复合材料工艺及设备

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研究方向： 主要集中于纤维与基体之间的相容性； ）与晶体间的相容性
(1)要大力提高陶瓷纤维或晶须的性能。 (2)必须考虑纤维或晶须与术 低温制
• • • • 陶瓷基复合材料发展现状 陶瓷基复合材料所用原材料 陶瓷基复合材料成型工艺及设备 连续合材料纤维（晶须）与基体 间的相容性；低温制备技术；陶瓷纤 维与陶瓷基体复合过程中的匹配原则； 陶49
9.3.2 陶瓷基复合材料所用原材料
1. 增强材料
陶瓷基复合材料所用增强材料 有： Al2O3、SiO2、TiO2、ZnO、ZrO2等氧化 物晶须和Si3N4、SiC、TaC和BN等非氧 化物晶须。 所用纤维有C纤维、B纤维、SiC纤维、 BN纤维和Al2O3纤维等。专用 50专用63
压力渗滤法生产过程： 首先将晶须(短切纤维)预成型为坯件， 然后经表面处理，置于石膏模具中， 在压力作用下使料浆充满晶须(短切纤 维)预成型坯件的缝隙。料浆中的液体 经过过滤器排入过滤腔，而留在模具 内的经加压烧结形成晶须(图 1-加压器；2-合材料性能及应用 是由聚丙烯纤维与水泥砂浆或混凝土所组成。 统称为聚丙烯纤维增强混凝土 （Polypropylene Fiber Reinforced Concrete）。 特点：抗冲击强度增大、韧性增高。 主要应用领域：可做半承重的预制品，还可 陶瓷 材料应用于机械密封、 金属加工切削和金属冶 炼工业中。氧化铝、氧 化锆基增韧陶瓷部件应 用于集成电路基片、光 纤连接器关键部件、汽 车工业和石油工业等许 多领域。
不足： 与其他复合材料相比，陶瓷基复合材料 的发展较慢。 原因：制所用的陶瓷纤维（或晶须）有 SiC、Si3N4和Al2O3等。 陶瓷基复合材料主要有四大系 列：Al2O3-ZrO2系列；SiC-SiC 系列； Si3N4系列；SiC- Si3N4 系列。其成型方法有：烧结法、 热压法、反应烧结离心成型（Centrifugal casting）也 称为离心注浆成型。是将料浆注入容 器中，利用大的离心力使固态颗粒沉 降在容器内壁而成型，较适合于空心 柱状部件，不足之ressure filtration)和离 心成形(Centrifugal casting) 压力渗滤工艺综合了注浆和注射工艺的优 点，可得到异形的复合材料制品，可避免 超细粉或晶须在整个制备过程中发生团聚 和再团聚现象。特别适合于27
（2）石棉水泥基复合材料性能及应用 由于石棉粉尘的危害性，使其应用受 到了限制。
主要应用：石棉瓦、石棉水泥管。专用28（3）钢纤维水泥复合材料性能及应用 钢纤维水泥复合材料是由钢纤维与水 泥砂浆或混凝土所组成。通常称为 “钢纤维增强混凝土”（Steel Fiber Reinforced Concrete）。 主要应用领域：隧道、巷道、机场跑 道、桥梁、高速公路等。专用49.1 概述
9.1.1 发展概况
无机非金属基复合材料，通常是指各种类 型的纤维（或晶须）为增强材料，以水泥、 玻璃、陶瓷、石膏等无机非金属材料为基 体，通过不同的成型方法复合与现在所 用的许多金属材料相比，有许多独 特的优势，如抗腐蚀、耐高温等。 这使得许多行业的科学家都对它情 有独钟，然而，它也有质脆、经不 起热冲击的弱点，又使它的应用范 围受到了一Glassfiber Reinforced Cement） 发展概况 1964年，丹麦Krenchel博士应用复合材料理论探 讨了纤维增强无机与有机胶凝材料的机理。
1967年英国的Majumdar试制成功含锆的抗碱玻璃 纤维，并研究了抗碱玻璃纤维增强波特兰水泥砂浆， 取得了专利。 1971年此种复合材料开始小规模生产。
4-处理，然后采用 分散技术分布于陶瓷基体料浆中，再利用 上图所示的装置直接加压渗滤，经过烧结 后也可以获得晶须(短团纤维)补强陶瓷基 复合材料。 特点：可避免粉料团聚和重团聚现象， 坯体密度高，非常适合于）表面处理技术 目的：主要改善纤维（晶须）与基体在 物理上和化学上的相容性，提高纤维 （晶须）与基体的结合强度，减少或避 免纤维与基体之间的有害化学反应的法有：化学气相沉 淀、化学气相浸渍、化学反应沉积、 熔态浸渍Slip Casting）
注浆成型是氧化铝陶瓷使用最早的成型方 法。由于采用石膏模、成本低；此法易于 成型大尺寸、外形复杂的薄壁部件。 注浆成型包括石膏模制做、粉浆制备和粉 浆浇注。注浆成型的关键是浆料的制备。 在制备浆料时，需要加入分散悬浮剂、粘 结剂、除气剂和滴定剂。
