復合材料的成型工藝

復合材料的成型工藝1第1頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月1、聚合物基復合材料的成型工藝

聚合物基復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方面：2第2頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月一是成型，即將預浸料按產品的要求，鋪置成一定的形狀，一般就是產品的形狀;二是固化，即把已鋪置成一定形狀的疊層預浸料，在溫度、時間和壓力等因素影響下使形狀固定下來，并能達到預期的性能要求。3第3頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月生產中采用的成型工藝(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4頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月(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)夾層結構成型(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，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)手糊成型工藝手糊成型工藝是復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6頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月首先，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，反復上述過程直至達到所需厚度為止。

7第7頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月然后，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放出的熱量固化成型（冷壓成型），最后脫模得到復合材料制品。其工藝流程如下圖所示：8第8頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月模具準備涂脫模劑手糊成型樹脂膠液配制增強材料準備固化脫模后處理檢驗制品手糊成型工藝流程圖9第9頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月為了得到良好的脫模效果和理想的制品，同時使用幾種脫模劑，可以發(fā)揮多種脫模劑的綜合性能。10第10頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月手糊成型工藝優(yōu)點

①不受產品尺寸和形狀限制，適宜尺寸大、批量小、形狀復雜產品的生產；②設備簡單、投資少、設備折舊費低。11第11頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

③工藝簡單；④易于滿足產品設計要求，可以在產品不同部位任意增補增強材料⑤制品樹脂含量較高，耐腐蝕性好。12第12頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月手糊成型工藝缺點

①生產效率低，勞動強度大，勞動衛(wèi)生條件差。②產品質量不易控制，性能穩(wěn)定性不高。③產品力學性能較低。13第13頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月2．模壓成型工藝

模壓成型工藝是一種古老的技術，早在20世紀初就出現(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合材料成型方法。14第14頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月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；再經加熱使樹脂進一步發(fā)生交聯(lián)反應而固化，或者冷卻使熱塑性樹脂硬化，脫模后得到復合材料制品。15第15頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬對模準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制品加熱、加壓加熱冷卻膜壓成型工藝流程圖16第16頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

模壓成型工藝優(yōu)點模壓成型工藝有較高的生產效率，制品尺寸準確，表面光潔，多數(shù)結構復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性好，容易實現(xiàn)機械化和自動化等。17第17頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月模壓成型工藝缺點

模具設計制造復雜，壓機及模具投資高，制品尺寸受設備限制，一般只適合制造批量大的中、小型制品。18第18頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

模壓成型工藝已成為復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、自動化和生產效率的提高，制品成本不斷降低，使用范圍越來越廣泛。19第19頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月模壓制品主要用作結構件、連接件、防護件和電氣絕緣等，廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、交通運輸、電氣、化工、建筑、機械等領域。由于模壓制品質量可靠，在兵器、飛機、導彈、衛(wèi)星上也都得到應用。20第20頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月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，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，是復合材料的一種主要成型工藝。21第21頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月層壓成型工藝生產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。復合材料層壓板的生產工藝流程如下22第22頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月層壓板的生產工藝流程增強材料熱固性樹脂浸膠膠布裁剪疊合熱壓脫模切邊產品23第23頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

層壓成型工藝的優(yōu)點是制品表面光潔、質量較好且穩(wěn)定以及生產效率較高。

層壓成型工藝的缺點是只能生產板材，且產品的尺寸大小受設備的限制。24第24頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月4．噴射成型工藝

將分別混有促進劑和引發(fā)劑的不飽和聚酯樹脂從噴槍兩側（或在噴槍內混合）噴出，同時將玻璃纖維無捻粗紗用切割機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，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月當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，用手輥滾壓，使纖維浸透樹脂、壓實并除去氣泡，最后固化成制品。其具體工藝流程圖如下：26第26頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月玻璃纖維無捻粗紗聚酯樹脂加熱引發(fā)劑促進劑靜態(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，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

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28頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

噴射法使用的模具與手糊法類似，而生產效率可提高數(shù)倍，勞動強度降低，能夠制作大尺寸制品。29第29頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月用噴射成型方法雖然可以制成復雜形狀的制品，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，制品強度較低，施工現(xiàn)場污染和浪費較大。

30第30頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月利用噴射法可以制作大蓬車車身、船體、廣告模型、舞臺道具、貯藏箱、建筑構件、機器外罩、容器、安全帽等。31第31頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月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32頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月纏繞工藝流程圖紗團集束膠液配制浸膠烘干絡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33頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月利用連續(xù)纖維纏繞技術制作復合材料制品時，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，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

