復(fù)合材料的制備方法

5.復(fù)合材料的制備方法5.1制造方法概述復(fù)合材料的制備,由于有增強(qiáng)相材料的處理如纖維的處理、分散、致密化等問(wèn)題,對(duì)復(fù)合材料的性能影響較大,因此其制備技術(shù)有許多新的工藝。例如,漿液滲透與混合、化學(xué)氣相滲透(CVI)和化學(xué)氣相沉積涂覆(CVD)纖維。由于增強(qiáng)顆粒一般不用或很少用特殊處理，因此顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料多沿用傳統(tǒng)的制備工藝。5.2傳統(tǒng)的制備工藝

陶瓷制備工藝主要由以下幾部分組成：粉體制備

成形燒結(jié)每一步又有許多種方法

5.2.1粉體的制備

粉體性能直接影響陶瓷的性能，為了獲得性能優(yōu)良的陶瓷基復(fù)合材料，制備出高純、超細(xì)、組分均勻分布和無(wú)團(tuán)聚的粉體是關(guān)鍵的第一步。粉體的制備可分為機(jī)械制粉和化學(xué)制粉兩種

粉體的制備化學(xué)制粉優(yōu)點(diǎn)：得到性能優(yōu)良的高純、超細(xì)、組分均勻的粉料,其粒徑可達(dá)10nm以下，是一類很有前途的粉體（尤其是多組分粉體）制備方法。缺點(diǎn)：需要較復(fù)雜的設(shè)備、制備工藝要求嚴(yán)格，因而成本也較高。機(jī)械混合制備多組分粉體優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)量大，缺點(diǎn)：得到的粉體組分分布不均勻，特別是當(dāng)某種組分很少的時(shí)候。另外，這種方法常常會(huì)給粉體引入雜質(zhì)，如球磨時(shí)，磨球及滾筒的磨損物都將進(jìn)入粉料。粉體的制備化學(xué)制粉：固相法、液相法和氣相法液相法是目前工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室廣泛采用的方法,主要用于氧化物系列超細(xì)粉末的合成。氣相法多用于制備超細(xì)高純的非氧化物粉體；近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的多組分氧化物細(xì)粉的技術(shù)有化學(xué)共沉淀法、溶膠-凝膠法、冰凍干燥法、金屬烴氧化物水解法及噴霧熱分解法等；利用反應(yīng)放熱合成陶瓷粉體，如自蔓延高溫燃燒合成(SHS)：利用起始材料之間的燃燒反應(yīng)放熱，從反應(yīng)物料一端點(diǎn)火，放熱反應(yīng)迅速蔓延到另一端而無(wú)需外界再提供能量。這種方法簡(jiǎn)便易操作。5.2.1成形

重要性：成形是獲得高性能材料的關(guān)鍵。缺陷的影響：坯體在成型中形成的缺陷會(huì)在燒成后極顯著地表現(xiàn)出來(lái)。收縮性：一般坯體的成型密度越高則燒成中的收縮越小，制品的尺寸精度越容易控制。發(fā)展方向：高坯體密度、低缺陷的近尺寸成型（燒成前后坯體尺寸變化很?。?）

干壓成型（Drypressing）干壓成型（模壓成型）方式：將粉料填充到模具內(nèi)部后，通過(guò)單向或雙向加壓，將粉料壓成所需形狀。優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)效率高，易于自動(dòng)化，是常用的方法之一。缺點(diǎn)：粉料容易團(tuán)聚，坯體厚度大時(shí)內(nèi)部密度不均勻，制品形狀可控精度差，且對(duì)模具質(zhì)量要求高、復(fù)雜形狀的部件模具設(shè)計(jì)較困難。干壓成型的粘合劑

