復(fù)合材料的成型工藝

復(fù)合材料的成型工藝1第一頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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脂體系確定后，主要決定于成型工藝。成型工藝主要包括以下兩個(gè)方面：2第二頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日一是成型，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固定下來，并能達(dá)到預(yù)期的性能要求。3第三頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日生產(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)樹脂注射和樹脂傳遞成型(8)真空輔助樹脂注射成型4第四頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日(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(15)熱塑性片狀模塑料熱沖壓成型(16)噴射成型5第五頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日(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，也是一種最簡單的方法，其具體工藝過程如下：6第六頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日首先，在模具上涂刷含有固化劑的樹脂混合物，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，再涂刷樹脂混合物和鋪貼第二層纖維織物，反復(fù)上述過程直至達(dá)到所需厚度為止。

7第七頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日然后，在一定壓力作用下加熱固化成型（熱壓成型）或者利用樹脂體系固化時(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：8第八頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日模具準(zhǔn)備涂脫模劑手糊成型樹脂膠液配制增強(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9第九頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。10第十頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日手糊成型工藝優(yōu)點(diǎn)

①不受產(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)備簡單、投資少、設(shè)備折舊費(fèi)低。11第十一頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

③工藝簡單；④易于滿足產(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制品樹脂含量較高，耐腐蝕性好。12第十二頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日手糊成型工藝缺點(diǎn)

①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。13第十三頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。模壓成型是一種對熱固性樹脂和熱塑性樹脂都適用的纖維復(fù)合材料成型方法。14第十四頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日模壓成型工藝過程將定量的模塑料或顆粒狀樹脂與短纖維的混合物放入敞開的金屬對模中，閉模后加熱使其熔化，并在壓力作用下充滿模腔，形成與模腔相同形狀的模制品；再經(jīng)加熱使樹脂進(jìn)一步發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而固化，或者冷卻使熱塑性樹脂硬化，脫模后得到復(fù)合材料制品。15第十五頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日金屬對模準(zhǔn)備涂脫模劑膜壓成型模塑料、顆粒樹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流程圖16第十六頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

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。17第十七頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日模壓成型工藝缺點(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。18第十八頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

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。近年來隨著專業(yè)化、自動(dòng)化和生產(chǎn)效率的提高，制品成本不斷降低，使用范圍越來越廣泛。19第十九頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。20第二十頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。

層壓成型工藝屬于干法壓力成型范疇，是復(fù)合材料的一種主要成型工藝。21第二十一頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日層壓成型工藝生產(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22第二十二頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日層壓板的生產(chǎn)工藝流程增強(qiáng)材料熱固性樹脂浸膠膠布裁剪疊合熱壓脫模切邊產(chǎn)品23第二十三頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

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。

層壓成型工藝的缺點(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。24第二十四頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日4．噴射成型工藝

將分別混有促進(jìn)劑和引發(fā)劑的不飽和聚酯樹脂從噴槍兩側(cè)（或在噴槍內(nèi)混合）噴出，同時(shí)將玻璃纖維無捻粗紗用切割機(jī)切斷并由噴槍中心噴出，與樹脂一起均勻沉積到模具上。25第二十五頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日當(dāng)不飽和聚酯樹脂與玻璃纖維無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：26第二十六頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日玻璃纖維無捻粗紗聚酯樹脂加熱引發(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成型工藝流程圖27第二十七頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

噴射成型對所用原材料有一定要求，例如樹脂體系的粘度應(yīng)適中，容易噴射霧化、脫除氣泡和浸潤纖維以及不帶靜電等。

最常用的樹脂是在室溫或稍高溫度下即可固化的不飽和聚酯等。28第二十八頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

噴射法使用的模具與手糊法類似，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。29第二十九頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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)場污染和浪費(fèi)較大。

