JP2004515647A - Ceramic oxide preforms, metal matrix composites, and methods of making them and disc brakes - Google Patents

Abstract

実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を含むセラミック酸化物予備成形体およびその製造方法。セラミック酸化物予備成形体は、例えば、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維で補強された金属基複合材料を作る場合などに有用である。A ceramic oxide preform comprising substantially continuous ceramic oxide fibers and a method of making the same. Ceramic oxide preforms are useful, for example, in making metal matrix composites reinforced with substantially continuous ceramic oxide fibers.

Description

【０００１】
発明の分野
本発明は、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を含むセラミック酸化物予備成形体およびセラミック酸化物予備成形体で補強された金属基複合に関する。
【０００２】
発明の背景
セラミクスでの金属基の補強は、当該技術分野において既知のことである（例えばＵ．Ｐ． Ｐａｔ． Ｎｏｓ． ４，７０５，０９３（Ｏｇｉｎｏ）、４，８５２，６３０（Ｈａｍａｊｉｍａ ｅｔ ａｌ．）４，９３２，０９９（Ｃｏｒｗｉｎ ｅｔ ａｌ．）、５，１９９，４８１（Ｃｏｒｗｉｎ ｅｔ ａｌ．）、５，２３４，０８０（Ｐａｎｔａｌｅ）および５，３９４，９３０（Ｋｅｎｎｅｒｋｎｅｃｈｔ）ならびにそれぞれ１９８７年５月２８日および１９８８年９月１４日に公示されたＧｒｅａｔ Ｂｒｉｔａｉｎ Ｐａｔ． Ｄｏｃ． Ｎｏｓ．２，１８２，９７０ＡおよびＢを参照のこと）。補強用に用いられるセラミック材料の例としては、粒子、（ウィスカを含む）不連続繊維および連続繊維ならびにセラミック予備成形体がある。
【０００３】
標準的には、セラミック材料は、金属内に取込まれ、かくして、金属から作られた物品の機械的特性を改善するための金属基複合材料（ＭＭＣ）を作り上げる。例えば、原動機付き車両（例えば乗用車およびトラック）向けの従来のブレーキキャリパは、標準的に鋳鉄で作られている。車両の全体重量ならびに特にブレーキキャリパといったようなバネ下重量を削減するために、より軽量の部品および／または材料を使用したいという願望がある。セラミック酸化物材料の配置を含めたＭＭＣの設計を補助するためおよび特定の利用分野に必要とされるセラミック酸化物材料の量を最小限におさえるための１つの技術は、有限要素分析である。
【０００４】
鋳造アルミニウムで作られたブレーキキャリパは、鋳鉄で作られた同じ（すなわち同一サイズおよび形態の）キャリパに比べ約５０質量パーセント軽くなる。鋳造アルミニウムおよび鋳鉄の機械的特性は、同じではない（例えば、鋳鉄のヤング率は約１００〜１７０ＧＰａであり、一方鋳造アルミニウムについては、７０〜７５ＧＰａである；又鋳鉄の降伏強度は２００〜５００ＭＰａである一方、鋳造アルミニウムのそれは１５０〜１７０ＭＰａである）。従って、鋳造アルミニウムから作られたブレーキキャリパは、鋳鉄キャリパに比べて著しく低い曲げ剛性および降伏強度といったような機械的特性を有する。標準的には、かかるアルミニウム製ブレーキキャリパの機械的特性は、同じサイズおよび形状を有する鋳鉄製ブレーキキャリパに比べ、許容できないほど低いものである。鋳鉄製ブレーキキャリパと同じ形態および少なくとも同じ（またはより優れた）曲げ剛性および降伏強度といった機械的特性を有するアルミニウム金属基複合材料（例えばセラミック繊維で補強されたアルミニウム）で作られたブレーキキャリパが望まれる。
【０００５】
一部のＭＭＣ物品のための１つの考慮事項は、成形後の機械加工（例えば穴またはネジ山の付加または所望の形態を得るためのそれ以外の材料の切取り）またはその他の加工（例えば複雑な形状を提供するための２つのＭＭＣ物品の溶接）に対するニーズにある。従来のＭＭＣは標準的に機械加工または溶接を非実用的又さらに不可能にするほどのセラミック補強材料を含有している。従って、たとえあったとしてもわずかしか成形後の機械加工または加工を必要としない「ネットシェープ」物品を製造することが望ましい。「ネットシェープ」物品を製造するための技術は、当該技術分野において既知である（例えばＵ．Ｓ． Ｐａｔ． Ｎｏｓ． ５，２３４，０４５（Ｃｉｓｋｏ）および５，８８７，６８４（Ｄｏｌｌ ｅｔ ａｌ．）を参照のこと）。さらに、または代替的には、実施できる範囲で、機械加工または溶接などのその他の加工と干渉する部域ではセラミック補強を削減したり或いは配置しないことも可能である。
【０００６】
ＭＭＣを設計し製造する上でのもう１つの考慮事項は、セラミック補強材料のコストである。３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｓｔ． Ｐａｕｌ， ＭＮにより「ＮＥＸＴＥＬ６１０」の商品名で市販されているもののような連続する多結晶αアルミナ繊維の機械的特性は、アルミニウムといったような低密度金属と比べて高い。さらに、多結晶αアルミナ繊維といったようなセラミック酸化物材料のコストは、アルミニウムといった金属よりも実質的に高い。従って、使用されるセラミック酸化物材料の量も最小限におさえ、セラミック酸化物材料の配置を最適化して、セラミック酸化物材料が付与する特性を最大にすることが望ましい。
【０００７】
さらに、金属基複合材料物品を作るのに比較的容易に使用できるパッケージまたは多孔質セラミック予備成形体といった成形品の形でセラミック補強材料を提供することが望ましい。
【０００８】
発明の要約
１つの態様においては、本発明は、実質的に連続的なセラミック酸化物（例えばガラス、結晶質セラミックおよびそれらの組合せ）繊維を含む多孔質セラミック酸化物（例えばカ焼または焼結）予備成形体を提供する。もう１つの態様においては、本発明は、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を含む（本発明に従った多孔質セラミック酸化物予備成形体を含めた）少なくとも１つの多孔質セラミック酸化物予備成形体を含んで成る金属基複合材料物品を提供する。
【０００９】
標準的には、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維は少なくとも５ｃｍ（往々にして少なくとも１０ｃｍ、１５ｃｍ、２０ｃｍ、２５ｃｍまたはそれ以上）の長さを有する。本発明のいくつかの実施形態においては、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維は、トウの形態である（すなわち、トウは、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維で構成される）。標準的には、トウを構成する実質的に連続的なセラミック酸化物繊維は少なくとも５ｃｍ（往々にして少なくとも１０ｃｍ、１５ｃｍ、２０ｃｍ、２５ｃｍ以上）の長さを有するが、それらの長さは５ｃｍ未満であってもよい。
【００１０】
好ましくは、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部分に沿って延在する多孔質セラミック酸化物予備成形体は、セラミック酸化物繊維を所定の場所に固定する多孔質セラミック酸化物材料を含む。もう１つの態様においては、セラミック酸化物繊維、実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を内含するかまたはさらには本質的にこれで構成されていてよく、ここで「長手方向に配列した」という語は、繊維の長さとの関係における繊維の全体として平行な配列を意味する。任意には、繊維は、多孔質セラミック酸化物材料内に封入されている。
【００１１】
本発明に従ったいくつかの実施形態においては、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維は第１のヤング率を有し、セラミック予備成形体を含むセラミック酸化物材料は第２のヤング率を有し、ここで第１のヤング率は第２のヤング率より大きい。
【００１２】
本発明に従ったいくつかの実施形態においては、多孔質セラミック酸化物予備成形体は、
多孔質セラミック酸化物を受入れるためのアパーチャを内含する第１の多孔質焼結セラミック物品；および
アパーチャ内に位置づけされ、多孔質焼結セラミック酸化物材料および少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を含む第２のセラミック物品であって、該多孔質焼結セラミック酸化物材料が、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定しているセラミック物品を含んで成り、ここで、該多孔質焼結セラミック酸化物材料は実質的に連続的な繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在し、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維は本質的に長手方向に配列しており、実質的に連続的な長手方向に配列したαアルミナ繊維は第１のヤング率を有し、第２のセラミック物品のセラミック酸化物材料は第２のヤング率を有し、第１のヤング率は第２のヤング率よりも大きく、第１の多孔質セラミック物品は、第３のヤング率を有するセラミック酸化物材料を含み、第２のヤング率は第３のヤング率よりも大きい。
【００１３】
１つの態様においては、本発明は、セラミック酸化物繊維を所定の場所に固定するグリーンセラミック酸化物材料を含むグリーンセラミック酸化物予備成形体を提供しており、ここで、該グリーンセラミック酸化物材料は、繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在し、セラミック酸化物繊維は本質的に実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維から成る。任意には、繊維は、グリーンセラミック酸化物材料内に封入されている。
【００１４】
もう１つの態様においては、本発明は、セラミック酸化物繊維を所定の場所に固定する多孔質セラミック酸化物材料を含む多孔質セラミック酸化物予備成形体を提供しており、ここで、該多孔質セラミック酸化物材料は、繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在し、セラミック酸化物繊維は本質的に実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維から成る。任意には、繊維は、多孔質セラミック酸化物材料内に封入されている。
【００１５】
もう１つの態様においては、本発明の実施形態には、例えば、実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定する、逓増的優先順位で少なくとも２０体積％（標準的には２０％〜９５％の範囲内）、より標準的には２５％〜９５％の範囲内、好ましくは少なくとも５０％、より好ましくは５０％〜９０％の範囲内、さらに一層好ましくは少なくとも８５％、そして最も好ましくは８５％〜９５％の範囲内）の開放孔隙率（以下の例で測定された通りの）を有する多孔質セラミック酸化物材料を含む、セラミック多孔質＜原文抜け＞が内含されており、ここで多孔質セラミック酸化物材料は、繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在する。任意には、繊維は、多孔質セラミック酸化物材料内に封入されている。
【００１６】
もう１つの態様では、本発明は、多孔質セラミック酸化物予備成形体の製造方法において：
キャビティ内に少なくとも１つの細長い繊維インサートを位置づけする工程であって、該繊維インサートが実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を含む工程；
細長い繊維インサートの予め定められた部分がスラリーでコーティングされるようにキャビティ内にスラリーを導入する工程であって、該スラリーが、液体媒質およびその中に分散した不連続セラミック酸化物繊維（ホイスカを含む）を含んでいる工程；
不連続繊維を圧密させ繊維インサートを固定するのに充分な量の液体媒質を除去して細長い繊維インサートおよび不連続繊維を含む物品を提供する工程であって、不連続繊維（ホイスカを含む）の圧密が繊維インサートの長さの少なくとも一部に沿って延在する工程；
圧密した物品を乾燥させて、細長い繊維インサートおよび不連続セラミック酸化物繊維を含むグリーンセラミック酸化物予備成形体を提供する工程であって、不連続繊維の少なくとも１回の圧密が繊維インサートを所定の場所に固定し、不連続繊維の該圧密が繊維インサートの長さの少なくとも一部に沿って延在する工程；および
実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定する多孔質セラミック酸化物材料を含む多孔質セラミック酸化物予備成形体を提供するのに充分な少なくとも１つの温度までグリーンセラミック酸化物予備成形体を加熱する工程であって、該多孔質セラミック酸化物材料が繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在する工程、
を含んで成る方法を提供している。
【００１７】
もう１つの態様のおいては、本発明は、多孔質セラミック酸化物予備成形品の製造方法において：
キャビティ内に少なくとも１つの細長い繊維インサートを位置づけする工程であって、該繊維インサートが実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を含む工程；
細長い繊維インサートの予め定められた部分がスラリーでコーティングされるようにキャビティ内にスラリーを導入する工程であって、該スラリーが、液体媒質およびその中に分散した不連続セラミック酸化物繊維（ホイスカを含む）を含んでいる工程；
不連続繊維を圧密させ繊維インサートを固定するのに充分な量の液体媒質を除去して細長い繊維インサートおよび不連続繊維を含む物品を提供する工程であって、不連続繊維の圧密が繊維インサートの長さの少なくとも一部に沿って延在する工程；および
実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定する多孔質セラミック酸化物材料を含む多孔質セラミック酸化物予備成形体を提供するのに充分な少なくとも１つの温度までグリーンセラミック酸化物予備成形体を加熱する工程であって、該多孔質セラミック酸化物材料が繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在する工程、
を含んで成る方法を提供している。
【００１８】
もう１つの態様では、本発明は、多孔質セラミック酸化物予備成形体の製造方法において：
キャビティ内に少なくとも１つの細長い繊維インサートを位置づけする工程であって、該繊維インサートが実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を含む工程；
細長い繊維インサートの予め定められた部分がスラリーでコーティングされるようにキャビティ内にスラリーを導入する工程であって、該スラリーが、液体媒質およびその中に分散した不連続セラミック酸化物繊維（ホイスカを含む）を含んでいる工程；
不連続繊維を圧密させ繊維インサートを固定するのに充分な量の液体媒質を除去して細長い繊維インサートおよび不連続繊維を含む物品を提供する工程であって、不連続繊維の圧密が繊維インサートの長さの少なくとも一部に沿って延在する工程；および
圧密した物品を乾燥させて、細長い繊維インサートおよび不連続繊維を含むグリーンセラミック酸化物予備成形体を提供する工程であって、不連続繊維の少なくとも１回の圧密が繊維インサートを所定の場所に固定し、不連続繊維の該圧密が繊維インサートの長さの少なくとも一部に沿って延在する工程、
を含んで成る方法を提供している。
【００１９】
もう１つの態様では、本発明は、多孔質セラミック酸化物予備成形品の製造方法において：
キャビティ内に少なくとも１つの細長い繊維インサートを位置づけする工程であって、該繊維インサートが実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を含む工程；
細長い繊維インサートの予め定められた部分がスラリーでコーティングされるようにキャビティ内にスラリーを導入する工程であって、該スラリーが、液体媒質およびその中に分散した不連続セラミック酸化物繊維（ホイスカを含む）を含んでいる工程；および
不連続繊維を圧密させ繊維インサートを固定するのに充分な量の液体媒質を除去して細長い繊維インサートおよび不連続繊維を含む物品を提供する工程であって、不連続繊維の圧密が繊維インサートの長さの少なくとも一部に沿って延在する工程、
を含んで成る方法を提供している。
【００２０】
１実施形態では、本発明は、多孔質焼結セラミック酸化物材料および少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を含む多孔質セラミック酸化物予備成形体において、該多孔質焼結セラミック酸化物材料が、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定し、該多孔質焼結セラミック酸化物材料は実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在し、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が本質的に長手方向に配列している、多孔質セラミック酸化物予備成形体を提供する。
【００２１】
もう１つの実施形態では、本発明は、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維から成るトウを所定の場所に固定する多孔質焼結セラミック酸化物材料を含む多孔質セラミック酸化物予備成形体において、多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在し、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維のトウが本質的に長手方向に配列している多孔質セラミック酸化物予備成形体を提供する。
【００２２】
もう１つの実施形態では、本発明は、多孔質焼結セラミック酸化物材料および少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を含む多孔質セラミック酸化物予備成形体において、該多孔質焼結セラミック酸化物材料が少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有し、実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定し、該多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在する、多孔質セラミック酸化物予備成形体を提供している。
【００２３】
もう１つの実施形態では、本発明は、実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維から成るトウを所定の場所に固定する少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有する多孔質焼結セラミック酸化物材料を含む多孔質セラミック酸化物予備成形体において、多孔質焼結セラミック酸化物材料が、実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維のトウの長さの少なくとも一部に沿って延在する多孔質セラミック酸化物予備成形体を提供している。
【００２４】
もう１つの実施形態では、本発明は、多孔質セラミック酸化物の製造方法において：
キャビティ内に少なくとも１つの細長い繊維インサートを位置づけする工程であって、該繊維インサートが少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を含み、該実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が本質的に長手方向に配列している工程；
細長い繊維インサートの予め定められた部分がスラリーでコーティングされるようにキャビティ内にスラリーを導入する工程であって、該スラリーが、液体媒質およびその中に分散した不連続セラミック酸化物繊維を含んでいる工程；
少なくとも不連続繊維を圧密させ繊維インサートを固定するのに充分な量の液体媒質を除去して細長い繊維インサートおよび不連続繊維を含む物品を提供する工程であって、不連続繊維の圧密が繊維インサートの長さの少なくとも一部に沿って延在する工程；
圧密した物品を乾燥させて、細長い繊維インサートおよび不連続繊維を含むグリーンセラミック酸化物予備成形体を提供する工程であって、不連続繊維の少なくとも１回の圧密が繊維インサートを所定の場所に固定し、不連続繊維の該圧密が繊維インサートの長さの少なくとも一部に沿って延在する工程；および
実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定する多孔質焼結セラミック酸化物材料を含む多孔質セラミック酸化物予備成形体を提供するのに充分な少なくとも１つの温度までグリーンセラミック酸化物予備成形体を加熱する工程であって、該多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的な繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在し、該実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が本質的に長手方向に配列している工程、
を含んで成る方法を提供している。
【００２５】
もう１つの実施形態では、本発明は、多孔質セラミック酸化物の製造方法において：
キャビティ内に少なくとも１つの細長い繊維インサートを位置づけする工程であって、該繊維インサートが実質的に連続的なセラミック酸化物繊維から成るトウを含み、該実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が本質的に長手方向に配列している工程；
細長い繊維インサートの予め定められた部分がスラリーでコーティングされるようにキャビティ内にスラリーを導入する工程であって、該スラリーが、液体媒質およびその中に分散した不連続セラミック酸化物繊維を含んでいる工程；
少なくとも不連続繊維を圧密させ繊維インサートを固定するのに充分な量の液体媒質を除去して細長い繊維インサートおよび不連続繊維を含む物品を提供する工程であって、不連続繊維の圧密が繊維インサートの長さの少なくとも一部に沿って延在する工程；
圧密した物品を乾燥させて、細長い繊維インサートおよび不連続繊維を含むグリーンセラミック酸化物予備成形体を提供する工程であって、不連続繊維の少なくとも１回の圧密が繊維インサートを所定の場所に固定し、不連続繊維の該圧密が繊維インサートの長さの少なくとも一部に沿って延在する工程；および
実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定する多孔質焼結セラミック酸化物材料を含む多孔質セラミック酸化物予備成形体を提供するのに充分な少なくとも１つの温度までグリーンセラミック酸化物予備成形体を加熱する工程であって、該多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的な繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在し、該実質的に連続的なセラミック酸化物繊維のトウが本質的に長手方向に配列している工程、
を含んで成る方法を提供している。
【００２６】
もう１つの実施形態では、本発明は、多孔質セラミック酸化物の製造方法において：
キャビティ内に少なくとも１つの細長い繊維インサートを位置づけする工程であって、該繊維インサートが少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を含み、該実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が本質的に長手方向に配列している工程；
細長い繊維インサートの予め定められた部分がスラリーでコーティングされるようにキャビティ内にスラリーを導入する工程であって、該スラリーが、液体媒質およびその中に分散した不連続セラミック酸化物繊維を含んでいる工程；
不連続繊維を圧密させ繊維インサートを固定するのに充分な量の液体媒質をスラリーから除去して細長い繊維インサートおよび不連続繊維を含む物品を提供する工程であって、不連続繊維の圧密が繊維インサートの長さの少なくとも一部に沿って延在する工程；および
実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定する多孔質焼結セラミック酸化物材料を含む多孔質セラミック酸化物予備成形体を提供するのに充分な少なくとも１つの温度までグリーンセラミック酸化物予備成形体を加熱する工程であって、該多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的な繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在し、該実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が本質的に長手方向に配列している工程、
を含んで成る方法を提供している。
【００２７】
もう１つの実施形態では、本発明は、多孔質セラミック酸化物の製造方法において：
キャビティ内に少なくとも１つの細長い繊維インサートを位置づけする工程であって、該繊維インサートが実質的に連続的なセラミック酸化物繊維から成るトウを含み、該実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が本質的に長手方向に配列している工程；
細長い繊維インサートの予め定められた部分がスラリーでコーティングされるようにキャビティ内にスラリーを導入する工程であって、該スラリーが、液体媒質およびその中に分散した不連続セラミック酸化物繊維を含んでいる工程；
不連続繊維を圧密させ繊維インサートを固定するのに充分な量の液体媒質をスラリーから除去して細長い繊維インサートおよび不連続繊維を含む物品を提供する工程であって、不連続繊維の圧密が繊維インサートの長さの少なくとも一部に沿って延在する工程；および
実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定する多孔質焼結セラミック酸化物材料を含む多孔質セラミック酸化物予備成形体を提供するのに充分な少なくとも１つの温度までグリーンセラミック酸化物予備成形体を加熱する工程であって、該多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的な繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在し、該実質的に連続的なセラミック酸化物繊維のトウが本質的に長手方向に配列している工程、
を含んで成る方法を提供している。
【００２８】
もう１つの実施形態では、本発明は、多孔質セラミック酸化物の製造方法において：
キャビティ内に少なくとも１つの細長い繊維インサートを位置づけする工程であって、該繊維インサートが少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を含む工程；
細長い繊維インサートの予め定められた部分がスラリーでコーティングされるようにキャビティ内にスラリーを導入する工程であって、該スラリーが、液体媒質およびその中に分散した不連続セラミック酸化物繊維を含んでいる工程；
少なくとも不連続繊維を圧密させ繊維インサートを固定するのに充分な量の液体媒質を除去して細長い繊維インサートおよび不連続繊維を含む物品を提供する工程であって、不連続繊維の圧密が繊維インサートの長さの少なくとも一部に沿って延在する工程；
圧密した物品を乾燥させて、細長い繊維インサートおよび不連続繊維を含むグリーンセラミック酸化物予備成形体を提供する工程であって、不連続繊維の少なくとも１回の圧密が繊維インサートを所定の場所に固定し、不連続繊維の該圧密が繊維インサートの長さの少なくとも一部に沿って延在する工程；および
実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定する少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有する多孔質焼結セラミック酸化物材料を含む多孔質セラミック酸化物予備成形体を提供するのに充分な少なくとも１つの温度までグリーンセラミック酸化物予備成形体を加熱する工程であって、該多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在する工程、
を含んで成る方法を提供している。
【００２９】
もう１つの実施形態では、本発明は、多孔質セラミック酸化物の製造方法において：
キャビティ内に少なくとも１つの細長い繊維インサートを位置づけする工程であって、該繊維インサートが少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維から成るトウを含む工程；
細長い繊維インサートの予め定められた部分がスラリーでコーティングされるようにキャビティ内にスラリーを導入する工程であって、該スラリーが、液体媒質およびその中に分散した不連続セラミック酸化物繊維を含んでいる工程；
少なくとも不連続繊維を圧密させ繊維インサートを固定するのに充分な量の液体媒質を除去して細長い繊維インサートおよび不連続繊維を含む物品を提供する工程であって、不連続繊維の圧密が繊維インサートの長さの少なくとも一部に沿って延在する工程；
圧密した物品を乾燥させて、細長い繊維インサートおよび不連続繊維を含むグリーンセラミック酸化物予備成形体を提供する工程であって、不連続繊維の少なくとも１回の圧密が繊維インサートを所定の場所に固定し、不連続繊維の該圧密が繊維インサートの長さの少なくとも一部に沿って延在する工程；および
グリーンセラミック酸化物予備成形体を、実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定する少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有する多孔質焼結セラミック酸化物材料を含む多孔質セラミック酸化物予備成形体を提供するのに充分な少なくとも１つの温度まで加熱する工程であって、該多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在する工程、
を含んで成る方法を提供している。
【００３０】
もう１つの実施形態では、本発明は、多孔質セラミック酸化物の製造方法において：
キャビティ内に少なくとも１つの細長い繊維インサートを位置づけする工程であって、該繊維インサートが少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を含む工程；
細長い繊維インサートの予め定められた部分がスラリーでコーティングされるようにキャビティ内にスラリーを導入する工程であって、該スラリーが、液体媒質およびその中に分散した不連続セラミック酸化物繊維を含んでいる工程；
不連続繊維を圧密させ繊維インサートを固定するのに充分な量の液体媒質をスラリーから除去して細長い繊維インサートおよび不連続繊維を含む物品を提供する工程であって、不連続繊維が圧密して繊維インサートを所定の場所に固定し不連続繊維の圧密が繊維インサートの長さの少なくとも一部に沿って延在する工程；および
実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定する少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有する多孔質焼結セラミック酸化物材料を含む多孔質セラミック酸化物予備成形体を提供するのに充分な少なくとも１つの温度までグリーンセラミック酸化物予備成形体を加熱する工程であって、該多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在する工程、
を含んで成る方法を提供している。
【００３１】
もう１つの実施形態では、本発明は、多孔質セラミック酸化物の製造方法において：
キャビティ内に少なくとも１つの細長い繊維インサートを位置づけする工程であって、該繊維インサートが少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維から成るトウを含む工程；
細長い繊維インサートの予め定められた部分がスラリーでコーティングされるようにキャビティ内にスラリーを導入する工程であって、該スラリーが、液体媒質およびその中に分散した不連続セラミック酸化物繊維を含んでいる工程；
不連続繊維を圧密させ繊維インサートを固定するのに充分な量の液体媒質をスラリーから除去して細長い繊維インサートおよび不連続繊維を含む物品を提供する工程であって、不連続繊維の圧密が繊維インサートの長さの少なくとも一部に沿って延在する工程；および
実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定する少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有する多孔質焼結セラミック酸化物材料を含む多孔質セラミック酸化物予備成形体を提供するのに充分な少なくとも１つの温度までグリーンセラミック酸化物予備成形体を加熱する工程であって、該多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在する工程、
を含んで成る方法を提供している。
【００３２】
もう１つの実施形態では、本発明は、
多孔質セラミック酸化物を受容するためのアパーチャを内含する第１の多孔質焼結セラミック物品；および
アパーチャ内に位置づけされ、多孔質焼結セラミック酸化物材料および少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を含む第２のセラミック物品であって、該多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定しており、多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的な繊維の長さの少なくとも一部分に沿って拡がっており、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が本質的に長手方向に配列している物品、
を含んで成る多孔質セラミック酸化物予備成形体を提供する。
【００３３】
もう１つの実施形態では、本発明は、
多孔質セラミック酸化物を受容するためのアパーチャを内含する第１の多孔質焼結セラミック物品；および
アパーチャ内に位置づけされ、多孔質焼結セラミック酸化物材料を含む第２のセラミック物品であって、該多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的なセラミック酸化物繊維から成るトウを所定の場所に固定しており、多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的な繊維の長さの少なくとも一部分に沿って拡がっており、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維のトウが本質的に長手方向に配列している物品、
を含んで成る多孔質セラミック酸化物予備成形体を提供する。
【００３４】
もう１つの実施形態では、本発明は、
多孔質セラミック酸化物を受容するためのアパーチャを内含する第１の多孔質焼結セラミック物品；および
アパーチャ内に位置づけされ、多孔質焼結セラミック酸化物材料および少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を含む第２のセラミック物品であって、少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有する該多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定しており、多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在する物品、
を含んで成る多孔質セラミック酸化物予備成形体を提供する。
【００３５】
もう１つの実施形態では、本発明は、
多孔質セラミック酸化物を受容するためのアパーチャを内含する第１の多孔質焼結セラミック物品；および
アパーチャ内に位置づけされ、実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維のトウを所定の場所に固定している少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有する多孔質焼結セラミック酸化物材料を含む第２のセラミック物品であって、該多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在する物品、
