JP2002509491A

JP2002509491A - βチタン―ファイバ強化コンポジットラミネート

Info

Publication number: JP2002509491A
Application number: JP52131197A
Authority: JP
Inventors: アール．キングストン，ウィリアム
Original assignee: タイコム，インコーポレイテッド
Priority date: 1995-12-07
Filing date: 1996-11-22
Publication date: 2002-03-26
Also published as: EP0954394A1; WO1997020647A1; US5693157A; US5578384A

Abstract

(57)【要約】少なくとも１つのβチタンアロイ層（１６）および少なくとも１つのファイバ強化コンポジット層（１２）を含むβチタン-ファイバ強化コンポジットラミネート（１０）であって、ここで、βチタンアロイ層（１６）は、第１のファイバ強化コンポジット層（１２）の弾性率に対する降伏強度比と実質的に同様である弾性率に対する降伏強度を有する。また、βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネート（１０）を調製する方法は、以下の工程を含む：第１に、第１の弾性率に対する降伏強度比を有するβチタンアロイを提供する工程；次いで、βチタンアロイを第１の温度で第１の時間加熱して、第２の弾性率に対する降伏強度比を有するβチタンアロイ（１６）を生成する工程；および次いで、弾性率に対する強度比を有するファイバ強化コンポジット（１２）を、βチタンアロイ（１６）に接着してβチタン-ファイバ強化コンポジットラミネート（１０）を生成する工程；ここで、第１の温度および第１の時間は、βチタンアロイ（１６）の第２の弾性率に対する降伏強度が、ファイバ強化コンポジット（１２）の弾性率に対する強度と実質的に同様であるようなものである。

Description

【発明の詳細な説明】 βチタン−ファイバ強化コンポジットラミネート関連出願のクロスリファレンス本出願は、1996年１月19日に出願された米国特許出願08/588,868(題名「βチタン−強化コンポジットラミネート」）の国際出願であり、これは、1995年12月７日に出願された米国特許出願08/568,530（題名「チタンおよびグラファイトファイバコンポジット」）の一部継続出願であり、これは、1993年10月18日に出願された米国特許出願08/139,091（題名「チタンおよびグラファイトファイバコンポジット」）の継続出願（現在放棄されている）であり、これらの内容は、全体として本明細書中に参考として援用される。背景多くの工業用途は、高強度、低重量および耐損傷性の組合せを有する材料を要求する。これらの要求を満足するために、金属および金属コンポジットラミネート材料の両方が利用されている。高強度、低重量および耐損傷性を有する材料の１つの用途は、満足のいく構造的完全性および耐損傷性を提供するための、モーター駆動の乗物および人力の乗物のための構成部品であり、一方、所定量の燃料または電力に対する乗物の範囲を増大する。このような乗物として、自動車、トラック、飛行機、列車、自転車、オートバイ、および宇宙飛行船が挙げられる。他の用途としては、ゴルフクラブ（シャフトおよびヘッドの両方）、管状構造体（例えば、ソフトボールのバット）、スキー、ならびにサーフボードおよびスノーボードが挙げられる。航空宇宙産業の要求を満足するために、例えば、多くの金属コンポジットラミネート材料が開発され、航空機の一次構造体の構成に伝統的に使用される金属に取って代わる。しかし、これらのコンポジット材料の問題として、異なる層の弾性率に対する強度比の不適合が挙げられる。この不適合により、コンポジットの種々の層が、コンポジットの他の層の前に特定の量の応力下で衰え、それにより衰えていない層に対する強度を充分に利用できない。従って、現在使用されている低重量金属コンポジットラミネート材料は、金属コンポジットラミネート材料の所定のひずみに対する種々の層の最大強度を使用しない。従って、工業用途での使用（例えば、とりわけ、モーター駆動の乗物および人力の乗物の部品）のための高強度の軽量材料が必要とされている。さらに、金属コンポジットラミネート材料の所定のひずみ当たり最も充分な程度で材料のすべての層の強度を利用する軽量な金属コンポジットラミネート材料が必要とされている。要約本発明の１つの局面によれば、まず、面積を有する表面および第１の弾性率に対する降伏強度比を有するβチタンアロイを提供する工程を包含する、βチタン −ファイバ強化コンポジットラミネートの調製方法が提供される。次いで、βチタンアロイは、第１の予め選択された温度で第１の予め選択された時間加熱され、第２の弾性率に対する降伏強度比を有するβチタンアロイを生成する。次に、弾性率に対する強度比を有するファイバ強化コンポジット層が、βチタンアロイに接着され、βチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートを生成する。第１の予め選択された温度および第１の予め選択された時間は、βチタンアロイの第２の弾性率に対する降伏強度比が、ファイバ強化コンポジットの弾性率に対する強度比と実質的に同様であるように予め選択される。好適な実施態様において、この方法は、提供工程後に、βチタンアロイの表面を貴金属（例えば、白金）でコーティングし、コーティングされたβチタンアロイを生成する工程をさらに包含する。別の好適な実施態様において、この方法は、提供工程後に、βチタンアロイの表面を研磨し、表面積を増加させる工程をさらに包含する。