(57)【要約】金属マトリックス複合体物品を強化するための、金属を含むインサート、およびその製造方法。別の態様において、本発明は、インサートで強化された金属マトリックス複合体物品およびその製造方法を提供する。インサートを含む有用な金属マトリックス複合体物品としては、ブレーキキャリパが挙げられる。
2005536641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金およびそれらの組合せからなる群から選択される第１の金属であって、前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維を所定位置に固定し、前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在し、外面を有する第１の金属と、
前記第１の金属の前記外面上の第２の金属であって、少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有し、厚さが少なくとも８マイクロメートルである第２の金属と、
を含む金属マトリックス複合体物品。
【請求項２】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が長手方向に整列されている、請求項１に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項３】
前記第２の金属と前記第１の金属の前記外面との間に第３の金属をさらに含む、請求項１に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項４】
前記第２の金属の厚さが少なくとも１０マイクロメートルである、請求項１に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項５】
前記第２の金属の厚さが約１０から約１５マイクロメートルの範囲内である、請求項１に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項６】
前記第２の金属が、金または銀の少なくとも１つである、請求項１に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項７】
前記第１の金属がアルミニウム合金である、請求項１に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項８】
前記アルミニウム合金が２００系アルミニウム合金である、請求項７に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項９】
前記アルミニウム合金が、Ａ２０１．１アルミニウム合金、２０１．２アルミニウム合金、Ａ２０６．０アルミニウム合金、および２２４．２アルミニウム合金からなる群から選択される２００系アルミニウム合金である、請求項８に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項１０】
前記アルミニウム合金が、前記アルミニウム合金の総重量を基準にして、少なくとも１．５重量パーセントのＣｕを含む、請求項８に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項１１】
前記アルミニウム合金が、前記アルミニウム合金の総重量を基準にして、０．２５重量パーセント未満の不純物を含む、請求項１０に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項１２】
前記アルミニウム合金が、前記アルミニウム合金の総重量を基準にして、少なくとも１．５重量パーセントのＣｕを含む、請求項１１に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項１３】
前記アルミニウム合金が、前記アルミニウム合金の総重量を基準にして、１．５から２．５重量パーセントの範囲内のＣｕを含む、請求項１１に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項１４】
前記アルミニウム合金が、前記アルミニウム合金の総重量を基準にして、１．８から２．２重量パーセントの範囲内のＣｕを含む、請求項１１に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項１５】
前記アルミニウム合金が、前記アルミニウム合金の総重量を基準にして、１．５から２．５重量パーセントの範囲内のＣｕを含む、請求項７に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項１６】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が多結晶アルファアルミナ繊維である、請求項１に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項１７】
前記多結晶アルファアルミナ繊維の平均引張強度が少なくとも２．８ＧＰａであり、前記多結晶アルファアルミナ繊維が、理論的酸化物をもとに、前記アルミナ繊維の総重量を基準にして、約９９重量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3と、約０．２〜０．５重量パーセントのＳｉＯ2とを含み、前記多結晶アルファアルミナ繊維中に存在するアルファアルミナの平均粒度が１マイクロメートル未満である、請求項１６に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項１８】
前記アルファアルミナ繊維が、前記金属マトリックス物品の総体積の少なくとも５０体積パーセントを構成する、請求項１６に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項１９】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が、前記金属マトリックス物品の総体積の少なくとも５０体積パーセントを構成する、請求項１に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項２０】
前記金属マトリックス複合体物品が細長く、実質的に一定の断面積を有する、請求項１に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項２１】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の第１および第２のプライを含む、請求項１に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項２２】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が長手方向に整列されている、請求項２１に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項２３】
実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金およびそれらの組合せからなる群から選択される金属であって、前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維を所定位置に固定し、前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在し、外面を有する金属と、
前記金属の前記外面上にあり、外面を有するＮｉと、
前記Ｎｉの前記外面上にあり、厚さが少なくとも８マイクロメートルであるＡｇと、
を含む金属マトリックス複合体物品。
【請求項２４】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が長手方向に整列されている、請求項２３に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項２５】
前記Ａｇの厚さが少なくとも１０マイクロメートルである、請求項２３に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項２６】
前記Ａｇの厚さが約１０から約１５マイクロメートルの範囲内である、請求項２３に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項２７】
前記金属がアルミニウム合金である、請求項２３に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項２８】
前記アルミニウム合金が２００系アルミニウム合金である、請求項２７に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項２９】
前記アルミニウム合金が、Ａ２０１．１アルミニウム合金、２０１．２アルミニウム合金、Ａ２０６．０アルミニウム合金、および２２４．２アルミニウム合金からなる群から選択される２００系アルミニウム合金である、請求項２８に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項３０】
前記アルミニウム合金が、前記アルミニウム合金の総重量を基準にして、１．５から２．５重量パーセントの範囲内のＣｕを含む、請求項２８に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項３１】
前記アルミニウム合金が、前記アルミニウム合金の総重量を基準にして、１．８から２．２重量パーセントの範囲内のＣｕを含む、請求項２８に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項３２】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が多結晶アルファアルミナ繊維である、請求項２３に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項３３】
前記多結晶アルファアルミナ繊維の平均引張強度が少なくとも２．８ＧＰａであり、前記多結晶アルファアルミナ繊維が、理論的酸化物をもとに、前記アルミナ繊維の総重量を基準にして、約９９重量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3と、約０．２〜０．５重量パーセントのＳｉＯ2とを含み、前記多結晶アルファアルミナ繊維中に存在するアルファアルミナの平均粒度が１マイクロメートル未満である、請求項３２に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項３４】
前記アルファアルミナ繊維が、前記金属マトリックス物品の総体積の少なくとも５０体積パーセントを構成する、請求項３２に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項３５】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の第１および第２のプライを含む、請求項２３に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項３６】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が長手方向に整列されている、請求項３５に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項３７】
金属マトリックス複合体物品を製造する方法であって、
アルミニウム、その合金およびそれらの組合せからなる群から選択される第１の金属中に、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を、前記第１の金属が前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在し、前記第１の金属が外面を有するように固定する工程と、
前記第１の金属の前記外面上に第２の金属を提供して、前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維および前記第１の金属を含み、前記第１の金属が、前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維を所定位置に固定し、前記第１の金属が、前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在し、前記第２の金属が、前記第１の金属の前記外面上にあり、前記第２の金属が、少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有し、前記第２の金属の厚さが少なくとも８マイクロメートルである金属マトリックス複合体物品を提供する工程と、
を含む方法。
【請求項３８】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が長手方向に整列されている、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記第２の金属が、金または銀の少なくとも１つである、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１の金属がアルミニウム合金である、請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】
前記アルミニウム合金が、Ａ２０１．１アルミニウム合金、２０１．２アルミニウム合金、Ａ２０６．０アルミニウム合金、および２２４．２アルミニウム合金からなる群から選択される２００系アルミニウム合金である、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記アルミニウム合金が、前記アルミニウム合金の総重量を基準にして、１．５から２．５重量パーセントの範囲内のＣｕを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
前記アルミニウム合金が、前記アルミニウム合金の総重量を基準にして、１．８から２．２重量パーセントの範囲内のＣｕを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４４】
前記繊維が、前記金属マトリックス物品の総体積の少なくとも５０体積パーセントを構成する、請求項３７に記載の方法。
【請求項４５】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の第１および第２のプライを含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４６】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が長手方向に整列されている、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
金属マトリックス複合体物品を製造する方法であって、
アルミニウム、その合金およびそれらの組合せからなる群から選択される金属中に、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を、前記金属が前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在し、前記金属が外面を有するように固定する工程と、
前記金属の前記外面上に外面を有するＮｉを提供する工程と、
前記Ｎｉの前記外面上に、厚さが少なくとも８マイクロメートルであるＡｇを提供して、
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維を所定位置に固定し、前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在し、外面を有する前記金属と、
前記金属の前記外面上の前記Ｎｉと、
前記Ｎｉの外面上の前記Ａｇであって、前記Ａｇの厚さが少なくとも８マイクロメートルであるＡｇとを含む金属マトリックス複合体物品を提供する工程と、
を含む方法。
【請求項４８】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が長手方向に整列されている、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記第１の金属がアルミニウム合金である、請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
前記アルミニウム合金が、Ａ２０１．１アルミニウム合金、２０１．２アルミニウム合金、Ａ２０６．０アルミニウム合金、および２２４．２アルミニウム合金からなる群から選択される２００系アルミニウム合金である、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記アルミニウム合金が、前記アルミニウム合金の総重量を基準にして、１．５から２．５重量パーセントの範囲内のＣｕを含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
前記アルミニウム合金が、前記アルミニウム合金の総重量を基準にして、１．８から２．２重量パーセントの範囲内のＣｕを含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５３】
前記繊維が、前記金属マトリックス物品の総体積の少なくとも５０体積パーセントを構成する、請求項４７に記載の方法。
【請求項５４】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の第１および第２のプライを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５５】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が長手方向に整列されている、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
第１の金属と、前記第１の金属を強化するインサートとを含む金属マトリックス複合体物品であって、前記第１の金属が、アルミニウム、その合金およびそれらの組合せからなる群から選択され、前記インサートが、実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金およびそれらの組合せからなる群から選択される第２の金属とを含み、前記第２の金属が、前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維を所定位置に固定し、前記第２の金属が、前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在し、前記第１の金属と前記インサートとの間に界面層があり、前記第１の金属と前記インサートとの間の界面層ピーク結合強度値が少なくとも１００ＭＰａであり、前記金属マトリックス複合体物品がブレーキキャリパである、金属マトリックス複合体物品。