30第三十頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日利用噴射法可以制作大蓬車車身、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。31第三十一頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日5.連續(xù)纏繞成型工藝將浸過樹脂膠液的連續(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)塑料制品的工藝過程，稱為纏繞工藝。纏繞工藝流程圖如下圖所示：32第三十二頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日纏繞工藝流程圖紗團(tuán)集束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?？v、環(huán)向纏繞張力控制加熱粘流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33第三十三頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日利用連續(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，再浸漬樹脂。目前普遍采用前者。34第三十四頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

纏繞機(jī)類似一部機(jī)床，纖維通過樹脂槽后，用軋輥除去纖維中多余的樹脂。為改善工藝性能和避免損傷纖維，可預(yù)先在纖維表面徐覆一層半固化的基體樹脂，或者直接使用預(yù)浸料。35第三十五頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日纖維纏繞方式和角度可以通過機(jī)械傳動(dòng)或計(jì)算機(jī)控制。

纏繞達(dá)到要求厚度后，根據(jù)所選用的樹脂類型，在室溫或加熱箱內(nèi)固化、脫模便得到復(fù)合材料制品。

36第三十六頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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，容易被樹脂浸潤，纖維紗的張力均勻以及纏繞時(shí)不起毛、不斷頭等。

37第三十七頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日另外，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程中各種載荷（纏繞張力、固化時(shí)的熱應(yīng)力、自重等），滿足制品形狀尺寸和精度要求以及容易與固化制品分離等。38第三十八頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。

39第三十九頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

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)，40第四十頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

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。41第四十一頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日連續(xù)纖維纏繞技術(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。42第四十二頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

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。43第四十三頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日近年來發(fā)展起來的異型纏繞技術(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。44第四十四頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

6.拉擠成型工藝

拉擠成型工藝中，首先將浸漬過樹脂膠液的連續(xù)纖維束或帶狀織物在牽引裝置作用下通過成型模而定型；45第四十五頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

其次，在模中或固化爐中固化，制成具有特定橫截面形狀和長度不受限制的復(fù)合材料，如管材、棒材、槽型材、工字型材、方型材等。46第四十六頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日一般情況下，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。臥式拉擠成型過程原理圖制品切割纖維樹脂槽擠膠器預(yù)成型拉攏熱模47第四十七頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

拉擠成型過程中，要求增強(qiáng)纖維的強(qiáng)度高、集束性好、不發(fā)生懸垂和容易被樹脂膠液浸潤。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。48第四十八頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日用作基體材料的樹脂以熱固性樹脂為主，要求樹脂的粘度低和適用期長等。大量使用的基體材料有不飽和聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂等。49第四十九頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日另外，以耐熱性較好、熔體粘度較低的熱塑性樹脂為基體的拉擠成型工藝也取得了很大進(jìn)展。其拉擠成型的關(guān)鍵在于增強(qiáng)材料的浸漬。50第五十頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

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。

熱熔涂覆法是使增強(qiáng)材料通過熔融樹脂，浸漬樹脂后在成型模中冷卻定型；51第五十一頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日混編法中，首先按一定比例將熱塑性聚合物纖維與增強(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。52第五十二頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日拉擠成型的優(yōu)點(diǎn)

①生產(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；53第五十三頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

③不需要或僅需要進(jìn)行少量加工，生產(chǎn)過程中樹脂損耗少；

④制品的縱向和橫向強(qiáng)度可任意調(diào)整，以適應(yīng)不同制品的使用要求，其長度可根據(jù)需要定長切割。54第五十四頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日拉擠制品的主要應(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。55第五十五頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日(3)建筑領(lǐng)域。主要用于門窗結(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。主要用于卡車構(gòu)架、冷藏車箱、汽車籠板、剎車片、行李架、保險(xiǎn)桿、船舶甲板、電氣火車軌道護(hù)板等。56第五十六頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日(5)運(yùn)動(dòng)娛樂領(lǐng)域。主要用于釣魚桿、弓箭桿、滑雪板、撐桿跳桿、曲輥球輥、活動(dòng)游泳池底板等。(6)能源開發(fā)領(lǐng)域。主要用于太陽能收集器、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。如宇宙飛船天線絕緣管，飛船用電機(jī)零部件等。57第五十七頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日目前，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。58第五十八頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日7.注射成型工藝

