Comp(界面理论3)ok
材料的界面理论
并有大量的文献报道，但由于材料的多样化
及界面的复杂性，至今尚无一个普通性的理 论来说明复合材料的界面行为。 对复合材料来讲，材料组元之间相互浸 润是复合的首要条件。
19
一、浸润性
复合材料在制备过程中，只要涉及到 液相与固相的相互作用，必然就有液相与
固相的浸润问题。
20
在制备聚合物基复合材料时，一般是把
5一增强剂表面；6-增强剂
12
基体和增强物通过界面结合在一起，
构成复合材料整体，界面结合的状态和强
度对复合材料的性能有重要影响。 因此，对于各种复合材料都要求有合 适的界面结合强度。
13
界面的结合强度一般是以分子间力、 表面张力(表面自由能)等表示的；而实际
上有许多因素影响着界面结合强度。
14
如表面的几何形状、分布状况、纹理结构；
3
在化学成分上，除了基体、增强物及
涂层中的元素外，还有基体中的合金元素
和杂质、由环境带来的杂质。
这些成分或以原始状态存在，或重新
组合成新的化合物。
因此，界面上的化学成分和相结构是 很复杂的。
4
界面是复合材料的特征，可将界面的机能 归纳为以下几种效应。
(1)传递效应 界面能传递力，即将外力 （载荷）传递给增强物，起到基体和增强物之 间的桥梁作用。
式中称为接触角。
COS [( SG SL ) / LG ]
1
26
由可知浸润的程度。 ＝0o时，液体完全浸润固体； ＝180o时，不浸润；
0o＜ ＜180o时，不完全浸润(或称部 分浸润)，随角度下降，浸润的程度增加。 ＞90o时常认为不发生液体浸润。
27
8
因而在任何复合材料中，界面和改善界 面性能的表面处理方法是关于这种复合材料 是否有使用价值、能否推广使用的一个极重 要的问题。 界面效应既与界面结合状态、形态和物
Chapter 3 复合材料的界面理论与界面处理 2011
从理论上分析，弹性—弹性复合材料CMC （主要增韧）。 单从强度角度上讲纤维不一定很长，长度只要达到lC/2纤维就 能最大限度地承载。 但如果从增韧的角度讲，纤维越长越好。因为承载过程中，当 纤维中的应力达到极限强度时会在lC/2的地方断，纤维的其余 部分会在进一步的加载过程中不断达到极限强度。在应力应变 曲线上会表现出一段裂纹稳态扩展的过程，这就是韧性增加的 表现，就是通常所说的连续纤维增韧的复合材料不会出现灾难 性损毁的原因。 如果纤维的长度全部为lC/2（理想状态）那末应力水平将得不 到维持。
一、浸润理论
浸润作用对粘结强度的影响可由以下界面缺陷模型描述： λ12=γ1 + γ2-γ12 σf=km/[1-(λ12/γ2)] =km γ2/(γ1+γ2) [2] 式中， λ12 为液相在固相上的铺展系数（粘合能 粘合能？）， γ1和 粘合能 [1]
一、浸润理论
浸润作用分别通过界面缺陷和断裂能影响界面 浸润作用分别通过界面缺陷和断裂能影响界面 的黏合强度。 的黏合强度。 由于固体表面的粗糙和不均匀性以及空气的截 留等原因，使得浸湿时在界面形成许多微小的未浸 润孔穴。 因此，复合材料界面缺陷与浸湿作用相关，界 面的粘结性能受到润湿作用的控制。
复合材料界面理论
l 0< x< 2
复合材料界面特性与性能
①弹性界面
• 纤维的最大应变e（与基体相同），因而 σfmax=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σfu=Efe τ • f/M界面上的剪应力：
dp f
dx dp f = − 2 π r f τ ⋅ dx
复合材料界面特性与性能
② 屈服界面
• 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τi。对于 PMC和 CMC： τi代替屈服剪切强度 τy • 如果复合材料由于收缩而产生径向压力P： τi= τy=µP µ：纤维与基体之间的滑动摩擦系数
