陶瓷基復合材料界面控制有哪三種途徑

⑴ 纖維增強陶瓷基復合材料的制備工藝有哪些

最近剛寫完論文。有熱壓燒結法;先驅體轉化法;化學氣相滲透法;反應熔體浸滲法;CVI+PIP綜合工藝

⑵ 復合材料中的界面相有什麼特點，起什麼作用

復合材料界面是指復合材料的基體與增強材料之間化學成分有顯著變化的、構成彼此結合的、能起載荷等傳遞作用的微小區域。目前的研究尚處於半定量和半經驗的水平上。 最早復合材料界面曾被想像成是一層沒有厚度的面(或稱單分子層的面)。而事實上復合材料界面是一層具有一定厚度(納米以上)、結構隨基體和增強體而異、與基體有明顯差別的新相——界面相(或稱界面層)。因為增強體和基體互相接觸時， 在一定條件的影響下，可能發生化學反應或物理化學作用，如兩相間元素的互相擴散、溶解，從而產生不同於原來兩相的新相；即使不發生反應、擴散、溶解，也會由於基體的固化、凝固所產生的內應力，或者由於組織結構的誘導效應，導致接近增強體的基體發生結構上的變化或堆砌密度上的變化，從而導致這個局部基體的性能不同於基體的本體性能，形成界面相。界面相也包括在增強體表面上預先塗覆的表面處理劑層和增強體經表面處理工藝而發生反應的表面層。因此，必須建立復合材料界面存在獨立相的新概念。復合材料界面相的結構與性能對復合材料整體的性能影響大。為改善復合材料性能，必須考慮界面設計和控制。結構復合材料界面相存在的殘應力，是由於基體的固化或凝固收縮和兩相間熱膨脹系數的失配而造成的。無論應力大小和方向，都會影響到復合材料受載時的行為，如造成復合材料拉伸和壓縮性能的明顯差異等。結構復合材料界面的作用，是在復合材料受到載荷時把基體上的應力傳遞到增強體上。這就需要界面相有 足夠的粘接強度，而兩相表面能夠互相浸潤是先決條件。但是界面層並不是粘接得越強越好，而是要有適當的粘接強度，因為界面相還有另一個作用是在一定應力條件下能夠脫粘，同時使增強體在基體中拔出並互相發生摩擦。這種由脫粘而增大表面能所做的功、拔出功和摩擦功都提高了破壞功，有助於改善復合材料的破壞行為，即提高它的強度。至於功能復合材料界面相的作用，目前尚很少研究，但已有實驗證實，界面相在功能復合材料中的作用也是重要的。 表徵為了認識界面的作用，了解界面結構對材料整體性能的影響，必須先表徵界面相的化學、物理結構，厚度和形貌，粘接強度和殘余應力等，從而可以尋找它們與復合材料性能之間的關系。 界面相化學結構包括組成元素、價態及其分布。其表徵可以藉助許多固體物理用的先進儀器，如俄歇電子 譜(AES，SAM)、電子探針(EP)、X光電子能譜儀 (X PS)、掃描二次離子質譜儀(S SIMS)、電子能量損失譜儀(EELS，PEELS)、傅里葉紅外光譜(FTIR)、顯微 拉曼光譜(MRS)、擴展X射線吸收細微結構譜 (E XAFS)等。由於界面相有時僅為納米級的微區，而且有的組成非常復雜(尤其是金屬和陶瓷基復合材料)， 因此迄今還不能說哪一種方法可以滿意地給出有關復合材料界面相全部化學信息。這是因為這些方法有的束斑太大，遠遠超過界面微區的尺寸;有的僅能提供元素的信息而不能知道元素的價態；有的會對某些觀察物造成 表面損傷等，存在著各式各樣的局限性。所以仍需研究 合適的新方法，或幾種方法的配合使用。 界面相形貌和厚度的表徵也有不少方法，如透射電 鏡(TEM)、掃描電鏡(S EM)。新方法有角掃描X射線反射譜(GAXP)，可以測定金屬基和陶瓷基復合材料界 面相的厚度。但這些方法在測量上也有難度。 界面相粘接強度的表徵基本上有5種方法，即單絲拔出法、埋入基體的單絲裂斷長度法、微(單絲)壓出 法、球形(或錐形)壓頭壓痕法、常規三點彎剪法等。前兩種方法只能表徵單絲復合材料的行為；後3種雖是表 征復合材料，但又各有不足之處。而且各種方法測出 的數據相差甚遠，以球形壓痕法和三點彎剪法數值較高。目前尚難以決定何種方法是最為合適的。此外，還有用 動態力學法測定內耗值以表徵界面結合狀態的方法。界面湘殘余應力的表徵也很困難。對透明基體和不 透明基體都分別有其相應的方法，但是均不理想，同時 在計算處理上也較復雜。復合材料界面理論過去對於復合材料界面理論的 研究是試圖提出一個能夠適用於各種復合材料的理論，諸如化學反應理論、浸潤理論、可形變層理論、約束層 理論、靜電作用理論以及把一些理論結合起來的理論。但它們都有許多矛盾，常不能自圓其說。由於對界面認識的逐步深化，了解到界面相的復雜性與多重性是和原組成材料、加工工藝和使用環境密切有關。因此，理論研究轉向針對某一具體體系，探討界面微結構與宏觀性能的關系，界面浸潤過程和界面反應的熱力學與動力學 關系，建立某種體系的界面相模型並作理論處理等。

