复合材料-1013-1.ppt

　　界面使增强材料与基体材料结合为一个整体。对复合材料来讲，材料组元之间相互浸润是复合的首要条件。 2.2.1 浸润性 2.2.2 界面粘结 2.2.1 浸润性 　　在制备聚合物基复合材料时，一般是把聚合物(液态树脂)均匀地浸渍或涂刷在增强材料上。 　　树脂对增强材料的浸润性是指树脂能否均匀地分布在增强材料的周围，这是树脂与增强材料能否形成良好粘结的重要前提。 　　在制备金属基复合材料时，液态金属对增强材料的浸润性，直接影响到界面粘结强度。 浸润性是表示液体在固体表面上铺展的程度 （a）不完全浸润 （b）不浸润 不完全浸润(a)和不浸润(b)情况示意图 　液态树脂对纤维表面的良好浸润是十分重要的。 　浸润不良会在界面上产生空隙，导致界面缺陷和应力集中，使界面强度下降。 　良好的或完全浸润将使界面强度大大提高，甚至优于基体本身的内聚强度。 　　浸润性好意味着液体(基体)将在增强材料上铺展开来，并覆盖整个增强材料表面。 　　浸润性仅仅表示了液体与固体发生接触时的情况，一种体系的两个组元可能有极好的浸润性，但它们之间的结合可能很弱。 　　良好的浸润性，只是两个组元间可达到良好粘结的必要条件，并非充分条件。 　　为了提高复合材料组元间的浸润性，常常通过对增强材料进行表面处理来改善润湿条件，有时也可通过改变基体成分来实现。 　改善润湿的方法： 1.基体合金化：（以Al2O3/Al为例） （1）加入2%的锂时，θ↓↓。 当Li＝2%时，解决润湿问题。 当Li 3.5%时，性能下降，原因是反应过分。 ——反应促进了浸润 （2）加入Mg。 当Mg4%时，浸润。 发现：Mg富集优先氧化与Al2O3形成MgO· Al2O3尖晶石。 ——Al的不浸润是由Al2O3所致。 （3）加入冰晶石。 由于冰晶石能溶Al2O3，润湿问题得以解决。 2.表面处理：在纤维上涂上一层物质 （1）镀金属： 例如：碳纤维电镀一层Cr、Cu （2）化学沉积： 例如：SiC、B4C、TiC、TiB2等 　改善润湿的方法： TiCl4和BCl3进入反应室； 载气氩气把Zn蒸汽也带入反应室，使Ti，B或钛硼化合物沉积在碳纤维上： TiCl4 ＋ Zn ZnCl2 ＋Ti ； BCl3 ＋ Ti TiCl2 ＋B 碳纤维涂覆（TI ＋ B）层 钠法 表面涂覆Na 被Zn置换获Zn涂覆层 被Al置换获Al层 2.2.2 界面粘结 　　粘结(或称粘合、粘接)是指不同种类的两种材料相互接触并结合在一起的一种现象。 　　当基体浸润增强材料后，紧接着便发生基体与增强材料的粘结(Bonding)。 　界面粘结机理主要有机械作用理论、静电作用理论、化学作用理论、界面反应理论、浸润理论、可变形层理论、约束层理论等。 　粘性结合 　扩散、溶解结合 　反应结合 　对于一个给定的复合材料体系，同时可能会有不同的粘结机理(如机械粘结、静电粘结等)起作用，而且在不同的生产过程中或复合材料的使用期间，粘结机理还会发生变化，如由静电粘结变成反应粘结。 　体系不同，粘结的种类或机理不同。 1．机械作用理论 当两个表面相互接触后，由于表面粗糙不平将发生机械互锁。很显然表面越粗糙，互锁作用越强，因此机械粘结作用越有效。 界面粘结机理示意图 机械作用理论（mechanical bonding） 机械咬合，再加上热膨胀系数不同，基体收缩抱住纤维。 钨丝/Al Vf=12% 界面状况 结合类型 性能（拉伸） 1.φ0.2mm 光滑 化学反应 95% 2. φ0.2mm 表面有C形成光滑表面 没有反应 35% 3.腐蚀，改变粗糙度φ0. 165mm 粗糙 没有反应 91% 　　在受到平行于界面的作用力时，机械粘结作用可达到最佳效果，获得较高的剪切强度。但若界面受拉力作用时，除非界面有如图中A处所示的‘锚固’形态，否则拉伸强度会很低。 　　在大多数情况下，纯粹机械粘结作用很难遇到，往往是机械粘结作用与其它粘结机理共同起作用。 　　粗糙表面有相当多的孔穴，粘稠的液体是无法流入的。无法流入液体的孔不仅造成界面脱粘的缺陷，而且也形成了应力集中点。 2．静电作用理论 　当复合材料的基体及增强材料的表面带有异性电荷时，在基体与增强材料之间将发生静电吸引力。 　静电相互作用的距离很短，仅在原子尺度量级内静电作用力才有效。因此表面的污染等将大大减弱这种粘结作用。 表面静电吸引结合示意图 静电作用理论(electrostatic bonding