常用复合材料制品的成形
碳纤维复合材料成型工艺概述
模压工艺流程图
模压工艺示意图
二、常用的碳纤维复合材料成型工艺
4、缠绕成型 将连续的纤维丝或布带经过树脂槽浸润之后挤去多余树脂，然后按照预先设计好的排布规律缠绕到芯模
上，缠绕到设计厚度之后，进行固化、脱模成为复合材料制品。碳纤维缠绕成型可充分发挥其高比强度、高 比模量以及低密度的特点，可用于制造圆柱体、球体及某些正曲率回转体或筒形碳纤维制品。
树脂传递模塑成型工艺流程图
树脂传递模塑成型工艺示意图
二、常用的碳纤维复合材料成型工艺
6、拉挤成型 拉挤成型是将浸渍过树脂胶液的碳纤维丝束、带或布等原材料，在牵引力的牵引下，通过挤压模具加热
成型、固化，连续不断地生产截面规格相同、长度不同的碳纤维型材。复合材料拉挤成型工艺是成型工艺中 的一种特殊工艺，其显著特点是可完全实现生产过程的自动化，生产效率高，具备批量化生产的能力。拉挤 成型制品强度高，其制成品横、纵向强度可任意调整，可满足碳纤维复合材料制品的不同力学性要求。此种 成型工艺适合于生产各种截面形状的型材，如工字型、角型、槽型、异型等截面管材以及通过上述截面构成 的组合截面型材等。
喷射成型流程图
喷射成型示意图
二、常用的碳纤维复合材料成型工艺
3、模压成型 将材料置于上下模之间，在液压机的压力和温度作用下使材料充满模具型腔并排出残留的空气，经过一
定时间的高温高压使树脂固化后，脱模即可得到碳纤维制品。模压工艺是应用性很强的一种碳纤维成型工艺， 在工业的承力结构件制造方面有不可取代的地位。模压工艺细分可分为预浸料模压、SMC模压、湿法模压 等。
手糊成型工艺流程图
手糊成型工艺示意图
二、常用的碳纤维复合材料成型工艺
2、喷射成型 利用短切纤维和树脂混合，在喷枪中利用压缩空气将纤维和树脂均匀喷洒在模具表面上，达到所需厚度
复合材料结构及其成型原理
碳纤维复合材料(西北工业大学机电学院, 陕西西安710072) 摘要：碳纤维复合材料与金属材料相比，其密度小、比强度、比模量高，具有优越的成型性和其他特性，具有极大的发展潜力。
本文介绍了碳纤维复合材料的特点及其应用，总结了碳纤维复合材料的成型工艺及每种成型工艺的特点，并从材料和成型两个方面指出了它的发展方向。
关键词：复合材料；碳纤维；成型工艺；工艺流程Carbon Fiber Reinforce Plastic(School of Mechatronics , Northwestern Polytechnical University, Xian710072, China)Abstract: Compared to metals, carbon fiber reinforce plastic has great potentialfor development with lower density, higher specific strength and modulus, and excellent moldability and other characteristics. This article describes the characteristics and applications of carbon fiber reinforce plastic and sum up the manufacturing process of carbon fiber reinforce plastic and their characteristics. Finally, this article points out the development of carbon fiber reinforce plasticfrom two aspects: material and manufacturing proces.sKey words: composites; carbon fiber; manufacturing process; process1引言纤维增强塑料是工程塑料应用的一种重要形式，而碳纤维复合材料就是其中的佼佼者，它以其所具有的低密度、高比强度、高比模量和优越的成型性和其他物理、化学特性在军事、航天、航空、电子等领域被广泛地应用，具有极大的发展潜力。
复合材料的成型工艺
模压制品主要用作结构件、连接件、防护件 和电气绝缘等，广泛应用于工业、农业、交通运 输、电气、化工、建筑、机械等领域。
