KR950013288B1 - 섬유가 보강된 금속 매트릭스 합성물 - Google Patents

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Description

섬유가 보강된 금속 매트릭스 합성물

본 발명은 무기 섬유로 금속을 보강하는 것 및 특히 매트랙스내에 보강재로서 삽입된, 다공성, 저밀도 무기 산화물 섬유 즉 알루미나 섬유로 구성되는, 섬유가 보강된 금소 매트릭스 합성물(composite)에 관한 것이다. 본 발명에는 금속 매트릭스내에 보강재로서 삽입하기에 적당한 다공성, 저밀도 무기 산화물 섬유로 만들어진 예비 성형물도 포함된다.

알루미늄 또는 마그네슘 또는 알루미늄 이나 마그네슘을 주성분으로 함유하는 합금으로 구성되는 매트릭스중에 보강재로서 흑종의 형태로 삽입되는 다결정성 알루미나 섬유와 같은 무기 산화물 섬유로 구성되는 금속 매트릭스 합성물(이하 MMC_s로 약칭함)은 공지되어 있다. 이와같이 MMC_s에 통상적으로 사용되는 섬유는 짧은 형태(예를들면 5mm까지)의 알루미나 섬유로, 조성물의 두께 방향에 대해 최소한 수직인 평면에 임의 편향된 미세한 직경의 (평균 직경이 3미크론)섬유이다.

알루미나 섬유를 합금 형태로 함유하는 이러한 형태의 MMC_s는 산업분야에서 다수의 용도, 특히, 링-랜드(ring-land) 및/또는 크라운(crown) 부분이 알루미나 섬유로 보강된 내부 연소 엔진용 피스톤 등에 사용되기 시작하였다.

알루미나 섬유 및 강 섬유같이 정렬된 연속적인 섬유를 포함하는 MMC_s는 예를들면 내부 연소 엔진용 연결 봉의 보강재와 같이 단일 방향의 힘이 요구되는 곳에 사용하도록 제안되어져왔다. 이러한 형태의 MMC_s에서, 섬유는 예를들면 최소한 8, 보통 최소한 10미크론 직경의 비교적 큰 직경이며, 알루미나 섬유의 경우에 알파 아루미나의 예를들면 60 내지 100%인 고비율로 구성된다.

관심있는 섬유 보강재에 관련된 금속 매트릭스는 경금속 및 그것을 포함하는 합금, 특히 알루미늄 및 마그네슘 및 그것의 합금이다. 그러한 금속의 밀도는 전형적으로 약 1.8 내지 2.8/ml이고 보강재로서 이제 까지 사용된 무기 산화물 섬유는 3이상의 밀도, 전형적인 약 3.3 내지 3.9g/ml의 밀도를 가지기 때문에, 결과적인 MMC_s의 단점은 금속 자체보다 더 밀도가 높다는 것이다. 그러므로 예를들면 밀도 3.9인 알루미나 섬유의 50부피%로 보강된 밀도 2.8의 알루미늄합금으로 구성되는 MMC_s가 약 3.35의 밀도를 가질 것이다. 금속 자체보다 최소한 밀도가 크지않거나 또는 감소된 MMC_s로 생산된 금속내에 섬유 보강을 혼합한다면 분명히 유익하다.

본 발명에 따라, 금속 매트릭스에 삽입된 3.0/ml이하 밀도의 임의 편향된 무기 산화물 섬유로 구성되는 금속 매트릭스 합성물이 제공된다.

또한 본 발명에 따라, 상술된 바와같이 금속 매트릭스 합성물을 제조하기 위하여 금속 매트릭스에 혼합하기에 적합하고, 3.0g/ml 이하 밀도의 임의 편향된 무기 산화물 섬유가 결합체, 바람직하게 무기 결합제와 함께 결합되는 예비 성형물이 제공된다.

섬유 보강재를 혼합함에 의해 금속 성질을 증진시키는 것은 사용된 섬유의 강도 및 모듈러스(modulus)에 관계되는데, 장력 강도 및 모듈러스가 높은 것이 바람직하다.

따라서 본 발명의 바람직한 예에서는, 섬유의 장력강도가 1500 이상, 바람직하게 1750MPa이상이고 모듈러스가 100MPa 이상인 MMC_s및 예비 성형물이 제공된다.

