專利名稱：金屬基質(zhì)復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于增強(qiáng)金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的含有金屬的插入物及用插入物增強(qiáng)的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品。
相關(guān)技術(shù)說明用陶瓷增強(qiáng)金屬基質(zhì)在本領(lǐng)域中是公知的(請(qǐng)參見例如美國(guó)專利4,705,093(Ogino)，4,852,630(Hamajima等人)，4,932,099(Corwin等人)，5,199,481(Corwin等人)，5,234,080(Pantale)和5,394,930(Kennerknecht)；分別公開于1987年5月28日和1988年9月14日的英國(guó)專利2,182,970 A和B號(hào)；2002年4月4日公布的公布WO 02/26658、WO 02/27048和WO 02/27049的PCT申請(qǐng)。用于增強(qiáng)的陶瓷材料的實(shí)例包括顆粒、不連續(xù)的纖維(包括細(xì)絲)和連續(xù)的纖維及陶瓷預(yù)型件。
通常，陶瓷材料加到金屬中，以提供金屬基質(zhì)復(fù)合材料(MMC)，其與沒有加入陶瓷材料的金屬制得的制品相比，機(jī)械性能有所提高。例如機(jī)動(dòng)車輛的常規(guī)制動(dòng)鉗(例如小汽車和卡車)通常由鑄鐵制成。為降低車輛的總重，尤其是非彈簧負(fù)荷重量如制動(dòng)鉗，需要使用輕重的元件和/或材料。一種用于設(shè)計(jì)MMC的方法是有限元分析，包括為特定應(yīng)用放置陶瓷氧化物材料及最小化陶瓷氧化物材料的所需量。
由鑄鋁制成的制動(dòng)鉗比由鑄鐵制成的相同(即相同尺寸和結(jié)構(gòu))制動(dòng)鉗輕約50wt.％。鑄鋁和鑄鐵的機(jī)械性能不相同(例如鑄鐵的楊氏模量約為100-170GPa，而鑄鋁的楊氏模量約為70-75GPa；鑄鐵的屈服強(qiáng)度為300-700MPa，而鑄鋁的屈服強(qiáng)度為200-3000MPa)。因此，對(duì)于給定尺寸和形狀而言，由鑄鋁制成的制動(dòng)鉗其機(jī)械性能如彎曲硬度和屈服強(qiáng)度明顯低于鑄鐵制動(dòng)鉗。通常，這種鋁制動(dòng)鉗的機(jī)械性能與鑄鐵制動(dòng)鉗相比低至不可接受的程度。需要由鋁金屬基質(zhì)復(fù)合材料(例如用陶瓷纖維增強(qiáng)的鋁)制成的制動(dòng)鉗與鑄鐵制動(dòng)鉗相比結(jié)構(gòu)相同，且機(jī)械性能如彎曲硬度和屈服強(qiáng)度至少相同(或更好)。
對(duì)于某些MMC制品的一種考慮是需要形成后加工(例如添加孔或螺紋，或切削材料以提供所需要的形狀)或其他處理(例如將兩個(gè)MMC制品焊接在一起，以制得復(fù)雜形狀的零件)。許多常規(guī)MMC通常含有足量的陶瓷增強(qiáng)材料，因而使加工或焊接是不實(shí)際的或甚至是不可能的。然而需要制備″網(wǎng)形″制品，而要求較少的形后成加工或處理。制備″網(wǎng)形″制品的方法在本領(lǐng)域中是公知的(請(qǐng)參見例如美國(guó)專利5,234,045(Cisko)和5,887,684(Doll等人))。此外或可選擇地，在某種實(shí)用程度上，可以減少陶瓷增強(qiáng)，或不放在會(huì)影響加工或其他處理如焊接的區(qū)域。
在設(shè)計(jì)和制備MMC的另一種考慮是陶瓷增強(qiáng)材料的成本。連續(xù)多晶α-氧化鋁纖維(如由3M Company，St.Paul，MN以商品名″NEXTEL610″出售的那些)的機(jī)械性能高于低密度金屬如鋁。此外，陶瓷氧化物材料如多晶α-氧化鋁纖維的成本上基本上高于金屬如鋁。因此，需要最小化陶瓷氧化物材料的所用量，并最優(yōu)化陶瓷氧化物材料的放置，以最大化陶瓷氧化物材料產(chǎn)生的性能。
此外，需要在包裝中提供陶瓷增強(qiáng)材料，或從陶瓷增強(qiáng)材料可相對(duì)容易地制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品。
盡管2002年4月4日公布的公布WO 02/26658、WO 02/27048和WO 02/27049的PCT申請(qǐng)包括對(duì)解決需要在包裝中提供陶瓷增強(qiáng)材料或從陶瓷增強(qiáng)材料可相對(duì)容易地制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的實(shí)施方案的說明，但是也需要提供金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的額外方案和/或可選擇的其他新方法，優(yōu)選其比常規(guī)金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品具有更優(yōu)越的性能。
發(fā)明概述在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供用于增強(qiáng)金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的插入物及其制備方法。在另一個(gè)方面中，本發(fā)明提供用插入物(例如一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)或更多個(gè)插入物)增強(qiáng)的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品及其制備方法。
用作用來增強(qiáng)本發(fā)明金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的插入物的本發(fā)明金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的實(shí)施方案包括至少為8微米(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選至少為10微米，至少為12微米或甚至至少為15微米；更優(yōu)選為12～15微米)的在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能的金屬(例如銀、金、其合金及其組合)。這種實(shí)施方案通?？商峁┙饘倩|(zhì)復(fù)合材料制品，在包括插入物的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的插入物和金屬間具有極需要的結(jié)合(例如在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選結(jié)合界面不含有氧和/或結(jié)合強(qiáng)度峰值至少為100MPa(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選至少為125MPa，至少為150MPa，至少為175或甚至至少為180MPa))。盡管不希望限于理論，但可以認(rèn)為在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能的金屬的存在有助于使包括插入物的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的插入物和金屬結(jié)合。此外，盡管不希望限于理論，但可以認(rèn)為在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能的金屬的存在有助于使包括插入物的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的插入物和金屬間的界面不含有氧。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供第一種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(例如用于增強(qiáng)金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的插入物)包括基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維和選自鋁、其合金(例如200、300、400、700和/或6000系列(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選200系列)鋁合金)及其組合的第一種金屬，其中該第一種金屬將該基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維固定在適當(dāng)位置，及其中該第一種金屬沿該基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維的長(zhǎng)度的至少一部分延伸，該第一種金屬包括外表面；及在該第一種金屬外表面上的第二種金屬，該第二種金屬在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能(例如銀、金、其合金及其組合)，該第二種金屬其厚度至少為8微米(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選至少為10微米，至少為12微米或甚至至少為15微米；更優(yōu)選為12～15微米；在另一個(gè)方面中，通常小于20微米)。
可選擇地，該第一種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品還包括在該第二種金屬和該第一種金屬的外表面間的第三種金屬(例如Ni)。
在另一個(gè)方面中，本發(fā)明提供制備本發(fā)明的第一種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的方法，該方法包括在選自鋁、其合金(例如200、300、400、700和/或6000系列(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選200系列)鋁合金)及其組合的第一種金屬中固定基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維，使得該第一種金屬沿該基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維的長(zhǎng)度的至少一部分延伸，該第一種金屬包括外表面；及在該第一種金屬的外表面上提供第二種金屬以提供該金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，該第二種金屬在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能(例如銀、金、其合金及其組合)。
在本發(fā)明的第一種金屬基質(zhì)制品的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供第二種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(例如用于增強(qiáng)金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的插入物)包括基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維和選自鋁、其合金(例如200、300、400、700和/或6000系列(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選200系列)鋁合金)及其組合的金屬，其中該金屬將該基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維固定在適當(dāng)位置，及其中該金屬沿該基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維的長(zhǎng)度的至少一部分延伸，該金屬包括外表面；
Ni在該金屬的外表面上，Ni包括外表面；及Ag在Ni的外表面上，Ag厚度至少為8微米(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選為10微米、12微米或甚至15微米；更優(yōu)選為12～15微米；在另一個(gè)方面中，通常小于20微米)。
在另一個(gè)方面中，本發(fā)明提供制備本發(fā)明的第二種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的方法，該方法包括在選自鋁、其合金及其組合的金屬中固定基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維，使得該金屬沿該基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維的長(zhǎng)度的至少一部分延伸，該金屬包括外表面；及在該金屬的外表面上提供Ni，Ni包括外表面；及在Ni的外表面上提供Ag，以提供該金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供第三種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其包括第一種金屬及增強(qiáng)該第一種金屬的插入物，其中該第一種金屬選自鋁、其合金(例如200、300、400、700和/或6000系列(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選300或400系列)鋁合金)及其組合，其中該插入物包括基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維和選自鋁、其合金(例如200、300、400、700和/或6000系列(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選200系列)鋁合金)及其組合的第二種金屬，其中該第二種金屬將該基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維固定在適當(dāng)位置，其中該第二種金屬沿該基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維的長(zhǎng)度的至少一部分延伸，其中在該第一種金屬和該插入物間有界面層，及其中在該第一種金屬和該插入物間的界面層結(jié)合強(qiáng)度峰值至少為100MPa(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選至少為125MPa，至少為150MPa，至少為175或甚至至少為180MPa)。在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選地該界面層不含有氧。在另一個(gè)方面中，該界面層可以包括平均量的在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能的金屬(例如銀、金、其合金及其組合)，及其中這種金屬的平均量在該界面層中比在該第一種金屬中高(例如至少為15、20、25、30、35、40、45或甚至50wt.％)。在另一個(gè)方面中，該界面層可以包括高于該第一種金屬中的平均量的Ag和Ni(例如Ag和Ni中每一個(gè)至少為15、20、25、30、35、40、45或甚至50wt.％)。在另一個(gè)方面中，該第一種和該第二種金屬每一種都具有熔點(diǎn)，其中該第二種金屬的熔點(diǎn)至少為10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃或甚至50℃且高于該第一種金屬的熔點(diǎn)。在另一個(gè)方面中，該第一種金屬和第二種金屬可以不同(例如鋁和鋁合金或不同的鋁合金)。
可選擇地，該第三種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品包括兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)或更多個(gè)插入物?？蛇x擇地，該插入物具有相同或不同的組成，或某些插入物具有相同組成，另一些具有不同組成。
在另一個(gè)方面中，本發(fā)明提供制備本發(fā)明的第三種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的方法，該方法包括將插入物放入模具中，該插入物包括基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維和選自鋁、其合金(例如200、300、400、700和/或6000系列(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選200系列)鋁合金)及其組合的第一種金屬，其中該第一種金屬將該基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維固定在適當(dāng)位置，及其中該第一種金屬沿該基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維的長(zhǎng)度的至少一部分延伸，該第一種金屬包括外表面，及在該第一種金屬外表面上的第二種金屬，該第二種金屬在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能(例如銀、金、其合金及其組合)；將選自鋁、其合金(例如200、300、400、700和/或6000系列(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選300或400系列)鋁合金)及其組合的熔融第三種金屬放入模具中；及冷卻該熔融第三種金屬以提供金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品。
在另一個(gè)方面中，本發(fā)明提供制備本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的第三種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的方法，該方法包括
