颗粒增强复合材料
复合材料的复合理论
2、纤维（包括晶须、短纤维）复合材料增强机制
基体：通过界面将载荷有效地传递到增强相（晶须、纤 维等），不是主承力相。
纤维：承受由基体传递来的有效载荷，主承力相。
假定纤维、基体理想结合，且松泊比相同；在外力作用 下，由于组分模量的不同产生了不同形变（Байду номын сангаас移），在基 体上产生了剪切应变，通过界面将外力传递到纤维上（见 下图）。
Xc = Xm Vm + XfVf 或 Xc = XfVf + Xm1 - Vf） 式中： X：材料的性能，如强度、弹性模量、密度等；V： 材料的体积百分比； 下脚标 c、m、f 分别代表复合材料、 基体和纤维。
2、连续纤维单向增强复合材料（单向层板）
2-1 应力 - 应变关系和弹性模量 在复合材料承受静张应力过程中，应力—应变经历以
复合材料的面内剪切强度：在垂直纤维方向承受剪切时，
剪切力发生在垂直
纤维的截面内，剪切力由基体和纤维共同承担。
复合材料的复合理论
一、复合材料 增强机制 二、复合材料的复合法则 — 混合定律
一、复合材料 增强机制
1、 颗粒增强复合材料增强机制
1）颗粒阻碍基体位错运动强化： 基体是承受外来载荷相；颗粒起着阻碍基体位错运动的作 用，从而降低了位错的流动性。
颗粒起着阻碍基体位错运动作用示意图
颗粒增强复合材料的强度直接与颗粒的硬度成正比，因为 颗粒必须抵抗位错堆集而产生的应力，另外，颗粒相与基 体的结合力同样影响着材料的强度。
下阶段: (1)基体、纤维共同弹性变形；2）基体塑性屈服、 纤维弹性变形；3）基体塑性变形、纤维弹性变形或基体、 纤维共同塑性变形；4）复合材料断裂。 对于复合材料的弹性模量： 阶段1：E = EfVf + Em（1-Vf） 阶段2：E = EfVf + ( dm/dm)(1-Vf)
复合材料的分类方式
复合材料的分类方式复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料组成的材料。
根据复合材料的不同特点和性质，可以将其分为以下几类：1. 纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Composites）纤维增强复合材料是指将纤维材料与基体材料相结合形成的复合材料。
纤维可以分为无机纤维和有机纤维两类。
无机纤维包括玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维等，有机纤维包括聚合物纤维等。
基体材料可以是金属、陶瓷或聚合物等。
纤维增强复合材料具有高强度、高模量、轻质化等优点，广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑等领域。
2. 颗粒增强复合材料（Particle Reinforced Composites）颗粒增强复合材料是指将颗粒状的强化材料分散在基体材料中形成的复合材料。
强化材料可以是金属颗粒、陶瓷颗粒、碳纳米管等。
基体材料可以是金属、陶瓷或聚合物等。
颗粒增强复合材料具有高硬度、高耐磨性、高导热性等特点，常用于制造耐磨零件、导热材料等。
3. 层合复合材料（Laminated Composites）层合复合材料是指将两个或两个以上的层材料按一定的顺序叠加在一起形成的复合材料。
不同层材料可以有不同的性质和功能，常见的有纤维增强塑料、金属层合板等。
层合复合材料具有高强度、高刚度、耐疲劳等特点，广泛应用于船舶、飞机、建筑等领域。
4. 混杂复合材料（Hybrid Composites）混杂复合材料是指将两种或两种以上不同类型的增强材料同时应用于复合材料中形成的复合材料。
根据增强材料的不同，混杂复合材料可以分为纤维/颗粒复合材料、纤维/纤维复合材料等。