由于模压制品质量可靠，在兵器、飞机、导 弹、卫星上也都得到应用。
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3. 层压成型工艺
层压成型工艺，是把一定层数的浸胶布(纸) 叠在一起，送入多层液压机，在一定的温度和压 力下压制成板材的工艺。
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手糊成型工艺优点
①不受产品尺寸和形状限制，适宜尺寸 大、批量小、形状复杂产品的生产；
②设备简单、投资少、设备折旧费低。
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③工艺简单； ④易于满足产品设计要求，可以在 产品不同部位任意增补增强材料 ⑤制品树脂含量较高，耐腐蚀性好。
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手糊成型工艺缺点
① 生产效率低，劳动强度大，劳动卫生 条件差。
连续纤维缠绕技术的优点
首先，纤维按预定要求排列的规整度和精度 高，通过改变纤维排布方式、数量，可以实现等 强度设计，因此，能在较大程度上发挥增强纤维 抗张性能优异的特点，
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其次，用连续纤维缠绕技术所制得 的成品，结构合理，比强度和比模量高， 质量比较稳定和生产效率较高等。
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连续纤维缠绕技术的缺点
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③不需要或仅需要进行少量加工，生 产过程中树脂损耗少；
④制品的纵向和横向强度可任意调整， 以适应不同制品的使用要求，其长度可根 据需要定长切割。
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拉挤制品的主要应用领域
(1)耐腐蚀领域。主要用于上、下水装置，工业 废水处理设备、化工挡板及化工、石油、造纸和冶 金等工厂内的栏杆、楼梯、平台扶手等。
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金属对 模准备
模塑料、 颗粒树脂
短纤维
涂脱模剂
加热、加压
膜压成型 加热 冷却
材料成形技术基础
电子制造
材料成形技术在电子设备的封装和连接中起着重要 作用。
航空航天
艺术雕塑
材料成形技术用于制造航空航天部件和航天器结构。 材料成形技术被艺术家用于创作各种雕塑作品。
材料成形技术的挑战与发展趋势
1 高性能材料
随着科技的进步，材料成形技术需要适应高性能材料的特性和要求。
材料成形技术基础
材料成形技术是制造业中最常用的加工技术之一，它涉及到各种成形工艺、 成形材料以及成形工艺流程。
成形技术定义
成形技术是通过施加力或应用热量将原始材料转化为所需形状和尺寸的加工方法。
主要成形技术分类
1 压力成形技术
将材料置于模具中，并施加压力使其变形， 如冲压、铸造等。
2 热成形技术
2 节能环保
开发符合节能环保要求的成形工艺和材料，减少资源消耗和环境污染。
3 数字化制造
利用数字化技术实现材料成形过程的自动化和智能化。
3
成形操作
按照成形工艺要求进行操作，施加力或应用热量使材料变形。
常见的成形材料
金属
如铝、钢等，用于制造汽车零部件、电子设备等。
塑料
如聚乙烯、聚丙烯等，广泛用于塑料制品的生产。
陶瓷
如瓷器、陶器等，用于制作装饰品、器皿等。
复合材料
如碳纤维增强复合材料，用于制造航空航天部件。
材料成形技术的应用领域
汽车制造
通过加热材料使其变软或熔化，然后形成所 需形状，如热压、热挤压等。
3 凝固成形技术
通过材料凝固过程中的相变来实现成形，如 注射成型、凝胶成型等。
4 仿生如3D打印、 模具复制等。
成形工艺流程
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先进金属复合材料成形技术
先进金属复合材料成形技术
先进金属复合材料成形技术是指利用先进的工艺和设备对金属复合材料进行成形加工的技术。
