第10章非金属及复合材料成形方法

1、第第1010章非金属及复合材料成形方法章非金属及复合材料成形方法 n10.110.1工程塑料的成形工程塑料的成形 将粉状、粒状、溶状或分散体将粉状、粒状、溶状或分散体 等各种物态物料转变为所需形状的等各种物态物料转变为所需形状的 制品（低于制品（低于400400）。）。 10.1.110.1.1挤压成形挤压成形 n 10.1.1 10.1.1挤压成形挤压成形 把塑料放在挤压机的料筒内加热熔化，把塑料放在挤压机的料筒内加热熔化， 利用螺杆将塑料连续不断地自模具的型孔中利用螺杆将塑料连续不断地自模具的型孔中 挤出而成制品。适用于热塑性塑料的管、板挤出而成制品。适用于热塑性塑料的管、板 、棒、丝、网

2、、薄膜的生产。、棒、丝、网、薄膜的生产。 第第1010章非金属及复合材料成形方法章非金属及复合材料成形方法 10.110.1工程塑料的成形工程塑料的成形 n 10.1.210.1.2 注射成形注射成形 把塑料放在注射成形机把塑料放在注射成形机 的料筒内加热熔化，靠柱的料筒内加热熔化，靠柱 塞或螺杆以很高的压力和塞或螺杆以很高的压力和 速度注入模具型腔内，冷速度注入模具型腔内，冷 却固化后取出。却固化后取出。 适用于热塑性塑料或适用于热塑性塑料或 流动性大的热固性塑料，流动性大的热固性塑料， 生产率高，可用于自动化生产率高，可用于自动化 大批量生产。大批量生产。 第第1010章非金属及复合材料成

3、形方法章非金属及复合材料成形方法 10.110.1工程塑料的成形工程塑料的成形 n10.1.3 10.1.3 压延成形压延成形 n 将加热塑化的热塑性塑料通过两个以上将加热塑化的热塑性塑料通过两个以上 相对旋转的（加热）滚筒间隙，使其成为规相对旋转的（加热）滚筒间隙，使其成为规 定尺寸的连续片状材料的成形方法。定尺寸的连续片状材料的成形方法。 第第1010章非金属及复合材料成形方法章非金属及复合材料成形方法 n 特点：特点：制件质量均匀、内应力小、尺寸稳定、耐制件质量均匀、内应力小、尺寸稳定、耐 热、强度较高。热、强度较高。 10.110.1工程塑料的成形工程塑料的成形 n10.1.410.1

4、.4 机械加工机械加工 机加工性能好。由于塑料的机加工性能好。由于塑料的导热导热 性和耐热性差，有弹性性和耐热性差，有弹性，加工时易变，加工时易变 形、分层、开裂、崩落等，在刀具的形、分层、开裂、崩落等，在刀具的 角度、冷却方式及切削用量上需适当角度、冷却方式及切削用量上需适当 调整。调整。 第第1010章非金属及复合材料成形方法章非金属及复合材料成形方法 10.2 10.2 陶瓷件陶瓷件成形成形 n坯料制备坯料制备 第第1010章非金属及复合材料成形方法章非金属及复合材料成形方法 原料粉碎原料粉碎 精选精选 磨细磨细 配料配料脱水脱水 炼坯、防腐等。炼坯、防腐等。 成形方法成形方法 n（）可

5、塑法（塑性料团成形法）（）可塑法（塑性料团成形法） n（）注浆法（浆料成形法）（）注浆法（浆料成形法） n（）压制法（粉料成形法）（）压制法（粉料成形法） 10.2 10.2 陶瓷件陶瓷件成形成形 n烧结烧结 生坯在高温加热时发生一系列生坯在高温加热时发生一系列 物理化学变化并使生坯体积收缩，物理化学变化并使生坯体积收缩， 强度、密度增加，最终形成致密、强度、密度增加，最终形成致密、 坚硬的具有某种显微结构烧结体的坚硬的具有某种显微结构烧结体的 过程。过程。 第第1010章非金属及复合材料成形方法章非金属及复合材料成形方法 10.2.1 10.2.1 干压成形干压成形 n将粉料装入钢模内，通过

