CN100389902C - 形成金属基复合材料产品的方法 - Google Patents

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Abstract

一种成型方法，其中，对含有通过使铝合金(22)和陶瓷(15)混合而制备的金属基复合材料(27)的坯料(31、66、77、87、107、128、136、144、153、77B、77C)进行压力成型以制造成型物品，该方法包括通过对成型物品的不同部分使用不同的压缩比来进行压力成型，其中压缩比是指坯料在压力成型之前的高度与坯料在压力成型之后的高度之比。上述成型方法使得可制造其不同部分具有不同陶瓷体积含量(Vf)的成型物品。

Description

形成金属基复合材料产品的方法
技术领域
本发明涉及一种通过使金属基复合材料的坯料压力成型来形成金属基复合材料产品的方法，该产品的部分与部分之间具有不同的陶瓷体积含量。
背景技术
存在一种采用金属基复合材料来提高产品特定部分的强度的制造方法。例如，日本专利特开2001-316740号公报公开了一种制造带轮的方法，为了获得强度并降低生产成本，该方法对要求强度的所有部分使用金属基复合材料，而对不要求高强度的所有其它部分使用普通金属。下面参照其图21描述该方法。
图21中所示的带轮301具有位于其中央由复合材料形成的毂302、与毂302一体地形成的铝合金盘303、以及装配在盘303周围的凹槽部305，减震元件304保持在凹槽部305与盘303之间，并且高强度的毂302可承受用于将带轮301连接到轴上而施加的螺栓紧固力。
该制造带轮301的方法开始于将复合材料挤压成型为柱体，并切削该柱体以形成毂302。然后，将毂302放置在带轮铸模中并用熔融铝合金填注该铸模。
然而，所述制造带轮的方法由于需要单独制造两个部件(即，复合材料毂302和铝合金盘303)的步骤而需要大量时间和劳动。形成复合材料毂302的步骤和铸造铝合金盘303的步骤都具有涉及复杂工作和需要大量时间及劳动的缺点。
在例如日本专利2002-66724号公报中公开了一种通过使用金属基复合材料制造具有改进冷却特性的复合材料的方法。该制造方法是这样一种技术，其特征在于，在压力机中挤压金属基复合材料块以使金属基复合材料中的基体和加强材料彼此分离，由此以缺乏均匀性的方式(pattern)定位加强材料，从而以缺乏均匀性的方式定位的加强材料的导热性可改善产品的冷却特性。下面参照图22A、22B和22C描述制造复合材料的方法。
如图22A中所示的由复合材料形成的产品311包括基底部312和形成在基底部312表面上的多个翼片(fin)313。
首先，由铝合金315和碳化硅微粒316制造金属基复合材料314，并使用制造出的金属基复合材料314形成块料317，如图22B所示。其次，将块料317加热，放置在模318(具有用于翼片的腔室319)中并压缩。
当其如图22C所示被压缩时，铝合金315流入用于翼片的腔室319中并形成铝合金翼片313。
然而，根据所述制造复合材料的方法，不能将碳化硅微粒适当地放入翼片313中，尽管可以节省一定量的时间和劳动，但是翼片313仅由铝合金制成从而强度太低。换言之，不可能使碳化硅分布在翼片313的中央以获得任何期望的体积含量，结果，复合材料的强度不可靠。
因此，期望这样一种技术，其便于制造部分与部分之间具有不同的陶瓷体积含量的金属基复合材料产品。
发明内容
根据本发明，提供了一种形成金属基复合材料产品的方法，其特征在于包括：通过混合金属基体和陶瓷加强材料制备金属基复合材料的坯料的步骤；将该坯料加热到预定温度的步骤；和在模具组件中使加热的坯料压力成型的步骤，从而使坯料可以在成型产品的部分与部分之间具有不同的压缩比H/h1，以使该成型产品的部分与部分之间具有不同的陶瓷体积含量，其中H为所述坯料在成型之前的高度，而h1为其在成型之后的高度。
当使坯料压力成型时，其压缩比因部分而异，以使其部分与部分之间具有不同的成型应变度，从而使成型产品的部分与部分之间具有不同的陶瓷体积含量。这有利地使得可便于制造由金属基复合材料形成的、且部分与部分之间具有不同的陶瓷体积含量的产品。
所述坯料优选地具有因部分而异的高度。这样，仅闭合模具组件就可使成型产品具有因部分而异的陶瓷体积含量，从而便于进行使产品具有因部分而异的陶瓷体积含量的成型工作。
所述压力成型优选采用分离式模具组件。这样，模具组件的分离部分允许分别进行压力控制，并首先向与期望高陶瓷体积含量的任何产品部分相对应的模具部分施加压力。然后，向与任何剩余产品部分相对应的任何剩余模具部分施加压力。这有利地使得可形成陶瓷体积含量彼此不同的多个产品部分。
所述压力成型优选采用这样的模具组件，即在其与所述坯料接触的部分中具有热绝缘。与对与坯料接触的任何部分的导热性都不进行控制的情况相比，这有利地使得可降低材料的陶瓷体积含量在成型产品的表面与深层之间的任何差别。
优选采用铝合金作为所述基体，并且采用氧化铝聚集体作为所述陶瓷。这样，由于混合熔融铝合金和氧化铝聚集体就足够了，并且氧化铝聚集体易于制备，因此易于制备金属基复合材料，并且可提高部分与部分之间具有不同的陶瓷体积含量的任何产品的生产效率。
所述加热步骤优选进行为将所述坯料加热到580℃或更高，以提高金属基体的流动性。
附图说明
图1A至1C为表示通过根据本发明第一成型方法形成的金属基复合材料的第一产品的视图；
图2A至2I为表示在根据本发明第一成型方法中的制造复合材料的步骤、形成坯料的步骤、加热坯料的步骤和使坯料压力成型的步骤的视图；
图3为表示第一成型方法中的压缩比与第一产品的陶瓷体积含量之间的关系的曲线图；
图4为表示第一成型方法所采用的模具组件的压力施加速度与第一产品的陶瓷体积含量之间的关系的曲线图；
图5A至5D为表示与第一成型方法中不同的制造金属基复合材料和形成坯料的步骤的视图；
图6为表示通过第二和第三成型方法形成的金属基复合材料的第二和第三产品的视图；
图7为表示在根据本发明的第二成型方法中在模具组件中放置加热的坯料的视图；
图8A至8C示意地表示在第二成型方法中的压力成型步骤；
图9为表示由第二成型方法形成的产品的中央部分的陶瓷体积含量与其边缘部分的陶瓷体积含量之间的关系的曲线图；
图10A至10C为表示根据本发明的第三成型方法的视图；
图11为表示通过根据本发明的第四成型方法形成的金属基复合材料的第四产品的视图；
图12A至12D为表示在根据本发明第四成型方法中的压力成型步骤的视图；
图13A至13C为表示通过根据本发明第五、第六和第七成型方法形成的金属基复合材料的第五、第六和第七产品的视图；
图14A至14C为表示根据本发明的第五成型方法所采用的坯料以及在第五成型方法中的压力成型步骤的视图；
图15A至15C为表示根据本发明第六成型方法所采用的坯料以及在第六成型方法中的压力成型步骤的视图；
图16A至16C为表示根据本发明第七成型方法所采用的坯料以及在第七成型方法中的压力成型步骤的视图；