원한다면 무기 산화물 섬유는 예를들면 알루미노실리케이트 섬유(밀도 약 2.8g/ml) 또는 탄화 실리콘 위스커스(whiskers : 밀도 약 3.2g/ml) 같은, 기타 형태의 섬유와 혼합되어 사용될 수 있고, 이런 혼합물중 무기 산화물 섬유의 비율은 섬유의 40 내지 80%이다. 무기 산화물 섬유는 하나 이상 금속의 산화물로 구성 될 수 있는데, 그런 섬유의 특별한 예는 실리카 같은 상 안정제의 약간 즉 4 또는 5종량%를 포함하는 알루미나 섬유이다.

MMC(및 예비 성형물)내 섬유의 부피 분급은 MMC의 요구량에 따라 넓게 변화될 수 있다. 지침으로서, 50 내지 60%까지, 전형적으로 MMC의 30 내지 40%의 부피 분급을 얻을 수 있다. MMC는 예를들면 0.1 내지 2g/ml의 섬유, 바람직하게 최소한 0.3g/ml 및 전형적으로 0.8 내지 1.6g/ml 또는 그 이상을 포함할 수 있다. MMC의 섬유 함량은 합성물의 두께에 따라 변화될 수 있다. 섬유 함량의 변화는 일정하거나 또는 단계적일 수 있다. 섬유 함량의 단계적 변화를 포함하는 MMC의 예는 섬유 함량이 다른 MMC_s를 적층시킴에 의해 제공되고, 원한다면 조성물은 전체 적층판내에서 금속의 층 즉 알루미늄의 박판에 의해 분리된다. 다층 합성물을 원하는 바와같이 만들수 있다. MMC는 적당한 직물 예를들면 Kevlar 직물의 지지 박판을 가질 수 있다.

바람직하게 섬유는 최소한 1000MPa의 장력 강도 및 최소한 70GPa 및 바람직하게 최소한 100GPa의 모듈러스를 가진다. 예를들면 금속 및 섬유 사이의 결합을 증진하는 반응같은 섬유와의 어떤 반응도 이겨낼 수 있지만, 섬유 성질이 감쇠되지 않도록 매트릭스를 형성하는 금속에 대해 화학적으로 불활성인 것이 바람직하다. 섬유는 바람직하게 금속에 의해서 쉽게 습식으로 되어야 한다.

바람직한 섬유는 알루미늄 및 마그네슘 같은 금속에 대해 고강도, 고강성도, 경도, 저밀도 및 화학적 불활성도 같은 원하는 성질의 좋은 평형을 보이는 다공다결정성 알루미나 섬유이다. 약 3미크론 직경의 전형적인 다결정성 알루미나 섬유는 1500-2000MPa의 강도, 150-200GPa의 모듈러스 및 약 2.0-2.5g/ml의 밀도를 가진다.

섬유는 임의 편향되고 짧은 스테이플(staple)(수 cm) 섬유일 수 있는데, 분쇄된 스테이플(즉 50 내지 1000미크론)이 바람직하다. 섬유 길이는 섬유가 임의 또는 평면 편향으로 정렬된 예비 성형물내 섬유의 충진 밀도에 중요한 영향을 미쳐서, MMC내 섬유의 부피 분급에도 중요한 효과를 가진다. 일반적으로 섬유의 높은 부피 분급은 어느 정도, 사용된 구체적인 섬유, 특히 그 섬유의 직경 및 강성도에 따라, 500미크론 이하 및 10 또는 20미크론 만큼 짧은 섬유인, 매우 짧은 섬유를 필요로한다. 섬유가 금속 매트릭스의 최대 장력 강도를 증진시키도록 임계의 최소 섬유 길이가 있다.

그러나, 장력 강도의 상당한 증가가 중요하지 않은 경우, 임계 길이 이하의 섬유 길이도 함성물내의 장력 강도 손실없이 증가된 내마모성 및 강성/모듈러스로 감소된 밀도의 MMC를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 그러한 경우에, 섬유는 분말과 유사할 정도로 매우 짧을(예를들면 수 미크론) 수 있다.

상기된 바와같이, 섬유의 임계 길이는 금속 매트릭스의 장력 강도가 매우 증진되고 실제 섬유 길이가 약 10인자에 의해 임계 길이를 초과할때 일반적으로 장력 강도에 관련하여 최대 이익을 얻도록 초과되어야한다. 임계 길이는 사용한 구체적인 섬유 및 금속의 비율과 결과의 MMC가 작동하는 온도에 의존한다.

