本公开涉及制备金属基体复合材料的方法，该金属基体复合材料包括金属基底与其他材料诸如填充材料的混合物。
背景技术：
金属基体复合材料长期以来由于它们与低重量组合的高强度和刚度的组合而一直被认为是有前途的材料。金属基体复合材料通常包括用纤维或其他填充材料增强的金属基体。
技术实现要素：
本公开提供了用于制备轻质金属基体复合材料的方法。仍然需要形成具有低于金属的包封密度，同时保持某些水平的物理特性的金属基体复合材料的方法。
在一个方面，本公开提供了一种制备多孔金属基体复合材料的方法。该方法包括将金属粉末、多个无机颗粒以及多根不连续纤维混合，从而形成混合物。该方法还包括将混合物烧结，从而形成多孔金属基体复合材料。通常，无机颗粒和不连续纤维分散在金属中。
在本公开的示例性实施方案中获得了各种意料不到的结果和优点。本公开的至少一个示例性实施方案的一个优点是制造了一种多孔金属基体复合材料，该金属基体复合材料包含分散在金属中的无机颗粒和不连续纤维，表现出低于金属的包封密度和可接受的屈服强度(例如，在拉伸应力-应变曲线中的塑性屈服)两者。此外，根据本公开的至少一些示例性实施方案，不必须在无机颗粒上使用任何涂层来提供具有有效地分散在金属中的无机颗粒的金属基体复合材料。在本公开的至少一些示例性实施方案中，无机颗粒在金属基体复合材料内通常是完整的，具有最小限度的破碎颗粒。
本公开的上述发明内容并非旨在描述本公开的每个公开实施方案或每种实施方式。以下描述更为具体地举例说明了示例性实施方案。在本申请全文的若干处，通过实施例列表提供了指导，这些实施例能够以各种组合使用。在每种情况下，引用的列表仅用作代表性的组，而不应被理解为排他性列表。
附图说明
结合附图来考虑本公开的各种实施方案的以下详细描述可更全面地理解本公开，其中：
图1为根据本公开的一个示例性实施方案制造的金属基体复合材料的示意性横截面视图。
图2为根据本公开制备的示例性和比较性基体的应力-应变曲线的图。
图3为另外的示例性基体和比较性基体的应力-应变曲线的图。
图4为另外的示例性基体和比较性基体的应力-应变曲线的图。
图5为另一示例性基体的应力-应变曲线的图。
图6为另一示例性基体的应力-应变曲线的图。
图7为另一示例性基体的应力-应变曲线的图。
虽然可能未按比例绘制的以上附图阐释了本公开的实施方案，但还可以设想其他实施方案，如在具体实施方式中所指出。
具体实施方式
对于以下定义术语的术语表，除非在权利要求书或说明书中的别处提供不同的定义，否则整个申请应以这些定义为准。
术语表
在整个说明书和权利要求书中使用某些术语，虽然大部分为人们所熟知，但仍可需要作出一些解释。应当理解，如本文所用：
如本说明书和所附实施方案中所用，除非内容清楚指示其它含义，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括多个指代物。如本说明书和所附实施方案中所使用的，除非内容清楚指示其它含义，否则术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用。
如本说明书中所用的，通过端点表述的数值范围包括该范围内所包括的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.8、4和5)。
除非另外指明，否则本说明书和实施方案中所使用的表达量或成分、特性测量等的所有数值在所有情况下均应理解成由术语“约”来修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附实施方案列表中示出的数值参数可根据本领域的技术人员利用本公开的教导内容寻求获得的期望特性而变化。最低程度上说，并且在不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的实施方案的范围内的情况下，至少应根据所报告的数值的有效数位并通过应用惯常的四舍五入法来解释每个数值参数。
术语“包括”及其变型形式在说明书和权利要求书中出现这些术语的地方不具有限制的含义。
词语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些有益效果的本公开实施方案。然而，在相同的情况或其它情况下，其它实施方案也可是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其它实施方案是不可用的，并且并不旨在将其它实施方案排除在本公开的范围之外。
整个本说明书中提及的“一个实施方案”、“某些实施方案”、“一个或多个实施方案”或“实施方案”，无论在术语“实施方案”前是否包括术语“示例性的”都意指结合该实施方案描述的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的某些示例性实施方案中的至少一个实施方案中。因此，在整个说明书的各处出现的短语诸如“在一个或多个实施方案中”、“在某些实施方案中”、“在一个实施方案中”、“在许多实施方案中”或“在实施方案中”未必是指本公开的某些示例性实施方案的相同实施方案。此外，特定特征部、结构、材料或特征可在一个或多个实施方案中以任何合适的方式组合。
相对于金属基体中的一种或多种填料的术语“分散的”是指一种或多种填料遍布于金属基体中，例如从而提供包括金属和一种或多种填料的基本上均匀的金属基体复合材料。这与金属基体复合材料的多个区域具有高达至少两倍于金属基体复合材料的不同位置中的一个区域的一种或多种填料的浓度形成对比(例如，金属基体复合材料内的填料的层或簇)。尽管可能观察到足够小体积的其中一种或多种填料不完全均匀分布在金属基体中的金属基体复合材料，一种或多种填料仍然分散在金属中。
术语“烧结”是指通过在不完全液化的情况下加热粉末材料而使其聚结成固体或多孔物质。任选地，粉末材料在烧结期间还被压缩。
相对于颗粒的术语“包封密度”是指质量除以包封体积。“包封体积”是指每个颗粒中的固体和颗粒中的任何空隙的体积的总和。类似地，相对于金属基体复合材料的术语“包封密度”是指质量除以包封体积，其中“包封体积”是指金属基体复合材料中的固体和金属基体复合材料中的任何空隙的体积的总和。
相对于多孔颗粒的术语“骨架密度”是指质量除以骨架体积。“骨架体积”是指颗粒内的固体材料和任何闭合孔的体积的总和。
相对于玻璃泡的术语“平均真密度”是指玻璃泡的密度的平均值，而不是一定体积的玻璃泡的密度(其取决于所述体积中的玻璃泡的压实度)。
术语“塑性屈服”是指发生材料的预先确定的量的永久性变形时的应力。
术语“拉伸塑性屈服”是指在材料受到拉伸力时发生材料的预先确定的量的永久性变形时的应力。
