材料表面与界面(5-1)概要.ppt

材料的表面与界面Surfaces and Interfaces in Materials 第5章 金属基复合材料中的界面 第5章 金属基复合材料中的界面 第5章 金属基复合材料中的界面 第5章 金属基复合材料中的界面 第5章 金属基复合材料中的界面 第5章 金属基复合材料中的界面 第5章 金属基复合材料中的界面 第5章 金属基复合材料中的界面 第5章 金属基复合材料中的界面 第5章 金属基复合材料中的界面 第5章 金属基复合材料中的界面 第5章 金属基复合材料中的界面 第5章 金属基复合材料中的界面 第5章 金属基复合材料中的界面 第5章 金属基复合材料中的界面 第5 金属基复合材料中的界面 第5章 金属基复合材料中的界面 第5章 金属基复合材料中的界面 第5章 金属基复合材料中的界面 第5章 金属基复合材料中的界面 第5章 金属基复合材料中的界面 * * 5.1 金属基复合材料界面的分类 5.1.1 金属基复合材料界面的分类 对于金属基复合材料，其界面比聚合物基复合材料复杂得多。金属基复合材料界面的类型取决于增强体和金属基体材料本身的特性及复合工艺条件。根据增强材料与基体的相互作用情况，金属基复合材料的界面可以归纳为表5-1所示的三种类型。 表5-1 金属基复合材料的界面类型 Cu-Ti合金-W Ti-Al2O3 Ti-B Ti-SiC Al-SiO2 Al-C(在一定温度下) Mg-Al18B4O33w Cu-Cr合金-W Nb-W Ni-C Ni-W Cu-W Cu-Al2O3 Ag-Al2O3 Al-B(表面涂BN) Al-不锈钢 Al-B Al-SiC Mg-SiC 金属基体和增强体之间发生反应生成界面反应物 金属基体和增强体不反应但互相溶解 金属基体和增强体既不反应也不互相溶解 类型三 类型二 类型一 5.1 金属基复合材料界面的分类 5.1.1 金属基复合材料界面的分类 第一类界面的特征为金属基体和增强体之间既不反应也不互相溶解，界面相对比较平整。 第二类界面的特征为金属基体和增强体之间彼此不发生界面化学反应，但浸润性好，能发生界面相互溶解扩散，基体中的合金元素和杂质可能在界面上富集或贫化，形成犬牙交错的溶解扩散界面。 第三类界面的特征为金属基体和增强体之间彼此发生界面化学反应，生成新的化合物，形成界面层。 取决于复合工艺条件、加工和使用条件，实际复合材料中的界面可能不是单一的类型，而是以上三种类型的组合。 此外，各类界面间并没有严格的界限，在不同条件下同样组成的物质，或在相同条件下不同组成的物质可以构成不同类型的界面。例如表5-1中类型一的Al-B复合材料体系，从热力学观点看它们是可能发生反应的，但由于氧化膜的保护作用，造成了反应的动力学障碍，如果工艺参数控制恰当，不使保护膜破坏．可以形成第一类界面；但如果保护膜破坏则形成第三类界面。又如在Cu-W复合材料中，如果基体是纯铜，形成第一类界面；如果基体是Cu—Cr合金，形成第二类界面；如果基体是Cu-Ti合金，则合金中的Ti将与W发生反应而形成第三类界面。 5.1 金属基复合材料界面的分类 5.1.2 界面的结合机制 为了使复合材料具有良好的性能，需要在增强体与基体界面上建立一定的结合力。界面结合力是使基体与增强体从界面结合态脱开所需的作用于界面上的应力，它与界面的结合形式有关，并影响复合材料的性能。金属基复合材料中的界面结合基本可分为四类，即：机械结合；共格和半共格原子结合；扩散结合；化学结合。 (1)机械结合 基体与增强体之间纯粹靠机械结合力连接的结合形式称为机械结合。它主要依靠增强材料粗糙表面的机械“锚固”力和基体的收缩应力来包紧增强材料产生摩擦力而结合。结合强度的大小与纤维表面的粗糙程度有很大关系，界面越粗糙，机械结合越强。这种结合只有当载荷应力平行于界面时才能显示较强的作用，而当应力垂直于界面时承载能力很小。因此，具有这类界面结合的复合材料的力学性能差，除了不大的纵向载荷外，不能承受其它类型的载荷，不宜作结构材料用。事实上由于材料中总有范德华力存在，纯粹的机械结合很难实现。机械结合存在于所有复合材料中。既无溶解又不互相反应的第一类界面属这种结合。 5.1 金属基复合材料界面的分类 5.1.2 界面的结合机制 (2)共格和半共格原子结合 共格和半共格原子结合是指增强体与基体以共格和半共格方式直接原子结合，界面平直，无界面反应产物和析出物存在。金属基复合材料中以这种方式结合的界面较少。 在挤压铸造碳化硅晶须增强镁基(SiCw/AZ91)复合材料中，碳化硅晶须和镁合金基体之间存在一些优先晶体学位向关系，具有晶体学位向关系的界面是一种半共格匹配的原子结合界面