【請求項５７】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が長手方向に整列されている、請求項５６に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項５８】
前記第１の金属が、３００または４００系アルミニウム合金の１つであり、前記第２の金属が２００系アルミニウム合金である、請求項５６に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項５９】
前記２００系アルミニウム合金が、Ａ２０１．１アルミニウム合金、２０１．２アルミニウム合金、Ａ２０６．０アルミニウム合金、および２２４．２アルミニウム合金からなる群から選択され、前記第１の金属が、Ａ３１９．１アルミニウム合金、３５４．１アルミニウム合金、３５５．２アルミニウム合金、およびＡ３５６．１アルミニウム合金からなる群から選択される３００系アルミニウム合金である、請求項５８に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項６０】
前記２００系アルミニウム合金が、Ａ２０１．１アルミニウム合金、２０１．２アルミニウム合金、Ａ２０６．０アルミニウム合金、および２２４．２アルミニウム合金からなる群から選択され、前記第１の金属が、４４３．２アルミニウム合金および４４４．２アルミニウム合金からなる群から選択される４００系アルミニウム合金である、請求項５８に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項６１】
前記第１の金属と前記インサートとの間の界面層ピーク結合強度値が、少なくとも１２５ＭＰａである、請求項５６に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項６２】
前記第１の金属と前記インサートとの間の界面層ピーク結合強度値が、少なくとも１５０ＭＰａである、請求項５６に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項６３】
前記第１の金属と前記インサートとの間の界面層ピーク結合強度値が、少なくとも１７５ＭＰａである、請求項５６に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項６４】
前記第１の金属と前記インサートとの間の界面層ピーク結合強度値が、少なくとも１８０ＭＰａである、請求項５６に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項６５】
前記界面層には酸素が存在しない、請求項５６に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項６６】
前記界面層が、少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有する第２の金属のうちの１つを平均量含み、前記第２の金属の平均量が、前記第１の金属中より前記界面層中で高い、請求項５６に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項６７】
前記界面層が、前記第１の金属中に存在するＡｇ及びＮｉよりも高いＡｇおよびＮｉの平均量を含む、請求項５６に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項６８】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が多結晶アルファアルミナ繊維である、請求項５６に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項６９】
前記多結晶アルファアルミナ繊維の平均引張強度が少なくとも２．８ＧＰａであり、前記多結晶アルファアルミナ繊維が、理論的酸化物をもとに、前記アルミナ繊維の総重量を基準にして、約９９重量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3と、約０．２〜０．５重量パーセントのＳｉＯ2とを含み、前記多結晶アルファアルミナ繊維中に存在するアルファアルミナの平均粒度が１マイクロメートル未満である、請求項６８に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項７０】
前記アルファアルミナ繊維が、前記金属マトリックス物品の総体積の少なくとも５０体積パーセントを構成する、請求項６８に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項７１】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が、前記金属マトリックス物品の総体積の少なくとも５０体積パーセントを構成する、請求項５６に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項７２】
少なくとも２つの前記インサートをさらに含む、請求項５６に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項７３】
少なくとも４つの前記インサートを含む、請求項５６に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項７４】
ロータと；前記ロータの両側に配置され、かつそれと制動のために係合するように移動可能な内側および外側のブレーキパッドと；前記内側のブレーキパッドを前記ロータに対して付勢するためのピストンと；前記ロータの片側に位置決めされ、かつ前記ピストンを収容するシリンダを有する本体部材と、前記ロータの他方の側に位置決めされ、かつ前記外側のブレーキパッドを支持するアーム部材と、前記ロータの平面を横切って、前記本体部材と前記アーム部材との間に延在するブリッジとを含む請求項５７に記載のブレーキキャリパとを含む自動車用ディスクブレーキ。
【請求項７５】
前記第１および第２の金属が各々融点を有し、前記第２の金属の融点が、前記第１の金属の融点より少なくとも２０℃高い、請求項５６に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項７６】
前記第２の金属が、前記アルミニウム合金の総重量を基準にして、少なくとも１．５重量パーセントのＣｕを含むアルミニウム合金である、請求項５６に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項７７】
前記第２の金属が、前記アルミニウム合金の総重量を基準にして、１．５から２．５重量パーセントの範囲内のＣｕを含むアルミニウム合金である、請求項５６に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項７８】
前記第２の金属が、前記アルミニウム合金の総重量を基準にして、１．８から２．２重量パーセントの範囲内のＣｕを含むアルミニウム合金である、請求項５６に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項７９】
前記界面層には酸素が存在しない、請求項５６に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項８０】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の第１および第２のプライを含む、請求項５６に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項８１】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が長手方向に整列されている、請求項８０に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項８２】
金属マトリックス複合体物品を製造する方法であって、
インサートをモールド内に配置する工程であって、前記インサートが、実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金およびそれらの組合せからなる群から選択される第１の金属であって、前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維を所定位置に固定し、前記実質的に連続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、外面を有する第１の金属と、前記第１の金属の前記外面上の第２の金属であって、少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有し、厚さが少なくとも８マイクロメートルである第２の金属、とを含む工程と、
アルミニウム、その合金およびそれらの組合せからなる群から選択される溶融した第３の金属を、前記モールド内に供給する工程と、
前記溶融した第３の金属を冷却して、金属マトリックス複合体物品を提供する工程とを含む方法。
【請求項８３】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の第１および第２のプライを含む、請求項８１に記載の方法。
【請求項８４】
前記第１の金属が２００系アルミニウム合金であり、前記第３の金属が３００または４００系アルミニウム合金である、請求項８２に記載の方法。
【請求項８５】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が多結晶アルファアルミナ繊維である、請求項８２に記載の方法。
【請求項８６】
前記多結晶アルファアルミナ繊維の平均引張強度が少なくとも２．８ＧＰａであり、前記多結晶アルファアルミナ繊維が、理論的酸化物をもとに、前記アルミナ繊維の総重量を基準にして、約９９重量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3と、約０．２〜０．５重量パーセントのＳｉＯ2とを含み、前記多結晶アルファアルミナ繊維中に存在するアルファアルミナの平均粒度が１マイクロメートル未満である、請求項８５に記載の方法。
【請求項８７】
前記アルファアルミナ繊維が、前記インサートの総体積の少なくとも５０体積パーセントを構成する、請求項８５に記載の方法。
【請求項８８】
前記モールド内の前記溶融した第３の金属が、７５秒未満の間溶融状態である、請求項８５に記載の方法。
【請求項８９】
前記モールド内の前記溶融した第３の金属が、６０秒未満の間溶融状態である、請求項８５に記載の方法。
【請求項９０】
溶融した第３の金属を前記モールド内に供給する前、前記インサートが第１の外側の寸法形状を有し、前記溶融した第３の金属を冷却して金属マトリックス複合体を提供した後、前記インサートが第２の寸法形状を有し、前記第１および第２の寸法形状が実質的に同じである、請求項８２に記載の方法。
【請求項９１】
前記溶融した第３の金属を前記モールド内に供給する直前、前記インサートを少なくとも５００℃の温度で供給することをさらに特徴とする、請求項８２に記載の方法。
【請求項９２】
前記第２の金属が、金または銀の少なくとも１つであり、前記第１および第３の金属がアルミニウム合金である、請求項８２に記載の方法。
【請求項９３】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が、前記インサートの総体積の少なくとも５０体積パーセントを構成する、請求項８２に記載の方法。
【請求項９４】
前記第１の金属が、前記アルミニウム合金の総重量を基準にして、１．５から２．５重量パーセントの範囲内のＣｕを含むアルミニウム合金である、請求項８２に記載の方法。
【請求項９５】
前記第１の金属が、前記アルミニウム合金の総重量を基準にして、１．８から２．２重量パーセントの範囲内のＣｕを含むアルミニウム合金である、請求項８２に記載の方法。
【請求項９６】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の第１および第２のプライを含む、請求項８２に記載の方法。
【請求項９７】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が長手方向に整列されている、請求項９６に記載の方法。
【請求項９８】
前記モールド内の前記溶融した第３の金属が、７５秒未満の間溶融状態である、請求項８２に記載の方法。
【請求項９９】
金属マトリックス複合体物品を製造する方法であって、
インサートをモールド内に配置する工程であって、前記インサートが、実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金およびそれらの組合せからなる群から選択される第１の金属であって、前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維を所定位置に固定し、前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在し、外面を有する第１の金属と、前記第１の金属の前記外面上にあり、外面を有するＮｉと、前記Ｎｉの前記外面上にあり、厚さが少なくとも８マイクロメートルであるＡｇとを含む、工程と、
アルミニウム、その合金およびそれらの組合せからなる群から選択される溶融した第２の金属を、前記モールド内に供給する工程と、
前記溶融した第２の金属を冷却して、金属マトリックス複合体物品を提供する工程とを含む方法。
【請求項１００】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が長手方向に整列されている、請求項９９に記載の方法。
【請求項１０１】
前記第１の金属が２００系アルミニウム合金であり、前記第２の金属が３００または４００系アルミニウム合金の１つである、請求項９９に記載の方法。
【請求項１０２】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が多結晶アルファアルミナ繊維である、請求項９９に記載の方法。
【請求項１０３】
前記多結晶アルファアルミナ繊維の平均引張強度が少なくとも２．８ＧＰａであり、前記多結晶アルファアルミナ繊維が、理論的酸化物をもとに、前記アルミナ繊維の総重量を基準にして、約９９重量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3と、約０．２〜０．５重量パーセントのＳｉＯ2とを含み、前記多結晶アルファアルミナ繊維中に存在するアルファアルミナの平均粒度が１マイクロメートル未満である、請求項１０２に記載の方法。
【請求項１０４】
前記アルファアルミナ繊維が、前記インサートの総体積の少なくとも５０体積パーセントを構成する、請求項１０２に記載の方法。
【請求項１０５】
前記第１の金属が、前記アルミニウム合金の総重量を基準にして、１．５から２．５重量パーセントの範囲内のＣｕを含むアルミニウム合金である、請求項９９に記載の方法。
【請求項１０６】
前記第１の金属が、前記アルミニウム合金の総重量を基準にして、１．８から２．２重量パーセントの範囲内のＣｕを含むアルミニウム合金である、請求項９９に記載の方法。
【請求項１０７】
前記モールド内の前記溶融した第２の金属が、７５秒未満の間溶融状態である、請求項９９に記載の方法。
【請求項１０８】
前記モールド内の前記溶融した第２の金属が、６０秒未満の間溶融状態である、請求項９９に記載の方法。
【請求項１０９】
溶融した第２の金属を前記モールド内に供給する前、前記インサートが第１の外側の寸法形状を有し、前記溶融した第２の金属を冷却して金属マトリックス複合体を提供した後、前記インサートが第２の寸法形状を有し、前記第１および第２の寸法形状が実質的に同じである、請求項９９に記載の方法。
【請求項１１０】
前記溶融した第２の金属を前記モールド内に供給する直前、少なくとも５００℃の温度で前記インサートをさらに提供する、請求項９９に記載の方法。
【請求項１１１】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の第１および第２のプライを含む、請求項９９に記載の方法。
【請求項１１２】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維が長手方向に整列されている、請求項１１１に記載の方法。
【請求項１１３】
前記モールド内の前記溶融した第２の金属が、７５秒未満の間溶融状態である、請求項９９に記載の方法。
【請求項１１４】
金属マトリックス複合体物品を製造するための金属マトリックス複合体インサートを製造するための方法であって、
金属マトリックス複合体強化インサートを含むように金属マトリックス複合体物品を設計する工程であって、前記インサートが、
実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金およびそれらの組合せからなる群から選択される第１の金属であって、前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維を所定位置に固定し、前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在する第１の金属を含むようにする工程と、
結果として生じる設計に基づいて、
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金およびそれらの組合せからなる群から選択される前記第１の金属であって、前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維を所定位置に固定し、前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在し、外面を有する前記第１の金属を含み、
前記第１の金属の前記外面上の第２の金属であって、少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有し、厚さが少なくとも８マイクロメートルである第２の金属をさらに含む金属マトリックス複合体強化インサートを準備する工程とを含む方法。
【請求項１１５】
前記連続したセラミック酸化物繊維が多結晶アルファアルミナ繊維である、請求項１１４に記載の方法。
【請求項１１６】
前記多結晶アルファアルミナ繊維の平均引張強度が少なくとも２．８ＧＰａであり、前記多結晶アルファアルミナ繊維が、理論的酸化物をもとに、前記アルミナ繊維の総重量を基準にして、約９９重量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3と、約０．２〜０．５重量パーセントのＳｉＯ2とを含み、前記多結晶アルファアルミナ繊維中に存在するアルファアルミナの平均粒度が１マイクロメートル未満である、請求項１１４に記載の方法。
【請求項１１７】
前記アルファアルミナ繊維が、前記インサートの総体積の少なくとも５０体積パーセントを構成する、請求項１１４に記載の方法。
【請求項１１８】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の第１および第２のプライを含む、請求項１１４に記載の方法。
【請求項１１９】
金属マトリックス複合体物品を製造するための金属マトリックス複合体インサートを製造するための方法であって、