6、冲头对其加压的成形方将粉料装入钢模内，通过冲头对其加压的成形方 法。法。 n 适应于形状简单、尺寸较小的制品。适应于形状简单、尺寸较小的制品。 n 特点特点：工艺简单、操作方便、周期短、便于自动化：工艺简单、操作方便、周期短、便于自动化 生产。坯体密度大、尺寸精确、收缩小、强度高。生产。坯体密度大、尺寸精确、收缩小、强度高。 10.2 10.2 陶瓷件陶瓷件成形成形 10.2.2 10.2.2 等静压成形等静压成形 n利用液体或橡利用液体或橡 胶等在各个方向传递胶等在各个方向传递 压力相等的原理对坯压力相等的原理对坯 体进行压制（分为干体进行压制（分为干 式和湿式）。式和湿式）。 n 特点特点

7、：压力易调：压力易调 整、坯体均匀致密、整、坯体均匀致密、 烧结收缩小、不易变烧结收缩小、不易变 形开裂。但设备较复形开裂。但设备较复 杂、操作繁琐，生产杂、操作繁琐，生产 效率低。效率低。 10.2 10.2 陶瓷件陶瓷件成形成形 10.2.3 10.2.3 注浆成形注浆成形 n将陶瓷颗粒悬浮于液体中成为料液，再把料液注将陶瓷颗粒悬浮于液体中成为料液，再把料液注 入多孔模具中，通过模具的气孔把料液中的液体吸出入多孔模具中，通过模具的气孔把料液中的液体吸出 ，在模具内留下坯体。，在模具内留下坯体。 n 工艺流程工艺流程：料浆准备、模具制备、料浆浇注。：料浆准备、模具制备、料浆浇注。 n 用于形

8、状复杂、大型薄壁制品。用于形状复杂、大型薄壁制品。 10.2 10.2 陶瓷件陶瓷件成形成形 10.2.4 10.2.4 热压成形热压成形 n利用蜡类材料热熔冷固的特点，把利用蜡类材料热熔冷固的特点，把 粉料与熔化的蜡料黏合剂迅速搅合成具有粉料与熔化的蜡料黏合剂迅速搅合成具有 流动性的料浆，在热压铸机中用压缩空气流动性的料浆，在热压铸机中用压缩空气 把热熔料浆注入金属模具中，冷却凝固成把热熔料浆注入金属模具中，冷却凝固成 形。形。 n 特点：特点：操作简单，模具损耗小，可操作简单，模具损耗小，可 成形复杂制品，但坯体密度低，生产周期成形复杂制品，但坯体密度低，生产周期 长。长。 10.2 10

9、.2 陶瓷件陶瓷件成形成形 10.2.5 10.2.5 注射成形注射成形 n 将粉料与有机黏结剂混合后，加热混炼，将粉料与有机黏结剂混合后，加热混炼， 制成粒状粉料，用注射成形机在制成粒状粉料，用注射成形机在130130300300温温 度下注射入金属模具中，冷却后黏结剂固化，度下注射入金属模具中，冷却后黏结剂固化， 取出坯体，经脱脂后按常规工艺烧结。取出坯体，经脱脂后按常规工艺烧结。 n 特点：特点：成形简单，成本低，压坯密度均成形简单，成本低，压坯密度均 匀，适用于复杂零件的自动化大规模生产。匀，适用于复杂零件的自动化大规模生产。 10.2 10.2 陶瓷件陶瓷件成形成形 10.310.3

10、复复合材料成形合材料成形 10.3.1 10.3.1 制备复合材料的通用方法制备复合材料的通用方法 1 1、颗粒、晶须、短纤维增强复合材料、颗粒、晶须、短纤维增强复合材料 制备步骤制备步骤： （1 1）混合混合：基体材料的熔化，均匀混入增强：基体材料的熔化，均匀混入增强 材料；或制成粉末混入增强材料，并均匀化。材料；或制成粉末混入增强材料，并均匀化。 （2 2）制坯制坯：采用铸造、液态模锻、喷射、粉：采用铸造、液态模锻、喷射、粉 末热压等方法使复合成分固化。末热压等方法使复合成分固化。 （3 3）成形成形：通过挤压、轧制、锻造、机加工：通过挤压、轧制、锻造、机加工 制备零件。制备零件。 10.

