(57)【要約】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つの部分を含むインサートホルダであって、インサートホルダが、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る第１の金属を含み、インサートホルダが、外面と、第１の金属の外面上の第２の金属とを有し、第２の金属が、少なくとも２００Ｃより上で正のギブス酸化自由エネルギーを有し、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、インサートホルダと、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つの部分に固定された少なくとも１つの金属含有強化インサートとを含む物品。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含むホルダ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。
2005536640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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つの部分を含むインサートホルダであって、前記インサートホルダが、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る第１の金属を含み、前記インサートホルダが、外面と、前記第１の金属の外面上の第２の金属とを有し、前記第２の金属が、少なくとも２００℃より上で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、インサートホルダと、
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つの部分に固定された、少なくとも１つの金属含有強化インサートとを含む物品。
【請求項２】
インサートをそれぞれ固定するための２つの部分と、インサートをそれぞれ固定するための前記部分にそれぞれ位置決めされた２つの前記金属含有強化インサートとを含む、請求項１に記載の物品。
【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に記載の物品。
【請求項５】
前記第２の金属が、金または銀の１つである、請求項１に記載の物品。
【請求項６】
前記第１の金属がアルミニウム合金であり、前記金属含有強化インサートの金属がアルミニウム合金である、請求項１に記載の物品。
【請求項７】
前記第１の金属が６０００系アルミニウム合金であり、前記金属含有強化インサートの金属が２００系アルミニウム合金である、請求項１に記載の物品。
【請求項８】
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つの部分を含むインサートホルダであって、前記インサートホルダが、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る第１の金属を含み、前記インサートホルダが、外面と、前記第１の金属の外面上の第２の金属とを有し、前記第２の金属が、少なくとも２００℃より上で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、インサートホルダと、
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つの部分に固定された少なくとも１つの結晶セラミック含有強化インサートとを含む物品。
【請求項９】
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８に記載の物品。
【請求項１０】
前記第２の金属が、金または銀の１つである、請求項８に記載の物品。
【請求項１１】
前記結晶セラミック含有強化インサートが、多孔性焼結セラミック酸化物材料と、長さが少なくとも５ｃｍの実質的に連続したセラミック酸化物繊維とを含み、前記多孔性焼結セラミック酸化物材料が、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、前記多孔性焼結セラミック酸化物材料が、前記実質的に連続した繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在する、請求項９に記載の物品。
【請求項１２】
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つの部分を含むインサートホルダであって、前記インサートホルダが、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る第１の金属を含み、前記インサートホルダが、外面と、前記インサートホルダ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とを有する、インサートホルダと、
前記少なくとも１つのインサートを固定するための前記少なくとも１つの部分に固定された、少なくとも１つの金属含有強化インサートとを含む物品。
【請求項１３】
前記Ｎｉの厚さが少なくとも１マイクロメートルである、請求項１２に記載の物品。
【請求項１４】
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つの部分を含むインサートホルダであって、前記インサートホルダが、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る第１の金属を含み、前記インサートホルダが、外面と、前記インサートホルダ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とを有する、インサートホルダと、
前記少なくとも１つのインサートを固定するための前記少なくとも１つの部分に固定された少なくとも１つの結晶セラミック含有強化インサートとを含む物品。
【請求項１５】
前記Ｎｉの厚さが少なくとも１マイクロメートルである、請求項１４に記載の物品。
【請求項１６】
前記結晶セラミックを含む強化インサートが、多孔性焼結セラミック酸化物材料と、長さが少なくとも５ｃｍの実質的に連続したセラミック酸化物繊維とを含み、前記多孔性焼結セラミック酸化物材料が、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、前記多孔性焼結セラミック酸化物材料が、前記実質的に連続した繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在する、請求項１４に記載の物品。
【請求項１７】
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つの部分を含むインサートホルダであって、前記インサートホルダが、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る第１の金属を含み、前記インサートホルダが、外面と、前記第１の金属の前記外面上の第２の金属とを有し、前記第２の金属が、少なくとも２００℃より上で正のギブス酸化自由エネルギーを有する、インサートホルダと、
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つの部分に固定された少なくとも１つの金属マトリックス複合体インサートとを含む物品であって、そのようなインサートの少なくとも１つが、
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３の金属とを含み、前記第３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３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３の金属が外面を有し、
前記第３の金属の前記外面上の第４の金属をさらに含み、前記第４の金属が、少なくとも２００℃より上で正のギブス酸化自由エネルギーを有し、前記第４の金属の厚さが少なくとも８マイクロメートルである、物品。
【請求項１８】
前記第２の金属と前記第１の金属の前記外面との間に別の金属をさらに含み、前記第４の金属と前記第３の金属の前記外面との間に別の金属をさらに含む、請求項１７に記載の物品。
【請求項１９】
前記第２および第４の金属の各々の厚さが少なくとも１０マイクロメートルである、請求項１７に記載の物品。
【請求項２０】
前記第２および第４の金属が、金または銀の１つである、請求項１７に記載の物品。
【請求項２１】
前記第１の金属がアルミニウム合金であり、前記第３の金属がアルミニウム合金である、請求項１７に記載の物品。
【請求項２２】
前記第１の金属が６０００系アルミニウム合金であり、前記第３の金属が２００系アルミニウム合金である、請求項１７に記載の物品。
【請求項２３】
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つの部分を含むインサートホルダであって、前記インサートホルダが、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る第１の金属を含む、インサートホルダと、
前記少なくとも１つのインサートを固定するための前記少なくとも１つの部分に位置決めされた少なくとも１つの金属マトリックス複合体インサートであって、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する、少なくとも１つの金属マトリックス複合体インサートとを含む物品であって、
前記少なくとも１つのインサートが前記少なくとも１つのインサートを固定するための少なくとも１つの部分に固定された前記インサートホルダが、集合的に、外面と、前記外面上の第３の金属とを有し、前記第３の金属が、少なくとも２００℃より上で正のギブス酸化自由エネルギーを有し、前記第３の金属の厚さが少なくとも８マイクロメートルである、物品。
【請求項２４】
前記第３の金属と前記外面との間に別の金属をさらに含む、請求項２３に記載の物品。
【請求項２５】
前記第３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２４に記載の物品。
【請求項２６】
前記第３の金属が、金または銀の１つである、請求項２４に記載の物品。
【請求項２７】
前記第１の金属がアルミニウム合金であり、前記第２の金属がアルミニウム合金である、請求項２４に記載の物品。
【請求項２８】
前記第１の金属が６０００系アルミニウム合金であり、第２の金属が２００系アルミニウム合金である、請求項２４に記載の物品。
【請求項２９】
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つの部分を含むインサートホルダであって、前記インサートホルダが、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る第１の金属を含み、前記インサートホルダが、外面と、前記インサートホルダの前記外面上にあり、外面を有するＮｉと、前記Ｎｉの前記外面上のＡｇとを有する、インサートホルダと、
前記少なくとも１つのインサートを固定するための前記少なくとも１つの部分に固定された少なくとも１つの金属マトリックス複合体インサートとを含む物品であって、そのようなインサートの少なくとも１つが、
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２の金属が外面を有し、
前記第２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とをさらに含む、物品。
【請求項３０】
前記Ｎｉの厚さが少なくとも１マイクロメートルである、請求項２９に記載の物品。
【請求項３１】
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つの部分を含むインサートホルダであって、前記インサートホルダが、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る第１の金属を含む、インサートホルダと、
前記少なくとも１つのインサートを固定するための前記少なくとも１つの部分に位置決めされた少なくとも１つの金属マトリックス複合体インサートであって、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する、少なくとも１つの金属マトリックス複合体インサートとを含む物品であって、
前記少なくとも１つのインサートが前記少なくとも１つのインサートを固定するための前記少なくとも１つの部分に固定された前記インサートホルダが、集合的に、外面と、前記金属の外面上にあり、前記インサートホルダの外面を有するＮｉと、前記Ｎｉの前記外面上のＡｇとを有する、物品。
【請求項３２】
前記Ｎｉの厚さが少なくとも１マイクロメートルである、請求項３１に記載の物品。
【請求項３３】
第１の金属と、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つの部分を含むインサートホルダ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、前記インサートホルダが、
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る第２の金属と、
前記少なくとも１つのインサートを固定するための少なくとも１つの部分に固定された少なくとも１つの金属含有強化インサートとを含み、
前記第１の金属と前記インサートホルダ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ホルダとの間の界面層ピーク結合強度値が少なくとも１００ＭＰａである、金属マトリックス複合体物品。
【請求項３４】
前記ピーク結合強度値が少なくとも１３０ＭＰａである、請求項３３に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項３５】
インサートをそれぞれ固定するための２つの部分と、前記インサートをそれぞれ固定するための前記部分にそれぞれ位置決めされた、２つの前記金属含有強化インサートとを含む、請求項３３に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項３６】
前記第１の金属がアルミニウム合金であり、前記第２の金属がアルミニウム合金であり、前記金属含有強化インサートの金属がアルミニウム合金である、請求項３３に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項３７】
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６０００系アルミニウム合金であり、前記金属含有強化インサートの金属が２００系アルミニウム合金である、請求項３３に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項３８】
