KR20180091865A - METHOD FOR MANUFACTURING METAL MATRIX COMPOSITE COMPRISING INORGANIC PARTICULATES - Google Patents

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KR20180091865A
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porous
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matrix composite
metal matrix
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KR1020187018919A
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Korean (ko)
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엘리자베타 와이 플로트니코브
더글라스 이 존슨
콜린 맥컬러프
제이슨 디 앤더슨
강 치
용 케이 우
샌딥 케이 싱
가레스 에이 휴즈
데이빗 엠 윌슨
아나톨리 제트 로젠플란츠
더글라스 피 괴츠
조던 에이 캠벨
파비안 슈톨첸부르크
진 에이 탠지맨
Original Assignee
쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
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Abstract

다공성 금속 매트릭스 복합재의 제조 방법이 제공된다. 이 방법은 금속 분말, 복수의 무기 입자 및 복수의 불연속 섬유를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계를 포함하며, 이때 금속 분말은 알루미늄, 마그네슘, 알루미늄 합금, 또는 마그네슘 합금을 포함한다. 이 방법은 혼합물을 소결하여 다공성 금속 매트릭스 복합재를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 전형적으로, 무기 입자는 다공성 입자 또는 세라믹 버블 또는 유리 버블을 포함하고 무기 입자 및 불연속 섬유는 금속 중에 분산되어 있다. 금속 매트릭스 복합재는 금속보다 더 낮은 밀도 및 허용가능한 항복 강도를 갖는다.A method of making a porous metal matrix composite is provided. The method includes mixing a metal powder, a plurality of inorganic particles, and a plurality of discontinuous fibers to form a mixture, wherein the metal powder comprises aluminum, magnesium, an aluminum alloy, or a magnesium alloy. The method further comprises sintering the mixture to form a porous metal matrix composite. Typically, the inorganic particles comprise porous particles or ceramic bubbles or glass bubbles, and the inorganic particles and discontinuous fibers are dispersed in the metal. Metal matrix composites have lower density and acceptable yield strength than metals.

Description

무기 입자 및 불연속 섬유를 포함하는 금속 매트릭스 복합재의 제조 방법METHOD FOR MANUFACTURING METAL MATRIX COMPOSITE COMPRISING INORGANIC PARTICULATES

본 발명은 금속 베이스와 다른 재료, 예를 들어 충전제 재료의 혼합물을 포함하는 금속 매트릭스 복합재의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of making a metal matrix composite comprising a mixture of a metal base and other materials, for example filler materials.

금속 매트릭스 복합재는 낮은 중량과 함께 높은 강도 및 강성(stiffness)을 겸비하기 때문에 유망한 재료로서 오랫동안 인식되어 왔다. 금속 매트릭스 복합재는 전형적으로 섬유 또는 다른 충전제 재료로 강화된 금속 매트릭스를 포함한다.Metallic matrix composites have long been recognized as promising materials because they combine high strength and stiffness with low weight. The metal matrix composite typically comprises a metal matrix reinforced with fibers or other filler materials.

본 발명은 경량 금속 매트릭스 복합재의 제조 방법을 제공한다. 소정 수준의 물리적 특성을 유지하면서, 금속보다 더 낮은 엔벨로프 밀도(envelope density)를 갖는 금속 매트릭스 복합재를 형성하는 방법에 대한 필요성이 남아 있다.The present invention provides a method of making a lightweight metal matrix composite. There remains a need for a method of forming a metal matrix composite having a lower envelope density than metal while maintaining a certain level of physical properties.

일 태양에서, 본 발명은 다공성 금속 매트릭스 복합재의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은 금속 분말, 복수의 무기 입자, 및 복수의 불연속 섬유를 혼합하여, 혼합물을 형성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 혼합물을 소결하여, 다공성 금속 매트릭스 복합재를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 전형적으로, 무기 입자 및 불연속 섬유는 금속 중에 분산되어 있다.In one aspect, the present invention provides a method of making a porous metal matrix composite. The method includes mixing a metal powder, a plurality of inorganic particles, and a plurality of discontinuous fibers to form a mixture. The method further comprises sintering the mixture to form a porous metal matrix composite. Typically, inorganic particles and discontinuous fibers are dispersed in a metal.

본 발명의 예시적인 실시 형태에서, 다양한 예상치 못한 결과 및 이점이 얻어진다. 본 발명의 적어도 하나의 예시적인 실시 형태의 이점은, 금속보다 더 낮은 엔벨로프 밀도 및 허용가능한 항복 강도(예를 들어, 인장 응력-변형률 곡선(tensile stress-strain curve)에서 소성 항복) 둘 모두를 나타내는, 금속 중에 분산된 무기 입자 및 불연속 섬유를 함유하는 다공성 금속 매트릭스 복합재가 제조된다는 점이다. 더욱이, 본 발명의 적어도 일부 예시적인 실시 형태에 따른, 금속 중에 효과적으로 분산된 무기 입자를 갖는 금속 매트릭스 복합재를 제공하기 위해 무기 입자 상에 어떠한 코팅도 사용할 필요가 없다. 무기 입자는, 본 발명의 적어도 일부 예시적인 실시 형태에서 최소한의 파괴된 입자를 갖는, 금속 매트릭스 복합재 내에서 전형적으로 손상되지 않은 상태이다.In an exemplary embodiment of the present invention, various unexpected results and advantages are obtained. An advantage of at least one exemplary embodiment of the present invention is that it exhibits both an envelope density lower than metal and an acceptable yield strength (e.g., plastic yielding in tensile stress-strain curves) , A porous metal matrix composite containing inorganic particles dispersed in a metal and discontinuous fibers is produced. Moreover, there is no need to use any coatings on the inorganic particles to provide a metal matrix composite with effectively dispersed inorganic particles in the metal, according to at least some exemplary embodiments of the present invention. The inorganic particles are typically undamaged within the metal matrix composite, having at least some broken particles in at least some exemplary embodiments of the present invention.

본 발명의 상기의 개요는 본 발명의 각각의 개시되는 실시 형태 또는 모든 구현 형태를 설명하고자 하는 것은 아니다. 이어지는 상세한 설명은 예시적인 실시 형태를 더욱 구체적으로 예시한다. 본 출원 전체에 걸쳐 여러 곳에서, 예들의 목록을 통해 지침이 제공되며, 이 예들은 다양한 조합으로 사용될 수 있다. 각각의 경우에, 열거된 목록은 단지 대표적인 군으로서의 역할을 하며, 배타적인 목록으로 해석되어서는 안 된다.The above summary of the present invention is not intended to describe each disclosed embodiment or every implementation of the present invention. The following detailed description illustrates exemplary embodiments in more detail. In many places throughout this application, guidance is provided through a list of examples, and these examples may be used in various combinations. In each case, the listed list serves only as a representative group and should not be construed as an exclusive list.

본 발명은 첨부 도면과 함께 본 발명의 다양한 실시 형태에 대한 하기의 상세한 설명을 고찰함으로써 더욱 완전히 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따라 제조된 금속 매트릭스 복합재의 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 예시적인 매트릭스 및 비교용 매트릭스에 대한 응력-변형률 곡선의 그래프이다.
도 3은 추가적인 예시적인 매트릭스 및 비교용 매트릭스에 대한 응력-변형률 곡선의 그래프이다.
도 4는 추가의 예시적인 매트릭스 및 비교용 매트릭스에 대한 응력-변형률 곡선의 그래프이다.
도 5는 다른 예시적인 매트릭스에 대한 응력-변형률 곡선의 그래프이다.
도 6은 더욱 추가의 예시적인 매트릭스에 대한 응력-변형률 곡선의 그래프이다.
도 7은 또 다른 예시적인 매트릭스에 대한 응력-변형률 곡선의 그래프이다.
축척에 맞게 작성되지 않을 수 있는 전술된 도면이 본 발명의 실시 형태를 개시하고 있지만, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 언급된 바와 같이, 다른 실시 형태가 또한 고려된다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention can be more fully understood by considering the following detailed description of various embodiments of the invention in conjunction with the accompanying drawings.
1 is a schematic cross-sectional view of a metal matrix composite made in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 2 is a graph of stress-strain curves for exemplary matrices and comparative matrices made in accordance with the present invention.
Figure 3 is a graph of stress-strain curves for additional exemplary matrices and comparative matrices.
Figure 4 is a graph of stress-strain curves for additional exemplary matrices and comparative matrices.
Figure 5 is a graph of the stress-strain curves for another exemplary matrix.
Figure 6 is a graph of stress-strain curves for a further exemplary matrix.
Figure 7 is a graph of the stress-strain curves for another exemplary matrix.
Although the foregoing drawings, which may not be drawn to scale, illustrate embodiments of the present invention, other embodiments are also contemplated, as set forth in the Detailed Description for Implementing the Invention.

정의된 용어에 대한 하기의 용어 설명의 경우, 청구범위 또는 본 명세서의 어딘가 다른 곳에서 상이한 정의가 제공되지 않는 한, 이러한 정의가 전체 출원에 적용되어야 한다.In the following glossary terms for defined terms, such definitions shall apply to the entire application unless a different definition is provided in the claims or elsewhere in this specification.

용어Terms

대부분은 잘 알려져 있지만 어떤 설명을 필요로 할 수 있는 소정의 용어가 본 명세서 및 청구범위 전체에 걸쳐 사용되고 있다. 이들 용어는, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 다음과 같이 이해되어야 한다.Certain terminology is used throughout this specification and claims, many of which are well known, but which may require some explanation. These terms, as used herein, should be understood as follows.

본 명세서 및 첨부된 실시 형태에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태는 그 내용이 명백히 달리 지시하지 않는다면 복수의 지시대상을 포함한다. 본 명세서 및 첨부된 실시 형태에서 사용되는 바와 같이, 용어 "또는"은 그 내용이 명백히 달리 지시되지 않는 한 "및/또는"을 포함하는 의미로 일반적으로 사용된다.As used in this specification and the appended claims, the singular forms "a", "an," and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. As used in this specification and the appended embodiments, the term "or" is generally used to mean "and / or ", unless the context clearly indicates otherwise.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 종점(endpoint)에 의한 수치 범위의 언급은 그 범위 내에 포함되는 모든 수를 포함한다(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.8, 4 및 5를 포함한다).As used herein, reference to a numerical range by an endpoint includes all numbers contained within that range (e.g., 1 to 5 are 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.8, 4 and 5).

달리 지시되지 않는 한, 본 명세서 및 실시 형태에 사용되는, 성분의 양, 특성의 측정치 등을 표현하는 모든 수는 모든 경우에 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 전술한 명세서 및 첨부된 실시 형태의 목록에 기재된 수치 파라미터는 본 발명의 교시 내용을 이용하여 당업자가 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 달라질 수 있다. 최소한으로, 그리고 청구된 실시 형태의 범주에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 시도로서가 아니라, 각각의 수치 파라미터는 보고된 유효숫자의 개수의 관점에서 그리고 보통의 반올림 기법을 적용함으로써 적어도 해석되어야 한다.Unless otherwise indicated, all numbers expressing quantities of ingredients, measurements of properties, etc. used in the specification and embodiments are to be understood as being modified in all instances by the term "about ". Accordingly, unless indicated to the contrary, the numerical parameters set forth in the foregoing specification and in the accompanying list of embodiments may vary depending upon the desired properties sought to be obtained by those skilled in the art using the teachings of the present invention. At the very least, and not as an attempt to limit the application of the doctrine of equivalents to the scope of the claimed embodiments, each numerical parameter should at least be construed in light of the number of reported significant digits and by applying ordinary rounding techniques.

용어 "포함한다" 및 그의 변형은 이들 용어가 상세한 설명 및 청구범위에 나타나는 경우 제한적 의미를 갖지 않는다.The term " comprises "and variations thereof are not intended to be limiting insofar as such terms appear in the detailed description and the claims.

"바람직한" 및 "바람직하게는"이라는 단어는 소정의 상황 하에서 소정의 이익을 줄 수 있는 본 발명의 실시 형태를 지칭한다. 그러나, 동일한 상황 또는 다른 상황 하에서, 다른 실시 형태가 또한 바람직할 수 있다. 나아가, 하나 이상의 바람직한 실시 형태의 언급은 다른 실시 형태가 유용하지 않다는 것을 암시하지 않으며, 다른 실시 형태를 본 발명의 범주로부터 배제하도록 의도되지 않는다.The words "preferred" and "preferably" refer to embodiments of the present invention that can provide certain benefits under certain circumstances. However, under the same or other circumstances, other embodiments may also be preferred. Furthermore, reference to one or more preferred embodiments does not imply that other embodiments are not useful, and is not intended to exclude other embodiments from the scope of the present invention.

본 명세서의 전체에 걸쳐 "일 실시 형태", "소정 실시 형태", "하나 이상의 실시 형태" 또는 "실시 형태"에 대한 언급은, 용어 "실시 형태"에 선행하는 용어 "예시적인"을 포함하든 포함하지 않든 간에, 그 실시 형태와 관련하여 설명된 특정한 특징, 구조, 재료 또는 특성이 본 발명의 소정의 예시적인 실시 형태들 중 적어도 하나의 실시 형태에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서에 걸쳐 여러 곳에서 나오는 "하나 이상의 실시 형태에서", "소정 실시 형태에서", "일 실시 형태에서", "많은 실시 형태에서" 또는 "실시 형태에서"와 같은 어구의 출현이 반드시 본 발명의 소정의 예시적인 실시 형태들 중 동일한 실시 형태를 지칭하는 것은 아니다. 더욱이, 특정한 특징, 구조, 재료, 또는 특성은 하나 이상의 실시 형태에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.Reference throughout this specification to "one embodiment", "an embodiment", "one or more embodiments" or "an embodiment" means that the term "exemplary" Means that a particular feature, structure, material, or characteristic described in connection with the embodiment is included in at least one of the exemplary exemplary embodiments of the present invention. Thus, the appearances of the phrases "in one or more embodiments," in certain embodiments, "in an embodiment," " in many embodiments, "or & And does not necessarily refer to the same embodiment among the certain exemplary embodiments of the present invention. Furthermore, a particular feature, structure, material, or characteristic may be combined in any suitable manner in one or more embodiments.

금속 매트릭스 중의 하나 이상의 충전제와 관련하여 용어 "분산된"은 하나 이상의 충전제가 금속 매트릭스 전반에 분포되어, 예를 들어 금속 및 충전제(들)를 포함하는 실질적으로 균질한 금속 매트릭스 복합재를 제공함을 지칭한다. 이것은, 금속 매트릭스 복합재의 영역들(예를 들어, 금속 매트릭스 복합재 내의 충전제의 층들 또는 클러스터(cluster)들)이 상기 금속 매트릭스 복합재의 상이한 위치의 영역의 2배 이상인 하나 이상의 충전제의 농도를 갖는 것과는 대조적이다. 하나 이상의 충전제가 금속 매트릭스 중에 엄밀하게는 균질하게 분포되지 않은 충분히 작은 부피의 금속 매트릭스 복합재를 관찰할 수도 있지만, 충전제(들)는 여전히 금속 중에 분산되어 있다.The term "dispersed" in reference to one or more fillers in a metal matrix refers to that one or more fillers are distributed throughout the metal matrix to provide a substantially homogeneous metal matrix composite comprising, for example, metal and filler (s) . This is in contrast to having regions of the metal matrix composite (e.g., layers or clusters of filler in the metal matrix composite) having a concentration of one or more fillers that is at least twice that of the regions of the metal matrix composite at different locations to be. Although the filler (s) may be observed in a sufficiently small volume of the metal matrix composite that is not strictly homogeneously distributed in the metal matrix, the filler (s) are still dispersed in the metal.

용어 "소결"은 분말형 재료를 완전한 액화 없이 가열함으로써 고체 또는 다공성 덩어리로 합체되게 하는 것을 지칭한다. 선택적으로, 분말형 재료는 또한 소결 동안 압축된다.The term "sinter" refers to the incorporation of the powdered material into solid or porous lumps by heating without complete liquefaction. Optionally, the powdered material is also compacted during sintering.

입자와 관련하여 용어 "엔벨로프 밀도"는 질량을 엔벨로프 부피로 나눈 것을 지칭한다. "엔벨로프 부피"는 각각의 입자 내의 고체의 부피와 그 입자 내의 임의의 공극의 부피의 합계를 지칭한다. 유사하게, 금속 매트릭스 복합재와 관련하여 용어 "엔벨로프 밀도"는 질량을 엔벨로프 부피로 나눈 것을 지칭하며, 여기서, "엔벨로프 부피"는 금속 매트릭스 복합재 내의 고체의 부피와 그 금속 매트릭스 복합재 내의 임의의 공극의 부피의 합계를 지칭한다.The term "envelope density" in relation to particles refers to the mass divided by the envelope volume. "Envelope volume" refers to the sum of the volume of solids in each particle and the volume of any voids in the particle. Similarly, the term "envelope density" in relation to a metal matrix composite refers to the mass divided by the envelope volume, where "envelope volume" refers to the volume of solids in the metal matrix composite and the volume of any void in the metal matrix composite ≪ / RTI >

다공성 입자와 관련하여 용어 "골격 밀도"는 질량을 골격 부피로 나눈 것을 지칭한다. "골격 부피"는 입자 내의 고체 재료의 부피와 임의의 폐쇄된 기공의 부피의 합계를 지칭한다.The term "skeletal density" in relation to porous particles refers to the mass divided by the skeletal volume. "Skeletal volume" refers to the sum of the volume of solid material within the particle and the volume of any closed pores.

유리 버블과 관련하여 용어 "평균 진밀도"는 소정 부피의 유리 버블의 밀도(그러한 부피 내의 유리 버블의 압밀에 따라 좌우됨)가 아니라 유리 버블의 밀도의 평균을 지칭한다.The term "average true density " in relation to glass bubbles refers to the average density of glass bubbles, rather than the density of a given volume of glass bubbles (depending on the compaction of the glass bubbles in such volume).

용어 "소성 항복"은 재료의 미리 결정된 양의 영구 변형이 발생할 때의 응력을 지칭한다.The term "plastic yield" refers to the stress when a predetermined amount of permanent deformation of the material occurs.

용어 "인장 소성 항복"은 재료가 인장력을 받는 동안 재료의 미리 결정된 양의 영구 변형이 발생할 때의 응력을 지칭한다.The term "tensile plastic yielding" refers to the stress when a predetermined amount of permanent deformation of the material occurs while the material is subjected to tensile force.

용어 "연화점"은 (예를 들어, 고체상) 재료가 그의 자체 중량 하에서 슬럼핑(slump)하기 시작할 때의 온도 또는 온도 범위를 지칭한다. 명확한 융점을 갖는 재료(예를 들어, 금속)의 경우, 연화점은 일반적으로 금속 또는 금속 합금의 융점으로 간주된다. 그러나, 명확한 융점을 갖지 않는 재료의 경우, 연화점은 재료의 탄성 거동이 소성 유동으로 변하는 온도일 수 있다. 예를 들어, 유리, 유리-세라믹, 또는 자기(porcelain)의 연화점은 재료의 유리 전이 온도에서 발생할 수 있으며 107.65 푸아즈의 점도에 의해 한정될 수 있다. 유리의 연화점은 전형적으로, 예를 들어, 비카트 법(Vicat method)(예를 들어, ASTM-D1525 또는 ISO 306)에 의해 또는 열 변형 시험(Heat Deflection Test)(예를 들어, ASTM-D648)에 의해 결정된다.The term "softening point " refers to the temperature or temperature range at which a material (e.g., solid phase) material begins to slump under its own weight. In the case of a material with a definite melting point (e.g. metal), the softening point is generally regarded as the melting point of the metal or metal alloy. However, for materials that do not have a definite melting point, the softening point may be the temperature at which the elastic behavior of the material changes to a plastic flow. For example, the softening point of glass, glass-ceramic, or porcelain can occur at the glass transition temperature of the material and can be defined by the viscosity of 10 7.65 poise. The softening point of the glass is typically measured by, for example, the Vicat method (e.g., ASTM-D1525 or ISO 306) or the Heat Deflection Test (e.g., ASTM-D648) .