混杂复合材料可以综合各种材料的优点，提高材料的性能和功能。
5. 矩阵增强复合材料（Matric Reinforced Composites）矩阵增强复合材料是指在基体材料中添加颗粒状或纤维状的增强材料，通过改变基体材料的组成和结构来实现复合材料的强化。
常见的矩阵增强复合材料有金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。
复合材料的分类方式
复合材料的分类方式复合材料是由两种或多种不同性质的材料组合而成的材料，具有多种优点，如强度高、刚度大、重量轻、耐磨损、耐腐蚀等。
根据不同的分类标准，可以将复合材料分为多个类别，常见的分类方式有以下几种：1.按增强材料的类型分类：按照增强材料的类型，复合材料可分为颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料和片材增强复合材料三类。
-颗粒增强复合材料：是将金属、陶瓷、塑料等颗粒加入到金属基体、陶瓷基体或塑料基体中的复合材料。
这种复合材料通常具有高强度、高硬度和高耐磨性能。
-纤维增强复合材料：是将纤维材料（如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等）加入到金属基体、陶瓷基体或塑料基体中的复合材料。
这种复合材料通常具有高强度、高韧性和轻质的优点。
-片材增强复合材料：是将片状增强材料（如钢片、铝片、陶瓷片等）加入到金属基体、陶瓷基体或塑料基体中的复合材料。
这种复合材料通常具有高强度、高刚度和高耐磨性能。
2.按增强材料的形状分类：根据增强材料的形状，可以将复合材料分为颗粒复合材料、纤维复合材料和薄膜复合材料三类。
-颗粒复合材料：是将颗粒状的增强材料分散在基体中的复合材料。
这种复合材料通常具有高强度、高硬度和高耐磨性能。
-纤维复合材料：是将纤维状的增强材料与基体结合而成的复合材料。
这种复合材料通常具有高强度、高韧性和轻质的优点。
-薄膜复合材料：是将薄膜状的增强材料叠加在基体上的复合材料。
这种复合材料通常具有高强度、高刚度和高耐磨性能。
3.按基体材料的类型分类：按照基体材料的类型，复合材料可分为金属基复合材料、陶瓷基复合材料和聚合物基复合材料三类。
-金属基复合材料：是以金属为基体的复合材料。
这种复合材料通常具有高强度、高刚度和高导热性能。
-陶瓷基复合材料：是以陶瓷为基体的复合材料。
这种复合材料通常具有高强度、高硬度和耐磨损的优点。
-聚合物基复合材料：是以聚合物为基体的复合材料。
这种复合材料通常具有高韧性、轻质和耐腐蚀性能。
4.按阶次和结构分类：按照复合材料的结构组成和复合方式，可以将复合材料分为单向复合材料、层状复合材料和异向复合材料三类。
颗粒增强铝基复合材料研究与应用发展
3、结构性能
通过观察复合材料的显微组织，分析碳化硅颗粒的分布情况和界面结合情况。 实验结果显示，随着碳化硅颗粒含量的增加，颗粒分布逐渐均匀，界面结合强度 也逐渐提高。Fra bibliotek结果分析
实验结果表明，碳化硅颗粒增强铝基复合材料的物理性能、化学性能和结构 性能均得到显著改善。随着碳化硅颗粒含量的增加，复合材料的密度、硬度和界 面结合强度逐渐提高，而热导率呈现先增加后减小的趋势。这些现象和结果与碳 化硅颗粒含量、分布情况以及界面结合情况密切相关。
材料选择
碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法主要包括搅拌铸造法、挤压铸造法、 粉末冶金法和喷射沉积法等。本次演示选取搅拌铸造法进行研究，具体实验过程 如下：
1、按照一定比例将铝材和碳化硅颗粒混合均匀； 2、将混合物放入坩埚中，加热至熔化；
3、搅拌熔融的混合物，确保碳化硅颗粒均匀分布； 4、浇注至预定的模具中，冷却凝固后得到碳化硅颗粒增强铝基复合材料。