11、3.1 10.3.1 制备制备复合材料的通用方法复合材料的通用方法 2 2、纤维增强体增强复合材料、纤维增强体增强复合材料 制备步骤制备步骤： （1 1）预成形预成形：将增强体排列成特：将增强体排列成特 定形状。定形状。 （2 2）复合复合：采用粉末冶金、液态：采用粉末冶金、液态 浸透、化学气相沉积法等将基体材料浸透、化学气相沉积法等将基体材料 与增强体复合。与增强体复合。 10.310.3复复合材料成形合材料成形 10.3.2 10.3.2 金属基金属基复合材料成形方法复合材料成形方法 10.310.3复复合材料成形合材料成形 10.3.2 10.3.2 金属基金属基复合材料成形方法复合材料

12、成形方法 10.310.3复复合材料成形合材料成形 10.3.2 10.3.2 金属基金属基复合材料成形方法复合材料成形方法 1 1、液态金属浸润法、液态金属浸润法 （1 1）常压铸造法常压铸造法：将预成形的纤维：将预成形的纤维 形坯预热后放入浇注模，浇入液态金属，形坯预热后放入浇注模，浇入液态金属， 靠其重力渗入形坯并凝固。但制品易出现靠其重力渗入形坯并凝固。但制品易出现 缺陷。缺陷。 （2 2）液态金属搅拌法液态金属搅拌法：熔化金属，并：熔化金属，并 逐步加入弥散增强材料使其均匀，然后进逐步加入弥散增强材料使其均匀，然后进 行脱气处理，注入模具中凝固成形。用于行脱气处理，注入模具中凝固成形

13、。用于 陶瓷增强金属基复合材料的制造。陶瓷增强金属基复合材料的制造。 10.310.3复复合材料成形合材料成形 10.3.2 10.3.2 金属基金属基复合材料成形方法复合材料成形方法 （3 3）真空加压铸真空加压铸 造法造法：在真空密闭容：在真空密闭容 器中加热纤维形坯和器中加热纤维形坯和 熔化金属，随后将铸熔化金属，随后将铸 模的引流管插入熔融模的引流管插入熔融 金属中，并通过惰性金属中，并通过惰性 气体对金属液面加压气体对金属液面加压 ，强制其渗入形坯冷，强制其渗入形坯冷 却后成形。却后成形。 用于生产小型零件用于生产小型零件 。 10.310.3复复合材料成形合材料成形 10.3.2

14、10.3.2 金属基金属基复合材料成形方法复合材料成形方法 （4 4）挤压铸造法挤压铸造法：将增强材料放入配有黏结剂和纤维表面：将增强材料放入配有黏结剂和纤维表面 改性溶质的溶液中，充分搅拌后压滤、干燥，烧结形坯；随后改性溶质的溶液中，充分搅拌后压滤、干燥，烧结形坯；随后 将预加热的形坯放入固定在液压机上经预加热的模具中，注入将预加热的形坯放入固定在液压机上经预加热的模具中，注入 液态金属，加压，使金属渗透形坯，并在高压下凝固成形。液态金属，加压，使金属渗透形坯，并在高压下凝固成形。 10.310.3复复合材料成形合材料成形 10.3.2 10.3.2 金属基金属基复合材料成形方法复合材料成形