種類配方或用量特點(diǎn)石蠟7～12%，常用量8%室溫時(shí)在壓力下能流動(dòng)不易于從坯體中排除酚醛漆（高頻清漆）8～15%工藝簡(jiǎn)單、坯體強(qiáng)度高價(jià)格貴聚乙烯醇（PVA）水溶液3～5%工藝簡(jiǎn)單，氣孔率低機(jī)械強(qiáng)度稍差水、油酸、煤油粘合劑粉料100kg、煤油1000ml、油酸1500ml、水7kg工藝簡(jiǎn)單、氣孔率低生坯強(qiáng)度較低亞硫酸紙漿廢液水90%、亞硫酸紙漿廢液10%。加入量為8～10%價(jià)廉易得、工藝簡(jiǎn)單坯體強(qiáng)度低苯膠甲苯（二甲苯）70%，苯乙烯30%。加入量為8～16%工藝簡(jiǎn)單，生坯有一定強(qiáng)度價(jià)格貴且有毒干壓成型加壓方式：?jiǎn)蜗蚣訅菏軌阂欢藟毫Υ?，離加壓端越遠(yuǎn)、坯體密度越小。雙向加壓時(shí)兩端直接受壓密度大，中間密度較小。因此雙向加壓坯體密度不均勻性要比單向加壓小得多，但雙向加壓的模具比較復(fù)雜。成型壓力：其大小直接影響瓷件的密度和收縮率。一般成型壓力大，燒結(jié)后產(chǎn)品收縮小、密度高。但壓力超過(guò)一定值時(shí)，瓷件密度提高很少。而且當(dāng)壓力過(guò)大時(shí)，坯件還易出現(xiàn)裂紋、分層和脫模困難等現(xiàn)象。壓模下落速度：宜緩慢些，加壓速度過(guò)快會(huì)導(dǎo)致坯體分層、坯體內(nèi)夾雜氣泡、表面致密而中間松散等缺陷。批量生產(chǎn)時(shí)加壓應(yīng)均勻一致，否則會(huì)引起瓷件薄厚不均勻造成廢品。2）

等靜壓成型(IsostaticPressing)濕袋式等靜壓（Wet-bagisostaticpressing，也叫濕法等靜壓)：將粉料裝入橡膠等可變形的容器中，密封后放入液壓油或水等流體介質(zhì)中，加壓獲得所需的形狀。優(yōu)點(diǎn)：粉料不需要加粘合劑、坯體密度均勻性好、所成型的制品幾乎不受限制，并具有良好的燒結(jié)體性能。缺點(diǎn)：僅適用于簡(jiǎn)單形狀制品，形狀和尺寸控制性差，而且生產(chǎn)效率低、難于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化批量生產(chǎn)。干袋式等靜壓（干式等靜壓）：將加壓橡膠袋封緊在高壓容器中，加料后的彈性模送入壓力室中，加壓成型后退出來(lái)脫模。也可將模具固定在高壓容器中，加料后封緊模具加壓成型。優(yōu)點(diǎn)：模具不和加壓液體直接接觸，可以減少模具的移動(dòng)，不要調(diào)整容器中的液面和排除多余的空氣，因而能加速取出壓好的坯體，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)等靜壓。缺點(diǎn)：只是在粉料周圍受壓，粉體的頂部和底部都無(wú)法受到壓力。這種方法只適用于大量壓制同一類型的產(chǎn)品，特別是幾何形狀簡(jiǎn)單的產(chǎn)品，如管子、圓柱等。等靜壓成型設(shè)備的主要部件：高壓容器和高壓泵。輔助設(shè)備：高壓管道、高壓閥門(mén)、高壓表及彈性模具等。對(duì)模具材料的要求：能均勻伸長(zhǎng)、展開(kāi)，不易斷裂也不能太硬，能耐液體介質(zhì)作用。常用的材料：橡膠、乳膠和塑料等。橡膠、乳膠受高壓后易變形、成本高；塑料易制作，受壓后變形不大、成本也較低。

3）熱壓鑄成型（Hotpressingcasting）

定義：將粉料與蠟或有機(jī)高分子粘結(jié)劑混合后，加熱使混合料具有一定流動(dòng)性，然后將混合料加壓注入模具，冷卻后即可得到致密的較硬實(shí)的坯體。優(yōu)點(diǎn)：適用于形狀比較復(fù)雜的部件，易于工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。缺點(diǎn)：坯體中的蠟含量較高（約23%），燒成時(shí)排蠟周期長(zhǎng)，薄壁且大而長(zhǎng)的制品易變形撓屈。熱壓鑄成型工藝特點(diǎn):(a)采用熟料，即坯料需預(yù)先煅燒，一是為了形成具有良好流動(dòng)性的鑄漿，二是為了減少瓷件的收縮率、提高產(chǎn)品的尺寸精度。(b)鑄漿溫度、模具溫度、壓力大小及其持續(xù)時(shí)間是控制的關(guān)鍵。采用石蠟作粘結(jié)劑時(shí)，鑄漿溫度一般小于100℃；模具溫度決定鑄漿在模子中的冷卻速度，一般對(duì)薄壁件模具在10～20℃，厚壁件則為0～20℃；成型壓力根據(jù)制品形狀、尺寸而定，通常采用3～5個(gè)大氣壓，鑄造薄壁和高大的坯件時(shí)壓力應(yīng)大，反之應(yīng)小；壓力持續(xù)時(shí)間以保證漿料充滿整個(gè)模腔為準(zhǔn)，由鑄漿的溫度、性能和制品的形狀、尺寸所決定。當(dāng)鑄漿導(dǎo)熱性低、鑄漿和鑄模的溫度高、制品厚度大且形狀復(fù)雜時(shí)，壓力持續(xù)時(shí)間應(yīng)長(zhǎng)些。4）擠壓成型（Extrusionmolding）

