KR20030059154A - 세라믹 산화물 프리폼, 금속 기지 복합재 및 그 제조 방법 - Google Patents

세라믹 산화물 프리폼, 금속 기지 복합재 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20030059154A
KR20030059154A KR10-2003-7004403A KR20037004403A KR20030059154A KR 20030059154 A KR20030059154 A KR 20030059154A KR 20037004403 A KR20037004403 A KR 20037004403A KR 20030059154 A KR20030059154 A KR 20030059154A
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
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Abstract

본 발명은 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 포함하는 세라믹 산화물 프리폼과, 이를 제조하는 방법을 제공한다. 세라믹 산화물 프리폼은 예컨대 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들로 강화된 금속 기지 복합재에서처럼 유용하다.

Description

세라믹 산화물 프리폼, 금속 기지 복합재 및 그 제조 방법{CERAMIC OXIDE PRE-FORMS, METAL MATRIX COMPOSITES, AND METHODS FOR MAKING THE SAME}
세라믹에 의한 금속 기지의 강화는 당해 기술 분야에서 공지되어 있다(예컨대, 오기노(Ogino)에게 허여된 미국 특허 제4,705,093호, 하마지마(Hamajima) 등에게 허여된 미국 특허 제4,852,630호, 코윈(Corwin) 등에게 허여된 미국 특허 제5,199,481호, 판테일(Pantale)에게 허여된 미국 특허 제5,234,080호, 켄너크네흐트(Kennerknecht)에게 허여된 미국 특허 제5,394,930호, 그리고 1987년 5월 28일 및 1988년 9월 14일에 각각 공개 및 공고된 영국 특허 제2,182,970 A 및 B호를 참조). 강화용으로 사용되는 세라믹 재료의 예에는 세라믹 프리폼뿐만 아니라, 입자, 불연속형 섬유(휘스커(whisker) 포함) 및 연속형 섬유가 포함된다.
통상적으로, 세라믹 재료는 금속에 합체됨으로써, 금속으로 제조되는 제품의 기계적 성질을 향상시키는 금속 기지 복합재(MMC)를 생성한다. 예컨대, 동력 차량(자동차, 트럭 등)을 위한 통상의 브레이크 캘리퍼(caliper)는 통상적으로 주철로 제조된다. 차량의 총 중량뿐만 아니라 특히 브레이크 캘리퍼 등의 스프링 하부 중량(unsprung weight)을 줄이기 위하여, 보다 경량의 부품 및/또는 재료를 사용하려는 요구가 있다. 세라믹 산화물 재료의 배치 및 특정 적용에 필요한 세라믹 산화물 재료의 양의 최소화를 포함하는 MMC 설계를 돕기 위한 하나의 기술은 유한 요소 해석(finite element analysis)이다.
주조 알루미늄(cast aluminum)으로 제조된 브레이크 캘리퍼는 주철로 제조된 동일한(즉, 동일한 크기 및 형태의) 캘리퍼보다 약 50%만큼 더 가볍다. 주조 알루미늄 및 주철의 기계적인 성질은 동일하지 않다(예컨대, 주철의 영 계수(Young's modulus)는 약 100 내지 170GPa인 반면에 주조 알루미늄에 대해서는 약 70 내지 75GPa이고, 주철의 항복 강도는 200 내지 500MPa인 반면에 주조 알루미늄에 대해서는 150 내지 170MPa이다). 따라서, 주조 알루미늄으로 제조된 브레이크 캘리퍼는 주철 캘리퍼에 비해 상당히 낮은 굽힘 강성 및 항복 강도 등의 기계적 성질을 갖는다. 통상적으로, 이러한 알루미늄 브레이크 캘리퍼의 기계적 성질은 동일한 크기 및 형상을 갖는 주철 브레이크 캘리퍼와 비교하여 수용할 수 없을 정도로 낮다. 주철 브레이크 캘리퍼와 동일한 형태 및 적어도 동일한(또는 더 우수한) 굽힘 강성 및 항복 강도 등의 기계적인 성질을 갖는 알루미늄 금속 기지 복합재(예컨대, 세라믹 섬유로 강화된 알루미늄)로 제조된 브레이크 캘리퍼가 바람직하다.
몇몇 MMC 제품에 대한 하나의 고려 사항은 사후 형성 기계 가공(예컨대, 구멍 또는 나사의 부가, 또는 요구되는 형상을 제공하기 위한 재료의 절삭) 또는 다른 처리(예컨대, 복합 형상의 부품을 제조하기 위한 2개의 MMC 제품의 용접)에 대한 필요성이다. 종래의 MMC는 통상적으로 기계 가공 또는 용접이 실용적이지 못하게 하거나 심지어는 불가능하게 할 정도로 세라믹 강화 재료를 함유한다. 따라서, 만약 있다면 매우 적은 사후 형성 기계 가공 또는 처리를 요구하는 "망상(net-shaped)" 제품을 제조하는 것이 바람직하다. "망상" 제품을 제조하는 기술은 당해 기술 분야에서 공지되어 있다(시스코(Cisko)에 허여된 미국 특허 제5,234,045호 및 될(Doell) 등에게 허여된 미국 특허 제5,887,684호 참조). 게다가, 또는 택일적으로 실행 가능한 범위 내에서, 세라믹 강화가 감소되거나, 기계 가공 또는 용접 등의 다른 처리와 간섭하게 되는 영역에 배치되지 않을 수 있다.
MMC의 설계 및 제조에서의 다른 고려 사항은 세라믹 강화 재료의 비용이다. 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M 캄파니에 의해 상표명 "NEXTEL 610"으로 시판되는 것과 같은 연속형 다결정 알파-알루미나 섬유의 기계적 성질은 알루미늄 등의 저밀도 금속과 비교할 때 높다. 더구나, 다결정 알파-알루미나 섬유 등의 세라믹 산화물 재료의 비용은 알루미늄 등의 금속보다 상당히 크다. 따라서, 사용되는 세라믹 산화물 재료의 양을 최소화하고, 세라믹 산화물 재료에 의해 부여되는 성질을 최대화하기 위해 세라믹 산화물 재료의 배치를 최적화하는 것이 바람직하다.
더욱이, 금속 기지 복합재 제품을 제조하기 위해 비교적 용이하게 사용될 수 있는 다공성 세라믹 프리폼 등의 패키지 또는 형태로 세라믹 강화 재료를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유(fiber)를 포함하는 세라믹 산화물 프리폼(pre-form)과, 세라믹 산화물 프리폼으로 강화된 금속 기지 복합재(metal matrix composites)에 관한 것이다.
도1은 본 발명에 따른 다공성 세라믹 산화물 프리폼의 사시도이다.
도2는 본 발명에 따른 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 데 사용되는 세라믹 섬유 리본의 사시도이다.
도3은 본 발명에 따른 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 장치의 사시도이다.
도4는 본 발명에 따른 다른 세라믹 산화물 프리폼의 사시도이다.
도5는 본 발명에 따른 세라믹 산화물 프리폼을 합체한 브레이크 캘리퍼의 사시도이다.
도6은 본 발명에 따른 세라믹 산화물 프리폼을 합체한 다른 브레이크 캘리퍼의 사시도이다.
도7은 본 발명에 따른 브레이크 캘리퍼의 일부분의 파단면의 연마된 단면의 디지털 SEM 현미경 사진이다.
도8 및 도9는 본 발명에 따른 브레이크 캘리퍼의 일부분의 파단면의 디지털 SEM 현미경 사진이다.
도10은 본 발명에 따른 다공성 세라믹 산화물 프리폼의 사시도이다.
도11은 도10에 도시된 다공성 세라믹 산화물 프리폼으로 제조된 금속 기지 복합재 제품의 사시도이다.
도12는 종방향 축들이 서로에 대해 0보다 큰 각도로 위치된 종방향 정렬 알파 알루미나 섬유들의 다중 가닥을 이용하는 본 발명에 따른 다른 프리폼의 사시도이다.
도13은 실질적으로 연속적인 알파 알루미나 섬유들의 다른 그룹이 나선형으로 감겨진 실질적으로 연속적인 알파 알루미나 섬유들의 그룹의 사시도이다.
일 태양에서, 본 발명은 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물(즉, 유리, 결정성 세라믹 및 이들의 조합) 섬유를 포함하는 다공성 세라믹 산화물(예컨대, 하소(calcined) 또는 소결(sintered)된) 프리폼을 제공한다. 다른 태양에서, 본 발명은 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유를 포함하는 적어도 하나의 다공성 세라믹 산화물 프리폼(본 발명에 따른 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 포함)으로 구성된 금속 기지 복합재 제품을 제공한다.
통상적으로, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유는 적어도 5cm(종종 적어도 10cm, 15cm, 20cm, 25cm 또는 그 이상)의 길이를 갖는다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유는 토우(tow)의 형태이다(즉, 토우는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유로 구성된다). 통상적으로, 토우를 구성하는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유는 적어도 5cm(종종 적어도 10cm, 15cm, 20cm, 25cm 또는 그 이상)의 길이를 갖지만, 5cm 미만일 수도 있다.
양호하게는, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는 다공성 세라믹 산화물 프리폼은 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 다공성 세라믹 산화물 재료를 포함한다. 다른 태양에서, 세라믹 산화물 섬유는 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 포함하거나 주로 이들로 구성될 수 있는데, 여기서 "종방향 정렬"은 섬유들의 길이에 대한 섬유들의 대체로 평행한 정렬을 의미한다. 선택적으로, 섬유들은 다공성 세라믹 산화물 재료 내에서 캡슐화된다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유는 제1 영 계수를 갖고, 세라믹 프리폼을 포함하는 세라믹 산화물 재료는 제2 영계수를 가지며, 제1 영 계수는 제2 영 계수보다 크다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 다공성 세라믹 산화물 프리폼은 다공성 세라믹 산화물을 수용하는 구멍을 구비하는 제1 다공성 소결 세라믹 제품과, 상기 구멍 내에 위치되는 제2 세라믹 제품을 포함하며, 제2 세라믹 제품은 다공성 소결 세라믹 산화물 재료와, 적어도 5cm의 길이를 갖는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 포함하고, 상기 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유를 제위치에 고정하며, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되고, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들은 기본적으로 종방향으로 정렬되며, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 알파 알루미나 섬유들은 제1 영 계수를 갖고 제2 세라믹 제품의 세라믹 산화물 재료는 제2 영 계수를 가지며, 제1 영 계수는 제2 영 계수보다 크고, 제1 다공성 세라믹 제품은 제3 영 계수를 갖는 세라믹 산화물 재료를 포함하며, 제2 영 계수는 제3 영 계수보다 크다.
일 태양에서, 본 발명은 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 미가공 세라믹 산화물 재료를 포함하는 미가공 세라믹 산화물 프리폼을 제공하는데, 미가공 세라믹 산화물 재료는 섬유의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장하고, 세라믹 산화물 섬유는 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유로 주로 구성된다. 선택적으로, 섬유들은 미가공 세라믹 산화물 재료 내에서 캡슐화된다.
다른 태양에서, 본 발명은 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 다공성 세라믹 산화물 재료를 포함하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제공하는데, 다공성 세라믹 산화물 재료는 섬유의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장하고, 세라믹 산화물 섬유는 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유로 주로 구성된다. 선택적으로, 섬유들은 다공성 세라믹 산화물 재료 내에서 캡슐화된다.
다른 태양에서, 본 발명의 실시예들은 예컨대 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 적어도 20 체적%(증가하는 우선 순위로, 통상적으로, 20 내지 95 체적%의 범위, 보다 통상적으로는 25 내지 95 체적%, 양호하게는 적어도 50 체적%, 더 양호하게는 50 내지 90 체적%, 보다 더 양호하게는 적어도 85 체적%, 가장 양호하게는 85 내지 95 체적%)의 개방 공극률(open porosity; 아래에 설명되는 바와 같이 측정됨)을 갖는 다공성 세라믹 산화물 재료를 포함하는데, 다공성 세라믹 산화물 재료는 섬유의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장된다. 선택적으로, 섬유들은 다공성 세라믹 산화물 재료 내에서 캡슐화된다.
다른 태양에 있어서, 본 발명은 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 포함하는 적어도 하나의 긴 섬유 삽입체(fiber insert)를 공동(cavity) 내에 위치 설정하는 단계와; 액상 매체와 그 내부에 분산된 불연속적인 세라믹 산화물 섬유(휘스커 포함)들을 포함하는 슬러리로 긴 섬유 삽입체의 소정 부분을 피복하도록 슬러리를 공동 내로 도입하는 단계와; 긴 섬유 삽입체 및 불연속적인 섬유(휘스커 포함)를 포함하는 제품을 제공하기 위해 불연속적인 섬유들이 경화되게 하고 섬유 삽입체를 고정시키되, 불연속적인 섬유들의 경화부가 섬유 삽입체의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되도록 충분한 양의 액상 매체를 제거하는 단계와; 긴 섬유 삽입체 및 불연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 포함하는 미가공 세라믹 산화물 프리폼을 제공하되, 불연속적인 섬유들의 적어도 하나의 경화부가 섬유 삽입체를 제위치에 고정시키고 불연속적인 섬유들의 경화부가 섬유 삽입체의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되도록 경화된 제품을 건조시키는 단계와; 다공성 세라믹 산화물 재료가 섬유의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는 상태로, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 다공성 세라믹 산화물 재료를 포함하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제공하기에 충분한 적어도 하나의 온도까지 미가공 세라믹 산화물 프리폼을 가열하는 단계를 포함하는, 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 방법을 제공한다.
다른 태양에 있어서, 본 발명은 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 포함하는 적어도 하나의 긴 섬유 삽입체를 공동 내에 위치 설정하는 단계와; 액상 매체와 그 내부에 분산된 불연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 포함하는 슬러리로 긴 섬유 삽입체의 소정 부분을 피복하도록 슬러리를 공동 내로 도입하는 단계와; 긴 섬유 삽입체 및 불연속적인 섬유를 포함하는 제품을 제공하기 위해 불연속적인 섬유들이 경화되게 하고 섬유 삽입체를 고정시키되, 불연속적인 섬유들의 경화부가 섬유 삽입체의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되도록 충분한 양의 액상 매체를 제거하는 단계와; 다공성 세라믹 산화물 재료가 섬유의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는 상태로, 실질적으로 연속적이고 종방향으로정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 다공성 세라믹 산화물 재료를 포함하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제공하기에 충분한 적어도 하나의 온도까지 미가공 세라믹 산화물 프리폼을 가열하는 단계를 포함하는, 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 방법을 제공한다.
