SiO2／Al-Mg复合材料的界面反应

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碳化硅增强铝基复合材料显微组织分析开题报告

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参考文献[1] 李墨林.碳化硅颗粒增强铝基复合材料复合工艺研究[J].大连铁道学院学报,1999,4(20).[2] 郑喜军,米国发.碳化硅颗粒增强铝基复合材料的研究现状及发展趋势[J].材料热处理技术,2011.[3] 郑晶,贾志华,马光.碳化硅颗粒增强铝基复合材料的研究进展[J].钛工业进展,2006,6(23).[4] 朱和祥,黎祚坚,陈国平.碳化硅颗粒增强铝基复合材料的发展概况[J].材料导报,1995,3:73-76.[5] 王文明,潘复生,Lu Yun,曾苏民.碳化硅颗粒增强铝基复合材料开发与应用的研究现状[J].兵器材料科学与工程,2004,3(27):61-62.[6] Hunt M.,J.Mater.Eng.,1989;106(1):37.[7] Kennerknecht S.,Fabrication of Particulates Reinforced[J]. Metal Composites Proceedingsof an International Conference,1990:87.[8] Mohn W.R.,J.Mater.Eng.,1988;10(3):225.[9]欧阳柳章,罗承萍,隋贤栋,等.SiCp/ Al复合材料的制造及新动向[J].铸造,2000,49(1):17-20.[10] Cui Yan,Geng Lin,Yao Zhongkai.A new advance in the development of high performanceSiCp/Al composite [J].J Mater Sci,1997(13):227.[11] 樊建忠,桑吉梅,石力开.颗粒增强铝基复合材料的研制、应用与发展[J].材料导报,200l,15(10):55-57.[12] 刘海. 机械搅拌法制备SiC颗粒增强铝基复合材料技术研究[J].重庆大学硕士学位论文,2007.[13] 孙超. 碳化硅颗粒增强铝基复合材料显微组织和力学性能的研究[J].中南大学硕士学位论文,2012.[14] 王乐军. 液态机械搅拌铸造法制备SiC/6061Al复合材料[J].郑州大学硕士学位论文,2009.[15] 袁广江,章文峰,王殿斌,桂满昌,吴洁君. SiC颗粒增强铝基复合材料制备及机加性能研究[J].复合材料学报,2000,2(17):38-39.。

《复合材料》课件——第二章_复合材料界面和优化设计

强体的浸润和结合，严重的界面反应将造成增强体的损
伤和形成脆性界面相等十分有害。碳纤维/铝钛铜合金复
合材料中，生成TiC，使界面附近的铝、铜富集。 500℃
时，在C纤维/铝材料界面生成Al4C3脆性层。
2.4 复合材料的界面
2.4.5 界面反应或界面扩散理论
在复合材料组分之间发生原
子或分子间的扩散或反应，从
因此，在研究和设计界面时，不应只追求界面结合而应考虑到最优化和最佳综合性能。
2.3复合材料组分的相容性
物理相容性： 1. 是指基体应具有足够的韧性和强度，能够将外部载荷均匀
地传递到增强剂上，而不会有明显的不连续现象。 2. 由于裂纹或位错移动，在基体上产生的局部应力不应在增
强剂上形成高的局部应力。 3. 另一个重要的物理关系是热膨胀系数。基体与增强相热膨
物理和化学吸附作用。液态树脂对纤维表面的良好浸润是十分重要的。浸润不良会在界面上产生空隙，导致界面缺陷和应力集中，使界面强度下降。良好的或完全浸润将使界面强度大大提高，甚至优于基体本身的内聚强度。
2.4 复合材料的界面
2.4.1界面润湿理论：从热力学观点来考虑两个结合面与其表面能的关系，一般用表面张力来表征。
胀系数的差异对复合材料的界面结合产生重要的影响，从而影响材料的各类性能。
2. 3复合材料组分的相容性
物理相容性：例如：
对于韧性基体材料，最好具有较高的热膨胀系数。这是因为热膨胀系数较高的相从较高的加工温度冷却是将受到张应力；
对于脆性材料的增强相，一般都是抗压强度大于抗拉强度，处于压缩状态比较有利。
2.3复合材料组分的相容性
化学相容性： ➢ 对复合材料来说，以下因素与复合材料化学相容性有关的

