CN109070192A - 形成用于金属铸造的置换件的组合物和方法 - Google Patents

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Abstract

一种形成置换件的方法，该方法包括将包含多个研磨的陶瓷颗粒和多个研磨的树脂颗粒的粉末共混物布置于模具中，在模具中时将粉末共混物致密化，加热模具以形成第一置换件，用聚合物前体化合物浸渍所述第一置换件以形成第二置换件，以及加热第二置换件以形成第三置换件。

Description

形成用于金属铸造的置换件的组合物和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求美国专利申请第15/132,031号的优先权，该专利申请的公开内容通过引用并入本文。还通过引用并入的是美国专利第8,506,861号的公开内容。
技术领域
本发明涉及形成一种或更多种用于金属、陶瓷或金属陶瓷铸造工艺的置换件(displacement)的组合物和方法。在某些实施方案中，本发明涉及形成一种或更多种用于金属、陶瓷或金属陶瓷铸造工艺的置换件的组合物和使用该组合物的方法。
背景
铸造工作包括将熔融金属引入模具中，该模具被形成为包含限定期望的形状的空腔。砂铸是最流行和最简单的铸造类型之一，因为它允许改变批次的尺寸并提供合理的工艺成本。
砂铸工艺中的第一步是制造模具。砂被填充在图案(pattern)周围以复制铸件的外部形状。当图案被移除时，形成铸件的腔保持不变。润滑经常应用于模具腔的表面，以便促进铸件的移除。
在某些实施方案中，铸件的内部特征由在模制工艺之前准备的单独的置换件限定。
概述
一个实施方案提供了形成用于金属铸造工艺中的置换件的方法。该方法的步骤包括提供多个陶瓷颗粒和多个树脂颗粒，并且研磨多个陶瓷颗粒直到那些陶瓷颗粒的最大尺寸不超过约150微米。该方法的步骤还包括研磨多个树脂颗粒直到那些树脂颗粒包括小于约100微米的最大尺寸，随后形成由多个研磨的陶瓷颗粒和多个研磨的树脂颗粒的混合物组成的粉末共混物。在某些实施方案中，粉末共混物包括多个研磨的陶瓷颗粒、多个研磨的树脂颗粒和多根增强纤维。在其他实施方案中，粉末共混物包括多个研磨的陶瓷颗粒、多个研磨的树脂颗粒和圆柱形石墨构件。
相关实施方案还提供了用于金属铸造工艺中的置换件的处理。这些附加的处理增强了机械强度，使得置换件更好地经受得住熔融金属模制工艺。附加的处理的实施方案包括以下步骤：将包含多个研磨的陶瓷颗粒和多个研磨的树脂颗粒的粉末共混物布置于模具中；在所述模具中时将所述粉末共混物致密化；加热模具以形成第一置换件；用聚合物前体化合物浸渍所述第一置换件以形成第二置换件；以及加热所述第二置换件以形成第三置换件。
此外，浸渍步骤包括将所述第一置换件浸入包含所述聚合物前体化合物的液体混合物中；监测所述第一置换件的重量增加；以及当所述第一置换件的重量不再随时间增加时，确定形成所述第二置换件。此外，加热第二置换件以形成第三置换件的步骤包括在约1000℃加热所述第二置换件持续约24小时。
另外，附加的处理包括以下的步骤：在用聚合物前体化合物浸渍第一置换件以形成第二置换件之前，在约1000℃加热第一置换件持续约24小时。
此外，在某些实施方案中，聚合物前体化合物选自由以下组成的组：糠醇、苯酚甲醛低聚物(phenol formaldehyde oligomer)、丙酮-糠醛、糠醇-苯酚低聚物、聚氯乙烯低聚物、聚偏二氯乙烯低聚物、聚丙烯腈低聚物和纤维素。
附加的处理的实施方案还公开了第三置换件包括其中布置有陶瓷颗粒的玻璃碳部分，其中玻璃碳包括
附图简述
通过阅读下面结合附图进行的详细描述，将更好地理解本发明，在附图中，相同的附图标记用于表示相同的元件，并且在附图中：
图1图示了金属铸造模具的横截面图；
图2A示出了具有仍然插入金属铸件中的置换件110A/110B的金属铸件的透视图；
图2B示出了金属模制件(metal molding)202的透视图，其中置换件110A/110B已经被移除；
图3是概述申请人的方法的步骤的流程图，该方法形成没有玻璃碳部分的铸造置换件；并且
