混合すると、該リン酸水素ナトリウム８が水に溶けてリン酸ナトリウム（図示省略）となって、このリン酸ナトリウムが黒鉛５の表面を覆うように付着する。そして、リン酸ナトリウムにより被覆された黒鉛５は、水との濡れ性が改善され、攪拌棒３１による攪拌によって、容易に分散する。このように、第二予備水溶液１０ｂは、黒鉛５がほぼ均一に分散した状態となっている。ここで、この第二予備水溶液１０ｂを、エネルギー分散型Ｘ選分析装置により分析した結果、黒鉛５にリン酸ナトリウムが付着していることを検出した。
【００３０】
次に、図１（Ｃ）のように、上述した第二予備水溶液１０ｂを容器２１ｂから、第一予備水溶液１０ａの入った容器２１ａに入れる。そして、第一予備水溶液１０ａと第二予備水溶液１０ｂとを、攪拌棒３１により攪拌して両者を混合する。さらに、無機バインダーとしてシリカゾル７（ＳｉＯ２）を添加して混合することにより混合水溶液１０を得る。このシリカゾル７には、シリカの濃度が約４０％であるコロイド状水溶液を用いた。ここで、シリカゾル７は、この水溶液中のシリカの重量が、アルミナ短繊維２、ホウ酸アルミニウム粒子３、黒鉛５の合計重量に対して約０．０６の重量比となるようにして加えた。
【００３１】
このように調合した混合水溶液１０にあっては、リン酸ナトリウムにより被覆された黒鉛５がほぼ均一に分散して存在している。また、アルミナ短繊維２、ホウ酸アルミニウム粒子３、炭酸カルシウム粒子４にあっても、混合水溶液１０中でほぼ均一に分散している。
【００３２】
尚、上記した黒鉛５が、本発明にかかる固体潤滑剤であり、アルミナ短繊維２が、本発明にかかるセラミック繊維である。また、この黒鉛５とホウ酸アルミニウム粒子３は、所謂セラミック粒子である。
【００３３】
次に、この混合水溶液１０を吸引成形器２２に移し、図２（Ａ）のように、混合水溶液１０から水分を吸引する脱水工程を行う。ここで、吸引成形器２２は、内部をフィルター２４により上下に区画され、上方を開口する断面薄肉円筒形状の水溶液滞留部２６と、この水溶液滞留部２６の下方に設けられ、該水溶液滞留部２６の下部領域２６ｂと連通する水滴下部２７と、この水滴下部２７に接続され、該水滴下部２７を経て、水溶液滞留部２６から水分を吸引する真空ポンプ２３とを備えている。尚、水溶液滞留部２６の、フィルター２４によって区画された上部領域２６ａに、上述した混合水溶液１０が流入され、この混合水溶液１０の水分がフィルター２４を通じて下部領域２６ｂに滴下されるようになっている。
【００３４】
脱水工程にあっては、上記した吸引成形器２２の水溶液滞留部２６の上部領域２６ａに、上述の混合水溶液１０を流入した後、真空ポンプ２３を作動させることにより、混合水溶液１０の水分を、水滴下部２７から水溶液滞留部２６の下部領域２６ｂを経て吸引する。これにより、混合水溶液１０の水分がフィルター２４を通過して下部領域２６ｂに滴下する。このようにして、混合水溶液１０内で存在している各材料が混合してなる円柱形状の混合物１１を得る。
【００３５】
次に、上記した吸引成形器２２から取り出した混合物１１を、図示しない乾燥炉に入れて約１００℃で乾燥させ、充分に水分を除去する乾燥工程を行う（図示省略）。
【００３６】
ここで、上記した脱水工程及び乾燥工程後の混合物１１は、混合工程で各材料が分散されてほぼ均一に存在する混合水溶液１０から成るものであるから、同様に各材料がほぼ均一に分散された状態となっている。すなわち、黒鉛５も混合物１１の全体に亘ってほぼ均一に分散して存在している。
【００３７】
尚、この混合物１１は、シリカゾル７がアルミナ短繊維２やホウ酸アルミニウム粒子３や黒鉛５の各表面上に膜状に付着しており、炭酸カルシウム粒子４がこのシリカゾル７の全域に亘ってほぼ均一に付着した状態となっている（図示省略）。そして、夫々隣接するアルミナ短繊維２やホウ酸アルミニウム粒子３や黒鉛５がシリカゾル７の付着力により接着されたような状態となっている（図示省略）。これにより、次の加熱炉２５への搬送時に、混合物１１が変形したり壊れたりすることを防止し、該混合物１１の形態が維持され得る。尚、この各強化材同士がシリカゾル７の付着力により結び付いている状態は、後述する焼結工程後の結合に比して弱く、比較的丁寧な搬送に耐え得るものである。