然而，尽管颗粒增强铝基复合材料具有诸多优点，但在其研究与应用方面仍 存在一些问题和不足之处。首先，制备工艺复杂且成本较高，限制了其广泛应用。 其次，材料的各向异性较为明显，影响了其性能的进一步提升。此外，关于颗粒 增强铝基复合材料在复杂服役条件下的长期性能和可靠性方面仍需进一步研究和 验证。
未来，随着科学技术的不断进步和研究的深入，颗粒增强铝基复合材料将会 在更多领域得到应用和发展。为进一步提高其性能和降低成本，可以研究新的制 备工艺和优化现有工艺参数，探索新型增强颗粒和基体合金。针对其各向异性和 长期性能问题，可以开展深入的理论和实验研究，建立完善的性能评价体系，为 实际应用提供更加可靠的依据。
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3、结构设计难度大：由于碳化硅颗粒增强铝基复合材料的力学性能与传统 的金属材料存在较大差异，因此在进行结构设计时需要考虑更多的影响因素，增 加了设计的难度。
复合材料的微观结构特征与分析
复合材料的微观结构特征与分析在材料科学的领域中，复合材料因其独特的性能和广泛的应用而备受关注。
要深入理解复合材料的性能，就必须对其微观结构特征进行细致的研究和分析。
复合材料是由两种或两种以上具有不同物理和化学性质的组分材料通过特定的工艺组合而成的。
这些不同的组分在微观尺度上相互作用，形成了复杂而独特的微观结构。
从微观结构的角度来看，复合材料通常可以分为两类：颗粒增强复合材料和纤维增强复合材料。
颗粒增强复合材料中，增强颗粒均匀或不均匀地分布在基体材料中。
这些颗粒的大小、形状、分布密度以及与基体的结合强度等因素，对复合材料的性能有着重要的影响。
比如，小颗粒通常能够提供更均匀的强化效果，但如果颗粒分布不均匀，可能会导致局部应力集中，从而影响材料的整体性能。
纤维增强复合材料中的纤维，其形态和排列方式对性能起着关键作用。
纤维可以是连续的，也可以是短切的；可以是单向排列，也可以是多向交织。
连续纤维增强复合材料在纤维方向上具有极高的强度和刚度，但在垂直纤维方向上的性能则相对较弱。
而多向交织的纤维增强复合材料在各个方向上的性能相对较为均衡。
在分析复合材料的微观结构时，我们常常借助各种先进的表征技术。
电子显微镜是其中非常重要的工具之一。
扫描电子显微镜（SEM）能够提供材料表面的微观形貌信息，让我们清晰地看到增强相和基体之间的界面结合情况、颗粒的分布状态以及可能存在的缺陷。
而透射电子显微镜（TEM）则能够揭示材料内部的晶体结构、位错等更细微的结构特征。
除了电子显微镜，X 射线衍射技术也被广泛应用。
通过测量 X 射线在材料中的衍射图谱，我们可以确定材料的相组成、晶体结构以及晶体的取向等信息。
此外，能谱分析（EDS）可以帮助我们了解材料中不同元素的分布情况，从而进一步揭示微观结构的特征。
复合材料的微观结构特征还与其制备工艺密切相关。
例如，在热压成型过程中，温度、压力和时间等参数会影响增强相在基体中的分布和界面结合强度。
SIC 复合材料的分类及应用前景
摘要：本文详细阐述了 SIC 复合材料的主要分类，包括 SIC 颗粒增强复合材料、SIC 纤维增强复合材料和 SIC 晶须增强复合材料等。
深入探讨了每类复合材料的特性、制备方法以及它们在航空航天、汽车工业、电子领域、能源领域和生物医学等多个重要领域的广泛应用。
分析了 SIC 复合材料在实际应用中所面临的挑战，并对其未来发展趋势进行了展望。
关键词：SIC 复合材料；分类；制备方法；应用领域1、引言在现代材料科学领域，复合材料因其能够结合不同组分的优点，从而获得优异的综合性能，已成为研究和应用的热点。
其中，SIC（碳化硅）复合材料以其出色的力学、热学和化学性能，在众多高新技术领域展现出巨大的应用潜力。
