陶瓷基复合材料制造工艺

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1、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)3.1普通工艺介绍3.1.1粉末冶金工艺(冷压

2、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。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。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

3、的合成。气相法多用于制备超细、高纯的非氧化物陶瓷材料。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ⅠⅡⅢ3.1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

4、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

5、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3.1普通工艺介绍3.1.2热压工艺(Hotpressing)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。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

6、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。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。3.1普通工艺介绍

7、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：Si粉+Si3N4混合后成型。95%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。在1350-1450℃氮化1