金属マトリックス複合体強化インサートを含むように金属マトリックス複合体物品を設計する工程であって、前記インサートが、
実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金およびそれらの組合せからなる群から選択される第１の金属であって、前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維を所定位置に固定し、前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在する第１の金属を含むようにする工程と、
結果として生じる設計に基づいて、
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金およびそれらの組合せからなる群から選択される前記第１の金属であって、前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維を所定位置に固定し、前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在し、外面を有する前記第１の金属を含み、
前記金属の前記外面上にあり、外面を有するＮｉと、
前記Ｎｉの前記外面上にあり、厚さが少なくとも８マイクロメートルであるＡｇとをさらに含む金属マトリックス複合体強化インサートを準備する工程とを含む方法。
【請求項１２０】
前記連続したセラミック酸化物繊維が多結晶アルファアルミナ繊維である、請求項１１９に記載の方法。
【請求項１２１】
前記多結晶アルファアルミナ繊維の平均引張強度が少なくとも２．８ＧＰａであり、前記多結晶アルファアルミナ繊維が、理論的酸化物をもとに、前記アルミナ繊維の総重量を基準にして、約９９重量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3と、約０．２〜０．５重量パーセントのＳｉＯ2とを含み、前記多結晶アルファアルミナ繊維中に存在するアルファアルミナの平均粒度が１マイクロメートル未満である、請求項１１９に記載の方法。
【請求項１２２】
前記アルファアルミナ繊維が、前記インサートの総体積の少なくとも５０体積パーセントを構成する、請求項１１９に記載の方法。
【請求項１２３】
前記実質的に連続したセラミック酸化物繊維の第１および第２のプライを含む、請求項１１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属マトリックス複合体物品を強化するための、金属を含むインサート、およびインサートで強化された金属マトリックス複合体物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックスでの金属マトリックスの強化は、当該技術において知られている（たとえば、米国特許第４，７０５，０９３号明細書（オギノ（Ｏｇｉｎｏ））、米国特許第４，８５２，６３０号明細書（ハマジマ（Ｈａｍａｊｉｍａ）ら）、米国特許第４，９３２，０９９号明細書（コーウィン（Ｃｏｒｗｉｎ）ら）、米国特許第５，１９９，４８１号明細書（コーウィン（Ｃｏｒｗｉｎ）ら）、米国特許第５，２３４，０８０号明細書（パンテール（Ｐａｎｔａｌｅ））、および米国特許第５，３９４，９３０号明細書（ケンナークネヒト（Ｋｅｎｎｅｒｋｎｅｃｈｔ））、それぞれ１９８７年５月２８日および１９８８年９月１４日に公開された、英国特許第２，１８２，９７０  ＡおよびＢ号明細書、ならびに２００２年４月４日に公開された国際公開第０２／２６６５８号パンフレット、国際公開第０２／２７０４８号パンフレット、および国際公開第０２／２７０４９号パンフレットを参照のこと）。強化のために使用されるセラミック材料の例としては、粒子、不連続繊維（ウイスカーを含む）および連続繊維、ならびにセラミックプリフォームが挙げられる。
【０００３】
典型的には、セラミック材料が金属に組入れられて、セラミック材料を伴わずに金属から製造された物品と比較して向上した機械的特性を有する金属マトリックス複合体（ＭＭＣ）を提供する。たとえば、モータ付き車両（たとえば、車およびトラック）用の従来のブレーキキャリパは、典型的には、鋳鉄から製造される。車両の全重量、および特にブレーキキャリパなどのばね下重量を低減するために、より軽量の部品および／または材料を使用したいという要望がある。セラミック酸化物材料の配置を含む、ＭＭＣの設計を助け、かつ特定の用途に必要なセラミック酸化物材料の量を最小にするための１つの技術が、有限要素分析である。
【０００４】
鋳造アルミニウムから製造されたブレーキキャリパは、同じ（すなわち、同じサイズおよび構成）、鋳鉄から製造されたキャリパより約５０重量％軽い。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（たとえば、鋳鉄のヤング率は約１００〜１７０ＧＰａであり、一方、鋳造アルミニウムの場合は約７０〜７５ＧＰａであり、鋳鉄の降伏強度は３００〜７００ＭＰａであり、一方、鋳造アルミニウムの場合は２００〜３００ＭＰａである）。したがって、所与のサイズおよび形状について、鋳造アルミニウムから製造されたブレーキキャリパは、鋳鉄キャリパより著しく低い、曲げ剛性および降伏強度などの機械的特性を有する。典型的には、そのようなアルミニウムブレーキキャリパの機械的特性は、鋳鉄ブレーキキャリパと比較して受入れられないほど低い。鋳鉄ブレーキキャリパと同じ構成および少なくとも同じ（またはより良好な）曲げ剛性および降伏強度などの機械的特性を有するアルミニウム金属マトリックス複合体材料（たとえば、セラミック繊維で強化されたアルミニウム）から製造されたブレーキキャリパが望ましい。
【０００５】
いくつかのＭＭＣ物品のための１つの考慮事項は、形成後の機械加工（たとえば、穴またはねじ山を加えるか、そうでなければ、材料を切取って所望の形状をもたらすこと）または他の処理（たとえば、２つのＭＭＣ物品をともに溶接して、複雑な形状の部品を製造すること）の必要である。多くの従来のＭＭＣは、典型的には、機械加工または溶接を非実際的または不可能にさえするのに十分なセラミック強化材料を含有する。しかし、たとえあるとしても形成後の機械加工または処理をほとんど必要としない「ネット形」物品を製造することが望ましい。「ネット形」物品を製造する技術は、当該技術において知られている（たとえば、米国特許第５，２３４，０４５号明細書（シスコ（Ｃｉｓｋｏ））および米国特許第５，８８７，６８４号明細書（ドール（Ｄｏｅｌｌ）ら）を参照のこと）。さらに、またはあるいは、実行可能な程度に、セラミック強化材を、機械加工、または溶接などの他の処理を妨げる恐れがある領域において、低減してもよいし、配置しなくてもよい。
【０００６】
ＭＭＣの設計および製造の別の考慮事項は、セラミック強化材料のコストである。商品名「ネクステル（ＮＥＸＴＥＬ）６１０」でミネソタ州セント・ポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）によって販売されるものなどの連続した多結晶アルファアルミナ繊維の機械的特性は、アルミニウムなどの低密度金属と比較して高い。さらに、多結晶アルファアルミナ繊維などのセラミック酸化物材料のコストは、アルミニウムなどの金属よりかなり大きい。したがって、セラミック酸化物材料によって与えられる特性を最大にするために、使用されるセラミック酸化物材料の量を最小にし、かつセラミック酸化物材料の配置を最適化することが望ましい。
【０００７】
さらに、金属マトリックス複合体物品を製造するために比較的容易に使用することができるパッケージ内または形態のセラミック強化材料を提供することが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
２００２年４月４日に公開された国際公開第０２／２６６５８号パンフレット、国際公開第０２／２７０４８号パンフレット、および国際公開第０２／２７０４９号パンフレットは、金属マトリックス複合体物品を製造するために比較的容易に使用することができるパッケージ内または形態のセラミック強化材料の必要に対処する実施形態の説明を含むが、付加的な解決策、ならびに、および／または代わりに、好ましくは従来の金属マトリックス複合体物品より優れた特性を有する、金属マトリックス複合体物品を提供する他の新規な方法が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一態様において、本発明は、金属マトリックス複合体物品を強化するためのインサートおよびその製造方法を提供する。別の態様において、本発明は、インサート（たとえば、１、２、３、４、５、６、またはそれ以上のインサート）で強化された金属マトリックス複合体物品およびその製造方法を提供する。
【００１０】
少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属（たとえば、銀、金、それらの合金、およびそれらの組合せ）少なくとも８マイクロメートル（実施形態によっては、好ましくは、少なくとも１０マイクロメートル、少なくとも１２マイクロメートル、またはさらには少なくとも１５マイクロメートル、より好ましくは、１２から１５マイクロメートルの範囲内）を含む、本発明による金属マトリックス複合体物品を強化するためのインサートとして使用される本発明による金属マトリックス複合体物品の実施形態。そのような実施形態は、典型的には、インサートとインサートを含む金属マトリックス複合体物品の金属との間の非常に望ましい結合（たとえば、実施形態によっては、好ましくは、酸素が存在しない結合界面および／または少なくとも１００ＭＰａ（実施形態によっては、好ましくは、少なくとも１２５ＭＰａ、少なくとも１５０ＭＰａ、少なくとも１７５、またはさらには少なくとも１８０ＭＰａ）のピーク結合強度値）を有する金属マトリックス複合体物品を提供することができる。理論に縛られるわけではないが、少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属の存在が、インサートとインサートを含む金属マトリックス複合体物品の金属との間の結合を得るのを容易にするのを助けると考えられる。さらに、理論に縛られるわけではないが、少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属の存在が、インサートとインサートを含む金属マトリックス複合体物品の金属との間の界面に酸素を存在させなくするのを容易にするのを促進すると考えられる。
【００１１】
一実施形態において、本発明は、
実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金（たとえば、２００、３００、４００、７００、および／または６０００系（実施形態によっては、好ましくは２００系）アルミニウム合金）およびそれらの組合せからなる群から選択される第１の金属であって、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を所定位置に固定し、実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在し、外面を有する第１の金属と、
第１の金属の外面上の第２の金属であって、少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有し（たとえば、銀、金、それらの合金、およびそれらの組合せ）、厚さが少なくとも８マイクロメートル（実施形態によっては、好ましくは、少なくとも１０マイクロメートル、少なくとも１２マイクロメートル、またはさらには少なくとも１５マイクロメートル、より好ましくは、１２から１５マイクロメートルの範囲内、別の態様において、典型的には２０マイクロメートル未満）である第２の金属とを含む第１の金属マトリックス複合体物品（たとえば、金属マトリックス複合体物品を強化するためのインサート）を提供する。
【００１２】
必要に応じて、第１の金属マトリックス複合体物品は、第２の金属と第１の金属の外面との間に第３の金属（たとえば、Ｎｉ）をさらに含む。
【００１３】
別の態様において、本発明は、本発明による第１の金属マトリックス複合体物品を製造する方法であって、
アルミニウム、その合金（たとえば、２００、３００、４００、７００、および／または６０００系（実施形態によっては、好ましくは２００系）アルミニウム合金）およびそれらの組合せからなる群から選択される第１の金属中に、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を、第１の金属が実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在し、第１の金属が外面を有するように固定する工程と、
第１の金属の外面上に第２の金属を供給して、金属マトリックス複合体物品を提供する工程であって、第２の金属は、少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有する（たとえば、銀、金、それらの合金、およびそれらの組合せ）工程とを含む方法を提供する。
【００１４】
本発明による第１の金属マトリックス物品の１つの好ましい実施形態において、本発明は、
実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金（たとえば、２００、３００、４００、７００、および／または６０００系（実施形態によっては、好ましくは２００系）アルミニウム合金）およびそれらの組合せからなる群から選択される金属であって、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を所定位置に固定し、実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在し、外面を有する金属と、
金属の外面上にあり、外面を有するＮｉと、
Ｎｉの外面上にあり、厚さが少なくとも８マイクロメートル（実施形態によっては、好ましくは、１０マイクロメートル、１２マイクロメートル、またはさらには１５マイクロメートル、より好ましくは、１２から１５マイクロメートルの範囲内、別の態様において、典型的には２０マイクロメートル未満）であるＡｇとを含む第２の金属マトリックス複合体物品（たとえば、金属マトリックス複合体物品を強化するためのインサート）を提供する。
【００１５】
別の態様において、本発明は、本発明による第２の金属マトリックス複合体物品を製造する方法であって、
アルミニウム、その合金およびそれらの組合せからなる群から選択される金属中に、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を、金属が実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在し、金属が外面を有するように固定する工程と、
金属の外面上にＮｉを提供する工程であって、Ｎｉが外面を有する工程と、
Ｎｉの外面上にＡｇを提供して、
金属マトリックス複合体物品を提供する工程とを含む方法を提供する。
【００１６】
一実施形態において、本発明は、第１の金属と、第１の金属を強化するインサートとを含む第３の金属マトリックス複合体物品であって、第１の金属が、アルミニウム、その合金（たとえば、２００、３００、４００、７００、および／または６０００系（実施形態によっては、好ましくは３００または４００系）アルミニウム合金）およびそれらの組合せからなる群から選択され、インサートが、実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金（たとえば、２００、３００、４００、７００、および／または６０００系（実施形態によっては、好ましくは２００系）アルミニウム合金）およびそれらの組合せからなる群から選択される第２の金属とを含み、第２の金属が、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を所定位置に固定し、第２の金属が、実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在し、第１の金属とインサートとの間に界面層があり、少なくとも１００ＭＰａ（実施形態によっては、好ましくは、少なくとも１２５ＭＰａ、少なくとも１５０ＭＰａ、少なくとも１７５、またはさらには少なくとも１８０ＭＰａ）の、第１の金属とインサートとの間の界面層ピーク結合強度値がある、第３の金属マトリックス複合体物品を提供する。実施形態によっては、好ましくは、界面層には酸素がない。別の態様において、界面層は、少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有する第４の金属（たとえば、銀、金、それらの合金、およびそれらの組合せ）の平均量を含んでもよく、そのような金属の平均量は、第１の金属中より界面層中で（たとえば、少なくとも１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、またはさらには５０重量パーセント）高い。別の態様において、界面層は、第１の金属中に存在するより高いＡｇおよびＮｉの平均量（たとえば、各ＡｇおよびＮｉの、少なくとも１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、またはさらには５０重量パーセント）を含んでもよい。別の態様において、第１および第２の金属は各々、融点を有してもよく、第２の金属の融点は、第１の金属の融点より、少なくとも１０℃、１５℃、２０℃、２５℃、３０℃、３５℃、４０℃、４５℃、またはさらには５０℃高い。別の態様において、第１の金属および第２の金属は、異なってもよい（たとえば、アルミニウムおよびアルミニウム合金、または異なったアルミニウム合金）。
【００１７】
任意に、第３の金属マトリックス複合体物品は、２、３、４、５、６、またはそれ以上のインサートを含む。任意に、インサートは、同じまたは異なった組成を有するか、または、いくつかのインサートが同じ組成を有し、他のインサートが異なった組成を有する。
【００１８】
別の態様において、本発明は、本発明による第３の金属マトリックス複合体物品を製造する方法であって、
インサートをモールド内に配置する工程であって、インサートが、実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金（たとえば、２００、３００、４００、７００、および／または６０００系（実施形態によっては、好ましくは２００系）アルミニウム合金）およびそれらの組合せからなる群から選択される第１の金属であって、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を所定位置に固定し、実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在し、外面を有する第１の金属と、第１の金属の外面上の第２の金属であって、少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有する（たとえば、銀、金、それらの合金、およびそれらの組合せ）第２の金属とを含む工程と、
アルミニウム、その合金（たとえば、２００、３００、４００、７００、および／または６０００系（実施形態によっては、好ましくは３００または４００系）アルミニウム合金）およびそれらの組合せからなる群から選択される溶融した第３の金属をモールド内に供給する工程と、
