《第3章复合原理good》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3章复合原理good（80页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 复合原理界 面参数连续变化界面参数不连续变化界面参数内容：晶体结构，元素浓度梯度，热膨胀系数，密度等界 面定义：两相界面处出现的物理参数和化学参数的不一致或不连续性。界面 一般把基体和增强物之间一般把基体和增强物之间化学成分化学成分有显著有显著变化变化的构成彼此结合的、能传送载荷作用的区域称之为的构成彼此结合的、能传送载荷作用的区域称之为界面。界面。 界面不是简单的几何面。而是一个过渡区域。界面不是简单的几何面。而是一个过渡区域。一般说该区域是从增强体内部性质不同的那一点开一般说该区域是从增强体内部性质不同的那一点开始到基体内部与基体性质相一致的某点为止。始到基体内部与基体性质相一致的
2、某点为止。该区该区域的材料结构与性能应该不同于组分材料的任意一域的材料结构与性能应该不同于组分材料的任意一个。可简称该区域为界面相个。可简称该区域为界面相(Interphase)或界面层或界面层(Interlayer)。 界面厚度很小，可以是几个界面厚度很小，可以是几个nm到几百个到几百个nm。界 面 作 用重要性：1. 界面所占面积多 2. 力的传递 3. 影响性能增韧内 容：1. 物理相容性 主要热膨胀差异引起的应力 2. 化学相容性 界面扩散，溶解，析出，反应研究最为复杂，关系最为重大研究最为复杂，关系最为重大n界面效应与界面结合状态、形态和物理-化学性质有关，也与界面两侧的组分材料的浸
3、润性、相容性、扩散性等密切相联.界面效应界面效应传递效应阻断效应 不连续效应 散射和吸收效应诱导(感应)效应 界面结晶效应 界面化学效应界面效应(1)(1)传递效应传递效应 界面能传递力界面能传递力, ,即将外力传递给即将外力传递给增强物增强物, ,起到基体与增强物的桥梁作用起到基体与增强物的桥梁作用。( (2)2)阻断效应阻断效应 阻止裂纹扩展，中断材料破坏，阻止裂纹扩展，中断材料破坏，减缓应力集中等。减缓应力集中等。(3)(3)不连续效应不连续效应 在界面上引起的物理性质的在界面上引起的物理性质的不连续性和界面摩擦出现的现象，如电阻、不连续性和界面摩擦出现的现象，如电阻、介电特性、磁性、耐
4、热性、尺寸稳定性等。介电特性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等。(4)(4)散射和吸收效应：散射和吸收效应：光波、声波、热弹性波、光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生的散射和吸收，如透光冲击波等在界面产生的散射和吸收，如透光性、隔热性、隔音性、耐冲击性等。性、隔热性、隔音性、耐冲击性等。复合材料的界面效应(5)(5)诱导诱导( (感应感应) )效应效应 一种物质一种物质( (通常是增强通常是增强物物) )的表面结构使另一种的表面结构使另一种( (通常是聚合物基体通常是聚合物基体) )与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生改变改变, ,由此产生一些现象由此产生
5、一些现象, ,如强的弹性、低的如强的弹性、低的膨胀性、耐冲击性和耐热性等。膨胀性、耐冲击性和耐热性等。(6)(6)界面结晶效应界面结晶效应 基体结晶时易在界面上形基体结晶时易在界面上形核，界面形核诱发了基体结晶核，界面形核诱发了基体结晶。(7)(7)界面化学效应界面化学效应 基体与增强体间的化学反基体与增强体间的化学反应，官能团、原于分子之间的作用应，官能团、原于分子之间的作用。阻止裂纹的扩展阻止裂纹的扩展不连续效应不连续效应电阻R1电阻R1电阻R2散射和吸收效应散射和吸收效应界面化学效应界面化学效应ROMHOHOHOHMHOOHSiRSiH2ORMHOOHSi无机表面聚合物表面传统的分子结构
