关于金属陶瓷基复合材料课件
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《陶瓷基复合材料》课件
参考文献与资料
综述性论文
这类论文对陶瓷基复合材料的制备技术、性能及应用进行了全面的概述，有助于读者对该领域有一个整体的了解。
研究性论文
这类论文主要报道了最新的研究成果，包括新的制备技术、性能优化以及新型陶瓷基复合材料的开发等。
对比性论文
这类论文对不同制备方法、不同材料体系、不同工艺参数的陶瓷基复合材料进行了对比分析，有助于读者了解各种因素对材料性能的影响。
混料
将称量好的材料放入混料机中进行混合，确保均匀分布。
压制成型
将混合好的材料放入压片机中压制成型，获得所需形状和尺寸的样品。
烧结
将成型后的样品放入高温炉中进行烧结，获得陶瓷基复合材料。
性能测试
对制备好的陶瓷基复合材料进行性能测试，如硬度、强度、韧性等。
结果分析
根据实验数据和结果，分析陶瓷基复合材料的结构与性能关系，总结实验结论。
环境稳定性
航空航天领域：陶瓷基复合材料因其轻质、高强度和耐高温性能，广泛应用于航空航天领域的发动机部件、热结构部件和机舱内部件。例如，用于制造飞机涡轮叶片的碳化硅基复合材料。
陶瓷基复合材料的研究前沿与展望
纳米陶瓷材料
利用纳米技术制备的陶瓷材料具有优异的力学性能和高温稳定性，是当前研究的热点。
陶瓷基复合材料的增韧技术
这类著作对陶瓷基复合材料的各个方面进行了全面而深入的介绍，内容涵盖了制备、性能、应用等多个方面。
综合类著作
这类著作主要针对陶瓷基复合材料的某一特定方面进行深入探讨，如制备技术、增强相选择等。
专题类著作
这类著作主要作为高校教材使用，内容系统、详细，适合学生阅读和学习。
教材类著作
01
02
03
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复合材料课件第六章 陶瓷基复合材料-1
抑制晶粒组织长大，获得超细晶粒结构材料， 显著改善材料的显微组织。
但在微波烧结陶瓷中存在一些值得关注的特殊 现象。
1）过热点。由于微波场的不均匀分布或 材料组分不均匀导致某些部分局部明显高于 其它部分，出现过热点。
2）热应力开裂。一些热膨胀系数大而热 导率又较小的陶瓷材料在微波降温段，由于 试样中存在的温度梯度而引起的热应力开裂。
1930年，美国科学家提出利用等离子体脉冲烧结原理 1965年，脉冲电流烧结技术在美国和日本等国得到应用 1988年，日本研制出第一台工业型等离子体烧结装置 1996年，日本组织了等离子体烧结研讨会，每年召开一次 1998年，瑞典购进等离子体烧结系统，对碳化物、氧化物及 生物陶瓷等进行较多研究工作 2006年6月武汉理工大学购置了国内首台等离子体烧结装置， 此后国内多所高校及研究所相继引进该装置，成为材料制备 的全新技术
微波烧结：微波烧结是一种新型的粉末 冶金烧结致密化工艺，微波烧结是利用 微波加热来对材料进行烧结。
微波加热中出现区别与常规加热的现象有促
进物质的扩散、加快致密化进程、降低反应
温度、加快反应进程。作为一种新型加热技 术具有以下优点：1）可经济地获得2000℃高 温；2）加热速度快，升温速率可达50℃/min； 3）具有即时性特点，只要有微波辐射，物料 即刻得到加热，微波停止加热也立刻停止；4） 微波能量转换率高，可达80～90；5）与常规 烧结相比烧结温度降低，同时快速升温可以
化学制粉 优点：高纯、超细、均匀 缺点：需复杂的设备，工艺严格，成本高
液相共沉淀法 溶胶-凝胶法 冰冻干燥法 喷雾干燥法
②成型
成型后，胚体的密度越高，烧结样品的收缩率越小， 尺寸约容易控制，缺陷约少。
模压成型 热压成型 轧膜成型 注射成型
但在微波烧结陶瓷中存在一些值得关注的特殊 现象。
1）过热点。由于微波场的不均匀分布或 材料组分不均匀导致某些部分局部明显高于 其它部分，出现过热点。
2）热应力开裂。一些热膨胀系数大而热 导率又较小的陶瓷材料在微波降温段，由于 试样中存在的温度梯度而引起的热应力开裂。
1930年，美国科学家提出利用等离子体脉冲烧结原理 1965年，脉冲电流烧结技术在美国和日本等国得到应用 1988年，日本研制出第一台工业型等离子体烧结装置 1996年，日本组织了等离子体烧结研讨会，每年召开一次 1998年，瑞典购进等离子体烧结系统，对碳化物、氧化物及 生物陶瓷等进行较多研究工作 2006年6月武汉理工大学购置了国内首台等离子体烧结装置， 此后国内多所高校及研究所相继引进该装置，成为材料制备 的全新技术
微波烧结：微波烧结是一种新型的粉末 冶金烧结致密化工艺，微波烧结是利用 微波加热来对材料进行烧结。
微波加热中出现区别与常规加热的现象有促
进物质的扩散、加快致密化进程、降低反应
温度、加快反应进程。作为一种新型加热技 术具有以下优点：1）可经济地获得2000℃高 温；2）加热速度快，升温速率可达50℃/min； 3）具有即时性特点，只要有微波辐射，物料 即刻得到加热，微波停止加热也立刻停止；4） 微波能量转换率高，可达80～90；5）与常规 烧结相比烧结温度降低，同时快速升温可以
化学制粉 优点：高纯、超细、均匀 缺点：需复杂的设备，工艺严格，成本高
