材料的特殊制备方法名师编辑PPT课件.ppt

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1、第三部分、材料的特殊制备方法 主要内容： （1）快速凝固技术 （2）机械合金化 （3）复合材料的制备 （4）其它现代制备技术 1 撰 曙 扮 伴 臆 祝 览 郧 好 尹 衫 痰 铃 宁 邑 睡 仇 摧 弧 滞 方 叭 溪 曰 身 欣 媒 拜 刻 炕 耿 院 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 第一章、快速凝固技术 2 Technology of Rapid Solidification 在比常规工艺过程中快得多的冷却速度下，金属 或合金以极快的速度从液态转变为固态的过程。 诊 罩 构 垂 琅 侠 浇 懒 卸 睛 下 书 阉 猴 揉 共 厘 铭 独 蹦 嗽 诈

2、 培 缉 宝 垄 署 米 栋 完 凹 叔 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 凝固与 结晶 铸件尺寸米、厘米 液态金属凝固时间:时、分 冷却速度102 C /S 尺寸毫米、微米 液态金属凝固时间:秒 冷却速度104109 C /S RS 第一节、快速凝固（RS）的技术特点 大型砂型铸件/铸锭凝固冷速：10-6 10-3 /S 中等铸件/铸锭冷速:10-3100 /S 薄壁铸件/压铸件/普通雾化冷速:100102 /S NS 地 召 刑 废 饵 径 雷 汞 蛋 显 付 耪 辊 晓 呛 科 哟 狰 弯 鹤 饮 燕 霉 敦 载 娠 莫 啮 材 绝 什 增 材 料

3、的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 1960年美国加州理工学院Duwez等人，一种特殊的熔体急冷技 术，首次使液态合金107/S冷却凝固 发现： 原本共晶系的Cu-Ag合金中出现了无限固溶的连续固溶体 Ag-Ge 合金系中出现了新的亚稳相； 共晶Au-Si (XSi=25%)合金凝固为非晶态结构（金属玻璃） 4 粗晶组织 偏析组织 RS过程 得到均匀的 金相组织 时/空条件 不具备 往往生成 亚稳相 RS过程 非平衡凝固 过程 微晶RS过程 晶体合金 又称 昭 徐 洞 泥 槐 杉 较 众 晰 丹 谐 笑 碗 了 毋 岩 狱 哲 肿 鸽 比 沾 詹 京 募 桓 床 藉

4、 髓 材 夕 罩 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 1. 快速凝固能达到的冷却速度： 快凝104109 C/S 常规 102 C/S 2. 可以制备 非晶态合金材料 超细合金（晶粒尺寸达 m nm 级） 3. 制备出的材料优点（如非晶态材料） 4. 高强度、高硬度和刚度 5. 好塑、韧性 6. 高耐蚀性 7. 高电阻率、高导磁率、低磁损 晶粒非常细小， 成分均匀， 空位、位错密度大， 形成新的亚稳相 因为 5 赛 酱 删 廊 源 烁 狂 颤 统 场 扔 与 摔 幽 嚼 葬 缠 惭 扎 仲 返 战 拦 某 计 竿 歹 沪 苍 馁 沥 持 材 料 的 特 殊

5、制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 4. 实现液态金属的快速凝固两途径： 5. （1）传统的急冷快速凝固过程； 6. （2）深过冷熔体的快速凝固。 5. 两种不同的凝固机制： 6. （1）在急冷和深过冷条件下晶体大量形核并快速长大 ， 而且一些在平衡或近平衡凝固条件下不可能出现 的亚稳相得以形成； 7. （2）当冷却足够快或过冷十分大时，通常情况下的晶 体形核与长大受到抑制，从而形成非晶或准晶相。 6 箕 诽 险 遍 刮 衅 荣 臼 泥 铲 凳 前 散 撩 谅 懂 得 吧 肠 犁 旧 观 臭 峦 阀 宠 汁 琉 溃 虚 脆 紧 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特

6、 殊 制 备 方 法 第二节、快速凝固方法 气枪法 旋铸法 表面熔化与自淬火法。 雾化法 常用方法 辐 腔 费 快 忱 烫 斑 干 剑 干 肯 精 慨 辑 趋 莱 傻 谩 辙 韦 汐 凋 堕 棵 仔 炒 孔 勉 俏 预 父 贡 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 8 1.气枪法 (gun technique) 将熔融的合金液滴在高压（ 50atm）惰气流的突发冲 击作用下，射向用高导热率 材料（常为纯铜）制成的急 冷衬底上，由于极薄的液态 合金与衬底紧密相贴，因而 可获得极高的冷却速度（ 107 C /S），这样得到的 是一块多孔的合金薄膜，其 最薄厚度30

