復(fù)合材料的制備方法與工藝

4.復(fù)合材料的制造方法主要的液相工藝壓擠鑄造與壓擠滲透噴霧沉積熱噴射漿體鑄造定向凝固共晶金屬的定向氧化目前一頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)主要的固相工藝粉末冶金薄膜的擴(kuò)散鍵合利用陶瓷-金屬（陶瓷）間的反應(yīng)由有機(jī)聚合物的合成目前二頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)主要的氣相工藝PVD(物理氣相沉積)CVD(化學(xué)氣相沉積)CVI(化學(xué)氣相滲透)目前三頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)聚合物基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料液相工藝液體狀樹脂的含浸預(yù)浸料坯成形(玻璃鋼)片狀模塑料熱塑性塑料的注射成形壓力熔浸與無壓熔浸攪拌鑄造噴射沉積成形定向凝固共晶熱噴射定向氧化定向凝固共晶利用有機(jī)聚合物的合成固相工藝熱塑性塑料的熱壓成形粉末冶金（熱壓、機(jī)械合金化、SPS）合金箔擴(kuò)散鍵合拉拔等機(jī)加工成形粉體燒結(jié)反應(yīng)成形氣相工藝PVD（物理氣相沉積）CVD（化學(xué)氣相沉積）CVI（化學(xué)氣相滲透）目前四頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)塑料基復(fù)合材料的制備成形目前五頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)4.2樹脂基復(fù)合材料先進(jìn)復(fù)合材料具有比強(qiáng)度和比模量高、耐疲勞、各向異性和可設(shè)計(jì)性、材料與結(jié)構(gòu)的一次成型等性能，自上世紀(jì)60年代問世以來，很快獲得廣泛應(yīng)用，成為航空航天4大材料之一。隨著其材料性能和制造技術(shù)的不斷改進(jìn)，復(fù)合材料未來在戰(zhàn)斗機(jī)、大型軍用運(yùn)輸機(jī)、無人機(jī)等平臺上必將占有重要地位。航空工業(yè)中制備復(fù)合材料制件的主要要求為：可支付得起；高度自動化；好的質(zhì)量控制；降低模具成本及縮短生產(chǎn)周期。為了達(dá)到這些要求，航空工業(yè)正著眼于：編織技術(shù)；先進(jìn)的鋪帶技術(shù)；非熱壓罐技術(shù)；注射工藝；先進(jìn)的固化工藝；全質(zhì)量概念及熱塑性工藝。目前六頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)預(yù)成形體的制造技術(shù)

（1）縫合技術(shù)采用高性能纖維和工業(yè)用縫合機(jī)將多層二維纖維織物縫合在一起，經(jīng)復(fù)合固化而成的紡織復(fù)合材料。美國的NASA。復(fù)合材料機(jī)翼，28m長的蒙皮復(fù)合材料預(yù)成形體?？p合超過25mm厚的碳纖維層，縫合速度3000針/分。相對于同樣的鋁合金零件重量減少25%，成本降低20%。目前七頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（2）穿刺利用薄的削棒以正確的角度在固化前或固化時插入二維的碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料層板中，從而獲得三維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。改進(jìn)了復(fù)合材料的斷裂韌性。比縫合技術(shù)更具發(fā)展?jié)摿Γ?jié)省成本，尺寸不受限制。目前八頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（3）三維機(jī)織是一種高級紡織復(fù)合材料。紡織異型整體織物，如T形、U形、工形、十字形等型材和圓管等，還可以創(chuàng)造出許多新的復(fù)雜形狀織物。目前九頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（4）編織編織是一種基本的紡織工藝，能夠使兩條以上紗線在斜向或縱向互相交織形成整體結(jié)構(gòu)的預(yù)成形體。這種工藝通常能夠制造出復(fù)雜形狀的預(yù)成形體，但其尺寸受設(shè)備和紗線尺寸的限制。該工藝技術(shù)一般分為兩類，一類的二維編織工藝，另一類是三維編織工藝。目前十頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（5）針織針織用于復(fù)合材料的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的方向強(qiáng)度、沖擊抗力較機(jī)織復(fù)合材料好，且針織物的線圈結(jié)構(gòu)有很大的可伸長性，易于制造非承力的復(fù)雜形狀構(gòu)件。目前國外已生產(chǎn)了先進(jìn)的工業(yè)針織機(jī)，能夠快速生產(chǎn)復(fù)雜的近無余量結(jié)構(gòu)，而且材料浪費(fèi)少。用這種方法制造的預(yù)成形體可以加入定向纖維有選擇地用于某些部位增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能。另外，這種線圈的針織結(jié)構(gòu)在受到外力時很容易變形，因此適于在復(fù)合材料上成形孔，比鉆孔具有很大優(yōu)勢。但是它較低的機(jī)械性能也影響了它的廣泛應(yīng)用。目前十一頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（6）經(jīng)編采用經(jīng)向針織技術(shù)，并與纖維鋪放概念相結(jié)合，制造的多軸多層經(jīng)向針織織物。由于不彎曲，因此纖維能以最佳形式排列。經(jīng)編技術(shù)可以獲得厚的多層織物且按照期望確定纖維方向，不需要鋪放更多的層數(shù)，極大提高經(jīng)濟(jì)效益。兩個優(yōu)點(diǎn)：成本低；有潛力超過傳統(tǒng)的二維預(yù)浸帶層壓板預(yù)計(jì)未來將在飛機(jī)制造中廣泛應(yīng)用。目前十二頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（7）層板及蜂窩結(jié)構(gòu)制造技術(shù)纖維增強(qiáng)金屬層板（FRML）是由金屬薄板和纖維樹脂預(yù)浸料交替鋪放膠合而成的混雜復(fù)合材料。改變金屬類型和厚度、纖維樹脂預(yù)浸料系統(tǒng)、鋪貼順序、纖維方向、金屬表面處理和后拉伸度等可改變FRML的性能主要使用鋁合金薄板。使用鋁鋰合金可提高FRML的比剛度，使用鈦合金可大大可提高FRML的耐溫性。FRML中的纖維可以是玻璃纖維、芳綸纖維和碳纖維具有良好的比強(qiáng)度和比剛度在未來的大型軍用運(yùn)輸機(jī)及無人機(jī)等機(jī)體具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用前景。目前十三頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)復(fù)合材料零件成形及制造技術(shù)

