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復合材料的制備方法與工藝ppt
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    • 復合材料的制備方法與工藝ppt

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    這是一個關于復合材料的制備方法與工藝ppt,主要介紹復合材料的重要領域之一復合材料中至關重要、且為該領域的研究者非常感興趣的課題。將最終制品的制造與復合材料的成形一起完成。歡迎點擊下載哦。

    4. 復合材料的制備方法與工藝     概述
    復合材料的重要領域之一。
    復合材料中至關重要、且為該領域的研究者非常感興趣的課題。
    將最終制品的制造與復合材料的成形一起完成。
    4. 復合材料的制造方法
    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
    主要的固相工藝
    粉末冶金
    薄膜的擴散鍵合
    利用陶瓷-金屬(陶瓷)間的反應
    由有機聚合物的合成
    主要的氣相工藝
    PVD(物理氣相沉積)
    CVD (化學氣相沉積)
    CVI (化學氣相滲透)
    4.2 樹脂基復合材料
    先進復合材料具有比強度和比模量高、耐疲勞、各向異性和可設計性、材料與結構的一次成型等性能,自上世紀60年代問世以來,很快獲得廣泛應用,成為航空航天4大材料之一。隨著其材料性能和制造技術的不斷改進,復合材料未來在戰斗機、大型軍用運輸機、無人機等平臺上必將占有重要地位。
    航空工業中制備復合材料制件的主要要求為:可支付得起;高度自動化;好的質量控制;降低模具成本及縮短生產周期。為了達到這些要求,航空工業正著眼于:編織技術;先進的鋪帶技術;非熱壓罐技術;注射工藝;先進的固化工藝;全質量概念及熱塑性工藝。
    預成形體的制造技術 (1)縫合技術
    采用高性能纖維和工業用縫合機將多層二維纖維織物縫合在一起,經復合固化而成的紡織復合材料。
    美國的NASA。
    復合材料機翼,28m長的蒙皮復合材料預成形體。
    縫合超過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%。
    (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氧復合材料層板中,從而獲得三維增強復合材料結構。
    改進了復合材料的斷裂韌性。
    比縫合技術更具發展潛力,節省成本,尺寸不受限制。
    (3) 三維機織
    是一種高級紡織復合材料。
    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,還可以創造出許多新的復雜形狀織物。
    (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構的預成形體。這種工藝通常能夠制造出復雜形狀的預成形體,但其尺寸受設備和紗線尺寸的限制。該工藝技術一般分為兩類,一類的二維編織工藝,另一類是三維編織工藝。
    (5) 針織
    針織用于復合材料的增強結構的方向強度、沖擊抗力較機織復合材料好,且針織物的線圈結構有很大的可伸長性,易于制造非承力的復雜形狀構件。目前國外已生產了先進的工業針織機,能夠快速生產復雜的近無余量結構,而且材料浪費少。用這種方法制造的預成形體可以加入定向纖維有選擇地用于某些部位增強結構的機械性能。另外,這種線圈的針織結構在受到外力時很容易變形,因此適于在復合材料上成形孔,比鉆孔具有很大優勢。但是它較低的機械性能也影響了它的廣泛應用。
    (6) 經編
    采用經向針織技術,并與纖維鋪放概念相結合,制造的多軸多層經向針織織物。
    由于不彎曲,因此纖維能以最佳形式排列。經編技術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,極大提高經濟效益。
    兩個優點:
    成本低;有潛力超過傳統的二維預浸帶層壓板
    預計未來將在飛機制造中廣泛應用。
    (7) 層板及蜂窩結構制造技術
    纖維增強金屬層板(FRML)是由金屬薄板和纖維樹脂預浸料交替鋪放膠合而成的混雜復合材料。
    改變金屬類型和厚度、纖維樹脂預浸料系統、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
    具有良好的比強度和比剛度
    在未來的大型軍用運輸機及無人機等機體具有相當廣泛的應用前景。
    復合材料零件成形及制造技術 (1) 樹脂轉移模塑成形技術 
    在模腔中鋪放按性能和結構要求設計的增強材料預成形體,采用注射設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,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,可加熱固化成形復合材料構件。它是一種不采用預浸料,也不采用熱壓罐的成形方法。因此,具有效率高、投資、綠色等優點,是未來新一代飛機機體有發展潛力的制造技術。