术语“软化点”是指材料(例如，处于固相)在其自身重量下开始塌落的温度或温度范围。对于具有明确熔点的材料(例如，金属)而言，软化点通常被认为是金属或金属合金的熔点。然而，对于不具有明确熔点的材料而言，软化点可以是材料的弹性性能变成塑性流动时的温度。例如，玻璃、玻璃陶瓷或瓷的软化点可发生在材料的玻璃化转变温度下，并且可由107.65泊的粘度限定。玻璃的软化点通常例如通过维卡特(Vicat)法(例如，ASTM-D1525或ISO 306)或通过热挠曲测试(Heat Deflection Test)(例如，ASTM-D648)测定。
相对于玻璃泡的术语“未涂覆的”是指不存在施加至玻璃泡的外部表面的任何附加材料(即，具有不同于玻璃的组成)。
术语“屈服强度”是指被认为材料的塑性伸长已经开始时的应力。如本文所用，屈服强度在0.2％的偏置下测定。ASTM B557M-15公开了“7.6屈服强度—在0.2％的偏置下通过偏置法测定屈服强度。材料的合格或不合格可基于负载下延伸法(Extension-Under-Load Method)决定。对于仲裁测试，应使用偏置法。7.6.1偏置法—为了通过“偏置法”测定屈服强度，必须确保数据(自动记录或数值)，可由所述数据绘制应力-应变图表。接着在应力-应变图表(图16)上，放弃(lay off)等于偏置的指定值的Om，绘制平行于OA的mn，并且因此定位r，mn与应力-应变图表的相交处(注释12)。在报告通过此方法获得的屈服强度的值时，所用的“偏置”的指定值应在术语屈服强度之后在括号中说明。因此：屈服强度(偏置＝0.2％)＝360MPa”。
术语“过渡氧化铝”是指从氢氧化铝至α氧化铝的任何氧化铝。特定的过渡氧化铝颗粒包括δ氧化铝、η氧化铝、θ氧化铝、χ氧化铝、k氧化铝、ρ氧化铝以及γ氧化铝。过渡氧化铝颗粒在氢氧化铝或氧基氢氧化铝(aluminum oxy hydroxide)的热处理期间生成。热力学最稳定形式通常为α氧化铝。
现在将描述本公开的各种示例性实施方案。在不脱离本公开实质和范围的情况下，可对本公开的示例性实施方案进行各种修改和更改。因此，应当理解，本公开的实施方案并不限于以下所述的示例性实施方案，而应受权利要求书及其任何等同物中示出的限制因素的控制。
在一个方面，本公开提供了一种制备多孔金属基体复合材料的方法。该方法包括将金属粉末、多个无机颗粒以及多根不连续纤维混合形成混合物。该方法还包括将混合物烧结，以形成多孔金属基体复合材料。
在一些实施方案中，手动实施金属粉末、无机颗粒以及不连续纤维的混合，诸如通过用手振摇保持材料的容器。通常，持续实施振摇至少15秒、至少20秒、至少30秒、至少45秒或至少60秒，并且最多至2分钟、最多至100秒、最多至90秒或最多至70秒。当手动混合用于金属基体复合材料的组分时，任选地将保持材料的容器翻转至少一次。在某些实施方案中，使用声学混合器、机械混合器、振摇器台或转筒机实施金属粉末、无机颗粒以及不连续纤维的混合。使用设备的混合可类似地持续实施至少15秒、至少20秒、至少30秒、至少45秒或至少60秒，并且最多至2分钟、最多至100秒、最多至90秒或最多至70秒。通过混合组分产生的混合物包括分散在金属粉末中的无机颗粒和不连续纤维。如上文所论述，具有分散在金属粉末中的无机颗粒和不连续纤维提供基本上均匀的混合物。
在混合之后，将混合物烧结。在大多数实施方案中，持续实施烧结至少30分钟、至少60分钟、至少90分钟或至少2小时、并且最多至3小时或最多至24小时的时间；诸如在30分钟与3小时之间(包括端值)。通常，混合物在模具(例如，模)中烧结。通常在热压机或熔炉中在以下温度下实施烧结：至少250摄氏度(℃)、至少300℃、至少400℃、至少500℃或至少600℃、并且最高至1,000℃、最高至900℃、最高至800℃或最高至700℃；诸如在250℃与1,000℃之间(包括端值)或在400℃与900℃之间或在600℃与800℃之间。在许多实施方案中，温度以稳定速率增加，直到达到期望的最大温度。
在某些实施方案中，烧结还包括向模具中的混合物施加压力。例如，任选地在以下压力下实施烧结：至少4兆帕(MPa)、至少5MPa、至少7MPa、至少10MPa、至少12MPa、至少15MPa或至少20MPa；并且最高至200MPa、最高至150MPa、最高至100MPa、最高至75MPa、最高至50MPa或最高至25MPa；诸如在4MPa与200MPa之间(包括端值)、在4MPa与50MPa之间(包括端值)或在15MPa与200MPa之间(包括端值)。在某些实施方案中，在释放所施加的压力之后用惰性气体(例如，氮气或氩气)冲洗模具。
在烧结过程之后，可使金属基体复合材料冷却(例如，在热压机或熔炉内或外部)。在一些实施方案中，使金属基体复合材料熔炉冷却(即，通过关闭熔炉并且等待金属基体复合材料自己冷却下来)。在其他实施方案中，使冷却剂，例如且不限于惰性气体(例如，氮气、氩气等)通过热压机或熔炉以帮助金属基体复合材料更快冷却下来。
参考图1，提供了根据本公开的示例性实施方案制备的多孔金属基体复合材料100的示意性横截面视图。多孔金属基体复合材料100包括金属10、多个无机颗粒12以及多根不连续纤维14。无机颗粒12和不连续纤维14分散在金属10中。为简明起见，金属基体复合材料被示出为具有单片形状；然而，金属基体复合材料可取决于预期应用被成形为多个各种形状。金属基体复合材料适用于诸如建筑、汽车和电子的工业，其中特定金属组分可替代为金属基体复合材料组分。
在许多实施方案中，金属包括多孔基体结构。多孔基体结构通常由粉末金属获得，其中粉末包含金属结构，其中气体(例如，空气)被掺入固体金属结构中。通常，金属的存在量为金属基体复合材料的50重量％或更多、55重量％或更多、60重量％或更多、65重量％或更多、70重量％或更多或75重量％或更多；并且存在量为95重量％或更少、90重量％或更少、85重量％或更少或80重量％或更少。换句话讲，金属的存在量可在金属基体复合材料的50重量％与95重量％之间(包括端值)或在金属基体复合材料的70重量％与95重量％之间(包括端值)。金属包括铝、镁或它们的合金(即，铝合金或镁合金)。合适的金属包括例如且不限于纯铝(具有至少99.0％的纯度的铝粉末，例如，AA1100、AA1050、AA1070等，诸如可从肯塔基州路易维尔的爱卡(Eckart(Louisville,KY))商购获得的纯铝粉末)；或包含铝和按质量计0.2％至2％的另一金属的铝合金。此类合金包括：Al—Cu合金(AA2017等)、Al—Mg合金(AA5052等)、Al—Mg—Si合金(AA6061等)、Al—Zn—Mg合金(AA7075等)以及Al—Mn合金，其单独存在或作为两者或更多者的混合物存在。各种合适的金属粉末可从新泽西州上萨德尔里弗的大西洋设备工程公司(Atlantic Equipment Engineers(Upper Saddle River,NJ))商购获得。