다른 태양에 있어서, 본 발명은 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 포함하는 적어도 하나의 긴 섬유 삽입체를 공동 내에 위치 설정하는 단계와; 액상 매체와 그 내부에 분산된 불연속적인 세라믹 산화물 섬유(휘스커 포함)들을 포함하는 슬러리로 긴 섬유 삽입체의 소정 부분을 피복하도록 슬러리를 공동 내로 도입하는 단계와; 긴 섬유 삽입체 및 불연속적인 섬유를 포함하는 제품을 제공하기 위해 불연속적인 섬유들이 경화되게 하고 섬유 삽입체를 고정시키되, 불연속적인 섬유들의 경화부가 섬유 삽입체의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되도록 충분한 양의 액상 매체를 제거하는 단계와; 긴 섬유 삽입체 및 불연속적인 섬유들을 포함하는 미가공 세라믹 산화물 프리폼을 제공하되, 불연속적인 섬유들의 적어도 하나의 경화부가 섬유 삽입체를 제위치에 고정시키고 불연속적인 섬유들의 경화부가 섬유 삽입체의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되도록 경화된 제품을 건조시키는 단계를 포함하는, 미가공 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 방법을 제공한다.
다른 태양에 있어서, 본 발명은 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 포함하는 적어도 하나의 긴 섬유 삽입체를 공동 내에 위치 설정하는 단계와; 액상 매체와 그 내부에 분산된 불연속적인 세라믹 산화물 섬유(휘스커 포함)들을 포함하는 슬러리로 긴 섬유 삽입체의 소정 부분을 피복하도록 슬러리를 공동 내로 도입하는 단계와; 긴 섬유 삽입체 및 불연속적인 섬유를 포함하는 제품을 제공하기 위해 불연속적인 섬유들이 경화되게 하고 섬유 삽입체를 고정시키되, 불연속적인 섬유들의 경화부가 섬유 삽입체의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되도록 충분한 양의 액상 매체를 제거하는 단계를 포함하는, 미가공 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 방법을 제공한다.
일 실시예에서, 본 발명은 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제공하는데, 상기 다공성 세라믹 산화물 프리폼은 다공성 소결 세라믹 산화물 재료 및 적어도 5cm의 길이를 갖는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유를 포함하며, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하고, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되며, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들은 기본적으로 종방향으로 정렬된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제공하는데, 상기 다공성 세라믹 산화물 프리폼은 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들로 구성된 토우들을 제위치에 고정하는 다공성 소결 세라믹 산화물 재료를 포함하며, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되며, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들로 구성된 토우들은 기본적으로 종방향으로 정렬된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제공하는데, 상기 다공성 세라믹 산화물 프리폼은 다공성 소결 세라믹 산화물 재료 및 적어도 5cm의 길이를 갖는 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유를 포함하며, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 가지며 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하고, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제공하는데, 상기 다공성 세라믹 산화물 프리폼은 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들로 구성된 토우들을 제위치에 고정하는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖는 다공성 소결 세라믹 산화물 재료를 포함하며, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들로 구성된 토우들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장된다.
다른 실시예에 있어서, 본 발명은 적어도 5cm의 길이를 갖고 기본적으로 종방향으로 정렬된 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 포함하는 적어도 하나의 긴 섬유 삽입체를 공동 내에 위치 설정하는 단계와; 액상 매체와 그 내부에 분산된 불연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 포함하는 슬러리로 긴 섬유 삽입체의 소정 부분을 피복하도록 슬러리를 공동 내로 도입하는 단계와; 긴 섬유 삽입체 및 불연속적인 섬유를 포함하는 제품을 제공하기 위해 불연속적인 섬유들이 경화되게 하고 섬유 삽입체를 고정시키되, 불연속적인 섬유들의 경화부가 섬유 삽입체의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되도록 적어도 충분한 양의 액상 매체를 제거하는단계와; 긴 섬유 삽입체 및 불연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 포함하는 미가공 세라믹 산화물 프리폼을 제공하되, 불연속적인 섬유들의 적어도 하나의 경화부가 섬유 삽입체를 제위치에 고정시키고 불연속적인 섬유들의 경화부가 섬유 삽입체의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되도록 경화된 제품을 건조시키는 단계와; 다공성 소결 세라믹 산화물 재료가 실질적으로 연속적인 섬유의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되고 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들이 기본적으로 종방향으로 정렬된 상태로, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 다공성 소결 세라믹 산화물 재료를 포함하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제공하기에 충분한 적어도 하나의 온도까지 미가공 세라믹 산화물 프리폼을 가열하는 단계를 포함하는, 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 방법을 제공한다.
다른 실시예에 있어서, 본 발명은 기본적으로 종방향으로 정렬된 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들로 구성된 토우들을 포함하는 적어도 하나의 긴 섬유 삽입체를 공동 내에 위치 설정하는 단계와; 액상 매체와 그 내부에 분산된 불연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 포함하는 슬러리로 긴 섬유 삽입체의 소정 부분을 피복하도록 슬러리를 공동 내로 도입하는 단계와; 긴 섬유 삽입체 및 불연속적인 섬유를 포함하는 제품을 제공하기 위해 불연속적인 섬유들이 경화되게 하고 섬유 삽입체를 고정시키되, 불연속적인 섬유들의 경화부가 섬유 삽입체의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되도록 적어도 충분한 양의 액상 매체를 제거하는 단계와; 긴 섬유 삽입체 및 불연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 포함하는 미가공 세라믹 산화물 프리폼을 제공하되, 불연속적인 섬유들의 적어도 하나의 경화부가 섬유 삽입체를 제위치에 고정시키고 불연속적인 섬유들의 경화부가 섬유 삽입체의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되도록 경화된 제품을 건조시키는 단계와; 다공성 소결 세라믹 산화물 재료가 실질적으로 연속적인 섬유의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되고 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들로 구성된 토우들이 기본적으로 종방향으로 정렬된 상태로, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 다공성 소결 세라믹 산화물 재료를 포함하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제공하기에 충분한 적어도 하나의 온도까지 미가공 세라믹 산화물 프리폼을 가열하는 단계를 포함하는, 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 방법을 제공한다.
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다른 실시예에 있어서, 본 발명은 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들로 구성된 토우들을 포함하는 적어도 하나의 긴 섬유 삽입체를 공동 내에 위치 설정하는 단계와; 액상 매체와 그 내부에 분산된 불연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 포함하는 슬러리로 긴 섬유 삽입체의 소정 부분을 피복하도록 슬러리를 공동 내로 도입하는 단계와; 긴 섬유 삽입체 및 불연속적인 섬유를 포함하는 제품을 제공하기 위해 불연속적인 섬유들이 경화되게 하고 섬유 삽입체를 고정시키되, 불연속적인 섬유들의 경화부가 섬유 삽입체의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되도록 충분한 양의 액상 매체를 슬러리로부터 제거하는 단계와; 다공성 소결 세라믹 산화물 재료가 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 섬유의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는 상태로, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖는 다공성 소결 세라믹 산화물 재료를 포함하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제공하기에 충분한 적어도 하나의 온도까지 미가공 세라믹 산화물 프리폼을 가열하는 단계를 포함하는, 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 방법을 제공한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제공하는데, 다공성 세라믹 산화물 프리폼은 다공성 세라믹 산화물을 수용하는 구멍을 구비하는 제1 다공성 소결 세라믹 제품 및 구멍 내에 위치되는 제2 세라믹 제품을 포함하며, 제2 세라믹 제품은 다공성 소결 세라믹 산화물 재료와, 적어도 5cm의 길이를 갖는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 포함하고, 상기 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유를 제위치에 고정하며, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적인 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되고, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들은 기본적으로 종방향으로 정렬된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제공하는데, 다공성 세라믹 산화물 프리폼은 다공성 세라믹 산화물을 수용하는 구멍을 구비하는 제1 다공성 소결 세라믹 제품 및 구멍 내에 위치되는 제2 세라믹 제품을 포함하며, 제2 세라믹 제품은 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들로 구성된 토우들을 제위치에 고정하는 다공성 소결 세라믹 산화물 재료를 포함하며, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적인 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되고, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들로 구성된 토우들은 기본적으로종방향으로 정렬된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제공하는데, 다공성 세라믹 산화물 프리폼은 다공성 세라믹 산화물을 수용하는 구멍을 구비하는 제1 다공성 소결 세라믹 제품 및 구멍 내에 위치되는 제2 세라믹 제품을 포함하며, 제2 세라믹 제품은 다공성 소결 세라믹 산화물 재료와, 적어도 5cm의 길이를 갖는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 포함하고, 상기 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 가지며 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유를 제위치에 고정하며, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제공하는데, 다공성 세라믹 산화물 프리폼은 다공성 세라믹 산화물을 수용하는 구멍을 구비하는 제1 다공성 소결 세라믹 제품 및 구멍 내에 위치되는 제2 세라믹 제품을 포함하며, 제2 세라믹 제품은 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들로 구성된 토우들을 고정하는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖는 다공성 소결 세라믹 산화물 재료를 포함하고, 상기 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 금속 기지 재료를 포함하는 제품용 다공성 소결 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은 적어도 5cm의길이를 갖는 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들로 적어도 부분적으로 강화된 금속 기지 복합재를 포함하는 제품을 설계하되, 세라믹 산화물 재료를 포함하는 적어도 하나의 세라믹 산화물 프리폼을 포함하는 금속 기지 복합재가 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유가 제1 영 계수를 갖고 세라믹 산화물 재료가 제1 영 계수보다 작은 제2 영 계수를 갖도록 설계하는 단계와; 결과적인 설계에 기반하여, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 세라믹 산화물 재료를 포함하는 다공성 소결 세라믹 산화물 프리폼을 제조하되, 세라믹 산화물 재료가 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되고, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들이 기본적으로 종방향으로 정렬되도록 제조하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 금속 기지 재료를 포함하는 제품용 다공성 소결 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은 적어도 약 5cm의 길이를 갖는 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들로 적어도 부분적으로 강화된 금속 기지 복합재를 포함하는 제품을 설계하되, 세라믹 산화물 재료를 포함하는 적어도 하나의 세라믹 산화물 프리폼을 포함하는 금속 기지 복합재가 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유가 제1 영 계수를 갖고 세라믹 산화물 재료가 제1 영 계수보다작은 제2 영 계수를 갖도록 설계하는 단계와; 결과적인 설계에 기반하여, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들로 구성된 토우들을 제위치에 고정하는 세라믹 산화물 재료를 포함하는 다공성 소결 세라믹 산화물 프리폼을 제조하되, 세라믹 산화물 재료가 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되고, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들이 기본적으로 종방향으로 정렬되도록 제조하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 금속 기지 재료를 포함하는 제품용 다공성 소결 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은 적어도 5cm의 길이를 갖는 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들로 적어도 부분적으로 강화된 금속 기지 복합재를 포함하는 제품을 설계하되, 세라믹 산화물 재료를 포함하는 적어도 하나의 세라믹 산화물 프리폼을 포함하는 금속 기지 복합재가 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유가 제1 영 계수를 갖고 세라믹 산화물 재료가 제1 영 계수보다 작은 제2 영 계수를 갖도록 설계하는 단계와; 결과적인 설계에 기반하여, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖는 세라믹 산화물 재료를 포함하는 다공성 소결 세라믹 산화물 프리폼을 제조하되, 세라믹 산화물 재료가 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되도록 제조하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 금속 기지 재료를 포함하는 제품용 다공성 소결세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들로 적어도 부분적으로 강화된 금속 기지 복합재를 포함하는 제품을 설계하되, 세라믹 산화물 재료를 포함하는 적어도 하나의 세라믹 산화물 프리폼을 포함하는 금속 기지 복합재가 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유가 제1 영 계수를 갖고 세라믹 산화물 재료가 제1 영 계수보다 작은 제2 영 계수를 갖도록 설계하는 단계와; 결과적인 설계에 기반하여, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들로 구성된 토우들을 제위치에 고정하는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖는 세라믹 산화물 재료를 포함하는 다공성 소결 세라믹 산화물 프리폼을 제조하되, 세라믹 산화물 재료가 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되도록 제조하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 금속 기지 재료를 포함하는 제품용 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은 적어도 5cm의 길이를 갖는 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들로 적어도 부분적으로 강화된 금속 기지 복합재를 포함하는 제품을 설계하는 단계와; 결과적인 설계에 기반하여, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들 및 섬유들을 함께 접합하는 결합제 재료를 포함하는 긴 프리폼을 제조하는 단계와; 긴 프리폼의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는 미가공 세라믹 산화물 재료를 포함하는 미가공 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 