第4章-復(fù)合材料的界面

第四章復(fù)合材料的界面

14.1概述

4.1.1復(fù)合材料界面（InterfaceorInterphase）復(fù)合材料的界面是指基體與增強(qiáng)相之間化學(xué)成分有顯著變化的、構(gòu)成彼此結(jié)合的、能起載荷傳遞作用的微小區(qū)域。復(fù)合材料的界面是一個(gè)多層結(jié)構(gòu)的過(guò)渡區(qū)域，約幾個(gè)納米到幾個(gè)微米。此區(qū)域的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)都不同于兩相中的任何一相。這一界面區(qū)由五個(gè)亞層組成，每一亞層的性能都與基體和增強(qiáng)相的性質(zhì)、復(fù)合材料成型方法有關(guān).2圖4–1復(fù)合材料的界面示意圖1、外力場(chǎng)2、基體3、基體表面區(qū)4、相互滲透區(qū)5、增強(qiáng)劑表面區(qū)6、增強(qiáng)劑

3界面是復(fù)合材料的特征，可將界面的機(jī)能歸納為以下幾種效應(yīng)：（1）傳遞效應(yīng)：界面可將復(fù)合材料體系中基體承受的外力傳遞給增強(qiáng)相，起到基體和增強(qiáng)相之間的橋梁作用。（2）阻斷效應(yīng)：基體和增強(qiáng)相之間結(jié)合力適當(dāng)?shù)慕缑嬗凶柚沽鸭y擴(kuò)展、減緩應(yīng)力集中的作用。（3）不連續(xù)效應(yīng)：在界面上產(chǎn)生物理性能的不連續(xù)性和界面摩擦出現(xiàn)的現(xiàn)象，如抗電性、電感應(yīng)性、磁性、耐熱性和磁場(chǎng)尺寸穩(wěn)定性等。（4）散射和吸收效應(yīng)：光波、聲波、熱彈性波、沖擊波等在界面產(chǎn)生散射和吸收，如透光性、隔熱性、隔音性、耐機(jī)械沖擊性等。（5）誘導(dǎo)效應(yīng)：一種物質(zhì)（通常是增強(qiáng)劑）的表面結(jié)構(gòu)使另一種（通常是聚合物基體）與之接觸的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)由于誘導(dǎo)作用而發(fā)生改變，由此產(chǎn)生一些現(xiàn)象，如強(qiáng)彈性、低膨脹性、耐熱性和沖擊性等。

4界面效應(yīng)是任何一種單一材料所沒(méi)有的特性，它對(duì)復(fù)合材料具有重要的作用。界面效應(yīng)既與界面結(jié)合狀態(tài)、形態(tài)和物理-化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，也與復(fù)合材料各組分的浸潤(rùn)性、相容性、擴(kuò)散性等密切相關(guān)。界面的結(jié)合狀態(tài)和強(qiáng)度對(duì)復(fù)合材料的性能有重要影響。對(duì)于每一種復(fù)合材料都要求有合適的界面結(jié)合強(qiáng)度。許多因素影響著界面結(jié)合強(qiáng)度，如表面幾何形狀、分布狀況、紋理結(jié)構(gòu)、表面雜質(zhì)、吸附氣體程度、吸水情況、表面形態(tài)、在界面的溶解、擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)、表面層的力學(xué)特性、潤(rùn)濕速度等。

5界面結(jié)合較差的復(fù)合材料大多呈剪切破壞，且在材料的斷面可觀察到脫粘、纖維拔出、纖維應(yīng)力松弛等現(xiàn)象。界面結(jié)合過(guò)強(qiáng)的復(fù)合材料則呈脆性斷裂，也降低了復(fù)合材料的整體性能。界面最佳態(tài)的衡量是當(dāng)受力發(fā)生開(kāi)裂時(shí)，裂紋能轉(zhuǎn)化為區(qū)域化而不進(jìn)一步界面脫粘；即這時(shí)的復(fù)合材料具有最大斷裂能和一定的韌性。因此，在研究和設(shè)計(jì)界面時(shí)，不應(yīng)只追求界面結(jié)合而應(yīng)考慮到最優(yōu)化和最佳綜合性能。

64.1.2復(fù)合材料組分的相容性

物理相容性：是指基體應(yīng)具有足夠的韌性和強(qiáng)度，能夠?qū)⑼獠枯d荷均勻地傳遞到增強(qiáng)劑上，而不會(huì)有明顯的不連續(xù)現(xiàn)象。另外，由于裂紋或位錯(cuò)移動(dòng)，在基體上產(chǎn)生的局部應(yīng)力不應(yīng)在增強(qiáng)劑上形成高的局部應(yīng)力。另一個(gè)重要的物理關(guān)系是熱膨脹系數(shù)。基體與增強(qiáng)相熱膨脹系數(shù)的差異對(duì)復(fù)合材料的界面結(jié)合產(chǎn)生重要的影響，從而影響材料的各類性能。7例如對(duì)于韌性基體材料，最好具有較高的熱膨脹系數(shù)。這是因?yàn)闊崤蛎浵禂?shù)較高的相從較高的加工溫度冷卻是將受到張應(yīng)力；對(duì)于脆性材料的增強(qiáng)相，一般都是抗壓強(qiáng)度大于抗拉強(qiáng)度，處于壓縮狀態(tài)比較有利。而對(duì)于像鈦這類高屈服強(qiáng)度的基體，一般卻要求避免高的殘余熱應(yīng)力，因此熱膨脹系數(shù)不應(yīng)相差太大。

8化學(xué)相容性：化學(xué)相容性是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。對(duì)原生復(fù)合材料，在制造過(guò)程是熱力學(xué)平衡的，其兩相化學(xué)勢(shì)相等，比表面能效應(yīng)也最小。對(duì)非平衡態(tài)復(fù)合材料，化學(xué)相容性要嚴(yán)重得多。纖維和基體間的直接反應(yīng)則是更重要的相容性問(wèn)題。9對(duì)高溫復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，以下因素與復(fù)合材料化學(xué)相容性有關(guān)的問(wèn)題則十分重要：1)相反應(yīng)的自由能

F：代表該反應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力。設(shè)計(jì)復(fù)合材料時(shí)，應(yīng)確定所選體系可能發(fā)生反應(yīng)的自由能的變化。

2）化學(xué)勢(shì)U：各組分的化學(xué)勢(shì)不等，常會(huì)導(dǎo)致界面的不穩(wěn)定。3）表面能T：各組分的表面能可能很高，導(dǎo)致界面的不穩(wěn)定。