碳化硅晶须样品晶须放大照片专用512. 基体材料
常用的有SiC、Si3N4、 Al2O3、C、BN、 ZrO2、 MgO和SiO2等。 碳化硅（SiC）是一种非常硬而脆的材料。 在还原气氛中，碳化硅具有很好的耐烧蚀与 化学 • 高温强度高，在1400℃时抗弯强度仍保持在 500～600MPa，而其它陶瓷材料到1200～ 1400 ℃时强度水平显著降低。 • 具有很高的热传导能力，在陶瓷中仅次于氧化 铍陶瓷。 • 具有较好的热稳定性、料（Ceramic Matrix Composite）发展概况 陶瓷具有高硬度、高强度、耐高温和 耐腐蚀等十分突出的优秀性能，但它 又有脆性的缺点，这限制了它的更广 泛应用。工艺上采取陶瓷纤维加入陶 瓷基质的办法，来增大它的韧性，取 得有效的结果，既达到增韧又不降低 强 度 。 现 在 已 经 可 以 满 足 1200 ～ 1900℃高温范围内使用的要求。
（3）在制造过程中，应避免纤维或晶须与 基体在高温处理时两者发生化学反应。
（4）确保增强材料与基体材料界面之间的 结合强度。专用56工艺如何？
专用579.3.3 陶瓷基复合材料成型工艺及设备
陶瓷基复合材料的成型方法主要有：注浆法、 浸渍法、气相沉积法和热压法等。 陶瓷和粉末冶金工艺通常包括粉末制备高性能陶瓷为基体，通过 加入颗粒、晶须、连续纤维和层状材料等增强体而 形成的复合材片状或层状纤维
不同增强材料的陶瓷基复合材料专用13陶瓷基复合材料中，提高强度不是其目的，最主要 的是提高其韧性。 炭纤维和陶瓷纤维（晶须）增强陶瓷基复合材料 有较高的韧性。但炭纤维和陶瓷基体之间相容性 较差，且其成本高。所以重点研究和开发陶瓷纤基复合材料性能及其应用
1.陶瓷基复合材料性能及应用专用20稀土离子掺杂YAG透明
陶瓷的显微结构
无SiC密封件、 SiC轴承球、SiC燃烧材料性能及应用 特点：轻质高强、具有良好的断裂韧 性。 增强材料：石棉纤维、玻璃纤维和有 机合成纤维等。 （1）玻璃纤维增强水泥的性能及应用 广泛用于建筑物中。
目 录
• 1 绪论 • 2 手糊成型工艺及设备 • 3 夹层结构成型工艺及设备 •4 •5 模压成型工艺 模压成型模具与液压机
• 6 层压工艺及设备
目 录
• 7 缠绕成型工艺 • 8 缠绕设备 • 9 无机非金属基成型工艺及 设备
• 9.1 概述 • 9.2 水泥基复合和水经研磨后制 成一定浓度的悬浮粉浆，注入具有 所需形状的石膏模具，空心注浆时， 在模壁吸附浆料达要求厚度时，还 需将多余浆料倒出件质量，可采 技术；陶瓷纤维与陶瓷基体复 合过程中的匹配原则；基复合材料发展现状
9.3.1 陶瓷基复合材料发展现状
陶瓷基复合材料主要是以高性能 陶瓷为基体，通过加入颗粒、晶 须、连续纤维和层状探索用中碱玻璃纤维 增强普通硅酸盐水泥砂浆。进入80年 代用抗碱玻璃纤维增强低碱铝硅酸盐 水泥。 纤维增强水泥基复合材料的纤维种 类有：石棉纤维、纤维素纤维、钢 纤维、玻璃纤维、聚丙烯纤维、炭 纤维射法、预拌法、 注射法、铺网法、缠绕法、离
• 强度高，反应烧结氮化硅室温抗弯强度 为200 MPa，到1200-1350℃仍保持较高 强度。热压氮化硅室温抗弯强度可达500 MPa。 • 抗热震性能和抗高温蠕变性能比其它陶 瓷材料好； • 硬度高，摩擦系数低，为0.1-0.2，是 一种极其优良的耐磨材料； • 具有自润滑性0年代开始重视先进陶瓷材 料研究，取得了一系列创新性成果。纤维 补强陶瓷基复合材料在我国独创性地应用 于战略导弹上，被列入为定型产品，并另 被车在沙漠中行驶，在零 部件不材料 特性：
1、能承受高温，强度高 2、具有电学特性 3、具有光学特性 4、具有生物功能专用 7专用8
F-117是一种单座战斗轰炸机。设计目的是凭隐身性能，突破敌火力网， 压制敌方防空系统，摧毁严密防守能，除HF外，可耐 所有无机酸和某些碱性溶液的腐蚀；
• 可抵抗熔融有色金属的侵蚀； • 抗氧化温度高达100晶须）与陶瓷基体复合过程中 的匹配原则 （1）增强材料弹性模量要高。 （2）增强材料和基体材料热膨胀系数相近。
近十年来，我国以 发动机用陶瓷零部 件的研制为契机， 研制成功一系列新 的陶瓷材料，并带 出许多应 发动机
2004年3月我国国防科 技工业领域惟一的女 院士、西北工业大学 教授张立同率领的科 技创新团队，以“耐 高温长寿命抗氧化陶 瓷基复合材料应用技 术研究”荣获国家技 术发明一等奖。