第6章復(fù)合材料的制備課件

材料合成與制備李亞偉趙雷無機(jī)非金屬材料系8/3/2023/09:05:38材料合成與制備李亞偉趙雷1第6章復(fù)合材料的制備PreparationofCompositeMaterials/09:05:38第6章復(fù)合材料的制備PreparationofCom26.1復(fù)合材料的基本概念和性能

復(fù)合材料是由兩種或兩種以上單一材料構(gòu)成的，具有一些新性能的材料由兩個(gè)或兩個(gè)以上獨(dú)立的物理相，包含粘結(jié)材料（基體）和粒料、纖維或片狀材料所組成的一種固體產(chǎn)物。

玻璃纖維增強(qiáng)高分子復(fù)合材料定義CompositeMaterials/09:05:386.1復(fù)合材料的基本概念和性能復(fù)合材料是由兩種或兩種以上3行業(yè)實(shí)例飛機(jī)制造機(jī)翼，機(jī)身，起落架，垂直尾翼汽車制造車身，燈殼罩，保險(xiǎn)杠造船船殼體，甲板，桅桿化工管道，儲(chǔ)油罐，壓力容器家具椅子，桌子，梯子，臺(tái)板，住房電氣工業(yè)儀器面盤，配電盤，絕緣材料運(yùn)動(dòng)器材釣魚桿，高爾夫球桿，滑雪板，賽艇復(fù)合材料的應(yīng)用

/09:05:38行業(yè)實(shí)例飛機(jī)制造機(jī)翼，機(jī)身，起落架，垂直尾翼汽車制造車身，燈4復(fù)合材料的基本結(jié)構(gòu)模式

復(fù)合材料由基體和增強(qiáng)劑兩個(gè)組分構(gòu)成：

基體：構(gòu)成復(fù)合材料的連續(xù)相；

增強(qiáng)劑（增強(qiáng)相、增強(qiáng)體）：復(fù)合材料中獨(dú)立的形態(tài)分布在整個(gè)基體中的分散相，這種分散相的性能優(yōu)越，會(huì)使材料的性能顯著改善和增強(qiáng)。

增強(qiáng)劑（相）一般較基體硬，強(qiáng)度、模量較基體大，或具有其它特性。可以是纖維狀、顆粒狀或彌散狀。增強(qiáng)劑（相）與基體之間存在著明顯界面。/09:05:38復(fù)合材料的基本結(jié)構(gòu)模式/14:05:155復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖

a)層疊復(fù)合b)連續(xù)纖維復(fù)合c)細(xì)粒復(fù)合d)短切纖維復(fù)合/09:05:38復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖

a)層疊復(fù)合b)連續(xù)纖維復(fù)合c)6復(fù)合材料的命名復(fù)合材料可根據(jù)增強(qiáng)材料與基體材料的名稱來命名。增強(qiáng)材料的名稱放在前面，基體材料的名稱放在后面，再加上“復(fù)合材料”。如“玻璃纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料”

碳/環(huán)氧復(fù)合材料碳/金屬復(fù)合材料碳/碳復(fù)合材料為書寫簡(jiǎn)便，也可僅寫增強(qiáng)材料和基體材料的縮寫名稱，中間加一斜線隔開，后面再加“復(fù)合材料”。如玻璃纖維和環(huán)氧樹脂構(gòu)成的復(fù)合材料，也可寫做“玻璃／環(huán)氧復(fù)合材料”。以及左面例/09:05:38復(fù)合材料的命名碳/環(huán)氧復(fù)合材料為書寫簡(jiǎn)便，也可僅寫增強(qiáng)材7國外還常用英文編號(hào)來表示，如MMC（MetalMatrixComposite）表示金屬基復(fù)合材料，F(xiàn)RP（FiberReinforcedPlastics）表示纖維增強(qiáng)塑料，而玻璃纖維/環(huán)氧則表示為GF/Epoxy,或G/Ep(G-Ep)/09:05:38國外還常用英文編號(hào)來表示，如M8復(fù)合材料分類/09:05:38復(fù)合材料分類/14:05:159材料的優(yōu)缺點(diǎn)組合示意圖/09:05:38材料的優(yōu)缺點(diǎn)組合示意圖/14:05:1510因此復(fù)合材料必須通過對(duì)原材料的選擇，各組分分布的設(shè)計(jì)和工藝條件的保證等，以使原組分材料的優(yōu)點(diǎn)互相補(bǔ)充，同時(shí)利用復(fù)合材料的復(fù)合效應(yīng)使之出現(xiàn)新的性能，最大限度地發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。/09:05:38因此復(fù)合材料必須通過對(duì)原材料的選擇，各組分分布的設(shè)計(jì)和工11復(fù)合材料應(yīng)具有以下三個(gè)特點(diǎn)：(1)復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性能的材料組元通過宏觀或微觀復(fù)合形成的一種新型材料，組元之間存在著明顯的界面。(2)復(fù)合材料中各組元不但保持各自的固有特性而且可最大限度發(fā)揮各種材料組元的特性，并賦予單一材料組元所不具備的優(yōu)良持殊性能。

