專利名稱:纖維強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的制作方法
本發(fā)明一般地涉及具有無機(jī)纖維的金屬強(qiáng)化材料，特別涉及纖維強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料，該復(fù)合材料含有無機(jī)氧化物纖維，特別是氧化鋁纖維，作為強(qiáng)化材料而嵌入金屬基體中。本發(fā)明包括適于作為金屬基體中嵌入的強(qiáng)化材料和無機(jī)氧化物纖維制造的預(yù)制品，以及金屬基復(fù)合材料和預(yù)制品的制備方法。
已知金屬基復(fù)合物(下面縮寫為MMCs)含有無機(jī)氧化物纖維，例如用作強(qiáng)化以一定形式嵌入作為基體中強(qiáng)化材料的多晶氧化鋁纖維，該基包括一種金屬，例如鋁或鎂或以鋁或鎂作為主要成分的合金。在該MMCs中通常使用的纖維是短的(例如最長為5毫米)氧化鋁纖維，直徑細(xì)的(例如平均直徑3微米)至少在垂直于復(fù)合材料厚度方向的平面上任意取向的纖維。在合金中含有氧化鋁纖維的這種類型的MMCs已經(jīng)開始在工業(yè)中廣泛使用，特別是內(nèi)燃機(jī)活塞，其中活塞環(huán)區(qū)面和/或活塞頂區(qū)用氧化鋁纖維強(qiáng)化。
含有排列成行的、連續(xù)的氧化鋁纖維的MMCs也被建議用在需要單向強(qiáng)化的地方，例如，內(nèi)燃機(jī)連桿的強(qiáng)化。在該類型的MMCs中，氧化鋁纖維直徑比較大，例如直徑至少8微米，通常至少10微米，並含有一種高比例的，例如60到100%的α氧化鋁。這種纖維呈現(xiàn)出高的強(qiáng)度，但是缺乏柔性。
迄今，排列成行的、直徑細(xì)的(平均直徑典型地在10微米以下，最好在5微米以下)纖維，它可能是短的(典型地在5厘米以下)或者名義上連續(xù)的(典型的長度大于0.5米，最好數(shù)米長)，含這些纖維的MMCs還不能生產(chǎn)。本發(fā)明涉及MMCs和含有排列成行的，直徑細(xì)的纖維的MMCs預(yù)制品。
根據(jù)本發(fā)明可提供一種含有基本上排列成行的，嵌在金屬基材料上的無機(jī)氧化物纖維的金屬基復(fù)合材料，該纖維平均直徑10微米以下，最好5微米以下。
該無機(jī)氧化物纖維最好是名義上連續(xù)的纖維。
根據(jù)本發(fā)明還可提供一種適于摻入金屬基體材料中的預(yù)制品，以生產(chǎn)按照前文所述的金屬基復(fù)合材料，它含有基本上排列成行的無機(jī)氧化物纖維，纖維平均直徑10微米以下，並同一種粘合劑粘合在一起(粘合劑最好是一種無機(jī)粘合劑或含一種無機(jī)粘合劑)。
如果需要，無機(jī)氧化物纖維可以用來同其它類型纖維和/或同非纖維的顆粒材料混合，例如碳化硅晶須、硅鋁酸鹽纖維和顆粒氧化鋁、氧化鋯或碳化硅，在該混合物中其它材料的比例一般為纖維的約40%到約80%。
在MMC中(和在預(yù)制品中)纖維的體積百分?jǐn)?shù)可以在寬的范圍之內(nèi)變化，這取決于MMC所需的工作狀態(tài)和此后的強(qiáng)化。作為引導(dǎo)，纖維的體積百分?jǐn)?shù)從約10%到60%或者更高。根據(jù)本發(fā)明使用基本上排列成行的纖維具有容許用高的纖維體積百分?jǐn)?shù)的優(yōu)點(diǎn)，例如大于35%，並達(dá)到纖維沒有顯著的斷裂。
為在復(fù)合材料中獲得高體積百分?jǐn)?shù)的纖維，在金屬基復(fù)合材料中摻入大量纖維，涉及到將纖維裝填在一起的問題。無機(jī)氧化物纖維很硬，但是相當(dāng)脆，壓縮任意取向的纖維墊層或薄層導(dǎo)致纖維的大范圍的斷裂。當(dāng)進(jìn)行壓縮以得到高體積百分?jǐn)?shù)纖維時(shí)，定向的或排列成行的纖維產(chǎn)生的斷裂較少。
無機(jī)氧化物纖維可能是很短的纖維，例如切斷的纖維，長度為幾個(gè)臨界的最小值，比方說5微米，一般約20微米直到幾百微米，比方說500微米，纖維也可能相當(dāng)長，長度為幾厘米或者甚至幾米(當(dāng)然，取決于所制得的MMC的長度);在MMCs小的情況下，纖維或其大多數(shù)可以是連續(xù)的並貫穿MMC長度。纖維的長度在決定MMC生產(chǎn)的方法中是重要的。短纖維，例如切斷的纖維，通常不能以排列成行的纖維形式，當(dāng)采用這種纖維時(shí)，必須使用導(dǎo)致纖維排列成行的生產(chǎn)技術(shù)，特別適合的技術(shù)是擠壓技術(shù)，利用該技術(shù)時(shí)把纖維同粘合劑混合(形成預(yù)制品)或者同粉末狀的金屬基材料混合(直接形成MMC)，並在剪切條件下通過模子擠壓，由此纖維在壓出物中排列成行。另一方面，長纖維在MMC或預(yù)制品生產(chǎn)期間不能排列成行，需要予排列，例如以基本上排列成行的纖維墊層或薄層的形式。
基本上排列成行的纖維產(chǎn)品，即象墊層或薄層之類的產(chǎn)品形式，其中，纖維作為細(xì)絲基本上排列成行，可以壓縮該產(chǎn)品以增加纖維的體積百分?jǐn)?shù)，這里，在纖維沒有過分?jǐn)嗔亚闆r下增加到大于25%，特別是與由相同直徑的任意取向的纖維制造的產(chǎn)品的纖維壓縮到同樣的體積百分?jǐn)?shù)引起的斷裂相比，纖維斷裂度是很低的。在本發(fā)明的一個(gè)特定的具體化方案中，把最好含名義上連續(xù)的纖維產(chǎn)品壓縮，這里，纖維的體積百分?jǐn)?shù)增加到約50%或者更大，而纖維沒有顯著的斷裂(即長度減小)。壓縮纖維的施加的壓力可以從5到1000MPa而不引起纖維大范圍的斷裂。與之相比，把直徑相同任意取向的纖維墊層壓縮到纖維體積百分?jǐn)?shù)為12到15%導(dǎo)致纖維的大范圍斷裂。
