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复合材料成型工艺简介


第五章 复合材料的成型工艺
1、聚合物基复合材料的成型工艺 2、金属基复合材料的成型工艺 3、陶瓷基复合材料的成型工艺
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1、聚合物基复合材料的成型工艺
聚合物基复合材料的性能在纤维与 聚合物基复合材料的性能在纤维与树 脂体系确定后,主要决定于成型工艺。 成型工艺。 体系确定后,主要决定于成型工艺 成型工艺主要包括以下两个方

面: 成型工艺主要包括以下两个方面: 主要包括以下两个方面

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一是成型 即将预浸料按产品的要求, 成型, 预浸料按产品的要求 一是成型,即将预浸料按产品的要求,铺置 成一定的形状,一般就是产品的形状 成一定的形状,一般就是产品的形状; 二是固化,即把已铺置成一定形状的叠层预 固化, 铺置成一定形状的叠层预 二是固化 即把已铺置成一定形状的 浸料, 温度、时间和压力等因素影响下使 浸料,在温度、时间和压力等因素影响下使形状 固定下来,并能达到预期的性能要求。 固定下来,并能达到预期的性能要求。 下来

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生产中采用的成型工艺
(1) 手糊成型 手糊成型 (3)真空袋压法成型 (3)真空袋压法 真空袋压法成型 (5)压力袋成型 (5)压力袋 压力袋成型 (2)注射成型 (2)注射 注射成型 (4)挤出成型 (4)挤出 挤出成型 (6)纤维缠绕成型 (6)纤维缠绕 纤维缠绕成型

(7)树脂注射和树脂传递成型 (7)树脂注射 树脂传递成型 树脂注射和 (8)真空辅助树脂注射成型 (8)真空辅助树脂注射 真空辅助树脂注射成型
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(9)连续板材成型 (9)连续板材 连续板材成型 (11)离心浇铸 (11)离心浇铸成型 离心浇铸成型 (13)夹层结构 (13)夹层结构成型 夹层结构成型

(10)拉挤 (10)拉挤成型 拉挤成型 (12)层压或卷制 (12)层压或卷制成型 层压或卷制成型 (14)模压 (14)模压成型 模压成型

(15)热塑性片状模塑料热冲压 (15)热塑性片状模塑料热冲压成型 热塑性片状模塑料热冲压成型 (16)喷射 (16)喷射成型 喷射成型
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(1)手糊成型工艺 (1)手糊成型工艺
手糊成型工艺是复合材料最早的 最早的一 手糊成型工艺是复合材料最早的一 种成型方法,也是一种最简单的方法, 最简单的方法 种成型方法,也是一种最简单的方法, 其具体工艺过程如下: 其具体工艺过程如下:

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首先,在模具上涂刷含有固化剂的树脂混 首先,在模具上涂刷含有固化剂的树脂混 合物,再在其上铺贴一层按要求剪裁好的 合物,再在其上铺贴一层按要求剪裁好的纤维 按要求剪裁好的纤维 织物,用刷子、压辊或刮刀压挤织物,使其均 织物,用刷子、压辊或刮刀压挤织物,使其均 匀浸胶并排除气泡后, 涂刷树脂混合物和 匀浸胶并排除气泡后,再涂刷树脂混合物和铺 并排除气泡后 贴第二层纤维织物, 贴第二层纤维织物,反复上述过程直至达到所 需厚度为止。 需厚度为止。
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然后,在一定压力作用下加热固化成 然后,在一定压力作用下加热固化成 型(热压成型)或者利用树脂体系固化时 热压成型)或者利用树脂体系固化时 放出的热量固化成型(冷压成型),最后 放出的热量固化成型(冷压成型),最后 固化成型 ), 脱模得到复合材料制品。 脱模得到复合材料制品。其工艺流程如下 得到复合材料制品 图所示: 图所示:

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模具 准备

树脂胶 液配制

增强材 料准备 制品

涂脱模剂 手糊成型 检验

固化

脱模

后处理

手糊成型工艺流程图
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为了得到良好的脱模效果和 为了得到良好的脱模效果和理想 良好的脱模效果 的制品,同时使用几种脱模剂,可以 的制品,同时使用几种脱模剂, 发挥多种脱模剂的综合性能 多种脱模剂的综合性能。 发挥多种脱模剂的综合性能。

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手糊成型工艺优点
不受产品尺寸和形状限制,适宜尺寸 ①不受产品尺寸和形状限制,适宜尺寸 大、批量小、形状复杂产品的生产; 批量小、形状复杂产品的生产 产品的生产; 设备简单、投资少、设备折旧费低 折旧费低。 ②设备简单、投资少、设备折旧费低。

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工艺简单; ③工艺简单; ④易于满足产品设计要求,可以在 易于满足产品设计要求,可以在 产品不同部位任意增补增强材料 产品不同部位任意增补增强材料 树脂含量较高, ⑤制品树脂含量较高,耐腐蚀性好。 制品树脂含量较高 耐腐蚀性好。

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手糊成型工艺缺点
生产效率低 劳动强度大 ① 生产效率低,劳动强度大,劳动卫生 条件差 条件差。 产品质量不易控制,性能稳定性不高。 ②产品质量不易控制,性能稳定性不高。 不易控制 不高 力学性能较低 ③产品力学性能较低。 产品力学性能较低。
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2.模压成型工艺
模压成型工艺是一种古老的技术,早在 世 模压成型工艺是一种古老的技术,早在20世 是一种古老的技术 纪初就出现了酚醛塑料模压成型。 纪初就出现了酚醛塑料模压成型。 酚醛塑料模压成型 模压成型是一种对热固性树脂 热固性树脂和 模压成型是一种对热固性树脂和热塑性树脂 都适用的纤维复合材料成型方法。 都适用的纤维复合材料成型方法。 纤维复合材料成型方法
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模压成型工艺过程
将定量的模塑料或颗粒状树脂 模塑料或颗粒状树脂与 将定量的模塑料或颗粒状树脂与短纤维的混合 物放入敞开的金属对模中,闭模后加热使其熔化, 放入敞开的金属对模 金属对模中 闭模后加热使其熔化 加热使其熔化, 并在压力作用下充满模腔,形成与模腔相同形状的 在压力作用下充满模腔 充满模腔, 模制品;再经加热使树脂进一步发生交联反应 使树脂进一步发生交联反应而固 模制品;再经加热使树脂进一步发生交联反应而固 或者冷却使热塑性树脂硬化,脱模后得到复合 冷却使热塑性树脂硬化 化,或者冷却使热塑性树脂硬化,脱模后得到复合 材料制品。 材料制品。
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金属对 模准备

模塑料、 模塑料、 颗粒树脂

短纤维
制品

加热、加压 加热、 涂脱模剂 膜压成型 加热 冷却 脱模 后处理 检验

固化

膜压成型工艺流程图
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模压成型工艺优点
模压成型工艺有较高的生产效率 较高的生产效率, 模压成型工艺有较高的生产效率,制品尺寸 准确,表面光洁,多数结构复杂的制品可一次成 准确,表面光洁,多数结构复杂的制品可一次成 型,无需二次加工,制品外观及尺寸的重复性好, 无需二次加工,制品外观及尺寸的重复性好 重复性好, 容易实现机械化和自动化 机械化和自动化等 容易实现机械化和自动化等。

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模压成型工艺缺点
模具设计制造复杂,压机及模具投资高 模具设计制造复杂,压机及模具投资高, 投资高, 制品尺寸受设备限制,一般只适合制造批量 制品尺寸受设备限制,一般只适合制造批量 大的中、小型制品。 的中、小型制品。

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模压成型工艺已成为复合材料的重要 模压成型工艺已成为复合材料的重要 已成为 成型方法, 各种成型工艺中所占比例仅 成型方法,在各种成型工艺中所占比例仅 手糊/ 次于手糊 喷射和连续成型,居第三位。 次于手糊/喷射和连续成型,居第三位。 近年来随着专业化、自动化和生产效 近年来随着专业化、自动化和 专业化 率的提高,制品成本不断降低, 率的提高,制品成本不断降低,使用范围 不断降低 越来越广泛。 越来越广泛。
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模压制品主要用作结构件、连接件、 模压制品主要用作结构件、连接件、防护件 主要用作结构件 电气绝缘等 广泛应用于工业 农业、 工业、 和电气绝缘等,广泛应用于工业、农业、交通运 电气、化工、建筑、机械等领域 等领域。 输、电气、化工、建筑、机械等领域。 由于模压制品质量可靠 质量可靠, 兵器、飞机、 由于模压制品质量可靠,在兵器、飞机、导 卫星上也都得到应用 上也都得到应用。 弹、卫星上也都得到应用。

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3. 层压成型工艺
层压成型工艺,是把一定层数的浸胶布 层压成型工艺,是把一定层数的浸胶布 纸) 浸胶布(纸 叠在一起,送入多层液压机 多层液压机, 叠在一起,送入多层液压机,在一定的温度和压 力下压制成板材的工艺。 压制成板材的工艺 力下压制成板材的工艺。 层压成型工艺属于干法压力成型范畴, 层压成型工艺属于干法压力成型范畴,是复 属于干法压力成型范畴 合材料的一种主要成型工艺。 合材料的一种主要成型工艺。
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层压成型工艺生产的制品包括各种 层压成型工艺生产的制品包括各种 生产的制品 绝缘材料板、人造木板、塑料贴面板、 绝缘材料板、人造木板、塑料贴面板、 覆铜箔层压板等 覆铜箔层压板等。 复合材料层压板的生产工艺流程 层压板的生产工艺流程如下 复合材料层压板的生产工艺流程如下

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增强材料 浸 热固性树脂 胶 胶 布

裁 剪 叠 合

热 压

脱 模

切 边

产 品

层压板的生产工艺流程

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层压成型工艺的优点是制品表面光洁、 层压成型工艺的优点是制品表面光洁、 是制品表面光洁 质量较好且稳定以及生产效率较高。 质量较好且稳定以及生产效率较高。 以及生产效率较高 层压成型工艺的缺点是只能生产板材, 层压成型工艺的缺点是只能生产板材, 是只能生产板材 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。

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4.喷射成型工艺
将分别混有促进剂和引发剂的不饱和聚 将分别混有促进剂和引发剂的不饱和聚 混有促进剂和引发剂的 酯树脂从喷枪两侧( 在喷枪内混合) 酯树脂从喷枪两侧(或在喷枪内混合)喷 从喷枪两侧 玻璃纤维无捻粗纱用切割机切 出,同时将玻璃纤维无捻粗纱用切割机切 同时将玻璃纤维无捻粗纱 由喷枪中心喷出 与树脂一起均匀沉 喷出, 断并由喷枪中心喷出,与树脂一起均匀沉 积到模具上。 积到模具上。
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不饱和聚酯树脂与 当不饱和聚酯树脂与玻璃纤维无捻粗纱 混合沉积到一定厚度时,用手辊滚压, 混合沉积到一定厚度时,用手辊滚压,使纤 维浸透树脂、压实并除去气泡,最后固化成 维浸透树脂、压实并除去气泡,最后固化成 制品。 制品。 其具体工艺流程图如下: 其具体工艺流程图如下:
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玻璃纤维无捻粗纱 聚酯树脂 引发剂 促进剂 加热 静态混合 切 割 喷 枪

模 具 喷 射 成 型

脱模

固化 辊压

喷射成型工艺流程图
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喷射成型对所用原材料有一定要求, 喷射成型对所用原材料有一定要求,例如 对所用原材料有一定要求 树脂体系的粘度应适中 容易喷射雾化、 粘度应适中, 树脂体系的粘度应适中,容易喷射雾化、脱除 以及不带静电 气泡和浸润纤维以及不带静电等 气泡和浸润纤维以及不带静电等。 最常用的树脂是在室温或稍高温度下即可 最常用的树脂是在室温或稍高温度下即可 固化的不饱和聚酯 不饱和聚酯等 固化的不饱和聚酯等。

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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, 生产效率可提高数倍,劳动强度降低, 而生产效率可提高数倍,劳动强度降低, 可提高数倍 降低 能够制作大尺寸制品 制作大尺寸制品。 能够制作大尺寸制品。