    (2) 樹脂浸漬技術
    一種樹脂膜熔滲和纖維預制體相結合的一種樹脂浸漬技術。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制體。然后依據真空成形工藝的要點將模腔封裝,于熱環境下采用真空技術將樹脂由下向上抽吸。
    目前在航空領域主要應用于飛機雷達天線罩。
    (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給機控制。這是一項已經發展較為成熟的技術,無論是在自動化、速度、變厚度、質量和纖維方向上都得到了巨大改進。它是筒形件的低成本快速制造方法。
    (4) 拉擠
    拉擠成型工藝是將浸漬樹脂膠液的連續玻璃纖維束、帶或布等,在牽引力的作用下,通過擠壓模具成型、固化,連續不斷地生產長度不限的玻璃鋼型材。
    優點是:生產過程完全實現自動化控制,生產效率高;纖維含量高,浸膠在張力下進行,能充分發揮增強材料的作用,產品強度高;制品縱、橫向強度可任意調整,可以滿足不同力學性能制品的使用要求;較其它工藝省工,省原料,省能耗;制品質量穩定,重復性好,長度可任意切斷。
    (5) 自動鋪放技術
    該技術在現代飛機上已經獲得廣泛應用,并取得了巨大進展。現有的自動鋪疊技術已經在速度和準確度上有很大增長,而且計算機技術對它產生了很大影響,鋪疊面積也有所增長。
    (6) 絲束鋪放技術
    絲束鋪放(Tow Placement)相對較新,并在近年格外受到關注。它兼顧了自動鋪疊與纖維纏繞的優點。能夠制造復雜形狀結構件,對纖維角度不限制。而且有極大減少生產成本的潛力。未來的開發包括最佳化控制系統、鋪放頭位置反饋、在線快速檢測、準確和高質量產品。
    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用。
    長纖維的編織(樹脂基復合材料的壓擠滲透用)
    汽車儲氣罐
    4.3 金屬基復合材料的制備方法
    發展得較晚,仍處于幼年期。
    使用的領域也受到限制。
    研究是方興未艾。
    有已經得到了工業化的應用。
    液相的方法成本較低。
    4.3.1主要的液相工藝 1)壓擠鑄造與壓擠滲透(無壓熔浸)
    對液體狀態的基體加壓,使之進入由強化體材料組成的預成形體。
    預成形體的制備
    長纖維的編織
    短纖維的懸浮液體內沉積
    顆粒材料的成形與預燒結
    壓力熔浸(無壓熔浸)
    將熔融的金屬壓力熔浸于成形模具內的預成形體(可以由長纖維、短纖維或所顆粒構成)而成形。
    預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。得到纖維與金屬優異的結合的界面。
    短纖維的懸浮液體內沉積
    顆粒材料的成形與預燒結
    混合(加成形劑)→ 成形 → 燒結
    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
    壓擠滲透的設備
    壓擠滲透雙壓頭
    壓擠滲透材料的組織分析
    預成形體內的纖維分布決定復合體內的纖維分布
    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、內耗大
    低——易流動、壓力小,產生渦流
    2) 噴霧沉積
    Ospray工藝
    將液體狀的原材料(金屬與強化相顆粒)吹散霧化,沉積為塊狀材料。
    英國的Osplay公司所開發。
    主要問題:強化相顆粒難以均勻分散,陶瓷層的擴散。
    一般具備5-20%的孔隙。通常需要二次加工。
    3) 熱噴射
    熔射
    將在高溫爐焰中熔融,由高溫運動的顆粒而噴射。
    堆積速度小(通常1g/s)。但顆粒的速度大(200-m/s)。
    得到的材料孔隙度小(2-3%)。
    優點,在對偶材料的非熔融狀態下成形,縮短高溫下熔射的時間。
    孔隙的存在等能夠通過熱處理而得到改善。能夠減少或避免纖維與金屬基體的反應。
    對纖維噴射熔融金屬也有相當的難度。難以成形空隙率為10%以下的復合材料。
    開發通過涂層而避免纖維的損傷。
    4) 漿體鑄造(復合鑄造)
    工藝簡介
      原理:將液態金屬與陶瓷粉末混合,使整個混合體凝固
      特點:簡單、經濟
      現狀:已經有商業化生產 (Al/SiC)
    難點 :
    成形的困難
    微觀組織不均勻
    界面反應
    顆粒或短纖維增強金屬基復合材料的復合鑄造
    (1)液態金屬/陶瓷顆粒攪拌鑄造法
    通過機械攪拌在液態金屬中產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合材料,陶瓷顆粒尺寸可小到10μm,增強相的體積分數可達25%。
