常用复合材料制品的成形
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2）成形方法及工艺过程
A 浸铸法
① 原理： 用液态金属浸铸纤维成形法原理 如图所示。纤维按一定方向进入熔融 液态金属中。经过冷却成形圈被拉出。 形成所需形状的制品。
② 特点：
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二、颗粒增强复合材料及成形工艺
1．定义、种类、用途 这是以一种或多种增强颗粒均匀分散在基体材料内而制成 的复合材料。 最常见的颗粒增强复合材料有： 1）金属陶瓷 增强相为氧化物（Al203、MgO、BeO、ZrO）和碳化物 （TiC、WC、SiC）。基本材料通常是Fe、Co、Mo、Cr、Ni、 Ti等金属。它是优良的切削刀具、磨具材料。如硬质合金刀具。
特点： 由于在零件成形和凝固过程中，铸型加压部分或冲 头处于可移动状态， 故可使零件在压力下结晶，并产生一定程 度的变形，可获得细密的组织和较高的力学性能。 应用： 主要用于制造形状简单而性能、质量要求高的复合 铸件。如可重熔颗粒增强铝合金铸件。
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这类材料的代表是W、Mo丝／Al203、ZrO。它们之间 结合紧密,不发生化学反应,其高温强度、热稳定性、韧性、 耐蚀性都较单一金属或陶瓷有较大的改善。这类材料主要应 用于要求高温强度，热稳定性，冲击韧性高，又耐急冷急 热的飞机、火箭等构件的制造。如火箭喷管喉部前锥体， 隔热层，密封垫等零件的制造。
② 挤压成形法 挤压成形就是利用挤压机使短纤维晶须及颗粒增强复合材 料坯料，发生塑性变形，制取棒材、型材和管材的工艺方法。 一般在加压状态下进行。 ③ 压铸成形法 压铸成形是在高压下将液态金属或金属基复合材料注射进 入铸型，凝固后成形的铸造工艺方法。应用压铸工艺可制得尺 寸精度高，表面质量好的复合材料铸件。 主要用于可重熔颗粒增强铝、镁、锌基合金复合材料（可 按普通合金压铸工艺浇铸零件）和陶瓷颗粒增强合金复合材料 的制件。 适用范围：压铸法是一种适合大批量生产的工艺方法， 主要用于汽车、摩托车等零件的生产。
常用于成形球形，圆筒形 ③ 应用： 等回转壳体类构件。
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C 模压法 ① 原理及工艺过程: 将模压料(胶布、纤维预浸料、预成形坯等)置于模具中,借 助于一定的温度、压力压制所需要的形状、尺寸，再固化成 形。 ② 特点： 生产效率高；产品结构致密，尺寸精确，质量稳定；二 次加工量小。模具设计、制造复杂，投资大。 ③ 应用： 适用于在常温下能固结的树脂为基的中、小型、大批量玻 璃钢制品(如玻璃钢阀门)
三、叠层复合材料及成形工艺
由两层或两层以上的不同材料复合成叠层材料。
１、双金属叠层复合材料及成形工艺
1）种类及用途 此类叠层复合材料典型代表有钢与锡基巴氏合金、普通 钢表面镀铬、普通钢～不锈钢叠层复合钢板等。可提高基体 耐磨、耐蚀等能力。
双金属叠层复合材料主要用于制作耐磨、耐蚀的结构件。 如滑动轴承，化工容器、医药器械等。
2）石墨／铝（Al）
在Al液中加入颗粒状石墨，经浇注可制成具有优良减摩、 消振的颗粒增强复合材料。它是优良的新型轴承材料。
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２．成形方法及工艺过程
① 铸造法： 将增强颗粒均匀分散浸铸熔融金属后，再进行浇铸成形， 可直接生产机器零件。如轴承等。
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② 碳纤维树脂复合材料 此类复合材料比重轻、比强度、比弹性模量大(大于钢),冲 击 韧性好；摩擦系数小,耐水温、化学稳定性、导热性高，耐X射
线
主要用于宇航、人造卫星、 火箭发动机的壳体、机架、天 能力强；其强度优于玻璃钢；但价格较贵。 线构架等零件生产及轴承、齿轮、活塞、密封圈、化工零件等耐 磨、减摩、耐蚀的零件材料。 ③ 硼纤维树脂复合材料 这类复合材料的基体和纤维之间粘接性能好；压缩强度、剪 切强度、硬度高、钢性好。稳定性、导电、导热性较好。但硼纤 维制造成本高。
主要用于宇航和航空工业,如制造压气机叶片、直升飞机转轴； 螺旋浆叶片、仪表盘、转子等零件。
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2）成形方法及工艺过程