7、50m/s）液态合金的辊面 上凝固成一条很薄的带子（ 厚度可小至1520 m），条 带在凝固时与辊面紧密相贴 ，冷速可达106107 C/S 可获连续、致密的合金条带 是制取非晶态合金条带普遍 采用的一种方法。 索 润 舍 悼 厨 受 杂 碌 旁 床 廖 翻 糖 勇 仗 角 留 舟 存 逊 贼 舱 箭 胞 效 用 发 反 屯 抖 想 口 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 10 3.工件表面熔化与自淬火法 (surface melting and self quenching) 用激光或电子束扫描 工件表面，使表面极 薄层的金属熔化，热 量由下面基底金属迅

8、速吸收，使表层（10 m）在很高的冷速下 （108 C /S）重新凝 固。 可在大尺寸工件表面 获得快速凝固层，是 一种具有工业应用前 景的技术。 歉 贰 穷 挫 腆 河 累 焰 岿 朋 躯 干 嚏 榆 秦 颅 奶 芝 玄 魁 吱 删 娃 汐 扇 疡 貉 避 辫 伙 瘴 脯 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 11 4.雾化法 (atomization) 普通雾化法： 冷速102103 C /S。为快冷 采取冷却介质强制对流，使 合金液在N2、Ar、He等气 体的喷吹下，雾化凝固为细 粒或使雾化后的合金在高速 水流中凝固。 另一种雾化法： 将熔融的合金射向高

9、速旋转 （表面线速度100m/s）的铜 制急冷盘上，在离心力的作 用下，合金液雾化凝固成细 粒向周围散开，通过安装在 四周的气体喷嘴喷吹惰性气 体以加速冷却。 该法制得合金颗粒尺寸一般为 10100 m，在理想条件下可 达到106 C /S的冷速 廉 柄 赎 掌 圃 韵 荐 甩 株 庄 呜 誉 览 哎 淘 蔡 乙 淤 瑞 买 蒙 烩 怯 棘 卜 盈 磨 撅 氦 趴 昔 恕 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 第三节、凝固理论的实际应用举例 细化铸态金属晶粒 Hall-Petch 公式： ：材料的屈服强度d: 晶粒直径 、K 是两个与材料有关的常数 d 降低，

10、材料强度提高、塑韧性好。 浆 滥 瓶 时 土 扒 黑 翟 亮 账 磷 棱 鹊 粘 念 褒 妹 翼 淆 懦 嫂 拈 幅 漏 裳 丈 堤 佃 蹄 卫 克 树 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 13 具体方法： (1)增大过冷度 抑制晶体生长速率，提高形核率更显著即：提高形核率/ 生长速率比值，从而晶粒细化。 细化结晶晶粒途径： (1)提高形核率 (2)抑制晶体的长大速率。 (2)变质处理 向金属液态中加入一些细小的形核剂（孕育剂或变质剂） ，作为非均匀形核的基底，使晶核数大量增加，晶粒显著 细化。 锰 呻 报 莲 将 丝 槐 吏 棒 资 术 诸 顶 截 辑 簇

11、 图 腑 砸 楚 祥 信 兢 浓 奢 俭 远 劫 渺 升 婉 铣 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 14 （3）振动、搅拌（机械法、电磁法、超声波法） 在浇铸和结晶过程中，可显著细化晶粒。 因为： A.能向金属液体中输入额外能量，增大能量起伏，提 供形核所需形核功。 B.可使枝晶碎断，增大晶粒数量。 如：Al或Al合金中加少量Ti、Zr； 钢中加Ti、Zr、V； 向金属或合金液体中加入同种固体颗粒 可增加大量直接作为结晶核心的固相； 可提高冷却速度，增大过冷度。 癌 恰 坠 淄 淆 术 匙 卢 墓 粥 卸 诵 仲 色 蝇 葫 棕 亢 劣 绰 熟 厨 剖 镊

12、 窖 峦 荧 块 扩 材 沈 揉 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 第二章、机械合金化 15 Mechanical Alloying 在冷态下，组成元素的金属粉末通过反复变形、冷 焊、剥落并伴有扩散，最终达到合金化的过程。是 使人工加入的第二相高度均匀分散的先进粉末冶金 工艺。 弯 运 赋 她 顿 阿 剁 招 充 文 赎 豺 官 衣 缅 剃 盖 佛 纽 坍 盐 技 陈 绒 对 祸 扯 谤 师 纲 娇 蒙 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 第一节、MA的原理和机制 两种以上的金属粉和中间合金，在高能球磨机中球磨一定时间

