最新复合材料制备工艺PPT课件.ppt

《最新复合材料制备工艺PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新复合材料制备工艺PPT课件.ppt（238页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、复合材料制备工艺复合材料制备工艺聚合物基复合材料的性能聚合物基复合材料的性能在在与与体系确定后体系确定后，主要决定于，主要决定于。主要包括以下两个方面：主要包括以下两个方面：然后，然后，在一定压力作用下在一定压力作用下（）或者利用）或者利用树脂体系固化时树脂体系固化时放出的热量放出的热量固化成型（固化成型（），最后），最后得到复合材料制品。其工艺流程如下得到复合材料制品。其工艺流程如下图所示：图所示：为了得到为了得到良好的脱模效果良好的脱模效果和和理想理想的制品的制品，同时使用几种脱模剂，可以，同时使用几种脱模剂，可以发挥发挥。不受产品尺寸和形状限制，适宜不受产品尺寸和形状限制，适宜、产品的生

2、产；产品的生产；、设备、设备。 ；易于满足产品设计要求，可以易于满足产品设计要求，可以在在产品不同部位产品不同部位制品制品，。 低，低，大，大，差。差。 不易控制，不易控制，不高。不高。 产品产品较低。较低。是一种古老的技术，早在是一种古老的技术，早在20世世纪初就出现了纪初就出现了酚醛塑料酚醛塑料模压成型。模压成型。模压成型是一种对模压成型是一种对和和都适用的都适用的纤维复合材料纤维复合材料成型方法。成型方法。将定量的将定量的与与放入敞开的放入敞开的金属对模金属对模中，闭模后中，闭模后使其使其，并并在压力作用下在压力作用下充满模腔，形成与模腔相同形状的充满模腔，形成与模腔相同形状的模制品；模

3、制品；使树脂使树脂进一步发生进一步发生而固而固化化，或者，或者冷却使冷却使，脱模后得到，脱模后得到。模压成型工艺有模压成型工艺有，多数结构复杂的制品可，多数结构复杂的制品可，无需二次加工，无需二次加工，制品外观及尺寸的制品外观及尺寸的，容易实现容易实现等。等。，压机及模具，压机及模具，制品尺寸受设备限制，一般只制品尺寸受设备限制，一般只的中、小型制品。的中、小型制品。已成为已成为复合材料的重要复合材料的重要成型方法成型方法，在，在各种成型工艺中各种成型工艺中所占比例仅所占比例仅次于次于和和，居第三位。，居第三位。近年来随着近年来随着专业化专业化、自动化自动化和和生产效生产效率的提高率的提高，制

4、品成本制品成本不断降低，使用范围不断降低，使用范围越来越广泛。越来越广泛。主要用作主要用作结构件结构件、连接件连接件、防护件防护件和和电气绝缘电气绝缘等，广泛应用于等，广泛应用于工业工业、农业农业、交通运交通运输输、电气电气、化工化工、建筑建筑、机械机械等领域。等领域。由于模压制品由于模压制品，在，在兵器兵器、飞机飞机、导导弹弹、卫星卫星上也都得到应用。上也都得到应用。，是把一定层数的，是把一定层数的(纸纸)叠在一起，送入叠在一起，送入，在一定的温度和压在一定的温度和压力下力下的工艺。的工艺。属于属于干法压力成型范畴干法压力成型范畴，是复，是复合材料的一种主要成型工艺。合材料的一种主要成型工艺

5、。生产的制品生产的制品包括各种包括各种、等。等。复合材料复合材料如下如下是制品是制品表面光洁表面光洁、质量较好质量较好且且稳定稳定以及以及生产效率较高生产效率较高。是只能生产是只能生产板材板材，且且产品的尺寸大小受设备的限制产品的尺寸大小受设备的限制。将分别将分别混有促进剂和引发剂的混有促进剂和引发剂的从喷枪两侧（或从喷枪两侧（或在喷枪内混合在喷枪内混合）喷）喷出，同时将出，同时将用切割机切用切割机切断断并并由喷枪中心由喷枪中心喷出，与树脂一起喷出，与树脂一起。当当与与混合沉积到一定厚度时，混合沉积到一定厚度时，、，最后，最后。其具体工艺流程图如下：其具体工艺流程图如下：对所用原材料对所用原材

6、料有一定要求有一定要求，例如，例如树脂体系的树脂体系的，、和和以及以及等。等。最常用的树脂最常用的树脂是是在室温或稍高温度下在室温或稍高温度下即可即可固化的固化的等。等。喷射法使用的模具与手糊法类似，喷射法使用的模具与手糊法类似，而而可提高数倍，可提高数倍，降低，降低，能够能够。用用方法虽然可以制成方法虽然可以制成，但其，但其都较都较难精确控制，树脂含量一般在难精确控制，树脂含量一般在60%以上，以上，较高，较高，施工现场施工现场污染污染和和浪费较大浪费较大。将将的的连续纤维或布带连续纤维或布带，按照一，按照一定规律定规律上，然后上，然后成为成为的工艺过程，称为的工艺过程，称为。缠绕缠绕如下图