を含んで成る多孔質セラミック酸化物予備成形体を提供する。
【００３６】
もう１つの実施形態では、本発明は、金属基材料を含む物品のための多孔質焼結セラミック酸化物予備成形体の製造方法において：
少なくとも部分的に、少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維で補強された金属基複合材料を含むように１つの物品を設計する工程であって、セラミック酸化物材料を含む少なくとも１つのセラミック酸化物予備成形体を構成するための金属基複合材料が実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部分に沿って延在し、実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維が第１のヤング率を有し、セラミック酸化物材料が第２のヤング率を有し、第１のヤング率が第２のヤング率よりも大きい工程；および
結果として得られた設計に基づいて、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定するセラミック酸化物材料を含む多孔質焼結セラミック酸化物予備成形体を調製する工程であって、セラミック酸化物材料が実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部分に沿って延在し、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が本質的に長手方向に配列している工程、
を含んで成る方法を提供している。
【００３７】
もう１つの実施形態では、本発明は、金属基材料を含む物品のための多孔質焼結セラミック酸化物予備成形体の製造方法において：
少なくとも部分的に、少なくとも約５ｃｍの長さを有する実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維で補強された金属基複合材料を含むように１つの物品を設計する工程であって、セラミック酸化物材料を含む少なくとも１つのセラミック酸化物予備成形体を構成するための金属基複合材料が実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部分に沿って延在し、実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維が第１のヤング率を有し、セラミック酸化物材料が第２のヤング率を有し、第１のヤング率が第２のヤング率よりも大きい工程；および
結果として得られた設計に基づいて、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維から成るトウを所定の場所に固定するセラミック酸化物材料を含む多孔質焼結セラミック酸化物予備成形体を調製する工程であって、セラミック酸化物材料が実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部分に沿って延在し、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が本質的に長手方向に配列している工程、
を含んで成る方法を提供する。
【００３８】
もう１つの実施形態では、本発明は、金属基材料を含む物品のための多孔質焼結セラミック酸化物予備成形体の製造方法において：
少なくとも部分的に、少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維で補強された金属基複合材料を含むように１つの物品を設計する工程であって、セラミック酸化物材料を含む少なくとも１つのセラミック酸化物予備成形体を構成するための金属基複合材料が実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部分に沿って延在し、実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維が第１のヤング率を有し、セラミック酸化物材料が第２のヤング率を有し、第１のヤング率が第２のヤング率よりも大きい工程；および
結果として得られた設計に基づいて、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定する少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有するセラミック酸化物材料を含む多孔質焼結セラミック酸化物予備成形体を調製する工程であって、セラミック酸化物材料が実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在する工程、
を含んで成る方法を提供する。
【００３９】
もう１つの実施形態では、本発明は、金属基材料を含む物品のための多孔質焼結セラミック酸化物予備成形体の製造方法において：
少なくとも部分的に、実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維で補強された金属基複合材料を含むように１つの物品を設計する工程であって、セラミック酸化物材料を含む少なくとも１つのセラミック酸化物予備成形体を構成するための金属基複合材料が実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部分に沿って延在し、実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維が第１のヤング率を有し、セラミック酸化物材料が第２のヤング率を有し、第１のヤング率が第２のヤング率よりも大きい工程；および
結果として得られた設計に基づいて、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維のトウを所定の場所に固定する少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有するセラミック酸化物材料を含む多孔質焼結セラミック酸化物予備成形体を調製する工程であって、セラミック酸化物材料が実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在する工程、
を含んで成る方法を提供する。
【００４０】
もう１つの実施形態では、本発明は、金属基材料を含む物品のための多孔質焼結セラミック酸化物予備成形体の製造方法において：
少なくとも部分的に、少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維で補強された金属基複合材料を含むように１つの物品を設計する工程；
結果として得られた設計に基づいて、実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維および繊維を合わせて結合する結合剤材料を含む細長い予備成形体を調製する工程；
細長い予備成形体の長さの少なくとも一部分に沿って延在するグリーンセラミック酸化物材料を含むグリーンセラミック酸化物予備成形体を調製する工程；および
実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定するセラミック酸化物材料を含む多孔質焼結セラミック酸化物予備成形体を提供するべくグリーンセラミック酸化物予備成形体を加熱する工程であって、該セラミック酸化物材料が実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在し、該実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が本質的に長手方向に配列している工程、
を含んで成る方法を提供する。
【００４１】
もう１つの実施形態では、本発明は、金属基材料を含む物品のための多孔質焼結セラミック酸化物予備成形体の製造方法において：
少なくとも部分的に、実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維で補強された金属基複合材料を含むように１つの物品を設計する工程；
結果として得られた設計に基づいて、実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維から成るトウおよび実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維から成るトウを合わせて結合する結合剤材料を含む細長い予備成形体を調製する工程；
細長い予備成形体の長さの少なくとも一部分に沿って延在するグリーンセラミック酸化物材料を含むグリーンセラミック酸化物予備成形体を調製する工程；および
実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維のトウを所定の場所に固定するセラミック酸化物材料を含む多孔質焼結セラミック酸化物予備成形体を提供するべくグリーンセラミック酸化物予備成形体を加熱する工程であって、該セラミック酸化物材料が実質的に連続的な繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在し、該実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が本質的に長手方向に配列している工程、
を含んで成る方法を提供する。
【００４２】
もう１つの実施形態では、本発明は、金属基材料を含む物品のための多孔質焼結セラミック酸化物予備成形体の製造方法において：
少なくとも部分的に、少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維で補強された金属基複合材料を含むように１つの物品を設計する工程；
結果として得られた設計に基づいて、実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維および繊維を合わせて結合する結合剤材料を含む細長い予備成形体を調製する工程；
細長い予備成形体の長さの少なくとも一部分に沿って延在するグリーンセラミック酸化物材料を含むグリーンセラミック酸化物予備成形体を調製する工程；および
実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定する少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有するセラミック酸化物材料を含む多孔質焼結セラミック酸化物予備成形体を提供するべくグリーンセラミック酸化物予備成形体を加熱する工程であって、該セラミック酸化物材料が実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在する工程、
を含んで成る方法を提供する。
【００４３】
もう１つの実施形態では、本発明は、金属基材料を含む物品のための多孔質焼結セラミック酸化物予備成形体の製造方法において：
少なくとも部分的に、実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維で補強された金属基複合材料を含むように１つの物品を設計する工程；
結果として得られた設計に基づいて、実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維から成るトウおよび実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維から成るトウを合わせて結合する結合剤材料を含む細長い予備成形体を調製する工程；
細長い予備成形体の長さの少なくとも一部分に沿って延在するグリーンセラミック酸化物材料を含むグリーンセラミック酸化物予備成形体を調製する工程；および
実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定する少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有するセラミック酸化物材料を含む多孔質焼結セラミック酸化物予備成形体を提供するべくグリーンセラミック酸化物予備成形体を加熱する工程であって、該セラミック酸化物材料が実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在する工程、
を含んで成る方法を提供している。
【００４４】
もう１つの実施形態では、本発明は、多孔質セラミック酸化物および金属基材料を含む金属基複合材料物品において、セラミック酸化物予備成形体が、少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的なセラミック酸化物繊維およびこの実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部分に沿って延在する多孔質焼結セラミック酸化物材料を含み、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が本質的に長手方向に配列しており、多孔質セラミック酸化物材料には、多孔質焼結セラミック酸化物材料内に拡がる金属基材料の少なくとも一部分が浸透している、金属基複合材料物品を提供する。
【００４５】
もう１つの実施形態では、本発明は、多孔質セラミック酸化物および金属基材料を含む金属基複合材料物品において、セラミック酸化物予備成形体が、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維のトウおよびこのトウの長さの少なくとも一部分に沿って延在する多孔質焼結セラミック酸化物材料を含み、トウが本質的に長手方向に配列しており、多孔質セラミック酸化物材料には、多孔質焼結セラミック酸化物材料内に拡がる金属基材料の少なくとも一部分が浸透している、金属基複合材料物品を提供する。
【００４６】
もう１つの実施形態では、本発明は、多孔質セラミック酸化物および金属基材料を含む金属基複合材料物品において、セラミック酸化物予備成形体が、少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維およびこの実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部分に沿って延在する少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有する多孔質焼結セラミック酸化物材料を含み、多孔質焼結セラミック酸化物材料には、多孔質焼結セラミック酸化物材料内に拡がる金属基材料の少なくとも一部分が浸透している、金属基複合材料物品を提供する。
【００４７】
もう１つの実施形態では、本発明は、多孔質セラミック酸化物および金属基材料を含む金属基複合材料物品において、セラミック酸化物予備成形体が、セラミック酸化物繊維のトウおよびこのトウの長さの少なくとも一部分に沿って延在する少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有する多孔質焼結セラミック酸化物材料を含み、多孔質焼結セラミック酸化物材料には、金属基材料の少なくとも一部分が浸透している、金属基複合材料物品を提供する。
【００４８】
もう１つの実施形態では、本発明は、多孔質セラミック酸化物予備成形体および金属基材料を含む金属基複合材料物品において、セラミック酸化物予備成形体が、
多孔質セラミック酸化物を受容するためのアパーチャを内含する第１の多孔質焼結セラミック物品；および
アパーチャ内に位置づけされ、多孔質焼結セラミック酸化物材料および少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を含む第２のセラミック物品であって、該多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定しており、多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的な繊維の長さの少なくとも一部分に沿って延在し、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が本質的に長手方向に配列している、物品、
を含んで成り、
多孔質焼結セラミック酸化物材料には金属基材料の少なくとも一部分が浸透している、金属基複合材料を提供する。
【００４９】
もう１つの実施形態では、本発明は、多孔質セラミック酸化物予備成形体および金属基材料を含む金属基複合材料物品において、セラミック酸化物予備成形体が、
多孔質セラミック酸化物を受容するためのアパーチャを内含する第１の多孔質焼結セラミック物品；および
アパーチャ内に位置づけされ、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維のトウを所定の場所に固定する多孔質焼結セラミック酸化物材料を含む第２のセラミック物品であって、多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的な繊維の長さの少なくとも一部分に沿って延在し、トウが本質的に長手方向に配列している、物品、
を含んで成り、
多孔質焼結セラミック酸化物材料には金属基材料の少なくとも一部分が浸透している金属基複合材料を提供する。
【００５０】
もう１つの実施形態では、本発明は、多孔質セラミック酸化物予備成形体および金属基を含む金属基複合材料物品において、セラミック酸化物予備成形体が、
多孔質セラミック酸化物を受容するためのアパーチャを内含する第１の多孔質焼結セラミック物品；および
アパーチャ内に位置づけされ、少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有する多孔質焼結セラミック酸化物材料および少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を含む第２のセラミック物品であって、該多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定しており、多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在する物品、
を含んで成り、
多孔質セラミック酸化物材料には金属基材料の少なくとも一部分が浸透している、金属基複合材料を提供する。
【００５１】
もう１つの実施形態では、本発明は、多孔質セラミック酸化物予備成形体および金属基を含む金属基複合材料物品において、セラミック酸化物予備成形体が、
多孔質セラミック酸化物を受容するためのアパーチャを内含する第１の多孔質焼結セラミック物品；および
アパーチャ内に位置づけされ、実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維から成るトウを所定の場所に固定する少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有する多孔質焼結セラミック酸化物材料を含む第２のセラミック物品であって、多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在する物品、
を含んで成り、
多孔質セラミック酸化物材料には金属基材料の少なくとも一部分が浸透している、金属基複合材料を提供する。
【００５２】
本発明に従ったセラミック酸化物予備成形体は、例えば、金属基複合材料物品内に補強材料を提供するのに有用である。本発明の一態様の１つの利点は、それが、１つの金属（例えば鋳鉄）で作られた既存の物品を実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を内含するセラミック酸化物材料で補強されたもう１つの金属（例：アルミニウム）から作られるべく設計し直し、かくして後者（すなわちその物品の金属基複合材料バージョン）が第１の金属で作られたもとの物品の使用に必要とされるものに少なくとも等しい或る種の望ましい物性（例えばヤング率、降伏強度、および延性）を有するようにすることができる、という点にある。任意には、物品を、もとの物品と同じ物理的寸法を有するように設計し直すことができる。
【００５３】
好ましい実施形態の詳細な説明
本発明は、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を含むセラミック酸化物予備成形体および（本発明に従った開放孔隙率を含む）少なくとも１つのセラミック酸化物予備成形体を含んで成る金属基複合材料物品を提供する。好ましくは、本発明に従ったセラミック酸化物予備成形体ならびに金属基複合材料物品は、望ましい特性、低コストおよび製造の容易さの最適なまたは少なくとも受容可能なバランスを達成するべく、特定の利用分野のために設計されている。
【００５４】
標準的には、本発明に従った多孔質セラミック酸化物（単複）の予備成形体は、特定の利用分野のためにおよび／または或る種の特性および／または特長を有するように設計されている。例えば、１つの金属（例えば鋳鉄）で作られた既存の物品を選択し、実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を内含するセラミック酸化物材料で補強されたもう１つの金属（例：アルミニウム）から作られるべく設計し直し、かくして後者（すなわちその物品の金属基複合材料バージョン）が第１の金属で作られたもとの物品の使用に必要とされるものに少なくとも等しい或る種の望ましい物性（例えばヤング率、降伏強度、および延性）を有するようにする。任意には、物品を、もとの物品と同じ物理的寸法を有するように設計し直すことができる。
【００５５】
所望の金属基複合材料物品形態、所望の特性、可能な金属およびその原料となることが望まれ得るセラミック酸化物材料ならびにこれらの材料の関連する特性が収集され、考えられる適切な構造を提供するために使用される。可能な構造を生成するための好ましい方法は、（中央処理ユニット（ＣＰＵ）および入出力装置の使用を内含する）従来のコンピュータシステムを援用するＦＥＡソフトウェアランの使用を含めた、有限要素分析（ＦＥＡ）の使用である。適切なＦＥＡソフトウェアは、「ＡＮＳＹＳ」という商品名でＡｎｓｙｓ， Ｉｎｃ．， Ｃａｎｏｎｓｂｕｒｇ， ＰＡにより市販されているものを含め、市販されている。ＦＥＡは、物品を数学的にモデリングし、連続的セラミック酸化物繊維そして場合によってはその他のセラミック酸化物材料の配置が所望の特性レベルを提供することになる領域を識別する上で助けとなる。非線形幾何については、より好ましい設計を得るために、ＦＥＡの複数の反復を実行することが標準的に必要である。
【００５６】
図１を参照すると、本発明に従ったセラミック酸化物予備成形体１０は、実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維１２および多孔質セラミック酸化物材料１４を含んで成る。多孔質焼結セラミック酸化物材料を含めたいくつかの好ましい多孔質セラミック酸化物材料には、αアルミナが含まれる。
【００５７】
本発明の連続的補強用繊維は、実質的に長手方向に配列しており、かくして一般に互いに平行となっている。これらの繊維は個別の繊維としてセラミック酸化物予備成形体内に取込まれ得るものの、より標準的には、束またはトウの形態で繊維の群として予備成形体の中に取込まれる。束またはトウ内の繊維は、互いに長手方向に配列した（すなわち一般に平行な）関係に維持される。多数の束またはトウが予備成形体の中で利用される場合、繊維の束またはトウは同じく互いに長手方向に配列した（すなわち一般に平行な）関係に維持される。標準的には、個々の繊維配列がその平均長手方向軸の±１０°，より好ましくは±５°，最も好ましくは±３°以内に維持される本質的に長手方向に配列した形態に連続した補強用繊維の全てが維持されることが好ましい。織り、ニットなどの繊維構造の形をした連続補強用繊維は、標準的に長手方向に配列した繊維で実現されるさらに高い繊維パッキング密度を達成することができない。かくして、織り、ニットなどの繊維構造を利用する予備成形体に基づく金属浸透物品は、標準的に、長手方向に配列した連続補強用繊維を有する金属浸透物品に比べて低い強度特性を示し、従って、さほど好まれない。
【００５８】
いくつかの予備成形体構造については、長手方向に配列したセラミック酸化物繊維が直線（すなわち平面的に拡張しない）ではなく湾曲させられることが望ましいまたは必要である可能性がある。従って、例えば、長手方向に配列したセラミック酸化物繊維は、繊維全体にわたり平面であっても、繊維長全体にわたり非平面（すなわち湾曲）であってもよく、又、いくつかの部分では平面でありその他の部分では非平面（すなわち湾曲）であることもでき、この場合、連続する補強用繊維は、予備成形体の湾曲した部分全体を通して実質的に交差しない曲線を成した（すなわち長手方向に配列した）配置に維持される。好ましい実施形態においては、繊維は、予備成形体の湾曲部分全体を通して互いに実質的に等間隔関係に維持される。例えば、図６Ａおよび６Ｄの実質的に連続的なαアルミナ繊維インサート２０８の概略斜視図である図６Ｃは、長手方向に配列したαアルミナ繊維６７を例示している。長手方向に配列したαアルミナ繊維６７は、切断線ＢＢとＣＣの間および切断線ＤＤとＥＥの間で平面であり、切断線ＣＣとＤＤの間で湾曲している。代替的には、長手方向に配列したセラミック酸化物繊維は、その長さ全体にわたり非平面であってもよい。例えば図１０を参照すると、本発明に従ったセラミック酸化物予備成形体は、長手方向に配列したセラミック酸化物繊維１０２および多孔質セラミック酸化物材料１０４を含み、ここで長手方向に配列したセラミック酸化物繊維１０２はその長さ全体にわたり湾曲している。後者のタイプの予備成形体から作ることのできる金属基複合材料物品の一例は、図１１に示されているようなアルミニウム金属基複合材料リングである。リング１１０は、金属１１２およびセラミック酸化物予備成形体１００で構成されている（図１０参照）。かかるリングは、例えば、大きい遠心力に付される高速回転機械類において有用である。
【００５９】
もう１つの態様については、いくつかの予備成形体構造について、２、３、４またはそれ以上の層の長手方向に配列したセラミック酸化物繊維プライを有することが望ましい、または必要とされる可能性がある（すなわち、１つのプライは、実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維の少なくとも一層（好ましくは実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維から成るトウの少なくとも一層）である）。これらのプライは、さまざまな方向のうちの任意の方向で互いとの関係において方向づけされていてよい。プライ相互間の関係の例は、図１２および１３に示されている。図１２を参照すると、本発明に従ったセラミック酸化物予備成形体１２０は、多孔質セラミック酸化物材料１２４内に固定された長手方向に配列したセラミック酸化物繊維１２１および１２２の第１および第２のプライを含み、ここで、長手方向に配列したセラミック酸化物繊維１２１の第１のプライは、長手方向に配列したセラミック酸化物繊維１２２の第２のプライとの関係において４５°に位置づけされているが、特定の利用分野に応じて、１つのプライのその他のプライ（単複）との関係における位置の差は、ゼロ度以上９０°の間のいずれかにありうる。いくつかの利用分野についての１つのプライのその他のプライとの関係における好ましい位置づけは、約３０°〜約６０°の範囲内、さらには例えば約４０°〜約５０℃の範囲内であり得る。任意には、多孔質セラミック酸化物材料は、２つ以上のプライの間にあり得る。
【００６０】
セラミック酸化物繊維１３１が長手方向に配列したセラミック酸化物繊維１３２のまわりにらせん状に巻きつけられている図１３に示されているような繊維の巻きつけを受けることによっても、繊維群が恩恵を受ける可能性がある。長手方向に配列したセラミック酸化物繊維のプライが提供する特性の恩恵を受け得る金属基複合材料物品の例としては、使用中に２本の垂直軸のまわりの曲げ力を受ける物品がある。
【００６１】
本発明に従った多孔質セラミック酸化物予備成形体を製造するのに用いられる実質的に連続的な補強用繊維は、好ましくは、少なくとも約５マイクロメートルの平均直径を有する。好ましくは、平均繊維直径は、約２５０マイクロメートル以下であり、より好ましくは約１００マイクロメートル以下である。繊維トウについては、平均繊維直径は、好ましくは約５０マイクロメートル以下、より好ましくは約２５マイクロメートル以下である。
【００６２】
好ましくは、繊維は、約７０ＧＰａ以上、より好ましくは少なくとも１００ＧＰａ，少なくとも１５０ＧＰａ，少なくとも２００ＧＰａ，少なくとも２５０ＧＰａ，少なくとも３００ＧＰａ，さらには少なくとも３５０ＧＰａのヤング率を有する。
【００６３】
好ましくは、セラミック酸化物繊維は少なくとも１．４ＧＰａ，より好ましくは少なくとも１．７ＧＰａ，さらに一層好ましくは少なくとも約２．１ＧＰａ，そして最も好ましくは少なくとも約２．８ＧＰａの平均引張り強度を有する。
【００６４】
本発明に従った金属基複合材料を作るために有用でありうる実質的に連続した繊維の例としては、αアルミナ繊維ルミノケイ酸塩繊維といったようなαアルミナ繊維およびアルミノホウケイ酸塩繊維が含まれる。セラミック酸化物繊維は、単一フィラメントとしてかまたはまとまった形（例えば糸またはトウとして）市販されている。糸またはトウは、好ましくは、１トウあたり少なくとも７５０の個別繊維、より好ましくは１トウあたり少なくとも２５５０の個別繊維を含んで成る。トウは、繊維技術において周知のものであり、ロープ状に集められた複数の（個別）繊維（標準的には少なくとも１００繊維、より標準的には少なくとも４００繊維）を意味する。セラミック酸化物繊維のトウを内含するセラミック酸化物繊維は、さまざまな長さで入手可能である。繊維は、円形または楕円形である横断面形状を有する可能性がある。
【００６５】
アルミナ繊維を製造する方法は、当該技術分野において周知であり、Ｕ．Ｓ． Ｐａｔ． Ｎｏ．４，９５４，４６２（Ｗｏｏｄ ｅｔ ａｌ．）の中に開示された方法が含まれる。好ましくは、アルミナ繊維は、多結晶αアルミナベースの繊維であり、理論的酸化物ベースで、アルミナ繊維の合計重量に基づき約９９重量パーセントのＡｌ_２Ｏ_３、および約０．２〜０．５重量パーセントのＳｉＯ_２を含む。もう１つの態様では、好ましい多結晶αアルミナベース繊維は、１マイクロメートル（より好ましくは０．５マイクロメートル未満）の平均粒度を有するαアルミナを含む。もう１つの態様においては、好ましい多結晶αアルミナベース繊維は、少なくとも１．６ＧＰａ（好ましくは少なくとも２．１ＧＰａ、より好ましくは少なくとも２．８ＧＰａ）の平均引張り強度を有する。好ましいαアルミナ繊維は、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｓｔ． Ｐａｕｌ． ＭＮから「ＮＥＸＴＥＬ６１０」という商品名で市販されている。＜原文抜け＞から市販され、繊維の合計重量に基づいて約８９重量パーセントのＡｌ_２Ｏ_３、約１０重量パーセントのＺｒＯ_２、そして約１重量パーセントのＹ_２Ｏ_３を含むもう１つのαアルミナ繊維は、「ＮＥＸＴＥＬ６５０」という商品名で販売されているものである。
【００６６】
好ましいアルミノケイ酸塩繊維は、Ｕ．Ｓ． Ｐａｔ． Ｎｏ．４，０４７，９６５（Ｋａｒｓｔ ｅｔ ａｌ．）に記述されている。好ましくは、アルミノケイ酸塩繊維は、理論的酸化物ベースで、アルミノケイ酸塩繊維の合計質量に基づき、約６７〜約８５質量パーセントの範囲内のＡｌ_２Ｏ_３および約３３〜約１５質量パーセントの範囲内のＳｉＯ_２を含む。一部の好ましいアルミノケイ酸塩繊維は、理論的酸化物ベースで、アルミノケイ酸塩繊維の合計質量に基づき、約６７〜約７７質量パーセントの範囲内のＡｌ_２Ｏ_３および約３３〜約２３質量パーセントの範囲内のＳｉＯ_２を含む。１つの好ましいアルミノケイ酸塩繊維は、理論的酸化物ベースで、アルミノケイ酸塩繊維の合計質量に基づき、約８５質量パーセントのＡｌ_２Ｏ_３および約１５質量パーセントのＳｉＯ_２を含む。もう１つの好ましいアルミノケイ酸塩繊維は、理論的酸化物ベースで、アルミノケイ酸塩繊維の合計質量に基づき、約７３質量パーセントのＡｌ_２Ｏ_３および２７質量パーセントのＳｉＯ_２を含む。好ましいアルミノケイ酸塩繊維は、「ＮＥＸＴＥＬ７２０」および「ＮＥＸＴＥＬ５５０」という商品名で３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている。
【００６７】
好ましいアルミノホウケイ酸塩繊維は、Ｕ．Ｓ． Ｐａｔ． Ｎｏ．３，７９５，５２４（Ｓｏｗｍａｎ）に記述されている。好ましくは、アルミノホウケイ酸塩繊維は、理論的酸化物ベースで、アルミノホウケイ酸塩繊維の合計質量に基づいて、約３５質量パーセント〜約７５質量パーセント（より好ましくは約５５質量パーセント〜約７５質量パーセント）のＡｌ_２Ｏ_３；０質量パーセント以上（より好ましくは少なくとも約１５質量パーセント）および約５０質量パーセント未満（より好ましくは、約４５パーセント未満、最も好ましくは約４４パーセント未満）のＳｉＯ_２；そして約５質量パーセント以上（より好ましくは約２５質量パーセント未満、さらに一層好ましくは約１質量パーセント〜約５質量パーセント，そして最も好ましくは約２質量パーセント〜約２０質量パーセント）のＢ_２Ｏ_３を含む。好ましいアルミノホウケイ酸塩繊維は、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから「ＮＥＸＴＥＬ３１２」および「ＮＥＸＴＥＬ４４０」という商品名で市販されている。
【００６８】
市販の実質的に連続的なセラミック酸化物繊維は標準的に、潤滑性を提供し取扱い中の繊維ストランドを保護する目的で添加される有機サイズ剤を内含する。サイジングは、繊維の破損率を低減させ、静電気を削減し、例えば布への転換中の塵埃量を低減させる傾向を有すると考えられている。サイジングは、例えば溶解または焼却により除去できる。
【００６９】
セラミック酸化物繊維上にコーティングを施すことも本発明の範囲内に入る。コーティングは、例えば、繊維の湿潤性を増強するため、繊維と溶融金属基材料の間の反応を削減または防止するために使用できる。かかるコーティングおよびかかるコーティングを施すための技術は、繊維および金属基複合材料の技術において周知である。
【００７０】
多孔質セラミック酸化物予備成形体は、例えば、連続繊維のまわりに（ホイスカを含む）不連続セラミック酸化物繊維のスラリーを注入成形することによって作ることができる。標準的には、連続繊維はキャビティ（例えば金型）の中に位置づけされ、スラリーが金型に付加される。連続繊維は、結果として得られたセラミック酸化物材料の中に適切に位置づけされるような形でキャビティ内に位置づけされる。キャビティは、所望の形状を提供するように構成されているが、セラミック酸化物予備成形体の所望の形態を提供するべく、例えば機械加工により結果として得られたセラミック酸化物材料を再造形することも又、本発明の範囲内に入る。
【００７１】
（ホイスカを含む）適切な不連続セラミック酸化物繊維は、（デルタアルミナといったような）遷移アルミナおよびαアルミナを含めたアルミナ、アルミノケイ酸塩繊維およびアルミノホウケイ酸塩繊維を内含し、かかる材料の製造方法および／または供給源は、当該技術分野において既知である。不連続繊維は、例えば、（以上で論述されている連続繊維を含めた）連続繊維を切断または細断することにより作ることができる。市販の不連続セラミック酸化物繊維の例としては、Ｊ＆Ｊ Ｄｙｓｏｎ， Ｗｉｄｎｅｓｓ， ＵＫ社製の「ＳＡＦＦＩＬ」， Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｅｒａｍｉｃｓ Ｉｎｃ．， Ａｕｇｕｓｔａ ＧＡ社製の「ＫＡＯＷＯＯＬ」およびＵｎｉｆｒａｘ， Ｎｉａｇａｒａ Ｆａｌｌｓ， ＮＹ社製の「ＦＩＢＥＲＦＲＡＸ」という商品名で販売されているものが含まれる。
【００７２】
標準的には、不連続繊維は、約１マイクロメートル〜約２０マイクロメートル，好ましくは約３マイクロメートルから約１２マイクロメートルの範囲内の直径を有し、最高約２．５ｃｍの長さ、好ましくは１．２ｃｍ未満の長さであるが、ホイスカは標準的に、約６マイクロメートル〜約１２マイクロメートルの長さを有する。
【００７３】
任意には、スラリーはさらに、アルミナ（αアルミナを内含する）粒子、アルミノケイ酸塩粒子およびアルミノホウケイ酸塩粒子といったセラミック酸化物粒子を含む可能性がある。標準的には、粒子の好ましい平均粒度は、約０．０５マイクロメートル〜約５０マイクロメートルの範囲内にある。スラリーはさらに、コロイドシリカ、コロイドアルミナなどといった（例えばその他の位相を作るべく多孔質セラミック酸化物予備成形体の製造に用いられるその他の成分との反応により（例えばシリカはアルミナと反応してムライトを形成する）無欠性を増強させる上で一助となり得るセラミック酸化物結合材料を含む可能性がある。
【００７４】
適切なスラリーは、当該技術分野において既知の技術を用いて形成できる。標準的にはスラリーは、水といったような液体媒質中に不連続繊維を分散させることによって形成される。連続繊維の取扱いおよび位置づけを助けるため、繊維インサート（例えばリボン）を使用できる。繊維インサートは、結合剤材料と共に保持された複数の連続繊維を含む。図２を参照すると、繊維インサート２０は実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維２２および繊維２２（トウ２３の形で示されているような）を繊維インサート２０内に固定するのに役立つ不堅牢結合剤材料２４を含んで成る。結合剤材料２４は、繊維インサート２０を成形するのに必要な範囲内でのみ繊維と接触し、必ずしも全ての繊維と接触していなくてもよい。例えば、内部繊維は、結合剤材料と接触していなくてよい。
