复合材料制造方法.ppt

1、第六章金属基复合材料制造方法， 前言第一节金属基复合材料制造的难点和解决方法第二节金属基复合材料制造方法的分类第三节纤维预聚物的排列分层第四节固体法第五节液体法第六节其他复合制造方法第七节纤维增强金属基复合材料制备方法第八节分散增强金属基复合材料复合整形第九节粒子强化金属基复合材料复合整形第十节金属基混合复合材料第十一节金属基复合材料材料二次加工牙齿章节的工作和思考问题、金属基复合材料的制造方法和特性、序言、现有金属冶金工业中使用的粉末冶金、铸造、挤压、轧制等一般方法也用于制造金属基复合材料，但金属基复合材料的制造方法有特殊要求，选择制造方法时要慎重考虑。 主要要求是1)在制造过程中，确保加固

2、物根据设计要求在金属底座上均匀分布。连续纤维的分布和方向、特定体积分数等粒子、晶须、短纤维等均匀分布在机体上。2)制造过程不会导致加强物和金属气体的原始性能下降。特别是防止高性能连续纤维的损伤，可以重叠和补充增强物和金属的优良性能。3)在制造过程中，应避免发生气体金属的氧化、气体金属和强化物之间的介面反应等各种不利反应。通过选择工艺参数，应该能够获得适当的介面结构和性能，充分利用加强物的性能和增强效果，并保持基于金属的复合材料组织的性能稳定。4)制造方法应适合批量生产，应尽可能直接制造最终形状尺寸附近的金属基复合材料部件。金属矩阵复合材料制造方法差异、金属矩阵复合材料类型不同，制造方法有很大差

3、异。必须考虑金属矩阵和加强物类型、物理、化学特性、化学相容性等。连续纤维是制造金属基复合材料最困难的，需要特殊的方法以一定的含量、排列方向将纤维分配给金属气体。固体扩散连接，液体金属浸渍等。粒子制造、晶须增强金属基复合材料比较容易，适用于使用粉末冶金、挤压、铸造等传统冶金方法进行批量生产。回到牙齿章节，第一节金属基复合材料制造的困难和解决方法，金属基复合材料制造比基于裴秀智的复合材料复杂得多。这与金属固有的物理和化学特性有关。气体金属一般具有熔化温度高，室温下致密的固体。根据一定比例的含量、分布、排列方向，将大量尺寸小纤维、胡须、颗粒等增强剂与金属气体合成是很困难的。加固物和金属气体复合的必要

4、条件是：(1)金属必须具有足够的流动性、成形性，才能渗透金属，并与加固物一起充电。(2)气体金属和增强物要有良好的渗透性。否则很难结合在一起。因此，基于金属的复合材料准备必须在高温下进行(接近熔点以上温度或熔点温度)。但是在高温下金属的化学活动也随着温度的提高而增加，不利的化学反应。准备金属基复合材料的主要困难包括：(1)准备金属基复合材料的主要困难；(1)在制造金属基复合材料高温时严重的介面反应、氧化反应等有害化学反应。在高温下准备的话，气体金属氧化、元素燃烧、纤维氧化损伤等不利的化学反应。(b)金属基板和加强物之间的浸润性下降，甚至不浸润。(3)根据设计所需的含量、分布、方向，将加强物均匀

5、分布在金属气体上。，返回牙齿章节，2节金属基复合材料制造方法的分类，(1)固体方法根据金属粉末或金属箔的加强物(纤维、晶须、粒子等)和设计要求，以一定的含量、分布、方向混合排列，然后将加热、加压、金属气体与加强物复合物结合起来。整个工艺过程处于低温度，金属气体和增强剂都处于固体状态。金属和增强物之间的介面反应不严重。粉末冶金、热压法、热等静压法、轧制法、拉拔法等都属于固体复合成型法。(b)液体金属法，液体金属法：金属气体在熔化状态下与固体强化物复合的方法。特征：金属在熔化状态下流动性好，在一定的外部条件下容易进入强化物缝隙。为了克服金属气体和增强剂的浸润性差异，可以采用加压渗透。当金属液超过特

6、定的临界压力时，金属液可以渗透到小间隙，形成复合材料。此外，通过纤维、粒子表面涂层处理(如用于制造碳铝复合材料的Ti-B涂层法)，实现金属液和增强液的自发渗透。液体法在制造金属基复合材料时制备温度高，容易发生严重的介面反应，有效控制介面反应是液体法的关键。液体法可用于直接制造复合材料部件，也可用于将复合纱、复合台、环等制成二次加工或零件的原料。挤压铸造法、真空吸铸法、液体金属浸渍法、真空压力浸渍法、混合复合法等都属于液体法。(3)自生成法及其他制造法，自生成法：在气体金属内部加入反应元素或反应气体，在液体金属内部反应，起到微小的固体增强相，一般为金属化合物TiC、TiB2、Al2O3等微粒增强

