復(fù)合材料第五章復(fù)合材料的成型工藝

1、1,第五章　復(fù)合材料的成型工藝 　1、聚合物基復(fù)合材料的成型工藝 　2、金屬基復(fù)合材料的成型工藝　3、陶瓷基復(fù)合材料的成型工藝,2,1、聚合物基復(fù)合材料的成型工藝,聚合物基復(fù)合材料的性能在纖維與樹(shù)脂體系確定后，主要決定于成型工藝?！　〕尚凸に囍饕ㄒ韵聝蓚€(gè)方面：,3,一是成型，即將預(yù)浸料按產(chǎn)品的要求，鋪置成一定的形狀，一般就是產(chǎn)品的形狀;　　二是固化，即把已鋪置成一定形狀的疊層預(yù)浸料，在溫度、時(shí)間和壓力等因素影響下使形狀

2、固定下來(lái)，并能達(dá)到預(yù)期的性能要求。,4,生產(chǎn)中采用的成型工藝　　(1) 手糊成型 　　　(2)注射成型 　　(3)真空袋壓法成型　　　(4)擠出成型　　(5)壓力袋成型　 　　　 (6)纖維纏繞成型　　(7)樹(shù)脂注射和樹(shù)脂傳遞成型　 　 (8)真空輔助樹(shù)脂注射成型,5,(9)連續(xù)板材成型　　 (10)拉擠成型 　　　(11)離心澆鑄成型 　　(12)層壓或卷制成型 　　(13)夾層結(jié)構(gòu)成型　　(14)模壓成型

3、　　(15)熱塑性片狀模塑料熱沖壓成型　　　(16)噴射成型,6,(1)手糊成型工藝　　手糊成型工藝是復(fù)合材料最早的一種成型方法，也是一種最簡(jiǎn)單的方法，其具體工藝過(guò)程如下：,7,首先，在模具上涂刷含有固化劑的樹(shù)脂混合物，再在其上鋪貼一層按要求剪裁好的纖維織物，用刷子、壓輥或刮刀壓擠織物，使其均勻浸膠并排除氣泡后，再涂刷樹(shù)脂混合物和鋪貼第二層纖維織物，反復(fù)上述過(guò)程直至達(dá)到所需厚度為止。,8,然后，在一定壓力作用下加熱固化成型（熱壓成

4、型）或者利用樹(shù)脂體系固化時(shí)放出的熱量固化成型（冷壓成型），最后脫模得到復(fù)合材料制品。其工藝流程如下圖所示：,9,模具準(zhǔn)備,涂脫模劑,手糊成型,樹(shù)脂膠液配制,增強(qiáng)材料準(zhǔn)備,固化,脫模,后處理,檢驗(yàn),制品,,,,,,,,手糊成型工藝流程圖,10,為了得到良好的脫模效果和理想的制品，同時(shí)使用幾種脫模劑，可以發(fā)揮多種脫模劑的綜合性能。,11,手糊成型工藝優(yōu)點(diǎn)　?、俨皇墚a(chǎn)品尺寸和形狀限制，適宜尺寸大、批量小、形狀復(fù)雜產(chǎn)品的生產(chǎn)；　　②設(shè)備簡(jiǎn)單

5、、投資少、設(shè)備折舊費(fèi)低。,12,③工藝簡(jiǎn)單；　　④易于滿(mǎn)足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，可以在產(chǎn)品不同部位任意增補(bǔ)增強(qiáng)材料　　⑤制品樹(shù)脂含量較高，耐腐蝕性好。,13,手糊成型工藝缺點(diǎn) 　?、?生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，勞動(dòng)衛(wèi)生條件差?！?②產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，性能穩(wěn)定性不高。　 ③產(chǎn)品力學(xué)性能較低。,,14,2．模壓成型工藝　　模壓成型工藝是一種古老的技術(shù)，早在20世紀(jì)初就出現(xiàn)了酚醛塑料模壓成型。　　模壓成型是一種對(duì)熱固性樹(shù)脂和熱塑性

6、樹(shù)脂都適用的纖維復(fù)合材料成型方法。,15,模壓成型工藝過(guò)程　　將定量的模塑料或顆粒狀樹(shù)脂與短纖維的混合物放入敞開(kāi)的金屬對(duì)模中，閉模后加熱使其熔化，并在壓力作用下充滿(mǎn)模腔，形成與模腔相同形狀的模制品；再經(jīng)加熱使樹(shù)脂進(jìn)一步發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而固化，或者冷卻使熱塑性樹(shù)脂硬化，脫模后得到復(fù)合材料制品。,16,金屬對(duì)模準(zhǔn)備,涂脫模劑,膜壓成型,模塑料、顆粒樹(shù)脂,短纖維,固化,脫模,后處理,檢驗(yàn),制品,,,,,,,,加熱、加壓,加熱,冷卻,膜壓成型工藝

7、流程圖,17,模壓成型工藝優(yōu)點(diǎn)　　模壓成型工藝有較高的生產(chǎn)效率，制品尺寸準(zhǔn)確，表面光潔，多數(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品可一次成型，無(wú)需二次加工，制品外觀及尺寸的重復(fù)性好，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等。,18,模壓成型工藝缺點(diǎn)　　模具設(shè)計(jì)制造復(fù)雜，壓機(jī)及模具投資高，制品尺寸受設(shè)備限制，一般只適合制造批量大的中、小型制品。,19,模壓成型工藝已成為復(fù)合材料的重要成型方法，在各種成型工藝中所占比例僅次于手糊/噴射和連續(xù)成型，居第三位?！　〗陙?lái)隨著專(zhuān)業(yè)

8、化、自動(dòng)化和生產(chǎn)效率的提高，制品成本不斷降低，使用范圍越來(lái)越廣泛。,20,模壓制品主要用作結(jié)構(gòu)件、連接件、防護(hù)件和電氣絕緣等，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、電氣、化工、建筑、機(jī)械等領(lǐng)域。　　由于模壓制品質(zhì)量可靠，在兵器、飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星上也都得到應(yīng)用。,,21,3. 層壓成型工藝　　層壓成型工藝，是把一定層數(shù)的浸膠布(紙)疊在一起，送入多層液壓機(jī)，在一定的溫度和壓力下壓制成板材的工藝?！　訅撼尚凸に噷儆诟煞▔毫Τ尚头懂牐?/p>

9、復(fù)合材料的一種主要成型工藝。,22,層壓成型工藝生產(chǎn)的制品包括各種絕緣材料板、人造木板、塑料貼面板、覆銅箔層壓板等。　復(fù)合材料層壓板的生產(chǎn)工藝流程如下,23,層壓板的生產(chǎn)工藝流程,增強(qiáng)材料,熱固性樹(shù)脂,浸　膠,,膠　布,裁剪疊合,,熱壓,,脫模,,切邊,,產(chǎn)品,24,層壓成型工藝的優(yōu)點(diǎn)是制品表面光潔、質(zhì)量較好且穩(wěn)定以及生產(chǎn)效率較高?！　訅撼尚凸に嚨娜秉c(diǎn)是只能生產(chǎn)板材，且產(chǎn)品的尺寸大小受設(shè)備的限制。,,25,4．噴射成型工藝　　

