復(fù)合材料第四章復(fù)合材料界面(參考版)
2025-05-19 10:08本頁(yè)面
【正文】 增強(qiáng)材料的表面處理 什 么 是 增 強(qiáng) 材 的 表 面 處 理 ？ 其 目 的 是 什么 ？ ??? P70 玻璃纖維的表面處理 常采用偶聯(lián)劑涂層的方法 對(duì)纖維表面進(jìn)行處理 ，以改善樹脂對(duì)玻璃纖維的浸潤(rùn)性 。 所有這些過程都要吸收能量 ， 從而提高復(fù)合材料的斷裂韌性 ， 避免了突然的脆性失效 。 硼化物的厚度的控制避免了硼纖維的早期斷裂 。 例： 在硼纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料研制中 ， 硼纖維與鈦的界面反應(yīng)強(qiáng)烈 ， 界面反應(yīng)產(chǎn)物 TiB2又是脆性物質(zhì) ， 在達(dá)到一定臨界厚度后 ， 在遠(yuǎn)低于硼纖維斷裂應(yīng)變條件下 ， 硼化物界面層破裂 ， 引起硼纖維的斷裂 ， 如圖 539所示 。 第三是添加的合金元素盡可能不與增強(qiáng)材料表面發(fā)生界面反應(yīng) ， 但可降低基體液相的表面能 ，從而改善界面浸潤(rùn)性 。 基體改性方法有三種： 第一是控制界面反應(yīng) ， 在某種確定的增強(qiáng)材料 — 基體體系中 ， 選擇的改性合金元素應(yīng)使界面發(fā)生反應(yīng)時(shí)的反應(yīng)速度常數(shù)盡可能小 ， 以保持第Ⅲ 類界面的穩(wěn)定性 。 為了提高碳與鋁的潤(rùn)濕性并控制界面反應(yīng) ， 一般采用 CVD法在碳纖維上涂覆 TiB涂層 ， 取得了令人滿意的潤(rùn)濕效果 。 但是碳纖維的表面能很低 ， 在一般情況下不能被鋁所潤(rùn)濕 。 硼纖維涂覆碳化硅后不僅可減少與鈦界面反應(yīng)物量 ， 而且可增加潤(rùn)濕性 。 例 圖為制備硼纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料時(shí) ， 采用涂覆碳化硅和碳化硼與未涂覆的硼纖維的界面反應(yīng)物厚度平方與不同反應(yīng)時(shí)間之間的關(guān)系 。 表面涂層則可以起到以下作用： (a)可以改善增強(qiáng)材料與基體的潤(rùn)濕性和粘著性； 5. 金屬基復(fù)合材料界面控制 （ 1） 增強(qiáng)材料的表面處理 (b)可起到防止增強(qiáng)材料與基體之間的擴(kuò)散 、 滲透和反應(yīng)的阻擋層的作用； (c)可以減輕增強(qiáng)材料與基體之間的熱應(yīng)力集中 ，并防止增強(qiáng)材料在運(yùn)輸和制備時(shí)造成的損傷 。 以上設(shè)計(jì)要求可通過 界面控制 來達(dá)到 ， 通常采用兩種方法 ， 即增強(qiáng)材料的 表面改性 （ 表面處理 ）以及 基體的改性 。 ① 要求金屬基體有足夠的韌性和強(qiáng)度 ， 以便能夠更好地通過界面將載荷傳遞給增強(qiáng)纖維； ② 要求在材料中出現(xiàn)裂紋或位錯(cuò)移動(dòng)時(shí)基體上產(chǎn)生的局部應(yīng)力不在增強(qiáng)纖維上形成高應(yīng)力； ③ 物理相容性中最重要的是要求纖維與基體的熱膨脹系數(shù)匹配 。 在長(zhǎng)期熱效應(yīng)的作用下 ， 界面上的 Al2O3氧化膜會(huì)發(fā)生球化 ， 從而影響復(fù)合材料的性能 。 例如：在硼纖維增強(qiáng)鋁中 ， 由于硼纖維上吸附有氧 ，并與之生成 BO2， 當(dāng)這層氧化物在擴(kuò)散結(jié)合時(shí)未受到破壞 ，但它是不穩(wěn)定的 。 (c) 暫穩(wěn)態(tài)界面的變化 暫穩(wěn)態(tài)界面是由于增強(qiáng)材料表面局部氧化所產(chǎn)生的氧化物與基體間發(fā)生反應(yīng)而在界面上形成另一種氧化物所形成的界面 。Al)B 2 再發(fā)生交換反應(yīng) : (Ti （ b） 交換式反應(yīng) 當(dāng)增強(qiáng)材料與含有兩種以上元素的金屬基體之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng) ， 形成反應(yīng)產(chǎn)物后 ， 反應(yīng)產(chǎn)物還會(huì)與其它基體元素發(fā)生交換反應(yīng) ， 產(chǎn)生界面的不穩(wěn)定 。 圖 534為硼纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料在不同溫度下界面反應(yīng)層 (二硼化物 )的厚度與時(shí)間的關(guān)系 。 金屬基復(fù)合材料的界面化學(xué)反應(yīng)包括有 : 例如 硼纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料中的界面反應(yīng)是由硼纖維的硼原子向基體擴(kuò)散 ， 在硼纖維外層形成一層白色的反應(yīng)產(chǎn)物 TiB2。 影響界面反應(yīng)的因素主要是溫度與時(shí)間： tKX
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