JP2005536355A - Metal composite material and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

第1の金属と第1の金属を補強するインサートとを含み、第1の金属がアルミニウム、その合金およびそれらの組み合わせからなる群より選択され、インサートが実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金およびそれらの組み合わせからなる群より選択される第2の金属とを含み、第2の金属が実質的に連続したセラミック酸化物繊維を適所に固定しており、第2の金属が実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在しており、第1の金属とインサートの間に界面層があり、第1の金属とインサートの間の界面層ピーク結合強度値が少なくとも100MPaである金属マトリックス複合体物品。金属マトリックス複合体物品を補強するためのインサートを含む金属とその製造方法。他の態様において、本発明はインサートで補強された金属マトリックス複合体物品およびその製造方法を提供する。有用な金属マトリックス複合体物品は、航空宇宙用の構造材料を含む。A ceramic oxide fiber comprising a first metal and an insert for reinforcing the first metal, wherein the first metal is selected from the group consisting of aluminum, alloys thereof, and combinations thereof; and the insert is substantially continuous. A second metal selected from the group consisting of aluminum, alloys thereof, and combinations thereof, wherein the second metal fixes substantially continuous ceramic oxide fibers in place, the second metal Extending along at least a portion of the length of the substantially continuous ceramic oxide fiber, wherein there is an interface layer between the first metal and the insert, and the interface layer between the first metal and the insert A metal matrix composite article having a peak bond strength value of at least 100 MPa. Metals including inserts for reinforcing metal matrix composite articles and methods for making the same. In another aspect, the present invention provides a metal matrix composite article reinforced with an insert and a method for making the same. Useful metal matrix composite articles include aerospace structural materials.

Description

本発明は、金属マトリックス複合体物品を補強するためのインサートを含む金属、およびインサートで補強した金属マトリックス複合体物品に関する。   The present invention relates to a metal comprising an insert for reinforcing a metal matrix composite article, and a metal matrix composite article reinforced with an insert.

金属複合材料のセラミックスによる補強は業界において公知である(例えば、米国特許第4,705,093号明細書(オギノ(Ogino))、同第4,852,630号明細書(ハマジマら(Hamajima et al.))、同第4,932,099号明細書(コーウィンら(Corwin et al.))、同第5,199,481号明細書(コーウィンら(Corwin et al.))、同第5,234,080号明細書(パンタール(Pantale))および同第5,394,930号明細書(ケンナーネヒト(Kennerknecht))、それぞれ1987年5月28日および1988年9月14日発行の英国特許第2,182,970AおよびB号明細書、2002年4月4日公開のPCT出願国際公開第02/26658号パンフレット、国際公開第02/27048号パンフレットおよび国際公開第02/27049号パンフレット参照)。補強に用いるセラミック材料としては、粒子、不連続繊維(ウィスカを含む)および連続繊維およびセラミックプリフォームが例示される。   Reinforcing metal composites with ceramics is well known in the art (eg, US Pat. Nos. 4,705,093 (Ogino), 4,852,630 (Hamajima et al.)). al.)), 4,932,099 (Corwin et al.), 5,199,481 (Corwin et al.), 5 , 234,080 (Pantale) and 5,394,930 (Kennerknecht), UK patents issued on May 28, 1987 and September 14, 1988, respectively. No. 2,182,970A and B, PCT application published on April 4, 2002, WO 02 26658 pamphlet, see WO 02/27048 pamphlet and WO 02/27049 pamphlet). Examples of the ceramic material used for reinforcement include particles, discontinuous fibers (including whiskers), continuous fibers, and ceramic preforms.

一般的に、セラミック材料は金属に組み込まれて、セラミック材料なしの金属製物品に比べて改善された機械特性を有する金属複合材料(MMC)が与えられる。例えば、自動車(例えば、乗用車やトラック)の従来のブレーキキャリパは一般的に鋳鉄製である。自動車の全体の重量、特に、ブレーキキャリパのようなアンスプラング重量を減少させるために、より軽量の部品および/または材料を用いることが要求されている。セラミック酸化物材料の配置をはじめとするMMCの設計に役立つ特定の用途に必要とされるセラミック酸化物材料の量を最小にする一つの技術は、有限要素分析である。   In general, ceramic materials are incorporated into metals to provide a metal composite (MMC) that has improved mechanical properties compared to metal articles without ceramic materials. For example, conventional brake calipers for automobiles (eg, passenger cars and trucks) are typically made of cast iron. In order to reduce the overall weight of an automobile, especially an unsprung weight such as a brake caliper, it is required to use lighter parts and / or materials. One technique for minimizing the amount of ceramic oxide material required for a particular application that helps in the design of MMC, including the placement of ceramic oxide material, is finite element analysis.

鋳造アルミニウムでできたブレーキキャリパは、鋳鉄製の同じキャリパ(すなわち、同じサイズおよび構造)よりも約50%軽量となる。鋳造アルミニウムおよび鋳鉄の機械特性は同じではない(すなわち、鋳鉄のヤング率は約100〜170GPa、鋳造アルミニウムは約70〜75GPa、鋳鉄の降伏強さは300〜700MPa、鋳造アルミニウムは200〜300MPaである)。従って、あるサイズおよび形状について、鋳造アルミニウム製のブレーキキャリパは、曲げ剛性や降伏強さのような機械的特性は鋳鉄キャリパより大幅に低い。一般的に、かかるアルミニウムブレーキキャリパの機械特性は、鋳鉄ブレーキキャリパに比べて許容されないほど低い。鋳鉄ブレーキ特性と同じ構造および曲げ剛性や降伏強さのような機械特性が少なくとも同じ(または良い)アルミニウム金属複合材料(例えば、セラミック繊維で補強されたアルミニウム)製のブレーキキャリパが望まれている。   A brake caliper made of cast aluminum is about 50% lighter than the same caliper made of cast iron (ie, the same size and structure). The mechanical properties of cast aluminum and cast iron are not the same (i.e., cast iron has a Young's modulus of about 100-170 GPa, cast aluminum is about 70-75 GPa, cast iron has a yield strength of 300-700 MPa, and cast aluminum is 200-300 MPa. ). Thus, for certain sizes and shapes, cast aluminum brake calipers have significantly lower mechanical properties such as bending stiffness and yield strength than cast iron calipers. In general, the mechanical properties of such aluminum brake calipers are unacceptably low compared to cast iron brake calipers. A brake caliper made of an aluminum metal composite (e.g., aluminum reinforced with ceramic fibers) is desired that has the same structure as cast iron brake properties and at least (or better) mechanical properties such as bending stiffness and yield strength.

いくつかのMMC物品の一つの問題点は、後形成機械加工(穴またはスレッドを追加したり、材料を切断して所望の形状にする)またはその他の処理(2つのMMC物品を一緒に溶接して複雑な形状の部品を作成)が必要であることである。従来の多くのMMCは、一般的に、十分なセラミック補強材料を含有しており、機械加工や溶接が難しく、不可能とさせることすらある。しかしながら、後成形機械加工や処理を必要としない、あるいはあまり必要としない「網形」物品を製造することが望まれている。「網形」物品の製造技術は業界において公知である(例えば、米国特許第5,234,045号明細書(チスコ(Cisko))および同第5,887,684号明細書(デールら(Doell et al.)参照)。実行可能な範囲に加えて、あるいは、この代わりに、セラミック補強を減じたり、機械加工または溶接のようなその他の処理を妨げるような領域には配置しないようにしてもよい。   One problem with some MMC articles is post-forming machining (adding holes or threads or cutting the material to the desired shape) or other processing (welding the two MMC articles together) To create parts with complicated shapes. Many conventional MMCs generally contain sufficient ceramic reinforcement material, making them difficult or even difficult to machine and weld. However, it is desirable to produce “net-shaped” articles that require little or no post-forming machining or processing. Techniques for making “net-shaped” articles are known in the art (eg, US Pat. Nos. 5,234,045 (Cisko) and 5,887,684 (Doell et al.). et al.)) In addition to, or instead of, feasible range, reduce ceramic reinforcement or place in areas that would interfere with other processes such as machining or welding. Good.

MMCの設計や製造における他の問題点は、セラミック強化材料のコストである。ミネソタ州セントポールの3Mカンパニー(3M Company,St.Paul,MN)より「ネクステル(NEXTEL)610」という商品名で市販されている連続多結晶アルファアルミナ繊維の機械特性は、アルミニウムのような低密度金属に比べて高い。さらに、多結晶アルファアルミナ繊維のようなセラミック酸化物材料のコストは、アルミニウムのような金属より実質的に高い。従って、セラミック酸化物材料により付与される特性を最大とするためには、用いるセラミック酸化物材料の量を最小にし、セラミック酸化物材料の配置を最適にすることが望ましい。   Another issue in the design and manufacture of MMC is the cost of ceramic reinforcement materials. The mechanical properties of the continuous polycrystalline alpha alumina fiber marketed under the trade name “NEXTEL 610” from the 3M Company in St. Paul, Minn. (3M Company, St. Paul, MN) has a low density like aluminum. Higher than metal. Furthermore, the cost of ceramic oxide materials such as polycrystalline alpha alumina fibers is substantially higher than metals such as aluminum. Therefore, in order to maximize the properties imparted by the ceramic oxide material, it is desirable to minimize the amount of ceramic oxide material used and optimize the placement of the ceramic oxide material.

さらに、パッケージまたは金属複合材料を製造するのに比較的容易に用いることのできる形態でセラミック補強材料を提供することが望まれている。   Furthermore, it would be desirable to provide a ceramic reinforcement material in a form that can be used relatively easily to produce a package or metal composite.

2002年4月4日公開のPCT出願国際公開第02/26658号パンフレット、国際公開第02/27048号パンフレットおよび国際公開第02/27049号パンフレット公開のPCT出願には、パッケージまたは金属マトリックス複合体物品を製造するのに比較的容易に用いることのできる形態のセラミック補強材料の必要性に取り組んだ実施形態の記載があるが、好ましくは従来の金属複合材料よりも優れた特性を有する金属マトリックス複合体物品を与える更なる溶液および/またはそれに代わるその他の新規な提供方法が望まれている。   PCT applications published on Apr. 4, 2002, WO 02/26658, WO 02/27048 and WO 02/27049, PCT applications include packages or metal matrix composite articles. There is a description of an embodiment that addresses the need for a ceramic reinforcement material in a form that can be used relatively easily to manufacture, but preferably a metal matrix composite having properties superior to conventional metal composites There is a need for additional solutions that provide articles and / or other novel ways of providing alternatives.

一態様において、本発明は、第1の金属と第1の金属を補強する1つのインサート(ある実施形態においては少なくとも2つ、3つ以上のインサート)とを含み、第1の金属がアルミニウム、その合金およびそれらの組み合わせからなる群より選択され、インサートが実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金およびそれらの組み合わせからなる群より選択される第2の金属とを含み、第2の金属が実質的に連続したセラミック酸化物繊維を適所に固定しており、第2の金属が実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在しており、第1の金属とインサートの間に界面層があり、第1の金属と前記インサートの間の界面層ピーク結合強度値が少なくとも100MPa(ある実施形態においては、少なくとも125MPa、150MPa、175MPa、さらには少なくとも200MPa)である金属マトリックス複合体物品を提供する。ある実施形態において、界面層は酸素を含まないのが好ましい。   In one aspect, the invention includes a first metal and one insert that reinforces the first metal (in some embodiments, at least two, three or more inserts), wherein the first metal is aluminum, A ceramic oxide fiber selected from the group consisting of the alloy and combinations thereof, the insert comprising a substantially continuous ceramic oxide fiber, and a second metal selected from the group consisting of aluminum, the alloy and combinations thereof; Two metals substantially fix a continuous ceramic oxide fiber in place, and a second metal extends along at least a portion of the length of the substantially continuous ceramic oxide fiber. An interface layer between the first metal and the insert, and the interface layer peak bond strength value between the first metal and the insert is at least 100 MPa (an embodiment Oite at least 125 MPa, 150 MPa, 175 MPa, further provides a metal matrix composite article is at least 200 MPa). In certain embodiments, the interface layer preferably does not include oxygen.

他の態様において、本発明は、一実施形態において、
実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金およびその組み合わせからなる群より選択される第1の金属とを含むインサートを鋳型に配置する工程であって、第1の金属が実質的に連続したセラミック酸化物繊維を適所に固定しており、第1の金属が実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在しており、第1の金属が外側表面を有し、第1の金属の外側表面に第2の金属(例えば、Cu、Au、Ni、Ag、Znおよびこれらの組み合わせ)があり、第2の金属の厚さが少なくとも5マイクロメートル(ある実施形態においては、好ましくは少なくとも10マイクロメートル、少なくとも15マイクロメートル、さらには少なくとも20マイクロメートル、より好ましくは、5〜20マイクロメートル)である工程と、
アルミニウム、その合金およびその組み合わせからなる群より選択される溶融した第3の金属を鋳型に提供する工程と、
溶融した第3の金属を冷却して物品を与える工程と、
物品を熱静水圧圧縮成形(HIP)して本発明による金属マトリックス複合体物品を与える工程と
を含む金属マトリックス複合体物品の製造方法を提供する。ある実施形態においては、鋳造は空気中で実施することができるが、アルゴン雰囲気中で(例えば、雰囲気の総体積に基づいて少なくとも90体積%(少なくとも95体積%、99体積%さらには100体積%)のAr、雰囲気の総体積に基づいて一般的には10体積%、5体積%、1体積%以下、さらには0体積%のO2)実施するのが好ましい。
In another aspect, the present invention, in one embodiment,
Placing an insert in a mold comprising a substantially continuous ceramic oxide fiber and a first metal selected from the group consisting of aluminum, alloys thereof and combinations thereof, wherein the first metal is substantially A continuous ceramic oxide fiber in place, the first metal extending along at least a portion of the length of the continuous ceramic oxide fiber, and the first metal And having a second metal (eg, Cu, Au, Ni, Ag, Zn, and combinations thereof) on the outer surface of the first metal and having a thickness of the second metal of at least 5 micrometers. (In some embodiments, preferably at least 10 micrometers, at least 15 micrometers, even at least 20 micrometers, more preferably 5-2. A step of micrometers),
Providing a mold with a molten third metal selected from the group consisting of aluminum, alloys thereof and combinations thereof;
Cooling the molten third metal to provide an article;
Providing a metal matrix composite article according to the present invention by hot isostatic pressing (HIP) of the article to provide a metal matrix composite article according to the present invention. In some embodiments, the casting can be performed in air, but in an argon atmosphere (eg, at least 90% by volume (at least 95%, 99% or even 100% by volume based on the total volume of the atmosphere). It is preferable to carry out 10% by volume, 5% by volume, 1% by volume or less, and further 0% by volume of O 2 ) based on the total volume of Ar) and the atmosphere).