10、將分別混有促進(jìn)劑和引發(fā)劑的不飽和聚酯樹(shù)脂從噴槍兩側(cè)（或在噴槍內(nèi)混合）噴出，同時(shí)將玻璃纖維無(wú)捻粗紗用切割機(jī)切斷并由噴槍中心噴出，與樹(shù)脂一起均勻沉積到模具上。,26,當(dāng)不飽和聚酯樹(shù)脂與玻璃纖維無(wú)捻粗紗混合沉積到一定厚度時(shí)，用手輥滾壓，使纖維浸透樹(shù)脂、壓實(shí)并除去氣泡，最后固化成制品。　　其具體工藝流程圖如下：,27,玻璃纖維無(wú)捻粗紗,聚酯樹(shù)脂,加熱,引發(fā)劑,促進(jìn)劑,靜態(tài)混合,切割噴槍,模具,噴射成型,輥壓,固化,脫模,,,,,,,,,,噴射

11、成型工藝流程圖,28,噴射成型對(duì)所用原材料有一定要求，例如樹(shù)脂體系的粘度應(yīng)適中，容易噴射霧化、脫除氣泡和浸潤(rùn)纖維以及不帶靜電等?！　∽畛Ｓ玫臉?shù)脂是在室溫或稍高溫度下即可固化的不飽和聚酯等。,29,噴射法使用的模具與手糊法類(lèi)似，而生產(chǎn)效率可提高數(shù)倍，勞動(dòng)強(qiáng)度降低，能夠制作大尺寸制品。,30,用噴射成型方法雖然可以制成復(fù)雜形狀的制品，但其厚度和纖維含量都較難精確控制，樹(shù)脂含量一般在60%以上，孔隙率較高，制品強(qiáng)度較低，施工現(xiàn)場(chǎng)污染和浪費(fèi)較

12、大。,31,利用噴射法可以制作大蓬車(chē)車(chē)身、船體、廣告模型、舞臺(tái)道具、貯藏箱、建筑構(gòu)件、機(jī)器外罩、容器、安全帽等。,,32,5. 連續(xù)纏繞成型工藝,將浸過(guò)樹(shù)脂膠液的連續(xù)纖維或布帶，按照一定規(guī)律纏繞到芯模上，然后固化脫模成為增強(qiáng)塑料制品的工藝過(guò)程，稱(chēng)為纏繞工藝。　　纏繞工藝流程圖如下圖所示：,33,纏繞工藝流程圖,紗團(tuán),膠液配制,,浸　膠,,烘干,絡(luò)紗,,,膠紗紗綻,張力控制,,,縱、環(huán)向纏繞,芯模,縱、環(huán)向纏繞,張力控制,加熱粘流,,,

13、,固化,脫模,打模噴漆,成品,,,,,,濕法纏繞成型工藝,干法纏繞成型工藝,34,利用連續(xù)纖維纏繞技術(shù)制作復(fù)合材料制品時(shí)，有兩種不同的方式可供選擇：　　一是將纖維或帶狀織物浸樹(shù)脂后，再纏繞在芯模上；　　二是先將纖維或帶狀織物纏好后，再浸漬樹(shù)脂?！　∧壳捌毡椴捎们罢摺?35,纏繞機(jī)類(lèi)似一部機(jī)床，纖維通過(guò)樹(shù)脂槽后，用軋輥除去纖維中多余的樹(shù)脂?！　楦纳乒に囆阅芎捅苊鈸p傷纖維，可預(yù)先在纖維表面徐覆一層半固化的基體樹(shù)脂，或者直接使用預(yù)浸

14、料。,36,纖維纏繞方式和角度可以通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)或計(jì)算機(jī)控制?！　±p繞達(dá)到要求厚度后，根據(jù)所選用的樹(shù)脂類(lèi)型，在室溫或加熱箱內(nèi)固化、脫模便得到復(fù)合材料制品。,37,利用纖維纏繞工藝制造壓力容器時(shí)，一般要求纖維具有較高的強(qiáng)度和模量，容易被樹(shù)脂浸潤(rùn)，纖維紗的張力均勻以及纏繞時(shí)不起毛、不斷頭等。,38,另外，在纏繞的時(shí)候，所使用的芯模應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，能夠承受成型加工過(guò)程中各種載荷（纏繞張力、固化時(shí)的熱應(yīng)力、自重等），滿(mǎn)足制品形狀尺寸和精度

15、要求以及容易與固化制品分離等。,39,常用的芯模材料有石膏、石蠟、金屬或合金、塑料等，也可用水溶性高分材料，如以聚烯醇作粘結(jié)劑制成芯模。,40,連續(xù)纖維纏繞技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)　　首先，纖維按預(yù)定要求排列的規(guī)整度和精度高，通過(guò)改變纖維排布方式、數(shù)量，可以實(shí)現(xiàn)等強(qiáng)度設(shè)計(jì)，因此，能在較大程度上發(fā)揮增強(qiáng)纖維抗張性能優(yōu)異的特點(diǎn)，,41,其次，用連續(xù)纖維纏繞技術(shù)所制得的成品，結(jié)構(gòu)合理，比強(qiáng)度和比模量高，質(zhì)量比較穩(wěn)定和生產(chǎn)效率較高等。,42,連續(xù)纖維纏繞技

16、術(shù)的缺點(diǎn)　　設(shè)備投資費(fèi)用大，只有大批量生產(chǎn)時(shí)才可能降低成本。,43,連續(xù)纖維纏繞法適于制作承受一定內(nèi)壓的中空型容器，如固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、導(dǎo)彈放熱層和發(fā)射筒、壓力容器、大型貯罐、各種管材等。,44,近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的異型纏繞技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜橫截面形狀的回轉(zhuǎn)體或斷面呈矩形、方形以及不規(guī)則形狀容器的成型。,,45,6. 拉擠成型工藝　　拉擠成型工藝中，首先將浸漬過(guò)樹(shù)脂膠液的連續(xù)纖維束或帶狀織物在牽引裝置作用下通過(guò)成型模而定型；,46,其

17、次，在模中或固化爐中固化，制成具有特定橫截面形狀和長(zhǎng)度不受限制的復(fù)合材料，如管材、棒材、槽型材、工字型材、方型材等。,47,一般情況下，只將預(yù)制品在成型模中加熱到預(yù)固化的程度，最后固化是在加熱箱中完成的。,臥式拉擠成型過(guò)程原理圖,制品,切割,纖維,樹(shù)脂槽,擠膠器,預(yù)成型,拉攏,熱模,48,拉擠成型過(guò)程中，要求增強(qiáng)纖維的強(qiáng)度高、集束性好、不發(fā)生懸垂和容易被樹(shù)脂膠液浸潤(rùn)。　　常用的增強(qiáng)纖維如玻璃纖維、芳香族聚酰胺纖維、碳纖維以及金屬纖維等

