CN101489955A - 改进的复合材料及制造该复合材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过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而形成的复合材料。该陶瓷粉末具有至少一种反应性陶瓷粉末。预制件是陶瓷、陶瓷－金属复合材料，金属或其组合，其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。使用熔化的金属渗透陶瓷粉末填充的预制件以形成陶瓷－金属体，其具有至少一个陶瓷相，其是反应性陶瓷和熔化的渗入金属的反应产物。

Description

改进的复合材料及制造该复合材料的方法
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。
预制件10中的壁20和30可以是多孔的或基本上致密的和任意组合。也就是说，壁20和30或部分壁20和30可以具有开口孔110和/或闭口孔120或基本上致密。本文中基本上致密是指至少理论上99％的密度。例如，壁可以具有85％的空隙率至使用测试密度的标准方法或使用熟知的显微技术不可测的空隙率，所述显微技术例如是金相技术，其包括Underwood在Quantitative Stereology，Addison-Wesley，Reading，MA(1970)中所述的使用截距法的复合材料的抛光截面的扫描电子显微照相的定量体视学。优选地，壁具有小于约75％，更优选小于约70％，甚至更优选小于约65％的空隙率，直至基本上致密，优选至多约1％的空隙率，更优选至多约5％的空隙率，甚至更优选至多约10％的空隙率和最优选至多约20％的空隙率。
当在预制件10中存在开口孔110时，根据应用该孔具有一定的尺寸和形状，以使至少一部分嵌入的陶瓷粉末90能够穿透所述开口孔110的94(穿透的嵌入陶瓷粉末)是合意的。同样地，根据应用，嵌入的陶瓷粉末90基本上不能穿透开口孔110也是合意的(本文中基本上不能是指通过标准显微技术，开口孔110的小于1％的体积被穿透)。在优选的具体实施方案中，壁20和30的任何开口孔110的至少5％的体积被穿透的嵌入陶瓷粉末94占据。优选地，被穿透的开口孔110的体积是至少约10％，更优选至少约20％和最优选至少约30％，直至所需地基本上与壁20和/或30界定的通道40中嵌入的陶瓷粉末90占据的体积相同的体积。
重申一下，预制件10可以是陶瓷、金属、陶瓷金属复合材料或其组合。在优选的具体实施方案中，预制件10是金属。金属优选是铝、铁、铜、镍、锌、镁、钛、钽、钨、硅、或上述任意金属的合金或其组合。优选地，金属是铁、镍、铜、铝、硅或含有上述大多数的一种金属的合金或其组合。更优选的金属是铁基金属、镍或其合金，或铜或其合金。最优选的金属是任意的组合或单独的铁，铁合金包括例如钢，或镍或镍合金。
在另一个优选的具体实施方案中，预制件10是陶瓷。陶瓷可以是例如本领域公知的那些任何合适的陶瓷，特殊陶瓷可取决于所需的应用。陶瓷可以具有任何微结构，包括例如，纤维、片状物、针状粒子、各向同性粒子或其任意组合。优选的陶瓷包括，例如硼化物、氮化物、碳化物、氧化物或其任意混合物(例如，碳氧化物、碳氮化物等)或其组合。适用于预制件10的适用的陶瓷的特殊例子包括，例如莫来石、碳化硅、碳化硼、堇青石、氮化硅、二硼化钛、碳化钨、钛酸铝、氮化铝、钛酸铌、氧化铝、氧化镁、二氧化硅、六硼化硅和其组合。
壁20和30可以是适合于制造陶瓷-金属体140的任何有用的形状，例如，如图3和4所示，壁20和30可以是圆柱状，以使每个圆柱彼此紧密接触的点界定出通道40。在该具体实施方案中，使用纤维或电线或电缆可以形成内圆柱壁30A，然后将其放置在可以是管状或筒状的外壁20中。通过挤出或组装具有***其中的片材或带状物的管可以形成内壁30B。