ブレーキキャリパである、請求項３３に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項３９】
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３８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４０】
第１の金属と、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つの部分を含むインサートホルダ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、前記インサートホルダが、
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る第２の金属と、
前記少なくとも１つのインサートを固定するための前記少なくとも１つの部分に固定された少なくとも１つの結晶セラミック含有強化インサートとを含み、
前記第１の金属と前記インサートホルダ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ホルダとの間の界面層ピーク結合強度値が少なくとも１００ＭＰａである、金属マトリックス複合体物品。
【請求項４１】
前記ピーク結合強度値が少なくとも１３０ＭＰａである、請求項４０に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項４２】
インサートをそれぞれ固定するための２つの部分と、前記インサートをそれぞれ固定するための前記部分にそれぞれ位置決めされた２つの前記結晶セラミック含有強化インサートとを含む、請求項４０に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項４３】
前記第１の金属がアルミニウム合金であり、前記第２の金属がアルミニウム合金である、請求項４０に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項４４】
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６０００系アルミニウム合金である、請求項４０に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項４５】
前記結晶セラミックを含む強化インサートが、多孔性焼結セラミック酸化物材料と、長さが少なくとも５ｃｍの実質的に連続したセラミック酸化物繊維とを含み、前記多孔性焼結セラミック酸化物材料が、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、前記多孔性焼結セラミック酸化物材料が、前記実質的に連続した繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在する、請求項４４に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項４６】
ブレーキキャリパである、請求項４０に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項４７】
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４６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４８】
第１の金属と、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つの部分を含むインサートホルダ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、前記インサートホルダが、
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る第２の金属と、
前記少なくとも１つのインサートを固定するための前記少なくとも１つの部分に固定された少なくとも１つの金属マトリックス複合体インサートとを含み、前記金属マトリックス複合体インサートが、
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３の金属とを含み、前記第３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３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ホルダとの間に界面層があり、前記界面層には酸素がなく、前記界面層が、少なくとも２００℃より上で正のギブス酸化自由エネルギーを有する第４の金属を平均量含み、前記界面層中の前記第４の金属の平均量が、前記第１の金属中に存在するものよりも高い、金属マトリックス複合体物品。
【請求項４９】
インサートをそれぞれ固定するための２つの部分と、前記インサートをそれぞれ固定するための前記部分にそれぞれ位置決めされた、２つの前記金属マトリックス複合体インサートとを含む、請求項４８に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項５０】
前記第１の金属がアルミニウム合金であり、前記第２の金属がアルミニウム合金であり、前記第３の金属がアルミニウム合金である、請求項４８に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項５１】
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６０００系アルミニウム合金であり、前記第３の金属が２００系アルミニウム合金である、請求項４８に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項５２】
ブレーキキャリパである、請求項４８に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項５３】
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５２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５４】
第１の金属と、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つの部分を含むインサートホルダ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、前記インサートホルダが、
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る第２の金属と、
前記少なくとも１つのインサートを固定するための前記少なくとも１つの部分に固定された少なくとも１つの金属マトリックス複合体インサートとを含み、前記金属マトリックス複合体インサートが、
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３の金属とを含み、前記第３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３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ホルダ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ホルダとの間の界面層ピーク結合強度値が少なくとも１００ＭＰａである、金属マトリックス複合体物品。
【請求項５５】
前記ピーク結合強度値が少なくとも１３０ＭＰａである、請求項５４に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項５６】
インサートをそれぞれ固定するための２つの部分と、前記インサートをそれぞれ固定するための前記部分にそれぞれ位置決めされた、２つの前記金属マトリックス複合体インサートとを含む、請求項５４に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項５７】
前記第１の金属がアルミニウム合金であり、前記第２の金属がアルミニウム合金であり、前記第３の金属がアルミニウム合金である、請求項５４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６０００系アルミニウム合金であり、前記第３の金属が２００系アルミニウム合金である、請求項５４に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項５９】
ブレーキキャリパである、請求項５４に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項６０】
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５９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６１】
第１の金属と、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つの部分を含むインサートホルダ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、前記インサートホルダが、
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る第２の金属と、
前記少なくとも１つのインサートを固定するための前記少なくとも１つの部分に固定された少なくとも１つの金属マトリックス複合体インサートとを含み、前記金属マトリックス複合体インサートが、
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３の金属とを含み、前記第３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３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ホルダとの間に界面層があり、前記界面層には酸素がなく、前記界面層が、前記第１の金属中に存在するより高い平均量のＡｇおよびＮｉを含む、金属マトリックス複合体物品。
【請求項６２】
前記ピーク結合強度値が少なくとも１３０ＭＰａである、請求項６１に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項６３】
インサートをそれぞれ固定するための２つの部分と、前記インサートをそれぞれ固定するための前記部分にそれぞれ位置決めされた、２つの前記金属マトリックス複合体インサートとを含む、請求項６１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の金属がアルミニウム合金であり、前記第２の金属がアルミニウム合金であり、前記第３の金属がアルミニウム合金である、請求項６１に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項６５】
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６０００系アルミニウム合金であり、前記第３の金属が２００系アルミニウム合金である、請求項６１に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項６６】
ブレーキキャリパである、請求項６１に記載の金属マトリックス複合体物品。
【請求項６７】
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６６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６８】
金属マトリックス複合体物品を製造する方法であって、
金属を含む強化インサートを含むインサートホルダを位置決めする工程であって、前記インサートホルダが、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、前記インサートホルダが、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る第１の金属を含み、前記インサートホルダが、外面と、前記第１の金属の外面上の第２の金属とを有し、前記第２の金属が、少なくとも２００℃より上で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り、前記金属を含む強化インサートが、前記少なくとも１つのインサートを固定するための前記少なくとも１つの部分に固定されている、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、前記モールド内に提供する工程と、
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６９】
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６８に記載の方法。
【請求項７０】
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６８に記載の方法。
【請求項７１】
インサートをそれぞれ固定するための２つの部分と、前記インサートをそれぞれ固定するための前記部分にそれぞれ位置決めされた、２つの前記金属を含む強化インサートとを含む、請求項６８に記載の方法。
【請求項７２】
前記第１の金属がアルミニウム合金であり、前記第３の金属がアルミニウム合金であり、前記金属を含む強化インサートの金属がアルミニウム合金である、請求項６８に記載の方法。
【請求項７３】
前記第１の金属が６０００系アルミニウム合金であり、前記金属を含む強化インサートの金属が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の１つである、請求項６８に記載の方法。
【請求項７４】
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、請求項６８に記載の方法。
【請求項７５】
金属マトリックス複合体物品を製造する方法であって、
結晶セラミックを含む強化インサートを含むインサートホルダを位置決めする工程であって、前記インサートホルダが、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、前記インサートホルダが、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る第１の金属を含み、前記インサートホルダが、外面と、前記第１の金属の外面上の第２の金属とを有し、前記第２の金属が、少なくとも２００℃より上で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り、前記結晶セラミックを含む強化インサートが、前記少なくとも１つのインサートを固定するための前記少なくとも１つの部分に固定されている、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、前記モールド内に提供する工程と、
