陶瓷基復(fù)合材料的界面.ppt

《陶瓷基復(fù)合材料的界面.ppt》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、陶瓷基復(fù)合材料界面（化學(xué)氣相滲透技術(shù)）高分子1401班陳鴻C(jī)ONTENTS01——界面類型及特性02——界面控制目錄03——化學(xué)氣相滲透技術(shù)——界面類型及特性1陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料界面類型及特性1、陶瓷基復(fù)合材料的界面性能決定復(fù)合材料性能。2、界面分類（根據(jù)不同的性能要求）（1）無反應(yīng)層界面：增強(qiáng)相與基體相直接結(jié)合形成原子鍵共格界面或半共格界面，有時形成非共格界面。優(yōu)點(diǎn)：界面結(jié)合強(qiáng)度高，提高復(fù)合材料強(qiáng)度（2）中間反應(yīng)層界面：存在于增韌相與基體之間，并將兩者結(jié)合。優(yōu)點(diǎn)：界面層一般都是低熔點(diǎn)共晶相，因此它有利于復(fù)合材料的致密化。這種界面

2、增韌相與基體無固定的取向關(guān)系。陶瓷基復(fù)合材料界面類型及特性第一臨界厚度：當(dāng)反應(yīng)層達(dá)到某一厚度時，復(fù)合材料的抗張強(qiáng)度開始降低，此時反應(yīng)層的厚度。第二臨界厚度：如果反應(yīng)層厚度繼續(xù)增大，材料強(qiáng)度也隨之降低，直至達(dá)某一強(qiáng)度時不再降低，這時反應(yīng)層厚度。因增加纖維的橫截面多為圓形，故界面反應(yīng)層常為空心圓筒狀，其厚度可以控制。例如，利用CVD技術(shù)制造碳纖維/硅材料，第一臨界厚度0.05μm，出現(xiàn)SiC反應(yīng)層，抗張強(qiáng)度1800MPa；第二臨界厚度0.58μm，抗張強(qiáng)度降至600MPa。相比之下，碳纖維/鋁材料的抗張強(qiáng)度較低，第一臨界厚度0.10μm，形成Al

3、4C3反應(yīng)層，抗張強(qiáng)度1150MPa；第二臨界厚度0.76μm，抗張強(qiáng)度降至200MPa。陶瓷基復(fù)合材料界面類型及特性1、碳纖維增韌氮化硅成型工藝對界面結(jié)構(gòu)影響（1）無壓燒結(jié)工藝：C與Si間反應(yīng)嚴(yán)重，SEM可察非常粗糙纖維表面，纖維周圍存在空隙；（2）高溫等靜壓工藝：壓力和溫度較低，使得反應(yīng)受到抑制，界面上不發(fā)生反應(yīng)，無裂紋或空隙，是比較理想的物理結(jié)合。2、SiC晶須增強(qiáng)氮化硅反應(yīng)燒結(jié)、無壓燒結(jié)或高溫等靜壓工藝可獲得無界面反應(yīng)的復(fù)合材料。（1）反應(yīng)燒結(jié)、無壓燒結(jié)：隨著SiC晶須含量增加，材料密度下降，導(dǎo)致強(qiáng)度下降；（2）高溫等靜壓工藝：不出現(xiàn)

4、上述情況?！缑婵刂?陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料的界面控制陶瓷基復(fù)合材料中界面無反應(yīng)層占絕大多數(shù)。反應(yīng)層結(jié)合界面導(dǎo)致強(qiáng)界面在陶瓷基復(fù)合材料中要盡量避免或減弱界面結(jié)合強(qiáng)度。范德華鍵或氫鍵結(jié)合能約8~16kJ/mol；化學(xué)鍵結(jié)合能為40~400kJ/mol。（1）強(qiáng)界面結(jié)合時，復(fù)合材料像單體陶瓷一樣發(fā)生脆性斷裂；（2）弱界面結(jié)合可使裂紋沿界面偏折，從而降低能量，這是提高陶瓷韌性的方法之一。為了達(dá)到弱界面，常常將顆粒、晶須或纖維表面鍍一層化合物或碳等易被剪切斷裂的物質(zhì)，從而形成界面相。陶瓷基復(fù)合材料的界面控制He和Hutchinson通過力學(xué)分

5、析和計(jì)算，給出了圖4-11所示的結(jié)果，當(dāng)纖維與基體彈性模量相同時，Gf/Gm（Gf：纖維的斷裂能，Gm：基體或厚界面相的斷裂能）要小于1/4。因此，復(fù)合材料增強(qiáng)體與基體之間要滿足化學(xué)相容性和彈性模量的相匹配。陶瓷基復(fù)合材料的界面控制高溫合成陶瓷基復(fù)合材料時，如果增強(qiáng)體與基體的熱膨脹系數(shù)不同，將在室溫時存在殘余應(yīng)力。復(fù)合材料的熱應(yīng)變正比于ΔαΔT（Δα=αf-αm）（1）一般考慮：若αf>αm，基體在冷卻時受到壓應(yīng)力，這有利于阻止基體在拉應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂；反之，基體受拉應(yīng)力，當(dāng)溫差足夠大時，基體可能會開裂。（2）纖維半徑方向來看：若αf>αm

6、，纖維冷卻收縮以致欲脫離基體，導(dǎo)致界面結(jié)合強(qiáng)度大幅度降低；反之，界面結(jié)合強(qiáng)度改善。熱膨脹系數(shù)不匹配導(dǎo)致復(fù)合材料開裂，這在不連續(xù)增強(qiáng)復(fù)合材料中非常明顯。3化學(xué)氣相滲透技術(shù)——CVI技術(shù)化學(xué)氣相滲透技術(shù)（CVI）1、均熱法工藝（ICVI）最主要限制：CVI過程必須在低溫和真空下進(jìn)行；本質(zhì)：受化學(xué)反應(yīng)控制過程，擴(kuò)散進(jìn)預(yù)制體的氣體反應(yīng)沉積于碳纖維上。2、強(qiáng)迫流動熱梯度化學(xué)氣相滲透（FCVI）熱梯度CVI的基礎(chǔ)上增加了氣體定向流動，反應(yīng)氣體在壓強(qiáng)下強(qiáng)迫從其冷端流向熱端。FCVI可實(shí)現(xiàn)高溫操作，滿足擴(kuò)散控制的高沉積速率的要求。謝謝觀看