复合材料的制备方法与工艺

（优选）复合材料的制备方法与工艺现在是1页\一共有135页\编辑于星期一主要的固相工艺粉末冶金薄膜的扩散键合利用陶瓷-金属（陶瓷）间的反应由有机聚合物的合成现在是2页\一共有135页\编辑于星期一主要的气相工艺PVD(物理气相沉积)CVD(化学气相沉积)CVI(化学气相渗透)现在是3页\一共有135页\编辑于星期一聚合物基复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料液相工艺液体状树脂的含浸预浸料坯成形(玻璃钢)片状模塑料热塑性塑料的注射成形压力熔浸与无压熔浸搅拌铸造喷射沉积成形定向凝固共晶热喷射定向氧化定向凝固共晶利用有机聚合物的合成固相工艺热塑性塑料的热压成形粉末冶金（热压、机械合金化、SPS）合金箔扩散键合拉拔等机加工成形粉体烧结反应成形气相工艺PVD（物理气相沉积）CVD（化学气相沉积）CVI（化学气相渗透）现在是4页\一共有135页\编辑于星期一塑料基复合材料的制备成形现在是5页\一共有135页\编辑于星期一4.2树脂基复合材料先进复合材料具有比强度和比模量高、耐疲劳、各向异性和可设计性、材料与结构的一次成型等性能，自上世纪60年代问世以来，很快获得广泛应用，成为航空航天4大材料之一。随着其材料性能和制造技术的不断改进，复合材料未来在战斗机、大型军用运输机、无人机等平台上必将占有重要地位。航空工业中制备复合材料制件的主要要求为：可支付得起；高度自动化；好的质量控制；降低模具成本及缩短生产周期。为了达到这些要求，航空工业正着眼于：编织技术；先进的铺带技术；非热压罐技术；注射工艺；先进的固化工艺；全质量概念及热塑性工艺。现在是6页\一共有135页\编辑于星期一预成形体的制造技术

（1）缝合技术采用高性能纤维和工业用缝合机将多层二维纤维织物缝合在一起，经复合固化而成的纺织复合材料。美国的NASA。复合材料机翼，28m长的蒙皮复合材料预成形体。缝合超过25mm厚的碳纤维层，缝合速度3000针/分。相对于同样的铝合金零件重量减少25%，成本降低20%。现在是7页\一共有135页\编辑于星期一（2）穿刺利用薄的削棒以正确的角度在固化前或固化时插入二维的碳纤维环氧复合材料层板中，从而获得三维增强复合材料结构。改进了复合材料的断裂韧性。比缝合技术更具发展潜力，节省成本，尺寸不受限制。现在是8页\一共有135页\编辑于星期一（3）三维机织是一种高级纺织复合材料。纺织异型整体织物，如T形、U形、工形、十字形等型材和圆管等，还可以创造出许多新的复杂形状织物。现在是9页\一共有135页\编辑于星期一（4）编织编织是一种基本的纺织工艺，能够使两条以上纱线在斜向或纵向互相交织形成整体结构的预成形体。这种工艺通常能够制造出复杂形状的预成形体，但其尺寸受设备和纱线尺寸的限制。该工艺技术一般分为两类，一类的二维编织工艺，另一类是三维编织工艺。现在是10页\一共有135页\编辑于星期一（5）针织针织用于复合材料的增强结构的方向强度、冲击抗力较机织复合材料好，且针织物的线圈结构有很大的可伸长性，易于制造非承力的复杂形状构件。目前国外已生产了先进的工业针织机，能够快速生产复杂的近无余量结构，而且材料浪费少。用这种方法制造的预成形体可以加入定向纤维有选择地用于某些部位增强结构的机械性能。另外，这种线圈的针织结构在受到外力时很容易变形，因此适于在复合材料上成形孔，比钻孔具有很大优势。但是它较低的机械性能也影响了它的广泛应用。现在是11页\一共有135页\编辑于星期一（6）经编采用经向针织技术，并与纤维铺放概念相结合，制造的多轴多层经向针织织物。由于不弯曲，因此纤维能以最佳形式排列。经编技术可以获得厚的多层织物且按照期望确定纤维方向，不需要铺放更多的层数，极大提高经济效益。两个优点：成本低；有潜力超过传统的二维预浸带层压板预计未来将在飞机制造中广泛应用。现在是12页\一共有135页\编辑于星期一（7）层板及蜂窝结构制造技术纤维增强金属层板（FRML）是由金属薄板和纤维树脂预浸料交替铺放胶合而成的混杂复合材料。改变金属类型和厚度、纤维树脂预浸料系统、铺贴顺序、纤维方向、金属表面处理和后拉伸度等可改变FRML的性能主要使用铝合金薄板。使用铝锂合金可提高FRML的比刚度，使用钛合金可大大可提高FRML的耐温性。FRML中的纤维可以是玻璃纤维、芳纶纤维和碳纤维具有良好的比强度和比刚度在未来的大型军用运输机及无人机等机体具有相当广泛的应用前景。现在是13页\一共有135页\编辑于星期一复合材料零件成形及制造技术

