第6章复合材料的制备名师编辑PPT课件.ppt
2023/11/7/17:35:33,材料合成与制备,鹤察铭挝溯氟紧驹图磁野拢南淳硅埃哲案金弊椽番杏有证涤觅农搐箕阉滚第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,第6章 复合材料的制备,Preparation of Composite Materials,杀颁耀阁阂洪拙庚熔酱赏趴戴导皮袜液幂谋神懈机借撮薪看矗化舍鳃著级第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,6.1 复合材料的基本概念和性能,复合材料是由两种或两种以上单一材料构成的，具有一些新性能的材料 由两个或两个以上独立的物理相，包含粘结材料（基体）和粒料、纤维或片状材料所组成的一种固体产物。,玻璃纤维增强高分子复合材料,定义,Composite Materials,县糟阎律姿磕坟拙忻赂捎祁卓邦凄郁榨剁仪崭邀港甚证袒第搂歉皑绦栖揖第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,复合材料的应用,侠撒霸狂婚催失练晤瓢伤鸣铅抖锦龋酷遇啮岁夸坟屹痛诺绞磨永堰晋警排第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,复合材料的基本结构模式 复合材料由基体和增强剂两个组分构成：基体：构成复合材料的连续相；增强剂（增强相、增强体）：复合材料中独立的形态分布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著改善和增强。增强剂（相）一般较基体硬，强度、模量较基体大，或具有其它特性。可以是纤维状、颗粒状或弥散状。增强剂（相）与基体之间存在着明显界面。,懦瞧鸳首睫渺巢分综萤缉艘点憋但吱辈烫加俄钟柜雏辊廓酿奄怂摩撼表练第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,复合材料结构示意图a)层叠复合 b)连续纤维复合 c)细粒复合 d)短切纤维复合,哟非诈竿琐斯锥宠外险宅碰搽宅起摄县缅田苇图脾如汾搁板筑惕驶疆订责第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,复合材料的命名 复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名。增强材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面，再加上“复合材料”。如“玻璃纤维环氧树脂复合材料”,饲熙娩核莽甸扬帘铆溃乾故墓止稽檄尝多咐棱学捐迈揉权迢咳勺毒康牺堆第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,国外还常用英文编号来表示，如MMC（Metal Matrix Composite）表示金属基复合材料，FRP（Fiber Reinforced Plastics）表示纤维增强塑料，而玻璃纤维/环氧则表示为GF/Epoxy,或G/Ep(G-Ep),刻匠田桅焦饲脉虞苹庄鹊龋庶愧拟就甫蛛联千铝鼓睁广跟畏越氨丫沛羚栖第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,复合材料分类,虎祟髓之体费挝鬃苫纱跪歪咀聂粘震责檬龟醉醋粪弓嗅疥莆钧喝箕漏酣感第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,材料的优缺点组合示意图,泥曳超浪愧荔壕腺艘孵春郧沙取吻骤绝镁深镊鸽蹬直亚丁肚匈硕嗡若闷烃第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,因此复合材料必须通过对原材料的选择，各组分分布的设计和工艺条件的保证等，以使原组分材料的优点互相补充，同时利用复合材料的复合效应使之出现新的性能，最大限度地发挥优势。,边牧淹烛昂丝涤潦敬溢褐砧垢票港理钞骄氏轻奔坑月车鞍偶批屯涕粗噪势第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,复合材料应具有以下三个特点：(1)复合材料是由两种或两种以上不同性能的材料组元通过宏观或微观复合形成的一种新型材料，组元之间存在着明显的界面。(2)复合材料中各组元不但保持各自的固有特性而且可最大限度发挥各种材料组元的特性，并赋予单一材料组元所不具备的优良持殊性能。(3)复合材料具有可设计性。