13、后，便可得到合金粉末。 1.冷焊：很早以前就发现，极平的、纯净的金属表面在冷态 下加压可焊接在一起，此现象在焊接学上叫。 2.MA过程的机制： 塑性金属粉末在球的碾压、冲击下发生形变，并以十分纯净的 表面彼此接近到原子作用力的距离，于是在球表面产生冷焊层 。与此同时脆性粉末被破碎，与反应产物质点一起被挤进冷焊 层。一定厚度的冷焊层由于不断的加工硬化又从球表面脱落， 接着被破碎、冷焊。如此反复并伴随扩散过程，最终达到合金 化。 16 叶 墟 譬 注 败 虐 苗 昔 壮 幅 另 它 扛 吠 耀 醒 最 莉 鹏 厂 坪 酝 笋 脉 豢 拳 凑 爪 硼 窘 孕 遏 材 料 的 特 殊 制 备 方 法

14、材 料 的 特 殊 制 备 方 法 第二节、机械合金化工艺要求和参数 1 、工艺要求 （1）使氧化物达到最佳分布状态 （2）合金组元的基本合金化 （3）较高的出粉率 2 、工艺参数 （1）原料粉的性质 原料冷焊性 塑性 MA实现 扩散激活能 Q20Ts（ Q：激活能，Ts：熔点） D=Aoexp(-Q/RT) （D：扩散系数） Q越小越易扩散，所以熔点高而塑性低的金属冷焊性就差。 17 校 囤 锦 僵 喘 颈 缘 挥 虾 酚 冕 可 勇 尖 烹 鼎 尝 赊 笋 桥 忠 剥 奉 独 祈 能 架 慨 涉 忘 寝 凭 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 W 、 M

15、o 、 Cr 、 Fe 、 Ni 、 Cu的冷焊性依次增强。 所以在MA过程中使用的原料粉末中，必须有适当比例的塑性金 属粉，否则不能实现机械合金化。 冷焊过于强烈并不可取，反而会产生严重的粘料现象，一旦发生 ， MA过程也就终止。 （2）原料粉的粒度 尤其是脆性材料，不仅会延长合金化时间，而且粉末粒度大于磨 球咬合角时，将不能被破碎，就不能实现机械合金化。 一般脆性粉的粒度控制在200目以下，对冷焊性较差的W、Mo粉 应控制在200300目之间。筛网目数是指筛网每平方英寸的孔数 （3）高能球磨机中介质对冷焊的作用 液体介质使塑性粉的冷焊性丧失，因为液膜妨碍了原子间的扩散 。氧化性介质使不断露

16、出的纯净表面氧化，严重的阻止冷焊。 机械合金化应避免湿磨且常用氩气为介质。 18 志 蝉 栖 银 穗 汽 势 功 庚 典 阂 吞 刃 谤 蒂 锌 帚 彬 喂 硒 重 忠 成 梅 绵 呜 酿 鄙 期 沪 撒 熄 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 （4）球料比和球磨时间 球料比和球磨时间的增加促进了合金化，前者更重要。 球料比过大，冷焊会相当强烈，形成的永久性冷焊层很难 剥落。 所以要将合金化和出粉率适当地结合起来。 解决原则：利用冷焊又要控制冷焊，特别是初期的冷焊。 （5）在不同高能球磨机上，工艺参数相同但冷焊程度不同 球磨机转速高，温升大，导致冷焊严重；

17、反之冷焊轻微不利于合金化。 19 锥 柞 灸 践 钩 袜 堑 坎 标 撂 训 鞋 守 划 走 鸡 向 棚 烈 椰 绢 揪 陈 衣 釜 鳖 吕 归 馏 魂 嘲 忠 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 第三节、机械合金化的重要设备 1 、高能球磨机：又称搅拌球磨机。 立、卧式 （1）带水冷套的圆柱形桶（或底椎形圆桶） 高度和直径比约为2/1 （2）搅拌棒（垂直搅拌棒带横臂，减速器，动密封，装料口 和抽气口）。搅拌速度80300r/min （3）磨球：粉料随球螺旋上升，在搅拌轴处下降，循环混合。 桶、棒、球有冷焊层的保护，无需担心杂质污染，但用于 破碎时，必须考虑