（1）树脂转移模塑成形技术

在模腔中铺放按性能和结构要求设计的增强材料预成形体，采用注射设备将专用树脂体系注入闭合模腔，模具具有周边密封和紧固以及注射及排气系统，以保证树脂流动流畅并排出模腔中的全部气体和彻底浸润纤维，还具有加热系统，可加热固化成形复合材料构件。它是一种不采用预浸料，也不采用热压罐的成形方法。因此，具有效率高、投资、绿色等优点，是未来新一代飞机机体有发展潜力的制造技术。

现在是14页\一共有135页\编辑于星期一（2）树脂浸渍技术

一种树脂膜熔渗和纤维预制体相结合的一种树脂浸渍技术。其成形过程是将树脂制备成树脂膜或稠状树脂块，安放于模具的底部，其上层覆以缝合或三维编织等方法制成的纤维预制体。然后依据真空成形工艺的要点将模腔封装，于热环境下采用真空技术将树脂由下向上抽吸。目前在航空领域主要应用于飞机雷达天线罩。现在是15页\一共有135页\编辑于星期一（3）纤维缠绕该工艺主要用于空心、圆形及椭圆零件，如管路及油箱。纤维束通过一个树脂池后以各种方向和速度缠绕到芯轴上，方向和速度由纤维进给机控制。这是一项已经发展较为成熟的技术，无论是在自动化、速度、变厚度、质量和纤维方向上都得到了巨大改进。它是筒形件的低成本快速制造方法。现在是16页\一共有135页\编辑于星期一（4）拉挤拉挤成型工艺是将浸渍树脂胶液的连续玻璃纤维束、带或布等，在牵引力的作用下，通过挤压模具成型、固化，连续不断地生产长度不限的玻璃钢型材。优点是：生产过程完全实现自动化控制，生产效率高；纤维含量高，浸胶在张力下进行，能充分发挥增强材料的作用，产品强度高；制品纵、横向强度可任意调整，可以满足不同力学性能制品的使用要求；较其它工艺省工，省原料，省能耗；制品质量稳定，重复性好，长度可任意切断。

现在是17页\一共有135页\编辑于星期一（5）自动铺放技术

该技术在现代飞机上已经获得广泛应用，并取得了巨大进展。现有的自动铺叠技术已经在速度和准确度上有很大增长，而且计算机技术对它产生了很大影响，铺叠面积也有所增长。现在是18页\一共有135页\编辑于星期一（6）丝束铺放技术丝束铺放(TowPlacement)相对较新，并在近年格外受到关注。它兼顾了自动铺叠与纤维缠绕的优点。能够制造复杂形状结构件，对纤维角度不限制。而且有极大减少生产成本的潜力。未来的开发包括最佳化控制系统、铺放头位置反馈、在线快速检测、准确和高质量产品。现在是19页\一共有135页\编辑于星期一纤维含浸于低黏度的树脂

成形的基本是将干燥的纤维含浸于低黏度的树脂，可以有多种含浸方法。将纤维配置在研磨的模具上，进行锟压含浸或喷涂)含浸。将树脂与硬化剂压成形之前混合，硬化通常在常温下进行。近来开展了大尺寸成形体的研究，作为一般的成形方法已开始广泛应用。例如可以适用于长度为50m船体的制造，在造船界也得到了广泛的应用。现在是20页\一共有135页\编辑于星期一长纤维的编织(树脂基复合材料的压挤渗透用)现在是21页\一共有135页\编辑于星期一现在是22页\一共有135页\编辑于星期一汽车储气罐现在是23页\一共有135页\编辑于星期一现在是24页\一共有135页\编辑于星期一门型纤维编织成形机现在是25页\一共有135页\编辑于星期一碳纤维强化网球拍的成形装置现在是26页\一共有135页\编辑于星期一BeechStarship飞机翅膀的成型中使用的autoclave(高压)成形现在是27页\一共有135页\编辑于星期一4.3金属基复合材料的制备方法发展得较晚，仍处于幼年期。使用的领域也受到限制。研究是方兴未艾。有已经得到了工业化的应用。液相的方法成本较低。现在是28页\一共有135页\编辑于星期一金属基复合材料的制备成形现在是29页\一共有135页\编辑于星期一4.3.1主要的液相工艺