當(dāng)產(chǎn)品壓縮時(shí)，纖維的斷裂導(dǎo)致產(chǎn)品在通常纖維排列成行的方向上抗拉強(qiáng)度的降低。纖維過分的斷裂意味著產(chǎn)品單位抗拉強(qiáng)度(等于破壞力/試樣質(zhì)量)的突然降低，降低到低于50%。所謂纖維“沒有顯著斷裂”的壓縮指的是沒有引起產(chǎn)品單位抗拉強(qiáng)度降低到降于50%的壓縮。
纖維發(fā)生顯著斷裂的壓縮程度，當(dāng)用產(chǎn)品單位抗拉強(qiáng)度突然降低來表示時(shí)，粗略地靠把產(chǎn)品條壓縮到纖維不同的體積百分?jǐn)?shù)來測定(每個(gè)條長度相同，寬度和重量近似相同)，測定每一個(gè)壓縮條的單位抗拉強(qiáng)度，並注意壓縮試樣的單位強(qiáng)度突然降低當(dāng)中的壓縮程度。按照說明的方法，把一個(gè)本發(fā)明的基本上排列成行的纖維產(chǎn)品條，這里纖維的體積百分?jǐn)?shù)為10%，尺寸為50毫米×3毫米(通常以纖維排列成行的方向?yàn)殚L度方向)，在一個(gè)配有柱塞的50毫米×3毫米槽中，壓縮到與纖維的體積百分?jǐn)?shù)相對應(yīng)的厚度，該體積百分?jǐn)?shù)分別為20、30、35、40和45%。測定每一個(gè)壓縮條的抗拉強(qiáng)度，計(jì)算壓縮條的單位抗拉強(qiáng)度。在該試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)壓縮條的單位抗拉強(qiáng)度為同一條的±20%，這些條壓縮到體積百分?jǐn)?shù)為20、30和35%，而壓縮到40%體積百分?jǐn)?shù)的壓縮條的單位抗拉強(qiáng)度降低到只為前三個(gè)壓縮條的強(qiáng)度的約5%。纖維遭到顯著斷裂的壓縮程度相應(yīng)為壓縮到纖維體積百分?jǐn)?shù)在35和40%之間。
粗略地指出纖維產(chǎn)品的壓縮性，表明纖維大范圍斷裂的產(chǎn)品的單位抗拉強(qiáng)度的突然降低可通過在檢驗(yàn)計(jì)之間拉伸產(chǎn)品試樣來測出。沒有破損的產(chǎn)品抗拉斷，而受破損的產(chǎn)品容易拉斷。用這種試樣試驗(yàn)，有經(jīng)驗(yàn)的操作人員能合理地、精確地確定纖維發(fā)生大范圍破壞的晰間。
在MMC和預(yù)制品中的纖維是基本上排列成行的，在MMC和預(yù)制品中達(dá)到高度的纖維定向。如果需要，在MMC或預(yù)制品中大體上所有的纖維可以調(diào)整在排列成行的相同方向，為的是給予產(chǎn)品單向強(qiáng)度。另一方面，可以采用多層纖維強(qiáng)化，在這里纖維在一個(gè)特定層里基本上排列成行，但是在不同層里的纖維是交叉的，即以不同的方向定向，為的是給予產(chǎn)品多方向強(qiáng)度。不用說，有多層纖維強(qiáng)化的MMCs和預(yù)制品，其中，每層纖維排列成行，但不同層的纖維取向方向是不同的，盡管如此，這仍在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
本發(fā)明屬于通過摻入高強(qiáng)度和模量的纖維改善金屬，特別是輕金屬，例如鋁、鎂及其合金的剛性/模量和高溫性能。在復(fù)合材料中的纖維體積百分?jǐn)?shù)可以為例如直到復(fù)合材料的60%或者更高，一般為復(fù)合材料的10%到50%。復(fù)合材料可以含有例如從0.1到2.5克/毫升的氧化鋁纖維，一般從0.2到2.0克/毫升的氧化鋁纖維，或者直到3克/毫升的氧化鋯纖維。復(fù)合材料的纖維含量可以貫穿復(fù)合材料的厚度而變化，例如在復(fù)合材料的外表面(使用面)高而反面低。纖維含量的變化可以是均勻的或者是分級的。本發(fā)明的一個(gè)具體化方案是MMC，這里，纖維含量是分級變化，是不同纖維含量的MMCs的層壓制品，如果需要，通過一層金屬，例如一片鋁或鎂在整個(gè)層壓制品中分離出單個(gè)MMCs來。復(fù)合材料可以有一層合適的紡織纖維，例如Kevlar纖維層的背層。
MMCs中的強(qiáng)化可以是一種含有無機(jī)氧化物纖維的基本上排列成行的纖維產(chǎn)品，纖維的平均直徑不大于10微米，最好不大于5微米。所謂“基本上排列成行的纖維產(chǎn)品”是指一種產(chǎn)品形式，在其中纖維以大體相同的方向延伸，但是在長纖維情況下，不可能在整個(gè)長度上真正平行，以致于纖維可能有一定程度的重疊，以及任何特定的纖維可以部分或者整個(gè)長度與纖維大體上排列成行的方向以一個(gè)角度延伸(例如達(dá)30°)，或者甚至更大角度延伸。在這一產(chǎn)品中，總的印象是纖維平行，但事實(shí)上有輕微的重疊，為了使產(chǎn)品具有橫向穩(wěn)定性，能使纖維不過分分離，纖維的纏結(jié)可能是合乎要求的。本發(fā)明建議至少90%的纖維基本上平行。
在一個(gè)特定的排列成行的纖維產(chǎn)品具體方案，無機(jī)氧化物纖維是“名義上連續(xù)的”，這個(gè)術(shù)語意味著個(gè)別的纖維可以不真正連續(xù)，這是在產(chǎn)品不定長度或者延伸整個(gè)長度的意義上說的，但是每個(gè)纖維有明顯的長度，即至少0.5米，通常幾米，以便在產(chǎn)品中的整個(gè)印象是連續(xù)的纖維。這樣纖維的自由端可能呈現(xiàn)在產(chǎn)品中，表示纖維連續(xù)性中斷。但是通常在產(chǎn)品的任一平方厘米面積里自由端的數(shù)目通常比較低，在一個(gè)平方厘米面積里中斷纖維的比例將不大于約1%。