纏繞機類似一部機床，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，或者直接使用預浸料。35第35頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月纖維纏繞方式和角度可以通過機械傳動或計算機控制。

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

36第36頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月利用纖維纏繞工藝制造壓力容器時，一般要求纖維具有較高的強度和模量，容易被樹脂浸潤，纖維紗的張力均勻以及纏繞時不起毛、不斷頭等。

37第37頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月另外，在纏繞的時候，所使用的芯模應有足夠的強度和剛度，能夠承受成型加工過程中各種載荷（纏繞張力、固化時的熱應力、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38頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月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，如以聚烯醇作粘結劑制成芯模。

39第39頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

連續(xù)纖維纏繞技術的優(yōu)點首先，纖維按預定要求排列的規(guī)整度和精度高，通過改變纖維排布方式、數(shù)量，可以實現(xiàn)等強度設計，因此，能在較大程度上發(fā)揮增強纖維抗張性能優(yōu)異的特點，40第40頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

其次，用連續(xù)纖維纏繞技術所制得的成品，結構合理，比強度和比模量高，質量比較穩(wěn)定和生產效率較高等。41第41頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月連續(xù)纖維纏繞技術的缺點

設備投資費用大，只有大批量生產時才可能降低成本。42第42頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

連續(xù)纖維纏繞法適于制作承受一定內壓的中空型容器，如固體火箭發(fā)動機殼體、導彈放熱層和發(fā)射筒、壓力容器、大型貯罐、各種管材等。43第43頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月近年來發(fā)展起來的異型纏繞技術，可以實現(xiàn)復雜橫截面形狀的回轉體或斷面呈矩形、方形以及不規(guī)則形狀容器的成型。44第44頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

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45頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

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合材料，如管材、棒材、槽型材、工字型材、方型材等。46第46頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月一般情況下，只將預制品在成型模中加熱到預固化的程度，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成型拉攏熱模47第47頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

拉擠成型過程中，要求增強纖維的強度高、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，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月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49頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月另外，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展。其拉擠成型的關鍵在于增強材料的浸漬。50第50頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

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材料通過熔融樹脂，浸漬樹脂后在成型模中冷卻定型；51第51頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月混編法中，首先按一定比例將熱塑性聚合物纖維與增強材料混編織成帶狀、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基體纖維熔化并浸漬增強材料，冷卻定型后成為產品。52第52頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月拉擠成型的優(yōu)點

①生產效率高，易于實現(xiàn)自動化；

②制品中增強材料的含量一般為40％--80％，能夠充分發(fā)揮增強材料的作用，制品性能穩(wěn)定可靠；53第53頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

③不需要或僅需要進行少量加工，生產過程中樹脂損耗少；

④制品的縱向和橫向強度可任意調整，以適應不同制品的使用要求，其長度可根據(jù)需要定長切割。54第54頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月拉擠制品的主要應用領域(1)耐腐蝕領域。主要用于上、下水裝置，工業(yè)廢水處理設備、化工擋板及化工、石油、造紙和冶金等工廠內的欄桿、樓梯、平臺扶手等。(2)電工領域。主要用于高壓電纜保護管、電纜架、絕緣梯、絕緣桿、燈柱、變壓器和電機的零部件等。55第55頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)建筑領域。主要用于門窗結構用型材、桁架、橋梁、欄桿、支架、天花板吊架等。(4)運輸領域。主要用于卡車構架、冷藏車箱、汽車籠板、剎車片、行李架、保險桿、船舶甲板、電氣火車軌道護板等。56第56頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月(5)運動娛樂領域。主要用于釣魚桿、弓箭桿、滑雪板、撐桿跳桿、曲輥球輥、活動游泳池底板等。(6)能源開發(fā)領域。主要用于太陽能收集器、支架、風力發(fā)電機葉片和抽油桿等。(7)航空航天領域。如宇宙飛船天線絕緣管，飛船用電機零部件等。57第57頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月目前，隨著科學和技術的不斷發(fā)展，正向著提高生產速度、熱塑性和熱固性樹脂同時使用的復合結構材料和方向發(fā)展。生產大型制品，改進產品外觀質量和提高產品的橫向強度都將是拉擠成型工藝今后的發(fā)展方向。58第58頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月7.注射成型工藝

注射成型是樹脂基復合材料生產中的一種重要成型方法，它適用于熱塑性和熱固性復合材料，但以熱塑性復合材料應用最廣。59第59頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

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，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，經過冷卻定型后，開模便得到復合材料制品。60第60頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

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，一般是將溫度較低的樹脂體系(防止物料在進入模具之前發(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，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月在加工過程中，由于熔體混合物的流動會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，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月因此，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性，而纖維含量不宜過高，一般在30％--40％左右。63第63頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