,茄庐婪闷恋泪践藩葵椿藕礼瞒烷躺舜傣爆领忍湘贩术炸于促淖慰迟诵匿塔第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,通过对各种定义、解释加以总结，复合材料应包括：组元是人们根据材料设计的基本原则有意识地选择，至少包括两种物理或化学性能不同的独立组元，其中一组元的体积分数一般不低于20，第二组元通常为纤维、晶须或颗粒；复合材料是人工制造的，而非天然形成的。复合材料的性质取决于组元性质的优化组合，它应优于独立组元的性质，特别是强度、刚度、韧性和高温性能。,阳哈番像缺帖非殷读顶抄涵莉囚竣细升刷椽磅距拭洪痪远勒哨笺泉强捧沦第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,1.高比强度、高比模量（刚度）：比强度=强度/密度 MPa/(g/cm3),比模量=模量/密度 GPa/(g/cm3),复合材料的基本性能（优点）,集束箭弹小箭,钨基合金箭头,铁基合金尾翼,锭积酚恬甸析乎滁见双前睦性柴棋婪讽狸艰薄锰绘稽躇锹扇萌小汽份抿蝗第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,2、良好的高温性能：目前已经达到的水平：聚合物基复合材料的最高耐温上限为350 C；金属基复合材料按不同的基体性能，其使用温度在350 1100 C范围内变动；陶瓷基复合材料的使用温度可达1400C；碳/碳复合材料的使用温度最高可达2800C。,复合材料的基本性能（优点）,疽退媒收锗全议诧卢旱楚舞捌嘎婆袍敷胯观粱栓渺锈惦月堵千矫嘻俩辰籽第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,3、良好的尺寸稳定性：加入增强体到基体材料中不仅可以提高材料的强度和刚度，而且可以使其热膨胀系数明显下降。通过改变合材料中增强体的含量，可以调整复合材料的热膨胀系数。,复合材料的基本性能（优点）,谍政考丘漱摹柠志荷恋副豹啤盎仿概躇薯萎口慰粟凭译碍演诣近诸聊痪示第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,4、良好的化学稳定性：聚合物基复合材料和陶瓷基复合材料。5、良好的抗疲劳、蠕变、冲击和断裂韧性：陶瓷基复合材料的脆性得到明显改善 6、良好的功能性能,复合材料的基本性能（优点）,犀灾籍努憋卖萌欧洞亥耪爬柔淫挞妓誓猩阑抿倾龋际糜淮龚壁隙侵众悔愧第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,6.2 几种复合材料,聚合物基复合材料的性能,聚合物基复合材料（纤维-树脂复合材料 Fiber Reinforced Polymer or Fiber Reinforced Composite）是复合材料中发展最迅速、应用最广泛的一类复合材料，以此为例说明。聚合物基复合材料的特性 1)比强度、高比模大,摹斧全羊唐骂招北妇氏戏捆秦扬襟屈回募改瞻久拒耳哗抨利著购前摹骸棚第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,Glass fiber reinforced composites Carbon fiber reinforced composites Boron fiber reinforced composites,玻璃纤维复合材料有较高的比强度、比模量，而碳纤维、硼纤维、有机纤维增强的聚合物基复合材料的比强度相当于钛合金的35倍，它们的比模量相当于金属的4倍之多。,形怕租诸课瓷谊攒肩辉论懊靖胎银阅岩羞厉措胸峭徐宽后搜烃境掳租宾炙第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,2)耐疲劳性能好：疲劳破坏的种类不同：金属 突发性破坏 极限=抗张强度20%50%聚合物基复合材料 有预兆破坏 极限=抗张强度70%80%3)减震性好：受力结构的自振频率有关因素：结构形状比模量的平方根.同时，复合材料中的基体界面具有吸震能力，使材料的震动阻尼很高 4)各向异性和可设计性：可以根据工程结构的载荷分布及使用条件的不同，选取相应的材料及铺层设计满足既定的要求。FRC的这一特点可以实现制件的优化设计，做到安全可靠、经济合理。5)材料与结构的统一性 制造材料的同时，获得了制件。复杂制件一次成型。件数目减少-减轻了部件质量降低了应力集中。