(3)復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性。/09:05:38復(fù)合材料應(yīng)具有以下三個(gè)特點(diǎn)：/14:05:1512通過對(duì)各種定義、解釋加以總結(jié)，復(fù)合材料應(yīng)包括：組元是人們根據(jù)材料設(shè)計(jì)的基本原則有意識(shí)地選擇，至少包括兩種物理或化學(xué)性能不同的獨(dú)立組元，其中一組元的體積分?jǐn)?shù)一般不低于20％，第二組元通常為纖維、晶須或顆粒；復(fù)合材料是人工制造的，而非天然形成的。復(fù)合材料的性質(zhì)取決于組元性質(zhì)的優(yōu)化組合，它應(yīng)優(yōu)于獨(dú)立組元的性質(zhì)，特別是強(qiáng)度、剛度、韌性和高溫性能。/09:05:38通過對(duì)各種定義、解釋加以總結(jié)，復(fù)合材料應(yīng)包括：/131.高比強(qiáng)度、高比模量（剛度）：

比強(qiáng)度=強(qiáng)度/密度MPa/(g/cm3),比模量=模量/密度GPa/(g/cm3)復(fù)合材料的基本性能（優(yōu)點(diǎn)）

集束箭彈小箭鎢基合金箭頭鐵基合金尾翼/09:05:381.高比強(qiáng)度、高比模量（剛度）：復(fù)合材料的基本性能（優(yōu)點(diǎn)14

2、良好的高溫性能：

目前已經(jīng)達(dá)到的水平：聚合物基復(fù)合材料的最高耐溫上限為350C；金屬基復(fù)合材料按不同的基體性能，其使用溫度在3501100C范圍內(nèi)變動(dòng)；陶瓷基復(fù)合材料的使用溫度可達(dá)1400C；碳/碳復(fù)合材料的使用溫度最高可達(dá)2800C。復(fù)合材料的基本性能（優(yōu)點(diǎn)）

/09:05:382、良好的高溫性能：復(fù)合材料的基本性能（優(yōu)點(diǎn)）/14:15

3、良好的尺寸穩(wěn)定性：加入增強(qiáng)體到基體材料中不僅可以提高材料的強(qiáng)度和剛度，而且可以使其熱膨脹系數(shù)明顯下降。通過改變合材料中增強(qiáng)體的含量，可以調(diào)整復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)。復(fù)合材料的基本性能（優(yōu)點(diǎn)）

/09:05:383、良好的尺寸穩(wěn)定性：復(fù)合材料的基本性能（優(yōu)點(diǎn)）/1164、良好的化學(xué)穩(wěn)定性：

聚合物基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料。5、良好的抗疲勞、蠕變、沖擊和斷裂韌性：

陶瓷基復(fù)合材料的脆性得到明顯改善6、良好的功能性能復(fù)合材料的基本性能（優(yōu)點(diǎn)）

/09:05:384、良好的化學(xué)穩(wěn)定性：復(fù)合材料的基本性能（優(yōu)點(diǎn)）/14:176.2幾種復(fù)合材料聚合物基復(fù)合材料的性能聚合物基復(fù)合材料（纖維-樹脂復(fù)合材料

FiberReinforcedPolymerorFiberReinforcedComposite）是復(fù)合材料中發(fā)展最迅速、應(yīng)用最廣泛的一類復(fù)合材料，以此為例說明。

聚合物基復(fù)合材料的特性1)

比強(qiáng)度、高比模大

/09:05:386.2幾種復(fù)合材料聚合物基復(fù)合材料的性能聚合物基復(fù)合材料（18Glassfiber

reinforcedcompositesCarbon

fiberreinforcedcompositesBoronfiberreinforcedcomposites玻璃纖維復(fù)合材料有較高的比強(qiáng)度、比模量，而碳纖維、硼纖維、有機(jī)纖維增強(qiáng)的聚合物基復(fù)合材料的比強(qiáng)度相當(dāng)于鈦合金的3～5倍，它們的比模量相當(dāng)于金屬的4倍之多。/09:05:38Glassfiberreinforcedcomposi192)耐疲勞性能好：

疲勞破壞的種類不同：金屬突發(fā)性破壞極限=抗張強(qiáng)度20%－50%聚合物基復(fù)合材料有預(yù)兆破壞極限=抗張強(qiáng)度70%－80%3)減震性好：