단계와; 세라믹 산화물재료가 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되고 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들이 기본적으로 종방향으로 정렬되는 상태로, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 세라믹 산화물 재료를 포함하는 다공성 소결 세라믹 산화물 프리폼을 제공하도록 미가공 산화물 프리폼을 가열하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 금속 기지 재료를 포함하는 제품용 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들로 적어도 부분적으로 강화된 금속 기지 복합재를 포함하는 제품을 설계하는 단계와; 결과적인 설계에 기반하여, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들로 구성된 토우들 및 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들로 구성된 토우들을 함께 접합하는 결합제 재료를 포함하는 긴 프리폼을 제조하는 단계와; 긴 프리폼의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는 미가공 세라믹 산화물 재료를 포함하는 미가공 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 단계와; 세라믹 산화물 재료가 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되고 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들이 기본적으로 종방향으로 정렬되는 상태로, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들로 구성된 토우들을 제위치에 고정하는 세라믹 산화물 재료를 포함하는 다공성 소결 세라믹 산화물 프리폼을 제공하도록 미가공 산화물 프리폼을 가열하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 금속 기지 재료를 포함하는 제품용 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은 적어도 5cm의 길이를 갖는 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들로 적어도 부분적으로 강화된 금속 기지 복합재를 포함하는 제품을 설계하는 단계와; 결과적인 설계에 기반하여, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들 및 섬유들을 함께 접합하는 결합제 재료를 포함하는 긴 프리폼을 제조하는 단계와; 긴 프리폼의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는 미가공 세라믹 산화물 재료를 포함하는 미가공 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 단계와; 세라믹 산화물 재료가 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는 상태로, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖는 세라믹 산화물 재료를 포함하는 다공성 소결 세라믹 산화물 프리폼을 제공하도록 미가공 산화물 프리폼을 가열하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 금속 기지 재료를 포함하는 제품용 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들로 적어도 부분적으로 강화된 금속 기지 복합재를 포함하는 제품을 설계하는 단계와; 결과적인 설계에 기반하여, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들로 구성된 토우들 및 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들로 구성된 토우들을 함께 접합하는 결합제 재료를 포함하는 긴 프리폼을 제조하는 단계와; 긴 프리폼의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는 미가공 세라믹 산화물 재료를 포함하는 미가공 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 단계와; 세라믹 산화물 재료가 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는 상태로, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖는 세라믹 산화물 재료를 포함하는 다공성 소결 세라믹 산화물 프리폼을 제공하도록 미가공 산화물 프리폼을 가열하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 다공성 세라믹 산화물 프리폼과 금속 기지 재료를 포함하는 금속 기지 복합재 제품을 제공하는데, 세라믹 산화물 프리폼은 적어도 5cm의 길이를 갖는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들과, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는 다공성 소결 세라믹 산화물 재료를 포함하며, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들은 기본적으로 종방향으로 정렬되고, 다공성 세라믹 산화물 재료에는 금속 기지 재료의 적어도 일부분이 침투되어 다공성 소결 세라믹 산화물 재료 내로 연장된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 다공성 세라믹 산화물 프리폼과 금속 기지 재료를 포함하는 금속 기지 복합재 제품을 제공하는데, 세라믹 산화물 프리폼은 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들로 구성된 토우들과, 토우들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는 다공성 소결 세라믹 산화물 재료를 포함하며, 토우들은 기본적으로 종방향으로 정렬되고, 다공성 세라믹 산화물 재료에는 금속 기지 재료의 적어도 일부분이 침투되어 다공성 소결 세라믹 산화물 재료 내로 연장된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 다공성 세라믹 산화물 프리폼과 금속 기지 재료를 포함하는 금속 기지 복합재 제품을 제공하는데, 세라믹 산화물 프리폼은 적어도 5cm의 길이를 갖는 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들과, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖는 다공성 소결 세라믹 산화물 재료를 포함하며, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료에는 금속 기지 재료의 적어도 일부분이 침투된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 다공성 세라믹 산화물 프리폼과 금속 기지 재료를 포함하는 금속 기지 복합재 제품을 제공하는데, 세라믹 산화물 프리폼은 세라믹 산화물 섬유들로 구성된 토우들과, 토우들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖는 다공성 소결 세라믹 산화물 재료를 포함하며, 다공성 세라믹 산화물 재료에는 금속 기지 재료의 적어도 일부분이 침투된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 다공성 세라믹 산화물 프리폼과 금속 기지 재료를 포함하는 금속 기지 복합재 제품을 제공하는데, 세라믹 산화물 프리폼은 다공성 세라믹 산화물을 수용하는 구멍을 구비하는 제1 다공성 소결 세라믹 제품과, 상기 구멍 내에 위치되는 제2 세라믹 제품을 포함하며, 제2 세라믹 제품은 다공성 소결 세라믹 산화물 재료와, 적어도 5cm의 길이를 갖는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 포함하고, 상기 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유를 제위치에 고정하며, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적인 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되고, 실질적으로연속적인 세라믹 산화물 섬유들은 기본적으로 종방향으로 정렬되며, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료에는 금속 기지 재료의 적어도 일부분이 침투된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 다공성 세라믹 산화물 프리폼과 금속 기지 재료를 포함하는 금속 기지 복합재 제품을 제공하는데, 세라믹 산화물 프리폼은 다공성 세라믹 산화물을 수용하는 구멍을 구비하는 제1 다공성 소결 세라믹 제품과, 상기 구멍 내에 위치되는 제2 세라믹 제품을 포함하며, 제2 세라믹 제품은 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들로 구성된 토우들을 제위치에 고정하는 다공성 소결 세라믹 산화물 재료를 포함하며, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적인 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되고, 토우들은 기본적으로 종방향으로 정렬되며, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료에는 금속 기지 재료의 적어도 일부분이 침투된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 다공성 세라믹 산화물 프리폼과 금속 기지 재료를 포함하는 금속 기지 복합재 제품을 제공하는데, 세라믹 산화물 프리폼은 다공성 세라믹 산화물을 수용하는 구멍을 구비하는 제1 다공성 소결 세라믹 제품과, 상기 구멍 내에 위치되는 제2 세라믹 제품을 포함하며, 제2 세라믹 제품은 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖는 다공성 소결 세라믹 산화물 재료와, 적어도 5cm의 길이를 갖는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 포함하고, 상기 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유를 제위치에 고정하며, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되고, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료에는 금속 기지 재료의 적어도 일부분이 침투된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 다공성 세라믹 산화물 프리폼과 금속 기지 재료를 포함하는 금속 기지 복합재 제품을 제공하는데, 세라믹 산화물 프리폼은 다공성 세라믹 산화물을 수용하는 구멍을 구비하는 제1 다공성 소결 세라믹 제품과, 상기 구멍 내에 위치되는 제2 세라믹 제품을 포함하며, 제2 세라믹 제품은 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들로 구성된 토우들을 제위치에 고정하는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖는 다공성 소결 세라믹 산화물 재료를 포함하며, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되고, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료에는 금속 기지 재료의 적어도 일부분이 침투된다.
본 발명에 따른 세라믹 산화물 프리폼은 예컨대 금속 기지 복합재 제품에서 강화 재료를 제공하는 데 유용하다. 본 발명의 일 태양의 하나의 이점은, 본 발명이 하나의 금속(예컨대, 주철)으로 제조된 기존의 제품이 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유를 포함하는 세라믹 산화물 재료로 강화된 다른 금속(예컨대, 알루미늄)으로 제조되도록 재설계되도록 하여, 후자의 것(즉, 금속 기지 복합재 제품)이 처음의 금속으로 제조된 본래의 제품의 사용에 요구되는 것과 적어도 동일한 소정의 요구 성질(예컨대, 영 계수, 항복 강도 및 연성)을 갖게 한다는 것이다. 선택적으로, 제품은 본래의 제품과 동일한 물리적 치수를 갖도록 재설계될 수 있다.
본 발명은 세라믹 산화물 프리폼과, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들로 구성되는 적어도 하나의 세라믹 산화물 프리폼(본 발명에 따른 세라믹 산화물 프리폼을 포함)을 포함하는 금속 기지 복합재 제품을 제공한다. 양호하게는, 본 발명에 따른 세라믹 산화물 프리폼뿐만 아니라 금속 기지 복합재 제품은 요구되는 성질의 최적의 또는 적어도 수용 가능한 균형, 저비용 및 제조 용이성을 성취하도록 특정 적용을 위해 설계된다.
통상적으로, 본 발명에 따른 다공성 세라믹 산화물은 특정 적용을 위해 그리고/또는 소정 성질 및/또는 특징을 갖도록 설계된다. 예를 들면, 하나의 금속(예컨대, 주철)으로 제조된 기존 제품이 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 포함하는 세라믹 산화물 재료로 강화된 다른 금속(예컨대, 알루미늄)으로 제조되도록 재설계되게끔 선택되어, 후자의 것(즉, 금속 기지 복합재 제품)이 처음의 금속으로 제조된 본래의 제품의 사용에 요구되는 것과 적어도 동일한 소정의 요구 성질(예컨대, 영 계수, 항복 강도 및 연성)을 갖도록 한다. 선택적으로, 제품은 본래의 제품과 동일한 물리적 치수를 갖도록 재설계될 수 있다.
가능하고 적당한 구성을 제공하기 위해, 요구되는 금속 기지 복합재 제품 형태, 요구되는 성질, 가능한 금속, 및 이를 제조하는 데 바람직할 수 있는 세라믹 산화물 재료뿐만 아니라, 이들 재료들의 관련 성질들이 수집되어 사용된다. 가능한 구성을 생성하는 양호한 방법은 (중앙 처리 장치(CPU) 및 입출력 장치의 사용을 포함한) 종래의 컴퓨터 시스템의 도움으로 실행되는 유한 요소 해석(FEA) 소프트웨어의 사용을 포함한 FEA의 사용이다. 적당한 FEA 소프트웨어는 미국 펜실바니아주 캐논스버그 소재의 안시스, 인크(Ansys, Inc.)에 의해 상표명 "ANSYS"로 시판되는 것을 포함하여 상업적으로 입수 가능하다. FEA는 제품을 수학적으로 모델링하는 것과, 연속적인 세라믹 산화물 섬유들 및 가능한 다른 세라믹 산화물 재료들의 배치가 요구 성질 수준을 제공하는 영역들을 확인하는 것을 돕는다. 비선형 기하학적 형상에 대해, 보다 양호한 설계를 얻기 위하여 FEA의 수 회의 반복을 실행하는 것이 통상적으로 필요하다.
도1을 참조하면, 본 발명에 따른 세라믹 산화물 프리폼(10)은 실질적으로 연속적인 종방향 정렬된 세라믹 산화물 섬유(12)들과, 다공성 세라믹 산화물 재료(14)를 포함한다. (다공성 소결 세라믹 산화물 재료를 포함한) 양호한 다공성 세라믹 산화물 재료는 알파 알루미나를 포함한다.
본 발명의 연속적인 강화 섬유는 서로에 대해 대체로 평행하도록 실질적으로 종방향으로 정렬된다. 이들 섬유들은 개별 섬유들로서 세라믹 산화물 프리폼 내로 합체될 수 있지만, 이들은 보다 통상적으로는 번들(bundle) 또는 토우(tow)의 형태인 섬유 그룹으로서 프리폼 내로 합체된다. 번들 또는 토우 내의 섬유들은 서로 종방향 정렬(즉, 대체로 평행) 관계로 유지된다. 복수개의 번들 또는 토우가 프리폼 내에 이용될 때, 섬유 번들 또는 토우도 서로 종방향 정렬(즉, 대체로 평행) 관계로 유지된다. 통상적으로, 모든 연속적인 강화 섬유들은 개별 섬유 정렬이 이들의 평균적인 종축의 ±10° 이내, 더 양호하게는 ±15° 이내, 가장 양호하게는 ±3° 이내에서 유지되는 기본적으로 종방향으로 정렬된 형태로 유지되는 것이 바람직하다. 직조(woven)되거나 편직(knitted)된 섬유 구성 형태인 연속적인 강화 섬유들은 종방향으로 정렬된 섬유들에 의해 실현되는 높은 섬유 패킹 밀도를 통상적으로는 성취할 수 없다. 따라서, 직조되거나 편직된 섬유 구성을 이용하는 프리폼을 기반으로 하는 금속 침투형 제품은 종방향으로 정렬된 연속적인 강화 섬유들을 갖는 금속 침투형 제품보다 통상적으로 낮은 강도 성질을 나타내어서 덜 바람직하다.
몇몇 프리폼 구성에 대해, 종방향으로 정렬된 세라믹 섬유 섬유들이 직선(즉, 평면 형태로 확장되지 않음)으로 되기보다는 곡선형으로 되는 것이 바람직하거나 필요할 수 있다. 따라서, 예컨대, 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유는 섬유 전체 길이에 걸쳐 평면 형상이거나 비평면 형상일 수 있고, 또는 일부 부분에서는 평면 형상이고 다른 부분에서는 연속적인 강화 섬유들이 프리폼의 곡선 부분 전체에 걸쳐 실질적으로 교차하지 않는 곡선 배열(즉, 종방향으로 정렬됨)로 유지되는 상태로 비평면 형상(즉, 곡선형)일 수 있다. 양호한 실시예에서, 섬유들은 프리폼의 곡선 부분 전체에 걸쳐 서로 실질적인 등거리 관계로 유지된다. 예컨대, 도6A 및 도6D의 실질적으로 연속적인 알파 알루미나 섬유 삽입체(208)의 사시도인 도6C는 종방향으로 정렬된 알파 알루미나 섬유(67)를 도시한다. 종방향으로 정렬된 알파 알루미나 섬유(67)들은 단면선 BB와 CC 사이 그리고 단면선 DD와 EE 사이에서 평면 형상이고, 단면선 CC와 DD 사이에서 곡선형이다. 다르게는, 종방향으로정렬된 세라믹 산화물 섬유들은 이들의 길이 전체에 걸쳐 비평면 형상일 수 있다. 예컨대, 도10을 참조하면, 본 발명에 따른 세라믹 산화물 프리폼(100)은 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유(102)들과, 다공성 세라믹 산화물 재료(104)를 포함하는데, 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유(102)들은 이들의 길이 전체에 걸쳐 곡선형이다. 후자의 형태의 프리폼으로부터 제조될 수 있는 금속 기지 복합재 제품의 예는 도11에 도시된 바와 같은 알루미늄 금속 기지 복합재 링이다. 링(110)은 금속(112) 및 세라믹 산화물 프리폼(100)(도 10 참조)으로 구성된다. 예컨대, 이러한 링은 링이 큰 원심력을 받게 되는 고속 회전 기계에 유용하다.
다른 태양에서, 몇몇 프리폼 구성에 대해, 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유의 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 가닥(즉, 하나의 가닥은 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 하나의 층(양호하게는, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유로 구성된 토우들의 적어도 하나의 층)이다)을 갖는 것이 바람직하거나 요구될 수 있다. 가닥은 여러 방식 중 어느 하나의 방식으로 서로에 대해 배향될 수 있다. 서로에 대한 가닥들의 관계의 예가 도12 및 도13에 도시되어 있다. 도12를 참조하면, 본 발명에 따른 세라믹 산화물 프리폼(120)은 다공성 세라믹 산화물 재료(124) 내에 고정된 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들의 제1 및 제2 가닥(121, 122)을 포함하며, 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들의 제1 가닥(121)은 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들의 제2 가닥(122)에 대해 45°로 위치되지만, 특정 적용에 따라 하나의 가닥의 다른 가닥에 대한 위치 차이는 0° 내지 90°의 각도 내에서 어떠한 위치에도 있을 수 있다. 몇몇 적용을 위한 하나의 가닥의 다른 가닥에 대한 양호한 위치 설정은 약 30° 내지 약 60°의 범위, 또는 심지어는 예컨대 40° 내지 약 50°의 범위 내에 있을 수 있다. 선택적으로, 다공성 세라믹 산화물 재료는 2개 이상의 가닥들 사이에 있을 수 있다.
