材料化学 课件 10-4.2陶瓷基复合材料制备

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陶瓷基复合材料制备11.4.2.7溶胶-凝胶法(Sol-Gel)

概念将含有多种组分的溶液通过物理或化学的方法使分子或离子成核制成溶胶，在一定条件下，再经凝胶化处理，获得多组分的复合相的凝胶体，经烧结后可获得所需组分的陶瓷基复合材料。该方法是采用胶体化学原理制备陶瓷基复合材料的工艺方法

工艺过程溶胶浸渍纤维骨架

水解缩聚成凝胶

凝胶干燥热解

陶瓷基复合材料图11.30

溶胶-凝胶法制备陶瓷基复合材料流程图

特点优点：反应条件温和，不需要高温高压，对设备技术要求不高；制造过程中对纤维的机械损伤小；制得的复合材料质地均匀缺点：工艺相对比较复杂，不适合于部分非氧化物陶瓷基复合材料的制备11.4陶瓷基复合材料制备11.4.2.8高聚物先驱体热解成型法(PolymerPyrolysis)

概念是通过对高聚物先驱体(通常是有机硅高聚物先驱体)进行热解，直接获取块状体陶瓷材料的工艺方法。除单相陶瓷材料外，应用该方法还可以获得粒子弥散复相陶瓷和纤维补强陶瓷基复合材料

特点可直接制备陶瓷块状体材料，具有烧成温度低，成型容易，工艺重复性高，弥补传统陶瓷生产的缺点

分类缺点：前者周期较长，后者气孔率高，收缩变形大，两者均难于得到具有较高密

度的材料一种是制备纤维增强复合材料：先将纤维编织成所需形状，然后浸渍上高聚物先驱体，热解，再浸渍，热解，如此循环一种是用高聚物先驱体与陶瓷粉体直接混合，模压成型，再进行热解获得所需材料

11.4.2.9注射成型法(InjectionMolding)

概念注射成型是采用注射成型机，将添加有机载体的坯料注射到模具中，固化成型后制得陶瓷基复合材料的工艺方法

工艺脱模后加热排除有机物即获得成型坯体陶瓷原料＋增强体(晶须、颗粒或短纤维)＋有机载体热塑性坯料加入到注射成型机漏斗柱塞旋转将料推进加热室塑化推动柱塞用较高压力将其注入模腔在模内以更高温度固化成型

工艺参数塑化温度和时间、注射压力、锁模力、固化温度和时间。通常注射陶瓷基复合材料时，压力P=60MPa~100MPa,温度T=70~80℃

特点

成型周期短,能一次成型形状复杂、尺寸精确；

生产效率高，易于实现全自动化生产等材料在加热室要经充分塑化以得到较好流动性塑化过程可能使树脂轻度固化，故应严格控制温度和时间锁模力应保证注射过程模具的闭合图11.31

注射成型机结构示意图11.4.2.10自蔓延高温合成法(Self-propagatingHigh-temperatureSynthesis(SHS)

概念即自蔓延高温燃烧合成法，是利用高效热反应的能量使化学反应自发地持续下去，从而实现材料的合成与制备。具有较大生成热的化合物材料，一经点燃，反应则以燃烧波的方式蔓延，放出大量热，可达1500~4000℃高温，直至反应物耗尽。图11.32

粉体燃烧合成过程图

特点燃烧合成反应的最大特点是产生高温燃烧波；合成和致密化同时进行，具有快速和节能的特点。一般认为反应绝热温度低于1527℃的反应不能自行维持金属还原剂氧化物粉体

球磨压力成型点燃

合成粉体Ar气

应用广泛应用于碳化物、硼化物、氮化物、金属间化合物和复合材料；还可用来实现金属基体表面涂覆陶瓷；两种材料之间焊接图11.33

粉体合成工艺流程图11.4.2.11原位生长工艺(In-situChemicalReaction)

概念原位生长工艺是利用化学反应在原位生成补强组元—晶须或高长径比晶体来补强陶瓷基体的工艺过程

根据晶须生长的热力学，在陶瓷基体中均匀加入可生成晶须的元素（或化合物），控制其生成条件使在陶瓷基体致密化过程中在原位同时生长出晶须，形成陶瓷基复合材料

利用陶瓷液相烧结时某些晶相的生长高长径比的习性，控制烧结工艺使基体中生长出高长径比晶体，形成陶瓷基补强复合材料

方法

特点优点：可使