1）压挤铸造与压挤渗透(无压熔浸)对液体状态的基体加压，使之进入由强化体材料组成的预成形体。预成形体的制备长纤维的编织短纤维的悬浮液体内沉积颗粒材料的成形与预烧结现在是30页\一共有135页\编辑于星期一压力熔浸(无压熔浸)将熔融的金属压力熔浸于成形模具内的预成形体（可以由长纤维、短纤维或所颗粒构成）而成形。预成形体是接近最终成品的形状。。在熔融金属的凝固过程中，纤维附近的金属最后固化。希望界面一般也不会形成氧化膜。得到纤维与金属优异的结合的界面。现在是31页\一共有135页\编辑于星期一短纤维的悬浮液体内沉积现在是32页\一共有135页\编辑于星期一颗粒材料的成形与预烧结混合（加成形剂）→成形→烧结现在是33页\一共有135页\编辑于星期一成形的方法模压等静压注射成形凝胶注模成形轧制挤压松装烧结预烧结维持形状具有一定的强度现在是34页\一共有135页\编辑于星期一压挤渗透的设备与压力铸造相比压头连续移动弥补收缩移动速度慢外加压力大现在是35页\一共有135页\编辑于星期一压力熔浸成形设备现在是36页\一共有135页\编辑于星期一现在是37页\一共有135页\编辑于星期一现在是38页\一共有135页\编辑于星期一压挤渗透双压头保证熔体压力；避免孔隙；避免不完全渗透采用双重压头现在是39页\一共有135页\编辑于星期一现在是40页\一共有135页\编辑于星期一现在是41页\一共有135页\编辑于星期一f为预成形体内纤维所占的体积分数，Φ和ξ分别为平面间距与交叉连接纤维长度及与平面内纤维间距之比现在是42页\一共有135页\编辑于星期一现在是43页\一共有135页\编辑于星期一压挤渗透材料的组织分析预成形体内的纤维分布决定复合体内的纤维分布避免缺陷：微观孔隙、宏观空洞、纤维断裂等熔体黏度：高——减小涡流、减少空气吸入、压力大、内耗大低——易流动、压力小，产生涡流现在是44页\一共有135页\编辑于星期一北京科技大学研制的Al/SiC复合材料简介现在是45页\一共有135页\编辑于星期一2）喷雾沉积Ospray工艺20世纪70年代后期英国Kg/s级适用于颗粒增强MMC~孔隙度%后续挤压加工现在是46页\一共有135页\编辑于星期一Ospray工艺将液体状的原材料（金属与强化相颗粒）吹散雾化，沉积为块状材料。英国的Osplay公司所开发。主要问题：强化相颗粒难以均匀分散，陶瓷层的扩散。一般具备5-20％的孔隙。通常需要二次加工。现在是47页\一共有135页\编辑于星期一为动力学粘度，j为物质流率，下标m与g分别表示熔体与气体，为韦伯系数现在是48页\一共有135页\编辑于星期一3）热喷射用电弧或气体加热颗粒（或线材），并喷射到物体的表面，得到块状的MMC，具有成分梯度的涂层。特点：沉积速度低（<g/s）颗粒速度大200m/s以上现在是49页\一共有135页\编辑于星期一熔射将在高温炉焰中熔融，由高温运动的颗粒而喷射。堆积速度小（通常1g/s）。但颗粒的速度大（200-m/s）。得到的材料孔隙度小（2-3％）。优点，在对偶材料的非熔融状态下成形，缩短高温下熔射的时间。孔隙的存在等能够通过热处理而得到改善。能够减少或避免纤维与金属基体的反应。对纤维喷射熔融金属也有相当的难度。难以成形空隙率为10％以下的复合材料。开发通过涂层而避免纤维的损伤。现在是50页\一共有135页\编辑于星期一4）浆体铸造(复合铸造)

工艺简介原理：将液态金属与陶瓷粉末混合，使整个混合体凝固特点：简单、经济现状：已经有商业化生产（Al/SiC）难点：成形的困难微观组织不均匀界面反应现在是51页\一共有135页\编辑于星期一颗粒或短纤维增强金属基复合材料的复合铸造

