材料成形技术基础非金属材料.ppt

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1、非金属材料成形,主讲：张静,金属材料 高强度,高硬度；一定塑性韧性难以达到满足一些特殊性能的要求（耐高温性、耐腐蚀性）,非金属材料 独特性能；原料来源丰富，制造加工容易，节约能源,非金属材料特性,成形方法多样化低温成形工艺简便成形工艺与材料的制备工艺有机结合,目 录,塑料成形陶瓷的成形复合材料成形,第一节塑料成形,内容要点常用塑料品种塑料的成形性能塑料形变的温度依赖性成形工艺性常见的成形方法注塑成形压塑成形其他成形方法,塑料概念以合成树脂或天然树脂为原料，在一定温度和压力条件下，可以用模具使其成型为具有一定形状和尺寸的塑料制件，当外力解除后，在常温下其形状保持不变。多数以合成树脂为基本成分，一

2、般含有添加剂如：填料、稳定剂，增塑剂、色料或润化剂等。,塑料的特点比重小，比强度大；耐腐蚀，耐磨，绝缘，减磨，消声，减震；易成型，易复合等优良的综合性能。,塑料概述,易老化耐热性差刚性差尺寸稳定性差,按受热后形态性能表现分热塑性塑料受热时呈熔融状态，可反复成型加工。热固性塑料成型后成为不熔不溶的材料。如、等。,按使用范围分通用塑料 原料来源丰富，产量大，应用面广，价格便宜，如、。工程塑料具有较高物理机械性能，应用于工程技术领域塑料，如、等。,分类,塑料制品生产系统组成成型、机械加工、修饰三个过程组成。,塑料的流动性 塑料的成型过程：塑料熔融状态浇注系统模具型腔。该过程由塑料的流动性来实现，因而

3、塑料的流动性直接影响到注射成型过程和塑件质量。不同塑料具有不同的流动性，塑料流动性必须与塑件要求、成型工艺及模具结构相适应。,塑料的收缩特性,塑件自模具中取出冷却到室温后，发生尺寸收缩的特性称为收缩特性。收缩率使得塑件尺寸小于模具相应尺寸，故设计时应予以考虑。,B试验样块模具的型腔尺寸；B1成型冷却后的样块尺寸。,1.注射成型是热塑性塑料的主要成型方法，其成型过程：塑料在注射机料筒中被加热至熔融并保持流动状态，然后在注射机挤压系统的高压下定温、定压、定量地注射到闭合的模腔内成型，熔料经过冷却固化后成型，模具开启后将塑件顶出。,一、注射成型,2.浇注系统 指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道

4、。作用（1）输送流体（2）传递压力,3.注射成型机,按塑化方式和注射方式,(1)螺杆式注射机,(2)柱塞式注射机：通过柱塞将料筒的颗粒塑料推向料筒前端的塑化室，依靠料筒外的加热器提供的热量，使塑料塑化成黏流状态并被注射到模腔中。,二、塑料压缩成形,成型前，先将模具加热到成型温度，然后，将塑料直接加入到敞开的模具型腔内，在以一定的速度将模具闭合，塑料在高温和加压情况下熔融流动，并且很快充满整个型腔，得到所需形状及尺寸的零件，最后开启模具取出塑件。,三、塑料压注成形,将塑料原料加入预热的加料室内，然后把压柱放入加料室内锁紧模具，通过压柱向塑料施加压力，塑料在高温、高压下熔化为流动状态，并通过浇注系

5、统进入型腔逐渐固化成塑件。,四、挤出成型extrusion molding,挤出成型又叫挤塑、挤压、挤出模塑.是借助螺杆和柱塞的挤压作用,使塑化均匀的塑料强行通过模口而成为具有恒定截面和连续制品的成型方法.,1特点:连续化,效率高,质量稳定 应用范围广 设备简单,投资少,见效快 生产环境卫生,劳动强度低 适于大批量生产,2.应用：塑料薄膜、网材、带包覆层的产品、截面一定、长度连续的管材、板材、片材、棒材、打包带、单丝和异型材等等，还可用于粉末造粒、染色、树脂掺和等。3.几种典型制品的生产线 挤出管材和异型材的生产、挤出片材、棒材生产、电缆包覆、挤出吹塑薄膜、挤出中空吹塑,五、中空成型,中空成型

