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第二章复合材料的界面及界面优化 2015.11.22 目标与要求 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 界面特点 性能和结构上不同于基体和增强材料 具有一定的厚度 连接基体与增强体材料 能够传递载荷 二、界面的效应（2） (4)散射和吸收效应　 光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收，如透光性、隔热性、隔音性、耐机械冲击及耐热冲击性等。 (5)诱导效应 一种物质(通常是增强物)的表面结构使另一种(通常是聚合物基体)与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生改变，由此产生一些现象，如强的弹性、低的膨胀性、耐冲击性和耐热性等 　　界面效应是任何一种单一材料所没有的特性，它对复合材料具有重要的作用。界面效应既与界面结合状态、形态和物理-化学性质有关，也与复合材料各组分的浸润性、相容性、扩散性等密切相关。 三、界面理论(1) 机械结合 基体与增强材料之间不发生化学反应，靠纤维的粗糙表面与基体产生摩擦力而实现的。 三、界面理论(2) 溶解和润湿结合　主要是聚合物基体复合材料的结合形式。基体润湿增强材料，相互之间发生原子扩散和溶解，即物理和化学吸附作用。界面是溶质原子的过渡带。 金属基和陶瓷基复合材料，形成界面层的主要原因之一是生产制备过程要经历高温。在高温下扩散极易进行，扩散系数D随温度呈指数关系增加，按照Arrhenius方程：　　　　　D = D0 exp（- Q/RT） D：扩散系数；Q：扩散激活能。 R为玻尔兹曼常数；T为绝对温度。 四、界面及界面改性方法 界面结合强度低，则增强纤维与基体很容易分离，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，起不到增强作用；但界面结合强度太高，则增强纤维与基体之间应力无法松弛，形成脆性断裂。 在研究和设计界面时，不应只追求界面粘结而应考虑到最优化和最佳综合性能。 聚合物基复合材料界面改性原则： 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 2、金属基复合材料界面 金属基体在高温下容易与增强体发生不同程度的界面反应，金属基体多为合金材料，在冷却凝固热处理过程中还会发生元素偏聚、扩散、固溶、相变等。 金属基复合材料界面结合方式有化学结合、物理结合、扩散结合、机械结合。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。 金属基体复合材料的界面有3种类型：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。 五、残余应力 高聚物复合材料的残余应力是由于树脂和纤维热膨胀系数不同而产生和固化过程中树脂体积收缩产生化学应力。前者影响较大。残余应力的存在，导致材料粘结强度下降。残余应力对材料的影响程度依赖于纤维的含量、纤维与基体的模量比和纤维的直径 金属复合材料残余应力来源于热和力学。设计过程要注意基体模量不能太低，膨胀系数要相差不大 陶瓷复合材料 热膨胀系数的不同导致残余应力。纤维的膨胀系数往往大于基体材料。在一定程度下达到所追求的增韧机制。但基体和增强纤维都是脆性的，残余应力过大容易导致裂纹 六、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 七、复合材料界面优化设计 参考文献 复合材料 吴人洁 天津大学出版社 复合材料原理 闻荻江吴人洁 武汉工业大学出版社 先进复合材料 胡保全 牛晋川 编 国防工业出版社 作　业 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？ 谢谢！ 界面特性与裂纹扩展 2、裂纹剥离机理 金属基复合材料的界面控制研究方法： 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