熔滲工藝

福斯曼科技（北京）

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什么是熔滲工藝？

熔滲工藝在纖維增強復(fù)合材料中的應(yīng)用非常廣泛。比如陶瓷基復(fù)合材料（CMC）是由高強度的陶瓷纖維和陶瓷基體復(fù)合而成，在繼承單相陶瓷耐高溫的優(yōu)點基礎(chǔ)上，通過增韌機理設(shè)計，達(dá)到增加材料韌性的目的。在熔滲工藝中，纖維基體起到了增強材料結(jié)構(gòu)的作用，在航空航天領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力。

熔滲工藝一般分為反應(yīng)熔滲和非反應(yīng)熔滲。

反應(yīng)熔滲是一種特殊的熔滲過程，其中滲透的材料與基材之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在反應(yīng)熔滲中，熔融的材料滲透到基材中后，與基材發(fā)生反應(yīng)形成化合物或合金。這種過程可以在相互兼容的材料系統(tǒng)中使用，以增強材料的性能，改善界面結(jié)合，并產(chǎn)生新的化學(xué)組合。

反應(yīng)熔滲可以產(chǎn)生強化材料的效果，如增強結(jié)合強度、提高耐磨性、改善熱傳導(dǎo)等。這種技術(shù)在制造金屬-陶瓷復(fù)合材料、金屬-金屬復(fù)合材料、金屬-陶瓷結(jié)構(gòu)材料等方面具有廣泛應(yīng)用。

非反應(yīng)熔滲是指在熔滲過程中，滲透的材料與基材之間不發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)。相反，滲透的材料在熔融狀態(tài)下直接填充或包裹基材的空隙或孔隙，形成一個固態(tài)接合。

非反應(yīng)熔滲通常適用于相互不反應(yīng)或只有較弱反應(yīng)的材料系統(tǒng)。用于制造纖維增強復(fù)合材料、金屬泡沫材料、嵌入式結(jié)構(gòu)等。它可以提供強度、剛度和其他性能優(yōu)勢，同時保持基材的原始特性。這種技術(shù)在實現(xiàn)設(shè)計復(fù)雜性和功能性的材料應(yīng)用方面具有廣泛的潛力。

碳化硅陶瓷基復(fù)合材料(SiCf/SiC CMC)的熔滲制備工藝

熔滲工藝(MI)是在反應(yīng)燒結(jié)SiC基礎(chǔ)上發(fā)展起來的復(fù)合材料制備工藝，根據(jù)熔滲過程中是否存在碳與硅的反應(yīng)，可分為反應(yīng)熔滲（RMI）和非反應(yīng)熔滲（MI）兩種。其基本工藝流程是：利用CVI（化學(xué)氣相滲透）工藝在SiC纖維表面沉積涂層（界面相）；在纖維涂層表面繼續(xù)沉積一定厚度（約3-5μm）的SiC基體；引入陶瓷漿料；硅或硅合金液相熔滲（或反應(yīng)熔滲）。

MI工藝是一種低成本、快速致密化工藝，工藝簡單，周期短，制備的復(fù)合材料幾乎無殘留開氣孔，具有非常高的熱導(dǎo)率和氣密性，氣孔率低于2%。利用MI工藝成功開發(fā)的C/C-SiC,C/SiC和SiC/SiC等復(fù)合材料，已應(yīng)用到航空航天、摩擦剎車系統(tǒng)中。

熔滲工藝的優(yōu)點

熔滲工藝具有多個優(yōu)點，使其在各種應(yīng)用領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用：

復(fù)合材料設(shè)計靈活性

熔滲工藝可用于制造復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)，包括薄壁和中空構(gòu)件，以滿足特定設(shè)計要求。這種工藝可以提供材料的多樣性和定制性，使得復(fù)合材料的設(shè)計更加靈活。

強度和剛度提升

通過使用纖維增強材料，如碳纖維或玻璃纖維，熔滲工藝能夠增加材料的強度和剛度。這使得熔滲制造的復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中具有更高的承載能力和耐久性。

減輕重量

相比傳統(tǒng)的金屬制造工藝，熔滲制造的復(fù)合材料通常具有更輕的重量。這種輕量化特性使得復(fù)合材料在航空航天、汽車和運動器材等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，以提高能效和性能。

耐腐蝕性和耐磨性

熔滲工藝可以通過在基材表面形成密實的涂層，可提高基體的耐腐蝕和耐磨性。

材料經(jīng)濟性

熔滲工藝可以高效利用材料，減少廢料產(chǎn)生。此外，由于熔滲工藝可以生產(chǎn)復(fù)合材料，這些材料通常具有較長的使用壽命和更低的維護需求，從而降低了整體制造和運營成本。

需要注意的是，熔滲工藝也有一些挑戰(zhàn)和限制，如高溫要求、材料相容性、加工復(fù)雜性等。然而，隨著技術(shù)的不斷進步，熔滲工藝在材料科學(xué)和制造領(lǐng)域中的應(yīng)用前景仍然非常廣闊，并持續(xù)受到研究和發(fā)展的關(guān)注。