復(fù)合體系的典型界面反應(yīng)

1、1Ch5 復(fù)合體系的典型界面反應(yīng)復(fù)合體系的典型界面反應(yīng)5.1 無機(jī)有機(jī)復(fù)合體系的界面反應(yīng)無機(jī)有機(jī)復(fù)合體系的界面反應(yīng)5.2 無機(jī)無機(jī)復(fù)合體系的界面反應(yīng)無機(jī)無機(jī)復(fù)合體系的界面反應(yīng)5.3 無機(jī)金屬復(fù)合體系的界面反應(yīng)無機(jī)金屬復(fù)合體系的界面反應(yīng)5.4 金屬金屬復(fù)合體系的界面反應(yīng)（自學(xué)）金屬金屬復(fù)合體系的界面反應(yīng)（自學(xué)）5.5 有機(jī)有機(jī)復(fù)合體系的界面反應(yīng)有機(jī)有機(jī)復(fù)合體系的界面反應(yīng)25 5 復(fù)合體系的典型界面反應(yīng)復(fù)合體系的典型界面反應(yīng)1 1、重點(diǎn)掌握硅烷偶聯(lián)劑與玻璃纖維的作用過程；、重點(diǎn)掌握硅烷偶聯(lián)劑與玻璃纖維的作用過程；2 2、了解碳纖維聚合物體系，填充橡膠體系；、了解碳纖維聚合物體系，填充橡膠體系；3

2、3、掌握無機(jī)無機(jī)復(fù)合體系的界面反應(yīng)；、掌握無機(jī)無機(jī)復(fù)合體系的界面反應(yīng)；4 4、了解無機(jī)金屬、金屬金屬、有機(jī)有機(jī)復(fù)合體、了解無機(jī)金屬、金屬金屬、有機(jī)有機(jī)復(fù)合體系的界面反應(yīng)。系的界面反應(yīng)。3在復(fù)合材料中，基材間的結(jié)合性直接與下述因在復(fù)合材料中，基材間的結(jié)合性直接與下述因素有關(guān)：素有關(guān)：（1）固）固-液的復(fù)合過程中，液的復(fù)合過程中，固體表面與液體的良固體表面與液體的良好浸潤好浸潤是得以粘結(jié)的基本條件是得以粘結(jié)的基本條件;（2）不同相間的分子或原子彼此間）不同相間的分子或原子彼此間互相接近時(shí)互相接近時(shí)的狀態(tài)，形成化學(xué)結(jié)合時(shí)相互作用的強(qiáng)弱的狀態(tài)，形成化學(xué)結(jié)合時(shí)相互作用的強(qiáng)弱;（3）化學(xué)結(jié)合的形式，化學(xué)結(jié)

3、合的形式，即共價(jià)鍵、離子鍵、金即共價(jià)鍵、離子鍵、金屬鍵等屬鍵等主價(jià)鍵結(jié)合的形式主價(jià)鍵結(jié)合的形式以及分子的電荷、極以及分子的電荷、極化、偶極之間的靜電作用和誘導(dǎo)、分子間的擴(kuò)化、偶極之間的靜電作用和誘導(dǎo)、分子間的擴(kuò)散等形成的散等形成的次價(jià)鍵作用次價(jià)鍵作用。45.1 無機(jī)有機(jī)復(fù)合體系的界面反應(yīng)無機(jī)有機(jī)復(fù)合體系的界面反應(yīng)n玻璃纖維聚合物復(fù)合體系玻璃纖維聚合物復(fù)合體系n碳纖維聚合物復(fù)合體系碳纖維聚合物復(fù)合體系n填充橡膠體系填充橡膠體系55.1.1 玻璃纖維聚合物復(fù)合體系玻璃纖維聚合物復(fù)合體系以以硅烷偶聯(lián)劑硅烷偶聯(lián)劑為例來說明對(duì)玻璃纖維表面進(jìn)行為例來說明對(duì)玻璃纖維表面進(jìn)行化學(xué)處理，使之形成新的界面，并使新

