5复合材料的制备方法

5.复合材料的制造方法、5.1制造方法概述复合材料的制造、纤维处理、分散、致密等增强相材料的处理对复合材料的性能有很大影响，其制造技术中有很多新工艺。例如，浆液渗透和混合、化学气相渗透(CVI)和化学气相沉积涂层(CVD)纤维。增强粒子通常不使用或很少使用特殊处理，因此，粒子增强复合材料经常遵循现有的制造过程。5.2传统制造工艺、陶瓷制造工艺主要包括以下几个部分：粉末制造烧结各阶段和多种方法，5.2.1粉末制备，粉末性能直接影响陶瓷性能，为了获得高性能陶瓷基复合材料，制造高纯、超细、均匀分布和团聚粉末是重要的第一步。粉末的制备可分为机械粉和化学粉，粉末的制备，化学粉的优点：可以获得具有优良特性的高纯度超细成分均匀粉末，其粒度小于10nm的非常有希望的粉末，尤其是多组分粉末。缺点：由于更复杂的设备和准备过程很复杂，所以费用也很高。多组分粉末的机械混合制造优势：工艺简单，产量大，缺点：粉末成分分布不均，特别是某些成分很少的时候。球磨时，球及辊的磨损均加进粉末等杂质。粉末的制备、化学剂粉末：固相、液相想象相法液相法目前在工业事故试验室广泛应用，主要用于氧化物系列超细粉体的合成。气相法主要用于制备超细高纯非氧化物粉体。近年来开发的多组分氧化物微粉的技术包括化学共沉淀法、溶胶-凝胶法、冷冻干燥法、金属碳氢氧化物水解法、喷雾热分解法等。自蔓延高温燃烧合成(SHS)等陶瓷粉末的反应热合成：利用引发材料之间的燃烧反应，热反应迅速扩散到另一端，而不从反应材料的一端点火，提供外部能量。这个方法简单，容易操作。5.2.1成型，重要性：成型是获得高性能材料的关键。缺陷的影响：成型中坯料形成的缺陷在塑性后很明显。收缩：普通坯的成型密度越高，燃烧时收缩越小，从而更容易控制产品的尺寸精度。开发方向：高空白密度，低缺陷的接近大小成型(燃烧前后空白大小变化很小)，1)干压成型，干压成型(成型)方法：将粉末填充模具内部，然后通过单向或双向压力将其粉碎为所需形状。优点：操作简单，生产效率高，自动化容易，是常用方法之一。缺点：粉末容易重新组合，坯料厚度大时内部密度不均匀，产品形状控制精度低，模具质量要求高，复杂形状的组合模具设计也困难。干式压力机粘结剂，干式压力机成型，加压方法：单向压力一端压力，距压力端越远，坯料密度越小。双向加压时，两端直接压缩密度高，中等密度小。因此，双向加压毛坯的密度不均匀性比单向压力小得多，但双向加压模具更复杂。成型压力：其大小直接影响陶瓷的密度和收缩率。一般成型压力大，烧结后产品收缩少，密度高。但是如果压力超过一定值，陶瓷密度几乎不会提高。而且，压力太大，股票容易出现裂缝、分层、剥离困难等现象。冲模坠落速度：缓慢、加压过快会导致毛坯分层、毛坯中的气泡包括、表面密度大、中间松弛等缺陷。大批量生产时，加压要均匀一致。否则，陶瓷零件的厚度不均匀，可能会产生废品。2)等压成型、湿包等静压(也称为湿等压):将粉末放入橡胶等可变形容器中密封后，放入操作液压或水等流体介质中加压，获得所需形状优点：粉末是粘合剂，坯料密度均匀性，成型的产品几乎是无限的，不需要有优秀的烧结体特性。缺点：仅适用于简单的形状产品，缺乏形状和大小调整功能，难以实现低效率、自动化的批量生产。干袋等压(干等压):将加压橡胶袋密封在高压容器中，供应后弹性模进入压力室，加压成型后退，脱模。也可以将模具固定在高压容器上，供应后密封模具成型。优点：由于模具未与加压液体直接接触，从而减少了模具的移动，调整了容器的液位或没有去除多馀的空气，从而加快了压力坯料的去除，实现了连续等压。缺点：只有粉末周围受到压力，不能对粉末的顶部和底部施加压力。