β钛－纤维加强的复合层状物的制作方法

专利名称：β钛－纤维加强的复合层状物的制作方法
本申请是美国专利申请号08/588,868(申请日为1996年1月19日，题目为“β钛-加强的复合层状物”)的国际申请，它是申请日为1995年12月7日，题目为“钛和石墨纤维复合物”申请号08/568,530的部分后续申请，该申请是现放弃的美国专利申请号08/139,091(申请日为1993年10月18日，题目为“钛和石墨纤维复合物”)的后续申请，其内容在此结合以作整体参考。
背景技术：
许多工业应用中要求材料同时具有高强度、低重量和耐磨损。为了满足这些要求，则利用金属和金属-复合物层状材料。
材料具有高强度、低重量和耐磨损的一方面用于机动和人力交通工具的部件构造，以提供令人满意的结构完整性和耐磨损，同时在一定量的燃料或动力下，增加了交通工具的行程。这样的交通工具包括汽车、卡车、飞机、火车、自行车、摩托车和宇宙飞船。其它应用包括高尔夫球棍(包括柄和头部)，管状结构如垒球棒，雪橇和冲浪与滑雪板。
为了满足航天和航空工业的需要，已研制许多金属-复合物叠层材料以代替航空器基本结构的构造中传统使用的各种金属。然而，这些复合材料的问题包括不同层的强度与弹性模量比之间不协调。这些不协调使得在一特定量应力作用下，复合物的各层在复合物其它层之前断裂，故造成非断裂层的强度未充分利用。因此，通常使用的轻质金属-复合物叠层材料对于金属-复合物叠层材料的给定应变不能用到各层的最大强度。
因此，除了其它应用之外，需要高强度、轻质材料用于工业如机动和非机动交通工具的部件。此外，需要轻质的金属-复合物叠层材料，对于各金属-复合物叠层材料的给定应变，应充分利用所有各材料层的强度。

发明内容
本发明在一方面，提供了一种制备β钛-纤维加强的复合层状物的方法，其包括步骤为首先，提供一种带有表面区域的β钛合金，它具有第1屈服强度与弹性模量比。然后，在第1预定温度下以第1预定时间加热β钛合金以使β钛合金具有第2屈服强度与弹性模量比。接着，将具有强度与弹性模量比的纤维加强复合层粘接到β钛合金上以产生β钛-纤维加强的复合层状物。第1预定温度和第1预定时间的选定为β钛合金的第2屈服强度与弹性模量比同纤维加强复合物的强度与弹性模量比大致相同。
在一较佳实施例中，该方法还包括在提供β钛合金步骤后在其表面贴敷如铂的贵金属以产生有敷层β钛合金的步骤。在另一较佳实施例中，该方法还包括在提供步骤之后，研磨β钛合金的表面以增加表面积的步骤。在又一较佳实施例中，该方法还包括在加热步骤后，用底料涂敷表面的步骤。按照本发明的另一方面，提供了一种按照上述方法制成的β钛-纤维加强的复合层状物。
按照本发明的又一方面，提供了一种β钛-纤维加强的复合层状物，包括第1层有表面的β钛合金和第1层纤维加强复合物，其中，第1层β钛合金所具有的屈服强度与弹性模量比同第1层纤维加强复合物的强度与弹性模量比大致相同。β钛合金的表面可贴敷一种如铂的贵金属。β钛-纤维加强的复合层状物也可包括多层β钛合金，以及夹在它们之间的至少一层纤维加强复合物，其中，每一层β钛合金具有的屈服强度与弹性模量比同至少一层纤维加强复合物的强度与弹性模量比大致相同。
本发明的再一方面提供了一种制造制品的方法，包括如下步骤首先，按照本发明的方法制备β钛-纤维加强的复合层状物。接着将β钛-纤维加强的复合层状物结合进制品中。这些制品的例子包括机动车、高尔夫球棍、垒球棒、雪橇、冲浪板、滑雪板、和容器。