將插入物放入模具中，該插入物包括基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維和選自鋁、其合金(例如200、300、400、700和/或6000系列(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選200系列)鋁合金)及其組合的第一種金屬，其中該第一種金屬將該基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維固定在適當(dāng)位置，及其中該第一種金屬沿該基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維的長(zhǎng)度的至少一部分延伸，該第一種金屬包括外表面，Ni在該第一種金屬外表面上，Ni包括外表面，Ag在Ni的外表面上；將選自鋁、其合金(例如200、300、400、700和/或6000系列(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選300或400系列)鋁合金)及其組合的熔融第二種金屬放入模具中；及冷卻該熔融第二種金屬以提供該金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品。
在另一個(gè)方面中，本發(fā)明提供制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料插入物的方法，該插入物用于制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，該方法包括設(shè)計(jì)金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品以包括金屬基質(zhì)復(fù)合材料增強(qiáng)插入物，該插入物包括基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維和選自鋁、其合金(例如200、300、400、700和/或6000系列(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選200系列)鋁合金)及其組合的第一種金屬，其中該第一種金屬將該基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維固定在適當(dāng)位置，及其中該第一種金屬沿該基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維的長(zhǎng)度的至少一部分延伸；及按得到的設(shè)計(jì)制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料增強(qiáng)插入物，其包括該基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維和該選自鋁、其合金及其組合的第一種金屬，其中該第一種金屬將該基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維固定在適當(dāng)位置，及其中該第一種金屬沿該基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維的長(zhǎng)度的至少一部分延伸，該第一種金屬包括外表面；及還包括在該第一種金屬外表面上的第二種金屬，該第二種金屬在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能(例如銀、金、其合金及其組合)，該第二種金屬其厚度至少為8微米(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選為10微米、12微米或甚至15微米；更優(yōu)選為12～15微米；在另一個(gè)方面中，通常小于20微米)。
在另一個(gè)方面中，本發(fā)明提供制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料插入物的方法，該插入物用于制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，該方法包括設(shè)計(jì)金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品以包括金屬基質(zhì)復(fù)合材料增強(qiáng)插入物，該插入物包括基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維和選自鋁、其合金(例如200、300、400、700和/或6000系列(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選200系列)鋁合金)及其組合的金屬，其中該第一種金屬將該基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維固定在適當(dāng)位置，及其中該金屬沿該基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維的長(zhǎng)度的至少一部分延伸；及按得到的設(shè)計(jì)制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料增強(qiáng)插入物，其包括該基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維和該選自鋁、其合金及其組合的金屬，其中該第一種金屬將該基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維固定在適當(dāng)位置，及其中該金屬沿該基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維的長(zhǎng)度的至少一部分延伸，該第一種金屬包括外表面；及還包括Ni在該金屬的外表面上，Ni包括外表面；及Ag在Ni的外表面上，Ni厚度至少為8微米(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選為10微米、12微米或甚至15微米；更優(yōu)選為12～15微米；在另一個(gè)方面中，通常小于20微米)。
令人驚訝地是，本發(fā)明方法的實(shí)施方案可被用于制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中熔融金屬在模具中處于熔融狀態(tài)小于75秒(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選小于60秒)。相比而言，常規(guī)方法要求熔融金屬在模具中處于熔融狀態(tài)200秒或更大。盡管不希望限于理論，但可以認(rèn)為在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能的金屬的存在可使金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的插入物與金屬(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選地在界面處沒有氧化物層)結(jié)合，因此不需要由熔融鋁或鋁合金較長(zhǎng)時(shí)間地加熱界面，以試圖破壞氧化物層而形成金屬結(jié)合。
在本申請(qǐng)中″正Gibbs氧化自由能高于至少200℃″指在溫度大于200℃(473K)時(shí)仍保持正值的量ΔG°rxn＝ΔH°rxn-TΔS°rxn，其中ΔH°rxn是氧化反應(yīng)的焓(kJ/mol)，T是溫度(開氏度)，ΔS°rxn是氧化反應(yīng)的熵(kJ/mol°K)；″結(jié)合強(qiáng)度峰值″指通過下面所述的″結(jié)合強(qiáng)度峰值″測(cè)試確定的結(jié)合強(qiáng)度峰值；″不含有氧″指在實(shí)施例3中用光學(xué)顯微鏡以250X放大倍率觀察，在界面處沒有可目測(cè)區(qū)分的連續(xù)氧化物層；及″基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維″指長(zhǎng)度至少為5cm的陶瓷氧化物纖維。
本發(fā)明的第一種和第二種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品例如可用于在金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品中提供增強(qiáng)材料。本發(fā)明一個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)在于由(原始)金屬(例如鑄鐵)制成的現(xiàn)有制品可用基本上連續(xù)的纖維增強(qiáng)的另一種金屬(例如鋁)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使得后者(即制品的金屬基質(zhì)復(fù)合材料形式)具有某些所需要的性能(例如楊氏模量、屈服強(qiáng)度和延展性)，其性能至少等于使用由該原始金屬制成的原始制品所需要的性能?？蛇x擇地，該制品可被重新設(shè)計(jì)成具有與原始制品相同的物理尺寸。
本發(fā)明第三種金屬基質(zhì)制品的實(shí)例包括工業(yè)設(shè)備中用的制動(dòng)鉗、高速旋轉(zhuǎn)環(huán)和高速機(jī)械臂。
附圖簡(jiǎn)要說明

圖1是本發(fā)明的示例性金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的立體圖。
圖2是本發(fā)明的另一種示例性金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的立體圖。
圖3A和圖3B是本發(fā)明的另一種示例性金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的立體圖。
圖4A和圖4B是本發(fā)明的制動(dòng)鉗的立體圖。
圖4C和圖4D是圖4A和圖4B中的制動(dòng)鉗的剖視圖。
圖5是本發(fā)明的另一種示例性金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的立體圖。
圖6是用圖5所示的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品制成的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的立體圖。
圖7是利用多層陶瓷氧化物纖維的本發(fā)明另一種示例性金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的立體圖，其中各層的縱軸彼此相對(duì)角度大于0度。
圖8是繞另一組基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維螺旋纏繞的一組基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維的立體圖。
圖9是本發(fā)明的另一種示例性金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的立體圖。
圖10A和圖10B是本發(fā)明的另一種制動(dòng)鉗的平面圖。
圖11是本發(fā)明的另一種制動(dòng)鉗的立體圖。
圖12是實(shí)施例1的插入物的拋光橫截面的光學(xué)顯微照片。
圖13是模腔的示意圖，其用來使用實(shí)施例1所述的插入物制備實(shí)施例1的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品。
圖9是壓縮剪切測(cè)試裝置的示意圖，其用于確定使用本發(fā)明的插入物制得的本發(fā)明的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的插入物和金屬間的結(jié)合強(qiáng)度峰值。
圖15是在實(shí)施例3和實(shí)施例7的負(fù)載作用下插入物位移的曲線圖。
圖16是實(shí)施例3的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的拋光橫截面的光學(xué)顯微照片。
圖17是比較例H的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的拋光橫截面的光學(xué)顯微照片。
圖18是實(shí)施例1所述的測(cè)試樣品的顯微照片。
圖19是示例性插入物固持器的立體圖。
圖19A是圖19一部分的剖面圖。
詳細(xì)說明本發(fā)明提供金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其包括至少一種金屬和基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維。通常，本發(fā)明的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品被設(shè)計(jì)成適于特定應(yīng)用，以使所需要的性能、低成本和容易制造之間達(dá)到最優(yōu)化或至少可接受的平衡。
通常，本發(fā)明的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品如插入物被設(shè)計(jì)成適于特定應(yīng)用和/或某些性能和/或特征。例如，選擇由一種金屬(例如鑄鐵)制成的現(xiàn)有制品用包括基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維的材料增強(qiáng)的另一種金屬(例如鋁)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使得后者(即制品的金屬基質(zhì)復(fù)合材料形式)具有某些所需要的性能(例如楊氏模量、屈服強(qiáng)度和延展性)，其性能至少等于使用由該第一種金屬制成的原始制品所需要的性能?？蛇x擇地，該制品可被重新設(shè)計(jì)成具有與原始制品相同的物理尺寸。
綜合所需要的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的結(jié)構(gòu)、所需要的性能、可能的金屬和陶瓷氧化物材料(優(yōu)選適于制造)及那些材料的相關(guān)性能，并用來提供可能的適合結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施方案中，產(chǎn)生可能的結(jié)構(gòu)的優(yōu)選方法是使用有限元分析(FEA)，包括利用常規(guī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(包括使用中央處理單元(CPU)、輸入和輸出裝置)使用FEA軟件。適合的FEA軟件商業(yè)上可得到，包括由Ansys，Inc.，Canonsburg，PA以商品名″ANSYS″出售的FEA軟件。FEA有助于精確地模擬制品，并可確定可提供所需性能水平的連續(xù)的陶瓷氧化物纖維、金屬和可能的其他材料的放置區(qū)域。通常需要反復(fù)運(yùn)行FEA幾次，以得到更優(yōu)選的設(shè)計(jì)。
參照?qǐng)D1，本發(fā)明的示例性第一種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(在某些實(shí)施方案中其也是本發(fā)明的示例性第二種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品)10包括基本上連續(xù)(如圖所示，縱向排列的)陶瓷氧化物纖維12，鋁或其合金14，外表面15，在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能的金屬16，可選擇的額外金屬(例如Ni)18和可選擇的金屬18的外表面17。金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品10用于制備本發(fā)明的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中制品的額外金屬與鋁或其合金14可相同或不同。
參照?qǐng)D2，本發(fā)明的示例性第一種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(在某些實(shí)施方案中其也是本發(fā)明的示例性第二種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品)20包括基本上連續(xù)(如圖所示，縱向排列的)陶瓷氧化物纖維22，鋁或其合金24，外表面25，在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能的金屬26，可選擇的額外金屬(例如Ni)28和可選擇的金屬28的外表面27。金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品20用于制備本發(fā)明的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中制品的額外金屬與鋁或其合金24可相同或不同。
在本發(fā)明的某些示例性實(shí)施方案中，連續(xù)的陶瓷氧化物纖維基本上縱向排列，從而它們通常彼此平行。盡管陶瓷氧化物纖維可以在本發(fā)明的第一種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(或在某些實(shí)施方案中是第二種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品)中作為單根纖維，但它們更通常在第一種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(或在某些實(shí)施方案中是第二種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品)中以捆或束的形式作為一組纖維。捆或束中的纖維可以保持在彼此縱向排列的關(guān)系(即通常是平行的)。當(dāng)使用多捆或多束時(shí)，纖維捆或束也保持在彼此縱向排列的關(guān)系(即通常是平行的)。在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選的是所有連續(xù)的陶瓷氧化物纖維保持在基本上縱向排列的結(jié)構(gòu)，其中單根纖維的排列保持在其平均縱軸的±10°、更優(yōu)選為±5°、最優(yōu)選為±3°之內(nèi)。
對(duì)于本發(fā)明的某些金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品而言，優(yōu)選或需要陶瓷氧化物纖維彎曲，與直陶瓷氧化物纖維相對(duì)(即不在平面內(nèi)延伸)。因此，例如陶瓷氧化物纖維在全部纖維長(zhǎng)度內(nèi)可以是平面的，在全部纖維長(zhǎng)度內(nèi)可以是非平面的(即彎曲的)，或它們可以在某些部分是平面的，在其他部分是非平面的(即彎曲的)。在某些實(shí)施方案中，基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維在全部金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品彎曲的部分中保持在基本上不交叉的曲線結(jié)構(gòu)(即縱向排列的)。在某些實(shí)施方案中，基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維在全部金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的彎曲部分中保持在基本上彼此等距的關(guān)系。