【００３８】
次に、上記した乾燥工程（図示省略）後の混合物１１を、図２（Ｂ）のように、加熱炉２５により、所定温度で焼結する焼結工程を行う。先ず、混合物１１を、加熱炉２５内に設置されたテーブル３２上に載置する。そして、真空ポンプ２９を作動させ、加熱炉２５の内部を１０Ｐａの真空状態とする。その後、この炉内に窒素ガスを５Ｌ／ｍｉｎの一定流量で流しつつ加熱し、約１１５０℃で保持する。所定時間経過後、室温まで炉冷し（図示省略）、円柱形状の複合材用プリフォーム１を得る。ここで、本実施例は、焼結工程を窒素ガス雰囲気中で行うことにより、黒鉛５が酸化消失しないようにしている。すなわち、この窒素ガス雰囲気が、本発明にかかる非酸化雰囲気である。
【００３９】
このように成形された複合材用プリフォーム１は、アルミナ短繊維２、ホウ酸アルミニウム粒子３、黒鉛５とがそれぞれほぼ均一に分散されて、夫々隣り合うもの同士が結合してなるものとなっている。
【００４０】
尚、上述したように混合水溶液１０内で、黒鉛５を被覆していたリン酸ナトリウムは、焼結時に、そのほとんどが焼失している。これは、この複合材用プリフォーム１をエネルギー分散型Ｘ選分析装置で分析した結果、黒鉛５に極少量のナトリウムのみが検出されたことから明らかである。このように黒鉛５にリン酸ナトリウムがほとんど付着しておらず、この黒鉛５は、他のアルミナ短繊維２やホウ酸アルミニウム粒子３と充分な結合力により結合している。
【００４１】
また、この複合材用プリフォーム１は、アルミナ短繊維２、ホウ酸アルミニウム粒子３、黒鉛５がカルシウム−ケイ素焼結体（Ｃａ−Ｓｉ焼結体）により膜状に被覆されており、夫々隣り合うもの同士を強固に結合してなる（図示省略）。また、カルシウム−ケイ素焼結体（Ｃａ−Ｓｉ焼結体）が膜状に被覆されていることから、各アルミナ短繊維２、ホウ酸アルミニウム粒子３、黒鉛５の隙間（空隙）が比較的広く確保されている。このように、本複合材用プリフォーム１は、高い強度と優れた通気性とを発揮し得るものとなっている。尚、このカルシウム−ケイ素焼結体（Ｃａ−Ｓｉ焼結体）は、焼成工程で、炭酸カルシウム粒子（ＣａＣＯ３）４が、高温下で一酸化カルシウム（ＣａＯ）と二酸化炭素（ＣＯ２）に分解して、この一酸化カルシウム（ＣａＯ）がシリカゾル（ＳｉＯ２）７と反応して生成される（図示省略）。そして、このカルシウム−ケイ素焼結体は、焼結条件により、非結晶のガラス状態で生成されたり、結晶状の化合物として生成される。
【００４２】
次に、上述したプリフォーム製造工程で製造した複合材用プリフォーム１を、図３に示すダイカスト成形工程により、アルミニウム合金（ＪＩＳ  ＡＤＣ１２）と複合化させて金属複合材１２を成形する。このダイカスト成形工程は、ダイカスト成形装置３３で、複合材用プリフォーム１にアルミニウム合金の溶湯６を含浸させることにより行われる。ここで、ダイカスト成形装置３３は、上型３４ａと下型３４ｂとを嵌め合わせることにより円柱形状のキャビティ３５を形成する金型３４と、該キャビティ３５内に射出する溶湯６を滞留して、上下方向に駆動制御されるプランジャーチップ３８によって該溶湯６を射出するスリープ３７とを備えている。ここで、金型３４の下型３４ｂには、スリープ３７が接続される接続部（図示省略）と、該スリープ３７が接続された場合に、スリープ３７内の溶湯６をキャビティ３５内に流入する湯口３６とが設けられている。すなわち、スリープ３７内の溶湯６は、湯口３６を通じてキャビティ３５内へ流入するようになっている。尚、このキャビティ３５内には、上記した複合材用プリフォーム１を嵌入可能となっている。
【００４３】
上記したスリープ３７は、図３（Ａ）のように、金型３４から離間して、アルミニウム合金の溶湯６を流入し保持する離間位置と、図３（Ｂ）のように、該スリープ３７の上部開口（図示省略）が下型３４ｂの湯口３６と接続する接続位置とに、上下方向に移動制御される。また、このスリープ３７には、図３（Ａ）のように、その内部に溶湯６を滞留可能な退避位置と、図３（Ｃ）のように、該溶湯６を上方へ射出する進出位置とに進退駆動制御されるプランジャーチップ３８が設けられている。