对 SIC 复合材料进行分类研究，并深入了解其应用，对于推动材料科学的发展和拓展其工程应用具有重要意义。
2、SIC 复合材料的分类2.1SIC 颗粒增强复合材料SIC 颗粒增强复合材料是将 SIC 颗粒作为增强相均匀分散在基体材料中。
常用的基体材料包括金属（如铝、镁等）和陶瓷（如氧化铝、氮化硅等）。
SIC 颗粒的加入可以显著提高基体的强度、硬度和耐磨性。
制备方法主要有粉末冶金法、搅拌铸造法等。
通过这些方法，可以使 SIC 颗粒在基体中均匀分布，形成良好的界面结合。
2.2SIC 纤维增强复合材料SIC 纤维具有高强度、高模量和耐高温的特性。
以 SIC 纤维作为增强体的复合材料在力学性能和耐高温性能方面表现更为出色。
常见的有SIC 纤维增强陶瓷基复合材料（如SIC/SiC）和 SIC 纤维增强金属基复合材料（如 SIC/Ti）。
其制备方法通常包括预制体浸渍法、化学气相渗透法等。
这些方法能够保证纤维在复合材料中保持良好的完整性和定向排列，从而有效地传递载荷，提高复合材料的性能。
2.3SIC 晶须增强复合材料SIC 晶须是一种具有高长径比的单晶纤维，具有极高的强度和韧性。
将 SIC 晶须添加到基体材料中，可以显著改善材料的断裂韧性和抗疲劳性能。
颗粒增强铝基复合材料的制备方法
颗粒增强铝基复合材料的制备方法大家好，今天咱们聊聊颗粒增强铝基复合材料的制备方法，这听上去可能有点高大上，不过别担心，我会把它说得简单易懂，甚至有点幽默，让你觉得像是在听一场轻松的故事会。
1. 什么是颗粒增强铝基复合材料？首先，咱们得了解一下啥是颗粒增强铝基复合材料。
说白了，这种材料就是在铝合金里加入一些颗粒，目的是让铝合金更强、更耐磨。
像什么？嗯，像在铝基“菜谱”里加点特别的调料。
就好比你做饭时加点盐和胡椒，能让味道更棒。
铝基复合材料的颗粒可以是各种各样的，比如碳化硅、氮化铝等等。
这些颗粒在铝里就像小卫兵，增强了铝的性能，让它在各种条件下都能表现出色。
2. 制备方法大揭秘好啦，既然知道了什么是颗粒增强铝基复合材料，那咱们就来看看怎么做它们。
这个过程其实有点像制作美味的泡面，得有步骤、有材料。
大致可以分为几个步骤：2.1 选择颗粒首先，选择合适的颗粒。
这个环节就像挑选食材，你得考虑颗粒的种类、大小和分布。
不同的颗粒会带来不同的效果，就像不同的配料会改变一道菜的风味。
比如，碳化硅颗粒可以增加硬度，而氮化铝颗粒则可以提高热导率。
选对了颗粒，就能让铝合金在各种应用中表现得更棒。
2.2 混合和熔炼接下来，就是混合和熔炼的过程。
这个环节有点像把各种材料搅拌在一起，确保颗粒均匀分布。
首先，把铝合金加热到一定的温度，使其熔化。
然后，把选好的颗粒加入熔融铝中，搅拌均匀。
这个步骤很关键，搅拌得不够均匀的话，颗粒可能会在铝合金中“散步”，导致性能不稳定。
想象一下，炒菜时油和调料如果不均匀，那味道可就差得多了。
2.3 成型和冷却最后，把混合好的铝合金倒入模具中，等待它冷却和凝固。
这个过程就像是给铝合金穿上一件新衣服，让它“定型”。
冷却的速度和温度都会影响最终的性能，所以这一步也要控制得当。
冷却得太快，可能会导致材料内部出现裂纹；冷却得太慢，又可能会影响硬度。
就像你在做蛋糕时，烤箱的温度和时间都要把握好，不然蛋糕就会不成型。
颗粒增强陶瓷基复合材料的制备与力学性能研究
颗粒增强陶瓷基复合材料的制备与力学性能研究1. 介绍颗粒增强陶瓷基复合材料是一种常见且重要的复合材料，其制备和性能研究一直是材料科学领域的热点之一。
本文将探讨颗粒增强陶瓷基复合材料的制备方法以及对其力学性能的研究结果。
2. 制备方法2.1 选材颗粒增强陶瓷基复合材料的选材对于其最终性能至关重要。
常用的增强颗粒包括碳纤维、陶瓷颗粒和金属颗粒等。
而作为基体材料的陶瓷通常选择氧化铝、碳化硅等。
2.2 制备工艺制备颗粒增强陶瓷基复合材料的工艺种类繁多，目前主要有渗透法、热压法和热处理法等。