图4示出了概述申请人的方法的步骤的流程图，该方法形成包含玻璃碳部分的铸造置换件。
详述
参照实施方案的实例并参照附图描述本发明的思想，在附图中，相同的数字代表相同或相似的元件。在整个本说明书中提到“一个实施方案”、“实施方案”或类似语言意指结合该实施方案描述的特定的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在整个说明书出现的短语“在一个实施方案中”、“在实施方案中”和类似语言可以但不必全部指代同一实施方案。
本发明的所描述的特征、结构或特性可以在一个或更多个实施方案中以任何合适的方式组合。在下文中，列举了众多的具体细节以提供对本发明的实施方案的全面理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，本发明可以在没有具体细节中的一个或更多个的情况下实施，或者用其他方法、组件、材料等实施。在其他情况下，未示出或详细描述熟知的结构、材料或操作以避免模糊本发明的方面。
现在参照图1，铸造金属模具100包括置换件110、腔120、芯撑(chaplet)130和140。置换件110位于腔120内，并由芯撑130和140固定。液态熔融金属然后被引入模具100中。液态熔融金属被引入模具100中以填充整个腔120。然后，被浇注到模具中的熔融金属开始冷却和凝固。
当整个腔120被填充并且熔融金属凝固时，形成铸件的最终形状，其中由于置换件110的插入而形成铸件的任何内部的孔和通道。
图2A图示了金属模制件200，其中置换件110(图1)的远端110B从模制件200的端部205向外延伸。图2B图示了金属模制件202，其中置换件部分110A和110B已经被移除。在某些实施方案中，置换件部分110A和110B在压力下使用喷水被移除。
本发明的实施方式包括用于形成置换件200的方法。在某些实施方案中，置换件可以是包括多个隔室的复杂置换件(complex displacement)。例如，如图2B中所示，复杂置换件包括圆柱形主体204，该圆柱形主体204形成为包括从远端205向内延伸的孔210，其中圆柱形主体包括第一直径；以及围绕圆柱形主体204的近端207布置的整体环形唇部(integral annular lip)215，其中环形圈215包括第二直径，其中第二直径大于第一直径。
图3总结了使用指定的模制组合物形成用于金属铸造工艺的置换件的方法的步骤。现在参照图3，在步骤310中，该方法提供陶瓷粉末。在某些实施方案中，陶瓷粉末选自由以下组成的组但不限于以下：二氧化硅、氧化锆、橄榄石、氧化镁、碳化硅、氧化铝及其组合。在某些实施方案中，陶瓷粉末是二氧化硅和氧化铝的混合物。如果模制组合物主要包含二氧化硅，则模制组合物没有足够的抗压强度并且当模制组合物在1000℃烧制时裂开。
步骤320还包括提供树脂体系。在某些实施方案中，步骤320的树脂体系包括热固性粘合剂组合物。在某些实施方案中，步骤310的热固性树脂体系选自由以下组成的组：酚醛树脂、间苯二酚-甲醛树脂、甲阶酚醛树脂、酚醛清漆树脂和三聚氰胺树脂。如本领域技术人员将理解的，三聚氰胺树脂是通过双氰胺与甲醛的反应形成的。
如本领域技术人员将理解的，酚醛树脂、三聚氰胺甲阶酚醛树脂、酚醛清漆树脂和甲醛树脂包含强键并展示出良好的耐高温性。在某些实施方案中，树脂体系包括用热或用热和压力固化的一部分体系(one part system)。在其他实施方案中，树脂体系包括与硬化剂组合的如上所述的树脂，其中树脂体系在施加热的情况下交联，即固化。
在某些实施方案中，硬化剂包括二胺。在某些实施方案中，硬化剂包括芳族二胺，例如且不限于甲苯二胺、二苯基甲烷二胺及类似二胺。在某些实施方案中，硬化剂包括烷基二胺，例如且不限于六亚甲基二胺。
在步骤330中，该方法研磨步骤310中的陶瓷粉末。陶瓷粉末必须被研磨至小于100微米。使用具有大于约150微米的直径的颗粒的粉末导致置换件的形成，该置换件包括在高温金属铸造工艺期间不足的机械性质。
在某些实施方案中，步骤330包括研磨步骤310中的陶瓷粉末，直到构成该粉末的颗粒包括小于约150微米的直径。对于“约”，申请人意指正或负百分之十(10％)。在某些实施方案中，步骤330包括形成包含具有小于约150微米且大于约30微米的最大尺寸的颗粒的陶瓷粉末。在某些实施方案中，平均颗粒最大尺寸是约75微米。