유리 버블과 관련하여 용어 "코팅되지 않은"은 유리 버블의 외부 표면에 도포된 임의의 추가적인 재료(즉, 유리와는 상이한 조성을 가짐)의 부재를 지칭한다.The term "uncoated " in the context of a glass bubble refers to the absence of any additional material (i.e., having a different composition than glass) applied to the outer surface of the glass bubble.

용어 "항복 강도"는 재료의 소성 연신(plastic elongation)이 시작된 것으로 간주될 때의 응력을 지칭한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 항복 강도는 0.2%의 오프셋(offset)에서 결정된다. ASTM B557M-15는 다음을 개시한다: "7.6 항복 강도 - 0.2%의 오프셋에서 오프셋 방법에 의해 항복 강도를 결정함". 재료의 수락 또는 거절은 하중 하 연장 방법(Extension-Under-Load Method)에 기초하여 결정될 수 있다. 판정 시험의 경우, 오프셋 방법이 사용되어야 한다. 7.6.1 오프셋 시험 - "오프셋 방법"에 의해 항복 강도를 결정하기 위해, 응력-변형률 선도를 그릴 수 있는 (자동기록식 또는 수치적) 데이터를 확보할 필요가 있다. 이어서, 응력-변형률 선도(도 16) 상에 오프셋의 명시된 값과 동일한 Om을 배치하고 OA와 평행하게 mn을 그려서, mn과 응력-변형률 선도의 교차점인 r을 찾는다(주 12). 이 방법에 의해 얻어지는 항복 강도의 값을 보고할 때, 사용된 "오프셋"의 명시된 값이 용어 항복 강도 뒤의 괄호 안에 언급되어야 한다. 따라서: 항복 강도(오프셋 = 0.2%) = 360 MPa".The term "yield strength" refers to the stress when plastic elongation of a material is considered to have begun. As used herein, the yield strength is determined at an offset of 0.2%. ASTM B557M-15 discloses: "7.6 Yield Strength - Determination of Yield Strength by Offset Method at Offset of 0.2%". The acceptance or rejection of the material may be determined based on the Extension-Under-Load Method. For the determination test, the offset method shall be used. 7.6.1 Offset test - In order to determine the yield strength by the "offset method", it is necessary to obtain data (autorecording or numerical) which can draw the stress-strain curve. Then, on the stress-strain curve (Fig. 16), locate Om , which is the same as the specified value of the offset, and draw mn parallel to OA to find r , the intersection of mn and the stress-strain diagram. When reporting the value of the yield strength obtained by this method, the specified value of the "offset" used must be noted in parentheses after the term yield strength. Thus: Yield strength (offset = 0.2%) = 360 MPa ".

용어 "전이-알루미나"는 수산화알루미늄에서 알파-알루미나에 이르는 임의의 알루미나를 지칭한다. 구체적인 전이-알루미나 입자에는 델타-알루미나, 에타-알루미나, 세타-알루미나, 카이-알루미나, 카파-알루미나, 로-알루미나, 및 감마-알루미나가 포함된다. 전이-알루미나 입자는 수산화알루미늄 또는 옥시수산화알루미늄의 열처리 동안 발생된다. 가장 열역학적으로 안정한 형태는 일반적으로 알파-알루미나이다.The term "transition-alumina" refers to any alumina from aluminum hydroxide to alpha-alumina. Specific transition-alumina particles include delta-alumina, eta-alumina, theta-alumina, chi-alumina, kappa-alumina, low-alumina, and gamma-alumina. Transition-alumina particles are generated during the heat treatment of aluminum hydroxide or aluminum oxyhydroxide. The most thermodynamically stable form is usually alpha-alumina.

이제, 본 발명의 다양한 예시적인 실시 형태를 설명할 것이다. 본 발명의 예시적인 실시 형태는 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변경을 취할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 형태가 하기에 기술된 예시적인 실시 형태로 한정되어서는 안 되고 청구범위 및 임의의 그 등가물에 기재된 제한에 의해 좌우되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.Various illustrative embodiments of the invention will now be described. The illustrative embodiments of the present invention can make various changes and modifications without departing from the spirit and scope of the invention. It is, therefore, to be understood that the embodiments of the present invention should not be limited to the exemplary embodiments described below but should be determined by the limitations set forth in the claims and any equivalents thereof.

일 태양에서, 본 발명은 다공성 금속 매트릭스 복합재의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은 금속 분말, 복수의 무기 입자, 및 복수의 불연속 섬유를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 혼합물을 소결하여 다공성 금속 매트릭스 복합재를 형성하는 단계를 추가로 포함한다.In one aspect, the present invention provides a method of making a porous metal matrix composite. The method includes mixing a metal powder, a plurality of inorganic particles, and a plurality of discontinuous fibers to form a mixture. The method further comprises sintering the mixture to form a porous metal matrix composite.

일부 실시 형태에서, 금속 분말, 무기 입자, 및 불연속 섬유의 혼합은 수동으로, 예를 들어 재료들이 담긴 용기를 손으로 흔들어서 수행된다. 종종, 흔드는 것은 15초 이상, 20초 이상, 30초 이상, 45초 이상, 또는 60초 이상, 2분 이하, 100초 이하, 90초 이하, 또는 70초 이하 동안 수행된다. 금속 매트릭스 복합재를 위한 성분들을 수동으로 혼합할 때, 선택적으로 재료가 담긴 용기를 1회 이상 뒤집는다. 소정 실시 형태에서, 금속 분말, 무기 입자, 및 불연속 섬유의 혼합은 음향 혼합기(acoustic mixer), 기계적 혼합기(mechanical mixer), 셰이커 테이블(shaker table) 또는 텀블러(tumbler)를 사용하여 수행된다. 장치를 사용하는 혼합이 15초 이상, 20초 이상, 30초 이상, 45초 이상, 또는 60초 이상, 2분 이하, 100초 이하, 90초 이하, 또는 70초 이하 동안 유사하게 수행될 수 있다. 성분들을 혼합하여 생성된 혼합물은 금속 분말 중에 분산된 무기 입자 및 불연속 섬유를 포함한다. 상기에 논의된 바와 같이, 금속 분말 중에 분산된 무기 입자 및 불연속 섬유를 갖는 것은 실질적으로 균질한 혼합물을 제공한다.In some embodiments, the mixing of the metal powder, the inorganic particles, and the discontinuous fibers is performed manually, for example by shaking the container containing the materials by hand. Often shaking is carried out for greater than 15 seconds, greater than 20 seconds, greater than 30 seconds, greater than 45 seconds, or greater than 60 seconds, less than 2 minutes, less than 100 seconds, less than 90 seconds, or less than 70 seconds. When manually mixing the ingredients for the metal matrix composite, the container containing the material is optionally inverted one or more times. In certain embodiments, the mixing of metal powder, inorganic particles, and discontinuous fibers is performed using an acoustic mixer, a mechanical mixer, a shaker table, or a tumbler. Mixing using the device may be similarly performed for greater than 15 seconds, greater than 20 seconds, greater than 30 seconds, greater than 45 seconds, or greater than 60 seconds, less than 2 minutes, less than 100 seconds, less than 90 seconds, or less than 70 seconds . The mixture produced by mixing the components includes inorganic particles and discontinuous fibers dispersed in the metal powder. As discussed above, having inorganic particles and discontinuous fibers dispersed in metal powder provides a substantially homogeneous mixture.

혼합 후에, 혼합물은 소결된다. 대부분의 실시 형태에서, 소결은 30분 이상, 60분 이상, 90분 이상, 또는 2시간 이상, 3시간 이하 또는 24시간 이하; 예를 들어 30분 내지 3시간의 시간 동안 수행된다. 전형적으로, 혼합물은 다이(die)(예를 들어, 주형) 내에서 소결된다. 소결은 보통 열간 프레스(hot press) 또는 노(furnace)에서 섭씨 250도(℃) 이상, 300℃ 이상, 400℃ 이상, 500℃ 이상, 또는 600℃ 이상, 1,000℃ 이하, 900℃ 이하, 800℃ 이하, 또는 700℃ 이하; 예를 들어 250℃ 내지 1,000℃, 또는 400℃ 내지 900℃, 또는 600℃ 내지 800℃의 온도로 수행된다. 많은 실시 형태에서, 온도는 원하는 최대 온도에 도달할 때까지 일정한 속도로 증가된다.After mixing, the mixture is sintered. In most embodiments, sintering is performed for at least 30 minutes, at least 60 minutes, at least 90 minutes, or at least 2 hours, at least 3 hours, or at most 24 hours; For example from 30 minutes to 3 hours. Typically, the mixture is sintered in a die (e.g., a mold). Sintering is usually carried out in a hot press or furnace at temperatures of 250 ° C or higher, 300 ° C or higher, 400 ° C or higher, 500 ° C or higher, 600 ° C or higher, 1,000 ° C or lower, 900 ° C or lower, Or 700 ° C or less; For example, from 250 캜 to 1,000 캜, or from 400 캜 to 900 캜, or from 600 캜 to 800 캜. In many embodiments, the temperature is increased at a constant rate until the desired maximum temperature is reached.

소정 실시 형태에서, 소결은 다이 내의 혼합물에 압력을 가하는 것을 추가로 포함한다. 예를 들어, 소결은 선택적으로 4 메가파스칼(MPa) 이상, 5 MPa 이상, 7 MPa 이상, 10 MPa 이상, 12 MPa 이상, 15 MPa 이상, 또는 20 MPa 이상; 200 MPa 이하, 150 MPa 이하, 100 MPa 이하, 75 MPa 이하, 50 MPa 이하, 또는 25 MPa 이하; 예를 들어 4 MPa 내지 200 MPa, 4 MPa 내지 50 MPa, 또는 15 MPa 내지 200 MPa의 압력에서 수행된다. 소정 실시 형태에서, 다이는 가해진 압력의 해제 후에 불활성 기체(예를 들어, 질소 또는 아르곤)로 플러싱된다.In some embodiments, the sintering further comprises applying pressure to the mixture in the die. For example, sintering may optionally be at least 4 megapascals (MPa), at least 5 MPa, at least 7 MPa, at least 10 MPa, at least 12 MPa, at least 15 MPa, or at least 20 MPa; 200 MPa or less, 150 MPa or less, 100 MPa or less, 75 MPa or less, 50 MPa or less, or 25 MPa or less; For example from 4 MPa to 200 MPa, from 4 MPa to 50 MPa, or from 15 MPa to 200 MPa. In certain embodiments, the die is flushed with an inert gas (e.g., nitrogen or argon) after release of the applied pressure.

소결 공정 후에, 금속 매트릭스 복합재를 (예를 들어, 열간 프레스 또는 노의 내부 또는 외부에서) 냉각되게 둘 수 있다. 일부 실시 형태에서, 금속 매트릭스 복합재를 노 냉각되게(즉, 노를 끄고 기다려서 금속 매트릭스 복합재가 자체적으로 냉각되게) 둔다. 다른 실시 형태에서, 냉각제, 예를 들어 그리고 제한 없이, 불활성 기체(예를 들어, 질소, 아르곤 등)를 열간 프레스 또는 노에 통과시켜 금속 매트릭스 복합재가 더 신속하게 냉각되게 한다.After the sintering process, the metal matrix composite can be allowed to cool (e.g., inside or outside the hot press or furnace). In some embodiments, the metal matrix composite is allowed to cool to room temperature (i.e., the furnace is turned off and the metal matrix composite is allowed to cool itself). In another embodiment, coolant, for example and without limitation, inert gas (e.g., nitrogen, argon, etc.) is passed through a hot press or furnace to allow the metal matrix composite to cool more rapidly.

도 1을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따라 제조된 다공성 금속 매트릭스 복합재(100)의 개략 단면도가 제공된다. 다공성 금속 매트릭스 복합재(100)는 금속(10), 복수의 무기 입자(12), 및 복수의 불연속 섬유(14)를 포함한다. 무기 입자(12) 및 불연속 섬유(14)는 금속(10) 중에 분산되어 있다. 단순화를 위해, 금속 매트릭스 복합재는 모놀리식(monolithic) 형상을 갖는 것으로 예시되지만; 금속 매트릭스 복합재는 의도된 응용에 따라 다수의 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 금속 매트릭스 복합재는 특정 금속 성분이 금속 매트릭스 복합재 성분으로 대체될 수 있는 산업, 예컨대 건설, 자동차, 및 전자 기기에 적용가능하다.Referring to Figure 1, a schematic cross-sectional view of a porous metal matrix composite 100 made in accordance with an exemplary embodiment of the present invention is provided. The porous metal matrix composite 100 includes a metal 10, a plurality of inorganic particles 12, and a plurality of discontinuous fibers 14. The inorganic particles 12 and the discontinuous fibers 14 are dispersed in the metal 10. For simplicity, the metal matrix composite is illustrated as having a monolithic shape; The metal matrix composite can be formed into a number of different shapes depending on the intended application. Metallic matrix composites are applicable to industries such as construction, automotive, and electronics where certain metal components can be replaced by metal matrix composites.

많은 실시 형태에서, 금속은 다공성 매트릭스 구조를 포함한다. 다공성 매트릭스 구조는 보통 분말형 금속으로부터 얻어지며, 이때 분말은 기체(예를 들어, 공기)가 고체 금속 구조 내에 혼입된 금속 구조를 포함한다. 전형적으로, 금속은 금속 매트릭스 복합재의 50 중량% 이상, 55 중량% 이상, 60 중량% 이상, 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 또는 75 중량% 이상의 양으로; 그리고 95 중량% 이하, 90 중량% 이하, 85 중량% 이하, 또는 80 중량% 이하의 양으로 존재한다. 달리 말해, 금속은 금속 매트릭스 복합재의 50 중량% 내지 95 중량%, 또는 금속 매트릭스 복합재의 70 중량% 내지 95 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 금속은 알루미늄, 마그네슘, 또는 이들의 합금(즉, 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금)을 포함한다. 적합한 금속에는, 예를 들어 그리고 제한 없이, 순수 알루미늄(에카르트(Eckart; 미국 켄터키주 루이빌 소재)로부터 구매가능한 순수 알루미늄 분말과 같이, 순도가 99.0% 이상인 알루미늄 분말, 예를 들어, AA1100, AA1050, AA1070 등); 또는 알루미늄 및 0.2 내지 2 질량%의 다른 금속을 함유하는 알루미늄 합금이 포함된다. 그러한 합금에는 Al-Cu 합금(AA2017 등), Al-Mg 합금(AA5052 등), Al-Mg-Si 합금(AA6061 등), Al-Zn-Mg 합금(AA7075 등) 및 Al-Mn 합금이, 단독으로 또는 둘 이상의 혼합물로서 포함된다. 다양한 적합한 금속 분말이 애틀랜틱 이큅먼트 엔지니어스(Atlantic Equipment Engineers; 미국 뉴저지주 어퍼 새들 리버 소재)로부터 구매가능하다.In many embodiments, the metal comprises a porous matrix structure. The porous matrix structure is usually obtained from a powdered metal, where the powder comprises a metal structure in which a gas (e.g., air) is incorporated into the solid metal structure. Typically, the metal is present in an amount of at least 50 wt%, at least 55 wt%, at least 60 wt%, at least 65 wt%, at least 70 wt%, or at least 75 wt% of the metal matrix composite; And 95 wt% or less, 90 wt% or less, 85 wt% or less, or 80 wt% or less. In other words, the metal may be present in an amount of 50% to 95% by weight of the metal matrix composite, or 70% to 95% by weight of the metal matrix composite. The metal includes aluminum, magnesium, or an alloy thereof (i.e., an aluminum alloy or a magnesium alloy). Suitable metals include, by way of example and without limitation, aluminum powder having a purity of 99.0% or greater, such as pure aluminum (e. G., Pure aluminum powder available from Eckart, Louisville, KY., Such as AA1100, AA1050, AA1070 Etc); Or an aluminum alloy containing aluminum and 0.2 to 2 mass% of other metals. Such alloys include Al-Cu alloys (such as AA2017), Al-Mg alloys (such as AA5052), Al-Mg-Si alloys (such as AA6061), Al- Or as a mixture of two or more. A variety of suitable metal powders are available from Atlantic Equipment Engineers (Upper Saddle River, NJ).

전형적으로, 금속이 분말 형태로 사용되는 경우, 금속 분말은 300 나노미터(nm) 이상, 400 nm 이상, 500 nm 이상, 750 nm 이상, 1 마이크로미터(μm) 이상, 2 μm 이상, 5 μm 이상, 7 μm 이상, 10 μm 이상, 20 μm 이상, 35 μm 이상, 50 μm 이상, 또는 75 μm 이상; 100 μm 이하, 75 μm 이하, 50 μm 이하, 35 μm 이하, 또는 25 μm 이하의 평균 입자 크기를 포함한다. 달리 말해, 금속 분말은 300 nm 내지 100 μm의 범위; 1 μm 내지 100 μm의 범위; 또는 1 μm 내지 50 μm의 범위의 평균 입자 크기를 포함한다. 입자 크기는, 예를 들어 광학 현미경 및 레이저 회절을 사용하여 분석될 수 있다.Typically, when the metal is used in powder form, the metal powder may be at least 300 nanometers (nm), at least 400 nanometers, at least 500 nanometers, at least 750 nanometers, at least 1 micrometer, at least 2 micrometers, at least 5 micrometers At least 7 μm, at least 10 μm, at least 20 μm, at least 35 μm, at least 50 μm, or at least 75 μm; Less than 100 μm, less than 75 μm, less than 50 μm, less than 35 μm, or less than 25 μm. In other words, the metal powder has a range of 300 nm to 100 mu m; Ranging from 1 [mu] m to 100 [mu] m; Or an average particle size in the range of 1 [mu] m to 50 [mu] m. The particle size can be analyzed using, for example, an optical microscope and laser diffraction.

적합한 무기 입자에는 최대 엔벨로프 밀도가 2.00 그램/세제곱센티미터 이하, 1.75 그램/세제곱센티미터 이하, 1.50 그램/세제곱센티미터 이하, 1.25 그램/세제곱센티미터 이하, 또는 1.00 그램/세제곱센티미터 이하인 입자가 포함된다. 전형적으로, 복수의 무기 입자는 실질적으로 구형 형상 또는 침형 형상을 포함하지만, 일부 실시 형태에서 무기 입자는 다중셀형(multicelled) 버블을 포함한다. 입자는 일반적으로 최장축 대 최단축의 종횡비가 2:1 이하이다.Suitable inorganic particles include particles having a maximum envelope density of less than 2.00 grams per cubic centimeter, less than 1.75 grams per cubic centimeter, less than 1.50 grams per cubic centimeter, less than 1.25 grams per cubic centimeter, or less than 1.00 grams per cubic centimeter. Typically, the plurality of inorganic particles comprises a substantially spherical or acicular shape, but in some embodiments the inorganic particles comprise multicelled bubbles. Particles generally have an aspect ratio of the longest axis to the shortest axis of 2: 1 or less.

