復(fù)合材料的成型工藝

1、復(fù)合材料的成型工藝1第1頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二1、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2頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二一是成型，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(lái)，并能達(dá)到預(yù)期的性能要求。3第3頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二生產(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

2、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4頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二(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5頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二(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(jiǎn)單的方法，其具體工藝過(guò)程如下：6第6頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二首先，在模具上涂刷含有

3、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(guò)程直至達(dá)到所需厚度為止。 7第7頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二然后，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8頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二模具準(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9頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日

4、，13點(diǎn)21分，星期二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10頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二手糊成型工藝優(yōu)點(diǎn)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)；設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少、設(shè)備折舊費(fèi)低。11第11頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二 工藝簡(jiǎn)單；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)材料制品樹脂含量較高，耐腐蝕性好。12第12頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二手糊成型工藝缺點(diǎn) 生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，勞動(dòng)衛(wèi)生條件差。 產(chǎn)品質(zhì)量不易

5、控制，性能穩(wěn)定性不高。 產(chǎn)品力學(xué)性能較低。13第13頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二2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(duì)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14頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二模壓成型工藝過(guò)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(duì)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15頁(yè)，共229頁(yè)

6、，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二金屬對(duì)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16頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二模壓成型工藝優(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(wú)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17頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二模壓成型工藝缺點(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18頁(yè)，共229頁(yè)，202

7、2年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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(lái)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(lái)越廣泛。19第19頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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20頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二3. 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

8、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21頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二層壓成型工藝生產(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22頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二層壓板的生產(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23頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二層壓成型工藝的優(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)

9、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24頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二4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(wú)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25頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二當(dāng)不飽和聚酯樹脂與玻璃纖維無(wú)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26頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二玻璃纖維無(wú)捻粗紗聚酯樹脂加熱引發(fā)劑促進(jìn)

10、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27頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二噴射成型對(duì)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(rùn)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28頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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29頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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

11、量一般在60%以上，孔隙率較高，制品強(qiáng)度較低，施工現(xiàn)場(chǎng)污染和浪費(fèi)較大。30第30頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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31頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二5. 連續(xù)纏繞成型工藝將浸過(guò)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(guò)程，稱為纏繞工藝。纏繞工藝流程圖如下圖所示：32第32頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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

12、、環(huán)向纏繞芯模縱、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33頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二利用連續(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34頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二纏繞機(jī)類似一部機(jī)床，纖維通過(guò)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35頁(yè)，共229頁(yè)，2022年

13、，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二纖維纏繞方式和角度可以通過(guò)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36頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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(rùn)，纖維紗的張力均勻以及纏繞時(shí)不起毛、不斷頭等。37第37頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二另外，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(guò)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

14、制品分離等。38第38頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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39頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二連續(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(guò)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40頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二其次，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41頁(yè)，共2

15、29頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二連續(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42頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二連續(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43頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二近年來(lái)發(fā)展起來(lái)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44頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二 6. 拉擠成型工藝?yán)瓟D成型工藝中，首先將

16、浸漬過(guò)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(guò)成型模而定型；45第45頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二其次，在模中或固化爐中固化，制成具有特定橫截面形狀和長(zhǎng)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46頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二一般情況下，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(guò)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47頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二 拉擠成型過(guò)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

17、容易被樹脂膠液浸潤(rùn)。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48頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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(zhǎng)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49頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二另外，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50頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二在拉擠成型工藝中，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)

18、材料通過(guò)熔融樹脂，浸漬樹脂后在成型模中冷卻定型；51第51頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二混編法中，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(guò)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52頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二拉擠成型的優(yōu)點(diǎn)生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化； 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53頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二不需要或僅需要進(jìn)行少量加工，生產(chǎn)

19、過(guò)程中樹脂損耗少；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(zhǎng)度可根據(jù)需要定長(zhǎng)切割。54第54頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二拉擠制品的主要應(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55頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二(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

20、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56頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二(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(yáng)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57頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二目前，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

21、型工藝今后的發(fā)展方向。58第58頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二 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59頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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(lái)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(guò)冷卻定型后，開模便得到復(fù)合材料制品。60第60頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二注射成型工藝過(guò)程包括

22、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61頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二在加工過(guò)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62頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二因此，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(guò)高，一般在30-40左右。6

23、3第63頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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64頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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65頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二2、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(duì)復(fù)合材料的性能有很大的影

24、響，是金屬基復(fù)合材料的重要研究?jī)?nèi)容之一。66第66頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二金屬基復(fù)合材料工藝研究?jī)?nèi)容 金屬基體與增強(qiáng)材料的結(jié)合和結(jié)合方式； 金屬基體/增強(qiáng)材料界面和界面產(chǎn)物在工藝過(guò)程中的形成及控制；67第67頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二 增強(qiáng)材料在金屬基體中的分布； 防止連續(xù)纖維在制備工藝過(guò)程中的損傷； 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68頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二根據(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)

25、噴射與噴涂沉積法；(4) 原位復(fù)合法。69第69頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二常用的金屬基復(fù)合材料制備工藝70第70頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二(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71頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二1) 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(guò)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72頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二擴(kuò)散結(jié)合工藝中，