通常，当金属以粉末的形式使用时，金属粉末包括的平均粒度如下：300纳米(nm)或更大、400nm或更大、500nm或更大、750nm或更大、1微米(μm)或更大、2μm或更大、5μm或更大、7μm或更大、10μm或更大、20μm或更大、35μm或更大、50μm或更大或75μm或更大；以及100μm或更小、75μm或更小、50μm或更小、35μm或更小或25μm或更小。换句话讲，金属粉末包括的平均粒度范围在300nm与100μm之间(包括端值)；范围在1μm与100μm之间(包括端值)；或范围在1μm与50μm之间(包括端值)。粒度可例如使用光显微镜和激光衍射进行分析。
合适的无机颗粒包括具有2.00克/立方厘米或更小、1.75克/立方厘米或更小、1.50克/立方厘米或更小、1.25克/立方厘米或更小或1.00克/立方厘米或更小的最大包封密度的颗粒。通常，多个无机颗粒包括大致球形形状或针形形状，而在一些实施方案中，无机颗粒包括多空腔泡。颗粒通常具有2:1或更小的最长轴线与最短轴线的长宽比。
通常，多个无机颗粒包括的平均粒度如下：50纳米(nm)或更大、250nm或更大、500nm或更大、750nm或更大、1微米(μm)或更大、2μm或更大、5μm或更大、7μm或更大、10μm或更大、20μm或更大、35μm或更大、50μm或更大、75μm或更大或100μm或更大；并且5毫米(mm)或更小、3mm或更小、2mm或更小、1mm或更小、750μm或更小、500μm或更小或250μm或更小。换句话讲，多个无机颗粒包括的平均粒度的范围在50nm与5mm之间(包括端值)；范围在1μm与1mm之间(包括端值)；或范围在10μm与500μm之间(包括端值)。
不特别限制分散在金属中的无机颗粒的量。多个无机颗粒的存在量通常为金属基体复合材料的至少1重量％、至少2重量％、至少5重量％、至少8重量％、至少10重量％、至少15重量％或金属基体复合材料的至少20重量％；并且最多至金属基体复合材料的50重量％、最多至28重量％、最多至26重量％、最多至24重量％或最多至22重量％。在某些实施方案中，无机颗粒在金属基体复合材料中的存在量在金属基体复合材料的1重量％与30重量％之间或在2重量％与25重量％之间或在2重量％与15重量％之间(包括端值)。包括少于1重量％的无机颗粒导致金属基体复合材料的包封密度的最小降低，而包括多于30重量％的无机颗粒对金属基体复合材料的机械特性产生不利影响，这是由于金属基体复合材料包含不足量的金属和纤维。
在某些实施方案中，多个无机颗粒包括多孔颗粒。如本文所用，“多孔颗粒”是指自身具有孔的颗粒以及在无孔初级颗粒的至少一些之间包括孔的无孔初级颗粒的团聚物。可用的多孔颗粒的示例包括例如且不限于多孔金属氧化物颗粒、多孔金属氢氧化物颗粒、多孔金属碳酸盐、多孔碳颗粒、多孔二氧化硅颗粒、多孔脱水铝硅酸盐颗粒、多孔脱水金属水合物颗粒、沸石颗粒、多孔玻璃颗粒、膨胀珍珠岩颗粒、膨胀蛭石颗粒、多孔硅酸钠颗粒、工程化多孔陶瓷颗粒、无孔初级颗粒的团聚物或它们的组合。在某些实施方案中，金属氧化物、金属氢氧化物或金属碳酸盐的金属选自铝、镁、锆、钙或它们的组合。在选择实施方案中，多孔颗粒包括多孔氧化铝颗粒、多孔碳颗粒、多孔二氧化硅颗粒、多孔氢氧化铝颗粒或它们的组合。多孔颗粒通常已经将相关的水从其中除去，通常通过加热多孔颗粒。任选地，多孔颗粒包括过渡氧化铝颗粒。合适的多孔颗粒包括例如且不限于，可从伊利诺伊州德斯普兰斯的UOP有限责任公司(UOP LLC(Des Plaines,IL))商购获得的Versal 250勃姆石粉末、YH-D 16勃姆石粉末(中国山东的淄博盈合化工有限公司(Zibo Yinghe Chemical Company,Ltd.(Shandong,China)))以及Alumax PB300勃姆石(密歇根州安娜堡的PIDC国际(PIDC International(Ann Arbor,MI)))。
在某些实施方案中，多个无机颗粒包括陶瓷泡或玻璃泡。用于陶瓷泡和玻璃泡的合适的材料包括，例如且不限于，氧化铝、铝硅酸盐、二氧化硅或它们的组合。可商购获得的玻璃泡包括，例如，LightStar、EconoStar以及High Alumina漂珠(cenosphere)，可从马萨诸塞州埃姆斯伯里的Cenostar公司商购获得(Cenostar Corporation(Amesbury,MA))。优选地，陶瓷泡和玻璃泡是未涂覆的(例如，用金属材料，其已经用于帮助金属基体对所述泡的润湿)。
在其中金属具有高熔点(例如铝)并且无机颗粒为玻璃泡的实施方案中，多个(例如未涂覆的)玻璃泡有利地包含持续至少2小时承受至700摄氏度的温度的加热而不软化的玻璃。耐高温玻璃泡的使用允许将它们掺入金属基体复合材料中，所述金属基体复合材料否则将在足够高以损坏玻璃泡的温度下制备，诸如通过将至少一些玻璃泡软化至它们变形和/或破坏的点。
一类合适的玻璃泡包括当与去离子水一起搅拌2小时时在去离子水中每克玻璃泡浸出少于100微克钠离子的泡。具有这种低钠浸出率的玻璃泡的优点是它们可用于其中钠离子的浸出通常不可接受的电子应用。在一个实施方案中，用于制备此类低钠玻璃泡的合适的化合物包括二氧化硅、石灰、硼酸、磷酸钙、已煅烧的硅酸铝以及硅酸镁。在某些实施方案中，此类低钠玻璃泡表现出在717℃与735℃之间(包括端值)的软化温度，如通过热膨胀测定法所测量的。
优选地，无机颗粒包括未涂覆的无机颗粒。有利地，采用未涂覆的无机颗粒提供材料成本和涂覆时间的节省。根据本公开的至少某些实施方案的方法制备多孔金属基体复合材料，其中无机颗粒分散在金属中，并且不需要任何另外的材料改善无机颗粒与金属之间的接触。
分散在金属基体复合材料中的多根不连续纤维不受具体限制，并且例如包括无机纤维，诸如玻璃、氧化铝、铝硅酸盐、碳、玄武岩或它们的组合。更具体地讲，在某些实施方案中，纤维包含至少一种金属氧化物、氧化铝、氧化铝-二氧化硅或它们的组合。不连续纤维具有小于5厘米的平均长度，其倾向于比较长的纤维更有利于在金属基体中的分散。在许多实施方案中，纤维具有比用于形成金属基体复合材料的模或模具的最小尺寸更短的平均长度，以使纤维的取向不受模或模具的限制。通常，纤维长度与模或模具的最小尺寸的比率为<1:1。在某些实施方案中，不连续纤维的平均长度小于4厘米、小于3厘米或小于2厘米。不连续纤维可由连续纤维形成，例如，通过本领域已知的方法，诸如短切和研磨。通常，多根不连续纤维包括10:1或更大的长宽比。