4）晶界擴(kuò)散系數(shù)D：由晶界或表面擴(kuò)散系數(shù)控制的二次擴(kuò)散效應(yīng)常使復(fù)合體系中組分相的關(guān)系發(fā)生很大變化。

104.2復(fù)合材料的界面4.2.1復(fù)合材料的界面理論界面潤(rùn)濕理論界面潤(rùn)濕理論是基于液態(tài)樹(shù)脂對(duì)纖維表面的浸潤(rùn)親和，即物理和化學(xué)吸附作用。液態(tài)樹(shù)脂對(duì)纖維表面的良好浸潤(rùn)是十分重要的。浸潤(rùn)不良會(huì)在界面上產(chǎn)生空隙，導(dǎo)致界面缺陷和應(yīng)力集中，使界面強(qiáng)度下降。良好的或完全浸潤(rùn)將使界面強(qiáng)度大大提高，甚至優(yōu)于基體本身的內(nèi)聚強(qiáng)度。

11從熱力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)考慮兩個(gè)結(jié)合面與其表面能的關(guān)系，一般用表面張力來(lái)表征。表面張力即為溫度和體積不變的情況下，自由能隨表面積增加的增量。

=（

F/

A）TV此處

為表面張力；F為自由能；A為面積；T和V分別為溫度和體積。當(dāng)兩個(gè)結(jié)合面結(jié)合了，則體系中由于減少了兩個(gè)表面和增加了一個(gè)界面使自由能降低了。體系由于兩個(gè)表面結(jié)合而導(dǎo)致自由能的下降定義為粘合功。

WA=

S+

L-

SL

式中S、L和SL下標(biāo)分別代表固體、液體和固液體。

12如圖2-3所示，

角為接觸角。接觸角表示了液體潤(rùn)濕固體的情況。圖2–3液滴在固體表面的不同潤(rùn)濕情況

13當(dāng)

>

90

，液體不潤(rùn)濕固體；

=180

固體表面完全不能被液體潤(rùn)濕；當(dāng)

<90

，液體潤(rùn)濕固體；

=0

，液體完全平鋪在固體表面。接觸角隨溫度、保持時(shí)間、吸附氣體等而變化。

根據(jù)力的合成

L

cos

=

S-

SL

，粘合功可表示為：WA=

S+

L-

SL=

L（1+cos

）。粘合功WA最大時(shí)，cos

=1，即

=0，液體完全平鋪在固體表面。14熱力學(xué)說(shuō)明兩個(gè)表面結(jié)合的內(nèi)在因素，表示結(jié)合的可能性；動(dòng)力學(xué)反映實(shí)際產(chǎn)生界面結(jié)合的外界條件，如溫度、壓力等的影響，表示結(jié)合過(guò)程的速度問(wèn)題。產(chǎn)生良好結(jié)合的條件如下：(1)液體粘度盡量低；(2）

S

略大于

L

，浸潤(rùn)性僅僅表示了液體與固體發(fā)生接觸時(shí)的情況，而并不能表示界面的粘結(jié)性能。一種體系的兩個(gè)組元可能有極好的浸潤(rùn)性，但它們之間的結(jié)合可能很弱，如范德華物理鍵合。因此潤(rùn)濕是組分良好粘結(jié)的必要條件，并非充分條件。

152、機(jī)械作用理論：當(dāng)兩個(gè)表面相互接觸后，由于表面粗糙不平將發(fā)生機(jī)械互鎖另一方面，盡管表面積隨著粗糙度增大而增大，但其中有相當(dāng)多的孔穴，粘稠的液體是無(wú)法流入的。如經(jīng)驗(yàn)公式：Z2=K

cos

tδ/η，表明流入量Z是與液體表面張力、接觸角、時(shí)間和孔徑成正比，與粘度成反比。無(wú)法流入液體的孔不僅造成界面脫粘的缺陷，而且也形成了應(yīng)力集中點(diǎn)。

163、靜電理論：當(dāng)復(fù)合材料不同組分表面帶有異性電荷時(shí)，將發(fā)生靜電吸引。僅在原子尺度量級(jí)內(nèi)靜電作用力才有效表面靜電吸引結(jié)合示意圖

174、化學(xué)鍵理論：在復(fù)合材料組分之間發(fā)生化學(xué)作用，在界面上形成共價(jià)鍵結(jié)合。在理論上可獲得最強(qiáng)的界面粘結(jié)能（210-220J/mol）。185、界面反應(yīng)或界面擴(kuò)散理論在復(fù)合材料組分之間發(fā)生原子或分子間的擴(kuò)散或反應(yīng)，從而形成反應(yīng)結(jié)合或擴(kuò)散結(jié)合D=D0exp（-Q/RT）D：擴(kuò)散系數(shù)；Q：擴(kuò)散激活能。X=kt1/2X：反應(yīng)層厚度；k：反應(yīng)速度常數(shù)

196、變形層理論增強(qiáng)纖維經(jīng)表面處理后，在界面上形成一層塑性層，可以松弛并減小界面應(yīng)力。這種理論稱作變形層理論。在這一理論的基礎(chǔ)上又有經(jīng)過(guò)修正的優(yōu)先吸附理論和柔性層理論，即認(rèn)為偶聯(lián)劑會(huì)導(dǎo)致生成不同厚度的柔性基體界面層，而柔性層厚度與偶聯(lián)劑本身在界面區(qū)的數(shù)量無(wú)關(guān)。此理論對(duì)聚合物基的石墨碳纖維復(fù)合材料較為適用。

207、拘束層理論該理論認(rèn)為界面區(qū)(包括偶聯(lián)劑部分)的模量介于樹(shù)脂基體和增強(qiáng)材料之間時(shí)，則可最均勻地傳遞應(yīng)力；這時(shí)吸附在硬質(zhì)增強(qiáng)劑或填料顆粒上的聚合物基體要比本體更為聚集緊密。且聚集密度隨離界面區(qū)距離的增大而減弱，并認(rèn)為硅烷偶聯(lián)劑的作用在于一端拉緊界面上的聚合物分子結(jié)構(gòu)，一端以硅醇基團(tuán)與玻璃等無(wú)機(jī)材料粘結(jié)。這一理論接受者并不多，缺乏必要的實(shí)驗(yàn)根據(jù)。

