根據多層復合材料在制備過(guò)程中組員材料的不同物理狀態(tài)，可以將多層復合材料的制備方法大體分為三類(lèi)：固相-固相復合、液相-固相復合、液相-液相復合。固相-固相復合的方法主要有爆炸焊接法，軋制法、擴散法，以及不同的方法組合，我司研制的真空熱壓燒結設備以及sps燒結設備也可應用在該領(lǐng)域。液相-固相復合主要包括鑄軋法、反向凝固法、堆焊法、噴射沉積法等。液相-液相復合主要包括電磁連鑄法等。本期著(zhù)重介紹固相-固相復合的方法。

爆炸焊接法：爆炸焊接法是以炸藥作為能源，利用爆炸產(chǎn)生的高速沖擊作用于不同的連接組元之間，在極短的時(shí)間內發(fā)生劇烈的碰撞、變形、甚至熔化，從而實(shí)現界面的牢固連接。由于界面之間的作用時(shí)間極短，不會(huì )出現明顯的擴散層，也不會(huì )生成脆性的金屬間化合物，該工藝對設備要求不高，工藝相對簡(jiǎn)單，成本較低，特別適用于強度、熔點(diǎn)等差異較大的合金和金屬復合材料的制備。但是由于爆炸高能快速的特點(diǎn)，在界面多呈現波浪形、結合強度較低、可控性差，且不合適制備厚度較薄的板帶材的制備。另外，爆炸產(chǎn)生的噪聲污染與環(huán)保問(wèn)題往往是限制其應用的重要因素。

軋制法：軋制法分為熱軋復合和冷軋復合。其基本原理是，在軋機較大的壓力作用下（或者耦合高溫的熱效應），使得不同材料組元表面的氧化膜破碎，裸露出新鮮的金屬表面。在連續且較大的塑性變形作用下，使得裸露處新鮮接觸表面形成機械咬合及原子間的鍵合，從而形成牢固的結合界面。在熱軋復合的過(guò)程中，界面氧化問(wèn)題是影響界面結合的一大問(wèn)題。為了防止熱軋過(guò)程中界面的氧化，目前多采用預先焊接的方法，即先將組元按照一定的順序裝配在一起，再通過(guò)焊接將四周密封來(lái)大限度地降低氧化現象。而對于冷軋復合來(lái)說(shuō)，往往存在一個(gè)臨界下壓量值，當變形量超過(guò)該臨界值后才能獲得良好的界面結合。傳統認為首道次的下壓量大于５０％時(shí)就能獲得良好的界面，但對于某些材料而言，單道次下壓量并不是充要條件，同時(shí)對總下壓量也有相應的要求。目前多采用三步法工藝，即“表面處理＋乳制＋退火”，來(lái)獲得界面結合良好、尺寸精度高的復合材料板坯。整體而言，軋制法對組元材料成分、表面質(zhì)量、工藝參數要求比較嚴格，工藝相對比較復雜，且對材料尺寸有所限制。

擴散法：擴散法是把經(jīng)過(guò)表面清理的金屬板材按照一定的順序堆疊在一起，在高溫下保持一定的時(shí)間，通過(guò)原子間的互擴散將不同材料結合在一起，形成牢固的結合。在擴散的過(guò)程中，往往會(huì )附加一定的壓力，使得不同組元之間保持一種壓緊的狀態(tài)，但該壓力并未使不同組元發(fā)生明顯的宏觀(guān)塑性變形，在界面附近的殘余應力較少。在異質(zhì)金屬固態(tài)擴散的過(guò)程中，界面的結合先后經(jīng)歷點(diǎn)接觸、面接觸及體接觸三個(gè)階段。在擴散的初期，主要是多點(diǎn)的物理接觸階段。在界面附近的原子依靠變形，使得異質(zhì)原子之間的距離逐漸變小，達到形成微弱的化學(xué)鍵的條件。第二階段為化學(xué)交互作用階段。隨著(zhù)擴散進(jìn)行，接觸位置直接由點(diǎn)接觸變?yōu)槊娼佑|，并形成激活中心，在界面兩側產(chǎn)生物理和化學(xué)的交互作用，終形成穩定的化學(xué)鍵。在形成面接觸之后，通過(guò)結合面向界面周?chē)S立體空間擴散，終形成冶金結合，該階段為“體”擴散階段。