전형적으로, 복수의 무기 입자는 50 nm 이상, 250 nm 이상, 500 nm 이상, 750 nm 이상, 1 μm 이상, 2 μm 이상, 5 μm 이상, 7 μm 이상, 10 μm 이상, 20 μm 이상, 35 μm 이상, 50 μm 이상, 75 μm 이상, 또는 100 μm 이상; 5 밀리미터(mm) 이하, 3 mm 이하, 2 mm 이하, 1 mm 이하, 750 μm 이하, 500 μm 이하, 또는 250 μm 이하의 평균 입자 크기를 포함한다. 달리 말해, 복수의 무기 입자는 50 nm 내지 5 mm의 범위; 1 μm 내지 1 mm의 범위; 또는 10 μm 내지 500 μm의 범위의 평균 입자 크기를 포함한다.Typically, the plurality of inorganic particles is at least 50 nm, at least 250 nm, at least 500 nm, at least 750 nm, at least 1 μm, at least 2 μm, at least 5 μm, at least 7 μm, at least 10 μm, at least 20 μm, Or more, 50 占 퐉 or more, 75 占 퐉 or more, or 100 占 퐉 or more; No more than 5 millimeters (mm), no more than 3 mm, no more than 2 mm, no more than 1 mm, no more than 750 μm, no more than 500 μm, or no more than 250 μm. In other words, the plurality of inorganic particles have a particle size in the range of 50 nm to 5 mm; Ranging from 1 [mu] m to 1 mm; Or an average particle size in the range of 10 [mu] m to 500 [mu] m.

금속 중에 분산되는 무기 입자의 양은 특별히 제한되지 않는다. 복수의 무기 입자는 종종 금속 매트릭스 복합재의 1 중량% 이상, 금속 매트릭스 복합재의 2 중량% 이상, 5 중량% 이상, 8 중량% 이상, 10 중량% 이상, 15 중량% 이상, 또는 20 중량% 이상; 금속 매트릭스 복합재의 50 중량% 이하, 28 중량% 이하, 26 중량% 이하, 24 중량% 이하, 또는 22 중량% 이하의 양으로 존재한다. 소정 실시 형태에서, 무기 입자는 금속 매트릭스 복합재의 1 중량% 내지 30 중량%, 또는 2 중량% 내지 25 중량%, 또는 2 중량% 내지 15 중량%의 양으로 금속 매트릭스 복합재에 존재한다. 1 중량% 미만의 무기 입자의 포함은 금속 매트릭스 복합재의 엔벨로프 밀도가 최소로 감소되게 하는 한편, 30 중량% 초과의 무기 입자의 포함은 불충분한 양의 금속 및 섬유를 함유하는 금속 매트릭스 복합재로 인해 금속 매트릭스 복합재의 기계적 특성에 부정적인 영향을 준다.The amount of the inorganic particles dispersed in the metal is not particularly limited. The plurality of inorganic particles is often at least 1% by weight of the metal matrix composite, at least 2%, at least 5%, at least 8%, at least 10%, at least 15%, or at least 20% by weight of the metal matrix composite; Up to 50 weight percent, up to 28 weight percent, up to 26 weight percent, up to 24 weight percent, or up to 22 weight percent of the metal matrix composite. In certain embodiments, the inorganic particles are present in the metal matrix composite in an amount of from 1 wt% to 30 wt%, or from 2 wt% to 25 wt%, or from 2 wt% to 15 wt% of the metal matrix composite. The inclusion of less than 1% by weight of inorganic particles causes the envelope density of the metal matrix composite to be minimized while the inclusion of more than 30% by weight of the inorganic particles results in a metal matrix composite containing an insufficient amount of metal and fiber Which adversely affects the mechanical properties of the matrix composite.

소정 실시 형태에서, 복수의 무기 입자는 다공성 입자를 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "다공성 입자"는 기공 자체를 갖는 입자, 및 비다공성 일차 입자 중 적어도 일부 사이의 기공을 포함하는 비다공성 일차 입자의 응집체(agglomerate) 둘 모두를 지칭한다. 유용한 다공성 입자의 예에는, 예를 들어 그리고 제한 없이, 다공성 금속 산화물 입자, 다공성 금속 수산화물 입자, 다공성 금속 탄산염, 다공성 탄소 입자, 다공성 실리카 입자, 다공성 탈수 알루미노실리케이트 입자, 다공성 탈수 금속 수화물 입자, 제올라이트 입자, 다공성 유리 입자, 팽창 펄라이트 입자, 팽창 질석 입자, 다공성 규산나트륨 입자, 엔지니어드 다공성 세라믹 입자, 비다공성 일차 입자의 응집체, 또는 이들의 조합이 포함된다. 소정 실시 형태에서, 금속 산화물, 금속 수산화물, 또는 금속 탄산염의 금속은 알루미늄, 마그네슘, 지르코늄, 칼슘, 또는 이들의 조합으로부터 선택된다. 선택된 실시 형태에서, 다공성 입자는 다공성 알루미나 입자, 다공성 탄소 입자, 다공성 실리카 입자, 다공성 수산화알루미늄 입자, 또는 이들의 조합을 포함한다. 다공성 입자는 전형적으로 물과 결합되어 있으며, 물은 보통 다공성 입자를 가열함으로써 다공성 입자로부터 제거된다. 선택적으로, 다공성 입자는 전이-알루미나 입자를 포함한다. 적합한 다공성 입자에는, 예를 들어 그리고 제한 없이, 유오피 엘엘씨(UOP LLC; 미국 일리노이주 데스 플레인스 소재)로부터 구매가능한 베르살(Versal) 250 베마이트(boehmite) 분말, 치보 잉허 케미칼 컴퍼니 리미티드(Zibo Yinghe Chemical Company, Ltd.; 중국 산둥 소재)로부터 구매가능한 YH-D 16 베마이트 분말, 및 피아이디씨 인터내셔널(PIDC International; 미국 미시간주 앤 아버 소재)로부터 구매가능한 알루맥스(Alumax) PB300 베마이트가 포함된다.In some embodiments, the plurality of inorganic particles comprises porous particles. As used herein, "porous particle" refers to both agglomerates of non-porous primary particles comprising pores between themselves and pores between at least some of the non-porous primary particles. Examples of useful porous particles include, by way of example and without limitation, porous metal oxide particles, porous metal hydroxide particles, porous metal carbonates, porous carbon particles, porous silica particles, porous dehydrated alumino silicate particles, porous dehydrated metal hydrate particles, zeolite Particles, porous glass particles, expanded pearlite particles, expanded vermiculite particles, porous sodium silicate particles, engineered porous ceramic particles, agglomerates of non-porous primary particles, or combinations thereof. In certain embodiments, the metal of the metal oxide, metal hydroxide, or metal carbonate is selected from aluminum, magnesium, zirconium, calcium, or combinations thereof. In selected embodiments, the porous particles include porous alumina particles, porous carbon particles, porous silica particles, porous aluminum hydroxide particles, or combinations thereof. Porous particles are typically associated with water, and water is usually removed from the porous particles by heating the porous particles. Optionally, the porous particles comprise transition-alumina particles. Suitable porous particles include, for example and without limitation, Versal 250 boehmite powder available from UOP LLC, Des Plaines, Ill., Chiba Ink Chemical Company Limited A YH-D 16 boehmite powder available from Zibo Yinghe Chemical Company, Ltd., Shandong, China, and Alumax PB300 boehmite available from PIDC International (Ann Arbor, Mich. .

소정 실시 형태에서, 복수의 무기 입자는 세라믹 버블 또는 유리 버블을 포함한다. 세라믹 버블 및 유리 버블용으로 적합한 재료에는, 예를 들어 그리고 제한 없이, 알루미나, 알루미노실리케이트, 실리카, 또는 이들의 조합이 포함된다. 구매가능한 유리 버블에는, 예를 들어, 세노스타 코포레이션(Cenostar Corporation; 미국 매사추세츠주 에임즈버리 소재)로부터 입수가능한 라이트스타(LightStar), 에코노스타(EconoStar) 및 하이 알루미나(High Alumina) 센소피어가 포함된다. 바람직하게는, 세라믹 버블 및 유리 버블은 (예를 들어, 금속 매트릭스에 의한 버블의 습윤에 도움을 주기 위해 사용되어 온 금속 재료로) 코팅되어 있지 않다.In some embodiments, the plurality of inorganic particles include ceramic bubbles or glass bubbles. Suitable materials for ceramic bubbles and glass bubbles include, by way of example and without limitation, alumina, aluminosilicates, silicas, or combinations thereof. Glass bubbles that may be purchased include, for example, LightStar, EconoStar, and High Alumina Sensophier, available from Cenostar Corporation of Amesbury, Mass. do. Preferably, ceramic bubbles and glass bubbles are not coated (e.g. with a metal material that has been used to assist wetting of the bubble by a metal matrix).

금속이 높은 융점을 갖고(예를 들어, 알루미늄이고) 무기 입자가 유리 버블인 실시 형태에서, 복수의 (예를 들어, 코팅되지 않은) 유리 버블은 유리하게는 연화 없이 2시간 이상 동안 700℃의 온도로 가열하는 것을 견디는 유리를 포함한다. 내고온성 유리 버블의 사용은 금속 매트릭스 복합재 내의 그의 혼입을 가능하게 하는데, 그렇지 않다면 금속 매트릭스 복합재는, 예를 들어 유리 버블 중 적어도 일부를 유리 버블이 변형되고/되거나 파괴되는 지점까지 연화시킴으로써 유리 버블을 손상시키기에 충분히 상승된 온도에서 제조될 것이다.In embodiments where the metal has a high melting point (e. G., Aluminum) and the inorganic particles are glass bubbles, a plurality of (e. G., Uncoated) glass bubbles are advantageously & Includes glass to withstand heating to temperature. The use of an intrinsic high temperature glass bubble allows its incorporation into the metallic matrix composite; otherwise the metallic matrix composite can be formed by softening a glass bubble, for example by softening at least a portion of the glass bubble to the point where the glass bubble is deformed and / Lt; RTI ID = 0.0 > and / or < / RTI >

한 가지 적합한 유형의 유리 버블에는, 탈이온수와 함께 2시간 동안 교반 시에 탈이온수 내의 유리 버블 1 그램당 100 마이크로그램 미만의 나트륨 이온을 침출(leach)하는 버블이 포함된다. 그러한 낮은 나트륨 침출률을 갖는 유리 버블의 이점은 나트륨 이온의 침출이 종종 허용불가능한 전자 기기 응용에서 유용하다는 점이다. 일 실시 형태에서, 그러한 저 나트륨 유리 버블의 제조용으로 사용되는 적합한 화합물에는 실리카, 석회, 붕산, 인산칼슘, 하소된 알루미나 실리케이트, 및 규산마그네슘이 포함된다. 소정 실시 형태에서, 그러한 저 나트륨 유리 버블은 열 팽창 측정법(thermal dilatometry)에 의해 측정할 때 717℃ 내지 735℃의 연화 온도를 나타낸다.One suitable type of glass bubble includes a bubble leaching less than 100 micrograms of sodium ions per gram of glass bubble in deionized water with stirring for 2 hours with deionized water. An advantage of such a glass bubble with a low sodium leaching rate is that leaching of sodium ions is often useful in electronic applications where this is not acceptable. In one embodiment, suitable compounds for use in making such low sodium glass bubbles include silica, lime, boric acid, calcium phosphate, calcined alumina silicate, and magnesium silicate. In certain embodiments, such low sodium glass bubbles exhibit a softening temperature of 717 캜 to 735 캜, as measured by thermal dilatometry.

바람직하게는, 무기 입자는 코팅되지 않은 무기 입자를 포함한다. 유리하게는, 코팅되지 않은 무기 입자를 이용하는 것은 재료 비용 및 코팅 시간의 절감을 제공한다. 본 발명의 적어도 소정 실시 형태에 따른 방법은, 무기 입자와 금속 사이의 접촉을 개선하기 위한 어떠한 추가의 재료도 필요 없이 금속 중에 무기 입자가 분산된 다공성 금속 매트릭스 복합재를 제조한다.Preferably, the inorganic particles comprise uncoated inorganic particles. Advantageously, the use of uncoated inorganic particles provides a reduction in material cost and coating time. The method according to at least some embodiments of the present invention produces a porous metal matrix composite in which inorganic particles are dispersed in the metal without requiring any additional material to improve contact between the inorganic particles and the metal.

금속 매트릭스 복합재 중에 분산된 복수의 불연속 섬유는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 무기 섬유, 예를 들어 유리, 알루미나, 알루미노실리케이트, 탄소, 현무암, 또는 이들의 조합을 포함한다. 더욱 특히, 소정 실시 형태에서, 섬유는 적어도 하나의 금속 산화물, 알루미나, 알루미나-실리카, 또는 이들의 조합을 포함한다. 불연속 섬유는 평균 길이가 5 센티미터 미만이며, 이는 더 긴 섬유보다 금속 매트릭스 중의 분산에 더 도움이 되는 경향이 있다. 많은 실시 형태에서, 섬유의 배향이 주형(mold) 또는 다이(die)에 의해 제한되지 않도록, 섬유는 금속 매트릭스 복합재를 형성하는 데 사용되는 주형 또는 다이의 최소 치수보다 더 짧은 평균 길이를 갖는다. 종종, 섬유의 길이 대 주형 또는 다이의 최소 치수의 비는 1:1 미만이다. 소정 실시 형태에서, 불연속 섬유는 평균 길이가 4 센티미터 미만, 3 센티미터 미만, 또는 2 센티미터 미만이다. 불연속 섬유는, 예를 들어, 쵸핑(chopping) 및 밀링(milling)과 같이 본 기술 분야에 공지된 방법에 의해 연속 섬유로부터 형성될 수 있다. 전형적으로, 복수의 불연속 섬유는 10:1 이상의 종횡비를 포함한다.The plurality of discontinuous fibers dispersed in the metal matrix composite are not particularly limited and include, for example, inorganic fibers such as glass, alumina, aluminosilicate, carbon, basalt, or a combination thereof. More particularly, in certain embodiments, the fibers comprise at least one metal oxide, alumina, alumina-silica, or combinations thereof. Discrete fibers have an average length of less than 5 centimeters, which tends to be more beneficial to dispersion in the metal matrix than longer fibers. In many embodiments, the fibers have an average length that is shorter than the minimum dimension of the mold or die used to form the metal matrix composite, so that the orientation of the fibers is not limited by the mold or die. Often, the ratio of the length of the fiber to the minimum dimension of the mold or die is less than 1: 1. In some embodiments, the discrete fibers have an average length of less than 4 centimeters, less than 3 centimeters, or less than 2 centimeters. The discontinuous fibers can be formed from continuous fibers by methods known in the art, such as, for example, chopping and milling. Typically, the plurality of discontinuous fibers comprise an aspect ratio of at least 10: 1.

적합한 불연속 섬유는 세라믹 섬유와 같은 다양한 조성물을 가질 수 있다. 세라믹 섬유는 연속 길이로 생성될 수 있으며, 이는 본 명세서에 논의된 바와 같이 쵸핑되거나 전단되어 본 발명의 세라믹 섬유를 제공한다. 세라믹 섬유는 다양한 구매가능한 세라믹 필라멘트로부터 생성될 수 있다. 세라믹 섬유를 형성하는 데 유용한 필라멘트의 예에는 상표명 넥스텔(NEXTEL)(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company))로 판매되는 세라믹 산화물 섬유가 포함된다. 넥스텔은 작업 온도에서 낮은 연신율 및 수축률을 갖는 연속 필라멘트 세라믹 산화물 섬유이며, 양호한 내화학성, 낮은 열 전도성, 내열충격성, 및 낮은 다공성을 제공한다. 넥스텔 섬유의 구체적인 예에는 넥스텔 312, 넥스텔 440, 넥스텔 550, 넥스텔 610 및 넥스텔 720이 포함된다. 넥스텔 312 및 넥스텔 440은 Al2O3, SiO2 및 B2O3을 포함하는 내화성 알루미노보로실리케이트이다. 넥스텔 550 및 넥스텔 720은 알루미노실리카이고 넥스텔 610은 알루미나이다. 제조 동안, 넥스텔 필라멘트는 텍스타일 가공에서 보조제로서 역할을 하는 유기 사이징(sizing) 또는 마감제(finish)로 코팅된다. 사이징은 보호 및 취급 보조를 위해 전분, 오일, 왁스 또는 필라멘트 스트랜드에 도포되는 다른 유기 성분의 사용을 포함할 수 있다. 사이징은 필라멘트 또는 세라믹 섬유를 700℃의 온도로 1 내지 4시간 동안 가열 세정함으로써 세라믹 필라멘트로부터 제거될 수 있다.Suitable discontinuous fibers may have a variety of compositions such as ceramic fibers. The ceramic fibers can be produced in continuous length, which is chopped or sheared as discussed herein to provide the ceramic fibers of the present invention. Ceramic fibers can be produced from a variety of commercially available ceramic filaments. Examples of filaments useful for forming ceramic fibers include ceramic oxide fibers sold under the trade designation NEXTEL (3M Company, St. Paul, Minn.). Nextel is a continuous filament ceramic oxide fiber with low elongation and shrinkage at operating temperatures and provides good chemical resistance, low thermal conductivity, thermal shock resistance, and low porosity. Specific examples of Nextel fibers include Nextel 312, Nextel 440, Nextel 550, Nextel 610, and Nextel 720. Nextel 312 and Nextel 440 are refractory aluminoborosilicates comprising Al 2 O 3 , SiO 2 and B 2 O 3 . Nextel 550 and Nextel 720 are aluminosilica and Nextel 610 is alumina. During manufacture, the Nextel filaments are coated with an organic sizing or finish that serves as an aid in textile processing. Sizing may include the use of other organic components applied to starch, oil, wax or filament strands for protection and handling aids. The sizing can be removed from the ceramic filaments by heating the filaments or ceramic fibers to a temperature of 700 DEG C for 1 to 4 hours.

세라믹 섬유는 비교적 균일한 길이를 제공하도록 절단 또는 쵸핑될 수 있으며, 이는 다른 절단 작업 중에서도 기계적 전단 작업 또는 레이저 절단 작업에서 세라믹 재료의 연속 필라멘트를 절단함으로써 달성될 수 있다. 그러한 절단 작업의 고도로 제어된 속성을 감안하면, 세라믹 섬유의 크기 분포는 매우 좁으며 복합재 특성을 제어하는 것을 가능하게 한다.The ceramic fibers can be cut or chopped to provide a relatively uniform length, which can be achieved by cutting the continuous filaments of the ceramic material in a mechanical shearing operation or in a laser cutting operation, among other cutting operations. Given the highly controlled properties of such a cutting operation, the size distribution of the ceramic fibers is very narrow and makes it possible to control the composite properties.