合适的不连续纤维可具有多种组成，诸如陶瓷纤维。陶瓷纤维可以连续长度产生，如本文所论述将其短切或剪切以提供本公开的陶瓷纤维。陶瓷纤维可由多种可商购获得的陶瓷长丝产生。可用于形成陶瓷纤维的长丝的示例包括以商标NEXTEL(明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,MN))出售的陶瓷氧化物纤维。NEXTEL是在操作温度下具有低伸长率和收缩率的连续长丝陶瓷氧化物纤维，并且提供良好的耐化学品性、低热导率、抗热冲击性以及低孔隙率。NEXTEL纤维的具体示例包括NEXTEL 312、NEXTEL 440、NEXTEL 550、NEXTEL 610以及NEXTEL 720。NEXTEL 312和NEXTEL 440是包括Al2O3、SiO2和B2O3的耐火铝硼硅酸盐。NEXTEL 550和NEXTEL 720为铝硅(aluminosilica)并且NEXTEL 610为氧化铝。在制造过程中，用在纺织品加工中用作助剂的有机涂料(sizing)或涂饰剂涂覆NEXTEL长丝。涂料可包括使用淀粉、油、蜡或施涂至长丝股的其他有机成分以保护和帮助处置。涂料可通过持续1至4小时在700℃的温度下热清洁长丝或陶瓷纤维而从陶瓷长丝上除去。
陶瓷纤维可切割或短切，以便提供相对均匀的长度，这可通过在机械剪切操作或激光切割操作，连同其他切割操作中切割陶瓷材料的连续长丝来实现。由于此类切割操作的高度受控的性质，陶瓷纤维的尺寸分布非常窄并且允许控制复合材料特性。
陶瓷纤维的长度可例如，使用装配有CCD相机(奥林巴斯(Olympus)DP72，日本东京(Tokyo,Japan))和分析软件(奥林巴斯Stream Essentials(Olympus Stream Essentials)，日本东京)的光学显微镜(奥林巴斯MX61，日本东京)测定。可通过将陶瓷纤维的代表性取样铺在载玻片上并且在10X放大倍数下测量至少200根陶瓷纤维的长度来制备样品。
合适的纤维包括例如，可以商品名NEXTEL(可购自明尼苏达州圣保罗的3M公司)购得的陶瓷纤维，诸如NEXTEL 312、440、610和720。一种当前优选的陶瓷纤维包含多晶α-Al2O3。合适的氧化铝纤维描述于例如美国专利4,954,462(伍德(Wood)等人)和美国专利5,185,299(伍德等人)中。示例性α氧化铝纤维以商品名称NEXTEL 610(明尼苏达州圣保罗的3M公司)销售。在一些实施方案中，氧化铝纤维是多晶α氧化铝纤维，并且包括(根据理论氧化物)大于99重量％的Al2O3以及0.2-0.5重量％的SiO2，基于氧化铝纤维的总重量计。在其他实施方案中，一些可取的多晶α氧化铝纤维包含平均晶粒尺寸小于1微米(或甚至在一些实施方案中小于0.5微米)的α氧化铝。在一些实施方案中，多晶α氧化铝纤维具有至少1.6GPa(在一些实施方案中，为至少2.1GPa或甚至至少2.8GPa)的平均拉伸强度。合适的铝硅酸盐纤维描述于例如美国专利4,047,965(卡斯特(Karst)等人)中。示例性铝硅酸盐纤维由3M公司(明尼苏达州圣保罗)以商品名称NEXTEL 440和NEXTEL 720销售。铝硼硅酸盐纤维描述于例如美国专利3,795,524(索曼(Sowman))中。示例性铝硼硅酸盐纤维由3M公司以商品名称NEXTEL 312销售。氮化硼纤维可以例如如美国专利3,429,722(伊科诺米(Economy))和美国专利5,780,154(冈野(Okano)等人)中所述的那样制成。
陶瓷纤维也可由其他合适的陶瓷氧化物长丝形成。此类陶瓷氧化物长丝的示例包括可购自中央玻璃纤维集团有限公司(Central Glass Fiber Co.,Ltd.)的那些(例如，EFH75-01、EFH150-31)。还优选的是包含少于约2％碱或基本上不含碱的铝硼硅酸盐玻璃纤维(即，“E-玻璃”纤维)。E-玻璃纤维可购自多个商业供应商。
不特别限制分散在金属基体复合材料中的不连续纤维的量。多根纤维的存在量通常为金属基体复合材料的至少1重量％、至少2重量％、至少3重量％、至少5重量％、至少10重量％、至少15重量％、至少20重量％或金属基体复合材料的至少25重量％；并且最多至金属基体复合材料的50重量％、最多至45重量％、最多至40重量％或最多至35重量％。在某些实施方案中，纤维在金属基体复合材料中的存在量在金属基体复合材料的1重量％与50重量％之间或在2重量％与25重量％之间或在5重量％与15重量％之间(包括端值)。包括少于1重量％的纤维导致金属基体复合材料的强度的最小增加，而包括多于50重量％的纤维对金属基体复合材料的包封密度产生不利影响，这是由于金属基体复合材料包含不足量的金属和无机颗粒。在某些实施方案中，多个无机颗粒和多根不连续纤维以在金属基体复合材料的5重量％与50重量％之间(包括端值)的量组合存在。
有利地，金属基体复合材料表现出减小的包封密度(与纯金属相比)和可接受的机械特性。例如，金属基体复合材料通常具有在1.35与2.70克/立方厘米之间(包括端值)或在1.80与2.50克/立方厘米之间(包括端值)的包封密度。例如，金属基体复合材料可具有至少1.60克/立方厘米、至少1.75克/立方厘米、至少1.90克/立方厘米、至少2.00克/立方厘米、至少2.10克/立方厘米或至少2.25克/立方厘米的包封密度；以及最高至2.70克/立方厘米、最高至2.60克/立方厘米、最高至2.50克/立方厘米、最高至2.40克/立方厘米或最高至2.30克/立方厘米的包封密度。
在某些实施方案中，金属包括铝或其合金，并且金属基体复合材料具有的包封密度在1.80与2.50克/立方厘米之间(包括端值)；在2.00与2.30克/立方厘米之间(包括端值)；或在1.80与2.20克/立方厘米之间(包括端值)。
在某些实施方案中，金属包括镁或其合金，并且金属基体复合材料具有的包封密度在1.35与1.60克/立方厘米之间(包括端值)；在1.55与1.60克/立方厘米之间(包括端值)；或在1.35与1.50克/立方厘米之间(包括端值)。
有利地，在许多实施方案中，金属基体复合材料具有比金属的密度小至少8％(或小至少10％、小至少12％、小至少15％或小至少17％)的包封密度，并且可在断裂之前承受1％的应变。这种特性组合提供金属的轻质化并且在金属基体复合材料中保持一些金属特征。具体地讲，金属基体复合材料在拉伸测试中优选地在破坏之前表现出屈服强度。在某些实施方案中，金属基体复合材料具有50兆帕或更大、75兆帕或更大、100兆帕或更大、150兆帕或更大或200兆帕或更大的屈服强度。
