陶瓷基复合材料界面.ppt

第四章 陶瓷基复合材料界面,界面的定义：两相（增强相与基体）的界面是一个表面，通过这个表面材料的性能，如原子晶格、密度、弹性模量、热膨胀系数、拉伸强度、断裂韧性等都有明显的不连续性。复合材料的界面 复合材料中的界面面积很大；通常情况下，增强相与基体组成的界面都没有达到热力学平衡。,第四章 陶瓷基复合材料界面,4.1复合材料内的界面面积,一块复合材料的长、宽、高别为l、w、h，其中含有 N 根长为 l、直径为 d 的连续纤维，则纤维的体积分数为：如果定义界面面积为IA，则有：IA=Ndl,4.1复合材料内的界面面积,从上面二式中可得：设这块复合材料的体积为 1 m2，Vf为 0.25，则有,4.1复合材料内的界面面积,4.1复合材料内的界面面积,对于颗粒增强的复合材料来说，可以计算得到：若VP=0.25,4.2复合材料内的界面晶体学性质,从晶体学角度看，界面有共格、半共格和非共格三种。,4.2复合材料内的界面晶体学性质,4.3浸润性,浸润性代表了一种液体在一种固体表面扩展的能力。,4.3浸润性,当一个液滴在固体界面时，在热力学上只有sl+lv sv液滴才能在固体表面扩展开来。达到平衡的条件是：sl+lv cos=sv其中就是接触角：,4.3浸润性,=0时，液体完全浸润固体；0 90时就认为不发生液体浸润。浸润与界面的粘结是不同的，浸润只是强粘结界面的必要条件，而非充分条件。,4.4陶瓷基复合材料界面的粘结,两相界面的粘结（粘接、粘合或粘着等）方式有多种，如静电粘结、机械作用粘结、浸润粘结、反应粘结等等。对于陶瓷基复合材料来讲，界面的粘结形式主要有两种，即机械粘结和化学粘结。机械粘结 由于基体的收缩率较大，冷却收缩后基体将增强相包裹产生压应力。通过渗透、高温扩散等基体渗入或浸入增强纤维的表面而形成机械结合。,4.4陶瓷基复合材料界面的粘结,界面的剪应力为：i=i为摩擦系数，通常，0.1-0.6机械粘结为低能量弱粘结，其界面强度较化学粘结低。,4.4陶瓷基复合材料界面的粘结,化学粘结通过原子或分子的扩散在界面上形成了固溶体或化合物，此时即为化学粘结。扩散控制的反应中，有其中，x 是反应区的厚度，D是扩散系数，t 则为时间。而且 D 可按照Arrhenius方程计算：,4.5陶瓷基复合材料界面的作用,4.5.1界面的作用,4.5陶瓷基复合材料界面的作用,4.5陶瓷基复合材料界面的作用,4.5.2 界面的改善,4.5陶瓷基复合材料界面的作用,