세라믹 섬유의 길이는, 예를 들어 CCD 카메라(올림푸스(Olympus) DP72, 일본 도쿄 소재) 및 분석 소프트웨어(올림푸스 스트림 에센셜즈(Olympus Stream Essentials), 일본 도쿄 소재)가 구비된 광학 현미경(올림푸스 MX61, 일본 도쿄 소재)을 사용하여 결정될 수 있다. 샘플은 유리 슬라이드 상에 세라믹 섬유의 대표적인 샘플링을 스프레딩하고 10X 배율에서 200개 이상의 세라믹 섬유의 길이를 측정함으로써 준비될 수 있다.The length of the ceramic fiber was measured with an optical microscope (Olympus MX61, Japan) equipped with a CCD camera (Olympus DP72, Tokyo, Japan) and analysis software (Olympus Stream Essentials, Tokyo). ≪ / RTI > Samples can be prepared by spreading a representative sample of ceramic fibers on a glass slide and measuring the length of more than 200 ceramic fibers at 10X magnification.

적합한 섬유에는 예를 들어 넥스텔 312, 440, 610 및 720과 같이 상표명 넥스텔(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능함)로 입수가능한 세라믹 섬유가 포함된다. 한 가지 현재 바람직한 세라믹 섬유는 다결정질 α-Al2O3을 포함한다. 적합한 알루미나 섬유는, 예를 들어, 미국 특허 제4,954,462호(우드(Wood) 등) 및 미국 특허 제5,185,299호(우드 등)에 기재되어 있다. 예시적인 알파 알루미나 섬유는 상표명 넥스텔 610(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니)으로 시판된다. 일부 실시 형태에서, 알루미나 섬유는 다결정질 알파 알루미나 섬유이고, 이론적인 산화물에 기초하여, 알루미나 섬유의 총 중량을 기준으로 99 중량% 초과의 Al2O3 및 0.2 내지 0.5 중량%의 SiO2를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 일부 바람직한 다결정질 알파 알루미나 섬유는 평균 입도(grain size)가 1 μm 미만(또는, 일부 실시 형태에서, 심지어 0.5 μm 미만)인 알파 알루미나를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 다결정질 알파 알루미나 섬유는 평균 인장 강도가 1.6 GPa 이상(일부 실시 형태에서, 2.1 GPa 이상, 또는 심지어 2.8 GPa 이상)이다. 적합한 알루미노실리케이트 섬유는, 예를 들어, 미국 특허 제4,047,965호(카스트(Karst) 등)에 기술되어 있다. 예시적인 알루미노실리케이트 섬유는 쓰리엠 컴퍼니(미국 미네소타주 세인트 폴 소재)에 의해 상표명 넥스텔 440 및 넥스텔 720으로 시판된다. 알루미노보로실리케이트 섬유는, 예를 들어, 미국 특허 제3,795,524호(사우맨(Sowman))에 기술되어 있다. 예시적인 알루미노보로실리케이트 섬유는 쓰리엠 컴퍼니에 의해 상표명 넥스텔 312로 시판된다. 질화붕소 섬유는, 예를 들어, 미국 특허 제3,429,722호(이코노미(Economy)) 및 제5,780,154호(오카노(Okano) 등)에 기재된 바와 같이 제조될 수 있다.Suitable fibers include, for example, ceramic fibers available under the trade designation Nextel (available from 3M Company, St. Paul, Minn.), Such as Nextel 312, 440, 610 and 720. One presently preferred ceramic fiber comprises polycrystalline alpha -Al 2 O 3 . Suitable alumina fibers are described, for example, in U.S. Patent No. 4,954,462 (Wood et al.) And U.S. Patent No. 5,185,299 (Wood et al.). Exemplary alpha alumina fibers are commercially available under the trade designation Nextel 610 (3M Company, St. Paul, Minnesota, USA). In some embodiments, the alumina fibers are polycrystalline alpha-alumina fibers and comprise, based on the theoretical oxides, greater than 99 wt% Al 2 O 3 and 0.2 to 0.5 wt% SiO 2 , based on the total weight of the alumina fibers do. In another embodiment, some preferred polycrystalline alpha-alumina fibers include alpha alumina having an average grain size of less than 1 [mu] m (or, in some embodiments, even less than 0.5 [mu] m). In some embodiments, the polycrystalline alpha-alumina fibers have an average tensile strength of at least 1.6 GPa (in some embodiments, at least 2.1 GPa, or even at least 2.8 GPa). Suitable aluminosilicate fibers are described, for example, in U.S. Patent No. 4,047,965 (Karst et al.). Exemplary aluminosilicate fibers are marketed under the trade names NEXTEL 440 and NEXTEL 720 by the 3M Company (St. Paul, Minn.). Aluminoborosilicate fibers are described, for example, in U.S. Patent No. 3,795,524 (Sowman). Exemplary aluminoborosilicate fibers are sold under the trade designation Nextel 312 by 3M Company. Boron nitride fibers can be prepared, for example, as described in U.S. Patent No. 3,429,722 (Economy) and 5,780,154 (Okano et al.).

세라믹 섬유는 또한 다른 적합한 세라믹 산화물 필라멘트로부터 형성될 수 있다. 그러한 세라믹 산화물 필라멘트의 예에는 센트럴 글래스 파이버 컴퍼니, 리미티드(Central Glass Fiber Co., Ltd.)로부터 입수가능한 것들(예를 들어, EFH75-01, EFH150-31)이 포함된다. 약 2% 미만의 알칼리를 함유하거나 알칼리가 실질적으로 없는 알루미노보로실리케이트 유리 섬유(즉, "E-유리" 섬유)가 또한 바람직하다. E-유리 섬유는 수많은 상업적 공급처로부터 입수가능하다.The ceramic fibers may also be formed from other suitable ceramic oxide filaments. Examples of such ceramic oxide filaments include those available from Central Glass Fiber Co., Ltd. (e.g., EFH75-01, EFH150-31). Aluminoborosilicate glass fibers (i.e., "E-glass" fibers) containing less than about 2% alkali or substantially free of alkali are also preferred. E-glass fibers are available from numerous commercial sources.

금속 매트릭스 복합재 중에 분산된 불연속 섬유의 양은 특별히 제한되지 않는다. 복수의 섬유는 종종 금속 매트릭스 복합재의 1 중량% 이상, 금속 매트릭스 복합재의 2 중량% 이상, 3 중량% 이상, 5 중량% 이상, 10 중량% 이상, 15 중량% 이상, 20 중량% 이상, 또는 25 중량% 이상; 금속 매트릭스 복합재의 50 중량% 이하, 45 중량% 이하, 40 중량% 이하, 또는 35 중량% 이하의 양으로 존재한다. 소정 실시 형태에서, 섬유는 금속 매트릭스 복합재의 1 중량% 내지 50 중량%, 또는 2 중량% 내지 25 중량%, 또는 5 중량% 내지 15 중량%의 양으로 금속 매트릭스 복합재에 존재한다. 1 중량% 미만의 섬유의 포함은 금속 매트릭스 복합재의 강도가 최소로 증가되게 하는 한편, 50 중량% 초과의 섬유의 포함은 불충분한 양의 금속 및 무기 입자를 함유하는 금속 매트릭스 복합재로 인해 금속 매트릭스 복합재의 엔벨로프 밀도에 부정적인 영향을 준다. 소정 실시 형태에서, 복수의 무기 입자 및 복수의 불연속 섬유는 합쳐서 금속 매트릭스 복합재의 5 중량% 내지 50 중량%의 양으로 존재한다.The amount of the discontinuous fiber dispersed in the metal matrix composite is not particularly limited. The plurality of fibers is often at least 1 weight percent of the metal matrix composite, at least 2 weight percent, at least 3 weight percent, at least 5 weight percent, at least 10 weight percent, at least 15 weight percent, at least 20 weight percent, or at least 25 weight percent of the metal matrix composite Wt% or more; Up to 50 weight percent, up to 45 weight percent, up to 40 weight percent, or up to 35 weight percent of the metal matrix composite. In certain embodiments, the fibers are present in the metal matrix composite in an amount of 1 wt% to 50 wt%, or 2 wt% to 25 wt%, or 5 wt% to 15 wt% of the metal matrix composite. The inclusion of less than 1% by weight of fibers results in a minimum increase in the strength of the metal matrix composite, while the inclusion of fibers in excess of 50% by weight results in the formation of metal matrix composites due to metal matrix composites containing insufficient amounts of metal and inorganic particles. Lt; RTI ID = 0.0 > density. ≪ / RTI > In some embodiments, the plurality of inorganic particles and the plurality of discontinuous fibers together are present in an amount of 5% to 50% by weight of the metal matrix composite.

유리하게는, 금속 매트릭스 복합재는 (순수 금속과 비교하여) 감소된 엔벨로프 밀도 및 허용가능한 기계적 특성 둘 모두를 나타낸다. 예를 들어, 금속 매트릭스 복합재는 전형적으로 엔벨로프 밀도가 1.35 내지 2.70 그램/세제곱센티미터 또는 1.80 내지 2.50 그램/세제곱센티미터이다. 예를 들어, 금속 매트릭스 복합재는 1.60 그램/세제곱센티미터 이상, 1.75 그램/세제곱센티미터 이상, 1.90 그램/세제곱센티미터 이상, 2.00 그램/세제곱센티미터 이상, 2.10 그램/세제곱센티미터 이상, 또는 2.25 그램/세제곱센티미터 이상의 엔벨로프 밀도; 및 2.70 그램/세제곱센티미터 이하, 2.60 그램/세제곱센티미터 이하, 2.50 그램/세제곱센티미터 이하, 2.40 그램/세제곱센티미터 이하, 또는 2.30 그램/세제곱센티미터 이하의 엔벨로프 밀도를 가질 수 있다.Advantageously, the metal matrix composite exhibits both reduced envelope density (as compared to pure metal) and acceptable mechanical properties. For example, metal matrix composites typically have an envelope density of 1.35 to 2.70 grams per cubic centimeter or 1.80 to 2.50 grams per cubic centimeter. For example, the metal matrix composite may have a thickness of at least 1.60 grams per cubic centimeter, at least 1.75 grams per cubic centimeter, at least 1.90 grams per cubic centimeter, at least 2.00 grams per cubic centimeter, at least 2.10 grams per cubic centimeter, or at least 2.25 grams per cubic centimeter Envelope density; And an envelope density of less than 2.70 grams per cubic centimeter, less than 2.60 grams per cubic centimeter, less than 2.50 grams per cubic centimeter, less than 2.40 grams per cubic centimeter, or less than 2.30 grams per cubic centimeter.

소정 실시 형태에서, 금속은 알루미늄 또는 이의 합금을 포함하며, 금속 매트릭스 복합재는 엔벨로프 밀도가 1.80 내지 2.50 그램/세제곱센티미터; 2.00 내지 2.30 그램/세제곱센티미터; 또는 1.80 내지 2.20 그램/세제곱센티미터이다.In some embodiments, the metal comprises aluminum or an alloy thereof, and the metal matrix composite has an envelope density of from 1.80 to 2.50 grams per cubic centimeter; 2.00 to 2.30 grams per cubic centimeter; Or from 1.80 to 2.20 grams per cubic centimeter.

소정 실시 형태에서, 금속은 마그네슘 또는 이의 합금을 포함하며, 금속 매트릭스 복합재는 엔벨로프 밀도가 1.35 내지 1.60 그램/세제곱센티미터; 1.55 내지 1.60 그램/세제곱센티미터; 또는 1.35 내지 1.50 그램/세제곱센티미터이다.In certain embodiments, the metal comprises magnesium or an alloy thereof, and the metal matrix composite has an envelope density of 1.35 to 1.60 grams per cubic centimeter; 1.55 to 1.60 grams per cubic centimeter; Or 1.35 to 1.50 grams / cubic centimeter.

유리하게는, 많은 실시 형태에서, 금속 매트릭스 복합재는 금속의 밀도보다 8% 이상 더 낮은(또는 10% 이상 더 낮은, 12% 이상 더 낮은, 15% 이상 더 낮은, 또는 17% 이상 더 낮은) 엔벨로프 밀도를 가지며 파단 전에 1%의 변형률을 견딜 수 있다. 특성들의 이러한 조합은 금속의 경량화를 제공할 뿐만 아니라 금속 매트릭스 복합재의 일부 금속 특징을 유지한다. 특히, 금속 매트릭스 복합재는 바람직하게는 인장 시험에서 파괴 전에 항복 강도를 나타낸다. 소정 실시 형태에서, 금속 매트릭스 복합재는 항복 강도가 50 메가파스칼 이상, 75 메가파스칼 이상, 100 메가파스칼 이상, 150 메가파스칼 이상, 또는 200 메가파스칼 이상이다.Advantageously, in many embodiments, the metal matrix composite comprises an envelope that is at least 8% lower (or 10% or more lower, 12% or higher, 15% or lower, or 17% or lower) Density and can withstand 1% strain before fracture. This combination of properties not only provides a lighter weight of metal but also maintains some metallic characteristics of the metal matrix composite. In particular, the metal matrix composite preferably exhibits a yield strength before fracture in a tensile test. In certain embodiments, the metal matrix composite has a yield strength of at least 50 megapascals, at least 75 megapascals, at least 100 megapascals, at least 150 megapascals, or at least 200 megapascals.

본 발명의 적어도 소정의 예시적인 실시 형태의 금속 매트릭스 복합재는 소성 항복 거동을 나타내는 응력-변형률 곡선을 나타내고 본 발명의 적어도 소정의 예시적인 실시 형태의 금속 매트릭스 복합재는 인장 소성 항복 거동을 나타내는 응력-변형률 곡선을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 즉, 응력-변형률 곡선은 소성 유동의 영역을 나타낸다. 소성 항복 곡선 및 인장 소성 항복 곡선은 순수 취성 파괴 메커니즘과는 대조적이다. 즉, 순수 취성 거동은 응력-변형률 곡선 내에서 오직 탄성 영역만을 나타내며, 소성 유동의 영역은 전혀(또는 아주 거의) 나타내지 않는다. 놀랍게도, 본 발명의 적어도 일부 실시 형태에 따른 금속 매트릭스 복합재에서 충전제로서의 무기 입자 및 불연속 섬유 둘 모두의 조합은 시험 시에 소성 항복 곡선 및/또는 인장 소성 항복 거동을 제공하였다. 예를 들어, 도 3을 참고하면, (하기에 상세하게 기재된) 섬유 및 다공성 무기 입자 둘 모두를 함유하는 실시예 13에 대한 응력-변형률 곡선은 취성 파괴 메커니즘 전에 항복을 나타낸다. 소정 실시 형태에서, 금속 매트릭스 복합재는 파단 전에 1%, 1.5%, 또는 2%의 변형률을 견딜 수 있다. 더욱이, 금속 분말이 소결(특히 가해진 압력 하에서의 소결) 동안 다공성 무기 입자의 기공 중 일부 내로 밀어 넣어지는 것이 아니라 다공성 무기 입자로부터 분리된 채로 남아 있는 것은 예상되지 않았다. 흥미롭게는, 다공성 무기 입자는 또한 소결 동안 손상되는(예를 들어, 분쇄(crumble) 또는 파쇄(crush)되는) 경향이 없었고, 오히려 그의 다공성 골격 구조를 유지하였다.The metal matrix composites of at least some exemplary embodiments of the present invention exhibit stress-strain curves exhibiting plastic yield strength behavior and the metal matrix composites of at least certain exemplary embodiments of the present invention exhibit tensile plastic deformation behavior stress- Curves. That is, the stress-strain curve represents the area of the plastic flow. The plastic yield curve and the tensile plastic yield curve are in contrast to the pure brittle fracture mechanism. That is, pure embrittleness behavior represents only the elastic region within the stress-strain curve, and does not represent the (at all) regions of the plastic flow. Surprisingly, the combination of both inorganic particles and discontinuous fibers as fillers in metal matrix composites according to at least some embodiments of the present invention provided plastic yield curve and / or tensile plastic yielding behavior in testing. For example, referring to FIG. 3, the stress-strain curves for Example 13 containing both fibers (described in detail below) and both porous inorganic particles exhibit yielding prior to the brittle fracture mechanism. In certain embodiments, the metal matrix composite can withstand strains of 1%, 1.5%, or 2% before fracture. Furthermore, it was not expected that the metal powder would remain in the porous inorganic particles after being squeezed into the pores of the porous inorganic particles during sintering (especially sintering under the applied pressure), but not separated from the porous inorganic particles. Interestingly, the porous inorganic particles also did not tend to be damaged (e.g., crumble or crush) during sintering, rather maintaining its porous framework structure.

많은 실시 형태에서, 금속 매트릭스 복합재는 25 메가파스칼(MPa) 이상, 예를 들어 40 MPa 이상, 50 MPa 이상, 75 MPa 이상, 100 MPa 이상, 150 MPa 이상, 200 MPa 이상, 250 MPa 이상, 또는 300 MPa 이상의 최대 인장 강도를 나타낸다. 추가적으로, 복합재의 경량화 중에 전형적으로 인장 강도가 희생되기 때문에 금속 매트릭스 복합재의 인장 강도가 금속 매트릭스 복합재의 엔벨로프 밀도와 관련되는 것으로 금속 매트릭스 복합재의 인장 강도를 고려하는 것이 유용할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 금속 매트릭스 복합재는 엔벨로프 밀도가 1.80 내지 2.50 그램/세제곱센티미터이고 최대 인장 강도가 50 MPa 이상, 100 MPa 이상, 150 MPa 이상, 200 MPa 이상, 250 MPa 이상, 또는 300 MPa 이상이다.In many embodiments, the metal matrix composite may have a density of at least 25 megapascals (MPa), such as at least 40 MPa, at least 50 MPa, at least 75 MPa, at least 100 MPa, at least 150 MPa, at least 200 MPa, at least 250 MPa, MPa < / RTI > Additionally, it may be useful to consider the tensile strength of the metal matrix composite as the tensile strength of the metal matrix composite is related to the envelope density of the metal matrix composite, typically because tensile strength is sacrificed during lightening of the composite. In some embodiments, the metal matrix composite has an envelope density of from 1.80 to 2.50 grams per cubic centimeter and a maximum tensile strength of at least 50 MPa, at least 100 MPa, at least 150 MPa, at least 200 MPa, at least 250 MPa, or at least 300 MPa.

유리하게는, 소정 실시 형태에서, 무기 입자 및 불연속 섬유 이외의 충전제를 필요로 하지 않고서 바람직한 기계적 특성이 얻어진다. 그러한 실시 형태에서, 금속 매트릭스 복합재는 금속, 복수의 무기 입자, 및 복수의 불연속 섬유로 본질적으로 이루어진다. 따라서, 금속 매트릭스 복합재는 금속 매트릭스 복합재의 기계적 특성에 실질적으로 영향을 주지 않는 첨가제를 추가로 함유할 수 있다. 대조적으로, 금속, 복수의 무기 입자, 및 복수의 불연속 섬유로 본질적으로 이루어지는 금속 매트릭스 복합재는 충전제의 분산에 도움을 주는 데 사용되는 재료와 같은 첨가제를 추가로 포함하지 않을 수 있다.Advantageously, in certain embodiments, desirable mechanical properties are obtained without the need for fillers other than inorganic particles and discontinuous fibers. In such an embodiment, the metal matrix composite consists essentially of a metal, a plurality of inorganic particles, and a plurality of discrete fibers. Thus, the metal matrix composite may additionally contain additives that do not substantially affect the mechanical properties of the metal matrix composite. In contrast, metal matrix composites consisting essentially of a metal, a plurality of inorganic particles, and a plurality of discrete fibers may not further include additives such as materials used to assist in dispersing the filler.