例如圖3A和圖3B是本發(fā)明的另一種第一種示例性金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(在某些實(shí)施方案中其也是本發(fā)明的示例性第二種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品)(插入物)30，其中金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(插入物)30包括基本上連續(xù)(如圖所示，縱向排列的)陶瓷氧化物纖維32，鋁或其合金34，外表面35，在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能的金屬36，可選擇的額外金屬(例如Ni)38和可選擇的金屬38的外表面37?；旧线B續(xù)的陶瓷氧化物纖維32在剖面線BB和CC間及剖面線DD和EE間基本上是平面的，在剖面線CC和DD間是彎曲的?？蛇x擇地，縱向排列的基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維在其全部長(zhǎng)度內(nèi)可以是非平面的。
例如參照?qǐng)D5，本發(fā)明的另一種第一種示例性金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(在某些實(shí)施方案中其也是本發(fā)明的示例性第二種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品)(插入物)50包括基本上連續(xù)(如圖所示，縱向排列的)陶瓷氧化物纖維52，鋁或其合金54，外表面55，在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能的金屬56，可選擇的額外金屬(例如Ni)58和可選擇的金屬58的外表面57，其中基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維52在其全部長(zhǎng)度內(nèi)是彎曲的?？捎珊笳卟迦胛镏瞥傻慕饘倩|(zhì)復(fù)合材料制品的例子是如圖6所示的金屬基質(zhì)復(fù)合材料環(huán)。環(huán)60包括鋁或其合金54及陶瓷氧化物纖維52(請(qǐng)參見圖5)。這種環(huán)例如用于高速旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生較大離心力的設(shè)備。
在另一個(gè)方面中，對(duì)于本發(fā)明的某些金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品而言，優(yōu)選或需要具有兩層、三層、四層或多層的基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維(即一層是至少一層基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選至少一層纖維束包括基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維))。各層可以任何方式彼此定向。各層彼此關(guān)系的例子表明在圖7和圖8中。參照?qǐng)D7，本發(fā)明的示例性第一種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(在某些實(shí)施方案中其也是本發(fā)明的示例性第二種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品)(插入物)70包括第一層和第二層基本上連續(xù)(如圖所示，縱向排列的)陶瓷氧化物纖維71和72，鋁或其合金74，外表面75，在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能的金屬76，可選擇的額外金屬(例如Ni)78和可選擇的金屬78的外表面77。第一層基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維71相對(duì)于第二層基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維72為45°，盡管取決于特定的應(yīng)用，一層與另一層的位差可以為大于0°至90°。在某些實(shí)施方案中，對(duì)某些應(yīng)用而言優(yōu)選的是一層相對(duì)于另一層約為30°～60°，或甚至例如約為40°～50°?？蛇x擇地，本發(fā)明的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品可以包括兩層或多層。
如圖8所示用基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維纏繞有益于一組纖維，其中金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(插入物)80包括繞基本上連續(xù)(如圖所示，縱向排列的)陶瓷氧化物纖維81螺旋纏繞的基本上連續(xù)(如圖所示，縱向排列的)陶瓷氧化物纖維82，鋁或其合金84，外表面85，在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能的金屬86，可選擇的額外金屬(例如Ni)88和可選擇的金屬88的外表面87。通過基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維層有益于性能的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的例子包括在使用時(shí)在兩個(gè)垂直軸周圍受到彎折力的制品。
通常，基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維其長(zhǎng)度至少為10cm(經(jīng)常至少為15cm、20cm、25cm或更大)。在本發(fā)明某些實(shí)施方案中中，基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維是纖維束的形式(即纖維束包括基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維)。通常，基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維束其長(zhǎng)度至少為10cm(經(jīng)常至少為15cm、20cm、25cm或更大)。
陶瓷氧化物纖維可包括基本上連續(xù)的縱向排列的陶瓷氧化物纖維或甚至基本上由其組成，其中″縱向排列″指纖維相對(duì)于纖維長(zhǎng)度通常是平行的排列。
在某些實(shí)施方案中，基本上連續(xù)增強(qiáng)陶瓷氧化物纖維被用于制備本發(fā)明的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，優(yōu)選其平均直徑至少約5微米。在某些實(shí)施方案中，平均纖維直徑不大于約200微米，更優(yōu)選不大于約100微米。對(duì)于纖維束而言，在某些實(shí)施方案中，平均纖維直徑優(yōu)選不大于約50微米，更優(yōu)選不大于約25微米。
在某些實(shí)施方案中，基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維其楊氏模量大于約70GPa，更優(yōu)選至少為100GPa，至少為150GPa，至少為200GPa，至少為250GPa，至少為300Gpa，或甚至至少為350GPa。
在某些實(shí)施方案中，盡管取決于特定的應(yīng)用可以使用較低平均抗張強(qiáng)度的纖維，但是基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維其平均抗張強(qiáng)度優(yōu)選至少約為1.4GPa，更優(yōu)選至少約為1.7GPa，甚至更優(yōu)選至少約為2.1Gpa，最優(yōu)選至少約為2.8GPa。
連續(xù)的陶瓷氧化物纖維商業(yè)上可以單根纖維或成組纖維(例如股或束)得到。股或束可以包括例如至少為420單根纖維/束，至少為760單根纖維/束，至少為2600單根纖維/束，或更大。在纖維領(lǐng)域中束是公知的，指以解開形式收集的多根(單根)纖維(通常至少為1 00根纖維，更通常至少為400根纖維)，而股指某種程度纏繞或繩狀結(jié)構(gòu)?？梢缘玫礁鞣N長(zhǎng)度過的包括陶瓷氧化物纖維束的陶瓷氧化物纖維。纖維的橫截?cái)嗝嫘螤羁梢允菆A形或橢圓形。
有用的陶瓷氧化物纖維實(shí)例包括α氧化鋁纖維，鋁硅酸鹽纖維和鋁硼硅酸鹽纖維。在閱讀說明書后，其他有用的陶瓷氧化物纖維對(duì)于本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員是清楚的。
制造氧化鋁纖維的方法在本領(lǐng)域中是公知的，包括美國(guó)專利4,954,462(Wood等人)中所述的方法。在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選氧化鋁纖維是多晶α氧化鋁基纖維，按理論氧化物計(jì)包括占氧化鋁纖維總重大于約99wt.％的Al2O3和約0.2-0.5wt.％的SiO2。在另一個(gè)方面中，在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選的多晶，α氧化鋁基纖維包括平均粒度小于1微米(更優(yōu)選小于0.5微米)的α氧化鋁。在另一個(gè)方面中，在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選的多晶α氧化鋁基纖維其平均抗張強(qiáng)度至少為1.6GPa(優(yōu)選至少為2.1GPa，更優(yōu)選至少為2.8GPa)。α氧化鋁纖維商業(yè)上例如可從3M Company of St.Paul，MN以商品名″NEXTEL 610″得到。另一種α氧化鋁纖維按纖維總重計(jì)包括約89wt.％的Al2O3，10wt.％ ZrO2和約1wt.％ Y2O3，商業(yè)上可從3M Company以商品名″NEXTEL 650″得到。
制備鋁硅酸鹽纖維的方法在本領(lǐng)域中是公知的，包括美國(guó)專利4,047,965(Karst等人)中所述的方法。在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選鋁硅酸鹽纖維按理論氧化物計(jì)包括占鋁硅酸鹽纖維總重約67～85wt.％的Al2O3和約33～15wt.％的SiO2。在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選的鋁硅酸鹽纖維按理論氧化物計(jì)包括占鋁硅酸鹽纖維總重約67～77wt.％的Al2O3和約33～23wt.％的SiO2。在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選的鋁硅酸鹽纖維按理論氧化物計(jì)包括占鋁硅酸鹽纖維總重約85wt.％的Al2O3和約15wt.％的SiO2。在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選的鋁硅酸鹽纖維按理論氧化物計(jì)包括占鋁硅酸鹽纖維總重約73wt.％的Al2O3和約27wt.％的SiO2。鋁硅酸鹽纖維商業(yè)上例如可從3M Company以商品名″NEXTEL 440″、″NEXTEL 720″和″NEXTEL 550″得到。
制備鋁硼硅酸鹽纖維的方法在本領(lǐng)域中是公知的，包括美國(guó)專利3,795,524(Sowman)中所述的方法。在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選鋁硼硅酸鹽纖維按理論氧化物計(jì)包括占鋁硼硅酸鹽纖維總重約35wt.％～75wt.％(甚至例如約55wt.％～75wt.％)的Al2O3；大于0wt.％(甚至例如至少約為15wt.％)并小于約50wt.％(或例如小于約45％、或甚至小于約44％)的SiO2；大于約5wt.％(或例如小于約25wt.％，小于約1wt.％～5wt.％或甚至小于約2wt.％～20wt.％)的B2O3。鋁硼硅酸鹽纖維商業(yè)上例如可從3M Company以商品名″NEXTEL 312″得到。
商業(yè)上可得到的基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維經(jīng)常包括在其制造中加到纖維中的有機(jī)膠料，以在處理中提供潤(rùn)滑性并保護(hù)纖維繩?？梢哉J(rèn)為膠料例如在轉(zhuǎn)化成織物過程中易于降低纖維的破損，降低靜電，降低灰塵量。例如可通過溶解或使其燃燒除去膠料。
在陶瓷氧化物纖維上帶有涂層也在本發(fā)明范圍內(nèi)。涂層例如可用于增強(qiáng)纖維的可濕性，減小或防止纖維和熔融金屬基材料之間的反應(yīng)。這種涂層和提供這種涂層的技術(shù)在纖維和金屬基質(zhì)復(fù)合材料領(lǐng)域中是公知的。
對(duì)于本發(fā)明的第三種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，插入物的鋁或鋁合金及第三種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的鋁或鋁合金通常是不同的，但也可相同。盡管用于制造包括本發(fā)明的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(包括插入物)的鋁和鋁合金可含有雜質(zhì)，但在某些實(shí)施方案中優(yōu)選是使用相對(duì)較純的金屬(即金屬包括小于0.1wt.％或甚至小于0.05wt.％的雜質(zhì)(即Fe、Si和/或Mg中的每一種小于0.25wt.％、0.1wt.％或甚至小于0.05wt.％))。盡管較高純度金屬對(duì)于制造較高抗張強(qiáng)度的材料是優(yōu)選的，但也可使用純度較低的金屬。
適合的鋁和鋁合金在商業(yè)上可得到。例如鋁可從Pittsburgh，PA的Alcoa以商品名″SUPER PURE ALUMINUM；99.99％ Al″得到。鋁合金(例如Al-2wt.％的Cu(0.03wt.％雜質(zhì))可從Belmont Metals，NewYork，NY得到。在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選的鋁合金例子包括含有至少98wt.％的Al的合金，含有至少1.5wt.％的Cu的鋁合金(例如按合金總重計(jì)，Cu的重量百分比為1.5～2.5、優(yōu)選為1.8～2.2的鋁合金)，200(例如A201.1鋁合金、201.2鋁合金、A206.0鋁合金和224.2鋁合金)，300(例如A319.1鋁合金、354.1鋁合金、355.2鋁合金和A356.1鋁合金)，和/或400(例如443.2鋁合金和444.2鋁合金)，700(例如713鋁合金)，6000(例如6061鋁合金)系列鋁合金。
盡管在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能的金屬其厚度在預(yù)定值之外也是可用的，但是如果厚度過低，那么插入物被預(yù)熱時(shí)，涂層擴(kuò)散，因而不能防止界面被氧化或有助于降低界面處的氧化，而過大厚度易于影響插入物的金屬和金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的金屬之間所需的粘結(jié)強(qiáng)度。用于沉積在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能的金屬的方法在本領(lǐng)域中是公知的，包括電鍍。
通常，可選擇的Ni的厚度大于約1微米，更通常大于2微米，或甚至大于3微米。在另一個(gè)方面中，通常這種金屬的厚度小于約10微米，更通常小于約5微米。盡管厚度在這些值之外也是可用的，但是如果厚度過低，那么涂層不能有助于在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能的金屬與插入物粘合，而過大厚度易于影響插入物的金屬和金屬基質(zhì)復(fù)合材料的金屬之間所需的粘結(jié)強(qiáng)度。在某些實(shí)施方案中，通過無電鍍沉積沉積Ni。
本發(fā)明的第一種或第二種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(插入物)例如可通過將多根連續(xù)的陶瓷氧化物纖維(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選是成組纖維(例如股或束))纏繞在用于金屬插入物設(shè)計(jì)并具有所需要的尺寸和形狀的心軸上來進(jìn)行制造。在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選地被纏繞的纖維經(jīng)膠料處理。示例性的膠料包括水(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選去離子水)，蠟(例如石蠟)，聚乙烯醇(PVA)。如果膠料是水，那么纖維通常纏繞在心軸上。纏繞完成后，從纏繞機(jī)上取下心軸，然后置于冷卻器中，直到纏繞的纖維凍結(jié)。根據(jù)需要可切割凍結(jié)的纏繞纖維。例如如果纖維繞由四個(gè)相鄰板組成的心軸纏繞，那么可取下矩形板，從而提供凍結(jié)的纖維預(yù)型件。預(yù)型件可被切成片，以提供較小的預(yù)型件。通常在形成金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(插入物)之前除去膠料?？赏ㄟ^例如將形成的纖維置于模具中(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選是石墨)，然后加熱模具來除去膠料。模具被用于制造金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(例如插入物)。
