出形状复杂、近尺寸和纤维体积分数高的制品;(4)3.5电泳沉积法(EP) 常压或低压下进行,对纤维损伤小12。陈照峰 EP是由英国 Birmingham大学的PA. Trusty等 采用Aa3Sa41-O2气相系统,在减压CⅥI提出的制备氧化物aMC的一种新工艺1。其原理 条件下先在550℃制备出氧化铝一氧化硅OM,然是在酸性溶液中,A2O3及A2O3SO2混合胶粒因 后在1260℃高温处理获得了刚玉一莫来石(MC,但吸附大量的H而带正电荷,胶体粒子在直流电场 是制备周期长,产品成本高 的作用下向阴极移动,H在预制体内得到电子生成 3.3反应熔体浸渗(RMD H,而氧化物留在预制体内部形成基体。氧化物纤 熔体浸渗最早用于金属基复合材料的制备,根维一般不导电可把预制体固定在导电的阴极板上。 据熔体是否与预制体发生反应可分为直接熔体浸渗PD法是制备高质量的复合材料,尤其是制备两种 和反应熔体浸渗。RM是在一定的气氛下,熔融金氧化物基体的高温结构材料的很有潜力的工艺 属(S、A等)通过毛细管作用浸入多孔的预制体中,C.Kma419将纳米勃母石和无定形的SO2颗粒分散 与气氛反应生成基体其制备原理见图14。该法在水中制成悬浮液利用EPD法得到坯体,然后再 能一次形成致密且基本无缺陷的基体,预成型件与用压力浸渗提高其致密度在1200℃烧结2h后制 最终产品之间尺寸变化极小,并能在一定程度上保备出相对密度为81%的Nexe720/莫来石MC。但 持纤维骨架的形状和纤维的强度。但在浸渗过此法所制得的复合材料在热处理时有较大的体积收 程中,金属与氧反应形成致密氧化物膜,阻碍渗透到缩,且气孔率高,需热压才能制得较致密的复合材 预制体内部的金属进一步氧化而残留在复合材料内料。 部,降低了材料的高温力学性能 3.6浆料浸渗结合氧化物先驱体浸渗热解法(SI一 OPIP 氧化性气体 SI-OPP是目前制备氧化物CMC的主要方法 其工艺流程见图21201。先将低粘度的浆料采用压力 合材料|↑ 辅助浸渗的方法通过纤维预制体,经过低温热处理 后再次浸渗氧化物先驱体溶液,然后热解,反复多 次,以提高复合材料致密度。该工艺缩短了制备周 图1RM制备复合材料示意图 期,但不适于制备复杂形状的构件 Fig 1 Schematic of the composite fabricated by RMI 3.4先驱体浸渗热解法(PP 压力辅助没渗 PP是通过液相先驱体(由溶解在适当溶剂中 浆料 的金属有机分子组成或金属无机盐)多次浸渗纤维 预制体后,固化热解制备氧化物OMC的方法。它的 水解缩聚 优点是:(1)可以在相对低的温度合成基体,同时可 以通过多次浸渗热解实现致密化,避免了高温烧结 133Pa 致密化,减轻了制备过程中对纤维的损伤;(2)能实 现三维近尺寸成型,制备复杂构件;(3)可以很方便 过滤纸 地引入第二相,实现基体微观和宏观尺度的成分设 计。张福平61.用正硅酸乙酯和异丙醇铝作为先 2SI-OPP法制备复合材料工艺流程图 驱体,经多次循环浸渗热解,再结合高压浸渗,制备 Fig 2 Flow chart of the composite fabricated by SHOPIP 出的 Nextel720莫来石OMC,三点弯曲强度达1083.7浆料浸渗热压(SI-HP MPa,采用SC界面层,其强度提高到244MPa。该工 P是通过先驱体浆料对纤维束或纤维布 艺的缺点是制备周期长,需要多次循环浸渗才能实预浸获得预浸料,干燥后多片预浸料堆垛热压烧结, 现致密化,先驱体热处理过程中有很大的体积收缩,温度接近或超过玻璃软化点时加压,利用玻璃的粘 基体中裂纹较多。 性流动达到致密化,工艺流程见图321,连续纤维增 宇航材料工艺2003年第5期 01994-2009ChinaAcademicJounalElectronicPublishingHousellrightsresendhttp://www.cnki.ner出形状复杂、近尺寸和纤维体积分数高的制品 ; (4) 常压或低压下进行 ,对纤维损伤小[12 ] 。