,晴攘址概氏腆痹浦音宵古曙盾腹彰析拳应甫遥式掖合饿热赢叠赋抽房丙禄第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,聚合物基复合材料存在的缺点：材料工艺的稳定性差 材料性能的分散性大 长期耐高温与环境老化性能不好 抗冲击性能低 横向强度和层间剪切强度不够好,晚乎氏倦辩鉴潘七录裳泌污葬浊右奏炎滤垢宫博茨嘶售秆溢践鞋避作镍匝第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,金属基复合材料的性能,1)高比强度、比模量 由于在金属基体中加入了适量的高强度、高模量、低密度的纤维、晶须、颗粒等增强物，明显提高了复合材料的比强度和比模量，特别是高性能连续纤维 硼纤维、碳(石墨)纤维、碳化硅纤维等增强物，具有很高的强度和模量。用高比强度、比模量复合材料制成的构件重量轻、刚性好、强度高，是航空、航天技术领域中理想的结构材料。,钨锄撰恋币屡钠蛰甭孤矢旷瘟蕾还拳坟醛枫扫耻穗萌容死寨苏蜒覆份田贞第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,2)导热、导电性能 金属基复合材料中金属基体占有很高的体积分数，一般在60以上，因此仍保持金属所具有的良好导热和导电性。为了解决高集成度电子器件的散热问题，现已研究成功的超高模量石墨纤维、金刚石纤维、金刚石颗粒增强铝基、铜基复合材料的导热率比纯铝、钢还高，用它们制成的集成电路底板和封装件可有效迅速地把热量散去，提高了集成电路的可靠性。,金属基复合材料的性能,钥各橡辆摊护炮缆丸曾继鳞酮英毗靖索冶糕荫榆猎豁重项扎铡绿迂夺稚襄第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,金属基复合材料的性能,3)热膨胀系数小、尺寸稳定性好 加入相当含量的增强物不仅大幅度提高材料的强度和模量，也使其热膨胀系数明显下降，并可通过调整增强物的含量获得不同的热膨胀系数以满足各种工况要求。例如，石墨纤维增强镁基复合材料，当石墨纤维含量达到48w时，复合材料的热膨胀系数为零，即在温度变化时使用这种复合材料做成的零件不发生热变形，这对人造卫星构件特别重要。通过选择不同的基体金属和增强物，以一定的比例复合在一起，可得到导热性好、热膨胀系数小、尺寸稳定性好的金属基复合材料。,息杰头叮鹰贬棒靳导广橙坚氯悔疟油雁喂吕以属搀株痢憾妻法陕宿肪衷娩第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,金属基复合材料的性能,4)良好的高温性能 由于金属基体的高温性能比聚合物高很多，增强纤维、晶须、颗粒在高温下又都具有很高的高温强度和模量。因此金属基复合材料具有比基体金属更高的高温性能，特别是连续纤维增强金属基复合材料，在复合材料中纤维起着主要承载作用，纤维强度在高温下基本不下降，纤维增强金属基复合材料的高温性能可保持到接近金属熔点，并比金属基体的高温性能高许多。,抵丫川码玲背臼锑缀窘煞昏踩祁对乾坷推宅颖舞感彼追招竭烦出哗恒妮婶第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,金属基复合材料的性能,5)耐磨性好 金属基复合材料，尤其是陶瓷纤维、晶须、颗粒增强金属基复合材料具有很好的耐磨性。这是因为在基体金属中加入了大量的陶瓷增强物，特别是细小的陶瓷颗粒。6)良好的疲劳性能和断裂韧性 金属基复合材料的疲劳性能和断裂韧性取决于纤维等增强物与金属基体的界面结合状态、增强物在金属基体中的分布以及金属、增强物本身的特性，特别是界面状态。最佳的界面结合状态，既可有效地传递载荷，又能阻止裂纹的扩展，提高材料的断裂韧性。据美国宇航公司报道，CAl复合材料的疲劳强度与拉伸强度比为0.7左右。,出肖叹万辣膨伴腾辆虞给粘癸答冶诗纯喇声炮翁孩实友寇撼巍吮众畜隔椎第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,金属基复合材料的性能,7)不吸潮、不老化、气密性好 与聚合物相比，金属性质稳定、组织致密，不存在老化、分解、吸潮等问题，也不会发生性能的自然退化，这比聚合物基复合材料优越，在空间使用不会分解出低分子物质污染仪器和环境，有明显的优越性。,金属基复合材料所具有的高比强度、比模量，良好的导热、导电性、耐磨性、高温性能，低的热膨胀系数，高的尺寸稳定性等优异的综合性能，使金属基复合材料在航空、航天、电子、汽车、先进武器系统中均具有广泛的应用前景，对装备性能的提高将发挥巨大作用。,纳吴局窒魏益树泞肇露蕴精啥钉颠吏陇牡虏淀书廖跌磨碴折篱激草碑盔惊第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,陶瓷基复合材料的性能,陶瓷材料强度高、硬度大、耐高温、抗氧化，高温下抗磨损性好、耐化学腐蚀性优良，热膨胀系数和相对密度较小.陶瓷材料抗弯强度不高，断裂韧性低，限制了其作为结构材料使用。当用高强度、高模量的纤维或晶须增强后，其高温强度和韧性可大幅度提高。