材料科學(xué)基礎(chǔ)之復(fù)合效應(yīng)與界面-文庫(kù)吧
2024-12-23 00:03 本頁(yè)面
【正文】 千變?nèi)f化；又如玻纖短裂能約，常用樹脂斷裂能約，而兩者復(fù)合成玻璃鋼后，短裂能猛增到 176kg/cm。? 誘導(dǎo)效應(yīng)指增強(qiáng)體晶形會(huì)誘導(dǎo)基體結(jié)構(gòu)改變形成界面層相，使增強(qiáng)體與基體結(jié)合更為牢固。? 復(fù)合材料的 界面效應(yīng)界面效應(yīng) 可歸納為 6種 ：? 1 阻斷效應(yīng)阻斷效應(yīng) ：阻止裂紋擴(kuò)展，減緩應(yīng)力集中，中斷材料破壞等。? 2 不連續(xù)效應(yīng)不連續(xù)效應(yīng) ：物理性能在界面處發(fā)生突變。? 3 散射和吸收效應(yīng)散射和吸收效應(yīng) ：界面對(duì)各種波傳遞的散射和吸收。? 4 感應(yīng)效應(yīng)感應(yīng)效應(yīng) ：一種物質(zhì)的表現(xiàn)結(jié)構(gòu)使與之接觸的另一種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。? 5 界面結(jié)晶效應(yīng)界面結(jié)晶效應(yīng) ：材料固化時(shí)，容易在界面形核結(jié)晶。? 6 界面化學(xué)效應(yīng)界面化學(xué)效應(yīng) ：官能團(tuán)、原子間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。? 在顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料中， 增強(qiáng)顆粒尺寸為1~50μm的稱 為 顆顆 粒增粒增 強(qiáng)強(qiáng) 復(fù)合材料復(fù)合材料 ， 顆 粒尺寸在 ~1μm稱 為 彌散彌散 強(qiáng)強(qiáng) 化復(fù)合材料化復(fù)合材料 ，把 亞 微米至 納 米 級(jí)顆 粒增 強(qiáng) 的稱 為 精精 細(xì)細(xì) 復(fù)復(fù)合材料合材料 。? 在聲 、光、電、磁等領(lǐng)域，功能材料應(yīng)用十分普遍。 制造復(fù)合功能材料時(shí)，第二相粒子尺寸必須小于其工作波長(zhǎng)。? 在纖維束增強(qiáng)復(fù)合材料中，若纖維束長(zhǎng)度為 L，承受應(yīng)力為 σ ，則拉伸斷裂概率符合Weibull分布方程：? F(σ)=1exp(αLσ β ) (92)? 式中 α 為尺寸參數(shù)， β 為形狀參數(shù)，都由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。? 纖維平均強(qiáng)度：? σ=(αL) 1/β Γ(1+1/β) (93)? 式中 Γ 為伽瑪函數(shù)。? 復(fù)合材料增強(qiáng)原理? 復(fù)合思想? 仿生思想：效仿和借鑒動(dòng)植物結(jié)構(gòu)形式。? 綠色材料思想：環(huán)保和資源合理利用。? 充分利用協(xié)同效應(yīng)思想：使材料復(fù)合作用大于單獨(dú)作用效果之和。? 智能材料思想：使復(fù)合材料對(duì)環(huán)境自適應(yīng)。? 復(fù)合材料增強(qiáng)原理：在復(fù)合材料中，增強(qiáng)體主要用來(lái)承擔(dān)載荷 ，要求具有高強(qiáng)度和高模量。 基體主要用于固定和黏附增強(qiáng)體 ，并通過(guò)界面 將所受載荷傳遞給增強(qiáng)體 ，而自身只承受少量載荷；基體還 隔離各單一增強(qiáng)體 ，當(dāng)有增強(qiáng)體損傷或斷裂時(shí)，裂紋不至于在增強(qiáng)體之間傳遞；同時(shí)能保護(hù)增強(qiáng)體 免受環(huán)境的化學(xué)作用和物理?yè)p傷。? 增強(qiáng)體、基體和界面共同作用可改變復(fù)合材料的韌性、抗疲勞性、抗蠕變性、抗沖擊性和其他性能。基體和增強(qiáng)體通過(guò)界面結(jié)合，但結(jié)合力應(yīng)適當(dāng)，過(guò)小容易開裂，過(guò)大則使韌性下降。? 陶瓷基復(fù)合材料的基體已有足夠強(qiáng)度，但脆性大， 陶瓷基復(fù)合的主要目的是 增韌補(bǔ)強(qiáng) ，而金屬基和樹脂基的復(fù)合作用是 增強(qiáng)補(bǔ)韌 。? 按增強(qiáng)體種類和形態(tài)可將復(fù)合材料分為彌散增強(qiáng)型 、 粒子增強(qiáng)型和纖維增強(qiáng)型三類。? 彌散增強(qiáng)型：彌散增強(qiáng)主要針對(duì)金屬基，彌散分布的硬質(zhì)顆粒如 Al2O3, TiC, SiC等可有效阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，顯著提高金屬及合金的強(qiáng)度。? 為了保證彌散增強(qiáng)效果， 增強(qiáng)體應(yīng)該堅(jiān)硬、穩(wěn)定且不與基體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)顆粒尺寸、形狀和體積分?jǐn)?shù)及結(jié)合情況都應(yīng)合理 。? 根據(jù)位錯(cuò)繞過(guò)機(jī)制，若顆粒間距為 DP，復(fù)合材料產(chǎn)生塑性變形時(shí)，剪切力應(yīng)為復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度，即：? τy=Gmb/Dp (94)? 式中 Gm為 基體剪切模量， b為 位 錯(cuò) 柏氏矢量的模。? 基體的理 論 斷裂 強(qiáng) 度 約為 Gm/30，理 論 屈服 強(qiáng) 度 約為 Gm/100，分 別對(duì)應(yīng) 位 錯(cuò) 運(yùn) 動(dòng)所需剪切 應(yīng) 力的上下限。由此算出 彌散增強(qiáng) 體的 顆 粒 間 距 應(yīng) 在 ~ 間。? 如果顆粒直徑為 dp，體積分?jǐn)?shù)為 φp， 顆 粒呈彌散分布，根據(jù)體 視 金相學(xué)，有：? Dp=(2dp2/3φp)1/2(1φp) (95)? 代入式 94可得 彌散 顆 粒金屬基復(fù)合材料屈服 強(qiáng) 度：? τy=Gmb/[(2dp/3φp)1/2(1φp)] (96)? 可 見 顆 粒越小，體 積 分?jǐn)?shù)越高， 強(qiáng) 化效果越好 。但 φP受工 藝 條件和 韌 性要求限制不能 過(guò) 高，一般 φp=~, dp=~。? *彌散銅 (鋁銅 CuAl2O3）制品： : 彌散硬化 CuAl2O3復(fù)合材料是用12~25納米極細(xì)小 Al2O3微粒強(qiáng)化銅的基體，使該材料具有高強(qiáng)度、高硬度、高導(dǎo)電性及高軟化溫度。在美國(guó)、日
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