    (2)熔體浸滲鑄造與擠壓鑄造法
    即前面已經介紹過的壓擠鑄造與壓擠滲透。
    擠壓鑄造法:先用機械攪拌法制備復合漿料,然后將液態復合漿料倒入擠壓模(需預熱)內,起動液壓機,使液態漿料在一定的比壓下凝固成形。
    (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,實現均勻混合以后澆注成形。
    陶瓷顆粒制成預制件,澆入液體金屬后,施加超聲進行熔體浸滲。
    在極短的時間里(數十秒)實現顆粒的均勻分布。
    (4)流變鑄造法(半固態鑄造)
    對處于固液兩相區的熔體施加強烈的攪動形成低粘度的半固態漿液,同時引入陶瓷顆粒
    利用半固態漿液的特性分散增強相,在壓力下充型凝固成形。
    是一種兩相工藝,局限于大結晶范圍的合金。
    (5)原位反應鑄造法
    增強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生化學反應,生成陶瓷增強顆粒
    通過鑄造成形獲得由原位顆粒增強的金屬基復合材料。
    攪拌鑄造(stir casting)
    (1)成形的粘滯阻力
    向液體內加固體,粘度會大大增加。對于纖維尤其嚴重,保證很好的彌散很困難。
    (2)微觀組織的均勻性
    顆粒結團或在熔體里沉積,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
    引起過度的界面反應。對于A1-SiC體系,可能會有過多的A14C3和Si生成。
    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:預先合金化,使熔體富Si。
    5)反應性工藝(即時復合材料) (1)共晶體的定向凝固
    定向凝固很早就被用來生產各向異性的材料,定向凝固所得微觀組織通常都具有很高的規則性和完整性。在一些特殊情況下,這種方法可用來生產實際上是金屬基復合材料的鑄件。當一種恰為共晶成分的二元合金在特定溫度下正常凝結時,往往會形成一種排列整齊的兩相結構。
    定向凝固共晶
    原理:共晶凝固  L  α + β
    凝固方式:定向
    組織特征:
    整齊排列的兩相,相當與纖維
    基體與纖維的結合力強
    可控制纖維的直徑與間距
    熱力學平衡狀態
    增強體本性與體積分數的局限性
    金屬的定向氧化
    金屬受到定向氧化,從而能夠生產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定,金屬在毛細管力作用下流入氧化鋁這樣的陶瓷顆粒之間。
    放熱反應工藝
    混合物被加熱到高溫,發生自蔓燃放熱反應。有很細的穩定陶瓷相生成,彌散地分布
    致密化可通過例如熱等靜壓等工藝來進行。
    適當地選擇反應和反應條件也能起到一定控制孔隙度的作用。
    產品應當是熱力學穩定的。
    4.3.2 主要的固相工藝
    混合、壓制與燒結(粉末冶金)
    薄膜的擴散鍵合
    (1) 粉末冶金
    粉末冶金(機械合金化)
    影響機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
    (e)球料比
    (f)充填率
    (g)氣體環境
    (h)過程控制劑
    (i)研磨溫度
    放電等離子體燒結
    (Spark Plasma Sintering, SPS),也稱為“脈沖通電法”或“脈沖通電加壓燒結法”,是最近在復合材料材料等先進新材料領域受到矚目的新燒結法。
    本課題組關于放電等離子體燒結方面的論文(2005.6~2007.8)
    Chengchang JIA, Hua TANG,, Xuezhen MEI, et al, Spark Plasma Sintering on Nanometer Scale WC-Co Powder, Materials Letters, 2005,59(4); 2566~2569  (SCI EI收錄)(IDS Number:942IC)
    JIA Chengchang, LI Zhigang, HE Yuntao, and QU Xuanhui, Spark plasma sintering on mechanically activated W-Cu powders, Rare Metals 2004; 23; 269~273. (SCI EI收錄)(IDS Number:858MH, ISSN:1001-0521)
    Jie Meng, Chengchang Jia, Qing He, Influence of powder characteristics on the structure and properties of Ni3Al fabricated by spark plasma sintering, 6th International Workshop on Advanced Intermetallic and Metallic Materials, 2005.10, Yangzhou / Nanjing, China
