復(fù)合材料成型工藝

1、1 2聚合物基復(fù)合材料的性能聚合物基復(fù)合材料的性能在在與與體系確定后體系確定后，主要決定于，主要決定于。主要包括以下兩個方面：主要包括以下兩個方面：3一是一是，即將，即將按產(chǎn)品的要求，按產(chǎn)品的要求，鋪置鋪置成一定的形狀成一定的形狀，一般就是產(chǎn)品的形狀，一般就是產(chǎn)品的形狀;二是二是，即把已，即把已鋪置成一定形狀的鋪置成一定形狀的，在，在溫度、時間和壓力等因素影響下溫度、時間和壓力等因素影響下使使下來，并能達(dá)到預(yù)期的性能要求。下來，并能達(dá)到預(yù)期的性能要求。456手糊成型工藝是復(fù)合材料手糊成型工藝是復(fù)合材料一一種成型方法，也是一種種成型方法，也是一種的方法，的方法，其具體工藝過程如下：其具體工藝過程

2、如下：7首先，在模具上涂刷首先，在模具上涂刷，再在其上鋪貼一層，再在其上鋪貼一層按要求剪裁好的按要求剪裁好的，用刷子、壓輥或刮刀壓擠織物用刷子、壓輥或刮刀壓擠織物，使其，使其并排除氣泡后，再并排除氣泡后，再涂刷樹脂混合物涂刷樹脂混合物和和鋪鋪貼第二層纖維織物貼第二層纖維織物，反復(fù)上述過程直至達(dá)到所，反復(fù)上述過程直至達(dá)到所需厚度為止。需厚度為止。 8然后，然后，在一定壓力作用下在一定壓力作用下（）或者利用）或者利用樹脂體系固化時樹脂體系固化時放出的熱量放出的熱量固化成型（固化成型（），最后），最后得到復(fù)合材料制品。其工藝流程如下得到復(fù)合材料制品。其工藝流程如下圖所示：圖所示：910為了得到為了得

3、到良好的脫模效果良好的脫模效果和和理想理想的制品的制品，同時使用幾種脫模劑，可以，同時使用幾種脫模劑，可以發(fā)揮發(fā)揮。11不受產(chǎn)品尺寸和形狀限制，適宜不受產(chǎn)品尺寸和形狀限制，適宜、產(chǎn)品的生產(chǎn)；產(chǎn)品的生產(chǎn)；、設(shè)備、設(shè)備。12 ；易于滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，可以易于滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，可以在在產(chǎn)品不同部位產(chǎn)品不同部位制品制品，。13 低，低，大，大，差。差。 不易控制，不易控制，不高。不高。 產(chǎn)品產(chǎn)品較低。較低。14是一種古老的技術(shù)，早在是一種古老的技術(shù)，早在20世世紀(jì)初就出現(xiàn)了紀(jì)初就出現(xiàn)了酚醛塑料酚醛塑料模壓成型。模壓成型。模壓成型是一種對模壓成型是一種對和和都適用的都適用的纖維復(fù)合材料纖維復(fù)合材料成型方

4、法。成型方法。15將定量的將定量的與與放入敞開的放入敞開的金屬對模金屬對模中，閉模后中，閉模后使其使其，并并在壓力作用下在壓力作用下充滿模腔，形成與模腔相同形狀的充滿模腔，形成與模腔相同形狀的模制品；模制品；使樹脂使樹脂進(jìn)一步發(fā)生進(jìn)一步發(fā)生而固而固化化，或者，或者冷卻使冷卻使，脫模后得到，脫模后得到。1617模壓成型工藝有模壓成型工藝有，多數(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品可，多數(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品可，無需二次加工，無需二次加工，制品外觀及尺寸的制品外觀及尺寸的，容易實(shí)現(xiàn)容易實(shí)現(xiàn)等。等。18，壓機(jī)及模具，壓機(jī)及模具，制品尺寸受設(shè)備限制，一般只制品尺寸受設(shè)備限制，一般只的中、小型制品。的中、小型制品。19已成為已成為

5、復(fù)合材料的重要復(fù)合材料的重要成型方法成型方法，在，在各種成型工藝中各種成型工藝中所占比例僅所占比例僅次于次于和和，居第三位。，居第三位。近年來隨著近年來隨著專業(yè)化專業(yè)化、自動化自動化和和生產(chǎn)效生產(chǎn)效率的提高率的提高，制品成本制品成本不斷降低，使用范圍不斷降低，使用范圍越來越廣泛。越來越廣泛。20主要用作主要用作結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)件、連接件連接件、防護(hù)件防護(hù)件和和電氣絕緣電氣絕緣等，廣泛應(yīng)用于等，廣泛應(yīng)用于工業(yè)工業(yè)、農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)交通運(yùn)輸輸、電氣電氣、化工化工、建筑建筑、機(jī)械機(jī)械等領(lǐng)域。等領(lǐng)域。由于模壓制品由于模壓制品，在，在兵器兵器、飛機(jī)飛機(jī)、導(dǎo)導(dǎo)彈彈、衛(wèi)星衛(wèi)星上也都得到應(yīng)用。上也都得到應(yīng)用。21，

6、是把一定層數(shù)的，是把一定層數(shù)的(紙紙)疊在一起，送入疊在一起，送入，在一定的溫度和壓在一定的溫度和壓力下力下的工藝。的工藝。屬于屬于干法壓力成型范疇干法壓力成型范疇，是復(fù)，是復(fù)合材料的一種主要成型工藝。合材料的一種主要成型工藝。22生產(chǎn)的制品生產(chǎn)的制品包括各種包括各種、等。等。復(fù)合材料復(fù)合材料如下如下2324是制品是制品表面光潔表面光潔、質(zhì)量較好質(zhì)量較好且且穩(wěn)定穩(wěn)定以及以及生產(chǎn)效率較高生產(chǎn)效率較高。是只能生產(chǎn)是只能生產(chǎn)板材板材，且且產(chǎn)品的尺寸大小受設(shè)備的限制產(chǎn)品的尺寸大小受設(shè)備的限制。25將分別將分別混有促進(jìn)劑和引發(fā)劑的混有促進(jìn)劑和引發(fā)劑的從噴槍兩側(cè)（或從噴槍兩側(cè)（或在噴槍內(nèi)混合在噴槍內(nèi)混合）

7、噴）噴出，同時將出，同時將用切割機(jī)切用切割機(jī)切斷斷并并由噴槍中心由噴槍中心噴出，與樹脂一起噴出，與樹脂一起。26當(dāng)當(dāng)與與混合沉積到一定厚度時，混合沉積到一定厚度時，、，最后，最后。其具體工藝流程圖如下：其具體工藝流程圖如下：2728對所用原材料對所用原材料有一定要求有一定要求，例如，例如樹脂體系的樹脂體系的，、和和以及以及等。等。最常用的樹脂最常用的樹脂是是在室溫或稍高溫度下在室溫或稍高溫度下即可即可固化的固化的等。等。29噴射法使用的模具與手糊法類似，噴射法使用的模具與手糊法類似，而而可提高數(shù)倍，可提高數(shù)倍，降低，降低，能夠能夠。30用用方法雖然可以制成方法雖然可以制成，但其，但其都較都較難