【００７５】
繊維インサートを製造するための結合剤材料を選択するにあたっては、該当する場合には、セラミック酸化物予備成形体の特性に対して結合剤材料が及ぼしうる不利な効果、ならびに、該当する場合には、セラミック酸化物予備成形体の使用に対し結合剤材料が及ぼしうる影響が考慮される（例えば、該当する場合には、セラミック酸化物予備成形体から作られた金属基複合材料物品の特性に対して結合剤材料が及ぼし得る不利な効果が考慮される）。
【００７６】
結合剤材料は、連続繊維を合わせて一時的に結合するためならびに繊維を取扱い究極的にセラミック酸化物予備成形体内に配置するのを補助するために用いられる。結合剤材料は好ましくは、予備成形体製造プロセスのカ焼段の間に好ましくは比較的低温で完全燃焼して残渣または灰を全く残さない不堅牢材料であり得る。１つの好ましい不堅牢結合剤材料は、その融点より高い温度で加熱され繊維に適用されその後望まれる通りに繊維を保持するべく凝固し得るろう（例えばパラフィン）である。その他の好ましい不堅牢結合剤材料には、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）およびその組合せといったような水溶性重合体が含まれる。その他の適切な不堅牢結合剤材料としては、Ｃｙｔｅｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ， Ｗｅｓｔ Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ， ＮＪにより販売されているもの（以前３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙにより「ＳＰ３８１ ＳＣＯＴＣＨＰＬＹ ＡＤＨＥＳＩＶＥ」の商品名で販売されていたもの）のようなエポキシが挙げられる。
【００７７】
上述のように、セラミック酸化物予備成形体は標準的には、一定の目的のために設計され、その結果、一定の特性を有し、一定の形態を有しかつ一定の材料で作られることが望まれる。標準的には、金型は、ほぼネットシェープを形成するべく注入成形すべき物品の所望の形状を提供するように選択され作られる。ネットシェープまたはほぼネットシェープの物品を成形することによって、例えば、注入成形された物品のその後の機械加工またはその他の後注入成形加工の必要性およびコストを最低限にするかまたは無くすることができる。キャビティは、結果として得られるセラミック酸化物材料のための所望の形状を得るように選択または製造される。標準的には、キャビティは、結果として得られるセラミック酸化物予備成形体内で連続繊維が適切に位置づけされるような形で、所望の場所に連続繊維を保持するように作られるかまたは適合される。適切なキャビティを作るための技術は、当業者にとって既知のものである。かかるキャビティは、木、プラスチック、黒鉛、および鋼（例えばステンレス鋼）といった剛性材料で作られていてよい。スラリーからの液体の除去を容易にするために、金型内に単数または複数のアパーチャを設けることができる。
【００７８】
本発明に従ったグリーンセラミック酸化物予備成形体は、例えばキャビティ内に連続繊維を位置づけし、不連続セラミック酸化物繊維を含むスラリーをキャビティ内に導入し、スラリーから液体を除去することによって作ることかできる。標準的には、液体は、キャビティ内のアパーチャを介して除去される。アパーチャを通しての液体の除去は、真空を援用することで増強できる。好ましくは真空は１０００ｍｂａｒｓ未満、より好ましくは８５０ｍｂａｒｓ未満である。代替的には、または真空に加えて、キャビティからの液体の除去は、圧力を加えることで増強できる。
【００７９】
グリーン予備成形体は、キャビティ内で乾燥されるのでないかぎり、標準的にキャビティからの除去後、カ焼または焼結の前に乾燥させられる。好ましくは、予備成形体は、約７０℃〜約１００℃、より好ましくは約８５℃〜約１００℃の範囲内の少なくとも１つの温度まで、標準的に最も好ましくは約１００℃で乾燥させられる。
【００８０】
グリーン予備成形体は標準的に、焼結に先立ちカ焼される。液相の形成のために必要とされる温度よりも低い温度での固体状態反応により結合温度まで材料が加熱される焼結とは異なり、カ焼とは、融合無しに自由水そして好ましくはあらゆる結合した揮発性成分の少なくとも約９０ｗｔ％を削除するための温度（単複）までの材料の加熱のことである。
【００８１】
標準的なカ焼温度は、４００℃〜約８００℃、好ましくは約６００℃〜約８００℃の範囲内にある。標準的な焼結温度は９００℃〜約１１５０℃、好ましくは約９５０℃〜約１１００℃、より好ましくは約９５０℃〜約１１００℃の範囲内にある。
【００８２】
乾燥、カ焼および焼結時間は、例えば関与する材料ならびに予備成形体の（サイズを含めた）形態によって左右され得る。
【００８３】
連続繊維の長さとの関係における連続繊維の方向性は、本発明に従ったセラミック酸化物予備成形体を作るのに使用される製造プロセスによって調整可能である。例えば、（側面ではなく）キャビティの底面（または上面）から液体を優先的に除去するべくスラリーを保持するために使用されるキャビティの底面内にアパーチャを位置づけることの結果として、不連続繊維の最大の寸法は、キャビティの側面の長さに対して平行に位置づけされた連続繊維の長さに対し、直交であるよりもむしろ優先的に平行になる可能性がある。例えば、図３を参照すると、結合剤材料３３で一緒に保持された複数の連続繊維３２を含んで成る繊維インサートまたはリボン３１が、キャビティ３４の中に位置づけされる。連続繊維３２の長さは、キャビティ３４の底面３６に対して直交する。スラリー３７からの液体は、アパーチャから除去され、かくして不連続繊維の最大寸法は、優先的に連続繊維３２の長さに対して平行であるよりもむしろ直交するようになっている。
【００８４】
好ましくは、液体の除去は、真空により補助される。例えば、繊維インサートの各端部でクリップにより所望の場所に保持されるように、金型内に繊維インサートを付着させることができる。１つの真空成形技術においては、真空下での水除去のため金型の１つの側面上にスクリーンが配置される。スクリーンの配置は、不連続繊維の所望の方向性によって決定される。例えば、不連続繊維を長手方向に配列した連続的な繊維の長さに対して優先的に直交させて配列させることが望ましい場合には、スクリーンを、繊維の長さ方向に直交させ、繊維の長さの片端に位置づけすることができる。スラリーは例えば、スラリー内に金型を沈め、その後金型からスラリーを除去またはポンプ送りすることにより付加できる。液体を引き出すため金型のスクリーン側に真空を適用することができる。液体が除去された時点で、不連続繊維は、優先的に連続繊維の長さとの関係において配列される。さらに多くの水を強制的に出すため繊維に対しその後圧力を加えることができ、これも又不連続繊維を高密度化する一助となりうる。
【００８５】
同様にして、例えば（上面および底面ではなく）キャビティの側面から液体を優先的に除去するべくスラリーを保持するために使用されるキャビティの側面内にアパーチャまたは穴を位置づけることの結果として、不連続繊維の最大の寸法は、キャビティの側面の長さに対して平行に位置づけされた連続繊維の長さに対し、平行であるよりもむしろ優先的に直交することになる可能性がある。
【００８６】
本発明に従ったセラミック酸化物予備成形体は、実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維の複数の群（例えば２群、３群など）を含むことができ、ここで実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維の群は、間に多孔質セラミック酸化物材料を伴って、その他の群（単複）から離隔されている。例えば、再び図１を参照すると、本発明に従ったセラミック酸化物予備成形体は、実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維１２および多孔質セラミック酸化物材料１４の群１２Ａ、１２Ｂおよび１２Ｃを含む。
【００８７】
セラミック酸化物予備成形体は、ロッド（円形、矩形または方形断面を有するロッドを含む）Ｉ形梁または管を含めたさまざまな形状のうちの１つをとり得る。セラミック酸化物予備成形体は、細長くかつ実質的に一定の横断面積を有していてよい。
【００８８】
一部の利用分野においては、金属基複合材料物品を補強するための予備成形体としてかまたはインサートとして、図１内のセラミック酸化物予備成形体といったような実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維および多孔質セラミック酸化物材料を含む多孔質セラミック酸化物予備成形体を使用することができる。セラミック酸化物予備成形体の一部の用途のためには、本発明に従った単数または複数のセラミック酸化物予備成形体を受入れるべく少なくとも１つのアパーチャを有する第２のセラミック酸化物予備成形体を調製することが望ましいかもしれない。例えば、図４を参照すると、セラミック酸化物予備成形体４０は、多孔質セラミック酸化物材料４２で構成され、本発明に従ったセラミック酸化物予備成形体を受入れるためのアパーチャ４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄを有する。図示されているように、アパーチャ４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄおよび４４Ｅは、各々多孔質セラミック酸化物予備成形体１０を受入れるように設計されている（図１参照）。第２のセラミック酸化物予備成形体は、上述のように、ならびに当該技術分野において既知の技術により作ることができる。本発明に従った１つの好ましい実施形態においては、第１の多孔質材料のヤング率は、第２の多孔質材料のヤング率よりも大きく、連続繊維のヤング率は、第１の多孔質材料のヤング率よりも大きい。
【００８９】
連続繊維のために中にアパーチャ（単複）を提供し、その後繊維をアパーチャ（単複）の中に挿入することを含め、連続繊維を固定するセラミック酸化物材料を成形することも同様に本発明の範囲内に入る。
【００９０】
セラミック酸化物予備成形体の成形に関する付加的な詳細については、例えば、それぞれ１９８７年５月２８日および１９８８年９月１４日付けのＵ．Ｓ． Ｐａｔ． Ｎｏ．５，３９４，９３０（Ｋｅｎｎｅｒ ｋｎｅｃｈｔ）およびＧｒｅａｔ Ｂｒｉｔａｉｎ Ｐａｔ． Ｄｏｃ． Ｎｏｓ ２１８２，９７０ＡおよびＢを参照のこと。その他の技術およびその他の好ましい条件も、本書の開示を再考することによって明らかとなる可能性がある。
【００９１】
本発明に従ったセラミック酸化物予備成形体のための好ましい用途は、金属基複合材料における補強材としてである。本発明に従った多孔質セラミック酸化物予備成形体から作られた本発明に従った金属基複合材料物品の一例が、図６Ａ、６Ｂ、６Ｃおよび６Ｄに示されている。自動車両（例えば、乗用車、スポーツ車、バンまたはトラック）のためのブレーキキャリパは、金属（例えばアルミニウム）６２および本発明に従ったセラミック酸化物予備成形体２００で構成されている。図６Ｄおよび６Ｅは、それぞれラインＦＦおよびＧＧに沿った図６Ｂの横断面図である。図６Ｄおよび６Ｅにおいては、セラミック酸化物予備成形体２００は、多孔質セラミック酸化物材料２０２および２０４および、それぞれ実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維６８および６７を内含する実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維インサート２０６および２０８を含む。
【００９２】
本発明に従った多孔質セラミック酸化物予備成形体を内蔵するブレーキキャリパならびにこのブレーキキャリパを利用する自動車（例えば乗用車、スポーツタイプの車、バンまたはトラック）のもう１つの構造例が図５に示されている。自動車用のディスクブレーキの一例ではローター：ローターの両側面上に配置されそれと制動係合状態に入るべく可動な内側および外側ブレーキパッド；ローターに対して内側ブレーキパッドを押付けるピストン；ローターの側面上に位置づけされピストンを収納するシリンダを有する本体部材を含むブレーキキャリパ、ローターのもう１方の側面上に位置づけされ外側ブレーキパッドを支持するアーム部材およびローターの平面を横断して、本体部材とアーム部材の間に拡がるブリッジを含む。再び図５を参照すると、ディスクブレーキアセンブリ５０は、本体部材５２で形成されたブレーキキャリパハウジング５１、アーム部材５４および一方の端部では本体部材５２でそして他方の端部ではアーム部材５４に連結されたブリッジ５６を含んで成る。本体部材５２は、内側ブレーキパッド５７がプレスされるピストン５５を滑動可能な形で受入れる全体として円筒形のリセス５３を中に有している。アーム部材５４の内部面が、内側ブレーキパッド５７に面する外側ブレーキパッド５９を支持する。車両のホイール（図示せず）に連結されたブレーキローター４７が、それぞれ内側ブレーキパッド５７と外側ブレーキパッド５９の間にある。連続するαアルミナ酸化物繊維１２ａ′および多孔質セラミック酸化物材料１４ａ′を含むセラミック酸化物予備成形体１０ａ′がブリッジ５６の中に位置設定されている。
【００９３】
油圧式またはその他の形でのピストン５５の起動により、内側ブレーキパッド５７は、ローター４７の片側に対して駆動されることになり、当該技術分野において周知の通り反力によって、キャリパハウジング５１を浮動させ、かくして、外側ブレーキパッド５９をローター４７のもう１方の側面と係合させることになる。
【００９４】
本発明に従ったセラミック酸化物予備成形体を内含する金属基複合材料ブレーキキャリパを使用するためのディスクブレーキの例としては、固定型、浮動型および滑動型がある。さらにブレーキキャリパおよびブレーキシステムに関する詳細は、例えばＵ．Ｓ． Ｐａｔ． Ｎｏｓ． ４，７０５，０９３（Ｏｇｉｎｏ）および５，２３４，０８０（Ｐａｎｔａｌｅ）内に見い出すことができる。
【００９５】
本発明に従ったセラミック酸化物予備成形体から作ることのできる金属基複合材料物品のその他の例としては、自動車部品（例えば自動車コントロールアームおよび自動車リストピン）および銃部品（例えば旋条溝付き鋼ライナ用のバレルサポート）が含まれる。
【００９６】
標準的には、本発明に従ったセラミック酸化物予備成形体から作られた金属基複合材料物品は、連続セラミック繊維を含む領域内に、この領域の合計体積に基づいて約３０〜約４５体積パーセント（好ましくは約３５〜約４５パーセント、より好ましくは約３５〜約４０パーセント）の範囲内の金属および約７０〜約５５体積パーセント（好ましくは約６５〜約５５バーセント、より好ましくは約６０〜約６５パーセント）の範囲内の連続セラミック繊維を含む。さらに、連続セラミック繊維を固定する多孔質セラミック酸化物材料を含む領域は、標準的にその領域の合計体積に基づいて約２０〜約９５体積パーセント（好ましくは約６０〜約９０パーセント、より好ましくは約８０〜約８５パーセント）の範囲内の金属および約８０〜約５体積パーセント（好ましくは約６０〜約１０パーセント、より好ましくは約１５〜約５パーセント）の範囲内の多孔質セラミック酸化物材料を含んでいる。
【００９７】
連続繊維領域内の金属基複合材料の繊維および金属の体積含有量は、一般に、金属浸透中に連続繊維の著しい運動無く均質な複合材料を生成するのに望ましいものにより決定される。繊維含有量が過度に低い場合、金属浸透中にＭＩ内の連続繊維の動きを防ぐかまたは最小限におさえることがさらにむずかしくなる。不連続繊維領域では、複合材料の繊維および金属の体積含有量は、一般に、強度および剛度の増大と延性および機械加工性の間の均衡により支配される。金属基複合材料を構成する金属は、好ましくは、基材料がセラミック酸化物材料特に連続繊維と化学的に著しく反応しない（すなわち金属耐火材料に対し比較的化学不活性を有する）ような形で選択され、かくして、繊維外部に保護コーティングをほどこす必要性を無くする。好ましい金属基材料としては、アルミニウム、亜鉛、錫およびそれらの合金（例えばアルミニウムおよび銅の合金）が含まれる。より好ましくは、基材料には、アルミニウムおよびその合金が内含される。アルミニウム基材料については、基は好ましくは少なくとも９８質量パーセントのアルミニウム、より好ましくは少なくとも９９質量パーセントのアルミニウム、さらに一層好ましくは９９．９質量パーセント以上のアルミニウム、そして最も好ましくは９９．９５質量パーセント以上のアルミニウムを含む。好ましいアルミニウム合金は、少なくとも約９８質量パーセントのＡｌおよび最高約２質量パーセントのＣｕを含む合金のようにアルミニウムおよび銅を内含する。より高い引張り強度の材料を作るためにはより純度の高い金属が好まれる傾向にあるが、より純度の低い形態の金属も同様に有用である。
【００９８】
適切な金属が市販されている。例えば、アルミニウムは、Ａｌｃｏａ ｏｆ Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ， ＰＡから「ＳＵＰＥＲ ＰＵＲＥ ＡＬＵＮＩＮＵＭ；９９．９９％ Ａｌ」という商品名で入手可能である。アルミニウム合金（例えばＡｌ−２質量パーセントのＣｕ（０．０３質量パーセントの不純物）は、Ｂｅｌｍｏｎｔ Ｍｅｔａｌｓ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， ＮＹから得ることができる。その他の有用なアルミニウム合金は、一般に「２９５」、「３１９」、「３５４」、「３５５」、「３５６」、「３５７」、「３８０」、「２９５」、「７１３」および「６０６１」と呼ばれるものを内含する。亜鉛および錫は、例えばＭｅｔａｌ Ｓｅｒｕｉｃｅｓ， Ｓｔ． Ｐａｕｌ， ＭＮ（「純亜鉛」；９９．９９９％純度および「純錫」；９９．９５％純度）。錫合金の例には、９２ｗｔ％のＳｎ−８ｗｔ％のＡｌが含まれる（これは、例えば、５５０℃で溶融錫の浴にアルミニウムを添加し、混合物を使用前に１２時間放置することによって作ることができる）。錫合金の例には、９０．４ｗｔ％のＺｎと９．６ｗｔ％のＡｌが含まれる（これは、５５０℃で溶融亜鉛浴にアルミニウムを添加し、混合物を使用前に１２時間放置することによって作ることができる）。
【００９９】
金属基複合材料物品を作るための特定の繊維、金属基およびプロセス工程は、望ましい特性を有する金属基複合材料物品を提供するように選択される。例えば、繊維および金属基材料は、所望の物品を作るため互いにおよび物品製造プロセスと充分相容性あるように選択される。アルミニウムおよびアルミニウム合金基複合材料を作るためのいくつかの好ましい技術に関する付加的な詳細は、例えば、１９９５年６月２１日付けのＵ．Ｓ． Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏｓ． ０８／４９２，９６０および２０００年７月１４日付けの０９／６１６，５８９，０９／６１６，５９３および０９／６１６，５９４を有する同時係属出願および１９９７年１月９日公示の公報Ｎｏ．ＷＯ９７／００９７６を有するＰＣＴ出願の中で開示されている。
【０１００】
本発明に従ったセラミック酸化物予備成形体を用いた金属基複合材料の製造は、当該技術分野において既知の技術を用いて行なうことができる。かかる製造には、溶融金属を多孔質予備成形体に浸透させる工程が含まれる。標準的には、それはセラミック酸化物予備成形体（単複）については、溶融金属がそれと接触させられているとき、高い温度（例えば７５０〜８００℃）にある。かかる技術は、当該技術分野において既知であり、金属を成形するキャビティまたは金型内に位置づけされる前に予備成形体を加熱することまたはセラミック酸化物予備成形体が中に位置づけされた後キャビティまたは金型を熱することを内含する。
【０１０１】
セラミック酸化物予備成形体から金属基複合材料を作ることに関する付加的な詳細は、Ｕ．Ｓ． Ｐａｔ． Ｎｏｓ ４，７０５，０９３（Ｏｇｉｎｏ）および５，２３４，０８０（Ｐａｎｔａｌｅ）、および５，３９４，０９３（Ｋｅｎｎｅｒｋｎｅｃｈｔ）内に見い出すことができる。
【０１０２】
さらに、セラミック酸化物予備成形体の成形およびセラミック酸化物予備成形体から作られた金属基複合材料物品に関する付加的な詳細については、例えば、２０００年９月２８日付けのＵ．Ｓ． Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏｓ． ６０／２３６，０９１および６０／２３６，１１０を有する暫定出願および当該出願と同じ日付で提出されたＵ．Ｓ． Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏｓ． および を有する出願（弁理士事件整理番号５５９５４ＵＳ００２および５６０４６ＵＳ００７）を参照のこと。
【０１０３】
金属基複合材料内の補強材として使用されることに加えて、本発明に従ったセラミック酸化物予備成形体は同様に、フィルタ、断熱材および触媒基板としても有用であり得る。
【０１０４】
実施例
本発明は、以下の例によってさらに例示されているが、これらの例中で記述されている特定の材料およびその量ならびにその他の例および詳細は、本発明を不当に制限するものとみなされるべきものではない。本発明のさまざまな修正および変更が、当業者には明白となることだろう。全ての部分および百分率は、相反する指示のないかぎり重量に基づくものである。
【０１０５】
例
鋳鉄ブレーキキャリパが、連続αアルミナ繊維で補強されたアルミニウム（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｓｔ． Ｐａｕｌ， ＭＮから「ＮＥＸＴＥＬ６１０」という商品名で入手可能なもの；１００００デニール；ヤング率約３７０ＧＰａ；平均引張り強度約３ＧＰａ）から製造するべく選択された。アルミニウムブレーキキャリパは、鋳鉄ブレーキキャリパと同じ寸法を有するように、ならびにキャリパブリッジの部域（すなわちブレーキローターをまたぐキャリパの部分から拡がっているキャリパの部分）の中と最低限同じ曲げ剛性を少なくとも有するように設計された。比較的高いヤング率を有するαアルミナ繊維および比較的低いヤング率を有するアルミニウム基を利用する複合構造から最適な性能を得るために、キャリパの設計には、連続αアルミナ繊維と補強なしのアルミニウムの間の中間ヤング率を有する遷移ゾーンを提供するべく不連続アルミナ繊維（Ｊ＆Ｊ Ｄｙｓｏｎ， Ｗｉｎｄｎｅｓｓ， ＵＫから「ＳＡＦ ＦＩＬ」という商品名で得られる）不連続アルミナ繊維を含む多孔質セラミック酸化物予備成形体が取り入れられた。すなわち、このセラミック領域は、アルミニウムを浸透させた時点で、連続繊維補強ゾーンにより生み出されるものよりも低いヤング率、低い繊維密度、および短かい繊維長の結果として、中間ヤング率ゾーンを提供した。不連続繊維から形成されたセラミック領域は、連続繊維を合わせて固定するのにも役立ち、又アルミニウムブレーキキャリパを形成する間繊維を機械的に支持する上で一助となった。
【０１０６】
キャリパを数学的にモデリングし、連続αアルミナ繊維がキャリパの曲げ剛度に対し最大の影響を及ぼすと思われる領域を識別するために、Ａｎｓｙｓ， Ｉｎｃ．， Ｃａｎｏｎｓｂｕｒｇ， ＰＡ社製で「ＡＮＳＹＳ」という商品名で得られるコンピュータコードを用いた有限要素分析（ＦＥＡ）が使用された。キャリパ設計は、幾何形状および曲げ剛度についての必要条件を設定するために鋳鉄モデルで開始された。このとき、連続繊維補強材のための好ましい配置を決定しかつ、必要とされる連続繊維の量を最小限におさえるべく１９回の反復を実行するためにソフトウェアを使用した。図６Ａおよび６Ｂは、ブレーキキャリパ予備成形体の上部および下部側面を例示し、連続繊維補強材の配置のための好ましい場所を示す。ＦＥＡモデリングは、αアルミナ繊維（「ＮＥＸＴＥＬ６１０」）、不連続アルミナ繊維（「ＳＡＦＦＩＬ」）およびアルミニウム基の物理特性に基づいてアルミニウム浸透複合構造内で所望のヤング率および強度を生み出すのに必要とされるブリッジ部域内の不連続繊維（「ＳＡＦＦＩＬ」領域および連続補強繊維の体積含有率ならびに、遷移ヤング率ゾーン内の不連続繊維（「ＳＡＦＦＩＬ」の体積含有率を決定した。計算に用いられたヤング率は、アルミニウムを浸透させた不連続アルミナ繊維（「ＳＡＦＦＩＬ」）については１８５ＧＰａであり、アルミニウムのみについては７０ＧＰａであった。最終的設計は、優れた浸透を達成するのに充分な多孔率を有する一方で破断無く取扱いを容易にするのに充分な頑強性を有する多孔性予備成形体を提供した。
【０１０７】
設計し直されたアルミニウム基複合ブレーキキャリパのうちの６個を以下の通りに調製した。１２マイクロメートルのフィラメント直径を有する１０，０００デニールのαアルミナ繊維（「ＮＥＸＴＥＬ６１０」）のトウを水で飽和させ、厚み約３ｍｍ、幅約１２．５ｃｍまで方形巻取機ドラム上に巻き取った。ブレーキキャリパの上部領域のためには５７０本のトウを用い（図６Ｂ）、ブレーキキャリパの下部領域では６９１本のトウを使用した（図６Ａ）。アルミニウムドラムの４つの面の各々は、長さ３３ｃｍ、幅２０ｃｍであった。ドラムを巻取り機から取外し、冷凍室に入れて、水飽和したトウを凍結させた。凍結した繊維トウをダイカットして、ＦＥＡにより決定されたさまざまな連続補強繊維形態（すなわちリボン）を得た（図６Ｄおよび６Ｅ参照）。凍結した繊維リボンは、約６５体積パーセントの連続繊維であった。キャリパ設計では、金属浸透キャリパ内で、ブリッジの上面に沿って位置づけされた第１対の１０６とブリッジの底面に沿って位置づけされた第２対の１０８という２対の繊維が利用された。
【０１０８】
不連続繊維の多孔質ブロックがＴｈｅｒｍａｌ Ｃｅｒａｍｉｃｓ Ｉｎｃにより出願人のために作製された。以下のもかＴｈｅｒｍａｌ Ｃｅｒａｍｉｃｓから要請された。すなわち、１５体積パーセントの不連続繊維（「ＳＡＦＦＩＬ」）／８５体積パーセントの孔隙率で作られた予備成形体。ブロックは、不連続繊維（「ＳＡＦＦＩＬ」）から作られた市販の予備成形体を作製するためのＴｈｅｒｍａｌ Ｃｅｒａｍｉｃｓ社の標準的プロセスを用いて作製されなくてはならない。
【０１０９】
以下のように、１９９８年８月に公示されたＡＳＴＭＣ２０−９７に基づいて、Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｅｒａｍｉｃｓ Ｉｎｃ．から得られた多孔質ブロックの開放孔隙率を決定した。すなわち、１．６ｃｍ×１．６ｃｍ×５．５ｃｍの５個の標本（ただし、開放孔隙率を決定するためには、その他のサイズおよび形状を使用することができる）を予備成形体からカットした。空気ホースで標本を清浄することによって塵埃を除去した。標本を一晩（約１８時間）１１０℃（２３０°Ｆ）のオーブン内で乾燥させ秤量した。その後、標本を脱イオン水の中で３時間煮沸し、水中で室温まで冷却し（約２５℃）、その後一晩（約１８時間）水中に保った。標本を水中に懸濁させた状態で秤量した。標本を水から取出し、ペーパータオルで余剰の水を吸い取り、水飽和標本の質量を測定した。標本を再度１１０℃（２３０°Ｆ）で一晩（約１８時間）乾燥させ秤量した。孔隙体積である開放孔隙率を、水飽和した標本の質量から標本の乾燥質量を差引きその結果飽和用液体の密度で除することによって決定した。飽和用液体つまり水の密度は１グラム／ｃｍ^３であった。
【０１１０】
約８．３ｃｍ×約１９．１ｃｍ×約１５．２ｃｍの多孔質ブロック（「ＳＡＦＦＩＬ」）の１片を、機械加工して、図Ｄに示された形態を得た。多孔質予備成形体２００は、互いに滑動する形で係合された図６Ｄおよび６Ｅに概略的に表わされた２つのインタロック区分から成っていた。凍結させてダイカットした実質的に連続的なαアルミナ繊維を、第１の予備成形体区分２０２およびそれと滑動可能な形で係合した第２の予備成形体区分２０４の引込んだ部域の中に設置し、かくして実質的に連続的なαアルミナ繊維を所定の場所にロックした。キャリパ設計では、金属浸透させられたキャリパ内でブリッジの上面に沿って位置づけされた第１の対２０６およびブリッジの底面に沿って位置づけされた第２の対２０８という２対の繊維が利用された。
【０１１１】
ブレーキキャリパのためのネットシェープ金型を提供するため、２部品金型（鋳造中ピンにより合わせて保持されたもの）内に黒鉛ブロック（Ｕｎｏｃａｌ Ｐｏｃｏ Ｇｒａｐｈｉｔｅ， Ｄａｃａｔｕｒ， ＴＸから入手）を機械加工した。セラミック酸化物予備成形体を、専用に設計されたコントゥアードシェープの黒鉛金型の第１の部品内に配置した。金型の第２の部品は、予備成形体上に置き、金型の第１の部品とはめ合せ、金型ピンを金型部品内に挿入してそれらを合わせて固定した。金型部品は、溶融アルミニウムが金型内に流れ込むことができるようにするゲートを金型の上面に形成させるような形で設計された。その後グラファイト金型をオーブン内に入れ、約２４時間約１００℃に維持して、水を焼き出した。
【０１１２】
ブレーキキャリパを鋳造するためには圧力鋳造機（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｐｌａｉｓｔｏｗ， ＮＨから入手）を使用した。圧力鋳造容器のサイズは、約１６．９ｃｍ（内径）×８８．９ｃｍ（長さ）であった。金型を直径１７ｃｍ，長さ７６ｃｍのステンレス鋼製缶の中に装入した。直径約１５．２ｃｍで長さ２２．９ｃｍのアルミニウムブロック（Ａｌｃｏａ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｃｏ．， Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ， ＰＡから「ＡＬＣＯＡ６０６１−Ｔ６」の商品名で入手）を、缶内に装入した。アルミニウム金属の圧力鋳造中、金型を保持するために、押さえつけロッドを使用した。鋳造プロセス中の温度を監視するために、２つのＳ字形熱電対を圧力容器の外部に、１つは容器の上面に、もう１つはアルミニウムブロックの中心で黒鉛金型より約１１．４ｃｍ上で取り付けた。熱電対を、窒化ホウ素でコーティングされたステンレス鋼管の中に収納した。
【０１１３】
鋳造用チャンバを密封し、約１５トール未満まで排気し、約０．３ＭＰａ（４０ｐｓｉ）までアルゴンで再加圧し、加熱要素を始動させた。５５０℃に達した時点で、鋳造用チャンバを換気し、次に１５トール以下まで排気し、チャンバ温度を７１０℃まで上昇させた（金型温度はこの時点で６７０℃を超えていた）。その後、加熱器をオフに切換え、チャンバを約８．９ＭＰａ（１３００ｐｓｉ）まで再加圧し、溶融アルミニウム（すなわち加熱によりアルミニウムブロックの溶融がひき起こされた）を、黒鉛金型内の多孔質予備成形体に浸透させた。チャンバ温度および圧力をそれぞれ約５００℃および７．５ＭＰａ（１１００ｐｓｉ）まで降下させ、その時点でチャンバを換気させ、約２００℃まで冷却させた。圧力鋳造機から冷却した容器をとり出した後、黒鉛金型を圧力容器から回収した。結果として得たアルミニウム基複合ブレーキキャリパを黒鉛金型から回収した。ブレーキキャリパに付着した金型からの黒鉛残留物を、キャリパ上に高圧空気流担体内のガラスビーズを衝突させる従来のビーズブラストプロセスを用いて除去した。ガラスビーズ噴射装置は、Ｅｃｏｎｏｌｉｎｅ Ａｂｒａｓｉｖｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｃｏ．， Ｇｒａｎｄ Ｈａｖｅｎ ＭＩから入手し、ビーズは、ＭｃＭａｓｔｅｒ−Ｃａｒｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｃｏ．， Ｅｌｍｈｕｒｓｔ， ＩＬから入手した。清浄したキャリパを次に１６０℃で２時間熱処理し、直ちに冷たい（約１８〜２０℃）バケツ一杯の水道水の中で約５分間急冷した。冷却したキャリパを次に、５４０℃で６時間熱処理し、一晩室温（約２５℃）まで冷却した。結果として得られたアルミニウムブレーキキャリパは、各々鋳鉄ブレーキキャリパよりも約５２％軽量であった。
【０１１４】
上述の通りに調製したブレーキキャリパを、破壊的破裂試験に付し、ここでアーム部材６９および本体部材７０をキャリパが破損するまで油圧に付した。
【０１１５】
破損は、ブリッジ部材７０内で、図６Ａの切断線Ａ−Ａ（切断線ＡＡは示されていない）に沿って、実質的にブリッジ部材７０とアーム部材６９の間の遷移部域内で発生した。破壊したアーム部材６９の部分は、その後、切断用のこぎり（Ｓｔｒｕｅｒｓ， Ｉｎｃ．， ＷｅｓｔＬａｋｅ， ＯＨから「ＤＩＳＣＯＴＯＭ−２」の商品名で入手可能）を用いて、破壊面との関係において破壊されたアーム部材６９の部分を横方向に多数の区分に切断した。１つの切断面の表面を、標準的走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）研磨技術を用いて、０．０５マイクロメートルのコロイドシリカ仕上げ程度まで研磨し、その後、セラミック酸化物予備成形体が完全にアルミニウムの浸透を受けたことを示す図７に示されたデジタル化されたＳＥＭ画像を得た。「ウインドウズ向けＳＩＣＯＮ ＩＭＡＧＥ」ソフトウェア（国立保健研究所の研究業務部門によって開発されたパブリックドメイン画像処理プログラムのＰＣバージョン）（Ｓｉｃｏｎ Ｃｏｒｐ．， Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ；ＭＤより入手可能）を用いた、このＳＥＭ画像内の不連続繊維（「ＳＡＦＦＩＬ」）／アルミニウム領域の画像分析。アルミニウム基から「ＳＡＦＦＩＬ」繊維を区別するためデジタル化されたＳＥＭ画像からの画素強度に基づく密度プロファイリング機能を用いるこの画像分析ソフトウェアは、（「ＳＡＦＦＩＬ」）繊維およびアルミニウム含有率に基づいて）１７．６％としてブレーキキャリパ内の平均「ＳＡＦＦＩＬ」繊維体積分画を計算した。ＳＥＭの連続的な酸化アルミニウム補強領域に対し同じ画像プロトコルを適用して、連続するαアルミナ繊維が存在する領域内でのかかる繊維の平均体積分画を、（連続する酸化アルミニウム繊維およびアルミニウムに基づいて）約６２％であると決定した。
【０１１６】
もう１つの切断面の実質的に連続的なαアルミナ繊維の破壊表面を、ＳＥＭ画像化に先立ち、標準的ＳＥＭ標本調製技術を用いて、金でコーティングした。同じ領域のさらに高い倍率での拡大である図８および図９に示されたデジタル化されたＳＥＭ画像は、この破壊表面を示し、連続するαアルミナ繊維／アルミニウム領域７３での破壊が「脆性破壊」であったのに対し、不連続繊維（「ＳＡＦＦＩＬ」）／アルミニウム領域７３では図７に示されているようにそれが「延性破壊」であったことを例示している。
【０１１７】
誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）計器（Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ， Ｎｏｒｗａｌｋ， ＣＴから「ＤＥＲＫＩＮ ＥＬＭＥＲ ＯＰＴＩＭＡ３３００ＤＶ」の商品名で入手されたもの）を用いて、ブレーキキャリパの一部分を化学的に分析した。質量に基づく以下の要素と量が見出された：９６％Ａｌ，０．３３％Ｃｒ，０．３３％Ｃｕ，１．２％Ｆｅ，０．８５％Ｍｇ，０．１１％Ｍｎ，０．１３％Ｎｉ，０．４３％Ｓｉ，０．０２２％Ｔｉ，０．０５２％Ｚｎ，および０．００３１％Ｚｒ。６０６１アルミニウムのためのＡＳＴＭ規準が非Ａｌ元素について重量に基づきＧ６１１Ａであることに留意されたい：すなわち、０．０４−０．３５％Ｃｒ，０．１４−０．４０％Ｃｕ，０．７０％未満のＦｅ，０．８−１．２％Ｍｇ，０．１５％Ｍｎ，０．４−０．８％Ｓｉ，０．１５％Ｔｉ，および０．２５％Ｚｒ。
【０１１８】
当業者にとっては、本発明の範囲および精神から逸脱することなくさまざまな修正および変更が明らかとなると思われ、本発明は本書に記した例示的に実施形態に過度に制限されるものではないということを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に従った多孔質セラミック酸化物の斜視図である。
【図２】
本発明に従った多孔質セラミック酸化物を作るために使用されるセラミック繊維リボンの斜視図である。
【図３】
本発明に従ったセラミック酸化物予備成形体を作るための器具の斜視図である。
【図４】
本発明に従ったもう１つのセラミック酸化物予備成形体の斜視図である。
【図５】
本発明に従ったセラミック酸化物予備成形体を包含するブレーキキャリパの斜視図である。
【図６】
本発明に従ったセラミック酸化物予備成形体を包含するもう１つのブレーキキャリパの斜視図である。
【図７】
本発明に従ったブレーキキャリパの一部分の破壊表面の研磨された横断面のデジタルＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図８】
本発明に従ったブレーキキャリパの一部分の破壊表面のデジタルＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図９】
本発明に従ったブレーキキャリパの一部分の破壊表面のデジタルＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図１０】
本発明に従った多孔質セラミック酸化物予備成形体の斜視図である。
【図１１】
図１０に示された多孔質セラミック酸化物予備成形体から作られた金属基複合材料物品の斜視図である。
【図１２】
プライの長手方向軸が互いとの関係においてゼロより大きい角度で位置づけされる、長手方向に配列したαアルミナ繊維の多重プライを利用する本発明に従った代替的予備成形体の斜視図である。