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喷射成型方法虽然可以制成 方法虽然可以制成复杂 用喷射成型方法虽然可以制成复杂 厚度和纤维含量都较 形状的制品,但其厚度和纤维含量 形状的制品,但其厚度和纤维含量都较 难精确控制,树脂含量一般在60%以上, 以上, 难精确控制,树脂含量一般在 以上 孔隙率较高,制品强度较低, 孔隙率较高,制品强度较低,施工现场 较高 污染和浪费较大。 污染和浪费较大。
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利用喷射法可以制作大蓬车车身、 喷射法可以制作大蓬车车身 利用喷射法可以制作大蓬车车身、 船体、广告模型、舞台道具、贮藏箱、 船体、广告模型、舞台道具、贮藏箱、 建筑构件、机器外罩、容器、安全帽等 建筑构件、机器外罩、容器、安全帽等。

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5. 连续缠绕成型工艺
浸过树脂胶液的连续纤维或布带, 将浸过树脂胶液的连续纤维或布带,按照一 缠绕到芯模上 然后固化脱模成为增强塑 固化脱模成为 定规律缠绕到芯模 定规律缠绕到芯模上,然后固化脱模成为增强塑 料制品的工艺过程,称为缠绕工艺 料制品的工艺过程,称为缠绕工艺。 缠绕工艺。 的工艺过程 缠绕工艺流程图如下图所示: 工艺流程图如下图所示 缠绕工艺流程图如下图所示:

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胶液配制 纱团 集束 浸 胶 湿 法 缠 张力控制 绕 成 型 工 艺 烘干 络纱 胶纱纱绽 张力控制 加热粘流

干 法 缠 绕 成 型 工 艺

惤流

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利用连续纤维缠绕技术制作复合材料制品时, 连续纤维缠绕技术制作复合材料制品时 利用连续纤维缠绕技术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: 一是将纤维或带状织物浸树脂后, 纤维或带状织物浸树脂后 一是将纤维或带状织物浸树脂后,再缠绕在芯 模上; 模上; 二是先将纤维或带状织物缠好后,再浸渍树脂。 纤维或带状织物缠好后 二是先将纤维或带状织物缠好后,再浸渍树脂。 目前普遍采用前者。 目前普遍采用前者。
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缠绕机类似一部机床,纤维通过树脂槽后 缠绕机类似一部机床,纤维通过树脂槽后, 类似一部机床 通过树脂槽 用轧辊除去纤维中多余的树脂。 用轧辊除去纤维中多余的树脂。 除去纤维中多余的树脂 为改善工艺性能和避免损伤纤维,可预先 工艺性能和避免损伤纤维, 为改善工艺性能和避免损伤纤维 在纤维表面徐覆一层半固化的基体树脂 在纤维表面徐覆一层半固化的基体树脂,或者 徐覆一层半固化的基体树脂, 直接使用预浸料。 直接使用预浸料。

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纤维缠绕方式和角度可以通过机械传动或 缠绕方式和角度可以通过机械传动 纤维缠绕方式和角度可以通过机械传动或计 算机控制。 算机控制。 缠绕达到要求厚度后,根据所选用的树脂类 缠绕达到要求厚度后,根据所选用的树脂类 在室温或加热箱内固化 脱模便得到复合材 固化、 型,在室温或加热箱内固化、脱模便得到复合材 料制品。 料制品。

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利用纤维缠绕工艺制造压力容器 纤维缠绕工艺制造压力容器时 利用纤维缠绕工艺制造压力容器时, 一般要求纤维具有较高的强度 模量, 较高的强度和 一般要求纤维具有较高的强度和模量, 容易被树脂浸润,纤维纱的张力均匀 容易被树脂浸润,纤维纱的张力均匀以 张力均匀以 不起毛、 及缠绕时不起毛 不断头等 及缠绕时不起毛、不断头等。

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另外,在缠绕的时候,所使用的芯模 芯模应 另外,在缠绕的时候,所使用的芯模应 足够的强度和刚度,能够承受成型加工过 有足够的强度和刚度,能够承受成型加工过 程中各种载荷(缠绕张力、固化时的热应力、 各种载荷( 程中各种载荷 缠绕张力、固化时的热应力、 热应力 自重等),满足制品形状尺寸 精度要求以 自重等),满足制品形状尺寸和精度要求以 满足制品形状尺寸和 容易与固化制品分离等 及容易与固化制品分离等。
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常用的芯模材料有石膏、石蜡、 芯模材料有石膏 常用的芯模材料有石膏、石蜡、金 属或合金、塑料等,也可用水溶性高分 属或合金、塑料等,也可用水溶性高分 材料,如以聚烯醇作粘结剂制成芯模 材料,如以聚烯醇作粘结剂制成芯模。 聚烯醇作粘结剂制成芯模。

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连续纤维缠绕技术的优点
首先,纤维按预定要求排列的规整度和 按预定要求排列的规整度 首先,纤维按预定要求排列的规整度和精度 高,通过改变纤维排布方式、数量,可以实现等 通过改变纤维排布方式、数量,可以实现等 纤维排布方式 强度设计,因此, 在较大程度上发挥 强度设计,因此,能在较大程度上发挥增强纤维 发挥增强纤维 抗张性能优异的特点, 抗张性能优异的特点, 优异的特点

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其次, 连续纤维缠绕技术所制得 其次,用连续纤维缠绕技术所制得 的成品,结构合理,比强度和比模量高, 的成品,结构合理,比强度和比模量高 质量比较稳定 生产效率较高等。 质量比较稳定和生产效率较高等。 比较稳定和 较高等

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连续纤维缠绕技术的缺点
设备投资费用大 只有大批量生产时 设备投资费用大,只有大批量生产时 才可能降低成本。 才可能降低成本。

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连续纤维缠绕法适于制作承受一定 连续纤维缠绕法适于制作承受一定 适于制作 内压的中空型容器 中空型容器, 内压的中空型容器,如固体火箭发动机 壳体、导弹放热层和发射筒、压力容器、 壳体、导弹放热层和发射筒、压力容器、 大型贮罐、各种管材等 大型贮罐、各种管材等。

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近年来发展起来的异型缠绕技术 异型缠绕技术, 近年来发展起来的异型缠绕技术,可 以实现复杂横截面形状的回转体 以实现复杂横截面形状的回转体或断面呈 复杂横截面形状的回转体或断面呈 矩形、方形以及不规则形状容器的成型。 矩形、方形以及不规则形状容器的成型。 以及不规则形状容器的成型

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6. 拉挤成型工艺
拉挤成型工艺中,首先将浸渍过树脂 拉挤成型工艺中,首先将浸渍过树脂 胶液的连续纤维束或带状织物在牵引装置 连续纤维束或 胶液的连续纤维束 带状织物在牵引装置 作用下通过成型模 定型; 作用下通过成型模而定型; 通过成型模而

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其次,在模中或固化炉中固化 固化, 其次,在模中或固化炉中固化,制成具 有特定横截面形状和长度不受限制的复合材 特定横截面形状和长度不受限制的复合材 管材、棒材、槽型材、工字型材、 料,如管材、棒材、槽型材、工字型材、方 型材等 型材等。

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一般情况下,只将预制品在成型模中加热到 预制品在成型模中 一般情况下,只将预制品在成型模中加热到 预固化的程度,最后固化是在加热箱中完成的 预固化的程度,最后固化是在加热箱中完成的。 完成的。 的程度
纤维 挤 胶 器 预 成 型 热 模 拉 拢 制品

成型



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拉挤成型过程中,要求增强纤维的强 拉挤成型过程中,要求增强纤维的强 过程中 增强纤维的 度高、 束性好、不发生悬垂和容易被树 度高、集束性好、不发生悬垂和容易被树 脂胶液浸润 浸润。 脂胶液浸润。 常用的增强纤维 玻璃纤维、 增强纤维如 常用的增强纤维如玻璃纤维、芳香族 聚酰胺纤维、碳纤维以及金属纤维等 聚酰胺纤维、碳纤维以及金属纤维等。 以及金属纤维

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用作基体材料的树脂以热固性树脂为 基体材料的树脂 用作基体材料的树脂以热固性树脂为 主,要求树脂的粘度低和适用期长等。 要求树脂的粘度低和适用期长等 粘度低 大量使用的基体材料有不饱和聚酯树 大量使用的基体材料有不饱和聚酯树 脂和环氧树脂等。 环氧树脂等

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另外, 耐热性较好、熔体粘度较低的 另外,以耐热性较好、熔体粘度较低的 热塑性树脂为基体的拉挤成型工艺 热塑性树脂为基体的拉挤成型工艺也取得了 为基体的拉挤成型工艺也取得了 很大进展。 很大进展。 其拉挤成型的关键在于增强材料的浸渍。 拉挤成型的关键在于增强材料的浸渍 在于增强材料的浸渍。

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拉挤成型工艺中 目前常用的方法如热 在拉挤成型工艺中,目前常用的方法如热 熔涂覆法和混编法。 熔涂覆法和混编法。 热熔涂覆法是使增强材料通过熔融树脂, 热熔涂覆法是使增强材料通过熔融树脂, 是使增强材料通过熔融树脂 浸渍树脂后在成型模中冷却定型 浸渍树脂后在成型模中冷却定型; 在成型模中冷却定型;

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混编法中 首先按一定比例将热塑性聚合物 混编法中,首先按一定比例将热塑性聚合物 纤维与增强材料混编织成带状、空芯状等几何形 混编织成带状 纤维与增强材料混编织成带状、空芯状等几何形 状的织物; 状的织物; 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 然后,利用具有一定几何形状的织物通过热 模时基体纤维熔化 浸渍增强材料,冷却定型后 基体纤维熔化并 模时基体纤维熔化并浸渍增强材料,冷却定型后 成为产品。 成为产品。
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拉挤成型的优点
生产效率高,易于实现自动化; ①生产效率高,易于实现自动化; ②制品中增强材料的含量一般为40%-制品中增强材料的含量一般为 % 80%,能够充分发挥增强材料的作用,制品 %,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 性能稳定可靠; 性能稳定可靠;
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③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, 树脂损耗少; 产过程中树脂损耗少 产过程中树脂损耗少; ④制品的纵向和横向强度可任意调整, 纵向和横向强度可任意调整, 制品的纵向和横向强度可任意调整 以适应不同制品的使用要求,其长度可根 以适应不同制品的使用要求,其长度可根 据需要定长切割 定长切割。 据需要定长切割。
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拉挤制品的主要应用领域
(1)耐腐蚀领域。主要用于上、下水装置,工 耐腐蚀领域。 耐腐蚀领域 主要用于上 下水装置, 及化工、 业废水处理设备、化工挡板及化工、石油、造纸和 废水处理设备、化工挡板及化工 石油、 冶金等工厂内的栏杆、楼梯、平台扶手等。 冶金等工厂内的栏杆、楼梯、平台扶手等 栏杆 (2)电工领域。主要用于高压电缆保护管、电 电工领域。 电工领域 主要用于高压电缆保护管 高压电缆保护管、 缆架、绝缘梯、绝缘杆、灯柱、 缆架、绝缘梯、绝缘杆、灯柱、变压器和电机的零 部件等。 部件等。
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(3)建筑领域。主要用于门窗结构用型材、 建筑领域。 建筑领域 主要用于门窗结构用型材、 门窗结构用型材 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)运输领域。主要用于卡车构架、冷藏车 运输领域。 运输领域 主要用于卡车构架、 汽车笼板、刹车片、行李架、保险杆、 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。

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(5)运动娱乐领域。主要用于钓鱼杆、弓箭 运动娱乐领域。 运动娱乐领域 主要用于钓鱼杆、 杆、滑雪板、撑杆跳杆、曲辊球辊、活动游泳池 滑雪板、撑杆跳杆、曲辊球辊、 底板等。 底板等。 (6)能源开发领域。主要用于太阳能收集器、 能源开发领域。 能源开发领域 主要用于太阳能收集器、 太阳能收集器 支架、风力发电机叶片和抽油杆等 和抽油杆等。 支架、风力发电机叶片和抽油杆等。 (7)航空航天领域。如宇宙飞船天线绝缘管, 航空航天领域。 天线绝缘管, 航空航天领域 如宇宙飞船天线绝缘管 飞船用电机零部件等 飞船用电机零部件等。 电机零部件
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目前,随着科学和技术的不断发展, 科学和技术的不断发展 目前,随着科学和技术的不断发展,正向 提高生产速度、 着提高生产速度、热塑性和热固性树脂同时使 复合结构材料和方向发展。 用的复合结构材料和方向发展。 和方向发展 大型制品, 产品外观质量和 生产大型制品 改进产品外观质量 生产大型制品,改进产品外观质量和提高 产品的横向强度都将是拉挤成型工艺今后的发 产品的横向强度都将是拉挤成型工艺今后的发 都将是拉挤成型工艺 展方向。 展方向。
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7. 注射成型工艺
注射成型是树脂基复合材料生产中的一 注射成型是树脂基复合材料生产中的一 种重要成型方法,它适用于热塑性和热固性 种重要成型方法,它适用于热塑性和热固性 复合材料, 以热塑性复合材料应用最广。 复合材料,但以热塑性复合材料应用最广。 应用最广