受力結(jié)構(gòu)的自振頻率有關(guān)因素：結(jié)構(gòu)形狀比模量的平方根.同時(shí)，復(fù)合材料中的基體界面具有吸震能力，使材料的震動(dòng)阻尼很高4)各向異性和可設(shè)計(jì)性：可以根據(jù)工程結(jié)構(gòu)的載荷分布及使用條件的不同，選取相應(yīng)的材料及鋪層設(shè)計(jì)滿足既定的要求。FRC的這一特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)制件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。5)材料與結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性制造材料的同時(shí)，獲得了制件。復(fù)雜制件一次成型。件數(shù)目減少----減輕了部件質(zhì)量降低了應(yīng)力集中。/09:05:382)耐疲勞性能好：/14:05:1520聚合物基復(fù)合材料存在的缺點(diǎn)：

材料工藝的穩(wěn)定性差材料性能的分散性大長(zhǎng)期耐高溫與環(huán)境老化性能不好抗沖擊性能低橫向強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度不夠好/09:05:38聚合物基復(fù)合材料存在的缺點(diǎn)：/14:05:1521金屬基復(fù)合材料的性能1)高比強(qiáng)度、比模量由于在金屬基體中加入了適量的高強(qiáng)度、高模量、低密度的纖維、晶須、顆粒等增強(qiáng)物，明顯提高了復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量，特別是高性能連續(xù)纖維—硼纖維、碳(石墨)纖維、碳化硅纖維等增強(qiáng)物，具有很高的強(qiáng)度和模量。用高比強(qiáng)度、比模量復(fù)合材料制成的構(gòu)件重量輕、剛性好、強(qiáng)度高，是航空、航天技術(shù)領(lǐng)域中理想的結(jié)構(gòu)材料。/09:05:38金屬基復(fù)合材料的性能1)高比強(qiáng)度、比模量/14:05:1222)導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能金屬基復(fù)合材料中金屬基體占有很高的體積分?jǐn)?shù)，一般在60％以上，因此仍保持金屬所具有的良好導(dǎo)熱和導(dǎo)電性。為了解決高集成度電子器件的散熱問題，現(xiàn)已研究成功的超高模量石墨纖維、金剛石纖維、金剛石顆粒增強(qiáng)鋁基、銅基復(fù)合材料的導(dǎo)熱率比純鋁、鋼還高，用它們制成的集成電路底板和封裝件可有效迅速地把熱量散去，提高了集成電路的可靠性。金屬基復(fù)合材料的性能/09:05:382)導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能金屬基復(fù)合材料的性能/14:05:1523金屬基復(fù)合材料的性能3)熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好

加入相當(dāng)含量的增強(qiáng)物不僅大幅度提高材料的強(qiáng)度和模量，也使其熱膨脹系數(shù)明顯下降，并可通過調(diào)整增強(qiáng)物的含量獲得不同的熱膨脹系數(shù)．以滿足各種工況要求。

例如，石墨纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，當(dāng)石墨纖維含量達(dá)到48w％時(shí)，復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)為零，即在溫度變化時(shí)使用這種復(fù)合材料做成的零件不發(fā)生熱變形，這對(duì)人造衛(wèi)星構(gòu)件特別重要。

通過選擇不同的基體金屬和增強(qiáng)物，以一定的比例復(fù)合在一起，可得到導(dǎo)熱性好、熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好的金屬基復(fù)合材料。/09:05:38金屬基復(fù)合材料的性能3)熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好/124金屬基復(fù)合材料的性能4)良好的高溫性能由于金屬基體的高溫性能比聚合物高很多，增強(qiáng)纖維、晶須、顆粒在高溫下又都具有很高的高溫強(qiáng)度和模量。因此金屬基復(fù)合材料具有比基體金屬更高的高溫性能，特別是連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，在復(fù)合材料中纖維起著主要承載作用，纖維強(qiáng)度在高溫下基本不下降，纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的高溫性能可保持到接近金屬熔點(diǎn)，并比金屬基體的高溫性能高許多。/09:05:38金屬基復(fù)合材料的性能4)良好的高溫性能/14:05:1525金屬基復(fù)合材料的性能5)耐磨性好金屬基復(fù)合材料，尤其是陶瓷纖維、晶須、顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料具有很好的耐磨性。這是因?yàn)樵诨w金屬中加入了大量的陶瓷增強(qiáng)物，特別是細(xì)小的陶瓷顆粒。