在步骤340中，该方法研磨步骤320中的树脂体系。树脂体系必须被研磨至小于150微米。使用包括具有大于约150微米的最大尺寸的颗粒的树脂体系导致置换件的形成，该置换件包括在高温金属铸造工艺期间不足的机械性质。
在某些实施方案中，步骤340包括研磨步骤310中的树脂体系，直到构成该粉末的颗粒包括小于约150微米的最大尺寸。在某些实施方案中，步骤340包括提供包含具有小于约150微米且大于约30微米的最大尺寸的颗粒的树脂体系。在某些实施方案中，平均颗粒最大尺寸是约75微米。
在步骤350中，该方法确定是否将使用纤维增强材料。在某些实施方案中，用于金属铸造工艺的置换件是在没有纤维增强材料的情况下形成的。在另一方面，在某些实施方案中，置换件是使用一种或更多种纤维增强材料形成的。如果该方法选择不使用纤维增强材料，则该方法从步骤350转到步骤370。
如果使用纤维增强材料，则该方法从步骤350转到步骤360，其中该方法提供多根增强纤维。在某些实施方案中，增强纤维包括碳纤维。在某些实施方案中，增强纤维包括玻璃纤维。玻璃纤维增强纤维包括与高导热率组合的低热膨胀系数。因此，与石棉和有机纤维相比，玻璃纤维增强的置换件包括更快散热的尺寸稳定的材料。
在某些实施方案中，玻璃纤维包括玻璃纤维垫(fiber glass mat)。在某些实施方案中，玻璃纤维包括多根未涂覆的磨碎纤维，该磨碎纤维包括约200微米的长度。
凭经验发现的是，使用包括约200微米的标称长度的增强纤维赋予固化的置换件机械强度与表面光滑度的最佳组合。更特别地，使用包含包括约200微米的标称长度的增强纤维的置换件导致金属铸造工艺中最佳的腔形成。此外，使用较长的纤维仅导致最小的机械性质增强，但是还进一步导致更粗糙的表面。
该方法从步骤360转到步骤370，其中该方法将陶瓷粉末、树脂体系连同步骤360中的任选的纤维增强材料共混。在某些实施方案中，步骤370包括使用1/8”氧化铝介质、使用双壳V共混器(twin shell V blender)持续约30分钟，以确保几乎均匀的混合物。
该方法从步骤370转到步骤375，其中该方法将步骤370中的该共混的组合物加载到步骤310中提供的模具中。在步骤380中，该方法将布置在模具中的共混的组合物致密化。
在某些实施方案中，步骤380包括使用等静压制将共混的陶瓷、树脂和增强材料致密化。在某些实施方案中，步骤380包括使用单轴压制将共混的陶瓷、树脂和增强材料致密化。在某些实施方案中，步骤380包括使用振动将共混的陶瓷、树脂和增强材料致密化。
在某些实施方案中，步骤370中的共混的组合物包含在约50重量百分比至约95重量百分比之间的陶瓷粉末、在约5重量百分比至约25重量百分比之间的树脂体系和在约0重量百分比至约25重量百分比之间的增强纤维。如本文所述，“约”用于意指重量百分比的差异是正或负百分之十(10％)。一般来说，树脂体系的重量百分比随着陶瓷粉末的平均颗粒尺寸减小而增加。分别调节陶瓷粉末、树脂体系和增强纤维的重量百分比，以获得特定的颗粒细度指数(Grain Fineness Number)(AFS 11-6-00-S)，以确保模制组合物中的特定粒度分布。
如本领域技术人员将理解的，颗粒细度指数(“GFN”)是由美国铸造学会(AmericanFoundry Society)开发的概念，用于快速表达给定颗粒分布的平均颗粒大小。它接近于每英寸筛的微米数，如果样品颗粒具有均匀大小，所述筛将刚好使样品通过。它与每单位重量的砂(不包括粘土)的表面积近似成比例。
体系中的最佳颗粒细度指数(GFN)由浇注的金属的类型、浇注温度、铸件产品混合物(重铸件相对轻铸件)和所需的表面光洁度(surface finish)来确定。在确定该最佳细度水平后，保持一致的颗粒结构成为最终铸件的品质的关键因素。
GFN是颗粒(particle)(或颗粒(grain))的平均大小的量度。
实施例I
型砂的颗粒细度使用一种被称为筛析(sieve analysis)的测试来测量，该测试按如下进行：
