制备包括无机颗粒和不连续纤维的金属基体复合材料的方法技术

本发明专利技术提供了一种制备多孔金属基体复合材料的方法。该方法包括将金属粉末、多个无机颗粒以及多根不连续纤维混合形成混合物，其中金属粉末包括铝、镁、铝合金或镁合金。该方法还包括将混合物烧结，以形成多孔金属基体复合材料。通常，无机颗粒包括多孔颗粒或陶瓷泡或玻璃泡，并且无机颗粒和不连续纤维分散在金属中。金属基体复合材料具有低于金属的密度和可接受的屈服强度。

Method for preparing metal matrix composites including inorganic particles and discontinuous fibers

The invention provides a method for preparing porous metal matrix composite material. The method consists of mixing a metal powder, a plurality of inorganic particles, and a plurality of discontinuous fibers to form a mixture, in which the metal powder includes aluminum, magnesium, aluminum alloy or magnesium alloy. The method also includes sintering the mixture to form porous metal matrix composites. Generally, inorganic particles include porous particles or ceramic or glass foams, and inorganic particles and discontinuous fibers are dispersed in metals. Metal matrix composites have lower density and acceptable yield strength than metal.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制备包括无机颗粒和不连续纤维的金属基体复合材料的方法
本公开涉及制备金属基体复合材料的方法，该金属基体复合材料包括金属基底与其他材料诸如填充材料的混合物。
技术介绍
金属基体复合材料长期以来由于它们与低重量组合的高强度和刚度的组合而一直被认为是有前途的材料。金属基体复合材料通常包括用纤维或其他填充材料增强的金属基体。
技术实现思路
本公开提供了用于制备轻质金属基体复合材料的方法。仍然需要形成具有低于金属的包封密度，同时保持某些水平的物理特性的金属基体复合材料的方法。在一个方面，本公开提供了一种制备多孔金属基体复合材料的方法。该方法包括将金属粉末、多个无机颗粒以及多根不连续纤维混合，从而形成混合物。该方法还包括将混合物烧结，从而形成多孔金属基体复合材料。通常，无机颗粒和不连续纤维分散在金属中。在本公开的示例性实施方案中获得了各种意料不到的结果和优点。本公开的至少一个示例性实施方案的一个优点是制造了一种多孔金属基体复合材料，该金属基体复合材料包含分散在金属中的无机颗粒和不连续纤维，表现出低于金属的包封密度和可接受的屈服强度(例如，在拉伸应力-应变曲线中的塑性屈服)两者。此外，根据本公开的至少一些示例性实施方案，不必须在无机颗粒上使用任何涂层来提供具有有效地分散在金属中的无机颗粒的金属基体复合材料。在本公开的至少一些示例性实施方案中，无机颗粒在金属基体复合材料内通常是完整的，具有最小限度的破碎颗粒。本公开的上述
技术实现思路
并非旨在描述本公开的每个公开实施方案或每种实施方式。以下描述更为具体地举例说明了示例性实施方案。在本申请全文的若干处，通过实施例列表提供了指导，这些实施例能够以各种组合使用。在每种情况下，引用的列表仅用作代表性的组，而不应被理解为排他性列表。附图说明结合附图来考虑本公开的各种实施方案的以下详细描述可更全面地理解本公开，其中：图1为根据本公开的一个示例性实施方案制造的金属基体复合材料的示意性横截面视图。图2为根据本公开制备的示例性和比较性基体的应力-应变曲线的图。图3为另外的示例性基体和比较性基体的应力-应变曲线的图。图4为另外的示例性基体和比较性基体的应力-应变曲线的图。图5为另一示例性基体的应力-应变曲线的图。图6为另一示例性基体的应力-应变曲线的图。图7为另一示例性基体的应力-应变曲线的图。虽然可能未按比例绘制的以上附图阐释了本公开的实施方案，但还可以设想其他实施方案，如在具体实施方式中所指出。具体实施方式对于以下定义术语的术语表，除非在权利要求书或说明书中的别处提供不同的定义，否则整个申请应以这些定义为准。术语表在整个说明书和权利要求书中使用某些术语，虽然大部分为人们所熟知，但仍可需要作出一些解释。应当理解，如本文所用：如本说明书和所附实施方案中所用，除非内容清楚指示其它含义，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括多个指代物。如本说明书和所附实施方案中所使用的，除非内容清楚指示其它含义，否则术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用。如本说明书中所用的，通过端点表述的数值范围包括该范围内所包括的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.8、4和5)。除非另外指明，否则本说明书和实施方案中所使用的表达量或成分、特性测量等的所有数值在所有情况下均应理解成由术语“约”来修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附实施方案列表中示出的数值参数可根据本领域的技术人员利用本公开的教导内容寻求获得的期望特性而变化。