6)良好的疲勞性能和斷裂韌性金屬基復(fù)合材料的疲勞性能和斷裂韌性取決于纖維等增強(qiáng)物與金屬基體的界面結(jié)合狀態(tài)、增強(qiáng)物在金屬基體中的分布以及金屬、增強(qiáng)物本身的特性，特別是界面狀態(tài)。最佳的界面結(jié)合狀態(tài)，既可有效地傳遞載荷，又能阻止裂紋的擴(kuò)展，提高材料的斷裂韌性。據(jù)美國宇航公司報(bào)道，C／Al復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度與拉伸強(qiáng)度比為0.7左右。/09:05:38金屬基復(fù)合材料的性能5)耐磨性好/14:05:1526金屬基復(fù)合材料的性能7)不吸潮、不老化、氣密性好與聚合物相比，金屬性質(zhì)穩(wěn)定、組織致密，不存在老化、分解、吸潮等問題，也不會(huì)發(fā)生性能的自然退化，這比聚合物基復(fù)合材料優(yōu)越，在空間使用不會(huì)分解出低分子物質(zhì)污染儀器和環(huán)境，有明顯的優(yōu)越性。金屬基復(fù)合材料所具有的高比強(qiáng)度、比模量，良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性、耐磨性、高溫性能，低的熱膨脹系數(shù)，高的尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)異的綜合性能，使金屬基復(fù)合材料在航空、航天、電子、汽車、先進(jìn)武器系統(tǒng)中均具有廣泛的應(yīng)用前景，對(duì)裝備性能的提高將發(fā)揮巨大作用。/09:05:38金屬基復(fù)合材料的性能7)不吸潮、不老化、氣密性好27陶瓷基復(fù)合材料的性能陶瓷材料強(qiáng)度高、硬度大、耐高溫、抗氧化，高溫下抗磨損性好、耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)良，熱膨脹系數(shù)和相對(duì)密度較小.陶瓷材料抗彎強(qiáng)度不高，斷裂韌性低，限制了其作為結(jié)構(gòu)材料使用。當(dāng)用高強(qiáng)度、高模量的纖維或晶須增強(qiáng)后，其高溫強(qiáng)度和韌性可大幅度提高。/09:05:38陶瓷基復(fù)合材料的性能陶瓷材料強(qiáng)度高、硬度大、耐高溫、抗氧化，28陶瓷基復(fù)合材料的性能最近，歐洲動(dòng)力公司推出的航天飛機(jī)高溫區(qū)用碳纖維增強(qiáng)碳化硅基體和用碳化硅纖維增強(qiáng)碳化硅基體所制造的陶瓷基復(fù)合材料，可分別在1700oC和1200oC下保持20oC時(shí)的抗拉強(qiáng)度，并且有較好的抗壓性能，較高的層間剪切強(qiáng)度，而斷裂延伸串較一般陶瓷高，耐輻射效率高，可有效地降低表面溫度，有極好的抗氧化、抗開裂性能。陶瓷基復(fù)合材料與其他復(fù)合材料相比發(fā)展仍較緩慢，主要原因是一方面制備工藝復(fù)雜，另一方面是缺少耐高溫的纖維。/09:05:38陶瓷基復(fù)合材料的性能最近，歐洲動(dòng)力公司推出的航天飛機(jī)高溫29碳－碳復(fù)合材料的性能碳/碳復(fù)合材料（C/C）是由碳纖維及其制品（碳?xì)?、碳布等）增?qiáng)的碳基復(fù)合材料。一般C/C是由碳纖維及其制品作為預(yù)制體，通過化學(xué)氣相沉積法（CVD）或液態(tài)樹脂、瀝青浸漬碳化法獲得C/C的基體碳來制備的。空中客車A320的C/C剎車裝置M-4海對(duì)地戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈（法）/09:05:38碳－碳復(fù)合材料的性能碳/碳復(fù)合材料（C/C）是由碳纖30C/C的組成只有一個(gè)元素－碳，具有碳和石墨材料的所特有優(yōu)點(diǎn)如低密度和優(yōu)異熱性能如耐燒蝕性、抗熱震性、高導(dǎo)熱性和低膨脹系數(shù)等，同時(shí)還具有復(fù)合材料的高強(qiáng)高模量等特點(diǎn)。

C/C的另一重要的性能是其優(yōu)異的摩擦磨損性能。C/C中的碳纖維除增強(qiáng)碳基體外，也提高了復(fù)合材料的摩擦系數(shù)。C/C的高溫摩擦?xí)r能大量吸收的能量（820～1050KJ/KgC/C），在高速、高能量條件下的摩擦升溫高達(dá)1000℃以上，其摩擦性能仍然保持平穩(wěn)，而且磨損量很低，這是其它摩擦材料所不具有的。/09:05:38C/C的組成只有一個(gè)元素－碳，具有碳和石墨材料的所特316.3復(fù)合材料的制備方法復(fù)合材料的制備,有許多工藝方法。纖維的處理、分散、致密化等問題,對(duì)復(fù)合材料的性能影響較大,需要使用許多新方法。增強(qiáng)顆粒一般不用或很少用特殊處理，因此顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料多沿用傳統(tǒng)的制備工藝。/09:05:386.3復(fù)合材料的制備方法復(fù)合材料的制備,有許多工藝方法。/326.3.1復(fù)合材料的制備工藝復(fù)合材料的傳統(tǒng)制備工藝主要包括：