【図１３】
実質的に連続的なαアルミナ繊維のもう１つの群でらせん状に巻きつけられた実質的に連続的なαアルミナ繊維の群の斜視図である。[0001]
Field of the invention
The present invention relates to ceramic oxide preforms comprising substantially continuous ceramic oxide fibers and metal matrix composites reinforced with ceramic oxide preforms.
[0002]
Background of the Invention
Reinforcement of metal bases with ceramics is known in the art (eg, UP Pat. Nos. 4,705,093 (Ogino), 4,852,630 (Hamajima et al.) 4, 933,099 (Corwin et al.), 5,199,481 (Corwin et al.), 5,234,080 (Pantale) and 5,394,930 (Kennerkencht) and May 28, 1987 and 1988, respectively. No. 2, 182, 970A and B, published on September 14, Great Britain Pat. Examples of ceramic materials used for reinforcement include particles, discontinuous and continuous fibers (including whiskers) and ceramic preforms.
[0003]
Typically, ceramic materials are incorporated into the metal, thus creating a metal matrix composite (MMC) to improve the mechanical properties of articles made from the metal. For example, conventional brake calipers for motor vehicles (eg, passenger cars and trucks) are typically made of cast iron. There is a desire to use lighter parts and / or materials to reduce the overall weight of the vehicle and especially the unsprung weight such as brake calipers. One technique to assist in the design of the MMC, including the placement of the ceramic oxide material, and to minimize the amount of ceramic oxide material required for a particular application is finite element analysis.
[0004]
Brake calipers made of cast aluminum are about 50 weight percent lighter than the same (ie, same size and shape) calipers made of cast iron. The mechanical properties of cast aluminum and cast iron are not the same (e.g., the Young's modulus of cast iron is about 100-170 GPa, while for cast aluminum it is 70-75 GPa; and the yield strength of cast iron is 200-500 MPa). On the other hand, that of cast aluminum is 150-170 MPa). Accordingly, brake calipers made from cast aluminum have mechanical properties such as significantly lower bending stiffness and yield strength than cast iron calipers. Typically, the mechanical properties of such aluminum brake calipers are unacceptably low compared to cast iron brake calipers of the same size and shape. Brake calipers made of an aluminum metal matrix composite (eg, aluminum reinforced with ceramic fibers) having the same morphology and at least the same (or better) bending stiffness and yield strength mechanical properties as cast iron brake calipers are desired. It is.
[0005]
One consideration for some MMC articles is post-molding machining (e.g., adding holes or threads or trimming other materials to obtain a desired configuration) or other processing (e.g., complex (Welding of two MMC articles to provide shape). Conventional MMCs typically contain enough ceramic reinforcement to make machining or welding impractical or even impossible. Accordingly, it is desirable to produce "net-shaped" articles that require little, if any, post-molding machining or processing. Techniques for making “net-shaped” articles are known in the art (eg, US Pat. Nos. 5,234,045 (Cisko) and 5,887,684 (Doll et al.)). checking). Additionally or alternatively, where possible, ceramic reinforcement may be reduced or eliminated in areas that interfere with machining or other processing such as welding.
[0006]
Another consideration in designing and manufacturing MMCs is the cost of the ceramic reinforcement material. 3M Company, St. The mechanical properties of continuous polycrystalline alpha alumina fibers, such as those marketed under the trade name "NEXTEL 610" by Paul, MN, are higher than low density metals such as aluminum. Further, the cost of ceramic oxide materials, such as polycrystalline alpha alumina fibers, is substantially higher than metals, such as aluminum. Accordingly, it is desirable to minimize the amount of ceramic oxide material used and optimize the placement of the ceramic oxide material to maximize the properties provided by the ceramic oxide material.
[0007]
Further, it is desirable to provide a ceramic reinforcement material in the form of a package or a porous ceramic preform that can be relatively easily used to make a metal matrix composite article.
[0008]
Summary of the Invention
In one aspect, the present invention provides a porous ceramic oxide (eg, calcined or sintered) preform comprising substantially continuous ceramic oxide (eg, glass, crystalline ceramic, and combinations thereof) fibers. I will provide a. In another aspect, the invention relates to at least one porous ceramic oxide preform (including a porous ceramic oxide preform according to the invention) comprising substantially continuous ceramic oxide fibers. A metal-based composite article comprising a shaped body is provided.
[0009]
Typically, substantially continuous ceramic oxide fibers have a length of at least 5 cm (often at least 10 cm, 15 cm, 20 cm, 25 cm or more). In some embodiments of the present invention, the substantially continuous ceramic oxide fibers are in the form of a tow (ie, the tow is composed of substantially continuous ceramic oxide fibers). Typically, the substantially continuous ceramic oxide fibers that make up the tow have a length of at least 5 cm (often at least 10 cm, 15 cm, 20 cm, 25 cm or more), but their length is less than 5 cm It may be.
[0010]
Preferably, the porous ceramic oxide preform extending along at least a portion of the length of the substantially continuous ceramic oxide fiber is a porous ceramic oxide preform that secures the ceramic oxide fiber in place. Material material. In another embodiment, the ceramic oxide fibers can include or even consist essentially of substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers, wherein the "longitudinal" The term "directionally arranged" means a generally parallel arrangement of the fibers in relation to the length of the fibers. Optionally, the fibers are encapsulated within a porous ceramic oxide material.
[0011]
In some embodiments according to the present invention, the substantially continuous ceramic oxide fiber has a first Young's modulus and the ceramic oxide material including the ceramic preform has a second Young's modulus. Wherein the first Young's modulus is greater than the second Young's modulus.
[0012]
In some embodiments according to the present invention, the porous ceramic oxide preform comprises:
A first porous sintered ceramic article including an aperture for receiving a porous ceramic oxide; and
A second ceramic article positioned within an aperture and including a porous sintered ceramic oxide material and substantially continuous ceramic oxide fibers having a length of at least 5 cm, wherein the porous sintered ceramic oxide The article material comprises a ceramic article holding a substantially continuous ceramic oxide fiber in place, wherein the porous sintered ceramic oxide material comprises a substantially continuous fiber. The substantially continuous ceramic oxide fibers extending along at least a portion of the length thereof are essentially longitudinally arranged, and the substantially continuous longitudinally arranged alpha alumina fibers Has a first Young's modulus, the ceramic oxide material of the second ceramic article has a second Young's modulus, the first Young's modulus is greater than the second Young's modulus, and the first porous ceramic Goods comprises a ceramic oxide material having a third Young's modulus, the second Young's modulus is greater than the third Young's modulus.
[0013]
In one aspect, the present invention provides a green ceramic oxide preform that includes a green ceramic oxide material that secures ceramic oxide fibers in place, wherein the green ceramic oxide material comprises Extends along at least a portion of the length of the fiber, the ceramic oxide fibers consisting essentially of a substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fiber. Optionally, the fibers are encapsulated within a green ceramic oxide material.
[0014]
In another aspect, the invention provides a porous ceramic oxide preform that includes a porous ceramic oxide material that secures ceramic oxide fibers in place, wherein the porous ceramic oxide preform comprises a porous ceramic oxide preform. The ceramic oxide material extends along at least a portion of the length of the fiber, the ceramic oxide fiber consisting essentially of a substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fiber. Optionally, the fibers are encapsulated within a porous ceramic oxide material.
[0015]
In another aspect, embodiments of the present invention include, for example, at least 20% by volume in increasing priority, securing a substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fiber in place. Typically in the range 20% to 95%), more typically in the range 25% to 95%, preferably at least 50%, more preferably in the range 50% to 90%, even more preferably. Ceramic porous, including a porous ceramic oxide material having an open porosity (as measured in the examples below) of at least 85%, and most preferably in the range of 85% to 95%. Wherein the porous ceramic oxide material extends along at least a portion of the length of the fiber. Optionally, the fibers are encapsulated within a porous ceramic oxide material.
[0016]
In another aspect, the present invention provides a method of making a porous ceramic oxide preform:
Positioning at least one elongate fiber insert within the cavity, the fiber insert including a substantially continuous longitudinal array of ceramic oxide fibers;
Introducing a slurry into the cavity such that a predetermined portion of the elongated fiber insert is coated with the slurry, the slurry comprising a liquid medium and discontinuous ceramic oxide fibers (whiskers) dispersed therein. Including the step of containing;
Removing the liquid medium in an amount sufficient to consolidate the discontinuous fibers and secure the fiber insert to provide an article comprising the elongated fiber insert and the discontinuous fibers, comprising the steps of removing the discontinuous fibers (including whiskers); Consolidation extending along at least a portion of the length of the fiber insert;
Drying the compacted article to provide a green ceramic oxide preform comprising the elongated fiber insert and the discontinuous ceramic oxide fibers, wherein at least one compaction of the discontinuous fibers causes the fiber insert to undergo a predetermined fiber insert. Securing in place, wherein the compaction of the discontinuous fibers extends along at least a portion of the length of the fiber insert; and
Up to at least one temperature sufficient to provide a porous ceramic oxide preform that includes a porous ceramic oxide material that secures substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place. Heating the green ceramic oxide preform, wherein the porous ceramic oxide material extends along at least a portion of the length of the fiber;
A method comprising:
[0017]
In another aspect, the present invention provides a method of making a porous ceramic oxide preform:
Positioning at least one elongate fiber insert within the cavity, the fiber insert including a substantially continuous longitudinal array of ceramic oxide fibers;
Introducing a slurry into the cavity such that a predetermined portion of the elongated fiber insert is coated with the slurry, the slurry comprising a liquid medium and discontinuous ceramic oxide fibers (whiskers) dispersed therein. Including the step of containing;
Removing the liquid medium in an amount sufficient to consolidate the discontinuous fibers and secure the fiber insert to provide an article comprising the elongated fiber insert and the discontinuous fibers, wherein the consolidation of the discontinuous fibers comprises: Extending along at least a portion of the length; and
Up to at least one temperature sufficient to provide a porous ceramic oxide preform that includes a porous ceramic oxide material that secures substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place. Heating the green ceramic oxide preform, wherein the porous ceramic oxide material extends along at least a portion of the length of the fiber;
A method comprising:
[0018]
In another aspect, the present invention provides a method of making a porous ceramic oxide preform:
Positioning at least one elongate fiber insert within the cavity, the fiber insert including a substantially continuous longitudinal array of ceramic oxide fibers;
Introducing a slurry into the cavity such that a predetermined portion of the elongated fiber insert is coated with the slurry, the slurry comprising a liquid medium and discontinuous ceramic oxide fibers (whiskers) dispersed therein. Including the step of containing;
Removing the liquid medium in an amount sufficient to consolidate the discontinuous fibers and secure the fiber insert to provide an article comprising the elongated fiber insert and the discontinuous fibers, wherein the consolidation of the discontinuous fibers comprises: Extending along at least a portion of the length; and
Drying the consolidated article to provide a green ceramic oxide preform comprising elongated fiber inserts and discontinuous fibers, wherein at least one compaction of the discontinuous fibers secures the fiber inserts in place. Wherein the consolidation of the discontinuous fibers extends along at least a portion of the length of the fiber insert;
A method comprising:
[0019]
In another aspect, the invention provides a method of making a porous ceramic oxide preform:
Positioning at least one elongate fiber insert within the cavity, the fiber insert including a substantially continuous longitudinal array of ceramic oxide fibers;
Introducing a slurry into the cavity such that a predetermined portion of the elongated fiber insert is coated with the slurry, the slurry comprising a liquid medium and discontinuous ceramic oxide fibers (whiskers) dispersed therein. Including the step of including;
Removing the liquid medium in an amount sufficient to consolidate the discontinuous fibers and secure the fiber insert to provide an article comprising the elongated fiber insert and the discontinuous fibers, wherein the consolidation of the discontinuous fibers comprises: Extending along at least a portion of the length,
A method comprising:
[0020]
In one embodiment, the present invention relates to a porous ceramic oxide preform comprising a porous sintered ceramic oxide material and a substantially continuous ceramic oxide fiber having a length of at least 5 cm. The sintered ceramic oxide material secures the substantially continuous ceramic oxide fibers in place, and the porous sintered ceramic oxide material has a length of substantially continuous ceramic oxide fibers. A porous ceramic oxide preform is provided that extends along at least a portion thereof and has substantially continuous ceramic oxide fibers arranged essentially longitudinally.
[0021]
In another embodiment, the present invention is directed to a porous ceramic oxide preform comprising a porous sintered ceramic oxide material that secures in place a substantially continuous ceramic oxide fiber tow. Wherein the porous sintered ceramic oxide material extends along at least a portion of the length of the substantially continuous ceramic oxide fiber, and the substantially continuous ceramic oxide fiber tow is essentially A porous ceramic oxide preform is provided that is longitudinally arranged.
[0022]
In another embodiment, the present invention provides a porous ceramic oxide reserve comprising a porous sintered ceramic oxide material and a substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fiber having a length of at least 5 cm. A molded body, wherein the porous sintered ceramic oxide material has an open porosity of at least 85% by volume and fixes substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers in place. A porous ceramic oxide preform, wherein the porous sintered ceramic oxide material extends along at least a portion of the length of the substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers. I have.
[0023]
In another embodiment, the invention is directed to a porous sinter having an open porosity of at least 85% by volume for securing a tow of substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place. In a porous ceramic oxide preform comprising a ceramic oxide material, the porous sintered ceramic oxide material comprises at least a portion of a tow length of substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers. And a porous ceramic oxide preform extending along the same.