평균직경 3미크론의 다결정성 알루미나 섬유의 경우에는, 약 1000미크론이하의 섬유 길이가 바람직하지만 고 부피 분급 섬유 합성물의 경우에는 100 내지 500미크론 섬유 길이가 전형적이다. 결과의 MMC가 저온에서 사용되도록 고안된 경우, 20미크론 정도의 섬유 길이도 받아들여질 수 있다. 일반적으로, 섬유의 고부피 분급과 일치하는 최대 섬유 길이가 바람직하다.

섬유 직경은 2 내지 100미크론 만큼 넓게 변화될 수 있다. 미세한 섬유는 MMC_s에서는 섬유의 가장 높은 부피 분급을 제공하고 2 내지 10미크론의 직경이 바람직하다. 직경 3 미크론 및 길이 10-200미크론인 다결정성 알루미나 섬유가 MMC_s에서 섬유의 고 부피 분급을 얻는데 특히 적당하다. 그러나 여기서 말하는 섬유 길이는 MMC 내에서의 길이를 의미하는 것이고, 이 길이는, 섬유(딱딱하고 부서짐)의 파괴가 MMC 생성시 일어날수 있기 때문에 MMC를 형성하려고 사용된 섬유의 것보다 작을 수 있다. 일반적으로 상기보다 긴 섬유가 합성물제조에 사용될 수 있다.

섬유 보강재내의 바람직한 섬유는 저밀도의 알루미나 섬유이다. 이 경우에 알루미나 섬유는 완전한 전이 알루미나 또는 감마-, 델타-, 또는 에타-알루미나 같은 전이 알루미나의 매트릭스내에 삽입된 알파-알루미나의 소비율로 구성된다. 0 또는 매우 낮은 알파-알루미나 함량으로 구성되는 섬유가 바람직한데, 특히 1중량%이하의 알파-알루미나 함량이 바람직하다.

바람직한 섬유는 허용가능한 장력 강도를 보이고 높은 휨성을 가진다. 본 발명의 특별한 예에서, 섬유는 1500NPa 이상, 바람직하게 1750MPa 이상의 장력강도 및 100GPa이상의 모듈러스를 가진다. 섬유에 가하는 열 처리를 조심스럽게 조절하여 1.8 내지 3.0g/ml내 원하는 밀도의 섬유를 얻을수 있더라도 저밀도 섬유에 대한 전형적인 견괘 밀도는 2 내지 2.5g/ml이다. 일반적으로, 저온 즉 800-1000℃에서 가열된 섬유는 고온 즉 1100-1300℃에서 가열된 섬유보다 낮은 밀도 및 낮은 장력 강도 및 모듈러스를 가진다. 저밀도 섬유는 약 1500MPa 장력 강도 및 약 150GPa 모듈러스를 보이지만 고밀도 섬유는 각각 약 1750MPa 및 200GPa의 강도 및 모듈러스를 보인다. 저밀도 섬유의 모듈러스가 섬유에 가해지는 열 처리에 크게 영향받지 않지만 섬유의 견괘 밀도 따름을 본 발명자는 관찰하였다. 그러므로, 저밀도 섬유에 있어서, 섬유 밀도에 대한 섬유 모듈러스의 비(=특히 모듈러스)는 대단히 크다.

섬유는 취입 방직 또는 원심 방적기술에 의해 제조되고, 두 경우에 방적제제는 다수의 섬유 전가공 분류에서 형성되고 최소한 부분적으로 궤주에서 건조되어 겔 섬유가 되고 와이어 또는 반송 벨트같은 적당한 장치에 모아진다.

섬유 생산에 사용되는 방적 제제는 다결정성 금속 산화물 섬유를 제조하는 당업계 공지 기술일 수 있고 10 이상, 바람직하게 5미크론 이상 크기의 현탁된 고체 입자로부터 유리되거나 또는 필수적으로 유리된 바람직한 방적 용액이다. 방적 제제의 유동 특징은 예를들면 유기 중합체같은 방적 보조제를 사용하거나 또는 제제내 섬유를 형성하는 성분의 농도를 변화시켜 쉽게 조절 가능하다.