4、生表面化學(xué)處理，使之形成新的界面，并使新生表面上的活性基團(tuán)與聚合物基體發(fā)生界面反應(yīng)上的活性基團(tuán)與聚合物基體發(fā)生界面反應(yīng) 。注：由于玻璃纖維表面主要存在注：由于玻璃纖維表面主要存在硅氧硅基團(tuán)硅氧硅基團(tuán)SiOSi和硅羥基和硅羥基SiOH，所以表面所以表面處理劑中一般都帶有能與硅羥基起化學(xué)反應(yīng)的處理劑中一般都帶有能與硅羥基起化學(xué)反應(yīng)的活性羥基。活性羥基。 6（1）有機(jī)硅烷水解，生成硅醇）有機(jī)硅烷水解，生成硅醇 （2）玻璃纖維表面吸水，生成羥基）玻璃纖維表面吸水，生成羥基 OH7（3）硅醇與吸水的玻璃纖維表面反應(yīng)，）硅醇與吸水的玻璃纖維表面反應(yīng)，分為三步分為三步 第一步：硅醇與玻璃纖維表面反應(yīng)生成氫鍵

5、：第一步：硅醇與玻璃纖維表面反應(yīng)生成氫鍵： 8第二步：低溫干燥（水分蒸發(fā)），硅醇進(jìn)行醚化反應(yīng)：第二步：低溫干燥（水分蒸發(fā)），硅醇進(jìn)行醚化反應(yīng)： HOSiROOHHHOSi-H2OHHSiROOHHOHHOSiOOO SiROOSiOROHHOOSiSiO9第三步：高溫干燥（水分蒸發(fā)），硅醇與吸水玻璃第三步：高溫干燥（水分蒸發(fā)），硅醇與吸水玻璃纖維間進(jìn)行醚化反應(yīng)：纖維間進(jìn)行醚化反應(yīng)：SiROSiROO-H2OOSiROOHHOSiOSiOHHOSiOSiOOSiROOSiO因此，有機(jī)硅烷處理劑與玻璃纖維表面結(jié)合起來了，因此，有機(jī)硅烷處理劑與玻璃纖維表面結(jié)合起來了，相當(dāng)于新生的活性表面。相當(dāng)于新生

6、的活性表面。 10注：注：1)有機(jī)硅烷中的有機(jī)硅烷中的R基團(tuán)針對(duì)不同的聚合物基體基團(tuán)針對(duì)不同的聚合物基體可以是可以是雙鍵、環(huán)氧基、胺基雙鍵、環(huán)氧基、胺基等。等。2)R基團(tuán)若為基團(tuán)若為雙鍵雙鍵，可參與，可參與不飽和聚酯樹脂不飽和聚酯樹脂的交聯(lián)的交聯(lián)反應(yīng)，在界面形成牢固的化學(xué)鍵結(jié)合。反應(yīng)，在界面形成牢固的化學(xué)鍵結(jié)合。3)R基團(tuán)若為基團(tuán)若為環(huán)氧基、胺基環(huán)氧基、胺基，可參與，可參與環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂的固的固化反應(yīng)，形成化學(xué)鍵結(jié)合的界面層。化反應(yīng)，形成化學(xué)鍵結(jié)合的界面層。4)若聚合物基體是若聚合物基體是熱塑性樹脂熱塑性樹脂，那么，那么R基團(tuán)還可以基團(tuán)還可以是是長鏈烷基長鏈烷基，以實(shí)現(xiàn)與基體分子的插入與纏結(jié)

7、。，以實(shí)現(xiàn)與基體分子的插入與纏結(jié)。11補(bǔ)充：玻纖表面吸附結(jié)構(gòu)的同位素研究補(bǔ)充：玻纖表面吸附結(jié)構(gòu)的同位素研究、吸附結(jié)構(gòu)、吸附結(jié)構(gòu)n-氨丙基三乙氧基硅烷（氨丙基三乙氧基硅烷（APS），對(duì)氨基），對(duì)氨基位置的烴位置的烴鏈用鏈用14C標(biāo)記標(biāo)記表面結(jié)構(gòu)包括三個(gè)級(jí)份：表面結(jié)構(gòu)包括三個(gè)級(jí)份：n1、達(dá)沉積量的、達(dá)沉積量的98%，物理吸附在表面上的硅烷水解物理吸附在表面上的硅烷水解物物（乙氧基被羥基替代），相當(dāng)于（乙氧基被羥基替代），相當(dāng)于270單分子層，可單分子層，可在冷水淋洗時(shí)快速除去在冷水淋洗時(shí)快速除去n2、化學(xué)吸附的偶聯(lián)劑聚合物化學(xué)吸附的偶聯(lián)劑聚合物，10個(gè)單分子層，個(gè)單分子層，1小小時(shí)沸水萃取后顯微照