1.砂的代表性样品被干燥并称重，然后穿过一系列逐渐更细的筛(筛网)，同时它们被搅拌并轻拍(tap)持续15分钟的测试循环。
2.然后称重并记录保留在每个筛上的颗粒(太大而不能穿过的颗粒)。
3.保留在每个筛上的重量除以总样品重量，以得出保留在每个筛网上的百分比。
4.然后对于每个特定筛网，将保留的颗粒的百分比乘以因数或乘数(表1)。该因数反映了以下的事实：保留在特定筛(例如50微米)上的砂的尺寸并不都是50微米，而是小于40微米(即，其穿过40微米的筛网)以及大于50微米(其不会穿过50微米的筛网)。结果将四舍五入到一个小数位。
5.然后将各个筛网值(screen value)加在一起，以得到代表平均颗粒细度的、砂的AFS-GFN(表1)。
这个数字是该砂样品的粒度的加权数学平均值。许多金属铸造设备已经开发了计算机电子数据表(computer spread sheet)来执行这些计算，这限制了人为错误的可能。
GFN本身不能确定好的模制材料，也不能产生特定金属铸造砂系统所需的品质。因为GFN代表平均细度，包含与具有非常不同的颗粒大小分布的陶瓷颗粒组合的树脂颗粒的颗粒共混物可以具有相似的GFN数。情况就是这样，颗粒在筛网上的分布是另一个关键因素。分布指的是保留在每个单独的筛上的颗粒的量，而不是保留在所有筛上的所有颗粒的平均值。
注：如ASTM E-11中指明的，美国筛网被制造为使用英寸作为筛网开口(screenopening)(开口每线性英寸)的测量值。欧洲和亚洲的一些筛网制造商可能有公制筛网尺寸的开口。使用公制筛网的AFS测量值将不会直接与基于美国的筛网测量值进行比较。
表1.用于计算AFS-GFN的数学因数(样本量为78.4g)
筛上的筛尺寸(g)保留的乘数乘积(Retained Multiplier Product)*
6微米0 0 0.03 0
12微米0 0 0.05 0
20微米0 0 0.1 0
30微米0.7 0.9 0.2 0.18
40微米3.9 4.9 0.3 1.47
50微米19.4 24.7 0.4 9.88
70微米37.3 47.6 0.5 23.8
100微米16.3 20.8 0.7 14.56
140微米0.8 1 1 1
200微米0 0 1.4 0
270微米0 0 2 0
总计78.4 100--50.89**
*乘积是保留的百分比乘以乘数
**AFS GFN＝50.9(四舍五入到一个小数位的所有乘积的总和)
在步骤385中，该方法开始置换件的固化。在某些实施方案中，步骤385包括在约200℃的温度加热模具持续约1小时。如本文所述，“约”用于意指温度或持续时间与所述值的差异是正或负百分之十(10％)。在某些实施方案中，步骤385包括使用强制通风烘箱(forced air oven)。在某些实施方案中，步骤385包括将模具布置在传送带上，传送带将模具运送通过烘箱。在某些实施方案中，步骤385包括使用红外加热。
在某些实施方案中，步骤310的模具使用UV透明材料(UV transparent material)形成，并且步骤310的粘合剂包括UV可固化粘合剂，其中在步骤385中，模具暴露于UV照射以实现粘合剂组合物的固化。
在约200℃的温度固化置换件之后，如果在步骤390中需要二次机械加工，则置换件可以被机械加工成最终的期望的形状。在步骤395期间，来自步骤385的固化的置换件可以高精度被机械加工成具有不同尺寸和要求的铸造产品，例如螺纹。如果不需要二次机械加工，则当前方法从步骤390继续到步骤397。
参照步骤397，在某些实施方案中，从步骤385或步骤395形成的置换件被进一步处理以增强它们的机械性质，为金属铸造工艺做准备。如果从步骤385或步骤395形成的置换件需要具有进一步的性质增强，则当前方法从步骤397转到步骤440(图4)。相反，如果从步骤385或步骤395形成的置换件不需要进一步的性质增强，则该方法从步骤397转到步骤399并且结束。
因为置换件中的高可燃物和挥发物在铸造产品中造成针孔、烟、爆炸(blow)、气体和粗糙表面，所以该方法在置换件中消除了当熔融金属被浇注到置换件上时将挥发的任何材料或添加剂。因此，不会发生在置换件中的任何材料的剧烈汽化和/或热分解。因此，金属铸件包括光滑表面。