7、所示：如下图所示：缠绕工艺流程图缠绕工艺流程图利用利用制作复合材料制品时，制作复合材料制品时，有两种不同的方式可供选择：有两种不同的方式可供选择：一是将一是将浸树脂后，再缠绕在芯浸树脂后，再缠绕在芯模上；模上；二是先将二是先将缠好后，再浸渍树脂。缠好后，再浸渍树脂。目前普遍采用前者。目前普遍采用前者。类似一部机床，纤维类似一部机床，纤维通过树脂槽通过树脂槽后，后，除去纤维中多余的树脂除去纤维中多余的树脂。为改善为改善和避免和避免，可预先，可预先在纤维表面在纤维表面徐覆一层徐覆一层，或者，或者。纤维纤维可以通过可以通过机械传动机械传动或或计计算机控制算机控制。缠绕达到要求厚度后缠绕达到要求厚度后

8、，根据所选用的，根据所选用的树脂类树脂类型型，在室温或加热箱内在室温或加热箱内、便得到复合材便得到复合材料制品。料制品。 利用利用制造制造时，时，一般要求纤维具有一般要求纤维具有和和，纤维纱的，纤维纱的以以及缠绕时及缠绕时、等。等。常用的常用的有石膏、石蜡、金有石膏、石蜡、金属或合金、塑料等，也可用属或合金、塑料等，也可用，如以，如以作粘结剂制成作粘结剂制成。 首先，纤维首先，纤维按预定要求排列的按预定要求排列的和和，通过改变，通过改变纤维排布方式、数量纤维排布方式、数量，可以实现，可以实现，因此，能，因此，能在较大程度上在较大程度上发挥发挥优异的特点，优异的特点，其次，用其次，用所制得所制得

9、的成品，的成品，和和高，高，比较比较和和较高等。较高等。大，只有大，只有大批量生产时大批量生产时才可能降低成本。才可能降低成本。适于制作适于制作承受一定承受一定内压的内压的，如，如固体火箭发动机固体火箭发动机壳体壳体、导弹放热层导弹放热层和和发射筒发射筒、压力容器压力容器、大型贮罐大型贮罐、各种管材各种管材等。等。 拉挤成型工艺中，首先将拉挤成型工艺中，首先将浸渍过树脂浸渍过树脂胶液的胶液的或或在牵引装置在牵引装置作用下作用下通过通过而而；其次，其次，在模中或固化炉中在模中或固化炉中，制成具，制成具有有特定横截面形状特定横截面形状和和长度不受限制的长度不受限制的复合材复合材料，如料，如、等。等

10、。一般情况下，只将一般情况下，只将在成型模中在成型模中加热到加热到的程度的程度，是是在加热箱中在加热箱中完成的。完成的。 过程中，要求过程中，要求增强纤维的增强纤维的强强度高度高、集、集、和容易被树和容易被树脂胶液脂胶液。常用的常用的如如玻璃纤维玻璃纤维、芳香族芳香族聚酰胺纤维聚酰胺纤维、碳纤维碳纤维以及以及金属纤维金属纤维等。等。用作用作以以为为主，要求树脂的主，要求树脂的粘度低粘度低和和适用期长适用期长等。等。大量使用的基体材料有大量使用的基体材料有和和等。等。在在中，目前常用的方法如中，目前常用的方法如和和。是使是使增强材料增强材料通过通过熔融树脂熔融树脂，浸渍树脂后浸渍树脂后在成型模中

11、在成型模中；中，首先按一定比例将中，首先按一定比例将热塑性聚合物热塑性聚合物纤维纤维与与增强材料增强材料混编织成混编织成、等几何形等几何形状的织物；状的织物；然后，利用具有然后，利用具有一定几何形状的织物一定几何形状的织物通过热通过热模时模时并并，后后成为产品。成为产品。 ，易于实现自动化；，易于实现自动化； 制品中增强材料的含量一般为制品中增强材料的含量一般为40-80，能够充分发挥增强材料的作用，能够充分发挥增强材料的作用，；不需要或仅需要进行少量加工，生不需要或仅需要进行少量加工，生产过程中产过程中；制品的制品的，以适应不同制品的使用要求，其长度可以适应不同制品的使用要求，其长度可根根据

12、需要据需要。(1)。主要用于。主要用于上、下水装置上、下水装置，工，工业业废水处理设备废水处理设备、化工挡板化工挡板及化工、石油、造纸和及化工、石油、造纸和冶金等工厂内的冶金等工厂内的栏杆栏杆、楼梯楼梯、平台扶手平台扶手等。等。(2)。主要用于。主要用于高压电缆保护管高压电缆保护管、电电缆架缆架、绝缘梯绝缘梯、绝缘杆绝缘杆、灯柱、变压器和电机的零、灯柱、变压器和电机的零部件等。部件等。(3)。主要用于。主要用于门窗结构用门窗结构用型材、型材、桁架、桥梁、栏杆、支架、天花板吊架等。桁架、桥梁、栏杆、支架、天花板吊架等。(4)。主要用于卡车构架、冷藏车。主要用于卡车构架、冷藏车箱、汽车笼板、刹车片