壁20和/或30形成通道40，通道40内具有最小通道直径70，陶瓷粉末90被嵌入超过嵌入的陶瓷粉末90的最大粒度的通道40中。最小通道直径70是指最大的假设球的直径，其能够放置在通道40的一端，并且能毫无困难地穿过通道40直达另一端。例如，图1的方形通道40具有最小通道直径70，其等于方形边缘的长度，并且在该种情况中，由于通道40所有沿通道长度80具有平行的壁20和30，通道直径70等于最小通道直径。
一般地，嵌入陶瓷粉末90的通道的最小通道直径至少比嵌入陶瓷粉末90的最大粒度大至少两倍。这样保证嵌入陶瓷粉末90减少了形成桥隔断的通道40的可能性，使得通道40不可能进一步被陶瓷粉末90填充。优选最小通道直径比嵌入通道40的陶瓷粉末90的最大粒度大至少5倍，更优选至少7倍，最优选至少10倍。
在制造预制件10时，可以使用任何合适的陶瓷、陶瓷-金属复合材料或金属制造方法或技术，以及通过任何合适的粘结将分离的组件组装起来和将它们固定在一起，例如但不限于，机械(例如压缩工具)或化学(例如，熔化、焊接、镶嵌或其组合)。制造预制件10的示例性方法包括钻出通道，通过模具挤出形成通道，折叠起起皱的板，机械或化学粘结组件以形成预制件10。
在优选的具体实施方案中，预制件10是蜂窝状，其可以是任意的外形，包括不太类似于扁平表面(例如半球状和增加的中心部分的端。通道40可以具有图2所示的任何通道长度80。典型地，通道长度80可以是最小通道直径的至少约2倍。当然，通道长度80也可以是超过最小通道直径几倍、10倍或20倍。然而，在某些点上，通道长度80也可以是太长或太窄，以使它们不可以被嵌入的陶瓷粉末90容易地填充。
嵌入通道40的陶瓷粉末90可以是任意适用于制造陶瓷-金属复合材料的陶瓷粉末，例如本领域公知的那些陶瓷粉末，只要所述陶瓷粉末一般由至少约10体积％的反应性陶瓷粉末组成。陶瓷粉末90可以是硼化物、氧化物、碳化物、氮化物、硅化物或其组合。所述组合包括，例如硼碳化物、氧氮化物、氧碳化物和碳氮化物。优选的陶瓷包括SiC、B4C、Si3N4、Al2O3、TiB2、SiB6、SiB4、AlN、ZrC、ZrB和其组合。陶瓷粉末90由反应性陶瓷组成。反应性陶瓷是指其在渗透或接下来的热处理过程中与渗入的熔化金属反应，从而形成反应性陶瓷和渗入的金属(通道金属160)的陶瓷反应产物。优选地，陶瓷粉末90由优选增加的至少50体积％、60体积％、70体积％、80体积％、90体积％、95体积％的反应性陶瓷粉末组成。在最优选的具体实施方案中，陶瓷粉末90是单独的反应性陶瓷粉末，其可以是反应性粉末的组合。
嵌入的陶瓷粉末90也可以与金属粉末91混合，所述金属粉末91例如有助于将熔化的金属渗入通道40中以形成通道陶瓷金属复合材料150。优选金属粉末91在熔化金属的渗入过程中基本上不熔化。本文中基本上不熔化是指金属粉末91至多在金属粉末91的表面熔化，这可能是由于来自熔化金属中的元素的表面合金化而导致。含有嵌入的陶瓷粉末90的金属粉末91的量一般至多为陶瓷粉末90的约70体积％。优选地，当存在金属粉末时，金属粉末的量至多为包括金属粉末91的嵌入粉末90的总量的约50体积％，更有选至多为约30体积％，甚至更优选至多为约15体积％和最优选至多为约10体积％。
可以通过任何合适的方法将陶瓷粉末90嵌入通道40中。陶瓷粉末90可以干嵌入，与液体或塑料结合嵌入。例如，如果陶瓷粉末90是干燥的，可以将其倒入通道40中，并且可以通过对预制件的震动或振荡的应用有助于通道填充。
可选择地，通过混合陶瓷粉末90和液体，可以嵌入陶瓷粉末90，由此悬浮液的粘度足够低，以使得其易于倾倒、注射或喷进通道40中，并移除液体介质，示例性的方法描述在美国专利No.4,200,604和No.6,803,015中。在另一个方法中，可以通过使用本领域公知的那些合适方法形成塑性体来嵌入陶瓷粉末90，以通过添加有机添加剂(例如，分散剂，润滑剂和粘合剂)和将浆注射进通道中来挤出陶瓷，如J.Reed，John Wiley和Sons，NY，1988的Introduction to the Principles of Ceramic Processing的第21章中所述。
