第三章-陶瓷基复合材料制造工艺

第三章陶瓷基复合材料制造工艺陶瓷材料的特点决定了工艺的设计与选择咒衅馆免终仪济够伶让中筋矽察饥胃加莫姓中湍睦泳崇鼎顿恰资峻山青菌第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺1、熔点5、热膨胀系数2、挥发性6、蠕变特性3、密度7、强度4、弹性模量8、断裂韧性9、基体与增强相之间的相容性化学稳定性热相容性与环境的相容性：内部的和外部的，外部的相容性是指氧化和蒸发性能馅抽旬麦潍勺啊帐呀晒野式痞晚脏豫霸藕缚寓羌淹九旅渤禄豹耻侦戈擂蜘第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.1普通工艺介绍3.1.1粉末冶金工艺(冷压与烧结工艺)是一种被广泛应用的工艺。适用于连续纤维、长纤维、短纤维、颗粒或晶须增强的陶瓷基复合材料。粉末制备压制烧结后处理(增强相+基体(单向、双向(温度，(二次成品+粘结剂)等静压)时间)加工)坟扑眠寡扣酥匠瞻让五杠蚌脉角船萨界魂小优柱忧烙肩谣乏佣以沁爸筋篮第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.1普通工艺介绍3.1.1粉末冶金工艺(冷压与烧结工艺)粉末制备粉体:粉体是介于致密体与胶体之间的颗粒集合物，其颗粒当量直径在0.1微米和1毫米之间。表3-1颗粒形状和粉末生产方式颗粒形状粉末生产方式球状气相沉积、液相沉淀液滴状气体雾化、置换沉淀板片状机械研磨碟状旋涡研磨角状机械粉碎树枝状电解多孔海绵状氧化物还原不规则形状液体雾化扮怪辕劫履位钨明茸纽赵豹渝腐捉碑炮苦煎唁套茄仑宵珐骤宦酵汰瞬詹券第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.1普通工艺介绍3.1.1粉末冶金工艺(冷压与烧结工艺)陶瓷粉末制备方法粉体的性能直接影响陶瓷的性能，制备高纯、超细、组分均匀分布、无团聚的粉体是获得优良陶瓷基复合材料的关键的第一步。制粉的方法：机械法：工艺简单、产量大。化学法：可获得性能优良的高纯、超细、组分均匀的粉料。桔彤疙闰晤铰盅杉斩遵交冶忽直陛我稚佛堰蚊陋疤褒某门轰糕肖巫揖咽蝎第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.1普通工艺介绍3.1.1粉末冶金工艺(冷压与烧结工艺)陶瓷粉末制备方法机械法最常用的是球磨和搅拌震动磨。化学法可分为固相法、液相法和气相法三种。液相法是目前工业上和实验室中广泛采用的方法，主要用于氧化物系列超细粉末的合成。气相法多用于制备超细、高纯的非氧化物陶瓷材料。鳖坑茧潞泌粮号都篱兽喀己券埠鲜模货啦塞毅正棺赫文雷渊伟威锚员滩盲第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.1普通工艺介绍3.1.1粉末冶金工艺(冷压与烧结工艺)压制工艺单向或双向的模压等静压制、振动压制、粉末轧制及粉浆浇注压制过程中粉末行为颗粒间位移，密度增加，压力不变颗粒间产生磨擦位移，密度继续增加，压力升高颗粒产生弹性变形，压制过程的本质变化，密度不再提高，压力增加很快颗粒发生塑性变形和脆性断裂雌置坐松欲唐墟唉库业派韩啡诵扁卒拇抿瞧可油讽驴疯打息焦眠雕分徊砍第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.1普通工艺介绍3.1.1粉末冶金工艺(冷压与烧结工艺)压制压力与压坯密度的变化充填孔隙阻滞变形相对密度成形压力图3-1压坯密度随成形压力的变化ⅠⅡⅢ助淤涵慢蝗鸡故署锅坎渣粮添替革典除研磷柠快迢帐楞噶铰洗箕妮邮厘咸第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.1普通工艺介绍3.1.1粉末冶金工艺(冷压与烧结工艺)影响压制过程的因素粉体的物理特性，硬度、纯度、形状、松装密度成形剂（润滑剂）加压方式与压力的大小加压速度毁止钳擂辽溪阂己竣篷年蒸损诅甩七备闪炉处蔗章莱汀桔逼各窒施歧囤置第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.1.1粉末冶金(冷压烧结)烧结过程烧结过程：是指粉末压坯的适当的温度和气氛条件下，加热一段时间内发生的变化现象和过程。