（1）樹脂轉(zhuǎn)移模塑成形技術(shù)

在模腔中鋪放按性能和結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)的增強(qiáng)材料預(yù)成形體，采用注射設(shè)備將專用樹脂體系注入閉合模腔，模具具有周邊密封和緊固以及注射及排氣系統(tǒng)，以保證樹脂流動流暢并排出模腔中的全部氣體和徹底浸潤纖維，還具有加熱系統(tǒng)，可加熱固化成形復(fù)合材料構(gòu)件。它是一種不采用預(yù)浸料，也不采用熱壓罐的成形方法。因此，具有效率高、投資、綠色等優(yōu)點(diǎn)，是未來新一代飛機(jī)機(jī)體有發(fā)展?jié)摿Φ闹圃旒夹g(shù)。

目前十四頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（2）樹脂浸漬技術(shù)

一種樹脂膜熔滲和纖維預(yù)制體相結(jié)合的一種樹脂浸漬技術(shù)。其成形過程是將樹脂制備成樹脂膜或稠狀樹脂塊，安放于模具的底部，其上層覆以縫合或三維編織等方法制成的纖維預(yù)制體。然后依據(jù)真空成形工藝的要點(diǎn)將模腔封裝，于熱環(huán)境下采用真空技術(shù)將樹脂由下向上抽吸。目前在航空領(lǐng)域主要應(yīng)用于飛機(jī)雷達(dá)天線罩。目前十五頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（3）纖維纏繞該工藝主要用于空心、圓形及橢圓零件，如管路及油箱。纖維束通過一個樹脂池后以各種方向和速度纏繞到芯軸上，方向和速度由纖維進(jìn)給機(jī)控制。這是一項(xiàng)已經(jīng)發(fā)展較為成熟的技術(shù)，無論是在自動化、速度、變厚度、質(zhì)量和纖維方向上都得到了巨大改進(jìn)。它是筒形件的低成本快速制造方法。目前十六頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（4）拉擠拉擠成型工藝是將浸漬樹脂膠液的連續(xù)玻璃纖維束、帶或布等，在牽引力的作用下，通過擠壓模具成型、固化，連續(xù)不斷地生產(chǎn)長度不限的玻璃鋼型材。優(yōu)點(diǎn)是：生產(chǎn)過程完全實(shí)現(xiàn)自動化控制，生產(chǎn)效率高；纖維含量高，浸膠在張力下進(jìn)行，能充分發(fā)揮增強(qiáng)材料的作用，產(chǎn)品強(qiáng)度高；制品縱、橫向強(qiáng)度可任意調(diào)整，可以滿足不同力學(xué)性能制品的使用要求；較其它工藝省工，省原料，省能耗；制品質(zhì)量穩(wěn)定，重復(fù)性好，長度可任意切斷。

目前十七頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（5）自動鋪放技術(shù)

該技術(shù)在現(xiàn)代飛機(jī)上已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用，并取得了巨大進(jìn)展?，F(xiàn)有的自動鋪疊技術(shù)已經(jīng)在速度和準(zhǔn)確度上有很大增長，而且計(jì)算機(jī)技術(shù)對它產(chǎn)生了很大影響，鋪疊面積也有所增長。目前十八頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（6）絲束鋪放技術(shù)絲束鋪放(TowPlacement)相對較新，并在近年格外受到關(guān)注。它兼顧了自動鋪疊與纖維纏繞的優(yōu)點(diǎn)。能夠制造復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)件，對纖維角度不限制。而且有極大減少生產(chǎn)成本的潛力。未來的開發(fā)包括最佳化控制系統(tǒng)、鋪放頭位置反饋、在線快速檢測、準(zhǔn)確和高質(zhì)量產(chǎn)品。目前十九頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)纖維含浸于低黏度的樹脂