[0024]
In another embodiment, the present invention provides a method of making a porous ceramic oxide:
Positioning at least one elongated fiber insert within the cavity, the fiber insert including substantially continuous ceramic oxide fibers having a length of at least 5 cm; The process fibers are essentially longitudinally arranged;
Introducing a slurry into the cavity such that a predetermined portion of the elongated fiber insert is coated with the slurry, the slurry including a liquid medium and discontinuous ceramic oxide fibers dispersed therein. Process;
Removing at least an amount of liquid medium sufficient to consolidate the discontinuous fibers and secure the fiber insert to provide an article comprising the elongated fiber insert and the discontinuous fibers, wherein the consolidation of the discontinuous fibers comprises: Extending along at least a portion of the length of
Drying the consolidated article to provide a green ceramic oxide preform comprising elongated fiber inserts and discontinuous fibers, wherein at least one compaction of the discontinuous fibers secures the fiber inserts in place. And wherein the consolidation of the discontinuous fibers extends along at least a portion of the length of the fiber insert; and
Green ceramic oxidation to at least one temperature sufficient to provide a porous ceramic oxide preform that includes a porous sintered ceramic oxide material that secures substantially continuous ceramic oxide fibers in place. Heating the article preform, wherein the porous sintered ceramic oxide material extends along at least a portion of the length of the substantially continuous fiber, and wherein the substantially continuous A process in which the ceramic oxide fibers are arranged essentially in the longitudinal direction,
A method comprising:
[0025]
In another embodiment, the present invention provides a method of making a porous ceramic oxide:
Positioning at least one elongate fiber insert within the cavity, the fiber insert including a tow of substantially continuous ceramic oxide fiber, wherein the substantially continuous ceramic oxide fiber is essentially Arranging in the longitudinal direction;
Introducing a slurry into the cavity such that a predetermined portion of the elongated fiber insert is coated with the slurry, the slurry including a liquid medium and discontinuous ceramic oxide fibers dispersed therein. Process;
Removing at least a sufficient amount of liquid medium to consolidate the discontinuous fibers and secure the fiber insert to provide an article comprising the elongated fiber insert and the discontinuous fibers, wherein the consolidation of the discontinuous fibers comprises: Extending along at least a portion of the length of
Drying the consolidated article to provide a green ceramic oxide preform comprising elongated fiber inserts and discontinuous fibers, wherein at least one compaction of the discontinuous fibers secures the fiber inserts in place. And wherein the consolidation of the discontinuous fibers extends along at least a portion of the length of the fiber insert; and
Green ceramic oxidation to at least one temperature sufficient to provide a porous ceramic oxide preform that includes a porous sintered ceramic oxide material that secures substantially continuous ceramic oxide fibers in place. Heating the article preform, wherein the porous sintered ceramic oxide material extends along at least a portion of the length of the substantially continuous fiber, and wherein the substantially continuous A process in which the tows of ceramic oxide fibers are arranged essentially in the longitudinal direction,
A method comprising:
[0026]
In another embodiment, the present invention provides a method of making a porous ceramic oxide:
Positioning at least one elongated fiber insert within the cavity, the fiber insert including substantially continuous ceramic oxide fibers having a length of at least 5 cm; The process fibers are essentially longitudinally arranged;
Introducing a slurry into the cavity such that a predetermined portion of the elongated fiber insert is coated with the slurry, the slurry including a liquid medium and discontinuous ceramic oxide fibers dispersed therein. Process;
Removing the liquid medium from the slurry in an amount sufficient to consolidate the discontinuous fibers and secure the fiber insert to provide an article comprising the elongated fiber insert and the discontinuous fibers, wherein the consolidation of the discontinuous fibers comprises: Extending along at least a portion of the length of the insert; and
Green ceramic oxidation to at least one temperature sufficient to provide a porous ceramic oxide preform that includes a porous sintered ceramic oxide material that secures substantially continuous ceramic oxide fibers in place. Heating the article preform, wherein the porous sintered ceramic oxide material extends along at least a portion of the length of the substantially continuous fiber, and wherein the substantially continuous A process in which the ceramic oxide fibers are arranged essentially in the longitudinal direction,
A method comprising:
[0027]
In another embodiment, the present invention provides a method of making a porous ceramic oxide:
Positioning at least one elongate fiber insert within the cavity, the fiber insert including a tow of substantially continuous ceramic oxide fiber, wherein the substantially continuous ceramic oxide fiber is essentially Arranging in the longitudinal direction;
Introducing a slurry into the cavity such that a predetermined portion of the elongated fiber insert is coated with the slurry, the slurry including a liquid medium and discontinuous ceramic oxide fibers dispersed therein. Process;
Removing the liquid medium from the slurry in an amount sufficient to consolidate the discontinuous fibers and secure the fiber insert to provide an article comprising the elongated fiber insert and the discontinuous fibers, wherein the consolidation of the discontinuous fibers comprises: Extending along at least a portion of the length of the insert; and
Green ceramic oxidation to at least one temperature sufficient to provide a porous ceramic oxide preform that includes a porous sintered ceramic oxide material that secures substantially continuous ceramic oxide fibers in place. Heating the article preform, wherein the porous sintered ceramic oxide material extends along at least a portion of a length of a substantially continuous fiber, and wherein the substantially continuous A process in which the tows of ceramic oxide fibers are arranged essentially in the longitudinal direction,
A method comprising:
[0028]
In another embodiment, the present invention provides a method of making a porous ceramic oxide:
Positioning at least one elongate fiber insert in the cavity, the fiber insert including substantially continuous ceramic oxide fibers having a length of at least 5 cm;
Introducing a slurry into the cavity such that a predetermined portion of the elongated fiber insert is coated with the slurry, the slurry including a liquid medium and discontinuous ceramic oxide fibers dispersed therein. Process;
Removing at least a sufficient amount of liquid medium to consolidate the discontinuous fibers and secure the fiber insert to provide an article comprising the elongated fiber insert and the discontinuous fibers, wherein the consolidation of the discontinuous fibers comprises: Extending along at least a portion of the length of
Drying the consolidated article to provide a green ceramic oxide preform comprising elongated fiber inserts and discontinuous fibers, wherein at least one compaction of the discontinuous fibers secures the fiber inserts in place. And wherein the consolidation of the discontinuous fibers extends along at least a portion of the length of the fiber insert; and
A porous ceramic oxide preform comprising a porous sintered ceramic oxide material having an open porosity of at least 85% by volume for securing substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers in place. Heating the green ceramic oxide preform to at least one temperature sufficient to provide the porous sintered ceramic oxide material with a substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide. Extending along at least a portion of the length of the material fiber,
A method comprising:
[0029]
In another embodiment, the present invention provides a method of making a porous ceramic oxide:
Positioning at least one elongated fiber insert within the cavity, the fiber insert including a tow of substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers having a length of at least 5 cm;
Introducing a slurry into the cavity such that a predetermined portion of the elongated fiber insert is coated with the slurry, the slurry including a liquid medium and discontinuous ceramic oxide fibers dispersed therein. Process;
Removing at least an amount of liquid medium sufficient to consolidate the discontinuous fibers and secure the fiber insert to provide an article comprising the elongated fiber insert and the discontinuous fibers, wherein the consolidation of the discontinuous fibers comprises: Extending along at least a portion of the length of
Drying the consolidated article to provide a green ceramic oxide preform comprising elongated fiber inserts and discontinuous fibers, wherein at least one compaction of the discontinuous fibers secures the fiber inserts in place. And wherein the consolidation of the discontinuous fibers extends along at least a portion of the length of the fiber insert; and
The green ceramic oxide preform is a porous sintered ceramic oxide material having an open porosity of at least 85% by volume that secures a substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fiber in place. Heating to at least one temperature sufficient to provide a porous ceramic oxide preform, wherein the porous sintered ceramic oxide material comprises a substantially continuous longitudinally aligned ceramic. Extending along at least a portion of the length of the oxide fiber;
A method comprising:
[0030]
In another embodiment, the present invention provides a method of making a porous ceramic oxide:
Positioning at least one elongated fiber insert within the cavity, the fiber insert including a substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fiber having a length of at least 5 cm;
Introducing a slurry into the cavity such that a predetermined portion of the elongated fiber insert is coated with the slurry, the slurry including a liquid medium and discontinuous ceramic oxide fibers dispersed therein. Process;
Removing a sufficient amount of liquid medium from the slurry to compact the discontinuous fibers and secure the fiber insert to provide an article comprising the elongated fiber insert and the discontinuous fibers, wherein the discontinuous fibers are consolidated. Securing the fiber insert in place and the consolidation of the discontinuous fibers extending along at least a portion of the length of the fiber insert; and
A porous ceramic oxide preform comprising a porous sintered ceramic oxide material having an open porosity of at least 85% by volume for securing substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers in place. Heating the green ceramic oxide preform to at least one temperature sufficient to provide a substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide. Extending along at least a portion of the length of the material fiber,
A method comprising:
[0031]
In another embodiment, the present invention provides a method of making a porous ceramic oxide:
Positioning at least one elongated fiber insert within the cavity, the fiber insert including a tow of substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers having a length of at least 5 cm;
Introducing a slurry into the cavity such that a predetermined portion of the elongated fiber insert is coated with the slurry, the slurry including a liquid medium and discontinuous ceramic oxide fibers dispersed therein. Process;
Removing the liquid medium from the slurry in an amount sufficient to consolidate the discontinuous fibers and secure the fiber insert to provide an article comprising the elongated fiber insert and the discontinuous fibers, wherein the consolidation of the discontinuous fibers comprises: Extending along at least a portion of the length of the insert; and
A porous ceramic oxide preform comprising a porous sintered ceramic oxide material having an open porosity of at least 85% by volume for securing substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers in place. Heating the green ceramic oxide preform to at least one temperature sufficient to provide the porous sintered ceramic oxide material with a substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide. Extending along at least a portion of the length of the material fiber,
A method comprising:
[0032]
In another embodiment, the present invention provides:
A first porous sintered ceramic article including an aperture for receiving a porous ceramic oxide; and
A second ceramic article positioned within an aperture and including a porous sintered ceramic oxide material and substantially continuous ceramic oxide fibers having a length of at least 5 cm, wherein the porous sintered ceramic oxide The material fixes the substantially continuous ceramic oxide fibers in place, and the porous sintered ceramic oxide material extends along at least a portion of the length of the substantially continuous fibers. An article wherein the substantially continuous ceramic oxide fibers are arranged in an essentially longitudinal direction;
The present invention provides a porous ceramic oxide preform comprising:
[0033]
In another embodiment, the present invention provides:
A first porous sintered ceramic article including an aperture for receiving a porous ceramic oxide; and
A second ceramic article positioned within the aperture and including a porous sintered ceramic oxide material, wherein the porous sintered ceramic oxide material defines a tow comprising substantially continuous ceramic oxide fibers. And the porous sintered ceramic oxide material extends along at least a portion of the length of the substantially continuous fiber, and the tow of substantially continuous ceramic oxide fiber is reduced. Articles that are essentially longitudinally arranged,
The present invention provides a porous ceramic oxide preform comprising:
[0034]
In another embodiment, the present invention provides:
A first porous sintered ceramic article including an aperture for receiving a porous ceramic oxide; and
A second ceramic article positioned within an aperture and comprising a porous sintered ceramic oxide material and substantially continuous ceramic oxide fibers having a length of at least 5 cm, wherein at least 85% by volume of open pores The porous sintered ceramic oxide material having a fixed modulus fixes in place a substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fiber, wherein the porous sintered ceramic oxide material is substantially An article extending along at least a portion of the length of the continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers;
The present invention provides a porous ceramic oxide preform comprising:
[0035]
In another embodiment, the present invention provides:
A first porous sintered ceramic article including an aperture for receiving a porous ceramic oxide; and
A porous sintered ceramic oxide material having an open porosity of at least 85% by volume, wherein the tow of a substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fiber is positioned in the aperture and is secured in place. A second ceramic article comprising: wherein the porous sintered ceramic oxide material extends along at least a portion of a length of a substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fiber. ,
The present invention provides a porous ceramic oxide preform comprising:
[0036]
In another embodiment, the invention is directed to a method of making a porous sintered ceramic oxide preform for an article comprising a metal-based material:
Designing an article to include, at least in part, a metal matrix composite reinforced with substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers having a length of at least 5 cm, A metal matrix composite for forming at least one ceramic oxide preform comprising a ceramic oxide material extends along at least a portion of a length of a substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fiber. Wherein the substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers have a first Young's modulus, the ceramic oxide material has a second Young's modulus, and the first Young's modulus is a second Young's modulus. A process greater than the Young's modulus of the product; and
Preparing, based on the resulting design, a porous sintered ceramic oxide preform that includes a ceramic oxide material that secures substantially continuous ceramic oxide fibers in place. Wherein the ceramic oxide material extends along at least a portion of the length of the substantially continuous ceramic oxide fibers, wherein the substantially continuous ceramic oxide fibers are essentially longitudinally arranged. Process,
A method comprising:
[0037]
In another embodiment, the invention is directed to a method of making a porous sintered ceramic oxide preform for an article comprising a metal-based material:
Designing an article to include, at least in part, a metal matrix composite reinforced with substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers having a length of at least about 5 cm; A metal-based composite material for forming at least one ceramic oxide preform containing the ceramic oxide material along at least a portion of the length of the substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers. The extended, substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers have a first Young's modulus, the ceramic oxide material has a second Young's modulus, and the first Young's modulus is a second Young's modulus. A step greater than the Young's modulus of 2; and
Preparing, based on the resulting design, a porous sintered ceramic oxide preform that includes a ceramic oxide material that secures in place a substantially continuous ceramic oxide fiber tow. Wherein the ceramic oxide material extends along at least a portion of the length of the substantially continuous ceramic oxide fibers, wherein the substantially continuous ceramic oxide fibers are arranged essentially longitudinally. Process,
Providing a method comprising:
[0038]
In another embodiment, the invention is directed to a method of making a porous sintered ceramic oxide preform for an article comprising a metal-based material:
Designing an article to include, at least in part, a metal matrix composite reinforced with substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers having a length of at least 5 cm, A metal matrix composite for forming at least one ceramic oxide preform comprising a ceramic oxide material extends along at least a portion of a length of a substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fiber. Wherein the substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers have a first Young's modulus, the ceramic oxide material has a second Young's modulus, and the first Young's modulus is a second Young's modulus. A process greater than the Young's modulus of the product; and
Based on the resulting design, a porous sintered ceramic oxide comprising a ceramic oxide material having an open porosity of at least 85% by volume that secures substantially continuous ceramic oxide fibers in place. Preparing a preform, wherein the ceramic oxide material extends along at least a portion of the length of the substantially continuous ceramic oxide fiber;
Providing a method comprising:
[0039]
In another embodiment, the invention is directed to a method of making a porous sintered ceramic oxide preform for an article comprising a metal-based material:
Designing an article to include, at least in part, a metal matrix composite reinforced with substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers, the method comprising at least including the ceramic oxide material. A metal matrix composite for forming one ceramic oxide preform extends along at least a portion of a length of a substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fiber and is substantially continuous. Wherein the ceramic oxide fibers arranged in the longitudinal direction have a first Young's modulus, the ceramic oxide material has a second Young's modulus, and the first Young's modulus is greater than the second Young's modulus. ;and
Based on the resulting design, a porous sintered ceramic comprising a ceramic oxide material having an open porosity of at least 85% by volume that secures a substantially continuous ceramic oxide fiber tow in place. Preparing an oxide preform, wherein the ceramic oxide material extends along at least a portion of the length of the substantially continuous ceramic oxide fiber;
Providing a method comprising:
[0040]
In another embodiment, the invention is directed to a method of making a porous sintered ceramic oxide preform for an article comprising a metal-based material:
Designing an article to include, at least in part, a metal matrix composite reinforced with substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers having a length of at least 5 cm;
Preparing an elongate preform comprising substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers and a binder material that bonds the fibers together based on the resulting design;
Preparing a green ceramic oxide preform comprising a green ceramic oxide material extending along at least a portion of the length of the elongated preform; and
A green ceramic oxide preform is provided to provide a porous sintered ceramic oxide preform that includes a ceramic oxide material that secures substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers in place. Heating, wherein the ceramic oxide material extends along at least a portion of a length of the substantially continuous ceramic oxide fiber, wherein the substantially continuous ceramic oxide fiber is essentially Process that is arranged in the longitudinal direction,
Providing a method comprising:
[0041]
In another embodiment, the invention is directed to a method of making a porous sintered ceramic oxide preform for an article comprising a metal-based material:
Designing an article to include, at least in part, a metal matrix composite reinforced with substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers;
Based on the resulting design, a tow of substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers and a tow of substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers are combined. Preparing an elongate preform containing the binding binder material;
Preparing a green ceramic oxide preform comprising a green ceramic oxide material extending along at least a portion of the length of the elongated preform; and
Green ceramic oxide preform to provide a porous sintered ceramic oxide preform that includes a ceramic oxide material that secures a substantially continuous longitudinally aligned tow of ceramic oxide fibers in place. Heating the body, wherein the ceramic oxide material extends along at least a portion of a length of the substantially continuous fiber, wherein the substantially continuous ceramic oxide fiber comprises A process that is arranged in the longitudinal direction,
Providing a method comprising:
[0042]
In another embodiment, the invention is directed to a method of making a porous sintered ceramic oxide preform for an article comprising a metal-based material:
Designing an article to include, at least in part, a metal matrix composite reinforced with substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers having a length of at least 5 cm;
Preparing an elongate preform comprising substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers and a binder material that bonds the fibers together based on the resulting design;
Preparing a green ceramic oxide preform comprising a green ceramic oxide material extending along at least a portion of the length of the elongated preform; and
A porous sintered ceramic oxide preform comprising a ceramic oxide material having an open porosity of at least 85% by volume that secures a substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fiber in place. Heating the green ceramic oxide preform to extend along at least a portion of the length of the substantially continuous ceramic oxide fiber;
Providing a method comprising:
[0043]
In another embodiment, the invention is directed to a method of making a porous sintered ceramic oxide preform for an article comprising a metal-based material:
Designing an article to include, at least in part, a metal matrix composite reinforced with substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers;
Based on the resulting design, a tow of substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers and a tow of substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers are combined. Preparing an elongate preform containing the binding binder material;
Preparing a green ceramic oxide preform comprising a green ceramic oxide material extending along at least a portion of the length of the elongated preform; and
A porous sintered ceramic oxide preform comprising a ceramic oxide material having an open porosity of at least 85% by volume that secures a substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fiber in place. Heating the green ceramic oxide preform to extend along at least a portion of the length of the substantially continuous ceramic oxide fiber;
A method comprising:
[0044]
In another embodiment, the present invention relates to a metal-based composite article comprising a porous ceramic oxide and a metal-based material, wherein the ceramic oxide preform has a substantially continuous length of at least 5 cm. A ceramic oxide fiber and a porous sintered ceramic oxide material extending along at least a portion of the length of the substantially continuous ceramic oxide fiber, wherein the substantially continuous ceramic oxide fiber is A metal-based composite article is provided that is essentially longitudinally arranged and wherein the porous ceramic oxide material is impregnated with at least a portion of the metal-based material that extends into the porous sintered ceramic oxide material. I do.
[0045]
In another embodiment, the invention is directed to a metal-based composite article comprising a porous ceramic oxide and a metal-based material, wherein the ceramic oxide preform comprises a substantially continuous ceramic oxide fiber tow and A porous sintered ceramic oxide material extending along at least a portion of the length of the tow, wherein the tow is essentially longitudinally arranged; A metal-based composite article is provided wherein at least a portion of the metal-based material extending into the sintered ceramic oxide material is impregnated.
[0046]
In another embodiment, the present invention relates to a metal-based composite article comprising a porous ceramic oxide and a metal-based material, wherein the ceramic oxide preform has a substantially continuous length of at least 5 cm. Longitudinally arranged ceramic oxide fibers and a porous sintered ceramic oxide having an open porosity of at least 85% by volume extending along at least a portion of the length of the substantially continuous ceramic oxide fibers A metal-based composite article comprising a material, wherein the porous sintered ceramic oxide material is impregnated with at least a portion of the metal-based material that extends into the porous sintered ceramic oxide material.
[0047]
In another embodiment, the invention is directed to a metal-based composite article comprising a porous ceramic oxide and a metal-based material, wherein the ceramic oxide preform comprises a ceramic oxide fiber tow and a length of the tow. A porous sintered ceramic oxide material having an open porosity of at least 85% by volume extending along at least a portion of the porous sintered ceramic oxide material, wherein the porous sintered ceramic oxide material is impregnated with at least a portion of the metal-based material. A metal-based composite material article.
[0048]
In another embodiment, the present invention relates to a metal-based composite article comprising a porous ceramic oxide preform and a metal-based material, wherein the ceramic oxide preform comprises:
A first porous sintered ceramic article including an aperture for receiving a porous ceramic oxide; and
A second ceramic article positioned within an aperture and including a porous sintered ceramic oxide material and substantially continuous ceramic oxide fibers having a length of at least 5 cm, wherein the porous sintered ceramic oxide The material fixes the substantially continuous ceramic oxide fibers in place and the porous sintered ceramic oxide material extends along at least a portion of the length of the substantially continuous fibers An article, wherein the substantially continuous ceramic oxide fibers are arranged in an essentially longitudinal direction.
And comprises
A metal-based composite material is provided wherein the porous sintered ceramic oxide material is impregnated with at least a portion of the metal-based material.
[0049]
In another embodiment, the present invention relates to a metal-based composite article comprising a porous ceramic oxide preform and a metal-based material, wherein the ceramic oxide preform comprises:
A first porous sintered ceramic article including an aperture for receiving a porous ceramic oxide; and
A second ceramic article comprising a porous sintered ceramic oxide material positioned within the aperture and securing a substantially continuous ceramic oxide fiber tow in place. An article, wherein the material extends along at least a portion of the length of the substantially continuous fiber, and the tow is essentially longitudinally arranged;
And comprises
The porous sintered ceramic oxide material is provided with a metal-based composite material having at least a portion of the metal-based material infiltrated.
[0050]
In another embodiment, the present invention relates to a metal matrix composite article comprising a porous ceramic oxide preform and a metal matrix, wherein the ceramic oxide preform comprises:
A first porous sintered ceramic article including an aperture for receiving a porous ceramic oxide; and
A porous sintered ceramic oxide material having an open porosity of at least 85% by volume and comprising a substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fiber having a length of at least 5 cm positioned within the aperture. 2. The ceramic article of claim 2, wherein said porous sintered ceramic oxide material fixes substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers in place. An article wherein the material extends along at least a portion of the length of the substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers;
And comprises
A metal-based composite material is provided wherein the porous ceramic oxide material is impregnated with at least a portion of the metal-based material.
[0051]
In another embodiment, the present invention relates to a metal matrix composite article comprising a porous ceramic oxide preform and a metal matrix, wherein the ceramic oxide preform comprises:
A first porous sintered ceramic article including an aperture for receiving a porous ceramic oxide; and
A porous sintered ceramic oxide material having an open porosity of at least 85% by volume that secures in place a tow of substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers positioned within the aperture. A second ceramic article comprising: a porous sintered ceramic oxide material extending along at least a portion of a length of a substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fiber;
And comprises
A metal-based composite material is provided wherein the porous ceramic oxide material is impregnated with at least a portion of the metal-based material.
[0052]
The ceramic oxide preform according to the present invention is useful, for example, for providing a reinforcing material in a metal matrix composite article. One advantage of one aspect of the present invention is that it reinforces existing articles made of one metal (eg, cast iron) with a ceramic oxide material containing substantially continuous ceramic oxide fibers. Redesigned to be made from another metal (eg, aluminum), and thus the latter (ie, a metal matrix composite version of the article) is required for use of the original article made of the first metal Has certain desirable properties at least equal to (e.g., Young's modulus, yield strength, and ductility). Optionally, the article can be redesigned to have the same physical dimensions as the original article.
[0053]
Detailed Description of the Preferred Embodiment
The present invention relates to a ceramic oxide preform comprising substantially continuous ceramic oxide fibers and a metal substrate comprising at least one ceramic oxide preform (including the open porosity according to the invention). A composite article is provided. Preferably, the ceramic oxide preforms and metal matrix composite articles according to the present invention have specific applications in order to achieve an optimal or at least acceptable balance of desired properties, low cost and ease of manufacture. Designed for.
[0054]
Typically, the porous ceramic oxide (s) preform according to the invention is designed for a specific application and / or to have certain properties and / or features. I have. For example, select an existing article made of one metal (eg, cast iron) and reinforced another metal (eg, aluminum) reinforced with a ceramic oxide material that includes substantially continuous ceramic oxide fibers. )), And thus certain desirable properties where the latter (ie, the metal matrix composite version of the article) is at least equal to that required for use of the original article made of the first metal. (Eg, Young's modulus, yield strength, and ductility). Optionally, the article can be redesigned to have the same physical dimensions as the original article.
[0055]
The desired metal matrix composite article morphology, desired properties, possible metals and ceramic oxide materials that may be desired to be sourced from and the relevant properties of these materials are collected to provide a possible suitable structure. Used for Preferred methods for generating possible structures include finite element analysis (including the use of a central processing unit (CPU) and input / output devices), including the use of FEA software runs with the aid of conventional computer systems. FEA). Suitable FEA software is available from Ansys, Inc. under the trade name “ANSSYS”. , Inc., including those marketed by Canonsburg, PA. FEA helps mathematically model the article and identify areas where placement of continuous ceramic oxide fibers and possibly other ceramic oxide materials will provide the desired level of properties. For non-linear geometries, it is typically necessary to perform multiple iterations of FEA to get a better design.
[0056]
Referring to FIG. 1, a ceramic oxide preform 10 according to the present invention comprises a substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fiber 12 and a porous ceramic oxide material 14. Some preferred porous ceramic oxide materials, including porous sintered ceramic oxide materials, include alpha alumina.
[0057]
The continuous reinforcing fibers of the present invention are substantially longitudinally aligned, and are thus generally parallel to one another. These fibers may be incorporated into the ceramic oxide preform as individual fibers, but more typically are incorporated into the preform as a group of fibers in the form of a bundle or tow. The fibers in the bundle or tow are maintained in a longitudinally aligned (ie, generally parallel) relationship to one another. If multiple bundles or tows are utilized in the preform, the fiber bundles or tows are also maintained in a longitudinally aligned (ie, generally parallel) relationship to one another. Typically, the individual fiber arrangement is continuous in an essentially longitudinal arrangement maintained within ± 10 °, more preferably ± 5 °, and most preferably ± 3 ° of its average longitudinal axis. Preferably, all of the reinforcing fibers are maintained. Continuous reinforcing fibers in the form of fibrous structures such as weaves, knits, etc., fail to achieve the higher fiber packing densities typically achieved with longitudinally aligned fibers. Thus, metal infiltrated articles based on preforms utilizing fibrous structures such as wovens, knits, etc., typically exhibit lower strength properties as compared to metal infiltrated articles having longitudinally arranged continuous reinforcing fibers. , Not much liked.