6、，是把由挤出或注射制得的、尚处于塑化状态的管状或片状坯材固定于成型模具中，立刻通入压缩空气，迫使坯材膨胀并贴于模具型腔壁面上，待冷却定型后脱模，即得所需中空制品的一种加工方法。,挤出吹塑薄膜,动画,挤出成型工艺参数,压力:料筒中熔体压力可以达到55MPa,而口模压力一般是小于20MPa温度:根据不同的塑料而异,塑化温度一般是在180 250挤出速率:是单位时间内挤出机口模挤出的塑料质量(Kg/h)或长度(m/min),与口模阻力、螺杆与料筒的结构、螺杆转速、加热系统和塑料特性有关,六、真空成型,真空成型：又叫吸塑成型，将热塑性塑料板材、片材固定在模具上，用辐射加热器加热到软化温度，用真空泵（或

7、空压机）抽取板材与模具之间的空气，借助大气压力使坯材吸附在模具表面，冷却后再用压缩空气脱模，成型所需塑件的加工方法。特点 生产设备简单，效率高，模具结构简单，能加工大尺寸的薄壁塑件，生产成本低。,凹模真空成形,凸模真空成形,凸、凹模真空成形,真空成形生产各种塑料包装盒、餐具盒、罩类塑件、冰箱内胆等；材料主要是PE、PP、PVC、ABS、PC等。,七、反应注射成型,把两种发生反应的塑料原料分别加热软化后，由计量系统进入高压混合器混合发生塑化反应，再注射到模具型腔中，它们在型腔中继续发生化学反应，并伴有膨胀、固化的加工工艺。,适宜生产PU、EP等热固性塑料，也可以生产PA、ABS、PET or P

8、BT等热塑性塑料；产品：轿车仪表盘、方向盘、飞机和汽车的座椅、椅垫、家具、鞋底、仿大理石浴缸、浴盆等。,第二节 陶 瓷 的 成 形,陶瓷定义,“陶瓷”这一名词源自古代希腊的“烧物”，它意味着陶器是经焙烧而赋予其强度的材料，即陶瓷被定义为“经高温热处理工艺所合成的非金属无机材料”。目前，陶瓷为所有无机非金属材料的简称。陶瓷材料也常称为硅盐材料。全面的定义为：陶瓷是用天然或人工合成的粉状化合物，经过成型和高温烧结制成的、由金属元素和非金属元素的无机化合物构成的多相固体材料，包括陶器和瓷器，也包括玻璃、搪瓷、石膏、水泥、石灰、砖瓦、耐火材料等人造无机非金属材料。近20年来，陶瓷材料有巨大的发展，许多

9、新型陶瓷的成分远超出硅酸盐的范畴，陶瓷的性能面临重大的突破，陶瓷的应用已渗透到各类工业、各种工程和各个技术领域。,玻 璃,玻璃是介于结晶态和无定型态之间的一种物质状态，称为玻璃态物质。,几种玻璃的特性和用途,陶瓷,新型陶瓷,传统陶瓷,陶瓷种类(按原料）,新型陶瓷,原料,氧化铝氧化鋯炭化硅氮化硅,优点:高强度、耐高温、耐腐蚀或各种敏感特性；原料易于制备、产品附加值高、应用广。,概述,陶瓷的生产过程 将配制好的符合要求的坯料用不同的成型方法，制造出具有一定形状的坯体，坯体经干燥、施釉、烧结等工序，最后得到陶瓷制品。,成型过程原料处理坯料的制备坯体成型,坯体成型方法 浇注成型 压制成型 热压注成型,

10、生产陶瓷的三大主要原料为粘土、长石和石英。粘土主要引入氧化铝，石英引入二氧化硅，长石的加入是利用它里面的氧化钠和氧化钾降低烧结温度！,新型陶瓷生产过程,配料,坯料制备,成型,烧结,后续加工,(1)配料 制作陶瓷制品，首先要按瓷料的组成，将所需各种原 料进行称量配料，它是陶瓷工艺中最基本的一环。称料务必精确，因为配料中某些组分加入量的微小误差也会影响到陶瓷材料的结构和性能。,(2)坯料制备 配料后应根据不同的成形方法，混合制备成不同形式的坯料。如用于注浆成形的水悬浮液；用于热压注成形的热塑性料浆；用于挤压、注射、轧膜和流延成形的含有机塑化剂的塑性料；用于干压或等静压成形的造粒粉料。混合一般采用球