界面力学计算模型
界面力学计算模型是一种用于描述界面上力学行为的理论模型，它涉及到界面两侧物质的力学性质、界面本身的性质以及界面两侧物质的相互作用等因素。
下面将介绍一种常见的界面力学计算模型。
一、基本假设1. 连续性假设：界面两侧物质的连续性不受影响，即界面两侧物质的质量、动量、能量等物理量在界面处连续变化。
2. 弹性力学假设：界面两侧物质在受到外力作用时，能够按照弹性理论进行力学响应，即界面两侧物质的弹性性质能够满足弹性力学基本方程。
3. 界面滑移假设：在界面处，存在一定的滑移变形，即界面两侧物质在界面处可以相对滑动。
二、模型建立1. 建立力学平衡方程：根据连续性假设和弹性力学假设，可以建立界面两侧物质的力学平衡方程，包括正应力、剪应力、位移等物理量的平衡方程。
2. 确定界面几何参数：根据界面滑移假设，需要确定界面的几何参数，包括界面的厚度、形状、宽度等。
3. 边界条件：根据实际情况，确定界面两侧物质的边界条件，包括外载荷、边界位移、约束条件等。
4. 求解模型：根据建立的力学平衡方程和确定的边界条件，使用数值方法（如有限元法、边界元法等）求解模型，得到界面两侧物质的应力、应变、位移等物理量的分布规律。
三、应用范围该模型适用于描述各种固体材料之间的界面力学行为，如金属与金属、金属与非金属、陶瓷与陶瓷等材料的界面。
同时，该模型也可用于描述薄膜与基体之间的界面力学行为。
四、优点与局限性优点：1. 能够较全面地考虑界面两侧物质的力学性质和相互作用，从而更准确地描述界面上的力学行为。
2. 可以处理复杂的边界条件和几何形状，具有较强的灵活性和适用性。
局限性：1. 模型较为复杂，需要一定的数学知识和计算技巧。
2. 适用于描述简单的界面力学问题，对于复杂的工程问题可能需要进一步简化或修改模型。
3. 对于某些材料或边界条件，模型可能无法得到精确解或适用范围有限。
总之，界面力学计算模型是一种重要的理论工具，它能够帮助我们更好地理解界面上的力学行为，并为工程实践提供重要的参考依据。
炼钢常用英文词汇
CONVEYOR READY探头运输装置就绪
DIRC OK DIRC系统OK
NO LEAKAGE无泄漏
PROCESS UP工艺上位
SKULL REMOVER OPENED刮渣器打开
CONVERTER VERTICAL转炉垂直
PROBE CONNECTION OK探头连接OK
ACCESS GATES CLOSED
收集溜槽到工艺位
COLLECTING CHUTE MAINTENANCE POS.
收集溜槽到维护位
PROBE CHAMBER SELECTION
探头箱选择
SUBLANCE COOLING WATER OK
副枪冷却水OK
CONVERTER VERTICAL转炉垂直
HOIST DRIVE OK提升驱动OK
BATH LEVEL熔池液位
SELECT A、B、C、D、E
选择操作盘A、B、C、D、E
START启动
STOP停止
TEST测试
READY就绪
RUNNING运行
FAULT错误
CONVERTER VERTICAL转炉垂直
IN-BLOW吹炼中
END-BLOW吹炼末
OPEN开
CLOSE关
COOLING WATER冷却水
Sublacne Alarm Screen副枪报警画面
Main主（画面）
Utilities公辅介质（画面）
Conditions条件（画面）
Alams报警（画面）
Trends趋势（画面）
HMI（MMI）人机界面
T测温探头
TSC测温、取样、定碳探头
TSO测温、取样、定氧探头