本发明的又一方面提供了一种制备金属-纤维加强复合层状物的方法，包括如下步骤首先，提供一种带有表面区域的金属，它具有第1屈服强度与弹性模量比。然后，在第1预定温度下以第1预定时间加热该金属以使该金属具有第2屈服强度与弹性模量比。接着，将具有强度与弹性模量比的纤维加强复合物粘接到该金属上以产生一种金属-纤维加强复合层状物。第1预定温度和第1预定时间是在金属的第2屈服强度与弹性模量比同纤维加强复合物的强度与弹性模量比大致相同情况下选定；该金属的第2屈服强度与弹性模量比约大于1％。
本发明的这些特点、特性和优点将在下面参照附图(没有按比例画出)的说明和所附的权利要求书中更加显而易见。
附图简介

图1是本发明的β钛-纤维加强的复合层状物剖面的侧视图，图2是本发明另一实施例的β钛-纤维加强的复合层状物剖面的侧视图，图3是本发明又一实施例的β钛-纤维加强的复合层状物剖面的侧视图，图4是本发明再一实施例的β钛-纤维加强的复合层状物剖面的侧视图，图5是本发明方法一例的流程图，图6是将本发明的β钛-纤维加强的复合层状物粘接到其边缘区域的帽形支撑板剖面的侧视图。
图7是本发明另一实施例的β钛-纤维加强的复合层状物剖面的侧视图。
实施例正如上述，本发明连同其他实施例一道包括一种β钛-纤维加强的复合层状物，一种制造β钛-纤维加强的复合层状物的方法和由β钛-纤维加强的复合层状物组成的结构。本领域的普通技术人员在参照说明后将了解到除了其他的优点外，本发明的β钛-纤维加强的复合层状物和按照本发明所制成的层制品具有高强度重量比，杰出的耐损性，会有较高的抗疲劳性和耐腐蚀性和具有杰出的减震特性。
本发明的β钛-纤维加强的复合层状物包括至少第一层有的β钛合金表面。β钛合金层至少是一种选自由TIMETAL15-3(Ti 15V-3Cr-3Al-3Sn)、BETA 21s(Ti 15Mo-3Al-3Nb)、BETA C(Ti 3Al-8V-6Cr-4Mo)和B120 VCA(Ti 13V-11Cr-3Al)构成的组中的β钛合金，但是，对于本领域的普通技术人员，在参照本说明书后将理解到可以使用其他的β钛合金。在一较佳实施例中，β钛合金是TIMETAL15-3(Ti15V-3Cr-3Al-3Sn)(购自钛金属有限公司，Toronto，OH)。
本发明的β钛-纤维加强的复合层状物进一步包括至少一层纤维加强复合物。纤维加强复合物可以是至少一种选自由石墨加强的环氧树脂(如购自Hercules Advanced Materials和Systems Company，Magan，UT的HERCULESIM7/8551-7)和S2-玻璃加强的环氧树脂(如3M SP 381，购自3M Aerospace Materials Department，St.Paul，MN)构成的组中的纤维加强复合物，但是，对于本领域的普通技术人员，在参照本说明书后将理解到可以使用其他的纤维加强复合物。在一较佳实施例中，纤维加强复合物是石墨加强的环氧树脂，Fiberite IM7/977-3(环氧树脂预浸处理带)(购自Fiberite，Orange，CA)。
β钛合金层粘接到纤维加强的复合层上，从而产生层状结构。按照本发明，层状物的β钛合金层的屈服强度与弹性模量比同纤维加强的复合层的屈服强度与弹性模量比相似。β钛合金的屈服强度与弹性模量比与纤维加强的复合层的强度与弹性模量比的基本相适配产生一种适用于宽范围使用的轻质、高强度和耐破损材料。
在此使用的“大致相同”指约在40％(百分之四十)的范围内。在本发明的最佳实施例中，β钛合金层的屈服强度与弹性模量比约在纤维加强的复合层的强度与弹性模量比的33％(百分之三十三)范围内。在一特定的较佳实施例中，β钛合金层的屈服强度与弹性模量比约在纤维加强的复合层的强度与弹性模量比的10％(百分之十)范围内。在一较佳实施例中，纤维加强的复合层的设计极限中的极限负载小于最大的设计负载，这样，得到可使用的、约1.2％的强度与弹性模量比，它与β钛合金层的屈服强度与弹性模量比非常接近。