溶融した第３の金属を冷却して、金属マトリックス複合体物品を提供する工程とを含む方法を提供する。
【００１９】
別の態様において、本発明は、本発明による第３の金属マトリックス複合体物品の好ましい実施形態を製造する方法であって、
インサートをモールド内に配置する工程であって、インサートが、実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金（たとえば、２００、３００、４００、７００、および／または６０００系（実施形態によっては、好ましくは２００系）アルミニウム合金）およびそれらの組合せからなる群から選択される第１の金属であって、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を所定位置に固定し、実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在し、外面を有する第１の金属と、第１の金属の外面上にあり、外面を有するＮｉと、Ｎｉの外面上のＡｇとを含む工程と、
アルミニウム、その合金（たとえば、２００、３００、４００、７００、および／または６０００系（実施形態によっては、好ましくは３００または４００系）アルミニウム合金）およびそれらの組合せからなる群から選択される溶融した第２の金属を、モールド内に供給する工程と、
溶融した第２の金属を冷却して、金属マトリックス複合体物品を提供する工程とを含む方法を提供する。
【００２０】
別の態様において、本発明は、金属マトリックス複合体物品を製造するための金属マトリックス複合体インサートを製造するための方法であって、
金属マトリックス複合体強化インサートを含むように金属マトリックス複合体物品を設計し、
実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金（たとえば、２００、３００、４００、７００、および／または６０００系（実施形態によっては、好ましくは２００系）アルミニウム合金）およびそれらの組合せからなる群から選択される第１の金属であって、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を所定位置に固定し、実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在する第１の金属を含むようにインサートを設計する工程と、
得られる設計に基づいて、
実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金およびそれらの組合せからなる群から選択される第１の金属であって、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を所定位置に固定し、実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在し、外面を有する第１の金属を含み、
第１の金属の外面上の第２の金属であって、少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有し（たとえば、銀、金、それらの合金、およびそれらの組合せ）、厚さが少なくとも８マイクロメートル（実施形態によっては、好ましくは、１０マイクロメートル、１２マイクロメートル、またはさらには１５マイクロメートル、より好ましくは、１２から１５マイクロメートルの範囲内、別の態様において、典型的には２０マイクロメートル未満）である第２の金属をさらに含む金属マトリックス複合体強化インサートを製造する工程とを含む方法を提供する。
【００２１】
別の態様において、本発明は、金属マトリックス複合体物品を製造するための金属マトリックス複合体インサートを製造するための方法であって、
金属マトリックス複合体強化インサートを含むように金属マトリックス複合体物品を設計し、
実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金（たとえば、２００、３００、４００、７００、および／または６０００系（実施形態によっては、好ましくは２００系）アルミニウム合金）およびそれらの組合せからなる群から選択される金属であって、第１の金属が、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を所定位置に固定し、金属が、実質的に連続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、実質的に連続したセラミック酸化物繊維および金属を含むようにインサートを設計する工程と、
得られる設計に基づいて、
実質的に連続したセラミック酸化物繊維と、アルミニウム、その合金およびそれらの組合せからなる群から選択される金属であって、第１の金属が、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を所定位置に固定し、金属が、実質的に連続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、第１の金属が外面を有する、実質的に連続したセラミック酸化物繊維および金属を含み、
金属の外面上にあり、外面を有するＮｉと、
Ｎｉの外面上のＡｇであって、Ｎｉの厚さが少なくとも８マイクロメートル（いくつかの実施形態において、好ましくは、１０マイクロメートル、１２マイクロメートル、またはさらには１５マイクロメートル、より好ましくは、１２から１５マイクロメートルの範囲内、別の態様において、典型的には２０マイクロメートル未満）であるＡｇとをさらに含む金属マトリックス複合体強化インサートを準備する工程とを含む方法を提供する。
【００２２】
意外にも、本発明による方法の実施形態を使用して、モールド内の溶融金属が７５秒未満（実施形態によっては、好ましくは６０秒未満）の間溶融状態である、金属マトリックス複合体物品を製造することができる。これとは対照的に、従来の方法は、モールド内の溶融金属が２００秒以上の間溶融状態であることを必要とする傾向がある。理論に縛られることを望まないが、少なくとも２００℃を超えて正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属の存在が、インサートと金属マトリックス複合体物品の金属との間の結合の形成を可能にし（実施形態によっては、好ましくは、界面における酸化物層を伴わずに）、したがって、冶金結合を行うために酸化物層を分解しようと試みるために、適用できるような溶融アルミニウムまたはアルミニウム合金による界面の長期間の加熱を必要としないと考えられる。
【００２３】
本出願において、
「少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギー」は、量ΔＧ0rxn＝ΔＨ0rxn−ＴΔＳ0rxnを指し、ここで、ΔＨ0rxnは、ｋＪ／ｍｏｌ単位の酸化反応のエンタルピーであり、Ｔは、ケルビン度単位で表した温度であり、ΔＳ0rxnは、２００℃（４７３°Ｋ）を超える温度について正のままである酸化反応のエントロピー（ｋＪ／ｍｏｌ°Ｋ単位）であり、
「ピーク結合強度値」は、以下で説明される「ピーク結合強度」テストによって定められるようなピーク結合強度値を指し、
「酸素が存在しない」とは、実施例３で説明されるように光学顕微鏡で２５０倍で見たとき界面において目で識別できる連続酸化物層がないことを意味し、
「実質的に連続したセラミック酸化物繊維」は、長さが少なくとも５ｃｍのセラミック酸化物繊維を指す。
【００２４】
本発明による第１および第２の金属マトリックス複合体物品は、たとえば、金属マトリックス複合体物品の強化材料を提供するのに有用である。本発明の態様の１つの利点は、（元の）金属（たとえば、鋳鉄）から製造された既存の物品が、実質的に連続した繊維で強化された別の金属（たとえば、アルミニウム）から製造され、後者（すなわち、物品の金属マトリックス複合体バージョン）が、元の金属から製造された元の物品の使用に必要なものに少なくとも等しい特定の所望の特性（たとえば、ヤング率、降伏強度、および延性）を有するように再設計されることを考慮することである。必要に応じて、物品は、元の物品と同じ物理的寸法を有するように再設計してもよい。
【００２５】
本発明による第３の金属マトリックス物品の例としては、ブレーキキャリパ、高速回転リング、および産業機械用高速機械アームが挙げられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明は、少なくとも１つの金属と、実質的に連続したセラミック酸化物繊維とを含む金属マトリックス複合体物品を提供する。典型的には、本発明による金属マトリックス複合体物品は、所望の特性、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入れられるバランスを達成するように、特定の用途のために設計される。
【００２７】
典型的には、インサートなどの、本発明による金属マトリックス複合体物品は、特定の用途のため、および／または、特定の特性および／または特徴を有するように設計される。たとえば、１つの金属（たとえば、鋳鉄）から製造された既存の物品は、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を含む材料で強化された別の金属（たとえば、アルミニウム）から製造され、後者（すなわち、物品の金属マトリックス複合体バージョン）が、第１の金属から製造された元の物品の使用に必要なものに少なくとも等しい特定の所望の特性（たとえば、ヤング率、降伏強度、および延性）を有するように再設計されるように選択される。任意に、物品は、元の物品と同じ物理的寸法を有するように再設計してもよい。
【００２８】
所望の金属マトリックス複合体物品構成、所望の特性、それが製造されることが好ましいであろう、可能な金属およびセラミック酸化物材料、ならびに、それらの材料の関連する特性を集め使用して、可能な適切な構造を提供する。いくつかの実施形態において、可能な構造を生じさせるための好ましい方法は、従来のコンピュータシステム（中央処理ユニット（ＣＰＵ）ならびに入力および出力デバイスの使用を含む）の助けで実行されるＦＥＡソフトウェアの使用を含む、有限要素分析（ＦＥＡ）を用いることである。商品名「アンシス（ＡＮＳＹＳ）」でペンシルバニア州キャノンズバーグのアンシス・インコーポレイテッド（Ａｎｓｙｓ，Ｉｎｃ．，Ｃａｎｏｎｓｂｕｒｇ，ＰＡ）によって販売されるものを含む適切なＦＥＡソフトウェアが市販されている。ＦＥＡは、物品を数学的にモデル化し、連続したセラミック酸化物繊維、金属、およびおそらくは他の材料の配置が所望の特性レベルをもたらす領域を特定するのを助ける。ＦＥＡのいくつかの反復を実行して、より好ましい設計を得ることが、典型的には必要である。
【００２９】
図１を参照すると、本発明による例示的な第１の金属マトリックス複合体物品（実施形態によっては、また、本発明による例示的な第２の金属マトリックス複合体物品である）１０は、実質的に連続した（図示されているように、長手方向に整列された）セラミック酸化物繊維１２と、アルミニウムまたはその合金１４と、外面１５と、少なくとも２００℃を超えて正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属１６と、任意の付加的な金属（たとえば、Ｎｉ）１８と、任意の金属１８の外面１７とを含む。金属マトリックス複合体物品１０は、本発明による金属マトリックス複合体物品を製造するのに有用であり、後者の物品の付加的な金属は、アルミニウムまたはその合金１４と同じであるか異なることができる。
【００３０】
図２を参照すると、本発明による例示的な第１の金属マトリックス複合体物品（実施形態によっては、また、本発明による例示的な第２の金属マトリックス複合体物品である）２０は、実質的に連続した（図示されているように、長手方向に整列された）セラミック酸化物繊維２２と、アルミニウムまたはその合金２４と、外面２５と、少なくとも２００℃を超えて正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属２６と、任意の付加的な金属（たとえば、Ｎｉ）２８と、任意の金属２８の外面２７とを含む。金属マトリックス複合体物品２０は、本発明による金属マトリックス複合体物品を製造するのに有用であり、後者の物品の付加的な金属は、アルミニウムまたはその合金２４と同じであるか異なることができる。
【００３１】
本発明のいくつかの例示的な実施形態において、連続したセラミック酸化物繊維は、互いに略平行であるように、実質的に長手方向に整列される。セラミック酸化物繊維を、個別の繊維として、本発明による第１の金属マトリックス複合体物品（または、実施形態によっては、また、第２の金属マトリックス複合体物品）に組入れてもよいが、それらは、より典型的には、束またはトウの形態の繊維のグループとして、第１の金属マトリックス複合体物品（または、実施形態によっては、また、第２の金属マトリックス複合体物品）に組入れられる。束またはトウ内の繊維は、互いに長手方向に整列された（すなわち、略平行な）関係で維持してもよい。複数の束またはトウが使用される場合、繊維束または繊維トウも、互いに長手方向に整列された（すなわち、略平行な）関係で維持される。実施形態によっては、連続したセラミック酸化物繊維がすべて、本質的に長手方向に整列された構成で維持され、個別の繊維整列が、それら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°以内に維持されることが好ましい。
【００３２】
本発明による金属マトリックス複合体物品は、場合によって、セラミック酸化物繊維が、まっすぐとは対照的に湾曲している（すなわち、平面状に延在しない）ことが、好ましいか必要であろう。したがって、たとえば、セラミック酸化物繊維は、繊維の長手方向全体にわたって平面、繊維長さ全体にわたって非平面（すなわち、湾曲した）であってもよいし、それらは、いくつかの部分で平面であり、他の部分で非平面（すなわち、湾曲した）であってもよい。実施形態によっては、実質的に連続したセラミック酸化物繊維は、金属マトリックス複合体物品の湾曲した部分全体にわたって、実質的に交差しない曲線の配列で維持される（すなわち、長手方向に整列される）。実施形態によっては、実質的に連続したセラミック酸化物繊維は、金属マトリックス複合体物品の湾曲した部分全体にわたって、互いに実質的に等距離の関係で維持される。
【００３３】
たとえば、図３Ａおよび図３Ｂは、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、および図４Ｄの本発明による他の第１の例示的な金属マトリックス複合体物品（実施形態によっては、また、本発明による例示的な第２の金属マトリックス複合体物品である）（インサート）３０であり、金属マトリックス複合体物品（インサート）３０は、実質的に連続した（図示されているように、長手方向に整列された）セラミック酸化物繊維３２と、アルミニウムまたはその合金３４と、外面３５と、少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属３６と、任意の付加的な金属（たとえば、Ｎｉ）３８と、任意の金属３８の外面３７とを含む。実質的に連続したセラミック酸化物繊維３２は、セクションラインＢＢとセクションラインＣＣとの間およびセクションラインＤＤとセクションラインＥＥとの間で実質的に平面であり、セクションラインＣＣとセクションラインＤＤとの間で湾曲している。あるいは、長手方向に整列された、実質的に連続したセラミック酸化物繊維は、それらの長手方向全体にわたって非平面であってもよい。
【００３４】
たとえば、図５を参照すると、本発明による別の第１の例示的な金属マトリックス複合体物品（実施形態によっては、また、本発明による例示的な第２の金属マトリックス複合体物品である）（インサート）５０が、実質的に連続した（図示されているように、長手方向に整列された）セラミック酸化物繊維５２と、アルミニウムまたはその合金５４と、外面５５と、少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属５６と、任意の付加的な金属（たとえば、Ｎｉ）５８と、任意の金属５８の外面５７とを含み、実質的に連続したセラミック酸化物繊維５２は、それらの長手方向全体にわたって湾曲している。後者のタイプのインサートから製造することができる金属マトリックス複合体物品の一例が、図６に示されているような金属マトリックス複合体リングである。リング６０が、アルミニウムまたはその合金５４と、セラミック酸化物繊維５２（図５を参照のこと）とを含む。そのようなリングは、たとえば、それらが大きい遠心力を受ける高速回転機に有用である。
【００３５】
別の態様において、本発明による金属マトリックス複合体物品は、場合によって、実質的に連続したセラミック酸化物繊維の、２つ、３つ、４つ、またはそれ以上のプライを有する（すなわち、プライが、実質的に連続したセラミック酸化物繊維の少なくとも１つの層（実施形態によっては、好ましくは、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を含むトウの少なくとも１つの層）である）ことが、好ましいか必要であろう。プライは、さまざまな方法のいずれで互いに対して配向してもよい。互いに対するプライの関係の例が、図７および図８に示されている。図７を参照すると、本発明による例示的な第１の金属マトリックス複合体物品（実施形態によっては、また、本発明による例示的な第２の金属マトリックス複合体物品である）（インサート）７０が、実質的に連続した（図示されているように、長手方向に整列された）セラミック酸化物繊維の第１のプライ７１および第２のプライ７２、アルミニウムまたはその合金７４、外面７５と、少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属７６、ならびに任意の付加的な金属（たとえば、Ｎｉ）７８、および任意の金属７８の外面７７を含む。実質的に連続したセラミック酸化物繊維の第１のプライ７１は、実質的に連続したセラミック酸化物繊維の第２のプライ７２に対して、４５°で位置決めされるが、特定の用途によっては、プライの、別のプライに対する位置の差が、０を超える度から９０°のどこでもよい。実施形態によっては、用途に応じて、プライの、別のプライに対する好ましい位置決めが、約３０°から約６０°の範囲内、またはさらには、たとえば、約４０°から約５０°の範囲内であってもよい。必要に応じて、本発明による金属マトリックス複合体物品は、２つ以上のプライを有することができる。
【００３６】
繊維のグルーピングが、また、図８に示されたような実質的に連続したセラミック酸化物繊維で巻かれることから利益を得てもよく、金属マトリックス複合体物品（インサート）８０が、実質的に連続した（図示されているように、長手方向に整列された）セラミック酸化物繊維８１の周りに螺旋状に巻かれた実質的に連続した（図示されているように、長手方向に整列された）セラミック酸化物繊維８２、アルミニウムまたはその合金８４、外面８５、少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属８６、ならびに任意の付加的な金属（たとえば、Ｎｉ）８８、および任意の金属８８の外面８７を含む。実質的に連続したセラミック酸化物繊維のプライによって提供される特性から利益を得てもよい金属マトリックス複合体物品の一例としては、使用中、２つの垂直な軸を中心とした曲げ力を受ける物品が挙げられる。