液相共沉淀法 溶胶-凝胶法 冰冻干燥法 喷雾干燥法
②成型
成型后，胚体的密度越高，烧结样品的收缩率越小， 尺寸约容易控制，缺陷约少。
模压成型 热压成型 轧膜成型 注射成型
金属及陶瓷基复合材料PPT
影响扩散粘结过程的主要参数是温度、压力和一定温度及压力下 维持的时间，其中温度最为重要，气氛对产品质量也有影响。
热压工艺： 1）纤维与金属基体制成复合材料预制片； 2）将预制片按设计要求裁剪成所需的形状、叠层排 布(纤维方向)，视对纤维体积含量的要求，在叠层时 添加基体箔； 3）将叠层故人模具内，进行加热加压，最终制得复 合材料或零件。
影响复合材料的性能的因素： 1、预制件的质量； 2、模具的设计； 3、预制件预热温度； 4、熔体温度； 5、压力；
液态金属搅拌铸造法
这种方法的基本原理是将颗粒直接加入到基体 金属熔体中，通过一定方式的搅拌使颖粒均匀 地分散在金属熔体中并与之复合，然后浇铸成 锭坯、铸件等。
搅拌铸造法主要问题：
爆炸焊接的特点是作用时间短、材料的温度低， 不必担心发生界面反应。
用爆炸焊接可以制造形状复杂的零件和大尺寸 的板材，需要时一次作业可得多块复合板。 此法主要用来制造金属层合板和金属丝增强金 属基复合材料，例如钢丝增强铝、铜丝或钨丝 增强钛、钨丝增强镍等复合材料。
爆炸焊接
液态法
液态法是制备金属基复合材料的主要方法：
可惰性气氛中进行，也可在大气中进行 也有用纤维织物与基体箔直接进行热压制造复合材料 及零件的。
扩散粘结法
热压温度：
温度控制在基体合金的固相线和液相线之间。 热压压力： 选用压力可在较大范围内变化，但过高容易损伤纤维，一 般控制在10MPa以下。压力的选择与温度有关，温度高、 压力可适当降低。
热压时间： 时间在10-20minin即可。 热压气氛： 热压可以在大气中进行
固态法1粉未冶金法2热压固结法也称扩散粘结法3热等静压法4热轧法5热挤压和热拉法6爆炸焊接法颗粒晶须合金粉未混合热压成品零件复合材料坯挤压轧制等颗粒晶须合金粉未混合烧结成品零件颗粒晶须合金粉未混合封装除氧热压法热压法和热等静压法亦称扩散粘结法是加压焊接的一种因此有时也称扩散焊接法
热压工艺： 1）纤维与金属基体制成复合材料预制片； 2）将预制片按设计要求裁剪成所需的形状、叠层排 布(纤维方向)，视对纤维体积含量的要求，在叠层时 添加基体箔； 3）将叠层故人模具内，进行加热加压，最终制得复 合材料或零件。
影响复合材料的性能的因素： 1、预制件的质量； 2、模具的设计； 3、预制件预热温度； 4、熔体温度； 5、压力；
液态金属搅拌铸造法
这种方法的基本原理是将颗粒直接加入到基体 金属熔体中，通过一定方式的搅拌使颖粒均匀 地分散在金属熔体中并与之复合，然后浇铸成 锭坯、铸件等。
搅拌铸造法主要问题：
爆炸焊接的特点是作用时间短、材料的温度低， 不必担心发生界面反应。
用爆炸焊接可以制造形状复杂的零件和大尺寸 的板材，需要时一次作业可得多块复合板。 此法主要用来制造金属层合板和金属丝增强金 属基复合材料，例如钢丝增强铝、铜丝或钨丝 增强钛、钨丝增强镍等复合材料。
爆炸焊接
液态法
液态法是制备金属基复合材料的主要方法：
可惰性气氛中进行，也可在大气中进行 也有用纤维织物与基体箔直接进行热压制造复合材料 及零件的。
扩散粘结法
热压温度：
温度控制在基体合金的固相线和液相线之间。 热压压力： 选用压力可在较大范围内变化，但过高容易损伤纤维，一 般控制在10MPa以下。压力的选择与温度有关，温度高、 压力可适当降低。
热压时间： 时间在10-20minin即可。 热压气氛： 热压可以在大气中进行
固态法1粉未冶金法2热压固结法也称扩散粘结法3热等静压法4热轧法5热挤压和热拉法6爆炸焊接法颗粒晶须合金粉未混合热压成品零件复合材料坯挤压轧制等颗粒晶须合金粉未混合烧结成品零件颗粒晶须合金粉未混合封装除氧热压法热压法和热等静压法亦称扩散粘结法是加压焊接的一种因此有时也称扩散焊接法
第八章陶瓷基复合材料ppt课件
的性能与SiCw含量之间的关系。
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50
断 裂 韧 性
弯 曲 强 度
f(MPa)
KIC(MPa.m1/2)
ZrO2(Y2O3)
复 合
SiCw含量（vol%）
SiCw含量（vol%）材Fra bibliotek料 的
维 氏 硬
力
度
弹 性 模 量
E(GPa) HV(GPa)
学
性
能
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51
SiCw含量（vol%）
完整版PPT课件
11
但是，必须对碳纤维进行有效 的保护以防止它在空气中或氧化性 气氛中被腐蚀，只有这样，才能充 分发挥它的优良性能。
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12
陶瓷基复合材料中的增强体中， 另一种常用纤维是玻璃纤维。
制造玻璃纤维的基本流程如下 图所示：
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13
