第10章非金属及复合材料成形方法

第10章非金属及复合材料成形方法10.1工程塑料的成形将粉状、粒状、溶状或分散体等各种物态物料转变为所需形状的制品（低于400℃）。10.1.1挤压成形10.1.1挤压成形把塑料放在挤压机的料筒内加热熔化，利用螺杆将塑料连续不断地自模具的型孔中挤出而成制品。适用于热塑性塑料的管、板、棒、丝、网、薄膜的生产。第10章非金属及复合材料成形方法10.1工程塑料的成形10.1.2注射成形把塑料放在注射成形机的料筒内加热熔化，靠柱塞或螺杆以很高的压力和速度注入模具型腔内，冷却固化后取出。适用于热塑性塑料或流动性大的热固性塑料，生产率高，可用于自动化大批量生产。第10章非金属及复合材料成形方法10.1工程塑料的成形10.1.3压延成形将加热塑化的热塑性塑料通过两个以上相对旋转的（加热）滚筒间隙，使其成为规定尺寸的连续片状材料的成形方法。第10章非金属及复合材料成形方法特点：制件质量均匀、内应力小、尺寸稳定、耐热、强度较高。10.1工程塑料的成形10.1.4机械加工机加工性能好。由于塑料的导热性和耐热性差，有弹性，加工时易变形、分层、开裂、崩落等，在刀具的角度、冷却方式及切削用量上需适当调整。第10章非金属及复合材料成形方法10.2陶瓷件成形１．坯料制备第10章非金属及复合材料成形方法原料粉碎精选磨细配料脱水炼坯、防腐等。２．成形方法（１）可塑法（塑性料团成形法）（２）注浆法（浆料成形法）（３）压制法（粉料成形法）10.2陶瓷件成形３．烧结生坯在高温加热时发生一系列物理化学变化并使生坯体积收缩，强度、密度增加，最终形成致密、坚硬的具有某种显微结构烧结体的过程。第10章非金属及复合材料成形方法10.2.1干压成形将粉料装入钢模内，通过冲头对其加压的成形方法。适应于形状简单、尺寸较小的制品。特点：工艺简单、操作方便、周期短、便于自动化生产。坯体密度大、尺寸精确、收缩小、强度高。10.2陶瓷件成形10.2.2等静压成形利用液体或橡胶等在各个方向传递压力相等的原理对坯体进行压制（分为干式和湿式）。特点：压力易调整、坯体均匀致密、烧结收缩小、不易变形开裂。但设备较复杂、操作繁琐，生产效率低。10.2陶瓷件成形10.2.3注浆成形将陶瓷颗粒悬浮于液体中成为料液，再把料液注入多孔模具中，通过模具的气孔把料液中的液体吸出，在模具内留下坯体。工艺流程：料浆准备、模具制备、料浆浇注。用于形状复杂、大型薄壁制品。10.2陶瓷件成形10.2.4热压成形利用蜡类材料热熔冷固的特点，把粉料与熔化的蜡料黏合剂迅速搅合成具有流动性的料浆，在热压铸机中用压缩空气把热熔料浆注入金属模具中，冷却凝固成形。特点：操作简单，模具损耗小，可成形复杂制品，但坯体密度低，生产周期长。10.2陶瓷件成形10.2.5注射成形将粉料与有机黏结剂混合后，加热混炼，制成粒状粉料，用注射成形机在130～300℃温度下注射入金属模具中，冷却后黏结剂固化，取出坯体，经脱脂后按常规工艺烧结。特点：成形简单，成本低，压坯密度均匀，适用于复杂零件的自动化大规模生产。10.2陶瓷件成形10.3复合材料成形10.3.1制备复合材料的通用方法1、颗粒、晶须、短纤维增强复合材料制备步骤：（1）混合：基体材料的熔化，均匀混入增强材料；或制成粉末混入增强材料，并均匀化。（2）制坯：采用铸造、液态模锻、喷射、粉末热压等方法使复合成分固化。（3）成形：通过挤压、轧制、锻造、机加工制备零件。10.3.1制备复合材料的通用方法2、纤维增强体增强复合材料制备步骤：（1）预成形：将增强体排列成特定形状。（2）复合：采用粉末冶金、液态浸透、化学气相沉积法等将基体材料与增强体复合。10.3复合材料成形10.3.2金属基复合材料成形方法10.3复合材料成形10.3.2金属基复合材料成形方法10.3复合材料成形10.3.2金属基复合材料成形方法1、液态金属浸润法（1）常压铸造法：将预成形的纤维形坯预热后放入浇注模，浇入液态金属，靠其重力渗入形坯并凝固。但制品易出现缺陷。（2）液态金属搅拌法：熔化金属，并逐步加入弥散增强材料使其均匀，然后进行脱气处理，注入模具中凝固成形。用于陶瓷增强金属基复合材料的制造。10.3复合材料成形10.3.2金属基复合材料成形方法（3）真空加压铸造法：在真空密闭容器中加热纤维形坯和熔化金属，随后将铸模的引流管插入熔融金属中，并通过惰性气体对金属液面加压，强制其渗入形坯冷却后成形。用于生产小型零件。