【００３７】
典型的には、実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長さは、少なくとも１０ｃｍ（しばしば、少なくとも１５ｃｍ、２０ｃｍ、２５ｃｍ、またはそれ以上）である。本発明の実施形態によっては、実質的に連続した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、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を含む）。典型的には、トウを構成する実質的に連続したセラミック酸化物繊維の長さは、少なくとも１０ｃｍ（しばしば、少なくとも１５ｃｍ、２０ｃｍ、２５ｃｍ、またはそれ以上）である。
【００３８】
セラミック酸化物繊維は、実質的に連続した、長手方向に整列されたセラミック酸化物繊維を含むことができるか、実質的に連続した、長手方向に整列されたセラミック酸化物繊維から本質的になることさえでき、ここで、「長手方向に整列された」は、繊維の長さに対する繊維の略平行な整列を指す。
【００３９】
実施形態によっては、本発明による金属マトリックス複合体物品を製造するために使用される実質的に連続した強化セラミック酸化物繊維は、好ましくは、平均直径が少なくとも約５マイクロメートルである。いくつかの実施形態において、平均繊維直径は、約２００マイクロメートル以下、より好ましくは、約１００マイクロメートル以下である。繊維のトウの場合、実施形態によっては、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。
【００４０】
実施形態によっては、実質的に連続したセラミック酸化物繊維のヤング率は、約７０ＧＰａより大きく、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、またはさらには、少なくとも３５０ＧＰａである。
【００４１】
実施形態によっては、好ましくは、連続したセラミック酸化物繊維の平均引張強度は、少なくとも約１．４ＧＰａ、より好ましくは、少なくとも約１．７ＧＰａ、さらに好ましくは、少なくとも約２．１ＧＰａ、最も好ましくは、少なくとも約２．８ＧＰａであるが、特定の用途によっては、より低い平均引張強度を有する繊維も有用であろう。
【００４２】
連続したセラミック酸化物繊維は、１つのフィラメントとして、またはともにグループ化されて（たとえば、ヤーンまたはトウのように）市販されている。ヤーンまたはトウは、たとえば、１トウあたり少なくとも４２０の個別の繊維、１トウあたり少なくとも７６０の個別の繊維、１トウあたり少なくとも２６００の個別の繊維、またはそれ以上を含んでもよい。トウは、繊維技術において周知であり、整列された撚られていない形態で集められた複数の（個別の）繊維（典型的には少なくとも１００の繊維、より典型的には少なくとも４００の繊維）を指し、一方、ヤーンは、ある程度の撚りまたはロープ状構造を示唆する。セラミック酸化物繊維のトウを含むセラミック酸化物繊維は、さまざまな長さで利用可能である。繊維は、円形または楕円形である断面形状を有してもよい。
【００４３】
有用なセラミック酸化物繊維の例としては、アルファアルミナ繊維、アルミノシリケート繊維、およびアルミノボロシリケート繊維が挙げられる。他の有用なセラミック酸化物繊維は、本開示を検討後、当業者には明らかであろう。
【００４４】
アルミナ繊維を製造する方法は、当該技術において知られており、米国特許第４，９５４，４６２号明細書（ウッド（Ｗｏｏｄ）ら）に開示された方法が挙げられる。実施形態によっては、好ましくは、アルミナ繊維は、多結晶アルファアルミナベースの繊維であり、理論的酸化物ベースで、アルミナ繊維の総重量を基準にして、約９９重量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3と、約０．２〜０．５重量パーセントのＳｉＯ2とを含む。別の態様において、いくつかの実施形態において、好ましい多結晶アルファアルミナベースの繊維は、平均粒度が１マイクロメートル未満（より好ましくは、０．５マイクロメートル未満）のアルファアルミナを含む。別の態様において、実施形態によっては、好ましい多結晶アルファアルミナベースの繊維の平均引張強度は、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）である。アルファアルミナ繊維は、たとえば、ミネソタ州セント・ポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ  ｏｆ  Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から商品名「ネクステル（ＮＥＸＴＥＬ）６１０」で市販されている。繊維の総重量を基準にして、約８９重量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、量１０重量パーセントのＺｒＯ2と、約１重量パーセントのＹ2Ｏ3とを含む別のアルファアルミナ繊維が、商品名「ネクステル６５０」で３Ｍカンパニーから市販されている。
【００４５】
アルミノシリケート繊維を製造する方法は、当該技術において知られており、米国特許第４，０４７，９６５号明細書（カルスト（Ｋａｒｓｔ）ら）に開示された方法が挙げられる。実施形態によっては、好ましくは、アルミノシリケート繊維は、理論的酸化物をもとに、アルミノシリケート繊維の総重量を基準にして、約６７から約８５重量パーセントの範囲内のＡｌ2Ｏ3と、約３３から約１５重量パーセントの範囲内のＳｉＯ2とを含む。いくつかの実施形態において、好ましいアルミノシリケート繊維は、理論的酸化物をもとに、アルミノシリケート繊維の総重量を基準にして、約６７から約７７重量パーセントの範囲内のＡｌ2Ｏ3と、約３３から約２３重量パーセントの範囲内のＳｉＯ2とを含む。実施形態によっては、好ましいアルミノシリケート繊維は、理論的酸化物をもとに、アルミノシリケート繊維の総重量を基準にして、約８５重量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、約１５重量パーセントのＳｉＯ2とを含む。実施形態によっては、好ましいアルミノシリケート繊維は、理論的酸化物をもとに、アルミノシリケート繊維の総重量を基準にして、約７３重量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、約２７重量パーセントのＳｉＯ2とを含む。アルミノシリケート繊維は、たとえば、３Ｍカンパニーから、商品名「ネクステル４４０」、「ネクステル７２０」、および「ネクステル５５０」で市販されている。
【００４６】
アルミノボロシリケート繊維を製造する方法は、当該技術において知られており、米国特許第３，７９５，５２４号明細書（ソーマン（Ｓｏｗｍａｎ））に開示された方法が挙げられる。いくつかの実施形態において、好ましくは、アルミノボロシリケート繊維は、理論的酸化物をもとに、アルミノボロシリケート繊維の総重量を基準にして、約３５重量パーセントから約７５重量パーセント（またはさらには、たとえば、約５５重量パーセントから約７５重量パーセント）のＡｌ2Ｏ3と、０重量パーセントを超え（またはさらには、たとえば、少なくとも約１５重量パーセント）、かつ約５０重量パーセント未満（または、たとえば、約４５パーセント未満、またはさらには約４４パーセント未満）のＳｉＯ2と、約５重量パーセントを超える（または、たとえば、約２５重量パーセント未満、約１重量パーセント未満から約５重量パーセント、またはさらには約２重量パーセント未満から約２０重量パーセント）Ｂ2Ｏ3とを含む。アルミノボロシリケート繊維は、たとえば、３Ｍカンパニーから商品名「ネクステル３１２」で市販されている。
【００４７】
市販の実質的に連続したセラミック酸化物繊維は、しばしば、潤滑性をもたらし、かつ取扱いの間に繊維ストランドを保護するために、繊維の製造の間に繊維に加えられる有機サイジング材料を含む。サイジングは、繊維の破損を低減し、静電気を低減し、たとえばファブリックへの加工の間にほこりの量を低減する傾向があると考えられる。サイジングは、たとえば、溶解するか焼払うことによって、除去することができる。
【００４８】
セラミック酸化物繊維上にコーティングを有することも、本発明の範囲内である。コーティングは、たとえば、繊維の湿潤性を向上させ、繊維と溶融金属マトリックス材料との間の反応を低減または防止するために使用してもよい。そのようなコーティング、およびそのようなコーティングを提供する技術は、繊維セラミック複合体および金属マトリックス複合体の技術において知られている。
【００４９】
本発明による第３の金属マトリックス複合体物品の場合、インサートのアルミニウムまたはアルミニウム合金および第３の金属マトリックス複合体物品のアルミニウムまたはアルミニウム合金は、典型的には異なるが、同じであることができる。本発明による金属マトリックス複合体物品（インサートを含む）を製造するために使用され、かつそれらを構成するアルミニウムおよびアルミニウム合金は、不純物を含有してもよいが、実施形態によっては、比較的純粋な金属（すなわち、０．１重量パーセン未満、またはさらには０．０５重量パーセント未満の不純物を含む金属（すなわち、Ｆｅ、Ｓｉ、および／またはＭｇの各々の０．２５重量パーセント未満、０．１重量パーセント、またはさらには０．０５重量パーセント未満））を使用することが好ましいであろう。より高い純度の金属は、より高い引張強度の材料を製造するために好ましい傾向があるが、金属のより低い純度の形態も有用である。
【００５０】
適切なアルミニウムおよびアルミニウム合金が市販されている。たとえば、アルミニウムは、ペンシルバニア州ピッツバーグのアルコア（Ａｌｃｏａ  ｏｆ  Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰＡ）から商品名「スーパー・ピュア・アルミニウム（ＳＵＰＥＲ  ＰＵＲＥ  ＡＬＵＭＩＮＵＭ）；９９．９９％Ａｌ」で入手可能である。アルミニウム合金（たとえば、Ａｌ−２重量％Ｃｕ（０．０３重量％の不純物）は、ニューヨーク州ニューヨークのベルモント・メタルズ（Ｂｅｌｍｏｎｔ  Ｍｅｔａｌｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，ＮＹ）から得ることができる。実施形態によっては、好ましいアルミニウム合金の例としては、少なくとも９８重量パーセントのＡｌを含む合金、少なくとも１．５重量パーセントのＣｕを含むアルミニウム合金（たとえば、合金の総重量を基準にして、１．５から２．５、好ましくは１．８から２．２重量パーセントのＣｕの範囲内のＣｕを含むアルミニウム合金）、ならびに２００（たとえば、Ａ２０１．１アルミニウム合金、２０１．２アルミニウム合金、Ａ２０６．０アルミニウム合金、および２２４．２アルミニウム合金）、３００（たとえば、Ａ３１９．１アルミニウム合金、３５４．１アルミニウム合金、３５５．２アルミニウム合金、およびＡ３５６．１アルミニウム合金）、および／または４００（たとえば、４４３．２アルミニウム合金および４４４．２アルミニウム合金）、７００（たとえば、７１３アルミニウム合金）、および６０００（たとえば、６０６１アルミニウム合金）系アルミニウム合金が挙げられる。
【００５１】
特定値外の、少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属の厚さも有用であろうが、厚さが小さすぎる場合、コーティングは、インサートが予熱されるとき拡散する傾向があり、したがって、酸化から界面を保護しないか、そうでなければ、界面における酸化を低減するのを助けないことがあり、一方、過剰の厚さは、インサートの金属と金属マトリックス複合体物品の金属との間の望ましい結合強度の確立を妨げる傾向がある。少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属を堆積させる技術が、当該技術において知られており、電気めっきが挙げられる。
【００５２】
典型的には、任意のＮｉの厚さは、約１マイクロメートルより大きい、より典型的には２マイクロメートルより大きい、またはさらには３マイクロメートルより大きい。別の態様において、典型的には、そのような金属の厚さは、約１０マイクロメートル未満、より典型的には約５マイクロメートル未満である。これらの値外の厚さも有用であろうが、厚さが小さすぎる場合、コーティングは、少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属の、インサートへの接着を助けるのにそれほど有用でない傾向があり、一方、過剰の厚さは、インサートの金属と金属マトリックス複合体の金属との間の望ましい結合強度の確立を妨げる傾向がある。実施形態によっては、Ｎｉは無電解堆積によって堆積される。
【００５３】
本発明による第１または第２の金属マトリックス複合体物品（インサート）は、たとえば、意図された金属インサート設計のための所望の寸法および形状を有するマンドレル上に、複数の連続したセラミック酸化物繊維（実施形態によっては、好ましくはともにグループ化された（たとえば、ヤーンまたはトウのように））を巻くことによって製造することができる。実施形態によっては、好ましくは、巻かれている繊維は、サイジングされる。具体的なサイジングとしては、水（実施形態によっては、好ましくは脱イオン水）、ろう（たとえば、パラフィン）、およびポリビニルアルコール（ＰＶＡ）が挙げられる。サイジングが水である場合、繊維を、典型的にはマンドレル上に巻く。巻きが完了した後、マンドレルをワインダから取外し、次に、巻かれた繊維が凍結するまで、冷却された冷却器内に配置する。凍結された巻かれた繊維を、必要に応じて切断することができる。たとえば、繊維を、４の隣接したプレートから構成されたマンドレルの周りに巻いた場合、矩形プレートを取外して、凍結された繊維プリフォームを提供することができる。プリフォームを片に切断して、小さいプリフォームを提供することができる。典型的には、サイジングを、金属マトリックス複合体物品（インサート）を形成するために使用する前に除去する。たとえば、形成された繊維をダイ（実施形態によっては、好ましくは黒鉛）内に配置し、次に、ダイを加熱することによって、サイジングを除去することができる。ダイを使用して、金属マトリックス複合体物品（たとえば、インサート）を製造する。
【００５４】
サイジングが存在する場合はサイジングを除去した後、金属マトリックス複合体物品（例えばインサート）を形成するために、ダイを、好ましくは一端でのみ開いている、缶、典型的にはステンレス鋼缶内に配置する。実施形態によっては、缶の内部は、保護し、その後の鋳造の間にアルミニウム／アルミニウム合金と缶との間の反応を最小にする、および／または、モールドからの金属マトリックス複合体物品の離型を容易にするために、好ましくは、窒化ホウ素または同様の材料でコーティングされる。ダイが中にある缶を、圧力鋳造機の圧力容器内に配置する。その後、アルミニウムおよび／またはアルミニウム合金（たとえば、インゴットから切断されたアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金の片）を缶の上に配置する。次に、圧力容器を、空気を排気し、アルミニウム／アルミニウム合金の融点を超えて（典型的には、液相線温度より約８０℃から約１２０℃高い）加熱する。所望の温度に達すると、ヒータをオフにし、次に、圧力容器を、典型的にはアルゴン（または同様の不活性ガス）で、約８．５から約９．５ＭＰａの圧力に加圧し、溶融アルミニウム／アルミニウム合金を強制的にプリフォームに浸透させる。圧力容器内の圧力を、温度が下がるにつれて、ゆっくり減少させる。物品が凝固する（すなわち、その温度が約５００℃未満に降下する）と、チャンバをベントし、鋳造金属マトリックス複合体物品（たとえば、インサート）をダイから取出し、次に、空気中でさらに冷却させる。
【００５５】
金属マトリックス複合体物品（たとえば、インサート）は、また、たとえば、スクイズキャストを含む当該技術において知られている他の技術によって、製造することができる。スクイズキャストの場合、たとえば、形成されたセラミック酸化物繊維をダイ（たとえば、鋼ダイ）内に配置し、存在するいかなるサイジングも焼払い、溶融アルミニウム／アルミニウム合金をダイキャビティに導入し、鋳造物品の凝固が完了するまで圧力を加えることができる。冷却後、得られた金属マトリックス複合体物品（たとえば、インサート）をダイから取出す。
【００５６】
たとえばインサートの表面上の酸化を除去または低減するために、結果として生じるインサートをさらに処理する（たとえば、サンドブラストする、および／または表面研削する（たとえば、垂直スピンドルダイヤモンドグラインダで））ことができる。インサートは、また、所望の形状をもたらすように、必要に応じて切断してもよい（ウォータージェットで切断することを含む）。次に、金属マトリックス複合体物品（たとえば、インサート）を、少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属でコーティングする。任意に、Ｎｉなどの金属を、少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属をコーティングする前に、金属マトリックス複合体物品（たとえば、インサート）上にコーティングする。Ｎｉの使用は、Ａｇなどの金属の、インサートへの接着を助ける傾向がある。
【００５７】
特定の実質的に連続したセラミック酸化物繊維、マトリックス材料、および金属マトリックス複合体物品を製造するためのプロセス工程は、金属マトリックス複合体物品に所望の特性を付与するように選択される。たとえば、実質的に連続したセラミック酸化物繊維および金属マトリックス材料は、所望の物品を製造するために、互いに、かつ物品製造プロセスと、十分に適合性のあるように選択される。実施形態によっては、本発明による金属マトリックス複合体の領域を構成する金属は、好ましくは、たとえば、繊維外部上に保護コーティングを提供する必要をなくすために、金属マトリックスが、実質的に連続したセラミック酸化物繊維と著しく化学的に反応しない（すなわち、溶融金属に対して比較的化学的に不活性である）ように選択される。
【００５８】
本発明による第３の金属マトリックス複合体物品は、本発明によるインサートを使用して、一般に当該技術において知られている技術（たとえば、スクイズキャストおよび永久的な工具重力鋳造）を用いて、鋳造することができる。有限要素分析（ＦＥＡ）モデル化を用いて、たとえば、所望の性能仕様を満たすためのセラミック酸化物繊維の最適な位置および量を特定することができる。そのような分析を用いて、たとえば、たとえば使用されるインサートの寸法、数、および位置を選択するのを助けることもできる。典型的には、インサートおよび／またはダイを、鋳造前に予熱する。理論に縛られるわけではないが、インサートを予熱することは、インサートと第３の金属マトリックス複合体物品のアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金との間の望ましい冶金結合を容易にすると考えられる。実施形態によっては、好ましくは、インサートを約５００℃〜６００℃に予熱する。実施形態によっては、好ましくは、ダイを２００℃〜５００℃に予熱する。鋳造は、典型的には空気中で行うことができるが、他の雰囲気（たとえば、アルゴン）中で鋳造することも本発明の範囲内である。
