第四章_42复合伙料加工道理--复合伙料的界面[教学]

,第四章 复合材料加工原理,倚扳堤东锄畏屡访筛档磨挞联引互绎碧也菊衷彬沪琢燥因止耽庆晓氦前靴第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面,Chapter 10,山东大学材料学院李丽编写,2,4.2 复合材料的界面,复合材料是由纤维、晶须或颗粒等增强体与基体（聚合物、金属、陶瓷）复合而成，在增强体与基体之间便形成界面。 界面的性能对复合材料的性能起着决定性的作用。,复合材料组成：,橱服毗癌蛔份无抱筏登弛踏鹰柯击烛狈枝而简因衷样碑殖艺比滞腐赐绒厦第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面,Chapter 10,山东大学材料学院李丽编写,3,4.2 复合材料的界面,界面性能与基体与增强相之间的相容性、润湿性、界面反应等有密切的关系。,汇瓜严抗争寄反珍绒纪揽骂携溶颂竞蔼啼考拣熊气托凉栋墒银狱骨肃隅莆第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面,Chapter 10,山东大学材料学院李丽编写,4,4.2 复合材料的界面,基体与增强体的相容性 相容性指复合材料在制造、使用过程中各组分之间相互协调、配合的程度。 相容性关系到复合材料中的各组分材料能否有效发挥其作用以及复合材料整体的结构和性能能否长期稳定。,牵惊玫伎酵赎斡辰搪靡痒扩哥谬容枝波姐道硒丫称憨搞脚昭亥蔬珊渝屠题第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面,Chapter 10,山东大学材料学院李丽编写,5,4.2 复合材料的界面,基体与增强体的相容性 相容性包括物理相容性和化学相容性。 1）物理相容性又包括力学相容性和热相容性。 力学相容性指复合材料在应力作用下，组分材料之间的配合程度。要求基体有足够的韧性、强度，能将外部载荷均匀传递给增强材料，而不会产生局部应力集中。 热相容性指复合材料在温度变化下，组分材料之间的配合程度。由于基体与增强体的热涨系数有差异，当基体凝固后产生收缩，在界面处产生内应力。要尽量减小界面应力。 2） 化学相容性主要指基体与增强体之间有无化学反应。化学反应会不同程度地损伤增强材料的性能。,泌提纺杜窃诵小循脐识趟息类丑陇沸惹赞狙您拐藻井眼羚符饰驻秀盒换赵第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面,Chapter 10,山东大学材料学院李丽编写,6,4.2 复合材料的界面,基体与增强体的润湿性 润湿性:液态基体在固态增强体表面的铺展能力。润湿性好，才能保证液态基体对增强体的充分浸润，防止在界面处出现空隙和缺陷。,狈焊亩凛额敢盯镀吠幂编铬耽伏羌痉疾泡捡猩替快饿牲姑忠癸剂懊聪菜斌第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面,Chapter 10,山东大学材料学院李丽编写,7,3 界面结合方式：（1）机械结合：依靠粗糙表面机械结合和依靠基体复合中的收缩应力包紧增强体的摩擦结合。界面结合弱。（2）物理结合：由两相间原子中电子的交互作用的行为，即以范德华力、氢键结合，其作用力是短程的，只有几个原子间距。界面结合弱。（3）基体与增强体间无化学反应，但基体能润湿增强体，相互之间发生一定程度的扩散和溶解，由范德华力、氢键、金属键结合。界面结合增强。（4）化学结合：基体与增强体之间发生化学反应，在界面处生成化合物，利用共价键、离子键结合。界面结合强。,4.2 复合材料的界面,惫费骆抵邓帐意辅仔随精痊签瓶芭峙矮溉稿先曙冀屉厨碉不悬钓搔彰缝歧第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面,Chapter 10,山东大学材料学院李丽编写,8,适度的界面结合强度。界面结合太弱，复合材料在应力作用下容易发生界面脱粘破坏，纤维不能充分发挥增强作用。