据发现，本公开的至少某些示例性实施方案的金属基体复合材料表现出显示出塑性屈服性能的应力-应变曲线，并且本公开的至少某些示例性实施方案的金属基体复合材料表现出显示出拉伸塑性屈服性能的应力-应变曲线。也就是说，应力-应变曲线表现出塑性流动的区域。塑性屈服曲线和拉伸塑性屈服曲线与纯脆性破坏机制形成对比。也就是说，纯脆性性能在应力-应变曲线内仅表现出弹性区域，而没有(或极小)塑性流动区域。令人惊讶的是，根据本公开的至少一些实施方案的金属基体复合材料中作为填料的无机颗粒和不连续纤维的组合在测试时提供塑性屈服曲线和/或拉伸塑性屈服性能。例如，参考图3，包含纤维和多孔无机颗粒两者的实施例13(在下文详细描述)的应力-应变曲线在脆性破坏机制之前显示出屈服。在某些实施方案中，金属基体复合材料在断裂之前可承受1％、1.5％或2％的应变。此外，令人意想不到的是，与在烧结(尤其是在施加压力下的烧结)期间被推动到多孔无机颗粒的一些孔中相反，金属粉末保持与多孔无机颗粒分开。有意思的是，多孔无机颗粒另外在烧结期间不倾向于变得损坏(例如，碎裂或压碎)，而是保持它们的多孔骨架结构。
在许多实施方案中，金属基体复合材料表现出25兆帕(MPa)或更大，诸如40MPa或更大、50MPa或更大、75MPa或更大、100MPa或更大、150MPa或更大、200MPa或更大、250MPa或更大或300MPa或更大的极限拉伸强度。这还可用于考虑金属基体复合材料的拉伸强度，因其与金属基体复合材料的包封密度相关，因为通常拉伸强度在复合材料的轻质化过程中被牺牲。在一些实施方案中，金属基体复合材料具有在1.80与2.50克/立方厘米之间(包括端值)的包封密度以及50MPa或更大、100MPa或更大、150MPa或更大、200MPa或更大、250MPa或更大或300MPa或更大的极限拉伸强度。
有利地，在某些实施方案中，在不需要除无机颗粒和不连续纤维之外的填料的情况下获得期望的机械特性。在此类实施方案中，金属基体复合材料基本上由金属、多个无机颗粒以及多根不连续纤维组成。金属基体复合材料因此还可包含不显著影响金属基体复合材料的机械特性的添加剂。相比之下，基本上由金属、多个无机颗粒以及多根不连续纤维组成的金属基体复合材料不可另外包括添加剂，诸如用于帮助填料的分散的材料。
根据本公开的方面的金属基体复合材料可根据熟练从业者已知的各种合适的方法制备，包括粉末冶金工艺，诸如热压、粉末挤出、热轧、加热之后进行温轧、冷压实和烧结以及热等静压。在一个实施方案中，金属基体复合材料可通过将金属粉末、多个无机颗粒以及多根不连续纤维混合以将无机颗粒和不连续纤维分散在金属粉末中，之后将混合物烧结以形成金属基体复合材料来制备。例如，这种粉末冶金方法在下文详细描述于实施例1中。
示例性实施方案
实施方案1为一种制备多孔金属基体复合材料的方法。所述方法包括将金属粉末、多个无机颗粒以及多根不连续纤维混合，从而形成混合物。所述方法还包括将所述混合物烧结，从而形成所述多孔金属基体复合材料。
实施方案2为根据实施方案1所述的方法，其中将所述混合物在模具中烧结。
实施方案3为根据实施方案1或实施方案2所述的方法，其中在介于250摄氏度与1,000摄氏度之间并包括端值的温度下实施所述烧结。
实施方案4为根据实施方案1至3中任一项所述的方法，其中所述烧结包括施加的压力。
实施方案5为根据实施方案4所述的方法，其中在介于4兆帕与200兆帕之间并包括端值的压力下实施所述烧结。
实施方案6为根据实施方案1至5中任一项所述的方法，其中在30分钟与3小时之间并包括端值的时间持续实施所述烧结。
实施方案7为根据实施方案1至6中任一项所述的方法，其中使用声学混合器、机械混合器或转筒机实施所述混合。
实施方案8为根据实施方案1至7中任一项所述的方法，其中所述混合物包括分散在所述金属粉末中的所述无机颗粒和所述不连续纤维。
实施方案9为根据实施方案1至8中任一项所述的方法，其中所述金属基体复合材料具有比所述金属的密度小至少8％的包封密度并且能够在断裂之前承受1％的应变。
实施方案10为根据实施方案9所述的方法，其中所述金属基体复合材料能够在断裂之前承受2％的应变。
实施方案11为根据实施方案1至10中任一项所述的方法，其中所述金属基体复合材料具有50兆帕或更大的屈服强度。
实施方案12为根据实施方案1至11中任一项所述的方法，其中所述金属基体复合材料具有100兆帕或更大的屈服强度。
实施方案13为根据实施方案1至12中任一项所述的方法，其中所述金属基体复合材料具有100兆帕或更大的极限拉伸强度。
实施方案14为根据实施方案1至13中任一项所述的方法，其中所述金属基体复合材料具有200兆帕或更大的极限拉伸强度。
实施方案15为根据实施方案1至14中任一项所述的方法，其中所述金属基体复合材料具有300兆帕或更大的极限拉伸强度。
实施方案16为根据实施方案1至15中任一项所述的方法，其中所述多个无机颗粒包括多孔颗粒。
实施方案17为根据实施方案16所述的方法，其中所述多孔颗粒具有2克/立方厘米或更小的最大包封密度。
实施方案18为根据实施方案15或实施方案16所述的方法，其中所述多孔颗粒包括多孔金属氧化物颗粒、多孔金属氢氧化物颗粒、多孔金属碳酸盐、多孔碳颗粒、多孔二氧化硅颗粒、多孔脱水铝硅酸盐颗粒、多孔脱水金属水合物颗粒、沸石颗粒、多孔玻璃颗粒、膨胀珍珠岩颗粒、膨胀蛭石颗粒、多孔硅酸钠颗粒、工程化多孔陶瓷颗粒、无孔初级颗粒的团聚物或它们的组合。
实施方案19为根据实施方案16至18中任一项所述的方法，其中所述多孔颗粒包括多孔氧化铝颗粒、多孔碳颗粒、多孔二氧化硅颗粒、多孔氢氧化铝颗粒或它们的组合。
实施方案20为根据实施方案19所述的金属基体复合材料，其中所述多孔颗粒包括过渡氧化铝颗粒。
实施方案21为根据实施方案1至15中任一项所述的方法，其中所述多个无机颗粒包括陶瓷泡或玻璃泡。
实施方案22为根据实施方案21所述的方法，其中所述玻璃泡包含持续至少2小时承受至700摄氏度的温度的加热而不软化的玻璃。
实施方案23为根据实施方案21或实施方案22所述的方法，其中所述玻璃泡当与去离子水一起搅拌2小时时在所述去离子水中每克玻璃泡浸出少于100微克的钠离子。
实施方案24为根据实施方案1至23中任一项所述的方法，其中所述多个无机颗粒包括2克/立方厘米或更小的最大包封密度。
实施方案25为根据实施方案21至23中任一项所述的方法，其中所述多个无机颗粒包括氧化铝、铝硅酸盐、二氧化硅或它们的组合。
实施方案26为根据实施方案18至21、24或25中任一项所述的方法，其中所述无机颗粒包括多空腔泡。
实施方案27为根据实施方案1至26中任一项所述的方法，其中所述多个无机颗粒具有基本上球形形状或针形形状。
实施方案28为根据实施方案1至27中任一项所述的方法，其中所述多个无机颗粒具有范围在50纳米(nm)与5毫米(mm)之间并包括端值的平均粒度。
实施方案29为根据实施方案1至28中任一项所述的方法，其中所述多个无机颗粒具有范围在1微米(μm)与1mm之间并包括端值的平均粒度。
实施方案30为根据实施方案1至29中任一项所述的方法，其中所述多个无机颗粒具有范围在10μm与500μm之间并包括端值的平均粒度。