21偶聯(lián)劑的功能：（a）有機(jī)硅烷水解形成硅醇；（b）硅醇的羥基與玻璃表面之間的氫鍵合；（c）結(jié)在玻璃表面的聚硅氧烷；（d）與聚合物反應(yīng)的官能R基團(tuán)224.2.2復(fù)合材料的界面表征界面性能較差---呈剪切破壞、可觀察到界面脫粘、纖維拔出纖維應(yīng)力松弛等現(xiàn)象。界面結(jié)合過(guò)強(qiáng)---材料呈脆性斷裂。界面結(jié)合最佳狀態(tài)---當(dāng)受力發(fā)生開(kāi)裂時(shí)，裂紋能轉(zhuǎn)化為區(qū)域而不產(chǎn)生進(jìn)一步界面脫粘，即這時(shí)的復(fù)合材料具有最大的斷裂能和一定的韌性。

23

1、界面結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)定宏觀測(cè)試法1）三點(diǎn)彎曲法圖4–9測(cè)定界面拉伸強(qiáng)度時(shí)纖維的排布

=3（PS）/2（BD2）

=(3/4)(P/BD)24圖4–10測(cè)定界面剪切強(qiáng)度時(shí)纖維的排布

/

=D/2S,

I

/

cu<D/2S

252)Iosipescu剪切試驗(yàn)試驗(yàn)26單纖維試驗(yàn)法纖維拔出試驗(yàn)示意圖

纖維拔出試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)變曲線示意圖

27聲發(fā)射（AcousticEmissin

，AE）法：聲發(fā)射是當(dāng)固體材料在外部條件（如載荷、溫度、磁場(chǎng)、環(huán)境介質(zhì)等）發(fā)生變化時(shí)，由于其內(nèi)部原因而產(chǎn)生的瞬時(shí)彈性應(yīng)力波發(fā)射。聲發(fā)射信號(hào)包括有材料內(nèi)部缺陷或微觀結(jié)構(gòu)變化動(dòng)態(tài)信息，借助靈敏的電子儀器可以檢測(cè)到聲發(fā)射信號(hào)。用儀器檢測(cè)分析聲發(fā)射信號(hào)，推斷聲發(fā)射源的技術(shù)稱為聲發(fā)射技術(shù)。復(fù)合材料的損傷斷裂過(guò)程十分復(fù)雜，包括纖維、基體和界面的破壞和斷裂。各組元斷裂時(shí)釋放的聲能與其彈性模量和斷裂時(shí)各組元的范性形變量有關(guān)。由于各組元斷裂時(shí)釋放的聲能不同，即聲發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)弱不同，那么利用聲發(fā)射技術(shù)就可以區(qū)分和識(shí)別復(fù)合材料界面的破壞和斷裂，從而可以分析界面的結(jié)合狀況，同時(shí)計(jì)算出界面強(qiáng)度。

28圖4–16富碳處理的SiCF/Al拉伸過(guò)程中的AE行為圖4–17富SiO2處理的SiCF/Al拉伸過(guò)程中的AE行為292、界面結(jié)構(gòu)的表征界面的微觀結(jié)構(gòu)、形貌和厚度可通過(guò)先進(jìn)儀器觀察分析。包括俄歇電子譜儀（AES）、電子探針（EP）、X光電子能譜儀（XPS）、掃描二次離子質(zhì)譜儀（SSIMS）、電子能量損失儀（EELS）、X射線反射譜儀（GAXP）、透射電子顯微鏡（TEM）、掃描電鏡（SEM）和拉曼光譜（Raman）等。

30TiB2纖維表面涂層SiCF/Ti復(fù)合SEM分析照片SCS6/25Al-10Nb-3V-1Mo復(fù)合材料材料界面314.2.3界面殘余應(yīng)力復(fù)合材料成型后，由于基體的固化或凝固發(fā)生體積收縮或膨脹（通常為收縮），而增強(qiáng)體則體積相對(duì)穩(wěn)定使界面產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)又因增強(qiáng)體與基體之間存在熱膨脹系數(shù)的差異，在不同環(huán)境溫度下界面產(chǎn)生熱應(yīng)力。這兩種應(yīng)力的加和總稱為界面殘余應(yīng)力。前一種情況下，如果基體發(fā)生收縮，則復(fù)合材料基體受拉應(yīng)力，增強(qiáng)體受壓應(yīng)力，界面受剪切應(yīng)力。后一種情況下，通常是基體膨脹系數(shù)大于增強(qiáng)體，在成型溫度較高的情況下，復(fù)合材料基體受拉應(yīng)力，增強(qiáng)體受壓應(yīng)力，界面受剪切應(yīng)力。但隨著使用溫度的增高，熱應(yīng)力向反方向變化。32界面內(nèi)應(yīng)力的大小可用下式表示：σIi=EmεmVm/3（1-γm）式中Em

為基體彈性模量，γm為基體泊松比，εm為基體發(fā)生的應(yīng)變，Vm為基體的體積比。

33界面內(nèi)應(yīng)力的大小與界面的結(jié)合情況有關(guān)。如界面結(jié)合發(fā)生松弛滑移現(xiàn)象，則內(nèi)應(yīng)力相應(yīng)減少。界面熱應(yīng)力的大小可用下式表示：σIi=Em（Tc–t）△α式中Em

為基體彈性模量，Tc

為成型溫度，t為使用溫度，△α為基體與增強(qiáng)體的熱膨脹系數(shù)差。界面殘余應(yīng)力可以通過(guò)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行熱處理，使界面松弛而降低，但受界面結(jié)合強(qiáng)度的控制，在界面結(jié)合很強(qiáng)的情況下效果不明顯。界面殘余應(yīng)力的存在對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能有影響，其利弊與加載方向和復(fù)合材料殘余應(yīng)力的狀態(tài)有關(guān)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于復(fù)合材料界面存在殘余應(yīng)力使之拉伸與壓縮性能有明顯差異。