当使用陶瓷粉末90和具有低粘度的分散液的混合物时，该混合物一般地具有足够的流动性以致可以嵌入预制件10的通道40的一端，然后流过通道40并在通道40的另一端收集，例如仅在重力的作用下。因此，混合物可以例如在壁20和/或30上沉积一层陶瓷粉末90，或者完全填充通道40。当使用这种方法时，混合物的粘度一般至多为约1000厘泊(cp)，更优选地混合物具有至多为约200cp的粘度，甚至更优选地至多为约100cp和最优选地至多为约20cp。
分散液可以是，例如，水、任何有机液体，例如醇、脂肪族、二元醇、酮、醚、醛、酯、芳族、链烯、炔、羧酸、酰氯、酰胺、胺、腈、硝基、硫化物、亚砜、砜、有机金属或其混合物。优选地，分散液是水、脂肪族、链烯或醇。更优选地，液体是醇、水或其组合。当使用醇时，优选为甲醇、丙醇、乙醇或其组合。最优选地，醇为丙醇。
混合物可以包含其它有用的组分，例如本领域中已知制作陶瓷悬浮液或浆的那些组分。其它有用的组分的例子包括分散剂、反絮凝剂、絮凝剂、增塑剂、消泡剂、润滑剂和防腐剂，如J.Reed，John Wiley和Sons，NY，1988的Introduction to the Principles of Ceramic Processing的第10-12章中所述的那些组分。混合物中优选的粘合剂是在分散液中溶解，但是在水中不溶的粘合剂。
混合物也可以包含粘合剂。粘合剂的例子包括纤维素醚，如J.Reed，John Wiley和Sons，NY，1988的Introduction to the Principles of Ceramic Processing的第11章中所述的那些粘合剂。优选地，粘合剂是甲基纤维素或乙基纤维素，如可从The Dow Chemical Company以商标METHOCEL和ETHOCEL得到的那些。优选地，粘合剂溶解在分散液中。
陶瓷粉末90可以填充某些或全部的通道40，以使得在陶瓷粉末90嵌入通道40之后，可以存在部分填充的通道105和未填充的通道100。优选所有的通道40被基本上填充。基本上填充是指不包括陶瓷粉末90颗粒之间的空隙，陶瓷粉末90占通道40的至少约95体积％。更优选地，粉末完全填充通道40。
在另一个具体实施方案中，嵌入陶瓷粉末90，以使其涂覆壁20和/或30至一定厚度，在通道40的通道长度80的下面留有空隙。之后，可以在剩余的体积中嵌入第二种不同的陶瓷粉末90，以使得通道40从壁20和/或30至通道40的中心具有梯度结构。图7显示了一种可能的前述梯度，其中陶瓷粉末90由三种不同粉末组成。在该示意图中，陶瓷粉末90A与陶瓷粉末90B具有相同的粒度，但是具有不同的化学性质，陶瓷粉末90C与90A具有相同的化学性质，但是具有不同的粒度。同样地，具有涂覆在壁20和/或30上的陶瓷粉末90的预制件10可以用金属(通道金属160)渗入，然后在通道40中嵌入的接下来的陶瓷粉末可以在渗入第一种金属之后涂覆在剩余的通道中。可以渗入该第二种嵌入的陶瓷粉末。每当需要时，可以重复该连续步骤，并且优选地，直到完全填充通道40，使其在整个通道直径70中具有梯度结构。
在相似的方式中，可以使用陶瓷粉末90部分填充通道40，然后进一步使用具有不同化学性质、粒子堆积或粒度的另一种陶瓷粉末90填充，以沿通道40的通道长度80形成梯度结构。回到图7，可以先将陶瓷粉末90A嵌入通道40，然后嵌入其它粉末90A，B和C，并如在前段中所述进行渗入，以沿通道长度80和沿通道直径、沿通道40的部分形成梯度结构。根据需要，可以使用填充预制件10的通道40的任何组合。例子包括，但是不以任何方式限制潜在的组合，它们是(1)至少一个通道40具有不同于嵌入另一个通道40的不同的陶瓷粉末90，(2)嵌入在至少一个通道40中的陶瓷粉末90在通道40中沿通道40的通道长度80不同或沿通道40的整个通道直径70不同。当陶瓷粉末90的至少一个特性变化时，例如组成、化学性质、堆积、粒度或其组合，陶瓷粉末90不同。本文中的不同是指一种特性，例如上述的一种特性，根据测试该特性的公知标准方法在统计学上是不同的。也可以理解，不同不是指单个的微结构特征，例如金属-陶瓷复合材料中的一粒陶瓷，而一般是指比通道陶瓷-金属复合材料150中的陶瓷颗粒的平均粒度大至少约10倍的体积的区域。可以通过公知的显微方法测试该种不同，例如在抛光截面上测试陶瓷颗粒的粒度、陶瓷颗粒的堆积、化学性质等。