图17A至17E为表示在采用分离式模具组件的根据本发明第八成型方法中的压力成型步骤、以及由该方法形成的第八产品的视图；
图18A至18D为表示在根据本发明第九成型方法中的压力成型步骤的视图；
图19A至19D为表示在根据本发明第十成型方法中的压力成型步骤的视图；
图20为表示通过采用不具有任何热绝缘的模具组件、采用在与坯料接触的部分区域中具有热绝缘的模具组件以及采用在与坯料接触的整个区域中都具有热绝缘的模具组件而形成的产品的陶瓷体积含量之间关系的曲线图；
图21为表示通过采用根据现有技术的复合材料作为其一部分而形成的带轮的视图；以及
图22A至22C为表示根据现有技术制造复合材料的方法的视图。
具体实施方式
图1A至1C表示通过根据本发明第一成型方法形成的金属基复合材料的第一产品。
图1A中所示的第一产品11为由金属基复合材料形成的产品，并且例如用作汽车的部件或者工业机器的部件。
第一产品11为具有中央部分12和连接到中央部分12的边缘部分13的盘状板材。中央部分12的强度高于边缘部分13。因而，第一产品11在其边缘部分13用于任何不要求高强度的部分而其中央部分12用于任何要求强度的部分时，可确保强度并且还减轻了重量。
h1表示坯料成型后的高度，该高度对应于板材厚度。
第一产品11由由金属14和陶瓷15组成的金属基复合材料制成。
中央部分12为在金属14中含有大约40％的陶瓷15的部分，如图1B所示。使用铝合金作为金属14。陶瓷15例如为氧化铝聚集体21。
当陶瓷体积含量表示为Vf时，可获得的陶瓷体积含量Vf(％)为(陶瓷体积/(基体体积+陶瓷体积))×100。
中央部分12的陶瓷体积含量Vf为Vm1(大约40％)。相应的杨氏模量表示为Em1。
图1C中所示的边缘部分13为在金属14中含有大约18％的陶瓷15的部分。
边缘部分13的陶瓷体积含量Vf为Ve1(大约18％)。相应的杨氏模量表示为Ee1，并且杨氏模量Ee1＜Em1。这样，第一产品11的陶瓷体积含量Vf从其中央部分12向其边缘部分13逐渐减少。因此，第一产品11的杨氏模量从其中央部分12向其边缘部分13逐渐降低。
现在参照图2A至2I描述形成上述金属基复合材料的第一产品11的第一方法。第一成型方法具有制备复合材料的步骤、形成坯料的步骤、加热坯料的步骤以及使坯料压力成型的步骤。将更具体地依次描述这四个步骤。
图2A至2D表示在第一成型方法中制备复合材料和形成坯料的步骤。
参照图2A，制备复合材料的步骤通过混合基体和陶瓷而制造金属基复合材料。更具体地，采用铝合金22作为基体。使用按照日本工业标准(JIS)的A6061作为铝合金22。使用氧化铝聚集体21作为陶瓷。
图2B为图2A中的部分2B的放大视图，并且示意地表示聚集体21的颗粒。聚集体21的每个颗粒都是氧化铝(Al2O3)颗粒23团。聚集体21具有大约50μm的直径。氧化铝(Al2O3)颗粒23具有大约1μm的直径。
也可以采用除氧化铝(Al2O3)颗粒外的陶瓷。
尽管第一成型方法采用聚集体，然而也可以使用不形成任何聚集体的粉末。
除了陶瓷之外，也可以考虑碳纤维(长或短纤维)作为加强材料。
首先熔化给定重量的铝合金22，并且在熔化的铝合金22中放入给定重量的聚集体21并与其搅拌，如图2A所示。将搅拌后的铝合金22放入形状和大小适当的锭模24(参见图2C)中并凝固以提供金属基复合材料27块(参见图2C)。
参照图2C，形成坯料的步骤采用凝固的金属基复合材料27块作为第一坯料31。H表示待挤压的坯料的高度，D1表示其直径。
根据坯料形状和锭模，可通过例如切削成多个坯料并且切削成适当的形状来加工金属基复合材料27块。
图2D为图2C中的部分2D的放大视图，并且示意地表示金属基复合材料27。金属基复合材料27由铝合金22和氧化铝颗粒23的聚集体21组成。
金属基复合材料27的陶瓷体积含量Vf表示为Vb(大约23％至24％)。金属基复合材料27的杨氏模量表示为Eb。
采用铝合金22作为基体并采用氧化铝聚集体21作为陶瓷的第一成型方法不需要大量时间和劳动，这是由于混合熔融铝合金22和氧化铝聚集体21就足够了。氧化铝聚集体21易于制备。因此，容易制造金属基复合材料27，从而可提高部分与部分之间具有不同的陶瓷体积含量的任何产品的生产效率。
在制备金属基复合材料27作为第一坯料31(参见图2C)之后，开始加热坯料的步骤。
图2E至2I表示根据第一成型方法加热坯料和挤压坯料的步骤。
如图2E所示的加热坯料的步骤在加热炉32中在预定温度条件下加热第一坯料31。加热炉32具有炉体33、热源34、热电偶35以及根据来自热电偶35的信息和预设条件来控制热源34的控制单元36。
作为加热坯料的步骤的温度条件所采用的预定温度为等于或高于铝合金22的固相线的温度(例如，根据日本工业标准的A6061为580℃或更高)。
尽管可按照希望选择坯料加热温度的上限，但是考虑到过高温度可能延长随后的凝固步骤、以及多于必需的加热可能延长加热步骤，希望的是基于生产效率和质量将其上限设定为合适的温度。
在如图2F所示的挤压步骤期间，将在加热步骤中被加热到580℃或更高的第一坯料31如箭头a所示放置在模具组件37中，并通过模具组件37安装于其内的压力机41的操作而形成为特定形状。
模具组件37由下模42和上模43组成并具有温度控制装置(未示出)。下模42和上模43分别具有平坦的模面44和45。模具组件37为轴向(沿着空白箭头的方向)压缩第一坯料31并使坯料31横向扩展的镦粗类型。图中所示模具组件37的形状和结构只是示意性的。
温度控制装置可以为任何类型，并且可例如构造成依靠流体或电进行温度控制。例如，设定300℃的温度。希望保持300℃的模具温度，但是也可以通过在正常温度下使用模具组件来进行成型，而不为其提供任何温度控制装置。
在压力机41的操作面板(未示出)中设定的主要成型条件是压力P、压力施加速度Vp和下降行程S。压力P表示为相对于坯料的投影面积的表面压力(kg/cm2)。下降行程S为从模具与坯料接触的位置到其下限的距离，并且基于通过施加压力而形成的板材的厚度(在施加压力后所获得的坯料的高度h1)。
这样，使用模具组件37以压力P、压力施加速度Vp和特定下降行程向580℃或更高温度的第一坯料31施加压力以形成第一产品。
图2G至2I表示施加在第一坯料31上的压力。
如图2G所示，对于下降行程S1，以压力P和压力施加速度Vp在第一坯料31上持续施加压力。在走过(cover)下降行程S1的过程中，作为基体的铝合金22在580℃或更高温度下其流动性提高，在压力作用下铝合金22开始破裂，并且还开始横向向外(向图中的左、右以及向图中的前、后)流动，如箭头b所示。另一方面，聚集体21的颗粒很难横向向外运动，而是开始向下运动。
上模43继续下降并且当其到达下降行程S2(S2＞S1)时(如图2H所示)，第一坯料31的高度从H变为Ha。在走过下降行程S2期间，铝合金22穿过聚集体21的颗粒之间而进一步横向向外流动。聚集体21通过其颗粒的接触和碰撞开始毁坏，并且开始变成更小的聚集体或氧化铝(Al2O3)颗粒。