8、片中有島狀物存在，沸水中萃時(shí)沸水萃取后顯微照片中有島狀物存在，沸水中萃取取34小時(shí)才能基本上完全除去。小時(shí)才能基本上完全除去。n3、偶聯(lián)劑單分子層偶聯(lián)劑單分子層，單體、二聚物或三聚物對(duì)玻璃，單體、二聚物或三聚物對(duì)玻璃表面多重結(jié)合的結(jié)果。表面多重結(jié)合的結(jié)果。1213n處理前處理前n處理后處理后n冷水洗冷水洗30minnD-沸水洗沸水洗3h-氨丙基三乙氧基硅烷氨丙基三乙氧基硅烷14152、水解、水解-解吸動(dòng)力學(xué)解吸動(dòng)力學(xué)16n用用10個(gè)單體個(gè)單體鏈節(jié)厚度的鏈節(jié)厚度的聚合物用上聚合物用上述方程式導(dǎo)述方程式導(dǎo)出的典型曲出的典型曲線。線。kt17n可見，模型可見，模型的正確性，的正確性，即在表面存即在表

9、面存在棒狀的化在棒狀的化學(xué)吸附結(jié)構(gòu)，學(xué)吸附結(jié)構(gòu)，在這些棒之在這些棒之間很少或者間很少或者沒有發(fā)生交沒有發(fā)生交聯(lián)聯(lián)185.1.2 碳纖維碳纖維聚合物復(fù)合體系聚合物復(fù)合體系 一般常用一般常用極性表面官能團(tuán)極性表面官能團(tuán)來解釋碳纖維的來解釋碳纖維的表面特性。碳纖維經(jīng)氧化處理后，氧含量表面特性。碳纖維經(jīng)氧化處理后，氧含量顯著增加，其氧化過程如下：顯著增加，其氧化過程如下： 形成缺陷形成缺陷19碳纖維表面含氧基團(tuán)的碳纖維表面含氧基團(tuán)的XPS分析結(jié)果分析結(jié)果2021胺固化的環(huán)氧樹脂中的胺固化的環(huán)氧樹脂中的胺基可能與纖維表面的羧基形成氫胺基可能與纖維表面的羧基形成氫鍵，環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基也能與羥基和羧基形成氫

10、鍵，在過鍵，環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基也能與羥基和羧基形成氫鍵，在過量單體尤其是在較高溫度時(shí)，這些氫鍵就轉(zhuǎn)變成共價(jià)鍵量單體尤其是在較高溫度時(shí)，這些氫鍵就轉(zhuǎn)變成共價(jià)鍵： 22Donnet等用環(huán)氧氯乙烷作模型化合物等用環(huán)氧氯乙烷作模型化合物與碳纖維作用，并分析固定在纖維上與碳纖維作用，并分析固定在纖維上的氯含量，進(jìn)一步證實(shí)了環(huán)氧基和纖的氯含量，進(jìn)一步證實(shí)了環(huán)氧基和纖維表面官能團(tuán)之間有化學(xué)鍵合。維表面官能團(tuán)之間有化學(xué)鍵合。 小結(jié)：通過各種途徑來改變小結(jié)：通過各種途徑來改變表面官能團(tuán)表面官能團(tuán)的種類和數(shù)量的種類和數(shù)量，就有可能使纖維和樹脂，就有可能使纖維和樹脂形成更好的粘結(jié)而提高其復(fù)合材料的綜形成更好的粘結(jié)而提

