[发明专利]改进的复合材料及制造该复合材料的方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2006年7月14日提交的美国临时申请No.60/831,038的权利。

技术领域

本发明涉及在整体陶瓷、金属、陶瓷-金属复合材料或其结合内形成陶瓷-金属复合材料的宏观复合材料(macro-composite)。

背景技术

在过去的几十年中，已经研制了许多陶瓷-金属复合材料，以试图制造在同一材料中具有陶瓷的优点(例如，硬度和耐高温性)和金属的优点(例如，韧性和易成型性)，但各自缺点最小化的材料。例如，已经制造出了陶瓷-金属复合材料，其中使用各种几何形状的陶瓷颗粒(例如，针状单晶)和陶瓷纤维增强金属。典型地，通过共烧结金属和陶瓷粉末，使熔化的金属渗入多孔的陶瓷预制件或将陶瓷颗粒引入熔化的金属来形成该陶瓷-金属复合材料，然后进行铸塑。

陶瓷和金属箔的层压材料也十分常用，例如用作电容器。已经研制了用于减少氧化的在金属上的陶瓷涂层或陶瓷包覆的金属，例如搪瓷炊具。已经描述了用于制造刹车盘的单层层压材料或在金属上的陶瓷和陶瓷金属复合材料的涂层。同样地，已经将碳化钨-钴钎焊或焊接在许多金属上以形成切割工具，例如焊接碳化物的锯片和钻头。

然而，前述每一种都没能开发出与金属或陶瓷整体部分结合的陶瓷颗粒基的陶瓷-金属复合材料的性能。

发明内容

本发明是一种制造陶瓷-金属体的方法，其包括，

a)将陶瓷粉末嵌入预制件的通道以形成陶瓷粉末填充的预制件，

该预制件是(i)陶瓷、陶瓷-金属复合材料、金属或其组合和(ii)具有界定了许多通道的壁，每个通道在预制件的表面具有开口，其中陶瓷粉末由反应性陶瓷粉末构成，该陶瓷粉末具有比通道的最小通道直径还小的最大粒度，和

b)使用熔化的金属渗入陶瓷粉末填充的预制件以形成陶瓷-金属体。

使用该方法能够形成由基体构成的陶瓷-金属体，所述基体是陶瓷、金属、陶瓷-金属或其组合，所述基体具有在基体内界定通道的壁，其中通道陶瓷-金属复合材料(channel ceramic-metal composite)在基体的至少一个通道内，其具有不同于基体壁的微结构、化学性质或其组合，通道陶瓷金属复合材料由通道金属(channel metal)和通道陶瓷(channelceramic)相构成，通道陶瓷相由反应性陶瓷和通道金属与反应性陶瓷的陶瓷反应产物构成。

可以在使用金属、陶瓷或陶瓷-金属复合材料的任何应用中使用陶瓷-金属体，例如但不限于，车辆结构组件，刹车组件，悬浮组件，发动机组件，汽缸，体育器材，车轮，电缆，电线，电镀，齿轮，密封，轴，工具等。可以进一步将陶瓷-金属体连接在不同材料的其它物体上形成其它组件。

附图说明

图1是俯视用于制造本发明陶瓷-金属体的预制件的通道视图，预制件为蜂窝状。

图2是图1预制件的剖视图。

图3是俯视用于制造本发明陶瓷-金属体的另一个预制件的通道视图。

图4是图3预制件的剖视图。

图5是陶瓷粉末嵌入预制件的通道之后，图1和2的预制件的剖视图。

图6是图5中填充粉末的通道部分的放大横截面。

图7是填充陶瓷粉末以形成陶瓷-金属体的另一个预制件的通道的横截面，其中通道内具有各种陶瓷粉末。

图8是本发明陶瓷-金属体的剖视图。

具体实施方式

形成陶瓷-金属体

参照附图，预制件10可以是陶瓷、金属、陶瓷金属复合材料或其组合。例如，外壁20可以是金属和内壁30可以是陶瓷或陶瓷-金属复合材料或反之亦然。此外，一些内壁30可以是陶瓷，而其余的内壁30是金属和/或陶瓷-金属复合材料，而且任何组合都是合适的。一个或者所有内壁30或外壁20可以是金属、陶瓷或陶瓷-金属复合材料的组合，如在层压材料结构中，例如是如图6所示的外壁20上的涂层或包层130。当存在该涂层或包层130时，优选该涂层或包层130为金属。进一步优选该涂层或包层130促进或增加通道金属160对预制件10的壁20和30的浸润和/或粘结。可以通过将塞子50嵌入通道40，或将屏障60固定在预制件10的末端，将通道40在一端隔断。屏障60和塞子50可以是用于壁20和30的所述任何材料。