他の態様において、本発明は、
実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金およびその組み合わせからなる群より選択される第1の金属とを含むインサートを鋳型に配置する工程であって、第1の金属が実質的に連続したセラミック酸化物繊維を適所に固定しており、第1の金属が実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在している工程と、
アルミニウム、その合金およびその組み合わせからなる群より選択される溶融した第3の金属を鋳型に提供する工程であって、少なくとも90体積%(少なくとも95体積%、99体積%、さらには100体積%)のArと10体積%以下、5体積%以下、1体積%以下、さらには0体積%のO2とを雰囲気の総体積に基づいて含む雰囲気を与えて溶融した第3の金属の鋳型への提供を雰囲気下で実施する工程と、
溶融した第3の金属を冷却して金属マトリックス複合体物品を与える工程と
を含む金属マトリックス複合体物品の製造方法を提供する。ある実施形態において、第1の金属は外側表面を有し、第1の金属の外側表面に第2の金属(例えば、Cu、Au、Ni、Ag、Znおよびこれらの組み合わせ)があり、第2の金属の厚さは少なくとも5マイクロメートル(ある実施形態においては、好ましくは少なくとも10マイクロメートル、少なくとも15マイクロメートル、さらには少なくとも20マイクロメートル、より好ましくは5〜20マイクロメートル)である。ある実施形態において、本方法には、溶融した第3の金属を少なくとも部分的に冷却した後、熱静水圧圧縮成形(HIP)が含まれており、これによって金属マトリックス複合体物品が得られる。
In another aspect, the present invention provides
Placing an insert in a mold comprising a substantially continuous ceramic oxide fiber and a first metal selected from the group consisting of aluminum, alloys thereof and combinations thereof, wherein the first metal is substantially Fixing the continuous ceramic oxide fibers in place, wherein the first metal extends along at least a portion of the length of the substantially continuous ceramic oxide fibers;
Providing a mold with a molten third metal selected from the group consisting of aluminum, alloys thereof and combinations thereof, at least 90% by volume (at least 95% by volume, 99% by volume, or even 100% by volume) To a third metal mold melted by applying an atmosphere containing 10% by volume or less, 5% by volume or less, 1% by volume or less, and further 0% by volume of O 2 based on the total volume of the atmosphere. A process of performing the provision in an atmosphere;
Cooling the molten third metal to provide a metal matrix composite article. In some embodiments, the first metal has an outer surface, and the second metal (eg, Cu, Au, Ni, Ag, Zn, and combinations thereof) is on the outer surface of the first metal, and the second The metal has a thickness of at least 5 micrometers (in some embodiments, preferably at least 10 micrometers, at least 15 micrometers, even at least 20 micrometers, more preferably 5-20 micrometers). In certain embodiments, the method includes hot isostatic pressing (HIP) after at least partially cooling the molten third metal, thereby providing a metal matrix composite article.

本明細書において、
「ピーク結合強度値」とは、下記の比較例Aまたは実施例4の少なくともいずれかにより求められるピーク結合強度値のことを指す。
「酸素を含まない」とは、下記の「酸素層試験」に記載した通り、光学顕微鏡により250倍で見たときに界面に目視識別可能な連続酸化物層がないことを意味する。
「実質的に連続したセラミック酸化物繊維」とは、少なくとも5cmの長さを有するセラミック酸化物繊維のことを指す。
In this specification,
The “peak bond strength value” refers to a peak bond strength value obtained by at least one of the following Comparative Example A or Example 4.
“Oxygen-free” means that there is no continuous oxide layer visually identifiable at the interface when viewed at 250 × with an optical microscope, as described in “Oxygen layer test” below.
“Substantially continuous ceramic oxide fiber” refers to a ceramic oxide fiber having a length of at least 5 cm.

本発明による金属複合材料としては、航空宇宙用途、ブレーキキャリパ、高速回転リングおよび工業機械の高速機械アーム用途の構造部品が例示される。   Examples of the metal composite material according to the present invention include structural parts for aerospace applications, brake calipers, high-speed rotating rings, and industrial machinery high-speed machine arms.

本発明は、少なくとも1種類の金属と実質的に連続したセラミック酸化物繊維とを含む金属マトリックス複合体物品を提供する。一般的に、本発明による金属マトリックス複合体物品は、所望の特性、低コストおよび製造のし易さの最良、または少なくとも許容されるバランスを達成するべく特定の用途について設計される。   The present invention provides a metal matrix composite article comprising at least one metal and a substantially continuous ceramic oxide fiber. In general, metal matrix composite articles according to the present invention are designed for specific applications to achieve the best or at least acceptable balance of desired properties, low cost and ease of manufacture.

一般的に、インサートのような本発明による金属マトリックス複合体物品は、特定の用途のために、かつ/または特定の特性および/または特徴を有するべく設計されている。例えば、ある金属(例えば、鋼)製の既存の物品は、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を含む材料で補強された他の金属(例えば、アルミニウム)から製造すべく再設計されるように選択され、後者(すなわち、物品の金属複合材料版)は、第1の金属から製造された元の物品を用いるのに必要なものと少なくとも等しい特定の所望の特性(例えば、ヤング率、降伏強さおよび延性)を有している。任意で、元の物品と同じ物理寸法を有するよう本物品を再設計してもよい。   In general, metal matrix composite articles according to the present invention, such as inserts, are designed for specific applications and / or to have specific properties and / or characteristics. For example, an existing article made of one metal (eg, steel) may be redesigned to be manufactured from another metal (eg, aluminum) reinforced with a material that includes a substantially continuous ceramic oxide fiber. The latter (ie, the metal composite version of the article) is selected for certain desired properties (eg, Young's modulus, yield strength) that are at least equal to those required to use the original article made from the first metal. And ductility). Optionally, the article may be redesigned to have the same physical dimensions as the original article.

所望の金属マトリックス複合体物品の構成、所望の特性、使用可能な金属および製造に好ましいセラミック酸化物材料、ならびにこれらの材料の関連特性を集めて用いて、可能な好適な構造が得られる。ある実施形態において、可能な構造を作成するのに好ましい方法は、従来のコンピュータシステム(中央処理装置(CPU)および入出力装置を用いる)を用いて実行されるFEAソフトウェアを用いた有限要素分析(FEA)である。好適なFEAソフトウェアは、ペンシルバニア州キャノンズバーグのアンシス(Ansys,Inc.,Canonsburg,PA)より「アンシス(ANSYS)」という商品名で市販されているものをはじめとして商業的に入手可能である。FEAは、物品を数学的にモデル化し、連続セラミック酸化物繊維、金属および可能なその他の材料の配置によって所望の特性レベルを与える領域を識別するのを支援する。より好ましい設計を得るにはFEAのいくつかのを反復実行させる必要が一般的にある。   The composition of the desired metal matrix composite article, the desired properties, the metals that can be used and the ceramic oxide materials that are preferred for manufacturing, and the relevant properties of these materials, can be used together to obtain a possible suitable structure. In one embodiment, a preferred method for creating a possible structure is a finite element analysis (using FEA software) that is performed using a conventional computer system (using a central processing unit (CPU) and input / output devices). FEA). Suitable FEA software is commercially available, including those commercially available under the trade name “ANSYS” from Ansys, Inc., Canonsburg, Pa. FEA helps to model the article mathematically and identify regions that provide the desired level of properties through the placement of continuous ceramic oxide fibers, metals, and other possible materials. It is generally necessary to run several FEA's repeatedly to obtain a more favorable design.

図1を参照すると、本発明による金属マトリックス複合体物品を製造するための例証(金属複合材料)のインサート10は、実質的に連続した(図示する通り、長手方向に揃っている)セラミック酸化物繊維12とアルミニウムまたはその合金14とを含んでいる。ある実施形態において、アルミニウムまたはその合金14の外側表面15は、第1の金属(例えば、Cu、Au、Ni,Ag、Znおよびこれらの組み合わせ)16を有している。さらに、ある実施形態において、第2の任意の金属18の外側表面17には、第2の任意の金属(例えば、Ni)18がある。第2の任意の金属は、第1の任意の金属がCuおよび/またはAgの場合に一般的に用いられる。Niを用いると、Cuおよび/またはAgのような金属のインサート表面への接着に役立つ傾向がある。   Referring to FIG. 1, an illustrative (metal composite) insert 10 for producing a metal matrix composite article according to the present invention is a substantially continuous (longitudinally aligned as shown) ceramic oxide. Fiber 12 and aluminum or its alloy 14 are included. In some embodiments, the outer surface 15 of aluminum or its alloy 14 comprises a first metal 16 (eg, Cu, Au, Ni, Ag, Zn, and combinations thereof). Further, in some embodiments, the outer surface 17 of the second optional metal 18 has a second optional metal (eg, Ni) 18. The second optional metal is commonly used when the first optional metal is Cu and / or Ag. Using Ni tends to help adhere to the insert surface of metals such as Cu and / or Ag.

図2を参照すると、本発明による金属マトリックス複合体物品を製造するための他の例証(金属複合材料)のインサート10は、実質的に連続した(図示する通り、長手方向に揃っている)セラミック酸化物繊維22とアルミニウムまたはその合金24とを含んでいる。ある実施形態において、アルミニウムまたはその合金24の外側表面25は、第1の金属(例えば、Cu、Au、Ni,Ag、Znおよびこれらの組み合わせ)26を有している。さらに、ある実施形態において、第2の任意の金属28の外側表面27には、第2の任意の金属(例えば、Ni)28がある。   Referring to FIG. 2, another example (metal composite) insert 10 for producing a metal matrix composite article according to the present invention is a substantially continuous (longitudinally aligned as shown) ceramic. The oxide fiber 22 and aluminum or its alloy 24 are included. In some embodiments, the outer surface 25 of aluminum or its alloy 24 has a first metal (eg, Cu, Au, Ni, Ag, Zn, and combinations thereof) 26. Further, in some embodiments, the outer surface 27 of the second optional metal 28 has a second optional metal (eg, Ni) 28.

本発明のある例証の実施形態において、連続セラミック酸化物繊維は、実質的に長手方向に揃っていて、互いに略平行である。セラミック酸化物繊維は、個々の繊維としてインサートに組み込んでもよいが、より一般的には、束またはトウの形態で繊維の群としてインサートに組み込まれる。束またはトウ内の繊維は、互いに長手方向に揃った(すなわち、略平行な)関係で維持される。多数の束またはトウ内を用いるときも、繊維の束またはトウは互いに長手方向に揃った(すなわち、略平行な)関係で維持される。ある実施形態において、連続したセラミック酸化物繊維は全て、実質的に長手方向に揃った構成で維持されるのが好ましく、個々の繊維の配列は、それらの平均長軸の±10°以内、より好ましくは±5°、最も好ましくは±3°である。   In certain exemplary embodiments of the invention, the continuous ceramic oxide fibers are substantially longitudinally aligned and substantially parallel to each other. Ceramic oxide fibers may be incorporated into the insert as individual fibers, but more commonly are incorporated into the insert as a group of fibers in the form of a bundle or tow. The fibers in the bundle or tow are maintained in a longitudinally aligned (ie, substantially parallel) relationship with each other. Even when using multiple bundles or tows, the fiber bundles or tows are maintained in a longitudinally aligned (ie, substantially parallel) relationship with one another. In certain embodiments, all continuous ceramic oxide fibers are preferably maintained in a substantially longitudinal configuration, and the alignment of the individual fibers is within ± 10 ° of their average long axis, and more Preferably it is ± 5 °, and most preferably ± 3 °.

本発明によるある金属マトリックス複合体物品については、セラミック酸化物繊維を直線から曲げるのが好ましい、または曲げる必要がある(面状に伸びていない)。従って、例えば、セラミック酸化物繊維は繊維長さ全体にわたって面状であっても、繊維長さ全体にわたって面状でなくても(すなわち、曲がっている)、ある部分は面状で他の部分は面状でない(曲がっていても)よい。ある実施形態において、実質的に連続したセラミック酸化物繊維は、金属マトリックス複合体物品の湾曲部分全体にわたって実質的に交差しない曲線構成(すなわち、長手方向に揃っている)。ある実施形態において、実質的に連続したセラミック酸化物繊維は、金属マトリックス複合体物品の湾曲部分全体にわたって互いに実質的に等距離の関係に維持されている。   For certain metal matrix composite articles according to the present invention, it is preferred or necessary to bend the ceramic oxide fibers from a straight line (not extending in a planar manner). Thus, for example, ceramic oxide fibers may be planar over the entire fiber length or non-planar (ie, bent) over the entire fiber length, with some portions being planar and other portions being It may not be planar (bent). In certain embodiments, the substantially continuous ceramic oxide fibers are in a curvilinear configuration (ie, aligned longitudinally) that does not substantially intersect throughout the curved portion of the metal matrix composite article. In certain embodiments, the substantially continuous ceramic oxide fibers are maintained in a substantially equidistant relationship with one another throughout the curved portion of the metal matrix composite article.

例えば、図3を参照すると、本発明による金属マトリックス複合体物品を製造するための例証のインサート50は、実質的に連続した(図示する通り、長手方向に揃っている)セラミック酸化物繊維52とアルミニウムまたはその合金54とを含んでおり、実質的に連続したセラミック酸化物繊維52は長さ方向に曲がっている。ある実施形態において、アルミニウムまたはその合金54の外側表面55は、第1の金属(例えば、Cu、Au、Ni,Ag、Znおよびこれらの組み合わせ)56を有している。さらに、ある実施形態において、第2の任意の金属58の外側表面57には、第2の任意の金属(例えば、Ni)58がある。後者の種類のインサートから製造可能な金属複合材料の一例として、図4に示すような金属複合材料リングがある。リング60は、アルミニウムまたはその合金54とセラミック酸化物繊維52とを含んでいる(図3参照)。かかるリングは、例えば、大きな遠心力のかかる高速回転機械に有用である。   For example, referring to FIG. 3, an illustrative insert 50 for producing a metal matrix composite article according to the present invention comprises substantially continuous (as shown, longitudinally aligned) ceramic oxide fibers 52. The substantially continuous ceramic oxide fiber 52 is bent in the length direction. In some embodiments, the outer surface 55 of aluminum or its alloy 54 comprises a first metal 56 (eg, Cu, Au, Ni, Ag, Zn, and combinations thereof). Further, in some embodiments, the outer surface 57 of the second optional metal 58 has a second optional metal (eg, Ni) 58. An example of a metal composite material that can be manufactured from the latter type of insert is a metal composite ring as shown in FIG. The ring 60 includes aluminum or its alloy 54 and ceramic oxide fibers 52 (see FIG. 3). Such a ring is useful, for example, for a high-speed rotating machine with a large centrifugal force.

本発明によるある金属マトリックス複合体物品の他の態様において、2、3、4以上のプライの実質的に連続したセラミック酸化物繊維(すなわち、1つのプライは、実質的に連続したセラミック酸化物繊維の少なくとも1層である(ある実施形態においては、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を含むトウの少なくとも1層))を有するのが好ましい、または必要である。プライは、互いに様々なやり方で配向してよい。プライの互いの関係の例を図5および6に示す。図5を参照すると、インサート70は、実質的に連続した(図示する通り、長手方向に揃った)セラミック酸化物繊維71および72と、アルミニウムまたはその合金74との第1および第2のプライを含んでいる。ある実施形態において、アルミニウムまたはその合金74の外側表面75は、第1の金属(例えば、Cu、Au、Ni,Ag、Znおよびこれらの組み合わせ)76を有している。さらに、ある実施形態において、第2の任意の金属78の外側表面77には、第2の任意の金属(例えば、Ni)78がある。実質的に連続したセラミック繊維71の第1のプライは、実質的に連続したセラミック酸化物繊維72の第2のプライに対して45°に配置される。ただし、特定の用途に応じて、他のプライに対するプライの配置の差はゼロ度超から90°まであってもよい。プライのかかる構成は、金属複合物品に使用中、二軸または三軸荷重がかかった場合に有用である。任意で、本発明による金属マトリックス複合体物品は、2つ以上のプライを有することができる。   In other embodiments of certain metal matrix composite articles according to the present invention, 2, 3, 4 or more plies of substantially continuous ceramic oxide fibers (ie, one ply is substantially continuous ceramic oxide fibers). At least one layer (in some embodiments, at least one layer of tow comprising substantially continuous ceramic oxide fibers). The plies may be oriented in various ways with respect to each other. Examples of ply relationships are shown in FIGS. Referring to FIG. 5, insert 70 comprises first and second plies of substantially continuous ceramic oxide fibers 71 and 72 (aligned longitudinally as shown) and aluminum or an alloy 74 thereof. Contains. In some embodiments, the outer surface 75 of aluminum or its alloy 74 has a first metal (eg, Cu, Au, Ni, Ag, Zn, and combinations thereof) 76. Further, in certain embodiments, the outer surface 77 of the second optional metal 78 has a second optional metal (eg, Ni) 78. The first ply of substantially continuous ceramic fibers 71 is disposed at 45 ° with respect to the second ply of substantially continuous ceramic oxide fibers 72. However, depending on the specific application, the difference in ply placement relative to other plies may be greater than zero degrees to 90 degrees. Such a ply configuration is useful when a biaxial or triaxial load is applied to a metal composite article. Optionally, the metal matrix composite article according to the present invention can have more than one ply.