섬유들의 그룹화는 도13에 도시된 바와 같이 섬유들로 감싸여지는 것으로부터 이익을 얻을 수 있는데, 도13에서는 세라믹 산화물 섬유(131)들이 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유(132)들의 둘레에 나선형으로 감겨져 있다. 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들의 가닥들에 의해 제공되는 성질들로부터 이익을 얻을 수 있는 금속 기지 복합재 제품의 예는 사용시 2개의 수직축을 중심으로 굽힘력을 받는 제품이다.
본 발명에 따른 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 데 사용되는 실질적으로 연속적인 강화 섬유들은 바람직하게는 적어도 약 5μ의 평균 직경을 갖는다. 양호하게는, 평균 섬유 직경은 약 250μ 이하이고, 더 양호하게는 약 100μ 이하이다. 섬유들의 토우에 대해서는, 평균 섬유 직경은 양호하게는 약 50μ 이하, 더 양호하게는 약 25μ 이하이다.
양호하게는, 섬유들은 약 70GPa 초과, 더 양호하게는 적어도 100GPa, 적어도 150GPa, 적어도 200GPa, 적어도 250GPa, 적어도 300GPa 또는 심지어는 적어도 350GPa의 영 계수를 갖는다.
양호하게는, 세라믹 산화물 섬유는 적어도 약 1.4GPa, 더 양호하게는 적어도 약 1.7GPa, 보다 더 양호하게는 적어도 약 2.1GPa, 가장 양호하게는 적어도 약2.8GPa의 평균 인장 강도를 갖는다.
본 발명에 따른 금속 기지 복합재를 제조하는 데 유용할 수 있는 실질적으로 연속적인 섬유들의 예는 알파 알루미나 섬유, 알루미노실리케이트 섬유 및 알루미노보로실리케이트 섬유 등의 알파 알루미나 섬유들을 포함한다. 세라믹 산화물 섬유들은 단일 필라멘트들 또는 함께 그룹화된 필라멘트(filament)(예컨대, 얀(yarn) 또는 토우)로서 상업적으로 입수 가능하다. 얀 또는 토우는 양호하게는 토우 당 적어도 750개의 개별 섬유들, 더 양호하게는 토우 당 적어도 2550개의 개별 섬유들을 포함한다. 토우는 섬유 기술 분야에서 공지되어 있으며, 로프 형태로 수집된 복수개의 (개별) 섬유(통상적으로 적어도 100개의 섬유, 더 양호하게는 통상적으로 적어도 400개의 섬유)를 의미한다. 세라믹 산화물 섬유의 토우들을 포함하는 세라믹 산화물 섬유들은 다양한 길이로 입수 가능하다. 섬유들은 원형 또는 타원형인 단면 형상을 가질 수 있다.
알루미나 섬유를 제조하는 방법은 당해 기술 분야에서 공지되어 있으며, 우드(Wood) 등에게 허여된 미국 특허 제4,954,462호에 기재된 방법을 포함한다. 양호하게는, 알루미나 섬유는 다결정 알파 알루미나계 섬유이며, 이론적인 산화물 기준으로 그리고 알루미나 섬유의 총 중량을 기준으로 약 99 중량% 초과의 Al2O3및 약 0.2 내지 0.5 중량%의 SiO2를 포함한다. 다른 태양에서, 양호한 다결정 알파 알루미나계 섬유는 1μ 미만(더 양호하게는 0.5μ 미만)의 평균 입자(grain) 크기를 갖는 알파 알루미나를 포함한다. 다른 태양에서, 양호한 다결정 알파 알루미나계섬유는 적어도 1.6GPa(양호하게는 적어도 2.1GPa, 더 양호하게는 적어도 2.8GPa)의 평균 인장 강도를 갖는다. 양호한 알파 알루미나 섬유는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M 캄파니로부터 상표명 "NEXTEL 610"으로 상업적으로 입수 가능하다. 3M 캄파니로부터 입수 가능하고 섬유의 총 중량을 기준으로 약 89 중량%의 Al2O3, 10 중량%의 ZrO2및 약 1 중량%의 Y2O3를 포함하는 다른 알파 알루미나 섬유는 상표명 "NEXTEL 650"으로 시판되는 것이다.
적당한 알루미노실리케이트 섬유는 카스트(Karst) 등에게 허여된 미국 특허 제4,047,965호에 기재되어 있다. 양호하게는, 알루미노실리케이트 섬유는 이론적인 산화물 기준으로 그리고 알루미노실리케이트 섬유의 총 중량을 기준으로 약 67 내지 85 중량% 범위 내의 Al2O3및 약 15 내지 약 33 중량% 범위 내의 SiO2를 포함한다. 몇몇 양호한 알루미노실리케이트 섬유는 이론적인 산화물 기준으로 그리고 알루미노실리케이트 섬유의 총 중량을 기준으로 약 67 내지 77 중량% 범위 내의 Al2O3및 약 23 내지 약 33 중량% 범위 내의 SiO2를 포함한다. 하나의 양호한 알루미노실리케이트 섬유는 이론적인 산화물 기준으로 그리고 알루미노실리케이트 섬유의 총 중량을 기준으로 약 85 중량%의 Al2O3및 약 15 중량% 범위 내의 SiO2를 포함한다. 다른 양호한 알루미노실리케이트 섬유는 이론적인 산화물 기준으로 그리고 알루미노실리케이트 섬유의 총 중량을 기준으로 약 73 중량%의 Al2O3및 약 27 중량% 범위 내의 SiO2를 포함한다. 양호한 알루미노실리케이트 섬유는 3M 캄파니로부터 상표명"NEXTEL 720" 및 "NEXTEL 550"으로 상업적으로 입수 가능하다.
적당한 알루미노보로실리케이트 섬유는 소우만(Sowman)에게 허여된 미국 특허 제3,795,524호에 기재되어 있다. 알루미노보로실리케이트 섬유는 이론적인 산화물 기준으로 그리고 알루미노보로실리케이트 섬유의 총 중량을 기준으로 약 35 내지 75 중량%(더 양호하게는 약 55 내지 75 중량%)의 Al2O3, 0 중량% 초과(더 양호하게는, 적어도 약 15 중량%) 약 50 중량% 미만(더 양호하게는 약 45 중량% 미만, 가장 양호하게는 약 44 중량% 미만)의 SiO2, 및 약 5 중량% 초과(더 양호하게는 약 25 중량% 미만, 보다 더 양호하게는 약 1 내지 5 중량%, 가장 양호하게는 약 2 내지 20 중량%)의 B2O3를 포함한다. 양호한 알루미노보로실리케이트 섬유는 3M 캄파니로부터 상표명 "NEXTEL 312" 및 "NEXTEL 440"으로 상업적으로 입수 가능하다.
상업적으로 입수 가능한 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유는 윤활성을 제공하고 섬유 스트랜드(strand)를 취급 중에 보호하기 위하여 제조 동안에 섬유에 첨가되는 유기 풀칠(sizing) 재료를 통상적으로 포함한다. 풀칠은 섬유의 파단을 감소시키고, 정전기를 감소시키며, 예컨대 직물로의 전환 중에 먼지의 양을 감소시키는 것으로 여겨진다. 풀칠은 예컨대 용해하거나 태워 없앰으로써 제거될 수 있다.
세라믹 산화물 섬유 상에서 피복을 갖는 것도 본 발명의 범주 내에 있다. 예컨대, 피복은 섬유의 습윤성(wettability)을 향상시키거나 섬유들과 용융 금속 기지 재료 사이의 반응을 감소 또는 방지하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 피복을 제공하는 피복법 및 기술은 섬유 및 금속 기지 복합재 분야에서 공지되어 있다.
다공성 세라믹 산화물 프리폼은 예컨대 연속적인 섬유들 둘레에 불연속적인 세라믹 산화물 섬유(휘스커 포함)의 슬러리(slurry)를 피복함으로써 제조될 수 있다. 통상적으로, 연속적인 섬유들이 생성되는 세라믹 산화물 재료 내에서 적절히 위치되도록 공동 내에 위치된다. 연속적인 섬유는 결과적인 세라믹 산화물 재료에 적절히 위치되는 공동 내에 위치된다. 공동은 요구되는 형상을 제공하도록 구성되지만, 세라믹 산화물 프리폼의 요구되는 형태를 제공하기 위하여 생성되는 세라믹 산화물 재료를 예컨대 기계 가공에 의해 재성형하는 것도 본 발명의 범주 내에 있다.
적당한 불연속적인 세라믹 산화물 섬유(휘스커 포함)는 알파 알루미나 및 (델타 알루미나 등의) 전이 알루미나를 포함한 알루미나로 제조된 섬유, 알루미노실리케이트 섬유, 및 알루미노보로실리케이트 섬유를 포함하며, 이러한 재료를 제조하는 방법 및/또는 그 재료 공급원은 당해 기술 분야에서 공지되어 있다. 불연속적인 섬유는 예컨대 (전술한 연속적인 섬유를 포함한) 연속적인 섬유를 절단 또는 쵸핑(chopping)함으로써 제조될 수 있다. 상업적으로 입수 가능한 불연속적인 세라믹 산화물 섬유의 예는 영국 위드니스 소재의 제이&제이 다이슨(J&J Dyson)으로부터 상표명 "SAFFIL"으로, 미국 조지아주 오거스타 소재의 써멀 세라믹스 인크.(Thermal Ceramics Inc.)로부터 상표명 "KAOWOOL"로, 그리고 미국 뉴욕주 나이아가라 폴 소재의 유니프랙스(Unifrax)로부터 상표명 "FIBERFRAX"로 시판되는 것을 포함한다.
통상적으로, 불연속적인 섬유는 직경이 약 1 내지 20μ 범위, 양호하게는 약 3 내지 12μ 범위 내에 있고 길이가 약 2.5cm까지, 양호하게는 1.2cm 미만이지만, 휘스커는 통상적으로 약 6 내지 12μ의 범위 내의 길이를 갖는다.
선택적으로, 슬러리는 (알파 알루미나를 포함한) 알루미나 입자, 알루미노실리케이트 입자 및 알루미노보로실리케이트 입자 등의 세라믹 산화물 입자들을 더 포함할 수 있다. 통상적으로, 입자들의 양호한 평균 입자 크기는 약 0.05 내지 50μ의 범위 내에 있다. 슬러리는 (다른 상을 만드는 다공성 세라믹 산화물 프리폼의 제조에 사용되는 다른 구성 성분들과의 반응(예컨대, 슬리카는 알루미나와 반응하여 멀라이트(mullite)를 형성함)에 의해) 무결성을 향상시키는 것을 도울 수 있는 콜로이드 실리카, 콜로이드 알루미나 등의 세라믹 산화물 접합 재료를 더 포함할 수 있다.
적당한 슬러리는 당해 기술 분야에서 공지된 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 통상적으로, 슬러리는 불연속적인 섬유들을 물 등의 액상 매체 내에 분산시킴으로써 형성된다. 연속적인 섬유들의 취급 및 위치 설정을 돕기 위하여, 섬유 삽입체(예컨대, 리본)가 사용될 수 있다. 섬유 삽입체는 결합제 재료에 의해 함께 유지되는 복수개의 연속적인 섬유들을 포함한다. 도2를 참조하면, 섬유 삽입체(20)는 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유(22)들과, (토우(23) 내에 도시된 것과 같은) 섬유(22)들을 섬유 삽입체 내로 고정하는 역할을 하는 소멸성 결합제 재료(24)를 포함한다. 결합제 재료(24)는 섬유 삽입체(20)를 형성하기에 필요한 정도까지만 섬유들과 접촉하며, 모든 섬유들과 반드시 접촉할 필요는 없다. 예컨대, 내부 섬유들은 결합제 재료와 접촉하지 않을 수 있다.
섬유 삽입체를 제조하기 위한 결합제 재료를 선택하는 데 있어서, 존재한다면 결합제 재료가 세라믹 산화물 프리폼의 성질에 대해 끼칠 수 있는 부작용뿐만 아니라 결합제 재료가 세라믹 산화물 프리폼의 사용에 끼칠 수 있는 영향력이 고려된다(예컨대, 존재한다면 결합제 재료가 세라믹 산화물 프리폼으로 제조된 금속 기지 복합재 제품의 성질에 줄 수 있는 부작용이 고려된다).
결합제 재료는 연속적인 섬유들을 함께 일시적으로 접합하기 위해 그리고 섬유들을 취급하고 섬유들을 궁극적으로 세라믹 산화물 프리폼 내에 배치시키는 것을 돕기 위해 사용된다. 양호하게는, 결합제 재료는 잔류물 또는 재를 남기지 않고 프리폼 제조 공정의 하소 단계 중에 비교적 낮은 온도에서 태워 없애지는 소멸성 재료일 수 있다. 하나의 양호한 소멸성 결합제 재료는 용해점 이상으로 가열될 수 있고 섬유들을 요구되는 바와 같이 유지하기 위해 섬유들에 인가되어 고화될 수 있는 왁스(즉, 파라핀)이다. 다른 양호한 소멸성 결합제 재료는 폴리비닐 알콜(PVA), 폴리비닐 피롤리돈(PVP) 및 이들의 조합 등의 수용성 중합체를 포함한다. 다른 적당한 소멸성 결합제 재료는 미국 뉴저지주 웨스트 패터슨 소재의 사이텍 인더스트리즈(Cytec Industries)에 의해 시판되는 것과 같은 에폭시(이전에 상표명 "SP381 SCOTCHPLY ADHESIVE"로 3M 캄파니에 의해 시판됨)를 포함할 수 있다.