实施方案31为根据实施方案1至30中任一项所述的方法，其中所述多根不连续纤维包含玻璃、氧化铝、铝硅酸盐、碳、玄武岩或它们的组合。
实施方案32为根据实施方案1至31中任一项所述的方法，其中所述多根不连续纤维具有10:1或更大的长宽比。
实施方案33为根据实施方案1至32中任一项所述的方法，其中所述金属包括多孔基体结构。
实施方案34为根据实施方案1至33中任一项所述的方法，其中所述金属包括铝或其合金。
实施方案35为根据实施方案1至34中任一项所述的方法，其中所述金属基体复合材料具有在1.80与2.50克/立方厘米之间并包括端值的包封密度。
实施方案36为根据实施方案1至34中任一项所述的方法，其中所述金属基体复合材料具有在2.00与2.30克/立方厘米之间并包括端值的包封密度。
实施方案37为根据实施方案1至34中任一项所述的方法，其中所述金属基体复合材料具有在1.80与2.20克/立方厘米之间并包括端值的包封密度。
实施方案38为根据实施方案1至33中任一项所述的方法，其中所述金属包括镁或其合金。
实施方案39为根据实施方案38所述的方法，其中所述金属基体复合材料具有在1.35与1.60克/立方厘米之间并包括端值的包封密度。
实施方案40为根据实施方案38或实施方案39所述的方法，其中所述金属基体复合材料具有在1.55与1.60克/立方厘米之间并包括端值的包封密度。
实施方案41为根据实施方案38或实施方案39所述的方法，其中所述金属基体复合材料具有在1.35与1.50克/立方厘米之间并包括端值的包封密度。
实施方案42为根据实施方案1至41中任一项所述的方法，其中所述金属基体复合材料在拉伸测试中在破坏之前表现出屈服强度。
实施方案43为根据实施方案1至42中任一项所述的方法，其中所述金属以在所述金属基体复合材料的50重量％与95重量％之间并包括端值的量存在。
实施方案44为根据实施方案1至43中任一项所述的方法，其中所述多个无机颗粒以在所述金属基体复合材料的2重量％与50重量％之间并包括端值的量存在。
实施方案45为根据实施方案1至44中任一项所述的方法，其中所述多根不连续纤维以在所述金属基体复合材料的2重量％与25重量％之间并包括端值的量存在。
实施方案46为根据实施方案1至45中任一项所述的方法，其中所述多个无机颗粒和所述多根不连续纤维以在所述金属基体复合材料的5重量％与50重量％之间并包括端值的量组合存在。
实施方案47为根据实施方案1至46中任一项所述的方法，其中所述无机颗粒的所述包封密度比所述金属的密度小至少40％。
实施方案48为根据实施方案1至47中任一项所述的金属基体复合材料，其中所述无机颗粒的所述包封密度比所述金属的密度小至少50％。
实施方案49为根据实施方案1至48中任一项所述的金属基体复合材料，其中所述金属基体复合材料基本上由所述金属；所述多个无机颗粒；以及所述多根不连续纤维组成。
实施例
这些实施例仅是为了例示性目的，且并非意在过度地限制所附权利要求书的范围。尽管示出本公开的广义范围的数值范围和参数为近似值，但尽可能精确地记录具体实施例中示出的数值。然而，任何数值都固有地包含某些误差，在它们各自的测试测量中所存在的标准偏差必然会引起这种误差。最低程度上说，并且在不试图将等同原则的应用限制到权利要求书的范围内的前提下，至少应当根据报告的数值的有效数位并通过应用惯常的舍入技术来解释每个数值参数
材料汇总
除非另有说明，否则实施例及本说明书的其余部分中的所有份数、百分比、比等均以重量计。表1提供了下面的实施例中使用的材料的说明和来源：
表1：材料一览表
测试方法1：三点弯曲测试
使用三点弯曲测试来测定金属基体复合材料的应力和应变。在三点弯曲测试中，将样品纵向地放置在间隔开32毫米(mm)的两个圆柱形支撑件之间。将从测试设备的负荷传感器悬挂的第三负荷加载圆筒降低以便在样品的中点处接触样品。使用装配有100千牛(KN)负荷传感器的由明尼苏达州伊登普雷利的MTS系统公司(MTS Systems Corporation(Eden Prairie,MN))提供的软件控制的负荷框架通过中间负荷加载圆筒向样品的中心施加负荷。对于每个时间点，系统测量施加至样品的力和中间负荷加载圆筒从其起始位置的位移。这些值分别使用标准力方程转化成应力和应变。
测试方法2：声学分散法
为了将一种或多种填充材料均匀分散在金属中，将所有材料倾倒到50毫升(mL)玻璃小瓶中，接着将该小瓶盖紧。接下来，将小瓶装载在Resodyn LabRAM声学混合器(蒙大拿州比尤特的瑞索迪恩公司(Resodyn Corporation,Butte,MT))中，并且使用声学频率调整在70％强度下振摇3分钟，在该时间点之后，将其抵靠硬表面敲击3-5次，以使所有材料均沉降在小瓶的底部。
测试方法3：离子浸出测试
将100g玻璃泡的样品在超声仪中与1000g去离子(DI)水一起搅拌大约2小时。接着通过在10,000转/分钟(rpm)下离心10分钟将玻璃泡与DI水分离。通过离子色谱测量所得的浸出物溶液中的离子浓度。通过相对于标准物中每种离子的浓度对标准物中所述离子的面积进行作图来制备每种离子的单独校准曲线。从样品中浸出的每种离子的浓度使用每种离子的测量面积进行确定。每种离子的辨别仅通过保留匹配来实现。
测试方法4：手动分散法
为了将一种或多种填充材料手动分散在金属中，将所有材料倾倒到50毫升(mL)玻璃小瓶中，接着将该小瓶盖紧。接下来，将小瓶手动振摇30秒，在该时间点之后，将其抵靠硬表面敲击3-5次以使所有材料均沉降在小瓶的底部。
制备实施例1
将下表2中列出的所述量的每种材料混合并且置于熔融二氧化硅坩埚中。接着将混合物在2320华氏度(1271摄氏度)的熔炉中加热4小时。接下来，将材料冷却至室温(例如，约23摄氏度)。将材料从坩埚中凿出并且通过盘磨机(加利福尼亚州伯班克的BICO公司(BICO Inc.,Burbank,CA))压碎成玻璃料颗粒。玻璃料的最大尺寸小于5毫米(mm)。然后使用喷射研磨机(德国奥格斯堡的细川阿尔派(Hosokawa Alpine,Augsburg,Germany))将玻璃料颗粒喷射研磨成具有20微米(μm)的粒度质量中值直径(D50)的粉末。然后将1000g粉末与1100g水、2重量％的附加硼酸和0.3重量％的来自硫酸锌的硫以及1重量％的CMC混合，各自基于玻璃粉末的总重量计。使浆液的总固体为48重量％。通过LabStar研磨机(宾夕法尼亚州埃克斯顿的NETZSCH Premier Technologies有限责任公司(NETZSCH Premier Technologies,LLC,Exton,PA))将水/玻璃料粉末浆液磨细到1.4μm的D50的初级粒度。将来自研磨的浆液喷雾干燥以形成团聚的进料颗粒。通过天然气火焰由喷雾干燥的进料产生玻璃泡。总玻璃泡密度和火焰条件如下表3中所列出的。所得的泡具有7微米的D5、35微米的D50以及60微米的D90。