図6に示すように、実質的に連続したセラミック酸化物繊維で覆われた繊維のグループ化も有利である。インサート80は、実質的に連続した(図示する通り、長手方向に揃った)セラミック酸化物繊維81とアルミニウムまたはその合金84の周囲を螺旋状に包む実質的に連続した(図示する通り、長手方向に揃った)セラミック酸化物繊維82を含んでいる。ある実施形態において、アルミニウムまたはその合金74の外側表面75は、第1の金属(例えば、Cu、Au、Ni,Ag、Znおよびこれらの組み合わせ)76を有している。さらに、ある実施形態において、第2の任意の金属78の外側表面77には、第2の任意の金属(例えば、Ni)78がある。実質的にセラミック酸化物繊維のプライにより得られる特性からの利点のある金属マトリックス複合体物品の一例としては、使用中に、2つの垂直軸周囲から曲げ力を受ける物品が挙げられる。   As shown in FIG. 6, the grouping of fibers covered with substantially continuous ceramic oxide fibers is also advantageous. The insert 80 is substantially continuous (in the longitudinal direction, as shown) spirally wrapped around the ceramic oxide fiber 81 and aluminum or its alloy 84, which are substantially continuous (aligned in the longitudinal direction as shown). Ceramic oxide fibers 82 (consistently). In some embodiments, the outer surface 75 of aluminum or its alloy 74 has a first metal (eg, Cu, Au, Ni, Ag, Zn, and combinations thereof) 76. Further, in certain embodiments, the outer surface 77 of the second optional metal 78 has a second optional metal (eg, Ni) 78. An example of a metal matrix composite article that benefits from properties substantially obtained by a ply of ceramic oxide fibers includes an article that undergoes bending forces around two vertical axes during use.

一般的に、実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長さは少なくとも10cm(多くは少なくとも15cm、20cm、25cm以上)である。本発明のある実施形態において、実質的に連続したセラミック酸化物繊維はトウの形態にある(すなわち、トウが実質的に連続したセラミック酸化物繊維を含む)。一般的に、トウを含む実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長さは少なくとも10cm(多くは少なくとも15cm、20cm、25cm以上)である。   Generally, the length of the substantially continuous ceramic oxide fiber is at least 10 cm (many are at least 15 cm, 20 cm, 25 cm or more). In certain embodiments of the present invention, the substantially continuous ceramic oxide fiber is in the form of a tow (ie, the tow comprises a substantially continuous ceramic oxide fiber). Generally, the length of the substantially continuous ceramic oxide fiber containing tow is at least 10 cm (many are at least 15 cm, 20 cm, 25 cm or more).

セラミック酸化物繊維は、実質的に連続した、長手方向に揃ったセラミック酸化物繊維を含む、または、実質的にこれらからなる。「長手方向に揃った」とは、繊維の長さに対して繊維の略平行な配列のことを指す。   The ceramic oxide fibers comprise or consist essentially of substantially continuous, longitudinally aligned ceramic oxide fibers. “Aligned in the longitudinal direction” refers to an array of fibers substantially parallel to the length of the fibers.

ある実施形態において、本発明による金属マトリックス複合体物品を製造するのに用いる実質的に連続した補強セラミック酸化物繊維の平均直径は少なくとも約10マイクロメートルであるのが好ましい。ある実施形態において、平均繊維直径は約200マイクロメートル以下、より好ましくは約100マイクロメートル以下である。繊維のトウについて、ある実施形態において、平均繊維直径は好ましくは約50マイクロメートル以下、より好ましくは約25マイクロメートル以下である。   In certain embodiments, it is preferred that the average diameter of the substantially continuous reinforced ceramic oxide fibers used to make the metal matrix composite article according to the present invention is at least about 10 micrometers. In certain embodiments, the average fiber diameter is about 200 micrometers or less, more preferably about 100 micrometers or less. For fiber tows, in certain embodiments, the average fiber diameter is preferably about 50 micrometers or less, more preferably about 25 micrometers or less.

ある実施形態において、実質的に連続した連続酸化物繊維の平均引張強さが少なくとも約1.4GPa、より好ましくは少なくとも約1.7GPa、さらに好ましくは少なくとも約2.1GPa、最も好ましくは少なくとも約2.8GPaである。ただし、これより低い引張強さの繊維も特定の用途によっては有用である。   In certain embodiments, the average tensile strength of the substantially continuous continuous oxide fiber is at least about 1.4 GPa, more preferably at least about 1.7 GPa, more preferably at least about 2.1 GPa, and most preferably at least about 2 .8 GPa. However, lower tensile strength fibers are also useful for certain applications.

連続したセラミック酸化物繊維は、単一フィラメントまたはグループ化したもの(例えば、ヤーンやトウ)として市販されている。ヤーンまたはトウは、例えば、トウ当たり少なくとも420本の個々の繊維、トウ当たり少なくとも760本の個々の繊維、トウ当たり少なくとも2600本の個々の繊維以上を含んでいてよい。トウは繊維業界において周知であり、揃った捻れていない形態で集まった複数の(個々の)繊維(一般的に少なくとも100本の繊維、より一般的には少なくとも400本の繊維)のことを指し、ヤーンとはある程度捻った、またはロープ状の構造のことを指す。セラミック酸化物繊維のトウをはじめとするセラミック酸化物繊維は様々な長さで入手可能である。繊維の断面形状は円形または楕円であってよい。   Continuous ceramic oxide fibers are commercially available as single filaments or groupings (eg, yarns and tows). The yarn or tow may comprise, for example, at least 420 individual fibers per tow, at least 760 individual fibers per tow, at least 2600 individual fibers per tow or more. Tow is well known in the textile industry and refers to a plurality of (individual) fibers (generally at least 100 fibers, more generally at least 400 fibers) assembled in an untwisted form. A yarn refers to a twisted or rope-like structure. Ceramic oxide fibers, including ceramic oxide fiber tows, are available in various lengths. The cross-sectional shape of the fiber may be circular or elliptical.

有用なセラミック酸化物繊維としては、アルファアルミナ繊維、アルミノシリケート繊維およびアルミノボロシリケート繊維が例示される。その他の有用なセラミック酸化物繊維は、本発明の開示内容を検討すると当業者には明白であろう。   Useful ceramic oxide fibers include alpha alumina fibers, aluminosilicate fibers and aluminoborosilicate fibers. Other useful ceramic oxide fibers will be apparent to those skilled in the art upon reviewing the present disclosure.

アルミナ繊維の製造方法は業界において公知であり、米国特許第4,954,462号明細書(ウッドら(Wood et al.))に開示された方法が挙げられる。ある実施形態において、アルミナ繊維は好ましくは多結晶アルファアルミナ系繊維であり、アルミナ繊維の総質量を基準として理論酸化物基準で、約99質量%を超えるAl23および約0.2〜0.5質量%のSiO2を含む。他の態様において、ある実施形態において、好ましい多結晶アルファアルミナ系繊維は、平均結晶粒度1マイクロメートル未満(より好ましくは0.5マイクロメートル未満)のアルファアルミナを含む。他の態様において、ある実施形態において、好ましい多結晶アルファアルミナ系繊維の平均引張強さは少なくとも1.6GPa(好ましくは、少なくとも2.1GPa、より好ましくは少なくとも2.8GPa)である。アルファアルミノ繊維は、例えば、ミネソタ州セントポールの3Mカンパニー(3M Company,St.Paul,MN)より「ネクステル(NEXTEL)610」という商品名で市販されている。繊維の総質量を基準として約89質量パーセントのAl23、量10質量パーセントのZrO2および約1質量パーセントのY23を含むその他のアルファファルミナ繊維は、3Mカンパニー(3M Company)より「ネクステル(NEXTEL)650」という商品名で市販されている。 Methods for producing alumina fibers are known in the industry and include those disclosed in US Pat. No. 4,954,462 (Wood et al.). In certain embodiments, the alumina fibers are preferably polycrystalline alpha alumina based fibers, greater than about 99 wt.% Al 2 O 3 and about 0.2-0 based on the theoretical oxide based on the total mass of the alumina fibers. 5% by mass of SiO 2 is contained. In other aspects, in certain embodiments, preferred polycrystalline alpha alumina based fibers comprise alpha alumina with an average grain size of less than 1 micrometer (more preferably less than 0.5 micrometers). In other aspects, in certain embodiments, preferred polycrystalline alpha alumina based fibers have an average tensile strength of at least 1.6 GPa (preferably at least 2.1 GPa, more preferably at least 2.8 GPa). Alpha alumino fibers are commercially available, for example, under the trade name “NEXTEL 610” from 3M Company, St. Paul, Minn. Other alpha-Falmina fibers containing about 89 weight percent Al 2 O 3 , 10 weight percent ZrO 2 and about 1 weight percent Y 2 O 3 based on the total weight of the fiber are 3M Company More commercially available under the trade name “NEXTEL 650”.

アルミノシリケート繊維の製造方法は業界において公知であり、米国特許第4,047,965号明細書(カルストら(Karst et al.))に開示された方法が挙げられる。ある実施形態において、アルミノシリケート繊維は好ましくはアルミノシリケート繊維の総質量を基準として理論酸化物基準で、約67〜約85質量パーセントのAl23および約33〜約15質量パーセントのSiO2を含む。ある実施形態において、好ましいアルミノシリケート繊維はアルミノシリケート繊維の総質量を基準として理論酸化物基準で、約67〜約77質量パーセントのAl23および約33〜約23質量パーセントのSiO2を含む。ある実施形態において、好ましいアルミノシリケート繊維は、アルミノシリケート繊維の総質量を基準として理論酸化物基準で、約85質量パーセントのAl23および約15質量パーセントのSiO2を含む。ある実施形態において、好ましいアルミノシリケート繊維は、アルミノシリケート繊維の総質量を基準として理論酸化物基準で、約73質量パーセントのAl23および約27質量パーセントのSiO2を含む。アルミノシリケート繊維は、例えば、3Mカンパニー(3M Company)より「ネクステル(NEXTEL)440」、「ネクステル(NEXTEL)720」および「ネクステル(NEXTEL)550」という商品名で市販されている。 Methods for producing aluminosilicate fibers are known in the art and include those disclosed in US Pat. No. 4,047,965 (Karst et al.). In some embodiments, the aluminosilicate fibers preferably theoretical oxide basis based on the total weight of the aluminosilicate fibers, Al 2 O 3 and SiO 2 of about 33 to about 15 weight percent to about 67 to about 85 weight percent Including. In certain embodiments, preferred aluminosilicate fibers comprise from about 67 to about 77 weight percent Al 2 O 3 and from about 33 to about 23 weight percent SiO 2 based on the theoretical oxide, based on the total weight of the aluminosilicate fiber. . In certain embodiments, preferred aluminosilicate fibers comprise about 85 weight percent Al 2 O 3 and about 15 weight percent SiO 2 based on the theoretical oxide based on the total weight of the aluminosilicate fiber. In certain embodiments, preferred aluminosilicate fibers comprise about 73 weight percent Al 2 O 3 and about 27 weight percent SiO 2 based on the theoretical oxide based on the total weight of the aluminosilicate fiber. Aluminosilicate fibers are commercially available from 3M Company under the trade names “NEXTEL 440”, “NEXTEL 720”, and “NEXTEL 550”, for example.

アルミノシリケート繊維の製造方法は業界において公知であり、米国特許第3,795,524号明細書(ソウマン(Sowman))に開示された方法が挙げられる。ある実施形態において、好ましくはアルミノボロシリケート繊維は、理論酸化物基準で、アルミノボロシリケート繊維の総質量を基準として、約35質量パーセント〜約75質量パーセント(さらに、例えば、約55質量パーセントから約75質量パーセント)のAl23、0質量パーセントを超え(さらには、例えば、少なくとも約15質量パーセント)かつ、約50質量パーセント未満(例えば、約45質量パーセント未満、さらには約44質量パーセント未満)のSiO2、および約5質量パーセントを超える(または、例えば、約25質量パーセント未満、約1質量パーセント未満〜約5質量パーセント、さらには約2質量パーセント未満〜約20質量パーセント)B23を含む。アルミノボロシリケート繊維は、例えば、3Mカンパニー(3M Company)より「ネクステル(NEXTEL)312」という商品名で市販されている。 Methods for producing aluminosilicate fibers are known in the industry and include those disclosed in US Pat. No. 3,795,524 (Sowman). In certain embodiments, preferably the aluminoborosilicate fiber is from about 35 weight percent to about 75 weight percent (e.g., from about 55 weight percent to about 55 weight percent, based on the total weight of the aluminoborosilicate fiber, based on the theoretical oxide). 75 weight percent Al 2 O 3 , greater than 0 weight percent (eg, at least about 15 weight percent) and less than about 50 weight percent (eg, less than about 45 weight percent, or even less than about 44 weight percent) SiO 2 , and greater than about 5 weight percent (or, for example, less than about 25 weight percent, less than about 1 weight percent to about 5 weight percent, or even less than about 2 weight percent to about 20 weight percent) B 2 O Including 3 . Aluminoborosilicate fiber is commercially available, for example, under the trade name “NEXTEL 312” from 3M Company.

市販の実質的に連続したセラミック酸化物繊維は、製造中に潤滑性を与え、取扱い中に繊維ストランドを保護するために繊維に添加された有機サイジング材料を含んでいることが多い。サイジングは繊維の破断を減じ、静電気を減じ、例えば、繊維への変換中ダストの量を減じる傾向があると考えられる。サイジングは、例えば、溶解または燃焼により除去することができる。   Commercially available substantially continuous ceramic oxide fibers often contain organic sizing materials added to the fibers to provide lubricity during manufacture and to protect the fiber strands during handling. Sizing is believed to tend to reduce fiber breakage, reduce static electricity and, for example, reduce the amount of dust during conversion to fiber. Sizing can be removed, for example, by dissolution or combustion.

セラミック酸化物繊維にコーティングを与えることもまた本発明の範囲に含まれる。コーティングは、例えば、繊維の濡れ性を向上し、繊維と溶融金属マトリックス材料間の反応を減じる、または防ぐのに用いてられる。かかるコーティングおよびかかるコーティングを与える技術は繊維および金属複合材料業界において公知である。   It is also within the scope of the present invention to provide a coating on ceramic oxide fibers. The coating is used, for example, to improve the wettability of the fiber and reduce or prevent the reaction between the fiber and the molten metal matrix material. Such coatings and techniques for providing such coatings are well known in the fiber and metal composite industry.

インサート周囲の金属鋳造は、連続したセラミック酸化物繊維を固定する金属と同じであっても異なっていてもよい。インサートおよび本発明による金属マトリックス複合体物品を製造するのに用い、これらを含むアルミニウムおよびアルミニウム合金は、不純物を含んでいてもよいが、ある実施形態においては、比較的純粋な金属(例えば、0.1質量パーセント、さらに0.05質量パーセント未満の不純物を含む金属(例えば、Fe、Siおよび/またはMg各0.25質量パーセント未満、0.1質量パーセント未満、さらに0.05質量パーセント未満))を用いるのが好ましい。高い引張強さの材料を作成するには純度の高い金属が好ましい傾向があるが、純度の低い形態の金属も有用である。   The metal casting around the insert may be the same as or different from the metal fixing the continuous ceramic oxide fibers. The aluminum and aluminum alloys used to manufacture the inserts and metal matrix composite articles according to the invention may contain impurities, but in some embodiments, in some embodiments, relatively pure metals (e.g., 0 .1 weight percent, and metals containing less than 0.05 weight percent impurities (eg, Fe, Si and / or Mg less than 0.25 weight percent, less than 0.1 weight percent, and even less than 0.05 weight percent each) ) Is preferably used. High purity metals tend to be preferred for making high tensile strength materials, but low purity forms of metals are also useful.

