第3章 复合原理-good幻灯片.pptVIP

检测手段 原位测试仪——界面结合强度 扫描电镜 透射电镜 复合材料制造中，难免造成纤维的部分损伤，与基体结合也有缺陷，排列方向性也可能不够理想。考虑这些因素，工程中为了更准确地计算纤维方向的弹性模量，其计算式可改为 混杂纤维 短纤维（不连续纤维）增强复合材料受力时，力学特性与长纤维不同。该类材料受力基体变形时，短纤维上应力的分布载荷是基体通过界面传递给纤维的。在一定的界面强度下，纤维端部的切应力最大，中部最小。而作用在纤维上的拉应力是切应力由端部向中部积累的结果。所以拉应力端部最小，中部最大。 短纤维增强 弥散增强型 50μm 颗粒增强型 50μm 弥散增强 Dispersion-Strengthened Composites 弥散增强主要是针对金属基体，外加入颗粒尺寸小，而不是脱溶沉淀出的第二相。加入的都是硬质颗粒如Al2O3、TiC、SiC等。这些弥散于金属或合金中的颗粒，可以有效的阻止位错的运动，起到显著强化作用。因此，其强化机理与脱溶沉淀类似，基体仍是承受载荷的主体。正因为这些外加质点不是相变脱溶产生的，随温度的升高仍可保持原有的尺寸，所以其增强效果在高温仍能保持较长的时间，使复合材料的抗蠕变性能，持久性能明显优于基体合金。 颗粒尺寸：10~250nm 主要由基体承担载荷 弥散质点（微粒）阻碍基体中的位错运动或分子链运动 阻碍能力越大，强化效果越好（b-柏氏矢量 ） 根据位错绕过机制：屈服应力 τ=Gmb/Dp（G-切变模量 ） 假设基体理论断裂强度约为Gm/30 基体理论屈服强度约为Gm/100 把二者作为位错运动需要剪切应力的上限和下限 Dpmin=0.01 μm ，Dpmax=0.3 μm 当微粒间距在0.01-0.30μm之间时，微粒具有增强作用。 弥散增强 奥罗万机构 按照机构，位错线不能直接越过第二相粒子，但在外力的作用下，位错线可以环绕第二相粒子弯曲然后闭合，闭合后原位错分成一个位错环和一个新位错线，位错环围绕在第二相粒子并受到粒子的约束而不可动，新的位错线则继续向前运动。位错线的弯曲将会增加位错线的能量，也既增加了位错线运动的阻力。 奥罗万机构 条件： 质点是弥散于基体中且均匀分布的球形 d为微粒直径 Vp为体积分数 Gm为基体的切变模量 b为柏氏矢量 τy为复合材料的屈服强度 弥散质点的尺寸越小，体积分数越大，强化效果越好。 一般Vp=0.01-0.15，dp=0.01μm-0.3μm 基体发生位错运动时，复合材料产生塑性变形，此时剪 切应力τy即为复合材料的屈服强度 弥散增强  在金属基体中加入粒子进行增强与弥散强化的最大不同点是粒子的尺寸，粒子的尺寸为1~50 μm。其它参数粒子间距为1~25μm，体积分数为0.05~0.5。这种复合材料的粒子也可承担一部分载荷，基体仍承担主要载荷，通过粒子约束基体变形达到强化的目的。原则上加入的粒子仍然为坚硬的，几何形状也可以是任意的，但一般基本以几何对称形状居多。 粒子增强原理 Particulate Composites 复合材料密度： ρc=ρpφp+ρmφm 在外载荷的作用下,基体内位错滑移在基体/颗粒界面上受到阻滞,并在颗粒上产生应力集中,其值为: 根据位错理论,应力集中因子为 代入得 如果 时,颗粒开始破坏,产生裂纹,引起复合 材料变形,令 则有 由此得出颗粒增强复合材料的屈服强度为 将体视学关系代入 颗粒的尺寸越小，体积分数越大，强化效果越好。 一般在颗粒增强复合材料中，颗粒直径为 1 ~ 50 微米，颗粒间距为1 ~ 25微米，颗粒的体积分数为 0.05 ~ 0.5。 粒子增强 1. 机械结合：机械咬合，再加上热膨胀系数不同，基 体收缩抱住纤维。 说明：此时粗糙度起决定作用。(要求润湿 ) 钨丝/Al Vf=12% 界面状况 结合类型 性能（拉伸） 1.φ0.2mm 光滑 化学反应 95% 2.φ0.2mm 表面有C形成光滑表面 没有反应 35% 3.腐蚀，改变粗糙度φ0. 165mm 粗糙 没有反应 91% 粗糙表面能实现力的传递。 2.化学反应结合： 以B/Ti为例： M (Ti) f (B) B Ti 界面层 固溶体 化合物 TiB2 1.反应层由固溶体和化合物组 成 2. 过渡层厚度：温度，时间，合金化。 目前将润湿及反应一起考虑，即希望又能增加浸润性，而又减小反应的表面处理方法。 纤维增强金属基复合材料界面的类型 I。纤维与