氧化铝与二氧化硅在高温下的反应

氧化铝与二氧化硅在高温下的反应氧化铝与二氧化硅是两种重要的无机化合物，它们在高温下的反应被广泛研究和应用。

本文将简要介绍氧化铝与二氧化硅在高温下的反应。

一、氧化铝氧化铝，化学式为Al2O3，是一种无色的晶体，硬度较高，耐热性好，是一种重要的工程材料和电子材料。

氧化铝具有较好的化学稳定性，在许多酸、碱介质中都不易溶解，因此广泛应用于耐酸碱、磨料、陶瓷、电子、光学等领域中。

二、二氧化硅由于氧化铝和二氧化硅具有相似的化学性质和晶体结构，因此它们在高温下可以发生一定的反应，从而形成一系列的复合型材料。

这种反应主要有以下几种形式：1、熔盐法氧化铝和二氧化硅在高温下可以被一些熔盐（比如碳酸钠、氯化钠等）熔化后混合，然后在高温下反应，形成SiO2/Al2O3复合物。

这种方法主要适用于制备一些微细的粉末状复合材料。

2、溶胶-凝胶法由于氧化铝和二氧化硅的物理和化学性质差异较小，因此可以采用溶胶-凝胶法将其混合后制备成复合材料。

该方法可以控制反应温度和时间，使得合成的复合材料具有更好的物理和化学性质。

3、高温反应法在高温下，氧化铝和二氧化硅可以直接反应形成α-Al2O3/SiO2复合材料，在温度超过1400℃时，可以得到纯Al2O3/SiO2复合材料。

该方法适用于制备一些高温稳定的复合材料。

四、应用SiO2/Al2O3复合材料的应用非常广泛，可以用于耐火材料、催化剂、磨料、电子材料、生物医学材料等领域。

特别是在精细化工、冶金制造、航空航天等领域的高温环境下，SiO2/Al2O3复合材料的优异性能得到了广泛的应用。

总之，氧化铝和二氧化硅在高温下的反应被广泛研究和应用，主要通过熔盐法、溶胶凝胶法和高温反应法得到SiO2/Al2O3复合材料，具有广泛的应用前景。

复合体系的典型界面反应

3C + 4Al → Al4C3
5.3.2 碳化硅-铝基复合体系碳化硅纤维具有极高的熔点，在空气和金属中它的化
学惰性也较强。碳化硅纤维主要由非晶态SiC构成，表面缺陷很小，并且十分光滑。这种纤维在真空中于 1400℃时强度开始下降。
5.3.3 氧化铝纤维-铝基复合体系
5.3.4 硼纤维-铝复合体系
采用纤维的目的：
玻璃纤维是水泥基复合材料常用的增强材料。中碱与无碱玻璃纤维在普通硅酸盐水泥水化物中受到了两种类型的侵蚀：一种是化学侵蚀，即水泥水化生成的Ca(OH)2与玻璃纤维的硅氧骨架之间发生化学反应生成水化硅酸钙，当水泥液相中有NaOH、KOH存在时则加速了这一反应；另一种是应力侵蚀，由于玻璃纤维表面存在着缺陷，水泥水化生成的晶体可进入这些缺陷中，在缺陷端部造成应力集中并使缺陷扩展。从而破坏了玻璃纤维与水泥基体之间的界面结合。
表面处理后的碳纤维表面上形成各种不同类型的化学络合物，除了含氧官能团与树脂形成氢键缔合或化学键外，其他类型的基团也可能使各种聚合物在凝胶化时改性，在界面形成不同力学和流变性能的层区。
因此，通过各种途径来改变表面官能团的种类和数量，就有可能使纤维树脂形成更好的粘结而提高其复合材料的综合性能。
物基体发生界面反应。
表面处理剂的分子结构：
玻璃纤维表面基团：
硅氧硅基团≡Si－O－Si≡ 硅羟基 ≡Si－OH
一般都带有能与硅羟基起化学反应的活性羟基。
以硅烷偶联剂为例来说明这种反应的过程： (1)有机硅烷水解，生成硅醇：
OH (2)玻璃纤维表面吸水，生成羟基：
(3)硅醇与吸水的玻璃纤维表面反应，又分三步：第一步：硅醇与玻璃纤维表面反应生成氢键：
材料的强度、延展性和韧性。很明显，如能控制这些反应，就能使难熔金属丝增强的高温合金具有出色的性能。