11、磨或搅拌等机械混合法。,新型陶瓷生产过程,(3)成形 是将坯料制成具有一定形状和规格的坯体。成形技术与方法对陶瓷制品的性能具有重要意义，由于陶瓷制品品种繁多，性能要求、形状规格、大小厚薄不一，产量不同，所用坯料性能各异，因此采用的成形方法各种各样，应经综合分析后确定。,新型陶瓷生产过程,(4)烧结 是对成形坯体进行低于熔点的高温加热，使其粉体间产生颗粒粘结，经过物质迁移导致致密化和高强度的过程。只有经过烧结，成形坯体才能成为坚硬的具有某种显微结构的陶瓷制品（多晶烧结体），烧结对陶瓷制品的显微组织结构及性能有着直接的影响。,(5)后续加工 陶瓷经成形、烧结后，还可根据需要进行后续精密加工，使之符

12、合表面粗糙度、形状、尺寸等精度要求，如磨削加工、研磨与抛光、超声波加工、激光加工甚至切削加工等。切削加工是采用金刚石刀具在超高精度机床上进行的，目前在陶瓷加工中仅有少量应用。,新型陶瓷成型方法,一、注浆成型 是将陶瓷悬浮料浆注入多孔质模型内，借助模型的吸水能力将料浆中的水吸出，从而在模型内形成坯体。其工艺过程包括悬浮料浆制备、模型制备、料浆浇注、脱模取件、干燥等阶段。,新型陶瓷成型方法,1注浆方法 有实心注浆和空心注浆两种基本方法。另外，为了强化注浆过程，铸造生产的压力铸造、真空铸造、离心铸造等工艺方法也被用于注浆成形，并形成了压力注浆、真空注浆与离心注浆等强化注浆方法。,（1）实心注浆 料浆

13、注入模型后，料浆中的水分同时被模型的两个工作面吸收，注件在两模之间形成，没有多余料浆排出。,新型陶瓷成型方法,a)实心注浆 b)空心注浆 c)离心注浆,（2）空心注浆 料浆注入模型后，由模型单面吸浆，当注件达到要求的厚度时，排出多余料浆而形成空心注件。坯体外形由模型工作面决定，坯体的厚度则取决于料浆在模型中的停留时间。,新型陶瓷成型方法,（3）强化注浆 在注浆过程中，人为地对料浆施加外力，以加速注浆过程进行，提高吸浆速度，使坯体致密度与强度得到提高。强化注浆法有真空注浆、离心注浆和压力注浆等。,适用范围：注浆成型适于制造大型厚胎、薄壁、形状复杂不规则的制品。优点：成型工艺简单，缺点：劳动强度大

14、，不易实现自动化，且坯体烧结后的密度较小，强度较差，收缩、变形较大，所得制品的外观尺寸精度较低，因此性能要求较高的陶瓷一般不采用此法生产。,新型陶瓷成型方法,二、压制成型 压制成型是将经过造粒的粒状陶瓷粉料，装入模具内直接受压力而成型的方法。,（一）造粒 造粒即制备压制成型所用的坯料，它是在陶瓷原料细粉中加入一定量的塑化剂（如4%6%的浓度为5%的聚乙烯醇水溶液，作用是使本无塑性的坯料具有可塑性），制成粒度较粗（约20目左右）、含一定水分、具有良好流动性的团粒，以利于陶瓷坯料的压制成型。,（二）压制方法 压制方法主要有干压成形、等静压成形和热压烧结成形等。1干压成形 将粉料填充到模具内部后，通

15、过单向或双向加压，将粉料压制成所需形状。含水量7%。,新型陶瓷成型方法,干压成形的密度梯度 a)单向加压 b)双向加压,新型陶瓷成型方法,单向加压时，压力的不均匀分布更明显，而且坯体高度与直径之比愈大，压力分布愈不均匀。双向加压方式是上下压头（柱塞）从两个方向向模套内加压，压力分布的不均匀程度减轻，故压坯密度相对较均匀。,为保证坯体质量，干压成形时需根据坯体形状、大小、壁厚及粉料流动性、含水量等情况，控制好成形压力（一般为40100MPa）、加压速度与保压时间等工艺参数。,优点：操作方便，生产周期短，效率高，易于实现自动化生产，适宜大批量生产形状简单（圆截面形、薄片状等）、尺寸较小（高度为0.