A 手糊法 ① 原理及工艺过程: 在成形模具上先涂刷一 层加入固化剂的树脂,贴上一 层纤维组织物，用刷子刷平 后再涂上一层树脂，又贴上 一层纤维，直至达到所需要 的厚度为止。然后施加一定 的压力, 在25~50℃温度范围 内固化成形，脱模。 ② 特点: 此法设备简单,生产成本 低；对制品形状的适应性较 好；制品质量、尺寸不够稳定；生产率低。
在惰性气体保护下，等离子弧迅速将金属粉末熔化，并随 等离子流从等离子喷枪喷向整齐排列于心轴的纤维上。 ② 特点： 熔融金属粒子与纤维结合紧密，纤维与基体的界面接触较 好，且微粒子在离开喷嘴后是急速冷却的，因此几乎不与纤维 发生化学反应。此外，还可以采用一边向纤维喷涂熔融金属微 粒子，一边把纤维缠绕在芯模上的缠绕作业。 等离子喷涂法成形的制品比较疏松，在喷涂成形后还应进 行一次热压成形，以提高制品的密度和尺寸的精确度。 D 粉末冶金法 将短纤维与粉末金属混合，然后在烧结温度下进行热压。
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3．纤维增强陶瓷复合材料 1）种类及用途 ① 碳纤维陶瓷复合材料(C／SiC) 石墨纤维增强陶瓷复合材料，性能优良，如耐 1400°C 高温，比强度、比模量高。C／SiC已用作喷气发动机的涡 轮叶片、内燃机的部份零件。 ② 金属纤维陶瓷复合材料
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④ 粉末冶金法
将增强颗粒材料和金属基体粉末混合，然后压制、烧结成 形。
⑤ 挤压铸造成形法（液态模锻）
将液态或半液态颗粒增强金属基复合材料在压力作用下充 满铸型和凝固的铸造工艺方法。
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2）成形方法及工艺过程 ① 泥浆浇铸法 将纤维分散在陶瓷泥浆中，然后浇铸在石膏模中，干燥后 脱模再进行焙烧。此法工艺简单，制品不受形状限制，成本低 但制品致密度较低。 ② 热压法 纤维或其织物浸渗基体（陶瓷浆料）后，放入模具中在高 温、高压下成形。高压基体填充织物空隙，增加了制品密度和 提高了力学性能。
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D 喷射法 ① 原理及工艺过程： 它是利用压缩空气将树脂,硬化剂和短纤维同喷到模具表 面, 经过辊压压实,排除气泡后于25～50℃温度范围内固化,即得 所需制品。
② 特点： 可制备无缝、异形 制品，适应性强；生产 率高。劳动条件较差， 污染较大。操作控制较 严。 ③ 应用： 喷射法可用来成形 船体、浴盆、汽车车身、 容器等；适于生产大尺 寸制品和大批量生产。
此种方法能够连续生产棒材。 生产效率高，成本低。常用于生产 铝、镁等低熔点金属为基的纤维增 强复合材料。
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B 热压扩散结合法(热扩散焊接法) ① 原理及工艺过程： 在高温下施加静压力,使纤维与基体扩散结合在一起的方法。
③ 应用： 主要用于大型整体件的制造(如汽车顶、雷达罩、船体等)。
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B 缠绕法
① 原理及工艺过程: 将浸渍树脂的纤维按一定 规律缠绕在芯模上,经固化制成 所需要的构件。
其过程为：增强纤维1经过张力 棍、纤维导辊、进入树脂槽后， 被缠在模具上，并在一定温度 (25~120℃)下固化 成形，脱 模后即得所需制品。 ② 特点: 设备简单；易于实现机械 化,生产率高；产品质量稳定； 形状局限性大。
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C 喷涂法 ① 原理及工艺过程： 将高温熔融金属喷涂到纤维上，待金属冷凝后将纤维粘结 成形的方法，称为喷涂成形法，其中的等离子喷涂是最有发 展前途的一种喷涂法。
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② 工艺过程为： 按制件形状、纤维体积密度及增强方向的要求， 将金属基复合材料预制条带及基体金属箔或粉末布，经剪 裁、铺设、叠层、组装，然后在低于复合材料基体金属的熔点 温度下加压并保持一定时间，基体金属产生蠕变与扩散，使纤 维与基体间形成良好的界面结合，得到复合材料制件。 ③ 特点： 利用静压力扩散结合，若条件适当有可能不损失纤维的力 学性能，并有良好的结合界面；工艺参数易于精确控制，纤维 在制件中的空间位置可按构件受力情况进行精细铺排，制件质 量好。 但是由于型模加压的单向性，此工艺限于制作形状较为简 单的板材，如铝合金纤维增强板材及某些型材或叶片等制件。