用于制造本發(fā)明MMCs並含有名義上連續(xù)纖維的典型的纖維強(qiáng)化材料是幾個(gè)毫米厚的墊層或薄層。在這種厚度的產(chǎn)品中，產(chǎn)品一平方厘米面積里纖維自由端的數(shù)目可能達(dá)到2500;與之相比，同樣直徑的短(不大于5厘米)纖維制造的質(zhì)量近似的產(chǎn)品中有約50，000自由端。這樣，名義上連續(xù)的纖維制造的產(chǎn)品與短纖維制造的產(chǎn)品在外觀和性能上很不相同。
在纖維強(qiáng)化材料中的纖維是多晶金屬氧化物纖維，例如氧化鋁和氧化鋯纖維，最好是氧化鋁纖維。在這種情況下，氧化鋁纖維可以含有α-氧化鋁或轉(zhuǎn)變相的氧化鋁，特別是γ-或δ-氧化鋁，這主要取決于纖維所受到的熱處理。一般地，纖維將完全由轉(zhuǎn)變氧化鋁或者小比例的α-氧化鋁所組成，轉(zhuǎn)變氧化鋁，例如η-、γ-或δ-氧化鋁嵌入基體中。較好的是纖維不含或含少量α-氧化鋁，特別是α-氧化鋁含量低于20%(重量)，尤其低于10%(重量)。通常，纖維的α-氧化鋁含量越大，它的抗拉強(qiáng)度越低，而且它的柔性越低。本發(fā)明的較好的纖維呈現(xiàn)滿意的抗拉強(qiáng)度，有高的柔性。在本發(fā)明的一個(gè)特定的具體化方案中，纖維的抗拉強(qiáng)度大于1750MPa，模量大于200GPa。
在氧化鋁纖維情況下，纖維的密度主要取決于纖維所受到的熱處理。在拉絲並至少部分干燥后，將凝膠纖維在溫度從200℃到約600℃的蒸汽中加熱，以便分解原始金屬氧化物，然后進(jìn)一步加熱以便燒結(jié)產(chǎn)出金屬氧化物纖維。燒結(jié)溫度可采用1000℃或更高。蒸汽處理后，纖維是高氣孔的，當(dāng)燒結(jié)直到例如900-950℃時(shí)，高氣孔性被保留。但是，在例如1100℃或者更高溫度燒結(jié)后纖維氣孔性小。這樣，通過控制燒結(jié)溫度，可以獲得高氣孔率的低密度纖維或者低氣孔率的高密度纖維。低密度和高密度纖維的典型視密度為1.75克/毫升和3.3克/毫升;任何所需在此范圍內(nèi)密度的纖維可通過仔細(xì)控制纖維所受到的熱處理獲得。
我們觀察到在800℃以上對纖維進(jìn)行熱處理程度看來對氧化鋁纖維的模量沒有重大影響，並且該模量不隨纖維視密度發(fā)生重大變化。例如，在纖維視密度2克/毫升到3.3克/毫升的范圍內(nèi)，觀察到模量典型地變化從約150-200GPa到約200-250GPa。這樣，纖維模量同纖維密度的比值(等于單位模量)通常是低密度纖維最大。
排列成行和名義上連續(xù)的纖維產(chǎn)品可以由吹絲技術(shù)或者離心拉絲技術(shù)生產(chǎn)。在兩種情況下，一種拉絲配方形成許多纖維原始流線，它至少在行程中部分被干燥以產(chǎn)生凝膠纖維，然后將它收集到合適的裝置上，例如一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的纏繞鼓。纏繞鼓的旋轉(zhuǎn)速度將取決于鼓的直徑，並與纖維的拉絲速度相匹配，以致于過分的張力不施加到弱的凝膠纖維上。僅作為一種引導(dǎo)，對直徑為15厘米的纏繞鼓速度為1500rpm是相當(dāng)?shù)湫偷?。?shí)際上纏繞纏繞鼓比纖維的擠出速度稍微快一點(diǎn)可能是合乎要求的，以便使纖維受到輕微的拉力，有利于把纖維拉出所要求的直徑並保持纖維成直線。當(dāng)然，施加的拉力應(yīng)不足以破壞大多數(shù)纖維。
如上所述，纖維不可能真正的連續(xù)，一般長度為幾米。在收集到纏繞鼓上的情況下，纖維最小長度約等于纏繞鼓的周長，因?yàn)楸冗@短的纖維被拋離旋轉(zhuǎn)鼓。因?yàn)槔w維不是無限長，重要的是許多纖維同時(shí)拉絲，以致于收集的纖維成束或成片通過裝置，因此，纖維的自由端被纖維束或片攜帶，造成總的印象纖維是連續(xù)的。
為了生產(chǎn)多晶的金屬氧化物纖維，拉絲配方可以是任何已知的現(xiàn)有技術(shù)，最好是沒有或基本上沒有尺寸大于10微米，最好尺寸大于5微米懸浮的固體顆粒的拉絲溶液。拉絲配方的流變特征很容易調(diào)節(jié)，以便產(chǎn)出長纖維而不是短纖維，例如使用象有機(jī)聚合物樣的拉絲劑，或者在配方中改變形成纖維組分的濃度。
纖維強(qiáng)化材料可以是含有基本上排列成行的和名義上連續(xù)的纖維的橫向粘合的片或墊層，結(jié)果一些纖維纏結(jié)。在產(chǎn)品中少量沒排列成行的纖維對產(chǎn)品橫向穩(wěn)定性有利，能使之更好使用。較好的產(chǎn)品具有一定程度的橫向粘合，以便在產(chǎn)品正常使用條件下，承受纖維顯著的分離。最好，產(chǎn)品的橫向粘合使產(chǎn)品在垂直于纖維排列成行的大體方向上具有至少25，000pa的抗拉強(qiáng)度。產(chǎn)品的橫向強(qiáng)度取決于纖維直徑的大小，因?yàn)橛幸欢ǔ潭鹊睦p結(jié)，粗纖維將產(chǎn)生一個(gè)比細(xì)纖維大的橫向強(qiáng)度，事實(shí)上粗纖維比細(xì)纖維纏結(jié)少，以致于實(shí)際上粗纖維導(dǎo)致在產(chǎn)品中低的橫向強(qiáng)度。
這種類型典型的產(chǎn)品是厚度幾毫米，比方說2-5毫米，寬幾厘米，長1米或者更長的片或墊層，通過在纏繞鼓收集纖維獲得並平行于纏繞鼓軸切斷收集纖維(這樣片或墊層的長和寬度由纏繞鼓的尺寸決定)。其它產(chǎn)品形式，例如紗、粗紗、帶和條可以從纏繞鼓上收集的產(chǎn)品獲得，或使用一種合適的纖維收集技術(shù)直接獲得。在纏繞鼓上收集產(chǎn)品的情況下，產(chǎn)品可以在纖維排列成行的大體方向上切斷，以提供能從纏繞鼓上拉下來的帶或條，如果需要能轉(zhuǎn)變成紗或粗紗。紗、粗紗、帶或條形式的纖維產(chǎn)品可以使用合適的紡織技術(shù)轉(zhuǎn)變成紡織產(chǎn)品。