OPERATION MODE操作模式
Comp(晶须7)ok
(4)作为信息光学材料应用在电
视显示、现代通信、网络等领域具
有很高的价值。
6
7.4 钛酸钾晶须
新型针状的短纤 维复合物。尺寸细 小，结晶完整，具 有极佳的物理机械 性能，被称为二十 一世纪的补强材料。 将在工程塑料、摩 擦材料及隔热、绝 缘材料等领域得到 广泛应用。
7
7.5 ZnOw晶须
ZnOw晶须具有空间
物理特性：为立方晶型，和金刚石 同属一种晶型。 化学特性：抗磨，耐高温，特别耐 热震，耐腐蚀，耐辐射；
4
2). 碳化硅晶须应用
(1)飞机、导弹的外壳,高温涡轮发动
机、特种部件。高档陶瓷轴承、模具、
高压射流喷咀等；
(2)作为增强材料加入塑料、金属或
陶瓷基体时起到增强、增韧的作用。
5
(3)利用其高热导、高绝缘性、 在电子工业中作大规模集成电路的 基片和封装材料。
三维立体构型和良好的
单晶性。它的复合材料
呈各向同性，性能远优
于由单一纤维状晶须组 成的复合材料，具有增
强耐磨、防滑、减震降
噪及吸波等优良的综合
性能。
8
7 晶须（WisBiblioteka er）7.1 概述指长径比一般大于10和截面积小于 52×10-2cm2的单晶纤维材料
晶须是人工合成，以单晶形式生长(直径
小于3um)的短纤维。其强度接近于材料原 子间键力的理论值，是高性能的增强材料之
1
7.2 晶须的制造
焦化法（制造SiC晶须） 气液固法（制造SiC和碳晶须） 气相反应法（制造碳、石墨晶须） 电弧法（制造碳、石墨晶须）
2
7.3 碳化硅晶须
是一种胡须状（一 维）单晶体。高强度、 高模量。广泛应用于 金属基、陶瓷基复合 材料中。主要用于陶 瓷刀具、宇航 领域的 高温元件，主强轴承 座、大型泥浆泵等 纳米级β-碳化硅晶 须（晶须直径小于 100nm，长径比大于 10，灰绿色，纯度95 3 ％以上）
《界面双膜理论》课件
总结
1 界面双膜理论的意义 2 界面双膜理论的未来 3 结语
与价值
方向
通过深入研究界面双膜理
界面双膜理论的研究对界
未来的研究方向包括界面
论，我们将能够更好地理
面现象的解释和控制有着
双膜的多功能结构设计、
解和应用这一重要的科学
重要的意义，为许多实际
新测量技术的开发以及应
原理。
应用提供了理论指导。
用领域的拓展。
界面双膜在应用中的意义
1 界面双膜理论的应用
界面双膜理论为实现界面控制和界面工程提供了理论基础，推动了许多应用的实现。
2 界面双膜在生物、环境、材料等领域中的应用
界面双膜在药物传输、污染物去除和材料表面改性等方面具有广泛的应用前景。
3 界面双膜在新能源与新材料领域中的应用
界面双膜在太阳能电池、燃料电池和纳米材料制备等领域的应用有着重要的意义。
界面双膜结构的组成
界面双膜由具有特定排列和 层次结构的分子组成，形成 一种薄而稳定膜具有高度的表面活 性和界面吸附能力，能够有 效地调控物质的传输和反应。
界面双膜结构的作用
界面双膜在界面活性剂、表 面润湿、催化等方面起着重 要作用，广泛应用于许多领 域。
界面双膜的测量方法
1
常见的界面双膜测量方法
通过表面张力、界面电势和界面厚度等参数的测量，可以对界面双膜的特性进行 研究和评估。
2
界面双膜的优点和缺点
界面双膜测量方法具有高灵敏度和非破坏性等优点，但也存在测量误差和技术限 制。
3
现代技术在界面双膜测量方法中的应用
利用纳米技术、光学测量和电化学方法等现代技术，可以提高界面双膜测量的准 确性和精度。
《界面双膜理论》PPT课件
1-固态相变的基本原理(研究生)
dVex IVd
∴不同时间内形核的β相在时间t的转变总体积：
Vex
t 0
dVex
40
V e x4 3Iu3 V0 tt d 3IV u3 t4