본 발명의 태양에 따른 금속 매트릭스 복합재는, 열간 압축성형(hot pressing), 분말 압출, 열간 압연, 온간 압연 후 가열, 냉간 압밀(cold compaction) 및 소결, 및 열간 등압 압축성형(hot isostatic pressing)과 같은 분말 야금 공정을 포함하는, 당업자에게 공지된 다양한 적합한 방법에 따라 제조될 수 있다. 일 실시 형태에서, 금속 매트릭스 복합재는 금속 분말, 복수의 무기 입자, 및 복수의 불연속 섬유를 혼합하여 금속 분말 중에 무기 입자 및 불연속 섬유를 분산시킨 후에, 이 혼합물을 소결하여 금속 매트릭스 복합재를 형성함으로써 제조될 수 있다. 예를 들어, 그러한 분말 야금 방법은 실시예 1에서 하기에 상세하게 기재되어 있다.The metal matrix composites according to aspects of the present invention can be manufactured by hot pressing, powder extrusion, hot rolling, hot rolling after hot rolling, cold compaction and sintering, hot isostatic pressing, May be prepared according to various suitable methods known to those skilled in the art, including the same powder metallurgy process. In one embodiment, the metal matrix composite is produced by dispersing inorganic particles and discontinuous fibers in a metal powder by mixing a metal powder, a plurality of inorganic particles, and a plurality of discontinuous fibers, and then sintering the mixture to form a metal matrix composite . For example, such a powder metallurgy process is described in detail in Example 1 below.

예시적인 실시 형태Exemplary embodiments

실시 형태 1은 다공성 금속 매트릭스 복합재의 제조 방법이다. 이 방법은 금속 분말, 복수의 무기 입자, 및 복수의 불연속 섬유를 혼합하여, 혼합물을 형성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 혼합물을 소결하여, 다공성 금속 매트릭스 복합재를 형성하는 단계를 추가로 포함한다.Embodiment 1 is a method for producing a porous metal matrix composite material. The method includes mixing a metal powder, a plurality of inorganic particles, and a plurality of discontinuous fibers to form a mixture. The method further comprises sintering the mixture to form a porous metal matrix composite.

실시 형태 2는 실시 형태 1의 방법으로서, 혼합물은 다이 내에서 소결된다.Embodiment 2 is the method of Embodiment 1, wherein the mixture is sintered in a die.

실시 형태 3은 실시 형태 1 또는 실시 형태 2의 방법으로서, 소결은 250℃ 내지 1,000℃의 온도에서 수행된다.Embodiment 3 is a method according to Embodiment 1 or Embodiment 2, and sintering is performed at a temperature of 250 ° C to 1,000 ° C.

실시 형태 4는 실시 형태 1 내지 실시 형태 3 중 임의의 것의 방법으로서, 소결은 가해진 압력을 포함한다.Embodiment 4 is a method of any of Embodiments 1 to 3, wherein sintering includes an applied pressure.

실시 형태 5는 실시 형태 4의 방법으로서, 소결은 4 메가파스칼 내지 200 메가파스칼의 압력에서 수행된다.Embodiment 5 is the method of Embodiment 4, wherein sintering is performed at a pressure of 4 megapascals to 200 megapascals.

실시 형태 6은 실시 형태 1 내지 실시 형태 5 중 임의의 것의 방법으로서, 소결은 30분 내지 3시간의 시간 동안 수행된다.Embodiment 6 is a method of any of Embodiments 1 to 5, wherein sintering is performed for a time of 30 minutes to 3 hours.

실시 형태 7은 실시 형태 1 내지 실시 형태 6 중 임의의 것의 방법으로서, 혼합은 음향 혼합기, 기계적 혼합기, 또는 텀블러를 사용하여 수행된다.Embodiment 7 is a method of any of Embodiments 1 to 6, wherein mixing is performed using an acoustic mixer, a mechanical mixer, or a tumbler.

실시 형태 8은 실시 형태 1 내지 실시 형태 7 중 임의의 것의 방법으로서, 혼합물은 금속 분말 중에 분산된 무기 입자 및 불연속 섬유를 포함한다.Embodiment 8 is a method of any of Embodiments 1 to 7, wherein the mixture includes inorganic particles and discontinuous fibers dispersed in a metal powder.

실시 형태 9는 실시 형태 1 내지 실시 형태 8 중 임의의 것의 방법으로서, 금속 매트릭스 복합재는 금속의 밀도보다 8% 이상 더 낮은 엔벨로프 밀도를 가지며 파단 전에 1%의 변형률을 견딜 수 있다.Embodiment 9 is a method of any of Embodiments 1 through 8 wherein the metal matrix composite has an envelope density that is at least 8% lower than the density of the metal and is capable of withstanding a strain of 1% before fracture.

실시 형태 10은 실시 형태 9의 방법으로서, 금속 매트릭스 복합재는 파단 전에 2%의 변형률을 견딜 수 있다.Embodiment 10 is the method of Embodiment 9, wherein the metal matrix composite can withstand a strain of 2% before fracture.

실시 형태 11은 실시 형태 1 내지 실시 형태 10 중 임의의 것의 방법으로서, 금속 매트릭스 복합재는 항복 강도가 50 메가파스칼 이상이다.Embodiment 11 is a method according to any one of Embodiment 1 to Embodiment 10, wherein the metal matrix composite has a yield strength of 50 mega pascals or more.

실시 형태 12는 실시 형태 1 내지 실시 형태 11 중 임의의 것의 방법으로서, 금속 매트릭스 복합재는 항복 강도가 100 메가파스칼 이상이다.Embodiment 12 is a method according to any one of Embodiment 1 to Embodiment 11, wherein the metal matrix composite has a yield strength of 100 megapascals or more.

실시 형태 13은 실시 형태 1 내지 실시 형태 12 중 임의의 것의 방법으로서, 금속 매트릭스 복합재는 최대 인장 강도가 100 메가파스칼 이상이다.Embodiment 13 is a method according to any one of Embodiments 1 to 12, wherein the metal matrix composite has a maximum tensile strength of 100 mega pascals or more.

실시 형태 14는 실시 형태 1 내지 실시 형태 13 중 임의의 것의 방법으로서, 금속 매트릭스 복합재는 최대 인장 강도가 200 메가파스칼 이상이다.Embodiment 14 is a method according to any one of Embodiment 1 to Embodiment 13, wherein the metal matrix composite has a maximum tensile strength of 200 mega pascals or more.

실시 형태 15는 실시 형태 1 내지 실시 형태 14 중 임의의 것의 방법으로서, 금속 매트릭스 복합재는 최대 인장 강도가 300 메가파스칼 이상이다.Embodiment 15 is a method according to any one of Embodiment 1 to Embodiment 14, wherein the metal matrix composite has a maximum tensile strength of 300 mega pascals or more.

실시 형태 16은 실시 형태 1 내지 실시 형태 15 중 임의의 것의 방법으로서, 복수의 무기 입자는 다공성 입자를 포함한다.Embodiment 16 is a method according to any one of Embodiment 1 to Embodiment 15, wherein the plurality of inorganic particles includes porous particles.

실시 형태 17은 실시 형태 16의 방법으로서, 다공성 입자는 최대 엔벨로프 밀도가 2 그램/세제곱센티미터 이하이다.Embodiment 17 is the method of Embodiment 16, wherein the porous particles have a maximum envelope density of 2 grams / cubic centimeter or less.

실시 형태 18은 실시 형태 15 또는 실시 형태 16의 방법으로서, 다공성 입자는 다공성 금속 산화물 입자, 다공성 금속 수산화물 입자, 다공성 금속 탄산염, 다공성 탄소 입자, 다공성 실리카 입자, 다공성 탈수 알루미노실리케이트 입자, 다공성 탈수 금속 수화물 입자, 제올라이트 입자, 다공성 유리 입자, 팽창 펄라이트 입자, 팽창 질석 입자, 다공성 규산나트륨 입자, 엔지니어드 다공성 세라믹 입자, 비다공성 일차 입자의 응집체, 또는 이들의 조합을 포함한다.Embodiment 18 is the method of Embodiment 15 or Embodiment 16, wherein the porous particles are selected from the group consisting of porous metal oxide particles, porous metal hydroxide particles, porous metal carbonate, porous carbon particles, porous silica particles, porous dehydrated aluminosilicate particles, Hydrated particles, zeolite particles, porous glass particles, expanded pearlite particles, expanded vermiculite particles, porous sodium silicate particles, engineered porous ceramic particles, agglomerates of non-porous primary particles, or combinations thereof.

실시 형태 19는 실시 형태 16 내지 실시 형태 18 중 임의의 것의 방법으로서, 다공성 입자는 다공성 알루미나 입자, 다공성 탄소 입자, 다공성 실리카 입자, 다공성 수산화알루미늄 입자, 또는 이들의 조합을 포함한다.Embodiment 19: A method of any of embodiments 16-18, wherein the porous particles comprise porous alumina particles, porous carbon particles, porous silica particles, porous aluminum hydroxide particles, or combinations thereof.

실시 형태 20은 실시 형태 19의 방법으로서, 다공성 입자는 전이-알루미나 입자를 포함한다.Embodiment 20 is the method of Embodiment 19, wherein the porous particles comprise transition-alumina particles.

실시 형태 21은 실시 형태 1 내지 실시 형태 15 중 임의의 것의 방법으로서, 복수의 무기 입자는 세라믹 버블 또는 유리 버블을 포함한다.Embodiment 21 is a method according to any one of Embodiments 1 to 15, wherein the plurality of inorganic particles include a ceramic bubble or a glass bubble.

실시 형태 22는 실시 형태 21의 방법으로서, 유리 버블은 연화 없이 2시간 이상 동안 700℃의 온도로 가열하는 것을 견디는 유리를 포함한다.Embodiment 22: The method of Embodiment 21, wherein the glass bubble includes glass which is resistant to heating to a temperature of 700 占 폚 for 2 hours or more without softening.

실시 형태 23은 실시 형태 21 또는 실시 형태 22의 방법으로서, 유리 버블은 탈이온수와 함께 2시간 동안 교반 시에 탈이온수 내의 유리 버블 1 그램당 100 마이크로그램 미만의 나트륨 이온을 침출한다.Embodiment 23 is the method of Embodiment 21 or 22 wherein the glass bubble leaches less than 100 micrograms of sodium ions per gram of glass bubble in deionized water with stirring for 2 hours with deionized water.

실시 형태 24는 실시 형태 1 내지 실시 형태 23 중 임의의 것의 방법으로서, 복수의 무기 입자는 최대 엔벨로프 밀도가 2 그램/세제곱센티미터 이하이다.Embodiment 24 is a method according to any one of Embodiment 1 to Embodiment 23, wherein the plurality of inorganic particles has a maximum envelope density of 2 grams / cubic centimeter or less.

실시 형태 25는 실시 형태 21 내지 실시 형태 23 중 임의의 것의 방법으로서, 복수의 무기 입자는 알루미나, 알루미노실리케이트, 실리카, 또는 이들의 조합을 포함한다.Embodiment 25 is a method according to any of Embodiment 21 to Embodiment 23, wherein the plurality of inorganic particles includes alumina, aluminosilicate, silica, or a combination thereof.

실시 형태 26은 실시 형태 18 내지 실시 형태 21, 실시 형태 24 또는 실시 형태 25 중 임의의 것의 방법으로서, 무기 입자는 다중셀형 버블을 포함한다.Embodiment 26 is a method according to any of Embodiment 18 to Embodiment 21, Embodiment 24 or Embodiment 25, wherein the inorganic particles include multi-cell type bubbles.

실시 형태 27은 실시 형태 1 내지 실시 형태 26 중 임의의 것의 방법으로서, 복수의 무기 입자는 실질적으로 구형 형상 또는 침형 형상을 갖는다.Embodiment 27 is a method according to any of Embodiments 1 to 26, wherein the plurality of inorganic particles have a substantially spherical shape or an acicular shape.

실시 형태 28은 실시 형태 1 내지 실시 형태 27 중 임의의 것의 방법으로서, 복수의 무기 입자는 평균 입자 크기가 50 nm 내지 5 mm의 범위이다.Embodiment 28 is a method according to any of Embodiments 1 to 27, wherein the plurality of inorganic particles have an average particle size in the range of 50 nm to 5 mm.

실시 형태 29는 실시 형태 1 내지 실시 형태 28 중 임의의 것의 방법으로서, 복수의 무기 입자는 평균 입자 크기가 1 μm 내지 1 mm의 범위이다.Embodiment 29 is a method according to any one of Embodiment 1 to Embodiment 28, wherein the plurality of inorganic particles have an average particle size in a range of 1 占 퐉 to 1 mm.

실시 형태 30은 실시 형태 1 내지 실시 형태 29 중 임의의 것의 방법으로서, 복수의 무기 입자는 평균 입자 크기가 10 μm 내지 500 μm의 범위이다.Embodiment 30 is a method according to any of Embodiments 1 to 29, wherein the plurality of inorganic particles have an average particle size in a range of 10 μm to 500 μm.

실시 형태 31은 실시 형태 1 내지 실시 형태 30 중 임의의 것의 방법으로서, 복수의 불연속 섬유는 유리, 알루미나, 알루미노실리케이트, 탄소, 현무암, 또는 이들의 조합을 포함한다.Embodiment 31 is a method of any of Embodiments 1 to 30 wherein the plurality of discontinuous fibers comprise glass, alumina, aluminosilicate, carbon, basalt, or combinations thereof.

실시 형태 32는 실시 형태 1 내지 실시 형태 31 중 임의의 것의 방법으로서, 복수의 불연속 섬유는 종횡비가 10:1 이상이다.Embodiment 32 is a method according to any of Embodiments 1 to 31, wherein the plurality of discontinuous fibers have an aspect ratio of 10: 1 or more.

실시 형태 33은 실시 형태 1 내지 실시 형태 32 중 임의의 것의 방법으로서, 금속은 다공성 매트릭스 구조를 포함한다.Embodiment 33 is a method of any of Embodiments 1 to 32 wherein the metal comprises a porous matrix structure.

실시 형태 34는 실시 형태 1 내지 실시 형태 33 중 임의의 것의 방법으로서, 금속은 알루미늄 또는 이의 합금을 포함한다.Embodiment 34 is a method according to any one of Embodiment 1 to Embodiment 33, wherein the metal includes aluminum or an alloy thereof.

실시 형태 35는 실시 형태 1 내지 실시 형태 34 중 임의의 것의 방법으로서, 금속 매트릭스 복합재는 엔벨로프 밀도가 1.80 내지 2.50 그램/세제곱센티미터이다.Embodiment 35. The method of any one of embodiments 1 to 34 wherein the metal matrix composite has an envelope density of from 1.80 to 2.50 grams per cubic centimeter.

실시 형태 36은 실시 형태 1 내지 실시 형태 34 중 임의의 것의 방법으로서, 금속 매트릭스 복합재는 엔벨로프 밀도가 2.00 내지 2.30 그램/세제곱센티미터이다.Embodiment 36. The method of any one of embodiments 1 to 34 wherein the metal matrix composite has an envelope density of from 2.00 to 2.30 grams per cubic centimeter.

실시 형태 37은 실시 형태 1 내지 실시 형태 34 중 임의의 것의 방법으로서, 금속 매트릭스 복합재는 엔벨로프 밀도가 1.80 내지 2.20 그램/세제곱센티미터이다.Embodiment 37. A method as in any of embodiments 1 to 34 wherein the metal matrix composite has an envelope density of from 1.80 to 2.20 grams per cubic centimeter.

실시 형태 38은 실시 형태 1 내지 실시 형태 33 중 임의의 것의 방법으로서, 금속은 마그네슘 또는 이의 합금을 포함한다.Embodiment 38 is a method according to any one of Embodiments 1 to 33, wherein the metal includes magnesium or an alloy thereof.

실시 형태 39는 실시 형태 38의 방법으로서, 금속 매트릭스 복합재는 엔벨로프 밀도가 1.35 내지 1.60 그램/세제곱센티미터이다.Embodiment 39. The method of embodiment 38 wherein the metal matrix composite has an envelope density of 1.35 to 1.60 grams / cubic centimeter.

실시 형태 40은 실시 형태 38 또는 실시 형태 39의 방법으로서, 금속 매트릭스 복합재는 엔벨로프 밀도가 1.55 내지 1.60 그램/세제곱센티미터이다.Embodiment 40 is the method of Embodiment 38 or 39 wherein the metal matrix composite has an envelope density of from 1.55 to 1.60 grams per cubic centimeter.

실시 형태 41은 실시 형태 38 또는 실시 형태 39의 방법으로서, 금속 매트릭스 복합재는 엔벨로프 밀도가 1.35 내지 1.50 그램/세제곱센티미터이다.Embodiment 41 is the method of Embodiment 38 or Embodiment 39, wherein the metal matrix composite has an envelope density of 1.35 to 1.50 grams / cubic centimeter.

실시 형태 42는 실시 형태 1 내지 실시 형태 41 중 임의의 것의 방법으로서, 금속 매트릭스 복합재는 인장 시험에서 파괴 전에 항복 강도를 나타낸다.Embodiment 42 is a method of any of Embodiments 1 to 41 wherein the metal matrix composite exhibits a yield strength before fracture in a tensile test.

실시 형태 43은 실시 형태 1 내지 실시 형태 42 중 임의의 것의 방법으로서, 금속은 금속 매트릭스 복합재의 50 중량% 내지 95 중량%의 양으로 존재한다.Embodiment 43 is the method of any of Embodiments 1 to 42 wherein the metal is present in an amount of from 50% to 95% by weight of the metal matrix composite.

실시 형태 44는 실시 형태 1 내지 실시 형태 43 중 임의의 것의 방법으로서, 복수의 무기 입자는 금속 매트릭스 복합재의 2 중량% 내지 50 중량%의 양으로 존재한다.Embodiment 44. The method as in any of Embodiments 1 to 43, wherein the plurality of inorganic particles is present in an amount of 2 to 50% by weight of the metal matrix composite.

실시 형태 45는 실시 형태 1 내지 실시 형태 44 중 임의의 것의 방법으로서, 복수의 불연속 섬유는 금속 매트릭스 복합재의 2 중량% 내지 25 중량%의 양으로 존재한다.Embodiment 45. A method as in any of embodiments 1 to 44 wherein the plurality of discontinuous fibers are present in an amount of from 2% to 25% by weight of the metal matrix composite.

실시 형태 46은 실시 형태 1 내지 실시 형태 45 중 임의의 것의 방법으로서, 복수의 무기 입자 및 복수의 불연속 섬유는 합쳐서 금속 매트릭스 복합재의 5 중량% 내지 50 중량%의 양으로 존재한다.Embodiment 46. The method according to any of Embodiments 1 to 45 wherein the plurality of inorganic particles and the plurality of discontinuous fibers are present in an amount of 5 to 50% by weight of the metal matrix composite.

실시 형태 47은 실시 형태 1 내지 실시 형태 46 중 임의의 것의 방법으로서, 무기 입자의 엔벨로프 밀도는 금속의 밀도보다 40% 이상 더 낮다.Embodiment 47 is a method according to any of Embodiments 1 to 46 wherein the envelope density of the inorganic particles is at least 40% lower than the density of the metal.

실시 형태 48은 실시 형태 1 내지 실시 형태 47 중 임의의 것의 방법으로서, 무기 입자의 엔벨로프 밀도는 금속의 밀도보다 50% 이상 더 낮다.Embodiment 48. The method of any of embodiments 1 to 47 wherein the envelope density of the inorganic particles is at least 50% lower than the density of the metal.