（1）液态金属／陶瓷颗粒搅拌铸造法通过机械搅拌在液态金属中产生涡流从而引人陶瓷颗粒并使其分布均匀。采用这种方法制造铝基复合材料，陶瓷颗粒尺寸可小到10μm，增强相的体积分数可达25％。现在是52页\一共有135页\编辑于星期一（2）熔体浸渗铸造与挤压铸造法即前面已经介绍过的压挤铸造与压挤渗透。挤压铸造法：先用机械搅拌法制备复合浆料，然后将液态复合浆料倒入挤压模(需预热)内，起动液压机，使液态浆料在一定的比压下凝固成形。现在是53页\一共有135页\编辑于星期一（3）高能超声法金属熔化后，利用超声施加振动，加入陶瓷颗粒，实现均匀混合以后浇注成形。陶瓷颗粒制成预制件，浇入液体金属后，施加超声进行熔体浸渗。在极短的时间里(数十秒)实现颗粒的均匀分布。现在是54页\一共有135页\编辑于星期一（4）流变铸造法（半固态铸造）对处于固液两相区的熔体施加强烈的搅动形成低粘度的半固态浆液，同时引入陶瓷颗粒利用半固态浆液的特性分散增强相，在压力下充型凝固成形。是一种两相工艺，局限于大结晶范围的合金。现在是55页\一共有135页\编辑于星期一（5）原位反应铸造法增强陶瓷颗粒不是外加的，而是在制备过程中原位生成的。利用合金液的高温，使合金元素之间或合金元素与化合物之间发生化学反应，生成陶瓷增强颗粒通过铸造成形获得由原位颗粒增强的金属基复合材料。现在是56页\一共有135页\编辑于星期一搅拌铸造（stircasting）（1）成形的粘滞阻力向液体内加固体，粘度会大大增加。对于纤维尤其严重，保证很好的弥散很困难。（2）微观组织的均匀性颗粒结团或在熔体里沉积，吸入的气泡，液体输送不足造成的孔隙，凝固前沿对颗粒的推斥而致的颗粒偏析等等。（3）界面反应引起过度的界面反应。对于A1-SiC体系，可能会有过多的A14C3和Si生成。现在是57页\一共有135页\编辑于星期一浆体铸造的问题克服方法克服成形时的阻力：流变模型。减少或避免微观组织的不均匀：建立对颗粒排斥的流变模型。界面反应：预先合金化，使熔体富Si。现在是58页\一共有135页\编辑于星期一现在是59页\一共有135页\编辑于星期一（a）精密铸造（缓冷）（b）压力铸造（急冷）现在是60页\一共有135页\编辑于星期一现在是61页\一共有135页\编辑于星期一5）反应性工艺(即时复合材料)

（1）共晶体的定向凝固定向凝固很早就被用来生产各向异性的材料，定向凝固所得微观组织通常都具有很高的规则性和完整性。在一些特殊情况下，这种方法可用来生产实际上是金属基复合材料的铸件。当一种恰为共晶成分的二元合金在特定温度下正常凝结时，往往会形成一种排列整齐的两相结构。现在是62页\一共有135页\编辑于星期一定向凝固共晶原理：共晶凝固Lα+β凝固方式：定向组织特征：整齐排列的两相，相当与纤维基体与纤维的结合力强可控制纤维的直径与间距热力学平衡状态增强体本性与体积分数的局限性Lαβ现在是63页\一共有135页\编辑于星期一Ni-Cr/TaC复合材料经深腐蚀，以凸显TaC纤维后的SEM图象。这里TaC的体积分数仅为6%，如果体积分数远远大于6%，则会形成一种层状形貌现在是64页\一共有135页\编辑于星期一金属的定向氧化金属受到定向氧化，从而能够生产含金属与陶瓷的近最终形状的工件。将铝熔液加热到高温，加入镁，以使氧化铝表皮不稳定，金属在毛细管力作用下流入氧化铝这样的陶瓷颗粒之间。现在是65页\一共有135页\编辑于星期一放热反应工艺混合物被加热到高温，发生自蔓燃放热反应。有很细的稳定陶瓷相生成，弥散地分布致密化可通过例如热等静压等工艺来进行。适当地选择反应和反应条件也能起到一定控制孔隙度的作用。产品应当是热力学稳定的。现在是66页\一共有135页\编辑于星期一4.3.2主要的固相工艺混合、压制与烧结（粉末冶金）薄膜的扩散键合现在是67页\一共有135页\编辑于星期一

（1）

粉末冶金现在是68页\一共有135页\编辑于星期一现在是69页\一共有135页\编辑于星期一现在是70页\一共有135页\编辑于星期一现在是71页\一共有135页\编辑于星期一现在是72页\一共有135页\编辑于星期一现在是73页\一共有135页\编辑于星期一现在是74页\一共有135页\编辑于星期一粉末冶金(机械合金化)现在是75页\一共有135页\编辑于星期一现在是76页\一共有135页\编辑于星期一MA（机械合金化）纳米材料弥散强化超合金非晶材料超导、磁性材料互不相溶系复合材料微晶材料