所述上模进一步继续下降，并且一到达限定其下限的下降行程S3，就形成第一产品11，如图2I所示。
在走过下降行程S3的过程中，铝合金22继续向外流动，聚集体21的颗粒在压力作用下破裂并变成更小的聚集体或氧化铝(Al2O3)颗粒，并且几乎所有这些颗粒都留在由第一坯料31的中央部分形成的第一产品11的中央部分12中，而其余的颗粒被向外流动的铝合金22推动并横向向外(沿着箭头c、c的方向)流动。结果，第一产品11的中央部分12的陶瓷体积含量Vf上升到Vm1(大约40％)并表现出杨氏模量Em1，而第一产品11的边缘部分13的陶瓷体积含量Vf降低到Ve1(大约18％)并且表现出杨氏模量Ee1。
与金属基复合材料27(参见图2D)的陶瓷体积含量Vb相比，第一产品11从其边缘部分13到其中央部分12的陶瓷体积含量为Ve1＜Vb＜Vm1。
当压缩比表示为Rh时，对于第一产品11的形状而言，压缩比Rh为其中央部分12的压缩比，或近似为坯料加工前后其直径D1(参见图2C)的尺寸比。中央部分12的压缩比Rh表示为Rh＝H/h1，例如为6.8。除了中央部分12之外的部分的压缩比Rh，或者边缘部分13的压缩比Rh表示为Rh＝0/h1，或者不设置其压缩比。
因此，根据第一成型方法，第一产品11的压缩比Rh从其中央部分12到其边缘部分13而不同。
图3为表示通过第一成型方法的压缩比与第一产品的陶瓷体积含量之间关系的曲线图。横轴表示所述中央部分的压缩比Rh，而纵轴表示陶瓷体积含量Vf。成型条件为由相对于坯料的投影面积的表面压力表示的650kg/cm2的压力P、大约130mm/sec的压力施加速度Vp、580℃或更高的加热温度以及300℃的模具温度。
●表示第一产品11的中央部分12的陶瓷体积含量Vf。
○表示第一产品11的边缘部分13的陶瓷体积含量Vf。
中央部分12的陶瓷体积含量Vf与压缩比Rh的增加基本成比例地增加。边缘部分13的陶瓷体积含量Vf与压缩比Rh的增加基本成比例地减少。
换言之，边缘部分13的陶瓷体积含量Vf随着中央部分12的陶瓷体积含量Vf的增加而减少。因而，控制压缩比Rh可以控制陶瓷体积含量Vf。
在本发明的成型方法中，压缩比Rh设定在1至10的范围内。优选地设定为2或更大。压缩比为2或更大使得易于实现产品的陶瓷体积含量Vf的逐渐减少或增加。
压缩比Rh小于2使得难以实现产品的陶瓷体积含量Vf的逐渐减少或增加。
主要是在坯料为圆柱体形状时，如果压缩比Rh超过10，则很可能任何加热到等于或大于固相线的温度(例如，根据JIS A6061的580℃或更高)的坯料在放置在模具组件中时可能会破裂或崩溃，从而导致产品成型失败。然而，存在形成为使得即使在压缩比Rh大于10时也不破裂或崩溃的坯料，从而可为这些坯料选择大于10的压缩比Rh。
图4为表示第一成型方法采用的压力施加速度与第一产品的陶瓷体积含量之间的关系的曲线图。横轴表示压力施加速度Vp，而纵轴表示陶瓷体积含量Vf。成型条件为由相对于坯料的投影面积的表面压力表示的650kg/cm2的压力P、6.8的压缩比Rh、580℃或更高的加热温度以及300℃的模具温度。
●表示第一产品11的中央部分12的陶瓷体积含量Vf。
○表示第一产品11的边缘部分13的陶瓷体积含量Vf。
中央部分12的陶瓷体积含量Vf与压力施加速度Vp的增加基本成反比地减少，并且随后坯料的陶瓷体积含量停止变化。
边缘部分13的陶瓷体积含量Vf与压力施加速度Vp的增加基本成比例地增加，并且随后坯料的陶瓷体积含量停止变化。
这表明如果压力施加速度Vp较高，则铝合金横向流动的速度也高，从而氧化铝聚集体21不能停留，而是随着铝合金的流动横向运动。
因而，控制压力施加速度Vp可以控制陶瓷体积含量Vf。
在本发明的成型方法中，压力施加速度Vp设定在5到300mm/sec的范围内。
如果压力施加速度Vp低于5mm/sec，则混合于中央部分12的基体中的加强材料(例如，陶瓷或者碳纤维)的体积含量(陶瓷体积含量Vf)几乎不会有任何增加。
如果压力施加速度Vp超过300mm/sec，则在中央部分12或边缘部分13的体积含量(陶瓷体积含量Vf)中几乎没有任何变化。
因而，控制压力施加速度Vp或压缩比Rh可使得陶瓷体积含量Vf从第一产品11的中央部分12到其边缘部分13逐渐减少(倾斜)，同时使得第一产品11能够以期望的形状形成。
下面参照图5A至5D描述与参照图2A至2D所描述的制备复合材料和形成坯料的步骤不同的步骤。
首先将聚集的氧化铝粉末和镁(Mg)的粉末混合物51及铝合金52放置在用于制备铝基复合材料的装置54的气氛炉(atmosphere furnace)55中，如图5A所示。附图标记53表示控制单元。
然后，通过真空泵56抽空气氛炉55，从而可将氧从气氛炉55除去。真空泵56在达到一定真空度时停止，并且从其瓶57如箭头d1所示向气氛炉55供应氩气(Ar)58。然后，通过加热线圈59开始如箭头d2所示对粉末混合物51和铝合金52加热。
气氛炉55的温度上升(自动地)，同时由温度传感器61检测。当达到一定温度(例如，大约750℃至大约900℃)时，铝合金52熔化。同时，粉末混合物51中的镁(Mg)进行挥发。由于在气氛炉55中氩气(Ar)58环境占主要优势，因此铝合金52或镁(Mg)没有氧化。
接着，通过氮气(N2)62使气氛炉55中的压力上升，粉末混合物51中的聚集的氧化铝粉末通过氮化镁64的作用而减少，从而允许熔融铝合金52穿过粉末混合物52以提供金属基复合材料65，由此提供铝基复合坯料66，如图5B所示。
更具体地，将氮气62如箭头d4所示供应到气氛炉55中，同时通过真空泵56从中去除氩气58。此时，施加高压(例如，大气压+大约0.5kg/cm2)。用氮气62净化气氛炉55。
当气氛炉55充满氮气62的气氛时，氮气62通过与镁(Mg)反应而形成氮化镁(Mg3N2)64。由于氮化镁64减少了氧化铝，因此改善了氧化铝的润湿性(wettability)。结果，熔融铝合金52在聚集的氧化铝颗粒当中穿过。氧化铝52的凝固完成了铝基复合坯料66。
图5C中所示的铝基复合坯料66(以下简称为“坯料66”)是通过使铝合金52穿过粉末混合物51而获得的产品。
如果需要，可以通过NC(数控)车床67将坯料66切削成特定外径，如图5D所示。
图2A至2D和图5A至5D中所示的制备复合材料和形成坯料的步骤只是示例性的，并且不排除制备根据本发明的复合材料的任何其它方法。
图6表示分别通过第二和第三成型方法形成的金属基复合材料的第二和第三产品，以下将进行描述。第二产品68为用于盘式制动器的制动盘。第三产品71为具有U形截面的部件，例如用于盘式制动器的卡钳，并且在图10A中详细地示出。
包括制动盘的第二产品68包括形成在其中央的紧固部分72、邻接紧固部分72形成的柱形连接部分73、以及邻接连接部分73的上端形成且径向向外伸出的凸缘形滑动部分74。
紧固部分72为将通过多个螺栓固定到车辆中的驱动轴上的部分。紧固部分72的陶瓷体积含量Vm2大约为40％。