好適なアルミニウムおよびアルミニウム合金は市販されている。例えば、アルミニウムは、ペンシルバニア州ピッツバーグのアルコア(Alcoa of Pittsburgh,PA)より「スーパーピュアアルミニウム(SUPER PURE ALUMINUM)、99.99%Al」という商品名で入手可能である。アルミニウム合金(Al−2質量%のCu(0.03質量%の不純物))は、ニューヨーク州ニューヨークのベルモントメタルズ(Belmont Metals,New York,NY)より入手可能である。ある実施形態において、好ましいアルミニウム合金としては、少なくとも98質量パーセントのAlを含む合金、少なくとも1.5質量パーセントのCuを含むアルミニウム合金(例えば、合金の総質量を基準として、1.5〜2.5、好ましくは1.8〜2.2質量パーセントの範囲内のCuを含むアルミニウム合金)が例示される。有用な系列のアルミニウム合金としては、200(例えば、201アルミニウム合金、A201.1アルミニウム合金、201.2アルミニウム合金、203アルミニウム合金、206アルミニウム合金、A206.0アルミニウム合金、224アルミニウム合金および224.2アルミニウム合金)、300(例えば、A319.1アルミニウム合金、354.1アルミニウム合金、355.2アルミニウム合金、A356アルミニウム合金、D356アルミニウム合金、A356.1アルミニウム合金、A357アルミニウム合金およびD357アルミニウム合金)、400(例えば、413アルミニウム合金、443アルミニウム合金、443.2アルミニウム合金および444.2アルミニウム合金)、700(例えば、713アルミニウム合金および771アルミニウム合金)、2000(例えば、2036アルミニウム合金および2618アルミニウム合金)、6000(例えば、6061アルミニウム合金、6063アルミニウム合金、6101アルミニウム合金、6151アルミニウム合金および6201アルミニウム合金)および/または7000(例えば、7072アルミニウム合金)系アルミニウム合金が挙げられる。   Suitable aluminum and aluminum alloys are commercially available. For example, aluminum is available from Alcoa of Pittsburgh, PA under the trade name “SUPER PURE ALUMINUM, 99.99% Al”. Aluminum alloys (Al-2 wt% Cu (0.03 wt% impurities)) are available from Belmont Metals, New York, NY. In certain embodiments, preferred aluminum alloys include alloys containing at least 98 weight percent Al, aluminum alloys containing at least 1.5 weight percent Cu (e.g., 1.5-2. 5, preferably an aluminum alloy containing Cu in the range of 1.8 to 2.2 weight percent. Useful families of aluminum alloys include 200 (e.g., 201 aluminum alloy, A201.1 aluminum alloy, 201.2 aluminum alloy, 203 aluminum alloy, 206 aluminum alloy, A206.0 aluminum alloy, 224 aluminum alloy, and 224.2). Aluminum alloy), 300 (for example, A319.1 aluminum alloy, 354.1 aluminum alloy, 355.2 aluminum alloy, A356 aluminum alloy, D356 aluminum alloy, A356.1 aluminum alloy, A357 aluminum alloy, and D357 aluminum alloy), 400 (Eg 413 aluminum alloy, 443 aluminum alloy, 443.2 aluminum alloy and 444.2 aluminum alloy), 700 (eg 713 Al Nium alloy and 771 aluminum alloy), 2000 (eg 2036 aluminum alloy and 2618 aluminum alloy), 6000 (eg 6061 aluminum alloy, 6063 aluminum alloy, 6101 aluminum alloy, 6151 aluminum alloy and 6201 aluminum alloy) and / or 7000 ( For example, a 7072 aluminum alloy) type aluminum alloy can be mentioned.

ある実施形態において、インサートに好ましいアルミニウム合金としては、少なくとも98質量パーセントのAlを含む合金、少なくとも1.5質量パーセントのCuを含むアルミニウム合金(例えば、合金の総質量を基準として、1.5〜2.5、好ましくは1.8〜2.2質量パーセントの範囲内のCuを含むアルミニウム合金)が例示される。ある実施形態において、インサートに好ましいアルミニウム合金としては、2000(例えば、2036アルミニウム合金および2618アルミニウム合金)、6000(例えば、6061アルミニウム合金、6063アルミニウム合金、6101アルミニウム合金、6151アルミニウム合金および6201アルミニウム合金)および/または7000(例えば、7072アルミニウム合金)系アルミニウム合金が挙げられる。   In certain embodiments, preferred aluminum alloys for the insert include alloys containing at least 98 weight percent Al, aluminum alloys containing at least 1.5 weight percent Cu (e.g., from 1.5 to 1.5, based on the total weight of the alloy). 2.5, preferably an aluminum alloy containing Cu in the range of 1.8 to 2.2 weight percent). In certain embodiments, preferred aluminum alloys for the insert include 2000 (eg, 2036 aluminum alloy and 2618 aluminum alloy), 6000 (eg, 6061 aluminum alloy, 6063 aluminum alloy, 6101 aluminum alloy, 6151 aluminum alloy and 6201 aluminum alloy). And / or 7000 (for example, 7072 aluminum alloy) based aluminum alloys.

ある実施形態において、インサート周囲に好ましいアルミニウム合金鋳造物としては、200(例えば、201アルミニウム合金、203アルミニウム合金、206アルミニウム合金および224アルミニウム合金)、300(例えば、A356アルミニウム合金、D356アルミニウム合金、A357アルミニウム合金およびD357アルミニウム合金)、400(例えば、413アルミニウム合金および443アルミニウム合金)、700(例えば、771アルミニウム合金)および/または6000(例えば、6061アルミニウム合金)系アルミニウム合金が挙げられる。   In certain embodiments, preferred aluminum alloy castings around the insert include 200 (eg, 201 aluminum alloy, 203 aluminum alloy, 206 aluminum alloy and 224 aluminum alloy), 300 (eg, A356 aluminum alloy, D356 aluminum alloy, A357). Aluminum alloys and D357 aluminum alloys), 400 (eg 413 aluminum alloys and 443 aluminum alloys), 700 (eg 771 aluminum alloys) and / or 6000 (eg 6061 aluminum alloys) based aluminum alloys.

Cu、Au、Ni、Ag、Znおよびこれらの組み合わせのような金属の指定値外の厚さもまた有用であるが、薄すぎると、インサートを予熱し、酸化から界面を保護したり、界面での酸化を減じるのを補助しない場合は、コーティングが拡散する傾向にあり、厚すぎるとインサートの金属と金属マトリックス複合体物品の金属の間に所望の結合強度を得る妨げとなる傾向がある。Cu、Au、Ni、Ag、Znおよびこれらの組み合わせのような金属を付着させる技術は業界において公知であり、電気めっきや蒸着技術が挙げられる。   Thicknesses outside the specified values for metals such as Cu, Au, Ni, Ag, Zn and combinations thereof are also useful, but too thin will preheat the insert and protect the interface from oxidation, Without helping to reduce oxidation, the coating tends to diffuse, and too thick tends to prevent obtaining the desired bond strength between the metal of the insert and the metal of the metal matrix composite article. Techniques for depositing metals such as Cu, Au, Ni, Ag, Zn and combinations thereof are known in the industry and include electroplating and vapor deposition techniques.

一般的に、任意のNiの厚さは約1マイクロメートルより厚い、より一般的には2マイクロメートルより厚い。他の態様において、かかる金属の厚さは、一般的には約10マイクロメートル未満、より一般的には約5マイクロメートル未満である。これらの値外の厚さも有用であるが、厚さが薄すぎると、Cu、Au、Ag、Znおよびこれらの組み合わせのような金属のインサートへの接着力を補助するのに有用な傾向がなく、厚すぎると、インサートの金属と金属複合材料の金属の間に所望の結合強度を得る妨げとなる傾向がある。ある実施形態において、Niは無電解めっき付着により付着させる。   In general, the thickness of any Ni is greater than about 1 micrometer, more typically greater than 2 micrometers. In other embodiments, the thickness of such metals is generally less than about 10 micrometers, more typically less than about 5 micrometers. Thicknesses outside these values are also useful, but if the thickness is too thin, there is no tendency to be useful in assisting adhesion of metals such as Cu, Au, Ag, Zn and combinations thereof to the insert. If it is too thick, it tends to hinder obtaining a desired bond strength between the metal of the insert and the metal of the metal composite material. In some embodiments, Ni is deposited by electroless plating deposition.

インサートは、例えば、複数のセラミック酸化物繊維(ある実施形態においては、好ましくはグループ化する(例えば、ヤーンやトウのような))を意図する金属インサート設計に所望の寸法および形状を有するマンドレルに巻き付けることにより作成することができる。ある実施形態において、巻き付ける繊維はサイジングするのが好ましい。サイジングとしては、水(ある実施形態においては、好ましくは脱イオン水)、ロウ(例えば、パラフィン)およびポリビニルアルコール(PVA)が例示される。サイジングが水の場合には、繊維は一般的にマンドレルに巻き付ける。巻き付け完了後、マンドレルをワインダーから取外し、巻き付けた繊維が凍るまで冷蔵冷却器に入れた。冷凍し巻き付けた繊維は適宜切断することができる。例えば、繊維を4枚の接在プレートでできたマンドレル周囲に巻き付ける場合には、矩形のプレートを取り外して冷凍繊維プリフォームを与えることができる。プリフォームをピースへと切断して小プリフォームを与えることができる。一般的に、インサートを形成するのに用いる前にサイジングは取り外す。サイジングは、例えば、形成済み繊維をダイ(ある実施形態において、好ましくはグラファイトまたは砂)において、ダイを加熱することにより取り外すことができる。ダイを用いてインサートを形成する。   The insert may be, for example, a mandrel having a desired size and shape for a metal insert design intended to be a plurality of ceramic oxide fibers (in some embodiments, preferably grouped (such as yarns and tows)). It can be created by wrapping. In certain embodiments, the wrapping fibers are preferably sized. Sizing includes water (in certain embodiments, preferably deionized water), wax (eg, paraffin), and polyvinyl alcohol (PVA). If the sizing is water, the fiber is typically wrapped around a mandrel. After winding, the mandrel was removed from the winder and placed in a refrigerated cooler until the wound fiber was frozen. The frozen and wrapped fiber can be cut appropriately. For example, if the fiber is wrapped around a mandrel made of four tangential plates, the rectangular plate can be removed to provide a frozen fiber preform. The preform can be cut into pieces to give a small preform. Generally, the sizing is removed prior to use to form the insert. Sizing can be removed, for example, by heating the die in a die (in certain embodiments, preferably graphite or sand), for example. The insert is formed using a die.

インサートを形成するには、サイジングがある場合にはこれを取り外した後、ダイを缶、好ましくは一端のみが開いたステンレス鋼缶に入れる。缶の内部は、ある実施形態において、好ましくは窒化ホウ素または同様の材料でコートして、後の鋳造中にアルミニウム/アルミニウム合金と缶の間の反応を防いで最小にしたり、かつ/または金属マトリックス複合体物品の鋳型からの剥離を促す。ダイを入れた缶を圧力鋳造機の圧力容器内部に入れた。続いて、アルミニウムおよび/またはアルミニウム合金(例えば、インゴットから切断したアルミニウムおよび/またはアルミニウム合金のピース)を缶の上部に配置する。圧力容器を脱気して、アルミニウム/アルミニウム合金の融点(一般的に、液相線温度より高い約50℃〜約120℃)より高い温度で加熱する。所望の温度に達したら、ヒータを止め、圧力容器に一般的にはアルゴン(または同様の不活性ガス)により約8.5〜約9.5MPaの圧力まで加圧して、溶融アルミニウム/アルミニウム合金をプリフォームに浸透させる。圧力容器の圧力によって、温度が下がるにつれて徐々に減衰させる。物品が固化するとき(例えば、その温度が約500℃未満まで下がるとき)、チャンバーを通気して、鋳造金属マトリックス複合体物品(例えば、インサート)をダイから取り外して、空気中でさらに冷やす。   To form the insert, remove the sizing, if any, and place the die in a can, preferably a stainless steel can open only at one end. The interior of the can is in some embodiments preferably coated with boron nitride or similar material to prevent reaction between the aluminum / aluminum alloy and the can during subsequent casting and / or a metal matrix. Facilitates release of composite article from mold. The can containing the die was placed inside the pressure vessel of the pressure casting machine. Subsequently, aluminum and / or an aluminum alloy (eg, a piece of aluminum and / or aluminum alloy cut from an ingot) is placed on top of the can. The pressure vessel is degassed and heated at a temperature above the melting point of the aluminum / aluminum alloy (typically about 50 ° C. to about 120 ° C. above the liquidus temperature). When the desired temperature is reached, the heater is turned off and the pressure vessel is pressurized to a pressure of about 8.5 to about 9.5 MPa, typically with argon (or a similar inert gas), to produce the molten aluminum / aluminum alloy. Infiltrate the preform. The pressure in the pressure vessel gradually attenuates as the temperature decreases. When the article solidifies (eg, when its temperature drops below about 500 ° C.), the chamber is vented and the cast metal matrix composite article (eg, insert) is removed from the die and further cooled in air.

インサートは、例えば、溶湯鋳造をはじめとする業界に公知のその他の技術により作成することもできる。溶湯鋳造については、例えば、形成済みセラミック酸化物繊維をダイ(例えば、鋼ダイ)に入れて、存在するサイジングを燃やし、溶融アルミニウム/アルミニウム合金をダイキャビティに入れ、鋳造物品の固化が完了するまで圧力を印加する。冷却後、得られたインサートをダイから取り外す。   The insert can also be made by other techniques known in the industry including, for example, molten metal casting. For molten metal casting, for example, the formed ceramic oxide fiber is placed in a die (eg, a steel die), the existing sizing is burned, and the molten aluminum / aluminum alloy is placed in the die cavity until solidification of the cast article is complete. Apply pressure. After cooling, the resulting insert is removed from the die.

得られたインサートは、さらに処理して(例えば、サンドブラストおよび/または表面研磨(例えば、立て軸ダイアモンドグラインダにより))、例えば、インサート表面の酸化を除去したりまたは減じることができる。インサートはまた適宜切断して、所望の形状としてもよい(ウォータジェットによる切断を含む)。次に、所望であれば、Cu、Au、Ni、Ag、Znおよびこれらの組み合わせのような第1の金属によりインサートをコートすることができる。任意で、Niのような第2の金属を、第1の金属のコーティングの前にインサートにコートする。理論に拘束されることは望むところではないが、Niを用いると、インサートへのCuやAgのような金属の接着力を補助するものと考えられる。   The resulting insert can be further processed (eg, sandblasted and / or surface polished (eg, with a vertical diamond grinder)) to remove or reduce oxidation of the insert surface, for example. The insert may also be cut as appropriate to the desired shape (including water jet cutting). The insert can then be coated with a first metal, such as Cu, Au, Ni, Ag, Zn, and combinations thereof, if desired. Optionally, a second metal, such as Ni, is coated on the insert prior to coating the first metal. While not wishing to be bound by theory, it is believed that using Ni assists the adhesion of metals such as Cu and Ag to the insert.

特定の実質的に連続したセラミック酸化物繊維、複合材料およびインサートおよび/または金属マトリックス複合体物品を製造するためのプロセス工程を選択して、所望の特性を備えた金属マトリックス複合体物品を与える。例えば、所望の物品を作成するために、実質的に連続したセラミック酸化物繊維および金属複合材料を、互いに、そして物品製造プロセスと十分馴染むものを選択する。ある実施形態において、本発明によるインサートおよび/または金属複合材料の領域を含む金属は、例えば、繊維外部に保護コーティングを与える必要性を排除するために、金属複合材料が実質的に連続したセラミック酸化物繊維と化学的に大幅に反応しないような(すなわち、溶融金属に対して化学的に不活性である)ものを選択するのが好ましい。   Certain substantially continuous ceramic oxide fibers, composites and inserts and / or process steps for producing a metal matrix composite article are selected to provide a metal matrix composite article with the desired properties. For example, to create the desired article, a substantially continuous ceramic oxide fiber and metal composite are selected that are well compatible with each other and the article manufacturing process. In certain embodiments, the metal comprising the inserts and / or regions of the metal composite material according to the present invention is a ceramic oxidation in which the metal composite material is substantially continuous, eg, to eliminate the need to provide a protective coating on the exterior of the fiber. It is preferable to select one that does not react significantly with the physical fibers (ie, is chemically inert to the molten metal).