注射成型法所得制品的精度高、生產周期短、效率較高、容易實現(xiàn)自動控制，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，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月按物料在注射腔中熔化方式分類，常用的注射機有按塞式和螺桿式兩種。由于按塞式注射機塑化能力較低、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，現(xiàn)在普遍使用的是往復螺桿式注射機。65第65頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月2、金屬基復合材料的成型技術金屬基復合材料的制備工藝方法對復合材料的性能有很大的影響，是金屬基復合材料的重要研究內容之一。66第66頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬基復合材料工藝研究內容①金屬基體與增強材料的結合和結合方式；②金屬基體/增強材料界面和界面產物在工藝過程中的形成及控制；67第67頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月③增強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)，提高復合材料的性能和穩(wěn)定性，降低成本。

68第68頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)各種方法的基本特點，把金屬基復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)原位復合法。69第69頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月常用的金屬基復合材料制備工藝70第70頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)固態(tài)法固態(tài)制備工藝主要為擴散結合和粉末治金兩種方法。71第71頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月1)擴散結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散而連接在一起。因而，擴散結合也成為一種制造連續(xù)纖維增強金屬基復合材料的傳統(tǒng)工藝方法。72第72頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

擴散結合工藝中，增強纖維與基體的結合主要分為三個關鍵步驟：

①纖維的排布；②復合材料的疊合和真空封裝；③熱壓。73第73頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月采用擴散結合方式制備金屬基復合材料，工藝相對復雜，工藝參數(shù)控制要求嚴格，纖維排布、疊合以及封裝手工操作多，成本高。但擴散結合是連續(xù)纖維增強并能按照鋪層要求排布的惟一可行的工藝。74第74頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

在擴散結合工藝中，增強纖維與基體的濕潤問題容易解決，而且在熱壓時可通過控制工藝參數(shù)的辦法來控制界面反應。因此，在金屬基復合材料的早期生產中大量采用擴散結合工藝。75第75頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月2)粉末冶金

粉末冶金既可用于連續(xù)長纖維增強，又可用于短纖維、顆?；蚓ы氃鰪姷慕饘倩鶑秃喜牧?。76第76頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月在粉未冶金法中，長纖維增強金屬基復合材料分兩步進行。首先是將預先設計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，在真空或保護氣氛下預燒結。然后將預燒結體進行熱等靜壓加工。77第77頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月一般情況下，采用粉未冶金工藝制備的長纖維增強金屬基復合材料中，纖維的體積百分含量為40%~60%，最多可達75%。78第78頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月粉末冶金法五大優(yōu)點

①熱等靜壓或燒結溫度低于金屬熔點，因而由高溫引起的增強材料與金屬基體的界面反應少，減小了界面反應對復合材料性能的不利影響。同時可以通過熱等靜壓或燒結時的溫度、壓力和時間等工藝參數(shù)來控制界面反應。79第79頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

②可根據(jù)性能要求，使增強材料（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75%，顆粒含量可達50%以上，這是液態(tài)法無法達到的。80第80頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月③可降低增強材料與基體互相濕潤的要求，也降低了增強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秃喜牧系幕w中。81第81頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月④采用熱等靜壓工藝時，其組織細化、致密、均勻，一般不會產生偏析、偏聚等缺陷，可使孔隙和其他內部缺陷得到明顯改善，從而提高復合材料的性能。82第82頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月⑤粉未冶金法制備的金屬基復合材料可通過傳統(tǒng)的金屬加工方法進行二次加工?？梢缘玫剿栊螤畹膹秃喜牧蠘嫾拿?。83第83頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

①工藝過程比較復雜；

②金屬基體必須制成粉末，增如了工藝的復雜性和成本；

③在制備鋁基復合材料時，還要防止鋁粉引起的爆炸。

粉末冶金法主要缺點84第84頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月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)復合鑄造、液態(tài)滲透以及攪拌法和無壓滲透法等。85第85頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月液態(tài)法是目前制備顆粒、晶須和短纖維增強金屬基復合材料的主要工藝方法。液態(tài)法主要特點是金屬基體在制備復合材料時均處于液態(tài)。86第86頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月與固態(tài)法相比，液態(tài)法的工藝及設備相對簡便易行，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87頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月1)壓鑄

壓鑄成型是指在壓力作用下將液態(tài)或半液態(tài)金屬基復合材料或金屬以一定速度充填壓鑄模型腔或增強材料預制體的孔隙中，在壓力下快速凝固成型而制備金屬基復合材料的工藝方法。88第88頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