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注射成型工艺原理
注射成型是根据金属压铸原理 注射成型是根据金属压铸原理发展起来的 是根据金属压铸原理发展起来的 一种成型方法。该方法是将颗粒状树脂 颗粒状树脂、 一种成型方法。该方法是将颗粒状树脂、短纤维 送入注射腔内,加热熔化、混合均匀, 送入注射腔内,加热熔化、混合均匀,并以一定 注射腔内 的挤出压力,注射到温度较低的密闭模具 密闭模具中 的挤出压力,注射到温度较低的密闭模具中,经 冷却定型后 开模便得到复合材料制品。 过冷却定型后,开模便得到复合材料制品。
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注射成型工艺过程包括加料 熔化、混合、 注射成型工艺过程包括加料、熔化、混合、 包括加料、 注射、冷却硬化和脱模等步骤 注射、冷却硬化和脱模等步骤。 等步骤。 热固性树脂时 一般是将温度较低的树 加工热固性树脂 加工热固性树脂时,一般是将温度较低的树 脂体系(防止物料在进入模具之前发生固化 与 脂体系 防止物料在进入模具之前发生固化)与短 防止物料在进入模具之前发生固化 纤维混合均匀后注射到模具 然后再加热模具 纤维混合均匀后注射到模具,然后再加热模具使 混合均匀后注射到模具, 加热模具使 其固化成型。 其固化成型。
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在加工过程中,由于熔体混合物的流动 在加工过程中,由于熔体混合物的流动 会使纤维在树脂基体中的分布有一定的各向 会使纤维在树脂基体中的分布有一定的各向 在树脂基体中的分布有一定的 异性。 异性。 如果制品形状比较复杂,则容易出现局 如果制品形状比较复杂,则容易出现局 部纤维分布不均匀或大量树脂富集区, 部纤维分布不均匀或大量树脂富集区,影响 材料的性能。 材料的性能。
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因此,注射成型工艺要求树脂与短 因此,注射成型工艺要求树脂与短 要求 纤维的混合均匀,混合体系有良好的流 纤维的混合均匀,混合体系有良好的流 动性, 纤维含量不宜过高,一般在 动性,而纤维含量不宜过高,一般在30 %--40%左右。 %左右。

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注射成型法所得制品的精度高、 注射成型法所得制品的精度高、生产 所得制品 周期短、效率较高、容易实现自动控制, 周期短、效率较高、容易实现自动控制, 除氟树脂外,几乎所有的热塑性树脂都可 热塑性树脂都可 除氟树脂外,几乎所有的热塑性树脂 以采用这种方法成型。 以采用这种方法成型。

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物料在注射腔中熔化方式分类 常用的注 在注射腔中熔化方式分类, 按物料在注射腔中熔化方式分类,常用的注 两种。 射机有按塞式和螺杆式两种 射机有按塞式和螺杆式两种。 由于按塞式注射机塑化能力较低、塑化均匀 按塞式注射机塑化能力较低 由于按塞式注射机塑化能力较低、 性差,注射压力损耗大及注射速度较慢等 性差,注射压力损耗大及注射速度较慢等,已很 少生产,现在普遍使用的是往复螺杆式注射机 往复螺杆式注射机。 少生产,现在普遍使用的是往复螺杆式注射机。

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2、金属基复合材料的成型技术
金属基复合材料的制备工艺方法 制备工艺方法对复 金属基复合材料的制备工艺方法对复 合材料的性能有很大的影响,是金属基复 性能有很大的影响 合材料的性能有很大的影响, 合材料的重要研究内容之一。 重要研究内容之一 合材料的重要研究内容之一。

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金属基复合材料工艺研究内容
金属基体与增强材料的结合 结合和 ① 金属基体与增强材料的结合和结 合方式; 合方式; 金属基体/增强材料界面和 增强材料界面 ② 金属基体 增强材料界面和界面产 物在工艺过程中的形成及控制; 在工艺过程中的形成及控制;
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增强材料在金属基体中的分布; 在金属基体中的分布 ③ 增强材料在金属基体中的分布; 防止连续纤维 连续纤维在制备工艺过程中 ④ 防止连续纤维在制备工艺过程中 的损伤; 损伤; ⑤ 优化工艺参数,提高复合材料的 优化工艺参数 工艺参数, 性能和稳定性,降低成本 性能和稳定性,降低成本。 成本。
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根据各种方法的基本特点 方法的基本特点, 根据各种方法的基本特点,把金属基复 合材料的制备工艺分为四大类 分为四大类: 合材料的制备工艺分为四大类: (1) 固态法; 固态法 (2) 液态法; 液态法 (3) 喷射与喷涂沉积法; 喷射与喷涂沉积法 (4) 原位复合法。 原位复合法
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常用的金属基复合材料制备工艺

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(1) 固态法
固态制备工艺主要为扩散结合 扩散结合和 固态制备工艺主要为扩散结合和粉末 治金两种方法。 治金两种方法。 两种方法

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1) 扩散结合
在一定的温度和压力下 把表面新鲜清洁 新鲜清洁的 在一定的温度和压力下,把表面新鲜清洁的 温度和压力 相同或不相同的金属,通过表面原子的互相扩散 相同或不相同的金属,通过表面原子的互相扩散 的金属 而连接在一起。 而连接在一起。 因而,扩散结合也成为一种制造连续纤维增 因而,扩散结合也成为一种制造连续纤维增 强金属基复合材料的传统工艺方法 强金属基复合材料的传统工艺方法。 的传统工艺方法。
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扩散结合工艺中 扩散结合工艺中,增强纤维与基体的 结合主要分为三个关键步骤: 结合主要分为三个关键步骤: 主要分为三个关键步骤 ① 纤维的排布; 纤维的排布; ② 复合材料的叠合和真空封装; 复合材料的叠合和真空封装; ③ 热压。 热压。
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采用扩散结合方式制备金属基复合材料, 采用扩散结合方式制备金属基复合材料,工 扩散结合方式制备金属基复合材料 艺相对复杂,工艺参数控制要求严格 纤维排布、 艺相对复杂,工艺参数控制要求严格,纤维排布、 要求严格, 叠合以及封装手工操作多,成本高。 叠合以及封装手工操作多,成本高。 扩散结合是连续纤维增强并能 并能按照铺层要 但扩散结合是连续纤维增强并能按照铺层要 求排布的惟一可行的工艺。 求排布的惟一可行的工艺。 惟一可行的工艺

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扩散结合工艺中 增强纤维与基体的 在扩散结合工艺中,增强纤维与基体的湿 润问题容易解决 而且在热压时可通过控制工 润问题容易解决,而且在热压时可通过控制工 容易解决, 在热压时可通过 的办法来控制界面反应 艺参数的办法来控制界面反应。 艺参数的办法来控制界面反应。 因此,在金属基复合材料的早期生产 早期生产中大 因此,在金属基复合材料的早期生产中大 量采用扩散结合工艺 扩散结合工艺。 量采用扩散结合工艺。

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2) 粉末冶金
粉末冶金既可用于连续长纤维增强, 连续长纤维增强 粉末冶金既可用于连续长纤维增强, 又可用于短纤维、颗粒或晶须增强的金 短纤维、 又可用于短纤维 颗粒或晶须增强的金 增强的 属基复合材料。 属基复合材料。

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在粉未冶金法中, 在粉未冶金法中,长纤维增强金属基复 合材料分两步进行。 合材料分两步进行。 分两步进行 首先是将预先设计好的一定体积百分比 首先是将预先设计好的一定体积百分比 长纤维和金属基体粉末混装于容器中 混装于容器中, 的长纤维和金属基体粉末混装于容器中,在 真空或保护气氛下预烧结。 真空或保护气氛下预烧结。 然后将预烧结体进行热等静压加工。 然后将预烧结体进行热等静压加工。 预烧结体进行热等静压加工
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一般情况下,采用粉未冶金工艺 粉未冶金工艺制 一般情况下,采用粉未冶金工艺制 备的长纤维增强金属基复合材料中, 备的长纤维增强金属基复合材料中,纤 长纤维增强金属基复合材料中 维的体积百分含量 体积百分含量为 维的体积百分含量为40% ~ 60%,最多 , 可达75%。 。 可达

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粉末冶金法五大优点
热等静压或烧结温度低于金属熔点, 低于金属熔点 ① 热等静压或烧结温度低于金属熔点,因而 由高温引起的增强材料与金属基体的界面反应少 界面反应少, 由高温引起的增强材料与金属基体的界面反应少, 减小了界面反应对复合材料性能的不利影响。同 减小了界面反应对复合材料性能的不利影响。 时可以通过热等静压或烧结时的温度、压力和 时可以通过热等静压或烧结时的温度、压力和时 热等静压或烧结时 间等工艺参数来控制界面反应。 等工艺参数来控制界面反应 控制界面反应。

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可根据性能要求,使增强材料(纤维、 ② 可根据性能要求,使增强材料(纤维、 颗粒或晶须)与基体金属粉末以任何比例混 颗粒或晶须)与基体金属粉末以任何比例混 合,纤维含量最高可达 纤维含量最高可达 可达75%,颗粒含量可达 ,颗粒含量可达 50%以上,这是液态法无法达到的。 以上,这是液态法无法达到的。 以上

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可降低增强材料与基体互相湿润的要 增强材料与基体互相湿润 ③ 可降低增强材料与基体互相湿润的要 求,也降低了增强材料与基体粉未的密度差 也降低了增强材料与基体粉未的 增强材料与基体粉未 的要求, 颗粒或晶须均匀分布 均匀分布在金属基复 的要求,使颗粒或晶须均匀分布在金属基复 合材料的基体中。 合材料的基体中。

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采用热等静压工艺 热等静压工艺时 组织细化、 ④ 采用热等静压工艺时,其组织细化、 致密、均匀,一般不会产生偏析、偏聚等 致密、均匀,一般不会产生偏析、偏聚等 偏析 缺陷,可使孔隙和其他内部缺陷得到明显 孔隙和其他内部缺陷得到明显 缺陷,可使孔隙和其他内部缺陷 改善,从而提高复合材料的性能。 改善,从而提高复合材料的性能。

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粉未冶金法制备的 制备的金属基复合材料 ⑤ 粉未冶金法制备的金属基复合材料 可通过传统的金属加工方法进行二次加工。 金属加工方法进行二次加工 可通过传统的金属加工方法进行二次加工。 可以得到所需形状的复合材料构件的毛坯 毛坯。 可以得到所需形状的复合材料构件的毛坯。

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粉末冶金法主要缺点
复杂; ①工艺过程比较复杂; 工艺过程比较复杂 ②金属基体必须制成粉末,增如了工 金属基体必须制成粉末, 艺的复杂性 成本; 复杂性和 艺的复杂性和成本; ③在制备铝基复合材料时,还要防止 在制备铝基复合材料时, 铝粉引起的爆炸 爆炸。 铝粉引起的爆炸。
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2.液态法
液态法亦称为熔铸法 其中包括压铸 熔铸法, 压铸、 液态法亦称为熔铸法,其中包括压铸、 半固态复合铸造、液态渗透以及搅拌法 半固态复合铸造、液态渗透以及搅拌法和 以及搅拌法和 无压渗透法等 无压渗透法等。

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液态法是目前制备颗粒 晶须和 颗粒、 液态法是目前制备颗粒、晶须和短纤维 增强金属基复合材料的主要工艺方法。 增强金属基复合材料的主要工艺方法。 主要工艺方法 液态法主要特点是金属基体在制备复合 主要特点是金属基体 液态法主要特点是金属基体在制备复合 材料时均处于液态。 材料时均处于液态。 均处于液态