作為基體材料可以采用任何金屬，其熔化溫度在約1200℃以下。但是，本發(fā)明特殊的優(yōu)點(diǎn)是改善輕金屬的性質(zhì)，以致于它們可以用來代替重金屬，輕金屬的強(qiáng)化是本發(fā)明特別涉及的。合適的輕金屬例子是鋁、鎂和鈦及以含有指定金屬作為主要成分的這些金屬的合金，例如按合金重量表示大于80%或90%。
如上所述，纖維可能是多孔的，低或無氣孔的低密度材料或高密度材料取決于纖維受到的熱處理。因?yàn)槔w維可以構(gòu)成MMC的50%(體積)或者更高，纖維的密度可以顯著地影響MMC的密度。這樣，例如一個(gè)密度約1.9克/毫升的鎂合金，以50%體積百分?jǐn)?shù)，密度為3.3克/毫升的纖維強(qiáng)化將構(gòu)成一個(gè)密度約2.6克/毫升的MMC，即比合金本身更致密;相反，一個(gè)密度2.8克/毫升的鋁合金，以50%體積百分?jǐn)?shù)，密度為2.1克/毫升的纖維強(qiáng)化，將構(gòu)成一個(gè)密度為2.45克/毫升的MMC，即比合金本身致密度低。
這樣，本發(fā)明能夠制造一種在很廣范圍內(nèi)的預(yù)先決定的密度的MMCs。鋁和鎂及其合金典型的密度在1.7到2.8克/毫升范圍內(nèi)，因?yàn)槔w維的密度可以從約1.75到3.3克/毫升之間變化，所以可以很容易制備密度1.9到約3.0克/毫升的MMCs。一種特殊的輕金屬或合金用一種特殊的輕纖維強(qiáng)化是本發(fā)明的一個(gè)最佳特征，特別是密度低于2.0克/毫升的鎂或者鎂合金，以密度低于約2.0克/毫升的纖維(特別是氧化鋁纖維)強(qiáng)化，構(gòu)成一個(gè)密度低于2.0克/毫升的MMC。
如果需要，纖維的表面可以改善，以改進(jìn)金屬基體材料對纖維的浸潤性和其它纖維的特性。例如，纖維表面可以通過纖維涂層或在纖維中加入變質(zhì)劑來改善，以改進(jìn)其耐化學(xué)性能或控制表面間粘合，從而控制性能，例如斷裂韌性。另一方面，金屬基體材料可以通過其中加入元素來改善，加入的元素提高無機(jī)氧化物纖維被基體材料的浸潤性，例如加入錫、鎘、銻、鋇、鉍、鈣、鍶或銦。
為了制造本發(fā)明的MMCs，無論使用短纖維或者長纖維，較好的是使用一種預(yù)制品/液體金屬浸漬技術(shù)，用該技術(shù)纖維首先被組合到預(yù)制品中，在這里，纖維被粘合劑粘合在一起，通常粘合劑由一種無機(jī)粘合劑組成或含有一種無機(jī)粘合劑，例如二氧化硅。這種粘合劑可以是暫時(shí)的，即可用浸漬預(yù)制品的熔融金屬取代。在粘合劑中加入元素是可能的，當(dāng)浸漬預(yù)制品時(shí)，這樣提高纖維被基體材料的浸潤性。
然而，較好的是采用纖維和粘合劑，特別是無機(jī)粘合劑粘合在一起的預(yù)制品，以便在用液體金屬浸漬預(yù)制品時(shí)，約束纖維移動，采用纖維的組合體是可能的，這樣，借助于除無機(jī)粘合劑之外的方法約束纖維移動。制造這一組合體的一種方法是把纖維裝填入一個(gè)管子或者模子里。用短纖維裝入管子或模子的方便方法是全部使用有機(jī)粘合劑形成預(yù)制品，將預(yù)制品放置在管子或模子中，然后燒掉有機(jī)粘合劑，在管子中留下緊密裝填但未粘合的纖維。通過使用擠壓技術(shù)生產(chǎn)預(yù)制品能夠達(dá)到短纖維排列成行。排列成行的長的，連續(xù)的或名義上連續(xù)的纖維可以直接裝入具有移動部分的模子中，把關(guān)閉在模子上的纖維壓縮到需要的體積百分?jǐn)?shù)。
在較好的預(yù)制品/浸漬技術(shù)中，熔融金屬在壓力下可以擠壓到預(yù)制品中或者在真空下可以吸入預(yù)制品中。曾觀察到使用加壓或真空以促進(jìn)用液態(tài)金屬基材浸漬預(yù)制品，消除了纖維受基體材料浸潤的任何問題發(fā)生。金屬浸漬預(yù)制品可以在預(yù)制品厚度方向或者以與預(yù)制品的厚度方向並沿著纖維成一個(gè)角度，最好90°進(jìn)行。在預(yù)制品中排列成行的纖維通常在垂直于預(yù)制品厚度方向的平面取向。在厚度方向，即橫過纖維，金屬浸漬入預(yù)制品可能引起纖維的分離和/或預(yù)制品的壓縮，並降低在MMC中的強(qiáng)化性能;沿著纖維長度，在纖維排列成行/取向的方向，金屬浸漬入預(yù)制品降低纖維分離的傾向和/或預(yù)制品壓縮的傾向，並可以導(dǎo)致提高纖維對金屬的強(qiáng)化。
熔融金屬浸漬預(yù)制品在鋁或鋁合金的情況下，可以在含氧的大氣下，即環(huán)境空氣下實(shí)現(xiàn)，但是當(dāng)使用一定的金屬基體材料，例如鎂和鎂合金時(shí)，最好從熔融金屬上面的氣體中清除氧氣。熔融鎂或它的合金，當(dāng)它浸漬入預(yù)制品時(shí)，典型地是在惰性氣體下，例如在二氧化碳中含有少量(即2%)六氟化硫的氣體下進(jìn)行，以避免(熔融)金屬的氧化。
另一種制造MMCs的方法，當(dāng)使用短的、未排列成行纖維時(shí)特別有用，該方法是擠壓纖維和金屬基體材料的混合物。如果需要，纖維可以懸浮在熔融金屬中，通過一個(gè)模子擠壓懸浮物，但是，通常纖維在室溫同粉末狀金屬混合，在高溫，例如300-350℃擠壓混合物?；旌衔锖?或擠壓模可以予熱。較好的是濕法混合纖維和金屬粉末，特別是添加剛好足夠量的液體到混合物中以浸濕纖維，以便防止在混合時(shí)“起球”，並保證給予混合物剪切作用而不是滾動作用?；旌虾蠛驮跀D壓混合物之前，最好除去液體，這可以在真空下通過除氣實(shí)現(xiàn)，或者如果液體是易揮發(fā)的，可以簡單地通過從混合物蒸發(fā)。任何濕潤纖維和粉末的液體都可以使用，為了這個(gè)理由，較好的是使用非水液體。合適的液體是工業(yè)甲醇化酒精和異丙醇。