11、高其復(fù)合材料的綜合性能。合性能。 235.1.3 填充橡膠體系填充橡膠體系 橡膠的增強(qiáng)填充材料橡膠的增強(qiáng)填充材料-炭黑、水合二氧化硅炭黑、水合二氧化硅（白炭黑），（白炭黑），玻璃纖維等玻璃纖維等 。炭黑的表面含有可觀的化學(xué)結(jié)合氫（炭黑的表面含有可觀的化學(xué)結(jié)合氫（0.14）和氧（）和氧（0.21），有時(shí)還有結(jié)合硫），有時(shí)還有結(jié)合硫（不大于（不大于1），有些氫和氧是以羧酸（），有些氫和氧是以羧酸（COOH）形式出現(xiàn)，另一種活潑氫來自于酚形式出現(xiàn)，另一種活潑氫來自于酚式羥基。還有醛基、過氧化氫以及酮類也是式羥基。還有醛基、過氧化氫以及酮類也是比較重要的。比較重要的。24在微粒炭黑表面形成接枝有以下幾

12、種方式：在微粒炭黑表面形成接枝有以下幾種方式： （1）對(duì)簡單烯烴的化學(xué)吸附，硫存在時(shí)，吸附作用增強(qiáng)；）對(duì)簡單烯烴的化學(xué)吸附，硫存在時(shí)，吸附作用增強(qiáng)；（2）在劇烈的混料過程中，剪切作用產(chǎn)生高聚物自由基，）在劇烈的混料過程中，剪切作用產(chǎn)生高聚物自由基，已經(jīng)證明這種自由基可接枝到炭黑上去已經(jīng)證明這種自由基可接枝到炭黑上去（3）組成炭黑層面的大芳環(huán)邊緣的氫和橡膠之間進(jìn)行氫）組成炭黑層面的大芳環(huán)邊緣的氫和橡膠之間進(jìn)行氫原子交換反應(yīng)。原子交換反應(yīng)。 25水合二氧化硅水合二氧化硅俗稱白炭黑。分子式俗稱白炭黑。分子式SiO2nH2O,其粒子為三級(jí)結(jié)構(gòu)所組成。白炭黑的整體結(jié)構(gòu)為其粒子為三級(jí)結(jié)構(gòu)所組成。白炭黑的整

13、體結(jié)構(gòu)為無定形態(tài)，表面具有親水性的硅烴基無定形態(tài)，表面具有親水性的硅烴基SiOH 白炭黑表面的白炭黑表面的硅羥基具有很強(qiáng)的極性，化學(xué)反硅羥基具有很強(qiáng)的極性，化學(xué)反應(yīng)性活潑應(yīng)性活潑，能與橡膠分子中的活潑氫起氫交換反，能與橡膠分子中的活潑氫起氫交換反應(yīng)，同時(shí)應(yīng)，同時(shí)也可以通過偶聯(lián)劑處理也可以通過偶聯(lián)劑處理，由偶聯(lián)劑一端，由偶聯(lián)劑一端的水解羥基與白炭黑表面的硅羥基進(jìn)行脫水反應(yīng)的水解羥基與白炭黑表面的硅羥基進(jìn)行脫水反應(yīng)生成硅氧硅鍵，而偶聯(lián)劑另一端的生成硅氧硅鍵，而偶聯(lián)劑另一端的R基團(tuán)參與橡基團(tuán)參與橡膠的硫化反應(yīng)，這樣就使白炭黑與橡膠之間形成膠的硫化反應(yīng)，這樣就使白炭黑與橡膠之間形成了強(qiáng)有力的化學(xué)鍵結(jié)合

14、，使材料性能明顯提高。了強(qiáng)有力的化學(xué)鍵結(jié)合，使材料性能明顯提高。26分子印記材料分子印記材料27一，在一定溶劑也稱致孔劑中，模板分子一，在一定溶劑也稱致孔劑中，模板分子即目標(biāo)分子與功能單體的預(yù)組裝即目標(biāo)分子與功能單體的預(yù)組裝二，加入交聯(lián)劑，通過引發(fā)劑引發(fā)進(jìn)行光二，加入交聯(lián)劑，通過引發(fā)劑引發(fā)進(jìn)行光或熱聚合，在模板分子周圍形成高交聯(lián)或熱聚合，在模板分子周圍形成高交聯(lián)的剛性聚合物的剛性聚合物三，將聚合物中的印記分子洗脫或解離出三，將聚合物中的印記分子洗脫或解離出來，留下了與印記分子大小和形狀相匹來，留下了與印記分子大小和形狀相匹配立體孔穴配立體孔穴28三乙氧基氨丙三乙氧基氨丙基硅烷基硅烷丙烯酰氯丙烯