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与固态法相比,液态法的工艺及设备 与固态法相比,液态法的工艺及设备 相对简便易行, 相对简便易行,与传统金属材料的成型工 艺,如铸造、压铸等方法非常相似,制备 如铸造、压铸等方法非常相似, 成本较低,因此液态法得到较快的发展。 成本较低,因此液态法得到较快的发展。

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1) 压铸
压铸成型是指在压力作用下将液态或半 压铸成型是指在压力作用下将液态或半 在压力作用下 液态金属基复合材料或金属以一定速度充填 液态金属基复合材料或金属以一定速度充填 以一定速度 压铸模型腔或增强材料预制体的孔隙中 压铸模型腔或增强材料预制体的孔隙中,在 压力下快速凝固成型而制备金属基复合材料 压力下快速凝固成型而制备金属基复合材料 快速凝固成型 的工艺方法。 的工艺方法。
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压铸成型法的具体工艺
首先将包含有增强材料的金属熔体倒入预热 首先将包含有增强材料的金属熔体倒入预热 包含有增强材料的金属熔体倒入 摸具中后 迅速加压,压力约为70~100MPa,使 摸具中后,迅速加压,压力约为 , 液态金属基复合材料在压力下凝固。 液态金属基复合材料在压力下凝固。 在压力下凝固 待复合材料完全固化后顶出, 完全固化后顶出 待复合材料完全固化后顶出,即制得所需形 状及尺寸的金属基复合材料的坯料或压铸件 坯料或压铸件。 状及尺寸的金属基复合材料的坯料或压铸件。
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压铸工艺中,影响金属基复合材料性 压铸工艺中,影响金属基复合材料性 能的工艺因素主要有四个: 工艺因素主要有四个 能的工艺因素主要有四个: 熔融金属的温度、 ①熔融金属的温度、 ②模具预热温度 使用的最大压力、 加压速度。 ③使用的最大压力、 ④加压速度。
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在采用预制增强材料块时 在采用预制增强材料块时,为了获得 预制增强材料块 无孔隙的复合材料,一般压力 无孔隙的复合材料,一般压力不低于 压力不低于 的复合材料 50MPa,加压速度以使预制件不变形为宜, ,加压速度以使预制件不变形为宜 为宜, 一般为1~3cm/s。 。 一般为

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对于铝基复合材料 铝基复合材料, 对于铝基复合材料,熔融金属温度一般 为700~800℃,预制件和模具预热温度一般可 ℃ 预制件和模具预热温度一般可 控制在500~800℃,并可相互补偿,如前者高 ℃ 并可相互补偿, 控制在 些,后者可以低些,反之亦然。 后者可以低些,反之亦然。

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采用压铸法生产的铝基复合材料的零 压铸法生产的铝基复合材料 采用压铸法生产的铝基复合材料的零 部件, 组织细化、无气孔, 部件,其组织细化、无气孔,可以获得比 一般金属模铸件性能优良的压铸件。 金属模铸件性能优良的压铸件 一般金属模铸件性能优良的压铸件。 与其他金属基复合材料制备方法相比, 与其他金属基复合材料制备方法相比, 压铸工艺设备简单 成本低,材料的质量 设备简单, 压铸工艺设备简单,成本低,材料的质量 高且稳定,易于工业化生产。 高且稳定,易于工业化生产。 工业化生产
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2) 半固态复合铸造
半固态复合铸造主要是针对搅拌法的缺点 搅拌法的缺点而提 半固态复合铸造主要是针对搅拌法的缺点而提 出的改进工艺。 出的改进工艺。 这种方法是将颗粒加入处于半固态的金属基体 通过搅拌使颗粒在金属基体中均匀分布, 在金属基体中均匀分布 中,通过搅拌使颗粒在金属基体中均匀分布,并取 得良好的界面结合,然后浇注成型 浇注成型或将半固态复合 得良好的界面结合,然后浇注成型或将半固态复合 材料注入模具中进行压铸成型 材料注入模具中进行压铸成型。 注入模具中进行压铸成型。
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通常采用搅拌法制备金属基复合材料 搅拌法制备金属基复合材料时 通常采用搅拌法制备金属基复合材料时,常常 会由于强烈搅拌将 会由于强烈搅拌将气体或表面金属氧化物卷入金属 强烈搅拌 熔体中; 熔体中; 同时当颗粒与金属基体湿润性差 同时当颗粒与金属基体湿润性差时,颗粒难以 当颗粒与金属基体湿润性差时 与金属基体复合,而且颗粒在金属基体中由于比重 与金属基体复合,而且颗粒在金属基体中由于比重 在金属基体中 关系而难以得到均匀分布,影响复合材料性能。 关系而难以得到均匀分布,影响复合材料性能。
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半固态复合铸造的原理
①是将金属熔体的温度控制在液相线 是将金属熔体的温度控制在液相线 金属熔体的温度控制在 与固相线之间,通过搅拌使部分树枝状结 与固相线之间,通过搅拌使部分树枝状结 之间 晶体破碎成固相颗粒, 晶体破碎成固相颗粒,熔体中的固相颗粒 破碎成固相颗粒 非枝晶结钩, 是一种非枝晶结钩 可以防止半固态熔体 是一种非枝晶结钩,可以防止半固态熔体 粘度的增加。 粘度的增加。
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②当加入预热后的增强颗粒时,因熔体 当加入预热后的增强颗粒 预热后的增强颗粒时 中含有一定量的固相金属颗粒 在搅拌中增 固相金属颗粒, 中含有一定量的固相金属颗粒,在搅拌中增 强颗粒受阻而滞留在半固态金属熔体中 强颗粒受阻而滞留在半固态金属熔体中,增 而滞留在半固态金属熔体 强颗粒不会结集和偏聚而得到一定的分散。 结集和偏聚而得到一定的分散 强颗粒不会结集和偏聚而得到一定的分散。 机械搅拌也使 ③同时强烈的机械搅拌也使增强颗粒与 同时强烈的机械搅拌也使增强颗粒与 金属熔体直接接触,促进润湿。 金属熔体直接接触,促进润湿。 直接接触
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主要控制工艺参数
① 金属基体熔体的温度应使熔体达到 金属基体熔体的温度 熔体的温度应使熔体达到 30%~50%固态; 固态; 固态 搅拌速度应不产生湍流以防止空 ② 搅拌速度应不产生湍流以防止空 气裹入,并使熔体中枝晶破碎 枝晶破碎形成固态颗 气裹入,并使熔体中枝晶破碎形成固态颗 降低熔体的粘度, 粒,降低熔体的粘度,从而有利于增强颗 粒的加入。 粒的加入。
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由于浇注时金属基复合材料是 由于浇注时金属基复合材料是处于 金属基复合材料 半固态,直接浇注成型或压铸成型所得 半固态,直接浇注成型或压铸成型所得 的铸件几乎没有缩孔或孔洞 没有缩孔或孔洞, 的铸件几乎没有缩孔或孔洞,组织细化 和致密。 和致密。

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半固态复合铸造主要应用于颗粒增强 半固态复合铸造主要应用于颗粒增强 主要应用于 金属基复合材料,因短纤维、 金属基复合材料,因短纤维、晶须在加入 时容易结团或缠结在一起,虽经搅拌也不 时容易结团或缠结在一起, 结团或缠结在一起 易分散均匀,因而不易采用此法来制备短 易分散均匀,因而不易采用此法来制备短 纤维或晶须增强金属基复合材料。 纤维或晶须增强金属基复合材料。 金属基复合材料

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3) 无压渗透
工艺过程如下: 工艺过程如下: 如下 ①是将增强材料制成预制体,置于氧化 是将增强材料制成预制体 增强材料制成预制体, 铝容器内。 铝容器内。 ②再将基体金属坯料置于可渗透的增强 再将基体金属坯料置于可渗透的增强 基体金属坯料置于可渗透的 材料预制体上部。 材料预制体上部。 上部
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③氧化铝容器、预制体和基体金属 氧化铝容器、预制体和 坯料均装入可通入流动氮气的加热炉中 坯料均装入可通入流动氮气的加热炉中。 均装入可通入流动氮气 ④通过加热,基体金属熔化,并自 通过加热,基体金属熔化, 增强材料预制体中 发渗透进入网络状增强材料预制体 发渗透进入网络状增强材料预制体中。

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无压渗透工艺能较明显降低 无压渗透工艺能较明显降低金属基复 能较明显降低金属基复 合材料的制造成本 但复合材料的强度较 成本, 合材料的制造成本,但复合材料的强度较 低,而其刚度显著高于基体金属。 而其刚度显著高于基体金属。 刚度显著高于基体金属

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例如以55~60%Al2O3或SiC预制成零件 预制成零件 例如以 预制成 的形状,放入同样形状的刚玉陶瓷槽内 刚玉陶瓷槽内, 的形状,放入同样形状的刚玉陶瓷槽内, 将含有3%~10%Mg的铝合金(基体)坯料 的铝合金(基体) 将含有 增强材料预制体上 放置在增强材料预制体 放置在增强材料预制体上,在流动的氮气 气氛下,加热至 气氛下,加热至800~1000℃,铝合金熔化 ℃ 并自发渗入预制体内。 并自发渗入预制体内。
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由于氮气与铝合金发生反应, 氮气与铝合金发生反应 由于氮气与铝合金发生反应,在金属 基复合材料的显微组织中还有AlN。 。 基复合材料的显微组织中还有 控制氮气流量 温度以及渗透速度 氮气流量、 控制氮气流量、温度以及渗透速度, 以及渗透速度, 可以控制AIN的生成量。 的生成量。 可以控制 的生成量

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AIN在铝基复合材料中起到提高复合 在铝基复合材料中起到提高复合 材料刚度 降低热膨胀系数的作用。 刚度, 热膨胀系数的作用 材料刚度,降低热膨胀系数的作用。 采用这种方法制备的Al2O3/Al的刚度 采用这种方法制备的Al /Al的刚度 是铝合金基体的两倍,而SiC/Al的刚度也 铝合金基体的两倍, 的两倍 的刚度也 达到钢的水平,但强度水平较低。 达到钢的水平,但强度水平较低。
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3.喷射沉积
首先, 基体金属在坩埚中熔化后 在坩埚中熔化后, 首先,将基体金属在坩埚中熔化后,在 压力作用下通过喷咀送入雾化器,在高速 压力作用下通过喷咀送入雾化器, 通过喷咀送入雾化器 惰性气体射流的作用下, 惰性气体射流的作用下,液态金属被分散 的作用下 为细小的液滴,形成所谓“雾化锥” 为细小的液滴,形成所谓“雾化锥” ;

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然后,通过一个或多个喷咀 喷咀向 然后,通过一个或多个喷咀向“雾化 喷射入增强颗粒,使之与金属雾化液 锥”喷射入增强颗粒,使之与金属雾化液 滴一齐在基板(收集器)上沉积,并快速 一齐在基板(收集器)上沉积, 在基板 凝固形成颗粒增强金属基复合材料, 凝固形成颗粒增强金属基复合材料,如下 颗粒增强金属基复合材料 图所示。 图所示。
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雾化金属液滴与颗粒共沉积示意图

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喷射沉积法的优越性
工艺流程短,工序简单,喷射沉积 ① 该工艺流程短,工序简单,喷射沉积 效率高,有利于实现工业化生产。 效率高,有利于实现工业化生产。 高致密度, ②高致密度,直接沉积的复合材料密度 一般可达到理论的95%~98%; ; 一般可达到理论的
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快速凝固方法,冷速可达 ③属快速凝固方法,冷速可达103 晶粒及组织细化, ~106 K/s,故金属晶粒及组织细化,消除 ,故金属晶粒及组织细化 了宏观偏析,合金成分均匀,同时增强材 宏观偏析,合金成分均匀, 料与金属液滴接触时间短, 料与金属液滴接触时间短,很少或没有界 面反应; 面反应;
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具有通用性 产品多样性。 通用性和 ④ 具有通用性和产品多样性。该工艺 适于多种金属材料基体,如高、低合金钢、 适于多种金属材料基体,如高、低合金钢、 多种金属材料基体 铝及铝合金、高温合金等。同时可设计雾 铝及铝合金、高温合金等。同时可设计雾 和一定的机械运动, 化器和收集器的形状和一定的机械运动 化器和收集器的形状和一定的机械运动, 以直接形成盘 板带等接近零件 以直接形成盘、棒、管和板带等接近零件 等接近 实际形状的复合材料的坯料 实际形状的复合材料的坯料; 的复合材料的坯料;
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4.原位自生成法
在复合材料制造过程中, 在复合材料制造过程中,增强材料 在基体中生成和生长的方法 生成和生长的方法称作原位自 在基体中生成和生长的方法称作原位自 生成法。 生成法。