為形成金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(例如插入物)，如果有膠料，那么在除去膠料后，將模具置于罐中，通常是不銹鋼罐，優(yōu)選僅有一端開口。在某些實(shí)施方案中，罐的內(nèi)部?jī)?yōu)選用氮化硼或相似的材料涂覆，以在隨后的澆鑄過程中最小化鋁/鋁合金和罐之間的反應(yīng)，和/或加快金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品從模具釋放。罐和模具置于壓力澆鑄機(jī)的壓力容器內(nèi)。隨后，鋁和/或鋁合金(例如從鑄錠上切下來的多片鋁和/或鋁合金)置于罐的上部。然后抽空壓力容器，并加熱到高于鋁/鋁合金的熔點(diǎn)(通常高于液相線溫度約80℃～120℃)。一旦達(dá)到所需要的溫度，就關(guān)掉加熱器，然后通常用氬氣(或相似的惰性氣體)將壓力容器加壓到壓力約為8.5～9.5MPa，從而使熔融鋁/鋁合金滲入預(yù)型件。隨著溫度下降，壓力容器內(nèi)的壓力也緩慢下降。當(dāng)制品固化時(shí)(即其溫度降到低于約500℃)，通過氣體，從模具中取出澆鑄的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(例如插入物)，然后在空氣中進(jìn)一步冷卻。
通過例如在本領(lǐng)域中公知的其他技術(shù)也可制造金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(例如插入物)，包括模壓鑄造。對(duì)于模壓鑄造而言，例如形成的陶瓷氧化物纖維可置于模具中(例如鋼模)，燒掉任何存在的膠料，將熔融鋁/鋁合金加到模腔中，施加壓力，直到澆鑄制品固化完成。冷卻后，從模具中取出制得的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(例如插入物)。
制成的插入物可進(jìn)一步處理(例如噴砂和/或表面研磨(例如使用垂直軸金剛石研磨機(jī))，例如消除或降低插入物表面上的氧化。根據(jù)需要也可切割插入物，以提供所需要的形狀(包括用噴水機(jī)切割)。接下來，優(yōu)選用在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能的金屬涂覆金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(例如插入物)?？蛇x擇地，在涂覆在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能的金屬之前，將金屬如Ni涂覆到金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(例如插入物)上。使用Ni有助于金屬如Ag與插入物的粘合。
選擇特定的基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維、基質(zhì)材料、固持器等及制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的方法步驟，以提供具有所需要的性能的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品。例如為制備所需要的制品，選擇彼此及與制品制作方法充分相容的基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維和金屬基材料。在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選選擇包括本發(fā)明的金屬基質(zhì)復(fù)合材料區(qū)域的金屬，使得金屬基質(zhì)與基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維沒有明顯的化學(xué)反應(yīng)(即相對(duì)于熔融材料是相對(duì)化學(xué)惰性的)，從而例如不需要在纖維外部提供保護(hù)性涂層。
可使用本發(fā)明的插入物根據(jù)本領(lǐng)域中公知的方法來制備本發(fā)明的第三種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(例如模壓鑄造和永久工具重力澆注)?？梢允褂糜邢拊治?FEA)模型，例如確定陶瓷氧化物纖維的最佳位置和量，以滿足所需要的性能規(guī)格。這種分析也可被用于例如選擇插入物所用的尺寸、數(shù)量和位置。通常，在澆鑄前預(yù)熱插入物和/或模具。盡管不希望限于理論，但可以認(rèn)為預(yù)熱插入物有助于在插入物與第三種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的鋁和/或鋁合金間形成金屬粘結(jié)。在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選地插入物被預(yù)熱到500℃-600℃。在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選地模具被預(yù)熱到200℃-500℃。盡管澆鑄通常在空氣中進(jìn)行，但在其他氣氛中(例如氬氣)進(jìn)行澆鑄也在本發(fā)明范圍內(nèi)。
也可以使用FEA，以例如用于選擇澆鑄本發(fā)明的插入物和/或金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的澆鑄方法、澆鑄條件和/或模具設(shè)計(jì)。適合的FEA軟件可在商業(yè)得到，包括由UES，Annapolis，MD以商品名″PROCAST″出售的軟件。
如上所述，通常根據(jù)某些應(yīng)用來設(shè)計(jì)金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(包括插入物)，因而其需要具有某些性能、具有某些結(jié)構(gòu)并由某些材料制成等。通常，選擇模具或制造模具，以提供所需要形狀的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，從而提供網(wǎng)形或接近網(wǎng)形制品。網(wǎng)形或接近網(wǎng)形制品例如可最小化或取消對(duì)澆鑄的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品隨后加工或其他澆鑄后處理的需要。通常，制造模具或用來使插入物處于所需要的位置，使得基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維在制得的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品中處于適當(dāng)位置。制備適合腔體的方法和材料對(duì)本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員是公知的。用于制備特定模具的材料取決于例如用于制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的金屬。通常所用的模具材料包括石墨或鋼。
可選擇地，插入物固持器用于固持本發(fā)明的插入物。這種插入物固持器有助于在模具中放置插入物，從而有助于在制得的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品中放置插入物。在一個(gè)示例性實(shí)施方案，該插入物固持器包括至少一個(gè)用于固定至少一個(gè)插入物的部分，其中該插入物固持器包括選自鋁、其合金(例如200、300、400、700和/或6000系列(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選6000系列)鋁合金)及其組合的第一種金屬。在某些實(shí)施方案中，該插入物固持器包括外表面及在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能的第一種金屬的外表面上的第二種金屬，其中該第二種金屬其厚度至少為8微米(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選為10微米、12微米或甚至15微米；更優(yōu)選為12～15微米；在另一個(gè)方面中，通常小于20微米)。
其中帶有插入物的示例性固持器如圖19和圖19A所示。參照?qǐng)D19，制品10包括固持器191及用于固定本發(fā)明的插入物193A、193B和193C的部分192A、192B、192C和192D。參照?qǐng)D19A，固持器191包括鋁和/或其合金194、外表面195、在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能的可選擇的金屬197、可選擇的額外金屬(例如Ni)196及可選擇的金屬196的外表面198。
對(duì)于示例性插入物固持器的額外細(xì)節(jié)，請(qǐng)參見2002年8月20日提交的共同未決的申請(qǐng)U.S.60/404,729。
此外，令人驚訝的是，本發(fā)明的第一種或第二種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(插入物)的實(shí)施方案可用于制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中模具中的熔融金屬在熔融態(tài)小于75秒(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選小于60秒)。盡管在模具中保持熔融金屬在熔融態(tài)較長(zhǎng)時(shí)間也是可用的，但優(yōu)選較短時(shí)間(即小于75秒)，盡管不希望限于理論，但是可以認(rèn)為較長(zhǎng)時(shí)間會(huì)使插入物變形。在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選在澆鑄本發(fā)明的第三種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品過程中插入物沒有明顯變形(即插入物在澆鑄前具有第一種外部尺寸結(jié)構(gòu)(即尺寸和形狀)，澆鑄后具有第二種外部尺寸形狀，其中第一種和第二種外部尺寸結(jié)構(gòu)相同，且其中可以理解的是在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能的金屬和可選擇的金屬如Ni易于擴(kuò)散進(jìn)澆鑄金屬的金屬中(及可能的插入物的金屬中))。
對(duì)于在插入物和插入物周圍的金屬鑄件界面處的氧化高于所需水平的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品而言，可以使用熱等靜壓(HIPing)進(jìn)一步處理制品，以降低或避免不需要的氧化。HIPing也可用于降低金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品中的多孔性。HIPing技術(shù)在本領(lǐng)域中是公知的。可用于本發(fā)明實(shí)施方案的HIPing溫度、壓力和時(shí)間的實(shí)例分別包括500℃～600℃，25Mpa～50Mpa，4～6小時(shí)。也可以使用這些范圍之外的溫度、壓力和時(shí)間。較低溫度易于例如提供較小的壓實(shí)性和/或提高HIPing時(shí)間，而較高溫度使金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品變形。較低壓力易于例如提供較小的壓實(shí)性和/或提高HIPing時(shí)間，而較高壓力可能是不需要的，或在某些情況下甚至?xí)p壞金屬基質(zhì)制品。較短時(shí)間易于例如提供較小的壓實(shí)性，而較長(zhǎng)時(shí)間可能是不需要的。
對(duì)于制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的示例性插入物和方法的其他細(xì)節(jié)，請(qǐng)參見2002年8月20日提交的共同未決的申請(qǐng)U.S.60/404,704。
在閱讀說明書后，制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的其他方法對(duì)本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員是清楚的。
本發(fā)明的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品可以包括多于一組(例如兩組、三組等)的基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維，其中一組基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維與另一組用其間將基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維固定在適當(dāng)位置的金屬隔開。例如參照?qǐng)D9，本發(fā)明的第一種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(在某些實(shí)施方案中其也是本發(fā)明的示例性第二種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品)(插入物)90包括基本上連續(xù)的(如圖所示，縱向排列的)陶瓷氧化物纖維92的組93A，93B和93C，鋁或其合金94，外表面95，在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能的金屬96，可選擇的額外金屬(例如Ni)98和可選擇的金屬98的外表面97。
根據(jù)下面至少為100MPa(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選至少為125MPa，至少為150MPa，至少為175或甚至至少為180MPa)的″結(jié)合強(qiáng)度峰值測(cè)試″，本發(fā)明某些金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的實(shí)施方案在使用的插入物或固持器(即取決于測(cè)試哪一種)與插入物周圍的鋁或鋁合金鑄件間具有″結(jié)合強(qiáng)度峰值″。壓縮剪切測(cè)試裝置的示意圖如圖9所示，其中壓縮剪切測(cè)試裝置140包括推出工具141、測(cè)試樣品142、支撐塊143和100,000牛頓(22,482磅)的壓縮負(fù)載元件147。待測(cè)試的金屬基質(zhì)復(fù)合材料其橫截面垂直于所使用的插入物或固持器的縱軸；插入物的橫截面厚度為1.16cm(0.46英寸)，固持器的橫截面厚度為0.4cm，直徑均為2.5cm(1英寸)。
推出工具141包括接觸所用插入物或固持器144及測(cè)試樣品142的相應(yīng)橫截面，但是推出工具141的橫截面積小10％(即推出工具141與所用插入物或固持器144的橫截面形狀相同，推出工具144的橫截面尺寸更小)。推出工具141夾在液壓卡盤的上夾爪145中，液壓為10.34MPa(1500磅/平方英寸)。支撐塊143直徑為2.54cm(1.0英寸)，沉孔深0.15cm(0.06英寸)。1.1cm(0.435英寸)直徑的通孔設(shè)在液壓卡盤146底部的張開夾爪145的上部。
待測(cè)試樣品142放在支撐塊143上，并套在沉孔、所用插入物或固持器、通孔中心。升高液壓卡盤146的底部148，直到在待推動(dòng)的上部推出工具141和所用插入物或固持器間的空隙(即待測(cè)試樣品144)為0.025cm(0.01英寸)。然后利用推出工具141的匹配尖端手動(dòng)水平和旋轉(zhuǎn)地滑動(dòng)支撐塊143，以目測(cè)定位在測(cè)試樣品中露出的所用插入物或固持器，直到兩個(gè)元件的橫截面匹配。
然后通過朝向固定的推出工具141以0.05cm(0.020英寸)/分鐘的速率向上移動(dòng)較低的液壓卡盤進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)監(jiān)測(cè)負(fù)載和偏轉(zhuǎn)。從而所用插入物或固持器與固定的推出工具表面接觸，將其間的接觸力記錄成位移的函數(shù)。在到達(dá)峰值力之后立即停止測(cè)試，總偏轉(zhuǎn)約為0.05cm(0.020英寸)。
測(cè)試完成后，用光學(xué)顯微鏡以100X的放大倍率檢測(cè)樣品，以驗(yàn)證所用的測(cè)試插入物或固持器和推出尖端完全對(duì)齊，使得其橫截面重疊。
使用下式計(jì)算平均剪切應(yīng)力平均剪切應(yīng)力＝(第一滑程時(shí)的負(fù)載，N lbs.)/(插入物和鋁合金間的接觸面積，m2(in2))。
負(fù)載被繪制成插入物位移的函數(shù)。推出曲線不連續(xù)處的負(fù)載是結(jié)合強(qiáng)度峰值(即在插入物或固持器與所用插入物或固持器周圍的鋁或鋁合金鑄件的界面處的是原始滑程)。
使用有限元分析(FEA)計(jì)算結(jié)合強(qiáng)度峰值。有限元分析(FEA)軟件(從Ansys Inc.，Canonsburg，PA以商品名″ANSYS″得到)被用來模擬所用插入物或固持器，表明結(jié)合強(qiáng)度峰值與測(cè)得的平均剪切應(yīng)力比值約為3.0。
FEA的計(jì)算如下。創(chuàng)建測(cè)試樣品的有限元幾何模型。所用插入物或固持器與尺寸為0.02cm×0.02cm×0.05cm(0.01英寸×0.01英寸×0.02英寸)的立方體元件組成網(wǎng)，除了所用插入物或固持器的上部，在所有方向上網(wǎng)格大小為0.02cm。所用插入物或固持器周圍的鋁/鋁合金鑄件與立方體組成網(wǎng)，在模擬的測(cè)試樣品中該立方體接近所用插入物或固持器的側(cè)面為0.05cm(0.02英寸)，其他處為0.10cm(0.04英寸)。FEA軟件計(jì)算沿著所用插入物或固持器表面各點(diǎn)處的剪切應(yīng)力，施加的壓力為533.3MPa(相應(yīng)于推出測(cè)試負(fù)載為2900磅)。計(jì)算確定穿過所用插入物或固持器表面各點(diǎn)的剪切應(yīng)力峰值和穿過所用插入物表面或固持器表面的剪切應(yīng)力平均值。結(jié)合強(qiáng)度峰值與平均剪切應(yīng)力的比值約為3∶1。
本發(fā)明的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(包括第一種和第二種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品)可以是各種形狀，包括桿狀(包括圓形、矩形或正方形橫截面的桿狀)、I-條狀、L-形狀或管狀。本發(fā)明的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(包括第一種和第二種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品)可拉長(zhǎng)，并具有基本上恒定的橫截面積。