复合材料的界面

改变强化材料表面的性质
• 对SiC晶须表面采用化学方法处理后XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)分析的结果。由C(1s)和Si(2p)的波谱可以看出，有的地方存在SiO2，有的地方不存在SiO2。利用这样的表面状态的差来增强界面的结合力。
6.6.2 向基体添加特定的元素
• 在用烧结法制造复合材料的过程中，为了有助于烧结，往往向基体添加一些元素。有时为了使纤维与基体发生适度的反应以控制界面，也可以添加一些元素。在SiCPCS纤维强化玻璃陶瓷（LAS）中，如果采用通常的LAS成分的基体，在晶化处理时会在界面产生裂纹。而添加百分之几的Nb时，热处理过程中会发生反应，在界面形成数微米的 NbC相，获得最佳界面，从而达到高韧化的目的。
5.5 界面行为
5.5.1 界面的脱粘与剥离（Debonding）
研究界面的脱粘与剥离的意义
研究思路 ➢ 考虑基体中仅有一根纤维，受到拉伸载荷为Pf的情
况 ➢ 分析复合材料中强化材料与基体间应力传递的方
式解析法： ➢ 应用最大剪切应力理论 ➢ 应用断裂力学理论
脱粘、剥离与滑动的关系为一旦发生脱粘与剥离，剥离部分就产生滑动。解析法可以应用最大剪切应力理论，也可以应用断裂力学理论。
临界值
• 断裂的机制张开型裂纹 φ=0
剪切型裂纹 φ=90 φ=tan-1（KⅡ/KⅠ）
界面对复合材料性能的影响
• 界面特性
复合材料性能
界面黏结强度下降复合材料弹性模量下降
• 但界面特性与复合材料性能的定量关系少
• 界面参数（强度，韧性）
• 脆性组元的界面区域，尺寸与厚度相当的缺陷断裂力学模型
5.2.1 界面应力与非弹性过程

第3章复合理论

改变环境气氛。固体或液体表面吸附的不同气体能
改变Sv和LV。在氧化性气氛中制造Ni-A12O3复合材料时也能降低接触角而提高材料的性能。

提高液态金属压力。提高掖相压力可以改善其对
固体的润湿性。液态金属不能自发渗入纤维束中，只有在一定外压作用下克服阻力金属才能渗入。各种类型的加压浸渍工艺便是在此基础上发展起来的。

阻断效应：

散射和吸收效应：

界面效应

诱导效应：

增强材料的表面晶体结构会对基体的晶体结构产生诱导作用，使其发生改变，由此产生一系列的性能变化，如高弹性、低膨胀、耐冲击和耐热等。

不连续效应：

在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦出现的现象，如抗电性、电感应性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等。

如果γsv<γsl，θ>90。，液体不能润湿固体；如果γsv>γsl，θ<90。，液体能润湿固体；如果γlv=γsv-γsl，θ=0。，液体能完全润湿固体；如果γsv=γsl-γlv ，θ=180。，液体完全不润湿固体。
提高固体表面张力，降低固液界面张力都能改善液态金属基体对固态增强材料的润湿性。
界面分类

根据增强材料与基体的相互作用情况，界面可以归纳为三种类型。类型Ⅰ:增强材料与基体互不溶解、互不反应；类型Ⅱ:增强材料与基体不反应，但能相互溶解；类型Ⅲ:增强材料与基体相互反应，生成界面反应产物。
金属基复合材料的界面类型
界面类型
界面特征
类型Ⅰ
增强材料与基体互不溶解、互不反应 W丝/Cu Al2O3f/Cu Bf/Al Al2O3/Al SiCf/Al Bf/Mg