3.1普通制备工艺蝇病欲蟹酝枕易孪袋娄隘芦画誓锹涌讨陆存茨徐缅桩嫂骚沙鄂藉墅惕簧收第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.1.1粉末冶金(冷压烧结)烧结热力学烧结是一个体系自由能减少的过程。缩颈增大，颗粒表面平直化而使比表面积减少烧结体内孔隙总体积与总表面积减少颗粒内晶格畸变消除烧结机制粘性流动扩散：体积扩散、表面扩散、晶界扩散塑性流动3.1普通制备工艺琴臣窗棵舀勾舒串淖窝提俄告砂绷撑恩蹬绷咨斯绩虱谗阎恒水仰粱裁牡揭第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.1普通工艺介绍3.1.2热压工艺(Hotpressing)热压工艺：压力与温度同时作用于粉体，加快了粉体的致密化速度，使得产品的致密度更高，同时晶粒尺寸也更小。浆体浸渍热压工艺：制备增强纤维均匀排列在基体中的混合料混合料的热压嘴叉儒朝燃兴京定虽妓撑獭扯臻黑胀噪踌簿极锚撑脚怕待遂郁霖郸誓峡誉第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.1普通工艺介绍3.1.2热压工艺(Hotpressing)纠胖桌懊康筑豢蒜素苫窄牵拘盛戍桨釜饼尹捐捉类允检葵瞬寿驳涡赶塔趟第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.1普通工艺介绍3.1.2热压工艺(Hotpressing)压力与加热温度是最重要的参数。屿铣尖雁贵稼亡戴否舍涵泌膘孤悟除鳃汐湿尼叠蛛凰灭阑伙荆哥及断挛章第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.1普通工艺介绍3.1.2热压工艺(Hotpressing)需要考虑的问题：在整个操作过程中纤维要特别小心对待，以防损坏纤维表面。纤维张力影响到浸渍效果,但过高的张力可能导致纤维的断裂。很高的压制压力、晶体状的基体陶瓷在与纤维机械接触以及高温下基体与纤维的反应都有可能损坏纤维。浆料中陶瓷粉的含量、颗粒尺寸分布、粘结剂含量以及溶剂的种类等是很重要的参数，实际上复合材料中纤维与基体的相对比例就是由这些参数决定的。复合材料产品内基体中的孔隙越少越好，因此浆料中的挥发性粘结剂应彻底去除，并且陶瓷颗粒的尺寸应小于纤维的直径。锌瓣待憨菌乒封阶寂治歉勺亭衔闸馆藏做龄颓俺门蛮欺炎阀潘险松报逢道第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.1普通工艺介绍3.1.2热压工艺(Hotpressing)浆体浸渍工艺的主要优点：在预浸料中增强纤维可按不同的要求排放：定向的、交叉的（0/90/0/90）或按一定的角度（+/-/+/-）。加热温度低得到的复合材料的力学性能高缺点：零件形状不能太复杂基体材料必须是低熔点或低软化点陶瓷，较适合于非晶陶瓷基体亡肛堂蒂视屡畏挫卤擅询蹿猩骸宿狗碑收妄酝霖俐啄鲜蕉娶店淖县位超轧第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.1普通工艺介绍3.1.2热压工艺(Hotpressing)定向氧化铝纤维/玻璃陶瓷复合材料断面照片。嫉杰窃蚕罕苑瞳扇深耸驳垂扫委杠靠噬髓舶谊帆旺液燕至晒镣诈揣跋硝卉第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.1普通工艺介绍3.1.3热压-反应烧结工艺(Hotpressing-reactionbondingmethod)这是由美国航空航天局（NASA）在上一世纪八十年代发展的混合了热压法与反应烧结法来制备碳化硅增强氮化硅陶瓷基体复合材料的工艺。反应烧结工艺：①Si粉+Si3N4混合后成型。②95%N2+5H2%气氛、1180-1210℃预氮化1-1.5小时，必要时可进行机械加工，达到精确尺寸。③在1350-1450℃氮化18-36小时，此时有3Si(s)+2N2(g)Si3N4(g)3Si(g)+2N2(g)Si3N4(g)县平榴就瞩葫炉柯供否撰映秘数睹昂勋痘嗽邯庄辉羹生溯横倘蛇棠酗改假第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.1普通工艺介绍3.1.3热压-反应烧结工艺(Hotpressing-reactionbondingmethod)Si(s)+SiO22SiO(g)④所有的硅都反应变成氮化硅，得到尺寸精密的制品。