此外，用于金属铸件的置换件需要具有足够的紧密性，以避免刻痕和冲洗、易碎的破碎边缘(friable broken edge)、压碎、难以提起的袋(hard-to-lift pocket)、渗透和侵蚀结痂(erosion scabbing)。此外，紧密性不能太高以造成过大的铸件。
此外，置换件需要具有平衡的抗压强度，以在熔融液体的浇注压力下强固，以避免形成夹杂物、侵蚀、易碎的破碎边缘等。
已经开发了使用图4的步骤来增强成形的(as-formed)置换件的机械性质的补充方法。现在参照图4，在步骤410中，该方法提供(N)个用于金属铸造系统的置换件制品。在某些实施方案中，预先形成(N)个置换件中的一个或更多个。
在步骤420中，该方法将(i)设置为等于1。在步骤430中，该方法确定第(i)个置换件制品是否包括令人满意的性质。如果该方法在步骤430中确定原始的第(i)个置换件的机械性质和热性质是足够的，则该方法从步骤430转到步骤432，其中该方法确定(i)是否等于(N)，即是否已经评估了步骤410的(N)个置换件中的每一个。如果该方法在步骤432中确定(i)等于(N)，则该方法从步骤432转到步骤490并且结束。可选择地，如果该方法在步骤432中确定(i)不等于(N)，则该方法从步骤432转到步骤434，其中该方法将(i)设置为等于(i+1)。该方法从步骤434转到步骤430，并且如本文所述继续。
如果该方法在步骤430中确定原始的第(i)个置换件的机械性质和热性质不足，则该方法从步骤430转到步骤440，其中将预先制备的第(i)个置换件浸入包含一种或更多种聚合物前体化合物的混合物中，所述聚合物前体化合物例如且不限于含碳的树脂。
在步骤450中，该方法在约1000℃加热用一种或更多种聚合物前体浸渍的第(i)个置换件以形成是高碳固体(high-carbon solid)的前体的聚合物微结构，协同地将这些聚合物转化为功能性高碳固体，其有时被称为“玻璃碳”。
类玻璃碳(glass-like carbon)，常常被称为玻璃碳或玻璃状碳(vitreouscarbon)，是一种非石墨化的或不可石墨化的碳，其结合了玻璃和陶瓷的性质与石墨的性质。最重要的性质是耐高温、硬度(7莫斯(Mohs))、低密度、低电阻、低摩擦力、低热阻、极耐化学侵蚀(extreme resistance to chemical attack)以及对气体和液体的不渗透性。
玻璃碳的结构长期以来一直是争论的话题。早期的结构模型假设sp2-和sp3-键合的碳原子两者都存在，但是现在已知玻璃碳是100％sp2杂化的碳。玻璃碳的结构由长的、随机取向的微纤维(15-50A°宽)组成，这些微纤维弯曲、扭曲和互锁以形成坚固的纤维间节点(interfibrillar node)。最近的研究表明玻璃碳包含富勒烯型结构1。
玻璃(或玻璃状)碳通常是通过在升高的温度热处理聚合物前体例如苯酚甲醛或糠醇-苯酚的共聚物树脂而制备的硬固体。
在某些实施方案中，步骤440的聚合物前体化合物选自由以下组成的组：糠醇、苯酚甲醛低聚物、丙酮-糠醛、糠醇-苯酚低聚物、聚氯乙烯低聚物、聚偏二氯乙烯低聚物、聚丙烯腈低聚物、纤维素及其任何组合。
在一个实施方案中，将步骤440中的置换件浸入在氯仿、醇、苯、乙醇、乙醚、水、丙酮或乙酸乙酯中的10重量百分比的糠醇2中，直到置换件的重量停止增加。
在某些实施方案中，向糠醇中加入催化剂，例如氯化锌。在其他实施方案中，不加入催化剂。
在步骤450中，在浸泡后，在惰性气氛下，在约1000℃以约60°F/小时的温升速率(temperature ramp rate)烧制置换件持续约24小时，以首先在陶瓷粉末(在步骤310中提供)颗粒之间形成聚合物材料3，其中聚合物3强化了先前形成的置换件。
在某些实施方案中，通过从聚合物3中的某些亚甲基基团连续氢化物/质子提取来形成多不饱和序列，以形成仅包含sp2杂化的碳原子的聚合物4。
在步骤450的加热期间，聚合物3和/或聚合物4被连续地转化为富勒烯结构1，从而在原始的置换件中形成玻璃碳部分，以赋予增强的置换件的更合意的机械性质和电性质。