실시 형태 49는 실시 형태 1 내지 실시 형태 48 중 임의의 것의 방법으로서, 금속 매트릭스 복합재는 금속; 복수의 무기 입자; 및 복수의 불연속 섬유로 본질적으로 이루어진다.Embodiment 49. A method as in any of Embodiments 1 to 48, wherein the metal matrix composite is a metal; A plurality of inorganic particles; And a plurality of discontinuous fibers.

실시예Example

이들 실시예는 단지 예시를 위한 것이며, 첨부된 청구범위의 범주에 대해 과도하게 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명의 넓은 범주를 기술하는 수치 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 구체적인 실시예에 기술된 수치 값은 가능한 한 정확하게 기록된다. 그러나, 임의의 수치 값은 본질적으로 그의 각자의 시험 측정치에서 발견되는 표준 편차로부터 필연적으로 유래하는 소정의 오차를 포함한다. 최소한으로, 그리고 청구범위의 범주에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 시도로서가 아니라, 각각의 수치 파라미터는 적어도 보고된 유효숫자의 개수의 관점에서 그리고 보통의 반올림 기법을 적용함으로써 해석되어야 한다.These embodiments are for illustrative purposes only and are not intended to be limiting in any way to the scope of the appended claims. Notwithstanding that the numerical ranges and parameters describing the broad scope of the invention are approximations, the numerical values set forth in the specific embodiments are recorded as precisely as possible. However, any numerical value inherently includes a certain error inherently resulting from the standard deviation found in its respective test measurement. At the very least, and not as an attempt to limit the application of the doctrine of equivalents to the scope of the claims, each numerical parameter should at least be construed in light of the number of reported significant digits and by applying ordinary rounding techniques.

재료의 요약Summary of Materials

달리 기재되지 않는다면, 실시예 및 명세서의 나머지 부분에서의 모든 부, 백분율, 비 등은 중량 기준이다. 표 1은 하기 실시예에서 사용된 재료에 대한 설명 및 공급처를 제공한다:Unless otherwise stated, all parts, percentages, ratios, etc. in the remainder of the examples and specification are by weight. Table 1 provides a description and source of materials used in the following examples:

[표 1][Table 1]

Figure pct00001
Figure pct00001

시험 방법 1. 3점 굽힘 시험Test method 1. Three point bending test

3점 굽힘 시험을 사용하여 금속 매트릭스 복합재의 응력 및 변형률을 결정하였다. 3점 굽힘 시험에서, 32 mm만큼 이격된 2개의 원통형 지지체 사이에 샘플을 길이 방향으로 배치하였다. 시험 장치의 로드 셀에 매달린 제3 로딩 실린더를 그의 중간점에서 샘플과 닿도록 낮추었다. 100 킬로뉴턴(KN) 로드 셀이 구비된, 엠티에스 시스템즈 코포레이션(MTS Systems Corporation; 미국 미네소타주 에덴 프래리 소재)에 의해 제공된 소프트웨어-제어식 로드 프레임을 사용하여 중간 로딩 실린더를 통해 샘플의 중심에 하중을 가하였다. 시스템은 샘플에 가해지는 힘 및 각각의 시점에 대한 출발 위치로부터의 중간 로딩 실린더의 변위를 측정하였다. 표준 힘 방정식을 사용하여 이들 값을 각각 응력 및 변형률로 변환하였다.Three point bending test was used to determine the stress and strain of the metal matrix composites. In the three-point bending test, samples were longitudinally placed between two cylindrical supports spaced by 32 mm. A third loading cylinder suspended from the load cell of the test apparatus was lowered at its midpoint to touch the sample. Software provided by MTS Systems Corporation, Eden Prairie, Minn., USA, equipped with a 100 kilo Newton (KN) load cell - load at the center of the sample through the intermediate loading cylinder using a controlled load frame Were added. The system measured the force applied to the sample and the displacement of the intermediate loading cylinder from its starting position for each time point. These values were converted to stress and strain, respectively, using standard force equations.

시험 방법 2. 음향 분산 방법Test method 2. Acoustic dispersion method

하나 이상의 충전제 재료를 금속 중에 균질하게 분산시키기 위해, 모든 재료를 50 밀리리터(mL) 유리 바이알에 붓고, 이어서 단단히 뚜껑을 덮었다. 다음으로, 바이알을 레소딘 랩램(Resodyn LabRAM) 음향 혼합기(미국 몬태나주 뷰트 소재의 레소딘 코포레이션(Resodyn Corporation))에 로딩하고, 자동 주파수 조절을 사용하여 3분 동안 70% 강도로 진탕한 후에 경질 표면에 대고 3 내지 5회 가볍게 두드려서 모든 재료가 바이알의 하부에 가라앉게 하였다.To homogeneously disperse one or more filler materials in the metal, all materials were poured into 50 milliliter (mL) glass vials and then tightly capped. Next, the vials were loaded into a Resodyn LabRAM acoustic mixer (Resodyn Corporation, Bute, MT) and shaken at 70% intensity for 3 minutes using automatic frequency control, It was patted 3 to 5 times on the surface so that all the material was submerged in the bottom of the vial.

시험 방법 3. 이온 침출 시험Test method 3. Ion leaching test

100 g의 유리 버블의 샘플을 대략 2시간 동안 초음파 처리기(sonicator)에서 1000 g의 탈이온수(DI 수)와 함께 교반하였다. 이어서, 10분 동안 10,000 회전/분(rpm)으로 원심분리하여 유리 버블을 DI 수로부터 분리하였다. 생성된 침출 용액에서의 이온 농도를 이온 크로마토그래피에 의해 측정하였다. 표준물에서의 각각의 이온의 면적 대 표준물에서의 그 이온의 농도를 플롯하여, 각각의 이온에 대한 개별 보정 곡선을 준비하였다. 각각의 이온의 측정된 면적을 사용하여, 샘플로부터 침출된 각각의 이온의 농도를 결정하였다. 오직 체류 매칭(retention matching)을 통해서만 각각의 이온을 확인하였다.A sample of 100 g of glass bubbles was stirred with 1000 g of deionized water (DI water) in an ultrasonicator for approximately 2 hours. The glass bubble was then separated from the DI water by centrifugation at 10,000 revolutions per minute (rpm) for 10 minutes. The ion concentration in the resulting leach solution was measured by ion chromatography. The area of each ion in the standard versus the concentration of that ion in the standard was plotted to provide a separate calibration curve for each ion. The measured area of each ion was used to determine the concentration of each ion leached from the sample. Only each ion was identified by retention matching.

시험 방법 4. 수동 분산 방법Test method 4. Manual dispersion method

하나 이상의 충전제 재료를 금속 중에 수동으로 분산시키기 위해, 모든 재료를 50 밀리리터(mL) 유리 바이알에 붓고, 이어서 단단히 뚜껑을 덮었다. 다음으로, 바이알을 손으로 30초 동안 흔든 후에 경질 표면에 대고 3 내지 5회 가볍게 두드려서 모든 재료가 바이알의 하부에 가라앉게 하였다.To manually disperse one or more filler materials in the metal, all materials were poured into 50 milliliter (mL) glass vials and then capped tightly. Next, the vial was shaken by hand for 30 seconds and patted 3 to 5 times against the hard surface to allow all the material to sink to the bottom of the vial.

제조예 1Production Example 1

하기 표 2에 열거된 양의 각각의 재료를 혼합하고 용융 실리카 도가니에 넣었다. 이어서, 혼합물을 2320℉(1271℃)의 노에서 4시간 동안 가열하였다. 다음으로, 재료를 실온(예를 들어, 약 23℃)으로 냉각하였다. 재료를 도가니로부터 파내고, 디스크 밀(캐나다 버뱅크 소재의 비코 인코포레이티드(BICO Inc.))에 의해 프릿 입자로 파쇄하였다. 프릿의 최대 크기는 5 mm 미만이었다. 이어서, 제트 밀(독일 아우구스부르크 소재의 호소카와 알파인(Hosokawa Alpine))을 사용하여 프릿 입자를 입자 크기 질량-중위-직경(D50)이 20 μm인 분말로 제트-밀링하였다. 이어서, 1000 g의 분말을 1100 g의 물, 각각 유리 분말의 총 중량을 기준으로, 2 중량%의 추가적인 붕산, 및 황산아연으로부터의 0.3 중량%의 황뿐만 아니라 1 중량%의 CMC와 혼합하였다. 슬러리의 총 고형물을 48 중량%로 만들었다. 물/프릿 분말 슬러리를 랩스타(LabStar) 밀(미국 펜실베이니아주 엑스턴 소재의 네츠쉬 프리미어 테크놀로지스, 엘엘씨(NETZSCH Premier Technologies, LLC))에 의해 1.4 μm 일차 입자 크기의 D50으로 밀링하였다. 밀링으로부터의 슬러리를 분무 건조하여 응집된 공급물 입자를 형성하였다. 분무 건조된 공급물로부터 천연 가스 화염을 통해 유리 버블을 생성하였다. 총 유리 버블 밀도 및 화염 조건은 하기 표 3에 열거된 바와 같았다. 생성된 버블은 D5가 7 μm이고, D50이 35 μm이고, D90이 60 μm였다.Each of the materials listed in Table 2 below was mixed and placed in a fused silica crucible. The mixture was then heated in a furnace at 2320 DEG F (1271 DEG C) for 4 hours. Next, the material was cooled to room temperature (e.g., about 23 占 폚). The material was poured out of the crucible and crushed into frit particles by a disk mill (BICO Inc., Burbank, CA). The maximum size of the frit was less than 5 mm. The frit particles were then jet-milled into powder having a particle size mass-median-diameter (D50) of 20 占 퐉 using a jet mill (Hosokawa Alpine, Augsburg, Germany). 1000 g of powder were then mixed with 1100 g of water, each with 2% by weight of additional boric acid based on the total weight of the glass powder, and 0.3% by weight of sulfur from zinc sulfate as well as 1% by weight of CMC. The total solids of the slurry were made up to 48% by weight. The water / frit powder slurry was milled with a LabStar mill (NETZSCH Premier Technologies, LLC, Exton, Pennsylvania) with a D50 of 1.4 μm primary particle size. The slurry from the mill was spray dried to form agglomerated feed particles. A glass bubble was produced from the spray dried feed through a natural gas flame. The total glass bubble density and flame conditions were as listed in Table 3 below. The resulting bubbles were D5 of 7 占 퐉, D50 of 35 占 퐉, and D90 of 60 占 퐉.

[표 2][Table 2]

Figure pct00002
Figure pct00002

[표 3][Table 3]

Figure pct00003
Figure pct00003

[표 4][Table 4]

Figure pct00004
Figure pct00004

실시예 1(비교예, CE-1)Example 1 (Comparative Example, CE-1)

1.5 인치(3.81 센티미터)의 내경을 갖는 원형 흑연 다이에 10 그램(g)의 Al 1-511 분말을 부었다. Al 1-511 분말을 다음과 같이 소결하였다: 다이를 HP50-7010 열간 프레스(미국 캘리포니아주 샌터 로저 소재의 서멀 테크놀로지 엘엘씨(Thermal Technology LLC)) 내에 로딩하고, 셋업(setup)을 진공으로 펌핑 다운하였다. 다이를 실온으로부터 25℃/분(℃/min)으로 600℃까지 가열하고, 여기서 15분(min) 동안 유지하였다. 15분간 온도를 유지한 후에, 600℃에서 1시간(hr) 동안 640 킬로그램(㎏)의 힘(이러한 크기의 다이에 대해 800 파운드/제곱인치의 압력)을 가하였다. 이어서, 압력을 해제하고, 챔버를 질소로 플러딩되게(flooded) 하고, 다이를 다시 실온으로 노 냉각되게 두었다. 생성되는 소결된 디스크의 치수뿐만 아니라 그의 질량을 측정하여, 1.91 그램/세제곱센티미터(g/cc)의 벌크 밀도를 계산하였고, 이는 완전히 치밀한 순수 알루미늄보다 29% 더 낮았다. 폭이 대략 0.5 인치(1.27 센티미터)이고 길이가 1.5 인치(3.81 센티미터)인 스트립을 디스크의 중간에서 잘라내었고, 이 스트립이 상기에 기재된 3점 굽힘 시험을 받게 하였다. 샘플은 최대 인장 강도가 31 메가파스칼(MPa)이어서, 밀도에 대한 강도의 비가 16이었다. 결과가 하기 표 5에 나타나 있다.10 grams (g) of Al 1-511 powder was poured into a circular graphite die having an internal diameter of 1.5 inches (3.81 centimeters). The Al 1-511 powder was sintered as follows: the die was loaded into an HP 50-7010 hot press (Thermal Technology LLC, Santa Rosa, Calif., USA) and the setup pumped down to vacuum Respectively. The die was heated from room temperature to 25O < 0 > C / minute ([deg.] C / min) to 600 [deg.] C and held there for 15 minutes. After maintaining the temperature for 15 minutes, a force of 640 kilograms (kg) (800 pounds per square inch of pressure for this size die) was applied at 600 DEG C for 1 hour (hr). The pressure was then released, the chamber was flooded with nitrogen, and the die was again allowed to cool to room temperature. The bulk density of 1.91 grams per cubic centimeter (g / cc) was calculated by measuring the mass as well as the dimensions of the resulting sintered disc, which was 29% lower than that of pure dense pure aluminum. Strips approximately 0.5 inches (1.27 centimeters) wide and 1.5 inches (3.81 centimeters) wide were cut from the middle of the disc and subjected to the three-point bending test described above. The sample had a maximum tensile strength of 31 megapascals (MPa), a ratio of strength to density of 16. The results are shown in Table 5 below.

실시예 2(비교예, CE-2)Example 2 (Comparative Example, CE-2)

10 g의 Al 1-511 분말 및 1 g의 유리 버블을 상기에 기재된 수동 분산 방법에 의해 혼합하고, 혼합물을 비교예 1에서와 동일한 흑연 다이에 부었다. 이어서, 셋업을 상기의 비교예 1에 기재된 것과 동일한 소결 절차를 거치게 하였다. 생성된 소결된 디스크는 밀도가 1.58 g/cc였다. 3점 굽힘 시험의 결과가 하기 표 5 및 도 2에 나타나 있다.10 g of Al 1-511 powder and 1 g of glass bubble were mixed by the passive dispersion method described above and the mixture was poured into the same graphite die as in Comparative Example 1. [ The setup was then subjected to the same sintering procedure as described in Comparative Example 1 above. The resulting sintered disc had a density of 1.58 g / cc. The results of the three-point bending test are shown in Table 5 and FIG.

실시예 3(비교예, CE-3)Example 3 (Comparative Example, CE-3)

10 g의 Al 1-511 분말 및 1 g의 세라믹 섬유를 상기에 기재된 수동 분산 방법에 의해 혼합하고, 혼합물을 비교예 1 및 비교예 2에서와 동일한 흑연 다이에 부었다. 이어서, 셋업을 상기의 비교예 1에 기재된 것과 동일한 소결 절차를 거치게 하였다. 생성된 디스크는 밀도가 2.11 g/cc였다. 3점 굽힘 시험의 결과가 하기 표 5 및 도 2에 나타나 있다.10 g of Al 1-511 powder and 1 g of ceramic fiber were mixed by the manual dispersion method described above and the mixture was poured into the same graphite die as in Comparative Example 1 and Comparative Example 2. The setup was then subjected to the same sintering procedure as described in Comparative Example 1 above. The resulting disc had a density of 2.11 g / cc. The results of the three-point bending test are shown in Table 5 and FIG.

실시예 4(비교예, CE-4)Example 4 (Comparative Example, CE-4)

9 g의 Al 1-511 분말, 0.3 g의 유리 버블, 및 1.7 g의 세라믹 섬유를 가볍게 교반하고, 혼합물을 비교예 1 내지 비교예 3에서와 동일한 흑연 다이에 부었다. 이어서, 셋업을 상기의 비교예 1에 기재된 것과 동일한 소결 절차를 거치게 하였다. 생성된 디스크는 밀도가 1.72 g/cc였다. 3점 굽힘 시험의 결과가 하기 표 5 및 도 2에 나타나 있다.9 g of Al 1-511 powder, 0.3 g of glass bubble, and 1.7 g of ceramic fiber were gently agitated and the mixture was poured into the same graphite die as in Comparative Examples 1 to 3. The setup was then subjected to the same sintering procedure as described in Comparative Example 1 above. The resulting disc had a density of 1.72 g / cc. The results of the three-point bending test are shown in Table 5 and FIG.

실시예 5(EX-5)Example 5 (EX-5)

9 g의 Al 1-511 분말, 0.3 g의 유리 버블, 및 1.7 g의 세라믹 섬유를 상기에 기재된 수동 분산 방법에 의해 혼합하고, 혼합물을 비교예 1 내지 비교예 4에서와 동일한 흑연 다이에 부었다. 이어서, 셋업을 상기의 비교예 1에 기재된 것과 동일한 소결 절차를 거치게 하였다. 생성된 디스크는 밀도가 1.83 g/cc였다. 3점 굽힘 시험의 결과가 하기 표 5에 나타나 있다.9 g of Al 1-511 powder, 0.3 g of glass bubble and 1.7 g of ceramic fiber were mixed by the manual dispersion method described above and the mixture was poured into the same graphite die as in Comparative Examples 1 to 4 . The setup was then subjected to the same sintering procedure as described in Comparative Example 1 above. The resulting disc had a density of 1.83 g / cc. The results of the three-point bending test are shown in Table 5 below.

실시예 6(EX-6)Example 6 (EX-6)

10 g의 Al 분말, 0.5 g의 유리 버블, 및 0.5 g의 섬유를 상기에 기재된 수동 분산 방법에 의해 혼합하고, 혼합물을 비교예 1 내지 비교예 4 및 실시예 5에서와 동일한 흑연 다이에 부었다. 이어서, 셋업을 상기의 비교예 1에 기재된 것과 동일한 소결 절차를 거치게 하였다. 생성된 디스크는 밀도가 1.71 g/cc였다. 3점 굽힘 시험의 결과가 하기 표 5에 나타나 있다.10 g of Al powder, 0.5 g of glass bubble and 0.5 g of fiber were mixed by the manual dispersion method described above and the mixture was poured into the same graphite die as in Comparative Examples 1 to 4 and Example 5 . The setup was then subjected to the same sintering procedure as described in Comparative Example 1 above. The resulting disc had a density of 1.71 g / cc. The results of the three-point bending test are shown in Table 5 below.

실시예 7(EX-7)Example 7 (EX-7)

8 g의 Al 1-511 분말, 0.45 g의 유리 버블, 및 2.55 g의 세라믹 섬유를 상기에 기재된 수동 분산 방법에 의해 혼합하고, 혼합물을 비교예 1 내지 비교예 4와 실시예 5 및 실시예 6에서와 동일한 흑연 다이에 부었다. 이어서, 셋업을 상기의 비교예 1에 기재된 것과 동일한 소결 절차를 거치게 하였다. 생성된 디스크는 밀도가 1.78 g/cc였다. 3점 굽힘 시험의 결과가 하기 표 5에 나타나 있다.8 g of Al 1-511 powder, 0.45 g of glass bubble, and 2.55 g of ceramic fiber were mixed by the passive dispersion method described above, and the mixture was mixed with Comparative Example 1 to Comparative Example 4, Example 5 and Example 6 Was poured into the same graphite die as in. The setup was then subjected to the same sintering procedure as described in Comparative Example 1 above. The resulting disc had a density of 1.78 g / cc. The results of the three-point bending test are shown in Table 5 below.