흑종의 금속은 1200℃ 이하, 바람직하게 950℃이하의 온도에서 용융하는 매트릭스 재료로 사용될 수 있다.

본 발명의 특별한 이점은 본 발명에 특별하게 관련된 경금속 보강재를 사용하여, 중금속 대신 경금속을 사용할 수 있도록 경금속의 성능을 개선시키는 것이다.

적당한 경금속의 예로는 알루미늄, 마그네슘 및 티아타늄 및 주요 성분으로서 이들 금속을 포함하는(예를들면 합금 중량의 80 또는 90%이상)합금이 있다.

상기된 바와같이, 섬유는 다공성이며 저밀도 재료이고, 섬유가 MMC 부피의 50% 또는 그 이상으로 구성되기 때문에 섬유의 밀도는 MMC의 밀도에 크게 영향을 준다. 그러므로 예를들면 2.3g/ml 밀도의 30% 부피 분급 섬유로 보강된 약 1.9g/ml 밀도의 마그네슘 합금 약 2.0g/ml밀도의 MMC, 즉 합금 자체보다 약간 밀도가 높은 MMC를 제공할 것이지만 ; 이와 반대로 2.1g/ml 밀도의 30% 부피 분급 섬유로 보강된 2.8g/ml 밀도의 알루미늄 합금은 밀도 2.65g/ml, 즉 합금 자체보다 밀도가 낮은 MMC를 제공할 것이다.

본 발명은 그러므로 미리 결정된 넓은 범위의 밀도를 가지는 MMC_s를 가능하게 한다. 알루미늄 및 마그네슘 및 이들의 합금은 1.8 내지 2.8g/ml의 밀도를 전형적으로 가지고 섬유 밀도가 약 2.0 내지 3.0g/ml로 변화가능하기 때문에, 1.9 내지 약 3.0g/ml밀도의 MMCs가 쉽게 제조될 수 있다. 특히 가벼운 섬유로 보강된 경금속 또는 합금은 본 발명의 바람직한 예이며, 2.0g/ml 이하 밀도의 MMC를 제공하는, 약 2.0g/ml 이하 밀도의 다공성 저밀도 섬유(알루미나섬유)로 보강된 2.0g/ml이하 밀도의 마그네슘 또는 마그네슘 합금이 특히 바람직한 예이다.

원한다면 섬유의 표면은 금속 매트릭스 재료에 의한 섬유의 습윤성 및/또는 기타 섬유의 반응성을 개량하기 위하여 변화될 수 있다. 예를들면 섬유 표면은 섬유의 피복 또는 섬유내에서 개질제(modifying agent)를 혼합함에 의한 변화될 수 있다. 이와 달리, 매트릭스 재료는 무기 산화물 섬유의 반응성을 감소시키고 습윤성을 증진하기 위해, 예를들면, 주석, 카드뮴, 안티몬, 바륨, 비스무쓰, 칼슘, 스스론튬 또는 인듐같은 성분을 혼합함에 의해 변형될 수 있다.

후기된 MMC_s를 제조하는 한 공정에서, 섬유는 예비 성형물에 먼저 모이는데, 여기서 결합체, 보통 실리카 또는 알루미나 같은 무기 결합제와 결합된다.

예비 성형물에 침투시 섬유의 반응성을 감소시키고 습윤성을 증진시키는 성분을 결합제에 혼합하는 것이 가능하다.

알루미나-섬유 예비성형물에 금속 매트릭스 재료의 침투를 촉진하기 위해 압력 또는 진공을 일반적으로 사용하면 매트릭스 재료에 의해 섬유의 습윤 문제가 해소되므로 예비 성형/침투 기술은 본 발명의 MMC_s를 제조하는 바람직한 기술의 하나임을 본 발명자는 발견하였다.

바람직한 예비성형/침투 기술에서, 용융된 금속은 압력하에 예비성형물로 압착되거나 또는 진공하에 예비 성형물에 흡수될 수 있다. 진공 침투의 경우에, 습윤보조제가 바람직할 수 있다. 예비성형물에 금속을 침투시키는 것은 예비성형물의 두께방향, 또는 섬유를 따라 예비성형물 두께에 대해 90°각도에서 실시된다.