其中，渗透法是最常用的制备方法之一，通过预先设计好的细孔陶瓷基体中浸渍增强颗粒，再经过烧结制备而成。
3. 力学性能研究3.1 强度性能颗粒增强陶瓷基复合材料的强度性能是其最受关注的性能之一。
通过控制增强颗粒的分布和组织，可以调节复合材料的强度。
研究发现，当增强颗粒的分布均匀且界面与基体结合良好时，复合材料的强度表现出最佳状态。
3.2 断裂韧性断裂韧性是衡量颗粒增强陶瓷基复合材料抗断裂性能的重要指标。
研究表明，加入适量的增强颗粒可以明显提高复合材料的断裂韧性。
这是因为增强颗粒可以阻碍裂纹的扩展，从而提高材料的抗裂性能。
3.3 硬度和耐磨性由于增强颗粒的添加，陶瓷基复合材料通常具有较高的硬度和耐磨性。
这种硬度来源于增强颗粒的硬度以及颗粒与基体的界面作用。
研究发现，增强颗粒的尺寸和分布对硬度和耐磨性有着重要影响。
4. 未来展望颗粒增强陶瓷基复合材料的制备和性能研究仍然存在着许多挑战和机遇。
未来的研究方向可以包括更精确地控制颗粒分布和组织，提高复合材料的力学性能和耐久性。
同时，结合其他强化方法如纤维增强和纳米颗粒增强等，可以进一步提升复合材料的性能。
5. 结论颗粒增强陶瓷基复合材料的制备与力学性能研究是材料科学领域的热点研究方向。
通过选取合适的材料和采用适当的制备方法，可以获得具有优异力学性能的复合材料。
未来的研究将集中在加强颗粒分布控制和进一步提升性能等方面。
颗粒增强复合材料增强机制
颗粒增强复合材料增强机制近年来，随着科学技术的不断进步，复合材料已经成为了一种重要的材料。
颗粒增强复合材料是其中一种常见的复合材料，具有很高的强度和硬度，被广泛应用于各种领域。
那么，颗粒增强复合材料的增强机制是什么呢？本文将从材料的种类、微观结构、力学性能等方面进行阐述。
一、材料种类颗粒增强复合材料是一种由基质和颗粒两部分组成的材料。
颗粒通常是金属、陶瓷、碳纤维等坚硬材料，而基质则是聚合物、金属等材料。
根据颗粒与基质间的相互作用，分为机械锁定、化学结合和物理吸附三种类型。
机械锁定型颗粒增强复合材料是指颗粒与基质之间通过机械锁定而形成的结合。
这种结合方式的优点是制备简单，但是其强度较低，不适用于高强度材料的制备。
化学结合型颗粒增强复合材料是指颗粒与基质之间通过化学键结合而形成的结合。
这种结合方式的优点是强度高、耐热性好，但是制备难度较大，需要精确的温度和时间控制。
物理吸附型颗粒增强复合材料是指颗粒与基质之间通过物理吸附力而形成的结合。
这种结合方式的优点是制备简单、成本低，但是强度较低，适用于一些低强度的材料。
二、微观结构颗粒增强复合材料的微观结构是其增强机制的重要组成部分。
颗粒与基质之间的相互作用决定了复合材料的性能。
在机械锁定型颗粒增强复合材料中，颗粒与基质之间的结合通常是通过机械锁定实现的。
在化学结合型颗粒增强复合材料中，颗粒与基质之间的结合是通过化学键来实现的。
在物理吸附型颗粒增强复合材料中，颗粒与基质之间的结合是通过物理吸附力来实现的。
三、力学性能颗粒增强复合材料的力学性能是由颗粒与基质之间的相互作用决定的。
在机械锁定型颗粒增强复合材料中，颗粒与基质之间的结合较弱，强度和硬度较低。
在化学结合型颗粒增强复合材料中，颗粒与基质之间的化学键结合较强，强度和硬度较高。
在物理吸附型颗粒增强复合材料中，颗粒与基质之间的结合较弱，强度和硬度较低。
总之，颗粒增强复合材料的增强机制是由材料种类、微观结构和力学性能三方面共同决定的。
军用铝基复合材料类型
军用铝基复合材料类型一、引言铝基复合材料是一种由铝基体和增强体组成的复合材料，具有优异的力学性能、物理性能和化学性能，因此在航空、航天、军事等领域得到了广泛的应用。
本文将介绍军用铝基复合材料的类型、特点以及在军事领域的应用。
二、铝基复合材料的类型根据增强体的不同，铝基复合材料可分为颗粒增强型和纤维增强型两类。
