KR20050110039A - 금속 매트릭스 복합체 제조용 조성물 - Google Patents

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테리 아이 후
테드 에이 모르간
다니엘 알 리스터
로버트 에이 뉴만
리차드 앨런 런가드
퀸 뎅
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Abstract

본 발명의 하나의 실시태양은 용융 금속과 혼합되어 금속 매트릭스 복합체가 제조되는 조성물(10)로서, 용융 알루미늄에 의해 습윤성이지 않고/거나 용융 알루미늄 중에서 화학적으로 안정하지 않은 세라믹 강화 충진제(12)가, 용융 알루미늄에 의해 습윤성이고 용융 알루미늄 중에서 화학적으로 안정한 세라믹 물질(11)로 피복된 것을 특징으로 하는 조성물이다. 관련된 실시태양은 금속 매트릭스 복합체를 제조하기 위하여, 용융 금속에 의해 침윤되어 다공성 예비형성물이 제조되는 조성물(20)로서, 용융 알루미늄에 의해 습윤성이지 않은 세라믹 강화 충진제(23)가, 용융 알루미늄에 의해 습윤성인 세라믹 물질(21)로 피복된 것을 특징으로 하는 조성물이다. 세라믹 물질은 진공 증착 기술, 예커대 진공 스퍼터링에 의해 세라믹 강화 충진제상에 피복될 수 있다.

Description

금속 매트릭스 복합체 제조용 조성물{COMPOSITION FOR MAKING METAL MATRIX COMPOSITES}
본 발명은 강화 충진제가 금속 상으로 상호 분산되는 물질 분야에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 금속 매트릭스 복합체(MMC) 분야에 관한 것이다.
MMC는 강화 충진제가 금속 상으로 상호 분산되는 물질의 부류이다(문헌[Rohatgi, Defense Science Journal, Vol. 43, No. 4, October 1993, pp 323-349] 참조). 하나의 유형의 MMC 물질의 제조에서는, 특정한 세라믹 강화 충진제를 용융 금속과 혼합시킨 다음, 이러한 혼합물을 냉각시킴으로써 MMC 제품을 형성한다. 또다른 유형의 MMC 물질의 제조에서는, 세라믹 강화 충진제를 포함하는 다공성 세라믹 예비형성물을 용융 금속으로 침윤시킨 다음, 금속 충진된 예비형성물을 냉각시킴으로써 MMC 제품을 형성한다. MMC는 금속보다 견고하고 강하지만 세라믹체보다는 유연한 경향이 있다.
일반적으로, 세라믹 강화 충진제를 용융 금속과 혼합시킨 다음, 혼합물을 냉각시켜 MMC 제품을 형성시킴으로써 제조되는 MMC에 있어서 고성능을 달성하기 위하여, (a) 용융 금속에 의한 세라믹 강화 충진제의 양호한 습윤성; (b) 용융 금속에서 세라믹 강화 충진제의 양호한 화학 안정성; (c) 용융 금속에서 세라믹 강화 충진제의 양호한 분산성; 및 (d) MMC가 형성된 후 세라믹 강화 충진제와 금속간의 양호한 부착성이 있어야 한다.
일반적으로, 용융 금속으로 예비형성물을 습윤시킨 다음, 금속 충진된 예비형성물을 냉각시켜 MMC 제품을 형성시킴으로써 제조되는 MMC에 있어서 고성능을 달성하기 위하여, (a) 용융 금속에 의한 예비형성물의 세라믹 강화 충진제의 양호한 습윤성; 및 (b) MMC가 형성된 후 세라믹 강화 충진제와 금속간의 양호한 부착성이 있어야 한다.
MMC에서 잘 예비형성되는 세라믹 강화 충진제(예를 들어 용융 알루미늄과 혼합된 이붕소화티탄 또는 탄화티탄 또는 용융 알루미늄으로 침윤된 다공성 탄화붕소 예비형성물)는 비교적 고가이어서 MMC 제품의 상당히 증가된 비용을 유발한다. 비교적 비용면에서 저렴한 세라믹 강화 충진제는 MMC에서 불량하게 예비형성되는 경향이 있다. 예를 들어, 알루미나(Al2O3) 및 실리카(SiO2)는 비교적 저렴한 강화 충진제 물질이지만 이들은 용융 알루미늄에 의해 습윤되지 않는다. 알루미나 강화 충진제 입자는 잘 분산되는 대신에 용융 알루미늄에서 응집되는 경향이 있는 반면, 실리카는 용융 알루미늄에서 활성화하여 Si 풍부 Al 및 Al2O3을 형성한다. 용융 알루미늄에 의해 습윤되지 않는 유형의 비교적 저렴한 세라믹 강화 충진제가 보다 적은 비용으로 고성능 MMC를 제조되는데 사용될 경우 MMC 분야에서 실질적인 이점이 있다.