34測(cè)量界面殘余應(yīng)力的主要方法有X射線衍射法和中子衍射法。中子的穿透能力較X射線強(qiáng)，可用來(lái)測(cè)量界面內(nèi)應(yīng)力；其結(jié)果是很大區(qū)域的應(yīng)力平均值。X射線衍射法只能測(cè)定樣品表面的殘余應(yīng)力。同步輻射連續(xù)X射線能量色散法和會(huì)聚束電子衍射法也可用來(lái)測(cè)定復(fù)合材料界面附近的應(yīng)力和應(yīng)變變化。特別是同步輻射連續(xù)X射線能量色散法兼有較好的穿透能力和對(duì)殘余應(yīng)變梯度的高空間分辨率，可測(cè)量界面附近急劇變化的殘余應(yīng)力。此外，激光光譜法可測(cè)量界面層相鄰纖維的振動(dòng)頻率，根據(jù)纖維標(biāo)定確定界面層的殘余應(yīng)力。目前，應(yīng)用最廣泛的仍是傳統(tǒng)的X射線衍射法。354.2.4復(fù)合材料的復(fù)合原理復(fù)合材料的復(fù)合原理，是反映各種因素對(duì)復(fù)合材料性能的影響規(guī)律。影響復(fù)合材料性能的因素：工藝因素、基體和增強(qiáng)材料的性能、增強(qiáng)材料的形狀、含量、分布、增強(qiáng)材料的以及與基體的界面結(jié)合、結(jié)構(gòu)按照復(fù)合原理，可以對(duì)所需要研究和開(kāi)發(fā)的復(fù)合材料的性能，包括力學(xué)、物理、化學(xué)性能等進(jìn)行設(shè)計(jì)、預(yù)測(cè)和評(píng)估。

36復(fù)合原則材料組元的選擇依據(jù)：復(fù)合材料的性能1、顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的原則(1)顆粒應(yīng)高度彌散均勻地分散在基體中，使其阻礙導(dǎo)致塑性變形的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)(金屬、陶瓷基體)或分子鏈的運(yùn)動(dòng)(聚合物基體)。

(2)顆粒直徑的大小要合適，因?yàn)轭w粒直徑過(guò)大會(huì)引起應(yīng)力集中或本身破碎導(dǎo)致材料強(qiáng)度降低；顆粒直徑太小，則起不到大的強(qiáng)化作用。因此，一般粒徑為幾微米到幾十微米。(3)顆粒的數(shù)量一般大于20％，數(shù)量太少，達(dá)不到最佳的強(qiáng)化效果。372．纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的原則(1)纖維的強(qiáng)度和模量都要高于基體，即纖維應(yīng)具有高模量和高強(qiáng)度，因?yàn)槌齻€(gè)別情況外，在多數(shù)情況下承載主要是靠增強(qiáng)纖維。

(2)纖維與基體之間要有一定的粘結(jié)作用，兩者之間結(jié)合要保證所受的力通過(guò)界面?zhèn)鬟f給纖維。

(3)纖維與基體的熱膨脹系數(shù)不能相差過(guò)大。

(4)纖維與基體之間不能發(fā)生有害的化學(xué)反應(yīng)，特別是不發(fā)生強(qiáng)烈的反應(yīng)，否則將引起纖維性能降低而失去強(qiáng)化作用。

(5)纖維所占的體積、纖維的尺寸和分布必須適宜。38制備方法的選擇原則：(1)所選的工藝方法對(duì)材料組元的損傷最小(2)能使任何形式的增強(qiáng)材料(纖維、顆粒、晶須)均勻分布或按預(yù)設(shè)計(jì)要求規(guī)則排列；(3)使最終形成的復(fù)合材料在性能上達(dá)到充分發(fā)揮各組元的作用，即達(dá)到揚(yáng)長(zhǎng)避短，而且各單元組元仍保留著固有的特性。39復(fù)合材料的界面設(shè)計(jì)原則

復(fù)合材料的界面，并不是個(gè)理想的幾何面。實(shí)驗(yàn)證明，復(fù)合材料相與相之間的兩相交接區(qū)是一個(gè)具有相當(dāng)厚度的界面層，兩相的接觸會(huì)引起多種界面效應(yīng)，隨界面層的結(jié)構(gòu)和性能不同于它兩側(cè)鄰兩側(cè)相的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，具有如下特點(diǎn)：具有一定厚度性能在厚度方向上有梯度變化隨環(huán)境條件變化而改變40界面效應(yīng)界面層的存在，導(dǎo)致界面效應(yīng)的發(fā)生(1)分割效應(yīng)：—個(gè)連續(xù)體被分割成許多小區(qū)域，從而對(duì)基體力學(xué)性能造成影響。(2)不連續(xù)件止：在界面上引起的物理性質(zhì)的不連續(xù)性和界面摩擦出現(xiàn)的現(xiàn)象，如電阻，介電特性，耐熱性，尺寸穩(wěn)定性等。(3)散射和吸收效應(yīng)：光波、聲波、熱彈性波、沖擊波等在界面產(chǎn)生的散射和吸收.(4)感應(yīng)效應(yīng)：在界面上產(chǎn)生的感應(yīng)效應(yīng)，特別是應(yīng)變、內(nèi)應(yīng)力和由此引出的現(xiàn)象41界面設(shè)計(jì)原則

適度粘接的界面層

界面的作用：（1）把施加在整體上的力，由基體通過(guò)界面層傳遞到增強(qiáng)材料組元。（2）在一定的應(yīng)力條件下能夠脫粘，以及使增強(qiáng)纖維從基體拔出并發(fā)生摩擦。這樣就可以借助脫粘增大表面能、拔出和摩擦功等形式來(lái)吸收外加載荷的能量以達(dá)到提高其抗破壞能力。合適性質(zhì)的界面層一種是界面層的模量應(yīng)介于增強(qiáng)材料與基體材料之間，最好形成梯度過(guò)渡。另一種觀點(diǎn)是界面層的模量低于增強(qiáng)材料與基體，最好是一種類似橡膠的彈性體，在受力時(shí)有較大的形變。42界面對(duì)性能的影響43聚合物基復(fù)合材料的界面設(shè)計(jì)關(guān)?。涸鰪?qiáng)界面的浸潤(rùn)性金屬基復(fù)合材料的界面設(shè)計(jì)關(guān)?。海?）對(duì)增強(qiáng)材料進(jìn)行表面處理，增強(qiáng)浸漬性和防止界面反應(yīng)（2）選擇金屬元素。改變基體的合金成分，造成某一元素在界面上富集形成阻擋層來(lái)控制界面反應(yīng)。陶瓷基復(fù)合材料的界面設(shè)計(jì)關(guān)健：需要一種既能提供界面粘接又能發(fā)生脫粘的界面層，這樣才能充分改善陶瓷材料韌性差的缺點(diǎn)。441、混合法則（mixingrule）Pc