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在金属基复合材料制备过程中,往往 金属基复合材料制备过程中, 制备过程中 会遇到两个问题: 会遇到两个问题: 一是增强材料与金属基体之间的相容 一是增强材料与金属基体之间的相容 性(即润湿性)问题, 即润湿性)问题, 二是无论固态法还是液态法, 二是无论固态法还是液态法,增强材 料与金属基体之间的界面都存在界面反应 界面反应。 料与金属基体之间的界面都存在界面反应。
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其中,增强材料与金属基体之间的相容性 其中,增强材料与金属基体之间的相容性往 之间的相容性往 往影响金属基复合材料在高温制备和高温应用中 往影响金属基复合材料在高温制备和高温应用中 性能和性能稳定性。 的性能和性能稳定性。 如果增强材料 纤维、颗粒或晶须) 增强材料( 如果增强材料(纤维、颗粒或晶须)能从金 属基体中直接(即原位)生成,则上述两个问题 属基体中直接 即原位)生成, 直接( 就可以得到较好的解决。 就可以得到较好的解决。
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原位自生成法制造的金属基复合材料中 制造的金属基复合材料中, 以原位自生成法制造的金属基复合材料中,基 体与增强材料间的相容性好 界面干净,结合牢固。 相容性好, 体与增强材料间的相容性好,界面干净,结合牢固。 特别当增强材料与基体之间有共格或半共格关 特别当增强材料与基体之间有共格或半共格关 增强材料与基体之间 系时,能非常有效地传递应力 而且, 有效地传递应力; 系时,能非常有效地传递应力;而且,界面上不生 成有害的反应产物,因此这种复合材料有较优异的 成有害的反应产物, 力学性能。 力学性能。
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原位自生成有三种方法 原位自生成有三种方法
1) 共晶合金定向凝固法 共晶合金定向凝固法 2) 直接金属氧化法(DIMOXTM) 直接金属氧化法 金属氧化法( 3) 反应自生成法(XDTM) 反应自生成法 自生成法(
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1) 共晶合金定向凝固法
增强材料以共晶的形式从基体中凝固析出, 以共晶的形式从基体中凝固析出 增强材料以共晶的形式从基体中凝固析出, 通过控制冷凝方向,在基体中生长出排列整 通过控制冷凝方向,在基体中生长出排列整 冷凝方向 齐的类似纤维的条状或片层状共晶增强材料 齐的类似纤维的条状或片层状共晶增强材料。 类似纤维的条状或片层状共晶增强材料。 以这种方式生产的镍基、钴基定向凝固 以这种方式生产的镍基 钴基定向凝固 镍基、 共晶复合材料已得到应用。 共晶复合材料已得到应用。 已得到应用
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定向凝固共晶复合材料的原位生长 定向凝固共晶复合材料的原位生长必 复合材料的原位生长必 须满足三个条件: 须满足三个条件: 温度梯度( )的加热方式; ① 有温度梯度(GL)的加热方式; 平面凝固条件; 满足平面凝固条件 ② 满足平面凝固条件; 两相的成核和生长 协调进行。 成核和生长要 ③ 两相的成核和生长要协调进行。
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二元共晶材料的平面凝固条件 平面凝固条件是 二元共晶材料的平面凝固条件是:

G L m L (C E ? C 0 ) ≥ R DL
其中, C0为合金成份; 其中, 为合金成份; GL为液相温度梯度;R为凝固速度; 为凝固速度; 为液相温度梯度; 为凝固速度 mL为液相线斜率;CE为共晶成份; 为液相线斜率; 为共晶成份; DL为溶质在液相中的扩散系数。 为溶质在液相中的扩散系数。
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定向凝固共晶复合材料的组织是 定向凝固共晶复合材料的组织是层片 复合材料的组织 还是棒状 纤维状)取决于共晶中含量 棒状( 状还是棒状(纤维状)取决于共晶中含量 较少的组元的体积分数X 较少的组元的体积分数 f。 在二元共晶中, 在二元共晶中,当Xf < 32 %时呈纤维 时呈纤维 时为层片状。 状,当Xf > 32 %时为层片状。 时为层片状
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定向凝固共晶复合材料主要应用于航 定向凝固共晶复合材料主要应用于航 共晶复合材料主要应用于 空透平机叶片, 三元共晶合金 空透平机叶片,有三元共晶合金Al-Ni-Nb, , 它所形成的α和β相为 3Al和Ni3Nb; 相为Ni 和 它所形成的 和 相为 ; 单变度共晶合金C-Co-Cr,所形成的α和 ,所形成的 和 单变度共晶合金 β相分别为 相分别为(Co,Cr)和(Cr,Co)7C3。 相分别为 和
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2) 直接金属氧化法(DIMOXTM) 直接金属氧化法(
DIMOXTM是一种可以制备金属基复合 是一种可以制备金属基复合 材料和陶瓷基复合材料的原位复合工艺。 材料和陶瓷基复合材料的原位复合工艺。 DIMOXTM法根据是否有预成型体又可 法根据是否有预成型体 预成型体又可 惟一基体法和 分为惟一基体法 预成型体法, 分为惟一基体法和预成型体法,两者原理 相同。 相同。
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惟一基体法的特点 惟一基体法的特点
制备金属基复合材料的原材料中 制备金属基复合材料的原材料中没有填 金属基复合材料的原材料中没有填 充物(增强材料预成型体)和增强相, 充物(增强材料预成型体)和增强相,只是 通过基体金属的氧化或氮化来获取复合材料。 基体金属的氧化或氮化来获取复合材料 通过基体金属的氧化或氮化来获取复合材料。

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惟一基体法中 例如需制备 在惟一基体法中,例如需制备Al2O3/Al, , 则可通过铝液的氧化来获取 铝液的氧化来获取 增强相。 则可通过铝液的氧化来获取Al2O3增强相。 通常铝合金表面迅速氧化, 通常铝合金表面迅速氧化,形成一种 铝合金表面迅速氧化 内聚、结合紧密的氧化铝膜 氧化铝膜, 内聚、结合紧密的氧化铝膜,这层氧化铝 膜使得氧无法进一步渗透, 膜使得氧无法进一步渗透,从而阻止了膜 下的铝进一步氧化。 下的铝进一步氧化。
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但是在DIMOXTM工艺中,熔化温度上 工艺中,熔化温度上 但是在 升到900~1300℃,远超过铝的熔点660℃。 ℃ 远超过铝的熔点 升到 ℃ 通过进一步加入促进氧化反应的合金元 通过进一步加入促进氧化反应的合金元 素Si和Mg,使熔化金属通过显微通道渗透 通过显微通道渗透 和 ,使熔化金属通过显微通道 到氧化层外边,并顺序氧化,即铝被氧化, 到氧化层外边,并顺序氧化,即铝被氧化, 铝液的渗透通道未被堵塞。 但铝液的渗透通道未被堵塞。 未被堵塞
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利用惟一基体法工艺,可以根据氧化 惟一基体法工艺 利用惟一基体法工艺,可以根据氧化 程度来控制 程度来控制Al2O3的量。 的量。 来控制 如果这一工艺过程在所有金属被氧化 如果这一工艺过程在所有金属被氧化 之前停止的话, 之前停止的话,则所制备的复合材料就是 停止的话 致密互连的Al 陶瓷基复合材料, 致密互连的 2O3陶瓷基复合材料,其中 含有5% ~ 30%的Al。 含有 的 。
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除了可以直接氧化 直接氧化外 还可以直接氮化 直接氮化。 除了可以直接氧化外,还可以直接氮化。 通过DIMOX 工艺还可以获得AlN/Al, 通过DIMOXTM工艺还可以获得AlN/Al, ZrN/Al和TiN/Ti等金属基或陶瓷基复合材料。 和 复合材料。 等金属基或陶瓷基复合材料

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工艺采用增强材料预成型体 当DIMOXTM工艺采用增强材料预成型体 由于增强材料预成型体是透气的, 增强材料预成型体是透气的 时,由于增强材料预成型体是透气的,金属 基体可以通过渗透的氧或氮顺序氧( 渗透的氧或氮顺序氧 基体可以通过渗透的氧或氮顺序氧(氮)化 形成基体。 形成基体。

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3)

TM) 反应自生成法( 反应自生成法(XD

这种方法是在近20年中发展起来的技 这种方法是在近 年中发展起来的技 金属间化合物复合材料 术,主要用于制造金属间化合物复合材料。 主要用于制造金属间化合物复合材料。

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在反应自生成法中,增强材料是由加入 在反应自生成法中,增强材料是由加入 是由 基体中的相应元素之间的反应,或者合金熔 基体中的相应元素之间的反应,或者合金熔 相应元素之间的反应 体中的某种组分 某种组分与 体中的某种组分与加入的元素或化合物之间 生成的。 反应生成的 反应生成的。
131

工艺中,可以根据所选择的 在XDTM工艺中,可以根据所选择的 原位生成的增强相的类别或形态 选择基 增强相的类别或形态, 原位生成的增强相的类别或形态,选择基 体和增强相生成所需的原材料,如一定粒 原材料, 体和增强相生成所需的原材料 度的金属粉末,硼或碳粉, 度的金属粉末,硼或碳粉,按一定比例 (反应要求)混合。 反应要求)混合。
132

专 相 利

增 相 强 基 体

混 合 A B C D

预 体 制

加 热

放 反 热 应

机 与 强 材 体 增 相 料

A+A B+BC+CD

XDTM工艺原理示意图

133

当这种混合物制成预制体 加热到金 预制体, 当这种混合物制成预制体,加热到金 属熔点以上或者自蔓延的反应发生的温度 属熔点以上或者自蔓延的反应发生的温度 或者 时,混合物的组成元素进行放热反应,用 混合物的组成元素进行放热反应, 以生成在基体中弥漫的微观增强颗粒 以生成在基体中弥漫的微观增强颗粒、晶 在基体中弥漫的微观增强颗粒、 片晶等增强相 等增强相。 须和片晶等增强相。
134

XDTM工艺的关键技术是可以生成一 工艺的关键技术 关键技术是可以生成一 韧相,它属于专利技术。 种韧相,它属于专利技术。 例如,一定粒度的铝粉、 例如,一定粒度的铝粉、钛粉和硼粉 以一定比例混合成型,加热后反应生成 以一定比例混合成型 混合成型, TiB2,进而形成TiB2增强的铝基复合材料。 增强的铝基复合材料。 进而形成

Al + Ti + B → TiB2 + Al
135

XDTM法不仅可以用粉末反应生成复合 法不仅可以用粉末反应 粉末反应生成复合 材料,也可以在熔融的合金中导入参加反 材料,也可以在熔融的合金中导入参加反 在熔融的合金中导入 应的粉末或气体而生成复合材料。 应的粉末或气体而生成复合材料。 而生成复合材料 如在熔融的Al-Ti合金中导入载碳气体, 合金中导入载碳气体 如在熔融的 合金中导入载碳气体, 反应生成TiC,进而形成TiC增强铝基复合 ,进而形成 反应生成 增强铝基复合 材料。 材料。

Al + Ti + C → TiC + Al
136

XDTM工艺特点
增强相是原位形成 具有热稳定性 原位形成, 热稳定性; ① 增强相是原位形成,具有热稳定性; 增强相的类型 形态可以选择和设计; 类型、 可以选择和设计 ② 增强相的类型、形态可以选择和设计; 各种金属或金属间化合物 金属或金属间化合物均可作为基 ③ 各种金属或金属间化合物均可作为基 体; 复合材料可以采用传统金属加工方法 ④ 复合材料可以采用传统金属加工方法 进行二次加工。 进行二次加工。
137

XDTM材料包括 、Ti、Fe、Cu、Pb和 材料包括Al、 、 、 、 和 Ni基复合材料,还可以是TiAl、Ti3Al和NiAl 基复合材料,还可以是 基复合材料 、 和 金属化合物基复合材料 复合材料。 等金属化合物基复合材料。 其中,增强相包括硼化物、氮化物和 包括硼化物 其中,增强相包括硼化物、氮化物和碳 化物等 形态可以是颗粒、片晶和杆状, 化物等,其形态可以是颗粒、片晶和杆状, 可以是颗粒 还可以原位生成晶须 原位生成晶须。 还可以原位生成晶须。
138