8、精確控制，樹脂含量一般在難精確控制，樹脂含量一般在60%以上，以上，較高，較高，施工現(xiàn)場施工現(xiàn)場污染污染和和浪費(fèi)較大浪費(fèi)較大。31利用利用可以制作可以制作大蓬車車身大蓬車車身、船體船體、廣告模型廣告模型、舞臺道具舞臺道具、貯藏箱貯藏箱、建筑構(gòu)件建筑構(gòu)件、機(jī)器外罩機(jī)器外罩、容器容器、安全帽安全帽等。等。32將將的的連續(xù)纖維或布帶連續(xù)纖維或布帶，按照一，按照一定規(guī)律定規(guī)律上，然后上，然后成為成為的工藝過程，稱為的工藝過程，稱為。纏繞纏繞如下圖所示：如下圖所示：33纏繞工藝流程圖纏繞工藝流程圖34利用利用制作復(fù)合材料制品時，制作復(fù)合材料制品時，有兩種不同的方式可供選擇：有兩種不同的方式可供選擇：一是

9、將一是將浸樹脂后，再纏繞在芯浸樹脂后，再纏繞在芯模上；模上；二是先將二是先將纏好后，再浸漬樹脂。纏好后，再浸漬樹脂。目前普遍采用前者。目前普遍采用前者。35類似一部機(jī)床，纖維類似一部機(jī)床，纖維通過樹脂槽通過樹脂槽后，后，除去纖維中多余的樹脂除去纖維中多余的樹脂。為改善為改善和避免和避免，可預(yù)先，可預(yù)先在纖維表面在纖維表面徐覆一層徐覆一層，或者，或者。36纖維纖維可以通過可以通過機(jī)械傳動機(jī)械傳動或或計(jì)計(jì)算機(jī)控制算機(jī)控制。纏繞達(dá)到要求厚度后纏繞達(dá)到要求厚度后，根據(jù)所選用的，根據(jù)所選用的樹脂類樹脂類型型，在室溫或加熱箱內(nèi)在室溫或加熱箱內(nèi)、便得到復(fù)合材便得到復(fù)合材料制品。料制品。 37利用利用制造制造

10、時，時，一般要求纖維具有一般要求纖維具有和和，纖維紗的，纖維紗的以以及纏繞時及纏繞時、等。等。38另外，在纏繞的時候，所使用的另外，在纏繞的時候，所使用的應(yīng)應(yīng)有有，成型加工過成型加工過程中程中（纏繞張力纏繞張力、固化時的、固化時的熱應(yīng)力熱應(yīng)力、自重自重等），滿足制品等），滿足制品和和以以及及等。等。39常用的常用的有石膏、石蠟、金有石膏、石蠟、金屬或合金、塑料等，也可用屬或合金、塑料等，也可用，如以，如以作粘結(jié)劑制成作粘結(jié)劑制成。 40首先，纖維首先，纖維按預(yù)定要求排列的按預(yù)定要求排列的和和，通過改變，通過改變纖維排布方式、數(shù)量纖維排布方式、數(shù)量，可以實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)，因此，能，因此，能在較大程

11、度上在較大程度上發(fā)揮發(fā)揮優(yōu)異的特點(diǎn)，優(yōu)異的特點(diǎn)，41其次，用其次，用所制得所制得的成品，的成品，和和高，高，比較比較和和較高等。較高等。42大，只有大，只有大批量生產(chǎn)時大批量生產(chǎn)時才可能降低成本。才可能降低成本。43適于制作適于制作承受一定承受一定內(nèi)壓的內(nèi)壓的，如，如固體火箭發(fā)動機(jī)固體火箭發(fā)動機(jī)殼體殼體、導(dǎo)彈放熱層導(dǎo)彈放熱層和和發(fā)射筒發(fā)射筒、壓力容器壓力容器、大型貯罐大型貯罐、各種管材各種管材等。等。44近年來發(fā)展起來的近年來發(fā)展起來的，可，可以實(shí)現(xiàn)以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜橫截面形狀的復(fù)雜橫截面形狀的或斷面呈或斷面呈、以及以及容器的成型。容器的成型。45 拉擠成型工藝中，首先將拉擠成型工藝中，首先將浸漬過樹

12、脂浸漬過樹脂膠液的膠液的或或在牽引裝置在牽引裝置作用下作用下通過通過而而；46其次，其次，在模中或固化爐中在模中或固化爐中，制成具，制成具有有特定橫截面形狀特定橫截面形狀和和長度不受限制的長度不受限制的復(fù)合材復(fù)合材料，如料，如、等。等。47一般情況下，只將一般情況下，只將在成型模中在成型模中加熱到加熱到的程度的程度，是是在加熱箱中在加熱箱中完成的。完成的。48 過程中，要求過程中，要求增強(qiáng)纖維的增強(qiáng)纖維的強(qiáng)強(qiáng)度高度高、集、集、和容易被樹和容易被樹脂膠液脂膠液。常用的常用的如如玻璃纖維玻璃纖維、芳香族芳香族聚酰胺纖維聚酰胺纖維、碳纖維碳纖維以及以及金屬纖維金屬纖維等。等。49用作用作以以為為主，

13、要求樹脂的主，要求樹脂的粘度低粘度低和和適用期長適用期長等。等。大量使用的基體材料有大量使用的基體材料有和和等。等。50另外，以另外，以耐熱性較好耐熱性較好、熔體粘度較低熔體粘度較低的的為基體的為基體的也取得了也取得了很大進(jìn)展。很大進(jìn)展。其其拉擠成型的關(guān)鍵拉擠成型的關(guān)鍵在于在于。51在在中，目前常用的方法如中，目前常用的方法如和和。是使是使增強(qiáng)材料增強(qiáng)材料通過通過熔融樹脂熔融樹脂，浸漬樹脂后浸漬樹脂后在成型模中在成型模中；52中，首先按一定比例將中，首先按一定比例將熱塑性聚合物熱塑性聚合物纖維纖維與與增強(qiáng)材料增強(qiáng)材料混編織成混編織成、等幾何形等幾何形狀的織物；狀的織物；然后，利用具有然后，利用

14、具有一定幾何形狀的織物一定幾何形狀的織物通過熱通過熱模時模時并并，后后成為產(chǎn)品。成為產(chǎn)品。 53，易于實(shí)現(xiàn)自動化；，易于實(shí)現(xiàn)自動化； 制品中增強(qiáng)材料的含量一般為制品中增強(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，能夠充分發(fā)揮增強(qiáng)材料的作用，；54不需要或僅需要進(jìn)行少量加工，生不需要或僅需要進(jìn)行少量加工，生產(chǎn)過程中產(chǎn)過程中；制品的制品的，以適應(yīng)不同制品的使用要求，其長度可以適應(yīng)不同制品的使用要求，其長度可根根據(jù)需要據(jù)需要。55(1)。主要用于。主要用于上、下水裝置上、下水裝置，工，工業(yè)業(yè)廢水處理設(shè)備廢水處理設(shè)備、化工擋板化工擋板及化工、石油、造紙和及化工、石油、造紙和冶金等工廠內(nèi)的

15、冶金等工廠內(nèi)的欄桿欄桿、樓梯樓梯、平臺扶手平臺扶手等。等。(2)。主要用于主要用于高壓電纜保護(hù)管高壓電纜保護(hù)管、電電纜架纜架、絕緣梯絕緣梯、絕緣桿絕緣桿、燈柱、變壓器和電機(jī)的零、燈柱、變壓器和電機(jī)的零部件等。部件等。56(3)。主要用于。主要用于門窗結(jié)構(gòu)用門窗結(jié)構(gòu)用型材、型材、桁架、橋梁、欄桿、支架、天花板吊架等。桁架、橋梁、欄桿、支架、天花板吊架等。(4)。主要用于卡車構(gòu)架、冷藏車。主要用于卡車構(gòu)架、冷藏車箱、汽車籠板、剎車片、行李架、保險桿、船箱、汽車籠板、剎車片、行李架、保險桿、船舶甲板、電氣火車軌道護(hù)板等。舶甲板、電氣火車軌道護(hù)板等。57(5)。主要用于釣魚桿、弓箭。主要用于釣魚桿、弓