為制造MMCs在一種改變的擠壓技術(shù)中，被擠壓的纖維和基體金屬的混合物是一種本身是MMC形式的條;這樣，擠壓一種MMC產(chǎn)生另一種MMC。在纖維(至少在短纖維的情況下)可以排列成行或者任意取向的擠壓條可通過任何適合的技術(shù)，例如通過熱壓纖維/粉末混合物或者通過液體金屬浸漬纖維束或預(yù)制品制得。條本身可以通過擠壓技術(shù)或通過液體金屬浸漬由擠壓技術(shù)制成的預(yù)制品來生產(chǎn)。
制備熔融金屬基體材料浸漬的預(yù)制品可以通過各種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，包括例如擠拉成形、纖維絲纏繞成形、注模成形、模壓、噴射或浸漬和在短纖維情況下使用擠壓成形。這些技術(shù)在纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料生產(chǎn)中為人們所熟知，並可以理解使用流動粘合劑或粘合劑懸浮液代替現(xiàn)有技術(shù)中的樹脂將生產(chǎn)出一種預(yù)制品。為生產(chǎn)預(yù)制品的其它技術(shù)包括手工敷層技術(shù)和粉末壓實(shí)技術(shù)。在手工敷層技術(shù)中，細(xì)的纖維材料試樣，即紡織材料試樣用粘合劑懸浮液和許多濕層浸漬，浸漬過的試樣用手工組合，然后在模中壓制組合體生產(chǎn)出整體預(yù)制品。在粉末壓實(shí)技術(shù)中，將纖維材料層和粉末形式的粘合劑組合，例如通過手工敷層，然后在足以熔化粉末粘合劑的溫度下，在模子中壓制組合體，以形成整體預(yù)制品。由短纖維制造排列成行的纖維預(yù)制品的較好方法是用擠壓技術(shù)。
用來形成預(yù)制品的粘合劑可以是一種無機(jī)粘合劑或一種有機(jī)粘合劑或它們的混合物。任何無機(jī)或有機(jī)粘合劑都可以使用，它們(當(dāng)干燥時(shí))把纖維粘合在一起到使預(yù)制品能無損壞加工的程度。合適的無機(jī)粘合劑的例子有二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯和氧化鎂及它們的混合物。合適的有機(jī)粘合劑的例子有碳水化合物、蛋白質(zhì)、樹膠、乳膠材料和聚合物溶液或懸浮液。
粘合劑的量可以在一個(gè)寬的范圍內(nèi)變化，直到在預(yù)制品中的纖維的重量的約50%，但典型的是在纖維重量的10%到30%范圍內(nèi)。按照指引的方法，合適的混合粘合劑含有從1-20%，比方說約5%(重量)的一種無機(jī)粘合劑，例如二氧化硅，從1到10%，比方說5%(重量)的一種有機(jī)粘合劑，例如淀粉。粘合劑以在液體載體中懸浮的形式應(yīng)用的情況下，較好的是一種含水液體載體。
如上所述，本發(fā)明的MMCs可以由浸漬預(yù)制品或由擠壓來制造。另一方面，任何所述的制造預(yù)制品的其它技術(shù)通過直接采用金屬基體材料代替粘合劑或粘合劑的混合物可以適于制造MMCs。制造MMCs的其它技術(shù)包括化學(xué)涂層、汽相沉積、等離子體噴鍍、電化學(xué)鍍敷、擴(kuò)散粘合、熱軋、等靜壓、爆炸焊接和離心鑄造。
制造MMCs時(shí)，要細(xì)心防止在MMC中產(chǎn)生氣孔。通常，MMC中的氣孔率要低于10%，較好的低于5%;理想的MMC完全沒有氣孔。當(dāng)生產(chǎn)MMC時(shí)，利用對MMC加熱和加高壓通常足以保證MMC結(jié)構(gòu)中沒有氣孔。
本發(fā)明的MMCs可以用在任何使用纖維強(qiáng)化金屬的用途中，例如在發(fā)動機(jī)工業(yè)上和抗沖擊的用途。如果需要，MMC可以與其它MMCs或其它基片，例如金屬片層壓。
本發(fā)明由下面的例子說明，除非在例子中指明涉及到擠壓技術(shù)，纖維強(qiáng)化材料制造方法如下制備凝膠拉絲溶液將0.1克硫脲溶解在600克工業(yè)水合氯化鋁溶液中(LocronL從HoechstAG獲得)。用螺旋漿攪拌器攪拌溶液，添加6.5克聚環(huán)氧乙烷(Union Carbide Polyox WSR-N-750);聚合物2小時(shí)全部溶解。在這一階段溶液粘度大約為1泊。然后把160克水合氯化鋁粉末(Hoechst Locron P)添加到溶液中;進(jìn)一步攪拌2小時(shí)后粉末溶解。然后添加35克硅氧烷表面活化劑，DOWDC 193。通過一個(gè)環(huán)璃纖維過濾器(Whatman 6FB)過濾溶液，過濾器適用的公稱值在1和1.5微米之間。
用一個(gè)低剪切力Ubbelhode毛細(xì)管粘度計(jì)測量，溶液粘度為18泊。
纖維的形成擠壓溶液通過一排孔洞，在孔洞的任何一面都是狹縫，通過狹縫引導(dǎo)空氣集中到排出的擠出物上。空氣流速60米/秒，在溫度25℃，調(diào)濕到85%相對濕度。接著，熱的干燥的空氣流，溫度60℃，流向潮濕空氣流外邊。形成長的(名義上連續(xù)的)凝膠纖維，並被共同流動的空氣流送進(jìn)底座上的集中管，在一個(gè)覆蓋有細(xì)的Carborundum砂紙並以12米/秒的園周速度旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪上，受到混合物以速度14米/秒的氣流速度沖擊。基本上排列成行的纖維薄層聚集在轉(zhuǎn)輪上。
