材料科學(xué)基礎(chǔ)之復(fù)合效應(yīng)與界面-在線瀏覽
2025-02-03 00:03本頁面
【正文】 (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是由實(shí)驗(yàn) 確定的常數(shù) (1≤n≤1)。 AB兩種材料有 4種組合結(jié)果，在研制復(fù)合材料時(shí)應(yīng)盡量取優(yōu)值互補(bǔ) .? 比如 PZT(鋯鈦酸鉛 )陶瓷的彈性柔順系數(shù) (彈性常數(shù) )SE33的優(yōu)值? 為 21012m2/N, ? 把它與高分子聚合? 物復(fù)合后， SE33可? 高達(dá)? 20231012m2/N? *性能良好的省電換能器 (聲納 )需要從壓電體與負(fù)載的最佳聲匹配，與超聲發(fā)射接收裝置的最佳電聲匹配，提高分辨力等幾個(gè)方面來考慮設(shè)計(jì)，使換能器達(dá)到寬帶窄脈沖，高靈敏度，高分辨力等性能指標(biāo)。選擇適合的壓電材料，來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保證換能器的窄脈沖，以獲得高的分辨率。多材料混雜會(huì)使某些性能加強(qiáng)產(chǎn)生相補(bǔ)效應(yīng)或叫正混雜效應(yīng)，也會(huì)使某些性能減弱產(chǎn)生負(fù)混雜效應(yīng)。? 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)。? 復(fù)合材料的傳遞特性實(shí)例參見表 92。? 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。? 2 不連續(xù)效應(yīng)不連續(xù)效應(yīng) ：物理性能在界面處發(fā)生突變。? 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。? 6 界面化學(xué)效應(yīng)界面化學(xué)效應(yīng) ：官能團(tuán)、原子間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。? 在聲 、光、電、磁等領(lǐng)域，功能材料應(yīng)用十分普遍。? 在纖維束增強(qiáng)復(fù)合材料中，若纖維束長度為 L，承受應(yīng)力為 σ ，則拉伸斷裂概率符合Weibull分布方程：? F(σ)=1exp(αLσ β ) (92)? 式中 α 為尺寸參數(shù)， β 為形狀參數(shù)，都由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。? 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。? 充分利用協(xié)同效應(yīng)思想：使材料復(fù)合作用大于單獨(dú)作用效果之和。? 復(fù)合材料增強(qiáng)原理：在復(fù)合材料中，增強(qiáng)體主要用來承擔(dān)載荷 ，要求具有高強(qiáng)度和高模量。? 增強(qiáng)體、基體和界面共同作用可改變復(fù)合材料的韌性、抗疲勞性、抗蠕變性、抗沖擊性和其他性能。? 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) ，而金屬基和樹脂基的復(fù)合作用是 增強(qiáng)補(bǔ)韌 。? 彌散增強(qiáng)型：彌散增強(qiáng)主要針對(duì)金屬基，彌散分布的硬質(zhì)顆粒如 Al2O3, TiC, SiC等可有效阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，顯著提高金屬及合金的強(qiáng)度。? 根據(jù)位錯(cuò)繞過機(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。由此算出 彌散增強(qiáng) 體的 顆 粒 間 距 應(yīng) 在 ~ 間。但 φP受工 藝 條件和 韌 性要求限制不能 過 高，一般 φp=~, dp=~。在美國、日本等國家已被廣泛應(yīng)用于大型微波管結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電材料、轉(zhuǎn)換開關(guān)、帶銀觸頭和點(diǎn)焊接電極等方面新材料的生產(chǎn)，工藝為： CuAl合金內(nèi)氧化 等靜壓壓胚 燒結(jié) 熱擠壓 拉拔 加工成型。 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)。? 根據(jù)位錯(cuò)理論? n=σ 2Dp/Gmb (910) Dp為粒子剪切彈性模量。? 非晶體基體復(fù)合材料的強(qiáng)度計(jì)算公式分兩種。? 嚴(yán)格說來，界面無結(jié)合的不能稱為復(fù)合材料。從前式可看出： φp一定 時(shí) ， 界面無 結(jié) 合的非晶體基體復(fù)合材料的 強(qiáng) 度可通過 提高摩擦因數(shù) ?和減小粒子尺寸 dp來提高。? 式中第一部分為粒子承載部分，第二部分為基體承載部分，即粒子也能分擔(dān)部分載荷；同時(shí)， 界面黏結(jié)強(qiáng)度對(duì)復(fù)合材料性能有明顯影響。加入的粒子尺寸過小不易產(chǎn)生增強(qiáng)效果；過大會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，出現(xiàn)自發(fā)微裂紋。? 對(duì)高性能陶瓷材料，一般增強(qiáng)顆粒 粒徑 選在 ~100μm范 圍 。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。? 當(dāng)外力達(dá)到使基體發(fā)生塑性變形，基體對(duì)復(fù)合材料的剛度影響可以忽略不計(jì)時(shí)：
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