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７６】
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７５に記載の方法。
【請求項７７】
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７５に記載の方法。
【請求項７８】
インサートをそれぞれ固定するための２つの部分と、前記インサートをそれぞれ固定するための前記部分にそれぞれ位置決めされた、２つの前記結晶セラミックを含む強化インサートとを含む、請求項７５に記載の方法。
【請求項７９】
前記第１の金属がアルミニウム合金であり、前記第３の金属がアルミニウム合金である、請求項７５に記載の方法。
【請求項８０】
前記第１の金属が６０００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の１つである、請求項７５に記載の方法。
【請求項８１】
前記結晶セラミックを含む強化インサートが、多孔性焼結セラミック酸化物材料と、長さが少なくとも５ｃｍの実質的に連続したセラミック酸化物繊維とを含み、前記多孔性焼結セラミック酸化物材料が、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、前記多孔性焼結セラミック酸化物材料が、前記実質的に連続した繊維の長手方向の少なくとも一部に沿って延在する、請求項７５に記載の方法。
【請求項８２】
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、請求項７５に記載の方法。
【請求項８３】
金属マトリックス複合体物品を製造する方法であって、
金属含有強化インサートを含むインサートホルダを位置決めする工程であって、前記インサートホルダが、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、前記インサートホルダが、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る第１の金属を含み、前記インサートホルダが、外面と、前記インサートホルダの外面上にあり、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とを有し、前記金属含有強化インサートが、前記少なくとも１つのインサートを固定するための少なくとも１つの部分に固定されている、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、前記モールド内に提供する工程と、
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８４】
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８３に記載の方法。
【請求項８５】
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８３に記載の方法。
【請求項８６】
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、請求項８３に記載の方法。
【請求項８７】
金属マトリックス複合体物品を製造する方法であって、
結晶セラミックを含む強化インサートを含むインサートホルダを位置決めする工程であって、前記インサートホルダが、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、前記インサートホルダが、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る第１の金属を含み、前記インサートホルダが、外面と、前記インサートホルダの外面上にあり、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とを有する、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、前記モールド内に提供する工程と、
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８８】
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８７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２の金属が、６０秒未満の間溶融状態である、請求項８７に記載の方法。
【請求項９０】
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、請求項８７に記載の方法。
【請求項９１】
金属マトリックス複合体物品を製造する方法であって、
インサートを含むインサートホルダをモールド内に位置決めする工程であって、前記インサートホルダが、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、前記インサートホルダが、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る第１の金属を含み、前記インサートホルダが、外面と、前記第１の金属の外面上の第２の金属とを有し、前記第２の金属が、少なくとも２００℃より上で正のギブス酸化自由エネルギーを有し、前記インサートが、前記少なくとも１つのインサートを固定するための前記少なくとも１つの部分に固定され、かつ、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３の金属とを含み、前記第３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３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３の金属が外面を有し、前記インサートが、前記第３の金属の外面上の第４の金属をさらに含み、前記第４の金属が、少なくとも２００℃より上で正のギブス酸化自由エネルギーを有し、前記第４の金属の厚さが少なくとも８マイクロメートルである、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５の金属を、前記モールド内に提供する工程と、
前記溶融した第５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９２】
前記モールド内の前記溶融した第５の金属が、７５秒未満の間溶融状態である、請求項９１に記載の方法。
【請求項９３】
前記モールド内の前記溶融した第５の金属が、６０秒未満の間溶融状態である、請求項９１に記載の方法。
【請求項９４】
インサートをそれぞれ固定するための２つの部分と、前記インサートをそれぞれ固定するための前記部分にそれぞれ位置決めされた、２つの前記インサートとを含む、請求項９１に記載の方法。
【請求項９５】
前記第１の金属がアルミニウム合金であり、前記第３の金属がアルミニウム合金であり、前記第５の金属の金属がアルミニウム合金である、請求項９１に記載の方法。
【請求項９６】
前記第１の金属が６０００系アルミニウム合金であり、前記第３の金属が２００系アルミニウム合金であり、前記第５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９１に記載の方法。
【請求項９７】
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、請求項９１に記載の方法。
【請求項９８】
金属マトリックス複合体物品を製造する方法であって、
インサートを含むインサートホルダをモールド内に位置決めする工程であって、前記インサートホルダが、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、前記インサートホルダが、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る第１の金属を含み、前記インサートホルダが外面を有し、前記インサートが、前記少なくとも１つのインサートを固定するための前記少なくとも１つの部分に固定され、かつ、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、前記インサートホルダおよび前記インサートが、集合的に、外面と、前記外面上の第３の金属とを有し、前記第３の金属が、少なくとも２００℃より上で正のギブス酸化自由エネルギーを有し、前記第３の金属の厚さが少なくとも８マイクロメートルである、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４の金属を、前記モールド内に提供する工程と、
前記溶融した第４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９９】
前記モールド内の前記溶融した第４の金属が、７５秒未満の間溶融状態である、請求項９８に記載の方法。
【請求項１００】
前記モールド内の前記溶融した第４の金属が、６０秒未満の間溶融状態である、請求項９８に記載の方法。
【請求項１０１】
インサートをそれぞれ固定するための２つの部分と、前記インサートをそれぞれ固定するための前記部分にそれぞれ位置決めされた、２つの前記インサートとを含む、請求項９８に記載の方法。
【請求項１０２】
前記第１の金属がアルミニウム合金であり、前記第２の金属がアルミニウム合金であり、前記第４の金属の金属がアルミニウム合金である、請求項９８に記載の方法。
【請求項１０３】
前記第１の金属が６０００系アルミニウム合金であり、前記第２の金属が２００系アルミニウム合金であり、前記第４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９８に記載の方法。
【請求項１０４】
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、請求項９８に記載の方法。
【請求項１０５】
金属マトリックス複合体物品を製造する方法であって、
インサートを含むインサートホルダをモールド内に位置決めする工程であって、前記インサートホルダが、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、前記インサートホルダが、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る第１の金属を含み、前記インサートホルダが、外面と、前記インサートホルダの外面上にあり、外面を有するＮｉと、前記Ｎｉの前記外面上のＡｇとを有し、前記インサートが、前記少なくとも１つのインサートを固定するための前記少なくとも１つの部分に固定され、かつ、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さの少なくとも一部に沿って延在し、前記第２の金属が外面を有し、前記インサートが、前記第２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とをさらに含む、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、前記モールド内に提供する工程と、
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１０６】
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１０５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３の金属が、６０秒未満の間溶融状態である、請求項１０５に記載の方法。
【請求項１０８】
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、請求項１０５に記載の方法。
【請求項１０９】
金属マトリックス複合体物品を製造する方法であって、
インサートを含むインサートホルダをモールド内に位置決めする工程であって、前記インサートホルダが、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、前記インサートホルダが、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る第１の金属を含み、前記インサートホルダが外面を有し、前記インサートが、前記少なくとも１つのインサートを固定するための前記少なくとも１つの部分に固定され、かつ、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、前記インサートホルダおよび前記インサートが、集合的に、外面と、前記金属の外面上にあり、前記インサートホルダの外面を有するＮｉと、前記Ｎｉの外面上のＡｇとを有する、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、前記モールド内に提供する工程と、
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１１０】
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１０９に記載の方法。
【請求項１１１】
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１０９に記載の方法。
【請求項１１２】
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、請求項１０９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インサートホルダ、および金属マトリックス複合体インサートホルダを使用して製造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】
セラミックスによる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２００〜３０００ＭＰａ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。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。
【０００７】
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（２００２年４月４日に公開された）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。これらの出願は、また、金属マトリックス複合体物品（たとえばブレーキキャリパ）の形成の間、モールド内の強化のために使用される連続したセラミック繊維を位置決めすることの説明を含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
金属マトリックス複合体に強化繊維を位置決めする技術が、当該技術において知られているが、さらなる技術も望まれている。
【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（たとえば、金属含有強化インサート（たとえば、金属マトリックス複合体インサート）および／またはセラミック含有強化インサート）を保持するためのインサートホルダ、およびその製造方法を提供する。