将玻璃小球 熔化，然后通过 1mm左右直径的 小孔把它们拉出 来。
9
目前，碳纤维常规生产的品种主要有两种， 即高模量型和低模量型。
其中，高模量型的拉伸模量约为400 GPa， 拉伸强度约为1.7 GPa；
低模量型的拉伸模量约为240 GPa，拉伸
强度约为2.5 GPa。
完整版PPT课件
10
碳纤维主要用在把强度、刚度、 重量和抗化学性作为设计参数的构 件，在1500℃的温度下，碳纤维仍 能保持其性能不变。
可达0.1E(E为杨氏模量)，这已非常接
近于理想拉伸强度0.2E。
相比之下，多晶的金属纤维和块
状金属的拉伸强度只有0.02E和0.001E。
完整版PPT课件
23
由于晶须具有最佳的热性能、低密度和 高杨氏模量，从而引起了人们对其特别的关 注。
《陶瓷基复合材料》课件
陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料结合了陶瓷和其他材料的优点，具有出色的力学、热学和电 学性能，是一种重要的先进材料。
什么是陶瓷基复合材料？
定义
陶瓷基复合材料是将陶瓷作为基质，与其他材料（如金属、聚合物等）混合制成的材料。
ห้องสมุดไป่ตู้特点
具有高硬度、高强度、耐高温、抗腐蚀等优良性能，可满足各种工业领域的需求。
陶瓷基复合材料的制备方法
结论
陶瓷基复合材料的优点
高强度、高硬度、耐高温、 抗腐蚀等特点使其成为各行 业重要的材料选择。
为何有利于工业发展
在提升产品性能和降低成本 方面具有巨大潜力，能推动 产业升级。
未来应如何发展？
加强技术研究、推动产学研 合作，不断创新和提升陶瓷 基复合材料的性能和应用范 围。
电子行业
用于集成电路、芯片封装等电子器件，提供优异的 绝缘和散热性能。
其他领域
如能源、化工、医疗等领域都有广泛的应用。
陶瓷基复合材料的发展前景
1
技术难点及解决方法
面临制备工艺、材料选择等方面的挑战，需要深入研究和创新技术。
2
未来发展趋势
预计在新能源、高端装备制造等领域有更广泛的应用，为工业发展带来新机遇。
热性能
耐高温性能出众，可 在高温环境下保持稳 定。
电性能
具备优异的绝缘性和 导电性能，适用于各 种电子器件。
其他性能
如耐腐蚀性、低摩擦 系数等特殊性能，广 泛应用于特定领域。
陶瓷基复合材料的应用
航空航天领域
用于制造发动机叶片、航天器外壳等关键部件，提 供高温和高强度的支撑。
汽车工业
应用于制动系统、排气系统等部件，提高汽车的性 能和耐久性。
1 热压法
陶瓷基复合材料结合了陶瓷和其他材料的优点，具有出色的力学、热学和电 学性能，是一种重要的先进材料。
什么是陶瓷基复合材料？
定义
陶瓷基复合材料是将陶瓷作为基质，与其他材料（如金属、聚合物等）混合制成的材料。
ห้องสมุดไป่ตู้特点
具有高硬度、高强度、耐高温、抗腐蚀等优良性能，可满足各种工业领域的需求。
陶瓷基复合材料的制备方法
结论
陶瓷基复合材料的优点
高强度、高硬度、耐高温、 抗腐蚀等特点使其成为各行 业重要的材料选择。
为何有利于工业发展
在提升产品性能和降低成本 方面具有巨大潜力，能推动 产业升级。
未来应如何发展？
加强技术研究、推动产学研 合作，不断创新和提升陶瓷 基复合材料的性能和应用范 围。
电子行业
用于集成电路、芯片封装等电子器件，提供优异的 绝缘和散热性能。
其他领域
如能源、化工、医疗等领域都有广泛的应用。
陶瓷基复合材料的发展前景
1
技术难点及解决方法
面临制备工艺、材料选择等方面的挑战，需要深入研究和创新技术。
2
未来发展趋势
预计在新能源、高端装备制造等领域有更广泛的应用，为工业发展带来新机遇。
热性能
耐高温性能出众，可 在高温环境下保持稳 定。
电性能
具备优异的绝缘性和 导电性能，适用于各 种电子器件。
其他性能
如耐腐蚀性、低摩擦 系数等特殊性能，广 泛应用于特定领域。
陶瓷基复合材料的应用
航空航天领域
用于制造发动机叶片、航天器外壳等关键部件，提 供高温和高强度的支撑。
汽车工业
应用于制动系统、排气系统等部件，提高汽车的性 能和耐久性。
1 热压法
金属陶瓷基复合材料PPT课件
15
5.3.2 陶瓷基复合材料的制造
制备方法:
①料浆浸渍-热压烧结法；②化学气相渗透法 ③有机先驱体热解法； ④熔融渗透法 ⑤直接氧化沉淀法； ⑥反应烧结法
(2)晶须和颗粒增强陶瓷基复合材料的制备工艺
①晶须复合材料制备工艺
a.烧结法
b.先驱体转化法
c.电泳沉积法
2020/4/2
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② 原位生长晶须 ③ 颗粒增强陶瓷基复合材料
碳化硅保护高 温下的氧化
21
5.2.4.2 性能
➢ 轻质、高强度、高硬度和耐高温； ➢ 熔点高, 高温抗氧化性能好; ➢ 化学稳定好, 耐辐射，具有较高的热辐射 率; ➢ 具有碳纤维与碳材料的突出性能; ➢ 低温下，易于氧化。
2020/4/2
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5.2.4.3 应用
航空和航天材料;生物医学材料;坦克装 甲用耐磨材料;化工领域的抗腐蚀材料等.