別の好適な実施態様において、この方法は、加熱工程後に、表面をプライマーで下塗りする工程をさらに包含する。本発明の別の局面に従って、上記方法に従って生成されたβチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートが提供される。本発明のさらに別の局面に従って、表面を有するβチタンアロイの第１層およびファイバ強化コンポジットの第１層を有するβチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートが提供され、ここで、βチタンアロイの第１層は、ファイバ強化コンポジットの第１層の弾性率に対する強度比と実質的に同様の弾性率に対する降伏強度比を有する。βチタンアロイの表面は、白金のような貴金属でコーティングされ得る。βチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートはまた、複数の βチタンアロイ層と、それらの間に差し入れられた、少なくとも１層のファイバ強化コンポジットとを有し得、ここで、βチタンアロイの各層は、ファイバ強化コンポジットの少なくとも１層の弾性率に対する強度比と実質的に同様の弾性率に対する降伏強度比を有する。本発明のさらに別の局面に従って、まず、本発明に従ってβチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートを調製する工程を包含する製品の製造方法が提供される。次いで、βチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートは、製品に組み込まれる。このような製品の例としては、自動車、ゴルフクラブ、ソフトボールバット、スキー、サーフボード、スノーボードおよび容器が挙げられる。本発明のさらに別の局面に従って、まず、面積を有する表面および第１の弾性率に対する降伏強度比を有する金属を提供する工程を包含する金属ファイバ強化コンポジットラミネートの調製方法が提供される。次いで、金属は、第１の予め選択された温度で第１の予め選択された時間加熱され、第２の弾性率に対する降伏強度比を有する金属を生成する。次に、弾性率に対する強度比を有するファイバ強化コンポジットが、金属に接着され、金属ファイバ強化コンポジットラミネートを生成する。第１の予め選択された温度および第１の予め選択された時間は、金属の第２の弾性率に対する降伏強度比が、ファイバ強化コンポジットの弾性率に対する強度比と実質的に同様であるように予め選択され、そして金属は第２の弾性率に対する降伏強度比（約１％より大きい）を有する。図面本発明のこれらの特徴、局面および利点は、以下の説明および添付の請求の範囲、添付の図面（必ずしもスケールを描く必要はない）を参照してより理解される。図１は、本発明によるβチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートの断面の側立面図である。図２は、本発明の別の別の実施態様によるβチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートの断面の側立面図である。図３は、本発明の別の実施態様によるβチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートの断面の側立面図である。図４は、本発明の別の実施態様によるβチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートの断面の側立面図である。図５は、本発明による方法の一実施態様のフロー図である。図６は、フランジセクションに結合した本発明によるβチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートを有するハット部スチフナー（hat section stiffener ）の断面の側立面図である。図７は、本発明の別の実施態様によるβチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートの断面の側立面図である。説明本明細書に開示されるように、本発明は、実施態様の中でも、βチタン−ファイバ強化コンポジットラミネート、βチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートの製造方法、およびβチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートを有する構造体を含む。本発明によるβチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートおよび本発明により製造されたラミネートは、重量比に対する高強度、優れた耐損傷性、高度に耐疲労性である傾向および耐腐食性を有利に有し、そして本明細書中の開示を参照して当業者が理解する他の利点の中でもとりわけ、優れた衝撃減衰特性を有する。本発明のβチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートは、表面を有するβ -8V-6Cr-4Mo）およびB120 VCA（Ti 13V-11Cr-3Al）からなる群より選択される少なくとも１つのβチタンアロイであり得るが、本明細書中の開示を参照して当業者が理解するように、他のβチタンアロイが使用され得る。好適な実施態様にお tals Corporation，Toronto，OHから入手可能）である。本発明のβチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートは、少なくとも１つのファイバ強化コンポジット層をさらに有する。