表面与界面问题论文

表面与界面问题论文在工程上一般地将固相和气相之间的分界面称为表面,把固相之间的分界面称为界面。

表面和界面都被认为是一极薄层，其成分、结构、性能都有别于内部基体材料，所以通常采用热力学上的自由能、熵、焓等的函数或理论来描述和解释表面和界面中的问题。

表面与界面问题的研究在材料加工中占有重要的位置，它关系到材料在使用时的机械、光、电、磁及热力学等方面的性能。

表面与界面问题的研究结果，能为材料的合成与加工提供新的或改进的方法，从而导致新材料的产生或材料优异性能的开发。

合成与加工的进步也导致加工企业生产高质量、低成本的产品[30]。

一、表面问题:研究表面首先涉及的是表面的分析所使用的方法和仪器，在文献[3]中主要介绍了XPS和AES分析表面的机理和作用：X—射线光电子能谱(XPS) ，XPS能无损地测定表面组分和电子价态，所以XPS广泛地用作表面分析技术、数据处理和线形分析、价带谱、半导体、高聚物、薄膜。

俄歇电子能谱(AES)----由电子束和固体表面相互作用产生的AES，广泛地应用于近表面区的元素和化学分析。

对观察到的跃迁进行分析时，常可测得在分析区域中元素的原子环境AEs是在近表面区例如直至1ｕ左右，最广泛地用于深度剖析的方法、定量分析、深度剖析、小面积分析。

单一的XPS数据对表面化学或组分的变化不是充分灵敏的，所以常采用组合XPS—AES共同分析材料表面的结构和性能。

还可以直接利用金相显微镜和扫描电镜对横断面上沿层深的组织变化进行观察。

文献[6]还介绍了利用声发射技术对渗硼层脆性进行定量分析和评价。

在所给的论文中表面研究的应用主要涉及以下几个方面：1、表面结构表面的结构与内部有许多差异，它存在台阶、扭折、空位、吸附原子、位错露头、及原子偏析等等缺陷。

它们对于固体材料的表面状态和表面形成过程都有影响。

如文献[2]，介绍了用XPS研究了注入银离子的BiSrCaCuO玻璃的表面结构.银离子注入改变了铋系玻璃的表面结构，引起的增强扩散效应加剧了晶化过程中的质点迁移，使样品中各元素的化学环境较原始玻璃有更明显的变化，因而影响铋系玻璃表面的晶相形成和晶体生长。

第四章复合材料的界面..

e. 拘束层理论
界面区（包括偶联剂部分）的模量介于树脂基体和增强材料之间时则可最均匀的传递应力。偶联剂的作用是一端拉紧界面上的聚合物分子结构，一端以硅醇基团与玻璃等无机材料粘结。接受者不多，缺乏必要的实验根据。
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B. 金属基复合材料的界面 a. 界面的结合机制界面的结合力
产生良好结合的条件如下： 1) 液体粘度尽量低； 2）S 略大于L
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b. 化学键理论
在复合材料组分之间发生化学作用，在界面上形成共价键结合。偶联剂含有与增强体和基体反应的官能团。实质是强调增加界面的化学作用是改进复合材料性能的关键。
c. 物理吸附理论
表面结合化学键示意图
第四章
复合材料的界面
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1
复合材料性能
＝
基体性能
＋增强体性能
玻璃纤维断裂能 10J/m2 聚酯断裂能 100 J/m2
玻璃纤维增强聚酯复合材料断裂能 105 J/m2
1＋1 > 2
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Outline
• • • • • 概述复合材料的界面增强材料的表面处理复合材料界面的表征复合材料的界面优化处理
传递给增强相，起到基体和增强相之间的桥梁作用。
（2）阻断效应：基体和增强相之间结合力适当的界面有阻止裂纹扩展、减缓应力集中的作用。
（3）不连续效应：在界面上产生物理性能的不连续性和界
面摩擦出现的现象，如抗电性、电感应性、磁性、耐热性和磁场尺寸稳定性等。
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（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、耐机械冲击性等。

第2章复合材料的界面和优化设计.