本発明による金属マトリックス複合体物品は、一般に業界に公知の技術(例えば、重力鋳造および溶湯鋳造)を用いてインサートと共に鋳造することができる。例えば、有限要素分析(FEA)鋳造を用いて、所望の性能仕様に適合するセラミック酸化物繊維の最良の位置および量を識別することができる。かかる分析は、例えば、用いる鋳型の寸法、数および位置を選択する補助をするのに用いることもできる。インサートおよび/またはダイは鋳造の前に予熱してもよい。ある実施形態において、インサートは好ましくは約500℃〜600℃まで予熱する。ある実施形態において、ダイは好ましくは200℃〜500℃まで予熱する。   The metal matrix composite article according to the present invention can be cast with the insert using techniques generally known in the art (eg, gravity casting and melt casting). For example, finite element analysis (FEA) casting can be used to identify the best location and amount of ceramic oxide fibers that meet the desired performance specifications. Such an analysis can also be used, for example, to assist in selecting the size, number and position of the mold to be used. The insert and / or die may be preheated before casting. In certain embodiments, the insert is preferably preheated to about 500 ° C to 600 ° C. In certain embodiments, the die is preferably preheated to 200 ° C to 500 ° C.

FEAを、本発明によるインサートおよび/または金属マトリックス複合体物品の鋳造のための鋳造技術、鋳造条件および/または鋳型設計を選択する補助としてもよい。好適なFEAソフトウェアは、メリーランド州アナポリス(Annapolis,MD)のUESより「プロキャスト(PROCAST)」という商品名で市販されているものをはじめとして商業的に入手可能である。   The FEA may be an aid in selecting a casting technique, casting conditions and / or mold design for casting inserts and / or metal matrix composite articles according to the present invention. Suitable FEA software is commercially available, including those sold under the trade name "PROCAST" from UES, Annapolis, MD.

空気中で鋳造された本発明による金属マトリックス複合体物品については、インサートは、通常、任意のCu、Au、Ni、Ag、Znまたはこれらの組み合わせを含んでいる。例えば、アルゴンを含む雰囲気中で鋳造された本発明による金属マトリックス複合体物品については、通常、鋳造前に、鋳造雰囲気をアルゴンで1回以上パージするのがより好ましい。   For metal matrix composite articles according to the present invention cast in air, the insert typically includes any Cu, Au, Ni, Ag, Zn, or combinations thereof. For example, for metal matrix composite articles according to the present invention cast in an atmosphere containing argon, it is usually more preferable to purge the casting atmosphere with argon one or more times before casting.

インサートとインサート周囲の金属鋳造物の間の界面での所望の酸化量より高い金属マトリックス複合体物品については、物品は熱間静水圧圧縮成形(HIP)を用いてさらに処理して、酸化物を界面から破壊および拡散し、より完全に湿潤および/または高密度化してもよい。HIP技術については業界では周知である。本発明の実施形態に有用なHIP、温度、圧力および時間としては、それぞれ、500℃〜600℃、25MPa〜50MPa、4〜6時間が挙げられる。これらの範囲外の温度、圧力および時間もまた有用である。これより低い温度だと、例えば、高密度化が少なくなり、かつ/またはHIP時間が長くなる傾向があり、これより高い温度だと金属マトリックス複合体物品が変形する恐れがある。これより低い圧力だと、例えば、高密度化が少なくなり、かつ/またはHIP時間が長くなる傾向があり、これより高い圧力は必要ないが、例えば、場合によっては金属マトリックス複合体物品が損傷する恐れがある。これより短い時間だと、例えば、高密度化が少なくなり、また、これより長い時間は必要ない。   For metal matrix composite articles that are higher than the desired amount of oxidation at the interface between the insert and the metal casting around the insert, the article is further processed using hot isostatic pressing (HIP) to remove the oxide. It may break and diffuse from the interface and become more fully wetted and / or densified. HIP technology is well known in the industry. HIP, temperature, pressure and time useful for embodiments of the present invention include 500 ° C. to 600 ° C., 25 MPa to 50 MPa, and 4 to 6 hours, respectively. Temperatures, pressures and times outside these ranges are also useful. If the temperature is lower than this, for example, the densification tends to decrease and / or the HIP time tends to be longer, and if the temperature is higher than this, the metal matrix composite article may be deformed. Lower pressures, for example, tend to reduce densification and / or increase HIP time, and higher pressures are not required, but may damage, for example, metal matrix composite articles There is a fear. If the time is shorter than this, for example, densification is reduced, and a longer time is not necessary.

上述した通り、金属マトリックス複合体物品(インサートを含む)は、一般的に、特定の目的のために設計されており、その結果、特定の特性、特定の構成を有していて、特定の材料で作成されているのが望ましい。一般的に、鋳型は、網形または略網形とするため鋳造される金属マトリックス複合体物品の所望の形状を与えるようなものを選択する、または作成する。網形または略網形物品は、例えば、鋳造金属マトリックス複合体物品の後の機械加工またはその他後鋳造プロセスの必要性やコストを最小にしたり、または排除することができる。一般的に、鋳型は、所望の位置にインサートを保持するように作成または適合され、実質的に連続したセラミック酸化物繊維が得られる金属マトリックス複合体物品に適切に配置されるようにする。好適なキャビティを作成する技術および材料は当業者に知られている。特定の鋳型(グラファイト、鋼および砂)を作成する材料は、例えば、金属マトリックス複合体物品を作成するのに用いる金属に応じて異なる。   As noted above, metal matrix composite articles (including inserts) are generally designed for a specific purpose and, as a result, have specific characteristics, specific configurations, and specific materials. It is desirable that it is created with. In general, the mold is selected or made to give the desired shape of the metal matrix composite article to be cast to be net or substantially net. The net-shaped or generally net-shaped article can minimize or eliminate the need and cost of, for example, subsequent machining or other post-casting processes of the cast metal matrix composite article. In general, the mold is made or adapted to hold the insert in the desired position so that it is properly placed in a metal matrix composite article that results in a substantially continuous ceramic oxide fiber. Techniques and materials for making suitable cavities are known to those skilled in the art. The material from which the particular mold (graphite, steel and sand) is made will depend on, for example, the metal used to make the metal matrix composite article.

金属マトリックス複合体物品を作成するその他の技術は、本発明の開示内容を検討すると当業者には明白であろう。   Other techniques for making metal matrix composite articles will be apparent to those skilled in the art upon reviewing the present disclosure.

本発明による金属マトリックス複合体物品は、2つ以上のグループ化された(例えば、2つのグループ、3つのグループ等)実質的に連続したセラミック酸化物繊維を含み、実質的に連続したセラミック酸化物繊維のグループは、他のグループからは間隔が空いており、金属が実質的に連続したセラミック酸化物繊維をその間で適所に保持する。例えば、図7を参照すると、インサート90は、グループ93A、93Bおよび93Cの実質的に連続した(図示する通り、長手方向に揃った)セラミック酸化物繊維92と、アルミニウムまたはその合金94とを含んでいる。ある実施形態において、アルミニウムまたはその合金94の外側表面95は、第1の金属(例えば、Cu、Au、Ni,Ag、Znおよびこれらの組み合わせ)96を有している。さらに、ある実施形態において、第2の任意の金属98の外側表面97には、第2の任意の金属(例えば、Ni)98がある。   The metal matrix composite article according to the present invention comprises two or more grouped (eg, two groups, three groups, etc.) substantially continuous ceramic oxide fibers, and is substantially continuous ceramic oxide. The groups of fibers are spaced apart from the other groups and hold the metal oxide substantially continuous ceramic oxide fibers in place therebetween. For example, referring to FIG. 7, the insert 90 includes substantially continuous (as aligned, longitudinally aligned) ceramic oxide fibers 92 of groups 93A, 93B, and 93C and aluminum or an alloy 94 thereof. It is out. In some embodiments, the outer surface 95 of aluminum or its alloy 94 has a first metal 96 (eg, Cu, Au, Ni, Ag, Zn, and combinations thereof) 96. Further, in some embodiments, the outer surface 97 of the second optional metal 98 has a second optional metal (eg, Ni) 98.

本発明による金属マトリックス複合体物品は、ロッド(円形、矩形または正方形断面を有するロッドを含む)、I−ビーム、L−形または管をはじめとする様々な形状にしてよい。本発明による金属マトリックス複合体物品は細長くてもよく、実質的に一定の断面積を有している。   Metal matrix composite articles according to the present invention may be in a variety of shapes including rods (including rods having a circular, rectangular or square cross section), I-beam, L-shape or tube. Metal matrix composite articles according to the present invention may be elongated and have a substantially constant cross-sectional area.

ある実施形態において、本発明によるインサートおよび金属マトリックス複合体物品は、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を含む領域において、領域の総体積に基づいて、約30〜約70体積パーセント(ある実施形態においては、好ましくは約35〜約60体積パーセント、さらには約35〜約45体積パーセント)の金属と、約70〜約30体積パーセント(ある実施形態においては、好ましくは約65〜約40体積パーセント、さらには約65〜約55体積パーセント)の実質的に連続したセラミック酸化物繊維を含む。ある実施形態において、好ましくは、本発明によるインサートおよび金属マトリックス複合体物品は、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を含む領域において、領域の総体積に基づいて、少なくとも50体積基準の実質的に連続したセラミック酸化物繊維を含む。   In certain embodiments, the insert and metal matrix composite article according to the present invention is about 30 to about 70 volume percent (in certain embodiments) based on the total volume of the region in the region comprising substantially continuous ceramic oxide fibers. Preferably about 35 to about 60 volume percent, and further about 35 to about 45 volume percent metal, and about 70 to about 30 volume percent (in some embodiments, preferably about 65 to about 40 volume percent). About 65 to about 55 volume percent) of substantially continuous ceramic oxide fibers. In certain embodiments, preferably the insert and metal matrix composite article according to the present invention is substantially in a region comprising substantially continuous ceramic oxide fibers, based on the total volume of the region, at least on a 50 volume basis. Contains continuous ceramic oxide fibers.

ある実施形態において、インサートは、インサートの総体積に基づいて、約30〜約70体積パーセント(ある実施形態においては、好ましくは約35〜約60体積パーセント、さらには約35〜約45体積パーセント)の金属と、約70〜約30体積パーセント(ある実施形態においては、好ましくは約65〜約40体積パーセント、さらには約65〜約55体積パーセント)の実質的に連続したセラミック酸化物繊維を含む。ある実施形態において、好ましくは、インサートは、インサートの総体積に基づいて、少なくとも50体積基準の実質的に連続したセラミック酸化物繊維を含む。   In certain embodiments, the insert is from about 30 to about 70 volume percent (in certain embodiments, preferably from about 35 to about 60 volume percent, or even from about 35 to about 45 volume percent), based on the total volume of the insert. And about 70 to about 30 volume percent (in some embodiments, preferably about 65 to about 40 volume percent, or even about 65 to about 55 volume percent) of substantially continuous ceramic oxide fibers . In certain embodiments, preferably, the insert comprises at least 50 volume-based substantially continuous ceramic oxide fibers based on the total volume of the insert.

本発明によるある金属マトリックス複合体物品の実施形態は、以下の「酸素層試験」により求めた際に、インサートまたはホルダーと、インサートまたはホルダー周囲のアルミニウムまたはアルミニウム合金の間の界面に酸素を含まない。金属マトリックス複合体物品の一部を切断すると、インサートまたはホルダーおよびインサートまたはホルダー周囲のアルミニウムまたはアルミニウム合金鋳造物の断面が得られる。次に、断面を半自動金属研削/研磨機(オハイオ州クリーブランドのストルアス(Struers,Inc,Cleveland,OH)より「アブラミン(ABRAMIN)」という商品名で入手したもの)で研磨する。研磨速度は150rpmである。研磨は次の連続した6段階で行う。研磨力は150Nである。ただし、段階6は250Nである。   An embodiment of a metal matrix composite article according to the present invention does not contain oxygen at the interface between the insert or holder and the aluminum or aluminum alloy around the insert or holder as determined by the following “oxygen layer test” . Cutting a portion of the metal matrix composite article provides a cross-section of the insert or holder and the aluminum or aluminum alloy casting around the insert or holder. The section is then polished with a semi-automatic metal grinding / polishing machine (obtained under the trade name "ABRAMIN" from Struers, Inc, Cleveland, Ohio). The polishing speed is 150 rpm. Polishing is performed in the following six consecutive steps. The polishing force is 150N. However, stage 6 is 250N.

−段階1
120グリットの炭化ケイ素紙(イリノイ州ノースブルックのペーステクノロジーズ(Pace Technologies,Northbrook,IL)より入手)を用いて、研磨中、連続的かつ自動的に水を研磨パッドに滴下しながら45秒間試料を研磨する。研磨後、試料を水で完全に濯ぐ。
-Stage 1
Using a 120 grit silicon carbide paper (obtained from Pace Technologies, Northbrook, Ill.), The sample was run for 45 seconds while dripping water onto the polishing pad continuously and automatically during polishing. Grind. After polishing, rinse the sample thoroughly with water.

−段階2
220グリットの炭化ケイ素紙(ペーステクノロジーズ(Pace Technologies)より入手)を用いて、研磨中、連続的かつ自動的に水を研磨パッドに滴下しながら45秒間試料を研磨する。研磨後、試料を水で完全に濯ぐ。
-Stage 2
A 220 grit silicon carbide paper (obtained from Pace Technologies) is used to polish the sample for 45 seconds while continuously and automatically dropping water onto the polishing pad during polishing. After polishing, rinse the sample thoroughly with water.

−段階3
600グリットの炭化ケイ素紙(ペーステクノロジーズ(Pace Technologies)より入手)を用いて、研磨中、連続的かつ自動的に水を研磨パッドに滴下しながら45秒間試料を研磨する。研磨後、試料を水で完全に濯ぐ。
-Stage 3
A 600 grit silicon carbide paper (obtained from Pace Technologies) is used to polish the sample for 45 seconds while continuously and automatically dropping water onto the polishing pad during polishing. After polishing, rinse the sample thoroughly with water.

−段階4
研磨パッド(ストルアス(Struers,Inc)より「DP−MOL」という商品名で入手)を用いて試料を4.5分間研磨し、潤滑剤(ストルアス(Struers)より「プロンDP−潤滑剤(PURON、DP−LUBRICANT)」という商品名で入手)を周期的に滴下して軽く濡らし、1秒間6マイクロメートルのダイヤモンドグリット(ストルアス(Struers)より「DP−スプレー(DP−SPRAY)、P−6μm」という商品名で入手)によりスプレーする。研磨後、試料を水で完全に濯ぐ。
-Stage 4
The sample was polished for 4.5 minutes using a polishing pad (obtained under the trade name “DP-MOL” from Struers, Inc.), and a lubricant (“Pron DP-lubricant (PURON, (DP-LUBRICANT) ") is periodically dripped and lightly wetted, and then 6 micrometer diamond grit (" DP-SPRAY, P-6 μm "from Struers for 1 second) Spray under the trade name). After polishing, rinse the sample thoroughly with water.

−段階5
研磨パッド(「DP−MOL」)を用いて試料を4.5分間研磨し、潤滑剤(ストルアス(Struers)より「プロンDP−潤滑剤(PURON、DP−LUBRICANT)」という商品名で入手)を周期的に滴下して軽く濡らし、1秒間3マイクロメートルのダイヤモンドグリット(ストルアス(Struers)より「DP−スプレー(DP−SPRAY)、P−3μm」という商品名で入手)によりスプレーする。研磨後、試料を水で完全に濯ぐ。
-Stage 5
The sample is polished for 4.5 minutes using a polishing pad ("DP-MOL"), and a lubricant (obtained under the trade name "Puron DP-Lubricant" from Struers) Lightly wet by dripping periodically and spray with 3 micrometer diamond grit (obtained under the trade name “DP-SPRAY, P-3 μm” from Struers) for 1 second. After polishing, rinse the sample thoroughly with water.

−段階6
多孔性合成研磨布(ストルアス(Struers)より「OP−CHEM」という商品名で入手)を用いて試料を4.5分間研磨し、先ず、布に手で注いだ水で、そしてコロイドシリカ懸濁液(ストルアス(Struers)より「OP−Sサスペンション(SUSPENSION)」という商品名で入手)により濡らす。研磨の最後の5秒間試料を水で洗う。研磨後、試料を乾燥する。
-Stage 6
The sample is polished for 4.5 minutes using a porous synthetic polishing cloth (obtained under the trade name “OP-CHEM” from Struers), first with water hand poured onto the cloth and a colloidal silica suspension Wet with the liquid (obtained under the trade name "OP-S Suspension" from Struers). Wash the sample with water for the last 5 seconds of polishing. After polishing, the sample is dried.