16、360mm、直径550mm）的制品；由于坯体含水或其它有机物较少，因此坯体致密度较高，尺寸较精确，烧结收缩小，瓷件力学强度高。缺点：干压成形坯体具有明显的各向异性，也不适于尺寸大、形状复杂制品的生产；所需的设备、模具费用较高。,新型陶瓷成型方法,新型陶瓷成型方法,2.等静压成型 是利用液体或气体介质均匀传递压力的性能，把陶瓷粒状粉料置于有弹性的软模中，使其受到液体或气体介质传递的均衡压力而被压实成形的一种新型压制成形方法。特点：坯体密度高且均匀，烧结收缩小，不易变形，制品强度高、质量好，适于形状复杂、较大且细长制品的制造。但等静压成形设备成本高。分类：冷等静压成形与热等静压成形两种。,新型陶瓷

17、成型方法,冷等静压成型 在室温下，采用高压液体传递压力的等静压成形，根据使用模具不同又分为湿式等静压成形和干式等静压成形两种。,冷等静压成形 a)湿式 b)干式,模具两头并不施压，适宜成型长型、薄壁、管状制品,效率不高，成型多品种、形状复杂、产量小和大型制品。,两者区别在哪里？,新型陶瓷成型方法,这种成形方法借鉴了金属压铸成形的工艺思路，利用石蜡的高温流变特性，对陶瓷石蜡流体进行压力下的铸造成形。,三、热压铸成形,1）料浆的制备：将经过陶瓷粉体与612石蜡和0.1 1硬脂酸或油酸表面活性剂加热到6080再与熔化的石蜡混合即可。2）压铸：在压缩空气作用下充型，保压冷却，脱模。,借鉴金属的挤压成形

18、和轧制成形工艺。,四、塑性成形,将陶瓷粉体和粘结剂、溶剂等置于轧辊上混炼，使之混合均匀，伴随吹风，溶剂逐步挥发，形成一层厚膜；调整轧辊间距，反复轧制，可制得薄片瓷坯。,轧膜成形,复合材料：将两种或两种以上不同性质的材料组合在一起，构成的性能比其组成材料优异的一类新型材料。组成：一类作为基体材料，形成几何形状并起粘接作用，如树脂、陶瓷、金属等；另一类作为增强材料，起提高强度或韧度作用，如纤维、颗粒、晶须等。,第五节 复 合 材 料 成 形,特点：复合材料具有的可设计性、材料和制品一致性的特点；应当根据制品的结构形状和性能要求来选择成形方法。,结构：复合材料是由连续的基体相包围以某种规律分布于其中

19、的分散强化相而形成的多相材料。复合材料的成形工艺主要取决于复合材料的基体，一般情况下，其基体材料的成形工艺方法也常常适用于以该类材料为基体的复合材料，特别是以颗粒、晶须及短纤维为增强体的复合材料。,成型工艺举例：金属材料的各种成形工艺多适用于颗粒、晶须及短纤维增强的金属基复合材料，包括压力铸造、熔模铸造、离心铸造、挤压、轧制、模锻等。,（一）热固性树脂基复合材料的成形 热固性树脂基复合材料以热固性树脂为基体，以无机物、有机物为增强材料。常用的热固性树脂有不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等；常用的增强材料有碳纤维（布）、玻璃纤维（布、毡）、有机纤维（布）、石棉纤维等。碳纤维常用以增强环氧树脂，

20、玻璃纤维常用以增强不饱和聚酯树脂。热固性树脂基复合材料的成形方法主要有：,树脂基复合材料成形,（1）手糊成形 先在涂有脱模剂的模具上均匀涂上一层树脂混合液，再将裁剪成一定形状和尺寸的纤维增强织物，按制品要求铺设到模具上，用刮刀、毛刷或压棍使其平整并均匀浸透树脂、排除气泡。多次重复以上步骤层层铺贴，直至所需层数，然后固化成形，脱模修整获得坯件或制品。,热固性复合材料成形,特点：操作技术简单、灵活，适于多品种、小批量生产，不受制品尺寸和形状的限制，可根据设计要求手糊成形不同厚度、不同形状的制品。生产效率低，劳动条件差且劳动强度大；制品的质量、尺寸精度不易控制，性能稳定性差，强度较其它成形方法低。应