现参照图1，其中示出了本发明的β钛-纤维加强的复合层状物10剖面的侧视图，β钛-纤维加强的复合层状物10包括一层纤维加强的复合物12，它直接粘接到β钛合金层16的表面14上。
参照图2，示出了本发明另一实施例的β钛-纤维加强的复合层状物20剖面的侧视图。与图1所示的实施例相似，该较佳实施例包括一层粘接到β钛合金层16的表面14上的贵金属18，从而在β钛合金层16的表面14与纤维加强的复合层12之间产生一层贵金属18。适用的贵金属包括至少选自一组由金、银和钯组成的一种金属，对于本技术领域的普通技术人员在参照本说明书后应当理解到其他贵金属也是适用的。在一特定的实施例中，贵金属是铂(购自Metal Surfaces，Bell Gardens，CA)。
参照图3，示出了本发明又一实施例的β钛-纤维加强的复合层状物30剖面的侧视图。在该较佳实施例中，β钛-纤维加强的复合层状物30包括多层β钛合金层16，以及夹在它们之间的至少一层纤维加强的复合层12。图3所示的实施例包括夹在三层β钛合金之间的两层纤维加强的复合层。每一层β钛合金16的屈服强度与弹性模量比同至少一层纤维加强的复合层12的强度与弹性模量比大致相同。
β钛合金16可以是至少一种选自由TIMETAL15-3(Ti 15V-3Cr-3Al-3Sn)、BETA 21s(Ti 15Mo-3Al-3Nb)、BETA C(Ti 3Al-8V-6Cr-4Mo)和B120 VCA(Ti 13V-11Cr-3Al)构成的组中的β钛合金，但是，对于本领域的普通技术人员，在参照本说明书后将理解到可以使用其他的β钛合金。在一较佳实施例中，β钛合金是TIMETAL15-3(Ti15V-3Cr-3Al-3Sn)(来自钛金属有限公司，Toronto，OH)。多层β钛合金16可以由同样的β钛合金构成，也可以由不同的β钛合金构成。例如，多层β钛合金的一层可以由BETA21s构成，同时，多个β钛合金层的另一层由TIMETAL15-3构成。
至少纤维加强复合层12的一层是选自由石墨加强的环氧树脂(如购自Hercules Advanced Materials和Systems Company，Magan，UT的HERCULESIM7/8551-7)和S2-玻璃加强的环氧树脂(如3M SP 381，购自3M Aerospace Materials Department，St.Paul，MN)构成的组中的至少一种纤维加强复合物，但是，对于本领域的普通技术人员，在参照本说明书后将理解到可以使用其他的纤维加强复合物。在一较佳实施例中，纤维加强复合物是石墨加强的环氧树脂，Fiberite IM7/977-3(环氧树脂预浸处理带)(购自Fiberite，Orange，CA)。
当存在多于一层的纤维加强复合层时，多个纤维加强复合层12可以由相同的纤维加强复合物构成，也可由不同的纤维加强复合物构成。例如，多层纤维加强复合物的一层可由石墨加强的环氧树脂构成，同时多个纤维加强复合层的另一层可由S2-玻璃加强环氧树脂构成。
参照图4，示出了按照本发明又一实施例的β钛-纤维加强的复合层状物40剖面的侧视图。与图3所示实施例相类似，在该较佳实施例中，包括粘接到每层β钛合金16的每个表面14上的贵金属18层，从而在每个β钛合金层16的每个表面14与每个纤维加强复合层12之间形成贵金属层18。适用的贵金属包括至少选自由金、银和钯构成的组中的一种金属，但是，对于本领域的普通技术人员，在参照本说明书后将理解到可以使用其他的贵金属。在一特定的较佳实施例中，贵金属是铂(购自Metal Surfaces，BellGardens，CA)。