第二阶段：聚合物的固化过程。固化阶段受第一阶段的影响，同时它也直接决定着所形成的界面层的结构。如热固性树脂固化时的胶粒和胶絮。
界面层的结构包括：界面结合力的性质、界面层的厚度、界面层的组成和微观结构。面作用机理
（1）界面浸润性理论
2.2 复合材料的界面
复合材料
郭连贵
湖北工程学院化学与材料科学学院
第2章复合材料的界面和优化设计
石墨烯
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
多壁碳纳米管
2
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
复合材料界面区成分比较复杂
不同界面结合强度断裂纤维周围基体形态模型
a. 弱界面结合状况 b. 界面结合适中状况 c. 界面结合过强状况
2.2 复合材料的界面
一、聚合物基复合材料的界面
1、界面的形成
第一阶段：基体与增强体的接触与浸润过程。在复合材料的制备过程中，要求组份间能牢固的结合并有足够的强度，要实现这一点必须要使材料在界面上形成能量最低结合，通常存在液态对固体的相互浸润。
一、聚合物基复合材料的界面
2、界面作用机理
（1）界面浸润性理论
2.2 复合材料的界面
（2）化学键理论
2.2 复合材料的界面
（3）扩散理论
2.2 复合材料的界面
（4）电子静电理论
2.2 复合材料的界面
（5）机械联接理论
2.2 复合材料的界面
（6）变形层理论和抑制层理论
2.2 复合材料的界面
关，也与复合材料各组分的浸润性、相容性、

金属基复合材料界面

华东理工大学2012－2013学年第二学期《金属基复合材料》课程论文2013.6班级复材101 学号10103638 温乐斐开课学院材料学院任课教师麒成绩浅谈金属基复合材料界面特点、形成原理及控制方法摘要金属基复合材料都要在基体合金熔点附近的高温下制备，在制备过程中纤维、晶须、颗粒等增强体与基体将发生程度不同的相互作用和界面反应，形成各种结构的界面。

界面结构和性能对金属基复合材料的性能起着决定性作用。

深入研究和掌握界面反应和界面影响性能的规律，有效地控制界面的结构和性能，是获得高性能金属基复合材料的关键。

本文简单讨论一下金属基复合材料的界面反应、界面对性能的影响以及控制界面反应和优化界面结构的有效途径等问题。

前言由高性能纤维、晶须、颗粒与金属组成的金属基复合材料具有高比强度、高比模量、低热膨胀、耐热耐磨、导电导热等优异的综合性能有广阔的应用前景，是一类正在发展的重要高技术新材料。

随着金属基复合材料要求的使用性能和制备技术的发展，界面问题仍然是金属基复合材料研究发展中的重要研究方向。

特别是界面精细结构及性质、界面优化设计、界面反应的控制以及界面对性能的影响规律等，尚需结合材料类型、使用性能要求深入研究。

金属基复合材料的基体一般是金属、合金和金属间化合物，其既含有不同化学性质的组成元素和不同的相，同时又具有较高的熔化温度。

因此，此种复合材料的制备需在接近或超过金属基体熔点的高温下进行。

金属基体与增强体在高温复合时易发生不同程度的界面反应；金属基体在冷凝、凝固、热处理过程中还会发生元素偏聚、扩散、固溶、相变等。

这些均使金属基复合材料界面区的结构十分复杂，界面区的结构及组成明显不同于基体和增强体，其受到金属基体成分、增强体类型、复合上艺参数等多种因素的影响。

在金属基复合材料界上出现材料物理性质（如弹性模量、线胀系数、热导率、热力学参数）和化学性质等的不连续性，使增强体与基体金属形成了热力学不平衡的体系。

二氧化硅(sio2)的表面有机化及其在聚合物中的应用

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第4章复合材料的界面

界面的存在具有必然性，是复合材料复合的关键： ✓复合材料是由两种及以上材料复合而成的，必然存在界面； ✓界面是基体和增强材料的结合处，即二者的分子在界面形成原子作用力，起到桥梁作用； ✓界面又作为基体和增强材料之间传递载荷的媒介或过渡带。
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第四页，编辑于星期六：二十一点三十四分。
界面通常包含以下几个部分：
化学因素：与界面化学作用有关
连续界面反应；纤维侧、基体侧
交换式界面反应；元素交换（基体中至少两种元素）
暂稳态界面反应；氧化层，不稳定
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第二十五页，编辑于星期六：二十一点三十四分。
3、残余应力
物理相容性，主要是热膨胀系数匹配
此外，金属基体要有足够的韧性和强度。
有关金属基复合材料的界面控制研究主要有以下两方面：
如：表面的几何形状、分布状况、纹理结构；表面吸附气体和蒸气程度；表面吸水情况，杂质存在；
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第八页，编辑于星期六：二十一点三十四分。
由于界面区相对于整体材料所占比重甚微，欲单独对某一性能进行度量有很大困难。
因此常借于整体材料的力学性能来表征界面性能，如层间剪切
强度(ILSS)就是研究界面粘结的良好办法；再配合断裂形貌分析等即可对界面的其他性能进行研究。
(2)阻断效应结合适当的界面有阻止裂纹扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用。
(3)不连续效应在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦出现的现象，如抗电性、电感应性、磁性、耐热性等。
(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。
(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7和耐