V
ex
为扩张体积，重复计算
①已转变的体积不能再成核 ②新相长大到相互接触时，不能继续长大
为 了 校 正 V e x与 V 的 偏 差
Vex V
（真正的转变体积）
要随界面移动，位错要攀移 台阶侧向移动，位错可滑移
台阶长大机制
34
35
（2）非共格界面的迁移
36
（3）协同型长大机制
无扩散型相变，原子通过切变方式协同运动，相邻 原子的相对位置不变 如马氏体相变，会发生外形变化，出现表面浮凸 新相和母相间有一定的位向关系
马氏体相变表面浮凸
37
§4 固态相变动力学
研究内容：新相形成量(体积分数)与时间、温度关系 相关因素：形核速率、长大速率、新相形状 动力学方程
（1）Johnson-Mehl方程 （2）Avrami方程
38
（1）Johnson-Mehl方程（推导自学）
当形核率和长大速度恒定时，恒温转变 动力学
f 1 exp V 3N 4
3
f 新相形成的体积分数
{110}α// {111}γ <111>α// <110>γ
7
8
4、晶体缺陷的影响
大多数固态相变的形核功较大，极易在晶体缺陷处优先不均 匀形核，提高形核率，对固态相变起明显的促进作用。
5、过渡相（亚稳相）的形成
为了减少界面能，固态相变中往往先形成具有共格相界面的 过渡相（亚稳相）。 亚稳相有向平衡相转变的倾向，但在室温下转变速度很慢。
Comp(界面理论3)ok
SiC Al2O3 C(轴向) B
Si3N4
Al
Mg
Ti
Ni
4~6 8.3
-1
6.3 3.6 24.5~25.8 26 9.6~14.1 5.5~17.5
13
3.5.2 化学相容性
这里包括两个方面：
⑴高温时，复合材料各组分处于热力 学平衡且两相反应动力学十分缓慢。 ⑵基材和增强材料的润湿性、粘接性。 基体材料的表面改性:
行合金化，降低金属表面能γls
9
⑵变更基体成分 对于金属基复合材料，
⑶改变温度
一般而言，温度升高可增
进润湿性，但要考虑温度升高会对材料带来 的损坏，氧化等。
⑷增加液体压力 渗入纤维束。
增加外压，有利于克
服或降低纤维间的毛细管压力，使液体容易
10
⑸改变加工气氛
由于γ1v、γsv随气体的性
质不同而变化，通过改变加工气氛可以控制固体 与液体之间的润湿状况。 例子：如银表面不含氧的表面能为1.2J· m-2，含 10%氧气时为0.4J· m-2 。此时，银很容易润湿用 镍涂层Al2O3的晶须。
6
3.3 接触角测定法
采用集合平均方程来计算表面张力：
( 1 cos ) 1 （ 2 ） 2( )
p p 1/ 2 1 s d 1
d 1/ 2 s
(3-2)
γ：表示表面能；
l、s：分别表示液体和固体， d 、p：分别表示表面张力的色散分量和极性分量。
集合平均方程只适用于高能表面，一般采用 7 调和平均法来测量表面张力。
11
3.5 复合材料中纤维与基体 的界面相容性 3.5.1 物理相容性
⑴纤维与基体的润湿性 液态基体要很好 地润湿纤维，以保证复合材料界面结合力 强，充分发挥其传递载荷功能。 ⑵热残余应力 复合材料各组份间的热 膨胀系数不同，会产生结构内应力，产生微 裂纹，使复合材料承载功能下降。
第3章材料的界面理论
界面粘结机理示意图 机械作用理论 （mechanical bonding）
在受到平行于界面的作用力时，机 械粘结作用可达到最佳效果，获得较高 的剪切强度。但若界面受拉力作用时， 除非界面有如图中A处所示的‘锚固’ 形态，否则拉伸强度会很低。
对复合材料来讲，材料组元之间相互浸 润是复合的首要条件。
一、浸润性
复合材料在制备过程中，只要涉及到 液相与固相的相互作用，必然就有液相与 固相的浸润问题。
在制备聚合物基复合材料时，一般是把 聚合物(液态树脂)均匀地浸渍或涂刷在增强 材料上。
