論復(fù)合材料中的界面問題及其對性能的影響(編輯修改稿)
2025-04-21 07:59 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ），從而導(dǎo)致復(fù)合材料呈現(xiàn)脆性斷裂。為了獲得高性能，特別是高韌性的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，必須嚴(yán)格控制纖維與基體間界面結(jié)構(gòu)與性能，使復(fù)合材料滿足上述基本條件，從而較好的實(shí)現(xiàn)纖維補(bǔ)強(qiáng)增韌作用。實(shí)驗(yàn)證明，界面改性是目前較為理想的方法。它主要是通過在纖維與基體間形成所設(shè)計(jì)的界面相來改善纖維與基體的界面特性，使制備的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料能夠滿足上述三個條件，從而達(dá)到改善復(fù)合材料性能的目的。根據(jù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料對界面相的要求， 理想的界面相應(yīng)具有以下功能：(1) 松粘層作用。當(dāng)基體裂紋擴(kuò)展到界面區(qū)時，此界面相能夠使裂紋發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而達(dá)到調(diào)整界面應(yīng)力，阻止裂紋向纖維內(nèi)部擴(kuò)展的目的；(2) 載荷傳遞作用。由于纖維是主要的載荷承擔(dān)者，因此界面相必須有足夠的強(qiáng)度來傳遞載荷，使纖維承受大部分載荷；(3) 緩解層作用。由于纖維與基體間的熱膨脹系數(shù)(CTE) 差異易導(dǎo)致界面出現(xiàn)殘余熱應(yīng)力而影響復(fù)合材料的性能，因此，界面相必須具備緩解纖維與基體間界面殘余熱應(yīng)力的作用；(4) 阻擋層作用。高溫下基體與纖維之間的互擴(kuò)散(甚至化學(xué)反應(yīng)) ，不僅使纖維與基體間的界面結(jié)合增強(qiáng)，而且導(dǎo)致纖維本身性能大幅度降低，因此，界面相必須具有阻止或抑制纖維與基體間原子互擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)的作用。要實(shí)現(xiàn)這些功能，需要對界面進(jìn)行改性，改性的方法主要包括：(1) 在基體中添加某些組分。利用添加組分在界面處的偏聚來調(diào)整基體與纖維間的物理和化學(xué)相容性、避免或減小纖維與基體間的有害化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到改善界面特性的作用； (2) 復(fù)合材料制備過程中，在纖維表面原位形成富碳層；(3) 采用復(fù)合纖維(duplex fiber)。在復(fù)合材料中，高強(qiáng)度需要強(qiáng)界面，而良好的韌性則要求弱界面，為了解決這一矛盾，可以通過采用復(fù)合纖維的方法結(jié)合起來。如美國Textron 公司制造的SCS22 和SCS26 纖維。這種復(fù)合纖維是在內(nèi)部纖維芯的外表包了一個鞘層，鞘層與周圍基體的結(jié)合很強(qiáng)，但內(nèi)部的纖維芯與鞘層的結(jié)合較弱。當(dāng)復(fù)合材料發(fā)生斷裂時，拔出可以發(fā)生在鞘層與芯之間；(4) 纖維表面涂層。它是根據(jù)纖維和基體的特性，事先在纖維表面涂敷一層涂層，使其在復(fù)合材料中起到界面相作用。如A. Hojima 等人發(fā)現(xiàn)纖維含有B4C涂層的Cf / SiC復(fù)合材料與纖維不含涂層的Cf / SiC 復(fù)合材料在同樣的溫度處理時，Si 原子幾乎不擴(kuò)散到碳纖維內(nèi)部，說明B4C 涂層具有很好的阻擋作用，對于改善界面結(jié)合和提高纖維強(qiáng)度保留率十分有利。Ⅴ 陶瓷顆粒增強(qiáng)輕金屬基復(fù)合材料中的界面問題陶瓷顆粒增強(qiáng)輕金
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