15、方法 2 2、扩散黏结法、扩散黏结法 在较长时间、较高温度和压力下，在较长时间、较高温度和压力下， 使固态金属基体与增强材料的接触界面使固态金属基体与增强材料的接触界面 通过原子间相互扩散黏结而成。通过原子间相互扩散黏结而成。 10.310.3复复合材料成形合材料成形 工艺过程工艺过程：把增强纤维用不同的方：把增强纤维用不同的方 法预制成坯，处理、清洗后按一定形状法预制成坯，处理、清洗后按一定形状 、尺寸和排列叠层封装，用热压法、热、尺寸和排列叠层封装，用热压法、热 等静压法或热轧法加热压制。等静压法或热轧法加热压制。 10.3.2 10.3.2 金属基金属基复合材料成形方法复合材料成形方法

16、3 3、粉末冶金法、粉末冶金法 将金属粉末与陶瓷颗粒、晶须将金属粉末与陶瓷颗粒、晶须 或短纤维，经均匀混合后放入模具或短纤维，经均匀混合后放入模具 中进行高温、高压成形。中进行高温、高压成形。 10.310.3复复合材料成形合材料成形 特点特点：材料致密，增强材料分：材料致密，增强材料分 布均匀。布均匀。 10.3.2 10.3.2 金属基金属基复合材料成形方法复合材料成形方法 4 4、喷雾共沉积法、喷雾共沉积法 熔融金属从炉子底部的熔融金属从炉子底部的 浇铸孔流出，经雾化器被高浇铸孔流出，经雾化器被高 速惰性气体流雾化，并携带速惰性气体流雾化，并携带 陶瓷颗粒加入雾化流中使其陶瓷颗粒加入雾化

17、流中使其 混合、沉降，在金属滴未完混合、沉降，在金属滴未完 全凝固前喷射在基板或特定全凝固前喷射在基板或特定 的模具上凝固成固态。的模具上凝固成固态。 10.310.3复复合材料成形合材料成形 特点特点：材料致密，陶瓷：材料致密，陶瓷 颗粒分布均匀，生产率高。颗粒分布均匀，生产率高。 10.3.3 10.3.3 树脂基树脂基复合材料成形方法复合材料成形方法 1 1、热压罐成形、热压罐成形 将预浸材料按一定排列将预浸材料按一定排列 顺序置于涂有分型剂的模顺序置于涂有分型剂的模 具上，铺放分离布和带孔具上，铺放分离布和带孔 的脱模薄膜，在脱模薄膜的脱模薄膜，在脱模薄膜 上铺放吸胶透气毡，再包上铺放

18、吸胶透气毡，再包 覆耐高温的真空袋，并用覆耐高温的真空袋，并用 密封条密封周边。连续从密封条密封周边。连续从 真空袋内抽出空气并加热真空袋内抽出空气并加热 ，使预浸材料层间达到一，使预浸材料层间达到一 定的真空度。达到要求的定的真空度。达到要求的 温度后，向热压罐内充入温度后，向热压罐内充入 压缩空气，给制品加压。压缩空气，给制品加压。 10.310.3复复合材料成形合材料成形 10.3.3 10.3.3 树脂基树脂基复合材料成形方法复合材料成形方法 2 2、对模模压成、对模模压成 形形 将模压料约束在将模压料约束在 两个模具型面之间形两个模具型面之间形 成制品形状，并固化成制品形状，并固化

19、。 特点特点：制品质量：制品质量 高、复现性好、尺寸高、复现性好、尺寸 精度高、成形速度快精度高、成形速度快 、适合大批量生产。、适合大批量生产。 10.310.3复复合材料成形合材料成形 10.3.3 10.3.3 树脂基树脂基复合材料成形方法复合材料成形方法 3 3、热成形工艺（预热坯料成形）、热成形工艺（预热坯料成形） 工艺过程工艺过程：材料预浸，坯料加热，合模压制成形：材料预浸，坯料加热，合模压制成形 。 特点特点：模具闭合时，预浸料铺层边缘向模具中滑：模具闭合时，预浸料铺层边缘向模具中滑 行，并叠覆到模具型面上，厚度保持不变。行，并叠覆到模具型面上，厚度保持不变。 10.310.3复

