复合材料得界面.ppt

　　如玻璃纤维使用硅烷作为偶联剂可使复合材料的性能大大改善，碳纤维经氧化处理或等离子体处理以及适当的涂层都可以收到很好的效果。 二、金属基、陶瓷基复合材科界面设计 　　金属基复合材料的特点是容易发生界面反应而生成脆性界面。 　　若基体为合金，则还易出现某元素在界面上富集的现象。 　　有关金属基复合材料的界面控制研究主要有以下两方面： 　　1．对增强材料进行表面处理 　　在增强材料组元上预先涂层以改善增强材料与基体的浸润性，同时涂层还应起到防止发生反应的阻挡层作用。 　　2．选择金属元素 　　改变基体的合金成分，造成某一元素在界面上富集形成阻挡层来控制界面反应。 　　在碳纤维增强A1复合材料中，在碳纤维上涂Ti--B涂层；在碳纤维增强Mg复合材料中采用SiO2作涂层；在硼纤维增强A1复合材料中用SiC涂层等都是在增强材料表面预先涂层的例子。 　　另外，在C/A1复合材料中，常用含Ti的Al合金，由于Ti的富集形成一层松散的钛化物阻挡层，可大大提高复合材料的拉伸强度和抗冲击性。 　　多数陶瓷基复合材料中增强材料与基体之间不发生化学反应，或不发生激烈的化学反应。 　　有时，有些陶瓷基复合材料的增强材料与其基体的化学成分相同。 　　例如，如SiC晶须或SiC纤维增强SiC陶瓷，这种复合材料也希望建立一个合适的界面，即合适的粘接强度、界面层模量和厚度以提高其韧性。 　　一般认为，陶瓷基复合材料需要一种既能提供界面粘接又能发生脱粘的界面层，这样才能充分改善陶瓷材料韧性差的缺点。 第四节 复合材料界面理论 　　复合材料是由性质和形状各不相同的两种或两种以上材料组元复合而成，所以必然存在着不同材料共有的接触面---界面。 　　正是界面使增强材料与基体材料结合为一个整体。 　　人们一直非常重视界面的研究，并有大量的文献报道，但由于材料的多样化及界面的复杂性，至今尚无一个普通性的理论来说明复合材料的界面行为。 　　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。 一、浸润性 　　复合材料在制备过程中，只要涉及到液相与固相的相互作用，必然就有液相与固相的浸润问题。 　　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科的周围，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，则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。 　　因而在任何复合材料中，界面和改善界面性能的表面处理方法是关于这种复合材料是否有使用价值、能否推广使用的一个极重要的问题。 　　界面效应既与界面结合状态、形态和物理--化学性质等有关，也与界面两侧组分材料的浸润性、相容性、扩散性等密切相联。 　　复合材料中的界面并不是一个单纯的几何面，而是一个多层结构的过渡区域，界面区是从与增强剂内部性质不同的某一点开始，直到与树脂基体内整体性质相一致的点间的区域。 　　界面区域的结构与性质都不同于两相中的任一相。 　　从结构上来分，这一界面区由五个亚层组成(见下图所示)： 界面区域示意图 1一外力场； 2-场所树脂基体； 3-基体表面区；4-相互渗透区 5一增强剂表面；6-增强剂 　　每一亚层的性能均与树脂基体和增强剂的性质、偶联剂的品种和性质、复合材料的成型方法等密切有关。 　　基体和增强物通过界面结合在一起，构成复合材料整体，界面结合的状态和强度对复合材料的性能有重要影响。 　　因此，对于各种复合材料都要求有合适的界面结合强度。 　　界面的结合强度一般是以分子间力、表面张力(表面自由能)等表示的，而实际上有许多因素影响着界面结合强度。 　　如表面的几何形状、分布状况、纹理结构； 　　表面吸附气体和蒸气程度； 　　表面吸水情况，杂质存在； 　　表面形态在界面的溶解、浸透、扩散和化学反应； 　　表面层的力学特性，润湿速度等。 　　由于界面区相对于整体材料所占比重甚微，欲单独对某一性能进行度量有很大困难。 　　因此常借于整体材料的力学性能来表征界面性能，如层间剪切强度(ILSS)就是研究界面粘结的良好办法； 　　如再能配合断裂形貌分析等即可对界面的其他性能作较深入的研究。 　　由于复合材料的破坏形式随作用力的类型、原材料结构组成不同而异，故破坏可开始在树脂基体或增强剂，也可开始在界面。 　　通过力学分析可看出，界面性能较差的材料大多呈剪切破坏，且在材料的断面可观察到脱粘、纤维拔出、纤维应力松弛等现象。 　　但界面间粘结过强的材料呈脆性也降低了材料的复合性能。 　　界面最佳态的衡量是当受力发生开裂时，这一裂纹能转为区域化而不产生近一步界面脱粘。　　即这时的复合材料具有最大断裂能和一定的韧性。 　　由此可见，在研