26、增強(qiáng)纖維與基體的結(jié)合主要分為三個(gè)關(guān)鍵步驟： 纖維的排布； 復(fù)合材料的疊合和真空封裝； 熱壓。73第73頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二采用擴(kuò)散結(jié)合方式制備金屬基復(fù)合材料，工藝相對(duì)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74頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二在擴(kuò)散結(jié)合工藝中，增強(qiáng)纖維與基體的濕潤(rùn)問題容易解決，而且在熱壓時(shí)可通過(guò)控制工藝參數(shù)的辦法來(lái)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75頁(yè)，共229頁(yè)，202

27、2年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二2) 粉末冶金粉末冶金既可用于連續(xù)長(zhǎng)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76頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二在粉未冶金法中，長(zhǎng)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(zhǎng)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77頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二一般情況下，采用粉未冶金工藝制備的長(zhǎng)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78頁(yè)，共229頁(yè)，2022

28、年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二粉末冶金法五大優(yōu)點(diǎn) 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(duì)復(fù)合材料性能的不利影響。同時(shí)可以通過(guò)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(lái)控制界面反應(yīng)。79第79頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二 可根據(jù)性能要求，使增強(qiáng)材料（纖維、顆粒或晶須）與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(wú)法達(dá)到的。80第80頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二 可降低增強(qiáng)材料與基體互相濕潤(rùn)的要求，也降低了增強(qiáng)材料與基體粉未

29、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81頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二 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82頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二 粉未冶金法制備的金屬基復(fù)合材料可通過(guò)傳統(tǒng)的金屬加工方法進(jìn)行二次加工。可以得到所需形狀的復(fù)合材料構(gòu)件的毛坯。83第83頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二 工藝過(guò)程比較復(fù)雜； 金屬基體必須制成粉末，增如了工藝的復(fù)雜性和成本； 在制備鋁基復(fù)

30、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84頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二2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(wú)壓滲透法等。85第85頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二液態(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86頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二與固態(tài)法相比，液態(tài)法的工藝及設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)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

31、得到較快的發(fā)展。87第87頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二1) 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88頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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70100MPa，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89頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)2

32、1分，星期二壓鑄工藝中，影響金屬基復(fù)合材料性能的工藝因素主要有四個(gè)：熔融金屬的溫度、 模具預(yù)熱溫度 使用的最大壓力、 加壓速度。90第90頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二在采用預(yù)制增強(qiáng)材料塊時(shí)，為了獲得無(wú)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13cm/s。91第91頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二對(duì)于鋁基復(fù)合材料，熔融金屬溫度一般為700800，預(yù)制件和模具預(yù)熱溫度一般可控制在500800，并可相互補(bǔ)償，如前者高些，后者可以低些，反之亦然。92第92頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21

33、分，星期二采用壓鑄法生產(chǎn)的鋁基復(fù)合材料的零部件，其組織細(xì)化、無(wú)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(jiǎn)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93頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二2) 半固態(tài)復(fù)合鑄造半固態(tài)復(fù)合鑄造主要是針對(duì)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(guò)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94頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二通常采用攪拌法制備金屬基

34、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(rùn)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95頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二半固態(tài)復(fù)合鑄造的原理是將金屬熔體的溫度控制在液相線與固相線之間，通過(guò)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96頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二當(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

35、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。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(rùn)濕。97第97頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二主要控制工藝參數(shù) 金屬基體熔體的溫度應(yīng)使熔體達(dá)到30%50%固態(tài)； 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98頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二由于澆注時(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99頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星

36、期二半固態(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(lái)制備短纖維或晶須增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。100第100頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二3) 無(wú)壓滲透工藝過(guò)程如下：是將增強(qiáng)材料制成預(yù)制體，置于氧化鋁容器內(nèi)。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101頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二氧化鋁容器、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。通過(guò)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102頁(yè)，共229頁(yè)，20

37、22年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二無(wú)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103頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二例如以5560%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)鈿夥障拢訜嶂?001000，鋁合金熔化并自發(fā)滲入預(yù)制體內(nèi)。104第104頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二由于氮?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

38、，可以控制AIN的生成量。105第105頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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106頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二3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(guò)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107頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二然后，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)噴

39、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108頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二霧化金屬液滴與顆粒共沉積示意圖109第109頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二噴射沉積法的優(yōu)越性 該工藝流程短，工序簡(jiǎn)單，噴射沉積效率高，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。 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110頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二屬快速凝固方法，冷速可達(dá)103 106 K/s，故金屬晶粒及組織細(xì)化，消除了

40、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111頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二 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112頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二4原位自生成法在復(fù)合材料制造過(guò)程中，增強(qiáng)材料在基體中生成和生長(zhǎng)的方法稱作原位自生成法。113第113頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二在金屬基復(fù)

41、合材料制備過(guò)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(rùn)濕性）問題，二是無(wú)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114頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二其中，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、顆粒或晶須）能從金屬基體中直接（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115頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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

