第2章复合材料的界面和优化设计详解.ppt

（1）在聚合物基复合材料的设计中，首先应考虑如何改善增强材料与基体间的浸润性。一般可采取延长浸渍时间，增大体系压力、降低熔体粘度以及改变增强体织物结构等措施。（2）适度的界面结合强度。（3）减少复合材料中产生的残余应力。（4）调节界面内应力和减缓应力集中。 3、聚合物基复合材料界面改性原则 2.2 复合材料的界面 2.2 复合材料的界面 二、金属基复合材料的界面 1、界面的类型 第一类：界面平整、组分纯净，无中间相。 第二类：界面不平直，由原始组分构成的凸凹的溶解扩散型界面。 第三类：界面中含有尺寸在亚微米级的界面反应物。多数金属基复合材料在制备过程中发生不同程度的界面反应。 2.2 复合材料的界面 二、金属基复合材料的界面 1、界面的类型 类 型 1 类 型 2 类 型 3 纤维与基体互不反应亦不溶解 纤维与基体互不反应但相互溶解 纤维与基体反应形成界面反应层 钨丝 / 铜 Al2O3 纤维 / 铜 Al2O3 纤维 / 银 硼纤维（BN表面涂层） / 铝 不锈钢丝 / 铝 SiC 纤维 / 铝 硼纤维 / 铝 硼纤维 / 镁 镀铬的钨丝 / 铜 碳纤维 / 镍 钨丝 / 镍 合金共晶体丝 / 同一合金 钨丝 / 铜 – 钛合金 碳纤维 / 铝（? 580 ?C） Al2O3 纤维 / 钛 硼纤维 / 钛 硼纤维 /钛-铝 SiC 纤维 / 钛 SiO2 纤维 / 钛 2.2 复合材料的界面 TiB2/NiAl原位复合材料 碳/铝（含镁）复合材料析出物形貌，有Mg17Al12化合物析出相 碳/铝复合材料界面微结构　(a)快速冷却　(b)慢速冷却 2.2 复合材料的界面 二、金属基复合材料的界面 2、界面的结合方式 （1）化学结合：通过化学键结合。 （2）物理结合：通过范德华力结合。 （3）扩散结合：通过相互扩散结合。 （4）机械结合：通过机械咬合结合。 总的来讲，金属基体复合材料界面以化学结合为主，有时也会出现几种界面结合方式共存。 2.2 复合材料的界面 二、金属基复合材料的界面 3、影响界面稳定性的因素 2.2 复合材料的界面 二、金属基复合材料的界面 4、残余应力 2.2 复合材料的界面 二、金属基复合材料的界面 5、金属基复合材料的界面控制方法 （1）对增强材料进行表面涂层处理：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。尽量避免选择易参与界面反应生成脆硬界面相、造成强界面结合的合金元素 （3）优化制备工艺和参数：金属基体复合材料界面反应程度主要取决于制备方法和工艺参数，因此优化制备工艺和严格控制工艺参数是优化界面结构和控制界面反应的有效途径。 2.2 复合材料的界面 三、陶瓷基复合材料的界面 1、界面的结合方式——与金属基复合材料基本相同 2、界面的稳定性 （1）基体与增强体在界面形成固溶体（增强）； （2）基体与增强体在界面形成化合物（降低）。 2.2 复合材料的界面 三、陶瓷基复合材料的界面 3、陶瓷基复合材料的界面控制方法 4、热残余应力 基体与增强体之间热膨胀系数的不同导致残余应力，其在界面处引起应力集中容易导致裂纹。 2.3 复合材料界面的表征 现代科学的发展为复合材料界面的分析表征提供了强有力的手段。扫描电镜、红外光谱、紫外光谱、光电子能谱、动态力学分析、原子力显微镜等，在复合材料界面分析表征中得到充分的应用，为揭示界面的本质、丰富界面的理论作出了重要的贡献。 2.3 复合材料界面的表征 2.3 复合材料界面的表征 2.3 复合材料界面的表征 未处理碳纤维的表面形态 低温等离子处理碳纤维表面形态 界面表面形态、结构的表征 氧等离子处理后，经80℃与苯乙烯反应4小时，接枝聚苯乙烯分子链的碳纤维照片 复合材料的界面定义是什么，包括哪些部分？ 复合材料界面具有哪些效应，都有哪些界面理论 聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料界面有哪些特点，都有哪些优化设计的方法？ 复合材料 郭连贵 湖北工程学院化学与材料科学学院 * 石墨烯 第2章 复合材料的界面和优化设计 多壁碳纳米管 掌握界面定义、组成 掌握界面的作用 掌握界面理论 掌握界面设计方法 了解界面表征方法 2.1 复合材料界面的概念 2.1 复合材料界面的概念 一、复合材料界面的定义 复合材料界面示意图 1、外力场；2、基体；3、基体表面区；4、相互渗透区；5、增强剂表面区； 6、增强剂 复合材料界面区成分比较复杂 2.1 复合材料界面的概念 二、复合材料界面的结合方式 2.1 复合材料界面的概念 三、复合材料的界面效应