常用复合材料制品的成形 一、纤维增强复合材料及其成形工艺
1．纤维增强树脂复合材料及其成形工艺 1）种类及用途 ① 玻璃纤维树脂复合材料(俗称玻璃钢) 根据树脂的不同,可把玻璃钢分为热固性玻璃钢和热塑性玻 璃钢（玻璃塑料）。玻璃塑料比未增强的塑料,其强度提高2~3 倍,抗蠕变能力提高2~5倍,冲击韧性提高2~4倍,耐热性显著提高。 玻璃塑料主要用于制造各种仪表盘、收音、录音机机壳， 电气元件,代替有色金属制造精密的轴承座、轴承和齿轮等零件。 玻璃钢有较高的比强度,其值超过铜、铝合金,甚至超过钢。 它的耐蚀性和介电性能优良,故在电气、机械石油化工等工程上 得到广泛应用。
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2．纤维增强金属复合材料及成形工艺 1）种类及用途 ① 碳纤维增强铝、镁等复合材料(碳∕铝、镁及合金) 这种复合材料较单一金属或合金具有高的热强性和热弹性 模量，高的耐磨性。可用于飞机发动机风扇叶片，耐压容器、 防弹钢板、轴承材料等。 ② 硼纤维增强铝、镁、钛及其合金等复合材料 这类复合材料具有高的比模量、比强度、疲劳极限、热稳 定性。 此类材料在宇航、航天、火箭技术中有重要用途。但因硼 纤维制造成本高，应用范围受到一定限制。 ③ 钨、钼等增强镊钛合金复合材料 这类复合材料的纤维和基体之间润湿性好，易于制造；其 强度、高温强度和弹性模量很高，而且还有高的韧性和塑性。 此种材料可用于飞机上许多重要耐热结构件的制造。如火 箭推进器，喷气发动机，蜗轮机，压气机中的密封元件。超音 速飞机。
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E 注射和挤压成形 ① 原理及过程： 原理及工艺过程与塑料加工方法相同。将粒状或粉状塑料 以及短纤维混合料 送入注射机或挤出机，通过模具注射或挤 出成形。
② 应用：
注射或挤出成形适用于短纤维树脂复合材料制品的生产。
2）成形方法及工艺过程
A 浸铸法
① 原理： 用液态金属浸铸纤维成形法原理 如图所示。纤维按一定方向进入熔融 液态金属中。经过冷却成形圈被拉出。 形成所需形状的制品。
② 特点：
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二、颗粒增强复合材料及成形工艺
1．定义、种类、用途 这是以一种或多种增强颗粒均匀分散在基体材料内而制成 的复合材料。 最常见的颗粒增强复合材料有： 1）金属陶瓷 增强相为氧化物（Al203、MgO、BeO、ZrO）和碳化物 （TiC、WC、SiC）。基本材料通常是Fe、Co、Mo、Cr、Ni、 Ti等金属。它是优良的切削刀具、磨具材料。如硬质合金刀具。
特点： 由于在零件成形和凝固过程中，铸型加压部分或冲 头处于可移动状态， 故可使零件在压力下结晶，并产生一定程 度的变形，可获得细密的组织和较高的力学性能。 应用： 主要用于制造形状简单而性能、质量要求高的复合 铸件。如可重熔颗粒增强铝合金铸件。
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这类材料的代表是W、Mo丝／Al203、ZrO。它们之间 结合紧密,不发生化学反应,其高温强度、热稳定性、韧性、 耐蚀性都较单一金属或陶瓷有较大的改善。这类材料主要应 用于要求高温强度，热稳定性，冲击韧性高，又耐急冷急 热的飞机、火箭等构件的制造。如火箭喷管喉部前锥体， 隔热层，密封垫等零件的制造。
② 挤压成形法 挤压成形就是利用挤压机使短纤维晶须及颗粒增强复合材 料坯料，发生塑性变形，制取棒材、型材和管材的工艺方法。 一般在加压状态下进行。 ③ 压铸成形法 压铸成形是在高压下将液态金属或金属基复合材料注射进 入铸型，凝固后成形的铸造工艺方法。应用压铸工艺可制得尺 寸精度高，表面质量好的复合材料铸件。 主要用于可重熔颗粒增强铝、镁、锌基合金复合材料（可 按普通合金压铸工艺浇铸零件）和陶瓷颗粒增强合金复合材料 的制件。 适用范围：压铸法是一种适合大批量生产的工艺方法， 主要用于汽车、摩托车等零件的生产。
常用于成形球形，圆筒形 ③ 应用： 等回转壳体类构件。