18、。,49,用作基體材料的樹(shù)脂以熱固性樹(shù)脂為主，要求樹(shù)脂的粘度低和適用期長(zhǎng)等?！　〈罅渴褂玫幕w材料有不飽和聚酯樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂等。,50,另外，以耐熱性較好、熔體粘度較低的熱塑性樹(shù)脂為基體的拉擠成型工藝也取得了很大進(jìn)展?！　∑淅瓟D成型的關(guān)鍵在于增強(qiáng)材料的浸漬。,51,在拉擠成型工藝中，目前常用的方法如熱熔涂覆法和混編法?！　崛弁扛卜ㄊ鞘乖鰪?qiáng)材料通過(guò)熔融樹(shù)脂，浸漬樹(shù)脂后在成型模中冷卻定型；,52,混編法中，首先按一定比例將熱塑性聚合

19、物纖維與增強(qiáng)材料混編織成帶狀、空芯狀等幾何形狀的織物；　　然后，利用具有一定幾何形狀的織物通過(guò)熱模時(shí)基體纖維熔化并浸漬增強(qiáng)材料，冷卻定型后成為產(chǎn)品。,53,拉擠成型的優(yōu)點(diǎn)　?、偕a(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；　 ②制品中增強(qiáng)材料的含量一般為40％--80％，能夠充分發(fā)揮增強(qiáng)材料的作用，制品性能穩(wěn)定可靠；,54,③不需要或僅需要進(jìn)行少量加工，生產(chǎn)過(guò)程中樹(shù)脂損耗少；　?、苤破返目v向和橫向強(qiáng)度可任意調(diào)整，以適應(yīng)不同制品的使用要求，其長(zhǎng)

20、度可根據(jù)需要定長(zhǎng)切割。,55,拉擠制品的主要應(yīng)用領(lǐng)域　　(1)耐腐蝕領(lǐng)域。主要用于上、下水裝置，工業(yè)廢水處理設(shè)備、化工擋板及化工、石油、造紙和冶金等工廠內(nèi)的欄桿、樓梯、平臺(tái)扶手等?！　?2)電工領(lǐng)域。主要用于高壓電纜保護(hù)管、電纜架、絕緣梯、絕緣桿、燈柱、變壓器和電機(jī)的零部件等。,56,(3)建筑領(lǐng)域。主要用于門(mén)窗結(jié)構(gòu)用型材、桁架、橋梁、欄桿、支架、天花板吊架等。　　(4)運(yùn)輸領(lǐng)域。主要用于卡車(chē)構(gòu)架、冷藏車(chē)箱、汽車(chē)籠板、剎車(chē)片、行李

21、架、保險(xiǎn)桿、船舶甲板、電氣火車(chē)軌道護(hù)板等。,57,(5)運(yùn)動(dòng)娛樂(lè)領(lǐng)域。主要用于釣魚(yú)桿、弓箭桿、滑雪板、撐桿跳桿、曲輥球輥、活動(dòng)游泳池底板等?！　?6)能源開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。主要用于太陽(yáng)能收集器、支架、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片和抽油桿等。　　(7)航空航天領(lǐng)域。如宇宙飛船天線(xiàn)絕緣管，飛船用電機(jī)零部件等。,58,目前，隨著科學(xué)和技術(shù)的不斷發(fā)展，正向著提高生產(chǎn)速度、熱塑性和熱固性樹(shù)脂同時(shí)使用的復(fù)合結(jié)構(gòu)材料和方向發(fā)展。　　生產(chǎn)大型制品，改進(jìn)產(chǎn)品外觀質(zhì)量和提

22、高產(chǎn)品的橫向強(qiáng)度都將是拉擠成型工藝今后的發(fā)展方向。,,59,7. 注射成型工藝　　注射成型是樹(shù)脂基復(fù)合材料生產(chǎn)中的一種重要成型方法，它適用于熱塑性和熱固性復(fù)合材料，但以熱塑性復(fù)合材料應(yīng)用最廣。,60,注射成型工藝原理　　注射成型是根據(jù)金屬壓鑄原理發(fā)展起來(lái)的一種成型方法。該方法是將顆粒狀樹(shù)脂、短纖維送入注射腔內(nèi)，加熱熔化、混合均勻，并以一定的擠出壓力，注射到溫度較低的密閉模具中，經(jīng)過(guò)冷卻定型后，開(kāi)模便得到復(fù)合材料制品。,61,注射成型

23、工藝過(guò)程包括加料、熔化、混合、注射、冷卻硬化和脫模等步驟。　　加工熱固性樹(shù)脂時(shí)，一般是將溫度較低的樹(shù)脂體系(防止物料在進(jìn)入模具之前發(fā)生固化)與短纖維混合均勻后注射到模具，然后再加熱模具使其固化成型。,62,在加工過(guò)程中，由于熔體混合物的流動(dòng)會(huì)使纖維在樹(shù)脂基體中的分布有一定的各向異性?！　∪绻破沸螤畋容^復(fù)雜，則容易出現(xiàn)局部纖維分布不均勻或大量樹(shù)脂富集區(qū)，影響材料的性能。,63,因此，注射成型工藝要求樹(shù)脂與短纖維的混合均勻，混合體系有

24、良好的流動(dòng)性，而纖維含量不宜過(guò)高，一般在30％--40％左右。,64,注射成型法所得制品的精度高、生產(chǎn)周期短、效率較高、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，除氟樹(shù)脂外，幾乎所有的熱塑性樹(shù)脂都可以采用這種方法成型。,65,按物料在注射腔中熔化方式分類(lèi)，常用的注射機(jī)有按塞式和螺桿式兩種?！　∮捎诎慈阶⑸錂C(jī)塑化能力較低、塑化均勻性差，注射壓力損耗大及注射速度較慢等，已很少生產(chǎn)，現(xiàn)在普遍使用的是往復(fù)螺桿式注射機(jī)。,,66,2、金屬基復(fù)合材料的成型技術(shù),金屬基

25、復(fù)合材料的制備工藝方法對(duì)復(fù)合材料的性能有很大的影響，是金屬基復(fù)合材料的重要研究?jī)?nèi)容之一。,67,金屬基復(fù)合材料工藝研究?jī)?nèi)容,① 金屬基體與增強(qiáng)材料的結(jié)合和結(jié)合方式；　　② 金屬基體/增強(qiáng)材料界面和界面產(chǎn)物在工藝過(guò)程中的形成及控制；,68,③ 增強(qiáng)材料在金屬基體中的分布；　?、?防止連續(xù)纖維在制備工藝過(guò)程中的損傷；　　⑤ 優(yōu)化工藝參數(shù)，提高復(fù)合材料的性能和穩(wěn)定性，降低成本。,69,根據(jù)各種方法的基本特點(diǎn)，把金屬基復(fù)合材料的制備工藝分