[0058]
For some preform structures, it may be desirable or necessary that the longitudinally aligned ceramic oxide fibers be curved rather than straight (ie, do not expand planarly). Thus, for example, longitudinally arranged ceramic oxide fibers may be planar throughout the fiber, non-planar (i.e., curved) over the length of the fiber, and in some portions planar. Other portions may be non-planar (i.e., curved), in which case the continuous reinforcing fibers are substantially non-intersecting throughout the curved portion of the preform (i.e., longitudinally aligned). Maintained) arrangement. In a preferred embodiment, the fibers are maintained substantially equidistant from each other throughout the curved portion of the preform. For example, FIG. 6C, which is a schematic perspective view of the substantially continuous α-alumina fiber insert 208 of FIGS. 6A and 6D, illustrates a longitudinally arranged α-alumina fiber 67. The α-alumina fibers 67 arranged in the longitudinal direction are flat between the cutting lines BB and CC and between the cutting lines DD and EE, and are curved between the cutting lines CC and DD. Alternatively, the longitudinally arranged ceramic oxide fibers may be non-planar throughout their length. For example, referring to FIG. 10, a ceramic oxide preform in accordance with the present invention includes longitudinally arranged ceramic oxide fibers 102 and porous ceramic oxide material 104, wherein the longitudinally arranged ceramic oxide The object fiber 102 is curved over its entire length. One example of a metal matrix composite article that can be made from the latter type of preform is an aluminum metal matrix composite ring as shown in FIG. Ring 110 is composed of metal 112 and ceramic oxide preform 100 (see FIG. 10). Such rings are useful, for example, in high speed rotating machinery subjected to high centrifugal forces.
[0059]
For another aspect, for some preform structures, it may be desirable or necessary to have two, three, four or more layers of longitudinally arranged ceramic oxide fiber plies. (Ie, one ply comprises at least one layer of substantially continuous longitudinally-arranged ceramic oxide fibers, preferably a tow of substantially continuous longitudinally-arranged ceramic oxide fibers. At least one)). These plies may be oriented in relation to each other in any of a variety of directions. Examples of relationships between plies are shown in FIGS. Referring to FIG. 12, a ceramic oxide preform 120 in accordance with the present invention comprises first and second longitudinally aligned ceramic oxide fibers 121 and 122 secured within a porous ceramic oxide material 124. Wherein the first ply of longitudinally arranged ceramic oxide fibers 121 is positioned at 45 ° relative to the second ply of longitudinally arranged ceramic oxide fibers 122. However, depending on the particular application, the difference in position of one ply with respect to the other ply (s) can be anywhere between zero degrees and 90 degrees. The preferred positioning of one ply in relation to the other plies for some applications may be in the range of about 30 ° to about 60 °, for example, in the range of about 40 ° to about 50 ° C. Optionally, the porous ceramic oxide material can be between two or more plies.
[0060]
The fibers also benefit from being subjected to a fiber wrap as shown in FIG. 13 in which the ceramic oxide fibers 131 are helically wound around longitudinally arranged ceramic oxide fibers 132. May be affected. An example of a metal matrix composite article that can benefit from the properties provided by the longitudinally arranged ply of ceramic oxide fibers is an article that undergoes a bending force about two vertical axes during use.
[0061]
The substantially continuous reinforcing fibers used to make the porous ceramic oxide preform according to the present invention preferably have an average diameter of at least about 5 micrometers. Preferably, the average fiber diameter is no greater than about 250 micrometers, and more preferably, no greater than about 100 micrometers. For fiber tows, the average fiber diameter is preferably no greater than about 50 micrometers, more preferably no greater than about 25 micrometers.
[0062]
Preferably, the fibers have a Young's modulus of at least about 70 GPa, more preferably at least 100 GPa, at least 150 GPa, at least 200 GPa, at least 250 GPa, at least 300 GPa, and even at least 350 GPa.
[0063]
Preferably, the ceramic oxide fibers have an average tensile strength of at least 1.4 GPa, more preferably at least 1.7 GPa, even more preferably at least about 2.1 GPa, and most preferably at least about 2.8 GPa.
[0064]
Examples of substantially continuous fibers that may be useful for making a metal matrix composite according to the present invention include alpha alumina fibers and aluminoborosilicate fibers, such as alpha alumina fibers luminosilicate fibers. . Ceramic oxide fibers are commercially available as single filaments or in bundled form (eg, as yarn or tow). The yarn or tow preferably comprises at least 750 individual fibers per tow, more preferably at least 2550 individual fibers per tow. Tow is well known in the fiber art and refers to a plurality of (individual) fibers (typically at least 100 fibers, more typically at least 400 fibers) collected in a rope. Ceramic oxide fibers, including ceramic oxide fiber tows, are available in various lengths. The fibers may have a cross-sectional shape that is circular or elliptical.
[0065]
Methods for making alumina fibers are well known in the art and are described in US Pat. S. Pat. No. No. 4,954,462 (Wood et al.). Preferably, the alumina fibers are fibers based on polycrystalline alpha alumina, and on a theoretical oxide basis, about 99 weight percent Al based on the total weight of the alumina fibers.₂O₃And about 0.2-0.5 weight percent SiO₂including. In another aspect, preferred polycrystalline alpha alumina based fibers include alpha alumina having an average particle size of 1 micrometer (more preferably, less than 0.5 micrometer). In another aspect, preferred polycrystalline alpha alumina based fibers have an average tensile strength of at least 1.6 GPa (preferably at least 2.1 GPa, more preferably at least 2.8 GPa). Preferred α-alumina fibers are 3M Company, St. Paul. It is commercially available from MN under the trade name “NEXTEL610”. About 89 weight percent Al based on the total weight of the fiber₂O₃, About 10 weight percent ZrO₂And about 1 weight percent Y₂O₃The other α-alumina fiber containing is sold under the trade name “NEXTEL650”.
[0066]
Preferred aluminosilicate fibers are U.S.A. S. Pat. No. 4,047,965 (Karst et al.). Preferably, the aluminosilicate fiber has an Al oxide within the range of about 67 to about 85 weight percent, based on the theoretical oxide basis, based on the total weight of the aluminosilicate fiber.₂O₃And SiO in the range of about 33 to about 15 weight percent₂including. Some preferred aluminosilicate fibers have an Al oxide in the range of about 67 to about 77 weight percent on a theoretical oxide basis, based on the total weight of the aluminosilicate fibers.₂O₃And SiO in the range of about 33 to about 23 weight percent₂including. One preferred aluminosilicate fiber has a theoretical oxide base of about 85 weight percent Al based on the total weight of the aluminosilicate fiber.₂O₃And about 15 weight percent SiO₂including. Another preferred aluminosilicate fiber has a theoretical oxide basis of about 73 weight percent Al based on the total weight of the aluminosilicate fiber.₂O₃And 27 mass percent SiO₂including. Preferred aluminosilicate fibers are commercially available from 3M Company under the trade designations "NEXTEL 720" and "NEXTEL 550".
[0067]
Preferred aluminoborosilicate fibers are U.S.A. S. Pat. No. 3,795,524 (Sowman). Preferably, the aluminoborosilicate fibers are on a theoretical oxide basis, from about 35 weight percent to about 75 weight percent (more preferably from about 55 weight percent to about 75 weight percent, based on the total weight of the aluminoborosilicate fibers). Percent) Al₂O₃0% by weight or more (more preferably at least about 15% by weight) and less than about 50% by weight (more preferably, less than about 45%, and most preferably, less than about 44%)₂And about 5% by weight or more (more preferably less than about 25% by weight, even more preferably from about 1% by weight to about 5% by weight, and most preferably from about 2% by weight to about 20% by weight) of B₂O₃including. Preferred aluminoborosilicate fibers are commercially available from 3M Company under the trade designations "NEXTEL312" and "NEXTEL440".
[0068]
Commercially available substantially continuous ceramic oxide fibers typically include an organic sizing agent added to provide lubricity and protect the fiber strands during handling. Sizing is believed to have a tendency to reduce the rate of fiber breakage, reduce static electricity, and reduce the amount of dust during conversion to, for example, fabric. Sizing can be removed, for example, by dissolution or incineration.
[0069]
Applying a coating on the ceramic oxide fibers is also within the scope of the present invention. The coating can be used, for example, to enhance or enhance the wettability of the fibers, to reduce or prevent reactions between the fibers and the molten metal-based material. Such coatings and techniques for applying such coatings are well known in the art of fiber and metal matrix composites.
[0070]
The porous ceramic oxide preform can be made, for example, by casting a slurry of discontinuous ceramic oxide fibers (including whiskers) around the continuous fibers. Typically, the continuous fibers are positioned in a cavity (eg, a mold) and the slurry is added to the mold. The continuous fibers are positioned within the cavity in such a way that they are properly positioned in the resulting ceramic oxide material. The cavity is configured to provide a desired shape, but reshaping the resulting ceramic oxide material, for example by machining, to provide a desired form of the ceramic oxide preform. Also fall within the scope of the present invention.
[0071]
Suitable discontinuous ceramic oxide fibers (including whiskers) include alumina, including transition alumina and alpha alumina (such as delta alumina), aluminosilicate fibers and aluminoborosilicate fibers, and include such materials. Manufacturing methods and / or sources are known in the art. Discontinuous fibers can be made, for example, by cutting or chopping continuous fibers (including the continuous fibers discussed above). Examples of commercially available discontinuous ceramic oxide fibers include “SAFFIL” manufactured by J & J Dyson, Widness, UK, Thermal Ceramics Inc. , Augusta GA, Inc. and those sold under the trade names "FIBERFRAX" from Unifrax, Niagara Falls, NY.
[0072]
Typically, the discontinuous fibers have a diameter in the range of about 1 micrometer to about 20 micrometers, preferably about 3 micrometers to about 12 micrometers, and are up to about 2.5 cm long, preferably Whiskers typically have a length of about 6 micrometers to about 12 micrometers, although is less than 1.2 cm in length.
[0073]
Optionally, the slurry may further include ceramic oxide particles such as alumina (including alpha alumina) particles, aluminosilicate particles and aluminoborosilicate particles. Typically, the preferred average particle size of the particles is in the range from about 0.05 micrometers to about 50 micrometers. The slurry may be further reacted with other components used to produce the porous ceramic oxide preform, such as colloidal silica, colloidal alumina, etc. (e.g., silica reacts with alumina to form mullite It may include a ceramic oxide bonding material that can help enhance the integrity).
[0074]
Suitable slurries can be formed using techniques known in the art. Typically, a slurry is formed by dispersing discontinuous fibers in a liquid medium such as water. Fiber inserts (eg, ribbons) can be used to assist in handling and positioning of the continuous fibers. The fiber insert includes a plurality of continuous fibers held with a binder material. Referring to FIG. 2, fiber insert 20 secures substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers 22 and fibers 22 (as shown in the form of tows 23) within fiber insert 20. Comprising a non-rigid binder material 24 that serves to The binder material 24 contacts the fibers only to the extent necessary to form the fiber insert 20, and need not be in contact with all the fibers. For example, the inner fibers may not be in contact with the binder material.
[0075]
In selecting a binder material for fabricating the fiber insert, where applicable, the adverse effects that the binder material can have on the properties of the ceramic oxide preform, and, where applicable, Considering the possible effects of the binder material on the use of the ceramic oxide preform (eg, where applicable, the properties of metal matrix composite articles made from the ceramic oxide preform) The adverse effects that the binder material can have are taken into account).
[0076]
Binder materials are used to temporarily bond together the continuous fibers as well as to assist in handling and ultimately placing the fibers in the ceramic oxide preform. The binder material may preferably be a non-rigid material that burns completely during the calcination stage of the preform manufacturing process, preferably at relatively low temperatures, leaving no residue or ash. One preferred non-rigid binder material is one that can be heated above its melting point and applied to the fiber and then solidified to retain the fiber as desired (eg, paraffin). Other preferred non-rigid binder materials include water-soluble polymers such as polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl pyrrolidone (PVP) and combinations thereof. Other suitable non-rigid binder materials include epoxies such as those sold by Cytec Industries, West Patterson, NJ (formerly sold under the trade designation "SP381 SCOTCHPLY ADHESIVE" by 3M Company). No.
[0077]
As mentioned above, ceramic oxide preforms are typically designed for a certain purpose, so that they have certain properties, have a certain form and are made of certain materials. Is desired. Typically, the mold is selected and made to provide the desired shape of the article to be cast to form a substantially net shape. By molding a net-shaped or near net-shaped article, for example, the need and cost of subsequent machining or other post-injection molding of the cast article can be minimized or eliminated. . The cavities are selected or manufactured to obtain a desired shape for the resulting ceramic oxide material. Typically, the cavities are made or adapted to hold the continuous fibers in the desired locations, such that the continuous fibers are properly positioned within the resulting ceramic oxide preform. . Techniques for creating suitable cavities are known to those skilled in the art. Such cavities may be made of rigid materials such as wood, plastic, graphite, and steel (eg, stainless steel). One or more apertures may be provided in the mold to facilitate removal of liquid from the slurry.
[0078]
The green ceramic oxide preform according to the present invention is made, for example, by positioning continuous fibers in a cavity, introducing a slurry containing discontinuous ceramic oxide fibers into the cavity, and removing liquid from the slurry. I can do it. Typically, the liquid is removed through an aperture in the cavity. Removal of liquid through the aperture can be enhanced with the aid of a vacuum. Preferably the vacuum is less than 1000 mbars, more preferably less than 850 mbars. Alternatively, or in addition to a vacuum, removal of liquid from the cavity can be enhanced by applying pressure.
[0079]
The green preform is typically dried after removal from the cavity and before calcining or sintering, unless it is dried in the cavity. Preferably, the preform is dried to at least one temperature in the range from about 70C to about 100C, more preferably from about 85C to about 100C, typically most preferably at about 100C.
[0080]
Green preforms are typically calcined prior to sintering. Unlike sintering, in which the material is heated to the bonding temperature by a solid state reaction at a temperature lower than that required for the formation of the liquid phase, calcination is free water and preferably any water without coalescence. Heating of the material to the temperature or temperatures to remove at least about 90 wt% of the associated volatile components.
[0081]
Standard calcining temperatures are in the range of from 400C to about 800C, preferably from about 600C to about 800C. Standard sintering temperatures range from 900C to about 1150C, preferably from about 950C to about 1100C, more preferably from about 950C to about 1100C.
[0082]
Drying, calcining and sintering times can depend, for example, on the materials involved and the morphology (including size) of the preform.
[0083]
The orientation of the continuous fibers in relation to the length of the continuous fibers can be adjusted by the manufacturing process used to make the ceramic oxide preform according to the present invention. For example, as a result of positioning the aperture in the bottom surface of the cavity used to hold the slurry to preferentially remove liquid from the bottom surface (or top surface) of the cavity (rather than the side surfaces), the maximum of discontinuous fibers May be preferentially parallel, rather than orthogonal, to the length of continuous fibers positioned parallel to the length of the side of the cavity. For example, referring to FIG. 3, a fiber insert or ribbon 31 comprising a plurality of continuous fibers 32 held together by a binder material 33 is positioned within a cavity 34. The length of the continuous fiber 32 is orthogonal to the bottom surface 36 of the cavity 34. Liquid from the slurry 37 is removed from the aperture such that the largest dimension of the discontinuous fibers is preferentially orthogonal, rather than parallel, to the length of the continuous fibers 32.
[0084]
Preferably, the removal of the liquid is assisted by a vacuum. For example, the fiber insert can be deposited in a mold so that it is held in a desired location by clips at each end of the fiber insert. In one vacuum forming technique, a screen is placed on one side of a mold for water removal under vacuum. The placement of the screen is determined by the desired orientation of the discontinuous fibers. For example, if it is desirable to arrange the discontinuous fibers preferentially orthogonal to the length of the continuous fibers arranged in the longitudinal direction, the screen should be orthogonal to the fiber length direction, It can be positioned at one end of the length. The slurry can be added, for example, by submerging the mold in the slurry and then removing or pumping the slurry from the mold. A vacuum can be applied to the screen side of the mold to draw liquid. When the liquid is removed, the discontinuous fibers are preferentially arranged in relation to the length of the continuous fibers. Subsequent pressure can be applied to the fibers to force more water out, which can also help densify the discontinuous fibers.
[0085]
Similarly, discontinuities may occur, for example, as a result of positioning apertures or holes in the sides of the cavity used to hold the slurry to preferentially remove liquid from the sides of the cavity (as opposed to the top and bottom). The largest dimension of the fiber may be preferentially orthogonal, rather than parallel, to the length of the continuous fiber positioned parallel to the length of the side of the cavity.
[0086]
A ceramic oxide preform according to the present invention can include a plurality of groups of substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers (e.g., two groups, three groups, etc.), where substantially. A group of semi-continuously longitudinally arranged ceramic oxide fibers is separated from the other group (s) with a porous ceramic oxide material in between. For example, referring again to FIG. 1, a ceramic oxide preform according to the present invention comprises a group 12A of substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers 12 and a porous ceramic oxide material 14; 12B and 12C.
[0087]
The ceramic oxide preform can take one of a variety of shapes, including rods (including rods having circular, rectangular or square cross-sections), I-beams or tubes. The ceramic oxide preform may have an elongated and substantially constant cross-sectional area.
[0088]
In some applications, as a preform or as an insert to reinforce a metal matrix composite article, a substantially continuous longitudinal array, such as the ceramic oxide preform in FIG. A porous ceramic oxide preform containing the ceramic oxide fibers and the porous ceramic oxide material can be used. For some uses of the ceramic oxide preform, a second ceramic oxide preform having at least one aperture to receive one or more ceramic oxide preforms according to the present invention is provided. It may be desirable to prepare. For example, referring to FIG. 4, the ceramic oxide preform 40 is comprised of a porous ceramic oxide material 42 and includes apertures 44A, 44B, 44C, for receiving a ceramic oxide preform according to the present invention. 44D. As shown, apertures 44A, 44B, 44C, 44D and 44E are each designed to receive a porous ceramic oxide preform 10 (see FIG. 1). The second ceramic oxide preform can be made as described above, as well as by techniques known in the art. In one preferred embodiment according to the present invention, the Young's modulus of the first porous material is greater than the Young's modulus of the second porous material, and the Young's modulus of the continuous fiber is the first porous material. Greater than the Young's modulus.
[0089]
Forming the ceramic oxide material to secure the continuous fibers, including providing the aperture (s) therein for the continuous fibers, and then inserting the fibers into the aperture (s), is likewise the present invention. Enter within range.
[0090]
For additional details regarding the forming of ceramic oxide preforms, see, for example, U.S. Pat. S. Pat. No. 5,394,930 (Kenner Knecht) and Great Britain Pat. Doc. See Nos 2182,970A and B. Other techniques and other favorable conditions may become apparent upon reviewing the disclosure herein.
[0091]
A preferred use for the ceramic oxide preform according to the invention is as a reinforcement in metal matrix composites. An example of a metal matrix composite article according to the present invention made from a porous ceramic oxide preform according to the present invention is shown in FIGS. 6A, 6B, 6C and 6D. Brake calipers for motor vehicles (eg, passenger cars, sports cars, vans or trucks) are comprised of metal (eg, aluminum) 62 and a ceramic oxide preform 200 according to the present invention. 6D and 6E are cross-sectional views of FIG. 6B along lines FF and GG, respectively. 6D and 6E, ceramic oxide preform 200 includes porous ceramic oxide materials 202 and 204 and substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers 68 and 67, respectively. Includes substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fiber inserts 206 and 208.
[0092]
Another structural example of a brake caliper incorporating a porous ceramic oxide preform according to the present invention and an automobile (eg a passenger car, a sports type car, a van or a truck) utilizing the brake caliper is shown in FIG. Have been. An example of an automotive disc brake is a rotor: inner and outer brake pads disposed on both sides of the rotor and movable to enter a braking engagement therewith; pistons pressing the inner brake pads against the rotor; on the sides of the rotor. A brake caliper including a body member having a cylinder for receiving a piston positioned thereon, an arm member positioned on another side of the rotor and supporting an outer brake pad, and a body member and an arm member transverse to a plane of the rotor. Including a bridge extending between. Referring again to FIG. 5, a disc brake assembly 50 is connected to a brake caliper housing 51 formed of a body member 52, an arm member 54 and the body member 52 at one end and to the arm member 54 at the other end. A bridge 56. Body member 52 has a generally cylindrical recess 53 therein for slidably receiving a piston 55 against which inner brake pad 57 is pressed. An inner surface of the arm member 54 supports an outer brake pad 59 facing the inner brake pad 57. Brake rotors 47 connected to wheels (not shown) of the vehicle are located between the inner brake pad 57 and the outer brake pad 59, respectively. A ceramic oxide preform 10 a ′ comprising continuous α-alumina oxide fibers 12 a ′ and a porous ceramic oxide material 14 a ′ is located in bridge 56.
[0093]
Actuation of the piston 55, hydraulically or otherwise, will cause the inner brake pad 57 to be driven against one side of the rotor 47, causing the caliper housing 51 to float by the reaction force as is well known in the art. This causes the outer brake pad 59 to engage the other side of the rotor 47.
[0094]
Examples of disc brakes for using metal-based composite brake calipers including a ceramic oxide preform according to the present invention include fixed, floating and sliding types. Further details on brake calipers and brake systems can be found, for example, in U.S. Pat. S. Pat. Nos. 4,705,093 (Ogino) and 5,234,080 (Pantale).
[0095]
Other examples of metal matrix composite articles that can be made from ceramic oxide preforms according to the present invention include automotive parts (eg, automotive control arms and automobile wrist pins) and gun parts (eg, rifled steel). Barrel support for liners).
[0096]
Typically, a metal matrix composite article made from the ceramic oxide preform according to the present invention will have a volume within the region containing the continuous ceramic fibers of from about 30 to about 45 volumes, based on the total volume of this region. Metal in the range of percent (preferably about 35 to about 45 percent, more preferably about 35 to about 40 percent) and about 70 to about 55 percent by volume (preferably about 65 to about 55 percent, more preferably about 60 to about 55 percent. (About 65 percent). Further, the region containing the porous ceramic oxide material that anchors the continuous ceramic fibers typically has a volume of about 20 to about 95 volume percent (preferably, about 60 to about 90 percent, more preferably, based on the total volume of the area). Metals in the range of about 80 to about 85 percent) and porous ceramic oxide materials in the range of about 80 to about 5 volume percent (preferably about 60 to about 10 percent, more preferably about 15 to about 5 percent) Contains.
[0097]
The fiber and metal volume content of the metal matrix composite within the continuous fiber region is generally determined by what is desired to produce a homogeneous composite without significant movement of the continuous fibers during metal infiltration. If the fiber content is too low, it will be more difficult to prevent or minimize movement of the continuous fibers in the MI during metal infiltration. In the discontinuous fiber region, the fiber and metal volume content of the composite is generally governed by a balance between increased strength and stiffness and ductility and machinability. The metals making up the metal matrix composite are preferably selected in such a way that the base material does not significantly react chemically with the ceramic oxide material, especially the continuous fibers (ie, has a relatively chemical inertness to the metal refractory material). Thus, the need to apply a protective coating to the exterior of the fiber is eliminated. Preferred metal-based materials include aluminum, zinc, tin and their alloys (eg, aluminum and copper alloys). More preferably, the base material includes aluminum and its alloys. For aluminum-based materials, the group is preferably at least 98 weight percent aluminum, more preferably at least 99 weight percent aluminum, even more preferably at least 99.9 weight percent aluminum, and most preferably at least 99.95 weight percent. Including aluminum. Preferred aluminum alloys include aluminum and copper, such as alloys containing at least about 98 weight percent Al and up to about 2 weight percent Cu. Higher purity metals tend to be preferred to make higher tensile strength materials, but less pure forms of metal are also useful.
[0098]
Suitable metals are commercially available. For example, aluminum is available from Alcoa of Pittsburgh, PA under the trade name "SUPER PURE ALUINUM; 99.99% Al". Aluminum alloys (eg, Al-2 weight percent Cu (0.03 weight percent impurities) can be obtained from Belmont Metals, New York, NY. Other useful aluminum alloys are generally "295", "319" , "354", "355", "356", "357", "380", "295", "713" and "6061". Zinc and tin are, for example, Metal Services, St. Paul, MN ("pure zinc"; 99.999% purity and "pure tin"; 99.95% purity) Examples of tin alloys include 92 wt% Sn-8 wt% Al (this Is made, for example, by adding aluminum to a bath of molten tin at 550 ° C. and allowing the mixture to stand for 12 hours before use. Examples of tin alloys include 90.4 wt% Zn and 9.6 wt% Al (this adds aluminum to a molten zinc bath at 550 ° C. and mixes the mixture before use). Can be made by leaving it for a long time).
[0099]
The particular fibers, metal matrix and process steps for making the metal matrix composite article are selected to provide a metal matrix composite article having the desired properties. For example, the fibers and the metal-based material are selected to be sufficiently compatible with each other and with the article manufacturing process to make the desired article. Additional details regarding some preferred techniques for making aluminum and aluminum alloy-based composites can be found in, for example, U.S. Pat. S. Serial Nos. No. 08 / 492,960 and 09 / 616,589, 09 / 616,593 and 09 / 616,594, dated July 14, 2000, and co-pending application no. It is disclosed in a PCT application having WO 97/00976.
[0100]
The production of a metal matrix composite using the ceramic oxide preform according to the present invention can be performed using techniques known in the art. Such production involves the step of infiltrating the molten metal into the porous preform. Typically, it is at a high temperature (e.g., 750-800 <0> C) for the ceramic oxide preform (s) when the molten metal is in contact therewith. Such techniques are known in the art and include heating a preform before it is positioned in a cavity or mold that molds a metal or a cavity or a ceramic after a ceramic oxide preform is positioned therein. Including heating the mold.
[0101]
Additional details regarding making metal matrix composites from ceramic oxide preforms can be found in US Pat. S. Pat. Nos. 4,705,093 (Ogino) and 5,234,080 (Pantale), and 5,394,093 (Kennerknecht).
[0102]
Further, additional details regarding forming ceramic oxide preforms and metal matrix composite articles made from ceramic oxide preforms can be found, for example, in U.S. Pat. S. Serial Nos. No. 60 / 236,091 and 60 / 236,110, and U.S. Pat. S. Serial Nos. and (Patent Attorney Docket Nos. 55954US002 and 56046US007).
[0103]
In addition to being used as a reinforcement in metal matrix composites, ceramic oxide preforms according to the present invention may also be useful as filters, thermal insulators, and catalytic substrates.
[0104]
Example
The present invention is further illustrated by the following examples, in which the specific materials and amounts described therein, as well as other examples and details, are to be considered as unduly limiting the invention. Not something. Various modifications and alterations of this invention will be apparent to those skilled in the art. All parts and percentages are on a weight basis unless otherwise indicated.