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C 模压法 ① 原理及工艺过程: 将模压料(胶布、纤维预浸料、预成形坯等)置于模具中,借 助于一定的温度、压力压制所需要的形状、尺寸，再固化成 形。 ② 特点： 生产效率高；产品结构致密，尺寸精确，质量稳定；二 次加工量小。模具设计、制造复杂，投资大。 ③ 应用： 适用于在常温下能固结的树脂为基的中、小型、大批量玻 璃钢制品(如玻璃钢阀门)
三、叠层复合材料及成形工艺
由两层或两层以上的不同材料复合成叠层材料。
１、双金属叠层复合材料及成形工艺
1）种类及用途 此类叠层复合材料典型代表有钢与锡基巴氏合金、普通 钢表面镀铬、普通钢～不锈钢叠层复合钢板等。可提高基体 耐磨、耐蚀等能力。
双金属叠层复合材料主要用于制作耐磨、耐蚀的结构件。 如滑动轴承，化工容器、医药器械等。
2）石墨／铝（Al）
在Al液中加入颗粒状石墨，经浇注可制成具有优良减摩、 消振的颗粒增强复合材料。它是优良的新型轴承材料。
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２．成形方法及工艺过程
① 铸造法： 将增强颗粒均匀分散浸铸熔融金属后，再进行浇铸成形， 可直接生产机器零件。如轴承等。
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② 碳纤维树脂复合材料 此类复合材料比重轻、比强度、比弹性模量大(大于钢),冲 击 韧性好；摩擦系数小,耐水温、化学稳定性、导热性高，耐X射
线
主要用于宇航、人造卫星、 火箭发动机的壳体、机架、天 能力强；其强度优于玻璃钢；但价格较贵。 线构架等零件生产及轴承、齿轮、活塞、密封圈、化工零件等耐 磨、减摩、耐蚀的零件材料。 ③ 硼纤维树脂复合材料 这类复合材料的基体和纤维之间粘接性能好；压缩强度、剪 切强度、硬度高、钢性好。稳定性、导电、导热性较好。但硼纤 维制造成本高。
主要用于宇航和航空工业,如制造压气机叶片、直升飞机转轴； 螺旋浆叶片、仪表盘、转子等零件。
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2）成形方法及工艺过程
A 手糊法 ① 原理及工艺过程: 在成形模具上先涂刷一 层加入固化剂的树脂,贴上一 层纤维组织物，用刷子刷平 后再涂上一层树脂，又贴上 一层纤维，直至达到所需要 的厚度为止。然后施加一定 的压力, 在25~50℃温度范围 内固化成形，脱模。 ② 特点: 此法设备简单,生产成本 低；对制品形状的适应性较 好；制品质量、尺寸不够稳定；生产率低。
在惰性气体保护下，等离子弧迅速将金属粉末熔化，并随 等离子流从等离子喷枪喷向整齐排列于心轴的纤维上。 ② 特点： 熔融金属粒子与纤维结合紧密，纤维与基体的界面接触较 好，且微粒子在离开喷嘴后是急速冷却的，因此几乎不与纤维 发生化学反应。此外，还可以采用一边向纤维喷涂熔融金属微 粒子，一边把纤维缠绕在芯模上的缠绕作业。 等离子喷涂法成形的制品比较疏松，在喷涂成形后还应进 行一次热压成形，以提高制品的密度和尺寸的精确度。 D 粉末冶金法 将短纤维与粉末金属混合，然后在烧结温度下进行热压。
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3．纤维增强陶瓷复合材料 1）种类及用途 ① 碳纤维陶瓷复合材料(C／SiC) 石墨纤维增强陶瓷复合材料，性能优良，如耐 1400°C 高温，比强度、比模量高。C／SiC已用作喷气发动机的涡 轮叶片、内燃机的部份零件。 ② 金属纤维陶瓷复合材料
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④ 粉末冶金法
将增强颗粒材料和金属基体粉末混合，然后压制、烧结成 形。
⑤ 挤压铸造成形法（液态模锻）
将液态或半液态颗粒增强金属基复合材料在压力作用下充 满铸型和凝固的铸造工艺方法。
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2）成形方法及工艺过程 ① 泥浆浇铸法 将纤维分散在陶瓷泥浆中，然后浇铸在石膏模中，干燥后 脱模再进行焙烧。此法工艺简单，制品不受形状限制，成本低 但制品致密度较低。 ② 热压法 纤维或其织物浸渗基体（陶瓷浆料）后，放入模具中在高 温、高压下成形。高压基体填充织物空隙，增加了制品密度和 提高了力学性能。