滑动部分74具有上、下滑动表面75、75，一衬垫(未示出)将压靠在所述滑动表面上以产生摩擦。该摩擦限制制动盘的转动。
下面将参照图7和图8A至8C描述形成金属基复合材料的第二产品68的第二方法。稍后将描述形成第三产品71的第三方法。在第二成型方法中制备复合材料和加热坯料的步骤与第一方法中的相同，从而不再进行描述。
参照图7，在第二成型方法中形成坯料的步骤采用金属基复合材料27(参见图2C)或铝基复合坯料66(参见图5C)，以形成圆柱形的第二坯料77。Hb表示第二坯料77在压力成型之前的高度，而D2表示其直径。
将具有580℃或更高温度的第二坯料77如箭头e所示放置在模具组件78中，以准备施加压力。然后，通过其中安装有模具组件78的压力机41施加压力以使第二坯料77形成为特定形状。
模具组件78为具有下模81、上冲模82以及温度控制装置(未示出)的闭合组件。模具组件78的形状和结构只是示意性的。
温度控制装置可以是任何类型，例如可以构造成依靠流体或电来进行温度控制。例如，设定300℃的温度。也可以使用处于正常温度下的模具组件。
在压力机41的操作面板中设定的主要成型条件为例如大约650kg/cm2的压力P、大约130mm/sec的压力施加速度Vp以及47mm的下降行程S。这样，使用模具组件78以压力P、压力施加速度Vp和特定下降行程S向处于580℃或更高的第二坯料77施加压力以形成第二产品。
图8A至8C表示在第二成型方法中的压力施加。
使上冲模82下降以走过下降行程S4，如图8A所示。第二坯料77的高度从Hb变化到Hc。在第二坯料77的高度变化到Hc的过程中，温度为580℃或更高的作为基体的铝合金22在压力下开始破裂，并且还开始横向向外(向图中的左、右以及图中的前、后)流动，如箭头f所示。另一方面，聚集体21的颗粒保持分散并且停留不动，几乎不横向运动。
随着上冲模82继续下降，铝合金22在聚集体21的颗粒当中穿过以进一步向外流动，如图8B所示。聚集体21通过其颗粒的接触和碰撞而开始毁坏，并且开始变成更小的聚集体或氧化铝(Al2O3)颗粒。
上冲模82进一步继续下降，并且当到达其下限的下降行程时，形成第二产品68，如图8C所示。h1为挤压后的坯料的高度并对应于板材的厚度。
在走过其下限的下降行程过程中，铝合金22持续向外流动。聚集体21的颗粒在压力作用下破裂并变成更小的聚集体或氧化铝(Al2O3)颗粒，并且几乎所有这些颗粒都留在由第二产品68的中央部分所限定的紧固部分72中，而其余的颗粒在铝合金22向外流动时被铝合金22推动从而横向向外(沿着箭头g的方向)流动。结果，由第二产品68的中央部分所限定的紧固部分72使其陶瓷体积含量Vf上升到Vm2(大约40％)，而由第二产品68的边缘部分所限定的滑动部分74使其陶瓷体积含量Vf下降到Ve2(大约18％)。
当第二产品68的压缩比表示为Rh时，紧固部分72的压缩比Rh表示为Rh＝Hb/h1，例如为6.8。不设置滑动部分74的压缩比Rh。因此，根据该第二成型方法，第二产品68的压缩比Rh从其紧固部分72到其滑动部分74而不同。
图9为表示通过第二成型方法形成的产品中央部分的陶瓷体积含量与其边缘部分的陶瓷体积含量之间关系的曲线图。横轴表示中央部分的陶瓷体积含量Vf。纵轴表示边缘部分的陶瓷体积含量Vf。成型条件为由相对于坯料的投影面积的表面压力表示的650kg/cm2的压力P、大约130mm/sec的压力施加速度、580℃或更高的加热温度和300℃的模具温度。
图9中的曲线图还表示如参照图1A所述的第一产品11的中央部分12的陶瓷体积含量与其边缘部分13的陶瓷体积含量之间的关系。
边缘部分(滑动部分)74的陶瓷体积含量Vf与中央部分(紧固部分)72的陶瓷体积含量Vf的增加基本成比例地减少。
第二产品68(参见图6)为制动盘。该制动盘的紧固部分72(参见图6)的陶瓷体积含量Vf设定在28％至42％的范围内。
因此，根据第二成型方法，中央部分(紧固部分)72的陶瓷体积含量Vf设定在28％至42％的范围内。
如果中央部分(紧固部分)72的陶瓷体积含量Vf小于28％，则在通过螺栓安装中央部分(紧固部分)72时给定的螺栓紧固扭矩很可能会导致紧固部分72翘曲。
如果中央部分(紧固部分)72的陶瓷体积含量Vf超过42％，则这些陶瓷致使可加工性降低并致使生产成本上升。
制动盘的边缘部分(滑动部分)74的陶瓷体积含量Vf设置在15％至25％的范围内。
如果边缘部分(滑动部分)74的陶瓷体积含量Vf小于15％，则硬度和耐磨性出现下降。
如果边缘部分(滑动部分)74的陶瓷体积含量Vf超过25％，则这些陶瓷由于在获得高精度的工作(例如，磨削或抛光)中需要大量时间和劳动而致使可加工性降低。
图3中的曲线图还可认为表示通过第二成型方法的压缩比与第二产品的陶瓷体积含量之间的关系。图4中的曲线图还可认为表示第二成型方法采用的压力施加速度与第二产品的陶瓷体积含量之间的关系。
下面将参照图10A至10C描述根据本发明的第三成型方法。图10A表示第三产品，而图10B和10C表示压力施加的步骤。
参照图10A，第三产品71为具有U形截面的元件，并且包括形成在其中央的第一板部84和从第一板部84的两个相对边缘以相对这两个边缘成直角延伸的两个第二板部85、85。第二板部85、85均受到力F。附图标记86、86表示各角部，而h3表示压力成型后坯料的高度，并对应于板厚。
第三产品71在角部86、86处具有比在第二板部85、85的自由端高的陶瓷体积含量Vf，从而用于提高U形元件的强度并减少其重量。
下面将描述形成金属基复合材料的第三产品71的第三方法。制备复合材料和加热坯料的步骤与第一方法中的相同，因此不再进行描述。
第三成型方法中形成坯料的步骤采用金属基复合材料27(参见图2C)或者铝基复合坯料66(参见图5C)来形成第三坯料87，如图10所示。第三坯料87为形成有预定宽度和长度、以及在压力成型之前坯料高度为Hd的板材。
在压力成型步骤中，将具有580℃或更高温度的第三坯料87如箭头所示放置在模具组件88中，并通过其中安装有模具组件88的压力机41的操作使其形成为特定形状。模具组件88具有下模91、上冲模92和温度控制装置(未示出)。
在压力机41的操作面板中设置的主要成型条件为压力P、压力施加速度Vp和下降行程S。这样，利用模具组件88以压力P、压力施加速度Vp和特定的下降行程S向580℃或更高的第三坯料87施加压力以形成第三产品。
使上冲模92运动到其行程的下限以完成第三产品71，如图10C所示。
在对第三坯料87施加压力的过程中，铝合金22在压力作用下开始破裂并在聚集体21的颗粒当中穿过而横向向外(向图中的左、右)流动，如上所述。
另一方面，聚集体21通过其颗粒的接触和碰撞而毁坏并在压力作用下破裂成更小的聚集体或氧化铝(Al2O3)颗粒，并且几乎所有这些颗粒都留在第一板部84和角部86、86中。结果，图10A中所示的第三产品71的第一板部84的陶瓷体积含量为Vf或Vm3(大约40％)，并且角部86、86的陶瓷体积含量Vf大约为37％。其上承受较大力的角部86、86的较高陶瓷体积含量Vf使角部86、86的材料具有高的杨氏模量，并且实现了U形元件的强度的提高及其重量的降低。