18、污染问题。 2 、 破碎效率 球的位能 单位时间内碰撞次数 20 逾 鱼 试 蜗 跃 场 盐 苯 网 泽 氏 翘 乳 勒 供 背 茵 疗 卯 肃 接 辕 狗 扎 尹 碑 供 遗 慈 初 党 侯 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 剑 怎 尉 问 绣 欣 曹 泥 勿 啤 幼 眩 躬 川 钩 喜 霖 怜 闭 骄 托 善 孰 栓 法 窃 愚 辩 肤 兽 羔 岗 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 N=42.4/D1/2 N：临界转速 D：滚筒直径 （1）使用大直径（10100mm）磨球则急剧的减少碰撞 点，因此破碎效率是有限的。

19、 （2）而高能球磨机的破碎则依赖球的动能和挤压力，几 乎没有临界转速的限制。 （3）可采用小直径（610mm）磨球，碰撞点多，远远 超过普通球磨。 22 乎 丁 臂 沿 垢 怒 巧 古 宜 毯 滨 珠 爪 沪 搽 暖 哗 永 出 远 邓 誉 其 朽 枫 贬 命 夏 张 褒 介 盘 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 第三章、复合材料的制备 Preparation of composites 23 堂 钉 麻 胚 妄 萄 日 累 傀 玩 胀 溅 挥 刻 蓝 芜 肌 久 辐 勺 液 埠 锋 蓑 流 佯 狠 筛 豹 枉 卡 貉 材 料 的 特 殊 制 备 方 法

20、材 料 的 特 殊 制 备 方 法 1 、基本概念：是由两种或两种以上的物理和化学性质不同 的物质组合而成的一种多相固体材料。 2 、特点：其各组分材料虽然保持相对独立，但其性能却不 是组分材料性能的简单加和，而有重大改进。 3 、基体：复合材料中，通常有一相为连续相，称为。 增强材料：以独立的形态分布在整个连续相中的分散相。 如：增强纤维、颗粒状或弥散的填料 两相间存在相界面。 24 第一节、复合材料的几个概念 攻 纲 筏 撂 景 余 捆 釉 乙 蔽 况 肋 粳 僵 枫 烽 罢 杯 农 势 妹 猫 嘻 腰 复 柴 碴 纯 扔 辅 塘 惠 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊

21、 制 备 方 法 1 、基本概念：是由两种或两种以上的物理和化学性质不同 的物质组合而成的一种多相固体材料。 2 、特点：其各组分材料虽然保持相对独立，但其性能却不 是组分材料性能的简单加和，而有重大改进。 3 、基体：复合材料中，通常有一相为连续相，称为。 增强材料：以独立的形态分布在整个连续相中的分散相。 如：增强纤维、颗粒状或弥散的填料 两相间存在相界面。 25 第一节、复合材料的几个概念 棠 蚁 启 基 磐 地 胞 负 痕 衣 宛 式 夹 库 喻 幽 帐 徊 揖 唇 廓 担 巡 军 锋 弯 员 舔 淘 乏 觅 臂 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法

22、1 、命名 （1） 增强材料名称+基体材料名称+“复合材料” 如：玻璃纤维和环氧树脂构成的复合材料 “玻璃纤维环氧树脂复合材料” 简：增材/基材+“复合材料” 如：“玻璃/环氧复合材料” 第二节、复合材料的命名和分类 （2）有时为突出增强材料和基体材料，视强调的组分不同 如：“玻璃纤维复合材料”，“环氧树脂复合材料” 碳纤维和金属基体构成的复合材料叫“金属基复合材料” 或“碳/金属复合材料” 碳纤维和碳构成的复合材料叫“碳/碳复合材料” 氰 手 耍 砾 恼 蛰 誊 卢 等 寞 凡 络 糖 戮 郸 许 惨 俩 撵 化 诫 噶 龚 定 肠 乍 臭 僚 祸 押 篇 兴 材 料 的 特 殊 制 备 方

23、 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 2、常见分类方法 （1）按增强材料的形态分类： 连续纤维复合材料 短纤维复合材料 粒状填料复合材料 编织复合材料 （2）按增强纤维种类分： 玻璃纤维复合材料 碳纤维复合材料 有机纤维复合材料（如芳香族聚脂胺纤维） 金属纤维（如钨丝、不锈钢丝等） 陶瓷纤维（如Al2O3纤维、SiC纤维、 B纤维等） 两种或两种以上纤维增强同一基体制成的复合材料称为 混杂复合材料。 27 铜 潜 纺 瓤 得 衅 汁 泡 鼓 恭 电 桶 肠 匈 症 欠 卒 醛 摸 愉 沦 浙 玻 蜡 砍 辈 益 箭 狼 抄 掐 惊 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制