20、复合材料成形合材料成形 10.3.3 10.3.3 树脂基树脂基复合材料成形方法复合材料成形方法 4 4、缠绕成形、缠绕成形 工艺过程工艺过程：将浸渍树脂的纤维按照要求的方向有：将浸渍树脂的纤维按照要求的方向有 规律、均匀地布满芯模表面，送入固化炉固化，脱去规律、均匀地布满芯模表面，送入固化炉固化，脱去 芯模。芯模。 特点特点：机械化、自动化程度高，产品质量好。：机械化、自动化程度高，产品质量好。 10.310.3复复合材料成形合材料成形 10.3.3 10.3.3 树脂基树脂基复合材料成形方法复合材料成形方法 5 5、拉挤成形、拉挤成形 工艺过程工艺过程：增强纤维浸渍树脂；预成形：增强纤维浸

21、渍树脂；预成形 ；进入固化模精成形；型材脱模，在空气或水；进入固化模精成形；型材脱模，在空气或水 中冷却；进入自动切割机按长度切割。中冷却；进入自动切割机按长度切割。 特点特点：生产连续，制品截面恒定，型材：生产连续，制品截面恒定，型材 性能可设定。性能可设定。 10.310.3复复合材料成形合材料成形 10.3.4 10.3.4 陶瓷基陶瓷基复合材料成形方法复合材料成形方法 1 1、浆体浸渍工艺、浆体浸渍工艺 纤维束通常经过至少含有纤维束通常经过至少含有3 3种组分的泥浆混合物进种组分的泥浆混合物进 行浸渍，再压制切断成单层薄片，按一定方式列成层行浸渍，再压制切断成单层薄片，按一定方式列成层

22、 片，放入加热炉中烧去黏结剂，加压固化。片，放入加热炉中烧去黏结剂，加压固化。 10.310.3复复合材料成形合材料成形 10.3.4 10.3.4 陶瓷基陶瓷基复合材料成形方法复合材料成形方法 2 2、气、气- -液反应工艺液反应工艺 将熔融金属直接氧化制备将熔融金属直接氧化制备CMCCMC材料。材料。 10.310.3复复合材料成形合材料成形 特点特点：工艺简单、成本低廉、反应温度：工艺简单、成本低廉、反应温度 低、反应速度快，制品的形状、尺寸不受限低、反应速度快，制品的形状、尺寸不受限 制，其性能可由工艺调控，常温性能优越。制，其性能可由工艺调控，常温性能优越。 但存在残余金属，使高温强

23、度下降。但存在残余金属，使高温强度下降。 10.3.4 10.3.4 陶瓷基陶瓷基复合材料成形方法复合材料成形方法 3 3、化学气相渗透法、化学气相渗透法 将具有特点形状的纤维预制体置于沉积炉中将具有特点形状的纤维预制体置于沉积炉中 ，通入的气态前驱体通过扩散、对流等方式进入，通入的气态前驱体通过扩散、对流等方式进入 预制体内部，在一定温度下由于热激活而发生复预制体内部，在一定温度下由于热激活而发生复 杂的化学反应，生成固态的陶瓷类物质并以涂层杂的化学反应，生成固态的陶瓷类物质并以涂层 的形式沉积于纤维表面，并越来越厚，成为材料的形式沉积于纤维表面，并越来越厚，成为材料 内的连续相内的连续相-

24、 -陶瓷基体。陶瓷基体。 10.310.3复复合材料成形合材料成形 优点优点：1 1）增强物损伤小，制品性能高；）增强物损伤小，制品性能高；2 2） 通过改变气体前躯体的种类、质量分数、沉积顺通过改变气体前躯体的种类、质量分数、沉积顺 序、沉积工艺对材料的界面、基体的组织进行设序、沉积工艺对材料的界面、基体的组织进行设 计；计；3 3）不需加入烧结助剂，陶瓷基体纯度和组织）不需加入烧结助剂，陶瓷基体纯度和组织 好；好；4 4）可形成形状复杂、纤维体积分数较高的陶）可形成形状复杂、纤维体积分数较高的陶 瓷基复合材料。但周期长，成本高。瓷基复合材料。但周期长，成本高。 10.3.5 C/C10.3.5 C/C复合材