作为第三产品71的边缘部分的第二板部85、85的陶瓷体积含量为Vf或Ve3(大约18％)。
第三产品71的第一板部84的压缩比Rh表示为Rh＝Hd/h3。第二板部85、85未设置任何压缩比Rh，但为其设置了必要的板厚。因此，根据第三成型方法，第三产品71具有从其第一板部84到其第二板部85、85不同的压缩比Rh。
图11表示由根据本发明的第四成型方法形成的金属基复合材料的第四产品94，稍后将描述。
第四产品94为在壳体95中铸造的柱形元件(例如，气缸体)，并且具有与凸缘96紧密接触的板状表面97(例如，气缸盖)。
第四产品94在其面对凸缘96的外周壁103的一个端部104与其中央部分105之间具有表示为Vm4的陶瓷体积含量Vf。陶瓷体积含量Vm4高于坯料的陶瓷体积含量Vb(大约23％至24％)，而在接近壳体95的内侧101的另一端部106与中央部分105之间的陶瓷体积含量Ve4低于坯料的陶瓷体积含量Vb。这样，板状表面97在一个端部104处形成为使其陶瓷体积含量Vf上升到Vm4。
由于其陶瓷体积含量上升到Vm4，因此板状表面97的强度足以承受安装凸缘96而施加的任何螺栓紧固力(轴向力)，并且即使凸缘96通过由螺栓紧固扭矩引起的表面压力p与其紧密接触也不会变形，而且可防止例如任何水压(液压流体)或者气压(空气)的泄漏从而维持高压。
下面将参照图12A至12D描述上述形成第四产品94的第四方法。制备复合材料和加热坯料的步骤与在第一方法中的相同，因此不再进行描述。
在第四成型方法中形成坯料的步骤采用金属基复合材料27(参见图2C)或铝基复合坯料66(参见图5C)来形成圆柱形的第四坯料107，如图12A所示。D3表示其直径，而He表示第四坯料107在压力成型之前的高度。
在压力成型步骤中，将具有580℃或更高温度的第四坯料107如双点划线所示放置在模具组件108中，并且通过其中安装有模具组件108的压力机41的操作使其形成为特定形状。
模具组件108具有下模111、上冲模112和温度控制装置(未示出)。使用模具组件108以压力P、压力施加速度Vp和特定的下降行程向580℃或更高温度的第四坯料107施加压力以形成第四产品。
在向第四坯料107施加压力的过程中，铝合金22在聚集体21的颗粒当中穿过而向外(沿着箭头j的方向)流动，如上所述，并如图12B所示。
另一方面，聚集体21通过其颗粒的接触和碰撞而开始毁坏，并且开始分裂成更小的聚集体或氧化铝(Al2O3)颗粒。
接着，使上冲模112穿过坯料运动到其行程的下限，如图12C所示，从而获得如图11所示的第四产品94。
在向第四坯料107持续施加压力的过程中(参见图12B)，聚集体21在压力作用下分裂成更小的聚集体或氧化铝(Al2O3)颗粒，并且几乎所有的小聚集体或氧化铝颗粒都留在所述中央部分中，而其余的颗粒在铝合金22向外流动时被铝合金22推动而横向向外(向图中的左、右以及向图中的前、后)流动。结果，第四产品94的限定其中央部分的一个端部104(参见图11)具有表示为Vm4(大约40％)的陶瓷体积含量Vf，而第四产品94的限定其边缘部分的另一端部106(参见图11)具有表示为Ve4(大约18％)的陶瓷体积含量Vf。
h4表示坯料在压力成型之后的高度，例如1mm。当上冲模112穿过坯料时，坯料高度为0mm，但是在将坯料高度设置为1mm时，其陶瓷体积含量Vf与所述一个端部104表现出的陶瓷体积含量Vf几乎相同，并且第四产品94(参见图11)具有表示为Rh＝He/h4的压缩比Rh。其外周壁103未设置压缩比Rh，但为其设置了必要的板厚。
因此，根据第四成型方法，第四产品94具有从其底部到其外周壁103不同的压缩比Rh。
打开模具组件108(参见图12C)，取出第四产品94，如图12D所示。
接下来的步骤对放置在模中的第四产品94进行铸造。
这样，根据本发明的成型方法为第一至第四产品11、68、71和94中任一个的中央部分都设置压缩比Rh，以使每个产品的压缩比Rh因部分而异，从而第一至第四产品中的每一个都可具有从其中央部分到其边缘部分不同的陶瓷体积含量Vf，如关于第一至第四成型方法中的每一个所述。由于仅使模具组件闭合就足以形成部分与部分之间具有不同的的陶瓷体积含量的产品，因此容易制造部分与部分之间具有不同的陶瓷体积含量的金属基复合材料产品。
图13A至13C表示通过根据本发明的第五、第六和第七成型方法形成的金属基复合材料的第五、第六和第七产品。
图13A中所示的第五产品117具有以与图1A中所述的第一产品11相反的方式逐渐降低的陶瓷体积含量Vf，并且其陶瓷体积含量Vf从其中央部分122向其边缘部分123逐渐增加。更具体地，其中央部分122的陶瓷体积含量Vm5为大约18％，而其边缘部分123的陶瓷体积含量Ve5为大约40％。第五产品117为盘状板件，其边缘部分123具有比其中央部分122的陶瓷体积含量Vm5高的陶瓷体积含量Ve5(Ve5＞Vm5)。
当对中央部分122和边缘部分123的陶瓷体积含量与金属基复合材料27(参见图2C)的陶瓷体积含量Vb进行对比时，Vm5＜Vb＜Ve5。
当中央部分122的杨氏模量为Em5，而边缘部分123的杨氏模量为Ee5(Ee5＞Em5)时，当对中央部分122和边缘部分123的杨氏模量与金属基复合材料27(参见图2C)的杨氏模量Eb进行对比时，Em5＜Eb＜Ee5。
图13B中所示的第六产品118具有从其中央部分124到其边缘部分125逐渐减少的陶瓷体积含量Vf。更具体地，其中央部分124的陶瓷体积含量Vm6为大约28％，而其边缘部分125的陶瓷体积含量Ve6为大约20％。第六产品118为盘状板件，其边缘部分125具有比其中央部分124的陶瓷体积含量Vm6低的陶瓷体积含量Ve6(Ve6＜Vm6)。
中央部分124的陶瓷体积含量Vm6比图2C中所示的金属基复合材料27的陶瓷体积含量Vb高，而边缘部分125的陶瓷体积含量Ve6与其大致相等。
图13C中所示的第七产品121具有以与第六产品118(参见图13B)相反的方式逐渐减少的陶瓷体积含量Vf，并且其陶瓷体积含量Vf从其中央部分126向其边缘部分127逐渐增加。更具体地，其中央部分126的陶瓷体积含量Vm7为大约20％，而其边缘部分127的陶瓷体积含量Ve7为大约28％。第七产品121为盘状板件，其边缘部分127具有比其中央部分126的陶瓷体积含量Vm7高的陶瓷体积含量Ve7(Ve7＞Vm7)。
中央部分126的陶瓷体积含量Vm7比图2C所示的金属基复合材料27的陶瓷体积含量Vb高，而边缘部分127的陶瓷体积含量Ve7与其大致相等。
下面将对分别形成金属基复合材料的第五、第六和第七产品117、118和121的第五、第六和第七方法依次进行描述。
首先参照图14A至14C描述形成第五产品的第五方法。制备复合材料和加热坯料的步骤与第一方法中的相同，因此不再进行描述。