[0105]
An example
Aluminum cast iron brake calipers reinforced with continuous α-alumina fiber (available under the trade name “NEXTEL610” from 3M Company, St. Paul, MN; 10,000 denier; Young's modulus about 370 GPa; average tensile strength about 3 GPa) Selected to be manufactured from. Aluminum brake calipers have at least the same bending stiffness as having the same dimensions as cast iron brake calipers, and at least in the area of the caliper bridge (ie, the portion of the caliper extending from the portion of the caliper that spans the brake rotor). Designed to be. To obtain optimal performance from composite structures utilizing alpha alumina fibers with relatively high Young's modulus and aluminum matrix with relatively low Young's modulus, caliper designs include continuous alpha alumina fibers and unreinforced aluminum. Porous ceramic oxide preform comprising discontinuous alumina fibers (obtained under the trade name "SAF FIL" from J & J Dyson, Windness, UK) to provide a transition zone having an intermediate Young's modulus between Was introduced. That is, the ceramic region provided an intermediate Young's modulus zone upon infiltration of the aluminum as a result of a lower Young's modulus, lower fiber density, and shorter fiber length than that produced by the continuous fiber reinforced zone. The ceramic regions formed from the discontinuous fibers also helped to hold the continuous fibers together and helped to mechanically support the fibers while forming the aluminum brake caliper.
[0106]
To model the caliper mathematically and identify areas where continuous alpha alumina fibers would have the greatest impact on the caliper bending stiffness, see Ansys, Inc. A finite element analysis (FEA) using computer code, available under the trade name "ANSSYS", Inc., Canonsburg, PA was used. Caliper design was started with a cast iron model to set requirements for geometry and bending stiffness. At this time, software was used to determine the preferred placement for the continuous fiber reinforcement and to perform 19 iterations to minimize the amount of continuous fiber required. 6A and 6B illustrate the upper and lower sides of the brake caliper preform and show preferred locations for placement of continuous fiber reinforcement. FEA modeling is required to produce the desired Young's modulus and strength within an aluminum infiltrated composite structure based on the physical properties of alpha alumina fibers ("NEXTEL 610"), discontinuous alumina fibers ("SAFFIL") and aluminum base. The volume content of discontinuous fibers ("SAFFIL" region and continuous reinforcing fibers) in the bridge region and the volume content of discontinuous fibers ("SAFFIL") in the transition Young's modulus zone were determined. The modulus was 185 GPa for the discontinuous aluminum impregnated alumina fibers ("SAFFIL") and 70 GPa for aluminum only.The final design was sufficient porosity to achieve excellent penetration. Porosity with sufficient robustness to facilitate handling without breaking while having It provided the 備成 form.
[0107]
Six of the redesigned aluminum-based composite brake calipers were prepared as follows. A tow of 10,000 denier alpha alumina fiber ("NEXTEL 610") having a filament diameter of 12 micrometers was saturated with water and wound onto a square winder drum to a thickness of about 3 mm and a width of about 12.5 cm. 570 tows were used for the upper region of the brake caliper (FIG. 6B) and 691 tows were used for the lower region of the brake caliper (FIG. 6A). Each of the four sides of the aluminum drum was 33 cm long and 20 cm wide. The drum was removed from the winder and placed in the freezer to freeze the water-saturated tow. The frozen fiber tow was die cut to obtain various continuous reinforcing fiber morphologies (ie, ribbons) as determined by FEA (see FIGS. 6D and 6E). The frozen fiber ribbon was about 65 volume percent continuous fiber. The caliper design utilized two pairs of fibers in the metal-infiltrated caliper, a first pair 106 positioned along the top surface of the bridge and a second pair 108 positioned along the bottom surface of the bridge.
[0108]
A porous block of discontinuous fibers was made for the applicant by Thermal Ceramics Inc. The following were requested by Thermal Ceramics: That is, a preform made with 15 volume percent discontinuous fibers ("SAFFIL") / porosity of 85 volume percent. The blocks must be made using a standard process from Thermal Ceramics for making commercial preforms made from discontinuous fibers ("SAFFIL").
[0109]
Based on ASTM C20-97 published August 1998, Thermal Ceramics Inc. as follows: The open porosity of the porous block obtained from was determined. That is, five specimens of 1.6 cm × 1.6 cm × 5.5 cm (other sizes and shapes can be used to determine open porosity) were cut from the preform. . Dust was removed by cleaning the specimen with an air hose. Specimens were dried overnight (about 18 hours) in a 110 ° C. (230 ° F.) oven and weighed. The specimen was then boiled in deionized water for 3 hours, cooled in water to room temperature (about 25 ° C.), and then kept in water overnight (about 18 hours). The specimen was weighed while suspended in water. The sample was removed from the water, excess water was drawn off with a paper towel, and the mass of the water-saturated sample was measured. The specimen was again dried overnight (about 18 hours) at 110 ° C. (230 ° F.) and weighed. The open porosity, the pore volume, was determined by subtracting the dry mass of the sample from the mass of the water-saturated sample and dividing by the density of the saturating liquid. The density of the saturating liquid or water is 1 gram / cm³Met.
[0110]
A piece of a porous block (“SAFFIL”) measuring about 8.3 cm × about 19.1 cm × about 15.2 cm was machined to obtain the configuration shown in FIG. The porous preform 200 consisted of two interlock sections schematically represented in FIGS. 6D and 6E engaged in sliding motion with each other. Frozen, die-cut, substantially continuous alpha alumina fibers are deposited in a recessed area of a first preform section 202 and a second preform section 204 slidably engaged therewith. And thus a substantially continuous alpha alumina fiber was locked in place. The caliper design utilized two pairs of fibers, a first pair 206 positioned along the top of the bridge and a second pair 208 positioned along the bottom of the bridge within the metal-impregnated caliper. .
[0111]
A graphite block (obtained from Unical Poco Graphite, Datatur, TX) was machined into a two-part mold (held together by pins during casting) to provide a net-shape mold for brake calipers. The ceramic oxide preform was placed in the first part of a specially designed contoured graphite mold. The second part of the mold was placed on the preform, mated with the first part of the mold, and the mold pins were inserted into the mold parts and secured together. The mold parts were designed in such a way that a gate was formed on the top of the mold that allowed the molten aluminum to flow into the mold. Thereafter, the graphite mold was placed in an oven and maintained at about 100 ° C. for about 24 hours to bake out water.
[0112]
A pressure caster (obtained from Process Engineering Technologies, Plaistow, NH) was used to cast the brake calipers. The size of the pressure casting vessel was approximately 16.9 cm (inner diameter) x 88.9 cm (length). The mold was placed in a 17 cm diameter, 76 cm long stainless steel can. An aluminum block approximately 15.2 cm in diameter and 22.9 cm in length (available from Alcoa Aluminum Co., Pittsburgh, PA under the trade name "ALCOA6061-T6") was loaded into the can. Pressing rods were used to hold the mold during pressure casting of aluminum metal. To monitor the temperature during the casting process, two S-shaped thermocouples are located outside the pressure vessel, one on the top of the vessel and one about 11.4 cm above the graphite mold at the center of the aluminum block. Installed with. The thermocouple was housed in a stainless steel tube coated with boron nitride.
[0113]
The casting chamber was sealed, evacuated to less than about 15 Torr, repressurized with argon to about 0.3 MPa (40 psi), and the heating element was started. When 550 ° C. was reached, the casting chamber was vented and then evacuated to 15 Torr or less, raising the chamber temperature to 710 ° C. (the mold temperature was now above 670 ° C.). The heater is then turned off and the chamber is repressurized to about 8.9 MPa (1300 psi) and the molten aluminum (ie, the heating caused the aluminum block to melt) is preformed in a porous preform in a graphite mold. Allowed to penetrate the body. The chamber temperature and pressure were reduced to about 500 ° C. and 7.5 MPa (1100 psi), respectively, at which point the chamber was vented and allowed to cool to about 200 ° C. After removing the cooled container from the pressure casting machine, the graphite mold was recovered from the pressure container. The resulting aluminum-based composite brake caliper was recovered from the graphite mold. Graphite residue from the mold attached to the brake calipers was removed using a conventional bead blast process in which glass beads in a high pressure airflow carrier were impinged on the calipers. The glass bead spraying apparatus is manufactured by Ecoline Abrasive Products Co., Ltd. , Grand Haven MI, and beads were obtained from McMaster-Carr Supply Co. , Elmhurst, IL. The cleaned caliper was then heat treated at 160 ° C. for 2 hours and immediately quenched in a cold (about 18-20 ° C.) bucket of tap water for about 5 minutes. The cooled caliper was then heat treated at 540 ° C. for 6 hours and cooled to room temperature (about 25 ° C.) overnight. The resulting aluminum brake calipers were each approximately 52% lighter than cast iron brake calipers.
[0114]
The brake caliper prepared as described above was subjected to a destructive burst test, where the arm member 69 and the body member 70 were subjected to hydraulic pressure until the caliper was broken.
[0115]
The failure occurred within the bridge member 70, substantially along the transition line AA of FIG. 6A (section line AA is not shown) and substantially in the transition area between the bridge member 70 and the arm member 69. . The portion of the broken arm member 69 is then removed using a cutting saw (available from Struers, Inc., West Lake, OH under the trade name "DISCOTOM-2") in relation to the broken surface. The part of the member 69 was cut into a number of sections in the lateral direction. One cut surface is polished to a 0.05 micrometer colloidal silica finish using a standard scanning electron microscope (SEM) polishing technique, after which the ceramic oxide preform is completely aluminum A digitized SEM image was obtained as shown in FIG. 7 indicating that it had undergone infiltration. The SEM images in this SEM image using "SICON IMAGE for Windows" software (PC version of a public domain image processing program developed by the Research Services Division of the National Institutes of Health) (available from Silicon Corp., Frederick; MD). Image analysis of discontinuous fibers ("SAFFIL") / aluminum area. This image analysis software, which uses a density profiling function based on pixel intensity from digitized SEM images to distinguish “SAFFIL” fibers from aluminum base, is based on (“SAFFIL”) fibers and aluminum content. The average "SAFFIL" fiber volume integral in the brake caliper was calculated as 6%. Applying the same imaging protocol to the continuous aluminum oxide reinforced areas of the SEM, the average volume fraction of such fibers in the area where continuous alpha alumina fibers are present (based on the continuous aluminum oxide fibers and aluminum T) It was determined to be about 62%.
[0116]
The other, substantially continuous, fracture surface of the α-alumina fiber of the cut surface was coated with gold using standard SEM specimen preparation techniques prior to SEM imaging. The digitized SEM images shown in FIGS. 8 and 9, which are higher magnifications of the same area, show this fracture surface, and the failure at the continuous alpha alumina fiber / aluminum area 73 is "brittle fracture In contrast, the discontinuous fiber (“SAFFIL”) / aluminum region 73 illustrates that it was “ductile fracture” as shown in FIG.
[0117]
A portion of the brake caliper was chemically analyzed using an inductively coupled plasma (ICP) instrument (obtained under the trade designation "DERKIN ELMER OPTIMA 3300DV" from Perkin Elmer, Norwalk, Conn.). The following elements and amounts based on mass were found: 96% Al, 0.33% Cr, 0.33% Cu, 1.2% Fe, 0.85% Mg, 0.11% Mn, 0.1% Mn. 13% Ni, 0.43% Si, 0.022% Ti, 0.052% Zn, and 0.0031% Zr. Note that the ASTM criterion for 6061 aluminum is G611A on a weight basis for non-Al elements: 0.04-0.35% Cr, 0.14-0.40% Cu, 0.70% Fe, 0.8-1.2% Mg, 0.15% Mn, 0.4-0.8% Si, 0.15% Ti, and 0.25% Zr.
[0118]
Various modifications and alterations will become apparent to those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the invention, and the invention is not to be unduly limited to the illustrative embodiments set forth herein. You should understand that.
[Brief description of the drawings]
FIG.
1 is a perspective view of a porous ceramic oxide according to the present invention.
FIG. 2
1 is a perspective view of a ceramic fiber ribbon used to make a porous ceramic oxide according to the present invention.
FIG. 3
1 is a perspective view of an apparatus for making a ceramic oxide preform according to the present invention.
FIG. 4
FIG. 3 is a perspective view of another ceramic oxide preform according to the present invention.
FIG. 5
1 is a perspective view of a brake caliper including a ceramic oxide preform according to the present invention.
FIG. 6
FIG. 3 is a perspective view of another brake caliper including a ceramic oxide preform according to the present invention.
FIG. 7
3 is a digital SEM micrograph of a polished cross section of a fracture surface of a portion of a brake caliper according to the present invention.
FIG. 8
3 is a digital SEM micrograph of a fracture surface of a portion of a brake caliper according to the present invention.
FIG. 9
3 is a digital SEM micrograph of a fracture surface of a portion of a brake caliper according to the present invention.
FIG. 10
1 is a perspective view of a porous ceramic oxide preform according to the present invention.
FIG. 11
FIG. 11 is a perspective view of a metal matrix composite article made from the porous ceramic oxide preform shown in FIG. 10.
FIG.
FIG. 4 is a perspective view of an alternative preform in accordance with the present invention utilizing multiple plies of longitudinally-arranged α-alumina fibers wherein the longitudinal axes of the plies are positioned at an angle greater than zero with respect to each other.
FIG. 13
FIG. 4 is a perspective view of a group of substantially continuous α-alumina fibers spirally wound with another group of substantially continuous α-alumina fibers.

Claims (109)

多孔質焼結セラミック酸化物材料および少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を含む多孔質セラミック酸化物予備成形体であって、前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定しており、前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が、前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在し、前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が本質的に長手方向に配列している、多孔質セラミック酸化物予備成形体。A porous ceramic oxide preform comprising a porous sintered ceramic oxide material and a substantially continuous ceramic oxide fiber having a length of at least 5 cm, wherein said porous sintered ceramic oxide material is Fixing a substantially continuous ceramic oxide fiber in place, wherein the porous sintered ceramic oxide material has at least a portion of a length of the substantially continuous ceramic oxide fiber; A porous ceramic oxide preform that extends along and along which the substantially continuous ceramic oxide fibers are arranged in an essentially longitudinal direction. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が少なくとも１０ｃｍの長さを有する、請求項１に記載のセラミック酸化物予備成形体。The ceramic oxide preform of claim 1 wherein said substantially continuous ceramic oxide fibers have a length of at least 10 cm. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料がαアルミナからなる、請求項１に記載のセラミック酸化物予備成形体。The ceramic oxide preform of claim 1, wherein said porous sintered ceramic oxide material comprises alpha alumina. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも一部がトウの形態である、請求項３に記載のセラミック酸化物予備成形体。4. The ceramic oxide preform of claim 3, wherein at least a portion of said substantially continuous ceramic oxide fibers are in the form of a tow. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が、少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有し、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定しており、前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維がトウの形態である、請求項３に記載のセラミック酸化物予備成形体。The porous sintered ceramic oxide material has an open porosity of at least 85% by volume and secures the substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place. 4. The ceramic oxide preform according to claim 3, wherein the substantially continuous ceramic oxide fibers are in the form of a tow. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が第１のヤング率を有し、前記セラミック酸化物材料が第２のヤング率を有し、前記第１のヤング率が前記第２のヤング率よりも大きい、請求項１に記載のセラミック酸化物予備成形体。The substantially continuous ceramic oxide fiber has a first Young's modulus, the ceramic oxide material has a second Young's modulus, and the first Young's modulus is greater than the second Young's modulus. The ceramic oxide preform according to claim 1, wherein the preform is also large. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも一部がトウの形態である、請求項６に記載のセラミック酸化物予備成形体。7. The ceramic oxide preform of claim 6, wherein at least a portion of said substantially continuous ceramic oxide fibers are in the form of a tow. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が、少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有し、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定しており、前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも一部がトウの形態である、請求項６に記載のセラミック酸化物予備成形体。The porous sintered ceramic oxide material has an open porosity of at least 85% by volume and secures the substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place. 7. The ceramic oxide preform of claim 6, wherein at least a portion of the substantially continuous ceramic oxide fibers are in the form of a tow. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の群の間が前記多孔質焼結セラミック酸化物材料によって間隔が空けられた前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも２つの群を含む、請求項１に記載のセラミック酸化物予備成形体。Comprising at least two groups of said substantially continuous ceramic oxide fibers spaced between said groups of substantially continuous ceramic oxide fibers by said porous sintered ceramic oxide material. The ceramic oxide preform according to claim 1. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも一部がトウの形態である、請求項９に記載のセラミック酸化物予備成形体。10. The ceramic oxide preform of claim 9, wherein at least a portion of said substantially continuous ceramic oxide fibers are in the form of a tow. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が、少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有し、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定しており、前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも一部がトウの形態である、請求項９に記載のセラミック酸化物予備成形体。The porous sintered ceramic oxide material has an open porosity of at least 85% by volume and secures the substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place. 10. The ceramic oxide preform of claim 9, wherein at least a portion of the substantially continuous ceramic oxide fibers are in the form of a tow. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の群の間が前記多孔質焼結セラミック酸化物材料によって間隔が空けられた前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも２つの群を含み、群の少なくとも２つが長方形断面を有する、請求項１に記載のセラミック酸化物予備成形体。Comprising at least two groups of said substantially continuous ceramic oxide fibers spaced between said groups of substantially continuous ceramic oxide fibers by said porous sintered ceramic oxide material; The ceramic oxide preform of claim 1, wherein at least two of the groups have a rectangular cross-section. 前記セラミック酸化物予備成形体が細長く、前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の長さに対し垂直方向で長方形の断面を有する請求項１に記載のセラミック酸化物予備成形体。The ceramic oxide preform of claim 1, wherein said ceramic oxide preform is elongated and has a rectangular cross section perpendicular to the length of said substantially continuous ceramic oxide fiber. 前記セラミック酸化物予備成形体が細長く、実質的に一定の断面積を有する、請求項１に記載のセラミック酸化物予備成形体。The ceramic oxide preform according to claim 1, wherein the ceramic oxide preform is elongated and has a substantially constant cross-sectional area. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が、前記多孔質焼結セラミック酸化物材料内に封入されている請求項１に記載のセラミック酸化物予備成形体。The ceramic oxide preform of claim 1 wherein said substantially continuous ceramic oxide fibers are encapsulated within said porous sintered ceramic oxide material. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも一部がトウの形態である、請求項１に記載のセラミック酸化物予備成形体。The ceramic oxide preform of claim 1, wherein at least a portion of the substantially continuous ceramic oxide fibers are in the form of a tow. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が、少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有し、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定しており、前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維少なくとも一部がトウの形態である、請求項１に記載のセラミック酸化物予備成形体。The porous sintered ceramic oxide material has an open porosity of at least 85% by volume and secures the substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place. The ceramic oxide preform of claim 1 wherein at least a portion of the substantially continuous ceramic oxide fibers are in the form of a tow. 多孔質セラミック酸化物の製造方法であって、
キャビティ内に少なくとも１つの細長い繊維インサートを位置づけする工程であって、前記繊維インサートが少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を含み、前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が本質的に長手方向に配列している工程と、
細長い前記繊維インサートの予め定められた部分がスラリーでコーティングされるように前記キャビティ内にスラリーを導入する工程であって、前記スラリーが、液体媒質およびその中に分散した不連続セラミック酸化物繊維を含んでいる工程と、
少なくとも前記不連続繊維を圧密させ前記繊維インサートを固定するのに充分な量の液体媒質を除去して前記細長い繊維インサートおよび前記不連続繊維を含む物品を提供する工程であって、前記不連続繊維の圧密が前記繊維インサートの長さの少なくとも一部に沿って延在する工程；
前記圧密した物品を乾燥させて、前記細長い繊維インサートおよび前記不連続繊維を含むグリーンセラミック酸化物予備成形体を提供する工程であって、前記不連続繊維の少なくとも１回の圧密が前記繊維インサートを所定の場所に固定し、前記不連続繊維の圧密が前記繊維インサートの長さの少なくとも一部に沿って延在する工程と、
前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定する多孔質焼結セラミック酸化物材料を含む多孔質セラミック酸化物予備成形体を提供するのに充分な少なくとも１つの温度まで前記グリーンセラミック酸化物予備成形体を加熱する工程であって、前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が前記実質的に連続的な繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在し、前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が本質的に長手方向に配列している工程と、
を含む方法。A method for producing a porous ceramic oxide, comprising:
Positioning at least one elongate fiber insert within the cavity, wherein the fiber insert includes substantially continuous ceramic oxide fibers having a length of at least 5 cm; A process in which the material fibers are essentially arranged in the longitudinal direction,
Introducing a slurry into the cavity such that a predetermined portion of the elongated fiber insert is coated with the slurry, the slurry comprising a liquid medium and discontinuous ceramic oxide fibers dispersed therein. The steps involved,
Removing the liquid medium in an amount sufficient to consolidate at least the discontinuous fibers and secure the fiber insert to provide an article comprising the elongated fiber insert and the discontinuous fibers; Extending the consolidation along at least a portion of the length of the fiber insert;
Drying the consolidated article to provide a green ceramic oxide preform comprising the elongated fiber insert and the discontinuous fibers, wherein at least one consolidation of the discontinuous fibers causes the fiber insert to Securing in place, wherein the consolidation of the discontinuous fibers extends along at least a portion of the length of the fiber insert;
The green to at least one temperature sufficient to provide a porous ceramic oxide preform that includes a porous sintered ceramic oxide material that secures the substantially continuous ceramic oxide fibers in place. Heating a ceramic oxide preform, wherein the porous sintered ceramic oxide material extends along at least a portion of a length of the substantially continuous fiber; A process in which continuous ceramic oxide fibers are arranged essentially longitudinally;
A method that includes 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が少なくとも１０ｃｍの長さを有する、請求項１８に記載の方法。19. The method of claim 18, wherein said substantially continuous ceramic oxide fibers have a length of at least 10 cm. 前記不連続繊維の少なくとも一部が、αアルミナ不連続繊維を含む、請求項１８に記載の方法。19. The method of claim 18, wherein at least a portion of the discontinuous fibers comprise alpha alumina discontinuous fibers. 前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維が前記グリーンセラミック酸化物材料内に封入されている、請求項１８に記載の方法。19. The method of claim 18, wherein the substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers are encapsulated within the green ceramic oxide material. 前記繊維インサートがさらに、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維の少なくとも一部を合わせて結合する不堅牢結合剤材料を含む、請求項１８に記載の方法。19. The method of claim 18, wherein the fiber insert further comprises a non-rigid binder material that bonds together at least a portion of the substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers. 前記不堅牢結合剤材料が、ろう、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、エポキシ樹脂、およびそれらの組合せから成る群の中から選択されている、請求項２２に記載の方法。23. The method of claim 22, wherein the rigid binder material is selected from the group consisting of wax, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, epoxy resin, and combinations thereof. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも一部がトウの形態である、請求項１８に記載の方法。19. The method of claim 18, wherein at least a portion of the substantially continuous ceramic oxide fibers are in the form of a tow. 多前記孔質焼結セラミック酸化物材料が、少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有し、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定している、請求項２４に記載の方法。A multi-porous sintered ceramic oxide material having an open porosity of at least 85% by volume, securing said substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place; A method according to claim 24. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が、少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有し、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定している、請求項１８に記載の方法。The porous sintered ceramic oxide material has an open porosity of at least 85% by volume and secures the substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place. Item 19. The method according to Item 18. 多孔質セラミック酸化物を受容するためのアパーチャを内含する第１の多孔質焼結セラミック物品と、
前記アパーチャ内に位置づけされ、多孔質焼結セラミック酸化物材料および少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を含む第２のセラミック物品であって、前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定しており、前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が前記実質的に連続的な繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在しており、前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が本質的に長手方向に配列している物品と、
を含む多孔質セラミック酸化物予備成形体。A first porous sintered ceramic article including an aperture for receiving a porous ceramic oxide;
A second ceramic article positioned within said aperture and comprising a porous sintered ceramic oxide material and substantially continuous ceramic oxide fibers having a length of at least 5 cm; An oxide material secures substantially continuous ceramic oxide fibers in place, and the porous sintered ceramic oxide material forms at least a portion of the length of the substantially continuous fibers. An article extending substantially along said substantially continuous ceramic oxide fibers in an essentially longitudinal arrangement;
