材料科學(xué)基礎(chǔ)之復(fù)合效應(yīng)與界面-wenkub.com
2024-12-31 00:03 本頁(yè)面
【正文】 如用碳纖維增強(qiáng)鋁基材料時(shí)，在碳纖維表面化學(xué)氣相沉積含氯的TiB2薄層，則鋁對(duì)碳纖維的浸潤(rùn)能力大為改善，而且抑制了 CAl界面的不良反應(yīng)。? 改善復(fù)合材料界面應(yīng)從四個(gè)方面著手 ：? (1) 降低界面殘余應(yīng)力 ：界面殘余應(yīng)力會(huì)引發(fā)裂紋，解決辦法是對(duì)增強(qiáng)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(yīng)力 等。C保溫 50小 時(shí) 后， 鎢絲直徑減小 為 60%， 說(shuō) 明 鎢 已 經(jīng) 部分熔入 鎳 基中，作 為 增 強(qiáng) 體的 鎢絲 強(qiáng) 度已 經(jīng) 下降。但對(duì)于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料， 纖維難于與基體脫粘拔出，會(huì)導(dǎo)致韌性降低 。? (4) 機(jī)械結(jié)合：類似前述金屬基復(fù)合材料。? (2) 浸潤(rùn) 浸吸附結(jié)合：增強(qiáng)體被基體浸潤(rùn)，即物理吸附所產(chǎn)生的界面結(jié)合。其存在較為普通，是 最重要的一種結(jié)合方式 。? 一般情況下結(jié)合強(qiáng)度隨反應(yīng)程度增加而增加，達(dá)到一定程度后有所減弱。? 當(dāng)增強(qiáng)體表面能很小不能被潤(rùn)濕時(shí)，可借助涂層予以改善。? 金屬基和陶瓷基復(fù)合材料界面結(jié)合類型：? (1) 機(jī)械結(jié)合：指 僅由粗糙表面和因基體收縮包緊增強(qiáng)體產(chǎn)生的磨擦結(jié)合 。? 復(fù)合材料界面結(jié)合類型? 建立界面需要一定的結(jié)合力 。? 復(fù)合材料界面? 界面界面 是基體與增強(qiáng)體之間化學(xué)成分有顯著變化但彼此結(jié)合的、能傳遞載荷作用的過(guò)渡區(qū)域 (1~102nm)。? 短纖維或晶須復(fù)合材料強(qiáng)度可 大致 表示為：? σ cu=(1Lc/2L)σ fuφf(shuō)+σ m*(1φf(shuō)) ? (930) 式中 σ m* 為纖維 斷裂 時(shí) 的基體 應(yīng) 力； Lc為纖維臨 界 長(zhǎng) 度 (因拉 長(zhǎng) 而斷裂 時(shí) 的增 長(zhǎng) 度 )； L為纖維長(zhǎng) 度。? 單向復(fù)合材料在纖維方向的抗拉強(qiáng)度大大高于抗壓強(qiáng)度，但拉伸和壓縮模量相差不大；在垂直于纖維方向的拉伸強(qiáng)度低于基體強(qiáng)度，但壓縮強(qiáng)度大于基體強(qiáng)度，拉伸和壓縮模量都高于基體模量。? 由式 921可以看出：復(fù)合材? 料的強(qiáng)度由基體強(qiáng)度 σ mu和? 增強(qiáng)纖維強(qiáng)度 σ fu兩部分線? 性組成，據(jù)此可作圖 94。? 式 917~920適用于拉伸和 壓縮載 荷的 計(jì)算 , 但 對(duì) 拉伸 計(jì) 算更 為 精確 。為了得到致密和性能優(yōu)良的最終產(chǎn)品，增強(qiáng)粒子粒徑應(yīng)與基體粒子粒徑適當(dāng)搭配并分布均勻。加入的粒子尺寸過(guò)小不易產(chǎn)生增強(qiáng)效果；過(guò)大會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，出現(xiàn)自發(fā)微裂紋。從前式可看出： φp一定 時(shí) ， 界面無(wú) 結(jié) 合的非晶體基體復(fù)合材料的 強(qiáng) 度可通過(guò) 提高摩擦因數(shù) ?和減小粒子尺寸 dp來(lái)提高。? 非晶體基體復(fù)合材料的強(qiáng)度計(jì)算公式分兩種。 復(fù)合材料的密度由混合定則混合定則 表述：? ρc=ρpφp+ρmφm ? 式中： ρc,ρp,ρm分 別 表示復(fù)合材料，粒子和基體的密度； φp,φm分 別 表示復(fù)合材料中粒子和基體的體 積 分?jǐn)?shù)。但 φP受工 藝 條件和 韌 性要求限制不能 過(guò) 高，一般 φp=~, dp=~。? 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。? 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(shù)脂基的復(fù)合作用是 增強(qiáng)補(bǔ)韌 。? 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。? 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。? 在聲 、光、電、磁等領(lǐng)域，功能材料應(yīng)用十分普遍。? 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。? 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。? 非線性效應(yīng)可細(xì)分為乘積效應(yīng)、系統(tǒng)效應(yīng)、誘導(dǎo)效應(yīng)和共振效應(yīng)。選擇適合的壓電材料，來(lái)保證換能器的高靈敏度和寬帶，選取適合的背襯以及聲阻抗相近的前匹配層來(lái)保證換能器的窄脈沖，以獲得高的分辨率。? 平均效應(yīng)也稱加和效應(yīng)，由 混合定則混合定則 表述：? pc=Σ(pi)nφi (91) ? 指復(fù)合材料的某一性能 pc由 單 一 組 分的同一性能 pi加和而得； φi為 體 積 分?jǐn)?shù)； n是由
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