【００５９】
ＦＥＡを用いて、たとえば、本発明によるインサートおよび／または金属マトリックス複合体物品を鋳造するための鋳造技術、鋳造条件、および／またはモールド設計を選択するのを助けてもよい。商品名「プロキャスト（ＰＲＯＣＡＳＴ）」でメリーランド州アナポリス（Ａｎｎａｐｏｌｉｓ，ＭＤ）のＵＥＳによって販売されるものを含む適切なＦＥＡソフトウェアが市販されている。
【００６０】
上で説明したように、金属マトリックス複合体物品（インサートを含む）は、典型的には、個々の目的に応じて設計され、結果として、特定の特性を有し、特定の構成を有し、特定の材料から製造されることなどが望ましい。典型的には、モールドは、ネット形状またはほぼネット形状をもたらすように、鋳造すべき金属マトリックス複合体物品の所望の形状をもたらすように選択されるか製造される。ネット形またはほぼネット形の物品は、たとえば、鋳造金属マトリックス複合体物品のその後の機械加工または他の鋳造後の処理の必要およびコストを最小にするかなくすことができる。典型的には、モールドは、実質的に連続したセラミック酸化物繊維が、結果として生じる金属マトリックス複合体物品中に適切に配置されるように、インサートを所望の位置に保持するように製造されるか適合される。適切なキャビティを製造するための技術および材料は、当業者に知られている。特定のモールドを製造してもよい材料は、たとえば、金属マトリックス複合体物品を製造するために使用される金属による。一般に使用されるモールド材料としては、黒鉛または鋼が挙げられる。
【００６１】
必要に応じて、本発明によるインサートを保持するために、インサートホルダが使用される。そのようなインサートホルダは、モールド内のインサートの配置を容易にするのを助けることができ、これは、結果として生じる金属マトリックス複合体物品内のインサートの配置を容易にする。１つの例示的な実施形態において、インサートホルダは、少なくとも１つのインサートを固定するための少なくとも１つの部分を含み、インサートホルダは、アルミニウム、その合金（たとえば、２００、３００、４００、７００、および／または６０００系（実施形態によっては、好ましくは６０００系）アルミニウム合金）、およびそれらの組合せからなる群から選択される第１の金属を含む。いくつかの実施形態において、インサートホルダは、外面と、少なくとも２００℃を超えて正のギブス酸化自由エネルギーを有する、第１の金属の外面上の第２の金属とを有し、第２の金属の厚さは、少なくとも８マイクロメートル（実施形態によっては、好ましくは、１０マイクロメートル、１２マイクロメートル、またはさらには１５マイクロメートル、より好ましくは、１２から１５マイクロメートルの範囲内、別の態様において、典型的には２０マイクロメートル未満）である。
【００６２】
中にインサートが配置された例示的なホルダが、図１９および図１９Ａに示されている。図１９を参照すると、物品１０が、本発明によるインサート１９３Ａ、１９３Ｂ、および１９３Ｃを固定するためのホルダ１９１の部分１９２Ａ、１９２Ｂ、１９２Ｃ、および１９２Ｄを含む。図１９Ａを参照すると、ホルダ１９１が、アルミニウムおよび／またはその合金１９４、外面１９５、少なくとも２００℃を超えて正のギブス酸化自由エネルギーを有する任意の金属１９７、ならびに任意の付加的な金属（たとえば、Ｎｉ）１９６、および任意の金属１９６の外面１９８を含む。
【００６３】
例示的なインサートホルダに関する付加的な詳細については、２００２年８月２０日に出願された同時係属中の米国特許出願第６０／４０４，７２９号明細書を参照されたい。
【００６４】
また、意外にも、本発明による第１または第２の金属マトリックス複合体物品（インサート）の実施形態を使用して、モールド内の溶融金属が７５秒未満（実施形態によっては、好ましくは６０秒未満）の間溶融状態である、金属マトリックス複合体物品を製造することができる。モールド内の溶融金属を溶融状態で保つためのより長い時間も有用であろうが、より短い時間（すなわち、７５秒未満）、また、理論に縛られるわけではないが、より長い時間は、インサートの変形をもたらすことがあると考えられる。実施形態によっては、好ましくは、インサートは、本発明による第３の金属マトリックス複合体物品の鋳造の間、著しく変形しない（すなわち、インサートは、鋳造前の第１の外側の寸法構成（すなわち、サイズおよび形状）と、鋳造後の第２の外側の寸法形状とを有し、第１および第２の外側の寸法構成は同じであり、少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属、およびＮｉなどの任意の金属が、鋳造金属の金属（およびおそらくはインサートの金属）中に拡散する傾向があることが理解される）。
【００６５】
インサートとインサートの周りに鋳造された金属との間の界面において所望の量より高い量の酸化を有する金属マトリックス複合体物品の場合、熱間等方加圧（ＨＩＰ）を用いて物品をさらに処理して、望まれない酸化を低減または除去してもよい。ＨＩＰは、また、もしあれば金属マトリックス複合体物品の多孔性を低減するために用いてもよい。ＨＩＰの技術は、当該技術において周知である。本発明の実施形態に有用であろうＨＩＰの温度、圧力、および時間の例としては、それぞれ、５００℃から６００℃、２５ＭＰａから５０ＭＰａ、および４から６時間が挙げられる。これらの範囲外の温度、圧力、および時間も有用であろう。より低い温度は、たとえば、より少ない高密度化をもたらす、および／またはＨＩＰ時間を増加させる傾向があり、一方、より高い温度は、金属マトリックス複合体物品を変形することがある。より低い圧力は、たとえば、より少ない高密度化をもたらす、および／またはＨＩＰ時間を増加させる傾向があり、一方、より高い圧力は、たとえば、不要である傾向があるか、場合によっては、金属マトリックス物品を損傷することさえある。より短い時間は、たとえば、より少ない高密度化をもたらす傾向があり、一方、より長い時間は、たとえば、不要であろう。
【００６６】
例示的なインサート、および金属マトリックス複合体物品を製造する技術に関する付加的な詳細については、２００２年８月２０日に出願された同時係属中の米国特許出願第６０／４０４，７０４号明細書を参照されたい。
【００６７】
金属マトリックス複合体物品を製造するための他の技術は、本開示を検討後、当業者には明らかであろう。
【００６８】
本発明による金属マトリックス複合体物品は、実質的に連続したセラミック酸化物繊維の１つを超えるグルーピング（たとえば、２つのグルーピング、３つのグルーピングなど）を含んでもよく、実質的に連続したセラミック酸化物繊維のグルーピングが、別のグルーピングから隔置され、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を所定位置に固定する金属がそれらの間にある。たとえば、図９を参照すると、本発明による第１の金属マトリックス複合体物品（実施形態によっては、また、本発明による例示的な第２の金属マトリックス複合体物品である）（インサート）９０が、実質的に連続した（図示されているように、長手方向に整列された）セラミック酸化物繊維９２のグルーピング９３Ａ、９３Ｂ、および９３Ｃ、アルミニウムまたはその合金９４、外面９５、少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属９６、ならびに任意の付加的な金属（たとえば、Ｎｉ）９８、および任意の金属９８の外面９７を含む。
【００６９】
本発明によるいくつかの金属マトリックス複合体物品の実施形態は、次の「ピーク結合強度値テスト」によって定められるような、適用できるような（すなわち、どれがテストされているかによる）インサートまたはホルダと、インサートの周りに鋳造されたアルミニウムまたはアルミニウム合金との間の「ピーク結合強度値」が、少なくとも１００ＭＰａ（いくつかの実施形態において、好ましくは、少なくとも１２５ＭＰａ、少なくとも１５０ＭＰａ、少なくとも１７５、またはさらには少なくとも１８０ＭＰａ）である。圧縮剪断テスト装置の概略図が図９に示されており、圧縮剪断テスト装置１４０が、押出し工具１４１と、テストサンプル１４２と、支持ブロック１４３と、１００，０００ニュートン（２２，４８２ポンド）の圧縮ロードセル１４７とを含む。テストすべき金属マトリックス複合体は、適用できるようなインサートまたはホルダの長手方向の軸に垂直に断面に切られ、インサートの断面の厚さは１．１６ｃｍ（０．４６インチ）であり、ホルダの断面の厚さは０．４ｃｍであり、いずれの直径も２．５ｃｍ（１インチ）である。
【００７０】
押出し工具１４１の断面積が１０パーセント小さい（すなわち、押出し工具１４１および適用できるようなインサートまたはホルダ１４４の断面の形状が同じであるが、押出し工具１４４の断面のサイズが、より小さい）以外は、押出し工具１４１は、テストサンプル１４２を備えた、適用できるようなインサートまたはホルダ１４４との接触のポイントにおいて、対応する断面を有する。押出し工具１４１は、液圧チャックの上側のジョー１４５に、１０．３４ＭＰａ（１平方インチあたり１５００ポンド）の液圧で締付けられる。支持ブロック１４３は、直径２．５４ｃｍ（１．０インチ）×深さ０．１５ｃｍ（０．０６インチ）のカウンタボアを有する。直径１．１ｃｍ（０．４３５インチ）の貫通穴が、液圧チャック１４６の底部の開いたジョー１４５の上に配置される。
【００７１】
テストすべきサンプル１４２を、支持ブロック１４３の上に配置し、貫通穴に対する、適用できるようなインサートまたはホルダのセンタリングのためにカウンタボアに入れる。上側の押出し工具１４１と押出すべき適用できるようなインサートまたはホルダ（すなわち、テストすべきサンプル１４４）との間の間隙が、０．０２５ｃｍ（０．０１インチ）になるまで、液圧チャック支持体１４６の底部１４８を上昇させる。次に、テスト標本の露出した適用できるようなインサートまたはホルダを、押出し工具１４１の一致する先端とともに、２つの要素の断面が一致するまで支持ブロック１４３を水平にかつ回転して手で摺動することによって、視覚的に位置決めする。
【００７２】
次に、１分あたり０．０５ｃｍ（０．０２０インチ）の割合で、下側の液圧支持チャックを、固定された押出し工具１４１の方に上に移動させ、同時に荷重および撓みを監視することによって、テストを行う。それにより、適用できるようなインサートまたはホルダを、固定された押出し工具の面と接触させ、２つの間の接触力を、変位の関数として記録する。ピーク力に達し、約０．０５ｃｍ（０．０２０インチ）の総撓みが得られた後すぐにテストをやめる。
【００７３】
テストの完了後、標本を光学顕微鏡で１００倍の倍率で検査して、適用できるようなテストインサートまたはホルダ、および押出し先端が、それらの断面が重なっているように適切に整列されたことを確認する。
【００７４】
平均剪断応力は、次の式を用いて計算する。
【数１】
2005536641.tif 000003
【００７５】
荷重は、インサート変位の関数としてプロットする。押出しカーブが不連続を有する（すなわち、インサートまたはホルダと適用できるようなインサートまたはホルダの周りに鋳造されたアルミニウムまたはアルミニウム合金との間の界面において最初のすべりがある）荷重は、ピーク結合強度値である。
【００７６】
ピーク結合強度は、有限要素分析（ＦＥＡ）を用いて計算する。有限要素分析（ＦＥＡ）ソフトウェア（ペンシルバニア州キャノンズバーグのアンシス・インコーポレイテッド（Ａｎｓｙｓ，Ｉｎｃ．，Ｃａｎｏｎｓｂｕｒｇ，ＰＡ）から商品名「アンシス（ＡＮＳＹＳ）」で入手可能）を使用して、適用できるようなインサートまたはホルダをモデル化し、ピーク結合強度と測定された平均剪断応力との比が、約３．０であることを示す。
【００７７】
ＦＥＡ計算は、次のように行う。テスト標本ジオメトリの有限要素モデルを作成する。適用できるようなインサートまたはホルダを、メッシュサイズが全寸法で０．０２ｃｍである、適用できるようなインサートまたはホルダの頂部以外は、寸法０．０２ｃｍ×０．０２ｃｍ×０．０５ｃｍ（０．０１インチ×０．０１インチ×０．０２インチ）の立方体の要素でメッシュにする（ｍｅｓｈｅｄ）。適用できるようなインサートまたはホルダの周りに鋳造されたアルミニウム／アルミニウム合金を、適用できるようなインサートまたはホルダの近くで０．０５ｃｍ（０．０２インチ）の辺を有する立方体でメッシュにし、モデル化されたテスト標本の他のところで０．１０ｃｍ（０．０４インチ）の辺を有する立方体でメッシュにする。ＦＥＡソフトウェアは、５３３．３ＭＰａの加えられた圧力（２９００ポンドの押出しテスト荷重に対応する）について、適用できるようなインサートまたはホルダの表面に沿ったポイントにおける剪断応力を計算する。この計算は、適用できるようなインサートまたはホルダの表面の全ポイントにわたるピーク剪断応力、および適用できるようなインサート表面またはホルダ表面にわたる平均を定める。したがって、ピーク結合強度と平均剪断応力との比は、約３から１である。
【００７８】
本発明による金属マトリックス複合体物品（第１および第２の金属マトリックス複合体物品を含む）は、ロッド（円形、矩形、または正方形断面を有するロッドを含む）、Ｉビーム、Ｌ字形、またはチューブを含むさまざまな形状のいずれであってもよい。本発明による金属マトリックス複合体物品（第１および第２の金属マトリックス複合体物品を含む）は、細長くてもよく、実質的に一定の断面積を有してもよい。
【００７９】
本発明による第１および／または第２の金属マトリックス複合体物品のいくつかの実施形態のための１つの好ましい使用は、アルミニウムまたはその合金のマトリックス複合体物品の強化としてである。そのような金属マトリックス複合体物品の一例が、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、および図４Ｄに示されている。自動車（たとえば、車、スポーツ汎用車、バン、またはトラック用のブレーキキャリパ４０が、アルミニウムまたはその合金４２と、実質的に連続した（図示されているように長手方向に整列された）セラミック酸化物繊維４８を組入れた本発明による金属マトリックス複合体物品（インサート）３０（図３を参照のこと）とを含む。図４Ｃおよび図４Ｄは、それぞれ線ＦＦおよび線ＧＧに沿った図４Ｂの断面図である。図４Ｃおよび図４Ｄにおいて、ブレーキキャリパ４０は、アルミニウムまたはその合金４２と、本発明による金属マトリックス複合体物品（インサート）３０とを含む。
【００８０】
本発明による第１のおよび／または金属マトリックス複合体物品を組入れたブレーキキャリパの別の例示的な構造、ならびにブレーキキャリパを使用する自動車（たとえば、車、スポーツ汎用車、バン、またはトラック用のブレーキシステムが、図１０Ａおよび図１０Ｂに示されている。自動車用ディスクブレーキの一例が、ロータと；ロータの両側に配置され、かつそれと制動のために係合するように移動可能な内側および外側のブレーキパッドと；内側のブレーキパッドをロータに対して付勢するためのピストンと；ロータの片側に位置決めされ、かつピストンを収容するシリンダを有する本体部材と、ロータの他方の側に位置決めされ、かつ外側のブレーキパッドを支持するアーム部材と、ロータの平面を横切って、本体部材とアーム部材との間に延在するブリッジとを含むブレーキキャリパとを含む。
【００８１】
図１０Ａおよび図１０Ｂを再び参照すると、ディスクブレーキアセンブリ１００が、本体部材１０２と、アーム部材１０４と、一端で本体部材１０２に連結され、他端でアーム部材１０４に連結されたブリッジ１０６とから形成されたブレーキキャリパハウジング１０１を含む。本体部材１０２は、その中に、内側のブレーキパッド１０７が押付けられるピストン１０５を摺動可能に受ける略円筒形凹部１０３を有する。アーム部材１０４の内面１９５は、内側のブレーキパッド１０７に面する外側のブレーキパッド１０９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１９６が、内側のブレーキパッド１０７と外側のブレーキパッド１０９との間に位置する。インサート２００が、アルミニウムまたはその合金２０４を含む。インサート２００とアルミニウムまたはその合金２０８との間の界面２０９、少なくとも２００℃を超える正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属（任意に付加的な金属（たとえば、Ｎｉ））の平均量は、アルミニウムまたはその合金２０８中より界面２０９中で高い。
【００８２】
当該技術において周知のように、ピストン１０５の液圧または他の作動により、内側のブレーキパッド１０７が、ロータ１９６の片側に対して付勢され、反作用力によって、キャリパハウジング１０１が浮き、それにより、外側のブレーキパッド１０９をロータ１９６の他方の側と係合させる。
【００８３】
本発明による別の例示的なブレーキキャリパが、図１１に示されており、ブレーキキャリパ１１０が、アルミニウムおよび／またはその合金１１１と、インサート１０とを含む。
【００８４】
本発明による第１の金属マトリックス複合体物品を組入れた本発明による金属マトリックス複合体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、固定タイプ、浮動タイプ、および摺動タイプが挙げられる。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、たとえば、米国特許第４，７０５，０９３号明細書（オギノ（Ｏｇｉｎｏ））および米国特許第５，２３４，０８０号明細書（パンテール（Ｐａｎｔａｌｅ））に見出すことができる。
【００８５】
本発明による第１および／または第２の金属マトリックス複合体物品から製造することができる本発明による金属マトリックス複合体物品の他の例としては、自動構成要素（たとえば、自動制御アームおよび自動リストピン）および銃構成要素（施条鋼ライナ用銃身支持体など）が挙げられる。
【００８６】
実施形態によっては、本発明による金属マトリックス複合体物品（すなわち、本発明による第１および／または第２の金属マトリックス複合体物品、ならびに本発明による第１および／または第２の金属マトリックス複合体物品から製造された本発明による第３の金属マトリックス複合体物品）は、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を含む領域において、領域の総体積を基準にして、約７０から約３０体積パーセント（実施形態によっては、好ましくは約６０から約３５体積パーセント、またはさらには約４５から約３５体積パーセント）の範囲内の金属と、約３０から約７０体積パーセント（実施形態によっては、好ましくは約４０から約６５体積パーセント、またはさらには約５５から約６５体積パーセント）の範囲内の実質的に連続したセラミック酸化物繊維とを含む。実施形態によっては、好ましくは、本発明による金属マトリックス複合体物品（すなわち、本発明による第１および／または第２の金属マトリックス複合体物品、ならびに本発明による第１および／または第２の金属マトリックス複合体物品から製造された本発明による第３の金属マトリックス複合体物品）は、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を含む領域において、領域の総体積を基準にして、少なくとも５０体積（ｂｙ  ｖｏｌｕｍｅ）の実質的に連続したセラミック酸化物繊維を含む。