表2：用于混合和熔融的材料和量(克)。
表3：火焰形成条件和玻璃泡密度。
表4：离子色谱结果。
比较例1
将10克(g)Al 1-511粉末倾倒到具有1.5英寸(3.81厘米)内径的圆形石墨模具中。将Al 1-511粉末如下烧结：将模具装载到HP50-7010热压机(加利福尼亚州圣罗莎的热技有限公司(Thermal Technology LLC,Santa Rosa,CA))中，并且将该装置泵抽至真空。将模具从室温以25摄氏度/分钟(deg C/min)加热至600摄氏度，将其在600摄氏度下保持15分钟(min)。15min温度保持后，在600摄氏度下施加640千克(kg)的力(对于此尺寸的模具，800磅每平方英寸的压力)，持续1小时(hr)。然后释放压力，将腔室灌满氮气，并且使模具熔炉冷却回到室温。测量所得烧结盘的尺寸以及其质量，以计算1.91克/立方厘米(g/cc)的堆密度，其比完全致密的纯铝低29％。从盘的中间切出具有大约0.5英寸(1.27厘米)的宽度和1.5英寸(3.81厘米)的长度的条，使该条经受上述的三点弯曲测试。样品具有31兆帕(MPa)的最大拉伸强度，从而赋予其16的强度与密度比率。结果示于下表5中。
比较例2
将10g Al 1-511粉末和1g玻璃泡通过上述手动分散法混合，并且将混合物倾倒到与比较例1相同的石墨模具中。然后使装置进行与以上比较例1中所述相同的烧结程序。所得的烧结盘具有1.58g/cc的密度。三点弯曲测试的结果在下表5和图2中示出。
比较例3
将10g Al 1-511粉末和1g陶瓷纤维通过上述手动分散法混合，并且将混合物倾倒到与比较例1和2中相同的石墨模具中。然后使装置进行与以上比较例1中所述相同的烧结程序。所得的盘具有2.11g/cc的密度。三点弯曲测试的结果在下表5和图2中示出。
比较例4
将9g Al 1-511粉末、0.3g玻璃泡以及1.7g陶瓷纤维松散搅拌，并且将混合物倾倒到与比较例1-3中相同的石墨模具中。然后使装置进行与以上比较例1中所述相同的烧结程序。所得的盘具有1.72g/cc的密度。三点弯曲测试的结果在下表5和图2中示出。
实施例5
将9g Al 1-511粉末、0.3g玻璃泡以及1.7g陶瓷纤维通过上述手动分散法混合，并且将混合物倾倒到与比较例1-4中相同的石墨模具中。然后使装置进行与以上比较例1中所述相同的烧结程序。所得的盘具有1.83g/cc的密度。三点弯曲测试的结果在下表5中示出。
实施例6
将10g Al粉末、0.5g玻璃泡以及0.5g纤维通过上述手动分散法混合，并且将混合物倾倒到与比较例1-4和实施例5中相同的石墨模具中。然后使装置进行与以上比较例1中所述相同的烧结程序。所得的盘具有1.71g/cc的密度。三点弯曲测试的结果在下表5中示出。
实施例7
将8g Al 1-511粉末、0.45g玻璃泡以及2.55g陶瓷纤维通过上述手动分散法混合，并且将混合物倾倒到与比较例1-4和实施例5-6中相同的石墨模具中。然后使装置进行与以上比较例1中所述相同的烧结程序。所得的盘具有1.78g/cc的密度。三点弯曲测试的结果在下表5中示出。
实施例8
将7g Al 1-511粉末、0.6g玻璃泡以及3.4g陶瓷纤维通过上述手动分散法混合，并且将混合物倾倒到与比较例1-4和实施例5-7中相同的石墨模具中。然后使装置进行与以上比较例1中所述相同的烧结程序。所得的盘具有1.63g/cc的密度。三点弯曲测试的结果在下表5中示出。
表5：
比较例9
将10.8克(g)Al 6063粉末倾倒到具有1.575英寸(4.00厘米)内径的圆形石墨模具中。将Al 6063粉末如下烧结：将模具装载到东芝机械(Toshiba Machine)GMP-411VA玻璃模压机(日本沼津市的东芝机械公司(Toshiba Machine Co.,Numazu-shi,Japan))中，并且将该装置灌满氮气，持续60秒，接着将其泵抽至真空。将模具从40摄氏度以28摄氏度/分钟(deg C/min)加热至600摄氏度。一旦模具达到600摄氏度，就将其保持在所述温度下，同时将模具上的力从零施加力逐渐增大至21,000牛(对于此尺寸的模具，2400psi(或16.55MPa)的压力)。力的逐渐增大经20分钟的过程大致线性地发生。一旦达到21,000N的全力，使模具在600摄氏度下持续1小时保持处于该状态。然后释放压力，并且使模具熔炉冷却回到室温。测量所得烧结盘的尺寸以及其质量，以计算2.51克/立方厘米(g/cc)的包封密度，其比完全致密的铝6063低7％。从盘的中间切出具有大约0.5英寸(1.27厘米)的宽度和1.5英寸(3.81厘米)的长度的条，使该条经受上述的三点弯曲测试。样品具有203兆帕(MPa)的极限拉伸强度。结果在下表6和图3中示出。
比较例10
将8.64g Al 6063粉末和0.48g氧化铝粉末通过上述声学分散法混合，并且将混合物倾倒到与比较例9相同的石墨模具中。然后使装置进行与以上比较例9中所述相同的烧结程序。所得的烧结盘具有2.34g/cc的包封密度。三点弯曲测试的结果在下表6和图3中示出。
比较例11
将9.72g Al 6063粉末和1.56g陶瓷纤维通过上述声学分散法混合，并且将混合物倾倒到与比较例9-10中相同的石墨模具中。然后使装置进行与以上比较例9中所述相同的烧结程序。所得的盘具有2.65g/cc的包封密度。三点弯曲测试的结果在下表6和图3中示出。
实施例12
将7.56g Al 6063粉末、0.48g氧化铝粉末以及1.56g陶瓷纤维通过上述声学分散法混合，并且将混合物倾倒到与比较例9-11中相同的石墨模具中。然后使装置进行与以上比较例9中所述相同的烧结程序。所得的盘具有2.45g/cc的包封密度。三点弯曲测试的结果在下表6和图3中示出。
实施例13
将5.4g Al 6063粉末、0.96g氧化铝粉末以及1.56g陶瓷纤维通过上述声学分散法混合，并且将混合物倾倒到与比较例9-11和实施例12中相同的石墨模具中。然后使装置进行与以上比较例9中所述相同的烧结程序。所得的盘具有2.11g/cc的包封密度。三点弯曲测试的结果在下表6和图3中示出。
实施例14
将5.4g Al 6063粉末、0.96g氧化铝粉末以及1.56g陶瓷纤维通过上述声学分散法混合，并且将混合物倾倒到与比较例9-11和实施例12-13中相同的石墨模具中。将模具装载到东芝机械GMP-411VA玻璃模压机(日本沼津市的东芝机械公司)中，并且将该装置灌满氮气，持续60秒，接着将其泵抽至真空。将模具从40摄氏度以30deg C/min加热至630摄氏度。一旦模具达到630摄氏度，就将其保持在所述温度下，同时将模具上的力从零施加力逐渐增大至34,664牛(对于此尺寸的模具，4000psi(或27.58MPa)的压力)。力的逐渐增大经20分钟的过程大致线性地发生。一旦达到34,664N的全力，使模具在630摄氏度下持续1小时保持处于该状态。然后释放压力，并且使模具熔炉冷却回到室温。所得的盘具有2.19g/cc的包封密度。三点弯曲测试的结果在下表6和图3中示出。