30分鐘后，從集中管的底座取出轉(zhuǎn)輪，停機(jī)，平行于轉(zhuǎn)輪的軸切斷排列成行的纖維，並從轉(zhuǎn)輪上取下來。在這一階段，凝膠纖維含有43%(重量)難熔材料，此難熔材料含4.1%(重量)的二氧化硅。凝膠纖維的中等直徑為5微米。
在拉絲情況下，將凝膠纖維薄層在溫度為150℃的干燥箱中干燥30分鐘，然后馬上轉(zhuǎn)到用溫度300℃、1個(gè)大氣壓的蒸汽吹清的第二個(gè)干燥箱中。提高吹入蒸汽溫度到600℃，保持45分鐘，接著用空氣吹清干燥箱，然后逐漸把溫度提高到900℃，保持45分鐘。在這個(gè)階段，纖維是白色的和多孔的。主要的結(jié)晶相是η-氧化鋁，氣孔率40%(體積)，表面面積140米2/克。纖維的中等直徑為3.6微米。
然后，把指定的纖維產(chǎn)品在空氣中，溫度為1300℃加熱15分鐘，獲得大小適中的直徑3微米的難熔纖維。在纖維中主要的氧化鋁相是δ-氧化鋁，它以微晶形式同3%(重量)的α-氧化鋁在一起。纖維氣孔率為10%。
例1通過手工敷層技術(shù)由多晶氧化鋁制備直徑100毫米和厚度15毫米的園形預(yù)制品。
由基本上排列成行的，名義上連續(xù)的，多晶的在1300℃焙燒的氧化鋁纖維薄片或墊層切出圓形試樣(直徑100毫米)。該纖維的密度抗拉強(qiáng)度和模量分別為3.3克/毫升、2，000MPa和300Gpa。該墊層的橫向強(qiáng)度為42，500N/m2。
用一種含水二氧化硅溶膠噴涂纖維墊層試樣，所用溶膠的量可提供約5%纖維重量的二氧化硅(干燥重量)。在二氧化硅使用后，立即用含水淀粉溶液和一種商業(yè)名稱為“Percol”助留劑噴涂試樣，其用量是可提供5%纖維重量的淀粉和2%纖維重量的“Percol”(干燥重量)。淀粉/“Percol”溶液可用來絮凝二氧化硅溶液到纖維上並使二氧化硅保留在纖維上。
將浸漬纖維的園形試樣用手工在園柱形模子中放置，以致于幾層纖維以相同方向排列成行，將組合體壓縮到相應(yīng)于預(yù)定纖維體積百分?jǐn)?shù)的預(yù)定密度。在空氣中，溫度約為110℃，干燥組合體約4小時(shí)，然后在1200℃焙燒20分鐘，使組合體固結(jié)並燒掉任何有機(jī)材料。使用這種技術(shù)，生產(chǎn)纖維體積數(shù)為0.2和0.5的預(yù)制品，把它們分別稱為“預(yù)制品A”和“預(yù)制品B”。
用上述技術(shù)由基本上排列成行的、名義上連續(xù)的在900℃溫度焙燒的多晶氧化鋁纖維的墊層制備纖維體積數(shù)分別為0.2和0.5的兩種另外的預(yù)制品，分別稱為“預(yù)制品C”和“預(yù)制品D”。纖維的密度、強(qiáng)度和模量分別為2.1克/毫升、2100Mpa和210Gpa。該墊層橫向強(qiáng)度為35，000N/m2。在制造預(yù)制品C和D時(shí)，纖維組合體的焙燒溫度為900℃而不是1200℃。
由預(yù)制品來制造MMCs，方法如下。把預(yù)制品A和B各自放入預(yù)熱到500℃的模中，把溫度為840℃的熔融金屬澆到預(yù)制品上。預(yù)制品C和D各自在模中在840℃預(yù)熱，在840℃把熔融金屬澆到預(yù)制品上。該金屬是一種叫做Al6061的鋁合金，大致的成分百分?jǐn)?shù)為97.95Al、1.0Mg、0.6Si、0.25Cu、0.25Cr。
在用水壓機(jī)施加30Mpa壓力下，把熔融金屬壓入預(yù)制品，保持時(shí)間1分鐘。將產(chǎn)出的條(MMC)脫模並進(jìn)行T0處理(520℃8小時(shí)固溶處理，220℃24小時(shí)沉淀處理)。把產(chǎn)出的回火條冷卻到室溫並測量它的性質(zhì)。結(jié)果列入下面表1。
例24個(gè)預(yù)制品，表示為“預(yù)制品A-D”，按照例1中所述方法制備。
通過例1所述的擠壓浸漬技術(shù)由預(yù)制品制造MMCs，但是使用一種鎂合金，Mg-ZE63大致的成分百分含量為90Mg、5.8Zn、2.5稀土金屬和0.7Zr，而不用鋁合金。在2%SF6薄層下將熔融鎂合金，在二氧化碳中，溫度在800℃澆到預(yù)制品上(預(yù)制品A和B在500℃預(yù)熱，而預(yù)制品C和D在800℃預(yù)熱)，在30Mpa壓力下，擠壓預(yù)制品1分鐘。
把產(chǎn)出的MMC脫模，冷卻，測它的性能結(jié)果列入表2。
例3和4將由基本上排列成行的平均直徑3微米的氧化鋁纖維薄層(該薄層已在蒸汽中熱處理，然后在950℃加熱)制得的長度約5-7厘米的纖維束稱重並將該纖維束在包括二個(gè)半園構(gòu)件(當(dāng)把模子密閉時(shí)，構(gòu)件形成一個(gè)直徑1-1.5厘米的園柱體)的模子的下半部中敷成幾層。密閉模子以壓縮纖維，模子的兩半移動以減少不均勻的壓力和死區(qū)。模子是開口的，由此提供通向壓縮纖維束末端的通路。壓縮纖維束中纖維的體積數(shù)為0.57(例3)。
將模子轉(zhuǎn)動90°，以便纖維束垂直，它的下端被密閉並連結(jié)一個(gè)Edwards5單級真空泵。用一個(gè)漏斗，將液體的甲基丙烯酸甲酯樹脂(ModarS35)澆到模子的頂部，當(dāng)模子的底部達(dá)到真空時(shí)，把樹脂吸進(jìn)模子中以浸漬纖維束。破除真空，樹脂在室溫固化2小時(shí)。然后打開模子，取出粘著樹脂的纖維預(yù)制品，並在車床上精加工。
把加工好的預(yù)制品裝到低碳鋼管里，然后加熱到約700℃燒掉樹脂，使排列成行的纖維散在管子中。然后把管子放在擠壓-浸漬機(jī)中，在600℃用熔融鋁合金(6061)浸漬，鋁合金的大致成分為Al97.95%∶Mg1%∶Si0.6%∶Cr0.25%∶Cu0.25%。然后使管子冷卻;復(fù)合材料不時(shí)效。