陈照峰[13 ] 采用 AlCl3 —SiCl4 —H2 —CO2 气相系统 ,在减压 CVI 条件下先在 550 ℃制备出氧化铝 —氧化硅 CMC ,然 后在 1 260 ℃高温处理获得了刚玉 —莫来石 CMC ,但 是制备周期长 ,产品成本高。 3. 3 反应熔体浸渗( RMI) 熔体浸渗最早用于金属基复合材料的制备 ,根 据熔体是否与预制体发生反应可分为直接熔体浸渗 和反应熔体浸渗。RMI 是在一定的气氛下 ,熔融金 属(Si、Al 等) 通过毛细管作用浸入多孔的预制体中 , 与气氛反应生成基体 ,其制备原理见图 1 [14 ] 。该法 能一次形成致密且基本无缺陷的基体 ,预成型件与 最终产品之间尺寸变化极小 ,并能在一定程度上保 持纤维骨架的形状和纤维的强度[15 ] 。但在浸渗过 程中 ,金属与氧反应形成致密氧化物膜 ,阻碍渗透到 预制体内部的金属进一步氧化而残留在复合材料内 部 ,降低了材料的高温力学性能。 图 1 RMI 制备复合材料示意图 Fig. 1 Schematic of the composite fabricated by RMI 3. 4 先驱体浸渗热解法( PIP) PIP是通过液相先驱体 (由溶解在适当溶剂中 的金属有机分子组成或金属无机盐) 多次浸渗纤维 预制体后 ,固化热解制备氧化物 CMC 的方法。它的 优点是 : (1) 可以在相对低的温度合成基体 ,同时可 以通过多次浸渗热解实现致密化 ,避免了高温烧结 致密化 ,减轻了制备过程中对纤维的损伤 ; (2) 能实 现三维近尺寸成型 ,制备复杂构件 ; (3) 可以很方便 地引入第二相 ,实现基体微观和宏观尺度的成分设 计。张福平[16 ]采用正硅酸乙酯和异丙醇铝作为先 驱体 ,经多次循环浸渗热解 ,再结合高压浸渗 ,制备 出的 Nextel 720/ 莫来石 CMC ,三点弯曲强度达 108 MPa ,采用 SiC 界面层 ,其强度提高到 244 MPa。该工 艺的缺点是制备周期长 ,需要多次循环浸渗才能实 现致密化 ,先驱体热处理过程中有很大的体积收缩 , 基体中裂纹较多。 3. 5 电泳沉积法( EPD) EPD 是由英国 Birmingham 大学的 P. A. Trusty 等 提出的制备氧化物 CMC 的一种新工艺[17 ] 。其原理 是在酸性溶液中 ,Al2O3 及 Al2O3 - SiO2 混合胶粒因 吸附大量的 H + 而带正电荷 ,胶体粒子在直流电场 的作用下向阴极移动 ,H +在预制体内得到电子生成 H2 ,而氧化物留在预制体内部形成基体。氧化物纤 维一般不导电 ,可把预制体固定在导电的阴极板上。 EPD 法是制备高质量的复合材料 ,尤其是制备两种 氧化物基体的高温结构材料的很有潜力的工艺[18 ] 。 C. Kaya [19 ]将纳米勃母石和无定形的 SiO2 颗粒分散 在水中制成悬浮液 ,利用 EPD 法得到坯体 ,然后再 用压力浸渗提高其致密度 ,在 1 200 ℃烧结 2 h 后制 备出相对密度为 81 %的 Nextel 720/ 莫来石 CMC。但 此法所制得的复合材料在热处理时有较大的体积收 缩 ,且气孔率高 ,需热压才能制得较致密的复合材 料。 3. 6 浆料浸渗结合氧化物先驱体浸渗热解法( SI— OPIP) SI —OPIP 是目前制备氧化物 CMC 的主要方法 , 其工艺流程见图 2 [20 ] 。先将低粘度的浆料采用压力 辅助浸渗的方法通过纤维预制体 ,经过低温热处理 后再次浸渗氧化物先驱体溶液 ,然后热解 ,反复多 次 ,以提高复合材料致密度。该工艺缩短了制备周 期 ,但不适于制备复杂形状的构件。 图 2 SI —OPIP 法制备复合材料工艺流程图 Fig. 2 Flow chart of the composite fabricated by SI2OPIP 3. 7 浆料浸渗热压( SI—HP) SI —HP 是通过先驱体浆料对纤维束或纤维布 预浸获得预浸料 ,干燥后多片预浸料堆垛热压烧结 , 温度接近或超过玻璃软化点时加压 ,利用玻璃的粘 性流动达到致密化 ,工艺流程见图 3 [21 ] ,连续纤维增 — 10 — 宇航材料工艺 2003 年 第 5 期 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net