3、陶瓷基复合材料的制备方法与工艺
陶瓷基复合材料的制造分为两个步骤: 陶瓷基复合材料的制造分为两个步骤: 的制造分为两个步骤 第一步是将增强材料掺入未固结 增强材料掺入未固结(或粉 第一步是将增强材料掺入未固结 或粉 末状)的基体材料中 排列整齐或混合均勾; 末状 的基体材料中,排列整齐或混合均勾; 第二步是运用各种加工条件在尽量不破 第二步是运用各种加工条件在尽量不破 各种加工条件在尽量 增强材料和基体性能的前提下 的前提下, 坏增强材料和基体性能的前提下,制成复合 材料制品。 材料制品。
139

根据陶瓷基复合材料的制造步骤, 陶瓷基复合材料的制造步骤 根据陶瓷基复合材料的制造步骤,在 加工制备复合材料时 加工制备复合材料时,应根据使用要求, 根据使用要求, 相应地增强材料和基体的复合 针对不同 材料和基体的复合, 相应地增强材料和基体的复合,针对不同 纤维、 的增强材料(纤维 晶须、颗粒),选择相 的增强材料 纤维、晶须、颗粒 ,选择相 应的加工条件等因素。 应的加工条件等因素。 等因素

140

选择哪种增强材料和基体 除了根 增强材料和基体, 选择哪种增强材料和基体,除了根 据使用要求, 温度、强度、 据使用要求,如温度、强度、弹性模量 性能的配合也直接 等,两种材料间一些性能的配合也直接 两种材料间一些性能的配合 影响复合材料的性能。 影响复合材料的性能。

141

通常要考虑的两种材料的主要因素如下: 两种材料的主要因素如下 通常要考虑的两种材料的主要因素如下: 物理因素:熔点、挥发度、密度、 物理因素:熔点、挥发度、密度、弹性 模量、热膨胀系数、蠕变性能、强度、断裂 模量、热膨胀系数、蠕变性能、强度、 韧性等 韧性等。

142

纤维和基体的相容性因素: 纤维和基体的相容性因素: 化学相容性、热性能相容性 主要是高 化学相容性、热性能相容性(主要是高 温状态)、同环境的相容性 包括内部和外部 包括内部和外部, 温状态 、同环境的相容性(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 。

143

针对不同的增强材料,已经开发了多 针对不同的增强材料,已经开发了多 不同的增强材料 种加工技术。 种加工技术。 例如,对于以连续纤维增强的 连续纤维增强的陶瓷基 例如,对于以连续纤维增强的陶瓷基 复合材料的加工通常采用下面三种方法 通常采用下面三种方法: 复合材料的加工通常采用下面三种方法: 料浆浸渍工艺 ①首先采用料浆浸渍工艺,然后再热 首先采用料浆浸渍工艺,然后再热 压烧结; 压烧结;
144

连续纤维编织制成预成型坯件 ②将连续纤维编织制成预成型坯件, 编织制成预成型坯件, 再进行化学气相沉积 化学气相沉积(CVD),化学气相渗透 再进行化学气相沉积 , (CVI),直接氧化沉积 ,直接氧化沉积(Lanxide); ; 浸渍--热解循环的 ③利用浸渍--热解循环的有机聚合物裂 利用浸渍 热解循环 解法制成陶瓷基复合材料。 解法制成陶瓷基复合材料。 制成陶瓷基复合材料
145

对于颗粒弥散型陶瓷基复合材料, 颗粒弥散型陶瓷基复合材料 对于颗粒弥散型陶瓷基复合材料, 主要采用传统的烧结工艺 包括常压烧 传统的烧结工艺, 主要采用传统的烧结工艺,包括常压烧 结、热压烧结或热等静压烧结。 热压烧结或热等静压烧结。

146

此外,一些新开发的工艺如 此外,一些新开发的工艺如固相反 新开发的工艺 应烧结、高聚物先驱体热解、CVD 应烧结、高聚物先驱体热解、CVD、溶 胶—凝胶、直接氧化沉积等也可用于颗 凝胶、直接氧化沉积等也可用于 等也可用于颗 粒弥散型陶瓷基复合材料的制备 粒弥散型陶瓷基复合材料的制备。 陶瓷基复合材料的制备。
147

晶须补强陶瓷基复合材料的制备方法: 晶须补强陶瓷基复合材料的制备方法: 陶瓷基复合材料的制备方法 晶须在液体介质中经机械或超声分散, 将晶须在液体介质中经机械或超声分散, 在液体介质中 再与陶瓷基体粉末均匀混合,制成一定形状 陶瓷基体粉末均匀混合 再与陶瓷基体粉末均匀混合,制成一定形状 的坯件,烘干后热压或热等静压烧结。 热压或热等静压烧结 的坯件,烘干后热压或热等静压烧结。

148

制备晶须补强陶瓷基复合材料时 晶须补强陶瓷基复合材料 制备晶须补强陶瓷基复合材料时,为了 克服晶须在烧结过程中的搭桥现象 晶须在烧结过程中的搭桥现象, 克服晶须在烧结过程中的搭桥现象,坯件制 造采用压力渗滤 电泳沉积成型上艺 压力渗滤或 成型上艺。 造采用压力渗滤或电泳沉积成型上艺。 此外,原位生长工艺 CVD、CAI、 工艺、 此外,原位生长工艺、CVD、CAI、固 相反应烧结、直接氧化沉积等工艺也适合于 相反应烧结、直接氧化沉积等工艺也适合于 制备晶须补强陶瓷基复合材料。 晶须补强陶瓷基复合材料 制备晶须补强陶瓷基复合材料。
149

陶瓷基复合材料的加工制造方法
(1)传统的制备技术 (1)传统的制备技术 (2)新的制备技术 (2)新的制备技术

150

(1)

传统的制备技术
1) 2) 冷压和烧结法 热压法

151

1) 冷压和烧结法
传统的陶瓷生产工艺,是将粉末和纤维 传统的陶瓷生产工艺,是将粉末和纤维 冷压,然后烧结 冷压,然后烧结。 烧结。

152

借鉴聚合物生产工艺中的挤压 吹塑、 聚合物生产工艺中的挤压、 借鉴聚合物生产工艺中的挤压、吹塑、 注射等成型工艺,为了快速生产的需要, 注射等成型工艺,为了快速生产的需要, 可以在一定的条件下将陶瓷粉体和有机载 可以在一定的条件下将陶瓷粉体和 在一定的条件下 体混合后,压制成型,除去有机黏结剂, 混合后,压制成型,除去有机黏结剂, 然后烧结成制品。 烧结成制品 然后烧结成制品。
153

冷压和烧结法的生产过程中 法的生产过程中, 在冷压和烧结法的生产过程中,通常 会遇到烧结过程中制品收缩 同时最终产 会遇到烧结过程中制品收缩,同时最终产 烧结过程中制品收缩, 品中有许多裂纹的问题 的问题。 品中有许多裂纹的问题。

154

在用纤维和晶须增强陶瓷基材料进 纤维和晶须增强陶瓷基材料 在用纤维和晶须增强陶瓷基材料进 陶瓷基收缩的问 行烧结时,除了会遇到陶瓷基收缩 行烧结时,除了会遇到陶瓷基收缩的问 题外,还会使烧结材料在烧结和冷却时 烧结材料在烧结和冷却时 题外,还会使烧结材料 产生缺陷 内应力。这主要是由增强材 缺陷或 产生缺陷或内应力。这主要是由增强材 料的特性决定的。 料的特性决定的。 决定的
155

例如增强材料的特性主要有: 增强材料的特性主要有 例如增强材料的特性主要有: 增强材料具有较高的长径比 增强材料具有较高的长径比; 具有较高的长径比; 增强材料和基体不同的热膨胀系数 热膨胀系数; 增强材料和基体不同的热膨胀系数; 增强材料在基体中排列方式的不同等。 排列方式的不同等 增强材料在基体中排列方式的不同等。
156

2) 热压法
热压是目前制备纤维增强陶瓷基复合 热压是目前制备纤维增强陶瓷基复合 材料(CMCs)最常用的方法,一般把它称为 材料 最常用的方法, 最常用的方法 浆料浸渍工艺。 浆料浸渍工艺。 主要用在纤维增强玻璃 纤维增强玻璃和 主要用在纤维增强玻璃和纤维增强陶 瓷复合材料中。 复合材料中。
157

浆料浸渍工艺主要包括以下两个步骤: 浆料浸渍工艺主要包括以下两个步骤: 主要包括以下两个步骤 增强相渗入没有固化的基体中 渗入没有固化的基体 ①增强相渗入没有固化的基体中; ③固化的复合材料被热压成型。 固化的复合材料被热压成型。

158

下图显示了浆料浸渍工艺流程图: 下图显示了浆料浸渍工艺流程图:

159

纤维缠绕在辊筒上 纤维 浸渍浆料 压力

纤维裁剪铺层

纤维/ 纤维/玻璃陶瓷复合材料

脱黏结剂, 500℃ 脱黏结剂, 500℃ 热压,800~925 ℃ 热压,

热压纤维增强玻璃陶瓷基复合材料的工艺路线
160

工艺流程图主要包括以下四个过程: 主要包括以下四个过程 此工艺流程图主要包括以下四个过程: 纤维首先通过浆料池; ①纤维首先通过浆料池; 浸渍的丝被卷到一个转筒上; ②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层状排列 层状排列; ③干燥后被切割并依照一定的要求层状排列; 固化并加热成型。 ④固化并加热成型。

161

其中,浆料池中的浆料 陶瓷粉末、 浆料由 其中,浆料池中的浆料由陶瓷粉末、 溶剂和有机黏结剂组成;另外, 溶剂和有机黏结剂组成;另外,再加入一 组成 些润湿剂,有助于提高纤维在浆料中的浸 润湿剂,有助于提高纤维在浆料中的浸 润性。 润性。

162

下图显示了在热压各向同性 各向同性氧化铝纤 下图显示了在热压各向同性氧化铝纤 维增强玻璃陶瓷基复合材料时 维增强玻璃陶瓷基复合材料时,温度和压 力随时间的变化曲线。 时间的变化曲线 的变化曲线。

163

温 度 ℃ ℃ ℃ /℃ /℃ ℃ ℃ ℃

温度 压力

压 力 / M Pa / M Pa

时间 / min 热压各向同性氧化铝纤维增强玻璃陶瓷基复合 材料时温度、 材料时温度、压力随时间的变化曲线
164

浆料浸渍工艺非常适合玻璃或玻璃陶 浆料浸渍工艺非常适合玻璃或玻璃陶 非常适合 瓷基复合材料,因为它的热压温度 瓷基复合材料,因为它的热压温度低于这些 热压温度低于这些 晶体基体材料的熔点。 晶体基体材料的熔点。 的熔点 但热压过程中,除了要考虑制品的形状 但热压过程中,除了要考虑制品的形状 还要考虑的因素包括: 外,还要考虑的因素包括:
165

①在整个操作过程中,纤维必须经仔 在整个操作过程中, 细处理,避免损伤纤维表面。 细处理,避免损伤纤维表面。 拉力影响浆料浸渍纤维的能力, ②拉力影响浆料浸渍纤维的能力,太 影响浆料浸渍纤维的能力 强的拉力会导致纤维破坏。 强的拉力会导致纤维破坏。

166

③在加工过程中,要尽量减少纤维的 在加工过程中,要尽量减少纤维的 破坏。因为结晶陶瓷的耐火颗粒在与纤维 破坏。因为结晶陶瓷的耐火颗粒在与纤维 结晶陶瓷的耐火颗粒在与 的机械接触中会损伤纤维,太高的压力也 的机械接触中会损伤纤维,太高的压力也 会损伤纤维,还要避免纤维在高温中与基 会损伤纤维,还要避免纤维在高温中与基 在高温中 体的反应。 体的反应。
167

浆料的组成是一个重要方面, ④浆料的组成是一个重要方面,包括 是一个重要方面 粉体的含量、粉体粒子的大小、 粉体的含量、粉体粒子的大小、黏结剂的 种类和含量、溶剂等,它们都对最终复合 种类和含量、溶剂等 它们都对最终复合 材料制品的性能有所影响。 材料制品的性能有所影响。 有所影响

