復(fù)合材料是由兩個或多個不同的相(基體相和分散相)組成的材料,其本體性質(zhì)與任何一種成分的材料都顯著不同。復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)在很大程度上決定了其性能,影響復(fù)合材料性能的結(jié)構(gòu)因素如下:
分散相與基體界面的結(jié)合強度 ;
分散相的形狀(顆粒、纖維、層壓板);
分散相的取向(隨機或取向)。
1、界面結(jié)合
基體相和分散相之間的良好粘結(jié)(粘附力)可將載荷轉(zhuǎn)移到材料上,并通過界面?zhèn)鬟f給分散相。因此,界面粘合對于實現(xiàn)復(fù)合材料的高機械性能是必需的。
基體相和分散相之間存在三種形式的結(jié)合:
沒有中間層的直接粘合。在這種情況下,可以通過共價鍵或范德華力來提供附著力(“潤濕”)。
中間層為固、溶體形式的基質(zhì)和分散相組成。
第三粘結(jié)相(膠粘劑)形式的中間層(中間相)。
2、分散相的形狀與取向
2.1 顆粒復(fù)合材料
顆粒狀復(fù)合材料由以顆粒形式分散相增強的基質(zhì)組成。分散顆粒對復(fù)合材料性能的影響取決于顆粒尺寸。
細小的顆粒(直徑小于0.25微米)精細分布在基體中,阻礙了位錯運動和材料變形,這種強化作用類似于沉淀硬化。與沉淀硬化相反,當(dāng)沉淀顆粒溶解在基質(zhì)中時,沉淀硬化在升高的溫度下消失,而顆粒復(fù)合材料(陶瓷顆粒)的分散相通常在高溫下是穩(wěn)定的,因此保留了增強作用。許多顆粒復(fù)合材料主要用于高溫領(lǐng)域。
較大的分散相顆粒具有較低的強化作用,但是它們能夠分擔(dān)施加到材料上的載荷,從而使得剛度增加和延展性降低。分散在較軟基質(zhì)中的硬顆??稍黾幽湍バ?。較硬的基體中的軟分散顆粒改善了切削性(鋼或銅基體中的鉛顆粒),并降低了摩擦系數(shù)(鋁基體中的錫或銅基體中的鉛)。

具有高電導(dǎo)率基體(銅,銀)和難熔分散相(鎢、鉬)的復(fù)合材料可在高溫電氣應(yīng)用中使用。當(dāng)這些材料的分散相由彼此平行放置的二維平板狀薄片(薄片)組成時,材料會表現(xiàn)出各向異性。在薄片平行于特定平面取向的情況下,材料在平行于平面的所有方向上顯示出相同的特性,而在垂直于平面的方向上顯示出不同的特性。
2.2 纖維復(fù)合材料
纖維形式的分散相(纖維復(fù)合材料)改善了材料的強度、剛度和斷裂韌性,阻止了在垂直于纖維方向上的裂紋擴展。當(dāng)纖維沿特定方向(優(yōu)選取向)排列并且沿相同方向施加應(yīng)力時,強度增加的效果變得更加顯著。

長纖維(連續(xù)纖維)增強的復(fù)合材料比在短纖維(非連續(xù)纖維)增強的復(fù)合材料增強效果顯著。短纖維增強復(fù)合材料由不連續(xù)纖維形式的分散相增強的基質(zhì)組成(長度<100 *直徑),分擔(dān)載荷的能力有限。

連續(xù)纖維增強復(fù)合材料承受的外部負載主要由分散相-纖維承擔(dān)。這種材料中的基體僅用作纖維的粘合劑,使纖維保持所需的形狀,并保護其免受機械或化學(xué)損害。
2.3 層壓復(fù)合材料
層壓復(fù)合材料由具有不同各向異性取向的層或由分散相增強的片狀基體組成。當(dāng)纖維增強復(fù)合材料由具有不同纖維取向的幾層組成時,它稱為多層(角層)復(fù)合材料。
層壓復(fù)合材料在垂直于纖維或片材的優(yōu)選取向的兩個方向上并且僅在一個方向上提供增強的機械強度,該材料的機械性能低。
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