注射成型是樹脂基復(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。59第五十九頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

注射成型工藝原理

注射成型是根據(jù)金屬壓鑄原理發(fā)展起來的一種成型方法。該方法是將顆粒狀樹脂、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)過冷卻定型后，開模便得到復(fù)合材料制品。60第六十頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

注射成型工藝過程包括加料、熔化、混合、注射、冷卻硬化和脫模等步驟。加工熱固性樹脂時(shí)，一般是將溫度較低的樹脂體系(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。

61第六十一頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日在加工過程中，由于熔體混合物的流動(dòng)會(huì)使纖維在樹脂基體中的分布有一定的各向異性。如果制品形狀比較復(fù)雜，則容易出現(xiàn)局部纖維分布不均勻或大量樹脂富集區(qū)，影響材料的性能。

62第六十二頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日因此，注射成型工藝要求樹脂與短纖維的混合均勻，混合體系有良好的流動(dòng)性，而纖維含量不宜過高，一般在30％--40％左右。63第六十三頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

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，除氟樹脂外，幾乎所有的熱塑性樹脂都可以采用這種方法成型。64第六十四頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日按物料在注射腔中熔化方式分類，常用的注射機(jī)有按塞式和螺桿式兩種。由于按塞式注射機(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)。65第六十五頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日2、金屬基復(fù)合材料的成型技術(shù)金屬基復(fù)合材料的制備工藝方法對復(fù)合材料的性能有很大的影響，是金屬基復(fù)合材料的重要研究內(nèi)容之一。66第六十六頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日金屬基復(fù)合材料工藝研究內(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)物在工藝過程中的形成及控制；67第六十七頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日③增強(qiáng)材料在金屬基體中的分布；④防止連續(xù)纖維在制備工藝過程中的損傷；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。

68第六十八頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日根據(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為四大類：

(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。69第六十九頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日常用的金屬基復(fù)合材料制備工藝70第七十頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日(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。71第七十一頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。72第七十二頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

擴(kuò)散結(jié)合工藝中，增強(qiáng)纖維與基體的結(jié)合主要分為三個(gè)關(guān)鍵步驟：

①纖維的排布；②復(fù)合材料的疊合和真空封裝；③熱壓。73第七十三頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日采用擴(kuò)散結(jié)合方式制備金屬基復(fù)合材料，工藝相對復(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。但擴(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。74第七十四頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

在擴(kuò)散結(jié)合工藝中，增強(qiáng)纖維與基體的濕潤問題容易解決，而且在熱壓時(shí)可通過控制工藝參數(shù)的辦法來控制界面反應(yīng)。因此，在金屬基復(fù)合材料的早期生產(chǎn)中大量采用擴(kuò)散結(jié)合工藝。75第七十五頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日2)粉末冶金

粉末冶金既可用于連續(xù)長纖維增強(qiáng)，又可用于短纖維、顆?；蚓ы氃鰪?qiáng)的金屬基復(fù)合材料。76第七十六頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日在粉未冶金法中，長纖維增強(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)。然后將預(yù)燒結(jié)體進(jìn)行熱等靜壓加工。77第七十七頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日一般情況下，采用粉未冶金工藝制備的長纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中，纖維的體積百分含量為40%~60%，最多可達(dá)75%。78第七十八頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日粉末冶金法五大優(yōu)點(diǎn)

①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)對復(fù)合材料性能的不利影響。同時(shí)可以通過熱等靜壓或燒結(jié)時(shí)的溫度、壓力和時(shí)間等工藝參數(shù)來控制界面反應(yīng)。79第七十九頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