168

孔隙率, ⑤为了减少最终制品的孔隙率,在 为了减少最终制品的孔隙率 热压之前, 设法完全除去挥发性黏结 热压之前,要设法完全除去挥发性黏结 剂,使用比纤维直径更小的颗粒状陶瓷 使用比纤维直径更小的颗粒状陶瓷 基体。 基体。

169

热压操作非常关键 非常关键, ⑥热压操作非常关键,通常是在一个 非常窄的操作温度范围,缩短操作时间可 非常窄的操作温度范围,缩短操作时间可 窄的操作温度范围 以减少纤维的损坏。 以减少纤维的损坏。

170

浆料浸渍工艺可以制得纤维定向排列、 浆料浸渍工艺可以制得纤维定向排列、 可以制得纤维定向排列 低孔隙率、高强度的陶瓷基复合材料。 低孔隙率、高强度的陶瓷基复合材料。它可 以用在C、 和 以用在 、Al2O3、SiC和Al2O3.SiO2纤维增强 玻璃、玻璃陶瓷和氧化物陶瓷的制造工艺中。 玻璃、玻璃陶瓷和氧化物陶瓷的制造工艺中。 的制造工艺中 这种工艺的主要缺点是要求基体有较高 主要缺点是要求 这种工艺的主要缺点是要求基体有较高 的熔点或软化点。 的熔点或软化点。
171

(2)新的制备技术 (2)新的制备技术
新的制备技术主要指在 世纪 世纪70年代 新的制备技术主要指在20世纪 年代 开始发展起来的技术。它包括渗透 渗透, 开始发展起来的技术。它包括渗透,直接 氧化,以化学反应为基础的CVD、CVI, 氧化,以化学反应为基础的CVD、CVI, 溶胶--凝胶 聚合物热解, 溶胶--凝胶,聚合物热解,白蔓燃高温合成 凝胶, (SHS)等技术。 等技术。 等技术
172

1) 渗透法
渗透法就是在预制的增强材料坯件中 渗透法就是在预制的增强材料坯件中 使基体材料以固态、液态或气态的形式渗 基体材料以固态、液态或气态的形式渗 透制成复合材料。其中,比较常用的是液 透制成复合材料。其中,比较常用的是液 相渗透。 相渗透。

173

渗透法类似于聚合物基复合材料制造 渗透法类似于聚合物基复合材料制造 类似于聚合物基复合材料 技术中,纤维布被液相的树脂渗透后, 技术中,纤维布被液相的树脂渗透后,热 渗透后 压固化。 压固化。 二者的差别就是所用的基体是陶瓷, 就是所用的基体是陶瓷 二者的差别就是所用的基体是陶瓷, 渗透的温度要高得多。下图是液相渗透工 渗透的温度要高得多。下图是液相渗透工 要高得多 艺示意图。 艺示意图。
174

活塞 熔体

预制件

加热棒

液相渗透工艺示意图

175

由于熔融的陶瓷具有较高的黏度, 熔融的陶瓷具有较高的黏度 由于熔融的陶瓷具有较高的黏度,为 了提高陶瓷 预制增强材料坯件的渗透 陶瓷对 的渗透, 了提高陶瓷对预制增强材料坯件的渗透, 通过对增强材料的表面处理,来提高其浸 增强材料的表面处理, 通过对增强材料的表面处理 渍性,这种提高渗透主要采用化学反应的 渍性,这种提高渗透主要采用化学反应的 提高渗透主要采用 方式。 方式。
176

另外,加压和抽真空这两种物理方法 另外,加压和抽真空这两种物理方法 也可以被用来提高渗透性 提高渗透性。 也可以被用来提高渗透性。 以这种方法生产陶瓷基复合材料的主 陶瓷基复合材料的 以这种方法生产陶瓷基复合材料 要优点是 要优点是制造工艺是一个简单的一步生产 过程,可以获得一个均匀的制品。 过程,可以获得一个均匀的制品。

177

渗透法的主要缺点
高熔点的陶瓷, ①如果使用高熔点的陶瓷,就可能在陶 如果使用高熔点的陶瓷 就可能在陶 瓷和增强材料之间发生化学反应; 瓷和增强材料之间发生化学反应; 发生化学反应 陶瓷具有比金属更高的熔融黏度 ②陶瓷具有比金属更高的熔融黏度,因 具有比金属更高的熔融黏度, 此对增强材料的渗透相当困难; 对增强材料的渗透相当困难; 相当困难

178

增强材料和基体在冷却后 在冷却后, ③增强材料和基体在冷却后,由于不 同的热膨胀系数 引起收缩产生裂纹 热膨胀系数会 同的热膨胀系数会引起收缩产生裂纹。 产生裂纹。 因此,为了避免这种情况, 因此,为了避免这种情况,要尽量选 热膨胀系数相近的增强材料和基体。 用热膨胀系数相近的增强材料和基体。 增强材料和基体

179

2)直接氧化法(Lanxide法) 2)直接氧化法 Lanxide法 直接氧化法(
直接氧化法就是利用熔融金属直接与氧 直接氧化法就是利用熔融金属直接与氧 就是利用熔融金属直接与 化剂发生氧化反应而制备陶瓷基复合材料的 化剂发生氧化反应而制备陶瓷基复合材料的 发生氧化反应而制备陶瓷基复合材料 工艺方法。 工艺方法。 由于它是由Lanxide公司发明的,所以 公司发明的, 由于它是由 公司发明的 又称为Lanxide法。 法 又称为
180

直接氧化法的生产工艺
①将增强纤维或纤维预成型件置于熔 增强纤维或纤维预成型件置于熔 融金属的下面,并处于空气或其他气氛 空气或其他气氛中 融金属的下面,并处于空气或其他气氛中, 熔融金属中含有镁 等一些添加剂。 熔融金属中含有镁、硅等一些添加剂。

181

纤维不断被金属渗透的过程中, ②在纤维不断被金属渗透的过程中, 不断被金属渗透的过程中 渗透到纤维中的金属与空气或其他气体在 渗透到纤维中的金属与空气或其他气体在 不断发生氧化反应,这种反应始终在液相 不断发生氧化反应,这种反应始终在液相 氧化反应 金属和气相氧化剂的界面处进行, 金属和气相氧化剂的界面处进行,反应生 进行 成的氧化物沉积在纤维周围 成的氧化物沉积在纤维周围,形成含有少 沉积在纤维周围, 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。
182

金属铝为例 为例, 空气或氮气气氛 以金属铝为例,在空气或氮气气氛 中,主要发生下列反应: 主要发生下列反应:

4Al + 3O2 Al + ? N2

2Al2O3 AlN
183

一般在这种陶瓷基复合材料制品中 一般在这种陶瓷基复合材料制品中, 陶瓷基复合材料制品 未发生氧化反应的残余金属量 残余金属量约占 % 未发生氧化反应的残余金属量约占 5% ~ 30%。 %。 可以用来这种方法制造高温热能量交 可以用来这种方法制造高温热能量交 换器的管道等部件,具有较好的机械性能 换器的管道等部件,具有较好的机械性能 等部件 (强度、韧性等)。 强度、韧性等 。 强度
184

直接氧化法工艺的 直接氧化法工艺的缺点 ①以这种方法生产的产品中,残余的金 以这种方法生产的产品中, 属很难完全被氧化或除去。 很难完全被氧化或除去。 ②这种方法难于用来生产一些较大的和 这种方法难于用来生产一些较大的和 难于用来生产一些 比较复杂的部件,比如航天工业的一些部件。 比较复杂的部件,比如航天工业的一些部件。
185

3)原位化学反应法 3)原位化学反应法
原位化学反应技术已经被广泛用于制 原位化学反应技术已经被广泛用于制 已经被广泛用于 造整体陶瓷件,同样该技术也可以用于制 造整体陶瓷件, 造陶瓷基复合材料,已广泛应用的有CVD 陶瓷基复合材料,已广泛应用的有CVD CVI工艺 工艺。 和CVI工艺。
186

① CVD法 CVD法
CVD法就是利用化学气相沉积技术, 法就是利用化学气相沉积技术, 法就是利用化学气相沉积技术 通过一些反应性混合气体在高温状态下反 通过一些反应性混合气体在高温状态下反 反应性混合气体 应,分解出陶瓷材料并沉积在各种增强材 分解出陶瓷材料并沉积在各种增强材 陶瓷基复合材料的方法 料上形成陶瓷基复合材料的方法。 料上形成陶瓷基复合材料的方法。

187

② CVI法 CVI法
将化学气相沉积技术运用在将大量陶瓷 将化学气相沉积技术运用在将大量陶瓷 材料渗透进增强材料预制坯件的工艺就称 材料渗透进增强材料预制坯件的工艺就称 渗透进增强材料预制坯件 化学气相渗透工艺。 为化学气相渗透工艺。

188

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C/C复 复 开发并应用于一些陶瓷纤维的制造和 合材料的制备; 合材料的制备; CVI方法在CVD技术上发展起来并被广 方法在 技术上发展起来并被广 方法 技术上发展起来 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。
189

下图是CVI的工艺示意图, 的工艺示意图, 下图是 的工艺示意图

190

加热元件 带孔的挡环

热区,1200 热区,1200 ℃ 逸出的气体

热表面 水冷底座 冷表面

渗透的复合材料 纤维预成型体

源气

CVI工艺示意图 CVI工艺示意图
191

陶瓷基复合材料为例, 以A12O3陶瓷基复合材料为例,反应性混 合气体(AlCl3/H2/CO2)在较低的沉积温度 合气体 在较低的沉积温度 (950~1000℃)和压力 ℃ 和压力 和压力(2~3kPa)下发生下列反应: 下发生下列反应: 下发生下列反应

192

H2(g) + CO2 (g) →H2O(g) + CO(g) 2AlCl3(g) + 3H2(g) +3CO2(g) → Al2O3(s) + 3CO(g) +6HCl(g)

固态的Al 沉积在纤维表面, 固态的 2O3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。
193

工艺相比, 与CVD工艺相比,CVI工艺实际上是一 工艺相比 工艺实际上是一 低温和低压工艺, 种低温和低压工艺,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, 制造的产品 理论密度的93% 理论密度的 %~94%。 %。

194

CVI工艺生产 工艺生产CMC的主要优点: 的主要优点: 工艺生产 的主要优点 ①在高温下有很好的机械性能; 在高温下有很好的机械性能; ②可以生产一些较大的、形状复杂 可以生产一些较大的、 的产品; 的产品; ③产品能较好地保持纤维和基体的 抗弯性能。 抗弯性能。
195

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。

196

4)溶胶--凝胶法和热解法 4)溶胶 凝胶法和热解法 溶胶-①溶胶--凝胶法 溶胶 凝胶法 溶胶--凝胶( 溶胶 凝胶(Sol-Gel)法是运用胶体化 凝胶 ) 学的方法,将含有金属化合物的溶液,与增 金属化合物的溶液, 学的方法,将含有金属化合物的溶液 强材料混合后反应形成溶胶 强材料混合后反应形成溶胶,溶胶在一定的 混合后反应形成溶胶, 条件下转化成为凝胶 然后烧结成 凝胶, 条件下转化成为凝胶,然后烧结成CMC的一 的一 种工艺。 种工艺。
197

由于从凝胶转变成陶瓷 凝胶转变成陶瓷所需的反应温 由于从凝胶转变成陶瓷所需的反应温 度要低于传统工艺中的熔融和烧结温度 熔融和烧结温度, 度要低于传统工艺中的熔融和烧结温度, 因此,在制造一些整体的陶瓷构件时,溶 因此,在制造一些整体的陶瓷构件时 整体的陶瓷构件 凝胶法有较大的优势。 胶--凝胶法有较大的优势。 凝胶法有较大的优势

198

溶胶---凝胶法与一些传统的制造工艺 溶胶---凝胶法与一些传统的制造工艺 凝胶法与一些 结合,可以发挥比较好的作用。 结合,可以发挥比较好的作用。 如在浆料浸渍工艺 浆料浸渍工艺中 溶胶作为纤维 如在浆料浸渍工艺中,溶胶作为纤维 黏结剂, 和陶瓷的黏结剂 和陶瓷的黏结剂,在随后除去黏结剂的工 艺中,溶胶经烧结后变成了与陶瓷基相同 艺中,溶胶经烧结后变成了与陶瓷基相同 经烧结后变成了 的材料,有效地减少了复合材料的孔隙率。 的材料,有效地减少了复合材料的孔隙率。
199