ファイバ強化コンポジットは、グラファイト強化エポキシ（例えば、Hercules Advanced Materials and System ス強化エポキシド（例えば、3M Aerospace Materials Department，St．Paul，M Nから入手可能な3M SP 381）からなる群より選択される少なくとも１つのファイバ強化コンポジットであり得るが、本明細書中の開示を参照して当業者が理解するように、他のファイバ強化コンポジットが使用され得る。好適な実施態様において、ファイバ強化コンポジットは、グラファイト強化エポキシFiberlte IM7/9 77-3（エポキシプリプレグテープ）（Fiberite，Orange，CAから入手可能）である。 βチタンアロイ層は、ファイバ強化コンポジット層に結合され、それによりラミネート構造体を生成する。本発明によれば、ラミネートのβチタンアロイ層は、ファイバ強化コンポジット層の弾性率に対する強度比と実質的に同様である弾性率に対する降伏強度比を有する。βチタンアロイ層の弾性率に対する降伏強度比と、ファイバ強化コンポジット層の弾性率に対する強度比とのこの実質的な適合は、広範な使用に適する軽量、強力かつ耐損傷性の材料を生成する。本明細書中で使用される「実質的に同様」は、約40％以内をいう。本発明の好適な実施態様において、βチタンアロイ層の弾性率に対する降伏強度比は、ファイバ強化コンポジット層の弾性率に対する強度比の約33％以内である。特に好適な実施態様において、βチタンアロイ層の弾性率に対する降伏強度比は、ファイバ強化コンポジット層の弾性率に対する強度比の約10％以内である。好適な実施態様において、ファイバ強化コンポジット層の設計の制限は、最大設計負荷より小さい制限負荷を有し、従って、約1.2％の、使用し得る弾性率に対する強度比を与え、これはβチタンアロイ層の弾性率に対する降伏強度比と密接に適合する。ここで図１を参照して、本発明によるβチタン−ファイバ強化コンポジットラミネート10の断面の側立面図が見られ得る。このラミネート10は、βチタンアロイ層16の表面14に直接結合されたファイバ強化コンポジット層12を有する。ここで図２を参照して、本発明の別の実施態様によるβチタン−ファイバ強化コンポジットラミネート20の断面の側立面図が見られ得る。図１に示す実施態様と同様であるが、この好適な実施態様は、βチタンアロイ層16の表面14に結合された貴金属層18を含み、これにより、βチタンアロイ層16の表面14とファイバ強化コンポジット層12との間に貴金属層18が作製される。適切な貴金属は、金、銀、およびパラジウムからなる群より選択される少なくとも１つの金属を含むが、本明細書中の開示を参照して当業者が理解するように、他の貴金属もまた適切であり得る。特に好適な実施態様において、貴金属は白金（Metal Surfaces，Bell Gardens,CAから入手可能）である。ここで図３を参照して、本発明の別の実施態様によるβチタン−ファイバ強化コンポジットラミネート30の断面の側立面図が見られ得る。この好適な実施態様において、βチタン−ファイバ強化コンポジットラミネート30は、複数のβチタンアロイ層16と、それらの間に差し入れられた、少なくとも１つのファイバ強化コンポジット層12を有する。図３に示す実施態様は、３つのβチタンアロイ層の間に差し入れられた２つのファイバ強化コンポジット層を含む。各βチタンアロイ層16は、少なくとも１つのファイバ強化コンポジット層12の弾性率に対する強度比と実質的に同様な弾性率に対する降伏強度比を有する。 11Cr-3Al）からなる群より選択される少なくとも１つのβチタンアロイであり得るが、本明細書中の開示を参照して当業者が理解するように、他のβチタンアロ 3（Ti 15V-3Cr-3Al-3Sn）（Titanium Metals Corporation，Toronto，OHから入手可能）である。複数のβチタンアロイ層16は、同一のβチタンアロイを含み得るか、または異なるβチタンアロイを含み得る。例えば、複数のβチタンアロイファイバ強化コンポジット12の少なくとも１つの層が、グラファイト強化エポキシ（例えば、Heroules Advanced Materials and Systems Company、Magna、UT Aerospace Materials Department、St．Paul、MNから市販の3M SP 381)からなる群から選択される、少なくとも１つのファイバ強化コンポジットであり得るが、本明細書中の開示を参照して当業者に理解されるように他のファイバ強化コンポジットは、使用され得る。好ましい実施態様において、ファイバ強化コンポジットは、グラファイト強化エポキシ、Fiberite IM7/977-3(エポキシプリプレグテープ)(Fiberite、Orange、CAから市販されている)である。１つより多くのファイバ強化コンポジットの層が存在する場合、複数のファイバ強化コンポジット層12は、同一のファイバ強化コンポジットを含んでも良く、または異なるファイバ強化コンポジットを含んでも良い。例えば、複数のファイバ強化コンポジットの層のうちの１つの層は、グラファイト強化エポキシを含み得、一方、複数のファイバ強化コンポジットの層のうちの他の層は、S2-ガラス強化エポキシを含み得る。次に、図４を参照すると、本発明の別の実施態様による、βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネート40の断面の、側面立面図が示され得る。図３に示した実施態様に類似しているが、この好ましい実施態様は、それぞれβチタンアロイ層16の各々の表面14に結合された貴金属の層18を含み、それによって、各々の βチタンアロイ層16のそれぞれの表面14と、それぞれのファイバ強化コンポジット層12との間に貴金属層18を形成する。