21、用：手糊成形可用于制造船体、储罐、储槽、大口径管道、风机叶片、汽车壳体、飞机蒙皮、机翼、火箭外壳等大中型制件。,（2）喷射成形 喷射成形是将调配好的树脂胶液（多采用不饱和聚酯树脂）与短切纤维（长度2550mm），通过喷射机的喷枪（喷嘴直径1.23.5mm，喷射量860g/s）均匀喷射到模具上沉积，每喷一层（厚度应小于10mm），即用棍子滚压，使之压实、浸渍并排出气泡，再继续喷射，直至完成坯件制作，最后固化成制品。,热固性复合材料成形,图5-37 喷射成形原理图 1树脂罐与泵 2纤维 3喷枪 4模具,喷射成形法特点：生产效率提高，劳动强度降低，适于批量生产大尺寸制品，制品无搭接缝，整体性好。场地

22、污染大，制品树脂含量高（质量分数约65%），强度较低。喷射法可用于成形船体、容器、汽车车身、机器外罩、大型板等制品。,（3）铺层法成形 用手工或机械手，将预浸材料（将连续纤维或织物、布浸渍树脂，烘干而成的半成品材料，如胶布、无纬布、无纬带等）按预定方向和顺序在模具内逐层铺贴至所需厚度（或层数），获得铺层坯件，然后将坯件装袋，经加热加压固化、脱模修整获得制品。铺层成形的制品强度较高，铺贴时，纤维的取向、铺贴顺序与层数可按受力需要，根据材料的优化设计来确定。,热固性复合材料成形,铺层坯件的加温加压固化方法通常有真空袋法、压力袋法、热压罐法等,真空袋法压力约为0.050.07MPa。,压力袋法压力可

23、达0.250.5MPa。,加压和加热使其固化成形，,热压罐法可获得压制紧密，厚度公差范围小的高质量制件，适用于制造大型和复杂的部件，如机翼、导弹载入体、部件胶接组装等。但该法能源利用率低，热压罐重量较大、结构复杂，设备费用高。,应用：高级复合材料已广泛用在航天飞机上，如飞机机翼、舱门、尾翼、壁板、隔板等薄壁件、工字梁等型材。有的已代替金属材料作为主要承力构件。真空袋法、压力袋法和热压罐还可用于手糊成形或喷射成形坯件的加压固化成形。,热固性复合材料成形,（）缠绕法成形 是采用预浸纱带、预浸布带等预浸料，或将连续纤维、布带浸渍树脂后，在适当的缠绕张力下按一定规律缠绕到一定形状的芯模上至一定厚度，经

24、固化脱模获得制品的一种方法。缠绕法成形可以保证按照承力要求确定纤维排布的方向、层次，充分发挥纤维的承载能力，体现了复合材料强度的可设计性及各向异性，因而制品结构合理、比强度高；纤维按规定方向排列整齐，制品精度高、质量好；易实现自动化生产，生产效率高。缠绕法成形需缠绕机、高质量的芯模和专用的固化加热炉等，投资较大。,热固性复合材料成形,缠绕法成形示意图,主要用途：大批量成形需承受一定内压的中空容器，如固体火箭发动机壳体、压力容器、管道、火箭尾喷管、导弹防热壳体、贮罐、槽车等。制品外形除圆柱形、球形外，也可成形矩形、鼓形及其它不规则形状的外凸型及某些复杂形状的回转型。,（）模压成形 模塑料、预浸料

25、以及缠绕在芯模上的缠绕坯料等在金属模具中，在压力和温度作用下经过塑化、熔融流动、充满模腔成形固化而获得制品。模塑料是由树脂浸渍短切纤维经过烘干制成的，如散乱状的高强度短纤维模塑料（纤维含量高）、成卷的片状模塑料(片料宽度1.0mm，厚度2.0mm)、块状模塑料（一定重量和形状的料块）、成形坯模塑料（结构、形状、尺寸与制品相似的坯料）等。,热固性复合材料成形,优点：模压成形方法适用于异形制品的成形，生产效率高，制品的尺寸精确、重复性好，表面粗糙度小、外观好，材料质量均匀、强度高，适于大批量生产。结构复杂制品可一次成形，无需有损制品性能的辅助机械加工。主要缺点是模具设计制造复杂，一次投资费用高，制

