第2章复合材料的界面和优化设计.ppt

2、界面残余应力的表征 测量界面残余应力的主要方法有X射线衍射法和中子衍 射法。中子的穿透能力较X射线强，可用来测量界面内应力； 其结果是很大区域的应力平均值。X射线衍射法只能测定样 品表面的残余应力。 同步辐射连续X射线能量色散法和会聚束电子衍射法也 可用来测定复合材料界面附近的应力和应变变化。特别是同 步辐射连续X射线能量色散法兼有较好的穿透能力和对残余 应变梯度的高空间分辨率，可测量界面附近急剧变化的残余 应力。 此外，激光Raman光谱法可测量界面层相邻纤维的振动 频率，根据纤维标定确定界面层的残余应力。 目前，应用最广泛的仍是传统的X射线衍射法。 第二章 复习题 一、判断题： 1、基体与增强体的界面在高温使用过程中不发生变化。 （?） 2、比强度和比模量是材料的强度和模量与其密度之比。 （?） 3、浸润性是基体与增强体间粘结的必要条件，但非充分条件。 （?） 二、选择题：从A、B、C、D中选择出正确的答案。 1、复合材料界面的作用（B） A、仅仅是把基体与增强体粘结起来。 B、将整体承受的载荷由基体传递到增强体。 C、总是使复合材料的性能得以改善。 D、总是降低复合材料的整体性能。 3、增强材料与基体的作用是（A、D） A、增强材料是承受载荷的主要组元。 B、基体是承受载荷的主要组元。 C、增强材料和基体都是承受载荷的主要组元。 D、基体起粘结作用并起传递应力和增韧作用。 三、简述题。 1、聚合物基复合材料界面的形成。 2、金属基复合材料的界面结合类型及其特点。 2、浸润性（A、D） A、当?sl+?lv ?sv时，易发生浸润。 B、当?sl+?lv ?sv时，易发生浸润。 C、接触角? 0?时，不发生浸润。 D、是液体在固体上的铺展。 另一方面，尽管表面积随着粗糙度增大而增大， 但其中有相当多的孔穴，粘稠的液体是无法流入的。 如经验公式： Z2 K ? cos ? tδ/η， 表明流入量Z是与液体表面张力、接触角、时间 和孔径成正比，与粘度成反比。 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。 3、化学键理论 在复合材料组分之间发生化学作用，在界面上形成共价键结合。 如不能发生直接进行化学反应，也可以通过偶联剂的媒介作用以化学键互相结合。 两相界面间发生化学反应 化学键理论最成功的应用是偶联剂用于增强材料表面与聚合物基体的粘结。 如硅烷偶联剂具有两种性质不同的官能团，一端为亲玻璃纤维的官能团 X ，一端为亲树脂的官能团 R ，将玻璃纤维与树脂粘结起来，在界面上形成共价键结合，如图所示。大大提高了界面的结合强度。 * 4、扩散理论 复合材料的基体与增强材料间可以发生原子或分子的互扩散或发生反应，从而形成反应结合或互扩散结合。对于聚合物来说，这种粘结机理可看作为分子链的缠结 如图所示 。 上述每一种理论都有一定的实验支待， 但每一种理论都有它的局限性，这是因为 界面相是一个结构复杂而具有多重行为的相。 二、金属基复合材料的界面 1、界面类型 类型 I类界面 II类界面 III类界面 特性 基体与增强材料之间既不相互反应，也不互溶，这类界面微观是平整的，而且只有分子层厚度，界面除了原组成物质外，基本上不含其它物质。 组成物质，经过扩散一渗透方式．既可以是增强材料向基体材料扩散，也可以是基体向增强材料表面扩散一渗透，互相溶解而形成界面。 有微米和亚微米级的界面反应物质层。 金属基复合材料界面结合方式： 化学结合 物理结合 扩散结合 机械结合 是由金属基体和增强体两相之间发生界面反应形成化学键，由化学键提供结合力。 以范德华力进行结合。 指基体和增强体虽无界面反应，但发生了原子的相互扩散作用，该作用也可提供一定的结合力。 指某些增强体表面粗糙，当熔融的金属基体浸润而凝固后，出现机械的咬合作用。 总的来说，是以化学结合为主，有时也会有几种结合方式并存。 2、影响界面稳定性的因素 ①物理因素 界面的溶解与析出是影响金属基复合材料第2类界面稳定性的物理因素。熔融浸渍法制备的钨丝增强镍基高温合金。 界面互溶后，有的复合材料还会出现先溶解后又析出的现象这种溶解与析出使增强材料的表层聚集形态和结构发生变化。碳纤维增强镍基复合材料。 图5-31为碳纤维/Ni基复合材料出现的第二类界面形态。基体镍渗透到碳纤维中形成白色的镍环。 ②化学因素 界面反应是影响具有第3类界面的复合材料界面稳定性的化学因素。 当界面发生化学反应，形成大量脆性化合物时，就会削弱增强材料的增强作用，尤其是在高温使用条件下，这种界面反应的不稳定性会造成复合材料的脆性破坏。因此，实际应用中界面反应不稳定性造成的复合材料强度降低的问题很突出。 B纤维增强Ti基复合材料在高温下形成TiB的界面反应物层。如固5—32所示，有时第I