成形的基本是將干燥的纖維含浸于低黏度的樹脂，可以有多種含浸方法。將纖維配置在研磨的模具上，進(jìn)行錕壓含浸或噴涂)含浸。將樹脂與硬化劑壓成形之前混合，硬化通常在常溫下進(jìn)行。近來開展了大尺寸成形體的研究，作為一般的成形方法已開始廣泛應(yīng)用。例如可以適用于長度為50m船體的制造，在造船界也得到了廣泛的應(yīng)用。目前二十頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)長纖維的編織(樹脂基復(fù)合材料的壓擠滲透用)目前二十一頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前二十二頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)汽車儲氣罐目前二十三頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前二十四頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)門型纖維編織成形機(jī)目前二十五頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)碳纖維強(qiáng)化網(wǎng)球拍的成形裝置目前二十六頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)BeechStarship飛機(jī)翅膀的成型中使用的autoclave(高壓)成形目前二十七頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)4.3金屬基復(fù)合材料的制備方法發(fā)展得較晚，仍處于幼年期。使用的領(lǐng)域也受到限制。研究是方興未艾。有已經(jīng)得到了工業(yè)化的應(yīng)用。液相的方法成本較低。目前二十八頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)金屬基復(fù)合材料的制備成形目前二十九頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)主要的液相工藝

1）壓擠鑄造與壓擠滲透(無壓熔浸)對液體狀態(tài)的基體加壓，使之進(jìn)入由強(qiáng)化體材料組成的預(yù)成形體。預(yù)成形體的制備長纖維的編織短纖維的懸浮液體內(nèi)沉積顆粒材料的成形與預(yù)燒結(jié)目前三十頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)壓力熔浸(無壓熔浸)將熔融的金屬壓力熔浸于成形模具內(nèi)的預(yù)成形體（可以由長纖維、短纖維或所顆粒構(gòu)成）而成形。預(yù)成形體是接近最終成品的形狀。。在熔融金屬的凝固過程中，纖維附近的金屬最后固化。希望界面一般也不會形成氧化膜。得到纖維與金屬優(yōu)異的結(jié)合的界面。目前三十一頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)短纖維的懸浮液體內(nèi)沉積目前三十二頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)顆粒材料的成形與預(yù)燒結(jié)混合（加成形劑）→成形→燒結(jié)目前三十三頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)成形的方法模壓等靜壓注射成形凝膠注模成形軋制擠壓松裝燒結(jié)預(yù)燒結(jié)維持形狀具有一定的強(qiáng)度目前三十四頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)壓擠滲透的設(shè)備與壓力鑄造相比壓頭連續(xù)移動彌補(bǔ)收縮移動速度慢外加壓力大目前三十五頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)壓力熔浸成形設(shè)備目前三十六頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前三十七頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前三十八頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)壓擠滲透雙壓頭保證熔體壓力；避免孔隙；避免不完全滲透采用雙重壓頭目前三十九頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前四十頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前四十一頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)f為預(yù)成形體內(nèi)纖維所占的體積分?jǐn)?shù)，Φ和ξ分別為平面間距與交叉連接纖維長度及與平面內(nèi)纖維間距之比目前四十二頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前四十三頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)壓擠滲透材料的組織分析預(yù)成形體內(nèi)的纖維分布決定復(fù)合體內(nèi)的纖維分布避免缺陷：微觀孔隙、宏觀空洞、纖維斷裂等熔體黏度：高——減小渦流、減少空氣吸入、壓力大、內(nèi)耗大低——易流動、壓力小，產(chǎn)生渦流目前四十四頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)北京科技大學(xué)研制的Al/SiC復(fù)合材料簡介目前四十五頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)2）噴霧沉積Ospray工藝20世紀(jì)70年代后期英國Kg/s級適用于顆粒增強(qiáng)MMC~孔隙度%后續(xù)擠壓加工目前四十六頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)Ospray工藝將液體狀的原材料（金屬與強(qiáng)化相顆粒）吹散霧化，沉積為塊狀材料。英國的Osplay公司所開發(fā)。主要問題：強(qiáng)化相顆粒難以均勻分散，陶瓷層的擴(kuò)散。一般具備5-20％的孔隙。通常需要二次加工。目前四十七頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)為動力學(xué)粘度，j為物質(zhì)流率，下標(biāo)m與g分別表示熔體與氣體，為韋伯系數(shù)目前四十八頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)3）熱噴射用電弧或氣體加熱顆粒（或線材），并噴射到物體的表面，得到塊狀的MMC，具有成分梯度的涂層。特點(diǎn)：沉積速度低（<g/s）顆粒速度大200m/s以上目前四十九頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)熔射將在高溫爐焰中熔融，由高溫運(yùn)動的顆粒而噴射。堆積速度?。ㄍǔ?g/s）。但顆粒的速度大（200-m/s）。得到的材料孔隙度?。?-3％）。優(yōu)點(diǎn)，在對偶材料的非熔融狀態(tài)下成形，縮短高溫下熔射的時間?？紫兜拇嬖诘饶軌蛲ㄟ^熱處理而得到改善。能夠減少或避免纖維與金屬基體的反應(yīng)。對纖維噴射熔融金屬也有相當(dāng)?shù)碾y度。難以成形空隙率為10％以下的復(fù)合材料。開發(fā)通過涂層而避免纖維的損傷。目前五十頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)4）漿體鑄造(復(fù)合鑄造)

