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[环氧板]材料的形状


金属基环氧板材料一般由金属基体和陶瓷增强相组成,除了金属基体和陶瓷增强体的种类及体积分数,金属基体/陶瓷增强相的界面结构对金属基环氧板材料的性能影响很大。本章前述粉末冶金法、液态金属浸渗法、液态金属搅拌铸造法等传统工艺方法都是通过环氧板外加增强体与金属基体以制备金属基环氧板材料的方法,工艺过程较为复杂。这些工艺方法中增强体与金属基体润湿性差,容易造成界面结合不良,或增强体与金属基体在制备或服役过程中发生化学反应,导致金属基环氧板材料的性能下降。虽然可以通过增强体表面改性、合金元素改性或真空压力辅助等方法缓解或解决这些问题,但组织控制较困难、工艺较复杂、成本较高。针对这些问题,发展了原位自生成法。


原位自生成法是指增强体在金属基环氧板材料的制备过程中在金属基体中原位生成的方法。原位自生成法中增强体可以以共晶的方式从基体中定向凝固析出,称为定向凝固法;也可以通过化学反应生成,称为反应自生成法。与传统外加增强体环氧板材料相比,原位自生环氧板材科中增强体与基体相容性好,界面清洁结合力强,且增强体尺寸、体积分数可以通过调整工艺


按照环氧板材料增强体的几何形状和尺寸分类,可以将陶瓷基环氧板材料分为晶须增强陶瓷盐环氧板材料、顺权增强陶瓷基环氧板材料和连续纤维增强陶瓷基环氧板材料。不同的增强体体系对应不同的制备工艺。


晶须与颗粒增强陶瓷基环氧板材料的制备工艺过程比较相像,都可以采用与传统单相陶瓷的基本相同的工艺过程。其主要包括三个阶段,即品须的分散、成型和烧结:把晶须和增强颗粒加入介质中用机械方法使其分散,然后加入陶瓷粉料,通过搅拌使其与陶瓷粉均匀混合后成型,烘干后进行烧结(如热压烧结或热等静压烧结)。成型方法主要包括半干法成型、注浆成型、流延成型、模压成型、注射成型、挤出成型、冷等静压成型和轧模成型等。烧结方法主要包括热压烧结、反应烧结、无压烧结、真空烧结或热等静压烧结等。成型工艺与烧结工艺在陶瓷材料的制备技术中已有较多描述,此处不再赘述。


晶须或颗粒增强陶瓷基环氧板材料的制备工艺主要有以下两种:①外加晶须或颗粒法。即通过晶须和颗粒分散后与基体混合、成形,再经烧结制得品须或颗粒增韧陶瓷基环氧板材料的方法,例如将siC晶须加入到氧化物、碳化物、氮化物等基体中得到siC晶须增韧的陶瓷基环氧板材料。这种制备工艺较为传统。②原位生长品须法。将陶瓷基体粉末、晶须和增强颗粒生长助剂等直接混合成形,在一一定的条件下原位合成晶须,同时制备出含有该晶须增强的陶瓷基环氧板材料。这种制备工艺的晶须生长较难控制。


连续纤维增强陶瓷基环氧板材料的形状通常由纤维预制体斗来实现,再在纤维预制体内部制备陶究基体,属于增材制造的范畴。连续纤维增强陶瓷基环氧板材料的|备通常采用化学转化体难过化学化法降低陶亮基体的制备问题进而保证环氧板材料的结构性能,共制备方法主要有化学气相沉积/渗透(CVD/CVI))法、先驱体浸溃裂解法(PIP)法和反应性熔体浸渗(RM1)法三种,这也是本章讲述的重点。


将在没有外力作用下,物理、化学性质完全相同、成分相同的均匀物质的聚集态称为相。不同相之间会有明确的物理界面。该物理界面不是几何意义上的面,而是具有一定厚度的区域。由于界面原子能量不同于界面两侧原子能量,因而该区域具有不同于相邻两相的特殊性质。一般将固相或液相与气相的界面称为表面。环氧板材料的界面是指基体与增强体之间化学成分有显著变化、构成彼此结合、能起载荷传递作用的微小区域。界面相则是环氧板材料中组元材料之间具有一定尺度、在结构和原组元材料上有明显差别的新相。


环氧板材料界面在物理结构上呈层状或带状,厚度一般是不均匀的,其厚度约在数纳米至数微米之间。虽然界面较小,但其仍有自己独特的结构和性质,且不同于基体和增强体中的任何-相。环氧板材料界面在化学成分上也较为复杂,可以是基体和增强体相互扩散的产物,也可以是基体和增强相的化学反应物,还可以是单独制备的-层物质,其化学组成也会完全不同于基体和反应物。此外,界面还可能含有增强体涂层元素和环境带来的杂质元素等。环氧板材料界面是环氧板材料中极为重要的结构,其结构和性能直接影响环氧板材料的性能。因此,深人研究界面性质,进而对其进行控制,是获得高性能环氧板材料的关键。

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