第7章-陶瓷基复合材料讲述.ppt

连续长纤维增强陶瓷复合材料的韧性、强度和模量都有不同程度增强，但制备工艺复杂，不容易均匀分布。 短纤维（晶须）增强复合材料可以明显改善韧性，但强度提高不够显著。晶须具有长径比，当其含量较高时，因其桥架效应而使致密化变得因难，引起了密度的下降并导致性能的下降。 复合材料的性能与基体的气孔率、界面结合有很大的关系 7.2 陶瓷基复合材料的制备 　　陶瓷基复合材料的制造分为两个步骤： 　　第一步是将增强材料掺入未固结(或粉末状)的基体材料中，排列整齐或混合均匀； 　　第二步是运用各种加工条件在尽量不破坏增强材料和基体性能的前提下，制成复合材料制品。 浆体法（湿态法) 冷压和烧结法（粉末冶金法） 热压烧结法 热等静压烧结成型 熔融渗透法 CVD、CVI法 溶胶--凝胶（Sol-Gel）法 先驱体热解(Pyrolysis)法 其他方法 具体的制备工艺 为了克服粉末冶金法中各组元混合不均的问题，采用了浆体（湿态）法制备陶瓷基复合材料。 原理：混合体为浆体形式，混合体中各组元保持散凝状，即在浆体中呈弥散分布。这可通过调整水溶液的pH值来实现。 对浆体进行超声波振动搅拌则可进一步改善弥散性。弥散的浆体可直接浇铸成型或热（冷）压后烧结成型。 特点：适用于颗粒、晶须和短纤维增韧陶瓷基复合材料。 采用浆体浸渍法可制备连续纤维增韧陶瓷基复合材料。纤维分布均匀，气孔率低。 7.3.1 浆体法（湿态法）（Slurry sintering） 浆体法制备陶瓷基复合材料示意图 7.3.1 浆体法（湿态法）（Slurry sintering） 7.3.2 冷压和烧结法（Cold-Pressed Sintering） 传统的陶瓷生产工艺，是将粉末和纤维冷压，然后烧结。也可以在一定的条件下将陶瓷粉体和有机载体混合后，压制成型，除去有机黏结剂，然后烧结成制品。 在冷压和烧结法的生产过程中，通常会遇到烧结过程中制品收缩，同时最终产品中有许多裂纹的问题。在用纤维和晶须增强陶瓷基材料进行烧结时，除了会遇到陶瓷基收缩的问题外，还会使烧结材料在烧结和冷却时产生缺陷或内应力。 原理：热压烧结成型是使松散的或成型的陶瓷基复合材料混合物在高温下通过外加压力使其致密化的成型方法。加压方法为纵向(单轴)加压。热压时导致复合材料致密化的可能机制是基体颗粒重排、晶格扩散和包括粘滞变形的塑性流动。 主要包括以下两个步骤：①增强相渗入没有固化的基体中；②固化的复合材料被热压成型。 7.3.2 热压烧结法（Hot-Pressed Sintering） ? 特点 与无压烧结相比，能降低烧结温度，缩短保温时间，使基体晶粒较细 ?能获得高致密度、高性能复合材料 ?材料性能重复性好，使用可靠，控制热压模具尺寸精度能减少复合材料加工余量 缺点：只能制造形状简单的零件；模具消耗大，一次只能单件或少件烧结，成本较高；由于热压压力方向性，材料性能有方向性. 7.3.2 热压烧结法（Hot-Pressed Sintering） 7.3.3 热等静压烧结成型(hot isostatic pressing ,HIP) 原理：热等静压烧结成型是通过气体介质将高温和高压同时均匀地作用于复合材料全部表面使之固结的工艺方法。此工艺获得的陶瓷基复合材料可基本消除内部气孔，接近理论密度，大大改善制品性能。 工艺： 包封烧结：一般以石英玻璃或硼玻璃、耐高温金属为包封材料。包封前抽真空加热，排除内部空气，再升温加压 无包封烧结：先将粉料成型和预烧封孔，使坯料成为基本无开口气孔的烧结体，然后再实施热等静压烧结 特点: 热等静压主要以均匀外加应力，而不是自由能变化为烧结驱动力，可以在较低的烧结温度，使用少量添加剂甚至不使用添加剂的条件下获得致密件 低温可防止第二相分解，及与基体或烧结助剂发生反应，可制备性能优异的陶瓷基复合材料 与无压烧结相比，可降低烧结温度、缩短烧结时间，其致密化程度大大提高 与热压烧结相比，由于热等静压是均匀地将压力作用于材料各个表面，进而材料各向同性。 7.3.3 热等静压烧结成型(hot isostatic pressing ,HIP) 7.3.4 料浆浸渍热压成型法(impregnation-hot pressing ) 原理：将纤维置于制备好的陶瓷粉体浆料(通常用蒸馏水加陶瓷粉体加粘结剂经搅拌或球磨制成)里，使纤维周围都黏附一层浆料，然后将含有浆料的纤维排布成一定结构的坯体，经干燥、排胶，热压烧结为产品。 工艺过程：纤维从卷筒放出→浸入盛放料浆的容器→将黏附浆料的纤维引导到绕丝机卷杆上→开动绕丝机进行缠绕。纤维的缠绕走向按需要可垂直于卷杆；也可与卷杆成一定角度；还可以缠绕几