適切な貴金属には、金、銀、およびパラジウムからなる群から選択される少なくとも１種の金属が挙げられるが、本明細書中の開示を参照して当業者に理解されるように他の貴金属もまた適切であり得る。特に好ましい実施態様において、貴金属は白金(Metal Surfaces、Bell Gard ens、CAから市販されている)である。本発明の別の局面によれば、βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートを調製する方法が提供される。図５は、本発明による方法のある実施態様のフローダイアグラムである。方法100は、最初に、面積を有する表面を有し、そして第１の弾性率に対する降伏強度比を有するβチタンアロイを提供する工程110を包含する。次に、この方法は、βチタンアロイを、第１の予め選択した温度で、第１の予め選択した時間加熱して、第２の弾性率に対する降伏強度比を有するβチタンアロイを生成する工程120を包含する。次いで、この方法は、ファイバ強化コンポジットをβチタンアロイに接着して、βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートを生成する工程130を包含する。このファイバ強化コンポジットは、弾性率に対する強度比を有する。第１の予め選択した温度と第１の予め選択した時間とは、βチタンアロイの第２の弾性率に対する降伏強度比が、ファイバ強化コンポジットの弾性率に対する強度比に実質的に同様であるように、予め選択される。適切な第１の予め選択した温度と適切な第１の予め選択した時間とは、本明細書中の開示を参照して当業者に決定され得、そして所望の第２の弾性率に対する降伏強度比に伴って変化する。好ましい実施態様において、第１の予め選択された温度は、約450℃〜約700℃の間であり、そして第１の予め選択された時間は、約８時間〜約16時間の間である。特に好ましい実施態様において、第１の予め選択された温度は約510℃であり、そして第１の予め選択された時間は約８時間である。別の好ましい実施態様において、βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートを調製する方法は、βチタンアロイの表面を研磨する工程112を、提供する工程の後にさらに包含し、それによって、表面積を増大して、その表面と貴金属のコーティングとの間、またはその表面と接着コーティングとの間をより堅固に結合し得る。別の好ましい実施態様において、βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートを調製する方法は、βチタンアロイの表面を貴金属でコーティングして、コーティングされたβチタンアロイを形成する工程114を、提供する工程の後にさらに包含する。貴金属は、金、銀、およびパラジウムからなる群から選択され得るが、本明細書中の開示を参照して当業者に理解されるような他の貴金属もまた適切であり得る。好ましい実施態様において、貴金属は、白金である。さらに、別の好ましい実施態様において、この方法は、表面をプライマーで下塗りする工程122を、βチタンアロイを加熱する工程の後にさらに包含する。プライマーは、本明細書中の開示を参照して当業者に理解されるように低固形分で高溶媒のエポキシ接着剤のような任意の適切なプライマーから選択され得る。好ましい実施態様において、プライマーはEC 3917(3M Aerospace Materials Depar tment、St．Paul、MNから市販されている)である。好ましい実施態様において、接着工程130は、ファイバ強化コンポジット層を βチタンアロイ層に結合するために、βチタンアロイの表面に接着剤を塗布する工程を包含する。適切な接着剤は、ファイバ強化コンポジットの性質によって決定される。適切な接着剤の例は、AF 191(3M Aerospace Materials Department、 St．Paul、MNから市販されている)である。接着工程130はまた、ラミネートを硬化させるために、βチタンアロイとファイバ強化コンポジットとを、第２の予め選択された温度で、第２の予め選択された時間加熱する工程を包含し得る。適切な第２の予め選択された温度と適切な第２の予め選択された時間とは、本明細書中の開示を参照して当業者に決定され得る。好ましい実施態様において、第２の予め選択された温度は、約150℃〜200℃ の間であり、そして第２の予め選択された時間は、約45分〜90分の間である。特に好ましい実施態様において、第２の予め選択された温度は約180℃であり、第２の予め選択された時間は約70分である。 βチタンアロイ層とファイバ強化コンポジット層との間の結合を形成するのを補助するために、硬化プロセスの一部として、圧力もまたかけ得る。適切な圧力は、本明細書中の開示を参照して当業者に決定され得る。好ましい実施態様において、圧力は、約30〜約100psiの間である。本発明による方法において使用するのに適切なβチタンアロイと適切なファイバ強化コンポジットとは、本発明によるβチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートに関して本明細書中に開示する物質を包含する。本発明の別の実施態様によれば、製品またはその部品を製造する方法を提供する。この方法は、本明細書中に開示される方法によるβチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートを調製する工程と、βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートを製品または部品に組み込む工程とを包含する。