定義：又稱擠制或擠出成型，是利用壓力把具有塑性的粉料通過(guò)模具擠出，成形其截面形狀為模具形狀的坯體。適用性：短柱狀、纖維狀、空心管狀體及厚板狀坯體等沿?cái)D出方向外形平直的制品。對(duì)粉體的要求：陶瓷粉料具有可塑性，即受力時(shí)有良好的形變能力，而且要求成型后粉料能保持原形或變形很小。優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高、產(chǎn)量大、操作簡(jiǎn)便缺點(diǎn)：不適宜三維復(fù)雜形狀制品，而且對(duì)二維制品還要求外形平直。設(shè)備：擠壓機(jī)，分為臥式和立式擠壓機(jī)兩種。前者用于擠壓比較大型的瓷棒或瓷管；后者用于擠壓小型瓷管和瓷棒。常用的有機(jī)粘結(jié)劑：糊精（加入量不超過(guò)6%）、桐油（4%）、羧甲基纖維素和甲基纖維素水溶液（28%）、亞硫酸紙漿廢液等。5）軋膜成型（Rollcompacting）

定義：也稱為滾（輥）壓成型，是將加入粘結(jié)劑的粉料放入相向滾動(dòng)的軋輥之間，使物料不斷受到擠壓，得到薄膜狀坯體的一種成型方法。特點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、膜片厚度均勻、設(shè)備較簡(jiǎn)單，能夠成型出厚度很?。蛇_(dá)10μm）的膜片，并且產(chǎn)品燒成溫度比干壓法低10～20℃。粘結(jié)劑：聚乙烯醇（聚合度1400～1700為宜）水溶液和聚醋酸乙烯脂（聚合度400～600為宜）配制軋膜料時(shí)，聚乙烯醇水溶液一般用量在30～40%之間，聚醋酸乙烯脂在20～25%之間，通常還要外加2～5%的甘油增塑劑。當(dāng)粉料呈中性或弱酸性時(shí)，用聚乙烯醇好；當(dāng)粉料呈中性或弱堿性時(shí)用聚醋酸乙烯脂較好。6）注漿成型（Slipcasting）

定義：在石膏模中進(jìn)行，把一定濃度的漿料注入石膏模中，與石膏相接觸的外圍層首先脫水硬化，粉料沿石膏模內(nèi)壁成型出所需形狀。坯體粉料：水=100：（30～50），當(dāng)加入0.3～0.5%阿拉伯樹(shù)膠時(shí)，瓷料的含水量可降到22～24%。特點(diǎn)：可成型形狀相當(dāng)復(fù)雜的制品7）流延法成型

（Tapecasting/Doctorblade）

定義：將超細(xì)粉中混入適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑制成流延漿料，然后通過(guò)固定的流延嘴及依靠料漿本身的自重將漿料刮成薄片狀流在一條平移轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)形鋼帶上，經(jīng)過(guò)上下烘干道，鋼帶又回到初始位置時(shí)就得到所需的薄膜坯體。優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率比軋膜成型大大提高，易于連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)；流延膜的厚度可薄至2～3μm、厚至2～3mm，膜片彈性好、坯體致密。缺點(diǎn)：對(duì)有機(jī)溶劑的選擇比較敏感，同時(shí)水含量及水質(zhì)對(duì)料漿流變性、坯體密度、產(chǎn)品部件的拉伸強(qiáng)度均有較大的影響。

