[其他]纖維強化金屬基復合材料

無效

• 申請號: 86104818
• 申請日: 1986-06-21
• 公開（公告）號: CN86104818A
• 公開（公告）日: 1987-04-29
• 發明（設計）人: 約翰·丁·伍迪;邁克爾·戴維·泰勒;馬丁·休·斯特西
• 申請（專利權）人: 帝國化學工業公司
• 主分類號: C22C1/09
• 分類號: C22C1/09
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 羅宏

本發明一般地涉及具有無機纖維的金屬強化材料，特別涉及纖維強化金屬基復合材料，該復合材料含有無機氧化物纖維，特別是氧化鋁纖維，作為強化材料而嵌入金屬基體中。本發明包括適于作為金屬基體中嵌入的強化材料和無機氧化物纖維制造的預制品，以及金屬基復合材料和預制品的制備方法。

已知金屬基復合物（下面縮寫為MMCs）含有無機氧化物纖維，例如用作強化以一定形式嵌入作為基體中強化材料的多晶氧化鋁纖維，該基包括一種金屬，例如鋁或鎂或以鋁或鎂作為主要成分的合金。在該MMCs中通常使用的纖維是短的（例如最長為5毫米）氧化鋁纖維，直徑細的（例如平均直徑3微米）至少在垂直于復合材料厚度方向的平面上任意取向的纖維。在合金中含有氧化鋁纖維的這種類型的MMCs已經開始在工業中廣泛使用，特別是內燃機活塞，其中活塞環區面和/或活塞頂區用氧化鋁纖維強化。

含有排列成行的、連續的氧化鋁纖維的MMCs也被建議用在需要單向強化的地方，例如，內燃機連桿的強化。在該類型的MMCs中，氧化鋁纖維直徑比較大，例如直徑至少8微米，通常至少10微米，並含有一種高比例的，例如60到100%的α氧化鋁。這種纖維呈現出高的強度，但是缺乏柔性。

迄今，排列成行的、直徑細的（平均直徑典型地在10微米以下，最好在5微米以下）纖維，它可能是短的（典型地在5厘米以下）或者名義上連續的（典型的長度大于0.5米，最好數米長），含這些纖維的MMCs還不能生產。本發明涉及MMCs和含有排列成行的，直徑細的纖維的MMCs預制品。

根據本發明可提供一種含有基本上排列成行的，嵌在金屬基材料上的無機氧化物纖維的金屬基復合材料，該纖維平均直徑10微米以下，最好5微米以下。

該無機氧化物纖維最好是名義上連續的纖維。

根據本發明還可提供一種適于摻入金屬基體材料中的預制品，以生產按照前文所述的金屬基復合材料，它含有基本上排列成行的無機氧化物纖維，纖維平均直徑10微米以下，並同一種粘合劑粘合在一起（粘合劑最好是一種無機粘合劑或含一種無機粘合劑）。

如果需要，無機氧化物纖維可以用來同其它類型纖維和/或同非纖維的顆粒材料混合，例如碳化硅晶須、硅鋁酸鹽纖維和顆粒氧化鋁、氧化鋯或碳化硅，在該混合物中其它材料的比例一般為纖維的約40%到約80%。

在MMC中（和在預制品中）纖維的體積百分數可以在寬的范圍之內變化，這取決于MMC所需的工作狀態和此后的強化。作為引導，纖維的體積百分數從約10%到60%或者更高。根據本發明使用基本上排列成行的纖維具有容許用高的纖維體積百分數的優點，例如大于35%，並達到纖維沒有顯著的斷裂。

為在復合材料中獲得高體積百分數的纖維，在金屬基復合材料中摻入大量纖維，涉及到將纖維裝填在一起的問題。無機氧化物纖維很硬，但是相當脆，壓縮任意取向的纖維墊層或薄層導致纖維的大范圍的斷裂。當進行壓縮以得到高體積百分數纖維時，定向的或排列成行的纖維產生的斷裂較少。

無機氧化物纖維可能是很短的纖維，例如切斷的纖維，長度為幾個臨界的最小值，比方說5微米，一般約20微米直到幾百微米，比方說500微米，纖維也可能相當長，長度為幾厘米或者甚至幾米（當然，取決于所制得的MMC的長度）;在MMCs小的情況下，纖維或其大多數可以是連續的並貫穿MMC長度。纖維的長度在決定MMC生產的方法中是重要的。短纖維，例如切斷的纖維，通常不能以排列成行的纖維形式，當采用這種纖維時，必須使用導致纖維排列成行的生產技術，特別適合的技術是擠壓技術，利用該技術時把纖維同粘合劑混合（形成預制品）或者同粉末狀的金屬基材料混合（直接形成MMC），並在剪切條件下通過模子擠壓，由此纖維在壓出物中排列成行。另一方面，長纖維在MMC或預制品生產期間不能排列成行，需要予排列，例如以基本上排列成行的纖維墊層或薄層的形式。

基本上排列成行的纖維產品，即象墊層或薄層之類的產品形式，其中，纖維作為細絲基本上排列成行，可以壓縮該產品以增加纖維的體積百分數，這里，在纖維沒有過分斷裂情況下增加到大于25%，特別是與由相同直徑的任意取向的纖維制造的產品的纖維壓縮到同樣的體積百分數引起的斷裂相比，纖維斷裂度是很低的。在本發明的一個特定的具體化方案中，把最好含名義上連續的纖維產品壓縮，這里，纖維的體積百分數增加到約50%或者更大，而纖維沒有顯著的斷裂（即長度減小）。壓縮纖維的施加的壓力可以從5到1000MPa而不引起纖維大范圍的斷裂。與之相比，把直徑相同任意取向的纖維墊層壓縮到纖維體積百分數為12到15%導致纖維的大范圍斷裂。