表6：实施例的组成和机械特性。
比较例15
将10.8克(g)Al 6063粉末倾倒到具有1.575英寸(4.00厘米)内径的圆形石墨模具中。将Al 6063粉末如下烧结：将模具装载到东芝机械GMP-411VA玻璃模压机(日本沼津市的东芝机械公司)中，并且将该装置灌满氮气，持续60秒，接着将其泵抽至真空。将模具从40摄氏度以28摄氏度/分钟(deg C/min)加热至615摄氏度。一旦模具达到615摄氏度，就将其保持在所述温度下，同时将模具上的力从零力逐渐增大至21,000牛(对于此尺寸的模具，1600psi的压力)。力的逐渐增大经20分钟的过程大致线性地发生。一旦达到21,000N的全力，使模具在600摄氏度下持续1小时保持处于该状态。然后释放压力，并且使模具熔炉冷却回到室温。测量所得烧结盘的尺寸以及其质量，以计算2.51克/立方厘米(g/cc)的包封密度，其比完全致密的铝6063低7％。从盘的中间切出具有大约0.5英寸(1.27厘米)的宽度和1.575英寸(4.00厘米)的长度的条，使该条经受上述的三点弯曲测试。样品具有203兆帕(MPa)的极限拉伸强度。结果在下表7和图4中示出。
实施例16
将5.4g Al 1-511粉末、0.96g玻璃泡以及0.78g陶瓷纤维通过上述声学分散法混合，并且将混合物倾倒到与比较例15中相同的石墨模具中。将模具装载到东芝机械GMP-411VA玻璃模压机(日本沼津市的东芝机械公司)中，并且将该装置灌满氮气，持续60秒，接着将其泵抽至真空。将模具从40摄氏度以30摄氏度/分钟(deg C/min)加热至615摄氏度。一旦模具达到615摄氏度，就将其保持在所述温度下，同时将模具上的力从零力逐渐增大至13,954牛(对于此尺寸的模具，1600psi的压力)。力的逐渐增大经20分钟的过程大致线性地发生。一旦达到13,954N的全力，使模具在615摄氏度下持续1小时保持处于该状态。然后释放压力，并且使模具熔炉冷却回到室温。所得的盘具有1.93g/cc的包封密度。三点弯曲测试的结果在下表7和图4中示出。
实施例17
将5.4g Al 1-511粉末、0.96g玻璃泡以及0.78g陶瓷纤维通过上述声学分散法混合，并且将混合物倾倒到与实施例16中相同的石墨模具中。然后使装置进行与以上实施例16中所述相同的烧结程序。所得的盘具有1.91g/cc的包封密度。三点弯曲测试的结果在下表7和图4中示出。
实施例18
将5.4g Al 1-511粉末、0.96g Lightstar 106漂珠以及0.78g陶瓷纤维通过上述声学分散法混合，并且将混合物倾倒到与实施例16中相同的石墨模具中。然后使装置进行与以上实施例16中所述相同的烧结程序。所得的盘具有1.93g/cc的包封密度。三点弯曲测试的结果在下表7和图4中示出。
实施例19
将5.4g Al 1-511粉末、0.96g High Alumina 106漂珠以及0.78g陶瓷纤维通过上述声学分散法混合，并且将混合物倾倒到与实施例16中相同的石墨模具中。然后使装置进行与以上实施例16中所述相同的烧结程序。所得的盘具有1.95g/cc的包封密度。三点弯曲测试的结果在下表7和图4中示出。
实施例20
将5.4g Al 1100粉末、0.96g Econostar 106漂珠以及0.78g陶瓷纤维通过上述声学分散法混合，并且将混合物倾倒到与实施例16中相同的石墨模具中。然后使装置进行与以上实施例16中所述相同的烧结程序。所得的盘具有1.93g/cc的包封密度。三点弯曲测试的结果在下表7和图4中示出。
表7：实施例的组成和机械特性。
实施例21
将5.4g Al 1-511粉末、0.96g部分烧结的碳化硅团聚物颗粒以及0.78g陶瓷纤维通过上述声学分散法混合，并且将混合物倾倒到与实施例16中相同的石墨模具中。然后使装置进行与以上实施例16中所述相同的烧结程序。所得的盘具有2.28g/cc的包封密度、190MPa的极限拉伸强度以及3.4％的破坏应变。三点弯曲测试的结果在图5中示出。
实施例22
将5.94g Al1-131粉末、0.96g Lightstar 106漂珠以及0.78g陶瓷纤维通过上述声学分散法混合，并且将混合物倾倒到与实施例16中相同的石墨模具中。然后使装置进行与以上实施例16中所述相同的烧结程序。所得的盘具有1.98g/cc的包封密度。三点弯曲测试的结果在下表8和图6中示出。
实施例23
将7.56g Al 1-131粉末、0.6g Lightstar 106漂珠以及0.78g陶瓷纤维通过上述声学分散法混合，并且将混合物倾倒到与实施例16中相同的石墨模具中。然后使装置进行与以上实施例16中所述相同的烧结程序。所得的盘具有2.21g/cc的包封密度。三点弯曲测试的结果在表8和图6中示出。
实施例24
将7.02g Al 1-131粉末、0.72g Lightstar 106漂珠以及0.78g陶瓷纤维通过上述声学分散法混合，并且将混合物倾倒到与实施例16中相同的石墨模具中。然后使装置进行与以上实施例16中所述相同的烧结程序。所得的盘具有2.12g/cc的包封密度。三点弯曲测试的结果在表8和图6中示出。
实施例25
将7.02g Al粉末、0.72g Lightstar 106漂珠以及0.78g陶瓷纤维通过上述声学分散法混合，并且将混合物倾倒到与实施例16中相同的石墨模具中。然后使装置进行与以上实施例16中所述相同的烧结程序。所得的盘具有2.00g/cc的包封密度。三点弯曲测试的结果在表8和图6中示出。
表8：实施例的组成和机械特性。
实施例26
将5.94g Al 1-131粉末、0.84g Lightstar 106漂珠以及1.016g玻璃纤维通过上述声学分散法混合，并且将混合物倾倒到与实施例16中相同的石墨模具中。然后使装置进行与以上实施例16中所述相同的烧结程序。所得的盘具有2.00g/cc的包封密度、159MPa的极限拉伸强度以及1.8％的破坏应变。三点弯曲测试的结果在图7中示出。
虽然本说明书已经详细地描述了某些示例性实施方案，但是应当理解，本领域的技术人员在理解上述内容后，可很容易地想到这些实施方案的更改、变型和等同物。此外，本文引用的所有出版物和专利均以引用的方式全文并入本文中，如同各个单独的出版物或专利都特别地和单独地指出以引用方式并入一般。已对各个示例性实施方案进行了描述。这些实施方案以及其它实施方案均在如下权利要求书的范围内。