在第五成型方法中形成坯料的步骤采用金属基复合材料27(参见图2C)或铝基复合坯料66(参见图5C)来形成第五坯料128，如图14A所示。第五坯料128为在其中央具有孔132的板状环形体131，并且环形体131的高度(其为压力成型之前坯料的高度)为Hg。
参照图14B，将具有580℃或更高温度的第五坯料128如箭头所示放置在模具组件133中，并通过其中安装有模具组件133的压力机41的操作使其形成为特定形状。
模具组件133具有下模134、上冲模135和温度控制装置(未示出)。使用模具组件133以压力P、压力施加速度Vp和特定的下降行程向580℃或更高的第五坯料128施加压力以形成如图13A所示的第五产品117。
然后，使上冲模135运动至其行程的下限，如图14C所示，从而获得第五产品117。
更具体地，在向第五坯料128施加压力的过程中，铝合金22在压力作用下开始破裂并在聚集体21的颗粒当中穿过而向孔132的中央横向(向图中的左、右以及向图中的前、后)流动，如箭头k所示。
另一方面，聚集体21通过其颗粒的接触和碰撞而毁坏，并且在压力作用下破裂成更小的聚集体或氧化铝(Al2O3)颗粒，并且几乎所有的这些颗粒都留在环形体131中，而不朝向孔132向内运动。结果，第五产品117的中央部分122的陶瓷体积含量Vf或Vm5为大约18％，而其边缘部分123的陶瓷体积含量Vf或Ve5为大约40％。
h1表示坯料压力成型之后的高度，并且对应于第五产品117的板厚。第五产品117的环形体131的压缩比Rh为Rh＝Hg/h1。未对中央部分122设置压缩比Rh。
因此，根据第五成型方法，第五产品117具有从环形体131至中央部分122不同的压缩比Rh。
下面参照图15A至15C描述形成图13B中所示的第六产品的第六方法。制备复合材料和加热坯料的步骤与第一方法中的相同，从而不再描述。
在第六成型方法中形成坯料的步骤采用金属基复合材料27(参见图2C)或铝基复合坯料66(参见图5C)来形成第六坯料136，如图15A所示。第六坯料136具有盘状部分137和圆柱部分138，该圆柱部分138与盘状部分137一体地形成并从其中央伸出。盘状部分137具有厚度t6，圆柱部分138具有高度Hj，该高度为坯料在压力成型之前的高度。这样，第六坯料136在其盘状部分137的厚度t6之上具有通过其圆柱部分138的高度Hj而变化的高度。
参照图15B，将具有580℃或更高温度的第六坯料136如箭头所示放置在模具组件141中，并通过其中安装有模具组件141的压力机41的操作使其形成为特定形状。
模具组件141具有下模142、上冲模143和温度控制装置(未示出)。使用模具组件141以压力P、压力施加速度Vp和特定的下降行程向580℃或更高温度的第六坯料136施加压力，以形成第六产品118(参见图13B)。
然后，使上冲模143运动至其行程下限，如图15C所示，从而获得第六产品118。
更具体地，在向第六坯料136施加压力的过程中，其圆柱部分138开始破裂并且在其圆柱部分138中的铝合金22在压力作用下在聚集体21的颗粒当中穿过而向外(沿着箭头的方向)流动。
另一方面，圆柱部分138中的聚集体21通过其颗粒的接触和碰撞而毁坏，并且在压力作用下破裂成更小的聚集体或氧化铝(Al2O3)颗粒，并且几乎所有的这些颗粒都留在圆柱部分138中。结果，第六产品118的中央部分124的陶瓷体积含量Vf或Vm6为大约28％。其边缘部分125的陶瓷体积含量Vf或Ve6为大约20％。
h1表示坯料在压力成型之后的高度，并对应于第六产品118的板厚。第六产品118的中央部分124的压缩比Rh为Rh＝Hj/h1。其边缘部分125的压缩比Rh为Rh＝t6/h1，或大约为1。
因此，根据第六成型方法，第六产品118具有从其中央部分124到其边缘部分125不同的压缩比Rh。
下面将参照图16A至16C描述形成图13C中所示的第七产品的第七方法。制备复合材料和加热坯料的步骤与第一方法中的相同，从而不再进行描述。
在第七成型方法中形成坯料的步骤采用金属基复合材料27(参见图2C)或铝基复合坯料66(参见图5C)来形成第七坯料144，如图16A所示。第七坯料144为在其中央具有圆形凹部146的盘状件145，并且盘状件145具有在其凹部146的底部处的厚度t7并具有高度Hk，该高度为坯料在压力成型之前的高度。这样，第七坯料144在其凹部146的底部处的厚度t7之上具有通过盘状件145的高度Hk而变化的高度。
参照图16B，将具有580℃或更高温度的第七坯料144如箭头所示放置在模具组件147中，并通过其中安装有模具组件147的压力机41的操作使其形成为特定形状。
模具组件147具有下模151、上冲模152和温度控制装置(未示出)。使用模具组件147以压力P、压力施加速度Vp和特定的下降行程向处于580℃或更高的第七坯料144施加压力，以形成第七产品121(参见图13C)。
然后，使上冲模152运动至其行程下限，如图16C所示，从而获得第七产品121。
更具体地，在向第七坯料144施加压力的过程中，盘状件145开始破裂并且在盘状件145中的铝合金22在压力作用下在聚集体21的颗粒当中穿过而向内(沿着箭头的方向)流动。
另一方面，聚集体21通过其颗粒的接触和碰撞而毁坏，并且在压力作用下破裂成更小的聚集体或氧化铝(Al2O3)颗粒，并且几乎所有的这些颗粒都留下来而不向凹部146运动。结果，第七产品121的中央部分126的陶瓷体积含量Vf或Vm7为大约20％，而其边缘部分127的陶瓷体积含量Vf或Ve7为大约28％。
h1表示坯料在压力成型之后的高度，并对应于第七产品121的板厚。第七产品121的中央部分126的压缩比Rh为Rh＝Hk/h1。其边缘部分127的压缩比Rh为Rh＝t7/h1，或小于1。
因此，根据第七成型方法，第七产品121具有从其中央部分126到其边缘部分127不同的压缩比Rh。
这样，由于根据本发明的第五、第六或第七成型方法在以部分与部分之间不同的压缩比Rh形成第五、第六或第七产品时采用部分与部分之间具有不同高度的第五、第六或第七坯料，因此仅使模具组件闭合就足以形成部分与部分之间具有不同的陶瓷体积含量的第五、第六或第七产品，而在压力成型之后不会改变坯料的高度h1，从而使得成型工作比较容易进行。
下面将参照图17A至17E描述形成第八产品的第八方法。制备复合材料和加热坯料的步骤与第一方法中的相同，因此不再进行描述。
参照图17A，在第八成型方法中形成坯料的步骤采用金属基复合材料27(参见图2C)或铝基复合坯料66(参见图5C)来形成第八坯料153。第八坯料153为具有直径D8和厚度t8的盘状件。
在第八成型方法中的压力施加步骤采用分离式模具组件154。分离式模具组件154具有下模155、分离式上冲模156和温度控制装置(未示出)。
分离式上冲模156具有安装在中央的内冲模157、位于内冲模157外侧的外冲模机构161和设在内冲模157中的钻孔机构162。