15、酰氯n二氧化硅為載體的二氧化硅為載體的TNT分子印記材料分子印記材料29n芳香環(huán)缺電子，酰胺芳香環(huán)缺電子，酰胺基富電子基富電子30315.2 無機(jī)無機(jī)復(fù)合體系的界無機(jī)無機(jī)復(fù)合體系的界面反應(yīng)面反應(yīng)325.2.1 纖維增韌陶瓷纖維增韌陶瓷 氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷 ：主要用于熱機(jī)部件、：主要用于熱機(jī)部件、切削工具等高性能應(yīng)用的材料切削工具等高性能應(yīng)用的材料 。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高、硬度大、抗腐蝕、抗氧化性好，耐高溫：強(qiáng)度高、硬度大、抗腐蝕、抗氧化性好，耐高溫缺點(diǎn)缺點(diǎn)：斷裂韌性不高：斷裂韌性不高 措施：在氮化硅中加入短纖維或晶須復(fù)合形成氮化措施：在氮化硅中加入短纖維或晶須復(fù)合形成氮化硅復(fù)合材料硅復(fù)合材料 。

16、33氮化硅復(fù)合材料的基體采用質(zhì)量比為氮化硅復(fù)合材料的基體采用質(zhì)量比為6Y2O3和和2Al2O3作為燒結(jié)添加劑的氮化硅，作為燒結(jié)添加劑的氮化硅，其分散相是碳纖維或碳化硅晶須。其分散相是碳纖維或碳化硅晶須。利用利用無壓燒結(jié)工藝無壓燒結(jié)工藝時(shí)，燒結(jié)溫度為時(shí)，燒結(jié)溫度為1700以上，硅和碳之間的反應(yīng)較為嚴(yán)重，這種以上，硅和碳之間的反應(yīng)較為嚴(yán)重，這種反應(yīng)可用下列反應(yīng)式表示：反應(yīng)可用下列反應(yīng)式表示：Si3N4+3C 3SiC+2N2 SiO2+C SiO+CO1650C 高溫等靜壓方法高溫等靜壓方法34n當(dāng)當(dāng)/(+ )的值很大時(shí)，的值很大時(shí)， 氮化硅氮化硅(等軸形等軸形)的相變較完全，的相變較完全，陶瓷基

17、體內(nèi)主要是陶瓷基體內(nèi)主要是長柱形的長柱形的氮化硅晶粒，強(qiáng)度和韌性氮化硅晶粒，強(qiáng)度和韌性均有明顯提高均有明顯提高。n由于由于長柱形晶粒相互間形成很好的機(jī)械接觸和連接長柱形晶粒相互間形成很好的機(jī)械接觸和連接，增，增加了晶粒間的斷裂應(yīng)力。加了晶粒間的斷裂應(yīng)力。n此外，此外，氮化硅晶體從坯體中拔出時(shí)要吸收能量并使斷裂氮化硅晶體從坯體中拔出時(shí)要吸收能量并使斷裂表面增大表面增大，因而強(qiáng)度和韌性提高。，因而強(qiáng)度和韌性提高。原位增韌原位增韌Si3N4陶瓷陶瓷35365.2.2 5.2.2 水泥基復(fù)合材料水泥基復(fù)合材料水泥基復(fù)合材料中最普遍的有混凝土和水泥基復(fù)合材料中最普遍的有混凝土和纖維增強(qiáng)水泥纖維增強(qiáng)水泥。