예비성형물에 용융 금속의 침투는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 경우에, 산소를 함유하는 대기, 즉 주변 공기하에 수행될 수 있지만, 마그네슘 및 마그네슘합금과 같은 흑종의 금속 매트릭스 재료를 사용할때, 산소는 용융 금속상에서 대기로부터 배제되는 것이 바람직하다. 용융 마그네슘 또는 이의 합금은 예비성형물에 침투시 이산화탄소내의 육불화 황 소량(예를들며 2%)을 함유하는 대기와 같은 불활성 대기하에서 보통 취급된다.

용융 금속 매트릭스 재료의 침투를 위한 예비성형물의 제조는 예를들면 압축, 취입 성형, 압축 성형 및 분무 또는 침적을 포함하는 여러 기술에 의해 시행된다. 이러한 방법은 섬유가 보강된 수지 합성물을 제조하는 분야에서 공지된 것이고 공지된 기술의 수지 대신에 결합제 현탁액을 사용하여 예비성형물을 얻을 것이다.

섬유 예비성형물을 사용하는 기술이 금속 매트릭스 합성물내의 고 부피 분급 섬유를 얻기 위하여 바람직하다. 고 부피 분급 섬유의 섬유 예비성형물을 형성하는 유용한 기술은 액체, 보통 수정, 매체내에 짧은 섬유의 호상물을 형성하고 액체 매체를 주형내의 호상물로부터 배출시키는 것으로 구성된다. 액체의 배출은 높은 압력 또는 진공으로 도움이 될 수 있다. 무기 결합제 및(원한다면) 계속적으로 연소될 수 있는 고무라텍스같은 임의의 유기 결합제가 결과의 섬유 성형물에 취급 능력을 주기 위해 호상물내에 혼합될 것이다. 알루미늄 또는 그것의 합금으로 침투될 예비 성형물에 대해 실리카가 적당한 결합제이지만, 마그네슘 또는 그것의 합금으로 침투될 예비 성형물에 대해서는 실리카를 사용하면 반응이 일어나기 때문에 결합제로서 지르코니아를 사용하는 것이 바람직하다. 결합제의 양은 사용된 섬유 중량 1 내지 15%이다. 원한다면, 예비 성형물은 섬유의 충진 밀도 즉 예비 성형물내에 섬유의 부피 분급을 증가시키시 위해 건조시키는 동안에 아직 습한 상태에 있을 때 압력에 의해 압축될 수 있다.

하나 또는 그 이상의 부가제가 금속으로 침투 전에 섬유 예비 성형물에 혼합될 수 있다. 그러므로 예를들면 알루미나 및 기타의 세라믹(ceramic) 분말같은 충전재가 유기 섬유 및 기타의 유기 재료같은 개질제로서 섬유 예비 성형물에 혼합될 수 있다. 부가제를 혼합하는 편리한 방법은 섬유 예비 성형물에 제조될 호상물에 그것에 혼합하고 균일하게 분산시키는 것이다.

결합된 예비 성형물을 제조하는 기타의 기술은 수적 성형(hand lay-up)기술 및 분말 충진 기술을 포함한다. 수적 성형 기술에서 직조 또는 비직조박판 재료같은 섬유 재료의 얇은 샘플을 결합제의 현탁액으로 포화시키고 젖은 포화 박판의 다층을 수작업으로 모으고 모은 것은 다이(die) 또는 주형에서 압축하여 완전한 예비 성형물을 얻는다.

예비 성형물 제조에 사용된 결합제는 무기 결합제 또는 유기 결합제 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 무기 또는 유기 결합제는 예비 성형물이 용융 금속 매트릭스 재료로 침투될 때 파괴되지 않을 정도로 섬유와 결합(건조된때) 하는데 사용될 수 있다. 적당한 무기 결합제의 예로는 실리카, 알루미나, 지르코니아 및 마그네시아 및 이것의 혼합물이 있다. 적당한 유기 결합제의 예에는 탄수화물, 단백질, 검, 라텍스 재료 및 중합체 용액 또는 현탁액이 있다. 예비 성형물제조에 사용된 유기 결합제는 변하거나(즉 용융 금속으로 대치) 또는 용융 금속으로 침투전에 연소될 수 있다.