8）注射成型（Injectionmoulding）

定義：注射成形是喂料在溫度和壓力作用下均勻填充注射模具模腔，獲得所需形狀的無(wú)缺陷成形坯的過(guò)程。把陶瓷粉料與熱塑性樹(shù)脂等有機(jī)物混煉后得到的混合料在注射機(jī)上于一定溫度和壓力下高速注入模具，迅速冷凝后脫模取出坯體。

優(yōu)點(diǎn)：適合大批量生產(chǎn)陶瓷部件，成本可很低，成品的最終尺寸可以控制、一般不必再修整，適于經(jīng)濟(jì)地制作具有不規(guī)則表面、孔道等復(fù)雜形狀的制品。缺點(diǎn)：脫脂時(shí)間長(zhǎng)，澆口封凝后內(nèi)部不均勻性

粉末注射成形

工藝流程

粉末注射成形技術(shù)的特點(diǎn)（1）可以直接制備出具有最終形狀和尺寸的復(fù)雜零部件

例如：非對(duì)稱零件，帶溝槽、橫孔、盲孔的零件，壁厚變化比較大的零件，表面帶花紋和文字的零件等。

（2）產(chǎn)品性能優(yōu)越

由于PIM產(chǎn)品微觀組織均勻，沒(méi)有鑄造工藝中出現(xiàn)的粗大結(jié)晶組織和成分偏析，產(chǎn)品密度高，其力學(xué)性能要明顯優(yōu)于精密鑄造材料和傳統(tǒng)粉末冶金材料。

（3）可以實(shí)現(xiàn)零部件一體化

由于加工技術(shù)或材料性能的原因，有些部件采用傳統(tǒng)技術(shù)制造時(shí)，需要加工成幾個(gè)零件來(lái)組裝，有時(shí)幾個(gè)零件的材料還不一樣。采用PIM技術(shù)則可以直接制成一個(gè)整體的復(fù)合部件。集束箭彈小箭鎢基合金箭頭鐵基合金尾翼霰彈槍

高分子材料金屬材料陶瓷材料復(fù)合材料（4）材料適應(yīng)性廣

可以說(shuō)：能制成合適粉末的任何材料都可以用PIM技術(shù)制造零部件。

（5）生產(chǎn)成本低主要表現(xiàn)在：可以減少甚至消除機(jī)加工；材料利用率高；生產(chǎn)線建設(shè)規(guī)模靈活、投資少；生產(chǎn)線高度自動(dòng)化。粉末注射成形與傳統(tǒng)成形技術(shù)的比較復(fù)雜形狀高性能低成本PIM特點(diǎn)：以較低的成本生產(chǎn)出高性能的復(fù)雜形狀零部件。9）壓力滲濾工藝（Pressurefiltration）

定義：由注漿成型基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)。料漿通過(guò)靜壓讓模腔內(nèi)液態(tài)介質(zhì)通過(guò)多孔模壁排除而使陶漿粉料固化成坯體。

優(yōu)點(diǎn)：適用于晶須或纖維補(bǔ)強(qiáng)的復(fù)合材料的成型

缺點(diǎn)：制備實(shí)心大截面陶瓷坯體時(shí)，由于滲慮阻力大及壓力損失等問(wèn)題，易使坯體產(chǎn)生密度不均勻

10）離心成型(CentrifugalCasting)定義：也稱離心注漿成型。將料漿注入容器中，利用大的離心力使固態(tài)顆粒沉降在容器內(nèi)壁而成型優(yōu)點(diǎn)：較適合于空心柱狀部件，缺點(diǎn)：坯體的密度沿離心方向變化。

11）凝膠鑄模成型（Gelcasting）

定義：把粉體分散于含有有機(jī)體的溶液中形成泥漿，然后將泥漿填充到模具中，在一定溫度和催化劑條件下有機(jī)體發(fā)生聚合，使體系發(fā)生膠凝，模內(nèi)的料漿在原位成型。經(jīng)干燥后可得到強(qiáng)度較高的坯體。特點(diǎn)：收縮小，干燥收縮為1～4%、燒結(jié)收縮為16～17%，生坯強(qiáng)度高，有機(jī)粘結(jié)劑用量低，并且可以成型形狀復(fù)雜及大截面尺寸的部件。

