纳米复合材料(49)课件.ppt

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1、第七章纳米复合材料7.1复合纳米材料的分类按基体种类分金属基纳米复合材料陶瓷基纳米复合材料高分子基纳米复合材料按复合方式分晶内型晶间型晶内-晶间混合型纳米-纳米型7.3陶瓷基纳米复合材料分类:根据弥散相的不同和基体尺寸可分为晶内型、晶界型、晶内/晶界混合型、纳米/纳米型。d纳米/纳米型c晶内/晶界混合型b晶界型a晶内型陶瓷基纳米材料的制备液相法原位复合法固相法热压烧结反应烧结微波烧结浆体法液态浸渍法溶胶-凝胶法聚合物热解法气相法化学气相沉积（CVD）化学气相浸渍法（CVI）二、陶瓷基纳米复合材料的制备陶瓷基复合材料的力–位移曲线不同金属、陶瓷基体和陶瓷

2、基复合材料的断裂韧性比较材料整体陶瓷颗粒增韧晶须增韧金属Al203ZrO2/Al203SiC/Al203铝钢断裂韧性2.7～4.26.5～158～1033～4444～662.1陶瓷基复合材料的制备工艺2.1.1粉末冶金法工艺流程：原料（陶瓷粉末、增强剂、粘结剂和助烧剂）均匀混合（球磨、超声等）冷压成形（热压）烧结适用于颗粒、晶须和短纤维增韧陶瓷基复合材料。2.1.2浆体法（湿态法）为了克服粉末冶金法中各组元混合不均的问题，可采用浆体（湿态）法制备颗粒、晶须和短纤维增韧陶瓷基复合材料。其混合体为浆体形式。混合体中各组元保持散凝状。即在浆体中呈弥散分

3、布。采用浆体浸渍法也可制备连续纤维增韧陶瓷基复合材料。浆体法制备陶瓷基复合材料示意图2.1.3反应烧结法用此方法制备陶瓷基复合材料，除基体材料几乎无收缩外，还具有以下优点：（1）增强剂的体积比可以相当大；（2）陶瓷基体几乎无收缩；（3）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，因此可避免纤维的损伤。此方法最大的缺点是高气孔率难以避免。反应烧结法制备SiC/Si3N4基复合材料工艺流程图2.1.4液态浸渍法用此方法制备陶瓷基复合材料，化学反应、熔体粘度、熔体对增强材料的浸润性是首要考虑的问题，这些因素直接影响着材料的性能。陶瓷熔体可通过毛细作

4、用渗入增强剂预制体的孔隙。施加压力或抽真空将有利于浸渍过程。液态浸渍法制备陶瓷基复合材料示意图2.1.5直接氧化法——熔融金属直接与氧化剂发生氧化反应按部件形状制备增强体预制体，将隔板放在其表面上以阻止基体材料的生长。熔化的金属在氧气的作用下发生直接氧化反应形成所需的反应产物。由于在氧化产物中的空隙管道的液吸作用，熔化金属会连续不断地供给到生长前沿。Al+空气Al2O3Al+氮气AlN直接氧化法制备陶瓷基复合材料示意图2.1.6溶胶–凝胶（Sol–Gel）法溶胶（Sol）是由于化学反应沉积而产生的微小颗粒（直径100nm）的悬浮液；凝胶（Gel）

5、是水分减少的溶胶，即比溶胶粘度大的胶体。Sol–Gel法是指金属有机或无机化合物经溶液、溶胶、凝胶等过程而固化，再经热处理生成氧化物或其它化合物固体的方法。该方法可控制材料的微观结构，使均匀性达到微米、纳米甚至分子量级水平。（1）Sol–Gel法制备SiO2陶瓷原理如下：Si(OR)4+4H2OSi(OH)4+4ROHSi(OH)4SiO2+2H2O使用这种方法，可将各种增强剂加入基体溶胶中搅拌均匀，当基体溶胶形成凝胶后，这些增强组元稳定、均匀分布在基体中，经过干燥或一定温度热处理，然后压制烧结形成相应的复合材料。(2)溶胶–凝胶法也可以采用浆体浸

6、渍法制备增强相预制体2.1.7化学气相沉积法（CVD）是以气态物质为原料，在高温下发生热分解或化学反应合成材料的一种方法。A(g)→B(s)+C(g)例如：CH3SiCl3(g)→SiO2(s)+3HCl(g)或：A(g)+B(g)→C(s)＋D(g)例如：SiCl4(g)＋O2(g)→SiO2(s)+Cl2(g)能够制备碳化物、氧化物、氮化物和硼化物等。生产效率降低，需14~21天。CVD法制备纤维陶瓷基复合材料示意图2.1.8化学气相浸渍（CVI）法与CVD法类似，不同点是气源不仅热分解或化学反应，而且还与坯体表面的元素发生反应，应并在孔隙中沉积反

7、应产物。2.1.9其它方法（1）聚合物先驱体热解法以高分子聚合物为先驱体成型后使高分子先驱体发生热解反应转化为无机物质，然后再经高温烧结制备成陶瓷基复合材料。此方法可精确控制产品的化学组成、纯度以及形状。最常用的高聚物是有机硅（聚碳硅烷、酚醛树酯、沥青等）。制备工艺流程：制备增强剂预制体浸渍聚合物先驱体热解再浸渍再热解……b.陶瓷粉+聚合物先驱体均匀混合模压成型热解(2)原位复合法利用化学反应生成增强组元-晶须或高长径比晶体来增强陶瓷基体的工艺称为原位复合法。其关键是在陶瓷基体中均匀加入可生成晶须的元素或化合物，控制其生长条件使在基体致密

8、化过程中在原位同时生长出晶须；或控制烧结工艺，在陶瓷液相烧结时生长高长径比的晶相，最终形成陶瓷