本發(fā)明的第一種和/或第二種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的某些實(shí)施方案的優(yōu)選用途是在鋁或其合金基質(zhì)復(fù)合材料制品中作為增強(qiáng)物。這種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的實(shí)例表明在圖4A、圖4B、圖4C和圖4D。機(jī)動(dòng)車輛(例如小汽車、運(yùn)動(dòng)型多用途車、貨車或卡車)用的制動(dòng)鉗40包括鋁或其合金42和本發(fā)明的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(插入物)30(請(qǐng)參見圖3)，該制品混合有基本上連續(xù)(如圖所示，縱向排列的)陶瓷氧化物纖維48。圖4C和圖4D分別是圖4B沿線FF和GG的剖視圖。在圖4C和圖4D中，制動(dòng)鉗40包括鋁或其合金42和本發(fā)明的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(插入物)30。
帶有本發(fā)明第一種和/或金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的制動(dòng)鉗的另一種示例性結(jié)構(gòu)及使用該制動(dòng)鉗的機(jī)動(dòng)車輛(例如小汽車、運(yùn)動(dòng)型多用途車、貨車或卡車)用制動(dòng)系統(tǒng)表明在圖10A和圖10B。機(jī)動(dòng)車輛用的盤式制動(dòng)器的例子包括轉(zhuǎn)子；置于轉(zhuǎn)子的相對(duì)側(cè)并可移動(dòng)而與其配合制動(dòng)的內(nèi)制動(dòng)片和外制動(dòng)片；用于使內(nèi)制動(dòng)片靠近轉(zhuǎn)子的活塞；及制動(dòng)鉗，其包括在轉(zhuǎn)子一側(cè)上具有用于容納該活塞的圓柱體的主體元件，位于轉(zhuǎn)子另一側(cè)并用于支撐外制動(dòng)片的臂狀元件，及在該主體元件和該臂狀元件間延伸穿過該轉(zhuǎn)子平面的橋。
參照?qǐng)D10A和圖10B，盤式制動(dòng)器組件100包括制動(dòng)鉗殼體101，其由主體元件102、臂狀元件104及連接主體元件102一端與臂狀元件104另一端的橋106組成。主體元件102其中包括通常為圓柱形的凹部103，其可滑動(dòng)地接收活塞105，以壓縮內(nèi)制動(dòng)片107。臂狀元件104的內(nèi)表面195支撐與內(nèi)制動(dòng)片107相對(duì)的外制動(dòng)片109。制動(dòng)轉(zhuǎn)子196與汽車的輪子相連(圖未示)，并分別位于內(nèi)制動(dòng)片107和外制動(dòng)片109之間。插入物200包括鋁或其合金204。界面209在插入物200和鋁或其合金208之間，其中在高于至少200℃時(shí)為正Gibbs氧化自由能的金屬(可選擇地額外金屬(例如Ni))在界面209中的平均量高于在鋁或其合金208中的。
液壓活塞105或施以其他動(dòng)力使內(nèi)制動(dòng)片107靠近轉(zhuǎn)子196的一側(cè)，而反作用力使制動(dòng)鉗殼體101漂浮，從而使外制動(dòng)片109與轉(zhuǎn)子196的另一側(cè)配合，這在本領(lǐng)域中是公知的。
本發(fā)明另一種示例性的制動(dòng)鉗表明在圖11中，其中制動(dòng)鉗110包括鋁和/或其合金111和插入物10。
使用本發(fā)明的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制動(dòng)鉗的盤式制動(dòng)器實(shí)例包括本發(fā)明的第一種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，包括固定、浮動(dòng)和滑動(dòng)型。關(guān)于制動(dòng)鉗和制動(dòng)系統(tǒng)的額外細(xì)節(jié)例如公開于美國(guó)專利4,705,093(Ogino)和5,234,080(Pantale)中。
本發(fā)明的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的其他實(shí)例可由本發(fā)明的第一種和/或第二種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品制成，其包括自動(dòng)元件(例如自動(dòng)控制臂和自動(dòng)活塞銷)和槍用元件(如步槍鋼襯用的槍筒)。
在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(即本發(fā)明的第一種和/或第二種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，及由本發(fā)明的第一種和/或第二種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品制成的本發(fā)明的第三種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品)在包括基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維的區(qū)域中包括按區(qū)域總體積計(jì)約70～30％(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選約60～35％或甚至約45～35％)體積的金屬及約30～70％(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選約40～65％或甚至約55～65％)體積的基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維。在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選本發(fā)明的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品(即本發(fā)明的第一種和/或第二種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，及由本發(fā)明的第一種和/或第二種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品制成的本發(fā)明的第三種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品)在包括基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維的區(qū)域中包括按區(qū)域總體積計(jì)約50％體積的基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維。
在某些實(shí)施方案中，插入物包括基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維，包括按插入物總體積計(jì)約30～70％(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選約35～60％或甚至約35～45％)體積的金屬及約70～30％(在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選約65～40％或甚至約65～55％)體積的基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維。在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選插入物包括按插入物總體積計(jì)至少為50％體積的基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維。
本發(fā)明可由下面的實(shí)施例進(jìn)一步闡明，但在實(shí)施例中所述的特定材料、其量及其他條件和細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為不適當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明。本發(fā)明的各種修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員是顯然的。除非另有所指，所有的份數(shù)和百分比是以重量計(jì)的。
實(shí)施例實(shí)施例1本發(fā)明兩個(gè)鋁基質(zhì)復(fù)合材料插入物的制備如下。使用去離子水膠料纏繞連續(xù)α氧化鋁纖維束(從3M Company，St.Paul，MN以商品名“NEXTEL 610”得到；3,000denier；楊氏模量約為370GPa；平均抗張強(qiáng)度約為3GPa；平均直徑為11微米)，其中在纏繞到四面的20.3cm(8-英寸)正方形心軸上之前立即在水浴中浸漬纖維束，以制備纖維體積裝填為65％的纖維預(yù)型件。施加張力(約75克，用張力儀(從Tensitron，Boulder CO以商品名″CERTEN″得到)測(cè)定)纏繞纖維，從而形成四個(gè)矩形的預(yù)型板(10.2cm(4英寸)×20.3cm(8英寸)×0.29cm(0.115英寸)厚)。然后將心軸置于-40℃(-40F)冷卻器中，使水冷凍，并穩(wěn)定制得的預(yù)型件。當(dāng)凍結(jié)時(shí)，將預(yù)型板切成7.6cm×15.2cm(3英寸×6英寸)的預(yù)型件。
使用石墨模具組件(從Schunk Graphite Technology，Inc.，Menomonie Falls，WI得到)澆鑄鋁基質(zhì)復(fù)合材料板。石墨模具的寬度為9.64cm，長(zhǎng)度為15.24cm，高度為4.90cm。模具包括四個(gè)插入物狹槽，狹槽的中心間距為0.89cm。用石墨顆粒的水性分散體(從AchesonColloids Company，Port Huron，MI以商品名″AQUADAG″得到)涂覆石墨模具組件。將四個(gè)凍結(jié)的7.6cm×15.2cm預(yù)型件置于石墨模具組件中，四個(gè)腔體的每個(gè)腔體中一個(gè)預(yù)型件。然后將其中裝有預(yù)型件的模具組件置于120℃(250°F)的烘箱中約16小時(shí)，直到預(yù)型件中的水蒸發(fā)完。
然后將模具組件置于不銹鋼罐中(長(zhǎng)度102mm，寬度53mm，高度500mm)，其一端開口，內(nèi)部用氮化硼懸浮液(從ZYP Coatings Inc.，Oak Ridge，TN以商品名″RS 1000″得到)涂覆。盡管不希望限于理論，但可以認(rèn)為氮化硼涂層可抑制在后面的澆鑄過程中不銹鋼和熔融鋁間的反應(yīng)。
涂層干燥后，然后將2500克鋁-2％銅合金錠(切成兩塊，每塊5.1cm×2.5cm×30.5cm(1英寸×2英寸×12英寸))(從Belmont Metal，NewYork，NY以商品名″1980-A″得到)置于組件上部的不銹鋼罐中。將K型熱電偶(從Omega Engineering Inc.，Stamford，CT得到)置于模具組件上部，以監(jiān)測(cè)澆鑄過程中鋁-2％銅熔融體的溫度。固定桿固定在石墨組件上部，以防止在澆鑄過程中組件在熔融鋁中漂動(dòng)。然后將不銹鋼罐置于壓力澆鑄機(jī)(從Process Engineering Technologies，Plaistow，NH得到)的壓力容器內(nèi)部，并閉壓力容器。壓力澆鑄容器的尺寸約為16.9cm(內(nèi)徑)×88.9cm(長(zhǎng)度)。
然后用真空泵抽空關(guān)閉的澆鑄容器，直到壓力小于1torr。然后打開壓力澆鑄機(jī)的電爐電源，將石墨模具組件和Al-2％的Cu合金錠加熱到溫度為710℃(高于合金熔點(diǎn)約100℃)。平均加熱速率約為340℃/小時(shí)。到達(dá)熔融溫度710℃后，關(guān)閉電爐電源，關(guān)閉容器真空閥，從而將容器與真空泵隔開。
然后打開與加壓的瓶裝氬氣槽連接的低壓力閥，從而用氬氣回填容器，至初始低壓力為1.79MPa(260psi)。當(dāng)?shù)竭_(dá)此壓力時(shí)，關(guān)閉低壓力閥，打開高壓力氬氣閥，直到壓力為8.96MPa(1300psi)。將壓力保持在8.96MPa±1％(1300psi±15psi)達(dá)15-20分鐘，從而使熔融鋁-2％銅合金完全滲入預(yù)型件中。
接下來，降低壓力，溫度降至500℃。當(dāng)溫度低于500℃時(shí)，打開容器排氣閥，將氬氣通到大氣中。然后打開容器，取出不銹鋼罐。將模具組件與罐分開，從石墨模具中取出四個(gè)鑄鋁基質(zhì)復(fù)合材料板。
用垂直軸金剛石研磨機(jī)(#11 Blanchard研磨機(jī)，從PrecisionInstruments，Minneapolis，MN得到)對(duì)鑄板進(jìn)行表面研磨至厚度為0.25cm(0.1英寸)。然后沿縱向切割鑄板至寬度為0.94cm(0.37英寸)，從而得到15.2cm(6英寸)×0.95cm(0.375英寸)×0.25cm(0.1英寸)的鑄板。
然后兩個(gè)鑄板的表面處理/涂覆如下。兩個(gè)鑄板用100粒度的研磨輪(從Norton Company，Worcester，MA以商品名″DIAMDONDWHEEL，ASD100″得到)研磨，并用標(biāo)準(zhǔn)漆沖淡劑(從HCI，St.Paul，MN以Grade 401得到)清洗，用毛巾紙涂擦，直到?jīng)]有可看到的殘?jiān)粡谋砻娉ァ?br> 將兩個(gè)制得的鑄板經(jīng)無電鍍沉積涂覆約3微米的鎳(通過Co-Operative Plating Co.，St.Paul，MN)，然后電鍍約12微米的銀。
實(shí)施例1的插入物在550x放大倍率時(shí)的拋光橫截面的光學(xué)顯微照片表明在圖12中。插入物120包括鋁-2％銅基質(zhì)124，氧化鋁(″NEXTEL 610″；直徑約11微米)纖維122，鎳涂層128和銀涂層126。
每個(gè)帶鍍層的插入物在空氣中預(yù)熱15分鐘至溫度約為750℃。然后將加熱的插入物放入鋼模腔中。參照?qǐng)D13，模具130包括基座132(9.8cm×9.8cm×14cm(3.9英寸×3.9英寸×5.5英寸))，其帶有插入物用的矩形狹槽134(1.3cm×0.25cm(0.5英寸×0.1英寸))，及上部元件136(7.3cm×7.3cm×12.7cm(29英寸×2.9英寸×5.0英寸))。上部元件136包括腔體138，其直徑為2.54cm(1英寸)，深度為10.2cm(4英寸)。用氮化硼隔離劑(從The Carborundum Corp.，Amherst，NY以商品名″COMBAT BORON NITRIDE AEROSOL SPRAY CC-18″得到)涂覆上部元件136，然后預(yù)熱至約300℃。在4秒內(nèi)，將溫度約為735℃的熔融鋁合金(從Alcan Inc.，Montreal，Quebec以商品名″A356″得到)沿插入物倒入鋼模腔中，進(jìn)行固化。當(dāng)溫度冷卻到約500℃時(shí)，從模腔中取出插入物和澆鑄組件。
實(shí)施例1a和實(shí)施例1b中制得的兩個(gè)鋁基質(zhì)復(fù)合材料分成1.16cm(0.46英寸)×2.5cm(1英寸)直徑的測(cè)試樣品。各部分沿垂直于插入物縱軸的方向切割。
進(jìn)行壓縮剪切測(cè)試，以測(cè)定插入物與插入物周圍的鋁鑄件間的″結(jié)合強(qiáng)度″。壓縮剪切測(cè)試裝置的示意圖如圖14所示，其中壓縮剪切測(cè)試裝置140包括推出工具141、測(cè)試樣品142、支撐塊143和100,000牛頓(22,482磅)的壓縮負(fù)載元件147。
推出工具141包括接觸插入物144及測(cè)試樣品142的橫截面2.36mm×9.37mm(0.0930英寸×0.3690英寸)。推出工具141夾在液壓卡盤的上夾爪145中，液壓為10.34MPa(1500磅/平方英寸)。支撐塊143直徑為2.54cm(1.0英寸)，沉孔深0.15cm(0.06英寸)。1.1cm(0.435英寸)直徑的通孔設(shè)在液壓卡盤146底部的張開夾爪145的上部。
待測(cè)試樣品142放在支撐塊143上，并套在沉孔、插入物、通孔中心。升高液壓卡盤146的底部148，直到在待推動(dòng)的上部推出工具141和插入物間的空隙(即待測(cè)試樣品144)為0.025cm(0.01英寸)。然后利用推出工具141的匹配尖端手動(dòng)水平和旋轉(zhuǎn)地滑動(dòng)支撐塊143，以目測(cè)定位在測(cè)試樣品中露出的插入物，直到兩個(gè)元件的橫截面匹配。
然后通過朝向固定的推出工具141以0.05cm(0.020英寸)/分鐘的速率向上移動(dòng)較低的液壓卡盤進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)監(jiān)測(cè)負(fù)載和偏轉(zhuǎn)。從而插入物與固定的推出工具表面接觸，將其間的接觸力記錄成位移的函數(shù)。在達(dá)到峰值力及總偏轉(zhuǎn)約為0.05cm(0.020英寸)之后立即停止測(cè)試。
測(cè)試完成后，用光學(xué)顯微鏡以100X的放大倍率檢測(cè)樣品，以驗(yàn)證測(cè)試插入物和推出尖端完全對(duì)齊，使得其橫截面重疊。
使用下式計(jì)算平均剪切應(yīng)力平均剪切應(yīng)力＝(第一滑程時(shí)的負(fù)載，N(lbs.))/(插入物和鋁合金間的接觸面積，m2(in2))。
負(fù)載被繪制成插入物的位移的函數(shù)。推出曲線中斷處的負(fù)載記于下表中，實(shí)施例1a中13046N(2933磅)和實(shí)施例1b中6112N(1374磅)，在插入物與插入物周圍的鋁鑄件的界面處的負(fù)載是原始滑程。
表
″結(jié)合強(qiáng)度峰值″也記錄于上表中。使用有限元分析(FEA)計(jì)算結(jié)合強(qiáng)度峰值。有限元分析(FEA)軟件(從Ansys Inc.，Canonsburg，PA以商品名″ANSYS″得到)被用來模擬所用插入物，表明結(jié)合強(qiáng)度峰值與測(cè)得的平均剪切應(yīng)力比值約為3.0。