결합제의 양은 예비 성형물중 섬유의 약 50%까지 변화될 수 있지만 전형적으로는 섬유 중량의 10내지 30% 범위내일 것이다. 적당하게 혼합된 결합제는 실리카 같은 무기 결합제 중량의 1 내지 20%, 즉 약15% 및 전분같은 유기결합제 중량의 1 내지 10%, 즉 약 5%로 구성된다. 결합제가 담체 액체내의 현탁액 형태로 사용될 경우, 수성 담체 액체가 바람직하다.

상기된 바와같이, 본 발명의 MMC_s는 예비 성형물의 침투에 의하여 제조가능하다. 이와 달리, 예비 성형물 제조에 설명된 기술을 결합제 또는 결합제 혼합물 대신 금속 매트릭스 재료를 사용하여 직접적으로 MMC_s제조에 적용될 수 있다. 또한 MMC_s는 분말 충진 기술에 의해 제조되는데 여기에서 섬유 및 금속(분말)의 혼합물은 예비 성형물 또는 빌리트(billet)를 형성하거나 또는 직접적으로 MMC를 형성하기 위해 금속을 용융 또는 연화하기 충분한 온도에서 압축하고, 예를들면 고온 압축, 압출 또는 압연에 의해 마무리된 MMC로 된다. 섬유 및 금속(분말)의 혼합물이 예를들면, 섬유 및 금속의 층이 고온 압축의 주형내에서 모아지는 수적 성형 기술에 의해 제조될 수 있다.

섬유 및 금속 분말의 예비 성형물 또는 빌리트의 압출은 본 발명의 MMC_s제조에서 특히 바람직한 기술이고, 압출에 적당한 형태로 채워지거나 또는 포장된 섬유 및 금속 분말의 응집물의 압출이다

압출에 적당한 섬유 및 금속 분말의 예비성형물 또는 빌리트를 제조하거나 또는 마무리된 MMC_s로 공정하는 바람직한 기술은 알콜 매체같은 액체 운반 매체내에 섬유 및 금속 분말을 분산시키고 진공 침투에 의해 예를들면 와이어 스크린상에 섬유 및 금속 분말을 디포지트(deposite) 시키는 것으로 구성된다. 원한다면, 무기 또는 유기 결합제일 수 있는 하나 또는 그 이상의 결합제가 분산액에(예비 성형물 또는 빌리트에)혼합될 수 있다. 예비 성형물 또는 빌리트는 압연 또는 배좌 공정같은 고온 가온, 고온 압축 또는 압출에 의해 작동되기 전에, 임의로 진공하에 건조된다.

MMC_s를 제조하는데 유용한 기술은 교반 주조 또는 유용 주조에 의해 제조된 섬유 및 금속의 혼합물 압출로 구성되는데, 임의로 선가열된 섬유는 용융금속으로 교반되고 주조 또는 압축되거나 또는 연이은 압출로 빌리트로 형성된다. 기타 기술은 화학 피복, 증기 디포지트, 플라즈마 분무, 전기화학 도금, 확산 결합, 고온 압연, 균형 압축, 폭발 용접 및 원심 주조를 포함한다.

상기 기술에 의해 MMC_s를 제조할때, MMC내의 공간이 생기는 것을 방지하기 위해 주의가 필요하다. 일반적으로 MMC내의 틈은 10%이하 바람직하게 5% 이하이어야하고 ; 이상적으로 MMC는 완전하게 틈이 없어야한다. 제조시 MMC에 열 및 고압을 가하는 것이 MMC 구조내의 틈을 없애는데 충분할 것이다.

본 발명의 MMC_s는 흑종의 적용 방법에 사용될 수 있는데, 여기서 섬유가 보강된 금속은 모터 산업 및 내충격 적용에 사용된다. 원한다면 MMC는 기타의 MMC_s와 또는 금속 박판같은 기타 기판과 적층을 이룰수 있다.

본 발명은 다음 실시예에 의해 상술되고 섬유 예비 성형물은 다음과 같이 제조된다:

[섬유 예비 성형물의 제조]

알루미나 섬유 예비 성형물은 다음의 일반 공정에 의해 밀도 2.0g/ml의 알루미나 섬유로부터 제조되었다.