得られた研磨試料を250倍の光学顕微鏡で観察して、目視で識別される連続した酸化物層がインサートまたはホルダーとインサートまたはホルダー周囲のアルミニウムまたはアルミニウム合金鋳造物の間に存在しているか確認する。参考のために、この試験により評価すると、2002年8月20日出願の同時係属米国特許出願第60/404,672号明細書の実施例3(図10参照)では、界面には目視で識別される連続した酸化物層はなかったが、同出願の比較例H(図11参照)にはあった。図10を参照すると、実施例3の研磨断面に、インサート複合材料166と鋳造合金163の間の界面162に急峻な境界はなかった。図11を参照すると、比較例Hの研磨断面は、インサート複合材料186と鋳造合金183の間の界面182に酸化物層と考えられる急峻な境界を示した。   The resulting polished sample is observed with a 250 × optical microscope to confirm that a visually distinct continuous oxide layer exists between the insert or holder and the aluminum or aluminum alloy casting around the insert or holder. To do. For evaluation by this test for reference, in Example 3 (see FIG. 10) of co-pending US Patent Application No. 60 / 404,672, filed Aug. 20, 2002, the interface is visually identified. There was no continuous oxide layer applied, but it was in Comparative Example H (see FIG. 11) of the same application. Referring to FIG. 10, the polished cross section of Example 3 did not have a sharp boundary at the interface 162 between the insert composite material 166 and the cast alloy 163. Referring to FIG. 11, the polished cross section of Comparative Example H showed a steep boundary that could be considered an oxide layer at the interface 182 between the insert composite 186 and the cast alloy 183.

本発明による金属マトリックス複合体物品としては、ブレーキキャリパおよび航空宇宙用途(例えば、電気アクセスドア、補強構造部材(例えば、Iビーム、スチフナおよびパネル)および着陸装置)が例示される。   Examples of metal matrix composite articles according to the present invention include brake calipers and aerospace applications (eg, electrical access doors, reinforcing structural members (eg, I-beams, stiffeners and panels) and landing gear).

本発明を以下の実施例によりさらに説明するが、これらの実施例に挙げられた特定の材料および量、その他条件および詳細は本発明を不当に限定するものではない。本発明の様々な修正および変更は、本発明の範囲および技術思想から逸脱することなく当業者に明白であろう。特に断らない限り、部およびパーセンテージはすべて質量基準である。   The present invention is further illustrated by the following examples, which are not intended to unduly limit the present invention to the specific materials and amounts, other conditions and details listed in these examples. Various modifications and alterations of this invention will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope and spirit of this invention. Unless otherwise indicated, all parts and percentages are on a mass basis.

比較例A
2つのアルミニウム複合材料物品(比較例A1およびA2)を次のようにして作成した。連続アルファアルミナ繊維(ミネソタ州セントポールの3Mカンパニー(3M Company,St.Paul,MN)より「ネクステル(NEXTEL)610」という商品名で入手可能、3000デニール、ヤング率約370GPa、平均引張強さ約3GPa、平均直径11マイクロメートル)のトウを、脱イオン水サイジングを用いて巻きつけた。繊維のトウは四面20.3cm(8−インチ)平方のマンドレルに巻き付ける直前に水浴に浸した繊維であり、繊維を49.5体積%充填した繊維プリフォームを作成した。繊維を張力(約75グラム、張力計(コロラド州ボウルダーのテンシトロン(Tensitron,Boulder,CO)より「セルテン(CERTEN)」という商品名で入手)により測定)をかけて巻きつけ、8.25cm(3.25インチ)×20.3cm(8インチ)×0.254cm(厚さ0.1インチ)の矩形プリフォームプレートを形成した。マンドレルを冷却器に入れて、水を凍らせ、得られるプリフォームを安定化させた。冷凍時、プリフォームの端部を削り、プレートを7.6cm×15.2cm(3インチ×6インチ)のプリフォームに切断した。
Comparative Example A
Two aluminum composite articles (Comparative Examples A1 and A2) were made as follows. Continuous alpha alumina fiber (available under the name “NEXTEL 610” from 3M Company, St. Paul, Minn., 3000 denier, Young's modulus of about 370 GPa, average tensile strength of about A tow with 3 GPa and an average diameter of 11 micrometers was wrapped using deionized water sizing. The fiber tow was a fiber soaked in a water bath just before it was wound around a 20.3 cm (8-inch) square mandrel, and a fiber preform filled with 49.5% by volume of the fiber was prepared. The fiber was wrapped with tension (approximately 75 grams, measured by a tensiometer (obtained under the trade name “CERTEN” from Tensitron, Boulder, CO.) 8.25 cm (3 A rectangular preform plate measuring 25 inches) × 20.3 cm (8 inches) × 0.254 cm (0.1 inch thick) was formed. The mandrel was placed in a cooler to freeze the water and stabilize the resulting preform. At the time of freezing, the edge of the preform was scraped and the plate was cut into a 7.6 cm × 15.2 cm (3 inch × 6 inch) preform.

得られた7.6cm×15.2cm×0.254cmの繊維プリフォームを窒化ホウ素でコートしておいたグラファイト鋳型の内側に置いた。プリフォームを含むグラファイト鋳型を一端が開いたステンレス鋼缶の内側に置いた。缶アセンブリを通常のガス圧力鋳造機の円柱容器内部に入れた。インゴットから切断したアルミニウム合金(ペンシルバニア州ピッツバーグのアルコア(Alcoa of Pittsburgh,PA)より入手した6061アルミニウム合金)片を缶の上部に置いた。缶を、均一な溶融温度を確実にする加熱ゾーンのある圧力容器内に入れた。圧力容器を脱気して、アルミニウム合金の液相線点より高い温度(715℃)まで加熱した。所望の温度に達したら、ヒータを止め、圧力容器に一般的にはアルゴンにより約9MPa(1300psi)の圧力まで加圧して、溶融アルミニウム合金をプリフォームに浸透させた。圧力容器の圧力によって、温度が下がるにつれて徐々に減衰させた。インサート温度が約500C未満になったら、チャンバーを通気して、缶を圧力容器から取り出し、鋳造金属マトリックス複合体物品(インサートプレート)を缶から取り出し空気中で冷やした。   The resulting 7.6 cm × 15.2 cm × 0.254 cm fiber preform was placed inside a graphite mold that had been coated with boron nitride. A graphite mold containing the preform was placed inside a stainless steel can open at one end. The can assembly was placed inside a cylindrical container of a conventional gas pressure caster. A piece of aluminum alloy (6061 aluminum alloy obtained from Alcoa of Pittsburgh, PA) cut from the ingot was placed on top of the can. The can was placed in a pressure vessel with a heating zone to ensure a uniform melting temperature. The pressure vessel was degassed and heated to a temperature higher than the liquidus point of the aluminum alloy (715 ° C.). When the desired temperature was reached, the heater was turned off and the pressure vessel was generally pressurized with argon to a pressure of about 9 MPa (1300 psi) to allow the molten aluminum alloy to penetrate the preform. The pressure vessel gradually attenuated as the temperature decreased. When the insert temperature was below about 500 C, the chamber was vented, the can removed from the pressure vessel, and the cast metal matrix composite article (insert plate) was removed from the can and allowed to cool in air.

これらのインサートプレートを長手方向に切ってミリングして、0.9525cm(0.375インチ)×15.2cm(6インチ)×0.254cm(0.1インチ)の寸法を有する仕上げインサートを形成した。   These insert plates were cut longitudinally and milled to form a finished insert having the dimensions of 0.975 cm (0.375 inch) by 15.2 cm (6 inch) by 0.254 cm (0.1 inch). .

仕上げインサートの表面をサンドブラストして、表面を清浄にし、酸化物層を除去した。インサートを通常のスルファミン酸ニッケルめっき溶液に浸漬し、1.5Aの電流を4.5分間にわたって流し、1マイクロメートルのNi層をインサート表面に付着した。インサートを通常の硫酸銅めっき溶液に浸漬し、4.4Aの電流を3分間にわたって流し、約5マイクロメートルのCuを付着した。   The surface of the finished insert was sandblasted to clean the surface and remove the oxide layer. The insert was immersed in a normal nickel sulfamate plating solution and a 1.5 A current was applied for 4.5 minutes to deposit a 1 micrometer Ni layer on the insert surface. The insert was immersed in a normal copper sulfate plating solution and a current of 4.4 A was applied for 3 minutes to deposit about 5 micrometers of Cu.

4つの銅コートインサートを砂鋳型に入れた。図8Aおよび8Bに、鋳型100を実線で示す。4つのインサート101は砂鋳型に配置されており、ファントム線で示されている。得られた金属マトリックス複合体物品を画定するプレート102は、15.2cm×20.3cm×2.54cmの寸法の直矩形プリズムであった。鋳型100は、幅63mmのテーパ状ランナー108を供給する12.5mm×19mmチョーク106のスプルーを有していた。ランナー108は、直径25.4mmの4つのライザ100を供給し、これは、ランナー108の上に位置する直径25.4mmのライザーから出ている幅7.6mmのブレードインゲート112を有していた。金属マトリックス複合体物品は、溶融アルミニウム合金D357を746℃(1375°F)でスプルーにある鋳型へ鋳込むことにより空気中で鋳造された。鋳込時間は7秒であった。インサートは予熱しなかった。金属の冷却を促進するために、チルを砂鋳型に埋め込んだ。溶融アルミニウム合金の固化後、得られた金属マトリックス複合体物品を砂鋳型から取外し、鋳型廃棄物を物品から切離した。   Four copper coated inserts were placed in a sand mold. 8A and 8B, the mold 100 is shown by a solid line. The four inserts 101 are arranged in a sand mold and are indicated by phantom lines. The plate 102 defining the resulting metal matrix composite article was a rectangular prism with dimensions of 15.2 cm × 20.3 cm × 2.54 cm. The mold 100 had a sprue of 12.5 mm × 19 mm choke 106 feeding a tapered runner 108 with a width of 63 mm. The runner 108 supplies four risers 100 with a diameter of 25.4 mm, which have a blade ingate 112 with a width of 7.6 mm emanating from a riser with a diameter of 25.4 mm located above the runner 108. It was. The metal matrix composite article was cast in air by casting molten aluminum alloy D357 at 746 ° C. (1375 ° F.) into a mold in the sprue. The casting time was 7 seconds. The insert did not preheat. A chill was embedded in the sand mold to facilitate metal cooling. After solidification of the molten aluminum alloy, the resulting metal matrix composite article was removed from the sand mold and mold waste was separated from the article.

図10に示すように、壊れて断面破面を与えるまで4つの得られた金属マトリックス複合体物品の1つを曲げた。   As shown in FIG. 10, one of the four resulting metal matrix composite articles was bent until broken to give a cross-sectional fracture surface.

得られた金属マトリックス複合体物品の1つを断面出しし、約10cmのサイズに切断し、エポキシに装着し、半自動金属研削/研磨機(オハイオ州クリーブランドのストルアス(Struers,Inc,Cleveland,OH)より「アブラミン(ABRAMIN)」という商品名で入手したもの)を用いて研磨した。研磨速度は150rpmであった。研磨は次の連続した6段階で行った。研磨力は150Nであった。ただし、段階6は250Nであった。   One of the resulting metal matrix composite articles was sectioned, cut to a size of about 10 cm, mounted on epoxy, and a semi-automatic metal grinding / polishing machine (Struers, Inc, Cleveland, Ohio). (Abramin was obtained under the trade name of ABRAMIN). The polishing rate was 150 rpm. Polishing was performed in the following six consecutive steps. The polishing force was 150N. However, Stage 6 was 250N.

−段階1
120グリットの炭化ケイ素紙(イリノイ州ノースブルックのペーステクノロジーズ(Pace Technologies,Northbrook,IL)より入手)を用いて、研磨中、連続的かつ自動的に水を研磨パッドに滴下しながら45秒間試料を研磨した。研磨後、試料を水で完全に濯いだ。
-Stage 1
Using a 120 grit silicon carbide paper (obtained from Pace Technologies, Northbrook, Ill.), The sample was run for 45 seconds while dripping water onto the polishing pad continuously and automatically during polishing. Polished. After polishing, the sample was rinsed thoroughly with water.

−段階2
220グリットの炭化ケイ素紙(ペーステクノロジーズ(Pace Technologies)より入手)を用いて、研磨中、連続的かつ自動的に水を研磨パッドに滴下しながら45分間試料を研磨した。研磨後、試料を水で完全に濯いだ。
-Stage 2
The sample was polished for 45 minutes using 220 grit silicon carbide paper (obtained from Pace Technologies) while water was dripped continuously and automatically onto the polishing pad during polishing. After polishing, the sample was rinsed thoroughly with water.

−段階3
600グリットの炭化ケイ素紙(ペーステクノロジーズ(Pace Technologies)より入手)を用いて、研磨中、連続的かつ自動的に水を研磨パッドに滴下しながら45秒間試料を研磨した。研磨後、試料を水で完全に濯いだ。
-Stage 3
The sample was polished for 45 seconds using 600 grit silicon carbide paper (obtained from Pace Technologies) while water was dripped continuously and automatically onto the polishing pad during polishing. After polishing, the sample was rinsed thoroughly with water.

−段階4
研磨パッド(ストルアス(Struers,Inc)より「DP−MOL」という商品名で入手)を用いて試料を4.5分間研磨し、潤滑剤(ストルアス(Struers)より「プロンDP−潤滑剤(PURON、DP−LUBRICANT)」という商品名で入手)を周期的に滴下して軽く濡らし、1秒間6マイクロメートルのダイヤモンドグリット(ストルアス(Struers)より「DP−スプレー(DP−SPRAY)、P−6μm」という商品名で入手)によりスプレーした。研磨後、試料を水で完全に濯いだ。
-Stage 4
The sample was polished for 4.5 minutes using a polishing pad (obtained under the trade name “DP-MOL” from Struers, Inc.), and a lubricant (“Puron DP-lubricant (PURON, (DP-LUBRICANT) ") is periodically dripped and lightly wetted, and then 6 micrometer diamond grit (" DP-SPRAY, P-6 μm "from Struers for 1 second) Sprayed under the trade name). After polishing, the sample was rinsed thoroughly with water.

−段階5
研磨パッド(「DP−MOL」)を用いて試料を4.5分間研磨し、潤滑剤(ストルアス(Struers)より「プロンDP−潤滑剤(PURON、DP−LUBRICANT)」という商品名で入手)を周期的に滴下して軽く濡らし、1秒間3マイクロメートルのダイヤモンドグリット(ストルアス(Struers)より「DP−スプレー(DP−SPRAY)、P−3μm」という商品名で入手)によりスプレーした。研磨後、試料を水で完全に濯いだ。
-Stage 5
The sample is polished for 4.5 minutes using a polishing pad ("DP-MOL"), and a lubricant (obtained under the trade name "Puron DP-Lubricant" from Struers) It was periodically dripped and lightly wetted, and sprayed with a diamond grit of 3 micrometers (obtained under the trade name “DP-SPRAY, P-3 μm” from Struers) for 1 second. After polishing, the sample was rinsed thoroughly with water.

−段階6
多孔性合成研磨布(ストルアス(Struers)より「OP−CHEM」という商品名で入手)を用いて試料を4.5分間研磨し、先ず、布に手で注いだ水で、そしてコロイドシリカ懸濁液(ストルアス(Struers)より「OP−Sサスペンション(SUSPENSION)」という商品名で入手)により濡らした。研磨の最後の5秒間試料を水で洗った。研磨後、試料を乾燥した。
-Stage 6
The sample is polished for 4.5 minutes using a porous synthetic polishing cloth (obtained under the trade name “OP-CHEM” from Struers), first with water hand poured onto the cloth and a colloidal silica suspension Wet with the liquid (obtained under the trade name "OP-S suspension" from Struers). The sample was washed with water for the last 5 seconds of polishing. After polishing, the sample was dried.