按照本发明的另一方面，提供了一种制备β钛-纤维加强的复合层状物的方法。图5示出了本发明方法一例的流程图。
方法100包括第1步骤110为提供一种具有表面区域和具有第1屈服强度与弹性模量比的β钛合金。接着，该方法的步骤120为在第1预定温度下加热β钛合金一第1预定时间以产生具有第2屈服强度与弹性模量比的β钛合金。然后，该方法的步骤130为将纤维加强复合物粘接到β钛合金以产生β钛-纤维加强的复合层状物。纤维加强复合物具有强度与弹性模量比。在使β钛合金的第2屈服强度与弹性模量比同纤维加强复合物的强度与弹性模量比大致相同的条件下，选定第1预定温度和第1预定时间。
适用的第1预定温度和适用的第1预定时间，可以由本技术领域的普通技术人员在了解了说明书内容后决定并且可以随着所希望的第2屈服强度与弹性模量比加以变化。在一较佳实施例中，第1预定温度约在450℃-700℃之间，第1预定时间约在8小时-16小时之间。在一特定的最佳实施例中，第1预定温度约为510℃，而第1预定时间约为8小时。
在另一较佳实施例中，制备β钛-纤维加强的复合层状物的方法还包括在提供步骤后研磨β钛合金表面的步骤112，从而增大了表面区域，使表面与贵金属敷层之间或者是表面与粘接剂涂层之间的粘接加强。
在另一较佳实施例中，制备β钛-纤维加强的复合层状物的方法还包括在提供步骤之后，在β钛合金的表面贴敷一种贵金属以产生一贴敷的β钛合金的步骤114。贵金属可以选自由金、银和钯构成的组中，但是，对于本领域的普通技术人员，在参照本说明书后将理解到使用其他的贵金属也是适用的。在一较佳实施例中，贵金属为铂。
此外，在另一较佳实施例中，该方法还包括在加热β钛合金后在表面施加底层涂料的步骤122。底层涂料可以选自任何适用的底层涂料，如低固体、高溶解环氧树脂胶，对于本领域普通技术人员在了解了说明书内容后将很容易选定。在一较佳实施例中，底层涂料为EC 3917(购自3MAerospace Materials Department，St.Paul，MN)。
在一较佳实施例中，粘接步骤130包括将粘接剂施加到β钛合金表面以将纤维加强复合层粘接到β钛合金层上。适用的粘接剂可以根据纤维加强复合物的属性加以决定。适用粘接剂的一个例子为AF 191(购自3MAerospace Materials Department，St.Paul，MN)。
粘接步骤130还可以包括在第2预定时间内以第2预定温度加热β钛合金和纤维加强复合物以固化层状物。适用的第2预定温度和适用的第2预定时间可以由本领域普通技术人员在了解说明书内容后作出决定。在一较佳实施例中，第2预定温度约在150℃-200℃之间，而第2预定时间约在45分钟-90分钟之间。在一特定的实施例中，第2预定温度约为180℃，而第2预定时间约为70分钟。
作为固化过程的一部分也可以施加压力，以有助于β钛合金层和纤维加强复合层之间的粘接。适用压力可以由本领域普通技术人员在了解说明书内容后加以决定。在一较佳实施例中，压力约在30-100psi。
本发明方法中适用的β钛合金和适用的纤维加强复合物包括在此公开的用于本发明的β钛-纤维加强的复合层状物的材料。
按照本发明的另一实施例，提供了一种制造制品或其部件的方法。该方法包括按照所公开的方法制备β钛-纤维加强的复合层状物和将β钛-纤维加强的复合层状物结合到制品或部件中。适于由该方法制备的制品或部件所包括的制品需要轻质、高强度的材料。制品或其部件的例子包括机动车或非机动车(如汽车、飞机、火车、自行车、摩托车和宇宙飞船)部件，例如，工字梁、槽钢、支撑杆帽形支撑板、板、蜂窝夹层板表面和各种管子。其它适用的制品包括高尔夫球棍(包括柄和头部)管状结构如垒球棒、雪橇、冲浪板和滑雪板、以及船运容器。