26、為四大類(lèi)：　　(1) 固態(tài)法；　　(2) 液態(tài)法；　　(3) 噴射與噴涂沉積法；　　(4) 原位復(fù)合法。,70,常用的金屬基復(fù)合材料制備工藝,,71,(1) 固態(tài)法,固態(tài)制備工藝主要為擴(kuò)散結(jié)合和粉末治金兩種方法。,72,1) 擴(kuò)散結(jié)合　　在一定的溫度和壓力下，把表面新鮮清潔的相同或不相同的金屬，通過(guò)表面原子的互相擴(kuò)散而連接在一起。　　因而，擴(kuò)散結(jié)合也成為一種制造連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的傳統(tǒng)工藝方法。,73,擴(kuò)散結(jié)合工藝中

27、，增強(qiáng)纖維與基體的結(jié)合主要分為三個(gè)關(guān)鍵步驟：　?、?纖維的排布；　　② 復(fù)合材料的疊合和真空封裝；　　③ 熱壓。,74,采用擴(kuò)散結(jié)合方式制備金屬基復(fù)合材料，工藝相對(duì)復(fù)雜，工藝參數(shù)控制要求嚴(yán)格，纖維排布、疊合以及封裝手工操作多，成本高?！　〉珨U(kuò)散結(jié)合是連續(xù)纖維增強(qiáng)并能按照鋪層要求排布的惟一可行的工藝。,75,在擴(kuò)散結(jié)合工藝中，增強(qiáng)纖維與基體的濕潤(rùn)問(wèn)題容易解決，而且在熱壓時(shí)可通過(guò)控制工藝參數(shù)的辦法來(lái)控制界面反應(yīng)。　　因此，在金屬基

28、復(fù)合材料的早期生產(chǎn)中大量采用擴(kuò)散結(jié)合工藝。,,76,2) 粉末冶金　　粉末冶金既可用于連續(xù)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)，又可用于短纖維、顆粒或晶須增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料。,77,在粉未冶金法中，長(zhǎng)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料分兩步進(jìn)行。　　首先是將預(yù)先設(shè)計(jì)好的一定體積百分比的長(zhǎng)纖維和金屬基體粉末混裝于容器中，在真空或保護(hù)氣氛下預(yù)燒結(jié)?！　∪缓髮㈩A(yù)燒結(jié)體進(jìn)行熱等靜壓加工。,78,一般情況下，采用粉未冶金工藝制備的長(zhǎng)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中，纖維的體積百分含量

29、為40% ~ 60%，最多可達(dá)75%。,79,粉末冶金法五大優(yōu)點(diǎn) 　?、?熱等靜壓或燒結(jié)溫度低于金屬熔點(diǎn)，因而由高溫引起的增強(qiáng)材料與金屬基體的界面反應(yīng)少，減小了界面反應(yīng)對(duì)復(fù)合材料性能的不利影響。同時(shí)可以通過(guò)熱等靜壓或燒結(jié)時(shí)的溫度、壓力和時(shí)間等工藝參數(shù)來(lái)控制界面反應(yīng)。,80,② 可根據(jù)性能要求，使增強(qiáng)材料（纖維、顆?；蚓ы殻┡c基體金屬粉末以任何比例混合，纖維含量最高可達(dá)75%，顆粒含量可達(dá)50%以上，這是液態(tài)法無(wú)法達(dá)到的。,81,③ 可

30、降低增強(qiáng)材料與基體互相濕潤(rùn)的要求，也降低了增強(qiáng)材料與基體粉未的密度差的要求，使顆?；蚓ы毦鶆蚍植荚诮饘倩鶑?fù)合材料的基體中。,82,④ 采用熱等靜壓工藝時(shí)，其組織細(xì)化、致密、均勻，一般不會(huì)產(chǎn)生偏析、偏聚等缺陷，可使孔隙和其他內(nèi)部缺陷得到明顯改善，從而提高復(fù)合材料的性能。,83,⑤ 粉未冶金法制備的金屬基復(fù)合材料可通過(guò)傳統(tǒng)的金屬加工方法進(jìn)行二次加工。可以得到所需形狀的復(fù)合材料構(gòu)件的毛坯。,84,①工藝過(guò)程比較復(fù)雜；　　 ②金屬基體必須制成

31、粉末，增如了工藝的復(fù)雜性和成本；　　 ③在制備鋁基復(fù)合材料時(shí)，還要防止鋁粉引起的爆炸。,粉末冶金法主要缺點(diǎn),,85,2．液態(tài)法　　液態(tài)法亦稱(chēng)為熔鑄法，其中包括壓鑄、半固態(tài)復(fù)合鑄造、液態(tài)滲透以及攪拌法和無(wú)壓滲透法等。,86,液態(tài)法是目前制備顆粒、晶須和短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的主要工藝方法。　　液態(tài)法主要特點(diǎn)是金屬基體在制備復(fù)合材料時(shí)均處于液態(tài)。,87,與固態(tài)法相比，液態(tài)法的工藝及設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)便易行，與傳統(tǒng)金屬材料的成型工藝，如鑄造、

32、壓鑄等方法非常相似，制備成本較低，因此液態(tài)法得到較快的發(fā)展。,88,1) 壓鑄　　壓鑄成型是指在壓力作用下將液態(tài)或半液態(tài)金屬基復(fù)合材料或金屬以一定速度充填壓鑄模型腔或增強(qiáng)材料預(yù)制體的孔隙中，在壓力下快速凝固成型而制備金屬基復(fù)合材料的工藝方法。,89,壓鑄成型法的具體工藝　　首先將包含有增強(qiáng)材料的金屬熔體倒入預(yù)熱摸具中后，迅速加壓，壓力約為70~100MPa，使液態(tài)金屬基復(fù)合材料在壓力下凝固。　　待復(fù)合材料完全固化后頂出，即制得所需

33、形狀及尺寸的金屬基復(fù)合材料的坯料或壓鑄件。,90,壓鑄工藝中，影響金屬基復(fù)合材料性能的工藝因素主要有四個(gè)：　?、偃廴诮饘俚臏囟取?②模具預(yù)熱溫度　　 ③使用的最大壓力、 ④加壓速度。,91,在采用預(yù)制增強(qiáng)材料塊時(shí)，為了獲得無(wú)孔隙的復(fù)合材料，一般壓力不低于50MPa，加壓速度以使預(yù)制件不變形為宜，一般為1~3cm/s。,92,對(duì)于鋁基復(fù)合材料，熔融金屬溫度一般為700~800℃，預(yù)制件和模具預(yù)熱溫度一般可控制在500~800℃，并可相