FEA的計(jì)算如下。創(chuàng)建測(cè)試樣品的有限元幾何模型。插入物與尺寸為0.02cm×0.02cm×0.05cm(0.01英寸×0.01英寸×0.02英寸)的立方體元件組成網(wǎng)，除了插入物的上部，在所有方向上網(wǎng)格大小為0.02cm。鋁與立方體組成網(wǎng)，在模擬的測(cè)試樣品中該立方體接近插入物的側(cè)面為0.05cm(0.02英寸)，其他處為0.10cm(0.04英寸)。FEA軟件計(jì)算沿著所用插入物或固持器表面各點(diǎn)處的剪切應(yīng)力，施加的壓力為533.3MPa(相應(yīng)于推出測(cè)試負(fù)載為2900磅)。計(jì)算確定穿過插入物表面各點(diǎn)的剪切應(yīng)力峰值為140Mpa，穿過插入物表面的剪切應(yīng)力平均值為45.8MPa。結(jié)合強(qiáng)度峰值與平均剪切應(yīng)力的比值約為3∶1。
原始滑程時(shí)的負(fù)載、相應(yīng)的平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值也記錄于上表中(其中對(duì)每個(gè)實(shí)施例是定量樣品的平均值)。
實(shí)施例2按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試兩個(gè)實(shí)施例2(即實(shí)施例2a和2b)的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了在涂覆前使用400粒度研磨輪(從NortonCompany以商品名″DIAMOND WHEEL，ASD400″得到)研磨插入物，及插入物和模具被分別預(yù)熱至550℃和250℃。
實(shí)施例2a和2b的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
實(shí)施例3按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試兩個(gè)實(shí)施例3(即實(shí)施例3a和3b)的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了在涂覆前使用50-微米直徑玻璃珠(從AbrasiveSystems，Inc.，Maple Grove，MN得到)通過噴砂研磨樣品，帶鍍層的插入物和模具被分別預(yù)熱至550℃和250℃，熔融鋁合金被加熱至760℃。
實(shí)施例3的壓縮剪切強(qiáng)度是在負(fù)載時(shí)插入物位移的函數(shù)，曲線圖表明在圖15中。推出曲線中斷處的負(fù)載記作標(biāo)號(hào)151。在插入物與插入物周圍的鋁鑄件的界面處的中斷是原始滑程。實(shí)施例3a和3b的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
然后用半自動(dòng)金相研磨/拋光裝置(從Struers，Inc，Cleveland，OH以商品名″ABRAMIN″得到)拋光實(shí)施例3的一個(gè)樣品。拋光速度為150rpm。按下面連續(xù)的6個(gè)步驟進(jìn)行拋光。拋光力是 150N，除了步驟6是250N-步驟1使用120粒度的碳化硅紙(從Pace Technologies，Northbrook，IL得到)將樣品拋光45秒，同時(shí)在拋光過程中連續(xù)自動(dòng)地將水滴到研磨襯墊上。拋光后，用水徹底清洗樣品。
-步驟2使用220粒度的碳化硅紙(從Pace Technologies得到)將樣品拋光45秒，同時(shí)在拋光過程中連續(xù)自動(dòng)地將水滴到研磨襯墊上。拋光后，用水徹底清洗樣品。
-步驟3使用600粒度的碳化硅紙(從Pace Technologies得到)將樣品拋光45秒，同時(shí)在拋光過程中連續(xù)自動(dòng)地將水滴到研磨襯墊上。拋光后，用水徹底清洗樣品。
-步驟4使用拋光襯墊(從Struers，Inc.以商品名″DP-MOL″得到)將樣品拋光4.5分鐘，其用周期性滴下的潤(rùn)滑劑(從Struers以商品名″PURON，DP-LUBRICANT″得到)輕微潤(rùn)濕并用6微米的金剛石粗砂(從Struers以商品名″DP-SPRAY，P-6μm″得到)噴射1秒。拋光后，用水徹底清洗樣品。
-步驟5使用拋光襯墊(″DP-MOL″)將樣品拋光4.5分鐘，其用周期性滴下的潤(rùn)滑劑(從Struers以商品名″PURON，DP-LUBRICANT″得到)輕微潤(rùn)濕并用3微米的金剛石粗砂(從Struers以商品名″DP-SPRAY，P-3μm″得到)噴射1秒。拋光后，用水徹底清洗樣品。
-步驟6使用多孔合成拋光布(從Struers以商品名″OP-CHEM″得到)將樣品拋光4.5分鐘，通過用手將水和硅膠懸浮液(從Struers以商品名″OP-SSUSPENSION″得到)倒在布上來潤(rùn)濕。在拋光的最后5秒中用水洗滌樣品。拋光后，干燥樣品。
檢測(cè)實(shí)施例3的拋光橫截面(請(qǐng)參見圖16)，在插入物基質(zhì)166和澆鑄合金163間的界面162處沒有明顯的邊界，在鎳或銀中沒有不連續(xù)層，兩種鋁合金(即插入物的鋁合金166和包括插入物的鋁基質(zhì)復(fù)合材料的鋁合金163)有限度地混合，混合深度為幾個(gè)纖維直徑。
實(shí)施例4按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試兩個(gè)實(shí)施例4(即實(shí)施例4a和4b)的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了模具被預(yù)熱至250℃，該插入物被預(yù)熱至550℃，熔融鋁合金被加熱至760℃。
實(shí)施例4a和4b的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
實(shí)施例5按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試兩個(gè)實(shí)施例5(即實(shí)施例5a和5B)的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了在涂覆前使用400粒度研磨輪(″DIAMONDWHEEL，ASD400″)研磨該插入物，模具被預(yù)熱至250℃，熔融鋁合金被加熱至760℃。
實(shí)施例5的兩個(gè)樣品的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
實(shí)施例6
按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試兩個(gè)實(shí)施例6(即實(shí)施例6a和6b)的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了按實(shí)施例3所述的在涂覆前通過噴砂研磨插入物，模具被預(yù)熱至250℃，熔融鋁合金被加熱至760℃。
實(shí)施例6a和6b的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
實(shí)施例7按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試兩個(gè)實(shí)施例7(即實(shí)施例7a和7b)的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了模具被預(yù)熱至250℃，熔融鋁合金被加熱至760℃。
實(shí)施例7的壓縮剪切強(qiáng)度是在負(fù)載時(shí)插入物位移的函數(shù)，測(cè)試的兩個(gè)樣品中一個(gè)樣品的曲線圖表明在圖15中。推出曲線中斷處的負(fù)載記作標(biāo)號(hào)153，其是兩個(gè)樣品的平均值。在插入物與插入物周圍的鋁鑄件的界面處的中斷是原始滑程。實(shí)施例7a和7b的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
實(shí)施例8按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試兩個(gè)實(shí)施例8(即實(shí)施例8a和8B)的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了按實(shí)施例3所述的在涂覆前通過噴砂研磨插入物，模具被預(yù)熱至550℃，熔融鋁合金被加熱至760℃。
實(shí)施例8a和8b的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
實(shí)施例9按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試兩個(gè)實(shí)施例9(即實(shí)施例9a和9b)的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了在涂覆前使用400粒度研磨輪(“DIAMONDWHEEL，ASD400”)研磨該插入物，模具被預(yù)熱至500℃，熔融鋁合金被加熱至760℃。
實(shí)施例9a和9b的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
實(shí)施例10按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試兩個(gè)實(shí)施例10(即實(shí)施例10a和10b)的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了模具被預(yù)熱至500℃，熔融鋁合金被加熱至760℃。
實(shí)施例10的鋁基質(zhì)復(fù)合材料分成1.16cm(0.46英寸)×2.5cm(1英寸)直徑的測(cè)試樣品。其中一片的橫截面表明在圖18，其中鋁基質(zhì)復(fù)合材料制品180包括鋁181和插入物182，該插入物包括鋁-2％銅合金及α氧化鋁(″NEXTEL 610″)纖維。
實(shí)施例10a和10b的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
實(shí)施例11按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試兩個(gè)實(shí)施例11(即實(shí)施例11a和11b)的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了在涂覆前平行于插入物長(zhǎng)度的槽通過金剛石研磨切成表面，模具被預(yù)熱至500℃，熔融鋁被加熱至760℃。各槽約0.17mm深×0.3mm寬，間距為0.62mm。
實(shí)施例11a和11b的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
實(shí)施例12
按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試兩個(gè)實(shí)施例12(即實(shí)施例12a和12b)的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了在涂覆前垂直于插入物長(zhǎng)度的槽通過金剛石研磨切成表面，模具被預(yù)熱至500℃，熔融鋁合金被加熱至760℃。各槽約0.17mm深×0.3mm寬，間距為0.62mm。
實(shí)施例12a和12b的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
比較例A按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試兩個(gè)比較例A(即比較例A1和A2)的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了插入物未被涂覆，模具被預(yù)熱至500℃。
比較例A1和A2的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
比較例B按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試三個(gè)比較例B(即比較例B1、B2和B3)的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了插入物未被涂覆，模具被預(yù)熱至400℃。
比較例B1、B2和B3的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
比較例C按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試兩個(gè)比較例C(即比較例C1和C2)的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了插入物未被涂覆，插入物表面用400粒度研磨輪(″DIAMOND WHEEL，ASD400″)研磨，該插入物被預(yù)熱至193℃。
比較例C1和C2的第一滑程時(shí)的平均負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
比較例D按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試兩個(gè)比較例D(即比較例D1和D2)的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了插入物未被涂覆，插入物被預(yù)熱至193℃。
比較例D1和D2的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
比較例E按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試比較例E的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了插入物未被涂覆。
比較例E的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
比較例F按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試三個(gè)比較例F(即比較例F1、F2和F3)的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了插入物未被涂覆，使用400粒度研磨輪(″DIAMOND WHEEL，ASD400″)研磨插入物。
比較例F1、F2和F3的三個(gè)樣品的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
比較例G按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試三個(gè)比較例G(即比較例G1、G2和G3)的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了插入物未被涂覆，按實(shí)施例3所述的噴砂插入物表面。
比較例G1、G2和G3的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
比較例H按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試兩個(gè)比較例H(即比較例H1和H2)的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了插入物未被涂覆，按實(shí)施例3所述的噴砂插入物表面，模具被預(yù)熱至400℃。
按實(shí)施例3所述的拋光比較例H的一個(gè)樣品。檢測(cè)比較例H的拋光橫截面(請(qǐng)參見圖17)，在插入物基質(zhì)186和澆鑄合金183的界面182處表現(xiàn)出明顯的邊界，被認(rèn)為是氧化物層。
比較例H1和H2的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
比較例I按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試比較例I的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了用約12微米的鎳涂覆插入物，插入物未預(yù)熱。
比較例I的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
比較例J按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試兩個(gè)比較例J(即比較例J1和J2)的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了用比較例I中所述的鎳涂覆插入物，模具被預(yù)熱至400℃。
比較例J的兩個(gè)樣品的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
比較例K
按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試比較例K的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了用約12微米的銅涂覆插入物，插入物未預(yù)熱。
比較例K的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
比較例L按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試三個(gè)比較例L(即比較例L1、L2和L3)的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了用比較例K中所述的銅涂覆插入物，模具被預(yù)熱至400℃。
比較例L的三個(gè)樣品的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
比較例M按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試兩個(gè)比較例M(即比較例M1和M2)的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了插入物包括按實(shí)施例12切出的槽，該插入物未被涂覆，模具被預(yù)熱至500℃，熔融鋁合金的溫度為760℃。
比較例M1和M2的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
比較例N按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試兩個(gè)比較例N(即比較例N1和N2)的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了包括按實(shí)施例13切出的槽，但該插入物未被涂覆，模具被預(yù)熱至500℃，熔融鋁合金的溫度為760℃。
比較例N1和N2的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