树脂对增强材料的浸润性是指树脂能否 均匀地分布在增强材科的周围，这是树脂与 增强材料能否形成良好粘结的重要前提。
按化学组成，偶联剂主要可分为有机铬和有机 硅两大类，此外还有钛酸酯等。
(1)有机酸氯化铬络合物类偶联剂
有机酸氯化铬络合物简称铬络合物，这类络合物通 常是用碱式氯化铬与羧酸反应而制得。
2Cr(OH)Cl2+RCOOH→RCOOCr2(OH)Cl4+H2O 这类铬络合物无水时的结构式为：
沃兰(Vo1an)，结构式为 ：
按照热力学条件，只有体系自由能减少 时，液体才能铺展开来，即
SLLGSG
因此，铺展系数SC(Spreading Coefficient) 被定义为：
SC SG (SL L)G
（a）不完全浸润
（b）不浸润 不完全浸润(a)和不浸润(b)情况示意图
只有当铺展系数SC＞0时，才能发生浸 润。不完全浸润的情况如图所示，根据力平 衡，可得
沃兰是一种有机酸铬络合物(甲基丙烯酸氯化铬盐)，
表面与界面知识点总结 -回复
表面与界面知识点总结 -回复
表面与界面知识点总结：
1. 表面现象：由于固体表面分子的结构不同于其内部，故表面分子有一些特殊的性质，如表面张力、表面能、界面张力等。
2. 表面张力：由于表面分子受到相邻分子的吸引力而对内聚性较强。
表面张力可由液滴的形态及表面积变化计算出来。
3. 表面能：由表面分子吸引而形成的表面存在着一定能量，该能量称为表面能。
表面能越大，表面张力越强。
4. 界面张力：液体与气体、液体与固体之间的接触面上会形成界面张力。
液体-气体界面张力使液体产生球形，液体-固体界面张力使液滴变成半球形。
5. 单层分子膜：将一种分子吸附在固体表面上形成的单层分子膜，具有一定的表面活性和润湿性。
6. 表面增强拉曼散射（SERS）：将分子吸附在纳米金属表面上，可在表面增强的作用下使与特定振动光谱相关的光谱峰增强数千倍。
7. 多相反应催化剂：多相反应催化剂是将催化剂固定在固体表面上，可在多相催化反应中提高反应速率和选择性。
8. 界面化学：研究不同相之间的相互作用及二者之间的交换现
象的学科，包括了表面化学、胶体化学等方面的研究。
9. 分散体系：由于存在各种散体而形成的体系，如泡沫、乳液等。
在这些分散体系中，表面的性质是十分重要的。
Comp(界面理论3)ok共18页PPT资料
12
பைடு நூலகம்
常用纤维及基体的热膨胀系数（×10-6/℃）
SiC Al2O3 C(轴向) B Si3N4 Al
Mg Ti
Ni
4~6 8.3 -1 6.3 3.6 24.5~25.8 26 9.6~14.1 5.5~17.5
3.1 润湿性 润湿性的定义: 描述液体在固体表面上自动铺展的程度。 润湿性的测量: 液滴试验模型； 接触角测定仪。
3
3.2 液滴试验模型
将增强体制成光滑平板，将基体（如热 塑性高聚物）切割成立方体置于其上，用 高频加热，随温度升高，熔化的基体材料 由立方形状逐渐变成圆球、椭圆球、半圆 球直至铺展。
例子：如银表面不含氧的表面能为1.2J·m-2，含 10%氧气时为0.4J·m-2 。此时，银很容易润湿用 镍涂层Al2O3的晶须。
11
3.5 复合材料中纤维与基体 的界面相容性
3.5.1 物理相容性
⑴纤维与基体的润湿性 液态基体要很好 地润湿纤维，以保证复合材料界面结合力 强，充分发挥其传递载荷功能。
调和平均法来测量表面张力。
7
d s
调和平均法是通过测试两种液体的接触角，来
计算表面张力：
(1co 1s)1（ 41 d1 d sdsd1 p1 p spsp）(3-3)
(1co 2s)2（ 42 d2 d sdsd2 p2 p spsp）(3-4)
9