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)法無法達(dá)到的。80第八十頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日③可降低增強(qiáng)材料與基體互相濕潤的要求，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。81第八十一頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。82第八十二頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日⑤粉未冶金法制備的金屬基復(fù)合材料可通過傳統(tǒng)的金屬加工方法進(jìn)行二次加工?？梢缘玫剿栊螤畹膹?fù)合材料構(gòu)件的毛坯。83第八十三頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

①工藝過程比較復(fù)雜；

②金屬基體必須制成粉末，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)84第八十四頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日2．液態(tài)法

液態(tài)法亦稱為熔鑄法，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壓滲透法等。85第八十五頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日液態(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)。86第八十六頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日與固態(tài)法相比，液態(tài)法的工藝及設(shè)備相對簡便易行，與傳統(tǒng)金屬材料的成型工藝，如鑄造、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。87第八十七頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。88第八十八頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

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，即制得所需形狀及尺寸的金屬基復(fù)合材料的坯料或壓鑄件。89第八十九頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日壓鑄工藝中，影響金屬基復(fù)合材料性能的工藝因素主要有四個(gè)：①熔融金屬的溫度、②模具預(yù)熱溫度③使用的最大壓力、④加壓速度。90第九十頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日在采用預(yù)制增強(qiáng)材料塊時(shí)，為了獲得無孔隙的復(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。91第九十一頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日對于鋁基復(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℃，并可相互補(bǔ)償，如前者高些，后者可以低些，反之亦然。92第九十二頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日采用壓鑄法生產(chǎn)的鋁基復(fù)合材料的零部件，其組織細(xì)化、無氣孔，可以獲得比一般金屬模鑄件性能優(yōu)良的壓鑄件。與其他金屬基復(fù)合材料制備方法相比，壓鑄工藝設(shè)備簡單，成本低，材料的質(zhì)量高且穩(wěn)定，易于工業(yè)化生產(chǎn)。93第九十三頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日2)半固態(tài)復(fù)合鑄造半固態(tài)復(fù)合鑄造主要是針對攪拌法的缺點(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，通過攪拌使顆粒在金屬基體中均勻分布，并取得良好的界面結(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。94第九十四頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。95第九十五頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

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與固相線之間，通過攪拌使部分樹枝狀結(jié)晶體破碎成固相顆粒，熔體中的固相顆粒是一種非枝晶結(jié)鉤，可以防止半固態(tài)熔體粘度的增加。96第九十六頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。③同時(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)潤濕。97第九十七頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日主要控制工藝參數(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，降低熔體的粘度，從而有利于增強(qiáng)顆粒的加入。98第九十八頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日由于澆注時(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有縮孔或孔洞，組織細(xì)化和致密。99第九十九頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

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制備短纖維或晶須增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。100第一百頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日3)無壓滲透

工藝過程如下：①是將增強(qiáng)材料制成預(yù)制體，置于氧化鋁容器內(nèi)。②再將基體金屬坯料置于可滲透的增強(qiáng)材料預(yù)制體上部。101第一百零一頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。④通過加熱，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。102第一百零二頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

無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。

103第一百零三頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日例如以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)材料預(yù)制體上，在流動(dòng)的氮?dú)鈿夥障?，加熱?00~1000℃，鋁合金熔化并自發(fā)滲入預(yù)制體內(nèi)。104第一百零四頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日由于氮?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?、溫度以及滲透速度，可以控制AIN的生成量。105第一百零五頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。采用這種方法制備的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。106第一百零六頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日3．噴射沉積

首先，將基體金屬在坩堝中熔化后，在壓力作用下通過噴咀送入霧化器，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”；107第一百零七頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日然后，通過一個(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。108第一百零八頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日霧化金屬液滴與顆粒共沉積示意圖109第一百零九頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日噴射沉積法的優(yōu)越性