16、箭桿、滑雪板、撐桿跳桿、曲輥球輥、活動游泳池桿、滑雪板、撐桿跳桿、曲輥球輥、活動游泳池底板等。底板等。(6)。主要用于主要用于太陽能收集器太陽能收集器、支架、支架、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片和抽油桿等。和抽油桿等。(7)。如宇宙飛船。如宇宙飛船天線絕緣管天線絕緣管，飛船用飛船用電機(jī)零部件電機(jī)零部件等。等。58目前，隨著目前，隨著的不斷發(fā)展，正向的不斷發(fā)展，正向著著、熱塑性和熱固性樹脂同時使熱塑性和熱固性樹脂同時使用用的的和方向發(fā)展。和方向發(fā)展。生產(chǎn)生產(chǎn)，改進(jìn)，改進(jìn)和和都將是都將是今后的發(fā)今后的發(fā)展方向。展方向。59是是樹脂基復(fù)合材料生產(chǎn)中的樹脂基復(fù)合材料生產(chǎn)中的一一種重要成型方法，它適用于種

17、重要成型方法，它適用于，但，但以熱塑性復(fù)合材料以熱塑性復(fù)合材料應(yīng)用最廣。應(yīng)用最廣。 60是根據(jù)是根據(jù)發(fā)展起來的發(fā)展起來的一種成型方法一種成型方法。該方法是將該方法是將、送入送入注射腔內(nèi)注射腔內(nèi)，加熱熔化加熱熔化、混合均勻混合均勻，并，并以一定以一定的擠出壓力的擠出壓力，注射到溫度較低的，注射到溫度較低的中，經(jīng)中，經(jīng)過過冷卻定型冷卻定型后，開模便得到復(fù)合材料制品后，開模便得到復(fù)合材料制品。61包括包括、和和等步驟等步驟。加工加工時，一般是將時，一般是將(防止物料在進(jìn)入模具之前發(fā)生固化防止物料在進(jìn)入模具之前發(fā)生固化)與與混合均勻后注射到模具，然后再混合均勻后注射到模具，然后再使使其固化成型。其固化

18、成型。 62在加工過程中，由于在加工過程中，由于會使纖維會使纖維在樹脂基體中的分布在樹脂基體中的分布有一定的有一定的。如果制品形狀比較復(fù)雜，則容易出現(xiàn)如果制品形狀比較復(fù)雜，則容易出現(xiàn)或或，影響，影響材料的性能。材料的性能。63因此，因此，要求要求樹脂與短樹脂與短纖維的混合均勻纖維的混合均勻，混合體系有，混合體系有良好的流良好的流動性動性，而，而纖維含量不宜過高纖維含量不宜過高，一般在，一般在30-40左右。左右。64所得制品所得制品的的、，除氟樹脂外，幾乎所有的除氟樹脂外，幾乎所有的都可都可以采用這種方法成型。以采用這種方法成型。65按按在注射腔中在注射腔中分類，常用的分類，常用的有有和和兩種

19、。兩種。由于由于塑化能力較低塑化能力較低、塑化均勻塑化均勻性差性差，注射壓力損耗大注射壓力損耗大及及注射速度較慢注射速度較慢等，已很等，已很少生產(chǎn)，現(xiàn)在普遍使用的是少生產(chǎn)，現(xiàn)在普遍使用的是。66金屬基復(fù)合材料的金屬基復(fù)合材料的對復(fù)對復(fù)合材料的合材料的有很大的影響，是金屬基復(fù)有很大的影響，是金屬基復(fù)合材料的合材料的之一。之一。67 金屬基體與增強(qiáng)材料的金屬基體與增強(qiáng)材料的和和； 金屬基體金屬基體/增強(qiáng)材料增強(qiáng)材料和和在工藝過程中的形成及控制在工藝過程中的形成及控制；68 在金屬基體中的在金屬基體中的； 防止防止在制備工藝過程中在制備工藝過程中的的； 優(yōu)化優(yōu)化，提高復(fù)合材料的，提高復(fù)合材料的，降低

20、，降低。 69根據(jù)各種根據(jù)各種把把分為四大類：分為四大類：7071固態(tài)制備工藝主要為固態(tài)制備工藝主要為和和兩種方法。兩種方法。72在一定的在一定的溫度和壓力溫度和壓力下，把表面下，把表面新鮮清潔新鮮清潔的的相同或不相同相同或不相同的金屬，通過的金屬，通過而連接在一起。而連接在一起。因而，擴(kuò)散結(jié)合也成為一種制造因而，擴(kuò)散結(jié)合也成為一種制造的傳統(tǒng)工藝方法。的傳統(tǒng)工藝方法。73中，中，增強(qiáng)纖維與基體的增強(qiáng)纖維與基體的結(jié)合結(jié)合主要分為三個關(guān)鍵步驟：主要分為三個關(guān)鍵步驟：74采用采用擴(kuò)散結(jié)合方式擴(kuò)散結(jié)合方式制備金屬基復(fù)合材料，制備金屬基復(fù)合材料，要求嚴(yán)格，纖維排布、要求嚴(yán)格，纖維排布、疊合以及封裝手工操

21、作多，疊合以及封裝手工操作多，成本高成本高。但但是是連續(xù)纖維增強(qiáng)連續(xù)纖維增強(qiáng)并能并能按照鋪層要按照鋪層要求排布的求排布的惟一可行的工藝。惟一可行的工藝。75在在中，中，增強(qiáng)纖維與基體增強(qiáng)纖維與基體的的容易解決，而且容易解決，而且在熱壓時在熱壓時可通過可通過的辦法來的辦法來。因此，在金屬基復(fù)合材料的因此，在金屬基復(fù)合材料的中大中大量采用量采用。76粉末冶金既可用于粉末冶金既可用于增強(qiáng)，增強(qiáng)，又可用于又可用于、或或增強(qiáng)的增強(qiáng)的金金屬基復(fù)合材料屬基復(fù)合材料。77在粉未冶金法中，在粉未冶金法中，長纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)長纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料合材料分兩步進(jìn)行。分兩步進(jìn)行。首先是將首先是將預(yù)先設(shè)計(jì)好的一定體積

22、百分比預(yù)先設(shè)計(jì)好的一定體積百分比的的混裝于容器中，在混裝于容器中，在真空或保護(hù)氣氛真空或保護(hù)氣氛下下。然后將然后將預(yù)燒結(jié)體預(yù)燒結(jié)體進(jìn)行進(jìn)行加工。加工。78一般情況下，采用一般情況下，采用制制備的備的長纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中長纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中，纖，纖維的維的為為40% 60%，最多，最多可達(dá)可達(dá)75%。79 或或金屬熔點(diǎn)，因而金屬熔點(diǎn)，因而由高溫引起的增強(qiáng)材料與金屬基體的由高溫引起的增強(qiáng)材料與金屬基體的，減小了界面反應(yīng)對復(fù)合材料性能的不利影響。同減小了界面反應(yīng)對復(fù)合材料性能的不利影響。同時可以通過時可以通過熱等靜壓或燒結(jié)時熱等靜壓或燒結(jié)時的的、和和等工藝參數(shù)來等工藝參數(shù)來控制界面反應(yīng)控