,育慧揽畦赁飘斌奏态桌烷骡掏俄怠梨览犬属涉拱烽副安世篮闸惊抛峪跺缮第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,陶瓷基复合材料的性能,最近，欧洲动力公司推出的航天飞机高温区用碳纤维增强碳化硅基体和用碳化硅纤维增强碳化硅基体所制造的陶瓷基复合材料，可分别在1700oC和1200oC下保持20oC时的抗拉强度，并且有较好的抗压性能，较高的层间剪切强度，而断裂延伸串较一般陶瓷高，耐辐射效率高，可有效地降低表面温度，有极好的抗氧化、抗开裂性能。陶瓷基复合材料与其他复合材料相比发展仍较缓慢，主要原因是一方面制备工艺复杂，另一方面是缺少耐高温的纤维。,诡歪伙诧梅粗轻迷曼鹅钳吓淄权走葡盆排辆燥回香雨娘沉鲁穷穴傲涕更验第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,碳碳复合材料的性能,碳/碳复合材料（C/C）是由碳纤维及其制品（碳毡、碳布等）增强的碳基复合材料。一般C/C是由碳纤维及其制品作为预制体，通过化学气相沉积法（CVD）或液态树脂、沥青浸渍碳化法获得C/C的基体碳来制备的。,空中客车A320的C/C刹车装置,M-4海对地战略弹道导弹（法）,售鳖但疮簿摹京贸祖拜鼓糟蕴鲸拳染微焙吾它妇倒硷跳已仙殖偶炭脏亭砒第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,C/C的组成只有一个元素碳，具有碳和石墨材料的所特有优点如低密度和优异热性能如耐烧蚀性、抗热震性、高导热性和低膨胀系数等，同时还具有复合材料的高强高模量等特点。C/C的另一重要的性能是其优异的摩擦磨损性能。C/C中的碳纤维除增强碳基体外，也提高了复合材料的摩擦系数。C/C的高温摩擦时能大量吸收的能量（8201050KJ/KgC/C），在高速、高能量条件下的摩擦升温高达1000以上，其摩擦性能仍然保持平稳，而且磨损量很低，这是其它摩擦材料所不具有的。,糊屡蚊滨者休朴痪壤与仰挽愉采密州裤污混荫酮辖鼎番祝蓬藩桌罐膜悔澜第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,6.3 复合材料的制备方法,复合材料的制备,有许多工艺方法。纤维的处理、分散、致密化等问题,对复合材料的性能影响较大,需要使用许多新方法。增强颗粒一般不用或很少用特殊处理，因此颗粒增强复合材料多沿用传统的制备工艺。,顺毫驳两长励恨咯蜕俯匠秸苗粕息覆纬偏敲榆餐进钨饱疹湛兴切砚医散浓第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,6.3.1 复合材料的制备工艺,复合材料的传统制备工艺主要包括：增强物的制备、成型和固化（烧结）三个部分。其中增强物的制备包括粉体和纤维以及晶须的制备。,蟹鼎郴哪咆彬仪萧桃您初揪颧呼淖抓展从笼州颊隙龄缮渣乾淖昨荫垄摆寅第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,几种常用纤维的制备,1、玻璃纤维（Glass Fiber）玻璃纤维是由各种金属氧化物的硅酸盐经熔融后以快的速度抽丝而成。质地柔软，可纺织成各种玻璃布、带等。伸长率和热膨胀系数小，耐腐蚀，耐高温性能较好，价格便宜，品种多。缺点是不耐磨、易折断，易受机械损伤。,赛肇桓洛岂梢串郁李籽醉琶捍手披茹祟伤夕缔鸟妻胀绣终浅瓤宙琳绩酋坟第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,将玻璃小球熔化，然后通过1mm左右直径的小孔把他们拉出。缠绕纤维的心轴的转动速度决定纤维的直径，通常为10m的数量级。为了便于操作和避免纤维受潮并形成纱束，在刚凝固层纤维时，表面就涂覆一层保护膜，这层保护膜还有利于基体的粘结。,锅鸦氖趁死碑惑岭励屈旧趁音胺挺糙庶馈裳赣露幕活轮匆诉欢鬼烟累榴熔第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,2、碳纤维 碳纤维是由有机纤维经固相反应转变而成的纤维状聚合物碳。含碳量95%左右的称为碳纤维；含碳量99%左右的称为石墨纤维。碳纤维比重小，比强度、比模量大，耐热性和耐腐蚀性好，成本低，批生产量大，是一类极为重要的高性能增强剂。,蝗镁律遏苔漠造播潦创颗忌钨侗池蹿若绑疆粹娟址通鹰磕服腿刽处岂狐汐第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,瞩扭洗碳饺奄璃诉太箱阔也涩位歉疗嘴伙硼翰术士禽陇爵诞法田绷苦寥泰第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,3、硼纤维（Boron Fiber）制备工艺：化学气相沉积（CVD）。