전술된 바와 같이, 세라믹 산화물 프리폼은 통상적으로는 소정 목적을 위해 설계되며, 결과적으로 소정 성질 및 소정 형태를 갖도록 그리고 소정 재료로 제조되도록 요구된다. 통상적으로, 망상(net shape)에 가까운 형상을 형성하도록 주조될 제품의 요구 형상을 제공하기 위하여 주형이 선택되거나 제조된다. 망상 또는 망상에 가까운 제품을 형성하는 것은 예컨대 주조 제품의 후속의 기계 가공 또는 다른 사후 주조 처리에 대한 필요성 및 그 비용을 최소화하거나 제거할 수 있다. 생성되는 세라믹 산화물 재료를 위한 요구 형상을 갖도록 공동이 선택되거나 제조된다. 통상적으로, 생성되는 세라믹 산화물 프리폼에서 연속적인 섬유들을 적절히 위치시키기 위하여 연속적인 섬유들을 요구 위치에서 유지하도록 공동이 제조되거나 개조된다. 적당한 공동을 제조하는 기술은 당해 기술 분야의 숙련자에게 공지되어 있다. 이러한 공동은 목재, 플라스틱, 그라파이트 및 강철(예컨대, 스테인레스강) 등의 강성 재료로 제조될 수 있다. 슬러리부터의 액체의 제거를 용이하게 하기 위하여, 하나 이상의 구멍이 주형에 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 미가공 세라믹 산화물 프리폼은 예컨대 연속적인 섬유들을 공동 내에 위치 설정하고, 불연속적인 세라믹 섬유들을 포함하는 슬러리를 공동 내로 도입시키며, 슬러리로부터 액체를 제거함으로써 제조될 수 있다. 통상적으로, 액체는 공동에서의 구멍을 통해 제거된다. 구멍을 통한 액체의 제거는 진공에 의해 향상될 수 있다. 양호하게는, 진공은 100kPa(1000mbar) 미만, 더 양호하게는 85kPa(850mbar) 미만이다. 다르게는 또는 진공에 더하여, 공동으로부터의 액체의 제거는 압력을 인가함으로써 향상될 수 있다.
미가공 프리폼이 공동 내에서 건조되지 않는다면, 통상적으로는 프리폼은 공동으로부터의 제거 이후에 그리고 하소 또는 소결 이전에 건조된다. 양호하게는,프리폼은 약 70 내지 100℃, 더 양호하게는 85 내지 100℃의 범위 내의 적어도 하나의 온도에서, 통상적으로 가장 양호하게는 약 100℃에서 건조된다.
미가공 프리폼은 통상적으로 소결 이전에 하소된다. 액상의 형성을 위해 요구되는 것보다 낮은 온도에서 고상 반응에 의해 재료를 접합시키는 온도까지 재료를 가열하는 소결과는 달리, 하소는 용융 없이 자유 수분(free water) 그리고 양호하게는 임의의 구속된 휘발성 성분들의 적어도 약 90 중량%를 제거하는 온도까지 재료를 가열하는 것이다.
통상의 하소 온도는 약 400 내지 800℃, 양호하게는 약 600 내지 800℃의 범위 내에 있다. 통상적인 소결 온도는 약 900 내지 1150℃, 양호하게는 약 950 내지 1100℃, 더 양호하게는 약 950 내지 1100℃의 범위 내에 있다.
건조, 하소 및 소결 시간은 예컨대 프리폼의 형태(크기 포함)뿐만 아니라 관련 재료에 따라 좌우될 수 있다.
연속적인 섬유들의 길이에 대한 불연속적인 섬유들의 배향은 본 발명에 따른 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 데 사용되는 제조 공정에 의해 조절될 수 있다. 예컨대, (측면과는 달리) 공동의 바닥(또는 상부)으로부터 액체를 우선적으로 제거하기 위해 슬러리를 보유하도록 사용되는 공동의 바닥에서의 위치 설정 구멍들은 최대량의 불연속적인 섬유들이 우선적으로 공동의 측면의 길이에 직각이기보다는 평행하게 위치된 연속적인 섬유들의 길이에 더욱 평행하게 되게 할 수 있다. 예컨대, 도3을 참조하면, 결합제 재료(33)에 의해 함께 유지되는 복수개의 연속적인 섬유(32)들을 포함하는 섬유 삽입체 또는 리본(31)은 공동(34) 내에 위치된다. 연속적인 섬유(32)들의 길이는 공동(34)의 측면에 평행하고 공동(34)의 바닥(36)에 직각이다. 슬러리(37)로부터의 액체는 구멍(38)을 통해 제거되어 최대량의 불연속 섬유들이 우선적으로 연속적인 섬유(32)의 길이에 대해 평행하기보다는 보다 직각이 되도록 한다.
양호하게는, 액체의 제거는 진공의 도움을 받는다. 예컨대, 섬유 삽입체는 섬유 삽입체의 각각의 단부에 있는 클립들에 의하여 요구 위치에 유지되도록 주형 내에 고정될 수 있다. 하나의 진공 형성 기술에서, 진공 하에서의 수분 제거를 위하여 주형의 일 측면 상에 체(screen)가 배치된다. 체의 배치는 불연속적인 섬유들의 요구되는 배향에 의해 결정된다. 예컨대, 불연속적인 섬유들을 연속적이고 종방향으로 정렬된 섬유들의 길이에 대해 수직이 되도록 우선적으로 정렬시키는 것이 요구된다면, 체는 섬유들의 길이에 직각으로 섬유 길이의 단부들 중 하나에 위치될 수 있다. 슬러리는 예컨대 주형을 슬러리 내에 담근 후 주형으로부터 슬러리를 제거 또는 펌핑함으로써 부가될 수 있다. 진공은 액체를 배출시키도록 주형의 체 쪽으로 인가될 수 있다. 액체가 제거된 때, 불연속적인 섬유들은 우선적으로 연속적인 섬유들의 길이에 대하여 정렬된다. 보다 많은 수분을 밀어내도록 후속의 압력이 섬유들에 인가될 수 있고, 후속의 압력은 불연속적인 섬유들이 밀집되게 하는 것을 도울 수도 있다.
유사하게, 예를 들면 (상부 또는 바닥과는 달리) 공동의 측면으로부터 액체를 우선적으로 제거하기 위해 슬러리를 보유하도록 사용되는 공동의 측면에서의 위치 설정 구멍들은 최대량의 불연속적인 섬유들이 우선적으로 공동의 측면의 길이에직각이기보다는 평행하게 위치된 연속적인 섬유들의 길이에 더욱 평행하게 되게 할 수 있다.
본 발명에 따른 세라믹 산화물 프리폼은 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들의 하나 이상의 그룹(예컨대, 2개의 그룹, 3개의 그룹 등)을 포함할 수 있는데, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들의 그룹은 사이에 다공성 세라믹 산화물 재료를 두고 다른 그룹으로부터 이격되어 있다. 예컨대, 도1을 다시 참조하면, 세라믹 산화물 프리폼(10)은 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유(12)들의 그룹(12A, 12B 및 12C)과, 다공성 세라믹 산화물 재료(14)를 포함한다.
세라믹 산화물 프리폼은 봉(원형, 직사각형 또는 정사각형 단면을 갖는 봉), I-빔 또는 튜브를 포함하는 다양한 형상들 중 어느 하나의 것일 수 있다. 세라믹 산화물 프리폼은 길이가 길 수 있고 실질적으로 일정한 단면적을 가질 수 있다.
몇몇 적용에 대하여, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들 및 다공성 세라믹 산화물 재료를 포함하는, 도1의 세라믹 산화물 프리폼(10)과 같은 다공성 세라믹 산화물 프리폼은 금속 기지 복합재 제품을 강화하기 위한 삽입체 또는 프리폼으로서 사용될 수 있다. 세라믹 산화물 프리폼의 몇몇 사용에 대하여, 본 발명에 따른 하나 이상의 세라믹 산화물 프리폼을 수용하는 적어도 하나의 구멍을 갖는 제2 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 것이 바람직할 수 있다. 예컨대, 도4를 참조하면, 세라믹 산화물 프리폼(40)은 다공성 세라믹 산화물 재료(42)로 구성되고, 본 발명에 따른 세라믹 산화물 프리폼을 수용하기 위한구멍(44A, 44B, 44C, 44D, 44E)들을 갖는다. 도시된 바와 같이, 구멍(44A, 44B, 44C, 44D, 44E)들은 다공성 세라믹 산화물 프리폼(10)(도1 참조)을 각각 수용하도록 설계된다. 제2 세라믹 산화물 프리폼은 전술된 바와 같이 그리고 당해 기술 분야에서 공지된 기술에 의해 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 하나의 양호한 실시예에서, 제1 다공성 재료의 영 계수는 제2 다공성 재료의 영 계수보다 크고, 연속적인 섬유들의 영 계수는 제1 다공성 재료의 영 계수보다 크다.
연속적인 섬유들을 위한 구멍을 제공하고 섬유들을 구멍 내로 삽입하는 것을 포함한, 연속적인 섬유들을 고정하는 세라믹 산화물 재료의 형성도 본 발명의 범주 내에 있다.
세라믹 산화물 프리폼의 형성과 관련한 추가의 상세 사항에 대해서는, 예컨대 켄너크네흐트(Kennerknecht)에게 허여된 미국 특허 제5,394,930호와, 1987년 5월 28일 및 1988년 9월 14일에 각각 공개 및 공고된 영국 특허 문헌 제2,182,970 A 및 B호를 참조하기로 한다. 당해 기술 분야의 숙련자가 본 명세서에서의 기재를 검토한 후에는 이들에게 다른 기술 및 다른 양호한 조건들이 명백하게 될 수 있다.
본 발명에 따른 세라믹 산화물 프리폼에 대한 양호한 용도는 금속 기지 복합재에서의 강화재로서이다. 본 발명에 따른 다공성 세라믹 산화물 프리폼으로부터 제조된 본 발명에 따른 금속 기지 복합재 제품의 일례가 도6A, 도6B, 도6C 및 도6D에 도시되어 있다. 동력 차량(예컨대, 자동차, 스포츠 유틸리티 차량, 밴 또는 트럭)용 브레이크 캘리퍼(60)는 금속(예컨대, 알루미늄)(62) 및 본 발명에 따른 세라믹 산화물 프리폼으로 구성된다. 도6D 및 도6E는 선 FF 및 GG를 따른 도6B의 횡단면도이다. 도6D 및 도6E에서, 세라믹 산화물 프리폼(200)은 다공성 세라믹 산화물 재료(202, 204)와, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유(68, 67)를 각각 포함하는 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유 삽입체(206, 208)를 포함한다.
본 발명에 따른 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 합체한 브레이크 캘리퍼뿐만 아니라 이 브레이크 캘리퍼를 이용하는 동력 차량(예컨대, 자동차, 스포츠 유틸리티 차량, 밴, 또는 트럭)용 브레이크 시스템의 다른 예시적인 구성이 도5에 도시되어 있다. 동력 차량용 디스크 브레이크의 일례는 로터(rotor)와, 로터의 대향 측면들 상에 배치되어 상호 제동 결합 상태로 이동 가능한 내부 및 외부 브레이크 패드와, 내부 브레이크 패드를 로터에 대해 가압하는 피스톤과, 브레이크 캘리퍼를 포함하는데, 상기 브레이크 캘리퍼는 로터의 일 측면 상에 위치되어 피스톤을 내장하는 실린더를 갖는 몸체 부재와, 로터의 다른 측면 상에 위치되어 외부 브레이크 패드를 지지하는 아암(arm) 부재와, 로터의 평면을 가로질러 몸체 부재와 아암 부재 사이에서 연장하는 브리지(bridge)를 포함한다. 도5를 다시 참조하면, 디스크 브레이크 조립체(50)는 몸체 부재(52)로 형성된 브레이크 캘리퍼 하우징(51)과, 아암 부재(54)와, 일 단부에서 몸체 부재(52)에 연결되고 타단부에서 아암 부재(54)에 연결된 브리지(56)를 포함한다. 몸체 부재(52)는 내부 브레이크 패드(57)를 가압하는 피스톤(55)을 활주 가능하게 수용하는 대체로 원통형인 홈(53)을 갖는다. 아암 부재(54)의 내부면(46)은 내부 브레이크 패드(57)와 대면하는 외부 브레이크 패드(59)를 지지한다. 차량의 차륜(도시 안됨)에 연결된 브레이크 로터(47)는 내부 및 외부 브레이크 패드(57, 59)들 사이에 놓인다. 연속적인 알파 알루미나 산화물 섬유(12a') 및 다공성 세라믹 산화물 재료(14a')를 포함하는 세라믹 산화물 프리폼(10a')은 브리지(56) 내에 위치된다.
피스톤(55)의 유압 또는 다른 작동은, 당해 기술 분야에서 공지된 바와 같이, 내부 브레이크 패드(57)가 로터(47)의 일 측면에 대해 가압되게 하고 반작용 힘에 의해 캘리퍼 하우징(51)이 부유되게 함으로써 외부 브레이크 패드(59)가 로터(47)의 다른 측면과 맞닿게 된다.
본 발명에 따른 세라믹 산화물 프리폼을 합체한 금속 기지 복합재 브레이크 캘리퍼를 사용하는 디스크 브레이크의 예는 고정식, 부유식 및 활주식을 포함한다. 브레이크 캘리퍼 및 브레이크 시스템에 관한 추가 상세 사항은 예컨대 오기노(Ogino)에게 허여된 미국 특허 제4,705,093호 및 판테일(Pantale)에게 허여된 미국 특허 제5,234,080호에서 알 수 있다.
본 발명에 따른 세라믹 산화물 프리폼으로 제조될 수 있는 금속 기지 복합재 제품의 다른 예는 자동차 부품(예컨대, 자동차 제어 아암 및 자동차 리스트 핀(wrist pin))과, 총기 부품(예컨대, 선조 강철 라이너(rifled steel liner)용 배럴 지지체)을 포함한다.
통상적으로, 본 발명에 따른 세라믹 산화물 프리폼으로 제조된 금속 기지 복합재 제품은 연속적인 세라믹 섬유를 포함하는 영역에서 그 영역의 총 체적을 기준으로 약 30 내지 45 체적%(양호하게는 약 35 내지 45 체적%, 더 양호하게는 약 35 내지 40 체적%) 범위 내의 금속과, 약 55 내지 70 체적%(양호하게는 약 55 내지 65체적%, 더 양호하게는 약 60 내지 65 체적%) 범위 내의 연속적인 세라믹 섬유들을 포함한다. 더욱이, 연속적인 세라믹 섬유들을 고정하는 다공성 세라믹 산화물 재료를 포함하는 영역은 그 영역의 총 체적을 기준으로 통상적으로 약 20 내지 90 체적%(양호하게는 약 60 내지 90 체적%, 더 양호하게는 약 80 내지 85 체적%) 범위 내의 금속과, 약 5 내지 80 체적%(양호하게는 약 10 내지 60 체적%, 더 양호하게는 약 5 내지 15 체적%) 범위 내의 다공성 세라믹 산화물 재료를 포함한다.