第五章有机-无机复合材料中的界面第一讲

安远炮台始建于清光绪十年（1884年）中法战争镇海役之前，安远炮台为黄泥、沙、石灰、和糯米的混合物夯实而成，极坚固。
复合材料的定义
关于复合材料的定义人们说法不同。有人说“复合材料是由两种或者两种以上单一材料构成的具有一些新性能的材料”，这种解释虽容易被人理解，但从科学的角度来看，
尚不完善，也不够确切。
(3)散射和吸收效应：光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生的散射和吸收，加透光性、隔热性、隔音性、耐冲击性等。
(4)感应效应在界面产生的感应效应，特别是应变、内部应力和由此而引起的现象，如弹性、热膨胀性、抗冲击性和耐热性的改变等。感应(或诱导)可以是一种物质(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出了诱导作用而改变。
thermosetting 酚醛树脂 phenolic resin 热固性树脂
（重要）
不饱和树脂 unsaturated resin etc.
聚合物基CM thermoplastic 热塑性树脂
金属基CM Al、Mg、Ti
聚烯烃： PE、PP、Polyolefin
Polyamide
Polycarbonate
我国在封建时代故宫的建造中所使用了粘合剂
茅草和泥土的复合－建造房子
紫金山庄稻草裹水泥制盖板负责人称是竹篾环保型
安远炮台
120多年前，清朝军队在镇海大战 103天，击败了入侵法军，取得中法战争期间(1883年12 月至1885年4月)海岸保卫战的首次胜利。法远东舰队司令孤拔此役受重伤！
传统颗粒增强复合材料的粒子要求
1.粒子的尺寸为1~50 μm以下。其它参数粒子间距为1~25μm，体积分数为0.05~0.5。 2.粒子具有亲水表现粒子的极性 3.粒子的化学成分、制备方法、晶型、颗粒形状、粒度分布、比表面积、表面结构、杂质含量

纳米复合材料的界面及形貌表征

陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。

陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。

这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能，而其致命的弱点是具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。

而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合，则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。

纤维能阻止裂纹的扩展，从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。

陶瓷基复合材料来讲，界面的粘结形式主要有两种：机械粘结，化学粘结由于陶瓷基复合材料往往是在高温条件下制备，而且往往在高温环境中工作，因此增强体与陶瓷之间容易发生化学反应形成化学粘结的界面层或反应层。

若基体与增强体之间不发生反应或控制它们之间发生反应，那么当从高温冷却下来时，陶瓷的收缩大于增强体，由于收缩而产生的径向压应力 r 与界面剪应力有关。

此外，基体在高温时呈现为液体(或粘性体)，它也可渗入或浸入纤维表面的缝隙等缺陷处，冷却后形成机械结合。

实际上，高温下原子的活性增大，原子的扩散速度较室温大的多，由于增强体与陶瓷基体的原子扩散，在界面上更易形成固溶体和化合物。

此时，增强体与基体之间的界面是具有一定厚度的界面反应区，它与基体和增强体都能较好的结合，但通常是脆性的。

例如Al2O3f/SiO2系中会发生反应形成强的化学键结合。

2、界面的作用对于陶瓷基复合材料来讲，界面粘结性能影响陶瓷基体和复合材料的断裂行为。

对于陶瓷基复合材料的界面来说，一方面应强到足以传递轴向载荷，并具有高的横向强度；另一方面，陶瓷基复合材料的界面要弱到足以沿界面发生横向裂纹及裂纹偏转直到纤维的拔出。