工藝簡介原理：將液態(tài)金屬與陶瓷粉末混合，使整個混合體凝固特點(diǎn)：簡單、經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀：已經(jīng)有商業(yè)化生產(chǎn)（Al/SiC）難點(diǎn)：成形的困難微觀組織不均勻界面反應(yīng)目前五十一頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)顆?；蚨汤w維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的復(fù)合鑄造

（1）液態(tài)金屬／陶瓷顆粒攪拌鑄造法通過機(jī)械攪拌在液態(tài)金屬中產(chǎn)生渦流從而引人陶瓷顆粒并使其分布均勻。采用這種方法制造鋁基復(fù)合材料，陶瓷顆粒尺寸可小到10μm，增強(qiáng)相的體積分?jǐn)?shù)可達(dá)25％。目前五十二頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（2）熔體浸滲鑄造與擠壓鑄造法即前面已經(jīng)介紹過的壓擠鑄造與壓擠滲透。擠壓鑄造法：先用機(jī)械攪拌法制備復(fù)合漿料，然后將液態(tài)復(fù)合漿料倒入擠壓模(需預(yù)熱)內(nèi)，起動液壓機(jī)，使液態(tài)漿料在一定的比壓下凝固成形。目前五十三頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（3）高能超聲法金屬熔化后，利用超聲施加振動，加入陶瓷顆粒，實(shí)現(xiàn)均勻混合以后澆注成形。陶瓷顆粒制成預(yù)制件，澆入液體金屬后，施加超聲進(jìn)行熔體浸滲。在極短的時間里(數(shù)十秒)實(shí)現(xiàn)顆粒的均勻分布。目前五十四頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（4）流變鑄造法（半固態(tài)鑄造）對處于固液兩相區(qū)的熔體施加強(qiáng)烈的攪動形成低粘度的半固態(tài)漿液，同時引入陶瓷顆粒利用半固態(tài)漿液的特性分散增強(qiáng)相，在壓力下充型凝固成形。是一種兩相工藝，局限于大結(jié)晶范圍的合金。目前五十五頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（5）原位反應(yīng)鑄造法增強(qiáng)陶瓷顆粒不是外加的，而是在制備過程中原位生成的。利用合金液的高溫，使合金元素之間或合金元素與化合物之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成陶瓷增強(qiáng)顆粒通過鑄造成形獲得由原位顆粒增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料。目前五十六頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)攪拌鑄造（stircasting）（1）成形的粘滯阻力向液體內(nèi)加固體，粘度會大大增加。對于纖維尤其嚴(yán)重，保證很好的彌散很困難。（2）微觀組織的均勻性顆粒結(jié)團(tuán)或在熔體里沉積，吸入的氣泡，液體輸送不足造成的孔隙，凝固前沿對顆粒的推斥而致的顆粒偏析等等。（3）界面反應(yīng)引起過度的界面反應(yīng)。對于A1-SiC體系，可能會有過多的A14C3和Si生成。目前五十七頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)漿體鑄造的問題克服方法克服成形時的阻力：流變模型。減少或避免微觀組織的不均勻：建立對顆粒排斥的流變模型。界面反應(yīng)：預(yù)先合金化，使熔體富Si。目前五十八頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前五十九頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（a）精密鑄造（緩冷）（b）壓力鑄造（急冷）目前六十頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前六十一頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)5）反應(yīng)性工藝(即時復(fù)合材料)

（1）共晶體的定向凝固定向凝固很早就被用來生產(chǎn)各向異性的材料，定向凝固所得微觀組織通常都具有很高的規(guī)則性和完整性。在一些特殊情況下，這種方法可用來生產(chǎn)實(shí)際上是金屬基復(fù)合材料的鑄件。當(dāng)一種恰為共晶成分的二元合金在特定溫度下正常凝結(jié)時，往往會形成一種排列整齊的兩相結(jié)構(gòu)。目前六十二頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)定向凝固共晶原理：共晶凝固Lα+β凝固方式：定向組織特征：整齊排列的兩相，相當(dāng)與纖維基體與纖維的結(jié)合力強(qiáng)可控制纖維的直徑與間距熱力學(xué)平衡狀態(tài)增強(qiáng)體本性與體積分?jǐn)?shù)的局限性Lαβ目前六十三頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)Ni-Cr/TaC復(fù)合材料經(jīng)深腐蝕，以凸顯TaC纖維后的SEM圖象。這里TaC的體積分?jǐn)?shù)僅為6%，如果體積分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于6%，則會形成一種層狀形貌目前六十四頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)金屬的定向氧化金屬受到定向氧化，從而能夠生產(chǎn)含金屬與陶瓷的近最終形狀的工件。將鋁熔液加熱到高溫，加入鎂，以使氧化鋁表皮不穩(wěn)定，金屬在毛細(xì)管力作用下流入氧化鋁這樣的陶瓷顆粒之間。目前六十五頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)放熱反應(yīng)工藝混合物被加熱到高溫，發(fā)生自蔓燃放熱反應(yīng)。有很細(xì)的穩(wěn)定陶瓷相生成，彌散地分布致密化可通過例如熱等靜壓等工藝來進(jìn)行。適當(dāng)?shù)剡x擇反應(yīng)和反應(yīng)條件也能起到一定控制孔隙度的作用。產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)是熱力學(xué)穩(wěn)定的。目前六十六頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)4.3.2主要的固相工藝混合、壓制與燒結(jié)（粉末冶金）薄膜的擴(kuò)散鍵合目前六十七頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)