增強(qiáng)物的制備、成型和固化（燒結(jié)）三個(gè)部分。其中增強(qiáng)物的制備包括粉體和纖維以及晶須的制備。/09:05:386.3.1復(fù)合材料的制備工藝復(fù)合材料的傳統(tǒng)制備工藝主要包括33幾種常用纖維的制備

1、玻璃纖維（GlassFiber）玻璃纖維是由各種金屬氧化物的硅酸鹽經(jīng)熔融后以快的速度抽絲而成。質(zhì)地柔軟，可紡織成各種玻璃布、帶等。伸長(zhǎng)率和熱膨脹系數(shù)小，耐腐蝕，耐高溫性能較好，價(jià)格便宜，品種多。缺點(diǎn)是不耐磨、易折斷，易受機(jī)械損傷。/09:05:38幾種常用纖維的制備1、玻璃纖維（GlassFiber）34將玻璃小球熔化，然后通過1mm左右直徑的小孔把他們拉出。纏繞纖維的心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度決定纖維的直徑，通常為10μm的數(shù)量級(jí)。為了便于操作和避免纖維受潮并形成紗束，在剛凝固層纖維時(shí)，表面就涂覆一層保護(hù)膜，這層保護(hù)膜還有利于基體的粘結(jié)。

/09:05:38將玻璃小球熔化，然后通過1mm左右直徑的小孔把他們拉出。纏繞352、碳纖維碳纖維是由有機(jī)纖維經(jīng)固相反應(yīng)轉(zhuǎn)變而成的纖維狀聚合物碳。含碳量95%左右的稱為碳纖維；含碳量99%左右的稱為石墨纖維。碳纖維比重小，比強(qiáng)度、比模量大，耐熱性和耐腐蝕性好，成本低，批生產(chǎn)量大，是一類極為重要的高性能增強(qiáng)劑。/09:05:382、碳纖維/14:05:1536/09:05:38/14:05:15373、硼纖維（BoronFiber）

制備工藝：化學(xué)氣相沉積（CVD）。2BCl3+3H22B+6HCl

中心是碳纖維或鎢纖維/09:05:383、硼纖維（BoronFiber）中心是碳纖維或鎢纖維/38Chemicalvapordeposition(CVD)化學(xué)氣相沉積法

2BX3+3H2

2B+6HXX:C1,Br,orI/09:05:38Chemicalvapordeposition(CVD394、氧化鋁纖維(AluminaFiber)

氧化鋁纖維是多晶纖維，具有很好的機(jī)械性能以及耐熱性和抗氧化性。制備氧化鋁纖維的方法較多，有-、-、-Al2O3連續(xù)纖維和-Al2O3短纖維。-Al2O3與樹脂及熔融金屬的相容性好.氧化鋁纖維主要用于金屬基復(fù)合材料。缺點(diǎn)是密度較大。/09:05:384、氧化鋁纖維(AluminaFiber)/14:040SpinneretprocessofmakingAl2O3fiber/09:05:38SpinneretprocessofmakingAl2415、碳化硅纖維

碳化硅纖維具有很高的比強(qiáng)度、比剛度，耐腐蝕、抗熱震、熱膨脹系數(shù)小、熱傳導(dǎo)系數(shù)大等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)還具有良好的抗氧化和高溫性能，其室溫性能可保持到1200C。其成本下降的潛力很大。適合于制備樹脂、金屬及陶瓷基復(fù)合材料。碳化硅纖維的制備方法有先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法和CVD法兩種。/09:05:385、碳化硅纖維/14:05:1542

先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法

1975年由日本矢島教授首先研制成功。有Nicalon（尼卡?。┖蚑yranno（奇拉?。﹥煞N商品。纖維呈束狀，每束500根左右，每根纖維10m左右。

聚碳硅烷紡絲聚碳硅烷纖維N2下高溫處理Nicalon（尼卡?。?09:05:38先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法聚碳硅烷紡絲聚碳硅烷纖維N2下高溫處理N436.有機(jī)纖維OrganicFibers/09:05:386.有機(jī)纖維OrganicFibers/14:05:144晶須（Whisker）晶須是指具有一定長(zhǎng)徑比和截面積小于5210-5

cm2的單晶纖維材料。其直徑為0.1到幾個(gè)微米，長(zhǎng)度為數(shù)十到數(shù)千微米。但具有實(shí)用價(jià)值的晶須的直徑約為1-10微米，長(zhǎng)徑比在5–100之間。晶須是含缺陷很少的單晶纖維，其拉伸強(qiáng)度接近其純晶體的理論強(qiáng)度。/09:05:38晶須（Whisker）晶須是指具有一定長(zhǎng)徑比和截面積45ZnO晶須微觀形貌