도 1은 탄화붕소 층으로 피복된 알루미나 입자로 구성된 본 발명의 조성물의 단면도이다.
도 2는 이붕소화티탄 층으로 피복되고, 이어서 니켈 층으로 피복된 실리카 입자로 구성된 본 발명의 또다른 조성물의 단면도이다.
본 발명은 용융 금속과 혼합되어 금속 매트릭스 복합체를 형성하는 조성물로서, 용융 알루미늄에 의해 습윤성이지 않고/거나 용융 알루미늄 중에서 화학적으로 안정하지 않은 세라믹 강화 충진제가, 용융 알루미늄에 의해 습윤성이고 용융 알루미늄 중에서 화학적으로 안정한 세라믹 물질로 피복된 것을 특징으로 하는 조성물(i)이다.
또다른 실시태양에서, 본 발명은 금속 매트릭스 복합체를 제조하기 위하여, 용융 금속에 의해 침윤되어 다공성 예비형성물을 형성하는 조성물로서, 용융 알루미늄에 의해 습윤성이지 않은 세라믹 강화 충진제가, 용융 알루미늄에 의해 습윤성인 세라믹 물질로 피복된 것을 특징으로 하는 조성물(ii)이다.
또다른 실시태양에서, 본 발명은 세라믹 물질로 세라믹 강화 충진제를 피복하는 방법으로서, (a) 진공 챔버내에 세라믹 강화 충진제를 위치시키는 단계; 및 (b) 세라믹 강화 충진제상에 세라믹 물질이 침적되도록 진공 챔버에서 세라믹 물질을 기화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이다.
또다른 실시태양에서, 본 발명은 (a) 용융 알루미늄 또는 용융 알루미늄 합금을 상기 조성물(i)과 혼합시켜 혼합물을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 혼합물을 냉각시켜 금속 매트릭스 복합체 제품을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 의해 제조되는 금속 매트릭스 복합체 제품이다.
또다른 실시태양에서, 본 발명은 (a) 상기 조성물(ii)로부터 다공성 예비형성물을 형성하는 단계; (b) 다공성 예비형성물을 용융 알루미늄 또는 용융 알루미늄 합금과 접촉시켜 용융 알루미늄 또는 용융 알루미늄 합금을 다공성 예비형성물에 침윤시킴으로써 침윤된 예비형성물을 제조하는 단계; 및 (c) 침윤된 예비형성물을 냉각시켜 금속 매트릭스 복합체 제품을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 의해 제조되는 금속 매트릭스 복합체 제품이다.
발명을 수행하기 위한 방식
도 1에 대해 언급하자면, 도 1은 탄화붕소 층(12)으로 피복된 알루미나 강화 충진제 입자(12)로 구성된 본 발명의 조성물(10)의 단면도를 나타낸다. 탄화붕소 층(12)은 통상적인 플라즈마 스퍼터링(sputtering) 챔버에서 기계적으로 교반된 알루미나 입자에 탄화붕소를 플라즈마 스퍼터링함으로써 알루미나 입자(12)상에 형성된다. 비피복된 알루미나 입자는 용융 알루미늄에 의해 "습윤"되지 않는다. 본원에서 사용되는 "습윤"이라는 용어는 90도보다 큰 접촉각을 의미한다. 탄화붕소 피복제는 섭씨 1000℃보다 높은 온도에서 용융 알루미늄, 예를 들어 알루미늄에 의해 습윤된다.
도 1에 나타낸 실시태양은 용융 알루미늄(또는 용융 알루미늄 합금)이 다공성 세라믹 예비형성물에 침윤되도록 다공성 예비형성물을 용융 알루미늄과 접촉시키고 냉각시켜 MMC 제품을 형성하는 임의의 적합한 기술(예컨대 슬립 주조)에 의해 다공성 세라믹 예비형성물로 형성될 수 있다. 용융 알루미늄은 알루미나 입자(12)상에 탄화붕소 층(11)을 습윤시키므로 다공성 예비형성물로 위크(wick)화된다.