【００４４】
ダイカスト成形工程は次の順序で実行される。
先ず、上記した複合材用プリフォーム１を約６００℃で予熱すると共に、金型３４を２００℃〜２５０℃に保持しておく。そして、図３（Ａ）のように、下型３４ｂに予熱した複合材用プリフォーム１を配置して、上型３４ａを嵌め合わせる。これにより、金型３４の円柱形状のキャビティ３５に複合材用プリフォーム１が収容される。一方、約６８０℃に保持されたアルミニウム合金の溶湯６を、離間位置で、プランジャーチップ３８を退出位置（図示省略）としたスリーブ３７に注入する。この後、図３（Ｂ）のように、スリープ３７を離間位置（図３（Ａ）参照）から接続位置へ昇動させて、金型３４の湯口３６にスリーブ３７を接続する。そして、プランジャーチップ３８を退避位置から所定駆動速度で進出駆動して、スリープ３７内の溶湯６をキャビティ３５内へ射出する。
【００４５】
そして、図３（Ｃ）のように、キャビティ３５内に溶湯６が充填されると、プランジャーチップ３８が停止して該溶湯６の注入が止まり、冷却後にスリーブ３７を降動して金型３４から取り外す。そして、金型３４の上型３４ａと下型３４ｂとを分離して、該金型３４から金属複合材１２を取り出す（図３（Ｄ））。尚、この金属複合材１２は、金型３４から取り外した後、湯口３６により形成された部位は除去して（図示省略）、円柱形状としている。
【００４６】
この金属複合材１２は、図４（Ａ）及び図５（Ａ）に示すように、黒鉛５が全体に亘ってほぼ均一に分散して存在していることが分かる。これは、複合材用プリフォーム１が、その全体に亘って黒鉛５がほぼ均一に分散しているものであることを示すと共に、上記したダイカスト成形工程にあって、アルミニウム合金の溶湯６を含浸しても、黒鉛５が分散している状態で保持されていることを示している。すなわち、複合材用プリフォーム１は、溶湯６の含浸時に掛かる圧力に対して、黒鉛５や他のアルミナ短繊維２等が充分な結合力を有するものであると共に、溶湯６が含浸し易い通気性に優れたものである。尚、複合材用プリフォーム１が優れた通気性を有していることから、アルミニウム合金の溶湯６は隅々まで充分に充填され、金属複合材１２に巣（未含浸部位）等が生じることを防止している。
【００４７】
一方、上述した本発明にかかる複合材用プリフォーム１から成形した金属複合材１２の摺動特性を確認するために、その比較例として、上述した混合工程でリン酸水素ナトリウム８を添加しないようにした従来方法に従って、複合材用プリフォームを成形した。この従来方法にあっては、混合工程で、所定の容器２１ａに、アルミナ短繊維２とホウ酸アルミニウム粒子３と炭酸カルシウム４と黒鉛５とシリカゾル７とを入れて、攪拌棒３１により混合して混合水溶液をつくった。ここで、アルミナ短繊維２、ホウ酸アルミニウム粒子３，炭酸カルシウム４，黒鉛５、シリカゾル７との添加量は、上述した実施例と同様とした。すなわち、この従来方法の比較例は、リン酸水素ナトリウム８を添加せず、残りの各材料を容器２１ａ内で攪拌して混合するようにした混合工程を行っている。
【００４８】
そして、この従来方法の混合工程を行った後は、上述した実施例と同様に、脱水工程、乾燥工程、焼結工程を行い、比較例の複合材用プリフォームを得た。さらに、この複合材用プリフォームを、実施例同様のダイカスト成形工程によってアルミニウム合金と複合化して、比較例の金属複合材５０（図４（Ｂ）参照）を成形した。尚、この比較例の複合材用プリフォーム及び金属複合材５０は、上述した実施例の複合材用プリフォーム及び金属複合材１２とほぼ同形状となっている。
【００４９】
この比較例の金属複合材５０では、図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）の表面写真に示すように、黒鉛５が偏在していることがわかる。そして、本発明の金属複合材１２（図４（Ａ））は、従来方法で成形した金属複合材５０に比して、黒鉛５がほぼ均一に分散していることが明らかである。