凝膠注模成形技術(shù)90年代初，美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室MarkA，Janney教授等人提出了凝膠注模成形技術(shù)(gelcasting)，首次將傳統(tǒng)陶瓷工藝和聚合物化學(xué)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，開(kāi)創(chuàng)了在陶瓷成形工藝中利用高分子單體聚合進(jìn)行成形的技術(shù)詳細(xì)的研究了鐵基粉末凝膠注模成形藝中分散劑、固相體積含量、與鐵粉漿料粘度之間的關(guān)系，并扼要的介紹了燒結(jié)制度對(duì)成品性能的作用，以及燒結(jié)體的顯微結(jié)構(gòu)和性能。

PropertiesofsamplesmadebygelcastingProcessρg.cm-3σbbMPaHBCommonP/M7.004570Gelcasting6.9861110成功地將該工藝用于金屬粉末.鐵基銅基采用新開(kāi)發(fā)的有機(jī)黏結(jié)劑體系，成功地將凝膠鑄模成形工藝應(yīng)用于鋁基粉末。得到了成形坯體密度和強(qiáng)度較高，收縮率小，形狀較為復(fù)雜的零部件坯體。通過(guò)在原材料粉末中添加1wt%的鎂粉，并在露點(diǎn)為－40℃的氮?dú)鈿夥障聼Y(jié)，成地制備了鋁基燒結(jié)零件。由于有少量AlN的生成使燒結(jié)鋁基材料得到強(qiáng)化，抗彎強(qiáng)度達(dá)到325MPa，比普通燒結(jié)鋁的抗彎強(qiáng)度（190MPa）高。鋁基Papers劉衛(wèi)華，郭志猛，賈成廠等，凝膠注模成形的研究現(xiàn)狀與前景展望，電工材料，2004（4）:27～30Chengchang

Jia，WeihuaLiu，Zhimeng

Guo.AnApplicationonGelCastingProcessinIronPowderMetallurgy,JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing,JofUniv.ofSci.&Tech.Beijing,2006,13(1):29~33劉衛(wèi)華，賈成廠.鐵基粉末凝膠注模成形研究，粉末冶金工業(yè)，2006，16（1）：6~10劉衛(wèi)華，賈成廠.凝膠注模成形技術(shù)理論研究，材料導(dǎo)報(bào)，2006，20（1）：19~22劉衛(wèi)華，賈成廠.鐵銅碳合金凝膠注模成形工藝研究，材料工程2006，4：33~36劉衛(wèi)華，賈成廠，史延濤，高碳鋼凝膠注模成形工藝，北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，28（4），361~364LIUWeihua,JIAChengchang,SHIYantao,andHANYuepeng,Copperbasematerialspreparedbygel-castingprocess,RAREMETALS,2008,27(1):78~82史延濤，胡學(xué)晟，賈成廠，韓躍朋，鋁基材料的凝膠注模成形，粉末冶金工業(yè)，2007，17（6）：28～32LIUWeihua,JIAChengchang,SHIYantao,Gelcastingtechniqueofiron-carbonpowder,BeijingKeji

Daxue

Xuebao/JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing,2006,v28,n4,p361-364(EI:06249938371)韓躍朋,徐自偉,賈成廠,非水基凝膠注模成形高氮無(wú)鎳不銹鋼粉末的研究,粉末冶金技術(shù)，2009，27（1），40-44高杰,賈成廠，非水基凝膠注模成形高速鋼粉末的研究，金屬世界，2008，3：69-7012）直接凝固成型

（Directcoagulationcasting）

工藝思路：巧妙地把膠體化學(xué)與生物化學(xué)結(jié)合起來(lái)。利用膠體顆粒的靜電或位阻效應(yīng)，制備出固相體積分?jǐn)?shù)高、分散性好的懸浮體或料漿，同時(shí)引入延遲反應(yīng)的催化劑。料漿注入模具后通過(guò)酶在料漿中的催化反應(yīng)、或者增加高價(jià)鹽濃度、或使底物與酶反應(yīng)釋放出H+或OH-來(lái)調(diào)節(jié)體系的pH值，從而使體系的ζ—電位移向等電位點(diǎn)，使泥漿聚沉成型特點(diǎn)：固相體積分?jǐn)?shù)高（50～70%wt），顯微結(jié)構(gòu)均勻，，可成型復(fù)雜形狀的陶瓷制品，特別適用于大截面尺寸的試樣。有機(jī)物含量低（僅為0.1～1.0%），不需要專門(mén)的脫脂過(guò)程；所用模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料成本也較低三種成型工藝的比較