도 1에 나타낸 실시태양은 MMC 제품의 주조를 위해 용융 알루미늄(또는 용융 알루미늄 합금)과 혼합하기에 특별히 적합하지 않은데, 이는 탄화붕소 층(11)이 용융 알루미늄이 주조되기 전에 용융 알루미늄과 반응하는 경향이 있기 때문이다. 즉 탄화붕소 층은 용용 알루미늄에서 화학적으로 안정하지 않아 알루미나 입자의 탈피복을 유도하여 용융 알루미늄에서 응집하는 경향이 있다. 따라서, MMC 제품을 주조하기 위해 알루미나 강화 충진제가 본 발명에서 사용될 때 용융 알루미늄과의 혼합을 위해 화학적으로 안정한 세라믹 물질 피복제, 예컨대 이붕소화티탄, 보다 바람직하게는 텅스텐 또는 니켈로 부가적으로 피복된 이붕소화티탄이 사용된다. 유사하게, 흑연 강화 충진제가 사용될 때 세라믹 물질 피복제는 보다 바람직하게 텅스텐, 코발트 또는 니켈로 부가적으로 피복된 탄화규소 또는 이붕소화티탄일 수 있다.
도 2에 대해 언급하자면, 도 2는 매우 바람직하게 이붕소화티탄 층(22)으로 피복되고, 이어서 니켈 층(21)으로 피복된 실리카 강화 충진제 입자(23)로 구성된, 본 발명의 또다른 조성물(20)의 단면도를 나타낸다. 이붕소화티탄 층(22)은 용융 알루미늄에 의해 습윤되지만 니켈 층(21)은 용융 알루미늄으로 조성물(21)의 습윤성을 향상시킨다. 이붕소화티탄 층(22)은 통상적인 플라즈마 스퍼터링 챔버에서 기계적으로 교반된 실리카 입자에 이붕소화티탄을 플라즈마 스퍼터링하고, 이어서 어닐링 공정을 거쳐 실질적으로 비정형 이붕소화티탄을 보다 조밀한 결정성 어닐링된 이붕소화티탄으로 전환시킴으로써 실리카 입자상에 형성된다. 세라믹 물질 피복제의 구조가 비정형인지 또는 어닐링되어 있는지를 결정하는 것은 X-선 회절 분석에 의해 수행된다.
어닐링 공정은 피복 단계 후 아르곤을 플라즈마 스퍼터링 챔버에 도입시키고, 세라믹 물질이 실질적으로 용융 알루니늄과 비반응성이 되도록 세라믹 물질을 어닐링하기에 충분한 온도로 조성물을 가열함으로써 수행된다. 실질적으로 비정형 이붕소화티탄 피복제는 섭씨 1000℃에서 약 1시간내에 어닐링될 수 있다. 실질적으로 비정형 질화티탄 피복제는 섭씨 700℃에서 1 내지 2시간내 및 섭씨 1000℃에서 약 반시간내에 어닐링될 수 있다. 이어서, 니켈 층(21)은 통상적인 비전착성 니켈 피복제에 의해 형성된다. 니켈 층(21)은 용융 알루미늄 또는 용융 알루미늄 합금에 의해 조성물의 습윤성을 향상시킨다. 택일적으로, 이붕소화티탄(또는 질화티탄 또는 기타 세라믹 물질)은 충진제 물질을 플라즈마 스퍼터링 공정동안 가열(예를 들어 섭씨 500 내지 700℃의 온도)할 경우 이미 어닐링된 피복제로서 충진제 물질상에 피복될 수 있다.
도 2에 나타낸 실시태양은 MMC 제품을 주조하기 위해 용융 알루미늄과 혼합하기에 특별히 적합하며, 이는 용융 알루미늄이 주조되기 전에 어닐링된 이붕소화티탄 층(22)이 용융 알루미늄과 반응(니켈 층(21)이 존재하지 않는 경우에도)하지 않기 때문이다. 즉, 어닐링된 이붕소화티탄 층(22)은 화학적으로 용융 알루미늄에서 안정하다. 한편, 세라믹 강화 충진제상에 피복된 이붕소화티탄(또는 질화티탄)이 어닐링되지 않고, 놀랍게도 이어서 이붕소화티탄(또는 질화티탄 또는 거의 임의의 기타 다른 경우 비반응성 세라믹 물질)은 용융 알루미늄 또는 용융 알루미늄 합금과 반응성이다. 이붕소화티탄 또는 질화티탄이 어닐링되지 않고 용융 알루미늄 또는 용융 알루미늄 합금과 반응할 때 이어서 티탄은 알루미늄과 효율적으로 합금화되는 경향이 있다.