6、不能有机地结合传统的分子结构不能有机地结合在一起在一起COLOYS的分子结构有机地结的分子结构有机地结合在一起合在一起油油水水相相溶溶界面的作用机理界面浸润理论界面浸润理论化学键理论化学键理论物理吸附理论物理吸附理论变形层理论变形层理论拘束层理论拘束层理论扩散层理论扩散层理论减弱界面局部应力作用理论减弱界面局部应力作用理论界面浸润理论 1963年年Zisman 主要论点：填充剂被液体树脂良好浸润是极其主要论点：填充剂被液体树脂良好浸润是极其重要，重要，浸润浸润不良易在界面形成空隙，使应力集不良易在界面形成空隙，使应力集中而使复合材料发生开裂；如果完全浸润，则中而使复合材料发生开裂；如果完全浸润
7、，则基体与填充剂间的粘结强度将大于基体的内聚基体与填充剂间的粘结强度将大于基体的内聚强度。强度。 两个表面结合与其表面能的关系。用表面张力两个表面结合与其表面能的关系。用表面张力表征表面能：表征表面能： 如果两个表面结合，体系由于减少了两个表面而如果两个表面结合，体系由于减少了两个表面而增加了一个界面，增加了一个界面，自由能降低自由能降低，定义为粘合功，定义为粘合功WA 任何物体都有减少其自身表面能的趋势，液任何物体都有减少其自身表面能的趋势，液体收缩成圆球状，固体则把其接触的液体铺体收缩成圆球状，固体则把其接触的液体铺展开覆盖其表面。展开覆盖其表面。 液滴在固体表面:当/2时，不浸润；当3.
8、5%时，性能下降，原因是反应过分。此时认为反应促进了浸润。（2）加入Mg。当Mg4%时，浸润。发现：Mg富集优先氧化与Al2O3形成MgOAl2O3尖晶石。此时认为Al的不浸润能是由Al2O3所致。（3）加入冰晶石。由于冰晶石能溶Al2O3，所以润湿问题得以解决。2.表面处理：对纤维涂层（1）镀金属：例如：碳纤维电镀一层Cr、Cu（2）化学沉积：例如：SiC、B4C、TiC、TiB2等改 善 润 湿 的 方 法涂层方法效果Ni电镀强度低Ag电镀不良Cu电镀强度低，短时间浸可达ROM的75Ti电镀ROM95B4CCVD强度低BCVD浸润不良SiCVD浸润不良TiCCVD浸润不良Ti+BCVD浸润
9、良好ROM95100Na,Zn,Mg熔融金属液（Na法）浸润良好ROM95100碳纤维表面涂层方法和效果碳纤维涂覆（碳纤维涂覆（碳纤维涂覆（碳纤维涂覆（Ti Ti B B）层）层）层）层TiCl4和BCl3进入反应室；载气氩气把Zn蒸汽也带入反应室，使Ti，B或钛硼化合物沉积在碳纤维上：TiCl4ZnZnCl2TiBCl3TiTiCl2B钠法1.表面涂覆Na2.被Zn置换获Zn涂覆层3.被Al置换获Al层化学键理论主要论点主要论点主要论点主要论点: : 处理增强剂表面的偶联剂应既含有能与增强剂起化学作用的官能团，又含有能与树脂基体起化学作用的官能团。由此在界面上形成共价键结合，可获得最强的界面
10、粘结能。若无偶联剂，如果基体与纤维表面可以发生化学反应，亦可形成牢固的界面。该理论的实质即强调增加界面的化学作用。物理吸附理论增强纤维与树脂基体之间的结合是属于机械铰合和基于次价键作用的物理吸附。偶联剂的作用主要是促进基体与增强纤维表面浸润。变形层理论 如果纤维与基体的热膨胀系数相差较大，固化成型后在界面会产生残余应力，将损伤界面和影响复合材料的性能。另外，在载荷作用下，界面上会出现应力集中，若界面化学键破坏，产生微裂纹，同样导致性能变差。增强纤维经表面处理后，在界面上形成一层塑性层，可以松弛并减小界面应力，这种理论称变形层理论。按照该理论，偶联剂形成的界面区应该是带有能与树脂基体相互扩散的聚
11、合链活性硅氧烷层或其他偶联剂层。它是建立在高分子聚合物材料相互粘结时引起表面扩散层的基础上。扩散层理论减弱界面局部应力作用理论减弱界面局部应力作用理论认为，基体与增强纤维之间的处理剂，提供了一种具有自愈能力的化学键。在载荷作用下，它处于不断形成与断裂的动态平衡状态。低分子物质(水)的应力浸蚀使界面化学键断裂，而在应力作用下处理剂能沿增强纤维表面滑移，使已断裂的键重新结合。与此同时，应力得以松弛，减缓了界面处的应力集中。 要形成复合材料、必须在界面上建立一定的结要形成复合材料、必须在界面上建立一定的结合力。界面结合力大致可分为物理结合力和化学结合力。界面结合力大致可分为物理结合力和化学结合力。物