最低程度上说，并且在不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的实施方案的范围内的情况下，至少应根据所报告的数值的有效数位并通过应用惯常的四舍五入法来解释每个数值参数。术语“包括”及其变型形式在说明书和权利要求书中出现这些术语的地方不具有限制的含义。词语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些有益效果的本公开实施方案。然而，在相同的情况或其它情况下，其它实施方案也可是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其它实施方案是不可用的，并且并不旨在将其它实施方案排除在本公开的范围之外。整个本说明书中提及的“一个实施方案”、“某些实施方案”、“一个或多个实施方案”或“实施方案”，无论在术语“实施方案”前是否包括术语“示例性的”都意指结合该实施方案描述的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的某些示例性实施方案中的至少一个实施方案中。因此，在整个说明书的各处出现的短语诸如“在一个或多个实施方案中”、“在某些实施方案中”、“在一个实施方案中”、“在许多实施方案中”或“在实施方案中”未必是指本公开的某些示例性实施方案的相同实施方案。此外，特定特征部、结构、材料或特征可在一个或多个实施方案中以任何合适的方式组合。相对于金属基体中的一种或多种填料的术语“分散的”是指一种或多种填料遍布于金属基体中，例如从而提供包括金属和一种或多种填料的基本上均匀的金属基体复合材料。这与金属基体复合材料的多个区域具有高达至少两倍于金属基体复合材料的不同位置中的一个区域的一种或多种填料的浓度形成对比(例如，金属基体复合材料内的填料的层或簇)。尽管可能观察到足够小体积的其中一种或多种填料不完全均匀分布在金属基体中的金属基体复合材料，一种或多种填料仍然分散在金属中。术语“烧结”是指通过在不完全液化的情况下加热粉末材料而使其聚结成固体或多孔物质。任选地，粉末材料在烧结期间还被压缩。相对于颗粒的术语“包封密度”是指质量除以包封体积。“包封体积”是指每个颗粒中的固体和颗粒中的任何空隙的体积的总和。类似地，相对于金属基体复合材料的术语“包封密度”是指质量除以包封体积，其中“包封体积”是指金属基体复合材料中的固体和金属基体复合材料中的任何空隙的体积的总和。相对于多孔颗粒的术语“骨架密度”是指质量除以骨架体积。“骨架体积”是指颗粒内的固体材料和任何闭合孔的体积的总和。相对于玻璃泡的术语“平均真密度”是指玻璃泡的密度的平均值，而不是一定体积的玻璃泡的密度(其取决于所述体积中的玻璃泡的压实度)。术语“塑性屈服”是指发生材料的预先确定的量的永久性变形时的应力。术语“拉伸塑性屈服”是指在材料受到拉伸力时发生材料的预先确定的量的永久性变形时的应力。术语“软化点”是指材料(例如，处于固相)在其自身重量下开始塌落的温度或温度范围。对于具有明确熔点的材料(例如，金属)而言，软化点通常被认为是金属或金属合金的熔点。然而，对于不具有明确熔点的材料而言，软化点可以是材料的弹性性能变成塑性流动时的温度。例如，玻璃、玻璃陶瓷或瓷的软化点可发生在材料的玻璃化转变温度下，并且可由107.65泊的粘度限定。玻璃的软化点通常例如通过维卡特(Vicat)法(例如，ASTM-D1525或ISO306)或通过热挠曲测试(HeatDeflectionTest)(例如，ASTM-D648)测定。相对于玻璃泡的术语“未涂覆的”是指不存在施加至玻璃泡的外部表面的任何附加材料(即，具有不同于玻璃的组成)。术语“屈服强度”是指被认为材料的塑性伸长已经开始时的应力。如本文所用，屈服强度在0.2％的偏置下测定。ASTMB557M-15公开了“7.6屈服强度—在0.2％的偏置下通过偏置法测定屈服强度。材料的合格或不合格可基于负载下延伸法(E本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备多孔金属基体复合材料的方法，所述方法包括：a.将金属粉末、多个无机颗粒以及多根不连续纤维混合，从而形成混合物；以及b.将所述混合物烧结，从而形成所述多孔金属基体复合材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.08 US 62/264,571;2015.12.08 US 62/264,564;1.一种制备多孔金属基体复合材料的方法，所述方法包括：a.将金属粉末、多个无机颗粒以及多根不连续纤维混合，从而形成混合物；以及b.将所述混合物烧结，从而形成所述多孔金属基体复合材料。2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述混合物在模具中烧结。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中在介于250摄氏度与1,000摄氏度之间并包括端值的温度下实施所述烧结。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述烧结包括施加的压力。5.根据权利要求4所述的方法，其中在介于4兆帕与200兆帕之间并包括端值的压力下实施所述烧结。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中使用声学混合器、机械混合器或转筒机实施所述混合。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述混合物包括分散在所述金属粉末中的所述无机颗粒和所述不连续纤维。8.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊丽莎白·Y·普洛特尼科夫，道格拉斯·E·约翰逊，科林·麦卡洛，贾森·D·安德森，戚钢，吴永康，桑迪普·K·辛格，加雷思·A·休吉斯，大卫·M·威尔逊，阿纳托利·Z·罗森夫兰茨，道格拉斯·P·格茨，乔丹·A·坎贝尔，法比安·施托尔岑堡，简·A·坦格曼，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US