【００８７】
実施形態によっては、インサートは、インサートの総体積を基準にして、実質的に連続したセラミック酸化物繊維、約３０から約７０体積パーセント（実施形態によっては、好ましくは約３５から約６０体積パーセント、またはさらには約３５から約４５体積パーセント）の範囲内の金属、および約７０から約３０体積パーセント（実施形態によっては、好ましくは約６５から約４０体積パーセント、またはさらには約６５から約５５体積パーセント）の範囲内の実質的に連続したセラミック酸化物繊維を含む。実施形態によっては、好ましくは、インサートは、インサートの総体積を基準にして、少なくとも５０体積の実質的に連続したセラミック酸化物繊維を含む。
【００８８】
本発明を、次の実施例によってさらに例示するが、これらの実施例に記載された特定の材料およびそれらの量、ならびに他の条件および詳細は、本発明を不当に限定するように解釈されるべきではない。本発明のさまざまな修正および変更が、当業者には明らかになるであろう。部およびパーセンテージはすべて、特に明記しない限り、重量による。
【実施例】
【００８９】
実施例１
２つの本発明によるアルミニウムマトリックス複合体インサートを次のように製造した。連続したアルファアルミナ繊維（ミネソタ州セント・ポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から商品名「ネクステル（ＮＥＸＴＥＬ）６１０」で入手可能；３，０００デニール；約３７０ＧＰａのヤング率；約３ＧＰａの平均引張強度；平均直径１１マイクロメートル）のトウを、脱イオン水サイジングを使用して巻き、繊維のトウを、４面の２０．３ｃｍ（８インチ）四方のマンドレル上に巻く直前に水浴中に浸して、繊維の６５％体積ローディングを有する繊維プリフォームを製造した。繊維を張力下で（張力計（コロラド州ボールダーのテンシトロン（Ｔｅｎｓｉｔｒｏｎ，Ｂｏｕｌｄｅｒ  ＣＯ）から商品名「サーテン（ＣＥＲＴＥＮ）」で得られる）によって測定されるような約７５グラム）巻いて、４の矩形プリフォームプレート（１０．２ｃｍ（４インチ）×２０．３ｃｍ（８インチ）×厚さ０．２９ｃｍ（０．１１５インチ））を形成した。次に、マンドレルを−４０℃（−４０°Ｆ）の冷却器内に配置して、水を凍結し、結果として生じるプリフォームを安定化した。凍結されると、プレートを７．６ｃｍ×１５．２ｃｍ（３インチ×６インチ）のプリフォームに切断した。
【００９０】
黒鉛ダイアセンブリ（ウィスコンシン州メノモニー・フォールズのシャンク・グラファイト・テクノロジー・インコーポレイテッド（Ｓｃｈｕｎｋ  Ｇｒａｐｈｉｔｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．，Ｍｅｎｏｍｏｎｉｅ  Ｆａｌｌｓ，ＷＩ）から得られる）を使用して、アルミニウムマトリックス複合体プレートを鋳造した。黒鉛ダイの幅は９．６４ｃｍであり、長さは１５．２４ｃｍであり、高さは４．９０ｃｍであった。ダイは、４のインサート用スロットを含み、スロット間の中心から中心までの間隔は０．８９ｃｍであった。黒鉛ダイアセンブリを水性黒鉛粒子分散液（ミシガン州ポートヒューロンのアチソン・コロイズ・カンパニー（Ａｃｈｅｓｏｎ  Ｃｏｌｌｏｉｄｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｐｏｒｔ  Ｈｕｒｏｎ，ＭＩ）から商品名「アクアダグ（ＡＱＵＡＤＡＧ）」で得られる）でコーティングした。４の凍結された７．６ｃｍ×１５．２ｃｍのプリフォームを黒鉛ダイアセンブリ内に配置し、１つのプリフォームを４のキャビティの各々に配置した。次に、中にプリフォームが位置決めされたダイアセンブリを、プリフォーム中の水が蒸発するまで、オーブン内に１２０℃（２５０°Ｆ）で約１６時間配置した。
【００９１】
次に、ダイアセンブリを、一端で開いており、かつその内部が窒化ホウ素懸濁液（テネシー州オークリッジのＺＹＰコーティングス・インコーポレイテッド（ＺＹＰ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ  Ｉｎｃ．，Ｏａｋ  Ｒｉｄｇｅ，ＴＮ）から商品名「ＲＳ  １０００」で得られる）でコーティングされたステンレス鋼缶（長さ１０２ｍｍ、幅５３ｍｍ、および高さ５００ｍｍ）内に配置した。理論に縛られるわけではないが、窒化ホウ素コーティングは、その後の鋳造操作の間、ステンレス鋼と溶融アルミニウムとの間の反応を抑制すると考えられる。
【００９２】
コーティングが乾燥した後、次に、アルミニウム−２％銅合金インゴット（各々５．１ｃｍ×２．５ｃｍ×３０．５ｃｍ（１インチ×２インチ×１２インチ）の２片に切断された）（ニューヨーク州ニューヨークのベルモント・メタル（Ｂｅｌｍｏｎｔ  Ｍｅｔａｌ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，ＮＹ）から商品名「１９８０−Ａ」で得られる）２５００グラムを、ステンレス鋼缶内にアセンブリの上に配置した。鋳造プロセスの間にアルミニウム−２％銅溶融物の温度を監視するために、タイプＫ熱電対（コネチカット州スタンフォードのオメガ・エンジニアリング・インコーポレイテッド（Ｏｍｅｇａ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｉｎｃ．，Ｓｔａｍｆｏｒｄ，ＣＴ）から得られる）をダイアセンブリの頂部に配置した。黒鉛アセンブリが、鋳造の間に溶融アルミニウム中で浮くのを防止するために、押え付けロッドも黒鉛アセンブリの頂部に取付けた。次に、ステンレス鋼缶を圧力鋳造機（ニューハンプシャー州プレイストウのプロセス・エンジニアリング・テクノロジーズ（Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｐｌａｉｓｔｏｗ，ＮＨ）から得られる）の圧力容器内に配置して、圧力容器を閉じた。圧力鋳造容器のサイズは、約１６．９ｃｍ（内径）×８８．９ｃｍ（長さ）であった。
【００９３】
次に、１トル未満の圧力が達成されるまで、真空ポンプで、閉じられた鋳造容器の空気を排気した。次に、圧力鋳造機の電気炉の電源をオンにし、黒鉛ダイアセンブリおよびＡｌ−２％Ｃｕ合金インゴットを、７１０℃の温度（合金の融点より約１００℃高い）に加熱した。平均加熱速度は、１時間あたり約３４０℃であった。７１０℃の溶融温度に達した後、炉の電源をオフにし、容器への真空バルブを閉じ、それにより、容器を真空ポンプから分離した。
【００９４】
次に、加圧された充填（ｂｏｔｔｌｅｄ）アルゴンタンクに連結された低圧バルブを開けて、容器をアルゴンで再充填して（ｂａｃｋ−ｆｉｌｌ）、１．７９ＭＰａ（２６０ｐｓｉ）の最初の低圧にした。この圧力に達すると、低圧バルブを閉じ、８．９６ＭＰａ（１３００ｐｓｉ）の圧力に達するまで、高圧アルゴンバルブを開けた。圧力を８．９６ＭＰａ±１％（１３００ｐｓｉ±１５ｐｓｉ）で１５〜２０分間維持し、溶融アルミニウム−２％銅合金を強制的にプリフォームに完全に浸透させた。
【００９５】
次に、温度が５００℃になるとともに、圧力を減少させた。温度が５００℃未満に下がると、容器排気バルブを開け、アルゴンを雰囲気に出した。次に、容器を開け、ステンレス鋼缶を取出した。ダイアセンブリを缶から分離し、４の鋳造アルミニウムマトリックス複合体プレートを黒鉛モールドから取出した。
【００９６】
鋳造プレートを、垂直スピンドルダイヤモンドグラインダ（ミネソタ州ミネアポリスのプレシジョン・インストルメンツ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，ＭＮ）から得られる＃１１ブランチャード（Ｂｌａｎｃｈａｒｄ）グラインダ）で、０．２５ｃｍ（０．１インチ）の厚さに表面研削した。次に、プレートを、０．９４ｃｍ（０．３７インチ）の幅に長さ方向にスライスして、１５．２ｃｍ（６インチ）×０．９５ｃｍ（０．３７５インチ）×０．２５ｃｍ（０．１インチ）のプレートを製造した。
【００９７】
次に、２つのプレートを、次のように表面処理／コーティングした。両方のプレートを、１００グリットのグラインダホイール（マサチューセッツ州ウースターのノートン・カンパニー（Ｎｏｒｔｏｎ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｏｒｃｅｓｔｅｒ，ＭＡ）から商品名「ダイヤモンド・ホイール（ＤＩＡＭＯＮＤ  ＷＨＥＥＬ）、ＡＳＤ１００」で得られる）で研磨し、目に見える残留物を表面から除去することができなくなるまで紙タオルでこすることによって、標準的なラッカーシンナー（ミネソタ州セント・ポール（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）のＨＣＩからグレード（Ｇｒａｄｅ）４０１として入手可能）でクリーニングした。
【００９８】
２つの結果として生じるプレートを、ニッケル約３マイクロメートルの無電解堆積、その後の銀約１２マイクロメートルの電気めっきによって、コーティングした（ミネソタ州セント・ポールのコオペラティブ・プレーティング・カンパニー（Ｃｏ−Ｏｐｅｒａｔｉｖｅ  Ｐｌａｔｉｎｇ  Ｃｏ．，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）によって）。
【００９９】
実施例１のインサートの研磨された断面の５５０倍での光学顕微鏡写真が、図１２に示されている。インサート１２０が、アルミニウム−２％銅マトリックス１２４と、アルミナ（「ネクステル６１０」；直径約１１マイクロメートル）繊維１２２と、ニッケルコーティング１２８と、銀コーティング１２６とを含む。
【０１００】
各めっきインサートを、約７５０℃の温度に、空気中で１５分間予熱した。次に、加熱されたインサートを、鋼ダイキャビティ内に配置した。図１３を参照すると、ダイ１３０が、インサート用矩形スロット１３４（１．３ｃｍ×０．２５ｃｍ（０．５インチ×０．１インチ））を備えたベース１３２（９．８ｃｍ×９．８ｃｍ×１４ｃｍ（３．９インチ×３．９インチ×５．５インチ））と、上部１３６（７．３ｃｍ×７．３ｃｍ×１２．７ｃｍ（２９インチ×２．９インチ×５．０インチ））とを含んだ。上部１３６は、直径２．５４ｃｍ（１インチ）および深さ１０．２ｃｍ（４インチ）を有するキャビティ１３８を含んだ。上部１３６を、窒化ホウ素離型剤（ニューヨーク州アマーストのザ・カーボランダム・コーポレーション（Ｔｈｅ  Ｃａｒｂｏｒｕｎｄｕｍ  Ｃｏｒｐ．，Ａｍｈｅｒｓｔ，ＮＹ）から商品名「コンバット・ボロン・ニトライド・エアロゾル・スプレー（ＣＯＭＢＡＴ  ＢＯＲＯＮ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＡＥＲＯＳＯＬ  ＳＰＲＡＹ）ＣＣ−１８」で得られる）でコーティングし、約３００℃に予熱した。４秒以内に、次に、約７３５℃の温度の溶融アルミニウム合金（ケベック州モントリオールのアルキャン・インコーポレイテッド（Ａｌｃａｎ  Ｉｎｃ．，Ｍｏｎｔｒｅａｌ，Ｑｕｅｂｅｃ）から商品名「Ａ３５６」で得られる）を、鋼ダイキャビティ内にインサートの周りに注ぎ、凝固させた。温度が約５００℃に冷却すると、インサートおよび鋳造アセンブリをダイキャビティから取出した。
【０１０１】
２つの結果として生じるアルミニウムマトリックス複合体、実施例１ａおよび１ｂを、１．１６ｃｍ（０．４６インチ）×直径２．５ｃｍ（１インチ）のテストサンプルに切断した。これらのセクションは、インサートの長手方向の軸に垂直に切断した。
【０１０２】
圧縮剪断テストを行って、インサートとインサートの周りに鋳造されたアルミニウムとの間の「結合強度」を評価した。圧縮剪断テスト装置の概略図が図１４に示されており、圧縮剪断テスト装置１４０が、押出し工具１４１と、テストサンプル１４２と、支持ブロック１４３と、１００，０００ニュートン（２２，４８２ポンド）の圧縮ロードセル１４７とを含んだ。
【０１０３】
押出し工具１４１は、テストサンプル１４２を備えたインサート１４４との接触のポイントにおいて、２．３６ｍｍ×９．３７ｍｍ（０．０９３０インチ×０．３６９０インチ）の断面を有した。押出し工具１４１は、液圧チャックの上側のジョー１４５に、１０．３４ＭＰａ（１平方インチあたり１５００ポンド）の液圧で締付けられた。支持ブロック１４３は、直径２．５４ｃｍ（１．０インチ）×深さ０．１５ｃｍ（０．０６インチ）のカウンタボアを有した。直径１．１ｃｍ（０．４３５インチ）の貫通穴が、液圧チャック１４６の底部の開いたジョー１４５の上に配置された。
【０１０４】
テストすべきサンプル１４２を、支持ブロック１４３の上に配置し、貫通穴に対する、インサートのセンタリングのためにカウンタボアに入れた。上側の押出し工具１４１と押出すべきインサート（すなわち、テストすべきサンプル１４４）との間の間隙が、０．０２５ｃｍ（０．０１インチ）になるまで、液圧チャック支持体１４６の底部１４８を上昇させた。次に、テスト標本の露出したインサートを、押出し工具１４１の一致する先端とともに、２つの要素の断面が一致するまで支持ブロック１４３を水平にかつ回転して手で摺動することによって、視覚的に位置決めした。
【０１０５】
次に、１分あたり０．０５ｃｍ（０．０２０インチ）の割合で、下側の液圧支持チャックを、固定された押出し工具１４１の方に上に移動させ、同時に荷重および撓みを監視することによって、テストを行った。それにより、インサートを、固定された押出し工具の面と接触させ、２つの間の接触力を、変位の関数として記録した。ピーク力に達し、約０．０５ｃｍ（０．０２０インチ）の総撓みが得られた後すぐにテストをやめた。
【０１０６】
テストの完了後、標本を光学顕微鏡で１００倍の倍率で検査して、テストインサートおよび押出し先端が、それらの断面が重なっているように適切に整列されたことを確認した。
【０１０７】
平均剪断応力は、次の式を用いて計算した。
【数２】
2005536641.tif 000004
【０１０８】
荷重は、インサート変位の関数としてプロットした。押出しカーブが不連続を有した荷重は、下記表に、実施例１ａの１３０４６Ｎ（２９３３ポンド）、および実施例１ｂの６１１２Ｎ（１３７４ポンド）として報告され、インサートとインサートの周りに鋳造されたアルミニウムとの間の界面において最初のすべりがあった荷重である。
【０１０９】
【表１】
2005536641.tif 000005
【０１１０】
【表２】
2005536641.tif 000006
【０１１１】
「ピーク結合強度」も上記表に報告されている。ピーク結合強度は、有限要素分析（ＦＥＡ）を用いて計算した。有限要素分析（ＦＥＡ）ソフトウェア（ペンシルバニア州キャノンズバーグのアンシス・インコーポレイテッドから商品名「アンシス（ＡＮＳＹＳ）」で得られる）を使用して、インサートをモデル化し、ピーク結合強度と測定された平均剪断応力との比が約３．０であることを示した。
【０１１２】
ＦＥＡ計算は、次のように行った。テスト標本ジオメトリの有限要素モデルを作成した。インサートを、メッシュサイズが全寸法で０．０２ｃｍであるインサートの頂部以外は、寸法０．０２ｃｍ×０．０２ｃｍ×０．０５ｃｍ（０．０１インチ×０．０１インチ×０．０２インチ）の立方体の要素でメッシュにした。アルミニウムを、インサートの近くで０．０５ｃｍ（０．０２インチ）の辺を有する立方体でメッシュにし、モデル化されたテスト標本の他のところで０．１０ｃｍ（０．０４インチ）の辺を有する立方体でメッシュにした。ＦＥＡソフトウェアは、５３３．３ＭＰａの加えられた圧力（２９００ポンドの押出しテスト荷重に対応する）について、インサートの表面に沿ったポイントにおける剪断応力を計算した。この計算は、インサートの表面の全ポイントにわたるピーク剪断応力が１４０ＭＰａであり、インサート表面にわたる平均が４５．８ＭＰａであることを定めた。したがって、ピーク結合強度と平均剪断応力との比は、約３から１である。
【０１１３】
最初のすべりにおける荷重および対応する平均剪断応力およびピーク結合強度値も、上記表に報告されている（平均値は、各実施例の記載されたサンプル数についての平均である）。
【０１１４】
実施例２
４００グリットのグラインダホイール（ノートン・カンパニーから商品名「ダイヤモンド・ホイール、ＡＳＤ４００」で得られる）を使用して、コーティング前にインサートを研磨し、インサートおよびダイをそれぞれ５５０℃および２５０℃に予熱した以外は、実施例１について説明されたように、２つの実施例２（すなわち、実施例２ａおよび２ｂ）のアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１１５】
実施例２ａおよび２ｂの、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１１６】
実施例３
コーティング前に、直径５０マイクロメートルのガラスビーズ（ミネソタ州メープルグローブのアブレーシブ・システムズ・インコーポレイテッド（Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．，Ｍａｐｌｅ  Ｇｒｏｖｅ，ＭＮ）から得られる）でサンドブラストすることによってサンプルを研磨し、めっきインサートおよびダイをそれぞれ５５０℃および２５０℃に予熱し、溶融アルミニウム合金を７６０℃に加熱した以外は、実施例１について説明されたように、２つの実施例３（すなわち、実施例３ａおよび３ｂ）のアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１１７】
荷重下のインサート変位の関数としての実施例３の圧縮剪断強度のプロットが、図１５に示されている。押出しカーブが不連続を有した荷重は、参照番号１５１で示されている。この不連続は、インサートとインサートの周りに鋳造されたアルミニウムとの間の界面において最初のすべりがあったところである。実施例３ａおよび３ｂの、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１１８】
１つの実施例３のサンプルを半自動的金属組織学的研削／研磨装置（オハイオ州クリーブランドのストルアス・インコーポレイテッド（Ｓｔｒｕｅｒｓ，Ｉｎｃ，Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，ＯＨ）から商品名「アブラミン（ＡＢＲＡＭＩＮ）」で得られる）で研磨した。研磨速度は１５０ｒｐｍであった。研磨は、次の連続的な６段階で行った。研磨力は、段階６において２５０Ｎであった以外は、１５０Ｎであった。
【０１１９】
段階１
研磨の間、水を研磨パッド上に、連続的に自動的にドリップしながら、１２０グリットの炭化ケイ素紙（イリノイ州ノースブルックのペース・テクノロジーズ（Ｐａｃｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｎｏｒｔｈｂｒｏｏｋ，ＩＬ）から得られる）を使用して、４５秒間サンプルを研磨した。研磨後、サンプルを水で完全にすすいだ。
【０１２０】
段階２
研磨の間、水を研磨パッド上に、連続的に自動的にドリップしながら、２２０グリットの炭化ケイ素紙（ペース・テクノロジーズから得られる）を使用して、４５秒間サンプルを研磨した。研磨後、サンプルを水で完全にすすいだ。