现在是77页\一共有135页\编辑于星期一影响机械合金化的主要因素（a）研磨装置（b）研磨速度（c）研磨时间（d）研磨介质（e）球料比（f）充填率（g）气体环境（h）过程控制剂（i）研磨温度现在是78页\一共有135页\编辑于星期一放电等离子体烧结（SparkPlasmaSintering,SPS），也称为“脉冲通电法”或“脉冲通电加压烧结法”，是最近在复合材料材料等先进新材料领域受到瞩目的新烧结法。现在是79页\一共有135页\编辑于星期一现在是80页\一共有135页\编辑于星期一PrincipleandMechanism现在是81页\一共有135页\编辑于星期一现在是82页\一共有135页\编辑于星期一现在是83页\一共有135页\编辑于星期一现在是84页\一共有135页\编辑于星期一现在是85页\一共有135页\编辑于星期一现在是86页\一共有135页\编辑于星期一现在是87页\一共有135页\编辑于星期一现在是88页\一共有135页\编辑于星期一现在是89页\一共有135页\编辑于星期一现在是90页\一共有135页\编辑于星期一现在是91页\一共有135页\编辑于星期一本课题组关于放电等离子体烧结方面的论文（2005.6~2007.8）ChengchangJIA,HuaTANG,,XuezhenMEI,etal,SparkPlasmaSinteringonNanometerScaleWC-CoPowder,MaterialsLetters,2005,59(4);2566~2569(SCIEI收录)（IDSNumber:942IC）JIAChengchang,LIZhigang,HEYuntao,andQUXuanhui,SparkplasmasinteringonmechanicallyactivatedW-Cupowders,RareMetals2004;23;269~273.(SCIEI收录)（IDSNumber:858MH,ISSN:1001-0521）JieMeng,ChengchangJia,QingHe,InfluenceofpowdercharacteristicsonthestructureandpropertiesofNi3Alfabricatedbysparkplasmasintering,6thInternationalWorkshoponAdvancedIntermetallicandMetallicMaterials,2005.10,Yangzhou/Nanjing,ChinaQingHe,ChengchangJia,JieMeng,InfluenceofironpowdersizeonthemicrostructureandpropertiesofFe3Alintermetallicespreparedbymechanicalalloyngandsparkplasmasintering,MateralsScienceandEngineeringA,428(2006),314~318（SCI）JieMeng,ChengchangJia,QingHe,EffectofMechanicalAlloyingontheFabricationofNi3AlbyHotPressing,J.ofAlloyandCompounds,421(2006),200~203（SCI）ChengchangJia,QingHe,JieMeng,XuanhuiQu.Fe3Albasedalloysfabricatedbysparkplasmasinteringfrommechanicallyactivatedpowders,SubmittedtoTHERMEC’2006,thefifthinternationalconferenceonadvancedmaterials;Processing,Fabrication,Properties,Applications.Canada,Vancouver,4-8,June,2006（SCI）JieMeng,ChengchangJia,QingHe,EffectofMechanicalAlloyingonStructureandpropertyofNi3AlbyparkPlasmaSintering,,2006,BeijingInternationalMaterialsWeek,June25-30,2006,China,p216QingHe,ChengchangJia,JieMeng,MechanicalPropertiesofFe3AlIntermetallics,2006,BeijingInternationalMaterialsWeek,June25-30,2006,China,p213JieMengChengchangJia,Qing,HeFabricationofoxide-reinforcedNi3Alcompositesbymechanicalalloyingandsparkplasmasintering,MaterialsscienceandengineeringA,434(2006),246~249（SCI）JieMENG,ChengchangJIAandQingHE.CharacteristicsofmechanicalalloyedNi-Alpowderforsintering.RareMetals,

Volume26,Issue4,

August2007,

Pages372-376（SCI）现在是92页\一共有135页\编辑于星期一本课题组关于放电等离子体烧结方面的论文,续（2005.6~2007.8）JieMENG,ChengchangJIAandQingHE.FabricationofNi3Albyhotpressingfromelementpowders.RareMetals,

