无机非金属基复合材料成型工艺及设备

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1、复合材料工艺及设备主讲人：董抒华目录1绪论2手糊成型工艺及设备3夹层结构成型工艺及设备4模压成型工艺5模压成型模具与液压机6层压工艺及设备7缠绕成型工艺8缠绕设备9无机非金属基成型工艺及设备目录9.1概述9.2水泥基复合材料9.3陶瓷基复合材料9无机非金属基复合材料成型工艺及设备9.1概述9.1.1发展概况无机非金属基复合材料，通常是指各种类型的纤维（或晶须）为增强材料，以水泥、玻璃、陶瓷、石膏等无机非金属材料为基体，通过不同的成型方法复合而成的一类新型的多相固态材料。传统无机非金属材料与现在所用的许多金属材料相比，有许多独特的优势，如抗腐蚀、耐高温等。这使得许多行业的科学家都对

2、它情有独钟，然而，它也有质脆、经不起热冲击的弱点，又使它的应用范围受到了一定的限制。无机非金属材料复合材料特性：1、能承受高温，强度高2、具有电学特性3、具有光学特性4、具有生物功能F-117是一种单座战斗轰炸机。设计目的是凭隐身性能，突破敌火力网，压制敌方防空系统，摧毁严密防守的指挥所、战略要地、重要工业目标，还可执行侦察任务，具有一定空战能力。1陶瓷基复合材料（CeramicMatrixComposite）发展概况陶瓷具有高硬度、高强度、耐高温和耐腐蚀等十分突出的优秀性能，但它又有脆性的缺点，这限制了它的更广泛应用。工艺上采取陶瓷纤维加入陶瓷基质的办法，来增大它的韧性，取得有

3、效的结果，既达到增韧又不降低强度。现在已经可以满足1200～1900℃高温范围内使用的要求。陶瓷基复合材料主要是以高性能陶瓷为基体，通过加入颗粒、晶须、连续纤维和层状材料等增强体而形成的复合材料。其复合材料的类型如图所示。不同增强材料的陶瓷基复合材料连续纤维片状或层状纤维陶瓷基复合材料中，提高强度不是其目的，最主要的是提高其韧性。炭纤维和陶瓷纤维（晶须）增强陶瓷基复合材料有较高的韧性。但炭纤维和陶瓷基体之间相容性较差，且其成本高。所以重点研究和开发陶瓷纤维（晶须）增强陶瓷基复合材料。所用的陶瓷纤维（或晶须）有SiC、Si3N4和Al2O3等。陶瓷基复合材料主要有四大系列：Al2O

4、3-ZrO2系列；SiC-SiC系列；Si3N4系列；SiC-Si3N4系列。其成型方法有：烧结法、热压法、反应烧结法、化学气相沉积法和浸渍法等。氧化锆陶瓷刀具氧化锆陶瓷刀具2.水泥基复合材料（GlassfiberReinforcedCement）发展概况1964年，丹麦Krenchel博士应用复合材料理论探讨了纤维增强无机与有机胶凝材料的机理。1967年英国的Majumdar试制成功含锆的抗碱玻璃纤维，并研究了抗碱玻璃纤维增强波特兰水泥砂浆，取得了专利。1971年此种复合材料开始小规模生产。我国在50年代曾探索用中碱玻璃纤维增强普通硅酸盐水泥砂浆。进入80年代用抗碱玻璃纤维增强

5、低碱铝硅酸盐水泥。纤维增强水泥基复合材料的纤维种类有：石棉纤维、纤维素纤维、钢纤维、玻璃纤维、聚丙烯纤维、炭纤维、Kevlar纤维和植物纤维等。成型工艺方法：喷射法、预拌法、注射法、铺网法、缠绕法、离心法、抄取法和流浆法。二、陶瓷基和水泥基复合材料性能及其应用1.陶瓷基复合材料性能及应用稀土离子掺杂YAG透明陶瓷的显微结构无压烧结氮化硅陶瓷材料的显微结构碳化物陶瓷制品（SiC密封件、SiC轴承球、SiC燃烧室）Si3N4及陶瓷制品2.水泥基复合材料性能及应用特点：轻质高强、具有良好的断裂韧性。增强材料：石棉纤维、玻璃纤维和有机合成纤维等。（1）玻璃纤维增强水泥的性能及应用广泛用于

6、建筑物中。（2）石棉水泥基复合材料性能及应用由于石棉粉尘的危害性，使其应用受到了限制。主要应用：石棉瓦、石棉水泥管。（3）钢纤维水泥复合材料性能及应用钢纤维水泥复合材料是由钢纤维与水泥砂浆或混凝土所组成。通常称为“钢纤维增强混凝土”（SteelFiberReinforcedConcrete）。主要应用领域：隧道、巷道、机场跑道、桥梁、高速公路等。（4）聚丙烯纤维水泥复合材料性能及应用是由聚丙烯纤维与水泥砂浆或混凝土所组成。统称为聚丙烯纤维增强混凝土（PolypropyleneFiberReinforcedConcrete）。特点：抗冲击强度增大、韧性增高。主要应用领域：可做半承重

7、的预制品，还可用于现场浇注、地板和复合楼板等。9.3陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料发展现状陶瓷基复合材料所用原材料陶瓷基复合材料成型工艺及设备连续纤维增强陶瓷基复合材料生产工艺重点：陶瓷基复合材料纤维（晶须）与基体间的相容性；低温制备技术；陶瓷纤维与陶瓷基体复合过程中的匹配原则；陶瓷基复合材料成型方法及烧结原理。难点：低温制备技术；陶瓷纤维与陶瓷基体复合过程中的匹配原则；陶瓷基复合材料烧结过程及原理。9.3.1陶瓷基复合材料发展现状9.3.1陶瓷基复合材料发展现状陶瓷基复合材料主要