【０１２１】
段階３
研磨の間、水を研磨パッド上に、連続的に自動的にドリップしながら、６００グリットの炭化ケイ素紙（ペース・テクノロジーズから得られる）を使用して、４５秒間サンプルを研磨した。研磨後、サンプルを水で完全にすすいだ。
【０１２２】
段階４
サンプルを、研磨パッド（ストルアス・インコーポレイテッドから商品名「ＤＰ−ＭＯＬ」で得られる）を使用して４．５分間研磨し、定期的な小滴の潤滑剤（ストルアスから商品名「プロン（ＰＵＲＯＮ）、ＤＰ−ルブリカント（ＤＰ−ＬＵＢＲＩＣＡＮＴ）」で得られる）で軽く濡らし、６マイクロメートルのダイヤモンドグリット（ストルアスから商品名「ＤＰ−スプレー（ＤＰ−ＳＰＲＡＹ）、Ｐ−６μｍ」で得られる）を１秒間スプレーした。研磨後、サンプルを水で完全にすすいだ。
【０１２３】
段階５
サンプルを、研磨パッド（「ＤＰ−ＭＯＬ」）を使用して４．５分間研磨し、定期的な小滴の潤滑剤（ストルアスから商品名「プロン、ＤＰ−ルブリカント」で得られる）で軽く濡らし、３マイクロメートルのダイヤモンドグリット（ストルアスから商品名「ＤＰ−スプレー、Ｐ−３μｍ」で得られる）を１秒間スプレーした。研磨後、サンプルを水で完全にすすいだ。
【０１２４】
段階６
サンプルを、多孔性合成研磨布（ストルアスから商品名「ＯＰ−ＣＨＥＭ」で得られる）を使用して４．５分間研磨し、最初に、布に手で注がれる水およびコロイド状シリカ懸濁液（ストルアスから商品名「ＯＰ−Ｓ  サスペンション（ＳＵＳＰＥＮＳＩＯＮ）」で得られる）で濡らした。研磨の最後の５秒の間、サンプルを水で洗浄する。研磨後、サンプルを乾燥させた。
【０１２５】
実施例３の研磨された断面（図１６を参照のこと）の検査では、インサートマトリックス１６６と鋳造合金１６３との間の界面１６２において突然の境界を示さず、ニッケルまたは銀の多い別個の層を示さず、数繊維直径の深さまでの、２つのアルミニウム合金（すなわち、インサート１６６のアルミニウム合金、およびインサートを含むアルミニウムマトリックス複合体のアルミニウム合金１６３）の限られた程度の混合を示した。
【０１２６】
実施例４
ダイを２５０℃に予熱し、インサートを５５０℃に予熱し、溶融アルミニウム合金を７６０℃に加熱した以外は、実施例１について説明されたように、２つの実施例４（すなわち、実施例４ａおよび４ｂ）のアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１２７】
実施例４ａおよび４ｂの、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１２８】
実施例５
４００グリットのグラインダホイール（「ダイヤモンド・ホイール、ＡＳＤ４００」）を使用して、コーティング前にインサートを研磨し、ダイを２５０℃に予熱し、溶融アルミニウム合金を７６０℃に加熱した以外は、実施例１について説明されたように、２つの実施例５（すなわち、実施例５ａおよび５ｂ）のアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１２９】
実施例５の２つのサンプルの、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１３０】
実施例６
実施例３のようにコーティング前にサンドブラストすることによってインサートを研磨し、ダイを２５０℃に予熱し、溶融アルミニウム合金を７６０℃に加熱した以外は、実施例１について説明されたように、２つの実施例６（すなわち、実施例６ａおよび６ｂ）のアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１３１】
実施例６ａおよび６ｂの、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１３２】
実施例７
ダイを２５０℃に予熱し、溶融アルミニウム合金を７６０℃に加熱した以外は、実施例１について説明されたように、２つの実施例７（すなわち、実施例７ａおよび７ｂ）のアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１３３】
テストされた２つのサンプルのうちの１つについて、荷重下のインサート変位の関数としての実施例７の圧縮剪断強度のプロットが、図１５に示されている。押出しカーブが不連続を有した荷重は、参照番号１５３で示され、これは、２つのサンプルの平均である。この不連続は、インサートとインサートの周りに鋳造されたアルミニウムとの間の界面において最初のすべりがあったところである。実施例７ａおよび７ｂの、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１３４】
実施例８
実施例３のようにコーティング前にサンドブラストすることによってインサートを研磨し、ダイを５５０℃に予熱し、溶融アルミニウム合金を７６０℃に加熱した以外は、実施例１について説明されたように、２つの実施例８（すなわち、実施例８ａおよび８ｂ）のアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１３５】
実施例８ａおよび８ｂの、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１３６】
実施例９
４００グリットの研削ホイール（「ダイヤモンド・ホイール、ＡＳＤ４００」）を使用して、コーティング前にインサートを研磨し、ダイを５００℃に予熱し、溶融アルミニウム合金を７６０℃に加熱した以外は、実施例１について説明されたように、２つの実施例９（すなわち、実施例９ａおよび９ｂ）のアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１３７】
実施例９ａおよび９ｂの、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１３８】
実施例１０
ダイを５００℃に予熱し、溶融アルミニウム合金を７６０℃に加熱した以外は、実施例１について説明されたように、２つの実施例１０（すなわち、実施例１０ａおよび１０ｂ）のアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１３９】
実施例１０のアルミニウムマトリックス複合体を、１．１６ｃｍ（０．４６インチ）×直径２．５ｃｍ（１インチ）のテストサンプルに切断した。これらの片の１つの断面が図１８に示されており、アルミニウムマトリックス複合体物品１８０が、アルミニウム１８１と、インサート１８２とを含み、インサート１８２は、アルミニウム−２％銅合金と、アルファアルミナ（「ネクステル６１０」）繊維とを含んだ。
【０１４０】
実施例１０ａおよび１０ｂの、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１４１】
実施例１１
コーティング前に、ダイヤモンド研削によって、インサートの長さに平行な溝を表面に切削し、ダイを５００℃に予熱し、溶融アルミニウムを７６０℃に加熱した以外は、実施例１について説明されたように、２つの実施例１１（すなわち、実施例１１ａおよび１１ｂ）のアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。溝は、深さ約０．１７ｍｍ×幅０．３ｍｍであり、ピッチが０．６２ｍｍであった。
【０１４２】
実施例１１ａおよび１１ｂの、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１４３】
実施例１２
コーティング前に、ダイヤモンド研削によって、インサートの長さに垂直な溝を表面に切削し、ダイを５００℃に予熱し、溶融アルミニウム合金を７６０℃に加熱した以外は、実施例１について説明されたように、２つの実施例１２（すなわち、実施例１２ａおよび１２ｂ）のアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。溝は、深さ約０．１７ｍｍ×幅０．３ｍｍであり、ピッチが０．６２ｍｍであった。
【０１４４】
実施例１２ａおよび１２ｂの、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１４５】
比較例Ａ
インサートをコーティングせず、ダイを５００℃に予熱した以外は、実施例１について説明されたように、２つの比較例Ａ（すなわち、比較例Ａ１およびＡ２）のアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１４６】
比較例Ａ１およびＡ２の、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１４７】
比較例Ｂ
インサートをコーティングせず、ダイを４００℃に予熱した以外は、実施例１について説明されたように、３つの比較例Ｂ（すなわち、比較例Ｂ１、Ｂ２、およびＢ３）のアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１４８】
比較例Ｂ１、Ｂ２、およびＢ３の、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１４９】
比較例Ｃ
インサートをコーティングせず、インサート表面を４００グリットの研削ホイール（「ダイヤモンド・ホイール、ＡＳＤ４００」）で研磨し、インサートを１９３℃に予熱した以外は、実施例１について説明されたように、２つの比較例Ｃ（すなわち、比較例Ｃ１およびＣ２）のアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１５０】
比較例Ｃ１およびＣ２の、第１のすべりにおける平均荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１５１】
比較例Ｄ
インサートをコーティングせず、インサートを１９３℃に予熱した以外は、実施例１について説明されたように、２つの比較例Ｄ（すなわち、比較例Ｄ１およびＤ２）のアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１５２】
比較例Ｄ１およびＤ２の、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１５３】
比較例Ｅ
インサートをコーティングしなかった以外は、実施例１について説明されたように、比較例Ｅのアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１５４】
比較例Ｅの、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１５５】
比較例Ｆ
インサートをコーティングせず、４００グリットの研削ホイール（「ダイヤモンド・ホイール、ＡＳＤ４００」）を使用してインサートを研磨した以外は、実施例１について説明されたように、３つの比較例Ｆ（すなわち、比較例Ｆ１、Ｆ２、およびＦ３）のアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１５６】
比較例Ｆ１、Ｆ２、およびＦ３の３つのサンプルの、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１５７】
比較例Ｇ
インサートをコーティングせず、実施例３のようにインサートの表面をサンドブラストした以外は、実施例１について説明されたように、３つの比較例Ｇ（すなわち、比較例Ｇ１、Ｇ２、およびＧ３）のアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１５８】
比較例Ｇ１、Ｇ２、およびＧ３の、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１５９】
比較例Ｈ
インサートをコーティングせず、実施例３のようにインサートの表面をサンドブラストし、ダイを４００℃に予熱した以外は、実施例１について説明されたように、２つの比較例Ｈ（すなわち、比較例Ｈ１およびＨ２）のアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１６０】
１つの比較例Ｈのサンプルを、上記実施例３で説明されたように研磨した。比較例Ｈの研磨された断面（図１７を参照のこと）の検査では、インサートマトリックス１８６と鋳造合金１８３との間の界面１８２において、酸化物層であると考えられる突然の境界を示した。
【０１６１】
比較例Ｈ１およびＨ２の、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１６２】
比較例Ｉ
インサートをニッケル約１２マイクロメートルでコーティングし、インサートを予熱しなかった以外は、実施例１について説明されたように、比較例Ｉのアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１６３】
比較例Ｉの、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１６４】
比較例Ｊ
比較Ｉのようにインサートをニッケルでコーティングし、ダイを４００℃に予熱した以外は、実施例１について説明されたように、２つの比較例Ｊ（すなわち、比較例Ｊ１およびＪ２）のアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１６５】
比較例Ｊの２つのサンプルの、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１６６】
比較例Ｋ
インサートを銅約１２マイクロメートルでコーティングし、インサートを予熱しなかった以外は、実施例１について説明されたように、比較例Ｋのアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１６７】
比較例Ｋの、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１６８】
比較例Ｌ
比較Ｋのようにインサートを銅でコーティングし、ダイを４００℃に予熱した以外は、実施例１について説明されたように、３つの比較例Ｌ（すなわち、比較例Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３）のアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１６９】
比較例Ｌの３つのサンプルの、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１７０】
比較例Ｍ
実施例１２のようにインサートに溝が切削され、インサートをコーティングせず、ダイを５００℃に予熱し、溶融アルミニウム合金の温度が７６０℃であった以外は、実施例１について説明されたように、２つの比較例Ｍ（すなわち、比較例Ｍ１およびＭ２）のアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１７１】
比較例Ｍ１およびＭ２の、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１７２】
比較例Ｎ
実施例１３のようにインサートに溝が切削されたが、インサートをコーティングせず、ダイを５００℃に予熱し、溶融アルミニウム合金の温度が７６０℃であった以外は、実施例１について説明されたように、２つの比較例Ｎ（すなわち、比較例Ｎ１およびＮ２）のアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１７３】
比較例Ｎ１およびＮ２の、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１７４】
比較例Ｏ
インサートを亜鉛約１２マイクロメートルでコーティングし、ダイを５００℃に予熱し、インサートを２９１℃に予熱した以外は、実施例１について説明されたように、比較例Ｏのアルミニウムマトリックス複合体を準備しテストした。
【０１７５】
比較例Ｏの、第１のすべりにおける荷重、平均剪断応力、およびピーク結合強度は、上記表に報告されている。
【０１７６】
本発明のさまざまな修正および変更が、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、当業者には明らかになるであろう。また、本発明は、ここに記載された例示的な実施形態に不当に限定されるべきではないことが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１７７】
【図１】本発明による例示的な金属マトリックス複合体物品の斜視図である。
【図２】本発明による別の例示的な金属マトリックス複合体物品の斜視図である。
【図３Ａ】本発明による別の例示的な金属マトリックス複合体物品の斜視図である。
【図３Ｂ】本発明による別の例示的な金属マトリックス複合体物品の斜視図である。
【図４Ａ】本発明によるブレーキキャリパの斜視図である。
【図４Ｂ】本発明によるブレーキキャリパの斜視図である。
【図４Ｃ】図４Ａおよび図４Ｂに示されたブレーキキャリパの断面図である。
【図４Ｄ】図４Ａおよび図４Ｂに示されたブレーキキャリパの断面図である。
【図５】本発明による別の例示的な金属マトリックス複合体物品の斜視図である。
【図６】図５に示された金属マトリックス複合体物品から製造された金属マトリックス複合体物品の斜視図である。
【図７】セラミック酸化物繊維の複数のプライを使用する本発明による別の例示的な金属マトリックス複合体物品の斜視図であり、プライの長手方向の軸が互いに対して０より大きい角度で位置決めされている。
【図８】実質的に連続したセラミック酸化物繊維の別のグループの周りに螺旋状に巻かれた実質的に連続したセラミック酸化物繊維のグルーピングの斜視図である。
【図９】本発明による別の例示的な金属マトリックス複合体物品の斜視図である。
【図１０Ａ】本発明による別のブレーキキャリパの平面図である。
【図１０Ｂ】本発明による別のブレーキキャリパの平面図である。
【図１１】本発明による別のブレーキキャリパの斜視図である。
【図１２】実施例１のインサートの研磨された断面の光学顕微鏡写真である。
【図１３】実施例１で説明されたインサートを使用して製造された実施例１の金属マトリックス複合体物品を製造するために使用されるダイキャビティの概略図である。
【図１４】インサートと本発明によるインサートを使用して製造された本発明による金属マトリックス複合体物品の金属との間のピーク結合強度値を定めるために使用される圧縮剪断テスト装置の概略図である。
【図１５】実施例３および７の、荷重下のインサート変位のプロットである。
【図１６】実施例３の金属マトリックス複合体物品の研磨された断面の光学顕微鏡写真である。
【図１７】比較例Ｈの金属マトリックス複合体物品の研磨された断面の光学顕微鏡写真である。
【図１８】実施例１で説明されたようなテストサンプルの顕微鏡写真である。
【図１９】例示的なインサートホルダの斜視図である。
【図１９Ａ】図１９の一部の破断図である。
【図１】
2005536641.tif 000007
【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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