[其他]纖維強化的金屬基復合材料

無效

• 申請號: 86108354
• 申請日: 1986-11-14
• 公開（公告）號: CN86108354A
• 公開（公告）日: 1987-06-17
• 發明（設計）人: 約翰·丁伍德爾;馬丁·休·斯特西;邁克爾·戴維·泰勒;安德魯·梅雷迪思·沃克
• 申請（專利權）人: 帝國化學工業公司
• 主分類號: B32B15/14
• 分類號: B32B15/14
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 劉元金

本發明涉及用無機纖維強化金屬，特別涉及纖維強化的金屬基復合材料，它含有作為增強材料嵌入金屬基體的多孔、低密度無機氧化物纖維，特別是氧化鋁纖維。本發明包括由適于作為增強材料加入金屬基體的多孔、低密度無機氧化物纖維制成的予制坯。

以無機氧化物纖維例如多晶氧化鋁纖維作為增強材料嵌入包括一種金屬例如鋁或鎂或者一種以鋁或鎂為主成分的合金的基體中而構成的金屬基復合材料（下文縮寫為MMCs）是已知的。通常在這種MMCs中使用的纖維是短的（例如最長到5毫米），纖維直徑細的（例如平均直徑3微米）氧化鋁纖維，這些纖維至少在垂直于復合材料的厚度方向的平面內是任意取向的。這類在合金中含有氧化鋁纖維的MMCs已開始在工業上廣泛使用，特別是在內燃機活塞中使用，其中活塞環區和/或活塞頂區用氧化鋁纖維強化。

還有人提出了將含有排列成一線的連續的纖維例如氧化鋁纖維和鋼纖維的MMCs用在需要單向強度的地方，例如用于增強內燃機連桿。在這種類型的MMCs中纖維直徑比較大，例如至少直徑8微米，通常至少直徑10微米，在氧化鋁的情況下纖維含有高比率例如60-100%的α氧化鋁。

纖維強化具有重要意義的金屬基體是所謂輕金屬及其合金，特別是鋁、鎂及其合金。這些金屬的密度一般約為1.8-2.8克/毫升，由于迄今作為增強材料使用的無機氧化物纖維的密度大于3，一般約3.3-3.9克/毫升，由此得到的MMCs的缺點是它們的密度大于金屬本身的密度。例如，用50%（體積）的密度為3.9的氧化鋁纖維強化密度為2.8的鋁合金所構成的MMC密度為3.35左右。很清楚，如果在金屬中加入纖維增強材料產生密度減小或至少密度不顯著大于金屬本身密度的MMC將是有益的。

根據本發明，提供了一種含有密度小于3.0克/毫升、嵌入金屬基體材料中的任意取向的無機氧化物纖維的金屬基復合材料。

根據本發明還提供了一種予制坯，這種予制坯適合用于加入金屬基體材料中以生產前段所述的金屬基復合材料，該予制坯含有密度小于3.0克/毫升、由粘合劑最好是無機粘合劑粘合在一起的任意取向的無機氧化物纖維。

這里，由于加入纖維增強材料金屬性能的提高與所用纖維的強度和模量有關，最理想的情況是纖維具有高抗拉強度和高的模量。

因此，在本發明優先選用的實施方案中，所提供的MMCs和予制坯中纖維的抗拉強度大于1500MPa，最好大于1750MPa，而纖維的模量大于100GPa。

如果需要，無機氧化物纖維可以同其它類型纖維混合使用，例如鋁硅酸鹽纖維（密度約2.8克/毫升）或碳化硅晶須（密度約3.2克/毫升），在這種混合物中無機氧化物纖維的比例一般為纖維的40%到80%。無機氧化物纖維可以含有一種以上金屬的氧化物，這種纖維的一個特例是含百分之幾（重量），比如百分之4或5（重量）的相穩定劑例如二氧化硅的氧化鋁纖維。

根據所要求的MMC的工作狀態，MMC中（以及予制坯中）纖維的容積比可以在寬的范圍內變化。作為一個指導，體積百分數最高可以達到MMC的50%到60%，一般是30%到40%。例如，MMC可以含0.1-2克/毫升的纖維，最好至少0.3克/毫升，一般是0.8-1.6克/毫升或更高。MMC的纖維含量在整個復合材料厚度內可以有所不同。纖維含量的變化可以是均勻的或者是分段的。纖維含量分段變化的MMC的一個實例是不同纖維含量的MMCs的層壓制品，如果需要，可在完整的層壓制品中用一層金屬例如一層鋁將這復合材料分隔開。根據需要可以制造多層復合材料。MMC可以有一層適當的，例如Kevlar織品的織物墊板。

纖維的抗拉強度最好至少1000MPa，模量至少70GPa，最好是至少100GPa。它們最好對于形成基體的金屬基本上是化學惰性的，以便纖維性能不致下降，不過可以允許同纖維的某些反應，例如增強金屬和纖維之間粘結的反應。纖維最好容易被金屬浸潤。

優先選用的纖維是多孔的多晶氧化鋁纖維，因為這種纖維能夠很好地諧調各種必要性能，例如高強度、高剛度、硬度、低密度和對金屬例如鋁和鎂的化學惰性。具有代表性的直徑約3微米的多晶氧化鋁纖維的強度為1500-2000MPa，模量為150-200GPa，密度約為2.0-2.5克/毫升。