在另一個(gè)試驗(yàn)中(例4)，按上述方法制備棒狀金屬基復(fù)合材料，只是氧化鋁纖維的體積分?jǐn)?shù)是0.56而不是0.57。
金屬基復(fù)合材料的模量是例3 模量 160Gpa例4 模量 154Gpa
例5按例3所述的方法制備棒狀金屬基復(fù)合材料，只是氧化鋁纖維的體積分?jǐn)?shù)是0.45，纖維由薄層得到，薄層在空氣中在溫度1300℃而不是950℃被加熱。
復(fù)合材料的模量是151Gpa。
例6-15按照例3所述的方法制備棒狀金屬基復(fù)合材料，它所含纖維體積分?jǐn)?shù)同復(fù)合材料的性質(zhì)一起列出如下 例14和15(Mg基)復(fù)合材料的密度低于2.0克/毫升。在所有例子中，復(fù)合材料的強(qiáng)度和模量由纖維和基體金屬的相應(yīng)性能來預(yù)測。
例16-18這些例子說明金屬基復(fù)合材料由切斷的平均直徑3微米的氧化鋁纖維和一種合金(Lital)來制備，合金大致的百分?jǐn)?shù)成分為Al95.55∶Li2.5∶Mg0.6∶Zr0.12。
把公稱長度64微米的切斷的氧化鋁纖維在室溫同粉末狀的合金在Kenwood材料混合器中混合。把異丙醇加入到混合物中，加入異丙醇的量剛剛足以防止混合物“起球”，這樣，保證作用于混合物的是剪切作用而不是軋制作用。使異丙醇從混合物中蒸發(fā)，然后裝入直徑7厘米、長22.5厘米和壁厚10毫米的鋁合金“罐”中。把蓋子蓋到“罐”上，然后在300℃加熱1.25小時(shí)。然后在350℃通過一個(gè)預(yù)熱園形模擠壓“罐”，園模裝配一個(gè)120°錐形環(huán)，提供擠壓比為10∶1。
用該方法制得三個(gè)擠壓金屬基復(fù)合材料(例16、17和18)，含氧化鋁纖維的體積分?jǐn)?shù)分別為0.12、0.2和0.2。第三個(gè)實(shí)驗(yàn)中(例18)擠壓比為7∶1而不是10∶1。
在各個(gè)例子中，不受后來的固溶處理的金屬基復(fù)合材料的模量稍微大于100Gpa，來自氧化鋁纖維的絲表明為約200Gpa。在各個(gè)復(fù)合材料中至少95%的氧化鋁纖維在復(fù)合材料擠壓方向5°之內(nèi)排列成行。
例19使用例16中所述的方法，制備含一個(gè)體積百分?jǐn)?shù)的排列成行的，切斷的氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯纖維和鈦金屬細(xì)粉的一種金屬基復(fù)合材料。該金屬無氧化物腐蝕痕跡，並且不脆化。
例20-22這些例子說明制備粘合的氧化鋁纖維預(yù)制品，預(yù)制品含有基本上排列成行的纖維，並適用于例如例14中所述的方法來制造金屬基復(fù)合材料。
纖維和粘合劑的結(jié)合如下所述在擠壓機(jī)室和真空下制備。大約全部切斷的氧化鋁纖維的一半(“Saffil”RF級-平均直徑3微米，公稱切斷長度160微米)同粉末狀的聚乙烯醇混合，然后添加二氧化硅溶膠和約一半選定體積的水，並混合。二氧化硅溶膠是來自Nalfloc有限公司的1030，它含30%(重量)二氧化硅。然后添加纖維素紙漿(例21和22)，接著加上剩余的水和最后剩余的切斷的氧化鋁纖維。整個(gè)混合時(shí)間約60分鐘以制備粘度均勻的結(jié)合物。
混合室中的真空降低到720毫米汞柱，通過一個(gè)園形模子擠壓纖維和粘合劑的結(jié)合物。在600℃焙燒產(chǎn)出的擠壓物以燒掉聚乙烯醇。
制備預(yù)制品的配方如下例20 重量份數(shù)切斷的氧化鋁纖維 100聚乙烯醇 10二氧化硅溶膠 10水 25焙燒后，預(yù)制品的密度為1.6克/毫升，纖維的體積分?jǐn)?shù)為0.48。
例21 重量份數(shù)切斷的氧化鋁纖維 100聚乙烯醇 20二氧化硅溶膠 19纖維素紙漿 40水 115焙燒后，預(yù)制品的密度為0.55克/毫升，氧化鋁纖維的體積數(shù)為0.17。
例22 重量份數(shù)切斷的氧化鋁纖維 100聚乙烯醇 20纖維素紙漿 25二氧化硅溶膠 17水 53焙燒后，預(yù)制品的密度為1.0克/毫升，氧化鋁纖維的體積分?jǐn)?shù)為0.3。
例23由排列成行的氧化鋁纖維的墊層切出直徑100毫米的園形試樣，並在一個(gè)園形真空-浸漬模子(直徑100毫米)中組合，在所有的層中纖維以相同的大體方向排列成行。纖維組合體的厚度直到壓縮到15毫米厚度的水平，將產(chǎn)出密度1.2克/毫升的預(yù)制品。然后用含30%(重量)二氧化硅的二氧化硅溶膠(1030W二氧化硅溶膠)的稀釋溶液浸漬組合體，以達(dá)到5%(重量)二氧化硅(根據(jù)纖維重量)?？渴紫仁?.5%淀粉溶液，其次使0.5%的絮凝劑(Percol292)溶液通過組合體將二氧化硅沉淀到纖維上。然后以一定壓力把組合體壓縮到15毫米厚，在約110℃干燥一夜得到粘合二氧化硅的預(yù)制品。
把一個(gè)由預(yù)制品切出的矩形試樣裝入一個(gè)開口的矩形箱中，加熱到750℃燒掉任何有機(jī)材料。把裝箱的預(yù)制品(在750℃)放入預(yù)熱到300℃的鑄模中，用一種鋁合金(含10%鎂的LM10)在820℃使用預(yù)熱到350℃的搗錘部件施加30Mpa的壓力，擠壓-浸漬。將產(chǎn)出的MMC脫模，由機(jī)械加工除去剩余的鋁。將(裝箱的)MMC切成矩形棒，測定它的抗拉強(qiáng)度和模量。
為了比較，按上述方法由任意取向的，短的(直到5厘米)，平均直徑3微米的氧化鋁纖維墊層制得一種MMC。為了避免在壓縮時(shí)損壞纖維，限制纖維的體積百分?jǐn)?shù)到20%。
