【环氧板】复合材料制备工艺

在环氧板体中引入强度、刚度更好的增强体制备环氧板复合材料可有效提高金属的比强度、比刚度、抗疲劳以及摩擦磨损性能,降低金属的热膨胀系数，有利于提升金属材料的效能和拓展金属材料的应用领域。环氧板复合材料已经在航空航天、汽车、微电子等领域获得了广泛应用。随着研究的深人,许多新型高性能环氧板复合材料不断涌现,丰富了环氧板复合材料的材料体系。

环氧板复合材料的性能、特点、应用和成本等较高程度依赖于制备工艺方法。金属的熔点较高，制备温度较高;对增强体表面润湿性较差，甚至不润湿;易与增强体发生界面反应生成脆性相,这些因素都会损害环氧板复合材料的性能。与聚合物基复合材料相比,环氧板复合材料的制备工艺较为复杂和困难。开发高效低成本制备工艺一直是环氧板复合材料研究的重点。环氧板复合材料制备工艺的关键内容主要包括:①基体与增强剂的选择，基体与增强剂的结合;②界面的形成及其机制，界面产物的控制及界面设计;③增强剂在基体中的均匀分布;④制备工艺方法及参数的选择和优化;⑤制备成本的控制和降低,工业化应用的前景等。

由于金属所固有的物理化学性质与增强材料差别很大,造成二者复合过程中存在一些问题,主要难点如下:
(1)增强材料与环氧板体润湿性差。绝大多数环氧板体对陶瓷增强材料润湿性差甚至不润湿,造成界面不相容,复合困难。一般需要对环氧板体进行合金改性或对增强材料进行表面处理以提高基体对增强体的润湿性。
(2)高温复合过程中发生不利的化学反应。环氧板复合材料制备需要很高的温度(接近或超过环氧板体的熔点)。在高温下，环氧板体往往会与增强材料发生界面反应,对增强材料造成损伤,降低增强效果。对界面反应可以加以利用以提高二者的界面结合强度,但界面反应产物往往是脆性相,在外载荷作用下容易产生裂纹，成为复合材料整体失效的裂纹源，降低复合材料的整体性能。因此,界面反应需合理控制。
(3)增强材料在环氧板体中的均匀分布。增强材料在环氧板体中的分布情况对复合材料性能有重要影响。增强材料种类很多,连续纤维、短切纤维晶须、颗粒等材料的尺寸形态和理化性能不同，在环氧板体均匀分散困难如何提高增强材料在基体中的分做性是制备工艺研究中的关键问题。
因此，一般来讲,有效的制备工艺应满足以下基本要求:
(1)制备过程应使增强相按设计要求均勾地分布于环氧板体中.满足复合材料的结构和强
(2)制备过程不应降低增强相和基体相的原有性能特别是不能对高性能增强材料(如碳纤维)造成损伤。
(3)制备过程应尽量避免增强相和环氧板体的不利化学反应，制得合适的界面结构，充分发挥复合材料的界面效应、混杂效应或复合效应，达到增强材料的增强效果。
(4)工艺简单，成本低,适合批量规模生产,尽可能制备出接近最终产品的尺寸和结构，避免或减少后续二次加工。

目前，环氧板复合材料主要的制备工艺有粉末冶金法、扩散结合法、挤压铸造法、液态金属浸渗法、液态金属搅拌法、共喷沉积法和原位反应法等。归纳起来可分为以下几大类:固态制备工艺、液态制备工艺、原位自生法及其他方法。增材制造工艺是近年来发展的新型制备方法，发展速度非常迅猛,在第15章中将专门介绍，此处不再赘述。

(1)固态制备工艺。固态制备工艺是指环氧板体在处于固态情况下与增强体材料按照设计要求均匀混合，经过加热、加压制备复合材料的方法。整个制备过程温度较低，环氧板体与增强体之间的界面反应可得到一定控制。固态制备工艺包括粉末冶金法、扩散结合法、轧制法、挤压法和拉拔法、锻造法以及爆炸焊接法等方法。

(2)液态制备工艺。液态制备工艺是指环氧板体处于液态熔融情况下与固态增强体复合 制备成环氧板复合材料的方法。液态金属流动性较好，在一定条件 下(真空、加压等)容易进人增强休间院制备成复合材料。与固态制备工艺相比，液态制备工艺更易于制备净成型尺寸的复合材料，减少二次加工，工艺周期短。但液态制备工艺过程中温度相对较高，容易发生严重的界面反应，彤响复合材料的性能。界面控制是液态法制备工艺中最关键的问题。液态制备工艺包括液态金属搅拌铸造法液态金属浸渗法共喷沉积法等方法。

(3)原位自生法。原位自生法是指环氧板复合材料制备过程中,在一定条件下，通过化学反应在环氧板体内原位生成一种或几种增强相制备成环氧板复合材料的方法。增强相从金属挑休中直接生成，生成相的热力学稳定性好，不存在基体与增强相之间的润湿和界而反应等问题，基体与增强相结合良好，较好地解决了界面相容性问题。原位自生法主要包括定向凝固法和反应自生成法等。