Volume26,Issue3,

June2007,

Pages222-225（SCI）MengJie,JiaChengchang,HeQing.InfluenceofpowdercharacteristicsonstructureandpropertiesofNi3Alfabricatedbysparkplasmasintering.TransactionsofNonferrousMetalsSocietyofChina(EnglishEdition),v16,nSUPPL.2,2006,p112-116（SCI）LanSun,ChengchangJia,HuaTang,ResearchonTwoSinteredTechnologyofNanometerWC-CoPowder,MaterialsScienceFrum,534-536,(2007),593-596（SCI）ChengchangJia,LanSun,HuaTang,XuanhuiQu,HotpressureofnometerWC-Copowder,REFRACTORYMETALS&HARDMATERIALS,25(2007),53~56.（SCI）ChengchangJia,QingHe,JieMeng,Fe3Alalloysfabricatedbysparkplasmasinteringfrommechanicallyalloyedpowders,MaterialsScienceForum,539~543,(2007),2706~2712（SCI）LanSun,ChengchangJia,MinXian,AResearchonthegraingrowthofWC-Cocmentcarbide,InternationalJournalofRefractoryMetals&Materals,25(2007),121~124（SCI）ChengchangJia,QingHe,JieMengandLinaGuo.InfluenceofmechanicalalloyingtimeonthepropertiesofFe3AIintermetallicspreparedbysparkplasmasintering，JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing,

Volume14,Issue4,

August2007,

Pages331-334（SCI）QingHe，ChengchangJia，JieMeng．MechanicalpropertiesandmicrostructureofFe3Alintermetallicsfabricatedbymechanicallyalloyingandsparkplasmasintering.TransactionsofnonferrousMetalsSocietyofChina，2006，16：747-752何箐，贾成厂，孟杰，机械合金化与放电等离子体烧结制备Fe3Al-F3AlC0.5金属间化合物，第十四届全国复合材料学术会议，2006.11，宜昌，《第十四届全国复合材料学术会议论文集（上）》，(606)刘向兵，贾成厂，王富祥，盖国胜，陈晓华，热压与放电等离子体烧结（SPS）两种工艺制备Cu-Al2O3复合材料，第十四届全国复合材料学术会议，2006.11，宜昌，《第十四届全国复合材料学术会议论文集（上）》，(633)现在是93页\一共有135页\编辑于星期一4.2.2薄膜的扩散键合工艺原理：将整齐排列的纤维（往往是通过缠绕丝线）置于金属薄膜之间，然后热压。适用性：钛基复合材料(a)用连续纤维增强钛特别有潜力(考虑到显著改善蠕变抗力和刚度)(b)涉及液相钛的工艺会产生迅速的界面化学反应问题(c)因为Ti能在700℃以上溶解其自身的氧化物典型的工艺参数：900℃停留几小时现在是94页\一共有135页\编辑于星期一（2）扩散键合一种已商业化的用于长纤维增强钛合金的技术是将排列的纤维置于金属薄膜之间。往往是通过缠绕丝线，然后热压的方法。该工艺对于生产钛基复合材料非常有吸引力。现在是95页\一共有135页\编辑于星期一4.3.3主要的气相工艺

用于金属基复合材料的气相工艺主要是物理气相沉积(PVD)PVD工艺方法用来制作MMC。相对较慢。最快的一种是升华法一靶样在高度真空条件下的热气化。将长纤维连续地输送通过一个区域，在这个区域内，所要沉积的金属的气相分压很高，这种金属气相便会沉积而在纤维表面生成较厚的涂层。现在是96页\一共有135页\编辑于星期一Ti-6Al-4V与SiC纤维复合气相沉积Ti-5Al-5V的SiC含80%SiC纤维的Ti-5Al-5V的复合材料现在是97页\一共有135页\编辑于星期一4.4陶瓷基复合材料的制备方法陶瓷基复合材料的成形中，尚存在有一些问题，其中最主要的是，由于陶瓷本身是脆性材料，所以在成形工序难以变形。进而，由于陶瓷基体难以适应复合化过程中的体积变化，所以有时会在成形工序中发生开裂。特别是在以纤维作为增强体时，可能会给气体的排出造成困难。而且，陶瓷基复合材料的成形一般是伴随着高温而进行。现在是98页\一共有135页\编辑于星期一陶瓷基复合材料的制备成形现在是99页\一共有135页\编辑于星期一4.4.1主要的固相工艺

1）粉末烧结工艺（1）粉末的制备粉体的制备可分为机械制粉和化学制粉两种。化学制粉：高纯、超细、组分均匀的粉料,其粒径小。需要较复杂的设备、工艺要求严格，成本也较高。机械混合制备多组分粉体工艺简单、产量大，粉体组分分布不均匀，给粉体引入杂质。现在是100页\一共有135页\编辑于星期一（2）粉末的成形