研磨した断面に金をスパッタリングすることにより数オングストロームの金層をコートした。得られた試料を走査オージェ電子(SAM)顕微鏡(ミネソタ州エデンプレーリー(Eden Prairie,MN)のフィジカルエレクトロニクスカンパニー(Physical Electronics Company)(以前のパーキンエルマー(Perkins Elmer))よりSM600”という商品名で入手)で観察した。図11を参照すると、SAM顕微鏡写真はインサート111、界面112および鋳造アルミニウム合金113を示す。さらに、電子マイクロプローブ銅線スキャンをインサート、界面および鋳造アルミニウム合金を超えて列で実施した。結果を図12に示す。121はインサート、122は界面、123は鋳造アルミニウム合金、銅線スキャンは124である。   A gold layer of several angstroms was coated by sputtering gold on the polished cross section. The resulting sample is obtained from the Scanning Auger Electron (SAM) microscope (Physical Electronics Company, formerly Perkins Elmer, Eden Prairie, Minn.) Under the trade name SM600 ”. 11, the SAM micrograph shows the insert 111, interface 112 and cast aluminum alloy 113. In addition, an electronic microprobe copper wire scan was performed in a row beyond the insert, interface and cast aluminum alloy. The results are shown in Fig. 12. 121 is an insert, 122 is an interface, 123 is a cast aluminum alloy, and copper wire scan is 124.

4つの得られた金属複合材料のうち1つにダイヤモンドソーにより4つの部分にスリットを入れ、それぞれ1つのインサートを鋳れて試験片を作成した。図9A、9Bおよび9Cに示すように、各部分をミリングして最終試験片130とした。インサートの参照番号は135である。寸法d1は5.08cm(2インチ)、寸法d2は2.54cm(1インチ)、寸法d3は0.25cm(0.1インチ)、d4は1cm(0.4インチ)、d5は0.9525cm(0.375インチ)およびd6は公称0.254cm(0.1インチ)であったが、実際に各試料で測定して荷重を支える界面領域の面積(「界面面積」)を求めた(図9A、9Bおよび9Cに参照文字「Z」で記してある。試験片を万能試験(マサチューセッツ州カントンのインストロンコーポレーション(Instron Corporation in Canton,MA)より入手、型番8500−133)に置いた。より具体的には、試験片を試験機の下部ジョーに留めた。約10MPa(1.5Ksi)油圧を印加して(フットペダル連結サーボを用いて)ジョーを移動して試験片を留めた。上部クロスヘッドを下げ、試験片を上部ジョーにより、再び約10MPaの圧力を用いて留めた。荷重軸が試験片結合面と良好に位置合せされるよう注意を払った。試験片を0.017mm/秒の速度で引張り、変位と荷重(「荷重」)の両方を界面が完全に分離される点まで記録した。ピーク結合強度を最大「荷重」を「界面面積」で除算することにより求めた。実施例1aおよび1bの結果を以下の表1に示す。   One of the four metal composites obtained was slit into four parts with a diamond saw, and one insert was cast for each to produce a test piece. As shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C, each part was milled to obtain a final test piece 130. The reference number for the insert is 135. Dimension d1 is 5.08 cm (2 inches), Dimension d2 is 2.54 cm (1 inch), Dimension d3 is 0.25 cm (0.1 inch), d4 is 1 cm (0.4 inch), d5 is 0.9525 cm (0.375 inch) and d6 were nominally 0.254 cm (0.1 inch), but the area of the interface region (“interface area”) that actually supported the load was measured by measuring each sample (see FIG. 9A, 9B and 9C are marked with the reference letter “Z.” Test specimens were placed in a universal test (obtained from Instron Corporation in Canton, Mass., Model number 8500-133). Specifically, the test piece was fastened to the lower jaw of the testing machine by applying a hydraulic pressure of about 10 MPa (1.5 Ksi) (foot pedal connection sensor). The upper crosshead was lowered and the test piece was fastened with the upper jaw again using a pressure of about 10 MPa, and the load axis was well positioned with the test piece bonding surface. Care was taken to match the specimens, the specimens were pulled at a rate of 0.017 mm / sec, and both displacement and load (“load”) were recorded to the point where the interface was completely separated. The “load” was determined by dividing by “interface area.” The results of Examples 1a and 1b are shown in Table 1 below.

Figure 2005536355
Figure 2005536355

比較例B
3つのその他の金属マトリックス複合体物品(比較例B1、B2およびB3)を、銅めっきを8分間実施し、得られたCuコーティングの厚さが約20マイクロメートルであった以外は実施例1に記載したようにして作成した。各比較例B1、B2およびB3の結合強度をCuの厚さと共に上の表1に示してある。
Comparative Example B
Three other metal matrix composite articles (Comparative Examples B1, B2 and B3) were applied to Example 1 except that the copper plating was performed for 8 minutes and the resulting Cu coating thickness was about 20 micrometers. Prepared as described. The bond strength of each comparative example B1, B2 and B3 is shown in Table 1 above along with the Cu thickness.

比較例C
4つの比較例A(すなわち、比較例C1、C2、C3およびC4)金属マトリックス複合体物品を、インサートをサンドブラストせず、NiまたはCuコーティングを与えなかった以外は比較例Aに記載した通りにして作成した。各比較例C1、C2、C3およびC4の結合強度を上の表1に示してある。
Comparative Example C
Four Comparative Example A (ie, Comparative Examples C1, C2, C3 and C4) metal matrix composite articles were as described in Comparative Example A, except that the insert was not sandblasted and provided no Ni or Cu coating. Created. The bond strength of each of the comparative examples C1, C2, C3 and C4 is shown in Table 1 above.

4つの得られた金属マトリックス複合体物品の1つを、比較例Aに記載した通り、断面出しし、研磨し、SAMで観察した。図13を参照すると、SAM顕微鏡写真はインサート131、界面132および鋳造アルミニウム合金133を示している。さらに、図14に示すように、電子マイクロプローブ酸素線スキャンをインサート131、界面132および鋳造アルミニウム合金133を超えて列で実施した。145は酸素線スキャンである。幅約3マイクロメートルの鋭い酸化物ピーク(酸化アルミニウムと考えられる)は、インサートと鋳造アルミニウム合金の間の結合を防ぐものと考えられた。   One of the four resulting metal matrix composite articles was sectioned, polished and observed with SAM as described in Comparative Example A. Referring to FIG. 13, the SAM micrograph shows the insert 131, the interface 132 and the cast aluminum alloy 133. Furthermore, as shown in FIG. 14, an electronic microprobe oxygen beam scan was performed in a row beyond the insert 131, the interface 132 and the cast aluminum alloy 133. Reference numeral 145 denotes an oxygen beam scan. A sharp oxide peak (possibly aluminum oxide) about 3 micrometers wide was thought to prevent bonding between the insert and the cast aluminum alloy.

4つの得られた金属マトリックス複合体物品の1つを通常のx線放射線写真機に入れた。物品を機械チャンバー内側のターンテーブルに置き、x線ビームの経路の中心に配置した。保護フレーム内側の未露光x線フィルム(ニューヨーク州ロチェスターのイーストマンコダックカンパニー(Eastman Kodak Company,Rochester,NY)より入手した中速フィルム)を物品の後ろに置いた。x線源をオンにし、物品を90KV、3.5アンペアに約3〜5分間(ASTM規格E−94−88)露光したところ、約3のフィルム密度が得られた。露光したフィルムを従来の技術を用いて処理した。プリントを図15に示す。151はインサート、153は鋳造アルミニウム合金である。インサート151と鋳造アルミニウム合金153間の剥離が明らかに見られる。   One of the four resulting metal matrix composite articles was placed in a conventional x-ray radiograph. The article was placed on a turntable inside the machine chamber and placed in the center of the x-ray beam path. An unexposed x-ray film (medium speed film obtained from Eastman Kodak Company, Rochester, NY) inside the protective frame was placed behind the article. When the x-ray source was turned on and the article was exposed to 90 KV, 3.5 amps for about 3-5 minutes (ASTM standard E-94-88), a film density of about 3 was obtained. The exposed film was processed using conventional techniques. The print is shown in FIG. 151 is an insert, and 153 is a cast aluminum alloy. Detachment between the insert 151 and the cast aluminum alloy 153 is clearly seen.

実施例1
8つの実施例1(実施例1a、1b、1c、1d、1e、1f、1gおよび1h)の金属マトリックス複合体物品を、NiまたはCuコーティングを与えず、鋳型をアルゴンガス(すなわち、アルゴンを鋳型に約15分間流した)でパージした以外は比較例Aに記載した通りにして作成した。各実施例1a、1b、1c、1d、1e、1f、1gおよび1hの結合強度を上の表1に示してある。
Example 1
Eight Example 1 (Examples 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, and 1h) metal matrix composite articles were not provided with Ni or Cu coating, and the mold was argon gas (ie, argon was mold) For about 15 minutes) and was prepared as described in Comparative Example A. The bond strengths for each Example 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g and 1h are shown in Table 1 above.

4つの得られた金属マトリックス複合体物品の1つを比較例Cに記載した通りにしてx線照射した。図16に示すように、161はインサート、163は鋳造アルミニウム合金である。図15に比べて、図16には界面剥離はなかった。これは、インサート161と鋳造アルミニウム合金163の間が完全に結合していることを示している。   One of the four resulting metal matrix composite articles was x-ray irradiated as described in Comparative Example C. As shown in FIG. 16, 161 is an insert, and 163 is a cast aluminum alloy. Compared to FIG. 15, there was no interfacial peeling in FIG. This indicates that the insert 161 and the cast aluminum alloy 163 are completely bonded.

4つの得られた金属マトリックス複合体物品の1つを比較例Aに記載した通りにして断面出しし、研磨した。研磨した断面に比較例Aに記載した通りにして、数オングストロームの金でコートした。得られた試料を走査電子顕微鏡(SEM)(ミネソタ州エデンプレーリーのフィジカルエレクトロニクス(Physical Electronics,Eden Prairie,MN)より入手、型番600)で観察した。図17を参照すると、光学顕微鏡写真はインサート171および鋳造アルミニウム合金173を示す。   One of the four resulting metal matrix composite articles was sectioned and polished as described in Comparative Example A. The polished cross section was coated with several angstroms of gold as described in Comparative Example A. The resulting sample was observed with a scanning electron microscope (SEM) (obtained from Physical Electronics, Eden Prairie, Minn., Model 600). Referring to FIG. 17, the optical micrograph shows the insert 171 and the cast aluminum alloy 173.

4つの得られた金属マトリックス複合体物品の1つを、比較例Aに記載した通り、断面出しし、研磨し、SAMで観察した。さらに、電子マイクロプローブ酸素線スキャンをインサート、界面および鋳造アルミニウム合金を超えて列で実施した。図18を参照すると、SAM顕微鏡写真はインサート181、界面182、鋳造アルミニウム合金183および酸素線スキャン185を示す。   One of the four resulting metal matrix composite articles was sectioned, polished and observed with SAM as described in Comparative Example A. In addition, electronic microprobe oxygen beam scans were performed in rows across the insert, interface and cast aluminum alloy. Referring to FIG. 18, the SAM micrograph shows an insert 181, an interface 182, a cast aluminum alloy 183, and an oxygen beam scan 185.

実施例2
2つの金属マトリックス複合体物品(実施例2aおよび2b)物品をさらに熱間静水圧圧縮成形により処理した以外は比較例Aに記載した通りにして作成した。物品をアルゴン中、約1010°F(543℃)および圧力約34.5MPa(5.0Ksi)で約4時間、熱間水圧圧縮成形した。各実施例2aおよび2bの結合強度をCuの厚さと共に上の表1に示してある。
Example 2
Two metal matrix composite articles (Examples 2a and 2b) were prepared as described in Comparative Example A, except that the article was further processed by hot isostatic pressing. The article was hot hydraulic compression molded in argon at about 1010 ° F. (543 ° C.) and a pressure of about 34.5 MPa (5.0 Ksi) for about 4 hours. The bond strength of each Example 2a and 2b is shown in Table 1 above along with the Cu thickness.

実施例3
2つの金属マトリックス複合体物品(実施例3aおよび3b)物品を実施例3に記載したように、熱間静水圧圧縮成形によりさらに処理した以外は実施例2に記載した通りにして作成した。各実施例3aおよび3bの結合強度をCuの厚さと共に上の表に示してある。
Example 3
Two metal matrix composite articles (Examples 3a and 3b) were prepared as described in Example 2 except that they were further processed by hot isostatic pressing as described in Example 3. The bond strength of each Example 3a and 3b is shown in the table above along with the Cu thickness.

図19に示すように、壊れて断面破面を与えるまで4つの得られた金属マトリックス複合体物品の1つを曲げた。   As shown in FIG. 19, one of the four resulting metal matrix composite articles was bent until broken to give a cross-sectional fracture surface.

実施例4
8つの金属マトリックス複合体物品(実施例4a、4b、4c、4d、4e、4f、4gおよび4h)を実施例3に記載した通りにして作成し、これらの物品から機械加工された試験片の厚さd4寸法が5mm(0.2インチ)であった以外は、比較例Aに記載したとおりにして試験した。各実施例4a、4b、4c、4d、4e、4f、4gおよび4hの結合強度をCuの厚さと共に下の表2に示してある。
Example 4
Eight metal matrix composite articles (Examples 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g and 4h) were prepared as described in Example 3 and test pieces machined from these articles. Tested as described in Comparative Example A, except that the thickness d4 dimension was 5 mm (0.2 inch). The bond strength of each Example 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g and 4h is shown in Table 2 below along with the Cu thickness.

4つの得られた金属マトリックス複合体物品の1つを、比較例Aに記載した通り、断面出しし、研磨し、SAMで観察した。さらに、電子マイクロプローブ酸素線スキャンをインサート、界面および鋳造アルミニウム合金を超えて列で実施した。図20を参照すると、SAM顕微鏡写真はインサート201、界面202、鋳造アルミニウム合金203および酸素線スキャン205を示す。   One of the four resulting metal matrix composite articles was sectioned, polished and observed with SAM as described in Comparative Example A. In addition, electronic microprobe oxygen beam scans were performed in rows across the insert, interface and cast aluminum alloy. Referring to FIG. 20, the SAM micrograph shows the insert 201, interface 202, cast aluminum alloy 203 and oxygen beam scan 205.

Figure 2005536355
Figure 2005536355

本発明の様々な修正および変更は、本発明の範囲および目的から逸脱することなしに当業者には明白であり、本発明はここに規定した説明のための実施形態に不当に限定されないものと考えられる。   Various modifications and alterations of this invention will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope and purpose of this invention, and this invention is not unduly limited to the illustrative embodiments defined herein. Conceivable.