    Qing He, Chengchang Jia, Jie Meng, Influence of iron powder size on the microstructure and properties of Fe3Al intermetallices prepared by mechanical alloyng and spark plasma sintering, Materals Science and Engineering A, 428 (2006),314~318 (SCI)
    Jie Meng, Chengchang Jia, Qing He, Effect of Mechanical Alloying on the Fabrication of Ni3Al by Hot Pressing, J. of Alloy and Compounds, 421 (2006),200~203 (SCI)
    Chengchang Jia, Qing He, Jie Meng, Xuanhui Qu. Fe3Al based alloys fabricated by spark plasma sintering from mechanically activated powders, Submitted to THERMEC’2006, the fifth international conference on advanced materials; Processing, Fabrication, Properties, Applications. Canada, Vancouver, 4-8, June, 2006 (SCI)
    Jie Meng, Chengchang Jia, Qing He, Effect of Mechanical Alloying on Structureand property of Ni3Al by park Plasma Sintering, , 2006, Beijing International Materials Week, June 25-30, 2006, China, p216
    Qing He, Chengchang Jia, Jie Meng, Mechanical Properties of Fe3Al Intermetallics, 2006, Beijing International Materials Week, June 25-30, 2006, China, p213
    Jie Meng Chengchang Jia, Qing, He Fabrication of oxide-reinforced Ni3Al composites by mechanical alloying and spark plasma sintering, Materials science and engineering A, 434 (2006), 246~249 (SCI)
    Jie MENG, Chengchang JIA and Qing HE. Characteristics of mechanical alloyed Ni-Al powder for sintering. Rare Metals, Volume 26, Issue 4, August 2007, Pages 372-376 (SCI)
    本課題組關于放電等離子體燒結方面的論文,續(2005.6~2007.8)
    Jie MENG, Chengchang JIA and Qing HE. Fabrication of Ni3Al by hot pressing from element powders. Rare Metals, Volume 26, Issue 3, June 2007, Pages 222-225 (SCI)
    Meng Jie, Jia Chengchang, He Qing. Influence of powder characteristics on structure and properties of Ni3Al fabricated by spark plasma sintering. Transactions of Nonferrous Metals Society of China (English Edition), v 16, n SUPPL. 2, 2006, p 112-116 (SCI)
    Lan Sun, Chengchang Jia, Hua Tang, Research on Two Sintered Technology of Nanometer WC-Co Powder, Materials Science Frum, 534-536, (2007), 593-596 (SCI)