（a）干压成型（Drypressing）

干压成型又称为模压成型，是将粉料填充到模具内部后，通过单向或双向加压，将粉料压成所需形状。这种方法操作简便，生产效率高，易于自动化，是常用的方法之一。但干压成型时粉料容易团聚，坯体厚度大时内部密度不均匀，制品形状可控精度差，且对模具质量要求高、复杂形状的部件模具设计较困难。现在是101页\一共有135页\编辑于星期一（b）等静压成型(IsostaticPressing)

粉料装入橡胶等可变形的容器中，密封后放入液压油或水等流体介质中，加压获得所需的形状。粉料不需要加粘合剂、坯体密度均匀性好、所成型的制品几乎不受限制并具有良好的烧结体性能。仅适用于简单形状制品，形状和尺寸控制性差，生产效率低、难于实现自动化批量生产。适用于大量压制同一类型的产品，特别是几何形状简单的产品，如管子、圆柱等。现在是102页\一共有135页\编辑于星期一现在是103页\一共有135页\编辑于星期一现在是104页\一共有135页\编辑于星期一现在是105页\一共有135页\编辑于星期一（c）热压铸成型（Hotpressingcasting）

将粉料与蜡或有机高分子粘结剂混合后，加热使混合料具有一定流动性，加压注入模具，冷却后即可得到致密的较硬实的坯体。适用于形状比较复杂的部件，易于工业规模生产。坯体中的蜡含量较高（约23%），烧成时排蜡周期长，薄壁且大而长的制品易变形。

现在是106页\一共有135页\编辑于星期一（d）挤压成型（Extrusionmolding）

利用压力把具有塑性的粉料通过模具挤出，模具的形状就是成型坯体的形状。短柱状、纤维状、空心管状体及厚板状坯体等沿挤出方向外形平直的制品。要求陶瓷粉料具有可塑性，成型后粉料能保持原形或变形很小。现在是107页\一共有135页\编辑于星期一（e）轧膜成型（Rollcompacting）

也称为滚（辊）压成型，将加入粘结剂的瓷料放入相向滚动的轧辊之间，使物料不断受到挤压，得到薄膜状坯体的一种成型方法。工艺简单、生产效率高、膜片厚度均匀、设备较简单，能够成型出厚度很薄（可达10μm）。轧膜料常用的粘结剂有聚乙烯醇水溶液和聚醋酸乙烯脂（聚合度400～600为宜）配制轧膜料时，聚乙烯醇水溶液一般用量在30～40%之间，聚醋酸乙烯脂在20～25%之间，通常还要外加2～5%的甘油增塑剂。现在是108页\一共有135页\编辑于星期一（f）注浆成型（Slipcasting）和车坯成型

注浆成型，把一定浓度的浆料注入石膏模中，与石膏相接触的外围层首先脱水硬化，粉料沿石膏模内壁成型出所需形状。车坯成型，用真空练泥机挤出的泥段或注浆成型注出的粗泥坯在车床上进行的。现在是109页\一共有135页\编辑于星期一（g）流延法成型（Tapecasting/Doctorblade）

超细粉中混入适当的粘结剂制成流延浆料，然后通过固定的流延嘴及依靠料浆本身的自重将浆料刮成薄片状流在一条平移转动的环形钢带上，经过上下烘干道，得到所需的薄膜坯体。生产效率高，易于连续自动化生产；膜的厚度可薄至2～3μm、厚至2～3mm，膜片弹性好、坯体致密。对有机溶剂的选择比较敏感，同时水含量及水质对料浆流变性、坯体密度、产品部件的拉伸强度均有较大的影响。现在是110页\一共有135页\编辑于星期一（h）注射成型（Injectionmoulding）陶瓷注射（注模）成型与塑料的注射成型原理类似，但过程更复杂。注射成型是把陶瓷粉料与热塑性树脂等有机物混练后得到的混合料在注射机上于一定温度和压力下高速注入模具，迅速冷凝后脱模取出坯体。成型时间为数十秒，然后经脱脂可得到致密度达60%的素坯体。注射成型与传统的陶瓷热压铸工艺也有类似之处，如都是将混合有机物的物料压入模具中，冷却固化成型，但热压铸是将陶瓷原料与有机物制成蜡饼加热至具有一定流动性后压入模具，压力只有几个大气压；而注射成型需将陶瓷物料和有机物的混合物压碎、造粒后才能用来成型，而且注模压力高达1300kg/cm2；热压铸和注射成型所用的机械也不相同。现在是111页\一共有135页\编辑于星期一注射成型注射成型的主要优点是适合大批量生产陶瓷部件，且大批量生产时成本可很低，成品的最终尺寸可以控制、一般不必再修整，易于经济地制作具有不规则表面、孔道等复杂形状的制品。同热压铸一样，脱脂时间长是注射成型的最大缺点。此外浇口封凝后内部不均匀性也是一个问题