SiC晶須微觀形貌/09:05:38ZnO晶須微觀形貌SiC晶須微觀形貌/14:05:1546晶須的制備方法有：化學(xué)氣相沉積（CVD）法、溶膠-凝膠法、氣液固法、液相生長(zhǎng)法、固相生長(zhǎng)法和原位生長(zhǎng)法等。

制備陶瓷晶須經(jīng)常采用CVD法:即通過氣體原料在高溫下反應(yīng)，并沉積在襯底上而長(zhǎng)成晶須。/09:05:38晶須的制備方法有：/14:05:1547CVD法制備SiC晶須的基本反應(yīng)式為：

CH3SiCl3（g）+H2

SiC+HCl（g）

CVD法制備難溶金屬氮化物和碳化物的基本反應(yīng)式為：

2MCl4（g）+4H2+N2=2MN（s）+8HCl（g）MCl4（g）+CH2=MC（s）+4HCl（g）/09:05:38CVD法制備SiC晶須的基本反應(yīng)式為：/14:05:148VLS法制備SiC晶須的過程：在預(yù)選高溫將觸媒固體顆粒（30m）熔化成液態(tài)觸媒球，通入氣相源(H2、CH4、SiO)，氣相中的碳、硅原子被液球吸收溶解形成過飽和的碳硅溶液，以SiC的形式沉積在支撐襯底上。沉積不斷進(jìn)行，晶須不斷生長(zhǎng)，觸媒球被生長(zhǎng)著的晶須抬起，繼續(xù)吸收、溶解和沉積。/09:05:38VLS法制備SiC晶須的過程：/14:05:149晶須：VLS法3C+SiO2

SiC+2CO30μ的固體催化劑液體催化劑含過飽和Si與C1400oCH2CH4SiO2/09:05:38晶須：VLS法3C+SiO2SiC50聚合物復(fù)合材料（PMC）制備工藝聚合物復(fù)合材料的分類1纖維增強(qiáng)（FRC）（1）按纖維形態(tài)：連續(xù)纖維和非連續(xù)纖維；（2）按鋪層方式：?jiǎn)蜗?；織物；三維；（3）按纖維種類：玻璃纖維；碳纖維；芳綸（Kevlar）纖維；混雜纖維；2晶須增強(qiáng)（WRC）3粒子增強(qiáng)（PRC）/09:05:38聚合物復(fù)合材料（PMC）制備工藝聚合物復(fù)合材料的分類/14511預(yù)浸料/預(yù)混料制備預(yù)浸料是指定向排列的連續(xù)纖維（單向、織物）浸漬樹脂后所形成的厚度均勻的薄片狀半成品。預(yù)混料是指不連續(xù)纖維浸漬樹脂或與樹脂混合后所形成的較厚的片（SMC、GMT）團(tuán)狀（BMC）或粒狀半成品以及注射模塑料（IMC）。

SMC片狀模塑料；GMT玻璃氈增強(qiáng)熱塑性塑料;BMC團(tuán)狀模塑料；IMC顆粒狀注射模塑料；聚合物復(fù)合材料（PMC）制備工藝/09:05:381預(yù)浸料/預(yù)混料制備聚合物復(fù)合材料（PMC）制備工藝52

后浸漬技術(shù)：預(yù)浸料中樹脂以粉末、纖維或包層等形式存在，對(duì)纖維的完全浸漬要在復(fù)合材料成型過程中完成。（1）預(yù)浸料制備：/09:05:38后浸漬技術(shù)：預(yù)浸料中樹脂以粉末、纖維或包層等形式存在，53（2）預(yù)混料制造a.SMC(片狀模塑料)和BMC(團(tuán)狀模塑料)制造：這是一類可直接進(jìn)行模壓成型而不需要事先進(jìn)行固化、干燥等其它工序的纖維增強(qiáng)熱固性模塑料。其組成包括短切玻璃纖維、樹脂、引發(fā)劑、固化劑或催化劑、填料等。SMC一般用專用SMC機(jī)組制造；BMC用捏合法制造。

/09:05:38（2）預(yù)混料制造/14:05:1554b.GMT(玻璃氈增強(qiáng)熱塑性塑料)制造：GMT是一種類似于熱固性SMC的復(fù)合材料半成品。所采用的增強(qiáng)劑是無堿玻璃、無紡氈或連續(xù)纖維。制造工藝有熔融浸漬法和懸浮浸漬法。c.IMC(顆粒狀注射模塑料)制造：IMC一般使用雙螺桿擠出機(jī)制造，由切割機(jī)切斷，長(zhǎng)度一般為3–6mm。