【００１０】
一実施形態において、本発明は、
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つの部分を含むインサートホルダであって、インサートホルダが、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の金属を含み、インサートホルダが、外面と、少なくとも２００℃より上で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）である、インサートホルダと、
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つの部分に固定された少なくとも１つの強化インサート（たとえば、金属含有強化インサート（たとえば、金属マトリックス複合体インサート）および／またはセラミック含有強化インサート）とを含む第１の物品（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物品）を提供する。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金属（たとえば、Ｎｉ）をさらに含む。必要に応じて、インサートホルダは、インサートを固定するための１つ以上のさらなる（たとえば、第２、第３、第４、第５、第６などの）部分と、それに対応して、インサートを固定するためのこれらのさらなる部分に位置決めされた１つ以上のさらなる（たとえば、第２、第３、第４、第５、第６などの）インサート（たとえば、金属含有強化インサート（たとえば、金属マトリックス複合体インサート）および／またはセラミック含有強化インサート）とをさらに含む。必要に応じて、インサートホルダは、１つ以上の（たとえば、第１、第２、第３、第４、第５、第６などの）対応する１つ以上のさらなるインサート（たとえば、金属含有強化インサート（たとえば、金属マトリックス複合体インサート）をさらに含む。
【００１１】
実施形態によっては、本発明は、
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つの部分を含むインサートホルダであって、インサートホルダが、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の金属を含み、インサートホルダが、外面と、第１の金属の外面上の第２の金属とを有し、第２の金属が、少なくとも２００℃より上で正のギブス酸化自由エネルギーを有する、インサートホルダと、
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つの部分に固定された少なくとも１つの金属マトリックス複合体インサートとを含む好ましい第２の物品であって、そのようなインサートの少なくとも１つが、
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３の金属とを含み、第３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３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３の金属が外面を有し、
第３の金属の外面上の第４の金属をさらに含み、第４の金属が、少なくとも２００℃より上で正のギブス酸化自由エネルギーを有し、第４の金属の厚さが少なくとも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）である、好ましい第２の物品を提供する。
【００１２】
必要に応じて、第２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金属（たとえば、Ｎｉ）をさらに含む。さらに、またはあるいは、必要に応じて、第３の金属マトリックス複合体物品は、第４の金属と第３の金属の外面との間に金属（たとえば、Ｎｉ）をさらに含む。必要に応じて、インサートホルダは、インサートを固定するための１つ以上のさらなる（たとえば、第２、第３、第４、第５、第６などの）部分と、それに対応して、インサートを固定するためのこれらのさらなる部分に位置決めされた１つ以上のさらなる（たとえば、第２、第３、第４、第５、第６などの）インサート（たとえば、金属含有強化インサート（たとえば、金属マトリックス複合体インサート）および／またはセラミックを含む強化インサート）とをさらに含む。
【００１３】
実施形態によっては、本発明は、
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つの部分を含むインサートホルダであって、インサートホルダが、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、インサートホルダと、
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つの部分に位置決めされた、少なくとも１つの金属マトリックス複合体インサートであって、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する、少なくとも１つの金属マトリックス複合体インサートとを含む好ましい第３の物品であって、
少なくとも１つのインサートが少なくとも１つのインサートを固定するための少なくとも１つの部分に固定されたインサートホルダが、集合的に、外面と、外面上の第３の金属とを有し、第３の金属が、少なくとも２００℃より上で正のギブス酸化自由エネルギーを有し、第３の金属の厚さが少なくとも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）である、好ましい第３の物品を提供する。
【００１４】
必要に応じて、第３の金属マトリックス複合体物品は、第３の金属と外面との間の金属（たとえば、Ｎｉ）をさらに含む。必要に応じて、インサートホルダは、インサートを固定するための１つ以上のさらなる（たとえば、第２、第３、第４、第５、第６などの）部分と、それに対応して、インサートを固定するためのこれらのさらなる部分に位置決めされた、１つ以上のさらなる（たとえば、第２、第３、第４、第５、第６などの）インサート（たとえば、金属含有強化インサート（たとえば、金属マトリックス複合体インサート）および／またはセラミック含有強化インサート）とをさらに含む。
【００１５】
実施形態によっては、本発明は、第１の金属（たとえば、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）と、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つの部分を含むインサートホルダとを含む好ましい第４の金属マトリックス複合体物品であって、インサートホルダが、
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６０００系）アルミニウム合金）およびそれらの組合せ）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、
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つの部分に固定された、少なくとも１つの強化インサート（たとえば、金属含有強化インサート（たとえば、金属マトリックス複合体インサート）および／またはセラミック含有強化インサート）とを含み、
第１の金属とインサートホルダ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ホルダとの間の界面層ピーク結合強度値がある、好ましい第４の金属マトリックス複合体物品を提供する。
【００１６】
必要に応じて、インサートホルダは、インサートを固定するための１つ以上のさらなる（たとえば、第２、第３、第４、第５、第６などの）部分と、それに対応して、インサートを固定するためのこれらのさらなる部分に位置決めされた１つ以上のさらなる（たとえば、第２、第３、第４、第５、第６などの）インサート（たとえば、金属含有強化インサート（たとえば、金属マトリックス複合体インサート）および／またはセラミック含有強化インサート）とをさらに含む。
【００１７】
本発明による第４の好ましい金属マトリックス複合体物品に関する別の態様において、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℃より上で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）を平均量含んでもよく、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平均量のＡｇおよびＮｉ（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）。
【００１８】
実施形態によっては、本発明は、第１の金属（たとえば、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（いくつかの実施形態において、好ましくは３００または４００系）アルミニウム合金）、および／またはそれらの組合せ）と、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つの部分を含むインサートホルダとを含む好ましい第５の金属マトリックス複合体物品であって、インサートホルダが、
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２の金属と、
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つの部分に固定された少なくとも１つの金属マトリックス複合体インサートとを含み、金属マトリックス複合体インサートが、
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３の金属とを含み、第３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３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ホルダとの間に界面層があり、界面層には酸素がなく、界面層が、少なくとも２００℃より上で正のギブス酸化自由エネルギーを有する第４の金属を平均量含み、界面層中の第４の金属の平均量が、第１の金属中に存在するものよりも高い、好ましい第５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、第４の金属の平均量は、界面層におけるほうが、第１の金属中よりも、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、また、第１の金属中に存在するより高い平均量のＮｉ（たとえば、各ＡｇおよびＮｉについて、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）。
【００１９】
必要に応じて、インサートホルダは、インサートを固定するための１つ以上のさらなる（たとえば、第２、第３、第４、第５、第６などの）部分と、それに対応して、インサートを固定するためのこれらのさらなる部分に位置決めされた１つ以上のさらなる（たとえば、第２、第３、第４、第５、第６などの）インサート（たとえば、金属含有強化インサート（たとえば、金属マトリックス複合体インサート）および／またはセラミック含有強化インサート）とをさらに含む。
【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方法であって、
インサート（たとえば、金属含有強化インサート（たとえば、金属マトリックス複合体インサート）および／またはセラミック含有強化インサート）を含むインサートホルダ（たとえば、本発明の第１、第２、第３、第４、または第５の物品）を位置決めする工程と、
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金属をモールド内に提供する工程と、
溶融した金属を冷却して、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。
【００２１】
意外にも、本発明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。理論に縛られるわけではないが、少なくとも２００℃より上で正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属の存在が、適用できるようなホルダおよび／またはインサートと、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。
【００２２】
本出願において、
「少なくとも２００℃より上で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単位で表した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、
「酸素がない」とは、以下の「酸素層テスト」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。
【００２３】
本発明による第１、第２、第３、第４、または第５の物品は、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。本発明のいくつかの実施形態の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。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。
【００２４】
本発明による第４および第５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】
【００２５】
本発明による第１、第２、第３、第４、および第５の物品は、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してもよく、典型的にはそのように設計される。
【００２６】
典型的には、本発明による第１、第２、第３、第４、および第５の物品は、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、金属および／またはセラミックを含むインサート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。
【００２７】
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望ましいであろう、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。実施形態によっては、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、たとえば、セラミック酸化物繊維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。そのような結果を用いて、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ホルダおよびインサートを設計し準備することができる。