在步骤460中，该方法确定第(i)个置换件的机械性质和热性质是否已经被充分增强。如果该方法在步骤460中确定步骤440的处理过的置换件的机械性质和/或电性质不包括期望的紧密性水平和/或抗压强度，则该方法从步骤460转到步骤440，并且如本文所述继续。
可选择地，如果该方法在步骤460中确定第(i)个置换件的机械性质和热性质已经被充分增强，则该方法从步骤460转到步骤470，其中该方法确定(i)是否等于(N)，即是否已经处理了步骤410的(N)个置换件中的每一个。如果该方法在步骤470中确定(i)等于(N)，则该方法从步骤470转到步骤490并且结束。可选择地，如果该方法在步骤470中确定(i)不等于(N)，则该方法从步骤470转到步骤480，其中该方法将(i)设置为等于(i+1)。该方法从步骤480转到步骤440，并且如本文所述继续。
虽然已经详细地说明了本发明的优选实施方案，但是应当清楚的是，在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以想到对那些实施方案的修改和调整。

Claims (17)

1.一种用于形成用于金属铸件的置换件的方法，包括：
将粉末共混物布置于模具中，所述粉末共混物包括多个研磨的陶瓷颗粒和多个研磨的树脂颗粒；
在所述模具中时将所述粉末共混物致密化；
加热所述模具以形成第一置换件；
用聚合物前体化合物浸渍所述第一置换件以形成第二置换件；以及
加热所述第二置换件以形成第三置换件。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述浸渍步骤包括：
将所述第一置换件浸入包含所述聚合物前体化合物的液体混合物中；
监测所述第一置换件的重量增加；
当所述第一置换件的重量不再随时间增加时，确定形成所述第二置换件。
3.如权利要求1所述的方法，其中加热所述第二置换件以形成所述第三置换件的步骤包括在约1000℃加热所述第二置换件持续约24小时。
4.如权利要求1所述的方法，还包括在用所述聚合物前体化合物浸渍所述第一置换件以形成所述第二置换件之前，在约1000℃加热所述第一置换件持续约24小时。
5.如权利要求1所述的方法，其中来自所述多个研磨的陶瓷颗粒的研磨的陶瓷颗粒的最大尺寸小于约150微米。
6.如权利要求1所述的方法，其中来自所述多个研磨的树脂颗粒的树脂颗粒的最大尺寸小于约100微米。
7.如权利要求1所述的方法，还包括从由以下组成的组中选择所述聚合物前体化合物：糠醇、苯酚甲醛低聚物、丙酮-糠醛、糠醇-苯酚低聚物、聚氯乙烯低聚物、聚偏二氯乙烯低聚物、聚丙烯腈低聚物和纤维素。
8.如权利要求7所述的方法，还包括选择糠醇。
9.如权利要求1所述的方法，其中加热所述第二置换件以形成第三置换件包括形成包括其中布置有陶瓷颗粒的玻璃碳部分的所述第三置换件。
10.如权利要求9所述的方法，其中加热所述第二置换件以形成第三置换件包括形成所述玻璃碳部分，所述玻璃碳部分包含具有以下结构的第一聚合物：
11.如权利要求9所述的方法，其中加热所述第二置换件以形成第三置换件包括形成所述玻璃碳部分，所述玻璃碳部分包含具有以下结构的第二聚合物：
12.如权利要求9所述的方法，其中加热所述第二置换件以形成第三置换件包括形成所述玻璃碳部分，所述玻璃碳部分包含具有以下结构的富勒烯：
13.如权利要求1所述的方法，其中布置粉末共混物包括布置包含多个研磨的陶瓷颗粒、多个研磨的树脂颗粒和多根增强纤维的所述粉末共混物。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述多根增强纤维各自包括约200微米的长度。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述多根增强纤维由未涂覆的磨碎的玻璃纤维形成。
16.如权利要求1所述的方法，其中布置粉末共混物包括布置包含多个研磨的陶瓷颗粒、多个研磨的树脂颗粒和圆柱形石墨构件的所述粉末共混物。
17.如权利要求16所述的方法，其中当被布置于所述模具中时，所述圆柱形石墨构件被所述粉末共混物部分地封装。
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