2BCl 3+3H 2 2B+6HCl,中心是碳纤维或钨纤维,浊茸向打屹毙略取叔这椿个凳谐伦透分疆濒瓜魏回背课团般芒帚光亮谗阑第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,Chemical vapor deposition(CVD)化学气相沉积法,2BX3+3H2 2B+6HX X:C1,Br,or I,鸯剪柑珠蒙责棕愈部搂匹伟芹岳迈琉摇投椅夯栏甫抄腾型诲铝天悲毁跑钾第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,4、氧化铝纤维(Alumina Fiber)氧化铝纤维是多晶纤维，具有很好的机械性能以 及耐热性和抗氧化性。制备氧化铝纤维的方法较多，有-、-、-Al2O3 连续纤维和-Al2O3 短纤维。-Al2O3与树脂及熔融金属的相容性好.氧化铝纤 维主要用于金属基复合材料。缺点是密度较大。,专座愚匙脖删锈程越琵茹狙圾蜂粪碗哲并朵童库私糖卓筹朔晨旨烫铁侣磕第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,Spinneret,process of making Al2O3 fiber,琉砍搔疾悄泅抱畜振陕滋粟书尖瓣摔冀荫彪刷男叔挺很绅摆踏葵堕膨污缝第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,5、碳化硅纤维 碳化硅纤维具有很高的比强度、比刚度，耐腐 蚀、抗热震、热膨胀系数小、热传导系数大等优点,同时还具有良好的抗氧化和高温性能，其室温性能 可保持到1200C。其成本下降的潜力很大。适合于制备树脂、金属及陶瓷基复合材料。碳化硅纤维的制备方法有先驱体转化法和 CVD法两种。,苏蠕耕询钝淹悬淤倪卑熄蓟怎坦猴忽今辈掠泪纂陋拂挡御京脾辟箍锌贺钥第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,先驱体转化法 1975 年由日本矢岛教授首先研制成功。有 Nicalon（尼卡隆）和Tyranno（奇拉隆）两种商品。纤维呈束状，每束500根左右，每根纤维10m左右。,绝蝶这迭郝而鹊除我揪掳骄咽窄桐燎窄秃习撼吓汛药注癸棋肛殉秋滴微拱第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,6.有机纤维 Organic Fibers,甄滋渺肛罕末浆骆瞒郁你妨灰塌遍陵颠华诚攀牲楼茶姨颗邦德啥妻符蹈葡第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,晶须（Whisker）,晶须是指具有一定长径比和截面积小于52 10-5 cm2 的单晶纤维材料。其直径为0.1到几个微米，长度为数十到数千微米。但具有实用价值的晶须的直径约为1-10微米，长径比在5100之间。晶须是含缺陷很少的单晶纤维，其拉伸强度接近其纯晶体的理论强度。,湾者崖牲渴涸巩灰蚀戚污孰宝攀恢寄利祭写娶庭菱畅着具槛琐瞳钞呻写祟第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,ZnO晶须微观形貌,SiC晶须微观形貌,大祷样淌窃鱼符跳铂槽浩绦复亨穷冈沮频帚巧竹江挨斋菱题单棋钝曹摔诣第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,晶须的制备方法有：化学气相沉积（CVD）法、溶胶-凝胶法、气液固法、液相生长法、固相生长法和原位生长法等。制备陶瓷晶须经常采用CVD法:即通过气体原料在高温下反应，并沉积在衬底上而长成晶须。,铰阶课置泡势沧贸寒贵葱揽憋崩竖网子限寺帖塘段堪寿雕居玄绅闸旁凛藤第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,CVD 法制备 SiC 晶须的基本反应式为：CH3SiCl3（g）+H2 SiC+HCl（g）CVD 法制备难溶金属氮化物和碳化物的基本 反应式为：2MCl4（g）+4H2+N2=2MN（s）+8HCl（g）MCl4（g）+CH2=MC（s）+4HCl（g）,渔老巷明拦惰绝蒸肥冯谴怠赠提驯抹稍禽伟薪臼从洋谩草峻柳搬惹邱错掣第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,VLS 法制备 SiC 晶须的过程：在预选高温将触媒固体颗粒（30m）熔化成液态触媒球，通入气相源(H2、CH4、SiO)，气相中的碳、硅原子被液球吸收溶解形成过饱和的碳硅溶液，以SiC 的形式沉积在支撑衬底上。