실시예 8(EX-8)Example 8 (EX-8)

7 g의 Al 1-511 분말, 0.6 g의 유리 버블, 및 3.4 g의 세라믹 섬유를 상기에 기재된 수동 분산 방법에 의해 혼합하고, 혼합물을 비교예 1 내지 비교예 4와 실시예 5 내지 실시예 7에서와 동일한 흑연 다이에 부었다. 이어서, 셋업을 상기의 비교예 1에 기재된 것과 동일한 소결 절차를 거치게 하였다. 생성된 디스크는 밀도가 1.63 g/cc였다. 3점 굽힘 시험의 결과가 하기 표 5에 나타나 있다.7 g of Al 1-511 powder, 0.6 g of glass bubble, and 3.4 g of ceramic fiber were mixed by the above-described passive dispersion method, and the mixture was mixed with Comparative Examples 1 to 4 and Examples 5 to 7 Was poured into the same graphite die as in. The setup was then subjected to the same sintering procedure as described in Comparative Example 1 above. The resulting disc had a density of 1.63 g / cc. The results of the three-point bending test are shown in Table 5 below.

[표 5][Table 5]

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Figure pct00005

실시예 9(비교예, CE-9)Example 9 (Comparative Example, CE-9)

1.575 인치(4.00 센티미터)의 내경을 갖는 원형 흑연 다이에 10.8 그램(g)의 Al 6063 분말을 부었다. Al 6063 분말을 다음과 같이 소결하였다: 다이를 도시바 머신(Toshiba Machine) GMP-411VA 유리 주형 프레스 기계(일본 누마즈시 소재의 도시바 머신 컴퍼니(Toshiba Machine Co.)) 내에 로딩하고, 셋업을 질소로 60초 동안 플러딩되게 하고, 이어서 진공으로 펌핑 다운하였다. 다이를 40℃로부터 28℃/분(℃/min)으로 600℃까지 가열하였다. 일단 다이가 600℃에 도달하면, 다이에 대한 힘을 0의 인가력으로부터 21,000 뉴턴(이러한 크기의 다이에 대해 2400 psi(또는 16.55 MPa)의 압력)으로 점진적으로 증가시키면서, 다이를 그 온도에서 유지하였다. 힘의 점진적인 증가는 20분 동안에 걸쳐 대략 선형으로 일어났다. 일단 21,000 N의 최대 힘에 도달하면, 다이를 600℃에서 1시간 동안 이러한 상태에서 유지하였다. 이어서, 압력을 해제하고, 다이를 실온으로 노 냉각되게 두었다. 생성되는 소결된 디스크의 치수뿐만 아니라 그의 질량을 측정하여, 2.51 그램/세제곱센티미터(g/cc)의 엔벨로프 밀도를 계산하였고, 이는 완전히 치밀한 알루미늄 6063보다 7% 더 낮았다. 폭이 대략 0.5 인치(1.27 센티미터)이고 길이가 1.5 인치(3.81 센티미터)인 스트립을 디스크의 중간에서 잘라내었고, 이 스트립이 상기에 기재된 3점 굽힘 시험을 받게 하였다. 샘플은 최대 인장 강도가 203 메가파스칼(MPa)이었다. 결과가 하기 표 6 및 도 3에 나타나 있다.10.8 grams (g) of Al 6063 powder was poured into a circular graphite die having an inner diameter of 1.575 inches (4.00 centimeters). Al 6063 powder was sintered as follows: The die was loaded into a Toshiba Machine GMP-411VA glass mold press machine (Toshiba Machine Co., Numazu, Japan) and the set up was purged with nitrogen Allowed to flood for 60 seconds, and then pumped down to vacuum. The die was heated from 40 占 폚 to 28 占 폚 / min (占 폚 / min) to 600 占 폚. Once the die reaches 600 占 폚, the die is maintained at that temperature while gradually increasing the force on the die from the applied force of zero to 21,000 Newtons (2400 psi (or 16.55 MPa) pressure for this size die) Respectively. A gradual increase in power occurred approximately linearly over the course of 20 minutes. Once the maximum force of 21,000 N was reached, the die was held in this state at 600 ° C for 1 hour. The pressure was then released and the die allowed to cool to room temperature. The envelope density of 2.51 grams per cubic centimeter (g / cc) was calculated by measuring the dimensions of the resulting sintered disc as well as its mass, which was 7% lower than the fully dense aluminum 6063. Strips approximately 0.5 inches (1.27 centimeters) wide and 1.5 inches (3.81 centimeters) wide were cut from the middle of the disc and subjected to the three-point bending test described above. The sample had a maximum tensile strength of 203 megapascals (MPa). The results are shown in Table 6 and FIG.

실시예 10(비교예, CE-10)Example 10 (Comparative Example, CE-10)

8.64 g의 Al 6063 분말 및 0.48 g의 알루미나 분말을 상기에 기재된 음향 분산 방법에 의해 혼합하고, 혼합물을 비교예 9에서와 동일한 흑연 다이에 부었다. 이어서, 셋업을 상기의 비교예 9에 기재된 것과 동일한 소결 절차를 거치게 하였다. 생성된 소결된 디스크는 엔벨로프 밀도가 2.34 g/cc였다. 3점 굽힘 시험의 결과가 하기 표 6 및 도 3에 나타나 있다.8.64 g of Al 6063 powder and 0.48 g of alumina powder were mixed by the acoustic dispersion method described above and the mixture was poured into the same graphite die as in Comparative Example 9. The set-up was then subjected to the same sintering procedure as described in Comparative Example 9 above. The resulting sintered disc had an envelope density of 2.34 g / cc. The results of the three-point bending test are shown in Table 6 and Fig.

실시예 11(비교예, CE-11)Example 11 (Comparative Example, CE-11)

9.72 g의 Al 6063 분말 및 1.56 g의 세라믹 섬유를 상기에 기재된 음향 분산 방법에 의해 혼합하고, 혼합물을 비교예 9 및 비교예 10에서와 동일한 흑연 다이에 부었다. 이어서, 셋업을 상기의 비교예 9에 기재된 것과 동일한 소결 절차를 거치게 하였다. 생성된 디스크는 엔벨로프 밀도가 2.65 g/cc였다. 3점 굽힘 시험의 결과가 하기 표 6 및 도 3에 나타나 있다.9.72 g of Al 6063 powder and 1.56 g of ceramic fiber were mixed by the acoustic dispersion method described above and the mixture was poured into the same graphite die as in Comparative Example 9 and Comparative Example 10. The set-up was then subjected to the same sintering procedure as described in Comparative Example 9 above. The resulting disc had an envelope density of 2.65 g / cc. The results of the three-point bending test are shown in Table 6 and Fig.

실시예 12(EX-12)Example 12 (EX-12)

7.56 g의 Al 6063 분말, 0.48 g의 알루미나 분말, 및 1.56 g의 세라믹 섬유를 상기에 기재된 음향 분산 방법에 의해 혼합하고, 혼합물을 비교예 9 내지 비교예 11에서와 동일한 흑연 다이에 부었다. 이어서, 셋업을 상기의 비교예 9에 기재된 것과 동일한 소결 절차를 거치게 하였다. 생성된 디스크는 엔벨로프 밀도가 2.45 g/cc였다. 3점 굽힘 시험의 결과가 하기 표 6 및 도 3에 나타나 있다.7.56 g of Al 6063 powder, 0.48 g of alumina powder, and 1.56 g of ceramic fiber were mixed by the acoustic dispersion method described above, and the mixture was poured into the same graphite die as in Comparative Examples 9 to 11. The set-up was then subjected to the same sintering procedure as described in Comparative Example 9 above. The resulting disc had an envelope density of 2.45 g / cc. The results of the three-point bending test are shown in Table 6 and Fig.

실시예 13(EX-13)Example 13 (EX-13)

5.4 g의 Al 6063 분말, 0.96 g의 알루미나 분말, 및 1.56 g의 세라믹 섬유를 상기에 기재된 음향 분산 방법에 의해 혼합하고, 혼합물을 비교예 9 내지 비교예 11과 실시예 12에서와 동일한 흑연 다이에 부었다. 이어서, 셋업을 상기의 비교예 9에 기재된 것과 동일한 소결 절차를 거치게 하였다. 생성된 디스크는 엔벨로프 밀도가 2.11 g/cc였다. 3점 굽힘 시험의 결과가 하기 표 6 및 도 3에 나타나 있다.5.4 g of Al 6063 powder, 0.96 g of alumina powder, and 1.56 g of ceramic fiber were mixed by the above-described acoustical dispersion method and the mixture was mixed with the same graphite die as in Comparative Examples 9 to 11 and Example 12 Poured. The set-up was then subjected to the same sintering procedure as described in Comparative Example 9 above. The resulting disc had an envelope density of 2.11 g / cc. The results of the three-point bending test are shown in Table 6 and Fig.

실시예 14(EX-14)Example 14 (EX-14)

5.4 g의 Al 6063 분말, 0.96 g의 알루미나 분말, 및 1.56 g의 세라믹 섬유를 상기에 기재된 음향 분산 방법에 의해 혼합하고, 혼합물을 비교예 9 내지 비교예 11과 실시예 12 및 실시예 13에서와 동일한 흑연 다이에 부었다. 다이를 도시바 머신 GMP-411VA 유리 주형 프레스 기계(일본 누마즈시 소재의 도시바 머신 컴퍼니) 내에 로딩하고, 셋업을 질소로 60초 동안 플러딩되게 하고, 이어서 진공으로 펌핑 다운하였다. 다이를 40℃로부터 30℃/min으로 630℃까지 가열하였다. 일단 다이가 630℃에 도달하면, 다이에 대한 힘을 0의 인가력으로부터 34,664 뉴턴(이러한 크기의 다이에 대해 4000 psi(또는 27.58 MPa)의 압력)으로 점진적으로 증가시키면서, 다이를 그 온도에서 유지하였다. 힘의 점진적인 증가는 20분 동안에 걸쳐 대략 선형으로 일어났다. 일단 34,664 N의 최대 힘에 도달하면, 다이를 630℃에서 1시간 동안 이러한 상태에서 유지하였다. 이어서, 압력을 해제하고, 다이를 실온으로 노 냉각되게 두었다. 생성된 디스크는 엔벨로프 밀도가 2.19 g/cc였다. 3점 굽힘 시험의 결과가 하기 표 6 및 도 3에 나타나 있다.5.4 g of Al 6063 powder, 0.96 g of alumina powder, and 1.56 g of ceramic fiber were mixed by the above-described acoustical dispersion method, and the mixture was mixed in the same manner as in Comparative Example 9 to Comparative Example 11, Example 12 and Example 13 Poured into the same graphite die. The die was loaded into a Toshiba Machine GMP-411VA glass mold press machine (Toshiba Machine Company, Numazu, Japan) and the set up was flooded with nitrogen for 60 seconds and then pumped down to vacuum. The die was heated from 40 DEG C to 630 DEG C at 30 DEG C / min. Once the die reaches 630 占 폚, the die is maintained at that temperature while gradually increasing the force on the die from the applied force of zero to 34,664 Newtons (4000 psi (or 27.58 MPa) pressure for this size die) Respectively. A gradual increase in power occurred approximately linearly over the course of 20 minutes. Once the maximum force of 34,664 N was reached, the die was held in this state for 1 hour at 630 ° C. The pressure was then released and the die allowed to cool to room temperature. The resulting disc had an envelope density of 2.19 g / cc. The results of the three-point bending test are shown in Table 6 and Fig.

[표 6][Table 6]

Figure pct00006
Figure pct00006

실시예 15(비교예, CE-15)Example 15 (Comparative, CE-15)

1.575 인치(4.00 센티미터)의 내경을 갖는 원형 흑연 다이에 10.8 그램(g)의 Al 6063 분말을 부었다. Al 6063 분말을 다음과 같이 소결하였다: 다이를 도시바 머신 GMP-411VA 유리 주형 프레스 기계(일본 누마즈시 소재의 도시바 머신 컴퍼니) 내에 로딩하고, 셋업을 질소로 60초 동안 플러딩되게 하고, 이어서 진공으로 펌핑 다운하였다. 다이를 40℃로부터 28℃/분(℃/min)으로 615℃까지 가열하였다. 일단 다이가 615℃에 도달하면, 다이에 대한 힘을 0의 힘으로부터 21,000 뉴턴(이러한 크기의 다이에 대해 1600 psi의 압력)으로 점진적으로 증가시키면서, 다이를 그 온도에서 유지하였다. 힘의 점진적인 증가는 20분 동안에 걸쳐 대략 선형으로 일어났다. 일단 21,000 N의 최대 힘에 도달하면, 다이를 600℃에서 1시간 동안 이러한 상태에서 유지하였다. 이어서, 압력을 해제하고, 다이를 실온으로 노 냉각되게 두었다. 생성되는 소결된 디스크의 치수뿐만 아니라 그의 질량을 측정하여, 2.51 그램/세제곱센티미터(g/cc)의 엔벨로프 밀도를 계산하였고, 이는 완전히 치밀한 알루미늄 6063보다 7% 더 낮았다. 폭이 대략 0.5 인치(1.27 센티미터)이고 길이가 1.575 인치(4.00 센티미터)인 스트립을 디스크의 중간에서 잘라내었고, 이 스트립이 상기에 기재된 3점 굽힘 시험을 받게 하였다. 샘플은 최대 인장 강도가 203 메가파스칼(MPa)이었다. 결과가 하기 표 7 및 도 4에 나타나 있다.10.8 grams (g) of Al 6063 powder was poured into a circular graphite die having an inner diameter of 1.575 inches (4.00 centimeters). The Al 6063 powder was sintered as follows: the die was loaded into a Toshiba Machine GMP-411VA glass mold press machine (Toshiba Machine Company, Numazu, Japan) and the set up was flooded with nitrogen for 60 seconds and then vacuumed Pumped down. The die was heated from 40 占 폚 to 28 占 폚 / min (占 폚 / min) to 615 占 폚. Once the die reached 615 占 폚, the die was held at that temperature while gradually increasing the force on the die from a force of 0 to 21,000 Newton (pressure of 1600 psi for this size die). A gradual increase in power occurred approximately linearly over the course of 20 minutes. Once the maximum force of 21,000 N was reached, the die was held in this state at 600 ° C for 1 hour. The pressure was then released and the die allowed to cool to room temperature. The envelope density of 2.51 grams per cubic centimeter (g / cc) was calculated by measuring the dimensions of the resulting sintered disc as well as its mass, which was 7% lower than the fully dense aluminum 6063. Strips about 0.5 inches (1.27 centimeters) wide and 1.575 inches (4.00 centimeters) long were cut from the middle of the disc and subjected to the three-point bending test described above. The sample had a maximum tensile strength of 203 megapascals (MPa). The results are shown in Table 7 and FIG.

실시예 16(EX-16)Example 16 (EX-16)

5.4 g의 Al 1-511 분말, 0.96 g의 유리 버블, 및 0.78 g의 세라믹 섬유를 상기에 기재된 음향 분산 방법에 의해 혼합하고, 혼합물을 비교예 15에서와 동일한 흑연 다이에 부었다. 다이를 도시바 머신 GMP-411VA 유리 주형 프레스 기계(일본 누마즈시 소재의 도시바 머신 컴퍼니) 내에 로딩하고, 셋업을 질소로 60초 동안 플러딩되게 하고, 이어서 진공으로 펌핑 다운하였다. 다이를 40℃로부터 30℃/분(℃/min)으로 615℃까지 가열하였다. 일단 다이가 615℃에 도달하면, 다이에 대한 힘을 0의 힘으로부터 13,954 뉴턴(이러한 크기의 다이에 대해 1600 psi의 압력)으로 점진적으로 증가시키면서, 다이를 그 온도에서 유지하였다. 힘의 점진적인 증가는 20분 동안에 걸쳐 대략 선형으로 일어났다. 일단 13,954 N의 최대 힘에 도달하면, 다이를 615℃에서 1시간 동안 이러한 상태에서 유지하였다. 이어서, 압력을 해제하고, 다이를 실온으로 노 냉각되게 두었다. 생성된 디스크는 엔벨로프 밀도가 1.93 g/cc였다. 3점 굽힘 시험의 결과가 하기 표 7 및 도 4에 나타나 있다.5.4 g of Al 1-511 powder, 0.96 g of glass bubble, and 0.78 g of ceramic fiber were mixed by the acoustic dispersion method described above, and the mixture was poured into the same graphite die as in Comparative Example 15. The die was loaded into a Toshiba Machine GMP-411VA glass mold press machine (Toshiba Machine Company, Numazu, Japan) and the set up was flooded with nitrogen for 60 seconds and then pumped down to vacuum. The die was heated from 40 占 폚 to 30 占 폚 / minute (占 폚 / min) to 615 占 폚. Once the die reached 615 占 폚, the die was held at that temperature, gradually increasing the force on the die from a force of 0 to 13,954 Newtons (1600 psi pressure for this size die). A gradual increase in power occurred approximately linearly over the course of 20 minutes. Once the maximum force of 13,954 N was reached, the die was held in this state for 1 hour at 615 ° C. The pressure was then released and the die allowed to cool to room temperature. The resulting disc had an envelope density of 1.93 g / cc. The results of the three-point bending test are shown in Table 7 and FIG.

실시예 17(EX-17)Example 17 (EX-17)

5.4 g의 Al 1-511 분말, 0.96 g의 유리 버블, 및 0.78 g의 세라믹 섬유를 상기에 기재된 음향 분산 방법에 의해 혼합하고, 혼합물을 실시예 16에서와 동일한 흑연 다이에 부었다. 이어서, 셋업을 상기의 실시예 16에 기재된 것과 동일한 소결 절차를 거치게 하였다. 생성된 디스크는 엔벨로프 밀도가 1.91 g/cc였다. 3점 굽힘 시험의 결과가 하기 표 7 및 도 4에 나타나 있다.5.4 g of Al 1-511 powder, 0.96 g of glass bubble, and 0.78 g of ceramic fiber were mixed by the acoustic dispersion method described above and the mixture was poured into the same graphite die as in Example 16. The set-up was then subjected to the same sintering procedure as described in Example 16 above. The resulting disc had an envelope density of 1.91 g / cc. The results of the three-point bending test are shown in Table 7 and FIG.

실시예 18(EX-18)Example 18 (EX-18)

5.4 g의 Al 1-511 분말, 0.96 g의 라이트스타 106 세노스피어, 및 0.78 g의 세라믹 섬유를 상기에 기재된 음향 분산 방법에 의해 혼합하고, 혼합물을 실시예 16에서와 동일한 흑연 다이에 부었다. 이어서, 셋업을 상기의 실시예 16에 기재된 것과 동일한 소결 절차를 거치게 하였다. 생성된 디스크는 엔벨로프 밀도가 1.93 g/cc였다. 3점 굽힘 시험의 결과가 하기 표 7 및 도 4에 나타나 있다.5.4 g of Al 1-511 powder, 0.96 g of Wright Star 106 senesphere, and 0.78 g of ceramic fiber were mixed by the acoustic dispersion method described above and the mixture was poured into the same graphite die as in Example 16. The set-up was then subjected to the same sintering procedure as described in Example 16 above. The resulting disc had an envelope density of 1.93 g / cc. The results of the three-point bending test are shown in Table 7 and FIG.