12、理结合力一般指合力。物理结合力一般指范德华力范德华力，包括，包括偶极定向偶极定向力，诱导偶极定向力和色散力力，诱导偶极定向力和色散力，也可将氢键作用力，也可将氢键作用力归人归人物理结合力物理结合力范畴，该结合力大大高于前三种结范畴，该结合力大大高于前三种结合力；化学结合力是在界面上产生共价键和金属键。合力；化学结合力是在界面上产生共价键和金属键。实际上又根据界面形成中物理和化学形式进行分类。实际上又根据界面形成中物理和化学形式进行分类。陶瓷基和金局基复合材料分类情况类似，树脂基复陶瓷基和金局基复合材料分类情况类似，树脂基复合材料与前者有一定差别。合材料与前者有一定差别。界 面 类 型1. 1.
13、 机械结合：机械结合：机械结合：机械结合：机械咬合，再加上热膨胀系数不同，基机械咬合，再加上热膨胀系数不同，基 体收缩抱住纤维。体收缩抱住纤维。 说明：说明：说明：说明：此时粗糙度起决定作用。此时粗糙度起决定作用。( (要求要求润湿润湿 ) ) 钨丝钨丝/Al V/Al Vf f=12%=12%界面状况界面状况结合类型结合类型性能性能（拉伸）（拉伸）1.0.2mm1.0.2mm光滑光滑化学反应化学反应95%95%2.0.2mm2.0.2mm表面有表面有C C形成光滑表面形成光滑表面没有反应没有反应35%35%3.3.腐蚀，改变粗腐蚀，改变粗糙度糙度0. 165mm0. 165mm粗糙粗糙没有反
14、应没有反应91%91%粗糙表面能实现力的传递。2.2.化学反应结合：化学反应结合： 以B/Ti为例： M(Ti) f(B)BTi 界面层固溶体化合物TiB21.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纤维增强金属基复合材料界面的类型I。纤维与基体互不反应、互不溶解的界面。纤维与基体互不反应、互不溶解的界面。II。纤维与基体不反应、但相互溶解的界面。纤维与基体不反应、但相互溶解的界面。III。纤维与基体反应形成界面反应层。纤维与基体反应形成界面反应层。界面对性能的影响
15、1.界面反应层对抗拉强度的影响：反应层厚度x500埃例一：例一：B/TiB/Ti制造温度：制造温度：980980 接触时间：接触时间：1 1秒秒 反应厚度反应厚度500500埃埃在区，由于反应物薄，对纤维破坏不大区，由于反应物薄，对纤维破坏不大在在区，超过临界厚度时，区，超过临界厚度时，TiBTiB2 2本身是脆性，首先被破坏本身是脆性，首先被破坏在在区，纤维已不起作用区，纤维已不起作用 通常用界面剪切强度来表征上海交通大学提出直观法评定结合强度.以C/Al复合材料为例： 不良结合纤维大量拔出，长度很长，呈刷子状 结合适中纤维拔出，有一定长度 结合稍强出现不规律断面，拔出纤维很短 结合太强平断
16、口 弱界面弱界面和强界面强界面 界面结合的强弱界面结合的强弱与性能要求有关。如疲劳强度来说，希望强一点，因为在交变应力作用下，容易发生界面松脱现象。 在韧性要求时，应采用弱界面结合，允许有一定的蠕变。2.界面结合强度的概念：改善复合材料界面的方法改善复合材料界面的方法残余应力会引发裂纹的产生，导致复合材料强度下降。对残余应力会引发裂纹的产生，导致复合材料强度下降。对于树脂基复合材料，还会引起界面易受氧和水的环境作用，于树脂基复合材料，还会引起界面易受氧和水的环境作用，造成材料过早破坏。残余应力通常是造成材料过早破坏。残余应力通常是不可避免不可避免的，只能设的，只能设法减小。在加热和冷却后，热膨
17、胀系数较大的组分处于张法减小。在加热和冷却后，热膨胀系数较大的组分处于张应力，而另一组分则受到压应力。应力，而另一组分则受到压应力。1.1.降低界面残余应力降低界面残余应力2.2.基体改性、纤维表面改善基体改性、纤维表面改善通过基体改性和改进复合条件能有效地改变界面结合状通过基体改性和改进复合条件能有效地改变界面结合状态和断裂破坏的特征。态和断裂破坏的特征。纤维表面处理和涂层可改善纤维表面的性能，增加基体纤维表面处理和涂层可改善纤维表面的性能，增加基体的浸润性，防止界面不良的反应改善界面结合。例如碳的浸润性，防止界面不良的反应改善界面结合。例如碳纤维增强铝基复合材料中，由于纤维表面能很低，一般