A porous ceramic oxide preform containing: 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が少なくとも１０ｃｍの長さを有する、請求項２７に記載のセラミック酸化物予備成形体。28. The ceramic oxide preform of claim 27, wherein said substantially continuous ceramic oxide fibers have a length of at least 10 cm. 前記第２のセラミック物品の前記多孔質焼結セラミック酸化物材料がαアルミナからなる、請求項２７に記載のセラミック酸化物予備成形体。28. The ceramic oxide preform of claim 27, wherein said porous sintered ceramic oxide material of said second ceramic article comprises alpha alumina. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも一部がトウの形態である、請求項２９に記載の多孔質セラミック酸化物予備成形体。30. The porous ceramic oxide preform of claim 29, wherein at least a portion of said substantially continuous ceramic oxide fibers are in tow form. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が、少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有し、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定している、請求項２９に記載の多孔質セラミック酸化物予備成形体。The porous sintered ceramic oxide material has an open porosity of at least 85% by volume and secures the substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place. Item 30. A porous ceramic oxide preform according to item 29. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が、少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有し、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定しており、前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも一部がトウの形態である、請求項２９に記載の多孔質セラミック酸化物予備成形体。The porous sintered ceramic oxide material has an open porosity of at least 85% by volume and secures the substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place. 30. The porous ceramic oxide preform of claim 29, wherein at least a portion of the substantially continuous ceramic oxide fibers are in tow form. 前記実質的に長手方向に配列したセラミック酸化物繊維が第１のヤング率を有し、前記第２のセラミック物品の前記セラミック酸化物材料が第２のヤング率を有し、前記第１のヤング率が前記第２のヤング率よりも大きく、前記第１の多孔質焼結セラミック物品が第３のヤング率を有するセラミック酸化物材料を含み、前記第２のヤング率が前記第３のヤング率よりも大きい、請求項２７に記載のセラミック酸化物予備成形体。Wherein the substantially longitudinally aligned ceramic oxide fibers have a first Young's modulus, the ceramic oxide material of the second ceramic article has a second Young's modulus, the first Young's modulus The first porous sintered ceramic article comprises a ceramic oxide material having a third Young's modulus, wherein the second Young's modulus is greater than the second Young's modulus. 28. The ceramic oxide preform according to claim 27, wherein the preform is greater than. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも一部がトウの形態である、請求項３３に記載の多孔質セラミック酸化物予備成形体。34. The porous ceramic oxide preform of claim 33, wherein at least a portion of said substantially continuous ceramic oxide fibers are in the form of a tow. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が、少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有し、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定している、請求項３３に記載の多孔質セラミック酸化物予備成形体。The porous sintered ceramic oxide material has an open porosity of at least 85% by volume and secures the substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place. Item 34. The porous ceramic oxide preform according to item 33. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が、少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有し、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定しており、前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも一部がトウの形態である、請求項３３に記載の多孔質セラミック酸化物予備成形体。The porous sintered ceramic oxide material has an open porosity of at least 85% by volume and secures the substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place. 34. The porous ceramic oxide preform of claim 33, wherein at least a portion of the substantially continuous ceramic oxide fibers are in tow form. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも一部がトウの形態である、請求項２７に記載の多孔質セラミック酸化物予備成形体。28. The porous ceramic oxide preform of claim 27, wherein at least a portion of said substantially continuous ceramic oxide fibers are in the form of a tow. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が、少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有し、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定している、請求項２７に記載の多孔質セラミック酸化物予備成形体。The porous sintered ceramic oxide material has an open porosity of at least 85% by volume and secures the substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place. Item 29. The porous ceramic oxide preform according to Item 27. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が、少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有し、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定しており、前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも一部がトウの形態である、請求項２７に記載の多孔質セラミック酸化物予備成形体。The porous sintered ceramic oxide material has an open porosity of at least 85% by volume and secures the substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place. 28. The porous ceramic oxide preform of claim 27, wherein at least a portion of the substantially continuous ceramic oxide fibers are in the form of a tow. 金属基材料を含む物品のための多孔質焼結セラミック酸化物予備成形体の製造方法であって、
少なくとも部分的に、少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維で補強された金属基複合材料を含むように１つの物品を設計する工程であって、セラミック酸化物材料を含む少なくとも１つのセラミック酸化物予備成形体を構成するための前記金属基複合材料が、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在しており、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維が第１のヤング率を有し、前記セラミック酸化物材料が第２のヤング率を有し、前記第１のヤング率が前記第２のヤング率よりも大きい工程と、
得られた設計に基づいて、前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定する前記セラミック酸化物材料を含む多孔質焼結セラミック酸化物予備成形体を調製する工程であって、前記セラミック酸化物材料が前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在しており、前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が本質的に長手方向に配列している工程と、
を含む方法。A method for producing a porous sintered ceramic oxide preform for an article comprising a metal-based material,
Designing an article to include, at least in part, a metal matrix composite reinforced with substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers having a length of at least 5 cm, The metal-based composite material for forming at least one ceramic oxide preform comprising a ceramic oxide material comprises at least a portion of a length of the substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers. Wherein the substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers have a first Young's modulus, the ceramic oxide material has a second Young's modulus, A step in which the first Young's modulus is larger than the second Young's modulus;
Preparing a porous sintered ceramic oxide preform containing the ceramic oxide material for fixing the substantially continuous ceramic oxide fibers in place based on the resulting design; Wherein the ceramic oxide material extends along at least a portion of the length of the substantially continuous ceramic oxide fiber, wherein the substantially continuous ceramic oxide fiber is substantially longitudinal. A process that is arranged in a direction,
A method that includes 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が、少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有し、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定している、請求項４０に記載の方法。The porous sintered ceramic oxide material has an open porosity of at least 85% by volume and secures the substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place. Item 40. The method according to Item 40. 前記第２のセラミック物品の前記多孔質焼結セラミック酸化物材料がαアルミナからなる、請求項４１に記載の方法。42. The method of claim 41, wherein the porous sintered ceramic oxide material of the second ceramic article comprises alpha alumina. 前記金属基がアルミニウムまたはその合金のうちの１つである、請求項４１に記載の方法。42. The method of claim 41, wherein the metal group is aluminum or one of its alloys. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が少なくとも１０ｃｍの長さを有する、請求項４０に記載の方法。41. The method of claim 40, wherein said substantially continuous ceramic oxide fibers have a length of at least 10 cm. 前記第２のセラミック物品の前記多孔質焼結セラミック酸化物材料がαアルミナからなる、請求項４０に記載の方法。41. The method of claim 40, wherein the porous sintered ceramic oxide material of the second ceramic article comprises alpha alumina. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも一部がトウの形態である、請求項４０に記載の方法。41. The method of claim 40, wherein at least a portion of the substantially continuous ceramic oxide fibers are in the form of a tow. 前記金属基がアルミニウムまたはその合金のうちの１つである、請求項４６に記載の方法。47. The method according to claim 46, wherein the metal group is aluminum or one of its alloys. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が、少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有し、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定している、請求項４６に記載の方法。The porous sintered ceramic oxide material has an open porosity of at least 85% by volume and secures the substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place. Item 46. The method according to Item 46. 前記第２のセラミック物品の前記多孔質焼結セラミック酸化物材料がαアルミナからなる、請求項４８に記載の方法。49. The method of claim 48, wherein the porous sintered ceramic oxide material of the second ceramic article comprises alpha alumina. 前記金属基がアルミニウムまたはその合金のうちの１つである、請求項４８に記載の方法。49. The method according to claim 48, wherein the metal group is aluminum or one of its alloys. 前記第２のセラミック物品の前記多孔質焼結セラミック酸化物材料がαアルミナからなる、請求項４０に記載の方法。41. The method of claim 40, wherein the porous sintered ceramic oxide material of the second ceramic article comprises alpha alumina. 前記金属基がアルミニウムまたはその合金のうちの１つである、請求項４０に記載の方法。41. The method according to claim 40, wherein the metal group is aluminum or one of its alloys. 金属基材料を含む物品のための多孔質焼結セラミック酸化物予備成形体の製造方法であって、
少なくとも部分的に、少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維で補強された金属基複合材料を含むように１つの物品を設計する工程と、
得られた設計に基づいて、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維および繊維を合わせて結合する結合剤材料を含む細長い予備成形体を調製する工程と、
前記細長い予備成形体の長さの少なくとも一部に沿って延在するグリーンセラミック酸化物材料を含むグリーンセラミック酸化物予備成形体を調製する工程と、
前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定するセラミック酸化物材料を含む多孔質焼結セラミック酸化物予備成形体を提供するために前記グリーンセラミック酸化物予備成形体を加熱する工程であって、前記セラミック酸化物材料が前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在し、前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が本質的に長手方向に配列している工程、
を含んで成る方法。A method for producing a porous sintered ceramic oxide preform for an article comprising a metal-based material,
Designing an article to include, at least in part, a metal matrix composite reinforced with substantially continuous longitudinally arranged ceramic oxide fibers having a length of at least 5 cm;
Preparing an elongated preform comprising the substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers and a binder material that bonds the fibers together based on the resulting design;
Preparing a green ceramic oxide preform comprising a green ceramic oxide material extending along at least a portion of the length of the elongated preform;
The green ceramic oxide preform is provided to provide a porous sintered ceramic oxide preform that includes a ceramic oxide material that secures the substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place. Heating the compact, wherein the ceramic oxide material extends along at least a portion of the length of the substantially continuous ceramic oxide fibers, and wherein the substantially continuous ceramic oxide Process where the material fibers are essentially arranged in the longitudinal direction,
A method comprising: 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が少なくとも１０ｃｍの長さを有する、請求項５３に記載の方法。54. The method of claim 53, wherein said substantially continuous ceramic oxide fibers have a length of at least 10 cm. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料がαアルミナからなる、請求項５３に記載の方法。54. The method of claim 53, wherein said porous sintered ceramic oxide material comprises alpha alumina. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも一部がトウの形態である、請求項５５に記載の方法。56. The method of claim 55, wherein at least a portion of the substantially continuous ceramic oxide fibers are in tow form. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも一部がトウの形態である、請求項５３に記載の方法。54. The method of claim 53, wherein at least a portion of the substantially continuous ceramic oxide fibers are in the form of a tow. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が、少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有し、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定している、請求項５７に記載の方法。The porous sintered ceramic oxide material has an open porosity of at least 85% by volume and secures the substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place. 58. The method according to item 57. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料がαアルミナからなる、請求項５８に記載の方法。59. The method of claim 58, wherein said porous sintered ceramic oxide material comprises alpha alumina. 前記金属基がアルミニウムまたはその合金のうちの少なくとも１つである、請求項５３に記載の方法。54. The method of claim 53, wherein said metallic group is at least one of aluminum or an alloy thereof. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が、少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有し、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定している、請求項５３に記載の方法。The porous sintered ceramic oxide material has an open porosity of at least 85% by volume and secures the substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place. Item 54. The method according to Item 53. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料がαアルミナからなる、請求項６１に記載の方法。62. The method of claim 61, wherein said porous sintered ceramic oxide material comprises alpha alumina. 多孔質セラミック酸化物および金属基材料を含む金属基複合材料物品であって、セラミック酸化物予備成形体が、少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的なセラミック酸化物繊維およびこの実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在する多孔質焼結セラミック酸化物材料を含み、前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が本質的に長手方向に配列しており、前記多孔質セラミック酸化物材料には、前記多孔質焼結セラミック酸化物材料内に延在する金属基材料の少なくとも一部分が浸透している、金属基複合材料物品。A metal-based composite article comprising a porous ceramic oxide and a metal-based material, wherein the ceramic oxide preform comprises a substantially continuous ceramic oxide fiber having a length of at least 5 cm. A porous sintered ceramic oxide material extending along at least a portion of the length of the continuous ceramic oxide fibers, wherein the substantially continuous ceramic oxide fibers are essentially longitudinally arranged. A metal-based composite article, wherein the porous ceramic oxide material has at least a portion of a metal-based material extending into the porous sintered ceramic oxide material. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が少なくとも１０ｃｍの長さを有する、請求項６３に記載の金属基複合材料物品。64. The metal-based composite article of claim 63, wherein said substantially continuous ceramic oxide fibers have a length of at least 10 cm. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料がαアルミナからなる、請求項６３に記載の金属基複合材料物品。64. The metal-based composite article of claim 63, wherein the porous sintered ceramic oxide material comprises alpha alumina. 前記金属基がアルミニウムまたはその合金である、請求項６３に記載の金属基複合材料物品。64. The metal-based composite article of claim 63, wherein said metal-based is aluminum or an alloy thereof. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の群の間が前記多孔質焼結セラミック酸化物材料によって間隔が空けられた前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも２つの群を含む、請求項６３に記載の金属基複合材料物品。Comprising at least two groups of said substantially continuous ceramic oxide fibers spaced between said groups of substantially continuous ceramic oxide fibers by said porous sintered ceramic oxide material. 64. The metal-based composite article of claim 63. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の群の間が前記多孔質焼結セラミック酸化物材料によって間隔が空けられた前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも２つの群を含み、群の少なくとも２つが長方形断面を有する、請求項６３に記載の金属基複合材料物品。Comprising at least two groups of said substantially continuous ceramic oxide fibers spaced between said groups of substantially continuous ceramic oxide fibers by said porous sintered ceramic oxide material; 64. The metal-based composite article of claim 63, wherein at least two of the groups have a rectangular cross-section. 前記セラミック酸化物予備成形体が細長く、前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の長さに対し垂直方向で長方形の断面を有する請求項６３に記載の金属基複合材料物品。64. The metal matrix composite article of claim 63, wherein the ceramic oxide preform is elongated and has a rectangular cross section perpendicular to the length of the substantially continuous ceramic oxide fiber. 前記セラミック酸化物予備成形体が細長く、実質的に一定の断面積を有する、請求項６３に記載の金属基複合材料物品。64. The metal-based composite article of claim 63, wherein the ceramic oxide preform is elongated and has a substantially constant cross-sectional area. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が、前記多孔質焼結セラミック酸化物材料内に封入されている請求項６３に記載の金属基複合材料物品。64. The metal-based composite article of claim 63, wherein the substantially continuous ceramic oxide fibers are encapsulated within the porous sintered ceramic oxide material. 前記金属基材料がアルミニウムまたはその合金のうちの１つである、請求項６３に記載の金属基複合材料物品。64. The metal-based composite article of claim 63, wherein the metal-based material is aluminum or one of its alloys. 前記物品がブレーキキャリパである、請求項６３に記載の金属基複合材料物品。64. The metal-based composite article of claim 63, wherein the article is a brake caliper. ローターと、ローターの両側に配置され、これと制動係合状態になるよう可動である内側および外側ブレーキパッドと、前記ローターに対して前記内側ブレーキパッドを押付けるためのピストンと、前記ローターの片側に位置づけされピストンを収納するシリンダを有する本体部材と前記ローターのもう１方の側に位置づけされ前記外側ブレーキパッドを支持するアーム部材と前記ローターの平面を横断して前記本体部材および前記アーム部材の間に延在するブリッジとを含む請求項７３に記載のブレーキキャリパと、を含む自動車両用ディスクブレーキ。A rotor, inner and outer brake pads arranged on both sides of the rotor and movable to be engaged with the rotor, a piston for pressing the inner brake pad against the rotor, one side of the rotor; A body member having a cylinder for housing a piston positioned on the other side of the rotor, an arm member positioned on the other side of the rotor and supporting the outer brake pad, and a body member and the arm member traversing a plane of the rotor. A disc brake for a motor vehicle, comprising: a brake caliper according to claim 73 including a bridge extending therebetween. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも一部がトウの形態である、請求項６３に記載の金属基複合材料物品。64. The metal-based composite article of claim 63, wherein at least a portion of the substantially continuous ceramic oxide fibers are in the form of a tow. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料がαアルミナからなる、請求項７５に記載の金属基複合材料物品。76. The metal matrix composite article of claim 75, wherein the porous sintered ceramic oxide material comprises alpha alumina. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の群の間が前記多孔質焼結セラミック酸化物材料によって間隔が空けられた前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも２つの群を含む、請求項７５に記載の金属基複合材料物品。Comprising at least two groups of said substantially continuous ceramic oxide fibers spaced between said groups of substantially continuous ceramic oxide fibers by said porous sintered ceramic oxide material. A metal-based composite material article according to claim 75. 前記金属基材料がアルミニウムまたはその合金のうちの１つである、請求項７５に記載の金属基複合材料物品。77. The metal-based composite article of claim 75, wherein the metal-based material is aluminum or one of its alloys. 前記物品がブレーキキャリパである、請求項７５に記載の金属基複合材料物品。77. The metal-based composite article of claim 75, wherein the article is a brake caliper. ローターと、ローターの両側に配置され、これと制動係合状態になるよう可動である内側および外側ブレーキパッドと、前記ローターに対して前記内側ブレーキパッドを押付けるためのピストンと、前記ローターの片側に位置づけされピストンを収納するシリンダを有する本体部材と前記ローターのもう１方の側に位置づけされ前記外側ブレーキパッドを支持するアーム部材と前記ローターの平面を横断して前記本体部材および前記アーム部材の間に延在するブリッジとを含む請求項７９に記載のブレーキキャリパと、を含む自動車両用ディスクブレーキ。A rotor, inner and outer brake pads arranged on both sides of the rotor and movable to be engaged with the rotor, a piston for pressing the inner brake pad against the rotor, one side of the rotor; A body member having a cylinder for housing a piston positioned on the other side of the rotor, an arm member positioned on the other side of the rotor and supporting the outer brake pad, and a body member and the arm member traversing a plane of the rotor. 80. A disc brake for a motor vehicle, comprising: a brake caliper according to claim 79, including a bridge extending therebetween. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が、少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有し、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定している、請求項６３に記載の金属基複合材料物品。The porous sintered ceramic oxide material has an open porosity of at least 85% by volume and secures the substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place. Item 63. The metal-based composite material article according to Item 63. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料がαアルミナからなる、請求項８１に記載の金属基複合材料物品。83. The metal-based composite article of claim 81, wherein the porous sintered ceramic oxide material comprises alpha alumina. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の群の間が前記多孔質焼結セラミック酸化物材料によって間隔が空けられた前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも２つの群を含む、請求項８１に記載の金属基複合材料物品。Comprising at least two groups of said substantially continuous ceramic oxide fibers spaced between said groups of substantially continuous ceramic oxide fibers by said porous sintered ceramic oxide material. 82. The metal-based composite material article of claim 81. 前記金属基材料がアルミニウムまたはその合金のうちの１つである、請求項８１に記載の金属基複合材料物品。83. The metal-based composite article of claim 81, wherein the metal-based material is aluminum or one of its alloys. 前記物品がブレーキキャリパである、請求項８１に記載の金属基複合材料物品。83. The metal-based composite article of claim 81, wherein the article is a brake caliper. ローターと、ローターの両側に配置され、これと制動係合状態になるよう可動である内側および外側ブレーキパッドと、前記ローターに対して前記内側ブレーキパッドを押付けるためのピストンと、前記ローターの片側に位置づけされピストンを収納するシリンダを有する本体部材と前記ローターのもう１方の側に位置づけされ前記外側ブレーキパッドを支持するアーム部材と前記ローターの平面を横断して前記本体部材および前記アーム部材の間に延在するブリッジとを含む請求項８５に記載のブレーキキャリパと、を含む自動車両用ディスクブレーキ。A rotor, inner and outer brake pads arranged on both sides of the rotor and movable to be engaged with the rotor, a piston for pressing the inner brake pad against the rotor, one side of the rotor; A body member having a cylinder for housing a piston positioned on the other side of the rotor, an arm member positioned on the other side of the rotor and supporting the outer brake pad, and a body member and the arm member traversing a plane of the rotor. 86. A disc brake for a motor vehicle, comprising: a brake caliper according to claim 85, including a bridge extending therebetween. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が、少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有し、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定しており、前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも一部がトウの形態である、請求項６３に記載のセラミック酸化物予備成形体。The porous sintered ceramic oxide material has an open porosity of at least 85% by volume and secures the substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place. 64. The ceramic oxide preform of claim 63, wherein at least a portion of the substantially continuous ceramic oxide fibers are in tow form. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料がαアルミナからなる、請求項８７に記載の金属基複合材料物品。91. The metal matrix composite article of claim 87, wherein the porous sintered ceramic oxide material comprises alpha alumina. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の群の間が前記多孔質焼結セラミック酸化物材料によって間隔が空けられた前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも２つの群を含む、請求項８７に記載の金属基複合材料物品。Comprising at least two groups of said substantially continuous ceramic oxide fibers spaced between said groups of substantially continuous ceramic oxide fibers by said porous sintered ceramic oxide material. A metal-based composite material article according to claim 87. 前記金属基材料がアルミニウムまたはその合金のうちの１つである、請求項８７に記載の金属基複合材料物品。91. The metal-based composite article of claim 87, wherein the metal-based material is aluminum or one of its alloys. 前記物品がブレーキキャリパである、請求項８８に記載の金属基複合材料物品。89. The metal-based composite article of claim 88, wherein the article is a brake caliper. ローターと、ローターの両側に配置され、これと制動係合状態になるよう可動である内側および外側ブレーキパッドと、前記ローターに対して前記内側ブレーキパッドを押付けるためのピストンと、前記ローターの片側に位置づけされピストンを収納するシリンダを有する本体部材と前記ローターのもう１方の側に位置づけされ前記外側ブレーキパッドを支持するアーム部材と前記ローターの平面を横断して前記本体部材および前記アーム部材の間に延在するブリッジとを含む請求項９１に記載のブレーキキャリパと、を含む自動車両用ディスクブレーキ。A rotor, inner and outer brake pads arranged on both sides of the rotor and movable to be engaged with the rotor, a piston for pressing the inner brake pad against the rotor, one side of the rotor; A body member having a cylinder for housing a piston positioned on the other side of the rotor, an arm member positioned on the other side of the rotor and supporting the outer brake pad, and a body member and the arm member traversing a plane of the rotor. 92. A disc brake for a motor vehicle, comprising: a brake caliper according to claim 91, including a bridge extending therebetween. 多孔質セラミック酸化物および金属基材料を含む金属基複合材料物品であって、セラミック酸化物予備成形体が、
多孔質セラミック酸化物を受け入れるためのアパーチャを内含する第１の多孔質焼結セラミック物品と、
前記アパーチャ内に位置づけされ、多孔質焼結セラミック酸化物材料および少なくとも５ｃｍの長さを有する実質的に連続的なセラミック酸化物繊維とを含み、前記多孔質焼結セラミック酸化物材料は前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定しており、前記多孔質焼結セラミック酸化物材料は、前記実質的に連続的な繊維の長さの少なくとも一部に沿って延在し、かつ前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が本質的に長手方向に配列しており、
前記多孔質焼結セラミック酸化物材料には、前記金属基材料の少なくとも一部分が浸透している、金属基複合材料物品。A metal-based composite article comprising a porous ceramic oxide and a metal-based material, wherein the ceramic oxide preform comprises:
A first porous sintered ceramic article including an aperture for receiving a porous ceramic oxide;
A porous sintered ceramic oxide material positioned within the aperture and substantially continuous ceramic oxide fibers having a length of at least 5 cm, wherein the porous sintered ceramic oxide material is A continuous ceramic oxide fiber in place, wherein the porous sintered ceramic oxide material extends along at least a portion of the length of the substantially continuous fiber. And the substantially continuous ceramic oxide fibers are arranged essentially longitudinally;
A metal-based composite material article wherein the porous sintered ceramic oxide material has at least a portion of the metal-based material impregnated. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維が少なくとも１０ｃｍの長さを有する、請求項９３に記載の金属基複合材料物品。94. The metal-based composite article of claim 93, wherein the substantially continuous ceramic oxide fibers have a length of at least 10cm. 前記第２のセラミック物品の前記多孔質焼結セラミック酸化物材料がαアルミナからなる、請求項９３に記載の金属基複合材料物品。94. The metal matrix composite article of claim 93, wherein the porous sintered ceramic oxide material of the second ceramic article comprises alpha alumina. 前記物品がブレーキキャリパである、請求項９３に記載の金属基複合材料物品。94. The metal-based composite article of claim 93, wherein the article is a brake caliper. ローターと、ローターの両側に配置され、これと制動係合状態になるよう可動である内側および外側ブレーキパッドと、前記ローターに対して前記内側ブレーキパッドを押付けるためのピストンと、前記ローターの片側に位置づけされピストンを収納するシリンダを有する本体部材と前記ローターのもう１方の側に位置づけされ前記外側ブレーキパッドを支持するアーム部材と前記ローターの平面を横断して前記本体部材および前記アーム部材の間に延在するブリッジとを含む請求項９６に記載のブレーキキャリパと、を含む自動車両用ディスクブレーキ。A rotor, inner and outer brake pads arranged on both sides of the rotor and movable to be engaged with the rotor, a piston for pressing the inner brake pad against the rotor, one side of the rotor; A body member having a cylinder for housing a piston positioned on the other side of the rotor, an arm member positioned on the other side of the rotor and supporting the outer brake pad, and a body member and the arm member traversing the plane of the rotor 97. A disc brake for a motor vehicle comprising: a brake caliper according to claim 96, including a bridge extending therebetween. 前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも一部がトウの形態である、請求項９３に記載の金属基複合材料物品。94. The metal-based composite article of claim 93, wherein at least a portion of the substantially continuous ceramic oxide fibers are in the form of a tow. 前記第２のセラミック物品の前記多孔質焼結セラミック酸化物材料がαアルミナからなる、請求項９３に記載の金属基複合材料物品。94. The metal matrix composite article of claim 93, wherein the porous sintered ceramic oxide material of the second ceramic article comprises alpha alumina. 前記物品がブレーキキャリパである、請求項９３に記載の金属基複合材料物品。94. The metal-based composite article of claim 93, wherein the article is a brake caliper. ローターと、ローターの両側に配置され、これと制動係合状態になるよう可動である内側および外側ブレーキパッドと、前記ローターに対して前記内側ブレーキパッドを押付けるためのピストンと、前記ローターの片側に位置づけされピストンを収納するシリンダを有する本体部材と前記ローターのもう１方の側に位置づけされ前記外側ブレーキパッドを支持するアーム部材と前記ローターの平面を横断して前記本体部材および前記アーム部材の間に延在するブリッジとを含む請求項１００に記載のブレーキキャリパと、を含む自動車両用ディスクブレーキ。A rotor, inner and outer brake pads arranged on both sides of the rotor and movable to be engaged with the rotor, a piston for pressing the inner brake pad against the rotor, one side of the rotor; A body member having a cylinder for housing a piston positioned on the other side of the rotor, an arm member positioned on the other side of the rotor and supporting the outer brake pad, and a body member and the arm member traversing a plane of the rotor. A disc brake for a motor vehicle, comprising: a brake caliper according to claim 100; and a bridge extending therebetween. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が、少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有し、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定している、請求項９３に記載の金属基複合材料物品。The porous sintered ceramic oxide material has an open porosity of at least 85% by volume and secures the substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place. Item 90. The metal-based composite material article according to Item 93. 前記第２のセラミック物品の前記多孔質焼結セラミック酸化物材料がαアルミナからなる、請求項１０２に記載の金属基複合材料物品。103. The metal-based composite article of claim 102, wherein the porous sintered ceramic oxide material of the second ceramic article comprises alpha alumina. 前記物品がブレーキキャリパである、請求項１０２に記載の金属基複合材料物品。103. The metal-based composite article of claim 102, wherein the article is a brake caliper. ローターと、ローターの両側に配置され、これと制動係合状態になるよう可動である内側および外側ブレーキパッドと、前記ローターに対して前記内側ブレーキパッドを押付けるためのピストンと、前記ローターの片側に位置づけされピストンを収納するシリンダを有する本体部材と前記ローターのもう１方の側に位置づけされ前記外側ブレーキパッドを支持するアーム部材と前記ローターの平面を横断して前記本体部材および前記アーム部材の間に延在するブリッジとを含む請求項１０４に記載のブレーキキャリパと、を含む自動車両用ディスクブレーキ。A rotor, inner and outer brake pads arranged on both sides of the rotor and movable to be engaged with the rotor, a piston for pressing the inner brake pad against the rotor, one side of the rotor; A body member having a cylinder for housing a piston positioned on the other side of the rotor, an arm member positioned on the other side of the rotor and supporting the outer brake pad, and a body member and the arm member traversing a plane of the rotor. A disc brake for a motor vehicle, comprising: a brake caliper according to claim 104, including a bridge extending therebetween. 前記多孔質焼結セラミック酸化物材料が、少なくとも８５体積％の開放孔隙率を有し、前記実質的に連続的な長手方向に配列したセラミック酸化物繊維を所定の場所に固定しており、前記実質的に連続的なセラミック酸化物繊維の少なくとも一部がトウの形態である請求項９３に記載の金属基複合材料物品。The porous sintered ceramic oxide material has an open porosity of at least 85% by volume and secures the substantially continuous longitudinally aligned ceramic oxide fibers in place. 94. The metal-based composite article of claim 93, wherein at least a portion of the substantially continuous ceramic oxide fibers are in the form of a tow. 前記第２のセラミック物品の前記多孔質焼結セラミック酸化物材料がαアルミナからなる、請求項１０６に記載の金属基複合材料物品。107. The metal-based composite article of claim 106, wherein the porous sintered ceramic oxide material of the second ceramic article comprises alpha alumina. 前記物品がブレーキキャリパである、請求項１０６に記載の金属基複合材料物品。107. The metal-based composite article of claim 106, wherein the article is a brake caliper. ローターと、ローターの両側に配置され、これと制動係合状態になるよう可動である内側および外側ブレーキパッドと、前記ローターに対して前記内側ブレーキパッドを押付けるためのピストンと、前記ローターの片側に位置づけされピストンを収納するシリンダを有する本体部材と前記ローターのもう１方の側に位置づけされ前記外側ブレーキパッドを支持するアーム部材と前記ローターの平面を横断して前記本体部材および前記アーム部材の間に延在するブリッジとを含む請求項１０８に記載のブレーキキャリパと、を含む自動車両用ディスクブレーキ。A rotor, inner and outer brake pads arranged on both sides of the rotor and movable to be engaged with the rotor, a piston for pressing the inner brake pad against the rotor, one side of the rotor; A body member having a cylinder for housing a piston positioned on the other side of the rotor, an arm member positioned on the other side of the rotor and supporting the outer brake pad, and a body member and the arm member traversing a plane of the rotor. 109. A disc brake for a motor vehicle, comprising: a brake caliper according to claim 108, including a bridge extending therebetween.