：復(fù)合材料的某性能，如強(qiáng)度、彈性模量、熱導(dǎo)率等；Pi

：各組分材料的對(duì)應(yīng)復(fù)合材料的某性能；V

：組成復(fù)合材料各組分的體積百分比；i：表示組成復(fù)合材料的組分?jǐn)?shù)。

452、增韌機(jī)制復(fù)合材料在受沖擊載荷時(shí)材料發(fā)生破壞（斷裂），其韌性大小取決于材料吸收沖擊能量大小和抵抗裂紋擴(kuò)展的能力，以纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為例，主要有纖維的拔出、纖維與基體的脫粘、纖維搭橋等增韌機(jī)制。界面作用在基體和分散相之間必然存在把不同材料結(jié)合在一起的接觸面－界面。復(fù)合材料的界面實(shí)質(zhì)上是具有納米級(jí)以上厚度的界面層，有的還會(huì)形成與增強(qiáng)材料和基體有明顯差別的新相，稱之為界面相。界面的粘結(jié)強(qiáng)度是衡量復(fù)合材料中增強(qiáng)材料與基體間界面結(jié)合狀態(tài)的一個(gè)指標(biāo)。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)合材料而言，界面粘結(jié)強(qiáng)度過(guò)高或過(guò)弱都不利于材料的力學(xué)性能。

46顆粒增強(qiáng)原理

彌散增強(qiáng)原理彌散增強(qiáng)復(fù)合材料是由彌散微粒與基體復(fù)合而成。其增強(qiáng)機(jī)理與金屬材料析出強(qiáng)化機(jī)理相似，可用位錯(cuò)（鏈段）繞過(guò)理論解釋。載荷主要由基體承擔(dān)，彌散微粒阻礙基體的位錯(cuò)（鏈段）運(yùn)動(dòng)，微粒阻礙總體位錯(cuò)（鏈段）運(yùn)動(dòng)能力越大，增強(qiáng)效果愈大。474.2.5聚合物基復(fù)合材料界面界面的形成對(duì)于聚合物基復(fù)合材料，其界面的形成可以分成兩個(gè)階段：第一階段是基體與增強(qiáng)纖維的接觸與浸潤(rùn)過(guò)程。由于增強(qiáng)纖維對(duì)基體分子的各種基團(tuán)或基體中各組分的吸附能力不同，它總是要吸附那些能降低其表面能的物質(zhì)，并優(yōu)先吸附那些能較多降低其表面能的物質(zhì)。因此界面聚合層在結(jié)構(gòu)上與聚合物本體是不同的。48第二階段是聚合物的固化階段。在此過(guò)程中聚合物通過(guò)物理的或化學(xué)的變化而固化，形成固定的界面層。固化階段受第一階段影響，同時(shí)它直接決定著所形成的界面層的結(jié)構(gòu)。以熱固性樹(shù)脂的固化過(guò)程為例，樹(shù)脂的固化反應(yīng)可借助固化劑或靠本身官能團(tuán)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在利用固化劑固化的過(guò)程中，固化劑所在位置是固化反應(yīng)的中心，固化反應(yīng)從中心以輻射狀向四周擴(kuò)展，最后形成中心密度大、邊緣密度小的非均勻固化結(jié)構(gòu)。49界面層的結(jié)構(gòu)大致包括界面的結(jié)合力、界面的區(qū)域(厚度)和界面的微觀結(jié)構(gòu)等幾個(gè)方面。界面結(jié)合力存在于兩相之間，并由此產(chǎn)生復(fù)合效果和界面強(qiáng)度。界面結(jié)合力又可分為宏觀結(jié)合力和微觀結(jié)合力，前者主要指材料的幾何因素，如表面的凹凸不平、裂紋、孔隙等所產(chǎn)生的機(jī)械鉸合力；后者包括化學(xué)鍵和次價(jià)鍵，這兩種鍵的相對(duì)比例取決于組成成分及其表面性質(zhì)。化學(xué)鍵結(jié)合是最強(qiáng)的結(jié)合，可以通過(guò)界面化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生。通常進(jìn)行的增強(qiáng)纖維表面處理就是為了增大界面結(jié)合力。水的存在常使界面結(jié)合力顯著減弱，尤其是玻璃表面吸附的水嚴(yán)重削弱玻璃纖維與樹(shù)脂之間的界面結(jié)合力。

50界面及其附近區(qū)域的性能、結(jié)構(gòu)都不同于組分本身，因而構(gòu)成了界面層?；蛘哒f(shuō)。界面層是由纖維與基體之間的界面以及纖維和基體的表面薄層構(gòu)成的，基體表面層的厚度約為增強(qiáng)纖維的數(shù)十倍，它在界面層中所占的比例對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能有很大影響。對(duì)于玻璃纖維復(fù)合材料，界面層還包括偶聯(lián)劑生成的偶聯(lián)化合物。增強(qiáng)纖維與基體表面之間的距離受化學(xué)結(jié)合力、原子基團(tuán)大小、界面固化后收縮等方面因素影響。

514.2.6金屬基復(fù)合材料界面

在金屬基復(fù)合材料中往往由于基體與增強(qiáng)物發(fā)生相互作用生成化合物。基體與增強(qiáng)物的互擴(kuò)散而形成擴(kuò)散層，增強(qiáng)物的表面預(yù)處理涂層，使界面的形狀、尺寸、成分、結(jié)構(gòu)等變得非常復(fù)雜。

521、界面的類型界面比聚合物基復(fù)合材料復(fù)雜的多。其中I類界面是平整的，厚度僅為分子層的程度。除原組成成分外，界面上基本不含其它物質(zhì)；II類界面是由原組成成分構(gòu)成的犬牙交錯(cuò)的溶解擴(kuò)散型界面；III類界面則含有亞微級(jí)左右的界面反應(yīng)物質(zhì)(界頂反應(yīng)層)。界面類型還與復(fù)合方法有關(guān)。

5354金屬基纖維復(fù)合材料的界面結(jié)合可以分成以下幾種形式：（1）物理結(jié)合物理結(jié)合是指借助材料表面的粗糙形態(tài)而產(chǎn)生的機(jī)械鉸合，以及借助基體收縮應(yīng)力包緊纖維時(shí)產(chǎn)生的摩擦結(jié)合。這種結(jié)合與化學(xué)作用無(wú)關(guān)。純屬物理作用，結(jié)合強(qiáng)度的大小與纖維表面的粗糙程度有很大關(guān)系。(2)溶解和浸潤(rùn)結(jié)合這種結(jié)合與表4—1中的II類界面對(duì)應(yīng)。纖維與基體的相互作用力是極短程的，只有若干原子間距。由于纖維表面常存在氧化物膜，阻礙液態(tài)金屬的浸潤(rùn)，這時(shí)就需要對(duì)纖維表面進(jìn)行處理．如利用超聲波法通過(guò)機(jī)械摩擦力破壞氧化物膜，使纖維與基體的接觸角小于90度，發(fā)生浸潤(rùn)或局部互溶以提高界面結(jié)合力。當(dāng)然，液態(tài)金屬對(duì)纖維的涅潤(rùn)性也與溫度有關(guān)。