现在是112页\一共有135页\编辑于星期一现在是113页\一共有135页\编辑于星期一（i）压力渗滤工艺（Pressurefiltration）

压力渗虑工艺是在注浆成型基础上发展起来的，可避免一般工艺中发生的超细粉团聚和重力再团聚现象，并可获得较高的生坯密度现在是114页\一共有135页\编辑于星期一（j）凝胶铸模成型（Gelcasting）把陶瓷粉体分散于含有有机体的溶液中形成泥浆，然后将泥浆填充到模具中，在一定温度和催化剂条件下有机体发生聚合，使体系发生胶凝，料浆原位成型。经干燥后可得到强度较高的坯体。收缩小，干燥收缩为1～4%、烧结收缩为16～17%，生坯强度高，有机粘结剂用量低，并且可以成型形状复杂及大截面尺寸的部件。现在是115页\一共有135页\编辑于星期一（k）直接凝固成型（Directcoagulationcasting）

把胶体化学与生物化学结合起来，其思路是利用胶体颗粒的静电或位阻效应首先制备出固相体积分数高、分散性好的悬浮体或料浆，同时引入延迟反应的催化剂，使泥浆聚沉成型

现在是116页\一共有135页\编辑于星期一（3）烧成

粉末冶金领域称为烧结，陶瓷领域称为烧成。最重要的工序。在高温作用下，瓷料发生一系列物理化学变化，由松散状态逐渐致密化，机械强度大大提高。三个阶段:从室温至最高烧成温度的升温阶段、在最高温度的保温阶段、从最高温降至室温的冷却阶段。现在是117页\一共有135页\编辑于星期一导入纤维时会产生一些新的问题纤维可能会阻碍基体烧结时的收缩。热等静压等工艺可以抑制裂纹的发生与扩展，但相对成本较高。而且，要完全抑制裂纹也比较困难。在复合过程的高温下使用部分或全部的液相作为基体。热梯度所引起收缩。成形系统中的不匹配所引起的应变，基体在高温液体状态下的膨胀系数一般要比纤维大得多。纤维强化陶瓷基复合材料成形中的困难与限制是制约制造实用化的因素之一。

现在是118页\一共有135页\编辑于星期一ZrO2-3%Y2O3纤维与同种粉末混合烧结后,复合材料的截面.碳纤维强化Mg基复合材料的组织.由于不同的收缩而在基体中产生了裂纹现在是119页\一共有135页\编辑于星期一2)叠层陶瓷复合材料将薄板状原材料叠层再进行烧结的方法，是简单地成形韧性较高的陶瓷基复合材料的方法。将微细的陶瓷粉末与高的聚合物溶剂混合。轧辊和压制成厚度约为200μm的带状薄板。为了强化可能会成为裂纹并提高韧性，进行厚度约5μm的涂层。之后将该带状薄板叠层烧结。具有各向异性特征，也在很宽的范围内进行了研究。SiC/石墨复合材料的微观组织与贝壳结构非常类似。没有对纤维的操作与加压操作。比较迅速、低成本的成形方法。

现在是120页\一共有135页\编辑于星期一SiC/石墨复合材料贝壳结构现在是121页\一共有135页\编辑于星期一3)利用陶瓷-金属（陶瓷）间的反应（SHS法）利用陶瓷/陶瓷或陶瓷/金属间的反应是合成复合材料中使用最多的方法。由于这类反应是利用自身所生成的热量使反应进行到底，所以也称为SHS法（SelfpropagationHightemperatureSynthesis）。在20世纪70年代，已有报道说用该方法合成了200中以上成分的复合材料。现在是122页\一共有135页\编辑于星期一SHS法制备复合材料代表性的例

原材料与反应生成物温度（K）Ti+2BZr+2BTi+CAl+1/2N2SiO2+2Mg+C3TiO2+4Al+3C3TiO2+4Al+6BTiB2ZrB2TiCAlNSiC+2MgO3TiC+2Al2O33TiB2+2Al2O33190331032002900257023202900现在是123页\一共有135页\编辑于星期一4.4.2主要的液相工艺

1)定向凝固

很早就开始在金属基材料中得到应用。在陶瓷基复合材料中，可以使用定向凝固的方法。制出的复合材料也称为“原位”复合材料。固液