（1）

粉末冶金目前六十八頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前六十九頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前七十頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前七十一頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前七十二頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前七十三頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前七十四頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)粉末冶金(機(jī)械合金化)目前七十五頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前七十六頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)MA（機(jī)械合金化）納米材料彌散強(qiáng)化超合金非晶材料超導(dǎo)、磁性材料互不相溶系復(fù)合材料微晶材料

目前七十七頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)影響機(jī)械合金化的主要因素（a）研磨裝置（b）研磨速度（c）研磨時間（d）研磨介質(zhì)（e）球料比（f）充填率（g）氣體環(huán)境（h）過程控制劑（i）研磨溫度目前七十八頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)放電等離子體燒結(jié)（SparkPlasmaSintering,SPS），也稱為“脈沖通電法”或“脈沖通電加壓燒結(jié)法”，是最近在復(fù)合材料材料等先進(jìn)新材料領(lǐng)域受到矚目的新燒結(jié)法。目前七十九頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前八十頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)PrincipleandMechanism目前八十一頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前八十二頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前八十三頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前八十四頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前八十五頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前八十六頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前八十七頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前八十八頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前八十九頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前九十頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前九十一頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)本課題組關(guān)于放電等離子體燒結(jié)方面的論文（2005.6~2007.8）ChengchangJIA,HuaTANG,,XuezhenMEI,etal,SparkPlasmaSinteringonNanometerScaleWC-CoPowder,MaterialsLetters,2005,59(4);2566~2569(SCIEI收錄)（IDSNumber:942IC）JIAChengchang,LIZhigang,HEYuntao,andQUXuanhui,SparkplasmasinteringonmechanicallyactivatedW-Cupowders,RareMetals2004;23;269~273.(SCIEI收錄)（IDSNumber:858MH,ISSN:1001-0521）JieMeng,ChengchangJia,QingHe,InfluenceofpowdercharacteristicsonthestructureandpropertiesofNi3Alfabricatedbysparkplasmasintering,6thInternationalWorkshoponAdvancedIntermetallicandMetallicMaterials,2005.10,Yangzhou/Nanjing,ChinaQingHe,ChengchangJia,JieMeng,InfluenceofironpowdersizeonthemicrostructureandpropertiesofFe3Alintermetallicespreparedbymechanicalalloyngandsparkplasmasintering,MateralsScienceandEngineeringA,428(2006),314~318（SCI）JieMeng,ChengchangJia,QingHe,EffectofMechanicalAlloyingontheFabricationofNi3AlbyHotPressing,J.ofAlloyandCompounds,421(2006),200~203（SCI）ChengchangJia,QingHe,JieMeng,XuanhuiQu.Fe3Albasedalloysfabricatedbysparkplasmasinteringfrommechanicallyactivatedpowders,SubmittedtoTHERMEC’2006,thefifthinternationalconferenceonadvancedmaterials;Processing,Fabrication,Properties,Applications.Canada,Vancouver,4-8,June,2006（SCI）JieMeng,ChengchangJia,QingHe,EffectofMechanicalAlloyingonStructureandpropertyofNi3AlbyparkPlasmaSintering,,2006,BeijingInternationalMaterialsWeek,June25-30,2006,China,p216QingHe,ChengchangJia,JieMeng,MechanicalPropertiesofFe3AlIntermetallics,2006,BeijingInternationalMaterialsWeek,June25-30,2006,China,p213JieMengChengchangJia,Qing,HeFabricationofoxide-reinforcedNi3Alcompositesbymechanicalalloyingandsparkplasmasintering,MaterialsscienceandengineeringA,434(2006),246~249（SCI）JieMENG,ChengchangJIAandQingHE.CharacteristicsofmechanicalalloyedNi-Alpowderforsintering.RareMetals,

Volume26,Issue4,

August2007,

Pages372-376（SCI）目前九十二頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)本課題組關(guān)于放電等離子體燒結(jié)方面的論文,續(xù)（2005.6~2007.8）JieMENG,ChengchangJIAandQingHE.FabricationofNi3Albyhotpressingfromelementpowders.RareMetals,