【００５０】
ここで、この比較例にあっても、実施例と同様に、複合材用プリフォームは、炭酸カルシウムとシリカゾルとからカルシウム−ケイ素焼結体が生成され、該カルシウム−ケイ素焼結体により結合されたものとなっている。これにより、比較例の複合材用プリフォームも、実施例の複合材用プリフォーム１と同様、高い強度と優れた通気性とを有するものとなっている。このことから、ダイカスト成形工程における溶湯６の含浸によっても、複合材用プリフォーム内で黒鉛５の位置は保持される。したがって、比較例の金属複合材５０で黒鉛５が偏在していることは、複合材用プリフォームで黒鉛５が偏在していることを示すものであり、従来の複合材用プリフォームの製造方法では、黒鉛５を充分均一に分散することができていない。
【００５１】
次に、上述した本発明にかかる実施例の金属複合材１２と、比較例の金属複合材５０とを、それぞれの摺動特性を確認する耐摩耗性試験に供した。さらに、金属複合材１２の耐摩耗性を比較するために、アルミニウム合金（ＪＩＳ  ＡＤＣ１２）と鋳鉄（ＪＩＳ  ＦＣ２５０）の試験片を準備して、同じ耐摩耗性試験を行った。尚、実施例の金属複合材１２、比較例の金属複合材５０、これらアルミニウム合金及び鋳鉄の各試験片は、外径約３０ｍｍ、厚み約５ｍｍの円柱形状のものを用いた。
【００５２】
ここで、耐摩耗性試験としては、実施例の金属複合材１２、比較例の金属複合材５０、アルミニウム合金、鋳鉄の各試験片を、自動車用エンジンオイル１０Ｗ−３０内で、所定回転速度で円柱軸を中心として回転させながら、所定の円筒形状のクロム鋼鋼材ＳＣｒ４２０（ＪＩＳ  Ｇ  ４１０４）を押し付け、試験片の摩耗量を調べるようにした試験である。ここで、円柱形状の試験片は、その円形端面を、円筒状のクロム鋼鋼材の円環端面に押し付けるようにしている。そして、実施例の金属複合材１２、比較例の金属複合材５０、アルミニウム合金、鋳鉄の各試験片が、各回転によって計測する摺動距離が２０００ｍに達した場合に、試験片の円柱軸方向（厚み方向）の減少量を測定し、この減少量を摩耗量とした。すなわち、この摩耗量が少ない方が、耐摩耗性に優れていることとなる。
【００５３】
尚、この耐摩耗性試験にあって、試験片の回転速度は約０．５ｍ／ｓとし、クロム鋼鋼材に押し付ける面圧負荷は約５０ＭＰａとしている。また、円筒形状のクロム鋼鋼材は、外径２６ｍｍ、内径２０ｍｍのものを用いている。
【００５４】
この耐摩耗性試験から得た摩耗量を、図６に示す。この結果から、実施例の金属複合材１２は、比較例の金属複合材５０に比して摩耗量が少なく、黒鉛５の添加量が同じであっても耐摩耗性が向上していることが確認できた。すなわち、本発明の複合材用プリフォームの製造方法によれば、優れた摺動特性を有する金属複合材１２を成形可能な複合材用プリフォーム１を製造できる。また、この金属複合材１２は、その摺動特性がアルミニウム合金に比して著しく向上しており、優れた摺動性を有する鋳鉄に比しても高い摺動特性を発揮できるものとなっている。
【００５５】
このように、本発明にかかる複合材用プリフォームの製造方法にあっては、黒鉛５を全体に亘って分散させた複合材用プリフォーム１を比較的容易かつ安定して製造することができ得る。そして、この複合材用プリフォーム１に、アルミニウム合金等の軽金属の溶湯を含浸させることによって、金属複合材１２を成形でき、この金属複合材１２は、黒鉛５が全体に亘って分散してなると共に、優れた摺動特性を発揮し得るものとなっている。
【００５６】
一方、上述した実施例にあっては、固体潤滑剤として黒鉛５を用いるようにした複合材用プリフォームの製造方法であるが、黒鉛５の代わりに活性炭を添加するようにし、他は全て上述の実施例と同様とすることにより、この活性炭がほぼ均一に分散された複合材用プリフォームを製造することができる。そして、この活性炭を有する複合材用プリフォームに、アルミニウム合金の溶湯を含浸させることにより成形した金属複合材は、上述した金属複合材１２とほぼ同様の作用効果を発揮し得る。すなわち、黒鉛及び活性炭のいずれであっても、本発明の作用効果が適正に発揮される。