この方法によって調製するのに適切な製品またはその部品は、軽量で強度の高い物質が必要とされる製品を包含する。製品の部品の例には、モーターで作動する乗り物、およびモーターで作動しない乗り物(例えば、自動車、飛行機、電車、自転車、自動二輪、および宇宙船)の部品が挙げられる。例えば、I-ビーム、C-チャンネル、ハット部スチフナー、プレート、ハニカムサンドイッチパネル用のフェーシング、およびチューブである。他の適切な製品には、ゴルフクラブ(シャフトとヘッドの両方)、ソフトボールのバットのようなチューブ状の構造物、スキー板、サーフボードおよびスノーボード、ならびに貨物コンテナが挙げられる。本発明は、製品またはその部品をさらに包含し、これは、本発明のβチタン− ファイバ強化コンポジットラミネート、または本発明の方法で調製されたβチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートを含む。この製品またはその部品は、表面および第１のファイバ強化コンポジット層を有する第１のβチタンアロイ層（ここで、第１のβチタンアロイ層は、弾性率に対する降伏強度比を有し、これは、第１のファイバ強化コンポジット層の弾性率に対する強度比と実質的に同様である）を有する、βチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートを包含する。製品またはその部品は、第１のファイバ強化コンポジット層が、第１のβチタンアロイ層と第２のβチタンアロイ層との間に存在するように、第２のβチタンアロイ層をさらに含み得る。第２のβチタンアロイ層は、弾性率に対する降伏強度比を有し、これは、第１のファイバ強化コンポジット層の弾性率に対する強度比と実質的に同様である。貴金属が、βチタンアロイの表面と第１のファイバ強化コンポジット層との間に存在するように、第１のβチタンアロイ層の表面は、貴金属でコーティングされ得る。好ましい実施態様では、この貴金属は、白金である。図６は、フランジ部74に結合した、本発明のβチタン−ファイバ強化コンポジットラミネート72を有する飛行機において見られるような、ハット部スチフナー 70を通る断面の側方立面図である。本発明の別の局面によれば、金属−ファイバ強化コンポジットラミネートの調製方法が提供される。この方法は、面積を有する表面を有し、そして第１の弾性率に対する降伏強度比を有する金属を提供する第１の工程を包含する。次いで、この金属は、予め選択された第１の時間、予め選択された第１の温度で加熱され、第２の弾性率に対する降伏強度比を有する金属を生成する。次いで、弾性率に対する強度比を有するファイバ強化コンポジットは、金属に接着されて、金属−ファイバ強化コンポジットラミネートを生成する。予め選択された第１の温度および予め選択された第１の時間は、その金属の第２の弾性率に対する降伏強度比が、ファイバ強化コンポジットの弾性率に対する強度比と実質的に同様であるように予め選択される。この金属は、第２の弾性率に対する降伏強度比（これは、約 1.2％を超える）を有する。好ましい実施態様では、金属は、約1.0％を超える、第２の弾性率に対する降伏強度比を有する。実施例１ βチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートを調製する方法、およびその方法に従って作製された、βチタン−ファイバ強化コンポジットラミネート本発明の、βチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートを、以下のような、本発明の、βチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートを調製するための方 Cr-3Al-3Sn）（Titanium Metals Corporation，Toronto，OHから入手可能）βチタンアロイを提供した。これらのβチタンアロイシートは、約1.1％の、第１の弾性率に対する降伏強度比を有した。次いで、このコイルを、当業者に周知の方法で0.010インチゲージに圧延し、そして約24インチ×24インチの別々のシートにカットした。本質的なことではないが、各βチタンアロイシートの少なくとも１つの表面を、表面積が増加するように当業者に周知の方法でサンドブラストした。次いで、当業者に周知の方法による無電界プロセスにより、白金の層を、サンドブラストされたシート表面に塗布し、白金コーティングされたβチタンアロイシートを作製した。次いで、この白金コーティングされたβチタンアロイシートを、真空チャンバー内で、予め選択された時間（８時間）、予め選択された温度（510℃）で加熱することにより、時効硬化させた。この加熱により、1.2％の、第２の弾性率に対する降伏強度比を有する、白金コーティングされ、硬化されたβチタンアロイシートが得られた。弾性率に対する降伏強度比が変化するだけでなく、この加熱により、そのシートの表面から酸化チタンを取り除かれるので、この表面への白金の接着性もまた改善された。本質的なことではないが、この白金コーティングされ、硬化されたβチタンアロイシートを、EC 3917（3M Aerospace Materials Department，St．Paul，MNから入手可能）をスプレーすることにより下塗りした。この白金コーティングされ、硬化され、下塗りされたβチタンアロイシートを、約１時間風乾させ、次いで、予定された時間（約１時間）、予定された温度（約120℃）で硬化させた。次いで、ファイバ強化コンポジット層を、本発明の、白金コーティングされ、硬化され、下塗りされたβチタンアロイシートに付加し、βチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートを生成した。