本发明进一步包括制品或其部件，这些制品或其部件由按照本发明的β钛-纤维加强的复合层状物或按照本发明的方法制备的β钛-纤维加强的复合层状物构成。制品或其部件由β钛-纤维加强的复合层状物构成，该β钛-纤维加强的复合层状物有带表面的第1β钛合金层和第1纤维加强复合层，其中，第1β钛合金层的屈服强度与弹性模量比同第1纤维加强复合层的强度与弹性模量比大致相同。制品或其部件还进一步包括第2β钛合金层，使第1纤维加强复合层位于第1β钛合金层和第2β钛合金层之间。第2β钛合金层的屈服强度与弹性模量比同第1纤维加强复合层的强度与弹性模量比大致相同。第1β钛合金层的表面可贴敷一种贵金属，其中，贵金属位于β钛合金的表面与第1纤维加强复合层之间。在一较佳实施例中，贵金属为铂。
图6是帽形支撑板70剖面的侧视图，这种帽形支撑板可见之于航空器上，是将本发明的β钛-纤维加强的复合层状物72粘接到凸缘区域74上的。
按照本发明另一方面，提供了一种制备金属-纤维加强的复合层的方法。该方法包括首先提供一种有表面区域的金属，该金属具有第1屈服强度与弹性模量比。接着，以一预定的温度将金属在第1预定时间中加热，以使金属具有第2屈服强度与弹性模量比。然后，将具有强度与弹性模量比的纤维加强复合物粘接到金属上以产生一种金属-纤维加强复合层。第1预定温度和第1预定时间预先选择，使金属的第2屈服强度与弹性模量比同纤维加强复合物的强度与弹性模量比大致相同。金属的第2屈服强度与弹性模量比约大于1.2％。在一较佳实施例中，金属的第2屈服强度与弹性模量比约大于1.0％。
例1制备β钛-纤维加强的复合层状物的方法和由此方法制成的β钛-纤维加强的复合层状物本发明的β钛-纤维加强的复合层状物是通过如下制备β钛-纤维加强的复合层状物的方法制成。首先，提供一种为0.020英寸直径的、TIMETAL15-3(Ti 15V-3Cr-3Al-3Sn)(购自钛金属有限公司，Toronto，OH)的β钛合金带材卷。这些β钛合金片所具有的第1屈服强度与弹性模量比约为1.1％。接着，按照本技术领域所公知的常识，将带材轧成0.010英寸规格并切割成大致为24英寸×24英寸的单片。
至少在每个β钛合金片的一个表面进行喷砂以增大表面面积，这一点并不是必须的，但这是本技术领域的普通技术人员所公知的。接着，通过本技术领域的普通技术人员所公知的无电加工技术，将一层铂贴敷到片材喷砂后的表面上，以产生贴敷铂的β钛合金片。
然后，在真空室内，以510℃的预定温度，8小时的预定时间，对敷铂的β钛合金加热使之时效硬化。加热导致敷铂的β钛合金片硬化并具有第2屈服强度与弹性模量比为1.2％。除了改变屈服强度与弹性模量比，加热还可以从片材表面除去钛氧化物，从而增进铂粘附于表面的能力。
虽不是必须的，该硬化的、敷铂的β钛合金片也可以通过喷EC 3917(购自3M Aerospace Materials Department，St.Paul，MN)涂上底料。涂有底料的、硬化的、敷铂的β钛合金片允许空气中干燥约1小时，然后在约120℃的预定温度下固化约1小时的预定时间。
然后，将纤维加强复合层附加到涂有底料的、硬化的、敷铂的β钛合金片上，以产生本发明的β钛-纤维加强的复合层状物。每一层纤维加强复合物均包含每层厚度约为0.0052英寸的6片IM7/977-3(环氧树脂预浸处理带)(购自Fiberite，Orange，CA)，每层纤维加强复合物的总体厚度约为0.031英寸。所有的IM7/977-3沿着长度或沿着打算承受大部分负载的方向施加。尽管并不是必须的，但可利用AF191(购自3M Aerospace MaterialsDepartment，St.Paul)胶将IM7/977-3固定到钛片上。然后，用平压机在压力为100psi和温度为180℃情况下，塑化层状物1小时，并且保持100psi的压力冷却到室温。包括两层β钛合金，三层纤维加强复合物和粘接剂的β钛-纤维加强的复合层状物的总厚度约为0.10英寸。