⑶改变温度 一般而言，温度升高可增 进润湿性，但要考虑温度升高会对材料带来 的损坏，氧化等。
⑷增加液体压力 增加外压，有利于克 服或降低纤维间的毛细管压力，使液体容易 渗入纤维束。
复合材料界面理论简介
复合材料界面理论简介摘要：纤维复合材料作为先进材料，质量轻，强度高等特点使其在航空、航天、船舶、汽车等工程领域应用越来越发挥其重要性。
随着复合材料应用领域的扩展，对材料性能提出了更高的要求。
复合材料的性能取决于增强体纤维、树脂基体和界面性能，其中纤维和树脂之间的界面粘结力是一个重要因素。
界面粘结强度，即纤维断裂处通过基体向纤维传递应力的能力，直接影响到复合材料的强度、韧性和破坏模式等宏观力学行为。
因此，研究界面之间的相互作用，对于界面的设计、预测有非常重要的作用。
本文介绍了几种常见的几面之间的相互作用理论。
关键词：界面；形成；相互作用理论；1界面简介复合材料是由两种或两种以上化学和物理性质不同的材料复合而成的，那么必然存在着异种材料的接触面，这个接触面就是界面。
一般人们对复合材料界面的定义是，指基体与增强物之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的微小区域。
聚合物基复合材料界面的形成可以分成两个阶段：第一阶段是基体与增强纤维的接触与浸润过程。
增强纤维优先吸附能较多降低其表面能的组分，因此界面聚合物在结构上与聚合物基体是不同的。
第二阶段是聚合物的固化阶段。
聚合物通过物理的或化学的变化而固化，形成固定的界面层。
2界面作用理论2.1浸润性理论1963年，Zisman提出浸润性理论，认为浸润是形成界面的基本条件之一，若两相物质能实现完全浸润，则表面能较高的一相物体表面的物理吸附将大大超过另一相物体的内聚能强度，从而使两相物体具有良好的粘合强度。
这种理论认为两相物体间的结合模式属于机械互锁和浸润吸附。
其中机械粘合是一种机械互锁现象，即在形成复合材料的两相相互接触过程中，若浸润性差，两相接触的只是一些点，接触面有限（见图1(a)）。
若浸润性好，液相可扩展到另一相表面的坑凹中，因而两相接触面积大，结合紧密，产生机械锚合作用（见图1(b)）。
而物理吸附主要为范德华力的作用。
图1浸润与不浸润的界面显然，聚合物基体对增强材料良好的浸润性将有利于提高界面的复合强度，但浸润性不是界面粘接的唯一条件。
中文操作说明
缺省设置: •1 ~ 8 Send On Fader 1 ~ 8. •9/10 静音编组 1/2. •11 cue clear. 12 talkback.
例子: •Tap Tempo •Page Jump •Set By [SEL]: Default, 48V, Nominal level, More …
通道拷贝: 将一个通道的参数拷贝到若干 其他通道.
通道移动: 将一个通道移动或者插入到某 个目标通道, 所有通道都作相应的移动.
通道清除: 将某个通道的所有参数清除.
通道拷贝步骤
1. 点触CH JOB.
2. 点触 CH SORT COPY.
3. 按需要被拷贝的通道上 的 [SEL] 键 .
4. 按需要粘贴的目标通道 上的 [SEL] 键 ..
监听功能
监听显示界面包括对讲, 震荡器等所有监听 使用到的功能
Cue功能
每一通道均有[CUE]键， cue 监听功能方便 快捷。
母线设置Bus Setup
可以将每条母线设置为:
Mono母线 Stereo母线 可变或固定的电平发送
通道拷贝，移动，清除 Channel Copy, Move, Clear
符合逻辑) ，coherent(操作的连贯). 只需要两个菜单让您找到任何所需的混音参
数和控制项。 雅马哈 “被选中通道” 没有推子层, 没有没完没了的菜单.