耐磨零件： 碳化硅，氧化铝颗粒，晶须等
用作集电和电触头： SiC，金属丝，石墨颗粒增强铝，铜等
耐腐蚀电池极板： 石墨碳纤维增强铅合金等
2020/4/2
5
5.2.3 金属基复合材料
➢ 重要体系 Al2O3/(Al、Mg)
➢ 主要特点 ● 高的比强度、比模量； ● 好的韧性； ● 比聚合物高的使用温度。
2020/4/2
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5.2.3.3 金属基复合材料 的应用
➢ Bf/Al 用作航天飞机部件; ➢ Cf/Al用作NASA空间望远镜的
天线支架;
➢ FP-Al2O3f/ (Al,Mg)用作汽车部 件和内燃机连杆等等
2020/4/2
11
铝合金在飞机上的应用
2020/4/2
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5.3 陶瓷基复合材料
复合材料概论精_第六章_陶瓷基复合材料ppt课件
• 延性（金属）颗粒：延性颗粒强化CMC的韧性 显著提高，但强度变化不明显，且高温性能下降。
• 高性能连续纤维：加入数量较多的高性能连续纤 维（如CF、SiC纤维）除韧性显著提高外，强 度和模量均有不同程度的提高。
表6-2 C纤维增韧Si3N4复合材料的性能
完整编辑ppt
7
表6-1 SiCw增韧氧化铝陶瓷性能
➢CMC的制备过程通常分为两个步骤： • 首先将增强材料掺入未固结的（或粉末
状的）基体材料中； • 使基体固结。
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13
6.3.1 连续纤维增强CMC成型工 艺
连续纤维增强CMC制备方法有料浆浸渍及 热压烧结法、化学气相沉积（CVD）法、直 接氧化沉积法、先驱体热解法等
1）料浆浸渍及热压烧结法：
晶须含量 弯曲强度
/vol% /MPa
0
250
10
500
20
550
30
600
维氏硬度HV /GPa 14.5 16.5 17.5 18.2
断裂韧性1K/2 IC /MPa·m 4.5 6 6.5 7
完整编辑ppt
8
表6-2 C纤维增韧Si3N4复合材料
的性能 材料
性能
Si3N4
C/Si3N4
密度
3.44
第六章 陶瓷基复合材料
• 现代陶瓷：具有耐高温、硬度高、耐磨 损、耐腐蚀及其相对密度低等优异的性 能。但它有致命的缺点即脆性。
• 陶瓷强韧化途径：颗粒弥散、纤维（晶 须）补强增韧、层状复合增韧、与金属 复合增韧及相变增韧。
• 陶瓷中加入适量的纤维（晶须）可明显 改善韧性，与高温合金相比密度低。
完整编辑ppt
• 优点：比常压烧结的烧结温度低，时间短， 致密度高；
陶瓷基复合材料 ppt课件
陶瓷基复合材料
PPT课件
1
回顾一下：
陶瓷致命缺点：
脆性
改善韧性的有效手段：
向陶瓷材料中加入起增韧作用的第二相
增韧机制：
靠纤维（晶须）的拔出、裂纹的桥连与转向机 制对强度和韧性的提高产生作用。
PPT课件
2
10.3 陶瓷基复合材料的种类及基本性能
10.3.1 纤维增强陶瓷基复合材料
纤维增强陶瓷材料是常见的重要手段！！ 按纤维排布方式的不同，可将其分为
裂纹垂直于纤维方向扩展示意图 PPT课件
5
当外加应力进一步提高时，由于基体与纤维间
的界面离解，同时又由于纤维的强度高于基体的强
度，从而使纤维从基体中拔出。 当拔出的长度达到某一临界值时，会使纤维发 生断裂。
裂纹垂直于纤维方向扩展示意图 PPT课件
6
因此，裂纹的扩展必须克服纤维的拔出功和
纤维断裂功，结果就是使得材料的断裂变得更为
困难，从而起到了增韧的作用。
单向排布纤维增韧陶瓷只是在纤维排列方向 上的轴向性能较为优越，而其横向性能显著低于 纵向性能，所以只适用于单轴应力的场合。
PPT课件
7
二、多向排布纤维增韧复合材料
而许多陶瓷构件则要求在二维及三维方向上 均具有优良的性能，这就要进一步的制备多向排 布纤维增韧陶瓷基复合材料。
莫来石+ Si3;SiCw
452
551~580
4.4
5.4~6.7
很明显，由ZrO2+SiCw与莫来石制得的复合材料要比 单独用SiCw与莫来石制得的复合材料的性能好得多。
PPT课件 32
10.4 陶瓷基复合材料的制备
陶瓷基复合材料的制造分为两个步骤：
第一步是将增强材料掺入未固结(或粉末状)的基
PPT课件
1
回顾一下：
陶瓷致命缺点：
脆性
改善韧性的有效手段：
向陶瓷材料中加入起增韧作用的第二相
增韧机制：
靠纤维（晶须）的拔出、裂纹的桥连与转向机 制对强度和韧性的提高产生作用。
PPT课件
2
10.3 陶瓷基复合材料的种类及基本性能
10.3.1 纤维增强陶瓷基复合材料
纤维增强陶瓷材料是常见的重要手段！！ 按纤维排布方式的不同，可将其分为
裂纹垂直于纤维方向扩展示意图 PPT课件
5
当外加应力进一步提高时，由于基体与纤维间
的界面离解，同时又由于纤维的强度高于基体的强
度，从而使纤维从基体中拔出。 当拔出的长度达到某一临界值时，会使纤维发 生断裂。
裂纹垂直于纤维方向扩展示意图 PPT课件
6
因此，裂纹的扩展必须克服纤维的拔出功和
纤维断裂功，结果就是使得材料的断裂变得更为
困难，从而起到了增韧的作用。
单向排布纤维增韧陶瓷只是在纤维排列方向 上的轴向性能较为优越，而其横向性能显著低于 纵向性能，所以只适用于单轴应力的场合。
PPT课件
7
二、多向排布纤维增韧复合材料
而许多陶瓷构件则要求在二维及三维方向上 均具有优良的性能，这就要进一步的制备多向排 布纤维增韧陶瓷基复合材料。
莫来石+ Si3;SiCw
452
551~580
4.4
5.4~6.7
很明显，由ZrO2+SiCw与莫来石制得的复合材料要比 单独用SiCw与莫来石制得的复合材料的性能好得多。
PPT课件 32
10.4 陶瓷基复合材料的制备
陶瓷基复合材料的制造分为两个步骤：
第一步是将增强材料掺入未固结(或粉末状)的基
金属基复合材料ppt课件
（3）、热膨胀系数小、尺寸稳定性好
金属基复合材料中的碳纤维、碳化硅纤维、晶须、颗 粒、硼纤维等均具有很小的热膨胀系数，又具有很高的 模量，特别是高模量、超高模量的石墨纤维具有负的热 膨胀系数。加入相当含量的增强物不仅大幅度提高材料 的强度和模量，也使其热膨胀系数明显下降，并可通过 调整增强物的含量获得不同的热膨胀系数，以满足各种 应用的要求。