性能要素注射成型凝漿成型直接凝固成型陶瓷材料（已經(jīng)驗(yàn)證部分）所有的氧化物和非氧化物陶瓷氧化鋁

Al2O3,ZrO2,Al2O3/ZrO2,SiC,Si3N4

添加劑有機(jī)熱塑樹(shù)脂酰胺單聚物有機(jī)物添加劑的添加量40～5010～200.1～1.0坯體密度（Al2O3vol%)45～5550～6060～75添加劑脫脂和持續(xù)時(shí)間困難數(shù)天至數(shù)周比較簡(jiǎn)單3～4天（毒性氣體）不需要坯體強(qiáng)度高中等中等燒結(jié)密度(Al2O3,1550℃)95～9895～9899～99.5有毒藥品無(wú)毒至有毒有毒無(wú)毒脫脂釋放氣體高至中等毒性高至中等毒性無(wú)毒模具結(jié)構(gòu)和成本復(fù)雜，貴簡(jiǎn)單，便宜簡(jiǎn)單，便宜坯體成型時(shí)間(h)10～1001～22～4添加劑成本(元/kg陶瓷粉）20～10010～201～2小結(jié)

隨著陶瓷及其復(fù)合材料的迅速發(fā)展，陶瓷材料的成型工藝正在發(fā)展成為一門(mén)涉及多學(xué)科的綜合科學(xué)技術(shù)。它不僅需要考慮陶瓷粉體的物理性質(zhì)（如顆粒大小、尺寸分布、成型應(yīng)力分布及顆粒團(tuán)聚等），還要考慮到材料混合中的化學(xué)行為如流變學(xué)、表面與膠體化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、電化學(xué)、催化反應(yīng)等等問(wèn)題。如何利用這些學(xué)科的新成果、并吸收機(jī)械和電子技術(shù)方面成熟的方法，對(duì)陶瓷成型的發(fā)展有重要的意義。5.2.2燒結(jié)

指在高溫作用下，瓷料發(fā)生一系列物理化學(xué)變化并由松散狀態(tài)逐漸致密化，且機(jī)械強(qiáng)度大大提高的過(guò)程。在燒成中，瓷料要發(fā)生燒結(jié)、晶粒生長(zhǎng)、溶質(zhì)脫溶或晶界產(chǎn)生分凝等現(xiàn)象，在燒結(jié)后期還可能出現(xiàn)二次再結(jié)晶過(guò)程。一般燒結(jié)的驅(qū)動(dòng)力為體系的表面能和缺陷能。粉料越細(xì)則表面能越高，新生態(tài)物質(zhì)的缺陷濃度較高也即缺陷能較高。因此原料越細(xì)、活性越高，燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力越大。從這個(gè)角度，燒成實(shí)際上是體系表面能和缺陷能降低的過(guò)程，通常體系能量的降低靠的是高溫?zé)崮芗せ钕碌奈镔|(zhì)傳遞過(guò)程。