【００２８】
実施形態によっては、ホルダは、より多くの（たとえば、２、３、４、５、などの）開口部の１つをさらに含んでもよい。そのような開口部は、たとえば、溶融金属がホルダの部分を通って流れることを可能にすることによって、鋳造の間に役立つことができる。
【００２９】
ホルダは、本発明による第４および第５の金属マトリックス物品を製造するとき、強化インサートの位置を容易にすることができる。中にインサートが位置決めされた例示的なホルダが、図１および図１Ａに示されている。図１を参照すると、本発明による物品１０が、インサート１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃを固定するためのホルダ１１の部分１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、および１２Ｄを含む。図１Ａを参照すると、ホルダ１１は、アルミニウムおよび／またはその合金１４、外面１５、少なくとも２００℃より上で正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属１７、ならびに任意のさらなる金属（たとえば、Ｎｉ）１６、および任意の金属１６の外面１８を含む。
【００３０】
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）、より典型的にはアルミニウムおよび／またはその合金（たとえば、２００、３００、４００、７００、または６０００系）およびそれらの組合せを含む。
【００３１】
適切なアルミニウムおよびアルミニウム合金が、たとえば、ペンシルバニア州ピッツバーグのアルコア（Ａｌｃｏａ  ｏｆ  Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰＡ）および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）から市販されている。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）、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。実施形態によっては、ホルダは、好ましくは、３００、４００、６０００系アルミニウム合金（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、Ａ３５６．１アルミニウム合金、４４３．２アルミニウム合金、４４４．２アルミニウム合金、および６０６１アルミニウム合金）を含む。
【００３２】
ホルダは、アルミニウムおよび／またはその合金のシートを切断し、切断されたシートを曲げて、所望のホルダ構成を得るなどの、従来の技術を用いて製造することができる。必要に応じて、シートは、たとえば、アルミニウムおよびその合金または２つ以上の異なったアルミニウム合金の組合せなどを含むことができる。たとえば、シートは、アルミニウム合金のシートに積層された、アルミニウム合金のシートと共に鋳造されたなどのアルミニウムのシートを含んでもよい。
【００３３】
必要に応じて、ホルダは、当該ホルダを強化するのを助けるために、たとえば、セラミック酸化物繊維をさらに含む。たとえば、シートの形成の間に繊維をシートに組入れることができる場合である。シートが所望の構成に切断され曲げられた後、繊維が、たとえばホルダの選択された部分に配置されるように、繊維をシート中に選択的に配置することさえしてもよい。適切な繊維の例としては、インサートを製造するために以下で説明されるものが挙げられる。
【００３４】
特定値外の、少なくとも２００℃より上で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、ホルダ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、ホルダ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℃より上で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。
【００３５】
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℃より上で正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属の、ホルダ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、ホルダ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。いくつかの実施形態において、Ｎｉは無電解堆積によって堆積される。
【００３６】
たとえばホルダの表面上の酸化を除去または低減するために、結果として生じるホルダをさらに処理する（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。ホルダは、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、ホルダを、少なくとも２００℃より上で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℃より上で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、ホルダ上にコーティングする。Ｎｉの使用は、Ａｇなどの金属の、ホルダへの接着を助ける傾向がある。
【００３７】
本発明の実施形態を実施するための強化インサートの例としては、金属を含む強化インサート（たとえば、金属マトリックス複合体インサート）およびセラミックを含む強化インサートが挙げられる。
【００３８】
実施形態によっては、好ましい金属マトリックス複合体インサートは、金属（たとえば、アルミニウムおよび／またはその合金）と、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、好ましいセラミックを含むインサートは、セラミック（典型的には多孔性セラミック（たとえば、アルファアルミナ））と、実質的に連続したセラミック酸化物繊維とを含む。図２を参照すると、例示的なインサート２０が、実質的に連続した（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、セラミックまたは金属（たとえば、アルミニウムおよび／またはその合金）２４とを含み、少なくとも２００℃より上で正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属２６が外面２５上にあり、任意に付加的な金属（たとえば、Ｎｉ）２８が、外面２５と少なくとも２００℃より上で正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属２６との間に位置決めされ、かつ外面２７を有し、少なくとも２００℃より上で正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属２６が外面２７上にある。
【００３９】
インサートは、実質的に連続したセラミック酸化物繊維の１つを超える集団（たとえば、２つの集団、３つの集団など）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集団が、別の集団から隔置され、たとえば金属またはセラミックがそれらの間にある。たとえば、図３を参照すると、インサート３０が、実質的に連続した、実質的に連続したセラミック酸化物繊維３２の集団３２Ａ、３２Ｂ、および３２Ｃ、ならびに金属またはセラミック３４、アルミニウムおよび／またはその合金３５、外面３６、少なくとも２００℃より上で正のギブス酸化自由エネルギーを有する金属３７、ならびに任意の付加的な金属（たとえば、Ｎｉ）３８、および任意の金属３８の外面３９を含む。
【００４０】
本発明のいくつかの例示的な実施形態において、実質的に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、個別の繊維として金属マトリックス複合体インサート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集団として金属マトリックス複合体インサートに組入れられる。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。
【００４１】
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）ことも、本発明の範囲内である。したがって、たとえば、セラミック酸化物繊維は、繊維長手方向全体にわたって平面、繊維長手方向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、ある部分では平面であり、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、インサート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。
【００４２】
セラミック酸化物繊維が、２つ、３つ、４つ、またはそれ以上のプライとして存在する（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）ことも、本発明の範囲内である。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。たとえば、実質的に連続したセラミック酸化物繊維の第１のプライを、実質的に連続したセラミック酸化物繊維の第２のプライに対して、０°から９０°で位置決めしてもよい。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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
実施形態によっては、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。実施形態によっては、平均繊維直径は、約２００マイクロメートル以下、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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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、理論的酸化物をもとに、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、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。
【００５１】
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。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。
【００５２】
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。実施形態によっては、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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
金属を含むインサートに関して、実施形態によっては、金属マトリックス複合体インサートは、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、アルミニウムおよび／またはその合金が、実質的に連続したセラミック酸化物の長手方向の少なくとも一部に沿って延在し、かつセラミック酸化物繊維を所定位置に固定する。
【００５６】
金属マトリックス複合体インサートを含む、金属を含むインサート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。
【００５７】
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、インサートは、好ましくは、２００系アルミニウム合金（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）を含む。
【００５８】
実施形態によっては、金属マトリックス複合体インサートを含む、本発明による第１、第２、および第３の物品は、実質的に連続したセラミック繊維を含む領域において、領域の総体積を基準にして、約３０から約４５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４５体積パーセント、より好ましくは約３５から約４０体積パーセント）の範囲内の金属と、約７０から約５５体積パーセント（好ましくは約６５から約５５体積パーセント、より好ましくは約６０から約６５体積パーセント）の範囲内の連続したセラミック酸化物繊維とを含む。さらに、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を固定する金属を含む領域は、典型的には、領域の総体積を基準にして、約２０から約９５体積パーセント（好ましくは約６０から約９０体積パーセント、より好ましくは約８０から約体積８５パーセント）の範囲内の金属と、約８０から約５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１０体積パーセント、より好ましくは約１５から約５体積パーセント）の範囲内の金属とを含む。
【００５９】
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（ｂｙ  ｖｏｌｕｍｅ）の実質的に連続したセラミック酸化物繊維を含む。
【００６０】
金属マトリックス複合体インサートを含む、本発明による第１、第２、および第３の物品の場合、実質的に連続した繊維領域におけるインサートの繊維および金属の体積含有量は、一般に、金属浸透の間の実質的に連続したセラミック酸化物繊維の著しい移動を伴わずに均質な複合体を製造するために所望のものによって支配される。繊維含有量が低すぎる場合、金属浸透の間の実質的に連続した繊維の移動を防止するか最小にすることはより困難である。実施形態によっては、インサートを構成する金属は、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、マトリックス材料が、セラミック酸化物材料、特に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、金属耐火性材料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。
【００６１】