外冲模机构161和钻孔机构162与液压单元163连接，并根据来自包含预设成型条件的控制单元164的信息进行控制。
将具有580℃或更高温度的第八坯料153如箭头所示放置在分离式模具组件154中，并通过其中安装有分离式上冲模156的压力机41的操作使其开始成型。
首先使外冲模机构161中的外冲模165如箭头m所示下降至其下限。然后，通过压力机41使分离式上冲模156下降。
使分离式上冲模156下降以使得外冲模165与第八坯料153的边缘部分166接触，并且使边缘部分166形成厚度te，同时继续使压力机41下降(沿着箭头A的方向)，如图17B所示。同时，边缘部分166中的铝合金22向第八坯料153的中心流动，如箭头n所示。边缘部分166具有比金属基复合材料27(参见图2c)的陶瓷体积含量高的陶瓷体积含量Vf。边缘部分166的压缩比为Rh＝t8/te，例如为6或更大。
接着，开始通过内冲模157进行成型。
通过压力机41使内冲模157下降以使第八坯料153的中央部分167形成为凹部形状，从而使中央部分167可以具有厚度tm，如图17C所示。外冲模机构161随着压力机41的下降速度而同步地缩回(沿虚线所示的箭头方向)，从而外冲模165可不向下运动，而是会保持不动并继续压住边缘部分166。
压力成型之后得到的中央部分167的厚度tm基本等于其在压力成型之前所具有的厚度t8，并且中央部分167的压缩比Rh为Rh＝t8/tm，或大约为1。在压力成型之后得到的中央部分167的陶瓷体积含量Vf自然地基本等于第八坯料153的陶瓷体积含量。
接着，通过钻孔机构162在中央部分167中制造孔。
钻孔机构162具有如箭头所示强制进入中央部分167中的四个翼片168，以在该中央部分内制作四个安装孔169，从而完成第八产品171，如图17D所示。
当四个翼片168被强制进入中央部分167内时，在被翼片168挤压的部分172中发生铝合金22的流动和聚集体21的运动，从而被挤压的部分172具有高陶瓷体积含量。这为安装孔169周围的部分提供了增加的强度。
第八产品171为例如在图17E中所示的制动盘。该制动盘在围绕安装孔169周围的部分具有增加的强度，当将制动盘拧在毂上时，所述安装孔承受较大的力。与金属基复合材料27(参见图2C)的强度(杨氏模量Eb)比较，其在安装孔169周围被挤压的部分172的强度更高。
所述第八产品的滑动部分173的强度和耐磨性优于金属基复合材料27(参见图2C)。
使用分离式模具组件154使得第八产品171具有从其边缘部分166到其中央部分167不同的压缩比Rh，从而即使第八坯料153不具有变化的形状，部分与部分之间的陶瓷体积含量也不同。
现在将给出两个示例来描述采用分离式模具组件154的其它成型方法。
根据第一示例，首先通过内冲模157施加压力以形成具有高陶瓷体积含量的中央部分167，然后通过外冲模机构161施加压力以形成具有最终形状的边缘部分166。该产品在形状上基本与图6中所示的第二产品68(制动盘)相同。其陶瓷体积含量同样从其中央部分167向其边缘部分166逐渐减少。
根据第二示例，首先通过内冲模157施加压力以形成具有高陶瓷体积含量的中央部分167。然后，通过多个翼片168制作安装孔169，同时因而被挤压的部分172具有高陶瓷体积含量。最后，由外冲模机构161施加压力以形成具有最终形状的边缘部分166。这使得可在图8C中所示的第二产品68(制动盘)中的安装孔169周围形成高强度部分。
使用所述分离式模具组件154使得外冲模165可确定第八坯料153的边缘部分166的陶瓷体积含量，内冲模157可确定第八坯料153的中央部分167的陶瓷体积含量，钻孔机构162的四个翼片168可确定因而在中央部分167中制作的四个安装孔169周围被挤压的部分172的陶瓷体积含量，即使第八坯料153的厚度可能是均匀的也是如此。这样，可以形成许多与其余部分具有不同陶瓷体积含量的部分。
下面参照图18A至18D描述根据本发明的形成金属基复合材料的第九产品的第九方法。制备复合材料、形成坯料以及加热坯料的步骤与图7中所示的第二方法中的相同，因此不再进行描述。
第九成型方法的特征在于采用具有形成在其一部分上的陶瓷膜的局部热绝缘模具组件78B。
在图18A中所示的局部热绝缘模具组件78B具有下模81B、上冲模82B和温度控制装置(未示出)，并且在尺寸上与第二方法所采用的模具组件78(参见图7)相同。选择例如合金工具钢作为用于局部热绝缘模具组件78B的主体的材料。
下膜81B具有用于接触坯料而形成的第一、第二、第三和第四模面177、178、179和181。第一模面177具有为了其热绝缘通过等离子喷涂形成于其上的陶瓷膜182。
陶瓷膜182主要用于热绝缘并由低导热性的材料制成。
陶瓷膜182的喷涂材料为氧化锆(ZrO2)。除了氧化锆之外，可以考虑将硅酸铝(Al2O3·SiO2)作为喷涂材料。富铝红柱石(3Al2O3·2SiO2)也可用作典型的硅酸铝。
第九成型方法采用厚度ti为100μm至1000μm的陶瓷膜182。
如果膜厚小于100μm，则膜太薄且热绝缘特性太低，以至于在将具有给定温度的坯料77B(参见图18B)放置在第一模面177上时，坯料骤冷从而在其表面层中形成厚的淬硬层(例如，深0.5mm)。结果，产品表面层及其深层(贯穿其厚度的中途)之间在陶瓷体积含量Vf方面具有很大的差异。该差异为最大值与最小值之差。
如果膜厚超过1000μm，则该膜在坯料保持与模具组件接触的时间内表现最大的热绝缘特性，并且淬硬层的厚度并未减少。当放置具有给定温度的坯料时，形成在坯料表面层中的淬硬层的厚度(例如，深0.5mm)没有变化。这样，淬硬层的厚度最小。因此，在产品的表面层及其深层(贯穿其厚度的中途)之间陶瓷体积含量Vf的差异不能进一步降低。
膜厚ti是完成时得到的厚度，例如在磨削或抛光之后的厚度，或者该膜厚为500μm。
也可以使用例如陶瓷(硅酸铝)片材用于热绝缘，而不依赖于任何喷涂膜。该片材可与所述膜具有相同厚度。
上冲模82B具有用于接触坯料而形成的第一、第二和第三冲模面183、184和185。第一冲模面183具有为了其热绝缘通过等离子喷涂而形成于其上的陶瓷膜186。陶瓷膜186与形成在下模81B上的陶瓷膜182相同，因此不再描述。
在第九成型方法中形成坯料的步骤采用金属基复合材料27(参见图2C)或铝基复合坯料66(参见图5C)来形成如图18B所示的第九坯料77B。第九坯料77B与图7中所示的第二坯料77相同，并且具有直径D2和高度Hb。
在压力施加步骤中，第九坯料77B保持在580℃或更高的温度，并放置在其上形成有陶瓷膜的局部热绝缘模具组件78B中，如图18B所示。操作其中安装有局部热绝缘模具组件78B的压力机41以开始成型。
在压力施加步骤中，当将第九坯料77B放置在下模81B的陶瓷膜182上时，陶瓷膜182如箭头u1和u2所示使第九坯料77B热绝缘，从而第九坯料77B几乎没有淬硬表面层。
使上冲模82B下降以使其陶瓷膜186与第九坯料77B接触并且在第九坯料77B上施加压力，如图18C所示。