23、制界面反應(yīng)。80 可根據(jù)性能要求，使增強(qiáng)材料（纖維、可根據(jù)性能要求，使增強(qiáng)材料（纖維、顆?；蚓ы殻┡c基體金屬粉末顆?；蚓ы殻┡c基體金屬粉末，可達(dá)可達(dá)75%，可達(dá)可達(dá)50%以上，這是液態(tài)法無法達(dá)到的。以上，這是液態(tài)法無法達(dá)到的。81 可降低可降低增強(qiáng)材料與基體增強(qiáng)材料與基體的要的要求，也降低了求，也降低了增強(qiáng)材料與基體粉未增強(qiáng)材料與基體粉未的的的要求，使的要求，使顆?；蚓ы氼w?；蚓ы氃诮饘倩鶑?fù)在金屬基復(fù)合材料的基體中。合材料的基體中。82 采用采用時，其時，其組織細(xì)化組織細(xì)化、致密致密、均勻均勻，一般不會產(chǎn)生，一般不會產(chǎn)生偏析、偏聚偏析、偏聚等等缺陷，可使缺陷，可使得到明顯得到明顯改善，從而提高

24、復(fù)合材料的性能。改善，從而提高復(fù)合材料的性能。83 制備的制備的金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料可通過傳統(tǒng)的可通過傳統(tǒng)的進(jìn)行二次加工。進(jìn)行二次加工。可以得到所需形狀的復(fù)合材料構(gòu)件的可以得到所需形狀的復(fù)合材料構(gòu)件的。84 工藝過程比較工藝過程比較； 金屬基體必須制成粉末，增如了工金屬基體必須制成粉末，增如了工藝的藝的和和； 在制備鋁基復(fù)合材料時，還要防止在制備鋁基復(fù)合材料時，還要防止鋁粉引起的鋁粉引起的。 85液態(tài)法亦稱為液態(tài)法亦稱為，其中包括，其中包括、以及以及和和等。等。86液態(tài)法是目前制備液態(tài)法是目前制備、和和增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的主要工藝方法主要工藝方法。液態(tài)法液態(tài)法主要特

25、點(diǎn)主要特點(diǎn)是金屬基體是金屬基體在制備復(fù)合在制備復(fù)合材料時材料時均處于液態(tài)。均處于液態(tài)。87與固態(tài)法相比，液態(tài)法的與固態(tài)法相比，液態(tài)法的，與傳統(tǒng)金屬材料的成型工，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，藝，如鑄造、壓鑄等方法非常相似，因此液態(tài)法得到較快的發(fā)展。，因此液態(tài)法得到較快的發(fā)展。88壓鑄成型是指壓鑄成型是指在壓力作用下在壓力作用下將液態(tài)或半將液態(tài)或半液態(tài)金屬基復(fù)合材料或金屬液態(tài)金屬基復(fù)合材料或金屬以一定速度以一定速度充填充填或或中，中，在在壓力下壓力下快速快速凝固成型凝固成型而制備金屬基復(fù)合材料而制備金屬基復(fù)合材料的工藝方法。的工藝方法。89首先將首先將包含有增強(qiáng)材料的金屬

26、熔體包含有增強(qiáng)材料的金屬熔體倒入倒入后，迅速加壓，壓力約為后，迅速加壓，壓力約為70100MPa，使，使液態(tài)金屬基復(fù)合材料液態(tài)金屬基復(fù)合材料在壓力下凝固。在壓力下凝固。待復(fù)合材料待復(fù)合材料頂出，即制得所需形頂出，即制得所需形狀及尺寸的金屬基復(fù)合材料的狀及尺寸的金屬基復(fù)合材料的。90壓鑄工藝中，影響壓鑄工藝中，影響金屬基復(fù)合材料性金屬基復(fù)合材料性能的能的主要有四個：主要有四個：、 、 。91在采用在采用預(yù)制增強(qiáng)材料塊預(yù)制增強(qiáng)材料塊時，為了獲得時，為了獲得的復(fù)合材料，一般的復(fù)合材料，一般不低于不低于50MPa，以以使預(yù)制件不變形使預(yù)制件不變形為宜，為宜，一般為一般為13cm/s。92對于對于，熔融

27、金屬溫度一般，熔融金屬溫度一般為為700800，一般可一般可控制在控制在500800，并可相互補(bǔ)償，如前者高，并可相互補(bǔ)償，如前者高些，后者可以低些，反之亦然。些，后者可以低些，反之亦然。93采用采用生產(chǎn)的生產(chǎn)的鋁基復(fù)合材料鋁基復(fù)合材料的零的零部件，其部件，其、，可以獲得比，可以獲得比一般一般性能優(yōu)良的壓鑄件。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，與其他金屬基復(fù)合材料制備方法相比，壓鑄工藝壓鑄工藝，材料的，材料的，易于，易于生產(chǎn)。生產(chǎn)。94半固態(tài)復(fù)合鑄造主要是針對半固態(tài)復(fù)合鑄造主要是針對而提而提出的改進(jìn)工藝。出的改進(jìn)工藝。這種方法是將顆粒加入處于半固態(tài)的金屬基體這種方法是將顆粒加

28、入處于半固態(tài)的金屬基體中，通過攪拌使顆粒中，通過攪拌使顆粒在金屬基體中在金屬基體中均勻分布，并取均勻分布，并取得良好的界面結(jié)合，然后得良好的界面結(jié)合，然后或?qū)牍虘B(tài)復(fù)合或?qū)牍虘B(tài)復(fù)合材料材料注入模具中注入模具中進(jìn)行進(jìn)行。95通常采用通常采用時，常常時，常常會由于會由于強(qiáng)烈攪拌強(qiáng)烈攪拌將將氣體或表面金屬氧化物卷入金屬氣體或表面金屬氧化物卷入金屬熔體中熔體中；同時同時當(dāng)顆粒與金屬基體當(dāng)顆粒與金屬基體時，顆粒難以時，顆粒難以與金屬基體復(fù)合，而且顆粒與金屬基體復(fù)合，而且顆粒在金屬基體中在金屬基體中由于比重由于比重關(guān)系而難以得到均勻分布，影響復(fù)合材料性能。關(guān)系而難以得到均勻分布，影響復(fù)合材料性能。96是

29、將是將金屬熔體的溫度金屬熔體的溫度控制在控制在之間，通過攪拌使部分之間，通過攪拌使部分破碎成破碎成固相顆粒固相顆粒，熔體中的固相顆粒，熔體中的固相顆粒是一種是一種，可以防止，可以防止半固態(tài)熔體半固態(tài)熔體粘度的增加粘度的增加。97當(dāng)加入當(dāng)加入預(yù)熱后的預(yù)熱后的時，因熔體時，因熔體中含有一定量的中含有一定量的，在攪拌中，在攪拌中而滯留在半而滯留在半固態(tài)金屬熔體固態(tài)金屬熔體中，增中，增強(qiáng)顆粒不會強(qiáng)顆粒不會而得到一定的分散。而得到一定的分散。同時強(qiáng)烈的同時強(qiáng)烈的也使也使增強(qiáng)顆粒與增強(qiáng)顆粒與金屬熔體金屬熔體直接接觸，直接接觸，。98 金屬基體金屬基體應(yīng)使熔體達(dá)到應(yīng)使熔體達(dá)到30%50%固態(tài)；固態(tài)； 應(yīng)應(yīng)不

30、產(chǎn)生湍流不產(chǎn)生湍流以防止空以防止空氣裹入，并使熔體中氣裹入，并使熔體中形成固態(tài)顆形成固態(tài)顆粒，降低熔體的粘度，從而有利于增強(qiáng)顆粒，降低熔體的粘度，從而有利于增強(qiáng)顆粒的加入。粒的加入。99由于澆注時由于澆注時金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料是是，直接澆注成型直接澆注成型或或壓鑄成型壓鑄成型所得所得的鑄件幾乎的鑄件幾乎，。100主要應(yīng)用于主要應(yīng)用于金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料，因短纖維、晶須在加入，因短纖維、晶須在加入時容易時容易結(jié)團(tuán)或纏結(jié)結(jié)團(tuán)或纏結(jié)在一起，雖經(jīng)攪拌也不在一起，雖經(jīng)攪拌也不易分散均勻，因而不易采用此法來制備易分散均勻，因而不易采用此法來制備金屬基復(fù)合材料。金屬基復(fù)合材料。101如下：如