金属复合材料是由金属基体和增强材料（如纤维增强材料）组成的复合材料。
相比于传统的单一金属材料，金属复合材料具有更高的强度、刚度和耐热性能。
然而，由于其复杂的结构和成分，金属复合材料的成形加工相对困难。
先进金属复合材料成形技术主要包括以下几个方面：
1. 粉末冶金成形技术：通过将金属粉末与增强材料混合，然后经过高温和高压的成形过程，使其熔合并固化成型。
这种成形技术适用于复杂形状和大尺寸的金属复合材料制品。
2. 金属复合材料锻造技术：利用锻机对金属复合材料进行锻造成型。
锻造可以改变材料的内部组织结构和形状，从而提高其力学性能和耐热性能。
3. 金属复合材料挤压技术：通过在金属复合材料中施加高压，使其通过模具的通道流动并成形。
挤压成形技术适用于长条形的金属复合材料制品。
4. 金属复合材料注射成型技术：利用注射机将金属复合材料融化后注入模具中进行成型。
注射成型技术可以制造出高精度和复杂形状的金属复合材料制品。
以上是几种常见的先进金属复合材料成形技术，通过这些技术的应用，可以制造出更高性能、更复杂的金属复合材料制品，满足不同领域对于材料强度和耐热性能的要求。
复合材料热隔膜成型技术
过去复合材料曲面件一般都用手工铺层，但是手工铺层效率太低，压实不好，纤维有皱折，质量不易保证，而机械化铺层适用于平面或简单曲面件，对于类似钣金折弯件、引伸件和压延件则难度很大甚至无法实现。
比较可行的办法是先将预浸料通过铺带机铺成层压件（一般平面就可以），再通过热隔膜成型，然后通过热压罐支持的方法制成产品。
对“热隔模成型”一词，国外资料中有“Hot Drape forming”和“Hot Diaphragm fo rming”两种解释，事实上它们是一回事，前者应翻译为热压垂帘成型或覆盖成型，后者即直译为热隔膜成型。
因为“垂帘”的意思本身即指工作过程中隔膜像一个垂帘一样盖在产品和工装上，所以统一用热隔膜成型比较确切。
热隔膜成型概念热隔膜成型是一种复合材料成型方法，即将预浸的复合材料层压后放置于模具上，通过一种特制隔膜的辅助作用经过抽真空和加热等方法，将层压件压向模具，形成所需形状。
复合材料隔膜成型类似于金属材料的引深/压延以及折弯成型。
它不但可以成型一些形状复杂的产品，而且由于隔膜的作用，可以在成型过程中保证纤维不滑动、不起皱、无波浪，从而提高产品强度和表面质量，很适合于内设件、曲面复杂件和受力件（如一些梁和长桁等）的成型。
热隔膜成型除用于复材件热成型外，还可用于各种蜂窝的胶接和压实，包括飞机内设件的蜂窝胶接、铝合金蜂窝胶接和真空压实等。
虽然RTM、RFI等技术也可以制造成多种此类产品，但它们是通过在纤维注入或真空吸入树酯解决的，树酯的含量、分布很难达到满意的程度。
而隔膜成型用的是预浸料，其本身树酯含量是有保证的，再通过隔膜的作用使之不起皱和有序滑移，同时保证强度不会降低或不会明显降低，并保证厚度。
热隔膜成型方法可用于热塑性及热固性树脂预浸的材料，通过热压罐或不需热压罐（如蜂窝夹芯胶接）固化。
隔膜要求比较严格，可用硅橡胶代替特用的聚合隔膜以降低成本。
产品拉深的深度与其直径之比最大可达到4∶1。
用于蜂窝胶接时，一般只需在设备上抽真空压实（De-Bulking），无需进热压罐。
复合材料成形部分-复习习题
复合材料成形部分-复习习题一、填空题：1）、复合材料主要组成部分有基体、增强体。
2）、金属粉末的常用制备方法：雾化法、机械粉碎法、还原法、气相沉积法。
3）、陶瓷粉体烧结影响因素有：粉体颗粒度、外加剂作用、烧结温度和时间、烧结气氛、成形压力。
4）、粉末材料成形工艺主要有：粉末冶金、压制成形、注射成形、复合成形。
5）、热塑性塑料制品注射成型过程可分为合模、注射、保压、冷却、脱模等几个工序。
6）、注射成型制品的主要缺陷是翘曲，过度充填是引起该缺陷最常见的原因之一。
7）、金属基复合材料基体的选择原则：金属基复合材料的使用要求、金属基复合材料组成的特点、基体金属与增强体的相容性。
8）、金属基的液态制造技术有：真空压力浸渍法、挤压铸造法、搅拌铸造法、液态金属浸渍法、共喷沉积法、热喷涂法等。