比較例O按實(shí)施例1所述的制備并測(cè)試比較例O的鋁基質(zhì)復(fù)合材料，除了用約12微米的鋅涂覆插入物，模具被預(yù)熱至500℃，該插入物被預(yù)熱至291℃。
比較例O的第一滑程時(shí)的負(fù)載、平均剪切應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度峰值記錄于上表中。
本發(fā)明的各種變化和修改對(duì)于本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員是顯然的，這不會(huì)脫離本發(fā)明的范圍和精神，也應(yīng)該理解本發(fā)明不限于其中所述的實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其包括基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維和選自鋁、其合金及其組合物的第一種金屬，其中所述第一種金屬將所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維固定在適當(dāng)位置，及其中所述第一種金屬沿所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維長(zhǎng)度的至少一部分延伸，所述第一種金屬具有外表面；及在所述第一種金屬外表面上的第二種金屬，所述第二種金屬在高于至少200℃時(shí)具有正的Gibbs氧化自由能，所述第二種金屬的厚度至少為8微米。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維是縱向排列的。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，還包括在所述第二種金屬和所述第一種金屬的外表面之間的第三種金屬。
4.如權(quán)利要求1所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述第二種金屬的厚度至少為10微米。
5.如權(quán)利要求1所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述第二種金屬的厚度約為10～約15微米。
6.如權(quán)利要求1所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述第二種金屬是金或銀中的至少一種。
7.如權(quán)利要求1所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述第一種金屬是一種鋁合金。
8.如權(quán)利要求7所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述鋁合金是200系列鋁合金。
9.如權(quán)利要求8所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述鋁合金是選自A201.1鋁合金、201.2鋁合金、A206.0鋁合金和224.2鋁合金的200系列鋁合金。
10.如權(quán)利要求8所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述鋁合金包括按所述鋁合金總重計(jì)至少為1.5wt.％的Cu。
11.如權(quán)利要求10所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述鋁合金包括按所述鋁合金總重計(jì)小于0.25wt.％的雜質(zhì)。
12.如權(quán)利要求11所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述鋁合金包括按所述鋁合金總重計(jì)至少為1.5wt.％的Cu。
13.如權(quán)利要求11所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述鋁合金包括按所述鋁合金總重計(jì)1.5～2.5wt.％的Cu。
14.如權(quán)利要求11所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述鋁合金包括按所述鋁合金總重計(jì)1.8～2.2wt.％的Cu。
15.如權(quán)利要求7所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述鋁合金包括按所述鋁合金總重計(jì)1.5～2.5wt.％的Cu。
16.如權(quán)利要求1所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維是多晶α氧化鋁纖維。
17.如權(quán)利要求16所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述多晶α氧化鋁纖維的平均抗張強(qiáng)度至少為2.8GPa，其中所述多晶α氧化鋁纖維按理論氧化物計(jì)占氧化鋁纖維總重大于約99wt.％的Al2O3和約0.2-0.5wt.％的SiO2，及其中所述多晶α氧化鋁纖維中的α氧化鋁的平均粒度小于1微米。
18.如權(quán)利要求16所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述α氧化鋁纖維占所述金屬基質(zhì)制品總體積的至少為50％體積。
19.如權(quán)利要求1所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維占所述金屬基質(zhì)制品總體積的至少為50％體積。
20.如權(quán)利要求1所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品可拉長(zhǎng)，并具有基本上恒定的橫截面積。
21.如權(quán)利要求1所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，包括第一層和第二層基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維。
22.如權(quán)利要求21所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維是縱向排列的。
23.一種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其包括基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維和選自鋁、其合金及其組合物的金屬，其中所述金屬將所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維固定在適當(dāng)位置，及其中所述金屬沿所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維長(zhǎng)度的至少一部分延伸，所述金屬具有外表面；Ni在所述金屬的外表面上，Ni具有外表面；及Ag在Ni的外表面上，Ag的厚度至少為8微米。
24.如權(quán)利要求23所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維是縱向排列的。
25.如權(quán)利要求23所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中Ag的厚度至少為10微米。
26.如權(quán)利要求23所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中Ag的厚度約為10～約15微米。
27.如權(quán)利要求23所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述金屬是一種鋁合金。
28.如權(quán)利要求27所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述鋁合金是200系列鋁合金。
29.如權(quán)利要求28所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述鋁合金是選自A201.1鋁合金、201.2鋁合金、A206.0鋁合金和224.2鋁合金的200系列鋁合金。
30.如權(quán)利要求28所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述鋁合金包括按所述鋁合金總重計(jì)1.5～2.5wt.％的Cu。
31.如權(quán)利要求28所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述鋁合金包括按所述鋁合金總重計(jì)1.8～2.2wt.％的Cu。
32.如權(quán)利要求23所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維是多晶α氧化鋁纖維。
33.如權(quán)利要求32所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述多晶α氧化鋁纖維的平均抗張強(qiáng)度至少為2.8GPa，其中所述多晶α氧化鋁纖維按理論氧化物計(jì)占氧化鋁纖維總重大于約99wt.％的Al2O3和約0.2-0.5wt.％的SiO2，及其中所述多晶α氧化鋁纖維中的α氧化鋁其平均粒度小于1微米。
34.如權(quán)利要求32所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述α氧化鋁纖維占所述金屬基質(zhì)制品總體積的至少為50％體積。
35.如權(quán)利要求23所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，包括第一層和第二層基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維。
36.如權(quán)利要求35所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維是縱向排列的。
37.一種制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的方法，所述方法包括在選自鋁、其合金及其組合物的第一種金屬中固定基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維，以使所述第一種金屬沿所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維的長(zhǎng)度至少一部分延伸，所述第一種金屬具有外表面；及在所述第一種金屬的外表面上提供第二種金屬以提供金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其包括所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維和所述第一種金屬，其中所述第一種金屬將所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維固定在適當(dāng)位置，其中所述第一種金屬沿所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維長(zhǎng)度的至少一部分延伸，其中所述第二種金屬位于所述第一種金屬的外表面上，所述第二種金屬在高于至少200℃時(shí)具有正Gibbs氧化自由能，及其中所述第二種金屬的厚度至少為8微米。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維是縱向排列的。
39.如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述第二種金屬是金或銀中的至少一種。
40.如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述第一種金屬是一種鋁合金。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中所述鋁合金是選自A201.1鋁合金、201.2鋁合金、A206.0鋁合金和224.2鋁合金的200系列鋁合金。
42.如權(quán)利要求40所述的方法，其中所述鋁合金包括按所述鋁合金總重計(jì)1.5～2.5wt.％的Cu。
43.如權(quán)利要求40所述的方法，其中所述鋁合金包括按所述鋁合金總重計(jì)1.8～2.2wt.％的Cu。
44.如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述纖維占所述金屬基質(zhì)制品總體積的至少為50％體積。
45.如權(quán)利要求37所述的方法，包括第一層和第二層基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其中所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維是縱向排列的。
47.一種制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的方法，所述方法包括在選自鋁、其合金及其組合物的金屬中固定基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維，使得所述金屬沿所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維長(zhǎng)度的至少一部分延伸，所述金屬具有外表面；及在所述金屬的外表面上提供Ni，Ni具有外表面；及在Ni的外表面上提供Ag，Ag的厚度至少為8微米，以提供金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其包括所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維和所述金屬，其中所述金屬將所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維固定在適當(dāng)位置，及其中所述金屬沿所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維的長(zhǎng)度至少一部分延伸，所述金屬具有外表面；Ni在所述金屬的外表面上；及Ag在Ni的外表面上，其中Ag的厚度至少為8微米。
48.如權(quán)利要求47所述的方法，其中所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維是縱向排列的。
49.如權(quán)利要求47所述的方法，其中所述第一種金屬是一種鋁合金。
50.如權(quán)利要求49所述的方法，其中所述鋁合金是選自A201.1鋁合金、201.2鋁合金、A206.0鋁合金和224.2鋁合金的200系列鋁合金。
51.如權(quán)利要求49所述的方法，其中所述鋁合金包括按所述鋁合金總重計(jì)1.5～2.5wt.％的Cu。
52.如權(quán)利要求49所述的方法，其中所述鋁合金包括按所述鋁合金總重計(jì)1.8～2.2wt.％的Cu。
53.如權(quán)利要求47所述的方法，其中所述纖維占所述金屬基質(zhì)制品總體積的至少為50％體積。
54.如權(quán)利要求47所述的方法，包括第一層和第二層基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維。
55.如權(quán)利要求54所述的方法，其中所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維是縱向排列的。
56.一種金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其包括第一種金屬和增強(qiáng)所述第一種金屬的插入物，其中所述第一種金屬選自鋁、其合金及其組合物，其中所述插入物包括基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維和選自鋁、其合金及其組合物的第二種金屬，其中所述第二種金屬將所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維固定在適當(dāng)位置，其中所述第二種金屬沿所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維長(zhǎng)度的至少一部分延伸，其中在所述第一種金屬和所述插入物之間有界面層，其中在所述第一種金屬和所述插入物之間的界面層的結(jié)合強(qiáng)度峰值至少為100MPa，及其中所述金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品是制動(dòng)鉗。
57.如權(quán)利要求56所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維是縱向排列的。
58.如權(quán)利要求56所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述第一種金屬是300或400系列鋁合金之一，及其中所述第二種金屬是一種200系列鋁合金。
59.如權(quán)利要求58所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述200系列鋁合金選自A201.1鋁合金、201.2鋁合金、A206.0鋁合金和224.2鋁合金，及其中所述第一種金屬是選自A319.1鋁合金、354.1鋁合金、355.2鋁合金和A356.1鋁合金的300系列鋁合金。
60.如權(quán)利要求58所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述200系列鋁合金選自A201.1鋁合金、201.2鋁合金、A206.0鋁合金和224.2鋁合金，及其中所述第一種金屬是選自443.2鋁合金和444.2鋁合金的400系列鋁合金。
61.如權(quán)利要求56所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述第一種金屬和所述插入物之間的界面層結(jié)合強(qiáng)度峰值至少為125MPa。
62.如權(quán)利要求56所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述第一種金屬和所述插入物之間的界面層的結(jié)合強(qiáng)度峰值至少為150MPa。
63.如權(quán)利要求56所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述第一種金屬和所述插入物之間界面層的結(jié)合強(qiáng)度峰值至少為175MPa。
64.如權(quán)利要求56所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述第一種金屬和所述插入物之間界面層的結(jié)合強(qiáng)度峰值至少為180MPa。