【００５７】
また、上述した実施例にあって、混合工程で調整するリン酸水素ナトリウム８は、その黒鉛５（固体潤滑剤）に対する重量比として、０．０１以上かつ０．５０以下として調整しても、上述の作用効果を同様に発揮し得る。ここで、リン酸水素ナトリウム８の重量比としては、リン酸ナトリウムが黒鉛５の表面を充分覆うように、０．５以上かつ０．２０以下とすることが好適である。
【００５８】
上述した実施例にあって、黒鉛５の粒子径を粒径０．１μｍ以上かつ１０００μｍ以下のものを用いても、上述の作用効果を同様に発揮し得る。さらに、粒径１００μｍ以上かつ５００μｍ以下の黒鉛が、好適に用い得る。
【００５９】
また、アルミナ短繊維２、ホウ酸アルミニウム粒子３の形状寸法としては、例えば、アルミナ短繊維２は、平均径が１μｍ〜１０μｍ、平均嵩比が２０ｃｃ／５ｇｆ〜３５ｃｃ／５ｇｆのものを用いても、上述と同様の作用効果を発揮し得る複合材用プリフォーム１を製造可能である。同様に、ホウ酸アルミニウム粒子３は平均粒径が８μｍ〜３０μｍのものを用いることができる。尚、アルミナ短繊維２と異なる種類のセラミック繊維やホウ酸アルミニウム粒子３と異なる種類のセラミック粒子を用いた場合にも、ほぼ同様な形状寸法のものが好適に用い得る。
【００６０】
また、炭酸カルシウム粒子４としては、平均粒径０．１μｍ〜１０μｍのものが好適に用い得る。このような形状寸法とすることにより、焼結時にシリカゾル７と反応し易く、カルシウム−ケイ素系化合物を比較的容易に生成することができる。このカルシウム−ケイ素系化合物は、セラミック繊維やセラミック粒子などに膜状に被覆し易く、かつこれら繊維や粒子を高い結合力により結合でき得る。これにより、複合材用プリフォーム１を、高い強度と優れた通気性とを有するものとでき得る。
【００６１】
また、無機バインダーとして添加したシリカゾル７の代わりに、アルミナゾル等を無機バインダーとして用いることも可能である。
【００６２】
また、上述した複合材用プリフォーム１の製造工程にあって、焼結工程を行う温度としては、諸処の条件により、８００℃〜１５００℃で行うことも可能である。例えば、焼結する反応を促進する促進剤を新たに添加して比較的低温で行うこともできる。尚、上記した本実施例１，２にあっては、１０００℃〜１２００℃で行うことが好適である。
【００６３】
本発明にあっては、上述した実施例に限定されるものではなく、その他の構成についても、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の複合材用プリフォーム１の製造方法にかかる、混合工程を表す説明図である。
【図２】同上の混合工程後に行われる、（Ａ）脱水工程と、（Ｂ）焼結工程とを表す説明図である。
【図３】複合材用プリフォーム１に、アルミニウム合金の溶湯を含浸するダイカスト成形工程を表す説明図である。
【図４】（Ａ）実施例の複合材用プリフォーム１から成形した金属複合材１２と、（Ｂ）比較例の複合材用プリフォームから成形した金属複合材５０との側面写真である。
【図５】（Ａ）同上の実施例の金属複合材１２と、（Ｂ）同上の比較例の金属複合材５０との各側面写真を模した模式図である。
【図６】耐摩耗性試験の結果を表す図表である。
【符号の説明】
【００６５】
１  複合材用プリフォーム
２  アルミナ短繊維（セラミック繊維）
３  ホウ酸アルミニウム粒子（セラミック粒子）
４  炭酸カルシウム粒子
５  黒鉛（固体潤滑剤）
６  アルミニウム合金の溶湯
７  シリカゾル
８  リン酸水素ナトリウム
１０  混合水溶液
１１  混合物
１２  金属複合材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図４】
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