铝基复合材料是在金属基复合材料中应用得最广
的一种。由于铝的基体为面心立方结构，因此具有良好的塑 性和韧性，再加之它所具有的易加工性、工程可靠性及价格 低廉等优点，为其在工程上应用创造了有利的条件。
在制造铝基复合材料时，通常并不是使用纯铝而是用各 种铝合金。
铝基复合材料
• 大型运载工具的首选材料。如波音747、757、767 • 常用：B/Al、C/Al、SiC/Al • SiC纤维密度较B高30％，强度较低，但相容性好。 • C纤维纱细，难渗透浸润，抗折性差，反应活性较高。 • 基体材料可选变形铝、铸造铝、焊接铝及烧结铝。它们
（2）、导热导电性能
虽然有的增强体为绝缘体，但在复合材料中占 很小份额，基体导电及导热性并未被完全阻断， 金属基复合材料仍具有良好的导电与导热性。
为了解决高集成度电子器件的散热问题，现已 研究成功的超高模量石墨纤维、金刚石纤维、金 刚石颗粒增强铝基、铜基复合材料的热导率比纯 铝、铜还高，用它们制成的集成电路底板和封装 件可有效迅速地把热量散去，提高了集成电路的 可靠性。
氧化铝和硅酸铝短纤维增强铝基复合材料的室温 拉伸强度并不比基体合金高，但它们的高温强度明显 优于基体，弹性模量在室温和高温都有较大的提高， 热膨胀系数减小，耐磨性能得到改善。
• 纤维增强复合材料的强度和刚性与纤维方向密纤维使材料具有明显的各向异性。纤维采 用正交编织，相互垂直的方向均具有好的性能。纤维 采用三维编织，可获得各方向力学性能均优的材料。
《陶瓷基复合材 》课件
后处理
对烧成后的陶瓷复合材料进行 表面处理、切割、研磨等加工 ，以满足不同需求。
制备工艺的影响因素
原料的纯度和粒度
烧成温度和时间
气氛环境
添加剂的作用
原料的纯度和粒度对陶瓷基复 合材料的性能有着重要影响。 高纯度和细粒度的原料可以获 得更好的材料性能。
烧成温度和时间是制备工艺中 的关键因素，它们决定了陶瓷 基复合材料的结构和性能。
陶瓷基复合材料具有低膨胀系数和优良的 电绝缘性能，可用于电子元件的封装和连 接等领域。
02
陶瓷基复合材料的制备工艺
制备工艺的种类
热压烧结法
将陶瓷粉末在高温和压力下烧结成致密块体 的方法。
无压烧结法
在无外加压力的条件下，利用烧结助剂促进 陶瓷粉末烧结的方法。
熔融浸渗法
将熔融的金属或玻璃浸渗到多孔陶瓷基体中 ，形成复合材料的方法。
陶瓷基复合材料的应用领域
航空航天领域
汽车工业
陶瓷基复合材料具有轻质、高强、耐高温 等优点，广泛应用于航空航天器的热防护 系统、发动机部件等领域。
陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能和 化学稳定性，可用于汽车发动机部件、排 气管等领域。
能源领域
电子工业
陶瓷基复合材料具有良好的隔热性能和耐 腐蚀性能，可用于高温燃气轮机、核反应 堆等能源设备的制造。
化学气相沉积法
利用化学反应，将气体中的元素在陶瓷表面 沉积成固体，形成复合材料的方法。
制备工艺的流程
混合
将称量好的原料和添加剂进行 混合，使其成为致密的陶 瓷复合材料。
配料
根据配方要求，将各种原料和 添加剂进行精确称量。
成型
将混合好的原料放入模具中， 进行压制成型。
低热膨胀系数
《陶瓷基复合材》课件
2
陶瓷基复合材料的问题及挑战
陶瓷基复合材料在制备过程中存在工艺复杂、成本高等问题，需要进一步解决和 改进。
结论
陶瓷基复合材料的综合性能评价
综合考虑陶瓷基复合材料的力学性能、热学性能、耐久性等方面，可以评价其综合性能水平。
陶瓷基复合材料的发展前景
陶瓷基复合材料在高科技领域有着广阔的应用前景，将为科学技术的发展提供重要支持。
参考文献
1. 文献1 2. 文献2 3. 文献3
陶瓷基复合材料的组成包括陶瓷基体和增强材料，其结构形式可以是颗粒增强、 纤维增强等。
性能测试
1 陶瓷基复合材料的力学性能测试
力学性能测试包括强度、硬度、韧性等方面的评估，以确保陶瓷基复合材料的可靠性和 耐久性。
2 陶瓷基复合材料的热学性能测试
热学性能测试包括热导率、热膨胀系数等方面的评估，以确保陶瓷基复合材料在高温环 境下的稳定性。
应用案例
陶瓷基复合材料在航天领域的应用
陶瓷基复合材料在航天器结构、导航系统和热保护 层等方面发挥重要作用。
陶瓷基复合材料在医疗领域的应用
陶瓷基复合材料应用于仿生器官、骨修复、人工关 节等方面，为医疗技术的发展带来新的突破。
进一步研究
1
陶瓷基复合材料的未来发展趋势
随着科学技术的不断进步，陶瓷基复合材料将会在性能、制备技术等方面取得更 大突破。
陶瓷基复合材 PPT课件
研究陶瓷基复合材料是为了探索新型材料的结构与性能，本PPT课件将介绍陶 瓷基复合材料的概述、制备方法、性能测试、应用案例、未来发展趋势以及 参考文献。Leabharlann 概述什么是陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料是一种由陶瓷基体和其他增强物质组成的复合材料，具有优异的力学和热学 性能。
金属基复合材料制备工艺PPT幻灯片课件
金属基复合材料的制备工艺
金属基复合材料制备及成形工艺
金属基复合材料的性能、应用、成本等在很大程 度上取决于制备技术；
研究和发展有效的制备技术一直是金属基复合材 料研究中最重要的问题之一。
2
复合材料的概念与定义
常规材料的优缺点：
• 金属材料的优点：优良的延展性和可加工性。缺点：强度相对低，耐 热、耐磨、耐蚀性差，如铝；
19
热压法工艺流程
在增强材料上铺金属箔
裁剪成形
加热至所需温度
加压与保压
抽真空
冷却取出制品 并加以整理
20
影响扩散粘结过程的主要参数是：温度、压力和一定温度及压力 下维持的时间。另外，气氛对质量也有较大影响。
21
扩散粘结过程分为三个阶段：
1.粘结表面的最初接触，由于加热、加压， 使表面发生变形、移动、表面膜（氧化膜） 破坏；
26
5.1. 粉末轧制法
27
5.2 块（带）材轧制复合法
28
5.3 温轧复合生产线
29
6.爆炸焊接法
是利用炸药产生强大脉冲应力，通过使碰撞的材 料发生塑性变形、粘结处金属的局部扰动以及热 过程使材料焊接起来。