Volume26,Issue3,

June2007,

Pages222-225（SCI）MengJie,JiaChengchang,HeQing.InfluenceofpowdercharacteristicsonstructureandpropertiesofNi3Alfabricatedbysparkplasmasintering.TransactionsofNonferrousMetalsSocietyofChina(EnglishEdition),v16,nSUPPL.2,2006,p112-116（SCI）LanSun,ChengchangJia,HuaTang,ResearchonTwoSinteredTechnologyofNanometerWC-CoPowder,MaterialsScienceFrum,534-536,(2007),593-596（SCI）ChengchangJia,LanSun,HuaTang,XuanhuiQu,HotpressureofnometerWC-Copowder,REFRACTORYMETALS&HARDMATERIALS,25(2007),53~56.（SCI）ChengchangJia,QingHe,JieMeng,Fe3Alalloysfabricatedbysparkplasmasinteringfrommechanicallyalloyedpowders,MaterialsScienceForum,539~543,(2007),2706~2712（SCI）LanSun,ChengchangJia,MinXian,AResearchonthegraingrowthofWC-Cocmentcarbide,InternationalJournalofRefractoryMetals&Materals,25(2007),121~124（SCI）ChengchangJia,QingHe,JieMengandLinaGuo.InfluenceofmechanicalalloyingtimeonthepropertiesofFe3AIintermetallicspreparedbysparkplasmasintering，JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing,

Volume14,Issue4,

August2007,

Pages331-334（SCI）QingHe，ChengchangJia，JieMeng．MechanicalpropertiesandmicrostructureofFe3Alintermetallicsfabricatedbymechanicallyalloyingandsparkplasmasintering.TransactionsofnonferrousMetalsSocietyofChina，2006，16：747-752何箐，賈成廠，孟杰，機(jī)械合金化與放電等離子體燒結(jié)制備Fe3Al-F3AlC0.5金屬間化合物，第十四屆全國復(fù)合材料學(xué)術(shù)會議，2006.11，宜昌，《第十四屆全國復(fù)合材料學(xué)術(shù)會議論文集（上）》，(606)劉向兵，賈成廠，王富祥，蓋國勝，陳曉華，熱壓與放電等離子體燒結(jié)（SPS）兩種工藝制備Cu-Al2O3復(fù)合材料，第十四屆全國復(fù)合材料學(xué)術(shù)會議，2006.11，宜昌，《第十四屆全國復(fù)合材料學(xué)術(shù)會議論文集（上）》，(633)目前九十三頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)4.2.2薄膜的擴(kuò)散鍵合工藝原理：將整齊排列的纖維（往往是通過纏繞絲線）置于金屬薄膜之間，然后熱壓。適用性：鈦基復(fù)合材料(a)用連續(xù)纖維增強(qiáng)鈦特別有潛力(考慮到顯著改善蠕變抗力和剛度)(b)涉及液相鈦的工藝會產(chǎn)生迅速的界面化學(xué)反應(yīng)問題(c)因?yàn)門i能在700℃以上溶解其自身的氧化物典型的工藝參數(shù)：900℃停留幾小時目前九十四頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（2）擴(kuò)散鍵合一種已商業(yè)化的用于長纖維增強(qiáng)鈦合金的技術(shù)是將排列的纖維置于金屬薄膜之間。往往是通過纏繞絲線，然后熱壓的方法。該工藝對于生產(chǎn)鈦基復(fù)合材料非常有吸引力。目前九十五頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)4.3.3主要的氣相工藝

用于金屬基復(fù)合材料的氣相工藝主要是物理氣相沉積(PVD)PVD工藝方法用來制作MMC。相對較慢。最快的一種是升華法一靶樣在高度真空條件下的熱氣化。將長纖維連續(xù)地輸送通過一個區(qū)域，在這個區(qū)域內(nèi)，所要沉積的金屬的氣相分壓很高，這種金屬氣相便會沉積而在纖維表面生成較厚的涂層。目前九十六頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)Ti-6Al-4V與SiC纖維復(fù)合氣相沉積Ti-5Al-5V的SiC含80%SiC纖維的Ti-5Al-5V的復(fù)合材料目前九十七頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)4.4陶瓷基復(fù)合材料的制備方法陶瓷基復(fù)合材料的成形中，尚存在有一些問題，其中最主要的是，由于陶瓷本身是脆性材料，所以在成形工序難以變形。進(jìn)而，由于陶瓷基體難以適應(yīng)復(fù)合化過程中的體積變化，所以有時會在成形工序中發(fā)生開裂。特別是在以纖維作為增強(qiáng)體時，可能會給氣體的排出造成困難。而且，陶瓷基復(fù)合材料的成形一般是伴隨著高溫而進(jìn)行。目前九十八頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)陶瓷基復(fù)合材料的制備成形目前九十九頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)4.4.1主要的固相工藝

1）粉末燒結(jié)工藝（1）粉末的制備粉體的制備可分為機(jī)械制粉和化學(xué)制粉兩種。化學(xué)制粉：高純、超細(xì)、組分均勻的粉料,其粒徑小。需要較復(fù)雜的設(shè)備、工藝要求嚴(yán)格，成本也較高。機(jī)械混合制備多組分粉體工藝簡單、產(chǎn)量大，粉體組分分布不均勻，給粉體引入雜質(zhì)。目前一百頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（2）粉末的成形

（a）干壓成型（Drypressing）

干壓成型又稱為模壓成型，是將粉料填充到模具內(nèi)部后，通過單向或雙向加壓，將粉料壓成所需形狀。這種方法操作簡便，生產(chǎn)效率高，易于自動化，是常用的方法之一。但干壓成型時粉料容易團(tuán)聚，坯體厚度大時內(nèi)部密度不均勻，制品形狀可控精度差，且對模具質(zhì)量要求高、復(fù)雜形狀的部件模具設(shè)計(jì)較困難。目前一百零一頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（b）等靜壓成型(IsostaticPressing)