二、选择题：1、以下介质一般不作为冷等静压的压力介质是（ C ）：A油B水C氩气 D 乳化液2、以下不属于热固性复合材料固化工艺特点的是（ D ）：A 树脂分子与固化剂分子形成活化中间体B 树脂分子与固化剂分子交联C 树脂分子与固化剂分子交联固化，形成三维网状结构D 一个可逆的动态过程3、以下金属基复合材料制备技术中，不属于液体制造技术的是（B ）：A 压力浸渍B 沉积法C 挤压、搅拌铸造D 粉末冶金4、以下性质中不属于陶瓷基复合材料的主要特性是（ D ）：A 耐高温B 抗腐蚀C 高强度D 延展性5、以下不属于金属注射成形工艺技术优点的是（B ）：A 产品性能各项同性B 采用少量粘结剂C 可制造粉末冶金无法制造的产品D产品尺寸精度高6、聚合物基复合材料制备的大体过程不包括（ D ）：A 预浸渍制造B 制件的铺层C 固化及后加工处理D 干燥7、粉末材料主要模压成形工艺不包括（ A ）：A 注射成形B 温压成形C 热压成形D 模压成形三、判断1 、过程综合指工艺流程的缩短化。
（对）2 、相比于机械粉碎法，雾化法是一种简便且经济的粉末生产方法。
[复合材料模压工艺]复合材料模压成型工艺
![[复合材料模压工艺]复合材料模压成型工艺](https://img.taocdn.com/s3/m/929d26f131126edb6e1a105d.png)
[复合材料模压工艺]复合材料模压成型工艺复合材料模压工艺复合材料由于其众所周知的优异性能及各种工艺的日益成熟、原材料来源丰富、成本下降、可靠性提高,使其受到用户与生产者双方的青睐,越来越多地取代传统金属材料,我们的时代已进入了复合材料时代。
据美国塑料工业协会复合材料所(SocietyofthePlasticsIndustry"sInstitute)1997年元月27日发表的年度统计报告表明:1996年美国复合材料的销售量为161万吨,比1995年的158.5万吨增长约1.6%,是复合材料的销售量连续第五年增长。
据预测,1997年以及以后五年内复合材料销售量仍会连续增长。
聚合物基复合材料模压成形工艺在各种成形工艺方法中占有重要地位,主要用于异型制品的成形,因而所用的成形压力高于其它工艺方法。
由于模压成形工艺所需设备简单,又能对纤维料、碎布、毡料、层压制品、缠绕制品、编织物进行模压成形,因而被各种规模的复合材料生产企业所普遍采用,复合材料模压工艺也几乎为各生产单位家喻户晓。
因此,本文并不打算对模压复合材料制品工艺进行系统介绍,仅就影响复合材料制品质量的一些重要环节谈谈体会,因为就复合材料复杂结构异型件而言,保证质量、提高合格率比一般制件更为重要,难度也更大。
一、对复合材料模压制品质量产生影响的因素模压成形工艺的基本过程是将一定量的经过一定预处理的模压料放入预热的压模内,施加较高的压力使模压料充满模腔。
在预定的温度条件下,模压料在模腔内逐渐固化,然后将制品从压模内取出,再进行必要的辅助加工即得到最终制品。
从上述过程看,完成最终制品涉及的因素有模压料本身、压模模具、加压加温的热压机等;最重要的当是压制工艺,本文将单列一节予以重点讲述;还有工作环境和辅助加工等。
1.模压料任何形式的模压料(碎布料、毡料、长、短纤维),在装模前均应使其按预定比例与树脂均匀浸渍。
对经溶剂稀释的树脂溶液,在浸渍纤维后应充分晾置使溶剂挥发。
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主要用于宇航和航空工业,如制造压气机叶片、直升飞机转轴； 螺旋浆叶片、仪表盘、转子等零件。
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2）成形方法及工艺过程
A 手糊法 ① 原理及工艺过程: 在成形模具上先涂刷一 层加入固化剂的树脂,贴上一 层纤维组织物，用刷子刷平 后再涂上一层树脂，又贴上 一层纤维，直至达到所需要 的厚度为止。然后施加一定 的压力, 在25~50℃温度范围 内固化成形，脱模。 ② 特点: 此法设备简单,生产成本 低；对制品形状的适应性较 好；制品质量、尺寸不够稳定；生产率低。
② 挤压成形法 挤压成形就是利用挤压机使短纤维晶须及颗粒增强复合材 料坯料，发生塑性变形，制取棒材、型材和管材的工艺方法。 一般在加压状态下进行。 ③ 压铸成形法 压铸成形是在高压下将液态金属或金属基复合材料注射进 入铸型，凝固后成形的铸造工艺方法。应用压铸工艺可制得尺 寸精度高，表面质量好的复合材料铸件。 主要用于可重熔颗粒增强铝、镁、锌基合金复合材料（可 按普通合金压铸工艺浇铸零件）和陶瓷颗粒增强合金复合材料 的制件。 适用范围：压铸法是一种适合大批量生产的工艺方法， 主要用于汽车、摩托车等零件的生产。