13、、行李架、保险杆、船箱、汽车笼板、刹车片、行李架、保险杆、船舶甲板、电气火车轨道护板等。舶甲板、电气火车轨道护板等。(5)。主要用于钓鱼杆、弓箭。主要用于钓鱼杆、弓箭杆、滑雪板、撑杆跳杆、曲辊球辊、活动游泳池杆、滑雪板、撑杆跳杆、曲辊球辊、活动游泳池底板等。底板等。(6)。主要用于。主要用于太阳能收集器太阳能收集器、支架、支架、风力发电机叶片风力发电机叶片和抽油杆等。和抽油杆等。(7)。如宇宙飞船。如宇宙飞船天线绝缘管天线绝缘管，飞船用飞船用电机零部件电机零部件等。等。目前，随着目前，随着的不断发展，正向的不断发展，正向着着、热塑性和热固性树脂同时使热塑性和热固性树脂同时使用用的的和方向发展。

14、和方向发展。生产生产，改进，改进和和都将是都将是今后的发今后的发展方向。展方向。是是树脂基复合材料生产中的树脂基复合材料生产中的一一种重要成型方法，它适用于种重要成型方法，它适用于，但，但以热塑性复合材料以热塑性复合材料应用最广。应用最广。 是根据是根据发展起来的发展起来的一种成型方法。该方法是将一种成型方法。该方法是将、送入送入注射腔内注射腔内，加热熔化加热熔化、混合均匀混合均匀，并，并以一定以一定的挤出压力的挤出压力，注射到温度较低的，注射到温度较低的中，经中，经过过冷却定型冷却定型后，开模便得到复合材料制品。后，开模便得到复合材料制品。包括包括、和和等步骤。等步骤。加工加工时，一般是将时

15、，一般是将(防止物料在进入模具之前发生固化防止物料在进入模具之前发生固化)与与混合均匀后注射到模具，然后再混合均匀后注射到模具，然后再使使其固化成型。其固化成型。 在加工过程中，由于在加工过程中，由于会使纤维会使纤维在树脂基体中的分布在树脂基体中的分布有一定的有一定的。如果制品形状比较复杂，则容易出现如果制品形状比较复杂，则容易出现或或，影响，影响材料的性能。材料的性能。因此，因此，要求要求树脂与短树脂与短纤维的混合均匀纤维的混合均匀，混合体系有，混合体系有良好的流良好的流动性动性，而，而纤维含量不宜过高纤维含量不宜过高，一般在，一般在30-40左右。左右。所得制品所得制品的的、，除氟树脂外，

16、几乎所有的除氟树脂外，几乎所有的都可都可以采用这种方法成型。以采用这种方法成型。的制造分为两个步骤：的制造分为两个步骤：第一步是将第一步是将掺入掺入未固结未固结(或粉末状或粉末状)的的中，排列整齐或混合均匀；中，排列整齐或混合均匀；第二步是运用第二步是运用各种加工条件各种加工条件在尽量在尽量和和的前提下，制成复合材料制品。的前提下，制成复合材料制品。 纤维和基体纤维和基体的的：化学相容性化学相容性、热性能相容性热性能相容性(主要是高主要是高温状态温状态)、同环境的相容性同环境的相容性(包括内部和外部，包括内部和外部，而外部环境的相容主要包括氧化和蒸发而外部环境的相容主要包括氧化和蒸发)。 针对

17、针对不同的增强材料不同的增强材料，已经开发了，已经开发了。例如，对于以例如，对于以陶瓷基陶瓷基复合材料的加工复合材料的加工通常采用下面三类方法：通常采用下面三类方法：首先采用首先采用工艺，然后再工艺，然后再；将将编织制成编织制成，再进行再进行(CVD)，(CVI)，(Lanxide)； 利用利用的的制成制成陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料。对于对于陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料，主要采用主要采用，包括，包括、或或。此外，一些此外，一些新开发的工艺新开发的工艺如如、等也可用于等也可用于陶瓷基复合材料的制备陶瓷基复合材料的制备。陶瓷基复合材料的制备方法陶瓷基复合材料的制备方法：将将在液体介质中在液体介质

18、中经经机械或超声分散机械或超声分散，再与再与均匀混合均匀混合，制成，制成一定形状一定形状的坯件的坯件，烘干后，烘干后烧结。烧结。 此外，此外，工艺、工艺、等工艺也适合于制等工艺也适合于制备备陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料。传统的陶瓷生产工艺，是将传统的陶瓷生产工艺，是将，然后，然后。借鉴借鉴中的中的、等等成型工艺成型工艺，为了快速生产的需要，为了快速生产的需要，可以可以在一定的条件下在一定的条件下将将和和混合后，混合后，压制成型压制成型，除去有机黏结剂，除去有机黏结剂，然后然后成制品。成制品。在在法的生产过程中，通常法的生产过程中，通常会遇到会遇到烧结过程中烧结过程中，同时，同时最终产最终产品中

19、品中有有的问题。的问题。在用在用增强增强陶瓷基材料陶瓷基材料进进行烧结时，除了会遇到行烧结时，除了会遇到的问的问题外，还会使题外，还会使在烧结和冷却时在烧结和冷却时产生产生或或。这主要是由。这主要是由决定的。决定的。例如例如主要有：主要有：具有较高的具有较高的；增强材料和基体不同的增强材料和基体不同的；增强材料在基体中增强材料在基体中的不同等。的不同等。热压是目前制备热压是目前制备(CMCs)最常用的方法，一般把它称为最常用的方法，一般把它称为。主要用在主要用在和和复合材料中。复合材料中。主要包括以下两个步骤：主要包括以下两个步骤：渗入渗入没有固化的基体没有固化的基体中；中；固化的复合材料固化