粉料裝入橡膠等可變形的容器中，密封后放入液壓油或水等流體介質(zhì)中，加壓獲得所需的形狀。粉料不需要加粘合劑、坯體密度均勻性好、所成型的制品幾乎不受限制并具有良好的燒結(jié)體性能。僅適用于簡單形狀制品，形狀和尺寸控制性差，生產(chǎn)效率低、難于實(shí)現(xiàn)自動化批量生產(chǎn)。適用于大量壓制同一類型的產(chǎn)品，特別是幾何形狀簡單的產(chǎn)品，如管子、圓柱等。目前一百零二頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前一百零三頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前一百零四頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前一百零五頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（c）熱壓鑄成型（Hotpressingcasting）

將粉料與蠟或有機(jī)高分子粘結(jié)劑混合后，加熱使混合料具有一定流動性，加壓注入模具，冷卻后即可得到致密的較硬實(shí)的坯體。適用于形狀比較復(fù)雜的部件，易于工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。坯體中的蠟含量較高（約23%），燒成時排蠟周期長，薄壁且大而長的制品易變形。

目前一百零六頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（d）擠壓成型（Extrusionmolding）

利用壓力把具有塑性的粉料通過模具擠出，模具的形狀就是成型坯體的形狀。短柱狀、纖維狀、空心管狀體及厚板狀坯體等沿?cái)D出方向外形平直的制品。要求陶瓷粉料具有可塑性，成型后粉料能保持原形或變形很小。目前一百零七頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（e）軋膜成型（Rollcompacting）

也稱為滾（輥）壓成型，將加入粘結(jié)劑的瓷料放入相向滾動的軋輥之間，使物料不斷受到擠壓，得到薄膜狀坯體的一種成型方法。工藝簡單、生產(chǎn)效率高、膜片厚度均勻、設(shè)備較簡單，能夠成型出厚度很?。蛇_(dá)10μm）。軋膜料常用的粘結(jié)劑有聚乙烯醇水溶液和聚醋酸乙烯脂（聚合度400～600為宜）配制軋膜料時，聚乙烯醇水溶液一般用量在30～40%之間，聚醋酸乙烯脂在20～25%之間，通常還要外加2～5%的甘油增塑劑。目前一百零八頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（f）注漿成型（Slipcasting）和車坯成型

注漿成型，把一定濃度的漿料注入石膏模中，與石膏相接觸的外圍層首先脫水硬化，粉料沿石膏模內(nèi)壁成型出所需形狀。車坯成型，用真空練泥機(jī)擠出的泥段或注漿成型注出的粗泥坯在車床上進(jìn)行的。目前一百零九頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（g）流延法成型（Tapecasting/Doctorblade）

超細(xì)粉中混入適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑制成流延漿料，然后通過固定的流延嘴及依靠料漿本身的自重將漿料刮成薄片狀流在一條平移轉(zhuǎn)動的環(huán)形鋼帶上，經(jīng)過上下烘干道，得到所需的薄膜坯體。生產(chǎn)效率高，易于連續(xù)自動化生產(chǎn)；膜的厚度可薄至2～3μm、厚至2～3mm，膜片彈性好、坯體致密。對有機(jī)溶劑的選擇比較敏感，同時水含量及水質(zhì)對料漿流變性、坯體密度、產(chǎn)品部件的拉伸強(qiáng)度均有較大的影響。目前一百一十頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（h）注射成型（Injectionmoulding）陶瓷注射（注模）成型與塑料的注射成型原理類似，但過程更復(fù)雜。注射成型是把陶瓷粉料與熱塑性樹脂等有機(jī)物混練后得到的混合料在注射機(jī)上于一定溫度和壓力下高速注入模具，迅速冷凝后脫模取出坯體。成型時間為數(shù)十秒，然后經(jīng)脫脂可得到致密度達(dá)60%的素坯體。注射成型與傳統(tǒng)的陶瓷熱壓鑄工藝也有類似之處，如都是將混合有機(jī)物的物料壓入模具中，冷卻固化成型，但熱壓鑄是將陶瓷原料與有機(jī)物制成蠟餅加熱至具有一定流動性后壓入模具，壓力只有幾個大氣壓；而注射成型需將陶瓷物料和有機(jī)物的混合物壓碎、造粒后才能用來成型，而且注模壓力高達(dá)1300kg/cm2；熱壓鑄和注射成型所用的機(jī)械也不相同。目前一百一十一頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)注射成型注射成型的主要優(yōu)點(diǎn)是適合大批量生產(chǎn)陶瓷部件，且大批量生產(chǎn)時成本可很低，成品的最終尺寸可以控制、一般不必再修整，易于經(jīng)濟(jì)地制作具有不規(guī)則表面、孔道等復(fù)雜形狀的制品。同熱壓鑄一樣，脫脂時間長是注射成型的最大缺點(diǎn)。此外澆口封凝后內(nèi)部不均勻性也是一個問題