42、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116頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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117頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二 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(guò)控制冷凝方向，在基體中生長(zhǎng)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

43、第118頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二定向凝固共晶復(fù)合材料的原位生長(zhǎng)必須滿足三個(gè)條件： 有溫度梯度（GL）的加熱方式； 滿足平面凝固條件； 兩相的成核和生長(zhǎng)要協(xié)調(diào)進(jìn)行。119第119頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二二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120頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二定向凝固共晶復(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

44、晶中，當(dāng)Xf 32 %時(shí)為層片狀。121第121頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二定向凝固共晶復(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，它所形成的和相為Ni3Al和Ni3Nb；單變度共晶合金C-Co-Cr，所形成的和相分別為(Co,Cr)和(Cr,Co)7C3。122第122頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二2) 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123頁(yè)，共2

45、29頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二惟一基體法的特點(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(guò)基體金屬的氧化或氮化來(lái)獲取復(fù)合材料。124第124頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二在惟一基體法中，例如需制備Al2O3/Al，則可通過(guò)鋁液的氧化來(lái)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(wú)法進(jìn)一步滲透，從而阻止了膜下的鋁進(jìn)一步氧化。125第125頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二但是在DIMOXTM工藝中，熔化溫度上升到9001300，遠(yuǎn)超過(guò)

46、鋁的熔點(diǎn)660。通過(guò)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(guò)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126頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二利用惟一基體法工藝，可以根據(jù)氧化程度來(lái)控制Al2O3的量。如果這一工藝過(guò)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127頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二除了可以直接氧化外，還可以直接氮化。通過(guò)DIMOXTM工藝還可以獲得AlN/Al，ZrN/Al和TiN/Ti

47、等金屬基或陶瓷基復(fù)合材料。128第128頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二當(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(guò)滲透的氧或氮順序氧（氮）化形成基體。129第129頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二3) 反應(yīng)自生成法（XDTM）這種方法是在近20年中發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，主要用于制造金屬間化合物復(fù)合材料。130第130頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二在反應(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。1

48、31第131頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二在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132頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二XDTM工藝原理示意圖133第133頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二當(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134頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，

49、5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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135頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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136頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月2

50、0日，13點(diǎn)21分，星期二XDTM工藝特點(diǎn) 增強(qiáng)相是原位形成，具有熱穩(wěn)定性； 增強(qiáng)相的類型、形態(tài)可以選擇和設(shè)計(jì)； 各種金屬或金屬間化合物均可作為基體； 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137頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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138頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二3、陶瓷基復(fù)合材料的制備方法與工藝陶瓷

51、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139頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二根據(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(duì)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140頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二選擇哪種增強(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

52、復(fù)合材料的性能。141第141頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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142頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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143頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二針對(duì)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(duì)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

53、方法：首先采用料漿浸漬工藝，然后再熱壓燒結(jié)；144第144頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二將連續(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)； 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145頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二對(duì)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146頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二此外，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、CV、溶膠凝

54、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147頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二晶須補(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148頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二制備晶須補(bǔ)強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料時(shí)，為了克服晶須在燒結(jié)過(guò)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(zhǎng)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149頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，

55、5月20日，13點(diǎn)21分，星期二陶瓷基復(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150頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二(1)傳統(tǒng)的制備技術(shù)1)冷壓和燒結(jié)法2)熱壓法151第151頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二1)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152頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二借鑒聚合物生產(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153頁(yè)

56、，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二在冷壓和燒結(jié)法的生產(chǎn)過(guò)程中，通常會(huì)遇到燒結(jié)過(guò)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154頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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155頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二例如增強(qiáng)材料的特性主要有：增強(qiáng)材料具有較高的長(zhǎng)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156頁(yè)，共229頁(yè)，2022

57、年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二2)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157頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二漿料浸漬工藝主要包括以下兩個(gè)步驟：增強(qiáng)相滲入沒有固化的基體中；固化的復(fù)合材料被熱壓成型。 158第158頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二下圖顯示了漿料浸漬工藝流程圖：159第159頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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

58、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160頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二此工藝流程圖主要包括以下四個(gè)過(guò)程：纖維首先通過(guò)漿料池；浸漬的絲被卷到一個(gè)轉(zhuǎn)筒上；干燥后被切割并依照一定的要求層狀排列；固化并加熱成型。161第161頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二其中，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(rùn)濕劑，有助于提高纖維在漿料中的浸潤(rùn)性。162第162頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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

59、力隨時(shí)間的變化曲線。163第163頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二溫度/ 壓力 / M Pa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164頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二 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(guò)程中，除了要考慮制品的形狀外，還要考慮的因素包括： 165第165頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二在整個(gè)操作過(guò)程中，纖維必須經(jīng)仔細(xì)處理，避免損傷纖維表面。拉力影響漿料浸漬纖維的能力，

60、太強(qiáng)的拉力會(huì)導(dǎo)致纖維破壞。166第166頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二在加工過(guò)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167頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二漿料的組成是一個(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(duì)最終復(fù)合材料制品的性能有所影響。168第168頁(yè)，共229頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期二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