20、的复合材料被被。 此此主要包括以下主要包括以下：纤维首先通过浆料池纤维首先通过浆料池；浸渍的丝被卷到一个转筒上浸渍的丝被卷到一个转筒上；干燥后被切割并依照一定的要求干燥后被切割并依照一定的要求层状排列层状排列；固化并加热成型固化并加热成型。其中，浆料池中的其中，浆料池中的由由、和和组成；另外，再加入一组成；另外，再加入一些些，有助于提高，有助于提高纤维在浆料中的浸纤维在浆料中的浸润性润性。下图显示了在热压下图显示了在热压氧化铝纤氧化铝纤维增强玻璃陶瓷基复合材料维增强玻璃陶瓷基复合材料时，时，随随的变化曲线。的变化曲线。温度温度压力压力热压各向同性氧化铝纤维增强玻璃陶瓷基复合热压各向同性氧化铝纤

21、维增强玻璃陶瓷基复合材料时温度、压力随时间的变化曲线材料时温度、压力随时间的变化曲线 非常适合非常适合，因为它的，因为它的低于这些低于这些晶体基体材料晶体基体材料的熔点。的熔点。但热压过程中，除了要考虑但热压过程中，除了要考虑外，还要考虑的因素包括：外，还要考虑的因素包括： 在整个操作过程中，在整个操作过程中，避免损伤纤维表面。，避免损伤纤维表面。影响影响的能力，太的能力，太强的拉力会导致纤维破坏。强的拉力会导致纤维破坏。在加工过程中在加工过程中，要尽量，要尽量。因为。因为结晶陶瓷的耐火颗粒结晶陶瓷的耐火颗粒在与在与纤维纤维的机械接触中的机械接触中会会，也也会损伤纤维，还要避免纤维会损伤纤维，

22、还要避免纤维在高温中在高温中与基与基体的反应。体的反应。是一个重要方面，包括是一个重要方面，包括粉体的含量粉体的含量、粉体粒子的大小粉体粒子的大小、黏结剂的黏结剂的种类和含量种类和含量、溶剂溶剂等，它们都对最终等，它们都对最终有所影响。有所影响。为了减少最终制品的为了减少最终制品的，在，在热压之前，要热压之前，要设法完全除去设法完全除去，使用比纤维直径更小的，使用比纤维直径更小的颗粒状陶瓷颗粒状陶瓷基体基体。非常关键，通常是在一个非常关键，通常是在一个非常非常窄的操作温度范围窄的操作温度范围，可可以减少纤维的损坏。以减少纤维的损坏。可以制得可以制得纤维定向排列纤维定向排列、低孔隙率低孔隙率、高

23、强度高强度的的。它可。它可以用在以用在C、Al2O3、SiC和和Al2O3.SiO2纤维增强纤维增强玻璃、玻璃陶瓷和氧化物陶瓷玻璃、玻璃陶瓷和氧化物陶瓷的制造工艺中。的制造工艺中。这种工艺的这种工艺的是要求是要求。新的制备技术主要指新的制备技术主要指在在20世纪世纪70年代年代开始发展起来的技术。它包括开始发展起来的技术。它包括，以化学反应为基础的，以化学反应为基础的、，(SHS)等技术。等技术。渗透法就是渗透法就是在在预制的增强材料坯件预制的增强材料坯件中中使使以以固态、液态或气态的形式固态、液态或气态的形式渗渗透制成复合材料。其中，比较常用的是透制成复合材料。其中，比较常用的是。类似于类似

24、于聚合物基复合材料聚合物基复合材料制造制造技术中，技术中，纤维布纤维布被被液相的树脂液相的树脂渗透后，渗透后，。二者的差别二者的差别就是所用的就是所用的，要高得多。下图是要高得多。下图是液相渗透工液相渗透工艺示意图艺示意图。由于由于具有具有较高的黏度较高的黏度，为，为了提高了提高对对的渗透，的渗透，通过对通过对，来提高其浸，来提高其浸渍性，这种渍性，这种提高渗透提高渗透主要采用主要采用。另外，另外，和和这两种物理方法这两种物理方法也可以被用来也可以被用来。以这种方法生产以这种方法生产的的是是制造工艺是一个简单的一步生产制造工艺是一个简单的一步生产过程过程，可以获得一个均匀的制品可以获得一个均匀

25、的制品。如果使用如果使用就可能就可能在陶在陶瓷和增强材料之间瓷和增强材料之间发生化学反应；发生化学反应；具有比金属更具有比金属更，因，因此此对增强材料的渗透对增强材料的渗透相当困难；相当困难；和和在冷却后在冷却后，由于不，由于不同的同的会会引起收缩引起收缩产生产生。因此，为了避免这种情况，要尽量选因此，为了避免这种情况，要尽量选用用增强材料和基体。增强材料和基体。就是利用就是利用直接与直接与发生氧化反应发生氧化反应而制备而制备陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料的的工艺方法。工艺方法。由于它是由由于它是由Lanxide公司发明的，所以公司发明的，所以又称为又称为Lanxide法。法。将将增强纤维增强纤