18、纤维增强铝基复合材料中，由于纤维表面能很低，一般不能被铝浸润，但用化学气相沉积不能被铝浸润，但用化学气相沉积(CVD)(CVD)法在纤维表面法在纤维表面上形成上形成TiBTiB2 2并含有氯化物，则铝对其浸润能力不仅大大并含有氯化物，则铝对其浸润能力不仅大大改善，而且遏制了碳改善，而且遏制了碳- -铝界面的不良反应（铝界面的不良反应（AlAl4 4C C3 3）。）。3.3.选则合理的复合工艺和使用条件选则合理的复合工艺和使用条件(a)(a)是玻纤增强是玻纤增强PPPP（聚丙烯聚丙烯树脂树脂 ）的冲击试样的）的冲击试样的断口扫描电镜照片断口扫描电镜照片（a a）是加入）是加入MPPMPP相相容
19、剂的玻纤增强体容剂的玻纤增强体系，系，( a( a）中玻璃）中玻璃纤维与基体的结合纤维与基体的结合较好，纤维拔出较较好，纤维拔出较少少. .（b b）是未加相容剂的玻纤增强体系）是未加相容剂的玻纤增强体系从从中中可可以以看看出出，而而（b b）中中有有大大量量的的玻玻纤纤从从基基体体中中拔拔出出，证证明明与与基基体体的的粘粘接接性性较较差差，因因而而体体系系的的力力学学性能不高。性能不高。复合效应 线性效应线性效应非线性效应非线性效应界面效应界面效应尺寸效应尺寸效应各向异性效应各向异性效应 复合效应复合效应线性效应可细分为线性效应可细分为平均效应平均效应、平行效应、相补效应、平行效应、相补效应
20、、相抵效应。相抵效应。非线性效应可细分为非线性效应可细分为乘积效应乘积效应、系统效应、诱导效、系统效应、诱导效应、共振效应。应、共振效应。1 1 1 1、线性效应、线性效应、线性效应、线性效应（1 1 1 1）平均效应（混合效应）平均效应（混合效应）平均效应（混合效应）平均效应（混合效应） 复合材料的某项性能等于各组分的该项性能乘以该复合材料的某项性能等于各组分的该项性能乘以该复合材料的某项性能等于各组分的该项性能乘以该复合材料的某项性能等于各组分的该项性能乘以该组分体积分数之加和。可用混合物定律描述：组分体积分数之加和。可用混合物定律描述：组分体积分数之加和。可用混合物定律描述：组分体积分数
21、之加和。可用混合物定律描述： K K K Kc c c c = = = = K K K Ki i i ii i i i （并联模型）（并联模型）（并联模型）（并联模型） 1/1/1/1/K K K Kc c c c = = = = i i i i/ / / /K K K Ki i i i （串联模型）（串联模型）（串联模型）（串联模型）（2 2 2 2）平行效应）平行效应）平行效应）平行效应 复复复复合合合合材材材材料料料料的的的的某某某某项项项项性性性性能能能能与与与与其其其其中中中中某某某某一一一一组组组组分分分分的的的的该该该该项项项项性性性性能能能能基基基基本相当。本相当。本相当。本相
22、当。 K K K Kc c c c K K K Ki i i i （3 3）相补效应）相补效应 复合材料各组分复合后相互补充，弥补复合材料各组分复合后相互补充，弥补各自的弱点，产生优异的综合性能。各自的弱点，产生优异的综合性能。 C = AC = AB B（4 4）相抵效应）相抵效应 复复合合材材料料各各组组分分之之间间出出现现性性能能相相互互制制约约，使其性能低于混合物定律预测值。使其性能低于混合物定律预测值。 K Kc c c c K Ki i i ii i i i相补效应和相抵相应相补效应和相抵相应AB非线性效应非线性效应乘积效应乘积效应(Product ProPcnMs(Product
23、 ProPcnMs又叫传递特性，交叉耦合效应。又叫传递特性，交叉耦合效应。 例如对材料例如对材料X输入时输出为输入时输出为Y，即一种转换功，即一种转换功能材料能材料Y/X(如磁场压力的换能材料如磁场压力的换能材料)；而；而Y又作为又作为另一种材料的第二次输入，产生输出另一种材料的第二次输入，产生输出Z，即为另一，即为另一种换能材料种换能材料ZY(如电阻磁场转换材料如电阻磁场转换材料)。两种材。两种材料复合得出一新的机能材料，即料复合得出一新的机能材料，即Y/XZ/YZ/X(即即电阻压力转换材料电阻压力转换材料)。 乘积效应对开发新型功能材料指出了方向，因乘积效应对开发新型功能材料指出了方向，因