55(3)反應(yīng)結(jié)合。反應(yīng)結(jié)合與表4—1中的111類界面對(duì)應(yīng)。其特征是在纖維與基體之間形成新的化合物層，即界面反應(yīng)層。界面反應(yīng)層往往不是單一的化合物，如硼纖維增強(qiáng)鈦鋁合金、在界面反應(yīng)層內(nèi)有多種反應(yīng)產(chǎn)物。一般情況下，隨反應(yīng)程度增加，界面結(jié)合強(qiáng)度亦增大，但由于界面反應(yīng)產(chǎn)物多為脆性物質(zhì)，所以當(dāng)界面層達(dá)到一定厚度時(shí)，界面上的殘余應(yīng)力可使界面破壞，反而降低界面結(jié)合強(qiáng)。562、影響界面穩(wěn)定性的因素與聚合物基復(fù)合材料相比，耐高溫是金屬基復(fù)合材料的主要特點(diǎn)。因此，金屬基復(fù)合材料的界面能否在所允許的高溫環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定，是非常重要的。影響界面穩(wěn)定性的因素包括物理的和化學(xué)的兩個(gè)方面。物理方面的不穩(wěn)定因素主要指在高溫條件下增強(qiáng)纖維與基體之間的熔融。例如、用粉末冶金法制成的鎢絲增強(qiáng)鎳合金材料，由于成型溫度較低，鎢絲直徑未溶入合金，故其強(qiáng)度基本不變，但若在1100℃左右使用50h，則鎢絲直徑僅為原來(lái)的60％，強(qiáng)度明顯降低，表明鎢絲已溶入鎳合金基體中。在某些場(chǎng)合這種互溶現(xiàn)象不一定產(chǎn)生不良的效果。57化學(xué)方面的不穩(wěn)定因素上要與復(fù)合材料在加工和使用過(guò)程中發(fā)生的界面化學(xué)作用有關(guān)。它包括連續(xù)界面反應(yīng)、交換式界面反應(yīng)和暫穩(wěn)態(tài)界面變化等幾種現(xiàn)象。其中，連續(xù)界面反應(yīng)對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響最大。這種反應(yīng)有兩種可能：發(fā)生在增強(qiáng)纖維一側(cè)，或者基體一側(cè)。前者是基體原于通過(guò)界層層向纖維擴(kuò)散，后者則相反。58交換式界面反應(yīng)的不穩(wěn)定因素主要出現(xiàn)在含有兩種或兩種以上合金的基體中。增強(qiáng)纖維優(yōu)先與合金基體中某一元素反應(yīng)，使含有該元素的化合物在界面層富集，而在界面層附近的基體中則缺少這種元素，導(dǎo)致非界面化合物的其它元素在界面附近富集。同時(shí)，化合物的元素與基體中的元素不斷發(fā)生交換反應(yīng)，直至達(dá)到平衡。例如，在碳纖維／鋁鈦銅合金材料中，由于碳與鈦反應(yīng)的自由能低，故優(yōu)先生成碳化鈦，使得界面附近的鋁、銅富集。

59暫穩(wěn)態(tài)界面變化是由于增強(qiáng)纖維表面局部存在氧化層所致。對(duì)于硼纖維／鋁材料，若采用固態(tài)擴(kuò)散法成型工藝。界面上將產(chǎn)生氧化層，但它的穩(wěn)定性差，在長(zhǎng)時(shí)間熱環(huán)境下氧化層容易發(fā)生球化而影響復(fù)合材料性能。界面結(jié)合狀態(tài)對(duì)金屬基復(fù)合材料沿纖維方向的抗張強(qiáng)度有很大影響．對(duì)剪切強(qiáng)度、疲勞特性能等也有不同程度的影響。界面結(jié)合強(qiáng)度過(guò)高或過(guò)低都不利，適當(dāng)?shù)慕缑娼Y(jié)合強(qiáng)度才能保證復(fù)合材料具有最佳的抗張強(qiáng)度。一般情況下，界面結(jié)合強(qiáng)度越高，沿纖維方向的剪切強(qiáng)度越大。在交變載荷作用下，復(fù)合材料界面的松脫會(huì)導(dǎo)致纖維與基體之間摩擦生熱加劇破壞過(guò)程。因此就改善復(fù)合材料的疲勞性能而言，界面強(qiáng)度稍強(qiáng)一些為好。

603．殘余應(yīng)力在金屬基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，除了要考慮化學(xué)力面的因素外，還應(yīng)注意增強(qiáng)纖維與金屬基體的物理相容性。物理相容性要求金屬基體有足夠的韌性和強(qiáng)度，以便能夠更好地通過(guò)界面將載荷傳送給增強(qiáng)纖維；還要求在材料中出現(xiàn)裂紋或位錯(cuò)(金屬晶體中的一種缺陷，其特征是兩維尺度很小而第三維尺度很大，金屬發(fā)生塑性形變時(shí)伴隨著位錯(cuò)的移動(dòng))移動(dòng)時(shí)基體上產(chǎn)生的局部應(yīng)力不在增強(qiáng)纖維上形成高應(yīng)力。61物理相容性中最重要的是要求纖維與基體的熱膨脹系數(shù)匹配。如果基體的韌性較強(qiáng)、熱膨脹系數(shù)也較大，復(fù)合后容易產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力，而增強(qiáng)纖維多為脆性材料，復(fù)合后存易出現(xiàn)壓縮殘余應(yīng)力。因而不能選用模量很低的基體與模量很高的纖維復(fù)合，否則纖維容易發(fā)生屈曲。當(dāng)纖維中殘余應(yīng)力是壓應(yīng)力時(shí)，應(yīng)注意纖維的屈曲；當(dāng)基體的殘余應(yīng)力為拉應(yīng)力時(shí)，應(yīng)考慮界面和基體中的裂紋擴(kuò)展。如果情況相反，那么纖維和基體正好發(fā)揮各自所長(zhǎng)。因此，在選擇金屬基復(fù)合材料的組分材料時(shí)，為避免過(guò)高的殘余應(yīng)力，要求增強(qiáng)纖維與基體的熱膨脹系數(shù)不要相差很大。