/09:05:38b.GMT(玻璃氈增強(qiáng)熱塑性塑料)制造：/14:05:55金屬基復(fù)合材料（MMC）制備工藝金屬基復(fù)合材料制備工藝的分類：1）固態(tài)法：真空熱壓擴(kuò)散結(jié)合、熱等靜壓、超塑性成型/擴(kuò)散結(jié)合、模壓、粉末冶金法。2）液態(tài)法：液態(tài)浸滲、真空壓鑄、反壓鑄造、半固態(tài)鑄造。3）噴射成型法：等離子噴涂成型、噴射成型。4）原位生長(zhǎng)法。/09:05:38金屬基復(fù)合材料（MMC）制備工藝金屬基復(fù)合材料制備工藝的分類56

連續(xù)增強(qiáng)相金屬基復(fù)合材料的制備工藝鋁合金——固態(tài)、液態(tài)法

碳纖維鎂合金——固態(tài)、液態(tài)法

硼纖維

鈦合金——固態(tài)法

SiC纖維

高溫合金——固態(tài)法

氧化鋁纖維

金屬間化合物——固態(tài)法

/09:05:38連續(xù)增強(qiáng)相金屬基復(fù)合材料的制備工藝57不連續(xù)增強(qiáng)相金屬基復(fù)合材料的制備工藝鋁合金—固態(tài)、液態(tài)、原位生長(zhǎng)、噴射成型法

顆粒鎂合金—液態(tài)法

晶須鈦合金—固態(tài)、液態(tài)法、原位生長(zhǎng)法

短纖維高溫合金—原位生長(zhǎng)法

金屬間化合物—粉末冶金、原位生長(zhǎng)法

/09:05:38不連續(xù)增強(qiáng)相金屬基復(fù)合材料的制備工藝58金屬基復(fù)合材料（MMC）制備方法1粉末冶金法（非連續(xù)增強(qiáng)相金屬基復(fù)合材料制備工藝）

粉末冶金法也是一種制備非連續(xù)增強(qiáng)相金屬基復(fù)合材料常采用的工藝。其優(yōu)點(diǎn)如下：1）與液相法相比，制備溫度低，界面反應(yīng)可控；2）可根據(jù)要求設(shè)計(jì)復(fù)合材料的性能；3）利于增強(qiáng)相與金屬基體的均勻混合。4）其組織致密、細(xì)化、均勻、內(nèi)部缺陷明顯改善；5）利于凈成型或近凈成型，二次加工性能好。但工藝流程較長(zhǎng)，成本較高是這種工藝的缺點(diǎn)。/09:05:38金屬基復(fù)合材料（MMC）制備方法1粉末冶金法（非連續(xù)增強(qiáng)相59/09:05:38/14:05:15602固態(tài)法（連續(xù)增強(qiáng)相金屬基復(fù)合材料制備工藝）（1）真空熱壓擴(kuò)散結(jié)合/09:05:382固態(tài)法（連續(xù)增強(qiáng)相金屬基復(fù)合材料制備工藝）/14:0561（2）熱等靜壓（HIP）熱等靜壓制備金屬基復(fù)合材料管材示意圖PlaceinhighisostaticpressurefurnacetodiffusionsoundthefiberlayertotheinsideofthetubePlacelayersoffiberreinforcedtitaniumoninsideoftubeSealtubeassemblyinmetallicbagandpullavacuumMachineoutersurfaceofsteelspline/09:05:38（2）熱等靜壓（HIP）Placeinhighiso62（3）模壓成型模壓成型也是擴(kuò)散結(jié)合的一種手段。將纖維/基體預(yù)制體放置在具有一定形狀的模具中進(jìn)行擴(kuò)散結(jié)合，最終得到一定形狀的最終制品。常用這種工藝制備各種型材。/09:05:38（3）模壓成型/14:05:15633液態(tài)法（非連續(xù)增強(qiáng)相金屬基復(fù)合材料制備工藝）

（1）壓鑄法在壓力的作用下，將液態(tài)或半液態(tài)金屬以一定速度充填壓鑄模型腔或增強(qiáng)材料預(yù)制體的空隙中，在壓力下快速凝固成型。（2）半固態(tài)復(fù)合鑄造將顆粒加入半固態(tài)的金屬熔體中，通過攪拌使顆粒在基體中分布均勻，并取得良好的界面結(jié)合，然后將半固態(tài)復(fù)合材料注入模具進(jìn)行壓鑄成型。

/09:05:383液態(tài)法（非連續(xù)增強(qiáng)相金屬基復(fù)合材料制備工藝）/14:0564（3）噴射成型法噴射沉積工藝是一種80年代逐漸成熟的將粉末冶金工藝中混合與凝固兩個(gè)過程相結(jié)合的新工藝。該工藝過程是將基體金屬在坩堝中熔煉后，在壓力作用下通過噴嘴送入霧化器，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“霧化錐”；同時(shí)通過一個(gè)或多個(gè)噴嘴向“霧化錐”噴射入增強(qiáng)顆粒，使之與金屬霧化液滴一齊在一基板（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。/09:05:38（3）噴射成型法該工藝過程是將基體金屬在坩堝中熔煉后，在65無壓浸滲法制備Al2O3(f)/Al復(fù)合材料工藝原理示意圖（4）無壓浸滲法