2) 可以自由选择强化颗粒种类、尺寸，且强化颗粒添加量范围广； 3) 与铸造法相比，较易实现强化颗粒的均匀分散（微颗粒除外）。 4) 与液相法相比，制备温度低，界面反应可控； 5) 可根据要求设计复合材料的性能； 6) 其组织致密、细化、均匀、内部缺陷明显改善； 7) 利于净成型或近净成型，二次加工性能好。
2.1.3 连续增强相金属基复合材料的制备工艺
碳纤维 硼纤维 SiC纤维 氧化铝纤维
铝合金——固态、液态法 镁合金—— 固态、液态法 钛合金—— 固态法 高温合金——固态法 金属间化合物——固态法
金属基复合材料制备及成形工艺
金属基复合材料的性能、应用、成本等在很大程 度上取决于制备技术；
研究和发展有效的制备技术一直是金属基复合材 料研究中最重要的问题之一。
2
复合材料的概念与定义
常规材料的优缺点：
• 金属材料的优点：优良的延展性和可加工性。缺点：强度相对低，耐 热、耐磨、耐蚀性差，如铝；
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热压法工艺流程
在增强材料上铺金属箔
裁剪成形
加热至所需温度
加压与保压
抽真空
冷却取出制品 并加以整理
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影响扩散粘结过程的主要参数是：温度、压力和一定温度及压力 下维持的时间。另外，气氛对质量也有较大影响。
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扩散粘结过程分为三个阶段：
1.粘结表面的最初接触，由于加热、加压， 使表面发生变形、移动、表面膜（氧化膜） 破坏；
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5.1. 粉末轧制法
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5.2 块（带）材轧制复合法
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5.3 温轧复合生产线
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6.爆炸焊接法
是利用炸药产生强大脉冲应力，通过使碰撞的材 料发生塑性变形、粘结处金属的局部扰动以及热 过程使材料焊接起来。
2) 可以自由选择强化颗粒种类、尺寸，且强化颗粒添加量范围广； 3) 与铸造法相比，较易实现强化颗粒的均匀分散（微颗粒除外）。 4) 与液相法相比，制备温度低，界面反应可控； 5) 可根据要求设计复合材料的性能； 6) 其组织致密、细化、均匀、内部缺陷明显改善； 7) 利于净成型或近净成型，二次加工性能好。
2.1.3 连续增强相金属基复合材料的制备工艺
碳纤维 硼纤维 SiC纤维 氧化铝纤维
铝合金——固态、液态法 镁合金—— 固态、液态法 钛合金—— 固态法 高温合金——固态法 金属间化合物——固态法
《陶瓷基体复合材料》课件
溶胶-凝胶法
总结词
通过溶胶-凝胶转变过程制备陶瓷材料的方法。
详细描述
溶胶-凝胶法是一种制备陶瓷材料的方法。它通过将前 驱体溶液（通常为金属醇盐或无机盐）与适当的溶剂 混合，形成均匀的溶胶，然后经过凝胶化过程形成凝 胶。在凝胶化过程中，前驱体分子间的相互作用导致 形成三维网络结构，最终经过干燥和热处理得到所需 的陶瓷材料。溶胶-凝胶法可以制备出高纯度、高均匀 性的陶瓷材料，但需要严格控制制备过程中的温度、 浓度等参数。
除污染物和杂质。
催化剂载体
陶瓷基体复合材料可作为催化剂 载体，用于废气处理和工业废水 处理等领域，能够有效降低污染
物排放和提高处理效率。
热能回收
陶瓷基体复合材料具有高热导率 和耐高温性能，可用于制造高效 热能回收装置，将工业余热转化 为可利用的能源，实现能源的循
环利用。
05
CATALOGUE
陶瓷基体复合材料的研究展望
界面优化
改善陶瓷基体与增强相之 间的界面结合强度，提高 复合材料的整体性能。
工艺参数优化
通过调整制备工艺参数， 如温度、压力、时间等， 优化陶瓷基体复合材料的 组织结构和性能。
应用领域的拓展
航空航天领域
利用陶瓷基体复合材料的高温性能和轻量化特点，拓展其在航空 航天领域的应用。
能源领域
利用陶瓷基体复合材料的优异热稳定性和耐腐蚀性，拓展其在能 源领域的应用，如燃气轮机、核反应堆等。
能源
用于制造燃气轮机叶片、核反 应堆的屏蔽层等。
化工
用于制造耐腐蚀、高温的管道 、反应器等。
陶瓷基体复合材料的发展历程
20世纪40年代
玻璃纤维增强陶瓷基复合材料的出现，主要 用于航空航天领域。
20世纪70年代
金属基复合材料MMC课件
高性能结构件
金属基复合材料具有高强度、高刚性和轻量化的特点，适用于制 造航空航天领域的高性能结构件。
耐高温性能
金属基复合材料能够承受高温环境，适用于制造飞机和火箭的燃烧 室和喷嘴等部件。
减振降噪性能
金属基复合材料的减振降噪性能较好，可用于制造飞机和火箭的起 落架和机身等部件。
电子封装材料的应用
散热性能
新材料与新技术的研发
1 2 3
高性能增强相的研发 利用新材料如碳纳米管、陶瓷纳米颗粒等，提高 金属基复合材料的力学性能和热稳定性。
金属基复合材料的制备技术 研究新的制备方法，如原位合成、喷射沉积、激 光熔覆等，以实现高效、低成本的生产。
多功能金属基复合材料 开发具有导电、导热、磁性等功能的新型金属基 复合材料，满足不同领域的应用需求。
分类
根据增强体的不同，金属基复合材料可分为连续增强金属基复合材料和非连续 增强金属基复合材料。
金属基复合材料的特性
高比强度和比模量
可设计性强
金属基复合材料具有较高的比强度和 比模量，能够满足轻量化设计的需求。
通过选择不同的增强体和金属基体， 可以定制金属基复合材料的性能，满 足各种应用需求。
良好的热稳定性和耐磨性
车、高尔夫球杆等。
医疗器械
用于制造医疗器械，如 手术刀、牙科工具等， 提高医疗器械的耐用性
和可靠性。
02
金属基复合材料的制备方法
粉末冶金法