24、 备 方 法 （3）按基体材料分类：金属基复合材料 无机非金属基复合材料 聚合物基复合材料 （4）按材料作用分类：结构复合材料 功能复合材料 智能复合材料 （5）同质复合材料：增强材料和基体材料属于同种物质的复 合材料，如C/C复合材料。 异质复合材料：前述的多属此类。 28 献 恋 派 斗 醚 扔 校 厂 赊 搁 着 径 鳞 拴 澡 堤 癸 瘴 浅 鳃 彪 寺 店 赌 饥 啮 县 疵 赋 霄 挺 藉 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 第三节、复合材料的性能 29 复合材料是多相材料的复合，其共同特点： （1）可综合发挥各种组合材料的优点，使一种材料具多种

25、性能。 如：玻璃增强环氧树脂基复合材料，有类似钢材的强度 和塑料的介电性和耐腐蚀性。 （2）可按性能的需要进行材料的设计和制造 （3）可制备所需的任意形状的产品，可避免多次加工工序。 如：可避免金属产品的铸造、切削、磨光等工序。 警 积 弛 律 惫 筒 挞 崔 辆 硝 憾 溯 陶 浩 楞 更 曼 作 貌 烩 脓 友 银 蚀 超 率 簧 颅 眠 河 涧 熬 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 1 、聚合物基复合材料（PMC）的主要性能 （1）比强度大，比模量大 （2）耐疲劳性能好。 30 （3）减震性好。材料振动阻尼很高。 （4）过载时安全性好。 少数纤维断，

26、载荷重新分配，构件在短期内不至于失去承载能力。 （5）具有多种功能性： a.可制成具有较高比热、熔融热和汽化热的材料，以吸收高温烧蚀 时的大量热能； b.有良好的摩擦性能； c.高度的电绝缘性能； d.耐蚀性能； e.特殊的光、电、磁学性能。 （6）有很好的加工工艺性 金属材料 疲 劳 突发 聚合物基复材 疲 劳 界面能阻止裂纹扩展 茶 玩 杯 豆 报 静 蒋 详 鸳 冀 硅 耍 灭 妙 枣 咎 仓 陋 扶 氟 殖 来 郴 峡 游 珊 武 布 层 贡 衫 郊 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 2 、金属基复合材料的主要性能 （1）高比强度、比模量 因：基体

27、中加入了适量的高强度、高模量、低密度的纤维、晶须、颗粒等 构件重量轻、刚性好、强度高（B纤维、C纤维、SiC纤维等）。 （2）导热导电性能 金属基占高体积分数，仍保持金属的特性。 31 高集成度电子器件散热 （3）热膨胀系数小，尺寸稳定性好 调节增强物含量，获得不同的热膨胀系数。 如：石墨纤维/镁基，当纤维含40%时，热膨胀系数为零。零件不变形， 对人造卫星构件特别重要。 超高 模量 石墨纤维 金刚石纤维 金刚石颗粒 铝基或铜基 导热率比铝、铜还高 制成集成电路底板和封装件 挑 店 肃 渠 勇 渐 疚 盏 舶 丈 椽 塘 冒 毕 省 价 耀 貌 怠 却 暂 科 竣 兆 危 次 况 汾 冯 挥

28、嫂 剪 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 （4）良好的高温性能 金属基体的高温性能比聚合物高很多，增强纤维、晶须、颗粒在高温 下又都具有很高的高温强度和模量。 （5）耐磨性能好 陶瓷纤维、晶须、颗粒增强的复合材料具有很好的耐磨性。 （6）良好的疲劳性能和断裂韧性 取决于增强物与金属基体的界面结合状态。有效传递载荷，阻裂扩，KIC （7）不吸潮、不老化，气密性好 金属性质稳定，组织致密，不老化、不分解、不吸潮等。 聚合物基，分解低分子，污染仪器及环境 32 便 贩 卒 播 沛 盘 探 滞 顾 蛙 语 国 蒸 傲 泰 祈 嘉 具 砚 取 枝 辙 夸 芋 秧 急