24、为这种效应不仅仅比单一材料获得很强的性能，甚为这种效应不仅仅比单一材料获得很强的性能，甚至还可利用它创造出任何单一材料都不存在的新的至还可利用它创造出任何单一材料都不存在的新的功能效应。功能效应。相乘效应相乘效应（X/Y）（Y/Z）=X/ZA A组元性质组元性质组元性质组元性质X/YX/YB B组元性质组元性质组元性质组元性质Y/ZY/Z 相乘性质相乘性质相乘性质相乘性质X/ZX/Z压磁效应压磁效应压磁效应压磁效应压磁效应压磁效应压磁效应压磁效应磁致伸缩磁致伸缩磁致伸缩磁致伸缩热致变形热致变形热致变形热致变形磁阻效应磁阻效应磁阻效应磁阻效应电磁效应电磁效应电磁效应电磁效应压阻效应压阻效应压阻效
25、应压阻效应压敏效应压敏效应压敏效应压敏效应压阻效应压阻效应压阻效应压阻效应压电效应压电效应压电效应压电效应磁阻效应磁阻效应磁阻效应磁阻效应热敏效应热敏效应热敏效应热敏效应n指在复合材料中两组元(两相)的界面上，一相对另一相在特定条件下产生诱导作用(如诱导结晶)，使之形成相应的界面层。这种界面层结构上的特殊性能使复合材料在传递载荷的能力上或功能上具有特殊性，从而使复合材料只有某种独特的性能。非线性效应非线性效应诱导效应诱导效应n指将不具备某种性能的诸组分通过特定的复合状态复合后，使复合材料具有单个组分不具有的新性能。n经典例子：利用彩色胶卷能分别感应蓝、绿、红的三种感光乳剂层，即可记录宇宙间千变
26、万化异彩纷呈的各种绚丽色彩。非线性效应非线性效应系统效应系统效应n又称强选择效应，它是指某一组分A具有一系列性能，与另一组分B复合后，能使A组分的大多数性能受到较大抑制，而使其中某一项性能在复合材料中突出地发挥。n例如，在要求导电而不导热的场合，可以通过选择组分和复合状态，在保留导电组分导电性的同时，抑制其导热性而获得特殊功能的复合材料。非线性效应非线性效应共振效应共振效应增强原理纤维增强型(1)(1)连续纤维增强原理连续纤维增强原理 混合定则混合定则可很好的描可很好的描述和预测复合材料的某些性能。若纤维在基述和预测复合材料的某些性能。若纤维在基体中呈单向均匀的排列，则沿纤维方向复合体中呈单向
27、均匀的排列，则沿纤维方向复合材料的性能可表示为材料的性能可表示为弹性模量：弹性模量： 纤维方向：纤维方向：Ec=k（Pf p+Pm m ） 垂直纤维方向：垂直纤维方向：纤维方向的强度：纤维方向的强度： cu=fuf+ m*m1 f mEc Ef Em= +连续纤维增强连续纤维增强复合材料制造中，难免造成纤维的部分损伤，与复合材料制造中，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。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，其计算式可改为向的弹性模量，其计算式可改为混杂纤维
28、混杂纤维 短纤维（不连续纤维）增强复合材料受力时，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，递给纤维的。在一定的界面强度下，纤维端部的纤维端部的切应力最大切应力最大，中部最小。而作用在纤维上的拉应，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。所以力是切应力由端部向中部积累的结果。所以拉应拉应力端部最小力端部最小，中部最大。，中部最大。短纤维增强短纤维增强弥散增强型弥散增强型50m
29、颗粒增强型颗粒增强型50m弥散增强弥散增强Dispersion-Strengthened Composites 弥散增强主要是针对金属基体，外加入颗粒尺寸小，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而不是脱溶沉淀出的第二相。加入的都是硬质颗粒如AlAl2 2O O3 3、TiCTiC、SiCSiC等。这些弥散于金属或合金中的颗粒，可以有效等。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。正因为这理与脱溶沉淀类似