    Chengchang Jia, Lan Sun, Hua Tang, XuanhuiQu, Hot pressure of nometer WC-Co powder, REFRACTORY METALS & HARD MATERIALS, 25(2007), 53~56. (SCI)
    Chengchang Jia, Qing He, Jie Meng, Fe3Al alloys fabricated by spark plasma sintering from mechanically alloyed powders, Materials Science Forum, 539~543, (2007), 2706~2712 (SCI)
    Lan Sun, Chengchang Jia, Min Xian, A Research on the grain growth of WC-Co cment carbide, International Journal of Refractory Metals & Materals, 25 (2007), 121~124 (SCI)
    Chengchang Jia, Qing He, Jie Meng and Lina Guo. Influence of mechanical alloying time on the properties of Fe3AI intermetallics prepared by spark plasma sintering, Journal of University of Science and Technology Beijing, Volume 14, Issue 4, August 2007, Pages 331-334 (SCI)
    Qing He,Chengchang Jia ,Jie Meng.Mechanical properties and microstructure of Fe3Al intermetallics fabricated by mechanically alloying and spark plasma sintering. Transactions of nonferrous Metals Society of China,2006,16:747-752
    何箐,賈成廠,孟杰,機械合金化與放電等離子體燒結制備Fe3Al-F3AlC0.5金屬間化合物,第十四屆全國復合材料學術會議,2006.11,宜昌,《第十四屆全國復合材料學術會議論文集(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(SPS)兩種工藝制備Cu-Al2O3復合材料,第十四屆全國復合材料學術會議,2006.11,宜昌,《第十四屆全國復合材料學術會議論文集(上)》,(633)
    4.2.2 薄膜的擴散鍵合
    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:鈦基復合材料
        (a)用連續纖維增強鈦特別有潛力(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生迅速的界面化學反應問題
        (c)因為Ti能在700℃以上溶解其自身的氧化物
    典型的工藝參數:900 ℃ 停留幾小時
    (2)擴散鍵合
    一種已商業化的用于長纖維增強鈦合金的技術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。
    該工藝對于生產鈦基復合材料非常有吸引力。
    4.3.3 主要的氣相工藝 用于金屬基復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。
    將長纖維連續地輸送通過一個區域,在這個區域內,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。
    4.4 陶瓷基復合材料的制備方法
    陶瓷基復合材料的成形中,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。進而,由于陶瓷基體難以適應復合化過程中的體積變化,所以有時會在成形工序中發生開裂。特別是在以纖維作為增強體時,可能會給氣體的排出造成困難。而且,陶瓷基復合材料的成形一般是伴隨著高溫而進行。
    4.4.1 主要的固相工藝 1)粉末燒結工藝
    (1)粉末的制備
    粉體的制備可分為機械制粉和化學制粉兩種。
    化學制粉:高純、超細、組分均勻的粉料, 其粒徑小。需要較復雜的設備、工藝要求嚴格,成本也較高。
    機械混合制備多組分粉體工藝簡單、產量大,粉體組分分布不均勻,給粉體引入雜質。
    (2)粉末的成形 (a) 干壓成型(Dry pressing)
    干壓成型又稱為模壓成型,是將粉料填充到模具內部后,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聚,坯體厚度大時內部密度不均勻,制品形狀可控精度差,且對模具質量要求高、復雜形狀的部件模具設計較困難。