31、下：是將是將增強(qiáng)材料增強(qiáng)材料制成制成，置于氧化，置于氧化鋁容器內(nèi)。鋁容器內(nèi)。再將再將基體金屬坯料基體金屬坯料置于可滲透的置于可滲透的上部。上部。102氧化鋁容器氧化鋁容器、預(yù)制體預(yù)制體和和基體金屬基體金屬坯料坯料均裝入均裝入可通入流動氮?dú)饪赏ㄈ肓鲃拥獨(dú)獾牡闹?。中。通過加熱，通過加熱，并自，并自發(fā)滲透進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)狀發(fā)滲透進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)狀中。中。103能較明顯能較明顯金屬基復(fù)金屬基復(fù)合材料的制造合材料的制造，但復(fù)合材料的，但復(fù)合材料的，而其，而其顯著高于基體金屬。顯著高于基體金屬。 104例如以例如以5560%Al2O3或或SiC預(yù)制成預(yù)制成零件零件的形狀的形狀，放入同樣形狀的，放入同樣形狀的，將含有將含有

32、3%10%Mg的的（基體）（基體）放置在放置在上，在流動的氮?dú)馍?，在流動的氮?dú)鈿夥障?，加熱至氣氛下，加熱?001000，鋁合金熔化鋁合金熔化并自發(fā)滲入預(yù)制體內(nèi)并自發(fā)滲入預(yù)制體內(nèi)。105由于由于發(fā)生反應(yīng)，在金屬發(fā)生反應(yīng)，在金屬基復(fù)合材料的顯微組織中還有基復(fù)合材料的顯微組織中還有AlN。控制控制、以及以及，可以控制可以控制AIN的生成量的生成量。106AIN在在中起到提高復(fù)合中起到提高復(fù)合材料材料，降低，降低的作用。的作用。采用這種方法制備的采用這種方法制備的是是鋁合金基體鋁合金基體的兩倍，而的兩倍，而SiC/Al的剛度也的剛度也達(dá)到鋼的水平，但強(qiáng)度水平較低。達(dá)到鋼的水平，但強(qiáng)度水平較低。107

33、首先，將首先，將在坩堝中熔化后，在坩堝中熔化后，在在壓力作用下壓力作用下通過噴咀送入通過噴咀送入霧化器霧化器，在，在高速高速惰性氣體射流惰性氣體射流的作用下，的作用下，形成所謂，形成所謂“” ；108然后，通過一個或多個然后，通過一個或多個向向“霧化霧化錐錐”噴射噴射入入，使之與，使之與一齊一齊在基板（收集器）上沉積在基板（收集器）上沉積，并快速，并快速凝固形成凝固形成顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，如下，如下圖所示。圖所示。109霧化金屬液滴與顆粒共沉積示意圖霧化金屬液滴與顆粒共沉積示意圖110 該該，噴射，噴射，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。 ，直接沉積的復(fù)合

34、材料密度，直接沉積的復(fù)合材料密度一般可達(dá)到理論的一般可達(dá)到理論的95%98%；111屬屬，冷速可達(dá)，冷速可達(dá)103 106 K/s，故金屬，故金屬，消除，消除了了，同時增強(qiáng)材，同時增強(qiáng)材料與金屬液滴接觸時間短，料與金屬液滴接觸時間短，；112 具有具有和和。該工藝。該工藝適于適于多種金屬材料基體多種金屬材料基體，如高、低合金鋼、，如高、低合金鋼、鋁及鋁合金、高溫合金等。同時可鋁及鋁合金、高溫合金等。同時可設(shè)計(jì)霧設(shè)計(jì)霧化器和收集器的形狀化器和收集器的形狀和一定的機(jī)械運(yùn)動，和一定的機(jī)械運(yùn)動，以直接形成以直接形成、和和等接近等接近的復(fù)合材料的坯料；的復(fù)合材料的坯料；113在復(fù)合材料制造過程中，在復(fù)合

35、材料制造過程中，在基體中在基體中稱作原位自稱作原位自生成法。生成法。114在在金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料制備過程中，往往制備過程中，往往會遇到兩個問題：會遇到兩個問題：一是增強(qiáng)材料與金屬基體之間的一是增強(qiáng)材料與金屬基體之間的（即潤濕性）問題，（即潤濕性）問題，二是無論固態(tài)法還是液態(tài)法，增強(qiáng)材二是無論固態(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料與金屬基體之間的界面都存在。115其中，其中，增強(qiáng)材料與金屬基體增強(qiáng)材料與金屬基體之間的之間的往往往影響金屬基復(fù)合材料往影響金屬基復(fù)合材料在高溫制備和高溫應(yīng)用中在高溫制備和高溫應(yīng)用中的的和和。如果如果（纖維、顆粒或晶須）能（纖維、顆粒或晶須）能

36、從金從金屬基體中屬基體中（即原位）（即原位），則上述兩個問題，則上述兩個問題就可以得到較好的解決。就可以得到較好的解決。116以以制造的金屬基復(fù)合材料中，基制造的金屬基復(fù)合材料中，基體與增強(qiáng)材料間的體與增強(qiáng)材料間的，。特別當(dāng)特別當(dāng)增強(qiáng)材料與基體之間增強(qiáng)材料與基體之間有有或或關(guān)關(guān)系時，能非常系時，能非常有效地傳遞應(yīng)力有效地傳遞應(yīng)力；而且，；而且，界面上不生界面上不生成有害的反應(yīng)產(chǎn)物成有害的反應(yīng)產(chǎn)物，因此這種復(fù)合材料有較優(yōu)異的，因此這種復(fù)合材料有較優(yōu)異的力學(xué)性能。力學(xué)性能。117有三種方法有三種方法1) 共晶合金共晶合金定向凝固法定向凝固法2) 直接直接金屬氧化法金屬氧化法（DIMOXTM）3)

37、反應(yīng)反應(yīng)自生成法自生成法（XDTM）118增強(qiáng)材料增強(qiáng)材料從基體中從基體中凝固析出，凝固析出，通過控制通過控制冷凝方向冷凝方向，在基體中生長出，在基體中生長出排列整排列整齊的齊的類似纖維的類似纖維的條狀或片層狀條狀或片層狀。以這種方式生產(chǎn)的以這種方式生產(chǎn)的、定向凝固定向凝固共晶復(fù)合材料共晶復(fù)合材料已得到應(yīng)用。已得到應(yīng)用。119復(fù)合材料的復(fù)合材料的必必須滿足三個條件：須滿足三個條件： 有有（GL）的加熱方式；）的加熱方式； 滿足滿足； 兩相的兩相的要要協(xié)調(diào)進(jìn)行協(xié)調(diào)進(jìn)行。120LELLDCCmRG)(0二元共晶材料的二元共晶材料的是：是：其中，其中， C0為合金成份；為合金成份；GL為液相溫度梯度

