陈辉《材料合成与制备》材料合成与制备4-5章.pptVIP

* 特点：是可以进行材料的微观结构和宏观结构设计；比干压成型获得的坯体密度高；可制得厚度为0.05mm以下的薄膜；机械化和自动化程度较高。 * 知识回顾（陶瓷基复合材料） （1）原材料 SiC、Si3N4、 Al2O3、 ZrO2等 （2）基体与增强材料的匹配原则 （3）工艺方法 注浆成型 压力渗滤工艺 流延法成型 （2）连续纤维增强陶瓷基复合材料生产工艺 本章重点： （1）烧结工艺 * 烧结是陶瓷工艺中最重要的工序。所谓烧结就是指在高温作用下，瓷料发生一系列物理化学变化并由松散状态逐渐致密化，且机械强度大大提高的过程。 (1) 烧结过程及原理 4.10 烧结工艺 * * 一般烧结的驱动力为体系的表面能和缺陷能。 粉末烧结从热力学角度分析是系统自由能降低的过程，即由不稳定的高能状态向稳定的低能状态转化的过程。 烧结过程及原理 * 根据烧结时是否存在明显的液相，烧结过程可分为固相烧结和液相烧结。 固相烧结过程，在升温阶段发生水分和有机物的蒸发和挥发，成型剂和吸附气体的排除，颗粒内应力的消除，再结晶等过程。 固相烧结 * 球形颗粒的烧结模型 中期变化 烧结前 烧结后期孔隙球化 * 物质的传递——传质过程 气相传质 —— 蒸发-凝聚传质 扩散传质 流动传质 溶解-沉淀传质 固相烧结 相结液烧 * 在高温保温时，液相烧结过程的三个阶段： 形成液相和颗粒重排； 固相在液相中的溶解和析出； 固相骨架的形成。 在冷却阶段，液相凝固。 液相烧结 * 为了加速瓷料的烧结、提高瓷件的致密度，还常常通过给瓷料加高温的同时施加外力的方式进行瓷料的烧结，尤其对一些难于烧结的材料，加压烧结具有无可比拟的优越性。这就是所谓的热压烧结和热等静压烧结。前者是一维单向施加压力；后者是三维方向加压。 * （2）烧结方法及设备 1）热压法 加压成型和加热烧结同时进行的工艺。 优点： ①所需成型压力小； ②降低烧结温度、缩短烧结时间； * 缺点：生产效率低、成本高。 ④可生产尺寸较精确的制品。 ③容易获得接近理论密度、气孔率接 近于零的烧结体；容易得到细晶粒的 组织和实现晶体的取向效应、可获得 具有良好机械性能、电性能的制品； * 2）干压成形(Dry Pressing) 干压成形又称为模压成形，是将粉料填充到模具内部后，通过单向或双向加压，将粉料压成所需形状。这种方法操作简便，生产效率高，易于自动化，是常用的方法之一。但干压成形时粉料容易团聚，坯体厚度大时内部密度不均匀、制品形状可控精度差，且对模具质量要求高，复杂形状的部件模具设计较困难。 干压成形的粉料含水量应严格控制，一般应干燥至含水量不超过1％～2％(质量分数）为宜。 * 加压方式对坯体密度的影响 热等静压烧结法 等静压成型是使粉料在各向同时均匀受压的一种成型工艺，有干袋法和湿袋法两种。 * 一般等静压指的是湿袋式等静压,也叫湿法等静压，就是将粉料装入橡胶等可变形的容器中，密封后放入液压油或水等流体介质中，加压获得所需的坯体。这种工艺最大的优点是粉料不需要加粘合剂、坯体密度均匀性好、所成形制品的大小和材质几乎不受限制并具有良好的烧结体性能。 等静压成形(Isostatic Pressing) * 等静压成形原理示意图 * 但此法仅适用于简单形状制品，形状和尺寸控制性差，而且生产效率低、难于实现自动化批量生产。因而出现了干袋式等静压的方法(干式等静压)。 * 这种成形方法是将加压橡胶袋封紧在高压容器中，加料后的弹性模具送入压力室中，加压成形后退出来脱模。也可将模具固定在高压容器中，加料后封紧模具加压成形，这时模具不和加压液体直接接触，可以减少模具的移动，不用调整容器中的液面和排除多余的空气，因而能加速取出压好的坯体，可实现连续等静压。 * 但是这种方法只是在粉料周围受压，粉体的顶部和底部都无法受到压力。而且这种方法只适用于大量压制同一类型的产品，特别是几何形状简单的产品，如管子、圆柱等。 * 在制备一些陶瓷时(如SiC、Si3N4和莫来石等)，人们还常常利用反应烧结的方法使材料合成和烧结同时完成。这种方法是先将原材料(如制备Si3N4时使用Si粉)粉末以适当方式成形后，在一定气氛中(如氮气)加热发生原位反应合成所要的材料并同时发生烧结。它的最大优点是能够很精确地控制制品的尺寸变化，但烧成致密度不高．一般低于90％。 * 3）活化烧结法（反应烧结或强化烧结） 它是指能提高烧结效率、使陶瓷材料性能发生显著改善的一种烧结工艺。 原理： 在烧结前或在烧结过程中，采用某些物理或化学方法，使反应物的原子或分子处于高能状态，利用这种高能状态的不稳定性，容易释放出能量而变成低能态，作为强化烧结的新的驱动力。 * 4.11 连续纤维增强陶瓷基复合材料生产工艺 4.11.1概述 优点：耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高硬度、韧性高