本発明による金属マトリックス複合体物品の実施形態を作成するための例証の(金属複合材料)インサートの斜視図である。1 is a perspective view of an illustrative (metal composite) insert for making an embodiment of a metal matrix composite article according to the present invention. FIG. 本発明による金属マトリックス複合体物品の実施形態を作成するための例証の(金属複合材料)インサートの斜視図である。1 is a perspective view of an illustrative (metal composite) insert for making an embodiment of a metal matrix composite article according to the present invention. FIG. 本発明による金属マトリックス複合体物品の実施形態を作成するための例証の(金属複合材料)インサートの斜視図である。1 is a perspective view of an illustrative (metal composite) insert for making an embodiment of a metal matrix composite article according to the present invention. FIG. 図3に示した(金属複合材料)インサートから作成された例証の金属マトリックス複合体物品の斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of an illustrative metal matrix composite article made from the (metal composite) insert shown in FIG. 3. 本発明による金属マトリックス複合体物品の実施形態を作成するための例証の(金属複合材料)インサートの斜視図である。1 is a perspective view of an illustrative (metal composite) insert for making an embodiment of a metal matrix composite article according to the present invention. FIG. 本発明による金属マトリックス複合体物品の実施形態を作成するための例証の(金属複合材料)インサートの斜視図である。1 is a perspective view of an illustrative (metal composite) insert for making an embodiment of a metal matrix composite article according to the present invention. FIG. 本発明による金属マトリックス複合体物品の実施形態を作成するための例証の(金属複合材料)インサートの斜視図である。1 is a perspective view of an illustrative (metal composite) insert for making an embodiment of a metal matrix composite article according to the present invention. FIG. 実施例に用いる砂型鋳造鋳型組立品の概略側面および平面図である。It is a schematic side view and a plan view of a sand mold casting mold assembly used in an example. 試験片の概略上面、側面および端面図である。It is a schematic upper surface, a side surface, and an end view of a test piece. 比較例Aの金属マトリックス複合体物品の破面の約4倍の光学顕微鏡写真である。4 is an optical micrograph of about 4 times the fracture surface of the metal matrix composite article of Comparative Example A. 比較例Aの金属マトリックス複合体物品の断面の走査オージェ電子(SAM)顕微鏡写真である。2 is a scanning Auger electron (SAM) micrograph of a cross section of a metal matrix composite article of Comparative Example A. 比較例Aの金属マトリックス複合体物品の断面の走査オージェ電子(SAM)顕微鏡写真および電子マイクロプローブ銅線スキャンである。2 is a scanning Auger electron (SAM) micrograph and an electronic microprobe copper wire scan of a cross section of a metal matrix composite article of Comparative Example A. 比較例Cの金属マトリックス複合体物品の断面の走査オージェ電子(SAM)顕微鏡写真である。2 is a scanning Auger electron (SAM) micrograph of a cross section of a metal matrix composite article of Comparative Example C. 比較例Cの金属マトリックス複合体物品の断面の走査オージェ電子マイクロプローブ酸素線スキャンである。FIG. 6 is a scanning Auger electron microprobe oxygen beam scan of a cross section of the metal matrix composite article of Comparative Example C. FIG. 比較例Cの金属マトリックス複合体物品のx線放射線写真の顕微鏡写真である。2 is a micrograph of an x-ray radiograph of a metal matrix composite article of Comparative Example C. 実施例1の金属マトリックス複合体物品のx線放射線写真の顕微鏡写真である。2 is a micrograph of an x-ray radiograph of the metal matrix composite article of Example 1. FIG. 実施例1の金属マトリックス複合体物品の断面の20倍の光学顕微鏡写真である。2 is an optical micrograph of 20 times the cross section of the metal matrix composite article of Example 1. FIG. 実施例1の金属マトリックス複合体物品の断面の走査オージェ電子(SAM)顕微鏡写真および電子マイクロプローブ銅線スキャンである。2 is a scanning Auger electron (SAM) micrograph and electronic microprobe copper wire scan of a cross section of the metal matrix composite article of Example 1. 実施例4の金属マトリックス複合体物品の破面の約4倍の光学顕微鏡写真である。4 is an optical micrograph of about 4 times the fracture surface of the metal matrix composite article of Example 4. FIG. 実施例4の金属マトリックス複合体物品の断面の走査オージェ電子(SAM)顕微鏡写真および電子マイクロプローブ銅線スキャンである。4 is a scanning Auger electron (SAM) micrograph and electronic microprobe copper wire scan of a cross section of the metal matrix composite article of Example 4.

Claims (27)

第1の金属と前記第1の金属を補強するインサートとを含み、前記第1の金属がアルミニウム、その合金およびそれらの組み合わせからなる群より選択され、前記インサートが実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金およびそれらの組み合わせからなる群より選択される第2の金属とを含み、前記第2の金属が前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維を適所に固定しており、前記第2の金属が前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在しており、前記第1の金属と前記インサートの間に界面層があり、前記第1の金属と前記インサートの間の界面層ピーク結合強度値が少なくとも100MPaである金属マトリックス複合体物品。   A ceramic oxide comprising a first metal and an insert for reinforcing the first metal, wherein the first metal is selected from the group consisting of aluminum, alloys thereof, and combinations thereof, wherein the insert is substantially continuous. Including a fiber and a second metal selected from the group consisting of aluminum, alloys thereof, and combinations thereof, wherein the second metal secures the substantially continuous ceramic oxide fiber in place; The second metal extends along at least a portion of the length of the substantially continuous ceramic oxide fiber, and there is an interface layer between the first metal and the insert; A metal matrix composite article, wherein the interfacial layer peak bond strength value between one metal and the insert is at least 100 MPa. 前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が長手方向に揃っている請求項1に記載の金属マトリックス複合体物品。   The metal matrix composite article of claim 1, wherein the substantially continuous ceramic oxide fibers are aligned in the longitudinal direction. 前記第1の金属と前記インサートの間の前記界面層ピーク結合強度値が少なくとも150MPaである請求項1に記載の金属マトリックス複合体物品。   The metal matrix composite article according to claim 1, wherein the interface layer peak bond strength value between the first metal and the insert is at least 150 MPa. 比較例Aで求められる前記第1の金属と前記インサートの間の前記界面層ピーク結合強度値が少なくとも150MPaである請求項1に記載の金属マトリックス複合体物品。   The metal matrix composite article according to claim 1, wherein the interface layer peak bond strength value between the first metal and the insert determined in Comparative Example A is at least 150 MPa. 実施例4で求められる前記第1の金属と前記インサートの間の前記界面層ピーク結合強度値が少なくとも150MPaである請求項1に記載の金属マトリックス複合体物品。   The metal matrix composite article according to claim 1, wherein the interface layer peak bond strength value between the first metal and the insert determined in Example 4 is at least 150 MPa. 前記第1の金属と前記インサートの間の前記界面層ピーク結合強度値が少なくとも200MPaである請求項1に記載の金属マトリックス複合体物品。   The metal matrix composite article of claim 1, wherein the interface layer peak bond strength value between the first metal and the insert is at least 200 MPa. 比較例Aで求められる前記第1の金属と前記インサートの間の前記界面層ピーク結合強度値が少なくとも200MPaである請求項1に記載の金属マトリックス複合体物品。   The metal matrix composite article according to claim 1, wherein the interfacial layer peak bond strength value between the first metal and the insert determined in Comparative Example A is at least 200 MPa. 実施例4で求められる前記第1の金属と前記インサートの間の前記界面層ピーク結合強度値が少なくとも200MPaである請求項1に記載の金属マトリックス複合体物品。   The metal matrix composite article according to claim 1, wherein the interfacial layer peak bond strength value between the first metal and the insert determined in Example 4 is at least 200 MPa. 前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が多結晶アルファアルミナ繊維である請求項1に記載の金属マトリックス複合体物品。   The metal matrix composite article of claim 1, wherein the substantially continuous ceramic oxide fibers are polycrystalline alpha alumina fibers. 前記多結晶アルファアルミナ繊維の平均引張強さが少なくとも2.8GPaであり、前記多結晶アルファアルミナ繊維が、理論酸化物基準で、前記アルミナ繊維の総質量を基準として約99質量パーセントを超えるAl23と、約0.2〜0.5質量パーセントのSiO2とを含み、前記多結晶アルファアルミナ繊維中に存在するアルファアルミナの平均結晶粒度が1マイクロメートル未満である請求項9に記載の金属マトリックス複合体物品。 Wherein the average tensile strength of at least 2.8GPa polycrystalline alpha alumina fibers, the polycrystalline alpha alumina fibers, on a theoretical oxide basis, greater than about 99 weight percent based on the total weight of the alumina fibers Al 2 and O 3, and a SiO 2 of about 0.2 to 0.5 weight percent, of claim 9 average grain size of the alpha alumina present in the polycrystalline alpha alumina fibers in less than 1 micrometer Metal matrix composite article. 前記アルファアルミナ繊維が前記金属マトリックス複合体物品の総体積の少なくとも50体積パーセントである請求項9に記載の金属マトリックス複合体物品。   The metal matrix composite article of claim 9, wherein the alpha alumina fibers are at least 50 volume percent of the total volume of the metal matrix composite article. 前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が前記金属マトリックス複合体物品の総体積の少なくとも50体積パーセントである請求項1に記載の金属マトリックス複合体物品。   The metal matrix composite article of claim 1, wherein the substantially continuous ceramic oxide fiber is at least 50 volume percent of the total volume of the metal matrix composite article. 前記第1の金属が前記アルミニウム合金の総質量を基準として少なくとも1.5質量パーセントのCuを含むアルミニウム合金である請求項1に記載の金属マトリックス複合体物品。   The metal matrix composite article of claim 1, wherein the first metal is an aluminum alloy comprising at least 1.5 weight percent Cu based on the total weight of the aluminum alloy. 前記第1の金属が前記アルミニウム合金の総質量を基準として1.5〜2.5質量パーセントの範囲内のCuを含むアルミニウム合金である請求項1に記載の金属マトリックス複合体物品。   The metal matrix composite article according to claim 1, wherein the first metal is an aluminum alloy comprising Cu in a range of 1.5 to 2.5 weight percent based on the total weight of the aluminum alloy. 前記第1の金属が前記アルミニウム合金の総質量を基準として1.8〜2.2質量パーセントの範囲内のCuを含むアルミニウム合金である請求項1に記載の金属マトリックス複合体物品。   The metal matrix composite article of claim 1, wherein the first metal is an aluminum alloy comprising Cu in a range of 1.8 to 2.2 weight percent based on the total weight of the aluminum alloy. 前記第1の金属が6061アルミニウム合金である請求項1に記載の金属マトリックス複合体物品。   The metal matrix composite article of claim 1, wherein the first metal is a 6061 aluminum alloy. 前記第2の金属が200、300、400または700系アルミニウム合金のいずれかである請求項16に記載の金属マトリックス複合体物品。   The metal matrix composite article according to claim 16, wherein the second metal is one of 200, 300, 400, or 700 series aluminum alloy. 実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金およびその組み合わせからなる群より選択される第1の金属とを含むインサートを鋳型に配置する工程であって、前記第1の金属が前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維を適所に固定しており、前記第1の金属が前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在しており、前記第1の金属が外側表面を有し、前記第1の金属の前記外側表面にCuがあり、前記第2の金属の厚さが少なくとも5マイクロメートルである工程と、
アルミニウム、その合金およびその組み合わせからなる群より選択される溶融した第3の金属を前記鋳型に提供する工程と、
前記溶融した第3の金属を冷却して物品を与える工程と、
前記物品を熱間静水圧圧縮成形して請求項1に記載の金属マトリックス複合体物品を与える工程と
を含む金属マトリックス複合体物品の製造方法。
Placing an insert in a mold comprising a substantially continuous ceramic oxide fiber and a first metal selected from the group consisting of aluminum, alloys thereof and combinations thereof, wherein the first metal is the Securing substantially continuous ceramic oxide fibers in place, wherein the first metal extends along at least a portion of the length of the substantially continuous ceramic oxide fibers; A first metal having an outer surface, Cu on the outer surface of the first metal, and a thickness of the second metal of at least 5 micrometers;
Providing the mold with a molten third metal selected from the group consisting of aluminum, alloys thereof and combinations thereof;
Cooling the molten third metal to provide an article;
A method for producing a metal matrix composite article comprising: hot isostatic pressing the article to provide a metal matrix composite article according to claim 1.
前記第2の金属の厚さが少なくとも15マイクロメートルである請求項18に記載の方法。   The method of claim 18, wherein the thickness of the second metal is at least 15 micrometers. 前記第2の金属の厚さが少なくとも20マイクロメートルである請求項18に記載の方法。   The method of claim 18, wherein the thickness of the second metal is at least 20 micrometers. 実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金およびその組み合わせからなる群より選択される第1の金属とを含むインサートを鋳型に配置する工程であって、前記第1の金属が前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維を適所に固定しており、前記第1の金属が前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在している工程と、
アルミニウム、その合金およびその組み合わせからなる群より選択される溶融した第3の金属を前記鋳型に提供する工程であって、少なくとも90体積%のArと10体積%以下のO2とを雰囲気の総体積に基づいて含む雰囲気を与えて前記溶融した第3の金属の前記鋳型への提供を前記雰囲気下で実施する工程と、
前記溶融した第3の金属を冷却して請求項1に記載の金属マトリックス複合体物品を与える工程と
を含む金属マトリックス複合体物品の製造方法。
Placing an insert in a mold comprising a substantially continuous ceramic oxide fiber and a first metal selected from the group consisting of aluminum, alloys thereof and combinations thereof, wherein the first metal is the Securing substantially continuous ceramic oxide fibers in place, and wherein the first metal extends along at least a portion of the length of the substantially continuous ceramic oxide fibers; ,
Providing the mold with a molten third metal selected from the group consisting of aluminum, alloys thereof and combinations thereof, comprising at least 90% by volume Ar and 10% by volume or less O 2 in total atmosphere. Providing an atmosphere containing based on volume to provide the molten third metal to the mold under the atmosphere;
Cooling the molten third metal to provide a metal matrix composite article according to claim 1.
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が多結晶アルファアルミナ繊維である請求項21に記載の方法。   The method of claim 21, wherein the substantially continuous ceramic oxide fiber is polycrystalline alpha alumina fiber. 前記多結晶アルファアルミナ繊維の平均引張強さが少なくとも2.8GPaであり、前記多結晶アルファアルミナ繊維が、理論酸化物基準で、前記アルミナ繊維の総質量を基準として約99質量パーセントを超えるAl23と、約0.2〜0.5質量パーセントのSiO2とを含み、前記多結晶アルファアルミナ繊維中に存在するアルファアルミナの平均結晶粒度が1マイクロメートル未満である請求項22に記載の方法。 Wherein the average tensile strength of at least 2.8GPa polycrystalline alpha alumina fibers, the polycrystalline alpha alumina fibers, on a theoretical oxide basis, greater than about 99 weight percent based on the total weight of the alumina fibers Al 2 and O 3, and a SiO 2 of about 0.2 to 0.5 weight percent, of claim 22 average crystal grain size of the alpha alumina present in the polycrystalline alpha alumina fibers in less than 1 micrometer Method. 前記アルファアルミナ繊維が前記金属マトリックス複合体物品の総体積の少なくとも50体積パーセントである請求項22に記載の方法。   23. The method of claim 22, wherein the alpha alumina fiber is at least 50 volume percent of the total volume of the metal matrix composite article. 前記第3の金属が前記アルミニウム合金の総質量を基準として1.5〜2.5質量パーセントの範囲内のCuを含むアルミニウム合金である請求項21に記載の方法。   The method of claim 21, wherein the third metal is an aluminum alloy comprising Cu in a range of 1.5 to 2.5 weight percent based on the total weight of the aluminum alloy. 前記第3の金属が6061アルミニウム合金である請求項21に記載の方法。   The method of claim 21, wherein the third metal is a 6061 aluminum alloy. 実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金およびその組み合わせからなる群より選択される第1の金属とを含むインサートを鋳型に配置する工程であって、前記第1の金属が前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維を適所に固定しており、前記第1の金属が前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在している工程と、
アルミニウム、その合金およびその組み合わせからなる群より選択される溶融した第3の金属を前記鋳型に提供する工程であって、少なくとも90体積%のArと10体積%以下のO2とを雰囲気の総体積に基づいて含む雰囲気を与えて前記溶融した第3の金属の前記鋳型への提供を前記雰囲気下で実施する工程と、
前記溶融した第3の金属を冷却して物品を与える工程と、
前記物品を熱間静水圧圧縮成形して請求項1に記載の金属マトリックス複合体物品を与える工程と
を含む金属マトリックス複合体物品の製造方法。
Placing an insert in a mold comprising a substantially continuous ceramic oxide fiber and a first metal selected from the group consisting of aluminum, alloys thereof and combinations thereof, wherein the first metal is the Securing substantially continuous ceramic oxide fibers in place, and wherein the first metal extends along at least a portion of the length of the substantially continuous ceramic oxide fibers; ,
Providing the mold with a molten third metal selected from the group consisting of aluminum, alloys thereof and combinations thereof, comprising at least 90% by volume Ar and 10% by volume or less O 2 in total atmosphere. Providing an atmosphere containing based on volume to provide the molten third metal to the mold under the atmosphere;
Cooling the molten third metal to provide an article;
A method for producing a metal matrix composite article comprising: hot isostatic pressing the article to provide a metal matrix composite article according to claim 1.
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