도 1 및 도 2와 관련된 전술된 설명은 특정한 실시태양에 관한 것이다. 그러나, 본 발명의 광범위한 범위내에 금속 매트릭스 복합체, 또는 금속 매트릭스 복합체를 제조하기 위하여 용융 금속에 의해 침윤될 다공성 예비형성물을 제조하기 위하여 용융 금속과 혼합될 조성물로서, 용융 알루미늄에 의해 습윤성이고 용융 알루미늄에서 화학적으로 안정한 세라믹 물질로 피복된, 용융 알루미늄에 의해 습윤성이지 않고/거나 용융 알루미늄에서 화학적으로 안정하지 않은 세라믹 강화 충진제를 포함하는 조성물이 포함되는 것을 이해해야 한다.
세라믹 강화 충진제는 바람직하게 산화물, 탄화물, 붕소화물, 질화물, 예컨대 모래, 점토, 뮬라이트, 일루미나, 이산화티탄, 산화마그네슘, 실리카, 탄소, 산화철, 산화이트륨, 산화 지르코늄, 산화몰리브데늄, 산화탄탈, 탄화니오븀, 탄화텅스텐 및 탄화규소로 이루어진 군으로부터 선택된다. 세라믹 강화 충진제는 가장 바람직하게 알루미나, 탄화규소, 실리카 및 침상 뮬라이트로 이루어진 군으로부터 선택된다. 세라믹 물질 피복제는 바람직하게 이붕소화티탄, 질화알루미늄, 질화티탄, 탄화티탄, 탄화규소 및 탄화붕소로 이루어진 군으로부터 선택된다. 선택적인 부가적 금속 피복제는 바람직하게 W, Mo, Ti, Ni, Cu, Hf, Fe, Co, Al 및 Si로 이루어진 군으로부터 선택된다. 세라믹 물질은 임의의 적합한 방법, 바람직하게 통상적인 플라즈마 스퍼터링에 의해 세라믹 강화 충진제에 피복될 수 있다. 가장 바람직하게, 세라믹 물질 피복제상에 선택적으로 피복된 금속은 니켈 또는 텅스텐이다. 금속 층은 임의의 적합한 방법, 예컨대 비전착성 증착, 전기도금 및 플라즈마 스퍼터링에 의해 세라믹 물질 층상에 피복될 수 있다.
붕화티탄으로 피복된 침상형 뮬라이트가 본 발명의 바람직한 실시태양이다. 붕화티탄으로 피복된 후 니켈로 피복된 침상형 뮬라이트가 또한 본 발명의 바람직한 실시태양이다. 탄화규소로 피복된 탄소(비정형 또는 흑연성 탄소)가 본 발명의 바람직한 실시태양이다. 탄화규소로 피복한 후 텅스텐, 구리 또는 니켈로 피복된 탄소(비정형 또는 흑연 탄소)가 또한 본 발명의 바람직한 실시태양이다. 세라믹 강화 충진제는 임의의 형태, 예를 들어 작은판, 휘스커 또는 섬유 뿐만 아니라 1에 가깝거나 또는 동등한 횡단비를 갖는 입자일 수 있다.
세라믹 강화 충진제 상에 세라믹 물질의 피복제의 두께는 바람직하게 1㎛ 미만, 보다 바람직하게는 0.5㎛ 미만, 훨씬 보다 바람직하게는 0.1㎛ 미만이다. 보다 얇은 피복제가 조성물의 비용을 감소시키는데 바람직하다. 그러나, 세라믹 물질의 피복제는 너무 얇아서 용융 금속에 노출되는 충진제의 충분한 부분을 박리시키게 되어 충진제의 화학적 불안정성 및/또는 충진제의 응집을 유발한다. 가장 바람직하게는, 피복제는 얇고 완전하게 충진제를 피복한다. 강화 충진제의 입경은 전형적으로 10 내지 100㎛의 범위이다.