18、采用纖維增強(qiáng)采用纖維增強(qiáng)的目的：的目的：為了克服水泥硬化體抗拉強(qiáng)度低、為了克服水泥硬化體抗拉強(qiáng)度低、抗裂性差、脆性大等缺點(diǎn)抗裂性差、脆性大等缺點(diǎn)，玻璃纖維是水泥基復(fù)合材料，玻璃纖維是水泥基復(fù)合材料常用的增強(qiáng)材料。常用的增強(qiáng)材料。玻璃纖維破壞的原因有：玻璃纖維破壞的原因有：（1 1）化學(xué)侵蝕：水泥水化產(chǎn)物中的）化學(xué)侵蝕：水泥水化產(chǎn)物中的Ca(OH)Ca(OH)2 2與玻纖的硅與玻纖的硅氧骨架之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。氧骨架之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。（2 2）應(yīng)力侵蝕：水泥水化產(chǎn)物晶體進(jìn)入玻璃纖維表面缺）應(yīng)力侵蝕：水泥水化產(chǎn)物晶體進(jìn)入玻璃纖維表面缺陷。陷。 3738為防止水泥水化物對(duì)玻璃纖維的侵為防止水泥水化物對(duì)

19、玻璃纖維的侵蝕，可采用下列三種主要措施：蝕，可采用下列三種主要措施：n（1） 改變玻纖的化學(xué)組分，在玻纖中加入較改變玻纖的化學(xué)組分，在玻纖中加入較多的多的ZrO2成分可提高其抗堿性；成分可提高其抗堿性；n（2） 對(duì)玻纖表面進(jìn)行被覆處理，以隔絕水泥對(duì)玻纖表面進(jìn)行被覆處理，以隔絕水泥水化物對(duì)玻纖的侵蝕。水化物對(duì)玻纖的侵蝕。n（3）使用水化物堿度低的水泥，如高鋁水泥、）使用水化物堿度低的水泥，如高鋁水泥、硫鋁酸鹽水泥，以減緩或防止對(duì)玻纖的侵蝕。硫鋁酸鹽水泥，以減緩或防止對(duì)玻纖的侵蝕。395.2.2.2 碳纖維增強(qiáng)混凝土碳纖維增強(qiáng)混凝土n碳纖維經(jīng)熱碳纖維經(jīng)熱NaOH處理后，表面除了明顯處理后，表面除了

20、明顯的刻蝕外，同時(shí)產(chǎn)生羰基（的刻蝕外，同時(shí)產(chǎn)生羰基（287.5 eV）和羧基基團(tuán)（和羧基基團(tuán)（289.2 eV）,如圖如圖5.1所示。所示。n經(jīng)處理的表面富集經(jīng)處理的表面富集Ca2+，可能導(dǎo)致水泥，可能導(dǎo)致水泥早期水化，表現(xiàn)為堿處理碳纖維早期水化，表現(xiàn)為堿處理碳纖維-水泥漿水泥漿體的屈服應(yīng)力及表觀黏度增大。體的屈服應(yīng)力及表觀黏度增大。405.35.3無機(jī)金屬復(fù)合體系的界面反應(yīng)無機(jī)金屬復(fù)合體系的界面反應(yīng) 5.3.1 碳纖維鋁復(fù)合體系碳纖維鋁復(fù)合體系5.3.2 碳化硅鋁基復(fù)合體系碳化硅鋁基復(fù)合體系5.3.3 氧化鋁纖維鋁基復(fù)合體系氧化鋁纖維鋁基復(fù)合體系5.3.4 硼纖維鋁復(fù)合體系硼纖維鋁復(fù)合體系5

21、.3.5 硼纖維鈦基復(fù)合體系硼纖維鈦基復(fù)合體系415.3.1 碳纖維鋁復(fù)合體系碳纖維鋁復(fù)合體系碳纖維鋁復(fù)合體系在碳纖維鋁復(fù)合體系在500500以以上其界面上生成很強(qiáng)的化合物上其界面上生成很強(qiáng)的化合物AlAl4 4C C3 3, ,化學(xué)反應(yīng)式為：化學(xué)反應(yīng)式為：3 3C+4Al AlC+4Al Al4 4C C3 3引起的后果：引起的后果：1）此）此反應(yīng)使碳纖維結(jié)構(gòu)受到破壞反應(yīng)使碳纖維結(jié)構(gòu)受到破壞而且逐漸發(fā)展而且逐漸發(fā)展2 2）生成的）生成的Al4C3為脆性物質(zhì)，從而為脆性物質(zhì)，從而容易形成裂紋源。容易形成裂紋源。 421 1）在纖維表面涂覆一層保護(hù)層（一般為陶瓷）在纖維表面涂覆一層保護(hù)層（一般為