金属マトリックス複合体インサートは、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、好ましくは集団化された（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、巻かれている繊維が、サイジングされる。具体的なサイズとしては、水（いくつかの実施形態において、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つ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インサートを製造する。
【００６２】
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。
【００６３】
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インサートをダイから取出す。
【００６４】
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）。
【００６５】
以下で説明されるもののような、セラミックを含むインサートから、金属マトリックス複合体を含むインサートを製造することは、本発明の範囲内である。
【００６６】
実施形態によっては、好ましくは、金属マトリックス複合体インサートを、少なくとも２００℃より上で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。Ｎｉなどの金属を、少なくとも２００℃より上で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インサート上にコーティングしてもよい。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。
【００６７】
特定値外の、少なくとも２００℃より上で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２つ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。
【００６８】
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℃より上で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。
【００６９】
金属マトリックス複合体インサートの実施形態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６０／４０４，６７２号明細書を参照されたい。
【００７０】
セラミックを含むインサートに関して、いくつかの実施形態において、好ましい実施形態は、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を含む多孔性セラミック酸化物（たとえば、か焼または焼結された）インサートを含む。典型的には、多孔性セラミック酸化物が、実質的に連続したセラミック酸化物の長さの少なくとも一部に沿って延在し、かつセラミック酸化物繊維を所定位置に固定する。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、第１のヤング率を有し、セラミックプリフォームを構成する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のヤング率より大きい。
【００７１】
織られた、編まれたなどの繊維構造の形態の連続した強化繊維は、典型的には、長手方向に整列された繊維で実現される、より高い繊維充填密度を達成することができない。したがって、織られた、編まれたなどの繊維構造を使用するプリフォームをベースとした金属浸透物品は、典型的には、長手方向に整列された連続した強化繊維を有する金属浸透物品より低い強度特性を示し、したがって、より好ましくない。
【００７２】
多孔性セラミック酸化物を含むインサートは、たとえば、不連続なセラミック酸化物繊維（ウイスカーを含む）のスラリーを、実質的に連続した繊維の周りにキャストすることによって製造することができる。典型的には、実質的に連続した繊維をキャビティ（たとえば、モールド）内に位置決めし、スラリーをモールドに加える。実質的に連続した繊維は、得られるセラミック酸化物材料中に適切に位置決めされるように、キャビティ内に位置決めする。キャビティは、所望の形状をもたらすように構成されるが、得られたセラミック酸化物材料を、たとえば機械加工することによって再成形して、セラミック酸化物を含むインサートの所望の構成をもたらすことも、本発明の範囲内である。
【００７３】
適切な不連続なセラミック酸化物繊維（ウイスカーを含む）としては、アルファアルミナおよび遷移アルミナ（デルタアルミナなど）を含むアルミナから製造されたもの、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、そのような材料を製造する方法および／またはそのような材料の供給源は、当該技術において知られている。不連続繊維は、たとえば、連続繊維（上で説明した実質的に連続した繊維を含む）を切断またはチョップすることによって製造することができる。市販の不連続なセラミック酸化物繊維の例としては、英国ウィドネスのＪ＆Ｊダイソン（Ｊ＆ＪＤｙｓｏｎ，Ｗｉｄｎｅｓｓ，ＵＫ）から商品名「サフィル（ＳＡＦＦＩＬ）」で、ジョージア州オーガスタのサーマル・セラミックス・インコーポレイテッド（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ  Ｉｎｃ．，Ａｕｇｕｓｔａ，ＧＡ）から商品名「カオウール（ＫＡＯＷＯＯＬ）」で、ニューヨーク州ナイアガラフォールズのユニフラックス（Ｕｎｉｆｒａｘ，Ｎｉａｇａｒａ  Ｆａｌｌｓ，ＮＹ）から商品名「ファイバーフラックス（ＦＩＢＥＲＦＲＡＸ）」で販売されるものが挙げられる。
【００７４】
実施形態によっては、不連続繊維の直径は、約１マイクロメートルから約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であり、長さ約２．５ｃｍまで、好ましくは、長さ１．２ｃｍ未満であるが、ウイスカーの長さは、典型的には、長さ約６マイクロメートルから約１２マイクロメートルの範囲内である。
【００７５】
必要に応じて、スラリーは、アルミナ（アルファアルミナを含む）粒子、アルミノシリケート粒子、およびアルミノボロシリケート粒子などのセラミック酸化物粒子をさらに含んでもよい。実施形態によっては、粒子の好ましい平均粒度は、約０．０５マイクロメートルから約５０マイクロメートルの範囲内である。スラリーは、コロイド状シリカ、コロイド状アルミナなどのセラミック酸化物結合材料をさらに含んでもよく、これらは、一体性を向上させるのを助けることができる（たとえば、多孔性セラミック酸化物プリフォームを製造するために使用される他の成分と反応させて、他の相を作ることによって（たとえば、シリカは、アルミナと反応して、ムライトを形成してもよい））。
【００７６】
適切なスラリーは、当該技術において知られている技術を用いて形成することができる。典型的には、スラリーは、水などの液体媒体中に不連続繊維を分散させることによって形成される。実質的に連続した繊維の取扱いおよび位置決めを助けるために、繊維インサート（たとえば、リボン）を使用することができる。繊維インサートは、バインダー材料でともに保持された複数の実質的に連続した繊維を含む。図４を参照すると、繊維リボン４０が、実質的に連続した、長手方向に整列されたアルファアルミナ繊維４２と、繊維４２（トウ４３で示されているような）を繊維リボン４０内に固定するのに役立つ一時的なバインダー材料４４とを含む。バインダー材料４４は、繊維リボン４０を形成するのに必要な程度だけ繊維と接触し、必ずしも繊維すべてと接触していなくてもよい。たとえば、内部繊維は、バインダー材料と接触していなくてもよい。
【００７７】
繊維インサートを製造するためのバインダー材料を選択する際に、もしあれば、バインダー材料が、セラミック酸化物を含むインサートの特性に及ぼすかもしれない悪影響、および、もしあれば、バインダー材料が、セラミック酸化物を含むインサートの使用に及ぼすかもしれない影響を考慮する（たとえば、もしあれば、バインダー材料が、セラミック酸化物を含むインサートを使用して製造された金属マトリックス複合体物品の特性に及ぼすかもしれない悪影響を考慮する）。
【００７８】
バインダー材料は、実質的に連続した繊維をともに一時的に結合し、かつ繊維を取扱い、セラミック酸化物を含むインサート内に最終的に配置するのを助けるために使用される。実施形態によっては、バインダー材料は、好ましくは、一時的な（ｆｕｇｉｔｉｖｅ）材料であってもよく、これは、好ましくは、プリフォーム製造プロセスのか焼段階の間に比較的低温で燃え尽き、残留物または灰を残さない。実施形態によっては、好ましい一時的なバインダー材料は、ろう（たとえば、パラフィン）であり、これは、その融点を超えて加熱し、繊維に加え、次に、凝固させて、望ましいように繊維を保持することができる。実施形態によっては、好ましい一時的なバインダー材料としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、およびそれらの組合せなどの水溶性ポリマーが挙げられる。他の適切な一時的なバインダー材料としては、ニュージャージー州ウェストパターソンのサイテック・インダストリーズ（Ｃｙｔｅｃ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｗｅｓｔ  Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ，ＮＪ）によって販売されるもの（以前は、商品名「ＳＰ３８１スコッチプライ・アドヒーシブ（ＳＣＯＴＣＨＰＬＹ  ＡＤＨＥＳＩＶＥ）」でミネソタ州セント・ポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）によって販売された）などのエポキシ樹脂が挙げられる。
【００７９】
セラミック含有インサートは、典型的には、特定の目的のために設計され、結果として、特定の特性を有し、特定の構成を有し、かつ特定の材料から製造されることが望ましい。典型的には、モールドは、セラミックを含むインサート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、セラミックを含むインサートを形成することは、たとえば、インサートのその後の機械加工または他のキャスト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。キャビティは、結果として生じるセラミックを含むインサートの所望の形状を有するように選択されるか製造される。典型的には、キャビティは、実質的に連続した繊維が、得られたセラミックを含むインサート内に適切に位置決めされるように、実質的に連続した繊維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技術は、当業者に知られている。そのようなキャビティは、木材、プラスチック、黒鉛、および鋼（たとえば、ステンレス鋼）などの剛性材料から製造してもよい。スラリーからの液体の除去を容易にするために、１つ以上の開口部をモールドに設けることができる。
【００８０】
セラミック含有インサートは、たとえば、実質的に連続した繊維をキャビティ内に位置決めし、不連続なセラミック酸化物繊維を含むスラリーをキャビティに導入し、スラリーから液体を除去することによって、製造することができる。典型的には、液体は、キャビティの開口部を介して除去される。開口部を通る液体の除去は、キャビティの外側の圧力を低減する（たとえば、１０００ｍｂａｒ未満、実施形態によっては、好ましくは８５０ｍｂａｒ未満）ことによって向上させることができる。
【００８１】
グリーンインサートは、キャビティ内で乾燥させない限り、典型的には、キャビティから取出した後、か焼または焼結前に乾燥させる。実施形態によっては、好ましくは、グリーンインサートは、約７０℃から約１００℃、より好ましくは約８５℃から約１００℃の範囲内の少なくとも１つの温度に、典型的には最も好ましくは約１００℃で乾燥させる。
【００８２】
グリーンインサートは、典型的には、焼結前にか焼される。か焼は、材料をある温度に加熱して、自由水を除去し、いくつかの実施形態において、好ましくは少なくとも約９０ｗｔ％のいかなる結合された揮発性物質成分も除去するが、焼結とは対照的に溶融を伴わない。
【００８３】
典型的なか焼温度は、４００℃から約８００℃の範囲内であり、実施形態によっては、好ましくは約６００℃から約８００℃である。典型的な焼結温度は、９００℃から約１１５０℃の範囲内であり、実施形態によっては、好ましくは約９５０℃から約１１００℃、より好ましくは約９５０℃から約１１００℃である。
【００８４】
乾燥時間、か焼時間、および焼結時間は、たとえば、関連する材料、およびセラミックを含むインサートの構成（サイズを含む）によってもよい。
【００８５】
実質的に連続した繊維の長さに対する不連続繊維の配向は、セラミックを含むインサートを製造するために用いられる製造プロセスによって調整してもよい。たとえば、キャビティの底部（または頂部）（側面とは対照的に）から液体を優先的に除去するように、スラリーを保持するために使用されるキャビティの底部に開口部を位置決めすることは、不連続繊維の最大寸法が、優先的に、キャビティの側面の長さに平行に位置決めされた連続繊維の長さに、平行であるより垂直であることをもたらしてもよい。たとえば、図５を参照すると、バインダー材料５３でともに保持された複数の実質的に連続したセラミック酸化物繊維５２を含む繊維リボン５１が、キャビティ５４内に位置決めされている。連続繊維５２の長手方向は、キャビティ５４の側面に平行であり、かつキャビティ５４の底部５６に垂直である。スラリー５７からの液体は、開口部５８を介して除去され、不連続繊維の最大寸法は、優先的に、連続繊維５２の長さに、平行であるより垂直である。
【００８６】
好ましくは、液体の除去は、モールドの外側の圧力を低減することによって助けられる。たとえば、繊維インサートを、繊維インサートの各端部でクリップによって所望の位置に保持されるように、モールド内に取付けてもよい。１つの例示的な技術において、減圧下（たとえば、いくつかの実施形態において、１０００ｍｂａｒ未満）における水の除去のために、スクリーンをモールドの片側に配置する。スクリーンの配置は、不連続繊維の所望の配向によって定められる。たとえば、不連続繊維を、長手方向に整列された連続繊維の長さに垂直であるように、優先的に整列させることが望ましい場合、スクリーンを、繊維長さの端部の一方で、繊維の長さに垂直に位置決めすることができる。たとえばモールドをスラリー中に沈めることによって、スラリーを加えることができ、次に、モールドからスラリーを除去するかポンピングする。減圧をモールドのスクリーン側に加えて、液体を引出すことができる。液体が除去されると、不連続繊維は、実質的に連続した繊維の長さに対して優先的に整列される。その後の圧力を繊維に加えて、より多くの水を押出してもよく、また、不連続繊維を高密度化するのを助けてもよい。
【００８７】