본 발명의 금속 매트릭스 조성물 제품을 (a) 용융 금속, 예컨대 용융 알루미늄 또는 용융 합금을 상기 조성물과 혼합시켜 금속 조성물 혼합물을 형성하는 단계; 및 (b) 금속 조성물 혼합물을 냉각시켜 금속 매트릭스 조성물 제품을 형성하는 단계에 의해 본 발명의 조성물로부터 제조할 수 있다. 대부분의 경우, 금속 조성물 혼합물을 단계 (b) 전에 용융물에 도입할 수 있다.
또한, 본 발명의 금속 매트릭스 조성물 제품을 (a) 상기 조성물을 포함하는 다공성 예비형성물을 형성하는 단계; (b) 다공성 예비형성물을 용융 금속, 예컨대 용융 알루미늄 또는 용융 알루미늄 합금으로 침윤시켜 침윤된 예비형성물을 형성하는 단계; 및 (c) 침윤된 예비형성물을 냉각시켜 금속 매트릭스 조성물 제품을 형성하는 단계
에 의해 본 발명의 조성물로부터 제조할 수 있다. 예를 들어, 예비형성물은 세라믹 강화 충진제로서 바늘 형태(침상형 뮬라이트)를 갖는 상호연결된 뮬라이트 미량을 포함할 수 있다.
본 발명의 금속 매트릭스 조성물 제품을 거의 제한 없이 많은 적용에 사용할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 금속 매트릭스 조성물 제품은 열 전파자, 열 싱크, 열 전파자/열 싱크 조합 및 열 기판 플레이트로 이루어진 군에서 선택된 열 자기 제품일 수 있다. 모터 비히클 적용을 위한 본 발명의 금속 매트릭스 조성물의 예로는 디스크 브레이크 회전기, 브레이크 패드, 브레이크 피스톤, 브레이크 캘리퍼스, 브레이크 패드 백 플레이트, 브레이크 드럼, 스리어링 너클(steering knuckles), 엔진 실린더 라이너, 실린더 헤드 인서트(insert), 피스톤, 피스톤 고리, 주요 베어링 인서트, 캠 로브, 캠 종동부, 밸브, 밸브 가이드 및 밸브 시이트를 포함한다.
실시예 1
알루미나 분말(알코아(Alcoa)의 A10 등급) 100g을 진공 스퍼터링 챔버내에 교반된 컵에 위치시켰다. 스퍼터링 표적(탄화붕소)을 직경 15cm이고 수 냉각된 홀더에 탑재시켰다. 표적을 교반된 컵으로부터 4cm에 위치시키고 180와트에서 조작하였다. 알루미나 분말을 스퍼터링 챔버내에 탄화붕소로 피복한 후 칭량하였다. 피복된 알루미나 분말을 102g으로 칭량하였다. X-선 광전자 분광기 분석은 약 80%의 알루미나 상에 탄화붕소에 의해 표면 범위를 나타냈다. 탄화붕소로 피복된 알루미나를 디스크 성형된 예비형성물로 압착하고 진공 오븐내에 1200℃에서 알루미늄과 함께 접촉시켰다. 알루미늄 예비형성물로 용융되고 위크화하여 오븐으로부터 이를 제거한 후 실온으로 냉각하여 디스크 성형된 MMC 제품을 형성하였다.
실시예 2
알루미나 분말(알코아의 A10 등급) 100g을 진공 스퍼터링 챔버내에 교반된 컵에 위치시켰다. 스퍼터링 표적(붕화티탄)을 수 냉각된 홀더에 탑재시켰다. 알루미나 분말을 스퍼터 챔버내에 붕화티탄으로 피복한 후 칭량하였다. 피복된 알루미나 분말을 103g으로 칭량하였다. X-선 광전자 분광기 분석은 약 85%의 알루미나 상에 붕화티탄에 의해 표면 범위를 나타냈다. X-선 회절 분석은 붕화티탄 피복제가 실재적으로 결정 구조내에서 비정형임을 나타냈다. 붕화티탄 피복된 알루미나를 디스크 성형된 예비형성물로 압착하고 진공 오븐내에 1200℃에서 알루미늄과 접촉시켰다. 알루미늄을 예비형성물로 용융하고 천천히 위크화하여 오븐으로부터 이를 제거한 후 실온으로 냉각하여 디스크 성형된 MMC 제품을 형성하였다.
