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第七章 陶瓷基复合材料(CMC)制备技术 陶瓷基复合材料的研究: 主要目的：提高陶瓷的韧性 发展速度较慢，其原因为： 高温增强材料出现得较晚（SiC纤维和晶 须七十年代以后才出现）。 CMC的制造过程及制品都涉及到高温，制 备工艺较为复杂。 4. 成本昂贵。 如果加入数量较多的高性能的连 续纤维（例如CF和陶瓷纤维），除提 高韧性外，强度和模量都有不同程度 的增加。 加入数量适当的短纤维（或晶须） 可以明显改善韧性，但强度和模量基 本保持基体材料的水平， CMC的制备方法有很多种，热压法、粉末冶金法、浆体法、反应烧结法、液态浸渍法、直接氧化法、Sol-Gel法，CVD法等。 连续纤维掺入基体之前应预先整列。普遍采用料浆浸渍工艺，然后再热压烧结。 或者将连续纤维编织成预成型坯件，再进行化学气相沉积(CVD)、化学气相渗透(CVI)或直接氧化沉积方法，制成连续纤维增韧陶瓷基复合材料。 也称为泥浆浸渍，让纤维通过盛有料浆的容器浸渍料浆后缠绕在卷简上，烘干，切断，取下后剪裁成一定规格的条带，在模具中叠排，合模后加压加温，经高温去胶和烧结得到复合材料。 热压时分两个基本过程 纤维的加入和定向 制造复合材料时必须控制纤维的体积含量、方向和分布，将纤维定向不但可以在需要的方向上发挥他们的增强效果，而且能达到比较高的充填密度。 对于长纤维 连续长纤维复合材料最常用的方法是泥浆浸 渍，将基体粉末悬浮在含有有机粘结剂的有机 溶剂中制成泥浆。 对于短纤维： 1) 随机排列，只需将纤维与基体混合即 可，纤维越长，含量越高，分布均匀就越困难。 2) 定向：两种方法 液力切变定向：将短纤维或晶须与 基体粉末一起加入液态载体，使其定向流 动并通过一喷嘴，纤维或晶须与基体共同 沉积得到毡，纤维取得定向排列。 电泳法：悬浮在液体中的固体颗粒 表面都带电，在液体中施加一直流场，可 使悬浮在液体中的纤维产生定向。 热压过程 1) 粉末的粒度分布、温度和压力等工艺参数要求 2) 粉末的尺寸小于纤维直径的粒级，有利于纤维在基体中的均匀分布。 纤维编织骨架或坯件置于气相沉积炉内，通入反应源气，使之热解或反应，生成所需的陶瓷基体材料，沉积在坯件的孔隙中并逐步将孔隙填满。 化学气相渗透法工艺示意图 晶须(短切纤维)补强陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体，以晶须(短切纤维)为增强体，通过一定的复合工艺制得的复合材料。 按复合工艺分为两类： 1）外加晶须(短切纤维) 2）原位生长晶须。 外加晶须(短切纤维)制备程序： 分散晶须(短切纤维)、晶须(短切纤维)与基体原料混合、成型和烧结。 成型方法有： 压力渗滤、烧结(热压烧结、活化烧结、热等静压烧结、微波烧结)、先驱体热解和化学气相沉积。 将晶须(短切纤维)预成型为坯件，置于石膏模具中，在压力作用下使料浆充满晶须(短切纤维)预成型坯件的缝隙。料浆中的液体经过过滤器排入过滤腔，而留在模具内的经加压烧结形成陶瓷基复合材料。 原位生长工艺是通过化学反应在陶瓷基体中原位生成补强组元(晶须或高长径比晶体)，从而形成晶须补强陶瓷基复合材料。 将颗粒增强材料和陶瓷基体材料，采用球磨，特别是湿法球磨进行均匀混合。混合料干燥后，先成型为坯件再进行烧结，制备颗粒增强陶瓷基复合材料。 烧结工艺: 常压烧结, 反应烧结。 热压烧结工艺：单向热压烧结、热等静压烧结。 7.8 烧结方法 1).常压低温烧结：过去传统陶瓷烧结方 法多在隧道窑中进行。现在在高性能陶瓷 主要在电炉中进行（管式、立式、箱 式 ），采用何种烧结气氛根据产品性能 需要和经济因素。 (1）微波加热烧结； (2）微波等离子体烧结; 高温加压法: 到高温阶段才加压力； 分段加压法：低温时加低压，高温时加预定压 力。 (2）高温等静压法（热等静压法）：与一般热压 相比，其物料或恒料受到各后同性的压 力，获得复杂形状的制品。目前仅实验室 进行，很难实现产业化。 * * 7.1 概述 7.2 CMC制备工艺 1) 连续纤维增强CMC制备工艺 2) 料浆浸渍及热压烧结法 Cf/SiC的CVD法工艺简图 7.3 化学气相沉积法(CVD) 将纤维预成型坯件置于石墨坩埚中。从底部导入源气，发生热解或反应，产生的固态物沉积在纤维周围形成基体。随着坯件顶部沉积部分的密度和导热率增加，使沉积区也不断向下移动，直至整个坯件中的孔隙几乎全部被填满，最终获得高致密性的复合材料。 7.