《无机复合及工艺》第七章复合的成型工艺分解.pdf

第五章 复合材料的成型工艺 1、金属基复合材料的成型工艺 2、陶瓷基复合材料的成型工艺 1 1、金属基复合材料的成型技术 金属基复合材料的制备工艺方法对复 合材料的性能有很大的影响，是金属基复 合材料的重要研究内容之一。 2 金属基复合材料工艺研究内容 ① 金属基体与增强材料的结合和结 合方式； ② 金属基体/增强材料界面和界面产 物在工艺过程中的形成及控制； 3 ③ 增强材料在金属基体中的分布； ④ 防止连续纤维在制备工艺过程中 的损伤； ⑤ 优化工艺参数，提高复合材料的 性能和稳定性，降低成本。 4 根据各种方法的基本特点，把金属基复 合材料的制备工艺分为四大类： (1) 固态法； (2) 液态法； (3) 喷射与喷涂沉积法； (4) 原位复合法。 5 常用的金属基复合材料制备工艺 6 (1) 固态法 固态制备工艺主要为扩散结合和粉末 治金两种方法。 7 1) 扩散结合 在一定的温度和压力下，把表面新鲜清洁的 相同或不相同的金属，通过表面原子的互相扩散 而连接在一起。 因而，扩散结合也成为一种制造连续纤维增 强金属基复合材料的传统工艺方法。 8 扩散结合工艺中，增强纤维与基体的 结合主要分为三个关键步骤： ① 纤维的排布； ② 复合材料的叠合和真空封装； ③ 热压。 9 采用扩散结合方式制备金属基复合材料，工 艺相对复杂，工艺参数控制要求严格，纤维排布、 叠合以及封装手工操作多，成本高。 但扩散结合是连续纤维增强并能按照铺层要 求排布的惟一可行的工艺。 10 在扩散结合工艺中，增强纤维与基体的湿 润问题容易解决，而且在热压时可通过控制工 艺参数的办法来控制界面反应。 因此，在金属基复合材料的早期生产中大 量采用扩散结合工艺。 11 2) 粉末冶金 粉末冶金既可用于连续长纤维增强， 又可用于短纤维、颗粒或晶须增强的金 属基复合材料。 12 在粉未冶金法中，长纤维增强金属基复 合材料分两步进行。 首先是将预先设计好的一定体积百分比 的长纤维和金属基体粉末混装于容器中，在 真空或保护气氛下预烧结。 然后将预烧结体进行热等静压加工。 13 一般情况下，采用粉未冶金工艺制 备的长纤维增强金属基复合材料中，纤 维的体积百分含量为40% ~ 60%，最多 可达75%。 14 粉末冶金法五大优点 ① 热等静压或烧结温度低于金属熔点，因而 由高温引起的增强材料与金属基体的界面反应少， 减小了界面反应对复合材料性能的不利影响。同 时可以通过热等静压或烧结时的温度、压力和时 间等工艺参数来控制界面反应。 15 ② 可根据性能要求，使增强材料（纤维、 颗粒或晶须）与基体金属粉末以任何比例混 合，纤维含量最高可达75%，颗粒含量可达 50%以上，这是液态法无法达到的。 16 ③ 可降低增强材料与基体互相湿润的要 求，也降低了增强材料与基体粉未的密度差 的要求，使颗粒或晶须均匀分布在金属基复 合材料的基体中。 17 ④ 采用热等静压工艺时，其组织细化、 致密、均匀，一般不会产生偏析、偏聚等 缺陷，可使孔隙和其他内部缺陷得到明显 改善，从而提高复合材料的性能。 18 ⑤ 粉未冶金法制备的金属基复合材料 可通过传统的金属加工方法进行二次加工。 可以得到所需形状的复合材料构件的毛坯。 19 粉末冶金法主要缺点 ①工艺过程比较复杂； ②金属基体必须制成粉末，增如了工 艺的复杂性和成本； ③在制备铝基复合材料时，还要防止 铝粉引起的爆炸。 20