평균 직경이 3미크론이고 약 500미크론 길이의 절단된 알루미나 섬유(1kg)를 실라카(27% w/w실리카 졸로서 부가된 50g)와 함께인 물(100kg)에 부가했고 혼합물은 섬유가 완전히 분산되도록 교반했다. 양이온성 전분의 용액을 실리카의 응결을 위해 부가했고 현탁액은 주형내 와이어 망 스크린에 붓고 물은 스크린을 통해 배수해서 섬유의 밀착 패드를 얻었는데, 여기에서 섬유는 패드의 큰면에 평행한 두 평면에 임의로 배향되었다. 섬유의 패드는 패드내에 섬유의 부피 분급을 증가시키기 위해 젖어있을때 압축하였으며 이압축 패드를 건조시키고, 무기 결합제를 소결하여 실리카 결합제 및 알루미나 섬유 사이의 결합력을 증가시키시 위해 950-1000℃까지 가열하였다. 결과의 패드 또는 섬유 예비 성형물은 주형에서 제거해서 후기된 금속 주형 조성물 형성에 사용하였다. 이 기술을 사용하여, 섬유 예비 성형물은 0.12 내지 0.3의 섬유 분급을 가지도록 제조되었다.

[실시예 1]

0.2부피 분급 섬유의 섬유 예비 성형물을 750℃까지 먼저 가열해서 300℃까지 미리 가열시킨 다이에 넣고, 840℃ 온도에서의 용융 금속은 예비 성형물에 부었다. 금속은 LM 10으로 시판되는 알루미늄 합금이었고 대략 90Al 및 10Mg의 % 조성물이다.

용융 금속은 1분 동안 수압 램(300℃까지 먼저 가열)에 의해 적용된 20MPa 압력하에 예비 성형물에 넣었다. 결과의 빌리트(MMC)는 주형에서 제거하고 상온까지 냉각해서 성질을 측정하였다. 결과는 아래 표1에 나타냈고 보강되지 않은 금속 매트릭스의 성질과 비교하였다.

[표 1]

* 보강되지 않은 합금의 1.0과 비교 ; 합성물에 대해서, 특이 장력 강도는 합금의 7.31(×10⁵cm)과 비교하여 10.04(×10⁵cm)이고, 특이 모듈러스 합금의 2.69와 비교하여 3.20(×10⁷cm)이다.

[실시예 2]

실시예 1 에 기재된 기술 및 조건을 사용하여, 네 합성물은 각각 0.1, 0.2, 0.3 및 0.4의 섬유 부피 분급은 가지도록 제조되었다. 매트릭스 금속은 Mg, Si 및 Cu와 알루미늄의 합금이었고 Al-6061로 시판된다.

합성물내 섬유의 부피 분급을 증가시키면 합성물 모듈러스가 증가되고 합성물 밀도가 감소되어,특히 모듈러스는 보강되지 않은 합금과 비교하여 크게 증진됨이 관찰되었다.

[실시예 3]

실시예 1에 기재된 방법을 밀도 2.5g/ml의 알루미나 섬유로 제조된 부피 분급 섬유 0.2의 예비 성형물 및 LM-10을 사용하여 두 번 반복했다.

[실시예 4]

알루미나 섬유/마그네슘 합성물을 밀도 2.0g/ml 알루미나 섬유 및 시판용순도(99.9%) 마그네슘으로 실시예 1에 기재된 기술에 따라 제조하였다. 주조 조건은 다음과 같다.

주입 온도 850℃

예비 성형물 온도 750℃

다이 온도 350℃

압력 17MPa

주조는 CO₂기체내 2% ST6 압력하에 행했다.

20부피% 섬유를 혼합하면 마그네슘의 밀도가 2.2%만 증가된다.

Claims (5)

1. 금속 매트릭스 합성물내에 무질서하게 배향된 다공성이고 밀도가 1.8g/ml 이상 2.5g/ml미만이며 평균 직경이 2-10미크론인 알루미나 섬유 10-60부피%가 포함된 것으로 구성된 금속 매트릭스 합성물.
2. 제 1 항에 있어서, 섬유가 실리카를 포함하는 합성물.
3. 제 1 항에 있어서, 매트릭스 금속이 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 합성물.
4. 제 1 항에 있어서, 매트릭스 금속이 마그네슘 또는 마그네슘 합금인 합성물
5. 제 1 항에 있어서, 밀도가 2.0g/ml미만인 매트릭스 금속내에 견괘밀도가 2g/ml이하인 섬유가 들어있는 것으로 구성된 합성물.