실시예 3
알루미나 분말(알코아의 A10 등급) 100g을 진공 스퍼터링 챔버내에 교반된 컵에 위치시켰다. 스퍼터링 표적(티탄 금속)을 수 냉각된 홀더에 탑재하였다. 진공 챔버는 질소 기체의 감압을 함유하였다. 알루미나 분말을 스퍼터링 챔버내에 질화티탄으로 피복한 후 칭량하였다. 피복된 알루미나 분말을 102g으로 칭량하였다. X-선 광전자 분광기 분석은 약 85%의 알루미나 상에 질화티탄에 의해 표면 범위를 나타냈다. X-선 회절 분석은 질화티탄 피복제가 실재적으로 결정 구조내에서 비정형임을 나타냈다. 질화티탄 피복된 알루미나를 질화티탄 피복제 상에 니켈 1마이크론 두께로 적층된 층에 비전착성 금속 석출의 니켈 플레이팅 용액으로 처리하였다. 니켈 피복된 질화티탄 피복된 알루미나를 디스크 성형된 예비형성물으로 압착하고 진공 오븐내에 750℃에서 알루미늄과 접촉시켰다. 알루미늄을 예비형성물로 용융하고 신속히 위크화하여 오븐으로부터 이를 제거한 후 실온으로 냉각하여 디스크 성형된 MMC 제품을 형성하였다.
실시예 4
알루미나 분말(알코아의 A10 등급) 100g을 진공 스퍼터링 챔버내에 교반된 컵에 위치시켰다. 스퍼터링 표적(붕화티탄)을 수 냉각된 홀더에 탑재하였다. 알루미나 분말을 스퍼터링 챔버내에 붕화티탄으로 피복한 후 칭량하였다. 피복된 알루미나 분말을 103g으로 칭량하였다. X-선 광전자 분광기 분석은 약 85%의 알루미나 상에 붕화티탄에 의해 표면 범위를 나타냈다. X-선 회절 분석은 붕화티탄 피복제가 실재적으로 결정 구조내에서 비정형임을 나타냈다. 이어서, 붕화티탄 피복된 알루미나 분말을 약 1시간동안 아르곤내에서 1000℃로 가열하여 붕화티탄 피복제를 단련하였다. X-선 회절 분석은 붕화티탄 피복제가 이제 실재적으로 구조내에 결정성임을 나타냈다. 단련된 붕화티탄 피복된 알루미나를 용융된 알루미늄과 혼합하고 주형으로 주조하였다. 주형을 실온으로 냉각하고 MMC 제품을 형성하였다. MMC 제품은 횡단면화하고 전자 현미경으로 검사하여 알루미늄내에 분산된 붕화티탄으로 피복된 알루미나 분말을 나타냈다.
실시예 5
실리카 분말(평균 입경 약 50㎛를 가짐) 100g을 진공 스퍼터링 챔버내에 교반된 컵에 위치시켰다. 스퍼터링 표적(티탄)을 수 냉각된 홀더에 탑재하였다. 진공 챔버는 질소 기체의 감압을 함유하였다. 실리카 분말을 스퍼터링 챔버내에 질화티탄으로 피복한 후 칭량하였다. 피복된 알루미나 분말을 104g 칭량하였다. X-선 광전자 분광기 분석은 약 90%의 실리카 상에 질화티탄에 의해 표면 범위를 나타냈다. X-선 회절 분석은 질화티탄 피복제가 실재적으로 결정 구조내에서 비정형임을 나타냈다. 이어서, 질화티탄 피복된 알루미나 분말을 약 30분동안 아르곤내에서 1000℃로 가열하여 질화티탄 피복제를 단련하였다. X-선 회절 분석은 질화티탄 피복제가 이제 실재적으로 구조내에 결정성임을 나타냈다. 단련된 질화티탄 피복된 실리카를 용융된 알루미늄과 혼합하고 주형으로 주조하였다. 주형을 실온으로 냉각하고 MMC 제품을 형성하였다. MMC 제품을 횡단면화하고 전자 현미경으로 검사하여 알루미늄내에 분산된 붕화티탄으로 피복된 실리카 분말을 나타냈다.

Claims (20)

  1. 용융 금속과 혼합되어 금속 매트릭스 복합체를 형성하는 조성물(10)로서, 용융 알루미늄에 의해 습윤성이지 않고/거나 용융 알루미늄 중에서 화학적으로 안정하지 않은 세라믹 강화 충진제(12)가, 용융 알루미늄에 의해 습윤성이고 용융 알루미늄 중에서 화학적으로 안정한 세라믹 물질(11)로 피복된 것을 특징으로 하는 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    세라믹 물질상에 피복된 금속 층을 추가로 포함하는 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    세라믹 강화 충진제가 모래, 뮬라이트, 알루미나 및 실리카를 포함하는 충진제로 이루어진 군으로부터 선택되는 조성물.