연속적인 섬유 영역에서의 금속 기지 복합재의 섬유 및 금속 체적 함량은 금속 침투 중에 연속적인 섬유들의 상당한 이동없이 균질의 복합재를 생산하려는 요구에 의해 대체로 지배된다. 섬유 함량이 너무 낮다면, 금속 침투 중에 연속적인 섬유들의 이동을 방지하거나 최소화하는 것이 더 곤란하다. 불연속적인 섬유 영역에 있어서, 복합재의 섬유 및 금속 체적 함량은 증가된 강도 및 강성 대 감소된 연성 및 기계 가공성 사이의 균형에 의해 대체로 지배된다. 금속 기지 복합재를 포함하는 금속은 양호하게는 섬유 외부 상에서의 보호 피복을 제공할 필요성을 제거하기 위하여 기지 재료가 세라믹 산화물 재료, 특히 연속적인 섬유와 화학적으로 현저하게 반응하지 않도록(즉, 금속성이고 용해하기 어려운 재료에 대해 비교적 화학적으로 불활성이 되도록) 선택된다. 양호한 금속 기지 재료는 알루미늄, 아연, 주석 및 이들의 합금(예컨대, 알루미늄 및 구리의 합금)을 포함한다. 더 양호하게는, 기지 재료는 알루미늄 및 그 합금을 포함한다. 알루미늄 기지 재료에 대해, 기지 재료는 양호하게는 적어도 98 중량%의 알루미늄, 더 양호하게는 적어도 99 중량%의 알루미늄, 보다 더 양호하게는 99.9 중량% 초과의 알루미늄, 가장 양호하게는 99.95 중량% 초과의 알루미늄을 포함한다. 양호한 알루미늄 합금은 적어도 약 98 중량%의 Al 및 약 2 중량%까지의 Cu를 포함하는 합금과 같이 알루미늄 및 구리를 포함한다. 고순도 금속이 고인장 강도 재료를 제조하는 데 양호한 경향이 있지만, 순도가 낮은 형태의 금속도 유용하다.
적당한 금속은 상업적으로 입수 가능하다. 예컨대, 알루미늄은 미국 펜실바니아주 피츠버그 소재의 알코아(Alcoa)로부터 상표명 "SUPER PURE ALUMINUM; 99.99% Al"으로 입수 가능하다. 알루미늄 합금(예컨대, Al-2 중량% Cu (0.03 중량%의 불순물))은 미국 뉴욕주 뉴욕 소재의 벨몬트 메탈스(Belmont Metals)로부터 얻어질 수 있다. 다른 유용한 알루미늄 합금은 통상적으로 "295", "319", "354", "355", "356", "357", "380", "295", "713" 및 "6061"로 표시되는 것을 포함한다. 아연 및 주석은 예컨대 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 메탈 서비시즈(Metal Services)로부터 입수 가능하다("순 아연"; 99.99% 순도 및 "순 주석"; 99.95% 순도). 주석 합금의 예는 (예컨대, 550℃의 용융 주석 욕(bath)에 알루미늄을 첨가하고 혼합물이 사용 전에 12 시간 동안 유지되게 함으로써 제조될 수 있는) 92 중량% Sn-8 중량% Al을 포함한다. 주석 합금의 예는 (예컨대, 550℃의 용융 아연 욕에 알루미늄을 첨가하고 혼합물이 사용 전에 12 시간 동안 유지되게 함으로써 제조될 수 있는) 90.4 중량% Zn-9.6 중량% Al을 포함한다.
금속 기지 복합재 재료를 제조하는 특정 섬유, 기지 재료 및 고정 단계들은 요구 성질을 갖는 금속 기지 복합재 제품을 제공하도록 선택된다. 예컨대, 섬유 및 금속 기지 재료는 요구 제품을 제조하기 위하여 상호간에 그리고 제품 제조 공정과 충분히 친화적이도록 선택된다. 알루미늄 및 알루미늄 합금 기지 복합재를 제조하는 몇몇 양호한 기술에 관한 추가의 상세 사항은 예컨대 출원 계류 중인 1995년 6월 21일자 출원의 미국 특허 출원 제08/492,960호와 2000년 7월 14일자 출원의 미국 특허 출원 제09/616,589호 및 제09/616,594호와, 1997년 1월 9일자 공개된 국제 공개 제WO 97/00976호인 PCT 국제 출원에 기재되어 있다.
본 발명에 따른 세라믹 산화물 프리폼을 사용하는 금속 기지 복합재의 제조는 당해 기술 분야에서 공지된 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 제조는 용융 금속을 다공성 프리폼에 침투시키는 것을 포함한다. 통상적으로, 용융 금속이 세라믹 산화물 프리폼에 접촉될 때 세라믹 산화물 프리폼이 상승된 온도(예컨대, 750 내지 800℃)에 있는 것이 바람직하다. 이러한 기술은 당해 기술 분야에서 공지되어 있고, 금속을 형성하는 공동 또는 주형 내에 프리폼이 위치되기 전에 프리폼을 가열하거나, 세라믹 산화물 프리폼이 공동 또는 주형 내부에 위치된 후에 공동 또는 주형을 가열하는 것을 포함한다.
세라믹 산화물 프리폼으로부터 금속 기지 복합재를 제조하는 것과 관련한 추가의 상세 사항은 예컨대 오기노(Ogino)에게 허여된 미국 특허 제4,705,093호, 판테일(Pantale)에게 허여된 미국 특허 제5,234,080호 및 켄너크네흐트(Kennerknecht)에게 허여된 미국 특허 제5,394,930호에서 알 수 있다.
또한, 세라믹 산화물 프리폼의 형성과, 세라믹 산화물 프리폼으로부터 제조된 금속 기지 복합재 제품에 관한 추가의 상세 사항에 대해서는, 예컨대 2000년 9월 28일자 출원의 미국 특허 가출원 제60/236,091호 및 제60/236,092호와, 본 출원과 동일자 출원된 미국 특허 출원 제 호 및 제 호(대리인 정리 번호: 55954US002 및 56046US007)를 참조하기로 한다.
금속 기지 복합재에서의 강화재로서의 사용에 더하여, 본 발명에 따른 세라믹 산화물 프리폼은 필터, 단열재, 및 촉매 기판으로서 사용될 수도 있다.
본 발명은 이하의 예에 의해 더 설명되지만, 다른 조건 및 세부 사항들뿐만 아니라 상기 예들에 언급된 특정 재료 및 그 양이 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명에 대한 다양한 변경 및 수정은 본 기술 분야의 당업자에게 명백한 것이다. 달리 표시되지 않는다면, 비율(part) 및 백분율은 중량 기준이다.
주철 브레이크 캘리퍼는 연속적인 알파 알루미나 섬유로 강화된 알루미늄(상표명 "NEXTEL 610"으로 미국 미네소타주 세이트 폴 소재의 3M 캄파니로부터 입수 가능하며, 10,000 데니어이고, 그 영 계수는 대략 370㎬이고, 평균 인장 강도는 대략 3㎬임)으로 제조되도록 선택되었다. 이 알루미늄 브레이크 캘리퍼는 캘리퍼 브리지(브레이크 로터에 걸쳐진 캘리퍼의 부분으로부터 연장되는 캘리퍼의 다른 부분)의 영역에서 최소한 동일한 굽힘 강성을 가질 뿐만 아니라 주철 브레이크 캘리퍼와 동일한 치수를 갖도록 설계되었다. 상대적으로 높은 영 계수를 갖는 알파 알루미나 섬유와 상대적으로 낮은 영 계수를 갖는 알루미늄 기지를 이용하는 복합 구성으로부터 최적의 성능을 얻기 위해, 캘리퍼 설계에는 연속적인 알파 알루미나 섬유와 강화되지 않은 알루미늄 사이의 중간 모듈러스(modulus)를 갖는 천이 영역을 제공하도록 (영국 위드니스 소재의 제이&제이 다이슨으로부터 "SAFFIL"이라는 상표명으로 입수가능한) 불연속적인 알루미나 섬유를 함유하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 합체하였다. 즉, 알루미늄이 혼입될 때 이 세라믹 영역은 연속적인 섬유 강화 영역에 의해 생성된 것보다 낮은 섬유 밀도, 짧은 섬유 길이 및 낮은 영 계수의 결과로서 중간 모듈러스를 갖는 영역을 제공하였다. 불연속적인 섬유로부터 형성된 이 세라믹 영역은 알루미늄 브레이크 캘리퍼의 형성 중에 섬유를 기계적으로 지지하는 데에 도움을 줄 뿐만 아니라 안정되고 연속적인 섬유를 함께 제공하도록 또한 기능하였다.
미국 펜실바니아주 캐논스버그 소재의 안시스, 인크.로부터 "ANSYS"라는 상표명으로 입수된 컴퓨터 코드를 이용하는 유한 요소 해석(FEA)이 캘리퍼를 수학적으로 모델링하고 연속적인 알파 알루미나 섬유의 배치가 캘리퍼의 굽힘 강성에 가장 큰 영향을 주는 영역을 확인하는 데에 사용되었다. 이 캘리퍼 설계는 기하학적 형상과 굽힘 강성을 위한 요구 조건을 설정하기 위해 주철 모델로 시작되었다. 이 소프트웨어는 연속적인 섬유의 필요량을 최소화할 뿐만 아니라 연속적인 섬유 강화를 위한 바람직한 배치를 결정하기 위한 19회의 반복 계산을 수행하는 데에 사용되었다. 도6A 및 도6B는 브레이크 캘리퍼 프리폼의 상부 및 하부 측면들을 도시하고, 연속적인 섬유 강화용 배치를 위한 바람직한 위치를 보여 준다. 이 FEA 모델링은 알파 알루미나 섬유("NEXTEL 610"), 불연속적인 알루미나 섬유("SAFFIL") 및 알루미늄 기지의 물리적 특성에 근거하여 알루미늄 혼입 복합 구성에 소정의 모듈러스 및 강도를 발생시키는 데에 필요한 천이 영역 내의 불연속적인 섬유("SAFFIL")의 체적 함량 뿐만 아니라 브리지 영역 내의 연속적인 강화 섬유 및 불연속적인 섬유("SAFFIL")의 체적 함량을 결정하였다. 이 계산에 사용된 영 계수는 알루미늄이 혼입된 불연속적인 알루미나 섬유("SAFFIL")에 대해서는 185㎬이고 단지 알루미늄에 대해서는 70㎬이었다. 최종 설계는 양호한 혼입을 달성하기에 충분한 기공을 가지면서 파단없이 용이하게 취급하기에 충분하게 견고한 다공성 프리폼을 제공하였다.
6개의 재설계된 알루미늄 기지 복합재 브레이크 캘리퍼는 다음과 같이 준비되었다. 12μ의 필라멘트 직경을 갖는 10,000 데니어의 알파 알루미나 섬유("NEXTEL 610")의 토우는 물로 포화되고 대략 3㎜의 두께와 대략 12.5㎝의 폭을 갖는 정사각형 권취기 드럼에 권취되었다. 570개의 토우는 브레이크 캘리퍼(도6B)의 상부 영역용으로 사용되었고, 691개의 토우는 브레이크 캘리퍼(도6A)의 하부 영역에 사용되었다. 알루미늄 드럼의 4개 면의 각각은 길이가 33㎝이고 폭이 20㎝이었다. 이 드럼은 권취기로부터 제거되었고, 물 포화된 토우를 냉동시키기 위해 냉동기 내에 배치되었다. 냉동된 섬유 토우는 FEA에 의해 결정된 다양한 연속적인 강화 섬유 형상(예를 들면, 리본)을 제공하기 위해 다이 컷(die cut)되었다(도6D 및 도6E 참조). 냉동된 섬유 리본은 대략 65 체적%의 연속적인 섬유이었다. 이러한 캘리퍼 설계는 2쌍의 섬유 삽입체, 즉 금속 혼입된 캘리퍼 내의 브리지의 상부를 따라 위치된 제1 쌍(106) 및 상기 브리지의 하부를 따라 위치된 제2 쌍(108)을 이용하였다.
불연속적인 섬유의 다공성 블록은 써멀 세라믹스, 인크.(Thermal Ceramics, Inc.)에 의해 본 출원인을 위해 제조되었다. 이하의 사항이 써멀 세라믹스, 인크.에 의해 요청되었다. 프리폼은 15 체적%의 불연속적인 섬유("SAFFIL")과 85 체적%의 공극률을 갖도록 제조되었다. 이 블록은 불연속적인 섬유("SAFFIL")로 제조되어 상업적으로 시판되고 있는 프리폼을 제조하기 위해 써멀 세라믹스, 인크.의 표준 공정을 이용하여 제조된다.
써멀 세라믹스, 인크.로부터 입수된 다공성 블록의 개방 공극률은 1998년 8월에 공표된 ASTM C20-97에 기초하여 다음과 같이 결정되었다. (개방 공극률을 결정하기 위해 다른 크기 및 형태가 사용될 수 있지만) 1.6㎝ x 1.6㎝ x 5.5㎝ 크기의 5개 샘플이 프리폼으로부터 절단되었다. 공기 호스를 이용하여 상기 샘플들을 세척함으로써 먼지는 제거되었다. 이 샘플들은 110℃(230℉)의 온도로 밤새(대략 18시간 동안) 오븐 내에서 건조되었고 그 중량이 측정되었다. 이 샘플들은 탈이온수 내에서 3시간 동안 끓였고, 실온(대략 25℃)으로 물 속에서 냉각되었고, 이어서 밤새(대략 18시간) 동안 물 속에서 유지되었다. 이 샘플들은 중량이 측정되고 물 속에 현탁되었다. 이 샘플들은 물 속에서 제거되었고, 잉여의 물이 종이 타월을 덮어 흡수되었고, 물 포화된 샘플의 중량이 결정되었다. 이 샘플들은 다시 110℃(230℉)의 온도로 밤새(대략 18시간 동안) 오븐 내에서 건조되었고 그 중량이 측정되었다. 기공의 체적에 해당되는 개방 공극률은 물 포화된 샘플의 중량으로부터 상기 샘플들의 건조 중량을 빼고 포화 액체의 밀도로써 그 결과치를 나눔으로써 결정되었다. 포화 액체, 즉 물의 밀도는 1g/㎤이었다.