累積疊軋法（ＡＲＢ）：累積疊軋法是一種基于劇烈塑性變形來(lái)制備超細晶結構材料的方法。主要的工藝流程為：母材預處理＋堆疊＋軋制＋對半切割＋堆疊＋軋制…，每完成一個(gè)工藝循環(huán)就稱(chēng)為一個(gè)道次。通過(guò)這種方法獲得的樣品厚度與初始樣品的厚度相同，但是層數卻逐漸增加，且每一層均產(chǎn)生巨大的變形。若初始層數為２層，經(jīng)過(guò)ｎ道次后，后的層數為２ⁿ。通過(guò)ＡＲＢ方法，一方面可以實(shí)現異質(zhì)材質(zhì)的結合，另一方面也可以實(shí)現多層復合材料的劇烈塑性變形，獲得多層復合材料的超細晶組織。

熱壓燒結法：

    具體過(guò)程是把松散粉末或粉末壓坯同時(shí)施加高溫和外壓，在石墨模具中的松散粉末在高壓下被加熱燒結，從而形成固定形狀的產(chǎn)品。加熱方式有電阻式、感應式等方法；加壓主要用機械加壓或液壓加壓等。熱壓燒結的特點(diǎn)：熱壓燒結由于加熱加壓同時(shí)進(jìn)行，粉料處于熱塑性狀態(tài)，有助于顆粒的接觸擴散、流動(dòng)傳質(zhì)過(guò)程的進(jìn)行，因而成型壓力僅為冷壓的1/10；還能降低燒結溫度，縮短燒結時(shí)間，從而抵制晶粒長(cháng)大，得到晶粒細小、致密度高和機械、電學(xué)性能良好的產(chǎn)品。無(wú)需添加燒結助劑或成型助劑，可生產(chǎn)超高純度的陶瓷產(chǎn)品。熱壓燒結的缺點(diǎn)是過(guò)程及設備復雜，生產(chǎn)控制要求嚴，模具材料要求高，能源消耗大，生產(chǎn)效率較低，生產(chǎn)成本高。

圖1上海皓越生產(chǎn)的熱壓燒結爐（左）外觀(guān)（右）爐內構造

    放電等離子（SPS）燒結法：放電等離子燒結（SPS）是一種低溫、短時(shí)的快速燒結法，可用來(lái)制備金屬、陶瓷、納米材料、非晶材料、復合材料、梯度材料等。它是一種利用通-斷直流脈沖電流直接通電燒結的加壓燒結法。通-斷式直流脈沖電流的主要作用是產(chǎn)生放電等離子體、放電沖擊壓力、焦耳熱和電場(chǎng)擴散作用。燒結過(guò)程中，電極通入直流脈沖電流時(shí)瞬間產(chǎn)生的放電等離子體，使燒結體內部各個(gè)顆粒均勻的自身產(chǎn)生焦耳熱并使顆粒表面活化。SPS燒結過(guò)程可以看作是顆粒放電、導電加熱和加壓綜合作用的結果。除加熱和加壓這兩個(gè)促進(jìn)燒結的因素外，在SPS技術(shù)中，顆粒間的有效放電可產(chǎn)生局部高溫，可以使表面局部熔化、表面物質(zhì)剝落；高溫等離子的濺射和放電沖擊清除了粉末顆粒表面雜質(zhì)（如去處表面氧化物等）和吸附的氣體。

圖2上海皓越生產(chǎn)的放電等離子燒結爐（左）外觀(guān)（右）爐內構造

 皓越科技針對市場(chǎng)需求，不斷研發(fā)，改進(jìn)技術(shù)，推出性能優(yōu)異的熱處理設備，并提供相應的技術(shù)支持，助力國內復合材料市場(chǎng)，為復合材料行業(yè)的熱處理工藝提供相應的技術(shù)咨詢(xún)。

    皓越科技是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售電爐為一體的先進(jìn)型技術(shù)企業(yè)。公司一直專(zhuān)注于先進(jìn)陶瓷與復合材料、半導體材料、碳材料和鋰電及新能源材料裝備四大領(lǐng)域，擁有豐富的行業(yè)經(jīng)驗和專(zhuān)業(yè)技術(shù)，竭誠服務(wù)于客戶(hù)，提供完善的一體化產(chǎn)業(yè)解決方案。