什么是复合材料界面

1世纪对材料的要求是多样化的,复合材料的研制开发将有很大发展,而复合材料整体性能的优劣与复合材料界面结构和性能关系密切。聚合物基复合材料界面、金属基复合材料界面以及对界面的优化设计是研究和开发复合材料的重要方面。

复合材料是由两种或两种以上不同物理、化学性质的以微观或宏观的形式复合而组成的多相材料。复合材料中增强体与基体接触构成的界面,是一层具有一定厚度(纳米以上)、结构随基体和增强体而异的、与基体有明显差别的新相——界面相(界面层)。它是增强相和基体相连接的“纽带”,也是应力及其他信息传递的桥梁。界面是复合材料极为重要的微结构,其结构与性能直接影响复合材料的性能。复合材料中的增强相无论是晶须、颗粒还是纤维,与基体在成型过程中将会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。因此,深入研究界面的形成过程、界面层性质、界面结合强度、应力传递行为对宏观力学性能的影响规律,从而有效进行界面控制,是获取高性能复合材料的关键。

对于以聚合物为基体的复合材料,尽管涉及的化学反应比较复杂,但关于界面性能的要求还是比较明确的,即高的黏结强度(有效地将载荷传递给纤维)和对环境破坏的良好抵抗力。对于以金属为基体的复合材料(MMC),通常需要适中的黏结界面。但界面处的塑性行为也可能是有益的。还要控制组元之间在成型时或在高温工作条件下的化学反应,而且控制组元间化学反应要比避免环境破坏更重要。

随着对界面研究不断深入,发现界面效应既与增强体及基体(聚合物、金属)两相材料之间的润湿、吸附、相容等热力学问题有关,又与两相材料本身的结构、形态以及物理、化学等性质有关,也与界面形成过程中所诱导发生的界面附加的应力有关,还与复合材料成型加工过程中两相材料相互作用和界面反应程度有密切的关系。复合材料界面结构极为复杂,所以,国内外学者围绕增强体表面性质、形态、表面改性及表征,以及增强体与基体的相互作用、界面反应、界面表征等方面探索界面微结构、性能与复合材料综合性能的关系,从而进行复合材料界面优化设计。

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