⑶ 陶瓷基復合材料有何特性

由纖維增強陶瓷的陶瓷基復合材料既可保留陶瓷材料耐高溫、高硬高強和耐磨蝕的性能，同時又克服了陶瓷的脆性，陶瓷基復合材料可滿足1200℃～1900℃的使用條件。人造地球衛星、載人宇宙飛船等的發射成功，取決於稱為「燒蝕材料「的陶瓷基復合材料，當宇宙飛行器從外層空間返回地球時，稠密的大氣層是它的必經之地，高速的飛行速度使飛行器和空氣之間產生強烈的摩擦，由此而放出的熱量瞬間可高達8000℃～10000℃，」燒蝕材料」此時吸收大量的熱燒掉自己的一部分，與些同時使周圍的溫度降低，以保證飛行器本體安然無恙。

陶瓷基復合材料除了用於航空航天部件，還可用於滑動構件、發動機部件和刀件具等。法國用長纖維增強碳化硅復合材料作為超高速列車的制動機，其優異的摩擦磨損特性是傳統制動件無法相比的。

陶瓷基復合材料以優異的耐高溫和耐磨損性能取勝於其他復合材料，但由於價格昂貴使其應用受到一定限制。

先進復合材料為航天航空事業做出了重大貢獻，最新研究結果表明，在某些特種飛機上先進復合材料用量已佔50%以上，美國最新生產的具有隱身功能的轟炸機B-2，其機體的結構材料幾乎全是復合材料。當今先進復合材料已廣泛擴展到其他領域，如用復合材料製成的箭，其箭桿重量減輕4%，命中率也大大提高。在汽車工業領域，用先進復合材料製成的製件代替同樣性能的鋼製件，可減重70%左右，而且在工藝上可一次成型，可用來製造汽車車體、受力構件、發動機架和內部構件。先進復合材料在化工、紡織業、醫療和精密儀器等領域也發揮著不可估量的作用。

先進復合材料的研究十分活躍，發展趨向有以下特點：由宏觀復合向微觀復合發展；由增強性的雙元混雜向超混雜復合發展；由結構復合向多功能復合發展。復合材料除具有力學性能外，還有其他如電、磁、光等性能。

⑷ 聚合物基復合材料界面效應分為哪幾種

聚合物基復合材料界面效應:
1、傳遞效應：界面可將復合材料體系中基體承受的外力回傳遞給增強相，起到基體答和增強相之間的橋梁作用。2、阻斷效應：基體和增強相之間結合力適當的界面有阻止裂紋擴展、減緩應力集中的作用。3、不連續效應：在界面上產生物理性能的不連續性和界面摩擦出現的現象，如抗電性、電感應性、磁性、耐熱性和磁場尺寸穩定性等。4、散射和吸收效應：光波、聲波、熱彈性波、沖擊波等在界面產生散射和吸收，如透光性、隔熱性、隔音性、耐機械沖擊性等。5、誘導效應：一種物質（通常是增強劑）的表面結構使另一種（通常是聚合物基體）與之接觸的物質的結構由於誘導作用而發生改變，由此產生一些現象，如強彈性、低膨脹性、耐熱性和沖擊性等

⑸ 陶瓷基復合材料有什麼作用

由纖維增強陶瓷的陶瓷基復合材料既可保留陶瓷材料耐高溫、高硬高強和耐磨蝕的性能，同時又克服了陶瓷的脆性，陶瓷基復合材料可滿足1200℃～1900℃的使用條件。人造地球衛星、載人宇宙飛船等的發射成功，取決於稱為「燒蝕材料」的陶瓷基復合材料，當宇宙飛行器從外層空間返回地球時，稠密的大氣層是它的必經之地，高速的飛行速度使飛行器和空氣之間產生強烈的摩擦，由此而放出的熱量瞬間可高達8000℃～10000℃，「燒蝕材料」此時吸收大量的熱燒掉自己的一部分，與些同時使周圍的溫度降低，以保證飛行器本體安然無恙。

陶瓷基復合材料除了用於航空航天部件，還可用於滑動構件、發動機部件和刀件具等。法國用長纖維增強碳化硅復合材料作為超高速列車的制動機，其優異的摩擦磨損特性是傳統制動件無法相比的。

陶瓷基復合材料以優異的耐高溫和耐磨損性能取勝於其他復合材料，但由於價格昂貴使其應用受到一定限制。

先進復合材料為航天航空事業做出了重大貢獻，最新研究結果表明，在某些特種飛機上先進復合材料用量已佔50%以上，美國最新生產的具有隱身功能的轟炸機B-2，其機體的結構材料幾乎全是復合材料。當今先進復合材料已廣泛擴展到其他領域，如用復合材料製成的箭，其箭桿重量減輕4%，命中率也大大提高。在汽車工業領域，用先進復合材料製成的製件代替同樣性能的鋼製件，可減重70%左右，而且在工藝上可一次成型，可用來製造汽車車體、受力構件、發動機架和內部構件。先進復合材料在化工、紡織業、醫療和精密儀器等領域也發揮著不可估量的作用。