各々のファイバ強化コンポジット層は、６重（ply）のIM7/977-3（エポキシプリプレグテープ）（Fiberite，Orange CA から入手可能；これは、１層当たりの全体の厚みを約0.031インチとするために、約0.0052インチの厚さを有する）を含んだ。IM/977-3の全てを、長さ方向に沿って、または負荷の大部分を受けるように意図された方向に沿って付与した。本質的なことではないが、接着剤（glue）（AF 191；3M Aerospace Materials Dep artment，St．Paulから入手可能）を、IM7/977-3をチタンシートに固定するのに利用した。次いで、このラミネートを、180℃で１時間、100psiにて、フラットプレスで硬化し、そして圧力を100psiに維持しながら室温まで冷却した。このβ チタン−ファイバ強化コンポジットラミネート（２層のβチタンアロイ、３層のファイバ強化コンポジット、および接着剤を含む）の全厚みは、約0.10インチであった。ここで図７を参照すると、この実施例により作製されたβチタン−ファイバ強化コンポジットラミネート50の断面の側方立面図が示される。理解されるように、ラミネート50は、３つのβチタンアロイ層52を含み、これらの層のそれぞれはその上に白金コーティング54を有する。３つのβチタンアロイ層52の間には、カーボンファイバプリプレグテープ（IM7/977-3）の２つの層56（各層は、６重のカーボンファイバプリプレグテープを含む）が差し込まれた。βチタンアロイ層 52上のそれぞれの白金コーティング54と、IM7/977-3層56との間には、示されるように、１つのEC 3917プライマー層58および１つのAF 191接着剤層60が存在した。本発明は、特定の好ましいその実施態様に関して、かなり詳細に記載されているが、他の実施態様も可能である。例えば、本発明のβチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートは、サンドイッチパネル（これは、ハニカム（Advanced H onycomb，San Marcos，CAから入手可能）のような別々の構造物の両側に、本発明のβチタン−ファイバ強化コンポジットラミネートを含む）を構築するのに利用され得る。従って、添付の請求の範囲の精神および範囲は、本明細書中の好ましい実施態様の記載に制限されるべきではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｆ 1/18 Ｃ２２Ｆ 1/18 Ｈ (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＮ，ＪＰ【要約の続き】的に同様であるようなものである。

Claims

【特許請求の範囲】１．βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートを調製する方法であって、以下の工程を包含する、方法： (a) 面積を有する表面を有し、そして第１の弾性率に対する降伏強度比を有するβチタンアロイを提供する工程； (b) 該βチタンアロイを第１の温度で第１の時間加熱して、第２の弾性率に対する降伏強度比を有するβチタンアロイを生成する工程；および (c) 弾性率に対する強度比を有するファイバ強化コンポジットを、該βチタンアロイに接着してβチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートを生成する工程；ここで、該第１の温度および該第１の時間は、該βチタンアロイの該第２の弾性率に対する降伏強度比が、該ファイバ強化コンポジットの弾性率に対する強度比と実質的に同様であるようなものである。２．請求項１に記載の方法であって、前記βチタンアロイの表面を貴金属でコーティングして、コーティングされたβチタンアロイを生成する工程を、前記提供工程(a)の後に、さらに包含する、方法。３．請求項２に記載の方法であって、ここで、前記貴金属が白金である、方法。４．請求項１に記載の方法であって、前記βチタンアロイの表面を研磨して表面の面積を増大させる工程を、前記提供工程(a)の後に、さらに包含する、方法。５．請求項１に記載の方法であって、前記表面をプライマーで下塗りする工程を、前記加熱工程(b)の後に、さらに包含する、方法。６．請求項５に記載の方法であって、ここで、前記プライマーが低固形分、高溶媒エポキシ接着剤である、方法。７．請求項１に記載の方法であって、ここで、前記接着工程(c)が、前記βチタンアロイの表面に接着剤を塗布することを包含する、方法。８．請求項７に記載の方法であって、ここで、前記接着工程の前記接着剤がＡＦ191である、方法。９．請求項１に記載の方法であって、ここで、前記接着工程(c)が、前記βチタンアロイおよび前記ファイバ強化コンポジットを、第２の温度で第２の時間、加熱することを包含する、方法。１０．請求項１に記載の方法であって、ここで、工程(a)で提供される前記β チタンアロイが、（Ti 15V-3Cr-3Al-3Sn）、（Ti 15Mo-3Al-3Nb）、（Ti 3Al-8V -6Cr-4Mo）および（Ti 13V-11Cr-3Al）からなる群から選択される、方法。１１．請求項１に記載の方法であって、ここで、工程(c)の前記ファイバ強化コンポジットが、グラファイト強化エポキシおよびS2-ガラス強化エポキシからなる群から選択される、方法。１２．請求項１に記載の方法であって、ここで、工程(b)の前記第１の温度が約510℃であり、そして工程(b)の前記第１の時間が約８時間である、方法。１３．