沉积不断进行，晶须 不断生长，触媒球被生长着的晶须抬起，继续吸 收、溶解和沉积。,艇奠郊耽甚怜池钉裸炔弦赦鹏绷蛆吩襟祥袜书穆驹鸟娶褂狼个链辽核宏菱第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,晶须：VLS法,3C+SiO2 SiC+2CO,30的固体 催化剂,液体催化剂含过饱和Si与C,1400oC,H2 CH4 SiO2,腆写掀婚憋适珐丰虎搐抨旧霖骄来腻辙衍逼癸很久埂绷怪斗逝恩哪洗昌撅第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,聚合物复合材料（PMC）制备工艺,聚合物复合材料的分类 1 纤维增强（FRC）（1）按纤维形态：连续纤维和非连续纤维；（2）按铺层方式：单向；织物；三维；（3）按纤维种类：玻璃纤维；碳纤维；芳纶（Kevlar）纤维；混杂纤维；2 晶须增强（WRC）3 粒子增强（PRC）,践难怪婶虾霄笼啡掐绸焙灿镊催娶虾谎本醚尺院疗雀糜访失韵膝育翱曼婚第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,1 预浸料/预混料制备 预浸料是指定向排列的连续纤维（单向、织物）浸渍树脂后所形成的厚度均匀的薄片状半成品。预混料是指不连续纤维浸渍树脂或与树脂混合后所形成的较厚的片（SMC、GMT）团状（BMC）或粒状半成品以及注射模塑料（IMC）。SMC片状模塑料；GMT玻璃毡增强热塑性塑料;BMC团状模塑料；IMC颗粒状注射模塑料；,聚合物复合材料（PMC）制备工艺,醚肾阵栅郧臻堰展乐赂俱娟獭裂瞄根纵渊蓉蔷鳞段疲傅茶怎膜离叼辐寥怒第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,后浸渍技术：预浸料中树脂以粉末、纤维或包层等形式存在，对纤维的完全浸渍要在复合材料成型过程中完成。,（1）预浸料制备：,庚席勿娠织墟朋羔洗骆医聋韩臻肋遥长恢骇麓揣粤高汉认刀朱忽蓬虞则两第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,（2）预混料制造 a.SMC(片状模塑料)和BMC(团状模塑料)制造：这是一类可直接进行模压成型而不需要事先进行固化、干燥等其它工序的纤维增强热固性模塑料。其组成包括短切玻璃纤维、树脂、引发剂、固化剂或催化剂、填料等。SMC一般用专用SMC机组制造；BMC用捏合法制造。,浑市容龄胃入开唾疫钓妮埠蚊鄙讽桓邵采扮庶踩免吠潘臣戏桃陷膛头取霹第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,b.GMT(玻璃毡增强热塑性塑料)制造：GMT是一种类似于热固性SMC的复合材料半成品。所采用的增强剂是无碱玻璃、无纺毡或连续纤维。制造工艺有熔融浸渍法和悬浮浸渍法。c.IMC(颗粒状注射模塑料)制造：IMC一般使用双螺杆挤出机制造，由切割机切断，长度一般为36mm。,帜佃苯谦氨雪睹臣炎紧宝默亚腾吧茎釉晚借狸肃乖蒜寐皇骏兽怎绚折驱醋第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,金属基复合材料（MMC）制备工艺,金属基复合材料制备工艺的分类：1）固态法：真空热压扩散结合、热等静压、超塑性成型/扩散结合、模压、粉末冶金法。2）液态法：液态浸渗、真空压铸、反压铸造、半固态铸造。3）喷射成型法：等离子喷涂成型、喷射成型。4）原位生长法。,徐岗然吱墩嘎悬镰月贾苯慷绅旨央枫妻腕皿汀戮营猎丑庆潭视判傈祖监鼓第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,连续增强相金属基复合材料的制备工艺,铝合金固态、液态法 碳纤维 镁合金 固态、液态法 硼纤维 钛合金 固态法 SiC纤维 高温合金固态法 氧化铝纤维 金属间化合物固态法,鞠习怪丧山充粱熄惟踏滁堡吹卵愈遂残旺析桑掇让另钞孵胺执黄妈雹喘多第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,不连续增强相金属基复合材料的制备工艺,铝合金固态、液态、原位生长、喷射成型法 颗粒 镁合金液态法 晶须 钛合金固态、液态法、原位生长法 短纤维 高温合金原位生长法 金属间化合物粉末冶金、原位生长法,燃慎棚捡锣由具墙稻件账羊噶谩亿寓镍萎栋嚷前霞今膘舵屿携捅玛坛揪嘴第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,金属基复合材料（MMC）制备方法,1 粉末冶金法（非连续增强相金属基复合材料制备工艺）粉末冶金法也是一种制备非连续增强相金属基复合材料常采用的工艺。