陈辉《材料合成与制备》第四章-3陶瓷基复合材料.pptVIP

* 利用气体与基体的反应合成制备陶瓷基复合材料的方法有CVD(Chemical Vapor Depositon)和CVI(chemical vapor infiltration或chemical vapor impegnation)。二者的主要差异在于前者的析出的场所是基体的表面，而后者的析出的场所是基体(预成形体)的内侧。 气相的化学反应 * CVI 工艺的优点： 适用于很多种类的陶瓷基体与增强纤维，可制备硅化物、碳化物、氮化物、硼化物、氧化物等多种陶瓷基复合材料； 可以在较低温度下制备复合材料，材料内部残余应力低，纤维几乎不受损伤； 可制备大尺寸、复杂形状和近净形的部件； 制备的复合材料在高温下仍有好的机械性能。 缺点： 速度慢、成本高、材料致密度低（孔隙率10～15％） * 我国在20世纪70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，并另被应用于各类卫星天线窗的保护框上，这是国际上纤维补强陶瓷基复合材料的首次实际应用 * 核心提示：红湖机械厂2005年全面启动WS13项目的核心机和整机研制任务，推动工厂由生产涡喷型发动机向生产涡扇型发动机的转变。该发动机将用于替换“枭龙”战斗机目前所用的俄制RD33涡扇发动机。 WS13核心机的关键部件之一环形火焰筒需要在内腔进行高温陶瓷加工，这种陶瓷是从未使用过的新材料。该发动机采用三级轴流式宽弦实心钛合金的风扇叶片，经两极电化学处理的整体叶盘结构，风扇前有电脑控制的可变弯度导流叶片，扩大风扇稳定工作范围。8级轴流式高压压气机(前三级为可调导流叶片)单级低压涡轮采用空心气冷转子叶片，单级高压涡轮为单晶涡轮叶片和导向器叶片，环形燃烧室，有叶尖间隙控制的空气热交换器，综合数字式全权限控制系统。齿轮箱和附件位于发动机的下方，性能先进的微型涡轮辅助动力装置。 * 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腐蚀能力。在氧化气氛中，碳化硅中的自由 Si 可能被氧化，在极高温度下，碳化硅也可能被氧化。碳化硅主要有两种晶体结构，一种为? - SiC，属于六方晶系，另一种为 ? - SiC，属等轴晶系。多数碳化硅以? - SiC为主晶相。 * 注浆成型是氧化物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、外形复杂的部件。用水等制作成带有流动性的泥浆，将泥浆注入多孔质石膏模型内，水通过接触面渗入石膏模型体内，表面形成硬层。这是一种制作石膏模内面形状与成形体形状相同的成形方法。它又分为实心注浆法与空心注浆法。 * * * 在烧成中，瓷料要发生烧结、晶粒生长、溶质脱溶或晶界产生分凝等现象，在烧结后期还可能出现二次再结晶过程。一般烧结的驱动力为体系的表面能和缺陷能。 * 烧结是把粉末坯块加热到低于其基本组元的熔点温度以下进行保温，然后冷却到温室的热处理工艺。 * isostatic compaction由于普通的金属模具干压成形的坯体密度不均匀即坯体的应力分布与显微结构均匀性差而易产生严重的缺陷。 * 它是将超细粉中混入适当的粘结剂制成流延浆料，然后通过固定的流延嘴及依靠料浆本身的自重将浆料刮成薄片状流在一条平移转动的环形钢带上。经过上下烘干道，钢带又回到初始位置时就得到所需的薄膜坯体。 工艺过程： * 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：