65.如權(quán)利要求56所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，所述界面層不含有氧。
66.如權(quán)利要求56所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述界面層包括平均量的在高于至少200℃時(shí)具有正的Gibbs氧化自由能的第二種金屬，及其中所述第二種金屬的平均量在所述界面層中比在所述第一種金屬中高。
67.如權(quán)利要求56所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述界面層包括高于所述第一種金屬中存在的平均量的Ag和Ni。
68.如權(quán)利要求56所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維是多晶α氧化鋁纖維。
69.如權(quán)利要求68所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述多晶α氧化鋁纖維的平均抗張強(qiáng)度至少為2.8GPa，其中所述多晶α氧化鋁纖維按理論氧化物計(jì)包括占氧化鋁纖維總重的大于約99wt.％的Al2O3和約0.2-0.5wt.％的SiO2，及其中所述多晶α氧化鋁纖維中的α氧化鋁的平均粒度小于1微米。
70.如權(quán)利要求68所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述α氧化鋁纖維占所述金屬基質(zhì)制品總體積的至少為50％體積。
71.如權(quán)利要求56所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維占所述金屬基質(zhì)制品總體積的至少為50％體積。
72.如權(quán)利要求56所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，還包括至少兩個(gè)所述插入物。
73.如權(quán)利要求56所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，包括至少四個(gè)所述插入物。
74.一種機(jī)動(dòng)車輛用的盤式制動(dòng)器，其包括轉(zhuǎn)子；置于轉(zhuǎn)子的相對(duì)側(cè)并可移動(dòng)而與其配合制動(dòng)的內(nèi)制動(dòng)片和外制動(dòng)片；用于使內(nèi)制動(dòng)片靠近轉(zhuǎn)子的活塞；及如權(quán)利要求57所述的制動(dòng)鉗，其包括在轉(zhuǎn)子一側(cè)上具有用于容納所述活塞的圓柱體的主體元件，位于轉(zhuǎn)子另一側(cè)并用于支撐外制動(dòng)片的臂狀元件，及在所述主體元件和所述臂狀元件之間的橋梁延伸穿過所述轉(zhuǎn)子平面。
75.如權(quán)利要求56所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中第一種和第二種金屬每一種都具有熔點(diǎn)，及其中所述第二種金屬的熔點(diǎn)至少高于所述第一種金屬的熔點(diǎn)20℃。
76.如權(quán)利要求56所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述第二種金屬是一種包括按所述鋁合金總重計(jì)至少1.5wt.％的Cu的鋁合金。
77.如權(quán)利要求56所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述第二種金屬是一種包括按所述鋁合金總重計(jì)1.5～2.5wt.％的Cu的鋁合金。
78.如權(quán)利要求56所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述第二種金屬是一種包括按所述鋁合金總重計(jì)1.8～2.2wt.％的Cu的鋁合金。
79.如權(quán)利要求56所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，所述界面層不含有氧。
80.如權(quán)利要求56所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，包括第一層和第二層基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維。
81.如權(quán)利要求80所述的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，其中所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維是縱向排列的。
82.一種制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的方法，所述方法包括將插入物放入模具中，所述插入物包括基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維和選自鋁、其合金及其組合的第一種金屬，其中所述第一種金屬將所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維固定在適當(dāng)位置，及其中所述第一種金屬沿所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維長(zhǎng)度的至少一部分延伸，所述第一種金屬具有外表面，及在所述第一種金屬外表面上的第二種金屬，所述第二種金屬在高于至少200℃時(shí)具有正的Gibbs氧化自由能，所述第二種金屬的厚度至少為8微米；將選自鋁、其合金及其組合的熔融第三種金屬放入模具中；及冷卻所述熔融第三種金屬以提供金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品。
83.如權(quán)利要求81所述的方法，包括第一層和第二層基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維。
84.如權(quán)利要求82所述的方法，其中所述第一種金屬是一種200系列鋁合金，及其中所述第三種金屬是一種300或400系列鋁合金。
85.如權(quán)利要求82所述的方法，其中所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維是多晶α氧化鋁纖維。
86.如權(quán)利要求85所述的方法，其中所述多晶α氧化鋁纖維的平均抗張強(qiáng)度至少為2.8GPa，其中所述多晶α氧化鋁纖維按理論氧化物計(jì)包括占氧化鋁纖維總重大于約99wt.％的Al2O3和約0.2-0.5wt.％的SiO2，及其中所述多晶α氧化鋁纖維中的α氧化鋁的平均粒度小于1微米。
87.如權(quán)利要求85所述的方法，其中所述α氧化鋁纖維占所述插入物總體積的至少為50％體積。
88.如權(quán)利要求85所述的方法，其中所述熔融第三種金屬在模具中處于熔融狀態(tài)小于75秒。
89.如權(quán)利要求85所述的方法，其中所述熔融第三種金屬在模具中處于熔融狀態(tài)小于60秒。
90.如權(quán)利要求82所述的方法，其中在將熔融第三種金屬放入模具中之前，所述插入物具有第一種外部尺寸形狀，及其中在冷卻所述熔融第三種金屬以提供金屬基質(zhì)復(fù)合材料之后所述插入物具有第二種尺寸形狀，其中所述第一種和所述第二種尺寸形狀基本上相同。
91.如權(quán)利要求82所述的方法，在所述熔融第三種金屬即將放入模具中之前，所述插入物的溫度至少為500℃。
92.如權(quán)利要求82所述的方法，其中所述第二種金屬是金或銀中的至少一種，及其中所述第一種和第三種金屬是鋁合金。
93.如權(quán)利要求82所述的方法，其中所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維占所述插入物總體積的至少為50％體積。
94.如權(quán)利要求82所述的方法，其中所述第一種金屬是一種包括按所述鋁合金總重計(jì)1.5～2.5wt.％的Cu的鋁合金。
95.如權(quán)利要求82所述的方法，其中所述第一種金屬是一種包括按所述鋁合金總重計(jì)1.8～2.2wt.％的Cu的鋁合金。
96.如權(quán)利要求82所述的方法，包括第一層和第二層基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維。
97.如權(quán)利要求96所述的方法，其中所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維是縱向排列的。
98.如權(quán)利要求82所述的方法，其中所述熔融第三種金屬在模具中處于熔融狀態(tài)小于75秒。
99.一種制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的方法，所述方法包括將插入物放入模具中，所述插入物包括基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維和選自鋁、其合金及其組合的第一種金屬，其中所述第一種金屬將所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維固定在適當(dāng)位置，及其中所述第一種金屬沿所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維長(zhǎng)度的至少一部分延伸，所述第一種金屬具有外表面，Ni在所述第一種金屬外表面上，Ni具有外表面，Ag在Ni的外表面上，Ag的厚度至少為8微米；將選自鋁、其合金及其組合的熔融第二種金屬放入模具中；及冷卻所述熔融第二種金屬以提供金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品。
100.如權(quán)利要求99所述的方法，其中所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維是縱向排列的。
101.如權(quán)利要求99所述的方法，其中所述第一種金屬是一種200系列鋁合金，及其中所述第二種金屬是300或400系列鋁合金之一。
102.如權(quán)利要求99所述的方法，其中所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維是多晶α氧化鋁纖維。
103.如權(quán)利要求102所述的方法，其中所述多晶α氧化鋁纖維的平均抗張強(qiáng)度至少為2.8GPa，其中所述多晶α氧化鋁纖維按理論氧化物計(jì)包括占氧化鋁纖維總重大于約99wt.％的Al2O3和約0.2-0.5wt.％的SiO2，及其中所述多晶α氧化鋁纖維中的α氧化鋁的平均粒度小于1微米。
104.如權(quán)利要求102所述的方法，其中所述α氧化鋁纖維占所述插入物總體積的至少為50％體積。
105.如權(quán)利要求99所述的方法，其中所述第一種金屬是一種包括按所述鋁合金總重計(jì)1.5～2.5wt.％的Cu的鋁合金。
106.如權(quán)利要求99所述的方法，其中所述第一種金屬是一種包括按所述鋁合金總重計(jì)1.8～2.2wt.％的Cu的鋁合金。
107.如權(quán)利要求99所述的方法，其中所述熔融第二種金屬在模具中處于熔融狀態(tài)小于75秒。
108.如權(quán)利要求99所述的方法，其中所述熔融第二種金屬在模具中處于熔融狀態(tài)小于60秒。
109.如權(quán)利要求99所述的方法，其中在熔融第二種金屬放入模具中之前所述插入物具有第一種外部尺寸形狀，及其中在冷卻所述熔融第二種金屬以提供金屬基質(zhì)復(fù)合材料之后所述插入物具有第二種尺寸形狀，其中所述第一種和所述第二種尺寸形狀基本上相同。
110.如權(quán)利要求99所述的方法，在將所述熔融第二種金屬即將放入模具中之前，所述插入物的溫度至少為500℃。
111.如權(quán)利要求99所述的方法，包括第一層和第二層基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維。
112.如權(quán)利要求111所述的方法，其中所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維是縱向排列的。
113.如權(quán)利要求99所述的方法，其中所述熔融第二種金屬在模具中處于熔融狀態(tài)小于75秒。
114.一種制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料插入物的方法，所述插入物用于制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，所述方法包括設(shè)計(jì)金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品以包括金屬基質(zhì)復(fù)合材料增強(qiáng)插入物，所述插入物包括基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維和選自鋁、其合金及其組合的第一種金屬，其中所述第一種金屬將所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維固定在適當(dāng)位置，及其中所述第一種金屬沿所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維長(zhǎng)度的至少一部分延伸；及按形成的設(shè)計(jì)制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料增強(qiáng)插入物，其包括所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維和所述選自鋁、其合金及其組合的第一種金屬，其中所述第一種金屬將所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維固定在適當(dāng)位置，及其中所述第一種金屬沿所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維長(zhǎng)度的至少一部分延伸，所述第一種金屬具有外表面；及還包括在所述第一種金屬外表面上的第二種金屬，所述第二種金屬在高于至少200℃時(shí)具有正的Gibbs氧化自由能，所述第二種金屬的厚度至少為8微米。
115.如權(quán)利要求114所述的方法，其中所述連續(xù)的陶瓷氧化物纖維是多晶α氧化鋁纖維。
116.如權(quán)利要求114所述的方法，其中所述多晶α氧化鋁纖維的平均抗張強(qiáng)度至少為2.8GPa，其中所述多晶α氧化鋁纖維按理論氧化物計(jì)包括占氧化鋁纖維總重大于約99wt.％的Al2O3和約0.2-0.5wt.％的SiO2，及其中所述多晶α氧化鋁纖維中的α氧化鋁的平均粒度小于1微米。
117.如權(quán)利要求114所述的方法，其中所述α氧化鋁纖維占所述插入物總體積的至少為50％體積。
118.如權(quán)利要求114所述的方法，包括第一層和第二層基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維。
119.一種制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料插入物的方法，所述插入物用于制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品，所述方法包括設(shè)計(jì)金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品以包括金屬基質(zhì)復(fù)合材料增強(qiáng)插入物，所述插入物包括基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維和選自鋁、其合金及其組合物的金屬，其中所述第一種金屬將所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維固定在適當(dāng)位置，及其中所述金屬沿所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維長(zhǎng)度的至少一部分延伸；及按形成的設(shè)計(jì)制備金屬基質(zhì)復(fù)合材料增強(qiáng)插入物，其包括所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維和選自鋁、其合金及其組合物的金屬，其中所述第一種金屬將所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維固定在適當(dāng)位置，及其中所述金屬沿所述基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維長(zhǎng)度的至少一部分延伸，所述第一種金屬具有外表面；及還包括Ni在所述金屬的外表面上，Ni具有外表面；及Ag在Ni的外表面上，Ag的厚度至少為8微米。
120.如權(quán)利要求119所述的方法，其中所述連續(xù)的陶瓷氧化物纖維是多晶α氧化鋁纖維。
121.如權(quán)利要求119所述的方法，其中所述多晶α氧化鋁纖維的平均抗張強(qiáng)度至少為2.8GPa，其中所述多晶α氧化鋁纖維按理論氧化物計(jì)包括占氧化鋁纖維總重大于約99wt.％的Al2O3和約0.2-0.5wt.％的SiO2，及其中所述多晶α氧化鋁纖維中的α氧化鋁的平均粒度小于1微米。
122.如權(quán)利要求119所述的方法，其中所述α氧化鋁纖維占所述插入物總體積的至少為50％體積。
123.如權(quán)利要求119所述的方法，包括第一層和第二層基本上連續(xù)的陶瓷氧化物纖維。
全文摘要
本發(fā)明公開用于增強(qiáng)金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品的含有金屬的插入物及其制備方法。在另一個(gè)方面中，本發(fā)明提供用插入物增強(qiáng)的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品及其制備方法。包括插入物的有用的金屬基質(zhì)復(fù)合材料制品包括制動(dòng)鉗。
文檔編號(hào)F16D55/224GK1675388SQ03819758
公開日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2003年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月20日
發(fā)明者卡瑪爾·E·阿明, 邁克爾·F·格雷瑟, 阿蘭·R·霍爾茨, 小威廉·J·賽特澤爾, 約瑟夫·J·施米特, 保羅·S·沃納 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司