目前一百一十二頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)目前一百一十三頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（i）壓力滲濾工藝（Pressurefiltration）

壓力滲慮工藝是在注漿成型基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，可避免一般工藝中發(fā)生的超細(xì)粉團(tuán)聚和重力再團(tuán)聚現(xiàn)象，并可獲得較高的生坯密度目前一百一十四頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（j）凝膠鑄模成型（Gelcasting）把陶瓷粉體分散于含有有機(jī)體的溶液中形成泥漿，然后將泥漿填充到模具中，在一定溫度和催化劑條件下有機(jī)體發(fā)生聚合，使體系發(fā)生膠凝，料漿原位成型。經(jīng)干燥后可得到強(qiáng)度較高的坯體。收縮小，干燥收縮為1～4%、燒結(jié)收縮為16～17%，生坯強(qiáng)度高，有機(jī)粘結(jié)劑用量低，并且可以成型形狀復(fù)雜及大截面尺寸的部件。目前一百一十五頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（k）直接凝固成型（Directcoagulationcasting）

把膠體化學(xué)與生物化學(xué)結(jié)合起來，其思路是利用膠體顆粒的靜電或位阻效應(yīng)首先制備出固相體積分?jǐn)?shù)高、分散性好的懸浮體或料漿，同時引入延遲反應(yīng)的催化劑，使泥漿聚沉成型

目前一百一十六頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)（3）燒成

粉末冶金領(lǐng)域稱為燒結(jié)，陶瓷領(lǐng)域稱為燒成。最重要的工序。在高溫作用下，瓷料發(fā)生一系列物理化學(xué)變化，由松散狀態(tài)逐漸致密化，機(jī)械強(qiáng)度大大提高。三個階段:從室溫至最高燒成溫度的升溫階段、在最高溫度的保溫階段、從最高溫降至室溫的冷卻階段。目前一百一十七頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)導(dǎo)入纖維時會產(chǎn)生一些新的問題纖維可能會阻礙基體燒結(jié)時的收縮。熱等靜壓等工藝可以抑制裂紋的發(fā)生與擴(kuò)展，但相對成本較高。而且，要完全抑制裂紋也比較困難。在復(fù)合過程的高溫下使用部分或全部的液相作為基體。熱梯度所引起收縮。成形系統(tǒng)中的不匹配所引起的應(yīng)變，基體在高溫液體狀態(tài)下的膨脹系數(shù)一般要比纖維大得多。纖維強(qiáng)化陶瓷基復(fù)合材料成形中的困難與限制是制約制造實(shí)用化的因素之一。

目前一百一十八頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)ZrO2-3%Y2O3纖維與同種粉末混合燒結(jié)后,復(fù)合材料的截面.碳纖維強(qiáng)化Mg基復(fù)合材料的組織.由于不同的收縮而在基體中產(chǎn)生了裂紋目前一百一十九頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)2)疊層陶瓷復(fù)合材料將薄板狀原材料疊層再進(jìn)行燒結(jié)的方法，是簡單地成形韌性較高的陶瓷基復(fù)合材料的方法。將微細(xì)的陶瓷粉末與高的聚合物溶劑混合。軋輥和壓制成厚度約為200μm的帶狀薄板。為了強(qiáng)化可能會成為裂紋并提高韌性，進(jìn)行厚度約5μm的涂層。之后將該帶狀薄板疊層燒結(jié)。具有各向異性特征，也在很寬的范圍內(nèi)進(jìn)行了研究。SiC/石墨復(fù)合材料的微觀組織與貝殼結(jié)構(gòu)非常類似。沒有對纖維的操作與加壓操作。比較迅速、低成本的成形方法。

目前一百二十頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)SiC/石墨復(fù)合材料貝殼結(jié)構(gòu)目前一百二十一頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)3)利用陶瓷-金屬（陶瓷）間的反應(yīng)（SHS法）利用陶瓷/陶瓷或陶瓷/金屬間的反應(yīng)是合成復(fù)合材料中使用最多的方法。由于這類反應(yīng)是利用自身所生成的熱量使反應(yīng)進(jìn)行到底，所以也稱為SHS法（SelfpropagationHightemperatureSynthesis）。在20世紀(jì)70年代，已有報(bào)道說用該方法合成了200中以上成分的復(fù)合材料。目前一百二十二頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)SHS法制備復(fù)合材料代表性的例

原材料與反應(yīng)生成物溫度（K）Ti+2BZr+2BTi+CAl+1/2N2SiO2+2Mg+C3TiO2+4Al+3C3TiO2+4Al+6BTiB2ZrB2TiCAlNSiC+2MgO3TiC+2Al2O33TiB2+2Al2O33190331032002900257023202900目前一百二十三頁\總數(shù)一百三十六頁\編于十九點(diǎn)4.4.2主要的液相工藝

1)定向凝固

很早就開始在金屬基材料中得到應(yīng)用。在陶瓷基復(fù)合材料中，可以使用定向凝固的方法。制出的復(fù)合材料也稱為“原位”復(fù)合材料。固液界面的溫度梯度（G）和凝固速度（R）是兩個重要的參數(shù)。隨