22、陶瓷涂層）涂層）高質(zhì)量的涂層應(yīng)具備：高質(zhì)量的涂層應(yīng)具備：促進(jìn)潤濕；穩(wěn)定性好，促進(jìn)潤濕；穩(wěn)定性好，能阻止擴(kuò)散和防止反應(yīng)；有足夠的強(qiáng)度以傳遞能阻止擴(kuò)散和防止反應(yīng)；有足夠的強(qiáng)度以傳遞應(yīng)力；密度低以保證復(fù)合材料的比強(qiáng)度。應(yīng)力；密度低以保證復(fù)合材料的比強(qiáng)度。2 2）在鋁合金中添加某種合金元素能抑制界面）在鋁合金中添加某種合金元素能抑制界面反應(yīng)。反應(yīng)。采取的措施：采取的措施：435.3.2 5.3.2 碳化硅鋁基復(fù)合體系碳化硅鋁基復(fù)合體系碳化硅纖維主要由非晶態(tài)碳化硅纖維主要由非晶態(tài)SiC構(gòu)成，表面缺陷很構(gòu)成，表面缺陷很小，并且十分光滑。這種纖維在真空中于小，并且十分光滑。這種纖維在真空中于1400時(shí)強(qiáng)度開

23、始下降。在大氣中時(shí)強(qiáng)度開始下降。在大氣中10001000時(shí)，由于碳的時(shí)，由于碳的燃燒生成有大量缺陷的燃燒生成有大量缺陷的SiOSiO2 2, ,強(qiáng)度明顯下降。強(qiáng)度明顯下降。 在碳化硅纖維和鋁的復(fù)合體系中，在鋁的熔點(diǎn)附在碳化硅纖維和鋁的復(fù)合體系中，在鋁的熔點(diǎn)附近（近（650650）開始生成）開始生成AlAl的碳化物，在的碳化物，在750750的的AlAl的液相中，將纖維浸漬的液相中，將纖維浸漬1 1h h，則界面上生成了則界面上生成了AlAl4 4C C3 3AlAl4 4SiCSiC4 4。44SiCSiC纖維表面的被覆處理是十分重要的纖維表面的被覆處理是十分重要的 ：措施：蒸著措施：蒸著Zr

24、、Al得到得到SiC- ZrC-Al的的復(fù)合界面，可抑制復(fù)合界面，可抑制SiC和和Al的界面反應(yīng)。的界面反應(yīng)。455.3.3 氧化鋁纖維氧化鋁纖維-鋁基復(fù)合體系鋁基復(fù)合體系 氧化鋁（氧化鋁（Al2O3）纖維在纖維在Al熔體中浸漬，熔體中浸漬，往往在往往在Al中加入少量的中加入少量的Li，Li在界面被在界面被吸附，促進(jìn)了吸附，促進(jìn)了Al2O3在在Al中的浸漬效果。中的浸漬效果。Li在在Al2O3纖維表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成纖維表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成LiAlO2，在界面上有適度的結(jié)合。，在界面上有適度的結(jié)合。 46n對(duì)氧化鋁增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，要控制界面反對(duì)氧化鋁增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，要控制界面反應(yīng)發(fā)生，

25、可在基體中加入應(yīng)發(fā)生，可在基體中加入足夠量的足夠量的Mg，并，并發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物可防止增強(qiáng)體與金屬的發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物可防止增強(qiáng)體與金屬的繼續(xù)接觸繼續(xù)接觸AlMgOMgOAlAlOMgAlMgOAl2332334324232475.3.4 硼纖維鋁復(fù)合體系硼纖維鋁復(fù)合體系B纖維和纖維和Al的界面反應(yīng)由于滲入氧而生成氧化物的界面反應(yīng)由于滲入氧而生成氧化物發(fā)生破壞，即發(fā)生破壞，即B2O3層的破壞。當(dāng)層的破壞。當(dāng)Al的純度較高的純度較高時(shí)，在纖維上生成時(shí)，在纖維上生成AlB2。這兩種對(duì)硼纖維表面這兩種對(duì)硼纖維表面有害的反應(yīng)可以表示為：有害的反應(yīng)可以表示為：Al+2B AlB22B+3O B2O3（