先進復合材料的研究十分活躍，發展趨向有以下特點：由宏觀復合向微觀復合發展；由增強性的雙元混雜向超混雜復合發展；由結構復合向多功能復合發展。復合材料除具有力學性能外，還有其他如電、磁、光等性能。

⑹ 如何控制陶瓷基復合材料的界面。

無反應層界面
增強相與基體直接結合形成原子鍵共格界面和半共格界面，有時形成非晶格界面。
優點：界面結合強度高，提高復合材料強度。
中間反應層界面
存在於增韌相與基體之間，並將兩者結合。
優點：界面層一般都是低熔點共晶相，因此它有利於復合材料的緻密化，這種界面增韌相與基體無固定的取向關系。
界面的特徵
陶瓷基復合材料往往在高溫下制備，由於增強體與基體的原子擴散，在界面上更容易形成固溶體和化合物。此時其界面是具有一定厚度的反應區，它與基體和增強體都能較好的結合，但通常是脆性的。因增加纖維的橫截面多為圓形，故界面反應層常為空心圓筒狀，其厚度可以控制。
第一臨界厚度：當反應層達到某一厚度時，復合材料的抗張強度開始降低，此時反應層的厚度。
第二臨界厚度：如果反應層厚度繼續增大，材料強度也隨之降低，直至達某一強度時不再降低，此時反應層的厚度。
下面我們就以氮化硅陶瓷為例，看看不同界面的特徵。
碳纖維增韌氮化硅
成型工藝對界面結構的影響：
①無壓燒結工藝：C與Si間反應嚴重，SEM可觀察到非常粗糙的纖維表面，纖維周圍存在空隙；
②高溫等靜壓工藝：壓力和溫度較低，使得反應受到抑制，界面上不發生反應，無裂紋或空隙，是比較理想的物理結合。
SiC晶須增韌氮化硅
反應燒結、無壓燒結或高溫等靜壓工藝可獲得無界面反應的復合材料：
①反應燒結、無壓燒結：隨著SiC晶須含量增加，材料密度下降，導致強度下降；
②高溫等靜壓工藝：不出現上述情況。
陶瓷基復合材料界面的粘結
兩相界面的粘結（粘接、粘合或粘著等）方式有多種，如靜電粘結、機械作用粘結、浸潤粘結、反應粘結等。對於陶瓷基復合材料來講，界面的粘結形式主要有兩種：機械粘結和化學粘結。
機械粘結：
由於基體的收縮率較大，冷卻收縮後基體將增強相包裹產生壓應力。
通過滲透、高溫擴散等基體滲入或浸入增強纖維的表面而形成機械結合。
機械粘結為低能量弱粘結，其界面強度較化學粘結低。
化學粘結：
通過原子或分子的擴散在界面上形成了固溶體或化合物，即為化學粘結。

⑺ 制備陶瓷基復合材料的方法有哪些

1、料漿浸漬和熱壓燒結法
料漿浸漬和熱壓燒結法的基本原理是將具有可燒結性的基體原料粉末與連續纖維用浸漬工藝製成坯件，然後高溫下加壓燒結，使基體材料與纖維結合成復合材料 。
2、直接氧化沉積法
直接氧化沉積法最早被用於制備A12O3／A1復合材料，後推廣用於制備連續纖維增強氧化物陶瓷基復合材料。LANXIDE法工藝原理為：將連續纖維預成型坯件置於熔融金屬上面，因毛細管作用，熔融金屬向預成型體中滲透。由於熔融金屬中含有少量添加劑，並處於空氣或氧化氣氛中，浸漬到纖維預成型體中的熔融金屬與氣相氧化劑反應形成氧化物基體，產生的氧化物沉積在纖維周圍，形成含有少量殘余金屬的、緻密的連續纖維增強陶瓷基復合材料。此種方法適用於制備以氧化鋁為基體的陶瓷基復合材料，如SiC／A1203，在1200~C的抗彎強度為350MPa，斷裂韌性為18 MPa·m1/2 ，室溫時的抗彎強度為450 MPa，斷裂韌性為21 M Pa·m1/2
3、溶膠-凝膠法
溶膠一凝膠法(Sol—ge1)是用有機先驅體製成的溶膠浸漬纖維預制體，然後水解、縮聚，形成凝膠，凝膠經乾燥和熱解後形成復合材料。此工藝組分純度高，分散性好，而且熱解溫度不高(低於1400~C)，溶膠易於潤濕纖維，因此更利於制備連續纖維增強陶瓷基復合材料。該工藝缺點是：由於是用醇鹽水解來製得基體，所以復合材料的緻密性差，不經過多次浸漬很難達到緻密化，且此工藝不適於部分非氧化物陶瓷基復合材料的制備。