材料科學基礎之復合效應與界面-資料下載頁
2025-01-02 00:03本頁面
【正文】 。界面結合力大致分為物理結合力和化學結合力。物理結合力一般為范得華力，包括偶極定向力、誘導偶極定向力和色散力以及氫鍵作用力；化學結合力指界面產生共價鍵和金屬鍵。? 實際上又根據界面形成中物理和化學形式進行分類 。? 金屬基和陶瓷基復合材料界面結合類型：? (1) 機械結合：指 僅由粗糙表面和因基體收縮包緊增強體產生的磨擦結合 。復合不充分時發(fā)生此類結合。承載力很小。? (2) 熔解和浸潤結合：基體能潤濕增強體，相互間發(fā)生擴散和熔解，相互作用為短程力 (幾個原子間距 )。? 當增強體表面能很小不能被潤濕時，可借助涂層予以改善。? (3) 反應結合： 特征是通過基體與增強體的反應生成化合物 。如硼纖維增強鈦合金在界面處生成 TiB2。? 實際上界面反應是復雜的 ，可能發(fā)生多個反應，并通過擴散發(fā)生元素交換。? 一般情況下結合強度隨反應程度增加而增加，達到一定程度后有所減弱。? (4) 氧化結合：為增強體表面吸附空氣帶來的氧化作用或是氧化物與基體的結合。如硼纖維增強鋁合金時，硼纖維吸附的氧與之反應生成 BO2， BO2又與鋁接觸反應生成B和 AL2O3，形成氧化結合。? (5) 混合結合：上述幾種方式的組合。其存在較為普通，是 最重要的一種結合方式 。? 樹脂基復合材料的界面結合類型? (1) 化學鍵合： 基體表面的官能團與增強體表面的官能團發(fā)生化學? 反應，形成共價鍵結? 合的界面區(qū) 。這種方? 式在增強體表面處理? 后和使用偶聯劑后存? 在較普遍。如用有機? 硅烷偶聯劑強化增強? 體與樹脂基界面結合? (圖 98)。? (2) 浸潤 浸吸附結合：增強體被基體浸潤，即物理吸附所產生的界面結合。這種結合有時會超過基體的內聚力。? (3) 擴散結合：界面? 擴散作用形成界面? 模糊區(qū)。如玻璃纖? 維增強樹脂基，用? 偶聯劑一端與玻璃? 纖維基質表面以化學鍵結合，另一端可熔解擴散于界面區(qū)域的樹脂中，形成互穿高聚物網絡 (圖 99)。? (4) 機械結合：類似前述金屬基復合材料。? (5) 靜電結合 :兩相物質對電子的親和力相差較大時 (如金屬與聚合物 )，在界面區(qū)容易產生接觸電勢并形成雙電層，靜電吸引力是產生界面結合力的直接原因之一。? 實際的界面結合是復雜的，形成和作用機理遠未認識清楚。? 界面改善及其對性能的影響：界面的作用是將載荷由基體傳遞給增強體，因此應有足夠的強度。但對于纖維增強復合材料， 纖維難于與基體脫粘拔出，會導致韌性降低 。? 金屬基和陶瓷基復合材料界面必須考慮使用中的物理及化學不穩(wěn)定性。? 物理不穩(wěn)定性物理不穩(wěn)定性 主要指高溫下的原子擴散造成界面不穩(wěn)，增強體損傷導致材料強度降低 。如用鎢絲增強鎳基合金，在 1100186。C保溫 50小 時 后， 鎢絲直徑減小 為 60%， 說 明 鎢 已 經 部分熔入 鎳 基中，作 為 增 強 體的 鎢絲 強 度已 經 下降。? 化學不穩(wěn)定性化學不穩(wěn)定性 指復合材料制造和使用過程中，基體和增強體原子通過界面擴散產生化學反應，生成不希望得到的脆性化合物反應層 ， 降低材料強度。? 反應層厚度 X與反應時間 t的關系為：? X=k?t (932)? 反應速度常數 k與溫度強烈相關：? k=Aexp(Q/RT) (933)? 式中Ｑ為表觀激活能，是擴散激活能的 。? 滿足設計要求的最大反應層厚度稱為臨界厚度，金屬基材料的臨界厚度約為 ~1μm。? 改善復合材料界面應從四個方面著手 ：? (1) 降低界面殘余應力 ：界面殘余應力會引發(fā)裂紋，解決辦法是對增強體表面作梯度涂層， 使其模量有漸變特性 ；降低制造溫度， 減小溫差應力 等。? (2) 基體改性 ：主要目的是 改變界面結合狀態(tài)，提高黏結強度 。 如用 SiC纖維強化玻璃陶瓷時，添加少量的 Nb，會在界面形成NbC薄層，獲得良好界面，復合后的玻璃陶瓷具有很高的韌性。? (3) 改善增強體表面 ： 增加基體浸潤性，防止界面不良反應 。如用碳纖維增強鋁基材料時，在碳纖維表面化學氣相沉積含氯的TiB2薄層，則鋁對碳纖維的浸潤能力大為改善，而且抑制了 CAl界面的不良反應。? (4) 選擇合理的復合工藝和使用條件 。演講完畢，謝謝觀
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