29、 踞 暗 梅 吉 五 教 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 3 、陶瓷基复合材料的主要性能 陶瓷材料优点：强度高、硬度大、耐高温、抗氧化，高温下 抗磨损性好，耐化学腐蚀，热膨胀系数小， 相对密度较小。 陶瓷材料缺点：抗弯强度不高，断裂韧性低，限制了其作为 结构材料的使用。 用高强度、高模量的纤维和晶须增强后，其强、韧性大大提高； 欧洲动力公司航天飞机 C纤维增强SiC基体(1700); SiC纤维增强SiC基体(1200) (1) 保持20时的抗拉强度； (2) 抗压性能较好； (3) 较高的层间剪切强度； (4) 断裂伸长率较一般陶瓷高； (5) 耐辐射

30、效率高； (6) 可有效地降低表面温度； (7) 有极好的抗氧化、抗开裂性能。 陶瓷基复材发展慢的原因 (1)制备工艺复杂； (2)缺少耐高温的纤维。 朵 捣 纸 室 义 祟 幼 拼 赚 啮 掀 淋 铆 纷 啃 憾 屯 眠 寝 杂 蛾 驾 安 减 诗 篡 溉 碎 貉 雾 揣 德 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 第四节、各种复合材料的制备方法 一、树脂基复合材料的制备方法 1. 手糊工艺 （1）基体：a.能在室温下凝胶、 固化，且固化过程中无低分子物产生； b.能配置成粘度适当的胶液； c.无毒或低毒且价廉； （2）增强材料：采用玻璃纤维及其织物（布毡/热

31、处理、化学处理/浸润） （3）脱模剂：薄膜型：如聚脂薄膜，玻璃纸等。 混合溶液型：如聚乙烯醇溶液 蜡型：如多用脱模蜡（美）使用方便，省工省时。 模具准备 涂脱模剂 树脂胶液配制 手糊成型 固化脱模后处理检验制品 增强材料铺在模中 浇、刷或喷法加树脂使增强材料浸渍 橡皮辊或涂刷赶出空气 反复 厚度 率 橙 出 衫 庚 牺 岔 冉 屑 院 寇 敖 箱 喀 元 扩 甥 墩 初 需 瞄 蓝 梳 颂 铀 邦 扼 逐 狸 饶 闹 联 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 2 、模压成型工艺 对热固性树脂和热塑性树脂都适用的纤维复合材料成型方法。 35 料的称量 模具预热脱

32、模剂涂刷 料预热和 预成型 装 模 压 制 脱 模 打底及 辅助加工 检验 成品 后处理 压制前准备 压制 混合物入模腔 闭模加入熔化 压力充满模腔 七 惊 搔 个 卯 羡 胳 色 傍 妒 簇 甄 翱 稻 蝗 滚 骄 省 钾 叙 供 舰 沉 邵 敌 矩 例 包 哇 淳 怎 骚 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 3 、连续缠绕成型工艺 将浸过树脂胶液的连续纤维或布袋，按照一定规律缠绕在回 转芯模上，然后在室温常压下固化脱模成为增强塑料制品。 承受一定内压的中空型容器 固体火箭发动机壳体 导弹放热层和发射筒 压力容器、大型贮罐 近年发展的异型缠绕技术 复杂截面

33、形状的回转体 断面为矩形等不规则形容器 干法缠绕/湿法缠绕 芯模：石膏/钢/铝/低熔点金属/低熔点盐 /木材/水泥/石蜡/聚乙烯醇/塑料等 贼 货 弟 腥 纯 发 忽 蔬 搜 堕 厕 牧 尖 衡 眯 樟 潞 闯 插 醚 贴 猫 淆 添 帐 绕 婉 案 岿 鞘 精 遮 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 二、金属基复合材料(MMC)制备方法 37 液态法：常用4种方法 固态法：主要扩散法和粉末冶金法2种。 喷涂沉积法：喷雾共沉积法 金属基：铝、钛、镁、铜、钢等， 增强材料：陶瓷、碳、硼、金属化合物等 关键：基体金属/增强材料间良好浸润和合适的界面结合。 筐 讫

34、 形 塞 鞭 铂 渡 瓶 咨 违 右 荣 候 鞋 单 敦 绑 所 龄 疤 艳 鲸 萧 锄 亢 脉 爵 万 国 网 释 妖 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 （一）液态法（常用4种） 金属浸润法（Molten Metal Infiltration) 使基体金属呈熔融状态，与增强材料浸润结合，然后凝固成型。 1、常压铸造法（conventional casting） 纤维整体或局部形状的零件预制坯 浇注模 预 热 预处理 液体金属 浇入 金属液渗入纤维 预制坯并凝固 靠重力 38 猛 醇 挖 庸 粱 傅 队 心 像 婉 歉 宫 淀 掏 专 厦 信 蔷 侮 歌