34、互補(bǔ)償，如前者高些，后者可以低些，反之亦然。,93,采用壓鑄法生產(chǎn)的鋁基復(fù)合材料的零部件，其組織細(xì)化、無(wú)氣孔，可以獲得比一般金屬模鑄件性能優(yōu)良的壓鑄件?！　∨c其他金屬基復(fù)合材料制備方法相比，壓鑄工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，材料的質(zhì)量高且穩(wěn)定，易于工業(yè)化生產(chǎn)。,,94,2) 半固態(tài)復(fù)合鑄造　　半固態(tài)復(fù)合鑄造主要是針對(duì)攪拌法的缺點(diǎn)而提出的改進(jìn)工藝。　　這種方法是將顆粒加入處于半固態(tài)的金屬基體中，通過(guò)攪拌使顆粒在金屬基體中均勻分布，并取得良好

35、的界面結(jié)合，然后澆注成型或?qū)牍虘B(tài)復(fù)合材料注入模具中進(jìn)行壓鑄成型。,95,通常采用攪拌法制備金屬基復(fù)合材料時(shí)，常常會(huì)由于強(qiáng)烈攪拌將氣體或表面金屬氧化物卷入金屬熔體中；　　同時(shí)當(dāng)顆粒與金屬基體濕潤(rùn)性差時(shí)，顆粒難以與金屬基體復(fù)合，而且顆粒在金屬基體中由于比重關(guān)系而難以得到均勻分布，影響復(fù)合材料性能。,96,半固態(tài)復(fù)合鑄造的原理　　①是將金屬熔體的溫度控制在液相線(xiàn)與固相線(xiàn)之間，通過(guò)攪拌使部分樹(shù)枝狀結(jié)晶體破碎成固相顆粒，熔體中的固相顆粒是一

36、種非枝晶結(jié)鉤，可以防止半固態(tài)熔體粘度的增加。,97,②當(dāng)加入預(yù)熱后的增強(qiáng)顆粒時(shí)，因熔體中含有一定量的固相金屬顆粒，在攪拌中增強(qiáng)顆粒受阻而滯留在半固態(tài)金屬熔體中，增強(qiáng)顆粒不會(huì)結(jié)集和偏聚而得到一定的分散。　?、弁瑫r(shí)強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌也使增強(qiáng)顆粒與金屬熔體直接接觸，促進(jìn)潤(rùn)濕。,98,主要控制工藝參數(shù)　　① 金屬基體熔體的溫度應(yīng)使熔體達(dá)到30%~50%固態(tài)；　　② 攪拌速度應(yīng)不產(chǎn)生湍流以防止空氣裹入，并使熔體中枝晶破碎形成固態(tài)顆粒，降低熔體的

37、粘度，從而有利于增強(qiáng)顆粒的加入。,99,由于澆注時(shí)金屬基復(fù)合材料是處于半固態(tài)，直接澆注成型或壓鑄成型所得的鑄件幾乎沒(méi)有縮孔或孔洞，組織細(xì)化和致密。,100,半固態(tài)復(fù)合鑄造主要應(yīng)用于顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，因短纖維、晶須在加入時(shí)容易結(jié)團(tuán)或纏結(jié)在一起，雖經(jīng)攪拌也不易分散均勻，因而不易采用此法來(lái)制備短纖維或晶須增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。,,101,3) 無(wú)壓滲透　　工藝過(guò)程如下：　?、偈菍⒃鰪?qiáng)材料制成預(yù)制體，置于氧化鋁容器內(nèi)。　?、谠賹⒒w金

38、屬坯料置于可滲透的增強(qiáng)材料預(yù)制體上部。,102,③氧化鋁容器、預(yù)制體和基體金屬坯料均裝入可通入流動(dòng)氮?dú)獾募訜釥t中。　?、芡ㄟ^(guò)加熱，基體金屬熔化，并自發(fā)滲透進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)狀增強(qiáng)材料預(yù)制體中。,103,無(wú)壓滲透工藝能較明顯降低金屬基復(fù)合材料的制造成本，但復(fù)合材料的強(qiáng)度較低，而其剛度顯著高于基體金屬。,104,例如以55~60%Al2O3或SiC預(yù)制成零件的形狀，放入同樣形狀的剛玉陶瓷槽內(nèi)，將含有3%~10%Mg的鋁合金（基體）坯料放置在增強(qiáng)材料

39、預(yù)制體上，在流動(dòng)的氮?dú)鈿夥障拢訜嶂?00~1000℃，鋁合金熔化并自發(fā)滲入預(yù)制體內(nèi)。,105,由于氮?dú)馀c鋁合金發(fā)生反應(yīng)，在金屬基復(fù)合材料的顯微組織中還有AlN?！　】刂频?dú)饬髁俊囟纫约皾B透速度，可以控制AIN的生成量。,106,AIN在鋁基復(fù)合材料中起到提高復(fù)合材料剛度，降低熱膨脹系數(shù)的作用?！　〔捎眠@種方法制備的Al2O3/Al的剛度是鋁合金基體的兩倍，而SiC/Al的剛度也達(dá)到鋼的水平，但強(qiáng)度水平較低。,,107,3．噴射沉

40、積　　首先，將基體金屬在坩堝中熔化后，在壓力作用下通過(guò)噴咀送入霧化器，在高速惰性氣體射流的作用下，液態(tài)金屬被分散為細(xì)小的液滴，形成所謂“霧化錐” ；,108,然后，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)噴咀向“霧化錐”噴射入增強(qiáng)顆粒，使之與金屬霧化液滴一齊在基板（收集器）上沉積，并快速凝固形成顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，如下圖所示。,109,霧化金屬液滴與顆粒共沉積示意圖,110,噴射沉積法的優(yōu)越性　 ① 該工藝流程短，工序簡(jiǎn)單，噴射沉積效率高，有利于

41、實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)?！?②高致密度，直接沉積的復(fù)合材料密度一般可達(dá)到理論的95%~98%；,111,③屬快速凝固方法，冷速可達(dá)103 ~106 K/s，故金屬晶粒及組織細(xì)化，消除了宏觀偏析，合金成分均勻，同時(shí)增強(qiáng)材料與金屬液滴接觸時(shí)間短，很少或沒(méi)有界面反應(yīng)；,112,④ 具有通用性和產(chǎn)品多樣性。該工藝適于多種金屬材料基體，如高、低合金鋼、鋁及鋁合金、高溫合金等。同時(shí)可設(shè)計(jì)霧化器和收集器的形狀和一定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，以直接形成盤(pán)、棒、管和板帶

42、等接近零件實(shí)際形狀的復(fù)合材料的坯料；,,113,4．原位自生成法　　在復(fù)合材料制造過(guò)程中，增強(qiáng)材料在基體中生成和生長(zhǎng)的方法稱(chēng)作原位自生成法。,114,在金屬基復(fù)合材料制備過(guò)程中，往往會(huì)遇到兩個(gè)問(wèn)題：　　一是增強(qiáng)材料與金屬基體之間的相容性（即潤(rùn)濕性）問(wèn)題，　　二是無(wú)論固態(tài)法還是液態(tài)法，增強(qiáng)材料與金屬基體之間的界面都存在界面反應(yīng)。,115,其中，增強(qiáng)材料與金屬基體之間的相容性往往影響金屬基復(fù)合材料在高溫制備和高溫應(yīng)用中的性能和性能穩(wěn)定