参见图7，示出了按照本实施例制成的β钛-纤维加强的复合层状物50剖面的侧视图。正如图示，层状物50包括三层β钛合金52，每一层上均具有敷铂层54。夹在三层β钛合金52之间的是两层碳纤维预浸处理带(IM7/977-3)56，每层带56均包括6片碳纤维预浸处理带。如图所示，在β钛合金层52上的每个敷铂层54与IM7/977-3之间有一层EC 3917底料58和一层AF191粘接剂60。
虽然本发明参照特定的较佳实施例进行了详细说明，但可以有其它实施例。例如，可利用本发明的β钛-纤维加强的复合层状物构成夹层板，该板包括在如蜂窝状(购自Advanced Honeycomb，San Marcos，CA)隔离结构的任一侧上的本发明β钛-纤维加强的复合层状物。因此，所附上的权利要求书的精神和范围并不限于较佳实施例的描述。
权利要求
1.一种制备β钛-纤维加强的复合层状物的方法，包括步骤为(a)提供一种带有表面区域的β钛合金，它具有第1屈服强度与弹性模量比；(b)在第1时间中第1温度下加热β钛合金以使β钛合金具有第2屈服强度与弹性模量比；以及(c)将具有强度与弹性模量比的纤维加强复合物粘接到β钛合金上以产生β钛-纤维加强的复合层状物；其特征在于，第1温度和第1时间的选定应使β钛合金的第2屈服强度与弹性模量比同纤维加强复合物的强度与弹性模量比大致相同。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在提供步骤(a)后还包括在β钛合金的表面贴敷贵金属以产生一敷β钛合金的步骤。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，贵金属是铂。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在提供步骤(a)之后，还包括研磨β钛合金的表面以增加表面区域的步骤。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在加热步骤(b)后，还包括用底料涂敷表面的步骤。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，底料是低固体、高溶解环氧树脂胶。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，粘接步骤(c)包括将粘接剂涂敷到β钛合金的表面。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，在粘接步骤中的粘接剂是AF 191。
9.按照权利要求21所述的方法，其特征在于，粘接步骤(c)包括在第2温度下以第2时间加热β钛合金和纤维加强复合物。
10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(a)中所提供的β钛合金选自由(Ti 15V-3Cr-3Al-3Sn)，(Ti 15Mo-3Al-3Nb)，(Ti3Al-8V-6Cr-4M)和(Ti 13V-11Cr-3Al)构成的组。
11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(c)的纤维加强复合物选自由石墨加强的环氧树脂和S2-玻璃加强的环氧树脂构成的组中。