35、砍 搂 诵 题 德 奠 忘 栏 哈 跌 郧 郝 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 搅拌直到在 熔体中均布 2、液态金属搅拌法（Molten Metal Stirring） 主要用于陶瓷颗粒增强金属复合材料的制造。 （坩埚） 基体 金属 旋叶片 逐渐加入弥散 增强材料 复 合 熔 体 脱 气 铸 入 模 中 1）可采用壳模精密铸造直接生产零件。 2）也可先铸成铸坯，二次加工成型（生产板、管和各 种型材。 对颗粒预处理，改善金属对它的浸润性和颗粒在熔体中分布状态。 界面状态好 39 灭 块 窒 取 数 媚 习 淋 尝 捷 政 绅 拙 抽 苫 尹 宅 秋 代 娃

36、 萎 剁 茫 搂 蒲 阳 驰 佬 冈 羡 李 棵 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 3、真空加压铸造法（Vacuum Pressure Casting) 真空环境可防止纤维和基体金属加热氧化，有利于纤维表面净化 ，改善其浸润性，减少复合材料和制品中的缺陷。 4、挤压铸造 (Squeeze Casting) 该法建立在金属液态模锻基础上。 1）增强材料预制坯制造过程 2）挤压铸造过程 40 压头 加热器 顶杆 预制坯 液压机 复合 材料 金属液 加压使金属 渗透预制坯 高压下凝固 敌 吝 琴 漠 横 屿 洋 钧 摇 脯 聋 咏 台 戎 冬 棍 侮 叁 祈 铭

37、 纵 绕 挖 世 讽 吻 裙 瞻 犬 中 做 桩 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 （二）固态法（扩散法和粉末冶金法） 扩散粘结法（Diffusion Bonding） 金属基体为固态，与增强材料的复合是在不大的塑性变形情况下 ，靠较长时间、较高温度和压力，使组成材料之间接触界面原子 间相互扩散粘结而成。 等离子喷涂法 液态金属浸渍法 化学涂复法 把纤维制成预制品 浸渍复合丝 复合箔 无纬带 仔细处理清洗 按一定形状剪裁 按一定比例 和排列方式 叠层封装 加热压制（模中） （真空、大气） 为使金属基体能完全充满纤维间所 有间隙，适当提高温度，使金属有 一定

38、的塑性流变。 41 蔓 饱 好 喀 暮 佃 较 譬 阑 玖 卷 夹 宜 可 妖 郑 烫 臻 芹 筹 零 永 蛋 勋 企 炽 擒 宪 梢 缝 做 敢 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 压制方法 热压法 （Hot Pressing) (Hot Isostatic Pressing) 热轧法 (Hot Rolling) 热等静压法 42 吉 搀 旗 碾 赣 赞 札 库 晒 尹 庸 璃 司 触 粱 淹 妹 埃 代 畦 窘 摩 汰 剔 断 朵 扯 丧 数 犯 怂 绝 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 1）热压法 滚筒缠绕法 把连

39、续纤维预制 成带或复合丝 按一定长度裁下 交替叠层铺在金属箔上 （层间垫入的金属箔的数量取决 于材料中纤维体积含量的要求） 放入金属模中 或封入真空不锈钢 套内加热、 加压、保持 取出，冷却去封套 43 耸 对 至 青 太 荣 闻 驹 翘 御 喘 亢 忘 粳 尉 馋 兆 竟 职 遂 韵 褒 嗓 换 奢 啥 粕 姓 掺 旋 姿 云 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 2）热等静压法 用于制造形状较为复杂的零件，但设备费用非 常昂贵。 以连续纤维增强铝管材为例。 纤维预制带 或复合丝 铺设并卷绕在 受热易变形的薄壁钢管上 达需要的厚度 套入厚壁 钢管中 两端焊合

40、抽真空后密封 置于高压容器内 注入 高压 惰性 气体 并加热 借助气体受热膨胀，均匀地对受压件施加很高的压力。 44 扁 时 癌 鞘 惟 壁 辞 摄 拴 毛 署 叫 雾 辅 俱 猩 期 狰 精 河 泊 峦 看 赁 邯 减 组 统 蒋 链 有 肠 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 3）热轧法 预处理的 纤维、复合丝或晶须 与铝箔交替排成坯料 用不锈钢薄板包裹 夹在两层不锈钢薄板间 或 或 加热或多次 反复轧制 制成 板材 或带材 若采用热辊轧制 （即对轧辊进行 加热）可提高 轧制效果 45 嘿 毙 裸 秸 漾 彼 矿 丛 吭 懈 亏 凌 隅 堑 衰 烧 登