43、性?！　∪绻鰪?qiáng)材料（纖維、顆?；蚓ы殻┠軓慕饘倩w中直接（即原位）生成，則上述兩個(gè)問(wèn)題就可以得到較好的解決。,116,以原位自生成法制造的金屬基復(fù)合材料中，基體與增強(qiáng)材料間的相容性好，界面干凈，結(jié)合牢固?！　√貏e當(dāng)增強(qiáng)材料與基體之間有共格或半共格關(guān)系時(shí)，能非常有效地傳遞應(yīng)力；而且，界面上不生成有害的反應(yīng)產(chǎn)物，因此這種復(fù)合材料有較優(yōu)異的力學(xué)性能。,117,原位自生成有三種方法　　1) 共晶合金定向凝固法　　2) 直接金屬氧化法（

44、DIMOXTM）　　3) 反應(yīng)自生成法（XDTM）,118,1) 共晶合金定向凝固法　　增強(qiáng)材料以共晶的形式從基體中凝固析出，通過(guò)控制冷凝方向，在基體中生長(zhǎng)出排列整齊的類(lèi)似纖維的條狀或片層狀共晶增強(qiáng)材料?！　∫赃@種方式生產(chǎn)的鎳基、鈷基定向凝固共晶復(fù)合材料已得到應(yīng)用。,119,定向凝固共晶復(fù)合材料的原位生長(zhǎng)必須滿(mǎn)足三個(gè)條件：① 有溫度梯度（GL）的加熱方式；② 滿(mǎn)足平面凝固條件；③ 兩相的成核和生長(zhǎng)要協(xié)調(diào)進(jìn)行。,120,,二元

45、共晶材料的平面凝固條件是：,其中， C0為合金成份；　　　　　GL為液相溫度梯度；R為凝固速度；　　　　　mL為液相線(xiàn)斜率；CE為共晶成份；　　　　　DL為溶質(zhì)在液相中的擴(kuò)散系數(shù)。,121,定向凝固共晶復(fù)合材料的組織是層片狀還是棒狀（纖維狀）取決于共晶中含量較少的組元的體積分?jǐn)?shù)Xf?！　≡诙簿е?，當(dāng)Xf 32 %時(shí)為層片狀。,122,定向凝固共晶復(fù)合材料主要應(yīng)用于航空透平機(jī)葉片，有三元共晶合金Al-Ni-Nb，它所形成的α

46、和β相為Ni3Al和Ni3Nb；　單變度共晶合金C-Co-Cr，所形成的α和β相分別為(Co,Cr)和(Cr,Co)7C3。,123,2) 直接金屬氧化法（DIMOXTM）　　DIMOXTM是一種可以制備金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料的原位復(fù)合工藝?！　IMOXTM法根據(jù)是否有預(yù)成型體又可分為惟一基體法和預(yù)成型體法，兩者原理相同。,124,惟一基體法的特點(diǎn)　　制備金屬基復(fù)合材料的原材料中沒(méi)有填充物（增強(qiáng)材料預(yù)成型體）和增強(qiáng)相，

47、只是通過(guò)基體金屬的氧化或氮化來(lái)獲取復(fù)合材料。,125,在惟一基體法中，例如需制備Al2O3/Al，則可通過(guò)鋁液的氧化來(lái)獲取Al2O3增強(qiáng)相?！　⊥ǔｄX合金表面迅速氧化，形成一種內(nèi)聚、結(jié)合緊密的氧化鋁膜，這層氧化鋁膜使得氧無(wú)法進(jìn)一步滲透，從而阻止了膜下的鋁進(jìn)一步氧化。,126,但是在DIMOXTM工藝中，熔化溫度上升到900~1300℃，遠(yuǎn)超過(guò)鋁的熔點(diǎn)660℃?！　⊥ㄟ^(guò)進(jìn)一步加入促進(jìn)氧化反應(yīng)的合金元素Si和Mg，使熔化金屬通過(guò)顯微通道

48、滲透到氧化層外邊，并順序氧化，即鋁被氧化，但鋁液的滲透通道未被堵塞。,127,利用惟一基體法工藝，可以根據(jù)氧化程度來(lái)控制Al2O3的量。　　如果這一工藝過(guò)程在所有金屬被氧化之前停止的話(huà)，則所制備的復(fù)合材料就是致密互連的Al2O3陶瓷基復(fù)合材料，其中含有5% ~ 30%的Al。,128,除了可以直接氧化外，還可以直接氮化。　　通過(guò)DIMOXTM工藝還可以獲得AlN/Al，ZrN/Al和TiN/Ti等金屬基或陶瓷基復(fù)合材料。,129,當(dāng)

49、DIMOXTM工藝采用增強(qiáng)材料預(yù)成型體時(shí)，由于增強(qiáng)材料預(yù)成型體是透氣的，金屬基體可以通過(guò)滲透的氧或氮順序氧（氮）化形成基體。,130,3) 反應(yīng)自生成法（XDTM）　　這種方法是在近20年中發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，主要用于制造金屬間化合物復(fù)合材料。,131,在反應(yīng)自生成法中，增強(qiáng)材料是由加入基體中的相應(yīng)元素之間的反應(yīng)，或者合金熔體中的某種組分與加入的元素或化合物之間反應(yīng)生成的。,132,在XDTM工藝中，可以根據(jù)所選擇的原位生成的增強(qiáng)相的類(lèi)別

50、或形態(tài)，選擇基體和增強(qiáng)相生成所需的原材料，如一定粒度的金屬粉末，硼或碳粉，按一定比例（反應(yīng)要求）混合。,133,XDTM工藝原理示意圖,134,當(dāng)這種混合物制成預(yù)制體，加熱到金屬熔點(diǎn)以上或者自蔓延的反應(yīng)發(fā)生的溫度時(shí)，混合物的組成元素進(jìn)行放熱反應(yīng)，用以生成在基體中彌漫的微觀增強(qiáng)顆粒、晶須和片晶等增強(qiáng)相。,135,XDTM工藝的關(guān)鍵技術(shù)是可以生成一種韌相，它屬于專(zhuān)利技術(shù)?！　±?，一定粒度的鋁粉、鈦粉和硼粉以一定比例混合成型，加熱后反應(yīng)生

51、成TiB2，進(jìn)而形成TiB2增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料。 Al + Ti + B → TiB2 + Al,136,XDTM法不僅可以用粉末反應(yīng)生成復(fù)合材料，也可以在熔融的合金中導(dǎo)入?yún)⒓臃磻?yīng)的粉末或氣體而生成復(fù)合材料?！　∪缭谌廴诘腁l-Ti合金中導(dǎo)入載碳?xì)怏w，反應(yīng)生成TiC，進(jìn)而形成TiC增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。,Al + Ti + C → TiC + Al,137,XDTM工藝特點(diǎn)　?、?增強(qiáng)相是原位形成，具有熱穩(wěn)定性；　