    (b) 等靜壓成型(Isostatic Pressing)
    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 并具有良好的燒結體性能。
    僅適用于簡單形狀制品,形狀和尺寸控制性差,生產效率低、難于實現自動化批量生產。
    適用于大量壓制同一類型的產品,特別是幾何形狀簡單的產品,如管子、圓柱等。
    (c) 熱壓鑄成型(Hot pressing casting)
    將粉料與蠟或有機高分子粘結劑混合后,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的坯體。
    適用于形狀比較復雜的部件,易于工業規模生產。
    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。
    (d) 擠壓成型(Extrusion molding)
    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擠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。
    (e) 軋膜成型(Roll compacting)
    也稱為滾(輥)壓成型,將加入粘結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、生產效率高、膜片厚度均勻、設備較簡單,能夠成型出厚度很薄(可達10μm)。
    軋膜料常用的粘結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。
    (f) 注漿成型(Slip casting)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,粉料沿石膏模內壁成型出所需形狀。
    車坯成型,用真空  練泥機擠出的泥段或注漿成型注出的粗泥坯在車床上進行的。
    (g) 流延法成型(Tape casting / Doctor blade)
    超細粉中混入適當的粘結劑制成流延漿料,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動的環形鋼帶上,經過上下烘干道,得到所需的薄膜坯體。
    生產效率高,易于連續自動化生產;
    膜的厚度可薄至2~3μm、厚至2~3mm,膜片彈性好、坯體致密。
    對有機溶劑的選擇比較敏感,同時水含量及水質對料漿流變性、坯體密度、產品部件的拉伸強度均有較大的影響。
    (h) 注射成型(Injection moulding)
    陶瓷注射(注模)成型與塑料的注射成型原理類似,但過程更復雜。注射成型是把陶瓷粉料與熱塑性樹脂等有機物混練后得到的混合料在注射機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。成型時間為數十秒,然后經脫脂可得到致密度達60%的素坯體。注射成型與傳統的陶瓷熱壓鑄工藝也有類似之處,如都是將混合有機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物的混合物壓碎、造粒后才能用來成型,而且注模壓力高達1300kg/cm2;熱壓鑄和注射成型所用的機械也不相同。
    注射成型
    注射成型的主要優點是適合大批量生產陶瓷部件,且大批量生產時成本可很低,成品的最終尺寸可以控制、一般不必再修整,易于經濟地制作具有不規則表面、孔道等復雜形狀的制品。同熱壓鑄一樣,脫脂時間長是注射成型的最大缺點。此外澆口封凝后內部不均勻性也是一個問題
    (i) 壓力滲濾工藝(Pressure filtration)
    壓力滲慮工藝是在注漿成型基礎上發展起來的,可避免一般工藝中發生的超細粉團聚和重力再團聚現象,并可獲得較高的生坯密度
    (j) 凝膠鑄模成型(Gel casting)
    把陶瓷粉體分散于含有有機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體發生聚合,使體系發生膠凝,料漿原位成型。經干燥后可得到強度較高的坯體。
    收縮小,干燥收縮為1~4%、燒結收縮為16~17%,生坯強度高,有機粘結劑用量低,并且可以成型形狀復雜及大截面尺寸的部件。 
    (k) 直接凝固成型(Direct coagulation casting)
    把膠體化學與生物化學結合起來,其思路是利用膠體顆粒的靜電或位阻效應首先制備出固相體積分數高、分散性好的懸浮體或料漿,同時引入延遲反應的催化劑,使泥漿聚沉成型
    (3)燒成
    粉末冶金領域稱為燒結,陶瓷領域稱為燒成。
    最重要的工序。在高溫作用下,瓷料發生一系列物理化學變化,由松散狀態逐漸致密化,機械強度大大提高。
    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。
    導入纖維時會產生一些新的問題