壓鑄成型法的具體工藝首先將包含有增強材料的金屬熔體倒入預熱摸具中后，迅速加壓，壓力約為70~100MPa，使液態(tài)金屬基復合材料在壓力下凝固。待復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合材料的坯料或壓鑄件。89第89頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月壓鑄工藝中，影響金屬基復合材料性能的工藝因素主要有四個：①熔融金屬的溫度、②模具預熱溫度③使用的最大壓力、④加壓速度。90第90頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月在采用預制增強材料塊時，為了獲得無孔隙的復合材料，一般壓力不低于50MPa，加壓速度以使預制件不變形為宜，一般為1~3cm/s。91第91頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月對于鋁基復合材料，熔融金屬溫度一般為700~800℃，預制件和模具預熱溫度一般可控制在500~800℃，并可相互補償，如前者高些，后者可以低些，反之亦然。92第92頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月采用壓鑄法生產的鋁基復合材料的零部件，其組織細化、無氣孔，可以獲得比一般金屬模鑄件性能優(yōu)良的壓鑄件。與其他金屬基復合材料制備方法相比，壓鑄工藝設備簡單，成本低，材料的質量高且穩(wěn)定，易于工業(yè)化生產。93第93頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月2)半固態(tài)復合鑄造半固態(tài)復合鑄造主要是針對攪拌法的缺點而提出的改進工藝。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合，然后澆注成型或將半固態(tài)復合材料注入模具中進行壓鑄成型。94第94頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月通常采用攪拌法制備金屬基復合材料時，常常會由于強烈攪拌將氣體或表面金屬氧化物卷入金屬熔體中；同時當顆粒與金屬基體濕潤性差時，顆粒難以與金屬基體復合，而且顆粒在金屬基體中由于比重關系而難以得到均勻分布，影響復合材料性能。95第95頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

半固態(tài)復合鑄造的原理

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晶體破碎成固相顆粒，熔體中的固相顆粒是一種非枝晶結鉤，可以防止半固態(tài)熔體粘度的增加。96第96頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月②當加入預熱后的增強顆粒時，因熔體中含有一定量的固相金屬顆粒，在攪拌中增強顆粒受阻而滯留在半固態(tài)金屬熔體中，增強顆粒不會結集和偏聚而得到一定的分散。③同時強烈的機械攪拌也使增強顆粒與金屬熔體直接接觸，促進潤濕。97第97頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月主要控制工藝參數(shù)

①金屬基體熔體的溫度應使熔體達到30%~50%固態(tài)；②攪拌速度應不產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，從而有利于增強顆粒的加入。98第98頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月由于澆注時金屬基復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，組織細化和致密。99第99頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

半固態(tài)復合鑄造主要應用于顆粒增強金屬基復合材料，因短纖維、晶須在加入時容易結團或纏結在一起，雖經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金屬基復合材料。100第100頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月3)無壓滲透

工藝過程如下：①是將增強材料制成預制體，置于氧化鋁容器內。②再將基體金屬坯料置于可滲透的增強材料預制體上部。101第101頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月③氧化鋁容器、預制體和基體金屬坯料均裝入可通入流動氮氣的加熱爐中。④通過加熱，基體金屬熔化，并自發(fā)滲透進入網絡狀增強材料預制體中。102第102頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

無壓滲透工藝能較明顯降低金屬基復合材料的制造成本，但復合材料的強度較低，而其剛度顯著高于基體金屬。

103第103頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月例如以55~60%Al2O3或SiC預制成零件的形狀，放入同樣形狀的剛玉陶瓷槽內，將含有3%~10%Mg的鋁合金（基體）坯料放置在增強材料預制體上，在流動的氮氣氣氛下，加熱至800~1000℃，鋁合金熔化并自發(fā)滲入預制體內。104第104頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月由于氮氣與鋁合金發(fā)生反應，在金屬基復合材料的顯微組織中還有AlN?？刂频獨饬髁俊囟纫约皾B透速度，可以控制AIN的生成量。105第105頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月AIN在鋁基復合材料中起到提高復合材料剛度，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的剛度也達到鋼的水平，但強度水平較低。106第106頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月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)金屬被分散為細小的液滴，形成所謂“霧化錐”；107第107頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月然后，通過一個或多個噴咀向“霧化錐”噴射入增強顆粒，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金屬基復合材料，如下圖所示。108第108頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月霧化金屬液滴與顆粒共沉積示意圖109第109頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月噴射沉積法的優(yōu)越性

①該工藝流程短，工序簡單，噴射沉積效率高，有利于實現(xiàn)工業(yè)化生產。②高致密度，直接沉積的復合材料密度一般可達到理論的95%~98%；110第110頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月③屬快速凝固方法，冷速可達103~106K/s，故金屬晶粒及組織細化，消除了宏觀偏析，合金成分均勻，同時增強材料與金屬液滴接觸時間短，很少或沒有界面反應；111第111頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月④具有通用性和產品多樣性。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。同時可設計霧化器和收集器的形狀和一定的機械運動，以直接形成盤、棒、管和板帶等接近零件實際形狀的復合材料的坯料；112第112頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月4．原位自生成法在復合材料制造過程中，增強材料在基體中生成和生長的方法稱作原位自生成法。113第113頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月在金屬基復合材料制備過程中，往往會遇到兩個問題：一是增強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，增強材料與金屬基體之間的界面都存在界面反應。114第114頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月其中，增強材料與金屬基體之間的相容性往往影響金屬基復合材料在高溫制備和高溫應用中的性能和性能穩(wěn)定性。如果增強材料（纖維、顆?；蚓ы殻┠軓慕饘倩w中直接（即原位）生成，則上述兩個問題就可以得到較好的解決。115第115頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月以原位自生成法制造的金屬基復合材料中，基體與增強材料間的相容性好，界面干凈，結合牢固。特別當增強材料與基體之間有共格或半共格關系時，能非常有效地傳遞應力；而且，界面上不生成有害的反應產物，因此這種復合材料有較優(yōu)異的力學性能。116第116頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月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)反應自生成法（XDTM）117第117頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

1)共晶合金定向凝固法

增強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材料。以這種方式生產的鎳基、鈷基定向凝固共晶復合材料已得到應用。118第118頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

定向凝固共晶復合材料的原位生長必須滿足三個條件：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)調進行。119第119頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月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為溶質在液相中的擴散系數(shù)。120第120頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

定向凝固共晶復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數(shù)Xf。在二元共晶中，當Xf<32%時呈纖維狀，當Xf>32%時為層片狀。121第121頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

定向凝固共晶復合材料主要應用于航空透平機葉片，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122頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月2)直接金屬氧化法（DIMOXTM）

DIMOXTM是一種可以制備金屬基復合材料和陶瓷基復合材料的原位復合工藝。DIMOXTM法根據(jù)是否有預成型體又可分為惟一基體法和預成型體法，兩者原理相同。123第123頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

惟一基體法的特點制備金屬基復合材料的原材料中沒有填充物（增強材料預成型體）和增強相，只是通過基體金屬的氧化或氮化來獲取復合材料。124第124頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月在惟一基體法中，例如需制備Al2O3/Al，則可通過鋁液的氧化來獲取Al2O3增強相。通常鋁合金表面迅速氧化，形成一種內聚、結合緊密的氧化鋁膜，這層氧化鋁膜使得氧無法進一步滲透，從而阻止了膜下的鋁進一步氧化。125第125頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

但是在DIMOXTM工藝中，熔化溫度上升到900~1300℃，遠超過鋁的熔點660℃。通過進一步加入促進氧化反應的合金元素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126頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月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，則所制備的復合材料就是致密互連的Al2O3陶瓷基復合材料，其中含有5%~30%的Al。127第127頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月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合材料。128第128頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月當DIMOXTM工藝采用增強材料預成型體時，由于增強材料預成型體是透氣的，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129頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月3)反應自生成法（XDTM）這種方法是在近20年中發(fā)展起來的技術，主要用于制造金屬間化合物復合材料。130第130頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月在反應自生成法中，增強材料是由加入基體中的相應元素之間的反應，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生成的。131第131頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月在XDTM工藝中，可以根據(jù)所選擇的原位生成的增強相的類別或形態(tài)，選擇基體和增強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（反應要求）混合。132第132頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月XDTM工藝原理示意圖133第133頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月當這種混合物制成預制體，加熱到金屬熔點以上或者自蔓延的反應發(fā)生的溫度時，混合物的組成元素進行放熱反應，用以生成在基體中彌漫的微觀增強顆粒、晶須和片晶等增強相。134第134頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月XDTM工藝的關鍵技術是可以生成一種韌相，它屬于專利技術。例如，一定粒度的鋁粉、鈦粉和硼粉以一定比例混合成型，加熱后反應生成TiB2，進而形成TiB2增強的鋁基復合材料。

Al+Ti+B→TiB2+Al

135第135頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月XDTM法不僅可以用粉末反應生成復合材料，也可以在熔融的合金中導入參加反應的粉末或氣體而生成復合材料。如在熔融的Al-Ti合金中導入載碳氣體，反應生成TiC，進而形成TiC增強鋁基復合材料。Al+Ti+C→TiC+Al136第136頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月XDTM工藝特點①增強相是原位形成，具有熱穩(wěn)定性；②增強相的類型、形態(tài)可以選擇和設計；③各種金屬或金屬間化合物均可作為基體；④復合材料可以采用傳統(tǒng)金屬加工方法進行二次加工。137第137頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月XDTM材料包括Al、Ti、Fe、Cu、Pb和Ni基復合材料，還可以是TiAl、Ti3Al和NiAl等金屬化合物基復合材料。其中，增強相包括硼化物、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，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月3、陶瓷基復合材料的制備方法與工藝

陶瓷基復合材料的制造分為兩個步驟：第一步是將增強材料摻入未固結(或粉末狀)的基體材料中，排列整齊或混合均勾；第二步是運用各種加工條件在盡量不破壞增強材料和基體性能的前提下，制成復合材料制品。139第139頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)陶瓷基復合材料的制造步驟，在加工制備復合材料時，應根據(jù)使用要求，相應地增強材料和基體的復合，針對不同的增強材料(纖維、晶須、顆粒)，選擇相應的加工條件等因素。140第140頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

選擇哪種增強材料和基體，除了根據(jù)使用要求，如溫度、強度、彈性模量等，兩種材料間一些性能的配合也直接影響復合材料的性能。141第141頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月通常要考慮的兩種材料的主要因素如下：

物理因素：熔點、揮發(fā)度、密度、彈性模量、熱膨脹系數(shù)、蠕變性能、強度、斷裂韌性等。142第142頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

纖維和基體的相容性因素：

化學相容性、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，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

針對不同的增強材料，已經開發(fā)了多種加工技術。例如，對于以連續(xù)纖維增強的陶瓷基復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；144第144頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月②將連續(xù)纖維編織制成預成型坯件，再進行化學氣相沉積(CVD)，化學氣相滲透(CVI)，直接氧化沉積(Lanxide)；③利用浸漬--熱解循環(huán)的有機聚合物裂解法制成陶瓷基復合材料。145第145頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月對于顆粒彌散型陶瓷基復合材料，主要采用傳統(tǒng)的燒結工藝，包括常壓燒結、熱壓燒結或熱等靜壓燒結。146第146頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月此外，一些新開發(fā)的工藝如固相反應燒結、高聚物先驅體熱解、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合材料的制備。147第147頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

晶須補強陶瓷基復合材料的制備方法：將晶須在液體介質中經機械或超聲分散，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。148第148頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月制備晶須補強陶瓷基復合材料時，為了克服晶須在燒結過程中的搭橋現(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、固相反應燒結、直接氧化沉積等工藝也適合于制備晶須補強陶瓷基復合材料。149第149頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月陶瓷基復合材料的加工制造方法傳統(tǒng)的制備技術(2)新的制備技術150第150頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)傳統(tǒng)的制備技術1)冷壓和燒結法2)熱壓法151第151頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月1)冷壓和燒結法

傳統(tǒng)的陶瓷生產工藝，是將粉末和纖維冷壓，然后燒結。152第152頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月借鑒聚合物生產工藝中的擠壓、吹塑、注射等成型工藝，為了快速生產的需要，可以在一定的條件下將陶瓷粉體和有機載體混合后，壓制成型，除去有機黏結劑，然后燒結成制品。153第153頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月在冷壓和燒結法的生產過程中，通常會遇到燒結過程中制品收縮，同時最終產品中有許多裂紋的問題。

154第154頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月在用纖維和晶須增強陶瓷基材料進行燒結時，除了會遇到陶瓷基收縮的問題外，還會使燒結材料在燒結和冷卻時產生缺陷或內應力。這主要是由增強材料的特性決定的。155第155頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月例如增強材料的特性主要有：

增強材料具有較高的長徑比；增強材料和基體不同的熱膨脹系數(shù)；增強材料在基體中排列方式的不同等。156第156頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月2)熱壓法

熱壓是目前制備纖維增強陶瓷基復合材料(CMCs)最常用的方法，一般把它稱為漿料浸漬工藝。主要用在纖維增強玻璃和纖維增強陶瓷復合材料中。157第157頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

