新型金屬材料-資料下載頁
2025-08-05 07:54本頁面
【正文】 。在制備復(fù)合材料的同時，也獲得了構(gòu)件，減少了后續(xù)工序。復(fù)合材料性能不足之處：①橫向拉伸強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度低；②斷裂伸長率低，沖擊韌性有時不好；③制造是產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，分散性大，質(zhì)檢困難；④老化性能不好；⑤機(jī)械連接困難；⑥成本太高。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的復(fù)合原則材料復(fù)合的目的是獲得最佳的強(qiáng)度、剛度等機(jī)械性能。（1）纖維是材料的主要承載組成，因此應(yīng)該具有最高的強(qiáng)度和剛度。 彈性模量E愈高，在同樣應(yīng)變量下，按照虎克定律，所承受的應(yīng)力愈大，工作中能承受的載荷愈大，更能充分發(fā)揮對材料的增強(qiáng)作用。此外，剛度高，比重小，熱穩(wěn)定性高也是保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性所必要的。（2）基體起粘結(jié)纖維的作用，因此必須：①對纖維有潤濕性，以便在界面上有必要的粘結(jié)力，而將纖維粘結(jié)為一個整體；②具有一定的塑性和韌性，對裂紋起致偏和控制作用；③能保護(hù)纖維表面，不引入裂紋，不發(fā)生損傷纖維表面的反應(yīng)。（3）纖維與基體之間應(yīng)該有高的且合適的結(jié)合強(qiáng)度。 結(jié)合強(qiáng)度高，不僅直接有利于整個材料的強(qiáng)度，更重要的是便于將基體所承受的載荷傳遞給纖維，以充分發(fā)揮纖維的增強(qiáng)作用。結(jié)合強(qiáng)度過低，界面很難傳遞載荷，纖維無法增強(qiáng)，整體強(qiáng)度下降。結(jié)合強(qiáng)度過高也不利，使復(fù)合材料斷裂時失去纖維從基體拔出的過程，降低復(fù)合材料的強(qiáng)度，在載荷過大時可能導(dǎo)致危險的脆性斷裂。（4）纖維與基體的熱膨脹性能應(yīng)有較好的協(xié)調(diào)和配合。 通常要求兩者的熱膨脹系數(shù)相近，如果纖維和基體熱膨脹系數(shù)相差過大，則有可能在熱脹冷縮過程中產(chǎn)生應(yīng)力，削弱兩者之間的結(jié)合強(qiáng)度，從而降低材料的整體強(qiáng)度。但對于韌性較低的基體，纖維的熱膨脹系數(shù)可以略高一些，以便在受熱后的冷卻過程中，由于收縮較大使基體處于受壓狀態(tài)，而獲得一定的保護(hù)。相反，對于塑性較好的基體，纖維的熱膨脹系數(shù)則可稍小一些，以便在其中造成殘余壓應(yīng)力，增進(jìn)韌性。（5）纖維必須有合理的含量、尺寸和分布。 一般來說，體積含量愈高，增強(qiáng)效果愈大，但體積含量過高，增強(qiáng)效果又會下降。比較合適的纖維含量在40~70%范圍內(nèi)。 纖維越細(xì)，則缺陷越少，強(qiáng)度越高；同時細(xì)纖維的表面積較大，有利于增加與基體的結(jié)合力，即直徑越小，纖維增強(qiáng)效果越大。纖維的長度對增強(qiáng)有利，連續(xù)纖維比短纖維的增強(qiáng)效果大得多。短切纖維只有在超過一定的臨界值時，才能有明顯的強(qiáng)化效果。從加工性能的角度考慮，短纖維易于與基體混合，因此實際生產(chǎn)中常采用長徑比大于某一臨界值的不連續(xù)纖維。 纖維的分布方式應(yīng)符合于構(gòu)件的受力要求。由于纖維的縱向拉伸強(qiáng)度比橫向高幾十倍，所以應(yīng)盡量使纖維的排列平行于應(yīng)力作用的方向。受力復(fù)雜的情況下，纖維采用不同方向交叉層疊的方式排列，以提供多個方向的增強(qiáng)效果。顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的復(fù)合原則：顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料增強(qiáng)顆粒的尺寸一般很小，大都為硬質(zhì)顆粒，可以是金屬或非金屬，最常見的是氧化物。這些彌散于金屬或合金基體中的顆粒，可以有效地阻礙位錯的運(yùn)動或在聚合物基體中，顆?？勺璧K大分子鏈的運(yùn)動；或在陶瓷基體中，顆粒對裂紋可起到屏蔽作用，進(jìn)而產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化效果。這類復(fù)合材料的復(fù)合強(qiáng)化機(jī)理與合金的沉淀硬化機(jī)理類似。復(fù)合材料中基體是承受載荷的主體，所不同的是這些細(xì)小彌散顆粒不是借助于相變產(chǎn)生的第二相質(zhì)點(diǎn)，它們隨溫度的升高仍保持其原有的尺寸，因此增強(qiáng)效果在高溫下可維持較長的時間，使復(fù)合材料的抗蠕變性能明顯優(yōu)于所用的基體金屬或合金。為使彌散增強(qiáng)復(fù)合材料的性能達(dá)到最佳，除要求顆粒堅硬、穩(wěn)定、與基體不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)外，顆粒的尺寸、形狀、體積分?jǐn)?shù)以及同基體結(jié)合能力均是必須加以考慮的因素。實踐表明，復(fù)合材料的性能顯著受到顆粒大小的影響，為提高增強(qiáng)效果，通常選擇尺寸較小的顆粒，并且盡可能地使其均勻分布在基體中。復(fù)合材料的界面定義：復(fù)合材料的界面是指增強(qiáng)體與基體接觸所構(gòu)成的界面，通常界面處化學(xué)成分有顯著變化，并有與基體相和增強(qiáng)相結(jié)構(gòu)明顯不同的新相，又稱之為界面相或界面層。產(chǎn)生原因：由于增強(qiáng)體和基體接觸時在一定條件下可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，或兩相元素擴(kuò)散、溶解而產(chǎn)生新相。即使不發(fā)生上述相互作用，也可能由于基體固化而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，或兩相結(jié)構(gòu)間發(fā)生誘導(dǎo)效應(yīng)，使接近增強(qiáng)體的基體部分結(jié)構(gòu)發(fā)生不同于基體本體結(jié)構(gòu)而形成的界面相。復(fù)合材料界面機(jī)能：①傳遞效應(yīng)：界面?zhèn)鬟f應(yīng)力，是基體與增強(qiáng)體之間的橋梁；②阻斷效應(yīng)：界面阻止裂紋擴(kuò)展、中斷材料破壞、減緩應(yīng)力集中；③誘導(dǎo)效應(yīng)：一種物質(zhì)（增強(qiáng)體）的表面結(jié)構(gòu)使與之接觸的另一種物質(zhì)（基體）結(jié)構(gòu)由于誘導(dǎo)作用而發(fā)生變化，由此產(chǎn)生一個作用類似過渡層的界面層；④不連續(xù)效應(yīng)：界面處化學(xué)成分和物理性能的不連續(xù)性；⑤散射和吸收效應(yīng)：光波、聲波、沖擊波等在界面處產(chǎn)生散射和吸收。
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