①該工藝流程短，工序簡單，噴射沉積效率高，有利于實(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%；110第一百一十頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日③屬快速凝固方法，冷速可達(dá)103~106K/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，很少或沒有界面反應(yīng)；111第一百一十一頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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、棒、管和板帶等接近零件實(shí)際形狀的復(fù)合材料的坯料；112第一百一十二頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日4．原位自生成法在復(fù)合材料制造過程中，增強(qiáng)材料在基體中生成和生長的方法稱作原位自生成法。113第一百一十三頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日在金屬基復(fù)合材料制備過程中，往往會(huì)遇到兩個(gè)問題：一是增強(qiáng)材料與金屬基體之間的相容性（即潤濕性）問題，二是無論固態(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)。114第一百一十四頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日其中，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)定性。如果增強(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)問題就可以得到較好的解決。115第一百一十五頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。特別當(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。116第一百一十六頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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（DIMOXTM）3)反應(yīng)自生成法（XDTM）117第一百一十七頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

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，通過控制冷凝方向，在基體中生長出排列整齊的類似纖維的條狀或片層狀共晶增強(qiáng)材料。以這種方式生產(chǎn)的鎳基、鈷基定向凝固共晶復(fù)合材料已得到應(yīng)用。118第一百一十八頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

定向凝固共晶復(fù)合材料的原位生長必須滿足三個(gè)條件：①有溫度梯度（GL）的加熱方式；②滿足平面凝固條件；③兩相的成核和生長要協(xié)調(diào)進(jìn)行。119第一百一十九頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日二元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為液相線斜率；CE為共晶成份；DL為溶質(zhì)在液相中的擴(kuò)散系數(shù)。120第一百二十頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

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。在二元共晶中，當(dāng)Xf<32%時(shí)呈纖維狀，當(dāng)Xf>32%時(shí)為層片狀。121第一百二十一頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

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。122第一百二十二頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。DIMOXTM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。123第一百二十三頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

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有填充物（增強(qiáng)材料預(yù)成型體）和增強(qiáng)相，只是通過基體金屬的氧化或氮化來獲取復(fù)合材料。124第一百二十四頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日在惟一基體法中，例如需制備Al2O3/Al，則可通過鋁液的氧化來獲取Al2O3增強(qiáng)相。通常鋁合金表面迅速氧化，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法進(jìn)一步滲透，從而阻止了膜下的鋁進(jìn)一步氧化。125第一百二十五頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

但是在DIMOXTM工藝中，熔化溫度上升到900~1300℃，遠(yuǎn)超過鋁的熔點(diǎn)660℃。通過進(jìn)一步加入促進(jìn)氧化反應(yīng)的合金元素Si和Mg，使熔化金屬通過顯微通道滲透到氧化層外邊，并順序氧化，即鋁被氧化，但鋁液的滲透通道未被堵塞。126第一百二十六頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日利用惟一基體法工藝，可以根據(jù)氧化程度來控制Al2O3的量。如果這一工藝過程在所有金屬被氧化之前停止的話，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。127第一百二十七頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日除了可以直接氧化外，還可以直接氮化。通過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。128第一百二十八頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日當(dāng)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，金屬基體可以通過滲透的氧或氮順序氧（氮）化形成基體。129第一百二十九頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日3)反應(yīng)自生成法（XDTM）這種方法是在近20年中發(fā)展起來的技術(shù)，主要用于制造金屬間化合物復(fù)合材料。130第一百三十頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日在反應(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。131第一百三十一頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日在XDTM工藝中，可以根據(jù)所選擇的原位生成的增強(qiáng)相的類別或形態(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。132第一百三十二頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日XDTM工藝原理示意圖133第一百三十三頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日當(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。134第一百三十四頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日XDTM工藝的關(guān)鍵技術(shù)是可以生成一種韌相，它屬于專利技術(shù)。例如，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)生成TiB2，進(jìn)而形成TiB2增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料。

Al+Ti+B→TiB2+Al

135第一百三十五頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。如在熔融的Al-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+Al136第一百三十六頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日XDTM工藝特點(diǎn)①增強(qiáng)相是原位形成，具有熱穩(wěn)定性；②增強(qiáng)相的類型、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。137第一百三十七頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。其中，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。138第一百三十八頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。139第一百三十九頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日根據(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。140第一百四十頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

