复合材料成型工艺

4.4.3　复合材料成形技术

复合材料工艺的发展是复合材料发展最重要的基础和条件，只有复合材料工艺的完善才能保证复合材料性能的实现。复合材料工艺发展在继承和吸取各种传统工艺精华的同时，充分利用了当代高新技术的成果。如玻璃钢管的传统生产方法是单件定长缠绕，改进为连续缠管后，不但生产效率提高，质量稳定，而且可以生产不同管壁结构的管材。为了适应节省能源的世界性趋势，现已研制出反应注射模塑和增强反应注射模塑新工艺。将从液态单体合成为高分子聚合物，再从聚合物固化反应为复合材料的过程改为在模具中一次同时完成，既减少了工艺过程的中间步骤和能耗，又缩短了模塑周期。这是高分子材料和近代高新科学技术成果应用于复合材料工艺的范例。

针对陶瓷基复合材料的烧结工艺存在着耗时长（一般需21h）的缺点，目前，人们采用了等离子体烧结或微波加热烧结工艺。等离子烧结法工艺可将烧结时间缩短到大约几分钟。微波加热的速度要比传统陶瓷烧结法工艺快100多倍，加热的温度也更高。如B₄C，若采用微波加热工艺，在2 000℃以上的温度只要加热6 min即可。微波处理还能使陶瓷材料的颗粒变得更加细微，结构也更加紧密。

针对颗粒增强金属基复合材料而言，采用喷射沉积成形技术制备颗粒增强金属基复合材料，是近年来发展的一个重要方向。但现行国内外喷射成形颗粒增强金属基复合材料的制备，大多是在喷射沉积成形过程中，将一定量的增强相颗粒喷入雾化锥中，与金属熔滴强制混合后，在沉积器上共同沉积获得复合材料坯件。这类方法的最大缺点是增强颗粒分布不匀，利用率低，材料制备成本高。采用熔铸-原位反应喷射沉积成形金属基复合材料制备技术，将增强相的生成置于熔化室合金熔体中完成（而不是现行的通常在雾化室中进行），然后进行后续的雾化喷射沉积成形。这种技术的突出优点是：颗粒在熔体内部原位反应生成，不存在颗粒损失问题，材料制备成本降低；颗粒在基体中分布均匀；可沿用现行喷射沉积成形制备金属材料的各项工艺参数，设备无需任何变动。

为提高多组元复合功能陶瓷粉体制备技术水平，人们发展了化学共沉淀法、溶胶凝胶法、水热法、喷雾热分解法等多种多样的液相法。液相法共同的优点是各种原料能够在分子级水平上达到充分混合，煅烧温度低，适当控制工艺可以获得高质量的粉体。但它们各自具有一些缺点，如化学共沉淀法不易选取合适的沉淀剂，工艺复杂、效率低；溶胶凝胶法一般采用昂贵的金属醇盐为原料，对人体有害，且某些原料不容易获得，脱水过程中凝胶体容易发生结块现象，影响粉体性能；水热法对设备要求高，由于晶体生长的优先取向，粉体形貌不易控制；喷雾热分解法中由于生成的产物是动力学稳定相而非热力学稳定相，不易控制粉体的相组成。基于上述原因，目前液相法还难以实现工业化生产。