基体金属与增强体的相容性

由于金属基的复合材料需要在高温下成型,所以在金属基体与增强体的高温复合过程中,处于高温热力学不平衡状态下的纤维与金属之间很容易发生化学反应,在界面形成反应层。这种界面反应层大多是脆性的,当反应层达到一定的厚度后,材料受力的时候会因此界面的断裂伸长率小而产生裂纹,并向周围纤维扩展,容易引起纤维断裂,导致复合材料整体破坏。再者,由于金属基体中往往含有不同类型的合金元素,这些合金元素与增强体的反应过程不同,反应后生成的产物也不同,需在选用基体合金成分时考虑,尽可能选择既有利于金属与增强体浸润复合,又有利于形成合适稳定的界面的合金元素。如碳纤维增强铝基复合材料中在纯铝中加入少量的Ti和Zr等元素,明显改善了复合材料的界面结构和性质,大大提高了复合材料的性能。

铁、镍等元素是具有促进碳石墨化的元素,用铁、镍作为基体,碳(石墨)纤维作为增强体是不可取的。铁、镍元素在高温时能有效地促进碳纤维石墨化,破坏了纤维的结构,使其丧失原有的强度,做成的复合材料不可能具备高的性能。

因此,在选择基体时应充分注意与增强体的相容性(特别是化学反应),并考虑可能在金属基复合材料成型过程中,抑制界面反应。例如,可对增强纤维进行表面处理或在金属基体中添加其他成分,以及选择适宜的成型方法或条件缩短材料在高温下的停留时间等。

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