38、；為液相溫度梯度；R為凝固速度；為凝固速度；mL為液相線斜率；為液相線斜率；CE為共晶成份；為共晶成份；DL為溶質(zhì)在液相中的擴(kuò)散系數(shù)。為溶質(zhì)在液相中的擴(kuò)散系數(shù)。121復(fù)合材料的組織復(fù)合材料的組織是是還是還是（纖維狀）取決于共晶中（纖維狀）取決于共晶中Xf。在二元共晶中，當(dāng)在二元共晶中，當(dāng)Xf 32 %時為層片狀。時為層片狀。122共晶復(fù)合材料共晶復(fù)合材料主要應(yīng)用于主要應(yīng)用于航航空透平機(jī)葉片空透平機(jī)葉片，有，有三元共晶合金三元共晶合金Al-Ni-Nb，它所形成的它所形成的和和相為相為Ni3Al和和Ni3Nb；單變度共晶合金單變度共晶合金C-Co-Cr，所形成的，所形成的和和相分別為相分別為(Co

39、,Cr)和和(Cr,Co)7C3。123DIMOXTM是一種可以制備是一種可以制備金屬基復(fù)合金屬基復(fù)合材料材料和和陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料的的。DIMOXTM法根據(jù)是否有法根據(jù)是否有又可又可分為分為和和，兩者原理，兩者原理相同。相同。124的特點(diǎn)的特點(diǎn)制備制備金屬基復(fù)合材料的金屬基復(fù)合材料的沒有填沒有填充物（增強(qiáng)材料預(yù)成型體）和增強(qiáng)相充物（增強(qiáng)材料預(yù)成型體）和增強(qiáng)相，只是，只是通過通過來獲取復(fù)合材料。來獲取復(fù)合材料。125在在中，例如需制備中，例如需制備Al2O3/Al，則可通過則可通過來獲取來獲取Al2O3增強(qiáng)相。增強(qiáng)相。通常通常鋁合金鋁合金表面迅速氧化，形成一種表面迅速氧化，形成一種內(nèi)

40、聚、結(jié)合緊密的內(nèi)聚、結(jié)合緊密的，這層氧化鋁，這層氧化鋁膜使得氧無法進(jìn)一步滲透，從而阻止了膜膜使得氧無法進(jìn)一步滲透，從而阻止了膜下的鋁進(jìn)一步氧化。下的鋁進(jìn)一步氧化。126但是在但是在DIMOXTM工藝中，工藝中，上上升到升到9001300，遠(yuǎn)超過鋁的熔點(diǎn)，遠(yuǎn)超過鋁的熔點(diǎn)660。通過進(jìn)一步加入通過進(jìn)一步加入Si和和Mg，使熔化金屬，使熔化金屬通過顯微通道通過顯微通道，并順序氧化，即鋁被氧化，并順序氧化，即鋁被氧化，但但未被堵塞。未被堵塞。127利用利用工藝，可以工藝，可以來控制來控制Al2O3的量。的量。如果這一工藝過程在如果這一工藝過程在停止的話，則所制備的復(fù)合材料就是停止的話，則所制備的復(fù)合材

41、料就是致密互連的致密互連的Al2O3陶瓷基復(fù)合材料，其中陶瓷基復(fù)合材料，其中含有含有5% 30%的的Al。128除了可以除了可以外，還可以外，還可以。通過通過DIMOXTM工藝還可以獲得工藝還可以獲得AlN/Al，ZrN/Al和和TiN/Ti等等金屬基或陶瓷基金屬基或陶瓷基復(fù)合材料。復(fù)合材料。129當(dāng)當(dāng)DIMOXTM工藝采用工藝采用時，由于時，由于增強(qiáng)材料預(yù)成型體增強(qiáng)材料預(yù)成型體是透氣的，金屬是透氣的，金屬基體可以通過基體可以通過順序氧（氮）化順序氧（氮）化形成基體。形成基體。130這種方法是在近這種方法是在近20年中發(fā)展起來的技年中發(fā)展起來的技術(shù)，主要用于制造術(shù)，主要用于制造復(fù)合材料。復(fù)合材

42、料。131在反應(yīng)自生成法中，在反應(yīng)自生成法中，是由是由加入加入基體中的基體中的或者或者合金熔合金熔體中的體中的與與生成的。生成的。132在在XDTM工藝中，可以根據(jù)工藝中，可以根據(jù)所選擇的所選擇的原位生成的原位生成的，選擇，選擇基基體和增強(qiáng)相生成所需的體和增強(qiáng)相生成所需的，如一定粒，如一定粒度的金屬粉末，硼或碳粉，按一定比例度的金屬粉末，硼或碳粉，按一定比例（反應(yīng)要求）混合。（反應(yīng)要求）混合。133XDTM工藝原理示意圖工藝原理示意圖134當(dāng)這種混合物制成當(dāng)這種混合物制成，加熱到，加熱到金金屬熔點(diǎn)以上屬熔點(diǎn)以上或者或者自蔓延的反應(yīng)發(fā)生的溫度自蔓延的反應(yīng)發(fā)生的溫度時，時，用，用以生成以生成在基體

43、中彌漫的在基體中彌漫的、晶晶須須和和等增強(qiáng)相。等增強(qiáng)相。135XDTM工藝的工藝的是可以生成一是可以生成一種種，它屬于專利技術(shù)。，它屬于專利技術(shù)。例如，一定粒度的鋁粉、鈦粉和硼粉例如，一定粒度的鋁粉、鈦粉和硼粉以一定比例以一定比例，加熱后反應(yīng)生成，加熱后反應(yīng)生成TiB2，進(jìn)而形成，進(jìn)而形成TiB2增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料。增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料。 Al + Ti + B TiB2 + Al 136XDTM法不僅可以用法不僅可以用生成復(fù)合生成復(fù)合材料，也可以材料，也可以在熔融的合金中在熔融的合金中導(dǎo)入導(dǎo)入而生成復(fù)合材料。而生成復(fù)合材料。如在熔融的如在熔融的Al-Ti合金中導(dǎo)入合金中導(dǎo)入，反應(yīng)生成反應(yīng)生成T

44、iC，進(jìn)而形成，進(jìn)而形成TiC增強(qiáng)鋁基復(fù)合增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。材料。Al + Ti + C TiC + Al137 增強(qiáng)相是增強(qiáng)相是，具有，具有熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性； 增強(qiáng)相的增強(qiáng)相的類型、形態(tài)類型、形態(tài)可以可以； 各種各種均可作為基均可作為基體；體； 復(fù)合材料可以采用復(fù)合材料可以采用傳統(tǒng)金屬加工方法傳統(tǒng)金屬加工方法。138XDTM材料包括材料包括Al、Ti、Fe、Cu、Pb和和Ni基復(fù)合材料，還可以是基復(fù)合材料，還可以是TiAl、Ti3Al和和NiAl等等復(fù)合材料。復(fù)合材料。其中，其中，包括包括硼化物硼化物、氮化物氮化物和和碳碳化物化物等，其等，其可以是可以是顆粒顆粒、片晶片晶和和桿狀桿狀，還可以

45、還可以。139的制造分為兩個步驟：的制造分為兩個步驟：第一步是將第一步是將摻入摻入未固結(jié)未固結(jié)(或粉或粉末狀末狀)的的中，排列整齊或混合均勾；中，排列整齊或混合均勾；第二步是運(yùn)用第二步是運(yùn)用各種加工條件各種加工條件在盡量在盡量和和的前提下，制成復(fù)合的前提下，制成復(fù)合材料制品。材料制品。 140根據(jù)根據(jù)的制造步驟，在的制造步驟，在加工制備復(fù)合材料加工制備復(fù)合材料時，應(yīng)時，應(yīng)根據(jù)使用要求根據(jù)使用要求，相應(yīng)地增強(qiáng)相應(yīng)地增強(qiáng)，針對，針對不同不同的增強(qiáng)材料的增強(qiáng)材料(纖維、晶須、顆粒纖維、晶須、顆粒)，選擇，選擇相相應(yīng)的加工條件應(yīng)的加工條件等因素。等因素。141選擇哪種選擇哪種，除了，除了根根據(jù)使用要求