1.颗粒增强型铝基复合材料颗粒增强型铝基复合材料是以铝或铝合金为基体，加入增强颗粒，如SiC、TiB2、BN等，通过熔融法制备而成的一种复合材料。
该材料具有较高的强度、硬度、耐磨性和耐蚀性，适用于制作承受高载荷的零部件。
2.纤维增强型铝基复合材料纤维增强型铝基复合材料是以铝或铝合金为基体，加入增强纤维，如SiC、B4C、Al2O3等，通过热压法或挤压法制备而成的一种复合材料。
该材料具有更高的强度、硬度、耐磨性和耐蚀性，适用于制作承受高载荷、高温和恶劣环境的零部件。
三、铝基复合材料的特点1.高强度、高硬度、高耐磨性：铝基复合材料具有高的强度、硬度和耐磨性，能够承受高载荷和恶劣环境的考验。
2.良好的尺寸稳定性：铝基复合材料具有稳定的尺寸和良好的热稳定性，能够在高温环境下保持性能稳定。
3.良好的耐蚀性：铝基复合材料具有较好的耐蚀性，能够在恶劣环境下保持长期使用。
4.良好的加工性能：铝基复合材料具有良好的加工性能，可以进行切削、钻孔、弯曲等加工操作。
四、铝基复合材料在军事领域的应用铝基复合材料因其优异的性能和广泛的应用，在军事领域中也得到了广泛的应用。
下面将介绍铝基复合材料在军事领域的应用情况。
1.飞机结构材料铝基复合材料具有优异的力学性能和尺寸稳定性，适用于制作飞机结构材料。
例如，碳纤维增强铝基复合材料可以用于制作飞机框架、机身、机翼等部位的结构件，具有高的比强度和比模量，能够减轻重量、提高结构效率。
此外，颗粒增强型铝基复合材料也可以用于制作飞机零部件，如发动机叶片、齿轮等。
2.装甲防护材料铝基复合材料具有高的强度和硬度，能够有效地抵御弹药攻击。
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碳化硅颗粒增强铝基复合材料中SiC颗 粒的热膨胀系数仅是铝合金的1/6左右, 复合材料从高温到室温的冷却过程中, 碳化硅颗粒增强铝基复合材料的界面处 将产生较大的热应力,当热应力高于基 体合金的屈服强度时,基体合金将发生 塑性变形,使基体合金中产生较高的位 错密度,基体合金中高密度位错使合金 得到强化,从而进一步提高了复合材料 的强度。
成品
溶胶 - 凝胶法
粉末溶于分散剂中 形成溶胶
加入聚合物溶解
去除溶剂得成品
关键在于寻找一种能对纳米粉末 进行良好分散作用的溶剂， 使纳米 粉末加入后能形成溶胶。该法在聚合物基质与填充 物纳米晶体之间存在着紧密的相互作用，纳米晶体在聚合 物基质中的分散达到了显微水平的均匀复合。因此，复合 材料的强度和弹性模量得到较大的提高。
基体承受载荷， 弥散分布的增强 颗粒阻碍导致基 体塑性变形的位 错运动，如果位 错能量较大则会 切开第二相，继 续运动，使其能 量降低。
常见的制备方法
粉末冶金法制备复合材料流程
颗粒金属 粉末混匀
有机粘合 剂
混炼a
压制成型
成品
校正、蒸 汽处理
机械加工、 整形、热 处理
烧结
粉末冶金法制备颗粒增强复合材料多采用机械混 合,较易制备颗粒均匀分布的复合材料,因而广泛 地应用在实验室的基础研究中。但粉末冶金法制 备复合材料受初始基体合金的显微组织、粉末尺 寸和热压条件等因素的影响。而且其制备工艺成 本高,而且复合材料的显微组织无法改变,在实际 生产中难以制造大尺寸和形状复杂的零件。
一、自蔓延高温合成
● 自蔓延高温合成
实质：就是一种高 放热化学反应！
(Self-propagating High-temperature Synthesis，简称SHS) 概念：利用化学反应放出的热量使燃烧反应自发的进行下去，以获 得具有指定成分和结构的燃烧产物。
强烈的放热反应
反应以反应波 的形式传播
热等静压技术基本原理示意图 1.上盖，2.高压缸，3.发热体， 4.工件，5.下盖，6.泵
作压力常为100~200MPa。