26、熔點(diǎn)（熔點(diǎn)577C）48措施：措施：碳化硅涂層碳化硅涂層能使硼纖維具有突出的抗氧化性，能使硼纖維具有突出的抗氧化性，并且因?yàn)榕鸾佑|不到鋁，硼化物的形成完全被抑制。并且因?yàn)榕鸾佑|不到鋁，硼化物的形成完全被抑制。 495.3.5 5.3.5 硼纖維鈦基復(fù)合體系硼纖維鈦基復(fù)合體系 在成型溫度下，活性的鈦與硼發(fā)生嚴(yán)重的界面反應(yīng)，在成型溫度下，活性的鈦與硼發(fā)生嚴(yán)重的界面反應(yīng)，生成生成TiBTiB2 2化合物層，即：化合物層，即：2B+Ti TiB2B+Ti TiB2 2 此反應(yīng)的缺點(diǎn)：此反應(yīng)的缺點(diǎn)：當(dāng)反應(yīng)達(dá)到一定程度后，界面上的當(dāng)反應(yīng)達(dá)到一定程度后，界面上的殘余應(yīng)力可使其發(fā)生破裂，而失去增強(qiáng)效果。殘余應(yīng)

27、力可使其發(fā)生破裂，而失去增強(qiáng)效果。 50nI區(qū)：纖維缺陷能控制住破壞區(qū)：纖維缺陷能控制住破壞nII區(qū)：區(qū)： 硼化物缺陷在連續(xù)負(fù)荷的過程中引起纖維的破壞硼化物缺陷在連續(xù)負(fù)荷的過程中引起纖維的破壞nIII區(qū)：纖維強(qiáng)度受硼化物的強(qiáng)度限制區(qū)：纖維強(qiáng)度受硼化物的強(qiáng)度限制51（1 1）最大限度地減少發(fā)生反應(yīng)的高速工藝：）最大限度地減少發(fā)生反應(yīng)的高速工藝： 箔片和纖維在熱輥之間通過，經(jīng)電加熱制成帶狀箔片和纖維在熱輥之間通過，經(jīng)電加熱制成帶狀復(fù)合材料，典型的溫度估計(jì)為復(fù)合材料，典型的溫度估計(jì)為980度，停留約度，停留約12秒，測定二硼化鈦反應(yīng)量小于秒，測定二硼化鈦反應(yīng)量小于500埃。埃。（2 2）最大限度地減

28、少發(fā)生反應(yīng)的低溫工藝：）最大限度地減少發(fā)生反應(yīng)的低溫工藝： 熱壓工藝盡量的低溫下進(jìn)行熱壓工藝盡量的低溫下進(jìn)行為了解決或避免以上問題，提出了如下方法：為了解決或避免以上問題，提出了如下方法：52（3）降低基體的活性而用鈦合金）降低基體的活性而用鈦合金Si、SnCu、Ge（鍺） Ti-AlTi-VTi-Mo改變基體元素后的反應(yīng)常數(shù)改變基體元素后的反應(yīng)常數(shù)53涂層后的反應(yīng)速度涂層后的反應(yīng)速度n硼硅克（硼硅克（Borsic，硼纖維上涂有碳化硅和氮化硅），硼纖維上涂有碳化硅和氮化硅）B4C涂層涂層BN涂層涂層硼硅克硼硅克硼硼（4）對(duì)硼纖維進(jìn)行涂層處理，以減少反應(yīng)）對(duì)硼纖維進(jìn)行涂層處理，以減少反應(yīng)54在金屬金屬復(fù)合體系中，最基本的是用難熔金屬絲在金屬金屬復(fù)合體系中，最基本的是用難熔金屬絲來增強(qiáng)高溫合金。常用的金屬絲有不銹鋼絲、鉬絲、來增強(qiáng)高溫合金。常用的金屬絲有不銹鋼絲、鉬絲、鎢絲等。常用的基體有鋁