26、维或或纤维预成型件纤维预成型件置于熔置于熔融金属的下面，并处于融金属的下面，并处于中，中，熔融金属中含有熔融金属中含有镁、硅镁、硅等一些添加剂。等一些添加剂。在在不断不断的过程中，的过程中，与与在在不断发生不断发生氧化反应氧化反应，这种反应始终，这种反应始终进行，进行，反应生反应生成的氧化物成的氧化物沉积在沉积在，形成含有少，形成含有少量金属、致密的陶瓷基复合材料。量金属、致密的陶瓷基复合材料。Al + N2以以为例，在为例，在空气或氮气空气或氮气气氛气氛中，主要发生下列反应：中，主要发生下列反应：2Al2O3AlN4Al + 3O2一般在这种一般在这种陶瓷基复合材料制品陶瓷基复合材料制品中，

27、中，未发生氧化反应的未发生氧化反应的约占约占 5 30。可以用来这种方法制造可以用来这种方法制造高温热能量交高温热能量交换器换器的的等部件，具有等部件，具有较好的机械性能较好的机械性能(强度、韧性等强度、韧性等)。的的缺点缺点以这种方法生产的产品中，以这种方法生产的产品中，很难完全被氧化或除去很难完全被氧化或除去。这种方法这种方法难于用来生产难于用来生产一些一些，比如航天工业的一些部件。，比如航天工业的一些部件。已经被广泛用于已经被广泛用于制制造整体陶瓷件造整体陶瓷件，同样该技术也可以用于制，同样该技术也可以用于制造造陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料，已广泛应用的有，已广泛应用的有和和工艺。工艺。

28、CVD法就是利用法就是利用技术，技术，通过一些通过一些反应性混合气体反应性混合气体在高温状态下反在高温状态下反应，应，分解出陶瓷材料分解出陶瓷材料并并沉积沉积在各种增强材在各种增强材料上形成料上形成的方法。的方法。将化学气相沉积技术运用在将化学气相沉积技术运用在的工艺就称的工艺就称为为。从这两种工艺技术来说，从这两种工艺技术来说，CVD法首先被法首先被开发并应用于一些陶瓷纤维的制造和开发并应用于一些陶瓷纤维的制造和C/C复复合材料的制备；合材料的制备；CVI方法方法在在CVD技术上发展起来技术上发展起来并被广并被广泛应用于各种陶瓷基复合材料。泛应用于各种陶瓷基复合材料。以以A12O3陶瓷基复合

29、材料为例，反应性混陶瓷基复合材料为例，反应性混合气体合气体(AlCl3H2/CO2)在较低的沉积温度在较低的沉积温度(9501000)和压力和压力(23kPa)下发生下列反应：下发生下列反应：固态的固态的Al2O3沉积在纤维表面，最后形成沉积在纤维表面，最后形成陶瓷基复合材料。陶瓷基复合材料。与与CVD工艺相比，工艺相比，CVI工艺实际上是一工艺实际上是一种种，这样就可以避免一般陶，这样就可以避免一般陶瓷基复合材料工艺对增强材料的损伤。瓷基复合材料工艺对增强材料的损伤。CVI制造的产品，其实际密度可以达到制造的产品，其实际密度可以达到理论密度的理论密度的9394。 CVI工艺生产工艺生产CMC

30、的主要优点：的主要优点：在高温下有很好的机械性能；在高温下有很好的机械性能；可以生产一些较大的、形状复杂可以生产一些较大的、形状复杂的产品；的产品；产品能较好地保持纤维和基体的产品能较好地保持纤维和基体的抗弯性能。抗弯性能。CVI工艺的主要缺点就是生产工艺的主要缺点就是生产工艺时间较长，生产成本较大。工艺时间较长，生产成本较大。溶胶溶胶-凝胶法凝胶法 溶胶溶胶-凝胶（凝胶（Sol-Gel）法是运用胶体化）法是运用胶体化学的方法，将含有学的方法，将含有，与，与混合后反应形成混合后反应形成，溶胶在一定的，溶胶在一定的条件下转化成为条件下转化成为，然后烧结成，然后烧结成CMC的一的一种工艺。种工艺。

31、由于从由于从转变成转变成所需的反应温所需的反应温度要低于传统工艺中的度要低于传统工艺中的，因此，在制造一些因此，在制造一些整体的陶瓷构件整体的陶瓷构件时，溶时，溶胶胶-凝胶法有较大的优势。凝胶法有较大的优势。热解热解(Pyrolysis)法就是法就是形成陶瓷基复合材料的方法。形成陶瓷基复合材料的方法。如由如由生产生产SiC陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料中，聚合物一般中，聚合物一般在热解过程中在热解过程中有较高的陶有较高的陶瓷产量、低的收缩、好的机械性能，同时瓷产量、低的收缩、好的机械性能，同时聚合物本身容易制备。聚合物本身容易制备。聚合物热解法可用来生产聚合物热解法可用来生产SiCf/SiC和和