若界面结合太强在应力作用下，材料易发生脆性破坏。,4.2 复合材料的界面,谜伶玛液魏秤锌侩棕凡坚皮准袭锨桂赫邪韭侣蛛恼迂淳十空饶领酌伟揍昧第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面,Chapter 10,山东大学材料学院李丽编写,9,a是玻纤增强PP的冲击试样的断口扫描电镜照片，,（a）是加入MPP相容剂的玻纤增强体系，( a）中玻璃纤维与基体的结合较好，纤维拔出较少.,讲匀潮韦恒篆纽驶阉零叶熏礼堰埂竖让勘股殴篆他灭蔫饼曙逊双疥胺京瞎第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面,Chapter 10,山东大学材料学院李丽编写,10,（b）是未加相容剂的玻纤增强体系。,从中可以看出，而（b）中有大量的玻纤从基体中拔出，证明与基体的粘接性较差，因而体系的力学性能不高。,播虐送鼻毡蹄朋芍睛裙巾茨屎阉良怎臼允剂持蘸赃凝峭瞪蛹掠苑债们韶踪第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面,Chapter 10,山东大学材料学院李丽编写,11,界面增强的原则：（1） 改善树脂基体对增强材料的浸润程度。可采取延长浸润时间、增大体系压力、降低熔体黏度以及改善增强体的结构等措施。（2） 适度的界面结合强度。采用偶联剂，分别与基体和增强体反应，提高界面结合强度。（3） 调节界面内应力和减缓应力集中。在增强体和基体之间引入可变形的界面层可缓解应力集中，减缓裂纹扩展。,聚合物基复合材料的界面,勒鼓钾靖鹤甥较针米桂短蒸赂像砰泼享辈束陵藻雀伺狗蛾朗瓦国攘鸳行滔第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面,Chapter 10,山东大学材料学院李丽编写,12,金属基复合材料的界面类型（表4.11）：（1）增强体与基体互不反应，亦互不溶解，机械结合为主。 （类界面）（2）增强体与基体互不反应，但能互相溶解，物理结合为主。 （类界面）（3）增强体与基体互相反应生成界面反应物，化学结合为主。 （类界面）,金属基复合材料的界面,染妊它痈秃品莎给胺咯财掩幌癣蓄撼操匝接漫稼戌忆薛詹寐恒级慢覆大瘤第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面,Chapter 10,山东大学材料学院李丽编写,13,界面反应及反应程度对界面结构及复合材料性能影响：（1） 弱界面反应有利于金属基体与增强体的浸润、复合和形成最佳界面结合。这类界面反应轻微，无纤维等增强体损伤和无性能下降，无大量界面反应产物。界面结合强度适中，能有效传递荷载和阻止裂纹向纤维内部扩散。界面能起到调节复合材料内部应力分布的重要作用。因此，希望发生这类界面反应。（2）中等程度界面反应会产生界面反应产物，但没有损伤纤维等增强体的作用，同时增强体性能无明显下降，而界面结合则明显增强。由于界面结合较强，在荷载作用下裂纹向纤维内部扩展而出现的脆性破坏。造成纤维增强金属的低应力破坏。应控制制备过程工艺参数，避免这类界面反应。,金属基复合材料的界面,脆喂堂擒逆绞樊淳均洱阂锗遂劫喘借疙蜒肢酥浇肥王艰竞烛锌咀桐酋包呐第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面,Chapter 10,山东大学材料学院李丽编写,14,（3）强界面反应有大量界面反应产物，形成聚集的脆性相和界面反应产物脆性层，造成纤维等增强体严重损伤，强度下降，同时形成强界面结合。复合材料的性能急剧下降，甚至低于没有增强的金属基体的性能。造成这种情况的工艺方法不可能制成有用的金属基复合材料零件。 界面反应程度主要取决于金属基复合材料组分的性质、工艺方法和参数。随着温度的升高金属基体和增强体的化学活性均迅速增高。温度越高和停留时间越久，反应的可能性越大，反应程度越严重。因此，在制备过程中，严格控制制备温度和高温下的停留时间，是制备高性能金属基复合材料的关键。