因此，陶瓷基复合材料界面要有一个最佳的界面强度。

强的界面粘结往往导致脆性破坏，如下图(a)所示，裂纹可以在复合材料的任一部位形成，并迅速扩展至复合材料的横截面，导致平面断裂。

平面断裂主要是由于纤维的弹性模量不是大大高于基体，因此在断裂过程中，强的界面结合不产生额外的能量消耗。

复合材料概论习题

复合材料习题第四章一、判断题：判断以下各论点的正误。

1、基体与增强体的界面在高温使用过程中不发生变化。

（⨯）2、比强度和比模量是材料的强度和模量与其密度之比。

（√）3、浸润性是基体与增强体间粘结的必要条件，但非充分条件。

（√）4、基体与增强体间界面的模量比增强体和基体高，则复合材料的弹性模量也越高。

（⨯）5、界面间粘结过强的复合材料易发生脆性断裂。

（√）6、脱粘是指纤维与基体完全发生分离的现象。

（⨯）7、混合法则可用于任何复合材料的性能估算。

（⨯）8、纤维长度l<l c时，纤维上的拉应力达不到纤维的断裂应力。

（√）二、选择题：从A、B、C、D中选择出正确的答案。

1、复合材料界面的作用（B）A、仅仅是把基体与增强体粘结起来。

B、将整体承受的载荷由基体传递到增强体。

C、总是使复合材料的性能得以改善。

D、总是降低复合材料的整体性能。

2、浸润性（A、D）A、当γsl+γlv<γsv时，易发生浸润。

B、当γsl+γlv>γsv时，易发生浸润。

C、接触角θ=0︒时，不发生浸润。

D、是液体在固体上的铺展。

3、增强材料与基体的作用是（A、D）A、增强材料是承受载荷的主要组元。

B、基体是承受载荷的主要组元。

C、增强材料和基体都是承受载荷的主要组元。

D、基体起粘结作用并起传递应力和增韧作用。

4、混合定律（A）A、表示复合材料性能随组元材料体积含量呈线性变化。

B、表示复合材料性能随组元材料体积含量呈曲性变化。

C、表达了复合材料的性能与基体和增强体性能与含量的变化。

D、考虑了增强体的分布和取向。

5、剪切效应是指（A）A、短纤维与基体界面剪应力的变化。

B、在纤维中部界面剪应力最大。

C、在纤维末端界面剪应力最大。

D、在纤维末端界面剪应力最小。

6、纤维体积分量相同时，短纤维的强化效果趋于连续纤维必须（C）A、纤维长度l=5l c。

B、纤维长度l<5l c。

C、纤维长度l=5-10l c。

D、纤维长度l>10l c。

金属基复合材料的研究进展及发展趋势

金属基复合材料界面的研究进展及发展趋势周奎（佳木斯大学材料科学与工程学院佳木斯 154007）摘要本文介绍了目前金属基复合材料界面的研究现状，存在的问题及优化的有效途径。

重点阐述了金属基复合材料在各个领域的应用情况。

最后在综述金属基复合材料界面的研究进展与应用现状的基础上,对学者未来研究呈现的趋势进行了简述并对其发展趋势进行了展望。

关键词金属基复合材料界面特性应用发展趋势The research progress of metal matrix composites interface and development trendZHOU Kui(jiamusi university school of materials science and engineering jiamusi 154007) Abstract：Interface of metal matrix composites are introduced in this paper the current research status, existing problems and the effective ways to optimize. Expounds the metal matrix composites and its application in various fields. Finally in this paper the research progress and application of metal matrix composites interface status quo, on the basis of research for scholars in the future the trend of the present carried on the description and its development trend is prospected.Keywords: metal matrix composites application Interface features the development trend1前言金属基复合材料(MMCS)是以金属、合金或金属间化合物为基体,含有增强成分的复合材料。

论复合材料中的界面问题及其对性能的影响

复合材料中的界面问题及其对性能的影响王衡乐斌魏晓雪倪杰温锦生陈亮亮赵轶群周绍鑫黄敏[清华大学材料科学与工程系，北京100084]Ⅰ引言复合材料一般是由增强相、基体相和它们的中间相〔界面相〕组成，各自都有其独特的结构、性能与作用。