32、Si3N4f/SiC等陶瓷基复合材料。等陶瓷基复合材料。 溶胶溶胶-凝胶法和热解法生产凝胶法和热解法生产CMC的优点：的优点：、容易控制复合材料的组分，无论是容易控制复合材料的组分，无论是溶胶溶胶还是还是聚合物先驱体聚合物先驱体都比较容易渗透到纤都比较容易渗透到纤维中；维中； 、最后成型时的温度较低。最后成型时的温度较低。溶胶溶胶-凝胶法和热解法生产凝胶法和热解法生产CMC的缺点：的缺点：、在烧结时会产生在烧结时会产生；、。自蔓燃高温合成自蔓燃高温合成(self-propagation high temperature synthesis )法就是法就是利用高效的利用高效的热反应热反应，最后生

33、，最后生成所需要的产品。成所需要的产品。自蔓燃高温合成技术一般用于制造自蔓燃高温合成技术一般用于制造。该技术生产的产品中一般都有该技术生产的产品中一般都有。为了减少孔隙，在燃烧反应结束后，温度为了减少孔隙，在燃烧反应结束后，温度还相当高的情况下，应立即置于较高压力。还相当高的情况下，应立即置于较高压力。自蔓燃高温合成技术中自蔓燃高温合成技术中，一些用传统方法难以生产的陶瓷化合物一些用传统方法难以生产的陶瓷化合物被制造出来。被制造出来。如将钛粉和碳黑混合，冷压成型，点燃，如将钛粉和碳黑混合，冷压成型，点燃，迅速引燃后形成碳化钛。迅速引燃后形成碳化钛。许多陶瓷产品如许多陶瓷产品如SiC/Al2O3

34、 TiC/ Al2O3 BN/ Al2O3 TiB2/TiC等都可以用等都可以用制造；制造；另外一些另外一些也可以用此法生产，因此也可以用此法生产，因此在美国、俄罗斯等一些国家，围绕自蔓燃高温合成法在美国、俄罗斯等一些国家，围绕自蔓燃高温合成法在不断研制新的产品和技术。在不断研制新的产品和技术。(1)纤维增强纤维增强陶瓷基复合材料的制备陶瓷基复合材料的制备纤维增强陶瓷基复合材料的性能取决纤维增强陶瓷基复合材料的性能取决于多种因素。于多种因素。1、从、从方面看，与方面看，与的尺寸及的尺寸及数量、数量、的大小以及一些其他缺陷有的大小以及一些其他缺陷有关；关；2、从、从方面来看，则与纤维中的方面来看

35、，则与纤维中的、纤维的、纤维的、及其他及其他有关；有关；从从情况看，则与情况看，则与、以及以及有关。有关。正因为有如此多的影响因素，所以在正因为有如此多的影响因素，所以在实际中针对不同的材料，实际中针对不同的材料，也会不也会不同。同。：在在陶瓷泥浆陶瓷泥浆中把中把纤维分散纤维分散，然，然后浇铸在后浇铸在石膏模型石膏模型中。中。比较比较古老古老，不受，不受制品形状制品形状的限制，但对的限制，但对提高产品性能的效果提高产品性能的效果不显著，不显著，成本低，工艺简单，适合于短纤维增强陶成本低，工艺简单，适合于短纤维增强陶瓷基复合材料的制作。瓷基复合材料的制作。将将长纤维切短长纤维切短（3mm），然后

36、），然后分分散散并并与基体粉未混合与基体粉未混合，再进行，再进行。这种方法适用于长纤维。这种方法适用于长纤维。首先首先把纤维编织成所需形状把纤维编织成所需形状；然后然后用陶瓷泥浆浸渍用陶瓷泥浆浸渍，干燥后进行焙烧。，干燥后进行焙烧。的优点是的优点是纤维取向可自由纤维取向可自由调节调节；缺点是；缺点是不能制造大尺寸制品不能制造大尺寸制品，而，而且所得且所得制品的致密度较低制品的致密度较低。 以以氧化镁为基体氧化镁为基体，碳纤维为增强体碳纤维为增强体（体积（体积含量为含量为10%左右），在左右），在1200进行进行获获得复合材料，它的抗破坏能力比得复合材料，它的抗破坏能力比纯氧化镁纯氧化镁高出高出

37、10倍以上。倍以上。但由于碳纤维与氧化镁的但由于碳纤维与氧化镁的，所以这种复合材料，所以这种复合材料具有具有，实用价值不大。，实用价值不大。用用作增强体，以作增强体，以组成的复盐为基体。组成的复盐为基体。把复盐先制成泥浆，然后使其附着在石墨纤维毡把复盐先制成泥浆，然后使其附着在石墨纤维毡上，把这种毡片无规则地积层，并在上，把这种毡片无规则地积层，并在13751425热热压压5分钟，压力为分钟，压力为7MPa。所得复合材料与基体材料相比所得复合材料与基体材料相比。基体为基体为，增强体为，增强体为，碳纤维的含量约碳纤维的含量约50%左右。左右。这种复合材料这种复合材料沿纤维方向的弯曲模量沿纤维方向

38、的弯曲模量可达可达150GPa，而且在，而且在800时仍能保持在时仍能保持在100GPa，在室温和在室温和800时的弯曲强度却达到了时的弯曲强度却达到了300MPa。在冷水和在冷水和1200之间进行之间进行，基体没有产生裂纹基体没有产生裂纹。实验后测定的强度与实。实验后测定的强度与实验前完相同。验前完相同。晶须与颗料的尺寸均很小，用它们晶须与颗料的尺寸均很小，用它们进行增韧的陶瓷基复合材料的进行增韧的陶瓷基复合材料的是基本相同的。是基本相同的。晶须与颗粒增韧陶瓷基复合材料的制晶须与颗粒增韧陶瓷基复合材料的制备工艺只需备工艺只需并并与基体与基体粉末混合均匀粉末混合均匀，再用，再用即可即可制得高性

