【​环氧板】的冷知识

按照环氧板材料增疆体的几何形状和尺寸分类。可以将陶瓷基环氧板材料分为品须增强陶瓷基环氧板材料顺粒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，即晶须的分散、成型和烧结:把晶须和增强颗粒加人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,再经烧结制得晶须或颗粒增韧陶瓷基环氧板材料的方法，例如将siC晶须加人到氧化物碳化物、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原位生长晶须法。将陶瓷基体粉末、晶须和增强颗粒生长 助朔等自接混合成形,在一定的条件 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合材料的形状通常由纤维预制体来实现，再在纤维预制体内部制备陶瓷基体，属于增材t制造的范時。连续纤维增强陶瓷瓷基环氧板材料的制备通常采用化学转化法。通过化学转化法降低陶瓷基体的制备问题进

要有化学气相沉积/渗透(CVD/CVI)法先驱体进而保证环氧板材料的结构性能。其制备方法主法三种,这也是本章讲述的重点。体浸渍裂解法(PIP)法和反应性熔体浸渗(RM)

树脂基体种类繁多，不同的基体有不同的制备工艺，总体来说，树脂基环氧板材料的制备工 艺可分为- 步法和二步法。一步法( 又称“湿法")是将纤维直接浸渍树脂一 步固化成型形成环氧板材料;二步法则是预先对纤维浸溃树脂，使之形成纤维和树脂预先混合的半成品,再由半成品成型制备出环氧板材料制品。早期制造环氧板材料都是采用-步法工艺，如成型模压制品是先将纤维或织物置于模具中，倒人配好的树脂后加压成型。

一步法工艺简便，设备简单，但存在以下不足:树脂不易分布均匀，在制品中形成富胶区和贫胶区，严重时会出现“白丝”现象;溶剂、水分等挥发物不易去除,形成孔洞;生产效率低,生产 环境恶劣。针对一步法的缺点，发展了二步法(“干 法”):预先将纤维树脂预先混合或纤维浸渍树脂,经过一定处理，使浸渍物成为一-种干态或稍有黏性的材料，即半成品材料,再用半成品成型为环氧板材料制品。二步法由于将浸渍过程提前，可很好地控制含胶量并解决纤维树脂均匀分布问题;在半成品制备过程中烘去溶剂、水分和低分子组分，降低了制品的孔隙率，也改善了环氧板材料成型作业的环境;通过半成品的质量控制,可有效保证环氧板材料制品的质量。对连续纤维增强树脂基环氧板材料,习惯上把这种成型用材料称为预浸料。它是制备环氧板材料制品的重要中间环节,其质量直接影响着成型工艺条件和产品性能。

树脂基环氧板材料的性能不仅取决于所用树脂及添加剂的种类和配比,而且还与其制造方法有极大关系。图11-1所示是树脂基环氧板材料成型加工的典型工艺流程。由图可知，环氧板材料成型加工包括预浸料等半成品制备、增强材料预成型和环氧板材料固化成型等几方面的内容。环氧板材料半成品的制备主要包括预浸料和预混料的制备,11.2节将做详细说明。环氧板材料预成型的目的是得到接近制品形状的毛坯。成型固化工艺包括两方面内容:-是成型,是根据产品的要求,将预浸料铺制成产品的结构和形状;二是进行固化，是将铺制成一-定形状的预浸料，在温度、时间和压力等因素下使形状固定下来,并能达到预计的使用性能要求。不同的工艺方法在这三个方面可能同时或分别进行，但都要完成好树脂与纤维的环氧板、浸渍、固化和成型。在纤维与树脂体系确定后,环氧板材料的性能主要取决于成型固化工艺。

陶瓷晶体往往是原子堆积紧密的立方或六方结构。同一种陶瓷通常具有多种晶体结构，不同同素异构体间的力学性能和热物理性能可能存在较大差异。因此，陶瓷在不同环境下(如温度压强)的相变可能对材料产生重要影响。非晶态陶瓷也称为玻璃，通常为硅酸盐。与非晶态聚合物相似玻璃由熔融状态冷却时不结晶，原子呈长程无序状态。此外，些由特殊工 艺(如化学气相沉积、聚合物转化陶瓷等)制备的Si.N. ScN等非氧化无陶瓷也可以为非晶态,并可以在较高温度下保持非晶结构。

指在没有外力作用下、物理、化学性质完全相同、成分相同的均句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文又上的面，阳题只来克堂为相区域。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腺性质。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一相。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一层物质,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。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。

尽管陶瓷材料在拉伸载荷下十分脆弱,但它却拥有良好的抗压性能,这种差异与两种载荷方式下材料中的应力性质及裂纹的萌生和扩展方式有关。图4-2展示了陶瓷材料在拉伸和压缩试验下典型的应力-应变行为。如图4-2所示，拉伸时，试样的应力一应变曲线与压缩时的曲线重合，试样经历较小的弹性变形即发生断裂，而压缩断裂强度和断裂伸长率则远大于拉伸载荷下的相应值(通常，陶瓷的抗压强度可达抗拉强度的9倍左右)。在压缩载荷下,裂纹的扩展路径与加载方向大致同向，当裂纹扩展至材料表面时，试样会发生剥落,造成应力一应变曲线后半段的波动。

陶瓷材料的热稳定性和抗蠕变性良好，具有很高的使用温度上限。典型的镍基高温合金 的使用温度上限为1100 °C左右,而某些陶瓷则可以在1 500 °C下使用。

抗热震性是陶瓷材料在高温下使用时需要考虑的问题。由于陶瓷材料固有的脆性,热冲击是材料发生破坏的重要原因之一。