  4. 제 2 항에 있어서,
    세라믹 강화 충진제가 모래, 뮬라이트, 알루미나 및 실리카를 포함하는 충진제로 이루어진 군으로부터 선택되는 조성물.
  5. 제 3 항에 있어서,
    세라믹 강화 충진제상에 피복된 세라믹 물질이 어닐링된(annealed) 이붕소화티탄 및 어닐링된 질화티탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 조성물.
  6. 제 4 항에 있어서,
    세라믹 강화 충진제상에 피복된 세라믹 물질이 어닐링된 이붕소화티탄 및 어닐링된 질화티탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 조성물.
  7. 제 6 항에 있어서,
    금속이 니켈인 조성물.
  8. 금속 매트릭스 복합체를 제조하기 위하여, 용융 금속에 의해 침윤되어 다공성 예비형성물을 형성하는 조성물(20)로서, 용융 알루미늄에 의해 습윤성이지 않은 세라믹 강화 충진제(23)가, 용융 알루미늄에 의해 습윤성인 세라믹 물질(21)로 피복된 것을 특징으로 하는 조성물.
  9. 제 8 항에 있어서,
    세라믹 물질상에 피복된 금속 층(21)을 추가로 포함하는 조성물.
  10. 제 8 항에 있어서,
    세라믹 강화 충진제가 모래, 뮬라이트, 알루미나 및 실리카를 포함하는 충진제로 이루어진 군으로부터 선택되는 조성물.
  11. 제 9 항에 있어서,
    세라믹 강화 충진제가 모래, 뮬라이트, 알루미나 및 실리카를 포함하는 충진제로 이루어진 군으로부터 선택되는 조성물.
  12. 제 10 항에 있어서,
    세라믹 강화 충진제상에 피복된 세라믹 물질이 탄화붕소, 비정형 이붕소화티탄 및 비정형 질화티탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 조성물.
  13. 제 11 항에 있어서,
    세라믹 강화 충진제상에 피복된 세라믹 물질이 탄화붕소, 비정형 이붕소화티탄 및 비정형 질화티탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 조성물.
  14. 제 13 항에 있어서,
    금속이 니켈인 조성물.
  15. 세라믹 물질로 세라믹 강화 충진제를 피복하는 방법으로서,
    (a) 진공 챔버내에 세라믹 강화 충진제를 위치시키는 단계; 및
    (b) 세라믹 강화 충진제상에 세라믹 물질이 침적되도록 진공 챔버에서 세라믹 물질을 기화시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    세라믹 강화 충진제가 모래, 뮬라이트, 알루미나 및 실리카를 포함하는 충진제로 이루어진 군으로부터 선택되고, 세라믹 물질이 탄화붕소, 탄화붕소 및 알루미늄/탄화붕소 반응 산물의 혼합물, 이붕소화티탄 및 질화티탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    세라믹 강화 충진제상에 세라믹 물질의 피복제를 어닐링하기에 충분한 온도에서 피복된 세라믹 강화 충진제를 가열하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    세라믹 물질이 이붕소화티탄 및 질화티탄으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 세라믹 강화 충진제상에 세라믹 물질의 피복제를 어닐링하기에 충분한 온도에서 피복된 세라믹 강화 충진제를 가열하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. (a) 용융 알루미늄 또는 용융 알루미늄 합금을 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항의 조성물과 혼합시켜 혼합물을 형성하는 단계; 및
    (b) 상기 혼합물을 냉각시켜 금속 매트릭스 복합체 제품을 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 의해 제조되는 금속 매트릭스 복합체 제품.
  20. (a) 제 8 항 내지 제 14 항중 어느 한 항의 조성물로부터 다공성 예비형성물을 형성하는 단계;
    (b) 다공성 예비형성물을 용융 알루미늄 또는 용융 알루미늄 합금과 접촉시켜 용융 알루미늄 또는 용융 알루미늄 합금을 다공성 예비형성물에 침윤시킴으로써 침윤된 예비형성물을 제조하는 단계; 및
    (c) 침윤된 예비형성물을 냉각시켜 금속 매트릭스 복합체 제품을 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 의해 제조되는 금속 매트릭스 복합체 제품.
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