52、?、?增強(qiáng)相的類(lèi)型、形態(tài)可以選擇和設(shè)計(jì)；　　③ 各種金屬或金屬間化合物均可作為基體；　　④ 復(fù)合材料可以采用傳統(tǒng)金屬加工方法進(jìn)行二次加工。,138,XDTM材料包括Al、Ti、Fe、Cu、Pb和Ni基復(fù)合材料，還可以是TiAl、Ti3Al和NiAl等金屬化合物基復(fù)合材料?！　∑渲?，增強(qiáng)相包括硼化物、氮化物和碳化物等，其形態(tài)可以是顆粒、片晶和桿狀，還可以原位生成晶須。,139,3、陶瓷基復(fù)合材料的制備方法與工藝,陶瓷基復(fù)合材料的制造

53、分為兩個(gè)步驟：　　第一步是將增強(qiáng)材料摻入未固結(jié)(或粉末狀)的基體材料中，排列整齊或混合均勾；　　第二步是運(yùn)用各種加工條件在盡量不破壞增強(qiáng)材料和基體性能的前提下，制成復(fù)合材料制品。,140,根據(jù)陶瓷基復(fù)合材料的制造步驟，在加工制備復(fù)合材料時(shí)，應(yīng)根據(jù)使用要求，相應(yīng)地增強(qiáng)材料和基體的復(fù)合，針對(duì)不同的增強(qiáng)材料(纖維、晶須、顆粒)，選擇相應(yīng)的加工條件等因素。,141,選擇哪種增強(qiáng)材料和基體，除了根據(jù)使用要求，如溫度、強(qiáng)度、彈性模量等，兩種材料

54、間一些性能的配合也直接影響復(fù)合材料的性能。,142,通常要考慮的兩種材料的主要因素如下：　　物理因素：熔點(diǎn)、揮發(fā)度、密度、彈性模量、熱膨脹系數(shù)、蠕變性能、強(qiáng)度、斷裂韌性等。,143,纖維和基體的相容性因素：　　化學(xué)相容性、熱性能相容性(主要是高溫狀態(tài))、同環(huán)境的相容性(包括內(nèi)部和外部，而外部環(huán)境的相容主要包括氧化和蒸發(fā))。,144,針對(duì)不同的增強(qiáng)材料，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種加工技術(shù)?！　±?，對(duì)于以連續(xù)纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料的加工通常采

55、用下面三種方法：　?、偈紫炔捎昧蠞{浸漬工藝，然后再熱壓燒結(jié)；,145,②將連續(xù)纖維編織制成預(yù)成型坯件，再進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)，化學(xué)氣相滲透(CVI)，直接氧化沉積(Lanxide)； 　　③利用浸漬--熱解循環(huán)的有機(jī)聚合物裂解法制成陶瓷基復(fù)合材料。,146,對(duì)于顆粒彌散型陶瓷基復(fù)合材料，主要采用傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝，包括常壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)或熱等靜壓燒結(jié)。,147,此外，一些新開(kāi)發(fā)的工藝如固相反應(yīng)燒結(jié)、高聚物先驅(qū)體熱解、CVＤ、溶膠—

56、凝膠、直接氧化沉積等也可用于顆粒彌散型陶瓷基復(fù)合材料的制備。,148,晶須補(bǔ)強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的制備方法：　　將晶須在液體介質(zhì)中經(jīng)機(jī)械或超聲分散，再與陶瓷基體粉末均勻混合，制成一定形狀的坯件，烘干后熱壓或熱等靜壓燒結(jié)。,149,制備晶須補(bǔ)強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料時(shí)，為了克服晶須在燒結(jié)過(guò)程中的搭橋現(xiàn)象，坯件制造采用壓力滲濾或電泳沉積成型上藝?！　〈送猓簧L(zhǎng)工藝、CVD、CAI、固相反應(yīng)燒結(jié)、直接氧化沉積等工藝也適合于制備晶須補(bǔ)強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材

57、料。,150,陶瓷基復(fù)合材料的加工制造方法,傳統(tǒng)的制備技術(shù)(2)新的制備技術(shù),151,(1)　傳統(tǒng)的制備技術(shù),1)　冷壓和燒結(jié)法　2)　熱壓法,152,1)　冷壓和燒結(jié)法　　傳統(tǒng)的陶瓷生產(chǎn)工藝，是將粉末和纖維冷壓，然后燒結(jié)。,153,借鑒聚合物生產(chǎn)工藝中的擠壓、吹塑、注射等成型工藝，為了快速生產(chǎn)的需要，可以在一定的條件下將陶瓷粉體和有機(jī)載體混合后，壓制成型，除去有機(jī)黏結(jié)劑，然后燒結(jié)成制品。,154,在冷壓和燒結(jié)法的生產(chǎn)過(guò)程中，通常

58、會(huì)遇到燒結(jié)過(guò)程中制品收縮，同時(shí)最終產(chǎn)品中有許多裂紋的問(wèn)題。,155,在用纖維和晶須增強(qiáng)陶瓷基材料進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，除了會(huì)遇到陶瓷基收縮的問(wèn)題外，還會(huì)使燒結(jié)材料在燒結(jié)和冷卻時(shí)產(chǎn)生缺陷或內(nèi)應(yīng)力。這主要是由增強(qiáng)材料的特性決定的。,156,例如增強(qiáng)材料的特性主要有：　　增強(qiáng)材料具有較高的長(zhǎng)徑比；　　增強(qiáng)材料和基體不同的熱膨脹系數(shù)；　　增強(qiáng)材料在基體中排列方式的不同等。,157,2)　熱壓法　　熱壓是目前制備纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料(CMCs)最

59、常用的方法，一般把它稱(chēng)為漿料浸漬工藝?！　≈饕迷诶w維增強(qiáng)玻璃和纖維增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料中。,158,漿料浸漬工藝主要包括以下兩個(gè)步驟：　　①增強(qiáng)相滲入沒(méi)有固化的基體中；　?、酃袒膹?fù)合材料被熱壓成型。,159,下圖顯示了漿料浸漬工藝流程圖：,160,纖維,浸漬漿料,纖維纏繞在輥筒上,纖維裁剪鋪層,壓力,纖維/玻璃陶瓷復(fù)合材料,熱壓，800~925 ℃,脫黏結(jié)劑， 500℃,熱壓纖維增強(qiáng)玻璃陶瓷基復(fù)合材料的工藝路線(xiàn),161,此工藝流程

