陶瓷基复合材料制件成形方法及优缺点分析

陶瓷基复合材料制件的成形方法有十余种，常用的主要有以下几种。

1.长纤维复合材料制件

（1）粘合液浸渍热压成形这包括先将纤维通过粘合液浸渍一下，粘结液是陶瓷粉、树脂粘结剂和水的混合物，然后将纤维绕成单层件，再将单层件以单一纤维取向或多种纤维取向叠成多层件，加热和加压以除去粘结剂和达到一定的密度。为了获得较高的密度，加热到接近或超过基体软化的温度，以使基体在纤维之间能作粘性流动，这种技术比较适合于玻璃或玻璃陶瓷材料基体而不是耐热陶瓷基体，因为过高的热压温度可损伤纤维基体产生化学反应。对于SiC增强的反应结合氮化硅，则可将SiC纤维用硅基粘结液浸渍，随后将硅颗粒在热压温度（近乎1400℃）下氮化，这种粘结液浸渍使复合材料的密度可高于理论密度的98%。浸渍法的优点是不损伤增强体，不需要成形模具，能制造型零件，工艺较简单。缺点是增强体与基体的比例难以精确控制、增强体在基体中的分布不太均匀。

（2）化学气相沉积成形法在具有开口通气孔的增强体骨架上，沉积所需陶瓷基制备陶瓷基复合材料的方法。工艺过程为先将纤维做成所需形状的预成形体，保持开口通气孔率在25%～45%左右，然后将预成形体置于对应沉积温度下通入源气，利用源气的扩散作用使其穿过预成形体，源气在沉积温度下热解或反应生成所需的陶瓷基沉积在预成形体上，当沉积下来的基质逐步填满开口通气孔后，工艺过程即结束，用此法制备的材料密度约为理论密度的70%～90%，在高温下有中等的抗氧化能力。

（3）化学气相浸渍成形法该法是化学气相沉积工艺的改进，工艺的特点在于：预成形体的一侧处于高温区沉积温度下，另一侧用水冷保持较低温度。源气从低温侧进入，到达高温区后发生热分解或化学反应沉积出所需基质。随沉积时间延长，高温侧密度提高，热导率增加，高温区向低温侧移动，直到各个预成形体中空穴被完全填满，最终获得高密度的复合材料。而压力梯度保持出口处的低压更有利于源气穿过预成形体，提高材料密度。化学气相浸渍法采用温度梯度和压力梯度，克服了化学气相沉积法易于填塞开口通气孔，难于获得大尺寸、高密度材料的缺点，可获得高强度、高韧性、高临界应变的复合材料。(www.xing528.com)

2.颗粒或晶须增强复合材料制件

将一般陶瓷件的制备工艺做小的改动即可。将第二相，如颗粒、晶须或短纤维在最佳条件下混入陶瓷粉稀浆中，随后成形、干燥和烧结，烧结通常要求热压。对于颗粒复合材料，混合不好可使复合材料成为非物质的，带有一种相或另一种相的结块，使力学性能下降。

在晶须增强复合材料的情况，混合程序比较复杂，包括将50～200μm尺寸的晶须结块分散成亚微米级的。在混合晶须之前有时必须将拉长的晶须（如SiC晶须）与夹杂物（如大的SiC颗粒）分开，用未经分离晶须所制得的晶须复合材料，由于有SiC颗粒形成的缺陷，力学性能下降。对于单轴热压的晶须复合材料会产生出垂直加压轴晶须取向的不同，导致力学性能的各向异性。此外，热压SiC晶须复合材料的微观组织分析表明，在晶须与基体之间没有化学的相互作用，但有时沿晶须-基体界面会出现一薄的玻璃膜，这会影响界面的性质和厚度并可改变其力学性能。