請求項１に記載の方法であって、ここで、工程(b)で生成する前記βチタンアロイの前記第２の弾性率に対する降伏強度比が、工程(c)の前記ファイバ強化コンポジットの弾性率に対する強度比の約40％以内である、方法。１４．請求項１に記載の方法であって、ここで、工程(b)で生成する前記βチタンアロイの前記第２の弾性率に対する降伏強度比が、工程(c)の前記ファイバ強化コンポジットの弾性率に対する強度比の約10％以内である、方法。１５．以下の工程を包含する方法により生成される、βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネート： (a) 面積を有する表面を有し、そして第１の弾性率に対する降伏強度比を有するβチタンアロイを提供する工程； (b) 該βチタンアロイを第１の予め選択された温度で第１の予め選択された時間加熱して、第２の弾性率に対する降伏強度比を有するβチタンアロイを生成する工程；および (c) 弾性率に対する強度比を有するファイバ強化コンポジットを、該βチタンアロイに接着してβチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートを生成する工程；ここで、該第１の予め選択された温度および該第１の予め選択された時間は、該βチタンアロイの該第２の弾性率に対する降伏強度比が、該ファイバ強化コンポジットの弾性率に対する強度比と実質的に同様であるように予め選択されたものである。１６．表面を有する第１のβチタンアロイ層および第１のファイバ強化コンポジット層を含む、βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートであって、ここで、該第１のβチタンアロイ層が、該第１のファイバ強化コンポジット層の弾性率に対する強度比と実質的に同様である弾性率に対する降伏強度比を有する、 βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネート。１７．請求項１６に記載のβチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートであって、ここで、前記ファイバ強化コンポジットが前記βチタンアロイの表面に隣接する、βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネート。１８．請求項１６に記載のβチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートであって、ここで、前記βチタンアロイの表面が貴金属でコーティングされる、β チタン-ファイバ強化コンポジットラミネート。１９．請求項１８に記載のβチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートであって、ここで、前記ファイバ強化コンポジットが、貴金属でコーティングされた表面に隣接する、βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネート。２０．請求項１６に記載のβチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートであって、ここで、前記βチタンアロイの表面が、白金でコーティングされる、β チタン-ファイバ強化コンポジットラミネート。２１．請求項１６に記載のβチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートであって、前記第１のファイバ強化コンポジット層が、前記第１のβチタンアロイ層の前記表面と、第２のβチタンアロイ層の表面との間になるように、該表面を有する該第２のβチタンアロイ層をさらに含み、ここで、該第２のβチタンアロイ層が、該第１のファイバ強化コンポジット層の該弾性率に対する強度比と実質的に同様である弾性率に対する降伏強度比を有する、βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネート、２２．請求項１６に記載のβチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートであって、ここで、前記βチタンアロイが、（Ti 15V-3Cr-3Al-3Sn）、（Ti 15Mo- 3Al-3Nb）、(Ti 3Al-8V-6Cr-4Mo）および(Ti 13V-11Cr-3Al）からなる群から選択される、βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネート。２３．請求項１６に記載のβチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートであって、ここで、前記ファイバ強化コンポジットが、グラファイト強化エポキシおよびS2-ガラス強化エポキシからなる群から選択される、βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネート。２４．βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートであって、複数のβチタンアロイ層、およびそれらの間に差し入れられた少なくとも１つのファイバ強化コンポジット層を含み、ここで、βチタンアロイの各層が、該ファイバ強化コンポジットの少なくとも１層の該弾性率に対する強度比と実質的に同様である弾性率に対する降伏強度比を有する、βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネート。２５．