26、件尺寸受压机规格的限制。一般限于中小型制品的批量生产。,热固性复合材料成形,热固性复合材料成形,模压成形工艺按成形方法可分为压制模压成形、压注模压成形与注射模压成形。（1）压制模压成形 将模塑料、预浸料（布、片、带需经裁剪）等放入金属对模（由凸模和凹模组成）内，由压力机（大多为液压机）将压力作用在模具上，通过模具直接对模塑料、预浸料进行加压，同时加温，使其流动充模，固化成形。,整个模压过程是在一定温度、压力、时间下进行的，所以温度、压力和时间是控制模压成形工艺的主要参数，其中温度的影响尤为重要。压制模压成形工艺简便，应用广泛，可用于成形船体、机器外罩、冷却塔外罩、汽车车身等制品。,（2）压注模

27、压成形 将模塑料在模具加料室中加热成熔融状，然后通过流道压入闭合模具中成形固化，或:先将纤维、织物等增强材料制成坯件置入密闭模腔内，再将加热成熔融状态的树脂压入模腔，浸透其中的增强材料，然后固化成形，如图所示。,热固性复合材料成形,主要用于：制造尺寸精确、形状复杂、薄壁、表面光滑、带金属嵌件的中小型制品，如各种中小型容器及各种仪器、仪表的表盘、外壳等，还可制作小型车船外壳及零部件等。,（3）注射模压成形 将模塑料在螺杆注射机的料筒中加热成熔融状态，通过喷嘴小孔，以高速、高压注入闭合模具中固化成形;特点:是高效率自动化的模压工艺，适于生产小型复杂形状零件，如汽车及火车配件、纺织机零件、泵壳体、空

28、调机叶片等。,热固性复合材料成形,其它成形方法（1）层压成形 将纸、棉布、玻璃布等片状增强材料，在浸胶机中浸渍树脂，经干燥制成浸胶材料，然后按层压制品的大小，对浸胶材料进行裁剪，并根据制品要求的厚度（或质量）计算所需浸胶材料的张数，逐层叠放在多层压机上，进行加热层压固化，脱模获得层压制品。为使层压制品表面光洁美观，叠放时可于最上和最下两面放置24张含树脂量较高的面层用浸胶材料。,热固性复合材料成形,（2）离心浇注成形 利用筒状模具旋转产生的离心力将短切纤维连同树脂同时均匀喷洒到模具内壁形成坯件；或先将短切纤维毡铺在筒状模具的内壁上，再在模具快速旋转的同时，向纤维层均匀喷洒树脂液浸润纤维形成坯件

29、，坯件达所需厚度后通热风固化。特点：制件壁厚均匀，外表光洁的特点。应用：大直径筒、管、罐类制件的成形。,热固性复合材料成形,（3）拉挤成形 将浸渍过树脂胶液的连续纤维束或带，在牵引机构拉力作用下，通过成形模定形，再进行固化，连续引拔出长度不受限制的复合材料管、棒、方形、工字形、槽形、以及非对称形的异形截面等型材，如飞机和船舶的结构件，矿井和地下工程构件等。拉挤工艺只限于生产型材，设备复杂。,热固性复合材料成形,二、金属基复合材料成形 金属基复合材料是以金属为基体，以纤维、晶须、颗粒、薄片等为增强体的复合材料。基体金属多采用纯金属及合金，如铝、铜、银、铅、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、镍合金等

30、。增强材料采用陶瓷颗粒、碳纤维、石墨纤维、硼纤维、陶瓷纤维、陶瓷晶须、金属纤维、金属晶须、金属薄片等。,金属基复合材料成形,复合（成形）工艺以复合时金属基体的物态不同可分为固相法和液相法。特点：由于金属基复合材料的加工温度高，工艺复杂，界面反应控制困难，成本较高，故应用的成熟程度远不如树脂基复合材料，应用范围较小。目前，主要应用于航空、航天领域。,金属基复合材料成形,（一）颗粒增强金属基复合材料成形 对于以各种颗粒、晶须及短纤维增强的金属基复合材料，其成形通常采用以下方法：（1）粉末冶金法（2）铸造法 一边搅拌金属或合金熔融体，一边向熔融体逐步投入增强体，使其分散混合，形成均匀的液态金属基复合

31、材料，然后采用压力铸造、离心铸造和熔模精密铸造等方法形成金属基复合材料,金属基复合材料成形,（3）加压浸渍 将颗粒、短纤维或晶须增强体制成含一定体积分数的多孔预成形坯体，将预成形坯体置于金属型腔的适当位置，浇注熔融金属并加压，使熔融金属在压力下浸透预成形坯体（充满预成形坯体内的微细间隙），冷却凝固形成金属基复合材料制品，采用此法已成功制造了陶瓷晶须局部增强铝活塞。,金属基复合材料成形,（4）挤压或压延 将短纤维或晶须增强体与金属粉末混合后进行热挤或热轧，获得制品。,(二）纤维增强金属基复合材料成形（1）扩散结合法 该法是连续长纤维增强金属基复合材料最具代表性的复合工艺。按制件形状及增强方向要求

32、，将基体金属箔或薄片、以及增强纤维裁剪后交替铺叠，然后在低于基体金属熔点的温度下加热加压并保持一定时间，基体金属产生蠕变和扩散，使纤维与基体间形成良好的界面结合，获得制件。,金属基复合材料成形,特点：易于精确控制，制件质量好。但由于加压的单向性，使该方法限于制作较为简单的板材、某些型材及叶片等制件。,扩散结合法示意图 a)金属箔复合法 b)金属无纬带重叠法 c)表面镀有金属的纤维结合法,（2）熔融金属渗透法 在真空或惰性气体介质中，使排列整齐的纤维束之间浸透熔融金属，如图-44所示。,金属基复合材料成形,常用于连续制取圆棒、管子和其它截面形状的型材，而且加工成本低。,熔融金属渗透法示意图 a)

33、毛细管上升法 b)压力渗透法 c)真空吸铸法,（3）等离子喷涂法 在惰性气体保护下，等离子弧向排列整齐的纤维喷射熔融金属微粒子。特点:是熔融金属粒子与纤维结合紧密，纤维与基体材料的界面接触较好；微粒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，又不损伤纤维。在等离子喷涂的同时，可以将喷涂后的纤维随即缠绕在芯模上成形。喷涂后的纤维经过集束层叠，再用热压法压制成制品。,金属基复合材料成形,(三）层合金属基复合材料的成形 层合金属基复合材料是由两层或多层不同金属相互紧密结合组成的材料，可根据需要选择不同的金属层。其成形方法有轧合、双金属挤压、爆炸焊合等。（1）轧合 将不同的金属层通过加热、

34、加压轧合在一起，形成整体结合的层压包覆板。包覆层金属的厚度范围一般是层压板厚度的2.520。（）双金属挤压 将由基体金属制成的金属芯，置于由包覆用金属制成的套管中，组装成挤压坯，在一定压力、温度条件下挤压成带无缝包覆层的线材、棒材、矩形和扁型材等。（）爆炸焊合 这是一种焊接方法，利用炸药爆炸产生的爆炸力使金属叠层间整体结合成一体。,金属基复合材料成形,三、陶瓷基复合材料成形 陶瓷基复合材料的成形方法分为两类，一类是针对陶瓷短纤维、晶须、颗粒等增强体，复合材料的成形工艺与陶瓷基本相同，如料浆浇铸法、热压烧结法等；另一类是针对碳、石墨、陶瓷连续纤维增强体，复合材料的成形工艺常采用料浆浸渗法、料浆浸

35、渍后热压烧结法和化学气相渗透法。（1）料浆浸渗法 将纤维增强体编织成所需形状，用陶瓷浆料浸渗，干燥后进行烧结。该法的优点是不损伤增强体，工艺较简单，无需模具。缺点是增强体在陶瓷基体中的分布不大均匀。,陶瓷基复合材料成形,（2）料浆浸渍热压成形法 将纤维或织物增强体置于制备好的陶瓷粉体浆料里浸渍，然后将含有浆料的纤维或织物增强体布成一定结构的坯体，干燥后在高温、高压下热压烧结为制品。与浸渗法相比，该方法所获制品的密度与力学性能均有所提高。（3）气相渗透工艺 将增强纤维编织成所需形状的预成形体，并置于一定温度的反应室内，然后通入某种气源，在预成形体孔穴的纤维表面上产生热分解或化学反应沉积出所需陶瓷基质，直至预成形体中各孔穴被完全填满，获得高致密度、高强度、高韧度的制件。,陶瓷基复合材料成形,