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第四章

复合材料的界面

第一节复合原则

要想制备一种好的复合材料,首先应

根据所要求的性能进行设计,这样才能成

功地制备出性能理想的复合材料

复合材料的设计应遵循的原则如下:

一、材料组元的选择

挑选最合适的材料组元尤为重要。

在选择材料组元时,首先应明确各组

元在使用中所应承担的功能,也就是说,

必须明确对材料性能的要求。

对材料组元进行复合,即要求复合后

材料达到如下性能,如高强度、高刚度、

高耐蚀、耐磨、耐热或其它的导电、传热

等性能或者某些综合性能如既高强又耐蚀、

耐热

因此,必须根据复合材料所需的性能来

选择组成复合材料的基体村料和增强材料

例如,若所设计的复合材料是用作结构

件,则复合的目的就是要使复合后材料具有

最佳的强度、刚度和韧性等

因此,设计结构件复合材料时,首先必

须明确其中一种组元主要起承受载荷的作用,

它必须具有高强度和高模量。这种组元就是

所要选择的增强材料;

而其它组元应起传递载荷及协同的作用,

而且要把增强材料粘结在一起,这类组元就

是要选的基体材料。

其次,除考慮性能要求外,还应考虑组

成复合材料的各组元之间的相容性,这包括

物理、化学、力学等性能的相容,使材料各

组元彼此和谐地共同发挥作用

在任何使用环境中,复合材料的各组元

之间的伸长、弯曲、应变等都应相互或彼此

协调一致

第三,要考虑复合材料各组元之间的浸润

性,使增强材料与基体之间达到比较理想的具

有一定结合强度的界面

适当的界面结合强度不仅有利于提高材料

的整体强度,更重要的是便于将基体所承受的

载荷通过界面传递给増强材料,以充分发挥其

增强作用。

若结合强度太低,界面很难传递載荷,

不能起潜在材料的作用,影响复合材料的整

体强度;

但结合强度太高也不利,它遏制复合材

料断裂对能量的吸收,易发生脆性断裂。

除此之外,还应联系到整个复合材料的

结构来考虑

具体到颗粒和纤维增强复合材料来

说,增强效果与颗粒或纤维的体积含量

直径、分布间距及分布状态有关

颗粒和纤维增强复合材料的设计原则

如下: