復(fù)合材料第五章復(fù)合材料的成型工藝

1、1,第五章　復(fù)合材料的成型工藝 　1、聚合物基復(fù)合材料的成型工藝 　2、金屬基復(fù)合材料的成型工藝　3、陶瓷基復(fù)合材料的成型工藝,2,1、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?！　〕尚凸に囍饕ㄒ韵聝蓚€方面：,3,一是成型，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、時間和壓力等因素影響下使形狀

2、固定下來，并能達(dá)到預(yù)期的性能要求。,4,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,5,(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

3、　　(15)熱塑性片狀模塑料熱沖壓成型　　　(16)噴射成型,6,(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：,7,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。,8,然后，在一定壓力作用下加熱固化成型（熱壓成

4、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(fù)合材料制品。其工藝流程如下圖所示：,9,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,10,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。,11,手糊成型工藝優(yōu)點(diǎn)　?、俨皇墚a(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)；　?、谠O(shè)備簡單

5、、投資少、設(shè)備折舊費(fèi)低。,12,③工藝簡單；　　④易于滿足產(chǎn)品設(shè)計要求，可以在產(chǎn)品不同部位任意增補(bǔ)增強(qiáng)材料　?、葜破窐渲枯^高，耐腐蝕性好。,13,手糊成型工藝缺點(diǎn) 　?、?生產(chǎn)效率低，勞動強(qiáng)度大，勞動衛(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。,,14,2．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

6、樹脂都適用的纖維復(fù)合材料成型方法。,15,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。,16,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

7、流程圖,17,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)械化和自動化等。,18,模壓成型工藝缺點(diǎn)　　模具設(shè)計制造復(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。,19,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?！　〗陙黼S著專業(yè)

8、化、自動化和生產(chǎn)效率的提高，制品成本不斷降低，使用范圍越來越廣泛。,20,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。,,21,3. 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?！　訅撼尚凸に噷儆诟煞▔毫Τ尚头懂牐?/p>

9、復(fù)合材料的一種主要成型工藝。,22,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?！?fù)合材料層壓板的生產(chǎn)工藝流程如下,23,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,24,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?！　訅撼尚凸に嚨娜秉c(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。,,25,4．噴射成型工藝　　

10、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。,26,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，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?！　∑渚唧w工藝流程圖如下：,27,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

11、成型工藝流程圖,28,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?！　∽畛Ｓ玫臉渲窃谑覝鼗蛏愿邷囟认录纯晒袒牟伙柡途埘サ?。,29,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，勞動強(qiáng)度降低，能夠制作大尺寸制品。,30,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

12、大。,31,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(gòu)件、機(jī)器外罩、容器、安全帽等。,,32,5. 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?！　±p繞工藝流程圖如下圖所示：,33,纏繞工藝流程圖,紗團(tuán),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,芯模,縱、環(huán)向纏繞,張力控制,加熱粘流,,,

13、,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,34,利用連續(xù)纖維纏繞技術(shù)制作復(fù)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。,35,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?！　楦纳乒に囆阅芎捅苊鈸p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

14、料。,36,纖維纏繞方式和角度可以通過機(jī)械傳動或計算機(jī)控制?！　±p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。,37,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(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不起毛、不斷頭等。,38,另外，在纏繞的時候，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、固化時的熱應(yīng)力、自重等），滿足制品形狀尺寸和精度

15、要求以及容易與固化制品分離等。,39,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。,40,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，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)，,41,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。,42,連續(xù)纖維纏繞技

16、術(shù)的缺點(diǎn)　　設(shè)備投資費(fèi)用大，只有大批量生產(chǎn)時才可能降低成本。,43,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。,44,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。,,45,6. 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；,46,其

17、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。,47,一般情況下，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,48,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?！　〕Ｓ玫脑鰪?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

18、。,49,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?！　〈罅渴褂玫幕w材料有不飽和聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂等。,50,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?！　∑淅瓟D成型的關(guān)鍵在于增強(qiáng)材料的浸漬。,51,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?！　崛弁扛卜ㄊ鞘乖鰪?qiáng)材料通過熔融樹脂，浸漬樹脂后在成型模中冷卻定型；,52,混編法中，首先按一定比例將熱塑性聚合

19、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基體纖維熔化并浸漬增強(qiáng)材料，冷卻定型后成為產(chǎn)品。,53,拉擠成型的優(yōu)點(diǎn)　?、偕a(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動化；　 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；,54,③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

20、度可根據(jù)需要定長切割。,55,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。,56,(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

21、架、保險桿、船舶甲板、電氣火車軌道護(hù)板等。,57,(5)運(yùn)動娛樂領(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。,58,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使用的復(fù)合結(jié)構(gòu)材料和方向發(fā)展?！　∩a(chǎn)大型制品，改進(jìn)產(chǎn)品外觀質(zhì)量和提

22、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。,,59,7. 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。,60,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。,61,注射成型

23、工藝過程包括加料、熔化、混合、注射、冷卻硬化和脫模等步驟?！　〖庸峁绦詷渲瑫r，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。,62,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?！　∪绻破沸螤畋容^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。,63,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

24、良好的流動性，而纖維含量不宜過高，一般在30％--40％左右。,64,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。,65,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?！　∮捎诎慈阶⑸錂C(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)。,,66,2、金屬基復(fù)合材料的成型技術(shù),金屬基

25、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。,67,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；　?、?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；,68,③ 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；　?、?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。,69,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

26、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。,70,常用的金屬基復(fù)合材料制備工藝,,71,(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。,72,1) 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?！　∫蚨瑪U(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。,73,擴(kuò)散結(jié)合工藝中

27、，增強(qiáng)纖維與基體的結(jié)合主要分為三個關(guān)鍵步驟：　?、?纖維的排布；　?、?復(fù)合材料的疊合和真空封裝；　?、?熱壓。,74,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?！　〉珨U(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。,75,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

28、復(fù)合材料的早期生產(chǎn)中大量采用擴(kuò)散結(jié)合工藝。,,76,2) 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、顆粒或晶須增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料。,77,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?！　∈紫仁菍㈩A(yù)先設(shè)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(hù)氣氛下預(yù)燒結(jié)?！　∪缓髮㈩A(yù)燒結(jié)體進(jìn)行熱等靜壓加工。,78,一般情況下，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

29、為40% ~ 60%，最多可達(dá)75%。,79,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)對復(fù)合材料性能的不利影響。同時可以通過熱等靜壓或燒結(jié)時的溫度、壓力和時間等工藝參數(shù)來控制界面反應(yīng)。,80,② 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)法無法達(dá)到的。,81,③ 可

30、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。,82,④ 采用熱等靜壓工藝時，其組織細(xì)化、致密、均勻，一般不會產(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。,83,⑤ 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。可以得到所需形狀的復(fù)合材料構(gòu)件的毛坯。,84,①工藝過程比較復(fù)雜；　　 ②金屬基體必須制成

31、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，還要防止鋁粉引起的爆炸。,粉末冶金法主要缺點(diǎn),,85,2．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。,86,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?！　∫簯B(tài)法主要特點(diǎn)是金屬基體在制備復(fù)合材料時均處于液態(tài)。,87,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、

32、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。,88,1) 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。,89,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?！　〈龔?fù)合材料完全固化后頂出，即制得所需

33、形狀及尺寸的金屬基復(fù)合材料的坯料或壓鑄件。,90,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：　　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。,91,在采用預(yù)制增強(qiáng)材料塊時，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。,92,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

34、互補(bǔ)償，如前者高些，后者可以低些，反之亦然。,93,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?！　∨c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)。,,94,2) 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?！　∵@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

35、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。,95,通常采用攪拌法制備金屬基復(fù)合材料時，常常會由于強(qiáng)烈攪拌將氣體或表面金屬氧化物卷入金屬熔體中；　　同時當(dāng)顆粒與金屬基體濕潤性差時，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。,96,半固態(tài)復(fù)合鑄造的原理　?、偈菍⒔饘偃垠w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

36、種非枝晶結(jié)鉤，可以防止半固態(tài)熔體粘度的增加。,97,②當(dāng)加入預(yù)熱后的增強(qiáng)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(qiáng)顆粒受阻而滯留在半固態(tài)金屬熔體中，增強(qiáng)顆粒不會結(jié)集和偏聚而得到一定的分散?！　、弁瑫r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。,98,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

37、粘度，從而有利于增強(qiáng)顆粒的加入。,99,由于澆注時金屬基復(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。,100,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。,,101,3) 無壓滲透　　工藝過程如下：　?、偈菍⒃鰪?qiáng)材料制成預(yù)制體，置于氧化鋁容器內(nèi)?！　、谠賹⒒w金

38、屬坯料置于可滲透的增強(qiáng)材料預(yù)制體上部。,102,③氧化鋁容器、預(yù)制體和基體金屬坯料均裝入可通入流動氮?dú)獾募訜釥t中?！　、芡ㄟ^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。,103,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。,104,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

39、預(yù)制體上，在流動的氮?dú)鈿夥障拢訜嶂?00~1000℃，鋁合金熔化并自發(fā)滲入預(yù)制體內(nèi)。,105,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。,106,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?！　〔捎眠@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。,,107,3．噴射沉

40、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” ；,108,然后，通過一個或多個噴咀向“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。,109,霧化金屬液滴與顆粒共沉積示意圖,110,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

41、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%；,111,③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，消除了宏觀偏析，合金成分均勻，同時增強(qiáng)材料與金屬液滴接觸時間短，很少或沒有界面反應(yīng)；,112,④ 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。同時可設(shè)計霧化器和收集器的形狀和一定的機(jī)械運(yùn)動，以直接形成盤、棒、管和板帶

42、等接近零件實(shí)際形狀的復(fù)合材料的坯料；,,113,4．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。,114,在金屬基復(fù)合材料制備過程中，往往會遇到兩個問題：　　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)。,115,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

43、性?！　∪绻鰪?qiáng)材料（纖維、顆?；蚓ы殻┠軓慕饘倩w中直接（即原位）生成，則上述兩個問題就可以得到較好的解決。,116,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?！　√貏e當(dāng)增強(qiáng)材料與基體之間有共格或半共格關(guān)系時，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。,117,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（

44、DIMOXTM）　　3) 反應(yīng)自生成法（XDTM）,118,1) 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。,119,定向凝固共晶復(fù)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(diào)進(jìn)行。,120,,二元

45、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)。,121,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?！　≡诙簿е?，當(dāng)Xf 32 %時為層片狀。,122,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

46、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。,123,2) 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。,124,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，

47、只是通過基體金屬的氧化或氮化來獲取復(fù)合材料。,125,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?！　⊥ǔｄX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。,126,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℃?！　⊥ㄟ^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

48、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。,127,利用惟一基體法工藝，可以根據(jù)氧化程度來控制Al2O3的量?！　∪绻@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。,128,除了可以直接氧化外，還可以直接氮化?！　⊥ㄟ^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。,129,當(dāng)

49、DIMOXTM工藝采用增強(qiáng)材料預(yù)成型體時，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。,130,3) 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。,131,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。,132,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

50、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。,133,XDTM工藝原理示意圖,134,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，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。,135,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)?！　±?，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

51、成TiB2，進(jìn)而形成TiB2增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料。 Al + Ti + B → TiB2 + Al,136,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?！　∪缭谌廴诘腁l-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 + Al,137,XDTM工藝特點(diǎn)　　① 增強(qiáng)相是原位形成，具有熱穩(wěn)定性；　

52、　② 增強(qiáng)相的類型、形態(tài)可以選擇和設(shè)計；　?、?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。,138,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。,139,3、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

53、分為兩個步驟：　　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。,140,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，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。,141,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

54、間一些性能的配合也直接影響復(fù)合材料的性能。,142,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。,143,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))。,144,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

55、用下面三種方法：　?、偈紫炔捎昧蠞{浸漬工藝，然后再熱壓燒結(jié)；,145,②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)； 　?、劾媒n--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。,146,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)。,147,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—

56、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。,148,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)。,149,制備晶須補(bǔ)強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料時，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?！　〈送?，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

57、料。,150,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),151,(1)　傳統(tǒng)的制備技術(shù),1)　冷壓和燒結(jié)法　2)　熱壓法,152,1)　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)。,153,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。,154,在冷壓和燒結(jié)法的生產(chǎn)過程中，通常

58、會遇到燒結(jié)過程中制品收縮，同時最終產(chǎn)品中有許多裂紋的問題。,155,在用纖維和晶須增強(qiáng)陶瓷基材料進(jìn)行燒結(jié)時，除了會遇到陶瓷基收縮的問題外，還會使燒結(jié)材料在燒結(jié)和冷卻時產(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。,156,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。,157,2)　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

59、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。,158,漿料浸漬工藝主要包括以下兩個步驟：　?、僭鰪?qiáng)相滲入沒有固化的基體中；　?、酃袒膹?fù)合材料被熱壓成型。,159,下圖顯示了漿料浸漬工藝流程圖：,160,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,161,此工藝流程

60、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(zhuǎn)筒上；　?、鄹稍锖蟊磺懈畈⒁勒找欢ǖ囊髮訝钆帕?；　　④固化并加熱成型。,162,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。,163,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，溫度和壓力隨時間的變化曲線。,164,熱壓各向同性氧化鋁纖維增強(qiáng)玻璃陶瓷基復(fù)合材料時溫度、壓力

61、隨時間的變化曲線,165,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：,166,①在整個操作過程中，纖維必須經(jīng)仔細(xì)處理，避免損傷纖維表面?！　、诶τ绊憹{料浸漬纖維的能力，太強(qiáng)的拉力會導(dǎo)致纖維破壞。,167,③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)械接觸中會損傷纖維，太高的壓力也會損傷纖維，還要

62、避免纖維在高溫中與基體的反應(yīng)。,168,④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(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。,169,⑤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。,170,⑥熱壓操作非常關(guān)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。,171,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

63、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?！　∵@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)。,,172,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),173,1)　滲透法　　滲透法就是在預(yù)制的增強(qiáng)材料坯件中使基

64、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。,174,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。,175,液相滲透工藝示意圖,176,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。,177,

65、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)是制造工藝是一個簡單的一步生產(chǎn)過程，可以獲得一個均勻的制品。,178,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；,179,③增強(qiáng)材料和基體在冷卻后，由于不同的熱膨脹系數(shù)會引起收縮產(chǎn)生裂紋?！　∫虼?，為了避免這種情況，要盡量選用

66、熱膨脹系數(shù)相近的增強(qiáng)材料和基體。,,180,2)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?！　∮捎谒怯蒐anxide公司發(fā)明的，所以又稱為Lanxide法。,181,直接氧化法的生產(chǎn)工藝　?、賹⒃鰪?qiáng)纖維或纖維預(yù)成型件置于熔融金屬上面，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。,182,②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

67、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。,183,Al + ½ N2,,,以金屬鋁為例，在空氣或氮?dú)鈿夥罩校饕l(fā)生下列反應(yīng)：,2Al2O3,AlN,4Al + 3O2,184,一般在這種陶瓷基復(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％。可以用來這種方法制造高溫?zé)崮芰拷粨Q器的管道等部件，具有較好

68、的機(jī)械性能(強(qiáng)度、韌性等)。,185,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?！　、谶@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。,186,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,187,① CVD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