粉末冶金法是一种常用的制备金属基复合材料的方法，通过将增强体（如碳纤维、陶瓷颗粒 等）与金属粉末混合，经过压制、烧结和热等静压等工序，制备出具有优异性能的金属基复 合材料。
界面设计与优化
01
02
03
界面类型
第十四章陶瓷基复合材料加工工艺课件
起步阶段
成熟阶段
20世纪50年代，人们开始探索陶瓷基 复合材料的制备方法。
21世纪初，陶瓷基复合材料在能源、 化工等领域得到广泛应用，并不断涌 现出新的制备技术和应用领域。
发展阶段
20世纪70年代，随着材料科学和制备 工艺的进步，陶瓷基复合材料逐渐应 用于航空航天领域。
02
陶瓷基复合材料的加工 工艺
高的生产效率。
反应烧结工艺
总结词
通过在高温下使陶瓷粉末之间发生化学反应，生成所需陶瓷材料，并进行烧结，形成致密的陶瓷基复合材料。
详细描述
反应烧结工艺是利用陶瓷粉末之间发生的化学反应来制备陶瓷基复合材料的方法。在反应烧结过程中，将陶瓷粉 末加热至高温，使粉末之间发生化学反应，生成所需的陶瓷材料。经过进一步的烧结处理，得到致密的陶瓷基复 合材料。该工艺适用于制备高熔点、高硬度、高耐磨性的陶瓷材料。
热压烧结工艺
总结词
通过在高温高压下将陶瓷粉末压制成形，然后进行烧结，形成致密的陶瓷基复合材料。
详细描述
热压烧结工艺是一种常用的陶瓷基复合材料加工方法。在热压烧结过程中，将陶瓷粉末 与适量的有机或无机粘合剂混合，然后在高温高压下将混合物压制成形。经过烧结后， 去除粘合剂，得到致密的陶瓷基复合材料。该工艺可制备形状复杂的陶瓷部件，具有较
高温超导陶瓷基复合材料
01
高温超导陶瓷基复合材料介绍
高温超导陶瓷基复合材料是一种具有优异导电性能的材料，能够在极低
的温度下实现零电阻。这种材料在电力传输、磁悬浮、磁体等领域具有
广泛的应用前景。
02
制备工艺
高温超导陶瓷基复合材料的制备工艺主要包括粉末制备、成型、烧结等
步骤。其中，粉末制备是关键环节，需要控制原料的纯度、粒度和化学
《陶瓷基复合材料》课件
4．纤维桥接
对于特定位向和分布的纤维，裂纹很难偏转，只能沿着原来的扩展方向继续扩展，这时紧靠裂纹尖端处的纤维并未断裂，而是在裂纹两岸搭起小桥，使两岸连在一起(因此也称为纤维搭桥等)，这会在裂纹表面产生一个压应力，以抵消外加拉应力的作用，从而使裂纹难以进一步扩展，起到增韧作用。
随着密度增加，复合材料的强度和韧性增加
密度
(4)颗粒含量和粒径
2
抑制基体晶粒的生长，形成细晶结构，
高弹性模量的SiC分散材料内部的应力集中，SiC颗粒钝化了裂纹尖端，从而降低了材料的应力集中。
SiC颗粒的加入本身也引入了缺陷，使得裂纹偏转
二、高温力学性能
强度
模量
断裂韧性
没有增强时，断裂韧性随温度升高而降低，有晶须增强后，因纤维拔出，在高温随温度升高而增大
01
02
裂纹弯曲和偏转
陶瓷基体中的裂纹一般难以穿过纤维，而仍按原来的扩展方向继续扩展。相对来讲，它更易绕过纤维并尽量贴近纤维表面而扩展，即裂纹发生偏转，裂纹的扩展路径增长，裂纹扩展中需消耗更多的能量因而起到增韧作用，
脱粘
复合材料中纤维脱粘产生了新的表面，因此需要能量。假设纤维脱粘能等于由于应力释放引起的纤维上的应变释放能，则可推出每根纤维的脱粘能量为： 若想通过纤维脱粘达到最大的增韧效果，则高强度的纤维体积量要大，纤维与基体的界面强度要弱，因为1c与界面应力成反比
二、控制CMC界面的途径
过低和过高的界面结合强度都是有害的。对于CMC，为获得最佳的界面结合强度，我们常常希望完全避免界面间的化学反应或尽量降低界面间的化学反应程度和范围。因此，经常采用涂层的方法限制界面反应的发生，防止界面结合过强和脆性界面层的形成。
PMC、MMC、CMC的界面性质比较
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（3）原位法
①定向凝固法 ②反应自生成法
（4）其他制造工艺
①原位自生成法
②物理气相沉积法
③化学镀 ④电镀
磁大控功溅率射电电源子弧的束离物物子理理镀气气相相沉沉积积
⑤复合镀
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⑥自蔓延
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凝胶的自蔓延燃烧
5.2.3.2 金属基复合材料的性能
(1)组成相的要求 (2)热处理性能； (3)力学性能; (4)热学性能; (5)抗蠕变性能; (6)磨损性能； (7)电学性能
关于金属陶瓷基复 合材料
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5.2.1 概述
➢ 金属基复合材料(MMC)定义 ➢ 金属基体的作用：
① 固结增强体 ② 传递和承受载荷 ③ 赋予形状，可加工性 ④ 影响材料强度、刚度等性能
复合材料基体共 有的特性和功能
➢ 性能优势：
① 资源丰富
② 模量、耐热性高
③ 强度高、可强化
④ 塑性、韧性好
5.3.1 常用陶瓷基体材料
（1）氧化物陶瓷 ①氧化铝陶瓷 ②氧化锆陶瓷
（2）氮化物陶瓷 ①氮化硅陶瓷 ②氮化硼陶瓷 ③氮化铝陶瓷
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5.3.1 常用陶瓷基体材料
（3）碳化物及碳陶瓷 ①碳化硅陶瓷 ②碳化锆陶瓷 ③碳化铬陶瓷 ④碳化钨陶瓷 ⑤碳化钛陶瓷
（4）玻璃、玻璃陶瓷和其他陶瓷 ①玻璃（高硅氧玻璃，硼硅玻璃，铝硅玻璃）； ②玻璃陶瓷（铝锂硅酸、镁铝硅酸玻璃陶瓷）； ③其他陶瓷（硼化物陶瓷，硅化物陶瓷）
提高强度
碳化硅保护高 温下的氧化
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5.2.4.2 性能
➢ 轻质、高强度、高硬度和耐高温； ➢ 熔点高, 高温抗氧化性能好; ➢ 化学稳定好, 耐辐射，具有较高的热辐射 率; ➢ 具有碳纤维与碳材料的突出性能; ➢ 低温下，易于氧化。
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5.2.4.3 应用
航空和航天材料;生物医学材料;坦克装 甲用耐磨材料;化工领域的抗腐蚀材料等.
