復合材料第七章復合材料的復合原則及界面-展示頁
2024-10-28 14:48本頁面
【正文】 是指 基體與增強物之間 化學成分 有顯著變化的、 構(gòu)成 彼此結(jié)合的、能起 載荷傳遞作用的微小區(qū)域。 針對不同的 增強材料和基體特性 應(yīng)采用不同的制備方法， 21 如 金屬基復合材料中 ，采用 纖維與顆粒、晶須 增強時，同樣采用固態(tài)法，但 用纖維增強時 ，一般采用 擴散結(jié)合 ；而用 顆?；蚓ы氃鰪姇r ，往往采用 粉末冶金法結(jié)合 。 制備方法的選擇 主要應(yīng)考慮以下四個方面： 18 (1)所選的 工藝方法 對材料組元的損傷最小 ，尤其是 纖維或晶須摻入基體之中時 ，一些 機械的混合方法 往往造成 纖維或晶須的損傷 ； 19 (2)能使 任何形式的增強材料 (纖維 、 顆粒 、 晶須 )均勻分布 或按預(yù)設(shè)計要求 規(guī)則排列 ； (3)使最終形成的復合材料 在性能上 達到充分發(fā)揮各組元的作用 ，即達到 揚長避短 ，而且各組元仍保留著 固有的特性 。 一般而言，基體中 纖維的體積含量越高 ，其 增強效果越顯著 ； 纖維直徑越細 ，則 缺陷越小 ， 纖維強度也越高 ； 連續(xù)纖維的增強作用 大大高于 短纖維 ， 不連續(xù)短纖維的長度 必須大于一定的長度 (一般是長徑比＞ 5)才能顯示出 明顯的增強效果 。 (4)纖維與基體之間 不能發(fā)生有害的化學反應(yīng) ，特別是 不發(fā)生強烈的反應(yīng) ，否則將引起 纖維性能降低 而失去強化作用。 (2)纖維與基體之間 要有 一定的粘結(jié)作用 ，兩者之間結(jié)合要保證 所受的力通過界面 傳遞給纖維。 (4)顆粒與基體之間 應(yīng)有 一定的粘結(jié)作用 。 13 (3)顆粒的數(shù)量 一般大于 20％。 因為 顆粒直徑過大 ，會引起 應(yīng)力集中 或本身破碎 ，從而導致材料強度降低； 顆粒直徑太小 ，則起不到 大的強化作用 。 顆粒和纖維 增強復合材料的 設(shè)計原則如下： 11 1. 顆粒增強復合材料的原則 (1)顆粒應(yīng) 高度彌散均勻 地分散在基體中，使其 阻礙 導致塑性變形的位錯運動 (金屬、陶瓷基體 )或 分子鏈的運動 (聚合物基體 )。 除此之外，還應(yīng)聯(lián)系到 整個復合材料的結(jié)構(gòu) 來考慮。 適當?shù)?界面結(jié)合強度 不僅有利于 提高材料的整體強度， 更重要的是 便于將基體所承受的載荷通過界面?zhèn)鬟f給增強材料 ，以充分發(fā)揮其增強作用。 在任何使用環(huán)境中，復合材料的 各組元之間的 伸長 、 彎曲 、 應(yīng)變 等都應(yīng) 相互或彼此協(xié)調(diào)一致 。這種組元就是所要選擇的 增強材料 ； 而其它組元應(yīng)起 傳遞載荷 及協(xié)同的作用 ，而且要 把增強材料粘結(jié)在一起 ，這類組元就是要選的 基體材料 。 5 因此，必須根據(jù) 復合材料所需的性能 來選擇組成復合材料的 基體材料 和 增強材料 。 在 選擇材料組元 時，首先應(yīng)明確 各組元在使用中所應(yīng)承擔的功能 ，也就是說，必須明確 對材料性能的要求 。1 第七章 復合材料的復合原則及界面 2 第一節(jié) 復合原則 要想制備一種 好的復合材料 ，首先應(yīng)根據(jù) 所要求的性能 進行設(shè)計，這樣才能成功地制備出 性能理想的復合材料 。 復合材料的設(shè)計應(yīng) 遵循的原則 如下： 3 一、材料組元的選擇 挑選最合適的 材料組元 尤為重要。 4 對 材料組元進行復合 ，即要求 復合后材料 達到如下性能，如 高強度 、 高剛度 、高耐蝕 、 耐磨 、 耐熱 或其它的 導電 、 傳熱等性能或者某些 綜合性能 如 既高強又耐蝕、耐熱 。 例如，若所設(shè)計的復合材料是 用作結(jié)構(gòu)件 ，則復合的目的就是要使復合后材料具有最佳的強度、剛度和韌性 等 . 6 因此，設(shè)計 結(jié)構(gòu)件復合材料 時，首先必須明確其中 一種組元主要起 承受載荷 的作用 ，它必須具有 高強度和高模量 。 7 其次，除考慮 性能要求 外，還應(yīng)考慮組成復合材料的 各組元之間的相容性 ，這包括物理 、 化學 、 力學 等性能的相容，使材料各組元 彼此和諧地 共同發(fā)揮作用。 8 第三，要考慮復合材料 各組元之間的浸潤性 ，使 增強材料與基體之間 達到比較理想的 具有一定結(jié)合強度的界面 。 9 若 結(jié)合強度太低 ， 界面很難傳遞載荷 ，不能起潛在材料的作用， 影響復合材料的整體強度 ； 但 結(jié)合強度太高 也不利，它 遏制復合材料斷裂對能量的吸收 ，易發(fā)生 脆性斷裂 。 10 具體到 顆粒 和 纖維 增強復合材料 來說， 增強效果 與 顆粒或纖維的 體積含量 、直徑 、 分布間距 及 分布狀態(tài) 有關(guān)。 12 (2)顆粒直徑的大小 要合適。因此，一般粒徑為幾微米到幾十微米。數(shù)量太少，達不到 最佳的強化效果 。 14 2．纖維增強復合材料的原則 (1)纖維的 強度和模量 都要 高于基體 ，即纖維應(yīng) 具有高模量和高強度 ，因為除個別情況外，在多數(shù)情況下 承載主要是靠增強纖維 。 15 (3)纖維與基體的 熱膨脹系數(shù) 不能相差過大 ，否則 在熱脹冷縮過程中 會自動 削弱它們之間的結(jié)合強度 。 16 (5)纖維所占的體積 、 纖維的尺寸 和 分布 必須適宜。
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