624.2.7陶瓷基復(fù)合材料界面

在陶瓷基復(fù)合材料中，增強(qiáng)纖維與基體之間形成的反應(yīng)層質(zhì)地比較均勻，對(duì)纖維和基體都有能很好地結(jié)合，但通常它是脆性的。因增強(qiáng)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。當(dāng)反應(yīng)層達(dá)到某—厚度時(shí)，復(fù)合材料的抗張強(qiáng)度開(kāi)始降低。此時(shí)反應(yīng)層的厚度可定義為第一臨界厚度。如果反應(yīng)層厚度繼續(xù)增大、材料強(qiáng)度亦隨之降低。直至達(dá)某一強(qiáng)度時(shí)不再降低，這時(shí)反應(yīng)層厚度稱為第二臨界厚度。

634.3增強(qiáng)材料的表面處理

通常增強(qiáng)纖維的表面比較光滑。比表面積小，表面能較低，具有活性的表面一般不超過(guò)總表面的10％、呈現(xiàn)憎液性，所以這類纖維較難通過(guò)化學(xué)的或物理的作用與基體形成牢固的結(jié)合。為了改進(jìn)纖維與基體之間的界面結(jié)構(gòu)，改善二者的復(fù)合性能，需要對(duì)增強(qiáng)纖維進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?。所謂表面處理就是在增強(qiáng)材料表面涂覆上一種稱為表面處理劑的物質(zhì)，這種表面處理劑包括浸潤(rùn)劑及一系列偶聯(lián)劑和助劑等物質(zhì)，以利于增強(qiáng)材料與基體間形成一個(gè)良好的粘結(jié)界面，從而達(dá)到提高復(fù)合材料各種性能的目的。

644.3.1玻璃纖維

本世紀(jì)40年代初期發(fā)展起來(lái)的玻璃纖維增強(qiáng)塑料即玻璃鋼，由于它具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、耐腐蝕、絕緣性好等優(yōu)良性能、已被廣泛應(yīng)用于航空、汽車、機(jī)械、造船、建材和體育器材等方面。玻璃纖維的表面狀態(tài)及其與基體之間的界面狀況對(duì)玻璃纖維復(fù)合材料的性能有很大影響。玻璃纖維的主要成分是硅酸鹽。通常玻璃纖維與樹(shù)脂的界面粘結(jié)性不好，故常采用偶聯(lián)劑涂層的方法對(duì)纖維表面進(jìn)行處理。65有機(jī)鉻合物類表面處理劑，是有機(jī)酸與氯化鉻的絡(luò)合物，該類處理劑在無(wú)水條件下的結(jié)構(gòu)式為A。有機(jī)鉻絡(luò)合物的品種較多，其中以甲基丙烯酸氯化鉻配合物(Volan，沃蘭)應(yīng)用最為廣泛，其結(jié)構(gòu)式如B。用它作偶聯(lián)劑時(shí)，水解使配合物中的氯原于被羥基取代，并與吸水的玻璃纖維表面的硅羥基形成氫鍵，干燥脫水后配合物之間以及配合物與玻璃纖維之間發(fā)生醚化反應(yīng)形成共價(jià)鍵結(jié)合。

6667沃蘭對(duì)玻璃纖維表面的處理機(jī)理如下1．沃蘭水解682．玻璃纖維表面吸水，生成羥基693．沃蘭與吸水的玻璃纖維表面反應(yīng)（1）沃蘭之間及沃蘭與玻璃纖維表面間形成氫鍵70(2)干燥(脫水)，沃蘭之間及沃蘭與玻璃纖維表面間縮合—醚化反應(yīng)71沃蘭的R基團(tuán)(CH3—C＝CH2)及Cr—OH(Cr—C1)將與基體樹(shù)脂反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)證明，纖維與樹(shù)脂的粘附強(qiáng)度隨玻璃纖維表面上鉻含量的提高而提高。開(kāi)始時(shí)，鉻只與玻璃纖維表面的負(fù)電位置接觸，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，鉻的聚集量逐漸增多，在聚集的鉻的總量中，與玻璃纖維產(chǎn)生化學(xué)鍵合的，不超過(guò)35％，但它所起的作用超過(guò)其余的鉻。因?yàn)榛瘜W(xué)鍵合的鉻比物理吸附的鉻處理效果約高10倍。此外，鉻絡(luò)合物本身之間脫水程度越高，聚合度越大，處理效果越好。

72另一類常用的偶聯(lián)劑是有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑，通常含有兩類功能性基團(tuán)，其通式為RnSiX(4-n)。其中x指可與玻璃纖維(或無(wú)機(jī)顆粒填充劑)表面發(fā)生反應(yīng)的官能團(tuán)；R代表能與有機(jī)樹(shù)脂反應(yīng)或可與樹(shù)脂相互溶解的有機(jī)基團(tuán)，不同的R基團(tuán)適用于不同類型的樹(shù)脂。有機(jī)硅烷處理劑的處理機(jī)理如下：1.有機(jī)硅烷水解生成硅醇；2玻璃纖維表面吸水生成羥基；3.硅醇與吸水的玻璃纖維表面反應(yīng)：表面生成氫鍵、低溫干燥，硅醇間進(jìn)行醚化反應(yīng)、高溫干燥，硅醇與吸水玻璃纖維進(jìn)行醚化反應(yīng)。

73用表面處理劑處理玻璃纖維的方法，目前采用的有三種：1.前處理法：這種方法既能滿足抽絲和紡織工序要求、又能促使纖維和樹(shù)脂浸潤(rùn)與粘接的處理劑代替紡織型浸潤(rùn)劑，在玻璃纖維抽絲過(guò)程中。涂覆到玻璃纖維上．所以這種處理劑又叫做“增強(qiáng)型濕潤(rùn)劑”經(jīng)增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑處理過(guò)的玻璃纖維，織成的布叫前處理布。這種纖維布在制成復(fù)合材料時(shí)，可直接使用不需再經(jīng)處理。2.后處理法；這是目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的處理方法。處理過(guò)程分兩步進(jìn)行：第一布先除去抽絲過(guò)程涂覆在玻璃纖維表面的紡織浸潤(rùn)劑。第二步，纖維經(jīng)處理劑浸漬、水洗、烘干，使玻璃纖維表面上覆上一層處理劑。