請求項２４に記載のβチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートであって、ここで、貴金属層が、βチタンアロイの各層とファイバ強化コンポジットの各層との間に差し入れられている、βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネート。２６．請求項２４に記載のβチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートであって、ここで、白金層が、βチタンアロイの各層とファイバ強化コンポジットの各層との間に差し入れられている、βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネート。２７．請求項２４に記載のβチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートであって、ここで、前記βチタンアロイが、（Ti 15V-3Cr-3Al-3Sn）、（Ti 15Mo- 3Al-3Nb）、（Ti 3Al-8V-6Cr-4Mo）および（Ti 13V-11Cr-3Al）からなる群から選択される、βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネート。２８．請求項２４に記載のβチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートであって、ここで、前記ファイバ強化コンポジット層が、グラファイト強化エポキシおよびS2-ガラス強化エポキシからなる群から選択される、βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネート。２９．製品を製造する方法であって、以下の工程を包含する、方法： (i) βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートを、請求項１に記載の方法に従って調製する工程；および (ii) 該βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートを製品に組み込む工程。３０．請求項２９に記載の製品を製造する方法であって、ここで、工程(ii)の製品が、自動車、ゴルフクラブ、ソフトボールバット、スキー、サーフボード、スノーボードおよび容器からなる群から選択される、方法。３１．請求項３０に記載の製品を製造する方法であって、ここで、工程(ii)の製品が、自動車部品である、方法。３２．βチタン-ファイバ強化コンポジットラミネートを含む製品またはその部品であって、表面を有する第１のβチタンアロイ層および第１のファイバ強化コンポジット層を有し、ここで、該第１のβチタンアロイ層が、該第１のファイバ強化コンポジット層の該弾性率に対する強度比と実質的に同様である弾性率に対する降伏強度比を有する、製品又はその部品。３３．請求項３２に記載の製品またはその部品であって、前記第１のファイバ強化コンポジット層が、前記第１のβチタンアロイ層と第２のβチタンアロイ層との間になるように、該第２のβチタンアロイ層をさらに含み、ここで、該第２のβチタンアロイ層が、該第１のファイバ強化コンポジット層の弾性率に対する強度比と実質的に同様である弾性率に対する降伏強度比を有する、製品又はその部品。３４．請求項３２に記載の製品またはその部品であって、ここで、貴金属が、前記βチタンアロイの表面と前記第１のファイバ強化コンポジット層との間になるように、該第１のβチタンアロイ層の表面が、該貴金属でコーティングされる、製品またはその部品。３５．請求項３２に記載の製品またはその部品であって、ここで、白金が、前記βチタンアロイの表面と前記第１のファイバ強化コンポジット層との間になるように、該第１のβチタンアロイ層の表面が、該白金でコーティングされる、製品またはその部品。３６．請求項３２に記載の製品またはその部品であって、ここで、前記ファイバ強化コンポジットが、前記βチタンアロイの表面に隣接する、製品またはその部品。３７．金属ファイバ強化コンポジットラミネートを調製する方法であって、以下の工程を包含する、方法： (a) 面積を有する表面を有し、そして第１の弾性率に対する降伏強度比を有する金属を提供する工程； (b) 該金属を第１の温度で第１の時間加熱して、第２の弾性率に対する降伏強度比を有する金属を生成する工程；および (c) 弾性率に対する強度比を有するファイバ強化コンポジットを、該金属に接着して金属ファイバ強化コンポジットラミネートを生成する工程；ここで、該第１の温度および該第１の時間は、該金属の該第２の弾性率に対する降伏強度比が、該ファイバ強化コンポジットの弾性率に対する強度比と実質的に同様であるようなものであり；そしてここで、該金属は、約1.2％よりも大きい、第２の弾性率に対する降伏強度比を有する。３８．金属ファイバ強化コンポジットラミネートであって、以下の工程を包含する方法に従って生成された、金属ファイバ強化コンポジットラミネート： (a) 面積を有する表面を有し、そして第１の弾性率に対する降伏強度比を有する金属を提供する工程； (b) 該金属を第１の予め選択された温度で第１の予め選択された時間加熱して、第２の弾性率に対する降伏強度比を有する金属を生成する工程；および (c) 弾性率に対する強度比を有するファイバ強化コンポジットを、該金属に接着して金属ファイバ強化コンポジットラミネートを生成する工程；ここで、該第１の予め選択された温度および該第１の予め選択された時間は、該金属の該第２の弾性率に対する降伏強度比が、該ファイバ強化コンポジットの弾性率に対する強度と実質的に同様であるように予め選択され；そしてここで、該金属は、約1.2％よりも大きい、第２の弾性率に対する降伏強度比を有する。