60、圖主要包括以下四個(gè)過(guò)程：　?、倮w維首先通過(guò)漿料池；　?、诮n的絲被卷到一個(gè)轉(zhuǎn)筒上；　?、鄹稍锖蟊磺懈畈⒁勒找欢ǖ囊髮訝钆帕校弧　、芄袒⒓訜岢尚?。,162,其中，漿料池中的漿料由陶瓷粉末、溶劑和有機(jī)黏結(jié)劑組成；另外，再加入一些潤(rùn)濕劑，有助于提高纖維在漿料中的浸潤(rùn)性。,163,下圖顯示了在熱壓各向同性氧化鋁纖維增強(qiáng)玻璃陶瓷基復(fù)合材料時(shí)，溫度和壓力隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)。,164,熱壓各向同性氧化鋁纖維增強(qiáng)玻璃陶瓷基復(fù)合材料時(shí)溫度、壓力

61、隨時(shí)間的變化曲線(xiàn),165,漿料浸漬工藝非常適合玻璃或玻璃陶瓷基復(fù)合材料，因?yàn)樗臒釅簻囟鹊陀谶@些晶體基體材料的熔點(diǎn)?！　〉珶釅哼^(guò)程中，除了要考慮制品的形狀外，還要考慮的因素包括：,166,①在整個(gè)操作過(guò)程中，纖維必須經(jīng)仔細(xì)處理，避免損傷纖維表面。　?、诶τ绊憹{料浸漬纖維的能力，太強(qiáng)的拉力會(huì)導(dǎo)致纖維破壞。,167,③在加工過(guò)程中，要盡量減少纖維的破壞。因?yàn)榻Y(jié)晶陶瓷的耐火顆粒在與纖維的機(jī)械接觸中會(huì)損傷纖維，太高的壓力也會(huì)損傷纖維，還要

62、避免纖維在高溫中與基體的反應(yīng)。,168,④漿料的組成是一個(gè)重要方面，包括粉體的含量、粉體粒子的大小、黏結(jié)劑的種類(lèi)和含量、溶劑等，它們都對(duì)最終復(fù)合材料制品的性能有所影響。,169,⑤為了減少最終制品的孔隙率，在熱壓之前，要設(shè)法完全除去揮發(fā)性黏結(jié)劑，使用比纖維直徑更小的顆粒狀陶瓷基體。,170,⑥熱壓操作非常關(guān)鍵，通常是在一個(gè)非常窄的操作溫度范圍，縮短操作時(shí)間可以減少纖維的損壞。,171,漿料浸漬工藝可以制得纖維定向排列、低孔隙率、高強(qiáng)度的

63、陶瓷基復(fù)合材料。它可以用在C、Al2O3、SiC和Al2O3.SiO2纖維增強(qiáng)玻璃、玻璃陶瓷和氧化物陶瓷的制造工藝中?！　∵@種工藝的主要缺點(diǎn)是要求基體有較高的熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)。,,172,新的制備技術(shù)主要指在20世紀(jì)70年代開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的技術(shù)。它包括滲透，直接氧化，以化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的CVD、CVI，溶膠--凝膠，聚合物熱解，白蔓燃高溫合成(SHS)等技術(shù)。,(2)新的制備技術(shù),173,1)　滲透法　　滲透法就是在預(yù)制的增強(qiáng)材料坯件中使基

64、體材料以固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的形式滲透制成復(fù)合材料。其中，比較常用的是液相滲透。,174,滲透法類(lèi)似于聚合物基復(fù)合材料制造技術(shù)中，纖維布被液相的樹(shù)脂滲透后，熱壓固化?！　《叩牟顒e就是所用的基體是陶瓷，滲透的溫度要高得多。下圖是液相滲透工藝示意圖。,175,液相滲透工藝示意圖,176,由于熔融的陶瓷具有較高的黏度，為了提高陶瓷對(duì)預(yù)制增強(qiáng)材料坯件的滲透，通過(guò)對(duì)增強(qiáng)材料的表面處理，來(lái)提高其浸漬性，這種提高滲透主要采用化學(xué)反應(yīng)的方式。,177,

65、另外，加壓和抽真空這兩種物理方法也可以被用來(lái)提高滲透性?！　∫赃@種方法生產(chǎn)陶瓷基復(fù)合材料的主要優(yōu)點(diǎn)是制造工藝是一個(gè)簡(jiǎn)單的一步生產(chǎn)過(guò)程，可以獲得一個(gè)均勻的制品。,178,滲透法的主要缺點(diǎn)　?、偃绻褂酶呷埸c(diǎn)的陶瓷，就可能在陶瓷和增強(qiáng)材料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；　?、谔沾删哂斜冉饘俑叩娜廴陴ざ龋虼藢?duì)增強(qiáng)材料的滲透相當(dāng)困難；,179,③增強(qiáng)材料和基體在冷卻后，由于不同的熱膨脹系數(shù)會(huì)引起收縮產(chǎn)生裂紋?！　∫虼?，為了避免這種情況，要盡量選用

66、熱膨脹系數(shù)相近的增強(qiáng)材料和基體。,,180,2)直接氧化法(Lanxide法)　　直接氧化法就是利用熔融金屬直接與氧化劑發(fā)生氧化反應(yīng)而制備陶瓷基復(fù)合材料的工藝方法?！　∮捎谒怯蒐anxide公司發(fā)明的，所以又稱(chēng)為L(zhǎng)anxide法。,181,直接氧化法的生產(chǎn)工藝　?、賹⒃鰪?qiáng)纖維或纖維預(yù)成型件置于熔融金屬上面，并處于空氣或其他氣氛中，熔融金屬中含有鎂、硅等一些添加劑。,182,②在纖維不斷被金屬滲透的過(guò)程中，滲透到纖維中的金屬與空氣

67、或其他氣體在不斷發(fā)生氧化反應(yīng)，這種反應(yīng)始終在液相金屬和氣相氧化劑的界面處進(jìn)行，反應(yīng)生成的氧化物沉積在纖維周?chē)纬珊猩倭拷饘?、致密的陶瓷基?fù)合材料。,183,Al + ½ N2,,,以金屬鋁為例，在空氣或氮?dú)鈿夥罩?，主要發(fā)生下列反應(yīng)：,2Al2O3,AlN,4Al + 3O2,184,一般在這種陶瓷基復(fù)合材料制品中，未發(fā)生氧化反應(yīng)的殘余金屬量約占 5％ ~ 30％。可以用來(lái)這種方法制造高溫?zé)崮芰拷粨Q器的管道等部件，具有較好

68、的機(jī)械性能(強(qiáng)度、韌性等)。,185,直接氧化法工藝的缺點(diǎn)　?、僖赃@種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品中，殘余的金屬很難完全被氧化或除去?！　、谶@種方法難于用來(lái)生產(chǎn)一些較大的和比較復(fù)雜的部件，比如航天工業(yè)的一些部件。,186,原位化學(xué)反應(yīng)技術(shù)已經(jīng)被廣泛用于制造整體陶瓷件，同樣該技術(shù)也可以用于制造陶瓷基復(fù)合材料，已廣泛應(yīng)用的有CVD和CVI工藝。,3)原位化學(xué)反應(yīng)法,187,① CVD法　　CVD法就是利用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，通過(guò)一些反應(yīng)性混合氣體在