谁需要这样的调音台?
任何用户他希望 …
把现有中型模拟系统升级到表现出色，易于 操控的数字系统。
搭建一个新的并保证任何用户都会使用的高标 准中型数字扩声工程
重新设置调音台
重新设置. 1. 选择场景号 “000”. 2. 按 RECALL.
材料的界面多尺度统计理论模拟分析
材料的界面多尺度统计理论模拟分析在材料科学研究领域，材料的多尺度分析是十分常见的一种手段。
多尺度分析适用于分析材料在不同尺度下的物理、化学、力学等性质。
其中，界面是材料中非常重要的部分，它们不仅决定材料的性质，而且还会对材料的大部分性能产生显著的影响。
因此，研究材料界面的多尺度统计理论模拟分析显得尤为重要。
材料界面是指材料中的两个或多个相邻晶界、晶粒边界或相界等，这些相界将不同性质的材料分隔开来。
而在这些界面间，由于原子排列、化学成分等的差异，会产生电子、自旋、光谱等不同的物理效应。
因此，研究材料界面的多尺度性质，对于材料学界来说是一个挑战。
多尺度统计理论模拟分析是目前研究材料界面的一种重要方法。
它可以帮助我们在分子、原子和电子尺度上理解和模拟材料描述。
其中，分子模拟可以在微观尺度上研究材料的结构和性质，原子尺度下则可以考虑材料内部原子及原子之间的相互作用，电子尺度下则可以研究电子在材料内部的运动和相互作用。
在多尺度统计理论模拟分析中，分子动力学模拟（Molecular Dynamics，MD）是一种常见的手段，它可以模拟材料的原子运动轨迹和温度、压力等物理量的变化。
通过MD模拟可以得到材料结构、动力学和静态性质，以及研究材料分解、腐蚀和氧化等反应机理。
同时，分子动力学模拟可以模拟界面上的诸如表面张力、粘合能的物理性质，从而为材料界面在工程上的应用提供理论依据。
另外，在多尺度统计理论模拟分析中，量子化学计算方法（Quantum Chemical Calculations，QCC）也是非常常见的一种手段，它可以计算原子空间分布、电子能态和化学反应机理等量子化学性质。
量子化学计算方法可以更加精确地计算材料内部的化学反应和吸附现象，从而对材料的化学性质进行预测和优化。
除此之外，多尺度统计理论模拟分析中还有许多其他的方法，比如大规模非平衡分子动力学模拟、计算机中看不见的模拟和非均匀介质动力学模拟等。
这些方法都有其适用范围和优缺点，并且需要不同程度的计算量和计算能力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
润湿条件为：
γ1s+γ1v＜γsv (3-1)
γ：表面能（表面张力）； v、l、s：分别表示气体、液体和固体。
由上式可见，降低液/固表面能(γ1s)、液/ 气表面能(γ1v)或增加固/气表面能(γsv)有助
于润湿。
5
完全润湿时：θ＝0°（ θ为润湿角）; 部分润湿时： 0°<θ<90°; 完全不润湿：θ＝180°。 一般而言: 润湿性好，润湿角小（ θ＜90°）； 润湿性差，润湿角大（ θ＞90°）。
⑷增加液体压力 增加外压，有利于克 服或降低纤维间的毛细管压力，使液体容易 渗入纤维束。
10
⑸改变加工气氛 由于γ1v、γsv随气体的性
质不同而变化，通过改变加工气氛可以控制固体 与液体之间的润湿状，含 10%氧气时为0.4J·m-2 。此时，银很容易润湿用 镍涂层Al2O3的晶须。
⑷橡胶
丁苯和丁腈橡胶粘结性差，用甲醇擦洗、金钢 砂打磨其表面，再用浓硫酸、氢氧化钠溶液浸泡、 冲洗和烘干。
16
高聚物表面其他改性方法