增强相主要起承载作用；基体相主要起连接增强相和传载作用；界面是增强相和基体相连接的桥梁，同时是应力的传递者。

[1]复合材料界面问题的系统研究始于60年代初期。

1962年美国材料咨询委员会〔MBA〕成立了一个研究纤维增强复合材料界面的专业组。

此后，复合材料的界面问题的研究引起了许多研究者的注意和兴趣。

[2]Ⅱ复合材料中的界面[2]首先我们来了解一下到底什么是复合材料的界面。

组成复合材料的几相材料中〔至少有两相〕，一般有一相以溶液或熔融流动状态与另一相或其它相接触，然后进行物化〔固化〕反响使相与相之间结合在一起。

而两相互相作用的结果即生成复合材料的界面。

因此界面并不是单纯的一个几何面，而是一个过渡区域。

一般来说，这个区域是从与增强物内部性质不同的那一点开始到基体内与基体性质相一致的某点终止。

该区域材料的结构与性能不同于两相组分材料中的任一相，称此区域为界面相或界面层。

复合材料中界面相的形成机理一直是人们关心的问题，目前主要有以下六种理论对此做出解释：化学键合理论、浸润—吸附理论、扩散作用、弱界面层理论、静电作用和机械作用。

界面的微观结构包括界面的组成和结构，界面区的成分及其分布，近界面基体一侧的位错密度及其分布等，复合材料的界面会受到温度、与基体和增强剂结构性能匹配度等各种因素的影响，而且这些因素的影响作用几乎是决定性的。

测定界面性能的方法主要有单丝拔出试验、微脱粘试验、微键强测试以及微压痕试验、双悬臂梁法等非直接方法。

界面对复合材料的性能具有很大的影响，如刚度、疲劳、裂纹及韧性等重要力学参数。

以下我们主要以几个例子来具体说明无机复合材料中的界面问题及对性能的影响。

Ⅲ晶须增韧陶瓷基复合材料中的界面问题复合材料中，界面结合力τ〔f/m〕的状态直接影响复合材料的性能。

不同粒径sio2界面

不同粒径sio2界面1.引言标题: 不同粒径SiO2界面1.1 概述随着纳米科技的迅速发展和应用，纳米材料在各个领域中的应用不断涌现，其中SiO2（二氧化硅）作为一种常见的纳米材料，其界面性质被广泛研究和应用。

SiO2界面的特性对于材料的性能和应用具有重要的影响。

在研究SiO2界面时，粒径是一个重要的参数，不同粒径的SiO2界面表现出不同的性质和特点。

SiO2是一种无机化合物，具有优良的热稳定性、电绝缘性和化学稳定性，是许多纳米材料的重要载体。

粒径是指材料颗粒的尺寸大小，其中纳米粒径通常指材料的颗粒尺寸在1-100纳米之间。

SiO2的粒径可以通过不同的合成方法和工艺控制得到，从纳米级到微米级都有相应的制备技术。

不同粒径的SiO2界面在物理结构、化学反应和电学特性等方面显示出显著的差异。

研究不同粒径SiO2界面的目的是深入理解其性质和行为，并探索其在光电、催化、传感等领域中的应用。

了解不同粒径SiO2界面的特点可以为材料的设计和工程应用提供重要的指导和参考。

此外，对不同粒径SiO2界面的研究也对理解纳米材料的界面效应和纳米尺度下的物性具有重要意义。

接下来的章节将重点讨论不同粒径SiO2界面的定义和影响其性质的因素。

通过了解不同粒径SiO2界面的特点和研究意义，我们可以更好地应用纳米科技，推动材料科学和技术的发展。

1.2文章结构1.2 文章结构本文分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分首先对不同粒径SiO2界面进行了概述，介绍了其定义和特点。

接着对文章的结构进行了说明，包括各个章节的内容和组织方式。

最后，明确了本文的目的。

正文部分分为两个小节：不同粒径SiO2界面的定义和影响不同粒径SiO2界面性质的因素。

第一小节将详细阐述不同粒径SiO2界面的定义，包括其在材料中的分布情况和特点。

第二小节将探讨影响不同粒径SiO2界面性质的因素，例如粒径大小、界面结构和表面处理等因素，并分析它们对界面特性的影响。