此方法仅适用于批量压制相同类型的产品，尤其是管道、圆柱等几何简单的产品。等压成型、设备主要组成部分的高压容器和高压泵。辅助设备：高压管、高压阀、高压表和弹性模具等。对模具材料的要求：可均匀伸长、展开，不破裂或太硬，可起到液体介质的作用。常用材料：橡胶、乳胶和塑料等。高压后橡胶、乳胶变形、成本高；塑料容易制造，压缩后变形少，成本低。3)热压铸成型，定义：将粉末与蜡或有机聚合物粘结剂混合后加热，使混合物具有一定的流动性，然后将混合物加压注入模具冷却，就能得到致密坚硬的毛坯。优点：适用于形状比较复杂的零件，易于工业规模生产。缺点：钢坯的蜡含量高(约23%)，蜡周期长，壁薄，大，长的产品容易变形和变形。热压铸成型，工艺特性：(a)熟料，即坯料必须提前煅烧，一个是为了形成流动性好的铸造纸浆，另一个是为了降低陶瓷零件的收缩率，提高产品的尺寸准确度。(b)铸件温度、模具温度、压力大小及其持续时间是控制的关键。使用石蜡作为粘结剂时，铸造纸浆温度通常低于100 。模具温度决定模具中铸件的冷却速度。通常，薄壁模具为10 20 ，厚壁零件为0 20 。成型压力根据产品形状、大小一般使用3 5大气压，在铸造薄壁和高坯时压力必须大，反之亦然。使浆料填充整个型腔的压力持续时间取决于铸件的温度、性能和产品的形状和大小。压力持续时间必须很长，前提是铸件的导热性低，铸件温度高，产品厚度大，形状复杂。4)挤出成型，定义：也称为挤出或挤出成型，使用压力透过模具挤出具有塑胶的粉末，以形成其剖面造型为模具造型的库存。适用性：沿挤出方向的形状笔直的产品，例如短圆周、纤维状、空心管和厚板孔。对粉末的要求：陶瓷粉末具有塑性。也就是说，受力时变形能力强，成型后粉末可以保持原形，也可以变形小。优点：生产效率高，产量高，操作方便的缺点：不适用于三维复杂的几何产品，二维产品也需要简单的外形。设备：分为挤出机、水平挤出机和垂直挤出机。电子用于编织更大的瓷条或瓷管。后者用于挤压小型陶瓷管和瓷条。常用有机粘结剂：糊精(添加量不超过6%)、桐油(4%)、羧甲基纤维素和甲基纤维素水溶液(28%)、亚硫酸纸浆废料等。5)滚压成型，定义：滚压成型，也称为反方向滚压成型，是通过将粘结剂粉末放在反方向滚压的轧辊之间不断挤压材料，获得薄膜状坯料的成型方法。特点：工艺简单，生产效率高，隔膜厚度均匀，设备简单，厚度极薄(最大10m)膜片可以成型，产品燃烧温度比干燥压力低10 20 。粘结剂：聚乙烯醇(聚合度1400 1700适合)水溶液和聚醋酸乙烯(聚合度400 600适合)通常在30%到40%的聚乙烯醇水溶液中，聚乙烯脂肪在20%到25%之间，一般是甘油增塑剂2 5%粉末中性或弱酸性的时候最好使用聚乙烯醇。粉末呈中性或弱碱性时，最好使用聚醋酸乙烯酯。6)灌浆成型，定义：在石膏模具中，将一定浓度的浆液注入石膏模具，与石膏接触的周边层首先脱水硬化，粉末沿着石膏模具内壁形成所需的形状。钢坯粉末：水=100: (30 50)，添加0.3% 0.5%阿拉伯橡胶，陶瓷的水分含量下降到22 24%。特点：成型型稍微复杂的产品，7)流动成型，定义：将超细粉末与适当的粘结剂混合，制作铸造浆料，然后依靠固定喷嘴和浆料本身的重量，将浆料刮到虚拟件转动的环形带材上，通过上下烘干道，得到带材回到初始位置时所需的薄膜坯料优点：生产效率大大提高，比滚动薄膜成型更容易连续自动化生产；铸膜的厚度为2 3 m，厚度为2 3 mm，隔膜弹性好，坯料致密。缺点：对有机溶剂的选择敏感，水质和水分含量对浆料流变性、坯料密度、产品部件的拉伸强度有很大影响。8)注射成型，定义：注射成型是进料在温度和压力下均匀填充注射模具型腔以获得所需形式的无缺陷成型的过程。