⑴光化学改性 紫外光照射，改善其润湿性 和粘结性。如用184nm紫外光照射PE，使表 面发生交联，其搭接的剪切强度由原来1.75 MPa提高到15.4MPa。 ⑵表面接枝改性 用等离子体、紫外光或化 学接枝使高聚物表面产生活点，有利于润湿 和粘结。
第三章
复合材料的界面理论和界面控制
1
一. 复合材料的界面
1 界面定义： 复合材料中，两相（如纤维状增强体与基体） 之间某种材料特性出现不连续的区域。 2 复合材料中的界面形貌： 复合材料界面不是理想的平面界面,而是粗糙界 面。在粗糙界面下要尽量使纤维与基体间的界面 达到润湿状态，提高粘接性。
2
3 润湿与结合
SiC Al2O3 C(轴向) B Si3N4 Al
Mg Ti
Ni
4~6 8.3 -1 6.3 3.6 24.5~25.8 26 9.6~14.1 5.5~17.5
13
3.5.2 化学相容性
这里包括两个方面：
⑴高温时，复合材料各组分处于热力 学平衡且两相反应动力学十分缓慢。
⑵基材和增强材料的润湿性、粘接性。 基体材料的表面改性: 增强材料的表面改性:（下面章节讲）
6
3.3 接触角测定法
采用集合平均方程来计算表面张力：
(1 cos
) 1
（2
1p
p）1 /
s
2
2(
d 1
d s
)1/ 2
(3-2)
γ：表示表面能；
l、s：分别表示液体和固体，
d 、p：分别表示表面张力的色散分量和极性分量。
集合平均方程只适用于高能表面，一般采用
调和平均法来测量表面张力。
17
11
3.5 复合材料中纤维与基体 的界面相容性
3.5.1 物理相容性
⑴纤维与基体的润湿性 液态基体要很好 地润湿纤维，以保证复合材料界面结合力 强，充分发挥其传递载荷功能。
⑵热残余应力 复合材料各组份间的热 膨胀系数不同，会产生结构内应力，产生微 裂纹，使复合材料承载功能下降。
12
常用纤维及基体的热膨胀系数（×10-6/℃）
14
3.6 基体材料的表面改性
3.6.1 高聚物的表面改性
⑴聚烷烃
通常用铬酸液、硫酸铵对PE、PP的表面进行 改性-氧化处理，提高活性，有利于粘结。
⑵聚酯与聚醚
通常用铬酸处理聚醚，烷基锆、胺和碱化处理 聚酯。
15
⑶含氟高聚物
通常用钠萘四氢呋喃溶液处理聚四氟乙烯、聚 三氟乙烯等，提高其润湿性和粘结性。
3.1 润湿性 润湿性的定义: 描述液体在固体表面上自动铺展的程度。 润湿性的测量: 液滴试验模型； 接触角测定仪。
3
3.2 液滴试验模型
将增强体制成光滑平板，将基体（如热 塑性高聚物）切割成立方体置于其上，用 高频加热，随温度升高，熔化的基体材料 由立方形状逐渐变成圆球、椭圆球、半圆 球直至铺展。
7
d s
调和平均法是通过测试两种液体的接触角，来
计算表面张力：
(1
cos1
) 1
（4
d 1
d s
d 1
d s
1p
p s
p 1
p s
）
(3-3)
(1 cos2 ) 2
（4
d 2
d d
2s
d s
2p
p s
p 2
p s
）
(3-4)
γsd 、γsp 分别表示固体表面张力的色散分量和极性分量，
下标1和2分别指测试液1和2。
γ＝ γd +γp
(3-5)
8
3.4 润湿性的改善条件
⑴ 纤维表面处理 主要增大纤维的表
面能γSV。电镀、化学镀、化学气相沉积
（CVD)等。 ⑵变更基体成分 对于金属基复合材料，
纯金属表面能高，难于润湿纤维。如进
行合金化，降低金属表面能γls
9
⑶改变温度 一般而言，温度升高可增 进润湿性，但要考虑温度升高会对材料带来 的损坏，氧化等。