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5.2.3 金属基复合材料
5.2.3.1 制造方法
（1）固态制造工艺
①粉末合金法 ②固态热压法 ③热等静压法 ④热轧法 ⑤热挤压法 ⑥热拉拔法 ⑦爆炸焊接法
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5.2.3.1 制造方法
（2）液态制造工艺
①真空压力浸渍法 ②液态金属浸渍法 ③热喷涂法 ④挤压铸造法 ⑤共喷沉淀法 ⑥液态金属搅拌铸造法
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5.2.4 碳/碳复合材料
5.2.4.1 制备方法
碳/碳复合材料是由碳纤维与热固性树脂复合材料热分解 而制成。
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第一步：绝氧条件下，树脂热解转化成碳
形成多孔的碳基体
降低材料的强度
第二步：运用碳填充空隙，使之加密
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化学气相沉积法 液相浸渍法
⑴碳纤维的胚体制备； ⑵碳基体的制备； ⑶基体与纤维的复合.
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➢ 碳/碳复合材料的性能
①力学性能
②热物理性能
③烧蚀性能
④化学稳定性能
➢ 碳/碳复合材料的应用
①导弹和宇航工业 ②航空工业
③汽车工业
④其他方面的应用
5.3.3 陶瓷基复合材料的应用
可应用于切削刀具,热机部件,耐腐蚀部件,特殊电子/电 气部件,能量转换元件.
(3)纳米陶瓷复合材料的制造工艺及性能
①熔融-热压法 ②冻胶铸造法 ③先驱体裂解法 ④原位生成法
纳米相提高了复合材料的弯曲强度和使用温度,改善了 断裂韧性和复合材料的抗蠕变性能。
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(4)碳/碳陶瓷复合材料的制造工艺及性能
➢ 优点: 高温热性能 ➢ 缺点: 性能, 加工, 设计 ➢ 制造工艺:
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5.2.3.3 金属基复合材料 的应用
➢ Bf/Al 用作航天飞机部件; ➢ Cf/Al用作NASA空间望远镜的
天线支架;
➢ FP-Al2O3f/ (Al,Mg)用作汽车部 件和内燃机连杆等等
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铝合金在飞机上的应用
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5.3 陶瓷基复合材料来自 耐磨零件： 碳化硅，氧化铝颗粒，晶须等
用作集电和电触头： SiC，金属丝，石墨颗粒增强铝，铜等
耐腐蚀电池极板： 石墨碳纤维增强铅合金等
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5.2.3 金属基复合材料
➢ 重要体系 Al2O3/(Al、Mg)
➢ 主要特点 ● 高的比强度、比模量； ● 好的韧性； ● 比聚合物高的使用温度。
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5.3.2 陶瓷基复合材料的制造
制备步骤:将增强体材料掺入到未凝结的基体中,使基体和 增强体材料一道成为整体材料。
(1)连续纤维增强陶瓷基复合材料的制备工艺 四大系列: Al2O3纤维/ZrO2, SiC纤维/SiC, Si3N4纤维/Si3N4 SiC纤维/Si3N4
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5.3.2 陶瓷基复合材料的制造
制备方法:
①料浆浸渍-热压烧结法；②化学气相渗透法 ③有机先驱体热解法； ④熔融渗透法 ⑤直接氧化沉淀法； ⑥反应烧结法
(2)晶须和颗粒增强陶瓷基复合材料的制备工艺
①晶须复合材料制备工艺
a.烧结法
b.先驱体转化法
c.电泳沉积法
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② 原位生长晶须 ③ 颗粒增强陶瓷基复合材料
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5.2.2 金属基体
(2) 不同基体的金属基结构复合材料的使用温度范围
★ 铝、镁及其合金使用温度<450℃； ★ 钛合金450~650℃；
★ 金属间化合物和镍其、铁基耐热合金650~1200℃。
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(3)功能复合材料的金属基体
电子工业: SiC/Al, SiC/Cu; Cf/Al; Cf/Cu等等
⑤ 光、电、磁、热、弹等性能优良
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5.2.2 金属基体
(1)常用金属基体
包括：铝、镁、钛、铜、金属间化合物和高温合金
常用金属基体有： 铝及其合金 镁及其合金
现代武器装备的基础性材 料，纳入国家重大基础材 料研究范畴。
钛及其合金
铜及其合金
金属间化合物和镍及其合金
不锈钢
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新一代环保飞机
碳碳复合材料制成的活塞
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碳纤维与树脂制成的Promachien自行车
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