复合材料的界面理论与界面处理.ppt

复合材料的界面可以分为四类： ①弹性界面 Elastic Interface (Fiber Elastic-Matrix Elastic) ②屈服界面 Yielding Interface (Fiber Elastic-Matrix Plastic) ③滑移界面 Sliding Interface ④脆型界面 Brittle Interface 假设： ①界面结合良好，界面无滑移 ②泊松比相同，即无横向截面应力产生，或加载过程中不产生垂直于纤维轴向上的应力（沿纤维方向受载时） 取复合材料中一个单元：讨论加载时载荷是如何转到纤维上去的，以及纤维中应力的分布情况。 在这一个单元中： ① 纤维轴向坐标为x（从纤维一端开始沿纤维任一点得到位置） ② 纤维存在时x点的位移为u (有约束时) 纤维不存在时x点的位移为? (无约束时) ③传递到纤维上的载荷为Pf。 ④ 纤维之间的距离为2R。 载荷 B为常数，取决于纤维的几何排列、基体的种类及纤维和基体的模量。 远离纤维基体的应变 = 施加的应变e（即产生的应变） 有 这个微分方程的解为： 边界条件 x=0, x=l时, Pf=0 纤维的最大应变e（与基体相同），因而 ?fmax=eEf 。如果纤维足够长，纤维所受的应力将从两端的最小值（0）增加到最大值eEf，即?fu=Efe f/M界面上的剪应力： 2?rf 周长, 2?rf dx面积 pf=?rf2?f ?rf2纤维截面积 最大界面剪切应力不大于下面之一 ① 基体的极限剪切应力（否则基体剪切屈服）② f/M界面剪切强度（否则滑移） PMC和CMC容易发生界面滑移（PMC界面结合弱），因而：极限剪切应力=界面剪切强度?i。对于 PMC和CMC： ?i代替屈服剪切强度 ?y 如果复合材料由于收缩而产生径向压力P： ?i= ?y=?P ?：纤维与基体之间的滑动摩擦系数 如果纤维足够长， 将达到最大值 ，纤维的断裂应力（强度）。 纤维的平均应力： 中间 两端 按混合法则，复合材料的应力为： 所施加的应变条件下基体的本身的应力： 如果β= 0.5 , 如果l/lc=10 ， 屈服界面与滑移界面在纤维两端周围引起的应力是基本相似的，因而对载荷的传递是基本相同的，临界纤维的长度可以用相同的方法获得。不过基体的最大剪切应力?ｙ要用界面剪切强度?i代替 由于τi=μp 因而 μ摩擦系数，p径向压力 由于磨擦系数有动摩擦和静摩擦，而且动摩擦总是小于静摩擦，因此：滑移界面的应力分布与屈服界面的应力分布还是有些不同之处的。 用屈服界面的方法确定滑移界面临界纤维长度是近似的。这表明：只要纤维足够长，即使是依靠摩擦也可以实现有效的载荷传递。如果摩擦系数和径向压力均较小，则纤维的临界长径比需要很大。 材料在受到应力作用时有两种破坏方式： 1 屈服破坏：一般包括加工硬化，出现连续稳定的断裂过程。 2 脆性破坏：一般是没有先兆和弹性变形的突发灾难性破坏，Griffith认为脆性破坏包括裂纹的迅速扩展，是由能量的释放而不是最大应力控制的。 （详细阐述，略） 7.3 复合材料界面改善的方法 7.3 复合材料界面改善的方法 7.3 复合材料界面改善的方法 纤维的表面预处理方法 CVD法 PVD法 电解法 化学镀法 喷涂法 碳纤维镀镍电解液配方 硫酸镍 150克/升 氯化铵 15克/升 硼酸 15克/升 PH值 5.6-6.2 温度 20 ℃ ～35 ℃ 碳纤维化学镀镍过程 a、纤维表面除胶，粗化处理；b、表面活化 化学镀镍溶液组成： [1] 提供镍离子: NiCl2 NiSO4 [2] 强还原剂: NaH2PO2 [3] 有机螯合剂: 羟基乙酸 柠檬酸 [4] 稳定剂: 硫酸 黄原酸乙酯钠 [5] PH值调节剂 作为陶瓷基复合材料的一种制备方法，CVI法近年来在美国、法国、德国等欧美国家进行了较多