39、能的复合材料。制得高性能的复合材料。把几种把几种配成坯料的方法配成坯料的方法可分为可分为两种。两种。 新型陶瓷领域混合处理加工的新型陶瓷领域混合处理加工的微米级、微米级、亚微米级粉末方法亚微米级粉末方法由于效率和可靠性等原由于效率和可靠性等原因大多采用湿法。因大多采用湿法。主要以主要以作溶剂，但在氮化硅、碳作溶剂，但在氮化硅、碳化硅等化硅等混合时，为防止原料混合时，为防止原料的氧化则使用的氧化则使用。混合装置一般采用混合装置一般采用。为防止球磨过程中为防止球磨过程中因磨球和内衬研磨下因磨球和内衬研磨下来的磨削作为杂质来的磨削作为杂质混入原料中，最妤采用与混入原料中，最妤采用与原料材质相同的陶瓷

40、球和内衬。原料材质相同的陶瓷球和内衬。 混好后的料浆在成型时有三种不同的情况：混好后的料浆在成型时有三种不同的情况： 经经一次干燥一次干燥制成制成后供给成型工序；后供给成型工序； 把结合剂添加于料浆中，不干燥坯料，把结合剂添加于料浆中，不干燥坯料，供给成型工序；供给成型工序； 用压滤机用压滤机将料浆状的粉将料浆状的粉脱水后成坯料供给成脱水后成坯料供给成型工序。型工序。把上述把上述充入型模内，加压后即充入型模内，加压后即可成型。可成型。通常有通常有和和。金属模成型法的装置简单，成型成本低廉，金属模成型法的装置简单，成型成本低廉，但它的加压方向是单向的，粉末与金属模壁但它的加压方向是单向的，粉末与

41、金属模壁的摩擦力大，粉末间传递压力不太均匀。的摩擦力大，粉末间传递压力不太均匀。故易造成烧成后的生坯变形或开裂，只故易造成烧成后的生坯变形或开裂，只能适于形状比较简单的制件。能适于形状比较简单的制件。是用静水压从各个方向均匀加是用静水压从各个方向均匀加压于橡皮模来成型，故不会发生生坯密度不均匀压于橡皮模来成型，故不会发生生坯密度不均匀和具有方向性等问题。和具有方向性等问题。由于在成型过程中毛坏与橡皮模接触而压成由于在成型过程中毛坏与橡皮模接触而压成生坯，故难以制成精密形状，通常还要用刚玉对生坯，故难以制成精密形状，通常还要用刚玉对细节部分进行修整。细节部分进行修整。 另外还有另外还有、以及以及

42、等等，它们各有其特点，但也有其局限性。等等，它们各有其特点，但也有其局限性。从生坯中从生坯中除去粘合剂后的陶瓷素坯除去粘合剂后的陶瓷素坯烧烧结成致密制品的过程叫烧结。结成致密制品的过程叫烧结。烧结窑炉的种类繁多，按其功能可分烧结窑炉的种类繁多，按其功能可分为间歇式和连续式。为间歇式和连续式。烧结后的许多制品还需进行烧结后的许多制品还需进行。精加工的目的是为了提高烧成品的精加工的目的是为了提高烧成品的和和，前者主要用，前者主要用金刚石砂轮金刚石砂轮进行磨削加工，后者则用进行磨削加工，后者则用磨料磨料进行研磨加工。进行研磨加工。 金属基复合材料的制备方法及工艺金属基复合材料的制备方法及工艺制备方法

43、的分类制备方法的分类 固态法固态法：是指基体处于固态制备金属基复：是指基体处于固态制备金属基复合材料的方法。合材料的方法。 将金属粉末或金属箔与增强物将金属粉末或金属箔与增强物( (纤维、晶纤维、晶须、颗粒等须、颗粒等) )按设计要求以一定的含量、按设计要求以一定的含量、分布、方向混合排布在一起，再经加热、分布、方向混合排布在一起，再经加热、加压，将金属基体与增强物复合粘结在一加压，将金属基体与增强物复合粘结在一起，形成复合材料。起，形成复合材料。 整个工艺过程处于较低的温度，金属基整个工艺过程处于较低的温度，金属基体与增强物均处于固体状态。体与增强物均处于固体状态。 由于温度较低，金属与增强

44、物之间的界由于温度较低，金属与增强物之间的界面反应不严重。面反应不严重。 粉末冶金法、热压法、热等静压法、轧粉末冶金法、热压法、热等静压法、轧制法、热挤压法、拉拔法等等均属于固制法、热挤压法、拉拔法等等均属于固态复合成型方法。态复合成型方法。固态法举例固态法举例 液态法液态法：是指基体金属处于：是指基体金属处于熔融状态熔融状态下与固态下与固态的增强材料复合在一起的方法。的增强材料复合在一起的方法。 金属在熔融态流动性好，在一定的外界条件下金属在熔融态流动性好，在一定的外界条件下容易进入增强物间隙中。容易进入增强物间隙中。为了改善液态金属基体与固体增强材料之间的润为了改善液态金属基体与固体增强材