等静压技术特点：
• 等静压成型的制品密度高，一般要比单向和双向模压成型 高5 -15% 。热等静压制品相对密度可达99.8％-99.09％ 。
• 压坯的密度均匀一致。在摸压成型中，无论是单向、还是 双向压制，都会出现压坯密度分布不均现象。这种密度的 变化在压制复杂形状制品时，往往可达到10% 以上。这是 由于粉料与钢模之间的摩擦阻力造成的。等静压流体介质 传递压力，在各方向上相等。包套与粉料受压缩大体一致， 粉料与包套无相对运动，它们之间的摩擦阻力很少，压力 只有轻微地下降，这种密度一般只有1% 以下，因此，可认 为坯体密度是均匀的。
弥散增强复合材料（粒径0.01~0.1um, 间距0.01~0.3um）
纯颗粒复合材料（粒径1~50μm， 间距1~25μm）
空心微球（球径10~30μm，壁厚1~10μm）
按 基 体 分 类
1
颗粒弥散强化陶瓷
2
颗粒增强金属
3
颗粒增强聚合物
颗粒强化机制
基体承受载荷， 弥散分布的增 强颗粒阻碍导 致基体塑性变 形的位错运动， 随着外加应力 的逐渐增大位 错越来越弯曲， 最终形成位错 环。
搅拌铸造法
搅拌铸造法是将陶瓷增强 颗粒直接加入到基体金属 熔体中，然后通过一定方 式搅拌使增强颗粒 分散在金属熔体中，最后 浇铸得到工件，其工艺示 意图，如右图所示。搅拌 铸造法工艺相对简单，制 造成本较低，是一种适合 于工业规模生产颗粒增强 铁基复合材料的技术。
但搅拌铸造法也有很多缺陷以及改善措 施如下表
喷射沉积法
喷射沉积法的原理：合金熔液经 过喷射雾利后形成高速飞行的液 滴。这些液滴在完成凝固之前沉
积在激冷汗基板上快速凝固。通
过连续沉积可获得大尺寸的快速
1-沉积室；2-基板；3-喷射流；4体雾化室； 5-合金溶液；6-坩埚；7-雾化气体； 凝固制件。 8-沉积体；9-运动机构；10-排气
在回转体表面进行喷射沉 积的工艺原理图。通过维
持圆柱基底（基棒）的平
动与转动，在其表面喷射 沉积具有快速凝固组织特 征的材料。除了圆柱体外， 还可以进行圆锥、圆鼓等
1-圆柱沉积坯； 2-感应加热坩 埚； 3-喷嘴； 4-沉积室；5-基棒； 6-排气管；7-循环分离器
各种复杂形状回转体的沉 积。
火花等Байду номын сангаас子体烧结
• 等离子体烧结是利用 等离子体所特有的高 温、高焓,快速烧成陶 瓷的一种新工艺,其原 理如右图
• 因为密度均匀，所以制作长径比可不受限制，这 就有利于生产棒状、管状细而长的产品。
• 等静压成型工艺，一般不需要在粉料中添加润滑
剂，这样既减少了对制品的污染，又简化了制造
工序。 • 等静压成型的制品，性能优异，生产周期短，应 用范围广。等静压成型工艺的缺点是，工艺效率 较低，设备昴贵。
热压成形法
主要内容
3 1 2 3 颗粒增强复合材料简介 常见制备方法及应用 颗粒增强复合材料的应用
简介
定义：为了改善复合材料的力学性能，提 高断裂功、耐磨性、硬度等性能，向材料 中添加高硬度、耐腐蚀、耐磨擦的颗粒材 料。如SiC、TiC、B4C、WC、Al2O3、 Mo S2、Si3N4、Ti B2、BN、C（石墨）等
乳化剂法
颗粒或聚合 物 除乳 化剂
乳化
微球体 混合
多孔复合材 料
加热 除致孔剂 模具成型
● 燃烧合成（combustion synthesis)：
燃烧：任何具有化学特征、结果能生成有实用价值的凝聚物的放热 反应都可称谓燃烧。
自蔓延合成的要求：
• 1、剧烈的放热反应
• 2、绝热燃烧温度（Ta）
1） 要使燃烧能够自持，产物的Ta大于1800K； 2） Ta大于产物熔点，存在液相，反应易进行
自蔓延高温合成技术