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D 喷射法 ① 原理及工艺过程： 它是利用压缩空气将树脂,硬化剂和短纤维同喷到模具表 面, 经过辊压压实,排除气泡后于25～50℃温度范围内固化,即得 所需制品。
② 特点： 可制备无缝、异形 制品，适应性强；生产 率高。劳动条件较差， 污染较大。操作控制较 严。 ③ 应用： 喷射法可用来成形 船体、浴盆、汽车车身、 容器等；适于生产大尺 寸制品和大批量生产。
此种方法能够连续生产棒材。 生产效率高，成本低。常用于生产 铝、镁等低熔点金属为基的纤维增 强复合材料。
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B 热压扩散结合法(热扩散焊接法) ① 原理及工艺过程： 在高温下施加静压力,使纤维与基体扩散结合在一起的方法。
③ 应用： 主要用于大型整体件的制造(如汽车顶、雷达罩、船体等)。
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B 缠绕法
① 原理及工艺过程: 将浸渍树脂的纤维按一定 规律缠绕在芯模上,经固化制成 所需要的构件。
其过程为：增强纤维1经过张力 棍、纤维导辊、进入树脂槽后， 被缠在模具上，并在一定温度 (25~120℃)下固化 成形，脱 模后即得所需制品。 ② 特点: 设备简单；易于实现机械 化,生产率高；产品质量稳定； 形状局限性大。
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C 喷涂法 ① 原理及工艺过程： 将高温熔融金属喷涂到纤维上，待金属冷凝后将纤维粘结 成形的方法，称为喷涂成形法，其中的等离子喷涂是最有发 展前途的一种喷涂法。
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② 工艺过程为： 按制件形状、纤维体积密度及增强方向的要求， 将金属基复合材料预制条带及基体金属箔或粉末布，经剪 裁、铺设、叠层、组装，然后在低于复合材料基体金属的熔点 温度下加压并保持一定时间，基体金属产生蠕变与扩散，使纤 维与基体间形成良好的界面结合，得到复合材料制件。 ③ 特点： 利用静压力扩散结合，若条件适当有可能不损失纤维的力 学性能，并有良好的结合界面；工艺参数易于精确控制，纤维 在制件中的空间位置可按构件受力情况进行精细铺排，制件质 量好。 但是由于型模加压的单向性，此工艺限于制作形状较为简 单的板材，如铝合金纤维增强板材及某些型材或叶片等制件。
常用复合材料制品的成形 一、纤维增强复合材料及其成形工艺
1．纤维增强树脂复合材料及其成形工艺 1）种类及用途 ① 玻璃纤维树脂复合材料(俗称玻璃钢) 根据树脂的不同,可把玻璃钢分为热固性玻璃钢和热塑性玻 璃钢（玻璃塑料）。玻璃塑料比未增强的塑料,其强度提高2~3 倍,抗蠕变能力提高2~5倍,冲击韧性提高2~4倍,耐热性显著提高。 玻璃塑料主要用于制造各种仪表盘、收音、录音机机壳， 电气元件,代替有色金属制造精密的轴承座、轴承和齿轮等零件。 玻璃钢有较高的比强度,其值超过铜、铝合金,甚至超过钢。 它的耐蚀性和介电性能优良,故在电气、机械石油化工等工程上 得到广泛应用。
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2．纤维增强金属复合材料及成形工艺 1）种类及用途 ① 碳纤维增强铝、镁等复合材料(碳∕铝、镁及合金) 这种复合材料较单一金属或合金具有高的热强性和热弹性 模量，高的耐磨性。可用于飞机发动机风扇叶片，耐压容器、 防弹钢板、轴承材料等。 ② 硼纤维增强铝、镁、钛及其合金等复合材料 这类复合材料具有高的比模量、比强度、疲劳极限、热稳 定性。 此类材料在宇航、航天、火箭技术中有重要用途。但因硼 纤维制造成本高，应用范围受到一定限制。 ③ 钨、钼等增强镊钛合金复合材料 这类复合材料的纤维和基体之间润湿性好，易于制造；其 强度、高温强度和弹性模量很高，而且还有高的韧性和塑性。 此种材料可用于飞机上许多重要耐热结构件的制造。如火 箭推进器，喷气发动机，蜗轮机，压气机中的密封元件。超音 速飞机。
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E 注射和挤压成形 ① 原理及过程： 原理及工艺过程与塑料加工方法相同。将粒状或粉状塑料 以及短纤维混合料 送入注射机或挤出机，通过模具注射或挤 出成形。
② 应用：
注射或挤出成形适用于短纤维树脂复合材料制品的生产。