46、據(jù)使用要求，如，如、等，兩種材料間一些等，兩種材料間一些也直接也直接影響復(fù)合材料的性能影響復(fù)合材料的性能。142通常要考慮的通常要考慮的如下：如下：熔點(diǎn)熔點(diǎn)、揮發(fā)度揮發(fā)度、密度密度、彈性彈性模量模量、熱膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù)、蠕變性能蠕變性能、強(qiáng)度強(qiáng)度、斷裂斷裂韌性韌性等。等。143纖維和基體纖維和基體的的：化學(xué)相容性化學(xué)相容性、熱性能相容性熱性能相容性(主要是高主要是高溫狀態(tài)溫狀態(tài))、同環(huán)境的相容性同環(huán)境的相容性(包括內(nèi)部和外部，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)而外部環(huán)境的相容主要包括氧化和蒸發(fā))。 144針對針對不同的增強(qiáng)材料不同的增強(qiáng)材料，已經(jīng)開發(fā)了，已經(jīng)開發(fā)了。例如，對于

47、以例如，對于以陶瓷基陶瓷基復(fù)合材料的加工復(fù)合材料的加工通常采用下面三種方法：通常采用下面三種方法：首先采用首先采用工藝，然后再工藝，然后再；145將將編織制成編織制成，再進(jìn)行再進(jìn)行(CVD)，(CVI)，(Lanxide)； 利用利用的的制成制成陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料。146對于對于陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料，主要采用主要采用，包括，包括、或或。147此外，一些此外，一些新開發(fā)的工藝新開發(fā)的工藝如如、等也可用于等也可用于陶瓷基復(fù)合材料的制備陶瓷基復(fù)合材料的制備。148陶瓷基復(fù)合材料的制備方法陶瓷基復(fù)合材料的制備方法：將將在液體介質(zhì)中在液體介質(zhì)中經(jīng)經(jīng)機(jī)械或超聲分散機(jī)械或超聲分散，再與再與

48、均勻混合均勻混合，制成，制成一定形狀一定形狀的坯件的坯件，烘干后，烘干后燒結(jié)。燒結(jié)。149制備制備陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料時，為了時，為了克服克服在燒結(jié)過程中的在燒結(jié)過程中的，坯件制，坯件制造采用造采用或或成型上藝。成型上藝。此外，此外，工藝、工藝、等工藝也適合于等工藝也適合于制備制備陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料。150151152傳統(tǒng)的陶瓷生產(chǎn)工藝，是將傳統(tǒng)的陶瓷生產(chǎn)工藝，是將，然后，然后。153借鑒借鑒中的中的、等等成型工藝成型工藝，為了快速生產(chǎn)的需要，為了快速生產(chǎn)的需要，可以可以在一定的條件下在一定的條件下將將和和混合后，混合后，壓制成型壓制成型，除去有機(jī)黏結(jié)劑，除去有機(jī)黏結(jié)劑，然后

49、然后成制品。成制品。154在在法的生產(chǎn)過程中，通常法的生產(chǎn)過程中，通常會遇到會遇到燒結(jié)過程中燒結(jié)過程中，同時，同時最終產(chǎn)最終產(chǎn)品中品中有有的問題。的問題。155在用在用增強(qiáng)增強(qiáng)陶瓷基材料陶瓷基材料進(jìn)進(jìn)行燒結(jié)時，除了會遇到行燒結(jié)時，除了會遇到的問的問題外，還會使題外，還會使在燒結(jié)和冷卻時在燒結(jié)和冷卻時產(chǎn)生產(chǎn)生或或。這主要是由。這主要是由決定的。決定的。156例如例如主要有：主要有：具有較高的具有較高的；增強(qiáng)材料和基體不同的增強(qiáng)材料和基體不同的；增強(qiáng)材料在基體中增強(qiáng)材料在基體中的不同等。的不同等。157熱壓是目前制備熱壓是目前制備(CMCs)最常用的方法，一般把它稱為最常用的方法，一般把它稱為。主

50、要用在主要用在和和復(fù)合材料中。復(fù)合材料中。158主要包括以下兩個步驟：主要包括以下兩個步驟：滲入滲入沒有固化的基體沒有固化的基體中；中；固化的復(fù)合材料固化的復(fù)合材料被被。 159160161此此主要包括以下主要包括以下：纖維首先通過漿料池纖維首先通過漿料池；浸漬的絲被卷到一個轉(zhuǎn)筒上浸漬的絲被卷到一個轉(zhuǎn)筒上；干燥后被切割并依照一定的要求干燥后被切割并依照一定的要求層狀排列層狀排列；固化并加熱成型固化并加熱成型。162其中，漿料池中的其中，漿料池中的由由、和和組成；另外，再加入一組成；另外，再加入一些些，有助于提高，有助于提高纖維在漿料中的浸纖維在漿料中的浸潤性潤性。163下圖顯示了在熱壓下圖顯示

51、了在熱壓氧化鋁纖氧化鋁纖維增強(qiáng)玻璃陶瓷基復(fù)合材料維增強(qiáng)玻璃陶瓷基復(fù)合材料時，時，隨隨的變化曲線。的變化曲線。164溫度溫度壓力壓力熱壓各向同性氧化鋁纖維增強(qiáng)玻璃陶瓷基復(fù)合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、壓力隨時間的變化曲線材料時溫度、壓力隨時間的變化曲線165 非常適合非常適合，因?yàn)樗?，因?yàn)樗牡陀谶@些低于這些晶體基體材料晶體基體材料的熔點(diǎn)。的熔點(diǎn)。但熱壓過程中，除了要考慮但熱壓過程中，除了要考慮外，還要考慮的因素包括：外，還要考慮的因素包括： 166在整個操作過程中，在整個操作過程中，避免損傷纖維表面。，避免損傷纖維表面。影響影響的能力，太的能力，太強(qiáng)的拉力會導(dǎo)致纖維破

52、壞。強(qiáng)的拉力會導(dǎo)致纖維破壞。167在加工過程中在加工過程中，要盡量，要盡量。因?yàn)椤Ｒ驗(yàn)榻Y(jié)晶陶瓷的耐火顆粒結(jié)晶陶瓷的耐火顆粒在與在與纖維纖維的機(jī)械接觸中的機(jī)械接觸中會會，也也會損傷纖維，還要避免纖維會損傷纖維，還要避免纖維在高溫中在高溫中與基與基體的反應(yīng)。體的反應(yīng)。168是一個重要方面，包括是一個重要方面，包括粉體的含量粉體的含量、粉體粒子的大小粉體粒子的大小、黏結(jié)劑的黏結(jié)劑的種類和含量種類和含量、溶劑溶劑等，它們都對最終等，它們都對最終有所影響。有所影響。169為了減少最終制品的為了減少最終制品的，在，在熱壓之前，要熱壓之前，要設(shè)法完全除去設(shè)法完全除去，使用比纖維直徑更小的，使用比纖維直徑更小