在压力施加步骤中，当上冲模82B使其陶瓷膜186与第九坯料77B接触时，陶瓷膜186如箭头u3和u4所示使第九坯料77B热绝缘，从而第九坯料77B几乎不具有淬硬表面层。
在向第九坯料77B施加压力的过程中，具有580℃或更高温度的铝合金22在聚集体21的颗粒当中流动穿过。更具体地，第九坯料77B仅具有形成在其表面层中的薄淬硬层，并且在其表面层中的铝合金22未降低流动性，而是通过克服所有的小流动阻力能够与在内层中的铝合金22基本相似地横向流动。
使上冲模82B进一步降低，并且一到达其下降行程的下限，则完成第九产品188，如图18D所示。
在如图18C所示向第九坯料77B施加压力的过程中，通过陶瓷膜182和186抑制第九坯料77B的温度的任何下降，并且紧固部分191在其表面层与内层之间的陶瓷体积含量Vf中仅有较小的差别。
形成金属基复合材料的第九产品188的方法所采用的局部热绝缘模具组件78B为这样的模具组件，其具有形成在下模81B的接触第九坯料77B的第一模面177上的陶瓷膜182、和形成在上冲模82B的接触第九坯料77B的第一冲模面183上的陶瓷膜186，如图18A所示。因此，该局部热绝缘组件78B的导热性比不具有任何这样热绝缘的任何模具组件都低，并且与任何不控制导热性的模具组件相比，可减少由金属基复合材料形成的任何产品的表面层与内层之间的陶瓷体积含量中的任何差别。
下面将参照图19A至19D描述根据本发明的形成金属基复合材料的第十产品的第十方法。与如图18A至18D所示的第九方法所采用的相同的部件和材料由相同的附图标记表示，并且不再进行描述。第十成型方法的特征在于采用其全部上形成有陶瓷膜的整体热绝缘模具组件78C。
图19A中所示的整体热绝缘模具组件78C具有下模81C、上冲模82C和温度控制装置(未示出)。用于整体热绝缘模具组件78C的主体的材料为例如合金工具钢。
下模81C具有用于接触坯料而形成的第一、第二、第三以及第四模面192、193、194和195。第一、第二、第三以及第四模面192、193、194以及195具有为了其热绝缘通过等离子喷涂而形成于其上的陶瓷膜182。
上冲模82C具有用于接触坯料而形成的第一、第二以及第三冲模面196、197以及198，并且第一、第二以及第三冲模面196、197以及198具有为了其热绝缘通过等离子喷涂而形成于其上的陶瓷膜186。
在压力施加步骤中，相当于图18B中所示的第九坯料77B的第十坯料77C保持在580℃或更高的温度，并被放置在其全部上形成有陶瓷膜的整体热绝缘模具组件78C中，并且操作其中安装有整体热绝缘模具组件78C的压力机41以开始成型。
在如图19B所示向第十坯料77C施加压力的过程中，在端部201(在左侧示出)和202(在右侧示出)流出的铝合金22被陶瓷膜182沿着箭头u5的方向热绝缘，并且其温度下降几乎不会引起其流动阻力的任何增加。
图19C表示处于如图19B所示的压力成型过程中的第十坯料77C。在其流动端部201、202、203以及204处，铝合金22被形成在整体热绝缘模具组件78C(如图19B所示)上的陶瓷膜182和186热绝缘，并且其温度下降几乎不会引起其流动阻力的任何增加。因此，在紧固部分205(如图19C所示)的两个表面层中的铝合金22如箭头w所示与在其内层中的铝合金22同样地流动。因此，紧固部分205在其表面层与内层之间的陶瓷体积含量Vf中仅有较小的差别。
进一步降低上冲模82C，并且其一到达其下降行程的下限，就完成了第十产品206，如图19D所示。
在向第十坯料施加压力的过程中，陶瓷膜182和186抑制在第十坯料的流动端部处的任何温度下降，因此，与不具有任何陶瓷膜182或186的任何模具组件相比，紧固部分205在其表面层与内层之间的陶瓷体积含量Vf中具有较小的差别。
图20是表示根据本发明的成型方法由不具有任何热绝缘的模具组件与由具有热绝缘的模具组件形成的产品的陶瓷体积含量之间的关系的曲线图。横轴表示模具组件‘未绝缘’、‘局部绝缘’或‘整体绝缘’，而纵轴表示陶瓷体积含量Vf。成型条件为由相对于坯料的投影面积的表面压力表示的650kg/cm2的压力P、大约130mm/sec的压力施加速度Vp、580℃或更高的坯料加热温度、6.8的压缩比Rh、300℃的模具温度、以及通过喷涂形成在模具组件上的500μm的陶瓷膜厚。
○表示紧固部分的其中一个表面层在0.5mm深度处的陶瓷体积含量Vf。
◎表示紧固部分的另一个表面层在0.5mm深度处的陶瓷体积含量Vf。
●表示紧固部分的内层在其厚度中途的深度为4mm处的陶瓷体积含量Vf。
‘未绝缘’是不具有任何热绝缘的模具组件，并且对应于图7中所示的模具组件78。
‘局部绝缘’是仅在其与坯料接触的部分的中央形成有陶瓷膜的模具组件，并且对应于图18A中所示的模具组件78B。
‘整体绝缘’是在其与坯料接触的部分的整个面积上都形成有陶瓷膜的模具组件，并且对应于图19A中所示的模具组件78C。
由未绝缘的模具组件形成的产品具有28％至42％的陶瓷体积含量Vf，它们之间(在最大值与最小值之间)的差值为14。
由局部绝缘的模具组件形成的产品具有31％至39％的陶瓷体积含量Vf，它们之间的差值减少到8。
由整体绝缘的模具组件形成的产品具有33％至38％的陶瓷体积含量Vf，它们之间的差值进一步减少到5。
工业实用性
通过根据本发明的方法形成的金属基复合材料产品不仅可应用于车辆的制动盘，还可应用于各种工业机器的部件或元件，这是由于它们的部分与部分之间的强度不同。

Claims (6)

1.一种形成金属基复合材料产品的方法，包括：
通过混合金属基体和陶瓷加强材料制备金属基复合材料坯料的步骤；
将所述坯料加热到预定温度的步骤；以及
在模具组件中使加热的坯料压力成型的步骤，从而使所述坯料可以在成型产品的部分与部分之间具有不同的压缩比H/h1，以使该成型产品的部分与部分之间具有不同的陶瓷体积含量，其中H为所述坯料在成型之前的高度，而h1为其在成型之后的高度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述坯料具有因部分而异的高度。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力成型采用分离式模具组件。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力成型采用这样的模具组件，即在其与所述坯料接触的部分中具有热绝缘。
5.如权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，采用铝合金作为所述基体，并且采用氧化铝聚集体作为所述陶瓷。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热步骤进行为将所述坯料加热到580℃或更高。
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