在优选的具体实施方案中，在至少一个通道40中，陶瓷粉末90在组成、堆积或其组合上变化。
在使用液体或聚合物介质悬浮陶瓷粉末90时，可以通过任何合适的方法去除悬浮介质。例如，当介质是液体时，例如水或醇，可以通过在空气中干燥，应用加热或真空干燥去除液体，或通过在预制件10的一端用多孔介质阻断通道40的末端移除液体，所述多孔介质通过毛细作用去除分散液。所述多孔介质的例子是帕里斯(Paris)石膏，例如在注浆成型陶瓷中使用的那种。为了去除任何通过蒸发干燥或毛细作用不能去除的有机液体，可以对具有嵌入的陶瓷粉末90的预制件10使用任何合适的方法，包括例如在合适大气压下加热以影响该添加剂去除的熟知方法。
参见图8，在陶瓷粉末90嵌入预制件10的通道40后，熔化的金属渗入陶瓷粉末90中，使得在粘结到壁20和/或30上的通道40中形成通道陶瓷金属复合材料150。可以通过例如本领域公知的那些任何合适的方法渗入熔化的金属(通道金属160)。示例性的方法包括美国专利No.5,007,475；No.5,020,584；No.5,298,469；No.5,521,016；和No.5,775,403中所述的那些。
渗入金属之后，可以进一步热处理体140以使渗入的金属(通道金属160)与反应性陶瓷反应。后续热处理的示例性方法描述于美国专利No.5,298,468和No.5,521,016中。
陶瓷-金属体
本发明的方法能够形成由陶瓷、金属、陶瓷-金属或其组合的基体组成的陶瓷-金属体140，所述基体具有在基体内界定通道40的壁20和30，其中不同于基体的壁20和30的通道陶瓷-金属复合材料150在基体的至少一个通道40中，通道陶瓷金属复合材料150由通道金属160和通道陶瓷相170组成，通道陶瓷相170由反应性陶瓷和通道金属160和反应性陶瓷的陶瓷反应产物组成。反应性陶瓷如上所述用于反应性陶瓷粉末。
一般地，至少约10体积％的反应性陶瓷与通道金属160反应而形成陶瓷反应产物。优选以增加的顺序，反应的反应性陶瓷的体积是至少约15体积％、20体积％、30体积％、40体积％、50体积％、60体积％、70体积％和80体积％。在优选的具体实施方案中，反应性陶瓷的反应程度在至少一个通道40或通道40之间不同。例如，每个通道40中的反应性陶瓷粉末的粒度或化学性质(例如，可以通过涂覆金属或其它陶瓷等来处理反应性粉末，以降低或加速粉末的反应性)可以不同，导致不同的反应性。同样，在通道40中，已经反应的反应性粉末的体积可以沿通道40的通道长度80或通道直径70变化。
在另一个优选的具体实施方案中，陶瓷-金属体140沿至少一个通道40的通道长度80的通道陶瓷-金属复合材料150的性能、结构、化学性质或其组合发生变化。优选以增加的顺序，至少15％、20％、30％、40％、50％、60％、70％和80％的通道40具有变化的通道陶瓷-金属复合材料150。在最优选的具体实施方案中，所有的通道40具有变化的通道陶瓷-金属复合材料150。以类似的方式，通道陶瓷-金属复合材料150在通道或通道40的整个通道直径70上变化。
在一个优选的具体实施方案中，通道金属160选自铝、锆、钛、铜、硅、镁、上述每种的合金或其混合物。同样，优选反应性陶瓷是碳化硼，通道金属160由铝组成，陶瓷反应产物由至少一种选自以下的陶瓷组成：(a)AlB2，(b)Al4BC，(c)Al3B48C2，(d)AlB12，或(e)AlB24C4。优选地，陶瓷反应产物由至少两种这些陶瓷组成。对于这些优选的具体实施方案，还优选所有的通道40具有所述的通道金属或金属160和通道陶瓷相170。