실시예 19(EX-19)Example 19 (EX-19)

5.4 g의 Al 1-511 분말, 0.96 g의 하이 알루미나 106 세노스피어, 및 0.78 g의 세라믹 섬유를 상기에 기재된 음향 분산 방법에 의해 혼합하고, 혼합물을 실시예 16에서와 동일한 흑연 다이에 부었다. 이어서, 셋업을 상기의 실시예 16에 기재된 것과 동일한 소결 절차를 거치게 하였다. 생성된 디스크는 엔벨로프 밀도가 1.95 g/cc였다. 3점 굽힘 시험의 결과가 하기 표 7 및 도 4에 나타나 있다.5.4 g of Al 1-511 powder, 0.96 g of high alumina 106 senesphere, and 0.78 g of ceramic fiber were mixed by the acoustic dispersion method described above and the mixture was poured into the same graphite die as in Example 16. The set-up was then subjected to the same sintering procedure as described in Example 16 above. The resulting disc had an envelope density of 1.95 g / cc. The results of the three-point bending test are shown in Table 7 and FIG.

실시예 20(EX-20)Example 20 (EX-20)

5.4 g의 Al 1100 분말, 0.96 g의 에코노스타 106 세노스피어, 및 0.78 g의 세라믹 섬유를 상기에 기재된 음향 분산 방법에 의해 혼합하고, 혼합물을 실시예 16에서와 동일한 흑연 다이에 부었다. 이어서, 셋업을 상기의 실시예 16에 기재된 것과 동일한 소결 절차를 거치게 하였다. 생성된 디스크는 엔벨로프 밀도가 1.93 g/cc였다. 3점 굽힘 시험의 결과가 하기 표 7 및 도 4에 나타나 있다.5.4 g of Al 1100 powder, 0.96 g of Econosta 106 senesphere, and 0.78 g of ceramic fiber were mixed by the acoustic dispersion method described above, and the mixture was poured into the same graphite die as in Example 16. The set-up was then subjected to the same sintering procedure as described in Example 16 above. The resulting disc had an envelope density of 1.93 g / cc. The results of the three-point bending test are shown in Table 7 and FIG.

[표 7] [Table 7]

Figure pct00007
Figure pct00007

실시예 21(EX-21)Example 21 (EX-21)

5.4 g의 Al 1-511 분말, 0.96 g의 부분 소결된 탄화규소 응집체 입자, 및 0.78 g의 세라믹 섬유를 상기에 기재된 음향 분산 방법에 의해 혼합하고, 혼합물을 실시예 16에서와 동일한 흑연 다이에 부었다. 이어서, 셋업을 상기의 실시예 16에 기재된 것과 동일한 소결 절차를 거치게 하였다. 생성된 디스크는 엔벨로프 밀도가 2.28 g/cc이고, 최대 인장 강도가 190 MPa이고, 파괴 변형률이 3.4%였다. 3점 굽힘 시험의 결과가 도 5에 나타나 있다.5.4 g of Al 1-511 powder, 0.96 g of partially sintered silicon carbide agglomerate particles, and 0.78 g of ceramic fiber were mixed by the acoustic dispersion method described above, and the mixture was added to the same graphite die as in Example 16 . The set-up was then subjected to the same sintering procedure as described in Example 16 above. The resulting disc had an envelope density of 2.28 g / cc, a maximum tensile strength of 190 MPa and a breaking strain of 3.4%. The results of the three-point bending test are shown in Fig.

실시예 22(EX-22)Example 22 (EX-22)

5.94 g의 Al 1-131 분말, 0.96 g의 라이트스타 106 세노스피어, 및 0.78 g의 세라믹 섬유를 상기에 기재된 음향 분산 방법에 의해 혼합하고, 혼합물을 실시예 16에서와 동일한 흑연 다이에 부었다. 이어서, 셋업을 상기의 실시예 16에 기재된 것과 동일한 소결 절차를 거치게 하였다. 생성된 디스크는 엔벨로프 밀도가 1.98 g/cc였다. 3점 굽힘 시험의 결과가 하기 표 8 및 도 6에 나타나 있다.5.94 g of Al 1-131 powder, 0.96 g of Wright Star 106 senesphere, and 0.78 g of ceramic fiber were mixed by the acoustic dispersion method described above and the mixture was poured into the same graphite die as in Example 16. The set-up was then subjected to the same sintering procedure as described in Example 16 above. The resulting disc had an envelope density of 1.98 g / cc. The results of the three-point bending test are shown in Table 8 and FIG.

실시예 23(EX-23)Example 23 (EX-23)

7.56 g의 Al 1-131 분말, 0.6 g의 라이트스타 106 세노스피어, 및 0.78 g의 세라믹 섬유를 상기에 기재된 음향 분산 방법에 의해 혼합하고, 혼합물을 실시예 16에서와 동일한 흑연 다이에 부었다. 이어서, 셋업을 상기의 실시예 16에 기재된 것과 동일한 소결 절차를 거치게 하였다. 생성된 디스크는 엔벨로프 밀도가 2.21 g/cc였다. 3점 굽힘 시험의 결과가 표 8 및 도 6에 나타나 있다.7.56 g of Al 1-131 powder, 0.6 g of Light Star 106 senesphere, and 0.78 g of ceramic fiber were mixed by the acoustic dispersion method described above, and the mixture was poured into the same graphite die as in Example 16. The set-up was then subjected to the same sintering procedure as described in Example 16 above. The resulting disc had an envelope density of 2.21 g / cc. The results of the three-point bending test are shown in Table 8 and FIG.

실시예 24(EX-24)Example 24 (EX-24)

7.02 g의 Al 1-131 분말, 0.72 g의 라이트스타 106 세노스피어, 및 0.78 g의 세라믹 섬유를 상기에 기재된 음향 분산 방법에 의해 혼합하고, 혼합물을 실시예 16에서와 동일한 흑연 다이에 부었다. 이어서, 셋업을 상기의 실시예 16에 기재된 것과 동일한 소결 절차를 거치게 하였다. 생성된 디스크는 엔벨로프 밀도가 2.12 g/cc였다. 3점 굽힘 시험의 결과가 표 8 및 도 6에 나타나 있다.7.02 g of Al 1-131 powder, 0.72 g of Wright Star 106 senesphere, and 0.78 g of ceramic fiber were mixed by the acoustic dispersion method described above, and the mixture was poured into the same graphite die as in Example 16. The set-up was then subjected to the same sintering procedure as described in Example 16 above. The resulting disc had an envelope density of 2.12 g / cc. The results of the three-point bending test are shown in Table 8 and FIG.

실시예 25(EX-25)Example 25 (EX-25)

7.02 g의 Al 분말, 0.72 g의 라이트스타 106 세노스피어, 및 0.78 g의 세라믹 섬유를 상기에 기재된 음향 분산 방법에 의해 혼합하고, 혼합물을 실시예 16에서와 동일한 흑연 다이에 부었다. 이어서, 셋업을 상기의 실시예 16에 기재된 것과 동일한 소결 절차를 거치게 하였다. 생성된 디스크는 엔벨로프 밀도가 2.00 g/cc였다. 3점 굽힘 시험의 결과가 표 8 및 도 6에 나타나 있다.7.02 g of Al powder, 0.72 g of Light Star 106 senesphere, and 0.78 g of ceramic fiber were mixed by the acoustic dispersion method described above, and the mixture was poured into the same graphite die as in Example 16. The set-up was then subjected to the same sintering procedure as described in Example 16 above. The resulting disc had an envelope density of 2.00 g / cc. The results of the three-point bending test are shown in Table 8 and FIG.

[표 8][Table 8]

Figure pct00008
Figure pct00008

실시예 26(EX-26)Example 26 (EX-26)

5.94 g의 Al 1-131 분말, 0.84 g의 라이트스타 106 세노스피어, 및 1.016 g의 유리 섬유를 상기에 기재된 음향 분산 방법에 의해 혼합하고, 혼합물을 실시예 16에서와 동일한 흑연 다이에 부었다. 이어서, 셋업을 상기의 실시예 16에 기재된 것과 동일한 소결 절차를 거치게 하였다. 생성된 디스크는 엔벨로프 밀도가 2.00 g/cc이고, 최대 인장 강도가 159 MPa이고, 파괴 변형률이 1.8%였다. 3점 굽힘 시험의 결과가 도 7에 나타나 있다.5.94 g of Al 1-131 powder, 0.84 g of Light Star 106 senesphere, and 1.016 g of glass fiber were mixed by the acoustic dispersion method described above and the mixture was poured into the same graphite die as in Example 16. The set-up was then subjected to the same sintering procedure as described in Example 16 above. The resulting disc had an envelope density of 2.00 g / cc, a maximum tensile strength of 159 MPa, and a fracture strain of 1.8%. The results of the three-point bending test are shown in Fig.

본 명세서가 소정의 예시적인 실시 형태를 상세히 기재하고 있지만, 당업자라면 전술한 내용을 이해할 때 이들 실시 형태에 대한 변경, 변형 및 등가물을 용이하게 안출할 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 또한, 본 명세서에서 참고된 모든 간행물 및 특허는 각각의 개별 간행물 또는 특허가 참고로 포함되는 것으로 구체적이고 개별적으로 지시된 것과 동일한 정도로 전체적으로 참고로 포함된다. 다양한 예시적인 실시 형태를 기재하였다. 이들 및 다른 실시 형태는 하기 청구범위의 범주 내에 있다.Although the present disclosure describes certain exemplary embodiments in detail, those skilled in the art will readily appreciate that modifications, changes, and equivalents may be devised by those skilled in the art upon reading the foregoing disclosure. In addition, all publications and patents referred to in this specification are incorporated by reference in their entirety to the same extent as if each individual publication or patent was specifically and individually indicated to be incorporated by reference. Various exemplary embodiments have been described. These and other embodiments are within the scope of the following claims.

Claims (14)

다공성 금속 매트릭스 복합재의 제조 방법으로서,
a. 금속 분말, 복수의 무기 입자, 및 복수의 불연속 섬유를 혼합하여, 혼합물을 형성하는 단계; 및
b. 상기 혼합물을 소결하여, 상기 다공성 금속 매트릭스 복합재를 형성하는 단계
를 포함하는, 다공성 금속 매트릭스 복합재의 제조 방법.
A method of making a porous metal matrix composite,
a. Mixing a metal powder, a plurality of inorganic particles, and a plurality of discontinuous fibers to form a mixture; And
b. Sintering the mixture to form the porous metal matrix composite
≪ / RTI >
제1항에 있어서, 상기 혼합물은 다이(die) 내에서 소결되는, 다공성 금속 매트릭스 복합재의 제조 방법.2. The method of claim 1, wherein the mixture is sintered in a die. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 소결은 250℃ 내지 1,000℃의 온도에서 수행되는, 다공성 금속 매트릭스 복합재의 제조 방법.The method of claim 1 or 2, wherein the sintering is performed at a temperature of from 250 캜 to 1,000 캜. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소결은 가해진 압력을 포함하는, 다공성 금속 매트릭스 복합재의 제조 방법.4. The method of any one of claims 1 to 3, wherein the sintering comprises an applied pressure. 제4항에 있어서, 상기 소결은 4 메가파스칼 내지 200 메가파스칼의 압력에서 수행되는, 다공성 금속 매트릭스 복합재의 제조 방법.5. The method of claim 4, wherein the sintering is performed at a pressure of from 4 megapascals to 200 megapascals. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합은 음향 혼합기(acoustic mixer), 기계적 혼합기(mechanical mixer), 또는 텀블러(tumbler)를 사용하여 수행되는, 다공성 금속 매트릭스 복합재의 제조 방법.6. The method of any one of claims 1 to 5, wherein the mixing is performed using an acoustic mixer, a mechanical mixer, or a tumbler. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합물은 상기 금속 분말 중에 분산된 상기 무기 입자 및 상기 불연속 섬유를 포함하는, 다공성 금속 매트릭스 복합재의 제조 방법.7. The method of any one of claims 1 to 6, wherein the mixture comprises the inorganic particles and the discontinuous fibers dispersed in the metal powder. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 무기 입자는 다공성 금속 산화물 입자, 다공성 금속 수산화물 입자, 다공성 금속 탄산염, 다공성 탄소 입자, 다공성 실리카 입자, 다공성 탈수 알루미노실리케이트 입자, 다공성 탈수 금속 수화물 입자, 제올라이트 입자, 다공성 유리 입자, 팽창 펄라이트 입자, 팽창 질석 입자, 다공성 규산나트륨 입자, 엔지니어드 다공성 세라믹 입자, 비다공성 일차 입자의 응집체(agglomerate), 또는 이들의 조합을 포함하는 다공성 입자를 포함하는, 다공성 금속 매트릭스 복합재의 제조 방법.The method of any one of claims 1 to 7, wherein the plurality of inorganic particles are selected from the group consisting of porous metal oxide particles, porous metal hydroxide particles, porous metal carbonate, porous carbon particles, porous silica particles, porous dehydrated aluminosilicate particles, Porous particles comprising dehydrated metal hydrate particles, zeolite particles, porous glass particles, expanded perlite particles, expanded vermiculite particles, porous sodium silicate particles, engineered porous ceramic particles, agglomerates of non-porous primary particles, ≪ / RTI > 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 무기 입자는 세라믹 버블 또는 유리 버블을 포함하는, 다공성 금속 매트릭스 복합재의 제조 방법.The method of any one of claims 1 to 7, wherein the plurality of inorganic particles comprises ceramic bubbles or glass bubbles. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 불연속 섬유는 유리, 알루미나, 알루미노실리케이트, 탄소, 현무암, 또는 이들의 조합을 포함하는, 다공성 금속 매트릭스 복합재의 제조 방법.10. The method of any one of claims 1 to 9, wherein the plurality of discontinuous fibers comprises glass, alumina, aluminosilicate, carbon, basalt, or a combination thereof. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속은 알루미늄, 마그네슘, 알루미늄 합금, 또는 마그네슘 합금을 포함하는, 다공성 금속 매트릭스 복합재의 제조 방법.11. The method of any one of claims 1 to 10, wherein the metal comprises aluminum, magnesium, an aluminum alloy, or a magnesium alloy. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 매트릭스 복합재는 상기 금속의 밀도보다 8% 이상 더 낮은 엔벨로프 밀도(envelope density)를 가지며 파단 전에 1%의 변형률을 견딜 수 있는, 다공성 금속 매트릭스 복합재의 제조 방법.12. A method according to any one of claims 1 to 11, wherein the metal matrix composite has an envelope density that is at least 8% lower than the density of the metal and is capable of withstanding a strain of 1% / RTI > 제12항에 있어서, 상기 금속 매트릭스 복합재는 파단 전에 2%의 변형률을 견딜 수 있는, 다공성 금속 매트릭스 복합재의 제조 방법.13. The method of claim 12, wherein the metal matrix composite is capable of withstanding a strain of 2% before fracture. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 매트릭스 복합재는 항복 강도가 50 메가파스칼 이상인, 다공성 금속 매트릭스 복합재의 제조 방법.14. The method of any one of claims 1 to 13, wherein the metal matrix composite has a yield strength of at least 50 mega pascals.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11980922B2 (en) * 2018-05-08 2024-05-14 Materion Corporation Methods for producing metal matrix composite strip product
US20210205927A1 (en) * 2020-01-06 2021-07-08 Rohr, Inc. Enhanced coatings and structures via laser cladding with nano-modified feedstock
CN115261747B (en) * 2021-04-29 2023-08-22 苏州铜宝锐新材料有限公司 Powder metallurgy composite functional material, manufacturing method and application thereof
CN113821066B (en) * 2021-10-19 2022-07-15 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 Device and method for reducing influence of dynamic protective gas on temperature control in heat treatment process
CN114231860B (en) * 2021-12-20 2022-08-05 哈尔滨工业大学 Preparation method of nano silicon carbide and hollow glass bead mixed reinforced porous aluminum-based composite material

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3429722A (en) 1965-07-12 1969-02-25 Carborundum Co Boron nitride fiber manufacture
US3795524A (en) 1971-03-01 1974-03-05 Minnesota Mining & Mfg Aluminum borate and aluminum borosilicate articles
US4047965A (en) 1976-05-04 1977-09-13 Minnesota Mining And Manufacturing Company Non-frangible alumina-silica fibers
US4568389A (en) * 1981-03-18 1986-02-04 Torobin Leonard B Shaped form or formed mass of hollow metal microspheres
CA1322876C (en) * 1986-01-22 1993-10-12 Tadao Inabata Light metallic composite material and method of producing thereof
EP0249927B1 (en) * 1986-06-17 1991-12-04 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Fibrous material for composite materials, fiber-reinforced composite materials produced therefrom, and processes for producing same
US5185299A (en) 1987-06-05 1993-02-09 Minnesota Mining And Manufacturing Company Microcrystalline alumina-based ceramic articles
US4954462A (en) 1987-06-05 1990-09-04 Minnesota Mining And Manufacturing Company Microcrystalline alumina-based ceramic articles
US5177124A (en) * 1987-08-19 1993-01-05 Intaglio Ltd. Plastic molded pieces having the appearance of a solid metallic piece
DE3824149A1 (en) * 1988-07-16 1990-01-18 Gruenau Gmbh Chem Fab FLAME-RETARDANT COMPONENTS, IN PARTICULAR PANELS, AND METHOD FOR THEIR PRODUCTION
DE69503722T2 (en) 1994-03-22 1999-04-15 Tokuyama Corp BORONITRIDE FIBER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME
US7169465B1 (en) * 1999-08-20 2007-01-30 Karandikar Prashant G Low expansion metal-ceramic composite bodies, and methods for making same
JP2002356754A (en) * 2001-03-29 2002-12-13 Ngk Insulators Ltd Method for manufacturing composite material, and composite material manufactured by the same
JP4119770B2 (en) * 2003-02-20 2008-07-16 中央精機株式会社 Method for producing composite preform
US9208912B2 (en) * 2004-11-29 2015-12-08 Afsaneh Rabiei Composite metal foam and methods of preparation thereof
CN100410413C (en) * 2006-12-21 2008-08-13 上海交通大学 Carbon fiber mixing reinforced magnesium-base high modulus composite material and its preparing process
CA2695764A1 (en) * 2007-10-26 2009-04-30 H.C. Starck Gmbh Metal powder mixture and the use of the same
KR20120089431A (en) * 2009-06-12 2012-08-10 매튜스, 밴스 Catalyst comprising a metal and a supplemental component and process for hydrogenating oxygen containing organic products
KR20140007895A (en) * 2011-02-14 2014-01-20 신토고교 가부시키가이샤 Mold and die metallic material, air-permeable member for mold and die use, and method for manufacturing the same
US9096034B2 (en) * 2011-04-12 2015-08-04 Powdermet, Inc. Syntactic metal matrix materials and methods
WO2014056114A1 (en) * 2012-10-12 2014-04-17 Zhongwei Chen Method of producing porous electrodes for batteries and fuel cells
JP5633658B2 (en) * 2013-03-01 2014-12-03 三菱マテリアル株式会社 Porous aluminum sintered body
WO2014200770A1 (en) * 2013-06-10 2014-12-18 Apple Inc. Method and apparatus for forming a gold metal matrix composite
CN103878371B (en) * 2014-04-18 2015-11-11 益阳市菲美特新材料有限公司 One is composite porous and preparation method thereof

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