產(chǎn)物 極限抗拉強(qiáng)度 模量(Mpa) (Gpa)非強(qiáng)化的LM10 190 70發(fā)明的MMC 442 128比較的MMC 270 94例24使用例16所述的擠壓技術(shù)，由切斷的氧化鋁纖維和粉末狀鋁合金(粉化的6061)來制造MMC。纖維的體積百分?jǐn)?shù)為20%並使MMC受到T6熱處理。
為了比較，用熱壓切斷的氧化鋁纖維和粉末狀合金(粉化的6061)的混合物制得一種含20%纖維體積百分?jǐn)?shù)的MMC。在MMC中纖維任意取向，使MMC受到T6熱處理。
產(chǎn)物 極限抗拉強(qiáng)度 模量(Mpa) (Gpa)非強(qiáng)化的LM10 310 70發(fā)明的MMC 488 ＞100比較的MMC 370 9權(quán)利要求
1.一種金屬基復(fù)合材料，其特征在于含有平均直徑低于10微米，嵌在金屬基體材料中的基本上排列成行的無機(jī)氧化物纖維。
2.權(quán)利要求
1中所要求的一種復(fù)合材料，其特征在于至少90%無機(jī)氧化物纖維基本上在纖維排列成行的大致方向上是平行的。
3.權(quán)利要求
1或權(quán)利要求
2中所要求的一種復(fù)合材料，其特征在于無機(jī)氧化物纖維的平均直徑低于5微米。
4.權(quán)利要求
1、2或3中所要求的一種復(fù)合材料，其特征在于無機(jī)氧化物纖維是名義上連續(xù)的纖維。
5.上述權(quán)利要求
中任一項(xiàng)所要求的一種復(fù)合材料，其特征在于纖維的體積百分?jǐn)?shù)從10%到60%。
6.上述權(quán)利要求
中任一項(xiàng)所要求的一種復(fù)合材料，其特征在于無機(jī)氧化物纖維是氧化鋁纖維。
7.權(quán)利要求
6所要求的一種復(fù)合材料，其特征在于纖維的視密度從1.75到3.3克/毫升。
8.權(quán)利要求
6或權(quán)利要求
7所要求的一種復(fù)合材料，其特征在于纖維抗拉強(qiáng)度大于1500Mpa和模量大于150Gpa。
9.上述權(quán)利要求
中的任一項(xiàng)所要求的一種復(fù)合材料，其特征在于基體金屬是鋁或鋁的一種合金。
10.權(quán)利要求
1到8的任一項(xiàng)所要求的一種復(fù)合材料，其特征在于基體金屬是鎂或鎂的一種合金。
11.權(quán)利要求
10所要求的一種復(fù)合材料，其特征在于含有密度小于2克/毫升的基體金屬，其中嵌有視密度2克/毫升或更小的氧化鋁纖維，該復(fù)合材料視密度小于2克/毫升。
12.上述權(quán)利要求
中的任一項(xiàng)所要求的一種復(fù)合材料，其特征在于用一種液體金屬基體材料浸漬一種無機(jī)氧化物纖維預(yù)制品來制備。
13.權(quán)利要求
1到11中任一項(xiàng)所要求的一種復(fù)合材料，其特征在于由擠壓無機(jī)氧化物纖維和金屬基體材料的混合物來制備。
14.一種預(yù)制品，其特征在于含有同粘合劑粘合在一起的，平均直徑低于10微米的基本上排列成行的無機(jī)氧化物纖維。
15.權(quán)利要求
14所要求的一種預(yù)制品，其特征在于粘合劑是一種無機(jī)粘合劑。
16.權(quán)利要求
14或權(quán)利要求
15所要求的一種預(yù)制品，其特征在于纖維的體積百分?jǐn)?shù)從10%到60%。
17.權(quán)利要求
14、15或16所要求的一種預(yù)制品，其特征在于粘合劑的量直到預(yù)制品中纖維重量的50%。
18.權(quán)利要求
14到17中任一項(xiàng)所要求的一種預(yù)制品，其特征在于纖維的平均直徑低于5微米。
19.權(quán)利要求
1所要求的金屬基復(fù)合材料的一種制造方法，其特征在于包括形成無機(jī)氧化物纖維同粘合劑粘合在一起的預(yù)制品和用一種液體金屬基體材料浸漬預(yù)制品。
20.權(quán)利要求
19所要求的一種方法，其特征在于金屬基復(fù)合材料由擠壓-浸漬該預(yù)制品來制備。
21.權(quán)利要求
19或權(quán)利要求
20所要求的一種方法，其特征在于預(yù)制品含有有機(jī)粘合劑，通過一個(gè)模子擠壓纖維和該有機(jī)粘合劑的混合物來制備。
22.權(quán)利要求
21所要求的一種方法，其特征在于纖維和有機(jī)粘合劑的混合物包含在有機(jī)粘合劑溶液或分散體中的纖維懸浮液。
23.權(quán)利要求
1所要求的金屬基復(fù)合材料的一種制造方法，其特征在于包括通過一個(gè)模子擠壓無機(jī)氧化物纖維和一種粉末狀金屬基體材料的混合物。
24.權(quán)利要求
23所要求的一種方法，其特征在于纖維和粉末狀金屬基材料的混合物包括纖維和粉末在一種液體載體中的懸浮液。
25.權(quán)利要求
24所要求的一種方法，其特征在于液體載體是一種含水介質(zhì)。
專利摘要
一種金屬基復(fù)合材料包括嵌在金屬基體材料，比如一種輕金屬，例如鋁或鎂或它們的一種合金中的基本上排列成行的，直徑細(xì)的無機(jī)氧化 物纖維。在特定的具體化方案中，纖維是名義上連續(xù)的，最好是平均直徑小于5微米。該復(fù)合材料可以由液體浸漬纖維預(yù)制品來制造，預(yù)制品包含同無機(jī)或有機(jī)粘合劑粘合在一起的纖維，或者(在短纖維的情況下)由擠壓一種混合物，例如纖維和粉末狀金屬基體材料的懸浮液來制造。
文檔編號C22C14/00GK86104818SQ86104818
公開日1987年4月29日 申請日期1986年6月21日
發(fā)明者約翰·丁·伍迪, 邁克爾·戴維·泰勒, 馬丁·休·斯特西 申請人:帝國化學(xué)工業(yè)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan