金屬基復合材料界面問題課件

1、金屬基復合材料界面問題冶金工程 劉暢 14721920 金屬基復合材料都要在基體合金熔點附近的高溫下制備.在制備過程中,纖維、晶須、顆粒等增強體與基體將發(fā)生程度不同的的相互作用和界面反應,形成各種結構的界面。界面結構和性能對金屬基復合材料的性能起著決定性作用。2022/7/20 1界面的概念 區(qū)域 不同于基體與增強體 化學成分、結構有厚度(納米級)、 結構隨基體和增強體而異、與基體有明顯差別的新相稱之為界面層或界面相?；瘜W反應的產物、擴散形成的擴散層。界面的厚度尺寸較小、原子結構、電子狀態(tài)、化學成分均不同于母體材料。 界面的存在使得材料具有特異的物理化學性能以及機械性能，它是增強體相和基體相連

2、接的“紐帶”，也是應力等傳遞的橋梁。2022/7/20 2界面的作用四個方面：即傳遞效應、阻斷效應、散射與吸收效應、誘導效應及不連續(xù)效應。傳遞效應：是指界面可以將外力通過基體傳遞給增強體，起連接基體與增強體的作用。阻斷效應：是指界面具有阻斷裂紋擴展、延緩應力集中的作用。散射與吸收效應：是指界面具有透光、隔熱、隔音、吸振、耐熱沖擊的性能。誘導效應是指界面使周圍物質的結構發(fā)生改變，從而產生出一系列特殊的性質。不連續(xù)效應是指界面的物理不連續(xù)性。2022/7/20 3界面的類型 3.界面分類結合的原理 機械結合 化學結合相互作用 既不反應又不擴散 不反應但溶解擴散 界面反應2022/7/204.界面反

3、應4.1界面過程（1）界面的吸附和偏聚（2）擴散和傳質（3）成核和生長（4）界面化學反應2022/7/204.2界面反應的后果促進增強體與金屬液的浸潤 ：增強金屬基體與增強體的界面結合.提高界面結合強度。 產生界面反應產物一脆性相 ：界面反應結果形成各種類型的化合物,如A14C3、AIB2、A12MgO4、MgO、Ti5Si3、TIC等。 造成增強體損傷和改變基體成份 ： 嚴重的界面反應使高性能纖維損傷。界面反應還可能改變基體的成份。 主要的界面問題：1.界面反應及其控制途徑:2.界面微結構及其表征:3.界面結構特性對微觀、宏觀性能的影響:4.界面結構與復合材料組分的關系:5.界面穩(wěn)定性:6.

4、界面的優(yōu)化設計和優(yōu)化界面的有效途徑2022/7/20界面反應及其控制途徑界面反應規(guī)律、界面反應與制備工藝過程、參數的關系。界面反應對界面結構、界面性能增強體損傷的影響?？刂平缑娣磻挠行緩健?022/7/20界面優(yōu)化及控制界面反應的途徑優(yōu)化制備工藝方法和參數金屬基體合金化纖維顆粒等增強體的表面涂層處理2022/7/20Cf/Al復合材料界面反應工藝控制在現有的金屬基復合材料體系中， Cf/Al復合材料對界面是最為敏感的，甚至成為復合材料能否成功應用的關鍵技術障礙一般地,C 與 Al的復合界面在773K便可生成 Al4C3三方面的危害：1.呈脆性，可降低界面在復雜應力下傳遞載荷的作用; 2.會

5、導致碳纖維損傷，降低纖維的承載能力3.易于水解，潮濕環(huán)境下易腐蝕。表面涂覆工藝可解決，但是成本高，工藝復雜。利用反應控制工藝，不額外增加成本即可解決。2022/7/20纖維預熱溫度、鋁液溫度對界面Al4C3反應程度的影響規(guī)律2022/7/20TiB2/Al復合材料自潤滑界面工藝控制對TiB2顆粒進行高溫氧化處理產生B2O3;進而產生H3BO3顆粒進行600度氧化2h氧化處理，利用壓力滲透法制備體積分數為45%的TiB2/Al的復合材料2022/7/202022/7/202022/7/20利用基體合金化調控界面反應在液態(tài)基體中加入適當的合金元素,是改善基體熔體與增強體的浸潤性、阻止有害的界面反應

6、、形成穩(wěn)定的界面結構的一種有效、經濟的優(yōu)化界面及控制界面反應的方法.0.4%的Ti、Zr可以明顯減少碳和鋁的界面反應,如Cu.鋁合金中的強化相CuAI,易在增強纖維之間形成連接纖維的脆性相,引起脆性破壞.2022/7/20Cf/Al復合材料界面有害反應控制 添加不同含量的Mg元素，探討了界面生成物的變化規(guī)律及對其復合材料力學性能的影響。無添加 3.2% 8.5%2022/7/20Cf/Al-Mg復合材料彎曲強度2022/7/20SiC/Al 復合材料的界面反應控制SiC顆粒表面有SiO2，兩者都可以與基體發(fā)生反應生成鋁的氧化物。為避免此現象可以從生產工藝解決，如壓力浸滲，控制溫度等；此外，可以通過控制Si含量來解決。2022/7/20結 語金屬基復合材料的界面狀況是復合材料力學性能和物理性能發(fā)揮的關鍵。初步研究表明，在某些材料體系中，采用工藝過程控制和基體合金化控制的方法可以從反應熱力學和動力學的角度實現界面有害反應的抑制。轉化以及固溶體界面的生成和功能性界面的產生區(qū)別于