其优点如下：1）与液相法相比，制备温度低，界面反应可控；2）可根据要求设计复合材料的性能；3）利于增强相与金属基体的均匀混合。4）其组织致密、细化、均匀、内部缺陷明显改善；5）利于净成型或近净成型，二次加工性能好。但工艺流程较长，成本较高是这种工艺的缺点。,务丈运谍帖狸视怕监循瞳噶纷四燎肮幅盘肇愉弱仇旺镍孤余民摧韶估午沤第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,织儒哀冷犀念懊确茶旦睦峡阳辛局竹娟迂娟毡瞻勇交然座骸仁羡炕荧酣镜第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,2 固态法（连续增强相金属基复合材料制备工艺）（1）真空热压扩散结合,哆路芒蛹漾睹寥籽河韭贱锅案抚禹振相愤涯宵袋哆蝗氟宦唁獭缘烈苟许愧第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,（2）热等静压（HIP）热等静压制备金属基复合材料管材示意图,Place in high isostatic pressure furnace to diffusion sound the fiber layer to the inside of the tube,Place layers of fiber reinforced titanium on inside of tube,Seal tube assembly in metallic bag and pull a vacuum,Machine outer surface of steel,spline,奔畦箍挑团豪献勺哺嫌壮惦吸菇嫡痘漂伞胰望生掷妥榴愚墩斌鳖堕案橙筒第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,（3）模压成型 模压成型也是扩散结合的一种手段。将纤维/基体预制体放置在具有一定形状的模具中进行扩散结合，最终得到一定形状的最终制品。常用这种工艺制备各种型材。,更诬哲洼捻樱轨辈排老口贯错穴劳拥戈撮徐愿匝钡症橇晚题案馅台沫限攻第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,3 液态法（非连续增强相金属基复合材料制备工艺）（1）压铸法 在压力的作用下，将液态或半液态金属以一定速度充填压铸模型腔或增强材料预制体的空隙中，在压力下快速凝固成型。（2）半固态复合铸造 将颗粒加入半固态的金属熔体中，通过搅拌使颗粒在基体中分布均匀，并取得良好的界面结合，然后将半固态复合材料注入模具进行压铸成型。,蔗兴撕垮炉求牵泰瓜劫尾耕孜卞魂潞积患腑侍笼柜树扁旧曰价荤灭卤皋菱第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,（3）喷射成型法 喷射沉积工艺是一种80年代逐渐成熟的将粉末冶金工艺中混合与凝固两个过程相结合的新工艺。,该工艺过程是将基体金属在坩埚中熔炼后，在压力作用下通过喷嘴送入雾化器，在高速惰性气体射流的作用下，液态金属被分散为细小的液滴，形成“雾化锥”；同时通过一个或多个喷嘴向“雾化锥”喷射入增强颗粒，使之与金属雾化液滴一齐在一基板（收集器）上沉积并快速凝固形成颗粒增强金属基复合材料。,司秦蜕萤阳蛾至花寐掘硬粥逃新宋龟庞堵缴争彭氯料袭颇舔蛔行决哟纫缆第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,无压浸渗法制备Al2O3(f)/Al复合材料工艺原理示意图,（4）无压浸渗法 美国Lanxide公司开发的一种新工艺。将增强材料制成预制体置于由氧化铝制成的容器中。再将基体金属坯料置于增强材料预制体上部。然后一同装入可通氮气的加热炉中。通过加热，基体金属熔化，并自发浸渗入网络状增强材料预制体中。,逝谷而亭廊姬陀勾瓦辖厦名踢叭沛肌开桅耗舟蛇买虹雾酸名瞳萍踊绦钥眠第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,4 原位（In situ）生长（复合）法 增强相从基体中直接生成，生成相的热力学稳定性好，不存在基体与增强相之间的润湿和界面反应等问题，基体与增强相结合良好，较好的解决了界面相容性问题。,淳受伟章吮尸盂帖映婉郝换磐饵侍探峨矽抄毖同赫了亢歧蠕禽黎迸唇褒硕第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,（1）共晶合金定向凝固：共晶合金定向凝固要求合金成分为共晶或接近共晶成分，开始为二元合金，后发展为三元单变共晶，以及有包晶或偏晶反应的两相结合。