30、，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，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。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：颗粒尺寸：10250nm主要由基体承担载荷主要由基体承担载荷p 弥散质点（微粒）阻碍基体中的位错运动或分子链弥散质点（微粒）阻碍基体中的位错运动或分子链运动运动p 阻碍能力越大，强化效果越好阻碍能力越大，强化效果越好（b-柏氏矢量柏氏矢量 ）根据位错绕
31、过机制：根据位错绕过机制：屈服应力屈服应力 =Gmb/Dp（G-切变模量切变模量 ）假设假设基体理论断裂强度约为基体理论断裂强度约为Gm/30 基体理论屈服强度约为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把二者作为位错运动需要剪切应力的上限和下限Dpmin=0.01 m，Dpmax=0.3 m当微粒间距在当微粒间距在0.01-0.30m之间时，微粒具有增强作用。之间时，微粒具有增强作用。弥散增强弥散增强奥罗万机构n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
32、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：条件： 质点是弥散于基体中且均匀分布的球形质点是弥散于基体中且均匀分布的球形 d为微粒直径为微粒直径 Vp为体积分数为体积分数 Gm为基体的切变模量为基体的切变模量 b为柏氏矢量为柏氏矢量 y为复合材料的屈服强度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。弥散质点的尺寸越小，体积分数越大，强化效果越好。一般一般Vp=0.01-0.15，dp=0.01m-0.3m基体发生位错运动时，复合材料产生塑性变形，此时剪基体发生位错运动
33、时，复合材料产生塑性变形，此时剪切应力切应力y即为复合材料的屈服强度即为复合材料的屈服强度弥散增强弥散增强 在金属基体中加入粒子进行增强与弥散强化的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，粒子的尺寸为最大不同点是粒子的尺寸，粒子的尺寸为150 m。其它参数粒子间距为其它参数粒子间距为125m，体积分数为，体积分数为0.050.5。这种复合材料的粒子也可承担一部分载。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，达到强化的目的。原则上加入的粒子仍然为坚
34、硬的，几何形状也可以是任意的，但一般基本以几何对称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。形状居多。粒子增强原理粒子增强原理 Particulate Composites复合材料密度：复合材料密度：c c= =p pp p+ +m mm m在外载荷的作用下在外载荷的作用下, ,基体内位错滑移在基体基体内位错滑移在基体/ /颗颗粒界面上受到阻滞粒界面上受到阻滞, ,并在颗粒上产生应力集中并在颗粒上产生应力集中, ,其值为其值为: :根据位错理论根据位错理论, ,应力集中因子为应力集中因子为代入得代入得如果如果 时时, ,颗粒开始破坏颗粒开始破坏, ,产生裂纹产生裂纹, ,引起复合引起复合材料变形材料变形, ,令令 则有则有由此得出颗粒增强复合材料的屈服强度为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。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，颗粒间距为微米，颗粒间距为1 25微米，颗粒的体积分数为微米，颗粒的体积分数为0.05 0.5。粒子增强粒子增强检测手段n原位测试仪界面结合强度n扫描电镜n透射电镜