74除去紡織型浸潤(rùn)劑的方法，主要有洗滌法和熱處理法兩種，常用的是熱處理法。熱處理就是用加熱方法，使涂覆在玻璃纖維表面上的浸潤(rùn)劑組分，經(jīng)揮發(fā)、烘燒、碳化而除去。熱處理溫度一般為350-450度，通常是連續(xù)進(jìn)行，處理時(shí)間為幾十秒鐘到幾分鐘，視處理溫度高低而定。熱處理后纖維上浸潤(rùn)劑的殘銷量應(yīng)為0.1％—0.3％之間。熱處理會(huì)使纖維強(qiáng)度下降，如在500℃條件上，處理一分鐘，玻璃纖維的強(qiáng)度下降約40％—50％。但由于經(jīng)熱處理后纖維與樹(shù)脂間的粘接強(qiáng)度提高，使復(fù)合材料的強(qiáng)度提高，所以熱處理雖使纖維強(qiáng)度下降，仍較普遍地采用。75。熱處理后的纖維，因其表面完全裸露在空氣中，很容易吸附空氣中的水、所以應(yīng)及時(shí)用處理劑處理或直接用于成型。洗滌法是根據(jù)浸潤(rùn)劑的組成，采用堿液、肥皂水、有機(jī)溶劑等，分解和洗去浸潤(rùn)劑。經(jīng)洗滌后，纖維上浸潤(rùn)劑的殘存量為0.3％-0.5％。

76第三步是用處理劑處理纖維表面的關(guān)鍵是處理劑濃度的控制、處理劑的配制及使用，以及處理后的烘干制度。3.遷移法此方法是將化學(xué)處理劑加入到樹(shù)脂膠粘劑中，在纖維浸膠過(guò)程中，處理劑與經(jīng)過(guò)熱處理后的纖維接觸，當(dāng)樹(shù)脂固化時(shí)產(chǎn)生偶聯(lián)作用。這種方法處理的效果比以上兩種方法差。774．3．2碳纖維由于碳纖維本身的結(jié)構(gòu)特征(沿纖維軸擇優(yōu)取向的同質(zhì)多晶)，使其與樹(shù)脂的界面粘結(jié)力不大(特別是石墨碳纖維)、因此用未經(jīng)表面處理的碳纖維制成的復(fù)合材料其層間剪切強(qiáng)度較低，可用于碳纖維表面處理的方法較多，如氧化、沉積、電聚合與電沉積、等離于體處理等。

78最早采用的是氧化法，目的在于增加纖維表面粗糙度和極性基含量。氧化法有液相氧化和氣相氧化之分。液相氧化法又可分成介質(zhì)直接氧化和陽(yáng)極氧化。前者使用的氧化劑有濃硝酸、次氯酸鈉、磷酸、等，處理時(shí)將碳纖維浸入氧化劑溶液中一定時(shí)間，然后充分洗滌即可。這種方法公害嚴(yán)重，很少采用。陽(yáng)極氧化是目前工業(yè)業(yè)上較普遍采用的一種碳纖維表面處理方法。其基本原理是將碳纖維作為陽(yáng)極，鎳板或石墨電極作為陰極，在含有NaOH,NH4HCO3，HNO3等電解質(zhì)溶液中通電處理。用初生態(tài)氧對(duì)纖維表面進(jìn)行氧化刻蝕。纖維的處理時(shí)間從數(shù)秒到數(shù)十分鐘不等，處理后應(yīng)盡快洗除表面的電解質(zhì)。氣相氧化法中使用的氧化劑為空氣、氧氣、臭氧、二氧化碳等，通過(guò)改變氧化劑種類、處理溫度及時(shí)間等可以改變纖維的氧化程度。

79沉積法一般指在高溫或還原件氣氛中，使烴類、金屬鹵化物等以碳、碳化物的形式在纖維表面形成沉積膜或生長(zhǎng)晶須。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維表面進(jìn)行改性的目的。例如，使低分子碳化物(如CH4，C2H2。C2H6)在通電的碳纖維表面沉積形成碳?xì)浠衔锿繉?；在纖維表面涂覆二茂鐵、乙酰丙酮鉻等金屬有機(jī)配合物溶液，使之與纖維表面的碳原于結(jié)合，起到連接基體的偶聯(lián)作用；使纖維在氧化性氣氛中進(jìn)行短時(shí)間熱處理，然后用適當(dāng)?shù)臉?shù)脂涂覆纖維表面等。沉積法對(duì)纖維力學(xué)能影響不大，主要是利用涂層來(lái)增加纖維與基體之間的界面結(jié)合力。80電聚合法是將碳纖維作為陽(yáng)極，在電解液中加入帶不飽和鍵的丙烯酸酯、苯乙烯、醋酸乙烯、丙烯晴等單體，通過(guò)電極反應(yīng)產(chǎn)生自由基，在纖維表面發(fā)生聚合而形成含有大分子支鏈的碳纖維。電聚合反應(yīng)速度很快，只需數(shù)秒到數(shù)分鐘，對(duì)纖維幾乎沒(méi)有損傷。經(jīng)電聚合處理后，碳纖維復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度都有一定程度的提高。電沉積法與電聚合法類似，利用電化學(xué)的方法使聚合物沉積和覆蓋于纖維表面，改進(jìn)纖維表面對(duì)基體的粘附作用。若使含有羥基的單體在纖維表面沉積，則碳纖維與環(huán)氧樹(shù)脂基體之間可形成化學(xué)鍵，有利于改進(jìn)復(fù)合材料的剪切性能、抗沖擊性能等。

81近年來(lái)等離子技術(shù)處理碳纖維表面方面得到應(yīng)用。等離子體是含有離子、電子、自由基、激發(fā)的分子和原子的電離氣體，它們都是發(fā)光的和電中性的，可由電學(xué)放電、高頻電磁振蕩、激光、高能輻射等方法產(chǎn)生，等離子體可分為三種：熱等離子體、低溫(冷)等離子體和混合等離子體。低溫等離子體是在減壓條件下利用輝光放電產(chǎn)生的。用于處理增強(qiáng)纖維表面的等離子體主要為低溫等離子體。等離子體處理時(shí)所需能量遠(yuǎn)低于熱化學(xué)反應(yīng)。改性只發(fā)生在纖維表面處理時(shí)間短而效率高。如可除去纖維弱的表面層、改變纖維表面形態(tài)(刻蝕或氧化)、創(chuàng)立一些活性位置(反應(yīng)官能團(tuán))以及由纖維表層向內(nèi)部擴(kuò)散并發(fā)生交聯(lián)(特別是對(duì)碳纖維或有機(jī)纖維)等，從而改善纖維表面浸潤(rùn)性和與樹(shù)脂基體的反應(yīng)性。82例如，用O2低溫等離子體處理石墨碳纖維表面后，可使復(fù)合材料的剪切強(qiáng)度提高一倍以上；通過(guò)等離