7、作用。通过工艺参数控制，获得所需的增容水量和分布。用反应自生成法制备的复合材料中，增强剂不是添加的，而是高温下金属气体中徐璐其他元素反应生成的化合物，与气体很兼容。另一种方法是用复合涂层(电镀)方法将强化物(主要是微粒子)悬浮、电镀或化学镀，使金属和粒子同时沉积在基板或零件表面，形成复合材料层。用等离子等热分权法，金属和增强剂可以同时喷在背板上，形成复合材料。复合涂层(电镀)方法通常用于在零件表面形成复合涂层，提高耐磨性、耐热性等。回到固体法、液体法、牙齿章节，第三节纤维艺声体的配层合，为了顺利最终成型，制作质量好的金属基复合材料产品很重要。事先制作字典制作台、预浸线、预成型是很重要的。预先形

8、成的形体的制造方法有物理、化学和机械方法，可以用单个方法制造，也可以用多种茄子方法组合。1、预制带制作2、预制线制作3、纤维预制线制作3、纤维预制纤维增强复合材料图表4、增强纤维放置方法和形式、返回牙齿章节、1、预制带制作、纤维增强复合材料制造中预制带先制作，然后根据所需纤维排列方向和分布状态，将预制带按纤维方向和规定厚度分层，预制带包括径向带、喷射带、PVD，预制带，盘古花带用于提高粗纤维。例如，在制造BAl复合材料时，在铝箔上按固定间隔排列，然后固定到裴秀智(丙烯酸裴秀智或聚苯乙烯裴秀智)。喷雾带将由喷射金属排列的纤维固定在金属箔上，粗纤维和细纤维都可以。大卫亚设，美国电视电视剧，喷雾)断

9、层带是一种有纤维层的金属薄片，方法是在金属薄片上贴上凹槽，将纤维放在槽里，然后在上面放上同样的金属薄片。PVD波段涂层相对均匀，常用于CAl系统。衍射，半固化带缠绕鼓(贝斯箔)纤维方向间距缠绕涂层聚合物粘合剂位置。，喷雾带，纤维方向固定间距缠绕等离子喷涂底粉位置。利用PVD带、磁控制溅射等物理气相沉积(PVD)手段将气体金属均匀沉积在纤维表面，形成PVD带。用牙齿复合丝绸制造复合材料时，主要是纤维和气体之间的扩散相结合，有助于材料界面的改善。此外，通过控制基层沉积层的厚度，可以控制纤维的体积比。2，预浸线的制作，预浸线是将纤维束通过金属液，使金属液渗透到纤维之间，然后挤出多余的金属液，同时硬化

10、而成的。除了熔体连续挤压外，还可以用传记电镀法和真空沉积法制作预浸线。传记电镀法适用于金属液离子化，纤维能导电的情况。对于b、SiC、Al2O3等非导电纤维，必须首先使用非导电方法赋予其导电性，然后电镀。真空沉积法目前仅使用化学真空沉积法，其制造效率高，质地均匀。此外，使用树脂作为粘合剂，对制作预浸线很有用。在铸造炉复合材料制造中，应使用牙齿预浸生产线在铸造前加热到400500，去除树脂后制造，并在制造Al2O3Al复合材料时使用这些方法。返回部分，牙齿预浸线准备方法主要应用于碳纤维或石墨纤维增强铝基复合材料。当碳纤维或石墨纤维接触铝液时，会做出反应，产生Al4C3介面产物。生成过脆的Al4C

11、3会严重影响复合材料性能。如图所示，对纤维的Ti-B或(液体)金属钠表面涂层处理增加了纤维和铝液的润湿性，防止生成过度的脆性相Al4C3。纤维增强金属基复合材料制造工艺图、3、纤维字典成形体分为纤维增强复合材料图解、衍射、4、增强纤维排列方法和形式、增强纤维排列形式一般分为单向排列(1D)、二维排列(2D)和三维排列(3D)三类茄子。单向阵列纤维在轴方向平行。二维排列形式是将1D排列的纤维重叠在一起，将斜重叠层(1D堆叠)、织物(平纹、斜纹、缎子)重叠，或将短纤维随机分配到二维。三维阵列形式是具有3D、4D、6D、7D(用nD表示)方向的独立纤维束的立体织物。可以将预制带层或纤维、预浸线编织成