10.3复合材料成形10.3.2金属基复合材料成形方法（4）挤压铸造法：将增强材料放入配有黏结剂和纤维表面改性溶质的溶液中，充分搅拌后压滤、干燥，烧结形坯；随后将预加热的形坯放入固定在液压机上经预加热的模具中，注入液态金属，加压，使金属渗透形坯，并在高压下凝固成形。10.3复合材料成形10.3.2金属基复合材料成形方法2、扩散黏结法在较长时间、较高温度和压力下，使固态金属基体与增强材料的接触界面通过原子间相互扩散黏结而成。10.3复合材料成形工艺过程：把增强纤维用不同的方法预制成坯，处理、清洗后按一定形状、尺寸和排列叠层封装，用热压法、热等静压法或热轧法加热压制。10.3.2金属基复合材料成形方法3、粉末冶金法将金属粉末与陶瓷颗粒、晶须或短纤维，经均匀混合后放入模具中进行高温、高压成形。10.3复合材料成形特点：材料致密，增强材料分布均匀。10.3.2金属基复合材料成形方法4、喷雾共沉积法熔融金属从炉子底部的浇铸孔流出，经雾化器被高速惰性气体流雾化，并携带陶瓷颗粒加入雾化流中使其混合、沉降，在金属滴未完全凝固前喷射在基板或特定的模具上凝固成固态。10.3复合材料成形特点：材料致密，陶瓷颗粒分布均匀，生产率高。10.3.3树脂基复合材料成形方法1、热压罐成形将预浸材料按一定排列顺序置于涂有分型剂的模具上，铺放分离布和带孔的脱模薄膜，在脱模薄膜上铺放吸胶透气毡，再包覆耐高温的真空袋，并用密封条密封周边。连续从真空袋内抽出空气并加热，使预浸材料层间达到一定的真空度。达到要求的温度后，向热压罐内充入压缩空气，给制品加压。10.3复合材料成形10.3.3树脂基复合材料成形方法2、对模模压成形将模压料约束在两个模具型面之间形成制品形状，并固化。特点：制品质量高、复现性好、尺寸精度高、成形速度快、适合大批量生产。10.3复合材料成形10.3.3树脂基复合材料成形方法3、热成形工艺（预热坯料成形）工艺过程：材料预浸，坯料加热，合模压制成形。特点：模具闭合时，预浸料铺层边缘向模具中滑行，并叠覆到模具型面上，厚度保持不变。10.3复合材料成形10.3.3树脂基复合材料成形方法4、缠绕成形工艺过程：将浸渍树脂的纤维按照要求的方向有规律、均匀地布满芯模表面，送入固化炉固化，脱去芯模。特点：机械化、自动化程度高，产品质量好。10.3复合材料成形10.3.3树脂基复合材料成形方法5、拉挤成形工艺过程：增强纤维浸渍树脂；预成形；进入固化模精成形；型材脱模，在空气或水中冷却；进入自动切割机按长度切割。特点：生产连续，制品截面恒定，型材性能可设定。10.3复合材料成形10.3.4陶瓷基复合材料成形方法1、浆体浸渍工艺纤维束通常经过至少含有3种组分的泥浆混合物进行浸渍，再压制切断成单层薄片，按一定方式列成层片，放入加热炉中烧去黏结剂，加压固化。10.3复合材料成形10.3.4陶瓷基复合材料成形方法2、气-液反应工艺将熔融金属直接氧化制备CMC材料。10.3复合材料成形特点：工艺简单、成本低廉、反应温度低、反应速度快，制品的形状、尺寸不受限制，其性能可由工艺调控，常温性能优越。但存在残余金属，使高温强度下降。10.3.4陶瓷基复合材料成形方法3、化学气相渗透法将具有特点形状的纤维预制体置于沉积炉中，通入的气态前驱体通过扩散、对流等方式进入预制体内部，在一定温度下由于热激活而发生复杂的化学反应，生成固态的陶瓷类物质并以涂层的形式沉积于纤维表面，并越来越厚，成为材料内的连续相-陶瓷基体。10.3复合材料成形优点：1）增强物损伤小，制品性能高；2）通过改变气体前躯体的种类、质量分数、沉积顺序、沉积工艺对材料的界面、基体的组织进行设计；3）不需加入烧结助剂，陶瓷基体纯度和组织好；4）可形成形状复杂、纤维体积分数较高的陶瓷基复合材料。但周期长，成本高。10.3.5C/C复合材料成形方法C/C复合材料的增强剂为碳纤维及其织物。工艺包括预成形体的成形和致密化。10.3复合材料成形10.3.5C/C复合材料成形方法1.预成形体的成形工艺：按产品形状和性能要求把碳纤维成形为所需结构形状，以便进一步进行C/C致密化工艺。短纤维增强预成形体采用压滤法、浇注法、喷涂法、热压法；连续纤维增强采用预浸布、层压、铺层、缠绕方法成形。10.3复合材料成形10.3.5C/C复合材料成形方法2.C/C致密化工艺：基体碳形成的过程，是用高质量的碳填满纤维周围的空隙以获得结构、性能优良的复合材料的过程。包括树脂、沥青浸渍工艺和碳氢化合物气体的化学气相渗透工艺。树脂浸渍工艺流程：将预成形体置于浸渍罐中，在真空状态下用树脂浸没，再充气加压浸透，然后放入固化罐中进行加压固化，随后在碳化炉中的保护气氛下进行碳化。10.3复合材料成形作业P1901、3