대략 8.3㎝ x 19.1㎝ x 15.2㎝ 크기의 다공성 블록의 조각은 도6D에 도시된 형상을 제공하기 위해 기계 가공되었다. 이 다공성 프리폼(200)은 상호 활주가능하게 결합된 2개의 상호 결합된 부분으로 구성되며 이는 도6D 및 도6E에 개략적으로 도시되었다. 냉동되고 다이 컷된 사실상 연속적인 알파 알루미나 섬유는 제1 프리폼 부분(202)과 이에 활주가능하게 결합된 제2 프리폼 부분(204)의 오목한 부분에 위치되었고, 이럼으로써 사실상 연속적인 알파 알루미나 섬유를 정위치에 고정시켰다. 이러한 캘리퍼 설계는 2쌍의 섬유 삽입체, 즉 금속 혼입된 캘리퍼 내의 브리지의 상부를 따라 위치된 제1 쌍(206) 및 상기 브리지의 하부를 따라 위치된 제2 쌍(208)을 이용하였다.
(미국 텍사스주 디카투르 소재의 우노칼 포코 그라파이트(Unocal Poco Graphite)부터 입수한) 그라파이트 블록은 브레이크 캘리퍼용 망상 주형을 제공하기 위해 (주조 중에 핀에 의해 상호 유지되는) 2개의 구성요소 주형으로 기계 가공되었다. 세라믹 산화물 프리폼은 그를 위해 설계된 형상화된 형태로 그라파이트 주형의 제1 구성요소 내에 위치되었다. 이 주형의 제2 구성요소는 상기 프리폼의 위에 위치되었고 주형의 제1 구성요소와 결합되었고, 이들을 고정시키기 위해 주형 구성요소 내로 주형 핀이 삽입되었다. 이들 주형 구성요소들은 용융된 알루미늄을 주형 내로 유동하게 할 수 있는 게이트가 주형의 상부에 형성되도록 설계되었다. 이어서, 이 그라파이트 주형은 오븐 내에 위치되어 물을 말리도록 대략 24시간 동안 대략 100℃의 온도로 유지되었다.
(미국 뉴햄프셔주 플라이스토우 소재의 프로세스 엔지니어링 테크놀로지즈(Process Engineering Technologies)로부터 입수된) 압력 캐스터(pressure caster)가 브레이크 캘리퍼를 주조하는 데에 사용되었다. 압력 주형 용기의 크기는 대략 16.9㎝(내경) x 88.9㎝(길이)이다. 이 주형은 직경이 17㎝이고 길이가 76㎝인 스테인레스강 캔 내에 장착되었다. 직경이 대략 15.2㎝이고 길이가 22.9㎝인 (미국 펜실바니아주 피츠버그 소재의 알코아 알루미늄 캄파니(Alcoa Aluminum Co.)으로부터 "ALCOA 6061-T6"이라는 상표명으로 입수된) 알루미늄 블록은 상기 캔 내에 장착되었다. 압착 봉(hold down rod)은 알루미늄 금속을 압력 주조하는 동안에 주형을 유지시키는 데에 사용되었다. 2개의 S-써모커플은 압력 용기의 외면에 부착되었다. 즉, 하나는 용기의 상부에 부착되었고, 다른 하나는 주조 공정 중 온도를 감시하기 위해 알루미늄 블록의 중앙에서 그라파이트 주형 위로 대략 11.4㎝의 위치에 부착되었다. 이 써모커플은 보론 질화물이 코팅된 스테인레스강 튜브 내에 보유되었다.
주조 챔버는 밀봉되어 2.0kPa(15torr) 이하로 소개한 후 다시 대략 0.3㎫(40psi)의 압력으로 아르곤을 가압시키고 가열 요소를 동작시켰다. 550℃에 도달했을 때, 주조 챔버는 환기되고 2.0kPa(15torr) 이하로 소개되었고, 챔버 온도는 710℃(주형 온도는 이때 670℃ 이상)로 증가되었다. 이어서, 히터는 꺼지고 챔버는 다시 대략 8.9㎫(1300psi)의 압력으로 가압되어, 용융된 알루미늄(즉, 가열에 의해 알루미늄 블록이 용융됨)이 그라파이트 주형 내의 다공성 프리폼 내로 혼입되게 한다. 챔버 온도 및 압력은 대략 500℃ 및 7.5㎫(1100psi)로 각각 떨어질 수 있고, 그때 챔버는 환기되어 대략 200℃로 냉각될 수 있었다. 냉각된 용기가 압력캐스터로부터 제거된 후, 그라파이트 주형은 압력 용기로부터 회수되고 최종 알루미늄 기지 복합재 브레이크 캘리퍼가 그라파이트 주형으로부터 회수되었다. 브레이크 캘리퍼에 부착된 주형으로부터의 그라파이트 잔류물은 고압의 기류 캐리어 내의 유리 비드가 캘리퍼에 충돌하는 방식의 종래의 비드 블라스트 공정(bead blast process)을 이용하여 제거되었다. 유리 비드 블라스팅 장비는 미국 미시건주의 그랜드 헤이븐 소재의 에코놀린 어브레이시브 프로덕츠 캄파니(Econoline Abrasive Products Co.)으로부터 입수되었고, 상기 비드는 미국 일리노이주 엘름허스트 소재의 맥마스터-카르 서플라이 캄파니(McMaster-Carr Supply CO.)로부터 입수되었다. 세척된 캘리퍼는 2시간 동안 160℃로 열처리되고, 즉시 대략 5분 정도 차가운(대략 18 내지 20℃ 정도의) 수돗물이 담긴 양동이에 급냉되었다. 이 냉각된 캘리퍼는 다시 6시간 동안 540℃로 열처리되고 밤새 실온(대략 25℃)으로 냉각된다. 최종 알루미늄 브레이크 캘리퍼는 주철 브레이크 캘리퍼보다 대략 52% 정도 무게가 덜 나갔다.
전술한 바와 제조된 브레이크 캘리퍼는 캘리퍼가 고장날 때까지 아암 부재(69) 및 몸체 부재(70)가 유압을 받는 파괴 파열 시험을 받았다.
고장은 도6A의 선 A-A(단면선 AA는 도시되지 않음)를 따라 브리지 부재(70) 내에서, 사실상 브리지 부재(70) 및 아암 부재(69) 사이의 천이 영역에서 발생되었다. 파열된 아암 부재(69) 부분은 (미국 오하이오주 웨스트레이크 소재의 스트루어스 인크.(Struers, Inc.)로부터 "DISCOTOM-2"라는 상표명으로 입수될 수 있는) 절단 톱(sectioning saw)을 이용하여 파단면에 대해 가로방향으로 다중 단면으로절단되었다. 단면들 중의 하나의 표면은, 세라믹 산화물 프리폼이 알루미늄으로 완전히 혼입된 것을 보여주는 도7에 도시된 디지털화된 주사형 전자 현미경(SEM; scanning electron microscopy) 화상을 얻기 전에 표준의 주사형 전자 현미경 연마 기술을 이용하여 0.05μ 콜로이드 실리카 피니쉬(silica finish)로 연마되었다. 불연속적인 섬유("SAFFIL")/알루미늄 영역의 화상 분석은 "윈도우즈용 시콘 이미지"(SICON IMAGE for WINDOWS) 소프트웨어(미국 보건 연구소(National Institute of Health)의 연구 서비스 브랜치에 의해 개발된 공적 영역의 화상 처리 프로그램인 NIH IMAGE의 PC 버전)를 이용하여 SEM 화상에서 수행되었다. "SAFFIL" 섬유를 알루미늄 기지로부터 구분하기 위해 디지털화된 SEM 화상으로부터 픽셀 강도에 근거하여 밀도 프로파일 함수를 이용하는 화상 분석 소프트웨어는 브레이크 캘리퍼 내의 평균 "SAFFIL" 섬유 체적%를 ("SAFFIL" 섬유 및 알루미늄 함량을 기준으로 하여) 17.6%로서 계산하였다. 동일한 화상 분석 프로토콜을 SEM의 연속적인 알루미늄 산화물 강화 영역에 적용하면, 그 영역 내의 연속적인 알파 알루미나 섬유의 평균 체적%는 (연속적인 알루미늄 산화물 섬유 및 알루미늄에 근거하여) 대략 62%로 판단되었다.
다른 단면의 사실상 연속적인 알파 알루미나 섬유 영역의 파단 표면은 SEM 화상 처리 이전에 표준의 SEM 샘플 제조 기술을 이용하여 금으로 코팅되었다. 동일한 영역의 고배율 확대에 해당되는 도8 및 도9에 도시된 이 디지털화된 SEM 화상은 이 파단 표면을 도시하고 있고, 연속적인 알파 알루미나 섬유/알루미늄 영역(73)에서의 도시된 파단면(fracture)은 "취성 파단면"인 반면에 불연속적인 섬유("SAFFIL")/알루미늄 영역에서의 파단면은 도7에 도시된 바와 같이 "인성 파단면"이 된다.
브레이크 캘리퍼의 일 부분은 (미국 코네티컷트주 노왈크 소재의 퍼킨 엘머(Perkin Elmer)로부터 "OPTIMA 3300 DV"라는 상표명으로 입수가능한) 유도 결합 플라즈마(ICP) 계기를 이용하여 화학적으로 분석되었다. 이하의 요소들과 그 중량이 얻어졌다. 즉, 96% Al, 0.33% Cr, 0.33% Cu, 1.2% Fe, 0.85% Mg, 0.11% Mn, 0.13% Ni, 0.43% Si, 0.022% Ti, 0.052% Zn 및 0.0031% Zr. 6061 알루미늄에 대한 ASTM 표준은 비-알루미늄 요소를 위한 G611A인데, 즉, 중량 기준으로 0.04 내지 0.35% Cr, 0.14 내지 0.40% Cu, 0.70% 이하의 Fe, 0.8 내지 1.2% Mg, 0.15% Mn, 0.4 내지 0.8% Si, 0.15% Ti 및 0.25% Zr.
본 발명의 다양한 수정 및 변경은 본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어남이 없이 당해 기술 분야의 숙련자에게 명백하게 될 것이며, 본 발명이 본 명세서에 기재된 예시적인 실시예들로 부당하게 제한되지 않음을 알아야 한다.

Claims (109)

  1. 다공성 소결 세라믹 산화물 재료와,
    적어도 5cm의 길이를 갖는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유를 포함하며,
    다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하고, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장하며, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들은 기본적으로 종방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  2. 제1항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유는 적어도 10cm의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  3. 제1항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 알파 알루미나로 구성된 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  4. 제3항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 일부분은 토우의 형태인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  5. 제3항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하며, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 일부분은 토우의 형태인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  6. 제1항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들은 제1 영 계수를 갖고 세라믹 산화물 재료는 제2 영 계수를 가지며, 제1 영 계수는 제2 영 계수보다 큰 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  7. 제6항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 일부분은 토우의 형태인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  8. 제6항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하며, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 일부분은 토우의 형태인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  9. 제1항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 그룹들 사이에 다공성 소결 세라믹 산화물 재료를 두고 이격된 적어도 두 개의 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물프리폼.
  10. 제9항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 일부분은 토우의 형태인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  11. 제9항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하며, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 일부분은 토우의 형태인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  12. 제1항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 그룹들 사이에 다공성 소결 세라믹 산화물 재료를 두고 이격된 적어도 두 개의 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유의 그룹을 포함하고, 적어도 두 개의 그룹은 직사각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  13. 제1항에 있어서, 세라믹 산화물 프리폼은 길이가 길고, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 길이에 수직한 직사각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  14. 제1항에 있어서, 세라믹 산화물 프리폼은 길이가 길고, 실질적으로 일정한단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  15. 제1항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유는 다공성 소결 세라믹 산화물 재료 내에 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  16. 제1항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 일부분은 토우의 형태인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  17. 제1항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하며, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 일부분은 토우의 형태인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  18. 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 방법이며,
    적어도 5cm의 길이를 갖고 기본적으로 종방향으로 정렬된 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 포함하는 적어도 하나의 긴 섬유 삽입체를 공동 내에 위치 설정하는 단계와,
    액상 매체와 그 내부에 분산된 불연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 포함하는 슬러리로 긴 섬유 삽입체의 소정 부분을 피복하도록 슬러리를 공동 내로 도입하는단계와,
    긴 섬유 삽입체 및 불연속적인 섬유를 포함하는 제품을 제공하기 위해 불연속적인 섬유들이 섬유 삽입체를 경화시켜 고정시키고, 불연속적인 섬유들의 경화부가 섬유 삽입체 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되도록 적어도 충분한 양의 액상 매체를 제거하는 단계와,
    불연속적인 섬유들의 적어도 하나의 경화부가 섬유 삽입체를 제위치에 고정시키고 불연속적인 섬유들의 경화부가 섬유 삽입체의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는 긴 섬유 삽입체 및 불연속적인 섬유들을 포함하는 미가공 세라믹 산화물 프리폼을 제공하도록 경화된 제품을 건조시키는 단계와,
    실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들이 기본적으로 종방향으로 정렬된 상태로 실질적으로 연속적인 섬유의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장하고 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 다공성 소결 세라믹 산화물 재료를 포함하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제공하기에 충분한 적어도 하나의 온도까지 미가공 세라믹 산화물 프리폼을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유는 적어도 10cm의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 불연속적인 섬유들의 적어도 일부분은 알파 알루미나로 된불연속적인 섬유들로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제18항에 있어서, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들은 미가공 세라믹 산화물 재료 내에서 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제18항에 있어서, 섬유 삽입체는 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 일부분을 함께 접합하는 소멸성 결합제 재료를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 소멸성 결합제 재료는 왁스, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 피롤리돈, 에폭시 수지 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제18항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 일부분은 토우의 형태인 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 적어도 체적 85%의 개방 공극률을 갖고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제18항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 적어도 체적 85%의 개방 공극률을 갖고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 다공성 세라믹 산화물을 수용하는 구멍을 포함하는 제1 다공성 소결 세라믹 제품과,
    상기 구멍 내에 위치되는 제2 세라믹 제품을 포함하며,
    제2 세라믹 제품은 다공성 소결 세라믹 산화물 재료와, 적어도 5cm의 길이를 갖는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 포함하고, 상기 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유를 제위치에 고정하며, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적인 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되고, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들은 기본적으로 종방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  28. 제27항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유는 적어도 10cm의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  29. 제27항에 있어서, 제2 세라믹 제품의 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 알파 알루미나로 구성된 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  30. 제29항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 일부분은 토우의 형태인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  31. 제29항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  32. 제29항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하며, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 일부분은 토우의 형태인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  33. 제27항에 있어서, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들은 제1 영 계수를 갖고 제2 세라믹 제품의 세라믹 산화물 재료는 제2 영 계수를 가지며, 제1 영 계수는 제2 영 계수보다 크고, 제1 다공성 소결 세라믹 제품은 제3 영 계수를 갖는 세라믹 산화물 재료를 포함하며, 제2 영 계수는 제3 영 계수보다 큰 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  34. 제33항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 일부분은 토우의 형태인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  35. 제33항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  36. 제33항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하며, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 일부분은 토우의 형태인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  37. 제27항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 일부분은 토우의 형태인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  38. 제27항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  39. 제27항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하며, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 일부분은 토우의 형태인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 산화물 프리폼.
