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铝基复合材料增强体涂层与界面1.复合材料2.增强体颗粒的简介以及优势3.复合材料界面、铝基复合材料的特点4.涂层的种类5.增强相涂层对铝基复合材料界面的影响6.结束语1.复合材料2.增强体颗粒的简介以及优势2.2碳化硅的性能:①高强(4.5GPa),高模量(200-400GPa)②化学稳定性好,耐酸碱③耐高温(1300℃,强度不变;1000℃/氧化气氛,强度不变)④与各种基体相容性好(金属基、陶瓷基、树脂基复合材料)3.1复合材料界面3.1.1复合材料界面的定义(2)控制界面相的技术途径界面控制主要是调节界面结合强度和改善界面区微观结构。控制界面相的措施包括:原位反应—使纤维表面富积某种有益的元素,例如碳;加添加剂—使基体含有某些成份,富集在纤维周围,以控制界面相的成份与结构;纤维涂层—保护纤维免受化学腐蚀。而纤维涂层构成了纤维与基体之间的界面相,或者说成为界面相的主要部分,所以对于调节界面结合强度最有效。4.涂层的分类5.1.3涂层改性碳纤维及其对复合材料界面的影响为了在较低压力下金属基体与增强相复合良好,有效的方法是在增强相表面涂覆与基体润湿较好的润湿涂层,一般是金属涂层,常用的有Ni,Cu等。金属基体常与增强相发生反应,这既损伤增强相,又产生一系列对界面性能不利的反应产物,因此有必要在增强相表面涂覆阻挡反应涂层。陶瓷材料耐高温,化学稳定性好,可有效阻止金属基体与增强相相互反应,因而常被用作阻挡反应涂层.常用的碳化物、氧化物和硼化物涂层SiC,TiC,A1203,Si02,TiB2等。SiC涂层就属于陶瓷涂层,能有效地阻止纤维的氧化并且提高了纤维和熔体铝的润湿性。涂层的存在阻止了界面化学反应的发生,而且还使复合材料的强度相对于未改性纤维增强的复合材料提高了189%。B4C层碳纤维既起着有效的化学保护作用,又起着防止在材料的制备过程中纤维发生氧化。碳纤维上涂覆一层焦化石墨,能使其增强的Al-4.5Mg基复合材料的拉伸强度从576MPa增加到669MPa。5.3.2碳化硅增强铝基复合材料的缺点碳化硅与金属基体界面的结合强度低而恶化复合材料的性能。5.3.3涂层改性碳化硅碳化硅纤维表面沉积Ni,Cu,Ag涂层,改善了与Al基体的润湿性,提高了材料的抗拉强度金刚石颗粒涂SiC后,可防止与铝液反应产生Al4C3相,且所制金刚石/Al复合材料的热导率可达259W/(m·K)1.2复合材料的基本结构复合材料由基体和增强相两个组分组成。复合材料结构通常一个相为连续相,称为基体;另外一个相是以独立的形态分布在整个基体中的分散相,这种分散相的性能优越,会使材料的性能显著改善和增强,称为增强相(增强剂、增强体)。增强剂(相)一般比基体硬,强度、模量较基体大。可以是纤维状、颗粒状或层片状2.1.2增强体碳纤维形貌2.3氧化铝纤维的性能:①优异的高温力学性能②抗化学腐蚀③低的导热率3.1.2复合材料界面的的功能及改进(1)复合材料中界面的功能在理想的复合材料中,界面相应具有的功能包括:传递载荷—界面相有足够的强度来传递载荷,调节复合材料中的应力分布;“缓解层”作用—界面相应能缓解界面热应力;“阻挡层”作用—界面相应能阻挡元素扩散和阻缓发生有害化学反应,减少纤维的化学损伤;高温下抗氧化—界面相能在纤维周围构成阻碍氧气接触纤维的一道屏障,有效地保护纤维;“松粘层”作用—界面结合适中,即能传递载荷,又能适时地脱粘(解离),使扩展到界面的基体裂纹沿解离的界面层发生偏转。当界面相不具备某种功能时,会造成该复合材料性能劣化甚至失去使用价值。为此应进行界面控制。3.2铝基复合材料的特点单涂层的作用是有限的,如仅能起到润湿或阻挡界面反应的作用。为了满足界面的复杂要求,多功能的多层涂层愈来愈受到重视。当使用合适的多层涂层时,除了具有单涂层的功能以外,还有许多其他功能,如在材料的制备过程中释放残余应力,调节界面剪切强度等。而复合材料涂层的功能更强大些。如下图为金属基复合材料增强相涂层:5.增强相涂层对铝基复合材料界面的影响美国麻省理工学院Cornie等人对涂层提出异议,他们认为虽然涂SiC后。C/Al复合材料强度会提高,但断裂韧性最多只有原来的一半。德国人则仍坚持碳纤维表面必须有阻挡反应层,通过XBS及AES分析后认为SiC,C或其混合物涂层均可有效防止碳纤维与基体的反应,但其效果还取决于涂层的原子比和结构在碳纤维表面上用CVD法沉积C/SiC/Si梯度涂层所制C/Al复合材料的抗拉强度达1250MPa(体积分数价为0.35),表明梯度涂层的增强效果优于其它涂层。5.2.3涂层改性氧化铝及其对界面性能的影响表面涂Ni的氧化铝颗粒增强2024铝合金复合材料,其拉伸性能和抗破坏行为都有很大的改善。氧化铝颗粒表面涂氧化镁也可提高Al基复合材料的性能。5.3碳化硅增强铝基复合