同様に、たとえば、キャビティの側面（頂部および底部とは対照的に）から液体を優先的に除去するように、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に開口部または穴を位置決めすることは、不連続繊維の最大寸法が、優先的に、キャビティの側面の長さに垂直に位置決めされた連続繊維の長さに、平行であるより垂直であることをもたらしてもよい。
【００８８】
セラミックを含むインサートの形成に関する付加的な詳細については、たとえば、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、米国特許第５，３９４，９３０号明細書（ケンナークネヒト（Ｋｅｎｎｅｒｋｎｅｃｈｔ））ならびに英国特許第２，１８２，９７０  ＡおよびＢ号明細書、２００１年９月２７日に出願された、同時係属中の米国特許出願第０９／９６６，９４６号明細書、米国特許出願第０９／９６７，４０１号明細書、および米国特許出願第０９／９６７７，５６２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されたい。他の技術および他の好ましい条件は、ここでの開示を検討後、当業者には明らかであろう。
【００８９】
本発明による第１、第２、および第３の物品を使用して、本発明による第４および第５の金属マトリックス複合体複合物品を製造することができる。本発明による第５の金属マトリックス複合体物品の一例が、車両（たとえば、車、スポーツ汎用車、バン、またはトラックなどの自動車）用ブレーキキャリパである。図６を参照すると、例示的なブレーキキャリパ６０が、インサートホルダ６１と、インサート６２Ａおよび６２Ｂとを含む。
【００９０】
典型的には、本発明による第４および第５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繊維を含む領域において、領域の総体積を基準にして、約３０から約４５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４５体積パーセント、より好ましくは約３５から約４０体積パーセント）の範囲内の金属と、約７０から約５５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５５体積パーセント、より好ましくは約６０から約６５体積パーセント）の範囲内の連続したセラミック酸化物繊維とを含む。さらに、実質的に連続したセラミック酸化物繊維を固定する適用できるようなセラミック酸化物材料および／または金属を含む領域は、典型的には、領域の総体積を基準にして、約２０から約９５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９０体積パーセント、より好ましくは約８０から約８５体積パーセント）の範囲内の金属と、約８０から約５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１０体積パーセント、より好ましくは約１５から約５体積パーセント）の範囲内のセラミック酸化物材料および／または金属とを含む。
【００９１】
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（ｂｙ  ｖｏｌｕｍｅ）の実質的に連続したセラミック酸化物繊維を含む。
【００９２】
実質的に連続した繊維領域における第４および第５の金属マトリックス複合体物品の繊維および金属の体積含有量は、一般に、金属浸透の間の実質的に連続したセラミック酸化物繊維の著しい移動を伴わずに均質な複合体を製造するために所望のものによって支配される。繊維含有量が低すぎる場合、金属浸透の間の実質的に連続した繊維の移動を防止するか最小にすることはより困難である。不連続繊維を含むインサートの場合、不連続繊維領域において、複合体の繊維および金属の体積含有量は、一般に、増加した強度および剛性対減少した延性および機械加工性のバランスによって支配される。
【００９３】
特定の繊維、マトリックス材料、ホルダなど、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、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、金属マトリックス複合体を構成する金属は、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、マトリックス材料が、セラミック酸化物材料、特に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、金属耐火性材料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。
【００９４】
アルミニウムおよびアルミニウム合金マトリックス複合体を製造するためのいくつかの技術に関する付加的な詳細が、たとえば、同時係属中の、１９９５年６月２１日に出願された米国特許出願第０８／４９２，９６０号明細書、ならびに２０００年７月１４日に出願された米国特許出願第０９／６１６，５８９号明細書、米国特許出願第０９／６１６，５９３号明細書、および米国特許出願第０９／６１６，５９４号明細書、２００２年８月２０日に出願された米国特許出願第６０／４０４，６７２号明細書、ならびに１９９７年１月９日に公開された国際公開第９７／００９７６号パンフレットに開示されている。
【００９５】
金属を含むインサートを構成する金属、ホルダ、および／または本発明による第４または第５の金属マトリックス複合体物品の金属は、同じでも異なってもよい。実施形態によっては、ホルダは、好ましくは６０００系アルミニウム合金を含み、本発明による第４または第５の金属マトリックス複合体物品の金属は、６０００系アルミニウム合金を含む。インサートが金属を含むインサートである場合、実施形態によっては、インサートを構成する金属は、好ましくは２００系金属である。
【００９６】
本発明による第４および第５の金属マトリックス複合体物品は、本発明による第１、第２、および第３の物品を使用して、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、製造することができる。多孔性インサートの場合、そのような製造は、多孔性インサートに溶融金属を浸透させることを含む。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。たとえばそのような分析を用いて、たとえば使用される本発明による第１、第２、および第３の物品の構成、組成、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、本発明による第１、第２、および第３の第４の物品を予熱することは、ホルダおよび／またはインサートと第４または第５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との間の望ましい冶金結合を容易にすると考えられる。金属を含むインサートの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。セラミックを含むインサートの実施形態によっては、好ましくは、インサートを約７５０℃〜８００℃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。
【００９７】
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。上で説明したように、本発明による物品は、典型的には、特定の目的のために設計され、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、鋳造すべき第４または第５の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、得られた金属マトリックス複合体物品中に適切に位置決めされるように、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。
【００９８】
また、意外にも、本発明による第１、第２、および第３の物品を使用して、モールド内の溶融金属が７５秒未満（いくつかの実施形態において、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、ホルダおよび／または金属を含む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、ホルダおよびインサートは、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、ホルダおよびインサートは、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、それぞれの第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℃より上で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）。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
金属マトリックス複合体の製造に関する付加的な詳細は、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））、および米国特許第５，３９４，９０３号明細書（ケンナークネヒト（Ｋｅｎｎｅｒｋｎｅｃｈｔ））に見出すことができる。
【０１０３】
さらに、セラミックを含むインサートの形成、およびセラミック酸化物プリフォームから製造された金属マトリックス複合体物品に関する付加的な詳細については、たとえば、２００１年９月２７日に出願された米国特許出願第０９／９６６，９４６号明細書、米国特許出願第０９／９６７，４０１号明細書、および米国特許出願第０９／６７７，５６２号明細書（それぞれ、２０００年９月２８日にすべて出願された仮出願第６０／２３６，０９１号明細書、米国仮特許出願第６０／２３６，０９２号明細書、および米国仮特許出願第６０／２３６，１１０号明細書の優先権を主張する）、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）を参照されたい。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
平均剪断応力は、次の式を用いて計算する。
【数１】
2005536640.tif 000003
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。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。
【０１１３】
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「酸素層テスト」によって定められるように、インサートまたはホルダと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酸素がない。金属マトリックス複合体物品の一部を切断して、インサートまたはホルダ、および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の断面を得る。次に、断面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）で研磨する。研磨速度は１５０ｒｐｍである。研磨は、次の連続的な６段階で行う。研磨力は、段階６において２５０Ｎである以外は、１５０Ｎである。
【０１１４】
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する。研磨後、サンプルを水で完全にすすぐ。
【０１１５】
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する。研磨後、サンプルを水で完全にすすぐ。
【０１１６】
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する。研磨後、サンプルを水で完全にすすぐ。
【０１１７】
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秒間スプレーする。研磨後、サンプルを水で完全にすすぐ。
【０１１８】
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秒間スプレーする。研磨後、サンプルを水で完全にすすぐ。
【０１１９】
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）で濡らす。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る。
【０１２０】
得られた研磨されたサンプルを、光学顕微鏡で２５０倍で見て、目で識別できる連続酸化物層が、インサートまたはホルダと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に存在するかどうか定める。参考のため、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６０／４０４，６７２号明細書の実施例３（図１０を参照のこと）は、このテストで評価されると、界面において目で識別できる連続酸化物層を有さず、一方、同じ出願の比較例Ｈ（図１１を参照のこと）は、界面において目で識別できる連続酸化物層を有した。図１０を参照すると、実施例３の研磨された断面は、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なかった。図１１を参照すると、比較例Ｈの研磨された断面は、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。
【０１２１】
自動車用ディスクブレーキの一例は、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。
【０１２２】
図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、ディスクブレーキアセンブリ７０が、本体部材７２と、アーム部材７３と、一端で本体部材７２に連結され、他端でアーム部材７３に連結されたブリッジ７４とから形成されたブレーキキャリパハウジング７１を含む。本体部材７２は、その中に、内側のブレーキパッド７７が押付けられるピストン７６を摺動可能に受ける略円筒形凹部７５を有する。アーム部材７３の内面７８は、内側のブレーキパッド７７に面する外側のブレーキパッド７９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７０１が、内側のブレーキパッド７７と外側のブレーキパッド７９との間に位置する。ブレーキキャリパハウジング７１は、界面２０２Ａおよび２０２Ｂを備えたインサート２００Ａおよび２００Ｂを含む。当該技術において周知のように、ピストン７６の液圧または他の作動により、内側のブレーキパッド７７が、ロータ７０１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７１が浮き、それにより、外側のブレーキパッド７９をロータ７０１の他方の側と係合させる。
【０１２３】