漿料浸漬工藝主要包括以下兩個步驟：①增強相滲入沒有固化的基體中；③固化的復合材料被熱壓成型。158第158頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月下圖顯示了漿料浸漬工藝流程圖：159第159頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月纖維浸漬漿料纖維纏繞在輥筒上纖維裁剪鋪層壓力纖維/玻璃陶瓷復合材料熱壓，800~925℃脫黏結劑，500℃熱壓纖維增強玻璃陶瓷基復合材料的工藝路線160第160頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月此工藝流程圖主要包括以下四個過程：①纖維首先通過漿料池；②浸漬的絲被卷到一個轉筒上；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161頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月其中，漿料池中的漿料由陶瓷粉末、溶劑和有機黏結劑組成；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162頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月下圖顯示了在熱壓各向同性氧化鋁纖維增強玻璃陶瓷基復合材料時，溫度和壓力隨時間的變化曲線。163第163頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月溫度/℃壓力/MPa時間/min溫度壓力熱壓各向同性氧化鋁纖維增強玻璃陶瓷基復合材料時溫度、壓力隨時間的變化曲線164第164頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

漿料浸漬工藝非常適合玻璃或玻璃陶瓷基復合材料，因為它的熱壓溫度低于這些晶體基體材料的熔點。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165頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月①在整個操作過程中，纖維必須經仔細處理，避免損傷纖維表面。

②拉力影響漿料浸漬纖維的能力，太強的拉力會導致纖維破壞。166第166頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

③在加工過程中，要盡量減少纖維的破壞。因為結晶陶瓷的耐火顆粒在與纖維的機械接觸中會損傷纖維，太高的壓力也會損傷纖維，還要避免纖維在高溫中與基體的反應。167第167頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月④漿料的組成是一個重要方面，包括粉體的含量、粉體粒子的大小、黏結劑的種類和含量、溶劑等，它們都對最終復合材料制品的性能有所影響。168第168頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月⑤為了減少最終制品的孔隙率，在熱壓之前，要設法完全除去揮發(fā)性黏結劑，使用比纖維直徑更小的顆粒狀陶瓷基體。169第169頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月⑥熱壓操作非常關鍵，通常是在一個非常窄的操作溫度范圍，縮短操作時間可以減少纖維的損壞。170第170頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

漿料浸漬工藝可以制得纖維定向排列、低孔隙率、高強度的陶瓷基復合材料。它可以用在C、Al2O3、SiC和Al2O3.SiO2纖維增強玻璃、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是要求基體有較高的熔點或軟化點。171第171頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月新的制備技術主要指在20世紀70年代開始發(fā)展起來的技術。它包括滲透，直接氧化，以化學反應為基礎的CVD、CVI，溶膠--凝膠，聚合物熱解，白蔓燃高溫合成(SHS)等技術。(2)新的制備技術172第172頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月1)滲透法

滲透法就是在預制的增強材料坯件中使基體材料以固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的形式滲透制成復合材料。其中，比較常用的是液相滲透。173第173頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

滲透法類似于聚合物基復合材料制造技術中，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174頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月活塞熔體預制件加熱棒液相滲透工藝示意圖175第175頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月由于熔融的陶瓷具有較高的黏度，為了提高陶瓷對預制增強材料坯件的滲透，通過對增強材料的表面處理，來提高其浸漬性，這種提高滲透主要采用化學反應的方式。

176第176頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

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。以這種方法生產陶瓷基復合材料的主要優(yōu)點是制造工藝是一個簡單的一步生產過程，可以獲得一個均勻的制品。177第177頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月滲透法的主要缺點①如果使用高熔點的陶瓷，就可能在陶瓷和增強材料之間發(fā)生化學反應；②陶瓷具有比金屬更高的熔融黏度，因此對增強材料的滲透相當困難；178第178頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月③增強材料和基體在冷卻后，由于不同的熱膨脹系數(shù)會引起收縮產生裂紋。因此，為了避免這種情況，要盡量選用熱膨脹系數(shù)相近的增強材料和基體。179第179頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月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)生氧化反應而制備陶瓷基復合材料的工藝方法。由于它是由Lanxide公司發(fā)明的，所以又稱為Lanxide法。180第180頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

直接氧化法的生產工藝①將增強纖維或纖維預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181頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月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，這種反應始終在液相金屬和氣相氧化劑的界面處進行，反應生成的氧化物沉積在纖維周圍，形成含有少量金屬、致密的陶瓷基復合材料。182第182頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月Al+?N2

以金屬鋁為例，在空氣或氮氣氣氛中，主要發(fā)生下列反應：2Al2O3AlN4Al+3O2183第183頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月一般在這種陶瓷基復合材料制品中，未發(fā)生氧化反應的殘余金屬量約占5％~30％?？梢杂脕磉@種方法制造高溫熱能量交換器的管道等部件，具有較好的機械性能(強度、韌性等)。184第184頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月直接氧化法工藝的缺點①以這種方法生產的產品中，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一些較大的和比較復雜的部件，比如航天工業(yè)的一些部件。185第185頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