    纖維可能會阻礙基體燒結時的收縮。熱等靜壓等工藝可以抑制裂紋的發生與擴展,但相對成本較高。而且,要完全抑制裂紋也比較困難。
    在復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。成形系統中的不匹配所引起的應變,基體在高溫液體狀態下的膨脹系數一般要比纖維大得多。
    纖維強化陶瓷基復合材料成形中的困難與限制是制約制造實用化的因素之一。
    2)疊層陶瓷復合材料
    將薄板狀原材料疊層再進行燒結的方法,是簡單地成形韌性較高的陶瓷基復合材料的方法。
    將微細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200μ m的帶狀薄板。為了強化可能會成為裂紋并提高韌性,進行厚度約5μ m的涂層。之后將該帶狀薄板疊層燒結。
    具有各向異性特征,也在很寬的范圍內進行了研究。SiC/石墨復合材料的微觀組織與貝殼結構非常類似。
    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。
    3 )利用陶瓷-金屬(陶瓷)間的反應(SHS法)
    利用陶瓷/陶瓷或陶瓷/金屬間的反應是合成復合材料中使用最多的方法。由于這類反應是利用自身所生成的熱量使反應進行到底,所以也稱為SHS法
    (Self propagation High temperature Synthesis)。
      在20世紀70年代,已有報道說用該方法合成了200中以上成分的復合材料。
    SHS法制備復合材料代表性的例
    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用。在陶瓷基復合材料中,可以使用定向凝固的方法。制出的復合材料也稱為“原位”復合材料。
    固液界面的溫度梯度(G)和凝固速度(R)是兩個重要的參數。隨著G/R的值的變化,凝固組織會有較大的差異。
    第二相的形狀的排列取向可以得到控制。
    定向凝固共晶的實例
    反應型成形
    使用金屬液體,使其主動氧化為氧化物,稱為“XD”。
    通過對反應速度,溫度梯度,以及液體的浸入量,而將控制內部應力的發生與降低孔隙。
    在大多數情況下,會殘留未反應的金屬,但可以控制誤差范圍內,并且有可能使材料的韌性提高。
    是以金屬及中間體作為基體而開展。通過原材料的組合也開發了具有優異性能的復合材料。例如用該方法成形制備了SiC強化MoSi2復合材料。具有優異的抗蠕變性能。
    2)  纖維在低黏度陶瓷中的含浸
    纖維在低粘性狀態的陶瓷中含浸
    主要用于玻璃作為基體的復合材料。
    先將強化材料制成預成形體,設置于模具之中,再用壓力將成為熔融狀態、粘度很小的玻璃壓入。使之溶浸預成形體而成為復合材料。
    可以得到形狀較復雜的陶瓷基復合材料,例如圓筒狀、圓錐狀等。
    缺點,基體必須是像玻璃那樣在較低的溫度下就具有低的粘度,必須對強化材料具有良好的潤濕性。適用范圍受到限制。
    當使用直徑較大的纖維時,可以不是將低粘度基體注入預成形體,而是將纖維放入低粘度基體內進行含浸。
    定向氧化
    工藝簡介
        強化體材料懸浮于熔融金屬之上,在氧化氣氛中發生定向氧化
         2Al +3/2O2 +(  )  Al2O3 + (  )+ (殘留Al)
    問題:殘留低熔點金屬
    4.4.2 主要的氣相工藝 1)  CVD 法 (Chemical Vapor Deposition)
       CVD法原來是用于陶瓷的涂層和纖維的制造等的方法。在反應裝置里通入作為原料的氣體,使減壓的氣體在基體的表面發生反應。從化學反應的原理上看,CVD法中有以下幾類反應。①熱分界反應,②氫還原反應,③復合反應,④與基板的反應。在復合材料的制造中,上述方法的①③④使用較多。
    CVD 法
    CVD 法中使用的氣體
    CVD法的主要優缺點
    優點:
    可以得到晶體結構良好的基體;
    對由強化材料構成的預成形體的附著性好,
    可以制得形狀復雜的復合材料;
    纖維或晶須與析出基體間的密著性好。
    缺點
    工序時間較長;
    對預成性體的加熱反應可能會引起纖維或晶須等強化材料的性能下降。
    2)  CVI  (Chemical Vapor Infiltration) 化學氣相滲透
    作為陶瓷基復合材料的一種制備方法,CVI法近年來在美國、法國、德國等歐美國家進行了較多的研究。與CVD法相比,主要有以下特點:析出的表面積較大,因此所需時間較短;可以在預成形體內部析出,因此可以用于有一定厚度的材料的成形。
    CVI
    CVI
    CVI法的特征
    ①預成形體內存在有氣體的濃度梯度;
    ②預成形體內存在有溫度梯度;
    ③由于溫度梯度的影響使預成形體內的壓力形成梯度。
     CVD與CVI法的比較

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