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② 碳纤维树脂复合材料 此类复合材料比重轻、比强度、比弹性模量大(大于钢),冲 击 韧性好；摩擦系数小,耐水温、化学稳定性、导热性高，耐X射
线
主要用于宇航、人造卫星、 火箭发动机的壳体、机架、天 能力强；其强度优于玻璃钢；但价格较贵。 线构架等零件生产及轴承、齿轮、活塞、密封圈、化工零件等耐 磨、减摩、耐蚀的零件材料。 ③ 硼纤维树脂复合材料 这类复合材料的基体和纤维之间粘接性能好；压缩强度、剪 切强度、硬度高、钢性好。稳定性、导电、导热性较好。但硼纤 维制造成本高。
② 工艺过程为： 按制件形状、纤维体积密度及增强方向的要求， 将金属基复合材料预制条带及基体金属箔或粉末布，经剪 裁、铺设、叠层、组装，然后在低于复合材料基体金属的熔点 温度下加压并保持一定时间，基体金属产生蠕变与扩散，使纤 维与基体间形成良好的界面结合，得到复合材料制件。 ③ 特点： 利用静压力扩散结合，若条件适当有可能不损失纤维的力 学性能，并有良好的结合界面；工艺参数易于精确控制，纤维 在制件中的空间位置可按构件受力情况进行精细铺排，制件质 量好。 但是由于型模加压的单向性，此工艺限于制作形状较为简 单的板材，如铝合金纤维增强板材及某些型材或叶片等制件。
特点： 由于在零件成形和凝固过程中，铸型加压部分或冲 头处于可移动状态， 故可使零件在压力下结晶，并产生一定程 度的变形，可获得细密的组织和较高的力学性能。 应用： 主要用于制造形状简单而性能、质量要求高的复合 铸件。如可重熔颗粒增强铝合金铸件。
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2）成形方法及工艺过程 ① 泥浆浇铸法 将纤维分散在陶瓷泥浆中，然后浇铸在石膏模中，干燥后 脱模再进行焙烧。此法工艺简单，制品不受形状限制，成本低 但制品致密度较低。 ② 热压法 纤维或其织物浸渗基体（陶瓷浆料）后，放入模具中在高 温、高压下成形。高压基体填充织物空隙，增加了制品密度和 提高了力学性能。
常用于成形球形，圆筒形 ③ 应用： 等回转壳体类构件。
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C 模压法 ① 原理及工艺过程: 将模压料(胶布、纤维预浸料、预成形坯等)置于模具中,借 助于一定的温度、压力压制所需要的形状、尺寸，再固化成 形。 ② 特点： 生产效率高；产品结构致密，尺寸精确，质量稳定；二 次加工量小。模具设计、制造复杂，投资大。 ③ 应用： 适用于在常温下能固结的树脂为基的中、小型、大批量玻 璃钢制品(如玻璃钢阀门)
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E 注射和挤压成形 ① 原理及过程： 原理及工艺过程与塑料加工方法相同。将粒状或粉状塑料 以及短纤维混合料 送入注射机或挤出机，通过模具注射或挤 出成形。
② 应用：
注射或挤出成形适用于短纤维树脂复合材料制品的生产。
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二、颗粒增强复合材料及成形工艺
1．定义、种类、用途 这是以一种或多种增强颗粒均匀分散在基体材料内而制成 的复合材料。 最常见的颗粒增强复合材料有： 1）金属陶瓷 增强相为氧化物（Al203、MgO、BeO、ZrO）和碳化物 （TiC、WC、SiC）。基本材料通常是Fe、Co、Mo、Cr、Ni、 Ti等金属。它是优良的切削刀具、磨具材料。如硬质合金刀具。
这类材料的代表是W、Mo丝／Al203、ZrO。它们之间 结合紧密,不发生化学反应,其高温强度、热稳定性、韧性、 耐蚀性都较单一金属或陶瓷有较大的改善。这类材料主要应 用于要求高温强度，热稳定性，冲击韧性高，又耐急冷急 热的飞机、火箭等构件的制造。如火箭喷管喉部前锥体， 隔热层，密封垫等零件的制造。
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3．纤维增强陶瓷复合材料 1）种类及用途 ① 碳纤维陶瓷复合材料(C／SiC) 石墨纤维增强陶瓷复合材料，性能优良，如耐 1400°C 高温，比强度、比模量高。C／SiC已用作喷气发动机的涡 轮叶片、内燃机的部份零件。 ② 金属纤维陶瓷复合材料