原位化學反應技術已經被廣泛用于制造整體陶瓷件，同樣該技術也可以用于制造陶瓷基復合材料，已廣泛應用的有CVD和CVI工藝。3)原位化學反應法186第186頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月①CVD法

CVD法就是利用化學氣相沉積技術，通過一些反應性混合氣體在高溫狀態(tài)下反應，分解出陶瓷材料并沉積在各種增強材料上形成陶瓷基復合材料的方法。187第187頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月②CVI法

將化學氣相沉積技術運用在將大量陶瓷材料滲透進增強材料預制坯件的工藝就稱為化學氣相滲透工藝。188第188頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月從這兩種工藝技術來說，CVD法首先被開發(fā)并應用于一些陶瓷纖維的制造和C/C復合材料的制備；CVI方法在CVD技術上發(fā)展起來并被廣泛應用于各種陶瓷基復合材料。189第189頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月下圖是CVI的工藝示意圖，190第190頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月加熱元件帶孔的擋環(huán)水冷底座源氣纖維預成型體滲透的復合材料熱區(qū),1200

℃逸出的氣體熱表面冷表面CVI工藝示意圖191第191頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月以A12O3陶瓷基復合材料為例，反應性混合氣體(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：192第192頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月2AlCl3(g)+3H2(g)+3CO2(g)Al2O3(s)+3CO(g)+6HCl(g)固態(tài)的Al2O3沉積在纖維表面，最后形成陶瓷基復合材料。H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)193第193頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月與CVD工藝相比，CVI工藝實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合材料工藝對增強材料的損傷。CVI制造的產品，其實際密度可以達到理論密度的93％~94％。194第194頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

CVI工藝生產CMC的主要優(yōu)點：①在高溫下有很好的機械性能；②可以生產一些較大的、形狀復雜的產品；③產品能較好地保持纖維和基體的抗彎性能。195第195頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月CVI工藝的主要缺點就是生產工藝時間較長，生產成本較大。196第196頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月4)溶膠--凝膠法和熱解法

①溶膠--凝膠法溶膠--凝膠（Sol-Gel）法是運用膠體化學的方法，將含有金屬化合物的溶液，與增強材料混合后反應形成溶膠，溶膠在一定的條件下轉化成為凝膠，然后燒結成CMC的一種工藝。197第197頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于從凝膠轉變成陶瓷所需的反應溫度要低于傳統(tǒng)工藝中的熔融和燒結溫度，因此，在制造一些整體的陶瓷構件時，溶膠--凝膠法有較大的優(yōu)勢。198第198頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月

溶膠---凝膠法與一些傳統(tǒng)的制造工藝結合，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劑，在隨后除去黏結劑的工藝中，溶膠經燒結后變成了與陶瓷基相同的材料，有效地減少了復合材料的孔隙率。199第199頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月②熱解法

熱解(Pyrolysis)法就是使聚合物先驅體熱解形成陶瓷基復合材料的方法。200第200頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月如由聚碳硅烷生產SiC陶瓷基復合材料中，聚合物一般在熱解過程中有較高的陶瓷產量、低的收縮、好的機械性能，同時聚合物本身容易制備。聚合物熱解法可用來生產SiCf/SiC和Si3N4f/SiC等陶瓷基復合材料。201第201頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月溶膠--凝膠法和熱解法生產CMC的優(yōu)點：

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

②、最后成型時的溫度較低。202第202頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月溶膠--凝膠法和熱解法生產CMC的缺點：①、在燒結時會產生較大的收縮；②、收率較低。203第203頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月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使化學反應自發(fā)進行下去，最后生成所需要的產品。204第204頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月自蔓燃高溫合成技術一般用于制造系列耐火材料。該技術生產的產品中一般都有較多的孔隙。為了減少孔隙，在燃燒反應結束后，溫度還相當高的情況下，應立即置于較高壓力。205第205頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月自蔓燃高溫合成技術中沒有外加的熱源，一些用傳統(tǒng)方法難以生產的陶瓷化合物通過急劇升溫的高熱反應被制造出來。如將鈦粉和碳黑混合，冷壓成型，點燃，迅速引燃后形成碳化鈦。206第206頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月以自蔓燃高溫合成法制造的耐火部件具有以下特點：①很高的燃燒溫度(最高可達4000℃以上）②簡單、低成本的設備；③能很好地控制化學組成，可以制造不同形狀的產品。

207第207頁，課件共229頁，創(chuàng)作于2023年2月許多陶瓷產品如SiC/Al2O3TiC/A