本发明有用性的进一步说明是部分体140受例如制动盘的内部轮毂的拉伸或剪切应力时，那里的通道40可以合意地具有高韧性的通道陶瓷金属复合材料150(例如，与金属粉末混合的陶瓷粉末提供较高韧性的通道陶瓷-金属复合材料150)，而制动盘接触刹车片处的通道40可以合意地具有更耐磨的通道陶瓷金属复合材料150(例如，几乎全陶瓷的复合材料，其可以通过单独使用反应性陶瓷粉末获得)。同样地，可以使用本发明的体140的***物附在金属制动盘中。例如，该***件可以具有较韧的通道陶瓷-金属复合材料150，其具有基本量的金属，例如大于50％，例如通过具有对立端的机械扣件将其安装在金属制动盘上，对立端与刹车片接触，所述刹车片几乎全是用于改进摩擦性能的陶瓷，正如上所述。
实施例
实施例1
使用两种淤浆填充具有2 x 2mm宽通道和60％壁空隙率的A2英寸x2英寸宽和1英寸深的莫来石蜂窝，每种淤浆填充交替的通道。莫来石蜂窝以美国专利公开2005/0115214所示的方式由The Dow ChemicalCompany制造。第一淤浆在pH为7的水中包含20体积％的ESK 1500B4C粉末(TETRABOR ESK 1500，ESK Ceramics GMBH & Co.，Kempten，Germany)。第二淤浆包含15体积％的混合物，所述混合物包含90体积％的TiB2(HCT30D，得自General Electric Company，GEAdvanced Materials Unit，Wilton，CT)和10％的B4C(ESK 1500)。B4C的平均粒度是3-5微米，TiB2的平均粒度是14微米。使用细塑料管和滴管，将淤浆放置在莫来石蜂窝(方格图案)的选择的通道内。在80℃下干燥通道填充的蜂窝24小时。将干燥的填充蜂窝放置在钢模具中，并在空气中加热至约400℃。将预热的部分转移到压力铸塑装置(THT Presses，Inc.，Dayton，OH)，并用约5-10秒将熔化的铝注射入该部分中。液态金属容易地渗入所有带有开口，形成致密壁和通道。陶瓷-金属部分由两种陶瓷-金属通道组成，这些陶瓷-金属通道由铝-莫来石复合材料的连续网络隔开。第一组通道具有含铝金属、碳化硼和陶瓷反应相AlB2和固态溶液相Al(3-4)BC的陶瓷金属复合材料，其它组通道具有含Al、TiB2、B4C和陶瓷反应相AlB2的陶瓷-金属复合材料。
实施例2
应用如实施例1所述的相同方法，除了使用变化尺寸的反应性B4C颗粒在从底至顶的5个层中填充通道。通过混合各种比例的两种级别的B4C粉末来获得变化的尺寸(TETRABOR F1200和F180，ESKCeramics GMBH & Co.，Kempten，Germany)。将粉末干燥地嵌入通道中，并在引入每层后，轻拍和振荡整个蜂窝约10秒以增加颗粒堆积。每层的厚度为约2毫米。从一端开始的层的粉末组成为：(I)100％F1200，(II)75％ F1200：25％ F-180，(III)50％ F1200：50％ F180，(IV)25％ F1200：75％ F-180和(V)100％ F180。渗入后，在700℃热处理陶瓷金属体10小时。陶瓷金属体具有从一面约为1100Kg.mm2至另一面约为400kg/mm2的维克斯硬度(Vickers hardness)变化的分级结构。

Claims (45)

1、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。
2、根据权利要求1所述的方法，其中预制件是蜂窝。
3、根据权利要求1所述的方法，其中预制件是陶瓷-金属复合材料、金属或其组合。
4、根据权利要求1所述的方法，其中预制件基本上没有任何开孔。
5、根据权利要求4所述的方法，其中预制件基本上致密。
6、根据权利要求1所述的方法，其中预制件具有开孔。
7、根据权利要求6所述的方法，其中开孔的尺寸足以使嵌入的陶瓷粉末至少部分渗入预制件的壁中。
8、根据权利要求6所述的方法，其中开孔具有使得嵌入通道的陶瓷粉末基本上不能渗入预制件的壁的尺寸。
9、根据权利要求3所述的方法，其中预制件是金属。
10、根据权利要求1所述的方法，其中陶瓷粉末由至少两种反应性陶瓷粉末组成。
11、根据权利要求1所述的方法，其中陶瓷粉末进一步由金属粉末组成。
12、根据权利要求8所述的方法，其中金属粉末在熔化的金属渗入过程中基本上不熔化。
13、根据权利要求1所述的方法，其中嵌入至少一个通道的陶瓷粉末不同于嵌入其它通道的陶瓷粉末。