45、料之间的润湿，以及控制高温下的界面反应，可以采用湿，以及控制高温下的界面反应，可以采用加压加压浸渗浸渗、增强材料表面涂覆处理增强材料表面涂覆处理、基体中添加合金基体中添加合金元素元素等措施。等措施。采用加压浸渗：金属液在超过某一临界压力时，金采用加压浸渗：金属液在超过某一临界压力时，金属液能渗入微小的间隙，形成复合材料。属液能渗入微小的间隙，形成复合材料。通过纤维、颗粒表面涂层处理使金属液与增强物的通过纤维、颗粒表面涂层处理使金属液与增强物的自发浸润，如制备碳自发浸润，如制备碳/ /铝复合材料时用的铝复合材料时用的Ti-BTi-B涂层法。涂层法。 液态法制造金属基复合材料时，液态法制造金属基复

46、合材料时，制备温度高制备温度高，易发生易发生严重界面反应严重界面反应，有效控制界面反应，是，有效控制界面反应，是液态法的关键。液态法的关键。 液态法可用来直接制造复合材料零件，也可用液态法可用来直接制造复合材料零件，也可用来制造复合丝、复合带、锭胚等作为二次加工来制造复合丝、复合带、锭胚等作为二次加工成零件的原料。成零件的原料。挤压铸造法、真空吸铸、真空挤压铸造法、真空吸铸、真空压力浸渍法、搅拌复合法、共喷沉积法压力浸渍法、搅拌复合法、共喷沉积法等均属等均属于液态法。于液态法。液态法举例液态法举例 自生成法（原位自生法）：自生成法（原位自生法）： 在基体金属内部通过加入在基体金属内部通过加入反

47、应元素反应元素，或通入，或通入反反应气体应气体在液态金属内部反应，产生微小的固态在液态金属内部反应，产生微小的固态增强相。增强相。 一般是金属化合物一般是金属化合物TiC、TiB2、A12O3等微粒起增强等微粒起增强作用。作用。 通过控制工艺参数获得所需的增强物含量和分布。通过控制工艺参数获得所需的增强物含量和分布。 反应自生成法制备的复合材料中的增强物不是反应自生成法制备的复合材料中的增强物不是外加的，而是在高温下金属基体中不同元素反外加的，而是在高温下金属基体中不同元素反应生成的化合物，与金属有好的应生成的化合物，与金属有好的相容性相容性。 其他制备方法，如：其他制备方法，如： 物理气相沉

48、积法；物理气相沉积法； 化学气相沉积法；化学气相沉积法； 化学镀和电镀法；化学镀和电镀法； 复合镀法等。复合镀法等。（1 1）固态法）固态法1）粉末冶金法）粉末冶金法 是最早用来制备金属基复合材料的方法。是最早用来制备金属基复合材料的方法。早在早在1961年，年，Kopenal等人就利用粉末冶等人就利用粉末冶金法制备了金法制备了碳纤维增强的铝基复合材料碳纤维增强的铝基复合材料。 但由于性能较差，这种方法已经不用来但由于性能较差，这种方法已经不用来制备长纤维增强的复合材料，而主要用制备长纤维增强的复合材料，而主要用于于颗粒或晶须增强颗粒或晶须增强的金属基复合材料。的金属基复合材料。 粉末冶金复合

49、法基本原理与常规的粉末粉末冶金复合法基本原理与常规的粉末冶金法相同，包括烧结成形法、烧结制冶金法相同，包括烧结成形法、烧结制坯加塑法、加工成形法等。适合于分散坯加塑法、加工成形法等。适合于分散强化型复合材料（强化型复合材料（ 颗粒强化或纤维强化颗粒强化或纤维强化型复合材料）的制备与成型。型复合材料）的制备与成型。颗粒（晶须）合金粉末混合热压冷压-烧结封装除氧挤压坯或零件粉末冶金法的工艺流程粉末冶金法的工艺流程粉末冶金法的优缺点粉末冶金法的优缺点 粉末冶金复合法的工艺粉末冶金复合法的工艺主要优点主要优点： 基体金属或合金的成分可自由选择，基体金属与强化基体金属或合金的成分可自由选择，基体金属与强

50、化颗粒之间不易发生反应；可自由选择强化颗粒的种类、颗粒之间不易发生反应；可自由选择强化颗粒的种类、尺寸，还可多种颗粒强化；强化颗粒添加量的范围大；尺寸，还可多种颗粒强化；强化颗粒添加量的范围大；较容易实现颗粒均匀化。较容易实现颗粒均匀化。粉末冶金方法的粉末冶金方法的主要缺点主要缺点：材料的成本较高，制备大尺寸的零件和坯料有一定材料的成本较高，制备大尺寸的零件和坯料有一定困难，而且粉末混合和防止氧化是工艺的关键，必困难，而且粉末混合和防止氧化是工艺的关键，必须采取有效措施加以控制，以及微细强化颗粒的均须采取有效措施加以控制，以及微细强化颗粒的均匀分散困难；颗粒与基体的界面不如铸造复合材料匀分散困