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C 喷涂法 ① 原理及工艺过程： 将高温熔融金属喷涂到纤维上，待金属冷凝后将纤维粘结 成形的方法，称为喷涂成形法，其中的等离子喷涂是最有发 展前途的一种喷涂法。
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在惰性气体保护下，等离子弧迅速将金属粉末熔化，并随 等离子流从等离子喷枪喷向整齐排列于心轴的纤维上。 ② 特点： 熔融金属粒子与纤维结合紧密，纤维与基体的界面接触较 好，且微粒子在离开喷嘴后是急速冷却的，因此几乎不与纤维 发生化学反应。此外，还可以采用一边向纤维喷涂熔融金属微 粒子，一边把纤维缠绕在芯模上的缠绕作业。 等离子喷涂法成形的制品比较疏松，在喷涂成形后还应进 行一次热压成形，以提高制品的密度和尺寸的精确度。 D 粉末冶金法 将短纤维与粉末金属混合，然后在烧结温度下进行热压。
三、叠层复合材料及成形工艺
由两层或两层以上的不同材料复合成叠层材料。
１、双金属叠层复合材料及成形工艺
1）种类及用途 此类叠层复合材料典型代表有钢与锡基巴氏合金、普通 钢表面镀铬、普通钢～不锈钢叠层复合钢板等。可提高基体 耐磨、耐蚀等能力。
双金属叠层复合材料主要用于制作耐磨、耐蚀的结构件。 如滑动轴承，化工容器、医药器械等。
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2）成形方法及工艺过程
A 浸铸法
① 原理： 用液态金属浸铸纤维成形法原理 如图所示。纤维按一定方向进入熔融 液态金属中。经过冷却成形圈被拉出。 形成所需形状的制品。
② 特点：
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2．纤维增强金属复合材料及成形工艺 1）种类及用途 ① 碳纤维增强铝、镁等复合材料(碳∕铝、镁及合金) 这种复合材料较单一金属或合金具有高的热强性和热弹性 模量，高的耐磨性。可用于飞机发动机风扇叶片，耐压容器、 防弹钢板、轴承材料等。 ② 硼纤维增强铝、镁、钛及其合金等复合材料 这类复合材料具有高的比模量、比强度、疲劳极限、热稳 定性。 此类材料在宇航、航天、火箭技术中有重要用途。但因硼 纤维制造成本高，应用范围受到一定限制。 ③ 钨、钼等增强镊钛合金复合材料 这类复合材料的纤维和基体之间润湿性好，易于制造；其 强度、高温强度和弹性模量很高，而且还有高的韧性和塑性。 此种材料可用于飞机上许多重要耐热结构件的制造。如火 箭推进器，喷气发动机，蜗轮机，压气机中的密封元件。超音 速飞机。
2）石墨／铝（Al）
在Al液中加入颗粒状石墨，经浇注可制成具有优良减摩、 消振的颗粒增强复合材料。它是优良的新型轴承材料。
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２．成形方法及工艺过程
① 铸造法： 将增强颗粒均匀分散浸铸熔融金属后，再进行浇铸成形， 可直接生产机器零件。如轴承等。
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④ 粉末冶金法
将增强颗粒材料和金属基体粉末混合，然后压制、烧结成 形。
⑤ 挤压铸造成形法（液态模锻）
将液态或半液态颗粒增强金属基复合材料在压力作用下充 满铸型和凝固的铸造工艺方法。
此种方法能够连续生产棒材。 生产效率高，成本低。常用于生产 铝、镁等低熔点金属为基的纤维增 强复合材料。
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B 热压扩散结合法(热扩散焊接法) ① 原理及工艺过程： 在高温下施加静压力,使纤维与基体扩散结合在一起的方法。
③ 应用： 主要用于大型整体件的制造(如汽车顶、雷达罩、船体等)。
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B 缠绕法
① 原理及工艺过程: 将浸渍树脂的纤维按一定 规律缠绕在芯模上,经固化制成 需要的构件。