陶瓷基復(fù)合材料制備

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1、第三章陶瓷基復(fù)合材料制造工藝陶瓷材料的特點(diǎn)決定了工藝的設(shè)計(jì)與選擇第三章陶瓷基復(fù)合材料制造工藝1、熔點(diǎn)5、熱膨脹系數(shù)2、揮發(fā)性6、蠕變特性3、密度7、強(qiáng)度4、彈性模量8、斷裂韌性9、基體與增強(qiáng)相之間的相容性化學(xué)穩(wěn)定性熱相容性與環(huán)境的相容性：內(nèi)部的和外部的，外部的相容性是指氧化和蒸發(fā)性能第三章陶瓷基復(fù)合材料制造工藝3.1普通工藝介紹3.1.1粉末冶金工藝(冷壓與燒結(jié)工藝)是一種被廣泛應(yīng)用的工藝。適用于連續(xù)纖維、長纖維、短纖維、顆?；蚓ы氃鰪?qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料。粉末制備壓制燒結(jié)后處理(增強(qiáng)相+基體(單向、雙向(溫度，(二次成品+粘結(jié)劑)等靜壓)時(shí)間)加工)3.1普通工藝介

2、紹3.1.1粉末冶金工藝(冷壓與燒結(jié)工藝)粉末制備粉體:粉體是介于致密體與膠體之間的顆粒集合物，其顆粒當(dāng)量直徑在0.1微米和1毫米之間。3.1普通工藝介紹3.1.1粉末冶金工藝(冷壓與燒結(jié)工藝)陶瓷粉末制備方法粉體的性能直接影響陶瓷的性能，制備高純、超細(xì)、組分均勻分布、無團(tuán)聚的粉體是獲得優(yōu)良陶瓷基復(fù)合材料的關(guān)鍵的第一步。制粉的方法：機(jī)械法：工藝簡單、產(chǎn)量大?；瘜W(xué)法：可獲得性能優(yōu)良的高純、超細(xì)、組分均勻的粉料。3.1普通工藝介紹3.1.1粉末冶金工藝(冷壓與燒結(jié)工藝)陶瓷粉末制備方法機(jī)械法最常用的是球磨和攪拌震動磨?；瘜W(xué)法可分為固相法、液相法和氣相法三種。液相法是目

3、前工業(yè)上和實(shí)驗(yàn)室中廣泛采用的方法，主要用于氧化物系列超細(xì)粉末的合成。氣相法多用于制備超細(xì)、高純的非氧化物陶瓷材料。3.1普通工藝介紹3.1.1粉末冶金工藝(冷壓與燒結(jié)工藝)壓制工藝單向或雙向的模壓等靜壓制、振動壓制、粉末軋制及粉漿澆注壓制過程中粉末行為顆粒間位移，密度增加，壓力不變顆粒間產(chǎn)生磨擦位移，密度繼續(xù)增加，壓力升高顆粒產(chǎn)生彈性變形，壓制過程的本質(zhì)變化，密度不再提高，壓力增加很快顆粒發(fā)生塑性變形和脆性斷裂3.1普通工藝介紹3.1.1粉末冶金工藝(冷壓與燒結(jié)工藝)壓制壓力與壓坯密度的變化充填孔隙阻滯變形相對密度成形壓力圖3-1壓坯密度隨成形壓力的變化ⅠⅡⅢ3.

4、1普通工藝介紹3.1.1粉末冶金工藝(冷壓與燒結(jié)工藝)影響壓制過程的因素粉體的物理特性，硬度、純度、形狀、松裝密度成形劑（潤滑劑）加壓方式與壓力的大小加壓速度3.1.1粉末冶金(冷壓燒結(jié))燒結(jié)過程燒結(jié)過程：是指粉末壓坯的適當(dāng)?shù)臏囟群蜌夥諚l件下，加熱一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生的變化現(xiàn)象和過程。3.1普通制備工藝3.1.1粉末冶金(冷壓燒結(jié))燒結(jié)熱力學(xué)燒結(jié)是一個(gè)體系自由能減少的過程。縮頸增大，顆粒表面平直化而使比表面積減少燒結(jié)體內(nèi)孔隙總體積與總表面積減少顆粒內(nèi)晶格畸變消除燒結(jié)機(jī)制粘性流動擴(kuò)散：體積擴(kuò)散、表面擴(kuò)散、晶界擴(kuò)散塑性流動3.1普通制備工藝3.1普通工藝介紹3.1.2熱壓工

5、藝(Hotpressing)熱壓工藝：壓力與溫度同時(shí)作用于粉體，加快了粉體的致密化速度，使得產(chǎn)品的致密度更高，同時(shí)晶粒尺寸也更小。漿體浸漬熱壓工藝：制備增強(qiáng)纖維均勻排列在基體中的混合料混合料的熱壓3.1普通工藝介紹3.1.2熱壓工藝(Hotpressing)3.1普通工藝介紹3.1.2熱壓工藝(Hotpressing)壓力與加熱溫度是最重要的參數(shù)。3.1普通工藝介紹3.1.2熱壓工藝(Hotpressing)需要考慮的問題：在整個(gè)操作過程中纖維要特別小心對待，以防損壞纖維表面。纖維張力影響到浸漬效果,但過高的張力可能導(dǎo)致纖維的斷裂。很高的壓制壓力、晶體狀的基體陶瓷

6、在與纖維機(jī)械接觸以及高溫下基體與纖維的反應(yīng)都有可能損壞纖維。漿料中陶瓷粉的含量、顆粒尺寸分布、粘結(jié)劑含量以及溶劑的種類等是很重要的參數(shù)，實(shí)際上復(fù)合材料中纖維與基體的相對比例就是由這些參數(shù)決定的。復(fù)合材料產(chǎn)品內(nèi)基體中的孔隙越少越好，因此漿料中的揮發(fā)性粘結(jié)劑應(yīng)徹底去除，并且陶瓷顆粒的尺寸應(yīng)小于纖維的直徑。3.1普通工藝介紹3.1.2熱壓工藝(Hotpressing)漿體浸漬工藝的主要優(yōu)點(diǎn)：在預(yù)浸料中增強(qiáng)纖維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（+?/-?/+?/-?）。加熱溫度低得到的復(fù)合材料的力學(xué)性能高缺點(diǎn)：零件形狀不能太復(fù)

7、雜基體材料必須是低熔點(diǎn)或低軟化點(diǎn)陶瓷，較適合于非晶陶瓷基體3.1普通工藝介紹3.1.2熱壓工藝(Hotpressing)定向氧化鋁纖維/玻璃陶瓷復(fù)合材料斷面照片。3.1普通工藝介紹3.1.3熱壓-反應(yīng)燒結(jié)工藝(Hotpressing-reactionbondingmethod)這是由美國航空航天局（NASA）在上一世紀(jì)八十年代發(fā)展的混合了熱壓法與反應(yīng)燒結(jié)法來制備碳化硅增強(qiáng)氮化硅陶瓷基體復(fù)合材料的工藝。反應(yīng)燒結(jié)工藝：Si粉+Si3N4混合后成型。95%N2+5H2%氣氛、1180-1210℃預(yù)氮化1-1.5小時(shí)，必要時(shí)可進(jìn)行機(jī)械加工，達(dá)到精確尺寸。在1350-145

8、0℃氮化1