12.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)的第1温度约为510℃，而步骤(b)的第1时间约为8小时。
13.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)所产生的β钛合金的第2屈服强度与弹性模量比约在步骤(c)的纤维加强复合物的强度与弹性模量比的40％内。
14.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)所产生的β钛合金的第2屈服强度与弹性模量比约在步骤(c)的纤维加强复合物的强度与弹性模量比的10％内。
15.一种由包括下述步骤的方法制成的β钛-纤维加强的复合层状物，该方法包括如下步骤(a)提供一种带有表面区域的β钛合金，它具有第1屈服强度与弹性模量比；(b)在第1预定温度下以第1预定时间加热β钛合金，从而产生具有第1屈服强度与弹性模量比的β钛合金；以及(c)将具有强度与弹性模量比的纤维加强复合物粘接到β钛合金上以产生β钛-纤维加强的复合层状物；其特征在于，如此选定第1预定温度和第1预定时间，即使β钛合金的第2屈服强度与弹性模量比同纤维加强复合物的强度与弹性模量比大致相同。
16.一种β钛-纤维加强的复合层状物，包括第1层有表面的β钛合金和第1层纤维加强复合物，其特征在于，第1层β钛合金的屈服强度与弹性模量比同第1层纤维加强复合物的强度与弹性模量比大致相同。
17.按照权利要求16所述的β钛-纤维加强的复合层状物，其特征在于，纤维加强复合物贴靠着β钛合金的表面。
18.按照权利要求16所述的β钛-纤维加强的复合层状物，其特征在于，β钛合金的表面涂敷有一种贵金属。
19.按照权利要求18所述的β钛-纤维加强的复合层状物，其特征在于，纤维加强复合物贴靠着贴敷有贵金属的表面。
20.按照权利要求16所述的β钛-纤维加强的复合层状物，其特征在于，β钛合金的表面贴敷有铂。
21.按照权利要求16所述的β钛-纤维加强的复合层状物，其特征在于，还包括第2层带有表面积的β钛合金，其中，第1层纤维加强复合物位于第1层β钛合金的表面与第2层β钛合金的表面之间，第2层β钛合金的屈服强度与弹性模量比同第1层纤维加强复合物的强度与弹性模量比大致相同。
22.按照权利要求16所述的β钛-纤维加强的复合层状物，其特征在于，β钛合金选自由(Ti 15V-3Cr-3Al-3Sn)，(Ti 15Mo-3Al-3Nb)，(Ti3Al-8V-6Cr-4M)和(Ti 13V-11Cr-3Al)构成的组。
23.按照权利要求16所述的β钛-纤维加强的复合层状物，其特征在于，纤维加强复合物选自由石墨加强的环氧树脂和S2-玻璃加强的环氧树脂构成的组。
24.一种β钛-纤维加强的复合层状物，包括多层β钛合金和夹在这些β钛合金之间的至少一层纤维加强复合物，其特征在于，每一层β钛合金屈服强度与弹性模量比同至少一层纤维加强复合物的强度与弹性模量比大致相同。
25.按照权利要求24所述的β钛-纤维加强的复合层状物，其特征在于，在每一层β钛合金和每一层纤维加强复合物之间夹有一层贵金属。
26.按照权利要求24所述的β钛-纤维加强的复合层状物，其特征在于，在每一层β钛合金和每一层纤维加强复合物之间夹有一层铂。
27.按照权利要求24所述的β钛-纤维加强的复合层状物，其特征在于，β钛合金选自由(Ti 15V-3Cr-3Al-3Sn)，(Ti 15Mo-3Al-3Nb)，(Ti3Al-8V-6Cr-4Mo)和(Ti 13V-11Cr-3Al)构成的组。