12、所需的排列形式，形成预成型形式。制作预成型体后，必须经过复合成型过程才能制作复合材料产品。，四节固体法，1，引言2，扩散粘合法(1)热挤压法(2)粉末冶金法目前主要用于颗粒、晶须、短纤维增强金属及复合材料等。轧制、拉拔、挤压等复合方法在技术上不成熟，应用较少。牙齿节，2，扩散连接法，扩散连接，扩散焊接，也称为扩散焊接，是在塑性变形不大的情况下，利用纤维和气体金属接触部位的原子在高温下徐璐扩散，将纤维和气体金属粘在一起的方法。特征：(1)气体要求高软化程度，即高粘合温度(2)对高温和压力的作用。分类：(1)热压法(热压高压法)(2)热压法，返回本节，(1)热压高压高压法，应用热压强化工艺过程的基

13、本原则：首先，根据设计要求和金属气体，将增强纤维组织成复合材料预制带。根据设计要求，将预制皮带切成所需形状，并排列重叠。如果放入热压模具，预制(带状、线材)在加热加压过程中，气体金属会发生塑性变形、移动、氧化膜破裂。气体金属逐渐填充到增强纤维之间的缝隙中，在金属和增强物之间紧密粘合，此时气体金属和增强物之间的元素扩散，最终粘合到复合材料部件上。热压固井法工艺参数控制，在热压过程中，热压温度、压力为主要工艺参数(1)，要求气体具有较高的软化度，以便金属在热压过程中充分填充所有孔。加热温度选择是在接近气体的高线温度或略高于高线温度的温度下进行的。温度高，金属流动充满强化物之间的缝隙，有助于扩散粘合

14、。但是在高温下，金属和增强纤维之间的反应容易发生，所以温度越高，反应越严重。(2)热压时间一般为1020分钟；(3)在热压过程中，选择的压力可以在大范围内变化。热压力温度高，选择压力小，热压力温度低，可以在高压力下复合。压力太高，温度过低，纤维会机械损坏。(4)扩散在真空中进行。(2)劣等静压法，劣等静压是1955年美国研究成功的先进材料整形技术，可用于制造复杂形状的金属基复合材料部件。金属气体和加强物的复合和成型可以一起完成。制作的复合材料部件组织均匀、致密，没有收缩、气孔等缺陷，性能均匀。劣等静压工作原理：在高压容器内放置炉子，金属气体(粉末或箔)与加强物(纤维、晶须、粒子)成比例分布，混

15、合后放入金属信封，吸入后放入劣等静压装置加热，加压(一般使用氩气作为压力介质)。高温高压(100200 MPa)下基于复合金属的复合材料部件。臀部装置1顶盖；2压力容器本体；3隔热层；4压力介质气体(ar)；5电阻线；6加工材料7支架8下盖，(2)将B/Al的单层折绕在薄壁钢管内芯模具的外壁上，(3)插入厚壁的外芯模具中，航天飞机上使用的B/Al复合材料管状桁架，(5)在520，69MPa的压力下内外压力，(高温高压B和Al复合时，牙齿连接器也与BAl管道扩散相结合，最后与Ti合金连接连接器焊接，形成复合材料连接器。一台航天飞机是用243个BAl复合管制成的桁架，其重量仅为高强度铝合金桁架的4

16、4%。热等静压法工艺参数，加热温度可在苏百度到2000范围内选择，工作压力最高可达100200MPa。一般选择的温度低于热压固结温度，一般保温时间为30min4h。压力取决于气体金属材料在高温下变形的难度。劣等静压工艺过程可选择3种茄子方法。1)先升压，然后提高温度。其特点是，在不提高到最终所需最大压力的情况下，可以用低压力充分加压。随着温升过程的温度继续升高，气体加热膨胀，炉子里的压力随着温度逐渐升高，达到保温所需的工作压力。牙齿工艺类型适用于金属外壳工件的制造。2)先加热，然后增压。首先在炉子里装满低压氩气，逐渐加热，这是玻璃外壳，适合制造复合材料。在一定温度下玻璃软化，此时再加压，就不会

17、玻璃压碎，还能有效地传递压力。3)同时加热boost。这种工艺适合低压整形、装载量、保温时间牙齿长工艺过程。热等静压法的适用性，高温高压下金属气体和增强剂的复合性良好，组织精细，形状、尺寸精度准确。适用于制造管道、筒、柱零件。美国航天飞机用BAl柱、火箭导弹的组件都是用牙齿方法制造的。劣等静压工艺的主要缺点是设备投资、工艺周期长，工艺成本高。主要用于强化连续硼纤维、碳化硅纤维、钨丝等钛基、金属间化合物、超合金基等的高温金属复合材料制造。牙齿部分，3，变形压力加工，特点：(1)可以生产尺寸大产品。(2)纤维和气体的作用时间短，加工速度快，纤维损伤小。缺点1)不一定保证纤维与基体接触良好。(2)高应力容易引起脆性纤维破坏。热连轧法、热挤压法、热拉法法、爆炸