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，兩種材料間一些性能的配合也直接影響復(fù)合材料的性能。141第一百四十一頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。142第一百四十二頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

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))。

143第一百四十三頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

針對不同的增強(qiáng)材料，已經(jīng)開發(fā)了多種加工技術(shù)。例如，對于以連續(xù)纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料的加工通常采用下面三種方法：①首先采用料漿浸漬工藝，然后再熱壓燒結(jié)；144第一百四十四頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。145第一百四十五頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日對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)。146第一百四十六頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日此外，一些新開發(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—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。147第一百四十七頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

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)。148第一百四十八頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日制備晶須補(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。此外，原位生長工藝、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)合材料。149第一百四十九頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日陶瓷基復(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)150第一百五十頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日(1)傳統(tǒng)的制備技術(shù)1)冷壓和燒結(jié)法2)熱壓法151第一百五十一頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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)。152第一百五十二頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日借鑒聚合物生產(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。153第一百五十三頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日在冷壓和燒結(jié)法的生產(chǎn)過程中，通常會(huì)遇到燒結(jié)過程中制品收縮，同時(shí)最終產(chǎn)品中有許多裂紋的問題。

154第一百五十四頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。155第一百五十五頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日例如增強(qiáng)材料的特性主要有：

增強(qiáng)材料具有較高的長徑比；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。156第一百五十六頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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)最常用的方法，一般把它稱為漿料浸漬工藝。主要用在纖維增強(qiáng)玻璃和纖維增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料中。157第一百五十七頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

漿料浸漬工藝主要包括以下兩個(gè)步驟：①增強(qiáng)相滲入沒有固化的基體中；③固化的復(fù)合材料被熱壓成型。158第一百五十八頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日下圖顯示了漿料浸漬工藝流程圖：159第一百五十九頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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160第一百六十頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日此工藝流程圖主要包括以下四個(gè)過程：①纖維首先通過漿料池；②浸漬的絲被卷到一個(gè)轉(zhuǎn)筒上；③干燥后被切割并依照一定的要求層狀排列；④固化并加熱成型。161第一百六十一頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日其中，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，再加入一些潤濕劑，有助于提高纖維在漿料中的浸潤性。162第一百六十二頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。163第一百六十三頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日溫度/℃壓力/MPa時(shí)間/min溫度壓力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、壓力隨時(shí)間的變化曲線164第一百六十四頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

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)。但熱壓過程中，除了要考慮制品的形狀外，還要考慮的因素包括：

165第一百六十五頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日①在整個(gè)操作過程中，纖維必須經(jīng)仔細(xì)處理，避免損傷纖維表面。

②拉力影響漿料浸漬纖維的能力，太強(qiáng)的拉力會(huì)導(dǎo)致纖維破壞。166第一百六十六頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

③在加工過程中，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，還要避免纖維在高溫中與基體的反應(yīng)。167第一百六十七頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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)劑的種類和含量、溶劑等，它們都對最終復(fù)合材料制品的性能有所影響。168第一百六十八頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。169第一百六十九頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。170第一百七十頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

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。這種工藝的主要缺點(diǎn)是要求基體有較高的熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)。171第一百七十一頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日新的制備技術(shù)主要指在20世紀(jì)70年代開始發(fā)展起來的技術(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)172第一百七十二頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日1)滲透法

滲透法就是在預(yù)制的增強(qiáng)材料坯件中使基體材料以固態(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。173第一百七十三頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

滲透法類似于聚合物基復(fù)合材料制造技術(shù)中，纖維布被液相的樹脂滲透后，熱壓固化。

二者的差別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。174第一百七十四頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日活塞熔體預(yù)制件加熱棒液相滲透工藝示意圖175第一百七十五頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日由于熔融的陶瓷具有較高的黏度，為了提高陶瓷對預(yù)制增強(qiáng)材料坯件的滲透，通過對增強(qiáng)材料的表面處理，來提高其浸漬性，這種提高滲透主要采用化學(xué)反應(yīng)的方式。