  40. 금속 기지 재료를 포함하는 제품용 다공성 소결 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 방법이며,
    적어도 5cm의 길이를 갖는 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들로 적어도 부분적으로 강화된 금속 기지 복합재를 포함하는 제품을 설계하는 단계와,
    결과적인 설계에 기초하여, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 세라믹 산화물 재료를 포함하는 다공성 소결 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 단계를 포함하며,
    세라믹 산화물 재료를 포함하는 적어도 하나의 세라믹 산화물 프리폼을 포함하는 금속 기지 복합재는 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유가 제1 영 계수를 갖고 세라믹 산화물 재료가 제2 영 계수를 가지며, 제1 영 계수는 제2 영 계수보다 크고,
    세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되고, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들이 기본적으로 종방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제40항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 제41항에 있어서, 제2 세라믹 제품의 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 알파 알루미나로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
  43. 제41항에 있어서, 금속 기지는 알루미늄 또는 그 합금 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 제40항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유는 적어도 10cm의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제40항에 있어서, 제2 세라믹 제품의 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 알파 알루미나로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 제40항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 일부분은 토우의 형태인 것을 특징으로 하는 방법.
  47. 제46항에 있어서, 금속 기지는 알루미늄 또는 그 합금 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  48. 제46항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  49. 제48항에 있어서, 제2 세라믹 제품의 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 알파 알루미나로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
  50. 제48항에 있어서, 금속 기지는 알루미늄 또는 그 합금 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  51. 제40항에 있어서, 제2 세라믹 제품의 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 알파 알루미나로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
  52. 제40항에 있어서, 금속 기지는 알루미늄 또는 그 합금 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  53. 금속 기지 재료를 포함하는 제품용 다공성 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 방법이며,
    적어도 5cm의 길이를 갖는 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹산화물 섬유들로 적어도 부분적으로 강화된 금속 기지 복합재를 포함하는 제품을 설계하는 단계와,
    결과적인 설계에 기초하여, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들 및 섬유들을 함께 접합하는 결합제 재료를 포함하는 긴 프리폼을 제조하는 단계와,
    긴 프리폼의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는 미가공 세라믹 산화물 재료를 포함하는 미가공 세라믹 산화물 프리폼을 제조하는 단계와,
    세라믹 산화물 재료가 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장하고 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들이 기본적으로 종방향으로 정렬되는 상태로 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 세라믹 산화물 재료를 포함하는 다공성 소결 세라믹 산화물 프리폼을 제공하도록 미가공 산화물 프리폼을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  54. 제53항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유는 적어도 10cm의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  55. 제53항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 알파 알루미나로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
  56. 제55항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 일부분은 토우의 형태인 것을 특징으로 하는 방법.
  57. 제53항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 일부분은 토우의 형태인 것을 특징으로 하는 방법.
  58. 제57항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  59. 제58항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 알파 알루미나로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
  60. 제53항에 있어서, 금속 기지는 알루미늄 또는 그 합금 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  61. 제53항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  62. 제61항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 알파 알루미나로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
  63. 다공성 세라믹 산화물과 금속 기지 재료를 포함하며,
    세라믹 산화물 프리폼은 적어도 5cm의 길이를 갖는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들과 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는 다공성 소결 세라믹 산화물 재료를 포함하고, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들은 기본적으로 종방향으로 정렬되며, 다공성 세라믹 산화물 재료에는 다공성 소결 세라믹 산화물 재료 내로 연장하는 금속 기지 재료의 적어도 일부분이 침투되는 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  64. 제63항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유는 적어도 10cm의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  65. 제63항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 알파 알루미나로 구성된 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  66. 제63항에 있어서, 금속 기지는 알루미늄 또는 그 합금인 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  67. 제63항에 있어서, 사이에 다공성 소결 세라믹 산화물 재료를 두고 이격된 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 2개의 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  68. 제63항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 그룹들 사이에 다공성 소결 세라믹 산화물 재료를 두고 이격된 적어도 두 개의 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유의 그룹을 포함하고, 적어도 두 개의 그룹은 직사각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  69. 제63항에 있어서, 세라믹 산화물 프리폼은 길이가 길고, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 길이에 수직한 직사각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  70. 제63항에 있어서, 세라믹 산화물 프리폼은 길이가 길고, 실질적으로 일정한 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  71. 제63항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유는 다공성 소결 세라믹 산화물 재료 내에 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  72. 제63항에 있어서, 금속 기지 재료는 알루미늄 또는 그 합금인 것을 특징으로하는 금속 기지 복합재 제품.
  73. 제63항에 있어서, 제품은 브레이크 캘리퍼인 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  74. 동력 차량용 디스크 브레이크이며,
    로터와,
    로터의 대향 측면들 상에 배치되어 상호 제동 결합 상태로 이동 가능한 내부 및 외부 브레이크 패드와,
    내부 브레이크 패드를 로터에 대해 가압하는 피스톤과,
    로터의 일 측면 상에 위치되어 피스톤을 내장하는 실린더를 갖는 몸체 부재와, 로터의 다른 측면 상에 위치되어 외부 브레이크 패드를 지지하는 아암 부재와, 로터의 평면을 가로질러 몸체 부재와 아암 부재 사이에서 연장하는 브리지를 구비하는, 제73항에 따른 브레이크 캘리퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크.
  75. 제63항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유의 적어도 일부분은 토우의 형태인 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  76. 제75항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 알파 알루미나로 구성된 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  77. 제75항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 그룹들 사이에 다공성 소결 세라믹 산화물 재료를 두고 이격된 적어도 두 개의 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유의 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  78. 제75항에 있어서, 금속 기지 재료는 알루미늄 또는 그 합금인 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  79. 제75항에 있어서, 제품은 브레이크 캘리퍼인 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  80. 동력 차량용 디스크 브레이크이며,
    로터와,
    로터의 대향 측면들 상에 배치되어 상호 제동 결합 상태로 이동 가능한 내부 및 외부 브레이크 패드와,
    내부 브레이크 패드를 로터에 대해 가압하는 피스톤과,
    로터의 일 측면 상에 위치되어 피스톤을 내장하는 실린더를 갖는 몸체 부재와, 로터의 다른 측면 상에 위치되어 외부 브레이크 패드를 지지하는 아암 부재와,로터의 평면을 가로질러 몸체 부재와 아암 부재 사이에서 연장하는 브리지를 구비하는, 제79항에 따른 브레이크 캘리퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크.
  81. 제63항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 적어도 체적 85%의 개방 공극률을 갖고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  82. 제81항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 알파 알루미나로 구성된 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  83. 제81항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 그룹들 사이에 다공성 소결 세라믹 산화물 재료를 두고 이격된 적어도 두 개의 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유의 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  84. 제81항에 있어서, 금속 기지 재료는 알루미늄 또는 그 합금인 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  85. 제81항에 있어서, 제품은 브레이크 캘리퍼인 것을 특징으로 하는 금속 기지복합재 제품.
  86. 동력 차량용 디스크 브레이크이며,
    로터와,
    로터의 대향 측면들 상에 배치되어 상호 제동 결합 상태로 이동 가능한 내부 및 외부 브레이크 패드와,
    내부 브레이크 패드를 로터에 대해 가압하는 피스톤과,
    로터의 일 측면 상에 위치되어 피스톤을 내장하는 실린더를 갖는 몸체 부재와, 로터의 다른 측면 상에 위치되어 외부 브레이크 패드를 지지하는 아암 부재와, 로터의 평면을 가로질러 몸체 부재와 아암 부재 사이에서 연장하는 브리지를 구비하는, 제85항에 따른 브레이크 캘리퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크.
  87. 제63항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하며, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 일부분은 토우의 형태인 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  88. 제87항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 알파 알루미나로 구성된 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  89. 제87항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 그룹들 사이에 다공성 소결 세라믹 산화물 재료를 두고 이격된 적어도 두 개의 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유의 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  90. 제87항에 있어서, 금속 기지 재료는 알루미늄 또는 그 합금인 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  91. 제88항에 있어서, 제품은 브레이크 캘리퍼인 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  92. 동력 차량용 디스크 브레이크이며,
    로터와,
    로터의 대향 측면들 상에 배치되어 상호 제동 결합 상태로 이동 가능한 내부 및 외부 브레이크 패드와,
    내부 브레이크 패드를 로터에 대해 가압하는 피스톤과,
    로터의 일 측면 상에 위치되어 피스톤을 내장하는 실린더를 갖는 몸체 부재와, 로터의 다른 측면 상에 위치되어 외부 브레이크 패드를 지지하는 아암 부재와, 로터의 평면을 가로질러 몸체 부재와 아암 부재 사이에서 연장하는 브리지를 구비하는, 제91항에 따른 브레이크 캘리퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크.
  93. 다공성 세라믹 산화물 및 금속 기지 재료를 포함하는 금속 기지 복합재 제품이며,
    세라믹 산화물 프리폼은 다공성 세라믹 산화물을 수용하는 구멍을 포함하는 제1 다공성 소결 세라믹 제품과, 상기 구멍 내에 위치되는 제2 세라믹 제품을 포함하며,
    제2 세라믹 제품은 다공성 소결 세라믹 산화물 재료 및 적어도 5cm의 길이를 갖는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들을 포함하고, 상기 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유를 제위치에 고정하며, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 실질적으로 연속적인 섬유들의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되고, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들은 기본적으로 종방향으로 정렬되며,
    다공성 소결 세라믹 산화물 재료에는 금속 기지 재료의 적어도 일부분이 침투되는 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  94. 제93항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유는 적어도 10cm의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  95. 제93항에 있어서, 제2 세라믹 제품의 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 알파 알루미나로 구성된 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  96. 제93항에 있어서, 제품은 브레이크 캘리퍼인 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  97. 동력 차량용 디스크 브레이크이며,
    로터와,
    로터의 대향 측면들 상에 배치되어 상호 제동 결합 상태로 이동 가능한 내부 및 외부 브레이크 패드와,
    내부 브레이크 패드를 로터에 대해 가압하는 피스톤과,
    로터의 일 측면 상에 위치되어 피스톤을 내장하는 실린더를 갖는 몸체 부재와, 로터의 다른 측면 상에 위치되어 외부 브레이크 패드를 지지하는 아암 부재와, 로터의 평면을 가로질러 몸체 부재와 아암 부재 사이에서 연장하는 브리지를 구비하는, 제96항에 따른 브레이크 캘리퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크.
  98. 제93항에 있어서, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 일부분은 토우의 형태인 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  99. 제93항에 있어서, 제2 세라믹 제품의 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 알파 알루미나로 구성된 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  100. 제93항에 있어서, 제품은 브레이크 캘리퍼인 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  101. 동력 차량용 디스크 브레이크이며,
    로터와,
    로터의 대향 측면들 상에 배치되어 상호 제동 결합 상태로 이동 가능한 내부 및 외부 브레이크 패드와,
    내부 브레이크 패드를 로터에 대해 가압하는 피스톤과,
    로터의 일 측면 상에 위치되어 피스톤을 내장하는 실린더를 갖는 몸체 부재와, 로터의 다른 측면 상에 위치되어 외부 브레이크 패드를 지지하는 아암 부재와, 로터의 평면을 가로질러 몸체 부재와 아암 부재 사이에서 연장하는 브리지를 구비하는, 제100항에 따른 브레이크 캘리퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크.
  102. 제93항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하는 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  103. 제102항에 있어서, 제2 세라믹 제품의 다공성 세라믹 산화물 재료는 알파 알루미나로 구성된 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  104. 제102항에 있어서, 제품은 브레이크 캘리퍼인 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  105. 동력 차량용 디스크 브레이크이며,
    로터와,
    로터의 대향 측면들 상에 배치되어 상호 제동 결합 상태로 이동 가능한 내부 및 외부 브레이크 패드와,
    내부 브레이크 패드를 로터에 대해 가압하는 피스톤과,
    로터의 일 측면 상에 위치되어 피스톤을 내장하는 실린더를 갖는 몸체 부재와, 로터의 다른 측면 상에 위치되어 외부 브레이크 패드를 지지하는 아암 부재와, 로터의 평면을 가로질러 몸체 부재와 아암 부재 사이에서 연장하는 브리지를 구비하는, 제104항에 따른 브레이크 캘리퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크.
  106. 제93항에 있어서, 다공성 소결 세라믹 산화물 재료는 적어도 85 체적%의 개방 공극률을 갖고, 실질적으로 연속적이고 종방향으로 정렬된 세라믹 산화물 섬유들을 제위치에 고정하며, 실질적으로 연속적인 세라믹 산화물 섬유들의 적어도 일부분은 토우의 형태인 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  107. 제106항에 있어서, 제2 세라믹 제품의 다공성 세라믹 산화물 재료는 알파 알루미나로 구성된 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  108. 제106항에 있어서, 제품은 브레이크 캘리퍼인 것을 특징으로 하는 금속 기지 복합재 제품.
  109. 동력 차량용 디스크 브레이크이며,
    로터와,
    로터의 대향 측면들 상에 배치되어 상호 제동 결합 상태로 이동 가능한 내부 및 외부 브레이크 패드와,
    내부 브레이크 패드를 로터에 대해 가압하는 피스톤과,
    로터의 일 측면 상에 위치되어 피스톤을 내장하는 실린더를 갖는 몸체 부재와, 로터의 다른 측면 상에 위치되어 외부 브레이크 패드를 지지하는 아암 부재와, 로터의 평면을 가로질러 몸체 부재와 아암 부재 사이에서 연장하는 브리지를 구비하는, 제108항에 따른 브레이크 캘리퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크.
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