53、的顆粒狀陶瓷顆粒狀陶瓷基體基體。170非常關(guān)鍵，通常是在一個非常關(guān)鍵，通常是在一個非常非常窄的操作溫度范圍窄的操作溫度范圍，可可以減少纖維的損壞。以減少纖維的損壞。171可以制得可以制得纖維定向排列纖維定向排列、低孔隙率低孔隙率、高強(qiáng)度高強(qiáng)度的的。它可。它可以用在以用在C、Al2O3、SiC和和Al2O3.SiO2纖維增強(qiáng)纖維增強(qiáng)玻璃、玻璃陶瓷和氧化物陶瓷玻璃、玻璃陶瓷和氧化物陶瓷的制造工藝中。的制造工藝中。這種工藝的這種工藝的是要求是要求。172新的制備技術(shù)主要指新的制備技術(shù)主要指在在20世紀(jì)世紀(jì)70年代年代開始發(fā)展起來的技術(shù)。它包括開始發(fā)展起來的技術(shù)。它包括，以化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的，以化學(xué)反應(yīng)

54、為基礎(chǔ)的、，(SHS)等技術(shù)。等技術(shù)。173滲透法就是滲透法就是在在預(yù)制的增強(qiáng)材料坯件預(yù)制的增強(qiáng)材料坯件中中使使以以固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的形式固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的形式滲滲透制成復(fù)合材料。其中，比較常用的是透制成復(fù)合材料。其中，比較常用的是。174類似于類似于聚合物基復(fù)合材料聚合物基復(fù)合材料制造制造技術(shù)中，技術(shù)中，纖維布纖維布被被液相的樹脂液相的樹脂滲透后，滲透后，。二者的差別二者的差別就是所用的就是所用的，要高得多。下圖是要高得多。下圖是液相滲透工液相滲透工藝示意圖藝示意圖。175176由于由于具有具有較高的黏度較高的黏度，為，為了提高了提高對對的滲透，的滲透，通過對通過對，來提高其浸，來提高其浸漬

55、性，這種漬性，這種提高滲透提高滲透主要采用主要采用。177另外，另外，和和這兩種物理方法這兩種物理方法也可以被用來也可以被用來。以這種方法生產(chǎn)以這種方法生產(chǎn)的的是是制造工藝是一個簡單的一步生產(chǎn)制造工藝是一個簡單的一步生產(chǎn)過程過程，可以獲得一個均勻的制品可以獲得一個均勻的制品。178如果使用如果使用就可能就可能在陶在陶瓷和增強(qiáng)材料之間瓷和增強(qiáng)材料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；具有比金屬更具有比金屬更，因，因此此對增強(qiáng)材料的滲透對增強(qiáng)材料的滲透相當(dāng)困難；相當(dāng)困難；179和和在冷卻后在冷卻后，由于不，由于不同的同的會會引起收縮引起收縮產(chǎn)生產(chǎn)生。因此，為了避免這種情況，要盡量選因此，為了避免這種情況

56、，要盡量選用用增強(qiáng)材料和基體。增強(qiáng)材料和基體。180就是利用就是利用直接與直接與發(fā)生氧化反應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng)而制備而制備陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料的的工藝方法。工藝方法。由于它是由由于它是由Lanxide公司發(fā)明的，所以公司發(fā)明的，所以又稱為又稱為Lanxide法。法。181將將增強(qiáng)纖維增強(qiáng)纖維或或纖維預(yù)成型件纖維預(yù)成型件置于熔置于熔融金屬的下面，并處于融金屬的下面，并處于中，中，熔融金屬中含有熔融金屬中含有鎂、硅鎂、硅等一些添加劑。等一些添加劑。182在在不斷不斷的過程中，的過程中，與與在在不斷發(fā)生不斷發(fā)生氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)，這種反應(yīng)始終，這種反應(yīng)始終進(jìn)行，進(jìn)行，反應(yīng)生反應(yīng)生成的氧化物成的氧化物

57、沉積在沉積在，形成含有少，形成含有少量金屬、致密的陶瓷基復(fù)合材料。量金屬、致密的陶瓷基復(fù)合材料。183Al + N2以以為例，在為例，在空氣或氮?dú)饪諝饣虻獨(dú)鈿夥諝夥罩校饕l(fā)生下列反應(yīng)：中，主要發(fā)生下列反應(yīng)：2Al2O3AlN4Al + 3O2184一般在這種一般在這種陶瓷基復(fù)合材料制品陶瓷基復(fù)合材料制品中，中，未發(fā)生氧化反應(yīng)的未發(fā)生氧化反應(yīng)的約占約占 5 30?？梢杂脕磉@種方法制造可以用來這種方法制造高溫?zé)崮芰拷桓邷責(zé)崮芰拷粨Q器換器的的等部件，具有等部件，具有較好的機(jī)械性能較好的機(jī)械性能(強(qiáng)度、韌性等強(qiáng)度、韌性等)。185的的缺點(diǎn)缺點(diǎn)以這種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品中，以這種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品中，很難完全被

58、氧化或除去很難完全被氧化或除去。這種方法這種方法難于用來生產(chǎn)難于用來生產(chǎn)一些一些，比如航天工業(yè)的一些部件。，比如航天工業(yè)的一些部件。186已經(jīng)被廣泛用于已經(jīng)被廣泛用于制制造整體陶瓷件造整體陶瓷件，同樣該技術(shù)也可以用于制，同樣該技術(shù)也可以用于制造造陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料，已廣泛應(yīng)用的有，已廣泛應(yīng)用的有和和工藝。工藝。187CVD法就是利用法就是利用技術(shù)，技術(shù)，通過一些通過一些反應(yīng)性混合氣體反應(yīng)性混合氣體在高溫狀態(tài)下反在高溫狀態(tài)下反應(yīng)，應(yīng)，分解出陶瓷材料分解出陶瓷材料并并沉積沉積在各種增強(qiáng)材在各種增強(qiáng)材料上形成料上形成的方法。的方法。188將化學(xué)氣相沉積技術(shù)運(yùn)用在將化學(xué)氣相沉積技術(shù)運(yùn)用在的工

59、藝就稱的工藝就稱為為。189從這兩種工藝技術(shù)來說，從這兩種工藝技術(shù)來說，CVD法首先被法首先被開發(fā)并應(yīng)用于一些陶瓷纖維的制造和開發(fā)并應(yīng)用于一些陶瓷纖維的制造和C/C復(fù)復(fù)合材料的制備；合材料的制備；CVI方法方法在在CVD技術(shù)上發(fā)展起來技術(shù)上發(fā)展起來并被廣并被廣泛應(yīng)用于各種陶瓷基復(fù)合材料。泛應(yīng)用于各種陶瓷基復(fù)合材料。190下圖是下圖是CVI的工藝示意圖，的工藝示意圖，191192以以A12O3陶瓷基復(fù)合材料為例，反應(yīng)性混陶瓷基復(fù)合材料為例，反應(yīng)性混合氣體合氣體(AlCl3H2/CO2)在較低的沉積溫度在較低的沉積溫度(9501000)和壓力和壓力(23kPa)下發(fā)生下列反應(yīng)：下發(fā)生下列反應(yīng)：19

60、3固態(tài)的固態(tài)的Al2O3沉積在纖維表面，最后形成沉積在纖維表面，最后形成陶瓷基復(fù)合材料。陶瓷基復(fù)合材料。194與與CVD工藝相比，工藝相比，CVI工藝實(shí)際上是一工藝實(shí)際上是一種種，這樣就可以避免一般陶，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。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)到制造的產(chǎn)品，其實(shí)際密度可以達(dá)到理論密度的理論密度的9394。195 CVI工藝生產(chǎn)工藝生產(chǎn)CMC的主要優(yōu)點(diǎn)：的主要優(yōu)點(diǎn)：在高溫下有很好的機(jī)械性能；在高溫下有很好的機(jī)械性能；可以生產(chǎn)一些較大的、形狀復(fù)雜可以生產(chǎn)一些較大的、形狀復(fù)雜的產(chǎn)品；的產(chǎn)品；產(chǎn)品能較好地保持纖維和基體的產(chǎn)