燒結(jié)過(guò)程中的傳質(zhì)機(jī)理

⑴粘塑性流動(dòng)過(guò)程；⑵擴(kuò)散過(guò)程，包括體積和表面、界面的擴(kuò)散⑶蒸發(fā)—凝結(jié)過(guò)程；⑷溶解—沉析過(guò)程。不同傳質(zhì)機(jī)理在不同的情況下出現(xiàn)。固相燒結(jié)過(guò)程，主要出現(xiàn)⑵、⑶過(guò)程；而在固—液相燒結(jié)中主要出現(xiàn)⑴、⑷過(guò)程。在復(fù)雜的燒結(jié)中四種情況并存。燒結(jié)三個(gè)階段從室溫至最高燒成溫度的升溫階段：發(fā)生有機(jī)物和水的揮發(fā)、結(jié)晶水的排除、相變等過(guò)程，升溫速度不能太快。在最高溫度的保溫階段：即燒結(jié)溫度，該溫度的確定很重要，不同的粉料有不同的燒成溫度范圍。寬的可至40～100℃，窄的只有10～20℃左右。從最高溫降至室溫的冷卻階段：對(duì)結(jié)晶力強(qiáng)的相變材料?？炖涮幚恚缰苽銹SZ陶瓷時(shí)，常快冷至1100℃以下后隨爐冷卻?；罨療Y(jié)為了降低溫度、提高燒結(jié)活性常引入少量添加劑，包括助熔劑、礦化劑和改性加入物等。如在Al2O3中引入1%TiO2就可使燒結(jié)溫度降低一百多度。一般來(lái)說(shuō)促進(jìn)體擴(kuò)散而抑制晶粒成長(zhǎng)的加入物都是促進(jìn)燒結(jié)的加入物。有時(shí)也通過(guò)物理活化（如機(jī)械振動(dòng)、加壓爆炸等）或化學(xué)（如火焰、電弧等離子體等氣化物料）的方法，使粉料產(chǎn)生缺陷結(jié)構(gòu)，提高粉料的燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力。近年來(lái)開(kāi)發(fā)的等離子放電燒結(jié)即屬于此類活化燒結(jié)。其工藝特點(diǎn)是將粉料裝于石墨模具中，先施加脈沖電流使粉體顆粒間產(chǎn)生等離子體，發(fā)生放電反應(yīng)活化顆粒表面，然后施加壓力并通以直流電導(dǎo)電加熱試件使之致密化。燒結(jié)影響燒結(jié)的因素很多，如坯體的初始密度、燒結(jié)氣氛等。熱壓燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)：通過(guò)給粉料加高溫的同時(shí)施加外力的方式進(jìn)行燒結(jié)。尤其對(duì)一些難于燒結(jié)的材料，加壓燒結(jié)有無(wú)可比擬的優(yōu)越性。還可利用反應(yīng)燒結(jié)的方法使材料合成和燒結(jié)同時(shí)完成。

5.3特殊的新型制備方法

5.3.1氣相的化學(xué)反應(yīng)

CVD法（ChemicalVaporDeposition）

CVD法原來(lái)是用于陶瓷的涂層和纖維的制造等的方法。在反應(yīng)裝置里通入作為原料的氣體，使減壓的氣體在基體的表面發(fā)生反應(yīng)。從化學(xué)反應(yīng)的原理上看，CVD法中有以下幾類反應(yīng)。①熱分界反應(yīng)，②氫還原反應(yīng)，③復(fù)合反應(yīng)，④與基板的反應(yīng)。在復(fù)合材料的制造中，上述方法的①③④使用較多。CVD法CVD法中使用的基體與氣體

生成的基體原料氣體碳BSiCSi3N4B4CTiC,ZrCTiB2,ZrB2BNAl2O3,ZrO2CH4,C3H8,C2H2,C6H6BCl3-H2,BBr3-H2CH3SiCl3-H2,(CH3)2SiCl2-H2,SiCl4-CH4-H2SiCl4-NH3BCl3-CH4-H2,BBr3-CH4-H2MeCl4-CH4-H2(Me=Ti,Zr)MeCl4-BCl3-H2(Me=Ti,Zr)BCl3-NH3-H2AlCl3-H2-CO2,ZrCl4-H2-CO2CVD法的主要優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可以得到晶體結(jié)構(gòu)良好的基體；對(duì)由強(qiáng)化材料構(gòu)成的預(yù)成形體的附著性好，可以制得形狀復(fù)雜的復(fù)合材料；纖維或晶須與析出基體間的密著性好。缺點(diǎn)工序時(shí)間較長(zhǎng)；對(duì)預(yù)成性體的加熱反應(yīng)可能會(huì)引起纖維或晶須等強(qiáng)化材料的性能下降?；瘜W(xué)氣相滲透CVI

(ChemicalVaporInfiltration)作為陶瓷基復(fù)合材料的一種制備方法，CVI法近年來(lái)在美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)等歐美國(guó)家進(jìn)行了較多的研究。與CVD法相比，主要有以下特點(diǎn)：析出的表面積較大，因此所需時(shí)間較短；可以在預(yù)成形體內(nèi)部析出，因此可以用于有一定厚度的材料的成形。CVI(a)等溫法(b)溫度梯度法(c)(d)溫度梯度與壓力差并用法(e)脈沖法CVICVI法的特征①預(yù)成形體內(nèi)存在有氣體的濃度梯度；②預(yù)成形體內(nèi)存在有溫度梯度；③由于溫度梯度的影響使預(yù)成形體內(nèi)的壓力形成梯度。

CVD與CVI