28.按照权利要求24所述的β钛-纤维加强的复合层状物，其特征在于，纤维加强复合物层选自由石墨加强的环氧树脂和S2-玻璃加强的环氧树脂构成的组。
29.一种制造制品的方法，包括如下步骤(i)按照权利要求1的方法制备β钛-纤维加强的复合层状物；以及(ii)将β钛-纤维加强的复合层状物结合到制品中。
30.按照权利要求29的制造制品的方法，其特征在于，步骤(ii)中的制品是机动车、高尔夫球棍、垒球棒、雪橇、冲浪板、滑雪板、和容器构成的组中的制品。
31.按照权利要求29的制造制品的方法，其特征在于，步骤(ii)中的制品是机动车部件。
32.一种制品或其部件，包括具有带有表面积的第1层β钛合金和第1层纤维加强复合物的β钛-纤维加强的复合层状物，其特征在于，第1层β钛合金的屈服强度与弹性模量比同第1层纤维加强复合物的强度与弹性模量比大致相同。
33.按照权利要求32的制品或其部件，进一步包括第2层β钛合金，其中，第1层纤维加强复合物位于第1层β钛合金和第2层β钛合金之间，其特征在于，第2层β钛合金所具有的屈服强度与弹性模量比同第1层纤维加强复合物的强度与弹性模量比大致相同。
34.按照权利要求32的制品或其部件，其特征在于，第1层β钛合金的表面贴敷一种贵金属，使贵金属位于β钛合金的表面与第1层纤维加强复合物之间。
35.按照权利要求32的制品或其部件，其特征在于，第1层β钛合金的表面贴敷一层铂，其中，铂位于β钛合金的表面与第1层纤维加强复合物之间。
36.按照权利要求32的制品或其部件，其特征在于，纤维加强复合物贴靠着β钛合金的表面。
37.一种制备金属-纤维加强复合层状物的方法，包括如下步骤(a)提供一种带有表面区的金属，其具有第1屈服强度与弹性模量比；(b)在第1温度下以第1时间加热该金属以使该金属具有第2屈服强度与弹性模量比；以及(c)将具有强度与弹性模量比的纤维加强复合物粘接到该金属上以产生一种金属-纤维加强复合层状物；其特征在于，选定第1温度和第1时间以使金属的第2屈服强度与弹性模量比同纤维加强复合物的强度与弹性模量比大致相同；该金属的第2屈服强度与弹性模量比约大于1.2％。
38.一种金属-纤维加强复合层状物，按照包括如下步骤的方法制成，该方法步骤为(a)提供一种带表面区的金属，它具有第1屈服强度与弹性模量比；(b)在第1预定温度下以第1预定时间加热该金属，以使该金属具有第2屈服强度与弹性模量比；以及(c)将具有强度与弹性模量比的纤维加强复合物粘接到该金属上以产生一种金属-纤维加强复合层状物；其特征在于，选定第1预定温度和第1预定时间以使金属的第2屈服强度与弹性模量比同纤维加强复合物的强度与弹性模量比大致相同；以及该金属的第2屈服强度与弹性模量比约大于1.2％。
全文摘要
一种β钛—纤维加强的复合层状物(10)包括至少一层β钛合金(16)和至少一层纤维加强复合物(12),其中,β钛合金(16)层的屈服强度与弹性模量比同第1层纤维加强复合物(12)的强度与弹性模量比大致相同。一种制备β钛－纤维加强的复合层状物(10)的方法包括如下步骤:首先,提供一种具有第1屈服强度与弹性模量比的β钛合金;然后,在第1温度下以第1时间加热该β钛合金以产生具有第2屈服强度与弹性模量比的β钛合金;之后,将具有强度与弹性模量比的纤维加强复合物(12)粘接到β钛合金(16)上以产生β钛－纤维加强的复合层状物(10);其中,第1温度和第1时间是在β钛合金(16)的第1屈服强度与弹性模量比同纤维加强复合物(12)的强度与弹性模量比大致相同情况下选定的。
文档编号B21D39/00GK1207062SQ96199569
公开日1999年2月3日 申请日期1996年11月22日 优先权日1996年11月22日
发明者威廉姆·R·金登 申请人:蒂康普公司