②热解法
热解(Pyrolysis)法就是使聚合物先驱体热 法就是使聚合物先驱体热 热解 法就是 解形成陶瓷基复合材料的方法。 形成陶瓷基复合材料的方法。

200

如由聚碳硅烷生产 聚碳硅烷生产 如由聚碳硅烷生产SiC陶瓷基复合材料 陶瓷基复合材料 聚合物一般在热解过程中 在热解过程中有较高的陶 中,聚合物一般在热解过程中有较高的陶 瓷产量、低的收缩、好的机械性能, 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SiCf/SiC和 聚合物热解法可用来生产 和 Si3N4f/SiC等陶瓷基复合材料。 等陶瓷基复合材料。 等陶瓷基复合材料
201

溶胶--凝胶法和热解法生产 的优点: 溶胶 凝胶法和热解法生产CMC的优点: 凝胶法和热解法生产 的优点 ①、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, 溶胶还是聚合物先驱体都比较容易渗透到纤 溶胶还是聚合物先驱体都比较容易渗透到纤 还是聚合物先驱体 维中; 维中; ②、最后成型时的温度较低。 最后成型时的温度较低。

202

溶胶--凝胶法和热解法生产 的缺点: 溶胶 凝胶法和热解法生产CMC的缺点: 凝胶法和热解法生产 的缺点 较大的收缩; ①、在烧结时会产生较大的收缩; 在烧结时会产生较大的收缩 收率较低。 ②、收率较低。

203

5)自蔓燃高温合成法 5)自蔓燃高温合成法
自蔓燃高温合成(self-propagation high 自蔓燃高温合成 temperature synthesis )法就是利用高效的 法就是利用高效的 法就是 热反应使化学反应自发进行下去 使化学反应自发进行下去, 热反应使化学反应自发进行下去,最后生 成所需要的产品。 成所需要的产品。

204

自蔓燃高温合成技术一般用于制造系列耐 自蔓燃高温合成技术一般用于制造系列耐 火材料。 火材料。 该技术生产的产品中一般都有较多的孔隙。 较多的孔隙。 该技术生产的产品中一般都有较多的孔隙 为了减少孔隙,在燃烧反应结束后, 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。
205

自蔓燃高温合成技术中没有外加的热源 没有外加的热源, 自蔓燃高温合成技术中没有外加的热源, 一些用传统方法难以生产的陶瓷化合物通过 一些用传统方法难以生产的陶瓷化合物通过 急剧升温的高热反应被制造出来 急剧升温的高热反应被制造出来。 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。
206

以自蔓燃高温合成法制造的耐火部件具 有以下特点: 有以下特点: 很高的燃烧温度(最高可达 最高可达4000℃以上) ①很高的燃烧温度 最高可达 ℃以上) 简单、低成本的设备; ②简单、低成本的设备; 能很好地控制化学组成 控制化学组成, ③ 能很好地控制化学组成,可以制造不 同形状的产品。 同形状的产品。
207

许多陶瓷产品如SiC/Al2O3 TiC/ Al2O3 BN/ 许多陶瓷产品如 Al2O3 TiB2/TiC等都可以用自蔓燃高温合成法 等都可以用自蔓燃高温合成法 等都可以用 制造; 制造; 金属基的材料也可以用此法生产 另外一些金属基的材料也可以用此法生产, 另外一些金属基的材料也可以用此法生产, 因此在美国、俄罗斯等一些国家, 因此在美国、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。 高温合成法在不断研制新的产品和技术。
208

陶瓷基复合材料的制备工艺
(1)纤维增强陶瓷基复合材料的制备 纤维增强陶瓷基复合材料的制备 纤维增强 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。

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1、从基体方面看,与气孔的尺寸及 、 基体方面看 方面看, 气孔的尺寸及 数量、裂纹的大小以及一些其他缺陷有 数量、裂纹的大小以及一些其他缺陷有 关; 2、从纤维方面来看,则与纤维中的 、 纤维方面来看 方面来看, 杂质、纤维的氧化程度 损伤及其他固 杂质、纤维的氧化程度、损伤及其他固 氧化程度、 及其他 有缺陷有关; 有缺陷有关; 有关
210

基体与纤维的结合情况看 则与界 情况看, 从基体与纤维的结合情况看,则与界 面的结合效果、纤维在基体中的取向以及 面的结合效果、纤维在基体中的取向以及 基体与纤维的热膨胀系数差有关。 基体与纤维的热膨胀系数差有关。 有关 正因为有如此多的影响因素, 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,制作方法也会不 实际中针对不同的材料,制作方法也会不 同。
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制备工艺主要有以下几种:
1) 泥浆烧铸法
在陶瓷泥浆中把纤维分散,然 陶瓷泥浆中把纤维分散, 中把纤维分散 后浇铸在石膏模型中 后浇铸在石膏模型中。 石膏模型

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泥浆烧铸法比较古老,不受制品形状 泥浆烧铸法比较古老,不受制品形状 比较古老 的限制,但对提高产品性能的效果不显著, 的限制,但对提高产品性能的效果不显著, 提高产品性能的效果不显著 成本低,工艺简单, 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。

213

2) 热压烧结法
长纤维切短(< (<3mm),然后分 ),然后 将长纤维切短(< ),然后分 与基体粉未混合,再进行热压烧结 热压烧结。 散并与基体粉未混合,再进行热压烧结。

214

3) 浸渍法
这种方法适用于长纤维。 这种方法适用于长纤维。 首先把纤维编织成所需形状; 首先把纤维编织成所需形状; 把纤维编织成所需形状 然后用陶瓷泥浆浸渍,干燥后进行焙烧。 然后用陶瓷泥浆浸渍,干燥后进行焙烧。 用陶瓷泥浆浸渍

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浸渍法的优点是纤维取向可自由 浸渍法的优点是纤维取向可自由 的优点是 调节;缺点是不能制造大尺寸制品, 调节;缺点是不能制造大尺寸制品,而 不能制造大尺寸制品 且所得制品的致密度较低。 且所得制品的致密度较低。 制品的致密度较低

216

纤维增强陶瓷基复合材料制作过程
① 碳纤维增强氧化镁 以氧化镁为基体,碳纤维为增强体(体积 氧化镁为基体,碳纤维为增强体( 含量为10%左右),在1200℃进行热压成型获 左右),在 热压成型获 含量为 左右), ℃进行热压成型 得复合材料,它的抗破坏能力比纯氧化镁高出 得复合材料,它的抗破坏能力比纯氧化镁高出 纯氧化镁 10倍以上。 倍以上。 倍以上
217

但由于碳纤维与氧化镁的热膨胀系 但由于碳纤维与氧化镁的热膨胀系 数相差一个数量级, 数相差一个数量级,所以这种复合材料 具有较多裂纹 实用价值不大。 较多裂纹, 具有较多裂纹,实用价值不大。

218

② 石墨纤维增强Li2O·Al2O3·nSiO2 石墨纤维增强Li
石墨纤维作增强体 作增强体, 氧化锂、 用石墨纤维作增强体,以氧化锂、氧化铝 和石英组成的复盐为基体 组成的复盐为基体。 和石英组成的复盐为基体。 把复盐先制成泥浆, 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, 纤维毡上,把这种毡片无规则地积层,并在 1375~1425℃热压 分钟,压力为 分钟, ℃热压5分钟 压力为7MPa。 。 所得复合材料与基体材料相比耐力学冲击 所得复合材料与基体材料相比耐力学冲击 和耐热冲击。 和耐热冲击。
219

③ 碳纤维增强无定型二氧化硅
基体为无定型二氧化硅 增强体为碳 无定型二氧化硅, 基体为无定型二氧化硅,增强体为碳 纤维,碳纤维的含量约 纤维,碳纤维的含量约50%左右。 左右。 左右 这种复合材料沿纤维方向的弯曲模量 这种复合材料沿纤维方向的弯曲模量 可达150GPa,而且在800℃时仍能保持在 ,而且在 ℃ 可达 100GPa,在室温和800℃时的弯曲强度却 ,在室温和 ℃ 达到了300MPa。 。 达到了
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在冷水和1200℃之间进行热冲击实验, ℃之间进行热冲击实验 热冲击实验, 在冷水和 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 验前完相同。 验前完相同。

221

(2) 晶须与颗粒增韧陶瓷基复合材料的制备

晶须与颗料的尺寸均很小, 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制造工艺 进行增韧的陶瓷基复合材料的制造工艺 是基本相同的。 是基本相同的。

222

晶须与颗粒增韧陶瓷基复合材料的制 将晶须或颗粒分散后并 备工艺只需将晶须或颗粒分散后 备工艺只需将晶须或颗粒分散后并与基体 粉末混合均匀,再用热压烧结的方法即可 热压烧结的方法即可 粉末混合均匀,再用热压烧结的方法 制得高性能的复合材料。 制得高性能的复合材料。

223

晶须与颗粒增韧陶瓷基复合材料的工艺过程
1) 配料

把几种原料粉末混合 原料粉末混合配成坯料的方法 把几种原料粉末混合配成坯料的方法 可分为干法和湿法两种。 干法和湿法两种 可分为干法和湿法两种。 新型陶瓷领域混合处理加工的微米级、 新型陶瓷领域混合处理加工的微米级、 微米级 亚微米级粉末方法由于效率和可靠性等原 亚微米级粉末方法由于效率和可靠性等原 因大多采用湿法。 因大多采用湿法。
224

湿法主要以水作溶剂,但在氮化硅、 湿法主要以水作溶剂,但在氮化硅、碳 主要以 非氧化物系原料混合时 化硅等非氧化物系原料混合时, 化硅等非氧化物系原料混合时,为防止原料 的氧化则使用有机溶剂 有机溶剂。 的氧化则使用有机溶剂。 混合装置一般采用专用球磨机。 专用球磨机。 混合装置一般采用专用球磨机 为防止球磨过程中因磨球和内衬研磨下 为防止球磨过程中因磨球和内衬研磨下 来的磨削作为杂质混入原料中, 来的磨削作为杂质混入原料中,最妤采用与 混入原料中 原料材质相同的陶瓷球和内衬。 原料材质相同的陶瓷球和内衬。
225

2) 成型 混好后的料浆在成型时有三种不同的 情况: 情况: ① 经一次干燥制成粉末坯料后供给成型 一次干燥制成粉末坯料 制成粉末坯料后供给成型 工序; 工序; ② 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, 保持浆状供给成型工序 供给成型工序; 保持浆状供给成型工序; ③ 用压滤机将料浆状的粉脱水后成坯料 用压滤机将料浆状的粉脱水后成坯料 将料浆状的粉 供给成型工序。 供给成型工序。
226

把上述干燥粉料充入型模内, 干燥粉料充入型模内 把上述干燥粉料充入型模内,加压后即 可成型。 可成型。 通常有金属模成型法 橡皮模成型法。 金属模成型法和 通常有金属模成型法和橡皮模成型法。 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, 但它的加压方向是单向的,粉末与金属模壁 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, 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。
227

橡皮模成型法是用静水压从各个方向均 橡皮模成型法是用静水压从各个方向均 匀加压于橡皮模来成型, 匀加压于橡皮模来成型,故不会发生生坯密 度不均匀和具有方向性等问题。 度不均匀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 压成生坯,故难以制成精密形状, 压成生坯,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。 用刚玉对细节部分进行修整。 另外还有注射成型法 注浆成型法以及 注射成型法、 另外还有注射成型法、注浆成型法以及 挤压成型法等等 它们各有其特点, 等等, 挤压成型法等等,它们各有其特点,但也有 其局限性。 其局限性。 228

3) 烧结
从生坯中除去粘合剂后的陶瓷素坯烧 从生坯中除去粘合剂后的陶瓷素坯烧 除去粘合剂后的陶瓷素坯 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, 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。

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4) 精加工
烧结后的许多制品还需进行精加工 精加工。 烧结后的许多制品还需进行精加工。 精加工的目的是为了提高烧成品的尺寸 精加工的目的是为了提高烧成品的尺寸 精度和表面平滑性,前者主要用金刚石砂轮 精度和表面平滑性,前者主要用金刚石砂轮 进行磨削加工,后者则用磨料进行研磨加工。 进行磨削加工,后者则用磨料进行研磨加工。 磨料进行研磨加工

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