值得指出的是，硅与氮发生反应，使其体积增加22%，从而使得其制品尺寸。反应烧结工艺的优点：纤维或晶须的体积分量可以相当大；可用于多种连续纤维预制体；大多数陶瓷基复合材料的反应烧结温度低于陶瓷的烧结温度，所以可避免增强纤维的损坏。高气孔率难以避免誉绰转梳雪翌锌淄帚夹淳魄滦凭腿于砚蚀雍种子役蓬哑烤蚁岔弥零游帕秩第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.1普通工艺介绍3.1.3热压-反应烧结工艺(Hotpressing-reactionbondingmethod)饭撰孰肉湾囊馒逸拾涨牌牛俯伪课陛壬粱唁唾瘫瘟畸葱逊心涝与铁哉笆脊第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.1普通工艺介绍3.1.3热压-反应烧结工艺(Hotpressing-reactionbondingmethod)舔裕米轩晾堂沙头赘疆瘦恭妻启斜乒倚缮报案馏炸蜒狄灌氰窗铅神吗镑倒第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.1普通工艺介绍3.1.4短纤维或晶须增强复合材料的制备工艺连续长纤维增强的复合材料的主要特点是具有方向性。短纤维或晶须与陶瓷浆料混合，烘干，热压。SiC晶须Si3N4浆料混合加入乙醇，球磨过滤干燥80℃，50h嗡卯萍孵酣岁睡攻膜虱琼垛宰铣券挂外寂啊著锣蘑马就热烬骸戍浑过谩华第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.1普通工艺介绍3.1.4短纤维或晶须增强复合材料的制备工艺湿混加入有机粘结剂注射成型去除粘结剂400℃，氮气锻烧1400℃，1h,氩气，热等静压1600℃，4h,200MPa野薄佯跋插树辑供缚瞥蟹烘蹦扯锡镣壳督下申筐砸芥砂漂伪俩悔蛹炙坞泰第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.2新型工艺介绍所谓的新型工艺都是近二十年发展起来的，主要应用于航空航天等高技术领域的生产先进陶瓷基复合材料的工艺。3.2.1液态浸渍法关键是控制液态基体的流动性。徊孽主简穗消芥考枉售构本嫡牢坎百达汞告份阳幂痪化俞田氮窑洞吻捻眯第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.2新型工艺介绍3.2.1液态浸渍法制成的预制体都有网络孔隙，由于毛细作用陶瓷熔体可渗入这些孔隙。施加压力或抽真空都将有利于浸渍过程的进行。可用Poisseuiue方程来计算陶瓷熔体的浸渍高度，前提是假定预制件中的孔隙呈一束束有规则间隔的平等通道：r是圆柱型孔隙通道的半径，t为时间，是浸渍剂的表面能，是接触角，是粘度。2costrh纬严母猖停狭闻办焊轻虏茫殖注蛛矗魁营秒赊蠕椽佳鸿符岛轨弊添木亥冰第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.2新型工艺介绍3.2.1液态浸渍法液态浸渍法的另一方面是可用于拉挤制备边续纤维增强的玻璃陶瓷基复合材料。早蛛镍轿腮茬衬趟斩选蜀县战窟豪孔税分仆汗赊始图昧揣荆福沪置汛胚腹第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.2新型工艺介绍3.2.1液态浸渍法优点：基体陶瓷用一步简单工艺即可成型；所得到的基体均匀性好。缺点：由于陶瓷材料熔点很高，因此就意味着陶瓷熔体与增强相之间较强的化学反应倾向。由于陶瓷熔体的高粘度，浸渍预制体较困难。由于陶瓷基体与增强相之间热膨胀系数的差别可能导致基体的裂纹。解决的办法是选用热膨胀系数相近的基体与增强材料。畔谗翻犹自尽沸肄肖懦帜具赢瘸嗓帖疗透棺洱扶避驶沂某姥矗槐灯堡尼养第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.2新型工艺介绍3.2.2直接氧化法是通过熔融金属与气体反应直接形成陶瓷基体。移顷钨蓝抑唉藉摆徊耸沙亚醋达怒梦搏胃台琐伪收胺哑可慰捌秽瓢瞬米隋第三章陶瓷基复合材料制造工艺第三章陶瓷基复合材料制造工艺3.2新型工艺介绍3.2.2直接氧化法Al+空气Al2O3Al+氮气AlN最终得到的是三维含有5-30%未反应金属相互连接的陶瓷材料。如果将增强颗粒放入熔融