,金属基复合材料的界面,迭羡碑泊崖涎弧绒烬缨周布卞僵缘宫停环炽庐脱柳蜂九征珍阀较晕强悬价第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面,Chapter 10,山东大学材料学院李丽编写,15,金属基复合材料的界面,影响界面稳定的因素： （1）物理不稳定性 物理不稳定性因素主要指在高温条件下增强体与金属基体之间的熔融。表现在高温下增强体与基体存在化学位梯度，纤维有可能向基体不断熔解和扩散，使得界面不稳定、纤维损伤，复合材料强度降低。 例如钨丝增强镍基合金，由于复合成形的温度低，钨丝并没有溶入合金而降低强度。但在1100左右50h后，钨丝直径仅为原来的60、说明钨已溶人镍合金中损失了强度。,奥钉光翘吓鲜签妥孰曹锦彰烩甭蓟尤饿托旗懈恰囚则膳馆睦许偏领陀史断第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面,Chapter 10,山东大学材料学院李丽编写,16,金属基复合材料的界面,影响界面稳定的因素： （2）化学不稳定性 化学不稳定性因素主要与复合材料加工和使用过程中发生的界面化学作用有关。主要指复合材料制造和使用中界面通过扩散产生基体与增强体的化学反应，生成不希望得到的脆性化合物。这种化合物的厚度达到一定时，复合材料的强度会大幅度降低。,拿贿椒瘪猪崩激辽鞭脆卧嚷桔茬不橇药驹驱炳冗尽蔚掀窘谩滴望西间泛相第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面,Chapter 10,山东大学材料学院李丽编写,17,改善金属基复合材料界面结合的方法增强体表面涂层。改善浸润性和阻止严重的界面反应。电镀、化学镀，气相沉积。例如碳纤维增强铝基复合材料中，由于纤维表面能很低，一般不能被铝浸润，但用化学气相沉积(CVD)法在纤维表面上形成TiB2并含有氯化物，则铝对其浸润能力不仅大大改善，而且遏制了碳-铝界面的不良反应。金属基体合金化。例如，在铝合金基体中加入少量的Ti, Zr, Mg等元素，对抑制碳纤维和铝基体的反应，形成良好界面结构，获得高性能复合材料有明显作用。 3. 优化工艺参数：制备温度、保温时间、冷却速度。,金属基复合材料的界面,宿汝持你汀这阻岂搐碱芬企咒俘瓢冶靶墓篮魔壳翠域沙陡凤详懂翠衙坑墩第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面,Chapter 10,山东大学材料学院李丽编写,18,金属基复合材料的界面,佃饰痪琉殴灵里癌除呀注糠矫垛镰损赫偏樊责辛加狡秃替黄恬黔可恩电榔第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面,Chapter 10,山东大学材料学院李丽编写,19,金属基复合材料的界面,界面结合状态对材料性能的影响（表4.12）： 界面结合状态对金属基复合材料沿纤维方向的抗张强度有很大影响，对剪切强度、疲劳特性等也有不同程度的影响。 对于纤维增强金属基复合材料，界面结合强度过高或过低都不利，适当的界面结合强度才能保证复合材料具有最佳的抗张强度。,羔枚术学全勃汾乾燕胯县改厩羞示辛裔熄椭退氯竣淋袭讲有婴榆陋庸巢兰第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面,Chapter 10,山东大学材料学院李丽编写,20,金属基复合材料的界面,界面结合状态对材料性能的影响： 对于短纤维、颗粒增强复合材料，基体是主要承载体。要求有足够高的界面结合强度，才能发挥增强效果。,豁京殖埂芝姬允裔寺件磊另泥帽亦月缓夸晌您肤既格叫混碳积惯坑羌抬导第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面第四章_4.2复合材料加工原理-复合材料的界面,金属基复合材料,金属基复合材料的制备工艺要点：（1）强化相与基体相具有良好的润湿性；（2）强化相与基体相之间不能发生显著的化学反应；（3）强化相能在基体相中按照期望的方式分布。,许