美國Lanxide公司開發(fā)的一種新工藝。將增強(qiáng)材料制成預(yù)制體置于由氧化鋁制成的容器中。再將基體金屬坯料置于增強(qiáng)材料預(yù)制體上部。然后一同裝入可通氮?dú)獾募訜釥t中。通過加熱，基體金屬熔化，并自發(fā)浸滲入網(wǎng)絡(luò)狀增強(qiáng)材料預(yù)制體中。/09:05:38無壓浸滲法制備Al2O3(f)/Al復(fù)合材料工藝原理示意圖664原位（Insitu）生長(zhǎng)（復(fù)合）法增強(qiáng)相從基體中直接生成，生成相的熱力學(xué)穩(wěn)定性好，不存在基體與增強(qiáng)相之間的潤(rùn)濕和界面反應(yīng)等問題，基體與增強(qiáng)相結(jié)合良好，較好的解決了界面相容性問題。/09:05:384原位（Insitu）生長(zhǎng)（復(fù)合）法/14:05:1567（1）共晶合金定向凝固：共晶合金定向凝固要求合金成分為共晶或接近共晶成分，開始為二元合金，后發(fā)展為三元單變共晶，以及有包晶或偏晶反應(yīng)的兩相結(jié)合。定向凝固時(shí)，參與共晶反應(yīng)的和相同時(shí)從液相中生成，其中一相以棒狀（纖維狀）或?qū)悠瑺钜?guī)則排列生成/09:05:38（1）共晶合金定向凝固：共晶合金定向凝固要求合金成分為共晶68定向凝固共晶合金復(fù)合材料的原位生長(zhǎng)須滿足三個(gè)條件：（1）有溫度梯度（GL）的加熱方式；（2）滿足平面凝固條件:GL/VI=mL(CE–C0)/DL式中：GL：液相溫度梯度；VI：凝固速度；mL：液相線斜率；CE：共晶成分;C0：合金成分；DL：溶質(zhì)在液相中的擴(kuò)散系數(shù)。（3）兩相的成核和生長(zhǎng)要協(xié)調(diào)進(jìn)行。/09:05:38定向凝固共晶合金復(fù)合材料的原位生長(zhǎng)須滿足三個(gè)條件：/14:69（2）反應(yīng)生長(zhǎng)法該工藝可生成顆粒、晶須或共同增強(qiáng)的金屬和金屬間化合物基復(fù)合材料。根據(jù)所選擇的原位生長(zhǎng)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，按一定比例混合制成預(yù)制體，并加熱到熔化或自蔓延燃燒（SHS）反應(yīng)發(fā)生的溫度時(shí),預(yù)制體的組成元素進(jìn)行放熱反應(yīng)，以生成在基體中彌散的微觀增強(qiáng)顆粒、晶須和片晶等

/09:05:38（2）反應(yīng)生長(zhǎng)法/14:05:1570例如：

Al+Ti+BTiB2+Al

TiB2/Al

Al+Ti+CTiC+Al

TiC/AlFe2O3+Al

Al2O3+Fe+850kJAl2O3/Fe反應(yīng)生長(zhǎng)法（XDTM）工藝原理示意圖

/09:05:38例如：反應(yīng)生長(zhǎng)法（XDTM）工藝原理示意圖/14:05711粉末冶金法工藝流程：原料（陶瓷粉末、增強(qiáng)劑、粘結(jié)劑和助燒劑）

均勻混合（球磨、超聲等）冷壓成形

（熱壓）燒結(jié)適用于顆粒、晶須和短纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料。

陶瓷基復(fù)合材料的制備工藝

/09:05:381粉末冶金法陶瓷基復(fù)合材料的制備工藝/14:05:1722漿體法（濕態(tài)法）

為了克服粉末冶金法中各組元混合不均的問題，可采用漿體（濕態(tài)）法制備顆粒、晶須和短纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料。其混合體為漿體形式?；旌象w中各組元保持散凝狀。即在漿體中呈彌散分布。采用漿體浸漬法也可制備連續(xù)纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料。

/09:05:382漿體法（濕態(tài)法）/14:05:15733反應(yīng)燒結(jié)法

用此方法制備陶瓷基復(fù)合材料，除基體材料幾乎無收縮外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）增強(qiáng)劑的體積比可以相當(dāng)大；2）可用多種連續(xù)纖維預(yù)制體；3）大多數(shù)陶瓷基復(fù)合材料的反應(yīng)燒結(jié)溫度低于陶瓷的燒結(jié)溫度，因此可避免纖維的損傷。此方法最大的缺點(diǎn)是高氣孔率難以避免。/