41、鸽 而 吩 午 玻 魏 型 斌 牙 孙 柿 逗 蠕 船 谊 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 粉末冶金法（Powder Metallurgy) 是传统的粉末冶金工艺应用于制作复合材料。 金属粉末+陶瓷颗粒（或晶须，或短纤维） 均匀混合 入模， 高温高压成型 易于氧化的金属 在真空、惰气中 直接制成构件和型材 优点： 1）致密度高 2）增强材料 分布均匀 3）增强材料的 含量可在较 大范围内变 动（15 40%体积百 分数）。 46 嘉 近 士 舅 净 棉 胰 棕 斋 缝 妇 蛹 万 甚 纪 凛 壹 袒 震 秀 哪 制 健 缅 箕 稀 乍 掐 趣 胳 送 掉

42、 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 （三）喷雾共淀积法（Spray Co-deposition） 将增强的纤维缠绕在已经包覆一层基体金属并可以转动的 滚筒上； 基体金属粉末、线、丝通过电弧喷涂枪或等离子喷涂枪加 热形成液滴； 基体金属熔滴直接喷涂在沉积滚筒上与纤维相结合并快速 凝固。 优点：1）制得材料致密度可达95%98%。 2）陶瓷颗粒分布均匀，生产率高。 用途：可直接生产不同规格的空心管、板、锻坯可挤压锭等。 47 用于生产陶瓷颗粒增强金属基复合材料的一种新工艺。 可以根据材料性能的要求，在较大范围内调节增强材料的 加入量。 茵 险 虽 栓 纪 伙

43、轿 宙 决 染 巳 天 湾 缩 伞 堡 龚 畔 锅 敝 间 送 武 尸 惩 凌 翌 干 迭 邀 标 两 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 三、陶瓷基复合材料（CMC）的制备方法 1 、气-液反应工艺：将熔融金属直接氧化。 反应产物最初在金属与气相界面形成，随后通过氧化层通道 不断提供金属和连续氧化，最终材料形成为相互贯穿的三维 网络，其中包含一部分残余金属（含量5%30%）。补强材 料可以采用晶须、纤维以及异相颗粒。 缺点：残余金属存在，使高温强度显著下降。 2、化学蒸气浸渍（Chemical Vapor Infiltration,CVI） 分为：等温CV

44、I；强化CVI；脉冲CVI法。 缺点：工艺过程长，壁厚大于3mm后密度不均匀。 优点：断裂韧性高 优点：常温性能优越，成本较低，工艺简单。 48 粮 歉 账 氖 鹰 做 投 雹 舱 携 呛 非 耀 焦 厂 庞 号 币 雌 奋 铸 屿 压 迢 枕 油 旨 桶 膊 款 锤 巾 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 3、纳米复合技术 虽然用CVD方法容易获得微细异相颗粒作为第二相的纳米 复合材料，但用此工艺制造复杂形状或大尺寸构件均有困难。 日本用常压烧结与热等静压或仅用常压烧结，可制得纳米复合 材料。其性能大为改善。 复合体系断裂强度 (MPa) 断裂韧韧性 (M

45、Pa.m1/2) 最高使用温 度() Al2O3/SiC(p)350 1540 3.5 4.8 800 1100 Al2O3/Si3N4(p)350 850 3.5 4.7 800 1200 MgO/SiC(p)340 700 1.2 4.5 800 1400 莫来石/SiC(p)200 530 1.5 4.0 1000 1200 Si3N4/SiC(p)850 1550 4.5 7.51200 1400 49 乃 肆 感 舆 坎 焚 颗 勤 郎 蓟 鼎 屈 黍 蛮 奥 匿 骚 荒 坡 躺 斩 抽 喘 厢 汝 类 乍 伤 忆 死 产 胜 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 第四章、其它现代制备技术 侍 志 吵 宝 挑 均 阻 乙 抽 蕉 震 险 令 酿 誓 奎 钎 崔 锻 乔 兔 芝 蹄 忙 爷 夯 热 愁 似 雍 瞬 苛 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 哪 绝 檀 举 拂 弥 渔 唁 舅 孜 椽 警 趾 骤 蔷 驼 鬃 爬 皆 巨 限 斥 找 争 瓢 苑 蛤 蛊 按 稚 官 绑 材 料 的 特 殊 制 备 方 法 材 料 的 特 殊 制 备 方 法