* 自蔓延高温合成技术是一种利用反应物之间 * 高化学反应热的自加热和自传导过程,来合 成材料的一种新技术。即利用外部热源,将 原料预先压制成一定密度的坯件,进行局部 或整体加热,当温度达到点燃温度时,撤掉外 部热源,利用原料颗粒发生的固体与固体反 应,或者固体与气体反应放出的大量反应热 (如铝热反应)使反应继续进行,所有原料反应 结束后生成所需材料。
等离子体烧结的优点
1)可烧制难烧结的材料。等离子体可快速地获得2 000℃以 上的超高温,因而可以烧制用一般方法难以烧结的物质,包 括复相陶瓷的反应烧结; (2)烧结时间短。陶瓷坯体通过表面与高温高焓等离子体 的热交换,可获得极高的升温速度； (3)烧结体纯度高、致密度高、晶粒度小,性能优越。由于 烧结时间短,烧结过程中不会混入杂质,可以阻止异常晶粒 长大,因而得到的陶瓷晶粒度小而均匀,其力学性能也很高; (4)可以连续烧结长形的陶瓷制品,如管、棒等; (5)其装置相对较简单,能量利用率高,运行费用低,而且容易 实现自动化
压力铸造
压力铸造简称压铸，是指将液态或半液态合金浇入压 铸机的压室内，使之在高压和高速下充填型腔，并在 高压下成形和结晶而获得铸件的一种铸造技术。
压铸最大的特点是生产效率高，铸件质量好。但只适合 用于大批量生产有色合金中小铸件。
压力铸造法制备碳化硅颗粒增强铝基复 合材料的过程主要包括颗粒预制块的制 备和液态铝合金在一定压力下渗入预制 块中2部分SiC颗粒在复合材料中分布的均 匀性由预制块中颗粒分布的均匀程度来 决定,并取决于预制块的制备工艺。复合 材料的孔隙率和碳化硅颗粒增强铝基复 合材料界面结合状态与压铸工艺参数密 切相关
渗透法制备颗粒增强复合材料
主要过程：模子制备好后,将SiC颗 粒加入模内;将助渗剂加入模内与 SiC颗粒均匀混合,或放入铝液中; 将铝或者铝合金 液经精炼后浇入模内。将浇注铝 液后的模子放入普通空气加热炉 中,温度控制在850～ 950℃范围内, 根据零件厚度保温一段时间,以便 获得一定渗透厚度的试件,保温结 束后,炉冷至500℃ ,出炉脱模就可 获得一定外形的铝基复合材料。
搅拌
除去溶a剂
成型
处理过的粉 末
将粉末表面处理后加入到 溶解有聚合物的溶剂中， 搅拌均匀后除去溶剂。但 此种方法得到的材料相对 于熔融法性能稍差。
原位共聚法
颗粒与聚合物 单体一定比例 混匀
加入引发a剂
反应并除水
原位共聚法制得的 聚合物 材料中两类材料之间存在 化学结合力，复合材料有 较高的压缩强度和抗张强 度。
• 是一种在高温和高压同时作用 下，使物料经受等静压的工艺 技术，它不仅用于粉末体的固 结工艺成型与烧结两步作业一 并完成。而且还用于工件的扩 散粘结，铸件缺陷的消除，复 杂形状零件的制作等。在热等 静压中，一般采用氩、氨等惰 性气体作压力传递介质，包套 材料通常用金属或玻璃。工作 温度一般为1000~2200℃ ，工
颗粒与a聚合 物混匀
一定的压力和 温度
保温保压一段 时间
这种方法不适用于熔点较高易 分解的聚合物
成品
熔融共混法
加热 聚合物颗a粒 粘流态a
混炼 成型
将粉末表面处理后加入到 处于玻璃化温度以上的聚 合物中共混，但此种方法 得到的材料中颗粒分布不 均匀且有明显团聚的现象。
处理过的粉 末
溶液共混法
聚合物溶解 于溶剂
微波烧结
微波烧结是利用陶瓷及其复合材料在微波电 磁场中的介电损耗,将整体加热至烧结温度而 实现致密化的快速烧结工艺。微波烧结的本 质是微波电磁场与材料的相互作用,由高频交 变电磁场引起陶瓷材料a内部的自由束缚电荷, 如偶极子、离子和电子等的反复极化和剧烈 运动,在分子间产生碰撞、摩擦和内耗,将微波 能转变成热能,从而产生高温,达到烧结的目的。
Ta---绝热温度: 反应过程中能达到的最高温度.
自蔓延工艺优点
* 此工艺最大的优点是 节能,不需要高温设备, 其反应温度可达2 500℃以上,反应速度快、 节能、方法简便、经 济等。与传统方法相 比,自蔓延高温合成技 术获得的零件,有好的 颗粒单晶性、高的纯 度和高的结构稳定性。