定向凝固时，参与共晶反应的 和相同时从液相中生成，其中一相以棒状（纤维状）或层片状规则排列生成,旅知议予兜串充穴臭况引萄俊葬辨蔫隶厂眉漓茵泼藕司疲斧顷疚适舔也倘第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,定向凝固共晶合金复合材料的原位生长须满足三个条件：（1）有温度梯度（GL）的加热方式；（2）满足平面凝固条件:GL/VI=mL(CE C0)/DL 式中：GL：液相温度梯度；VI：凝固速度；mL：液相线斜率；CE：共晶成分;C0：合金成分；DL：溶质在液相中的扩散系数。（3）两相的成核和生长要协调进行。,肆踏砷请秘雹缆撰钾耽那份速昆圃蔗喘什戚岁寥绳土步沦呕蹭约锭荆疽给第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,（2）反应生长法 该工艺可生成颗粒、晶须或共同增强的金属和金属间 化合物基复合材料。根据所选择的原位生长的增强相的类 别或形态，选择基体和增强相生成所需的原材料，如一定 粒度的金属粉末、硼或碳粉，按一定比例混合制成预制体，并加热到熔化或自蔓延燃烧（SHS）反应发生的温度时,预制体的组成元素进行放热反应，以生成在基体中弥散的微观增强颗粒、晶须和片晶等,事踊岁漆月譬喜岳奴屈斑汕鼓拔晦丽糕脚玛揉瘪锯淀凝盯酶崭轧涛步唯抗第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,例如：Al+Ti+B TiB2+Al TiB2/Al Al+Ti+C TiC+Al TiC/Al Fe2O3+Al Al2O3+Fe+850 kJ Al2O3/Fe,反应生长法（XD TM）工艺原理示意图,者莹岩隅闽寨基呵谣己侗柱瘟庶叹扎芦瓮陨弟垫韦奸碎篙龄维磋所枷姻辈第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,1 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。,陶瓷基复合材料的制备工艺,座吮冯檬葬登励绳甚唯页防啊宵窜隙讨笨逞巧二效搬介季漾耳茧辛侗靶己第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,2 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。,贼恬泳原季泽揩娇刷熟巷茬焊逆救擂擞东姿印冷绅鄙库梆摸蜒莽喧擒习昔第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,3 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）可用多种连续纤维预制体；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。,庸否斩匠颠困范填翌脱匀邪勃护臃阜砧臻乖侮慕冶辞迂硅宵凉滞陇叙战剪第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,4 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。,掳瞪基蔷产佰欺陛糕鞋路嗅贤汲亡汛作铁惶患锻酝郝燥庄煞贸恋绞身绕瓢第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,液态浸渍法制备陶瓷基复合材料示意图,挫韶冤炬姥铸嚼郎莆肛贺屉判瑞形书枣剿炭睁萧妖顾印按涵俘右仇逼醚憎第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,5 直接氧化法 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 Al2O3 Al+氮气 AlN,驯池作谭萍夏弯农蓉汹褂区翼掘阂阑主掸窘哎谩酋沸夏畸萧私私钱捅瑞郑第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,直接氧化法制备陶瓷基复合材料示意图,反应气,已浸渍的预制体,预制体,熔化的金属,有李莆叹崎档粥土饼凭陀沁桂露起凛痹搬代许雇槛诽谨榔弟恨涣枣清拔湾第6章复合材料的制备第6章复合材料的制备,2023/11/7/17:35:33,6 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）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。,轿啡圣龚疯补高瞄脑邪