14、根据权利要求1所述的方法，其中嵌入至少一个通道的陶瓷粉末在所述通道内的组成、堆积或其组合上有变化。
15、根据权利要求14所述的方法，其中嵌入至少一个通道的陶瓷粉末不同于嵌入其它通道的陶瓷粉末。
16、根据权利要求1所述的方法，其中壁在其上或其内部具有粘合剂。
17、根据权利要求16所述的方法，其中粘合剂是粉末或涂料。
18、根据权利要求17所述的方法，其中粘合剂是陶瓷或金属。
19、根据权利要求1所述的方法，其中陶瓷粉末单独由反应性陶瓷粉末组成。
20、根据权利要求19所述的方法，其中反应性陶瓷粉末是碳化物、硼化物或其组合。
21、根据权利要求20所述的方法，其中反应性陶瓷粉末是含硼的碳化物。
22、根据权利要求21所述的方法，其中碳化物是碳化硼。
23、根据权利要求9所述的方法，其中金属是铁金属。
24、根据权利要求24所述的方法，其中铁金属是钢。
25、根据前述任一项权利要求所述的方法，其中熔化的金属是铝或铝合金。
26、一种由基体组成的陶瓷-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和通道陶瓷相构成，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。
27、根据权利要求26所述的陶瓷-金属体，其中沿至少一个通道的长度，通道陶瓷-金属复合材料在性能、结构、化学性质或其组合上有变化。
28、根据权利要求25所述的陶瓷-金属体，其中通道陶瓷-金属复合材料在结构、化学性质、性能或其组合上与陶瓷-金属体的另一个通道中的通道陶瓷-金属复合材料不同。
29、根据权利要求28所述的陶瓷-金属体，其中沿至少50％通道的长度，通道陶瓷-金属复合材料在性能、结构、化学性质或其组合上有变化。
30、根据权利要求26所述的陶瓷-金属体，其中在至少一个通道中，通道陶瓷-金属复合材料沿所述通道的横截面尺寸在性能、结构、化学性质或其组合上有变化。
31、根据权利要求26所述的陶瓷-金属体，其中反应性陶瓷是碳化硼，陶瓷反应产物由至少一种选自以下的陶瓷组成：
(a)AlB2，
(b)Al4BC，
(c)Al3B48C2，
(d)AlB12，或
(e)AlB24C4。
32、根据权利要求31所述的陶瓷-金属体，其中至少一个通道的通道陶瓷-金属复合材料由至少两种选自以下的陶瓷组成：
(a)AlB2，
(b)Al4BC，
(c)Al3B48C2，
(d)AlB12，或
(e)AlB24C4。
33、根据权利要求32所述的陶瓷-金属体，其中所有通道的通道陶瓷-金属复合材料由至少两种选自以下的陶瓷组成：
(a)AlB2，
(b)Al4BC，
(c)Al3B48C2，
(d)AlB12，或
(e)AlB24C4。
34、根据权利要求26所述的陶瓷-金属体，其中通道金属是铝、锆、钛、铜、硅、镁、上述每种的合金或其混合物。
35、根据权利要求26所述的陶瓷-金属体，其中通道陶瓷-金属复合材料具有基本上小于通道的最小通道直径的公称最大的陶瓷粒度。
36、根据权利要求35所述的陶瓷-金属体，其中公称最大的陶瓷粒度是比通道的最小通道直径小至少约5倍。
37、根据权利要求31所述的陶瓷-金属体，其中至少一个通道的通道陶瓷金属复合材料包含与所述通道陶瓷-金属复合材料的金属不发生反应的陶瓷。
38、根据权利要求26所述的陶瓷-金属体，其中基体是陶瓷、金属或其组合。
39、根据权利要求38所述的陶瓷-金属体，其中基体是陶瓷。
40、根据权利要求38所述的陶瓷-金属体，其中基体是金属。
41、根据权利要求26所述的陶瓷-金属体，其中基体是多孔的。
42、根据权利要求26所述的陶瓷-金属体，其中基体是致密的。
43、一种结构组件，其由前述权利要求26-42中任一项所述的陶瓷-金属体组成。
44、根据权利要求43所述的结构组件，其中所述结构组件是车辆结构组件。
45、根据权利要求44所述的结构组件，其中所述车辆结构组件是刹车或悬浮组件。
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