本発明を、次の実施例によってさらに例示するが、こ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改良および変更が、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】
【０１２４】
実施例１
インサートホルダを次のように製造した。標準的なＴ４熱処理で加熱処理された６０６１アルミニウム合金（ミネソタ州セント・ポールのビンセント・ブラス・アンド・アルミニウム（Ｖｉｎｃｅｎｔ  Ｂｒａｓｓ  ａｎｄ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から商品名「６０６１−Ｔ４」で得られる）からなる厚さ１．５ｍｍのアルミニウムシートストックをレーザ切断して、図８に示された構成を得た。アルミニウムシートストックを切断するために使用されたレーザは、１５００ワットの数値制御ＣＯ2レーザ（カリフォルニア州サンタクララのコヒレント・インコーポレイテッド（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ，Ｉｎｃ．，Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，ＣＡ）から得られ、かつウィスコンシン州サマセットのレーザ・マニュファクチャリング・インコーポレイテッド（Ｌａｓｅｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｉｎｃ．，Ｓｏｍｅｒｓｅｔ，ＷＩ）による数値制御レーザ切断システムに一体化された）であった。インサートホルダを、２つが寸法７２ｍｍ×１５．５ｍｍ×５ｍｍを有し、１つが寸法８２ｍｍ×３５ｍｍ×５ｍｍを有する３つのインサートを保持するように設計した。
【０１２５】
切断されたシートを、図８Ａに示された折り目線ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、およびｈに沿ってプライヤで曲げて、図８Ａおよび図８Ｂに示された形状を作って、インサートホルダを提供した。寸法Ａは１５８．２ｍｍであり、Ｂは３５ｍｍであり、Ｃは１２６．２ｍｍであり、Ｄは１３．６ｍｍであり、Ｅは２８ｍｍである。次に、インサートホルダを、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）によってコーティングして、ニッケル約３マイクロメートルの無電解堆積を提供し、その後、銀約１２マイクロメートルの電気めっきを提供した。
【０１２６】
インサート１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃを、ホルダ内に配置し、図１に示されたクランプ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、および１２Ｄを、インサートとちょうど接触するまで曲げることによって、所定位置に固定した。インサート１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃは、次のように製造した。
【０１２７】
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カンパニーから商品名「ネクステル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つ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、得られたプリフォームを安定化した。凍結したら、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。
【０１２８】
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つ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つの凍結された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つ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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
次に、３つのプレートを、次のように表面処理／コーティングした。プレートをすべて、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。
【０１３６】
２つの得られたプレートを、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）。ホルダおよびインサートは、３５４アルミニウム合金を使用して、得られた図６に示されたブレーキキャリパをスクイズキャストするために使用するために、３Ｍカンパニーによって、オハイオ州デイトンのＴＨＴプレシズ・インコーポレイテッド（ＴＨＴ  Ｐｒｅｓｓｅｓ，Ｉｎｃ．，Ｄａｙｔｏｎ  ＯＨ）に提供された。
【０１３７】
実施例２
本発明による例示的なホルダの部分を次のように準備した。６０６１アルミニウムのシートストック片（ミネソタ州セント・ポールのビンセント・ブラス・アンド・アルミニウムから商品名「６０６１−Ｔ４」で得られる）を、ウォータージェット切断プロセスを用いて、イーグル・ツール（Ｅａｇｌｅ  Ｔｏｏｌ）（ミネソタ州スプリング・レイク・パーク（Ｓｐｒｉｎｇ  Ｌａｋｅ  Ｐａｒｋ，ＭＮ））によって切断した。得られたシートは、厚さ０．０９５インチ（０．２４ｃｍ）であった。切取られた片の寸法は、０．３６７インチ×０．０９５インチ×６．００インチ（０．９３ｃｍ×０．２４ｃｍ×１５．２４ｃｍ）であった。アルミニウム片の端縁を、１５０グリットのサンドペーパを使用して滑らかにして、ウォータージェット切断からのわずかな波しわを除去した。この部分のダイへの後の挿入を容易にするために、アルミニウム片の一端を、１５０グリットのサンドペーパ（商品名「ウエットオアドライ（ＷＥＴＯＲＤＲＹ）」でミネソタ州セント・ポールの３Ｍカンパニーから入手可能）を使用して、その長さの最終の０．４０インチ（１．０ｃｍ）にわたって、０．３２７インチ×０．０５５インチ（０．８３ｃｍ×０．１４ｃｍ）のセクションにテーパを付けた。
【０１３８】
次に、得られたアルミニウム片をめっきした（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・カンパニーによって）ニッケルの無電解コーティング、その後の銀の電気めっきで）。ニッケルコーティングの厚さは約３マイクロメートルであり、銀コーティングは約１７マイクロメートルであった。
【０１３９】
得られた例示的なホルダ部分を、２０分間、約５５０℃に予熱された炉内に配置することによって、空気中で加熱した。次に、加熱されたホルダ部分を、鋼ダイキャビティ内に配置した。図１２を参照すると、ダイ１３０が、ホルダ部分用矩形スロット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、次に、約４００℃に予熱した。加熱されたホルダ部分をダイ内に配置した後４秒以内に、約７６０℃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、予熱されたホルダ部分の周りに注ぎ、凝固させた。温度が約５００℃に冷却すると、ホルダ部分および鋳造アセンブリをダイキャビティから取出した。
【０１４０】
得られた鋳造サンプルを、オーブン内に８時間５３５℃で配置し、その後、水急冷し、オーブン内で１６０℃で１２時間で終了することによって、熱処理した。
【０１４１】
得られた熱処理されたサンプルを、４つの０．２７ｃｍ（０．１０６インチ）×直径２．５ｃｍ（１インチ）のセクションに切断した。これらの４つのセクションは、ホルダの例示的な部分の長手方向の軸に垂直に切断した。４つのセクションの各々について、アルミニウムの「Ｌ」形片（厚さ０．０４０インチ（０．１０ｃｍ）のシートストックアルミニウム（「６０６１−Ｔ４」）から切断された）を各セクションに接着して（ミネソタ州セント・ポールの３Ｍカンパニーから商品名「プロント（ＰＲＯＮＴＯ）ＣＡ８」で販売される）、ホルダの例示的な部分と周囲の３５６アルミニウム合金との間の境界をマーキングして、押出しテストの間の整列を容易にした。
【０１４２】
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とを含んだ。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およびホルダの例示的な部分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を備えたホルダの例示的な部分１４４との接触のポイントにおいて、対応する断面を有した。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。
【０１４３】
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、ホルダの例示的な部分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と押出すべきホルダの例示的な部分（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、テスト標本のホルダの露出した例示的な部分を、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、サンプルに先に接着された整列ストリップと一列に並ぶように位置決めした。
【０１４４】
次に、１分あたり０．０２５ｃｍ（０．０１０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、ホルダの例示的な部分を、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。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。
【０１４５】
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、ホルダの例示的な部分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。
【０１４６】
平均剪断応力は、次の式を用いて計算する。
【数２】
2005536640.tif 000004
【０１４７】
荷重は、ホルダの例示的な部分の変位の関数としてプロットした。押出しカーブが著しい非線形撓みを示した（すなわち、ホルダの例示的な部分とホルダの例示的な部分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った）荷重は、ピーク結合強度値であった。
【０１４８】
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」で得られる）を使用して、ホルダの例示的な部分をモデル化し、ピーク結合強度と測定された平均剪断応力との比が約１．８６であることを示した。
【０１４９】
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。ホルダの例示的な部分を、サイズ０．０２５ｃｍ（０．０１インチ）の立方体形要素でメッシュにした。ホルダの例示的な部分の周りに鋳造されたアルミニウム／アルミニウム合金を、ホルダの例示的な部分の近くで０．０２５ｃｍ（０．０１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、２２８ＭＰａの加えられた圧力（１１４４ポンドの押出しテスト荷重に対応する）について、ホルダの例示的な部分の表面に沿ったポイントにおける剪断応力を計算した。次に、この計算は、ホルダの例示的な部分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ホルダ表面の例示的な部分にわたる平均を定めた。こうして得られたピーク結合強度と平均剪断応力との比は、ホルダ表面の例示的な部分について、約１．８６から１であった。４つのサンプル（実施例２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、および２Ｄ）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、下記表に報告されている。
【０１５０】
【表１】
2005536640.tif 000005
【０１５１】
本発明のさまざまな改良および変更が、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、当然のことながら、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。
【図面の簡単な説明】
【０１５２】
【図１】本発明の第４または第５の金属マトリックス複合体物品を製造するのに有用な本発明の例示的な物品の斜視図である。
【図１Ａ】図１の一部の破断図である。
【図２】本発明の物品に使用される例示的なインサートの斜視図である。
【図３】本発明の物品に使用される例示的なインサートの斜視図である。
【図４】本発明の物品に使用される例示的なセラミックを含むインサートを製造す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５】本発明の物品に使用される例示的なセラミックを含むインサートを製造する装置の斜視図である。
【図６】本発明のインサートホルダおよび例示的なインサートを備えたブレーキキャリパの斜視図である。
【図７Ａ】本発明の例示的なブレーキキャリパの平面図である。
【図７Ｂ】本発明の例示的なブレーキキャリパの平面図である。
【図８Ａ】本発明の例示的なインサートホルダの平面図である。
【図８Ｂ】本発明の例示的なインサートホルダの平面図である。
【図８Ｃ】本発明の例示的なインサートホルダの平面図である。
【図９】インサートと本発明のインサートホルダを使用して製造された本発明の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１０】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６０／４０４，６７２号明細書の実施例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１１】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６０／４０４，６７２号明細書の比較例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１２】実施例２で説明されたインサートを使用して製造された実施例２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１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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