陶瓷粉末和热塑性树脂等有机物混合得到的混合物，以一定的温度和压力向注塑机高速注入模具，快速冷凝后去除毛坯。优点：适用于陶瓷零件的批量生产，成本很低，可以控制成品的最终尺寸，一般不再需要加工，适合经济地制造具有不规则表面、渠道等复杂形状的产品。缺点：可以直接准备诸如脱脂时间、浇口密封后内部不均匀性、粉末注射成型工艺、粉末注射成型技术的特点、(1)非对称零件、槽、十字孔、盲孔零件、壁厚变化大的零件、表面图案和文本零件等复杂零部件。(2)产品性能优良，PIM产品微观结构均匀，产品密度高，不分离铸造工艺中的粗晶组织和成分，其机械性能明显优于精密铸造材料和传统粉末冶金材料。(3)由于零件可集成加工技术或材料性能，某些零件在使用现有技术制造时必须加工成多个零件才能装配，而某些零件在材料上可能会有所不同。您可以使用PIM技术直接制造整个复合零件。簇箭弹小箭头、钨基合金箭头、铁基合金尾、霰弹枪、高分子材料、金属材料、陶瓷材料、复合材料、(4)材料适应性：任何能制造合适粉末的材料都可以用PIM技术制造零件。(5)低生产成本主要是减少或消除加工。材料利用率高；生产线建设规模灵活，投资少；生产线高度自动化。粉末注射成型与传统成型技术的比较，复杂造型，高性能，低成本，PIM，特性：以低成本生产高性能复合造型零件。9)压力渗透工艺，定义：由注浆成型开发。浆料通过气动将中空的液体介质排除在多孔模具壁外，将陶瓷浆料固化为坯料。优点：晶须或纤维增强复合材料的成型缺点：在制造实心大截面陶瓷坯料时，由于渗透阻力和压力损失等问题，坯料密度不均匀10)离心成型，定义：也称为离心注浆成型。将浆料注入容器，使用大离心力将固体颗粒沉淀到容器内壁的整形优点：更适合中空圆周组合，缺点：离心力方向的毛坯密度变化。11)凝胶成型，定义：将粉末分散在包含有机体的溶液中制成泥浆，然后将泥浆填充模具，在一定温度和催化条件下聚合有机体，使系统凝胶化，模具内的浆液原地成型。干燥后可以得到更高强度的毛坯。特征：收缩少，干燥收缩为1 4%，烧结收缩为16 17%，坯料强度高，有机粘结剂量小，形状复杂，大的零件可以成型。凝胶注射成型技术，90年代初，美国橡塑国家核心实验室马纳、贾尼教授等提出了凝胶注射成型技术(gelcasting)，首次将传统陶瓷工艺与高分子化学有机结合，在陶瓷成型工艺中利用聚合物单体聚合进行成型的技术的铁基粉末凝胶注射成型艺术中的分散剂、固体体积含量、与铁粉浆料粘度的关系，以及，propertiesofsamplesmadebygelcasting，金属粉末。采用铁基、铜基、新开发的有机粘结剂系统，成功地将凝胶成型工艺应用于铝基粉末。得到了成型毛坯的密度、强度高、收缩率小、形状更复杂的零部件毛坯。在原料粉末中添加1wt%镁粉，并在露点为-40 的氮气氛下烧结，制作了铝基烧结零件。由于少量AlN的生成，烧结的铝基材料的弯曲强度比普通烧结铝的弯曲强度(190MPa)高325MPa。铝基、帕帕斯、刘伟华、郭志孟、嘉诚厂等，凝胶注射成型的研究现状和展望，电气材料，2004 (4) 333627 30成昌家，铁基粉末凝胶注射成型研究，粉末冶金工业，2006，16(1):6-10柳维华，贾成工厂。凝胶注塑技术理论研究，材料指南，2006，20(1):19-22柳维华，嘉城工厂。铁铜碳合金凝胶注模工艺研究，材料工程2006，4:33-36柳维华，贾成工厂，石彦涛，高碳钢凝胶注模工艺，北京科技大学学报，2006，28(4)，38 beijingkejidaxuexuebao/journal loft universit