176第一百七十六頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

另外，加壓和抽真空這兩種物理方法也可以被用來提高滲透性。以這種方法生產(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)簡單的一步生產(chǎn)過程，可以獲得一個(gè)均勻的制品。177第一百七十七頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日滲透法的主要缺點(diǎn)①如果使用高熔點(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)；②陶瓷具有比金屬更高的熔融黏度，因此對增強(qiáng)材料的滲透相當(dāng)困難；178第一百七十八頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。因此，為了避免這種情況，要盡量選用熱膨脹系數(shù)相近的增強(qiáng)材料和基體。179第一百七十九頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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。由于它是由Lanxide公司發(fā)明的，所以又稱為Lanxide法。180第一百八十頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

直接氧化法的生產(chǎn)工藝①將增強(qiáng)纖維或纖維預(yù)成型件置于熔融金屬的下面，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。181第一百八十一頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日②在纖維不斷被金屬滲透的過程中，滲透到纖維中的金屬與空氣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圍，形成含有少量金屬、致密的陶瓷基復(fù)合材料。182第一百八十二頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日Al+?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)：2Al2O3AlN4Al+3O2183第一百八十三頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日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％?？梢杂脕磉@種方法制造高溫?zé)崮芰拷粨Q器的管道等部件，具有較好的機(jī)械性能(強(qiáng)度、韌性等)。184第一百八十四頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日直接氧化法工藝的缺點(diǎn)①以這種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品中，殘余的金屬很難完全被氧化或除去。②這種方法難于用來生產(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。185第一百八十五頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

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186第一百八十六頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日①CVD法

CVD法就是利用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，通過一些反應(yīng)性混合氣體在高溫狀態(tài)下反應(yīng)，分解出陶瓷材料并沉積在各種增強(qiáng)材料上形成陶瓷基復(fù)合材料的方法。187第一百八十七頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日②CVI法

將化學(xué)氣相沉積技術(shù)運(yùn)用在將大量陶瓷材料滲透進(jìn)增強(qiáng)材料預(yù)制坯件的工藝就稱為化學(xué)氣相滲透工藝。188第一百八十八頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日從這兩種工藝技術(shù)來說，CVD法首先被開發(fā)并應(yīng)用于一些陶瓷纖維的制造和C/C復(fù)合材料的制備；CVI方法在CVD技術(shù)上發(fā)展起來并被廣泛應(yīng)用于各種陶瓷基復(fù)合材料。189第一百八十九頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日下圖是CVI的工藝示意圖，190第一百九十頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日加熱元件帶孔的擋環(huán)水冷底座源氣纖維預(yù)成型體滲透的復(fù)合材料熱區(qū),1200

℃逸出的氣體熱表面冷表面CVI工藝示意圖191第一百九十一頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日以A12O3陶瓷基復(fù)合材料為例，反應(yīng)性混合氣體(AlCl3／H2/CO2)在較低的沉積溫度(950~1000℃)和壓力(2~3kPa)下發(fā)生下列反應(yīng)：192第一百九十二頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日2AlCl3(g)+3H2(g)+3CO2(g)Al2O3(s)+3CO(g)+6HCl(g)固態(tài)的Al2O3沉積在纖維表面，最后形成陶瓷基復(fù)合材料。H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)193第一百九十三頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日與CVD工藝相比，CVI工藝實(shí)際上是一種低溫和低壓工藝，這樣就可以避免一般陶瓷基復(fù)合材料工藝對增強(qiáng)材料的損傷。CVI制造的產(chǎn)品，其實(shí)際密度可以達(dá)到理論密度的93％~94％。194第一百九十四頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

CVI工藝生產(chǎn)CMC的主要優(yōu)點(diǎn)：①在高溫下有很好的機(jī)械性能；②可以生產(chǎn)一些較大的、形狀復(fù)雜的產(chǎn)品；③產(chǎn)品能較好地保持纖維和基體的抗彎性能。195第一百九十五頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日CVI工藝的主要缺點(diǎn)就是生產(chǎn)工藝時(shí)間較長，生產(chǎn)成本較大。196第一百九十六頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日4)溶膠--凝膠法和熱解法

①溶膠--凝膠法溶膠--凝膠（Sol-Gel）法是運(yùn)用膠體化學(xué)的方法，將含有金屬化合物的溶液，與增強(qiáng)材料混合后反應(yīng)形成溶膠，溶膠在一定的條件下轉(zhuǎn)化成為凝膠，然后燒結(jié)成CMC的一種工藝。197第一百九十七頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

由于從凝膠轉(zhuǎn)變成陶瓷所需的反應(yīng)溫度要低于傳統(tǒng)工藝中的熔融和燒結(jié)溫度，因此，在制造一些整體的陶瓷構(gòu)件時(shí)，溶膠--凝膠法有較大的優(yōu)勢。198第一百九十八頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日

溶膠---凝膠法與一些傳統(tǒng)的制造工藝結(jié)合，可以發(fā)揮比較好的作用。如在漿料浸漬工藝中，溶膠作為纖維和陶瓷的黏結(jié)劑，在隨后除去黏結(jié)劑的工藝中，溶膠經(jīng)燒結(jié)后變成了與陶瓷基相同的材料，有效地減少了復(fù)合材料的孔隙率。199第一百九十九頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日②熱解法

熱解(Pyrolysis)法就是使聚合物先驅(qū)體熱解形成陶瓷基復(fù)合材料的方法。200第二百頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日如由聚碳硅烷生產(chǎn)SiC陶瓷基復(fù)合材料中，聚合物一般在熱解過程中有較高的陶瓷產(chǎn)量、低的收縮、好的機(jī)械性能，同時(shí)聚合物本身容易制備。聚合物熱解法可用來生產(chǎn)SiCf/SiC和Si3N4f/SiC等陶瓷基復(fù)合材料。201第二百零一頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日溶膠--凝膠法和熱解法生產(chǎn)CMC的優(yōu)點(diǎn)：

①、容易控制復(fù)合材料的組分，無論是溶膠還是聚合物先驅(qū)體都比較容易滲透到纖維中；

②、最后成型時(shí)的溫度較低。202第二百零二頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日溶膠--凝膠法和熱解法生產(chǎn)CMC的缺點(diǎn)：①、在燒結(jié)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的收縮；②、收率較低。203第二百零三頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日5)自蔓燃高溫合成法

自蔓燃高溫合成(self-propagationhightemperaturesynthesis)法就是利用高效的熱反應(yīng)使化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行下去，最后生成所需要的產(chǎn)品。204第二百零四頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日自蔓燃高溫合成技術(shù)一般用于制造系列耐火材料。該技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品中一般都有較多的孔隙。為了減少孔隙，在燃燒反應(yīng)結(jié)束后，溫度還相當(dāng)高的情況下，應(yīng)立即置于較高壓力。205第二百零五頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日自蔓燃高溫合成技術(shù)中沒有外加的熱源，一些用傳統(tǒng)方法難以生產(chǎn)的陶瓷化合物通過急劇升溫的高熱反應(yīng)被制造出來。如將鈦粉和碳黑混合，冷壓成型，點(diǎn)燃，迅速引燃后形成碳化鈦。206第二百零六頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日以自蔓燃高溫合成法制造的耐火部件具有以下特點(diǎn)：①很高的燃燒溫度(最高可達(dá)4000℃以上）②簡單、低成本的設(shè)備；③能很好地控制化學(xué)組成，可以制造不同形狀的產(chǎn)品。

207第二百零七頁，共二百二十九頁，編輯于2023年，星期日許多陶瓷產(chǎn)品如SiC/Al2O3TiC/Al2O3