陶瓷基复合材料界面控制有哪三种途径

⑴ 纤维增强陶瓷基复合材料的制备工艺有哪些

最近刚写完论文。有热压烧结法;先驱体转化法;化学气相渗透法;反应熔体浸渗法;CVI+PIP综合工艺

⑵ 复合材料中的界面相有什么特点，起什么作用

复合材料界面是指复合材料的基体与增强材料之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷等传递作用的微小区域。目前的研究尚处于半定量和半经验的水平上。 最早复合材料界面曾被想像成是一层没有厚度的面(或称单分子层的面)。而事实上复合材料界面是一层具有一定厚度(纳米以上)、结构随基体和增强体而异、与基体有明显差别的新相——界面相(或称界面层)。因为增强体和基体互相接触时， 在一定条件的影响下，可能发生化学反应或物理化学作用，如两相间元素的互相扩散、溶解，从而产生不同于原来两相的新相；即使不发生反应、扩散、溶解，也会由于基体的固化、凝固所产生的内应力，或者由于组织结构的诱导效应，导致接近增强体的基体发生结构上的变化或堆砌密度上的变化，从而导致这个局部基体的性能不同于基体的本体性能，形成界面相。界面相也包括在增强体表面上预先涂覆的表面处理剂层和增强体经表面处理工艺而发生反应的表面层。因此，必须建立复合材料界面存在独立相的新概念。复合材料界面相的结构与性能对复合材料整体的性能影响大。为改善复合材料性能，必须考虑界面设计和控制。结构复合材料界面相存在的残应力，是由于基体的固化或凝固收缩和两相间热膨胀系数的失配而造成的。无论应力大小和方向，都会影响到复合材料受载时的行为，如造成复合材料拉伸和压缩性能的明显差异等。结构复合材料界面的作用，是在复合材料受到载荷时把基体上的应力传递到增强体上。这就需要界面相有 足够的粘接强度，而两相表面能够互相浸润是先决条件。但是界面层并不是粘接得越强越好，而是要有适当的粘接强度，因为界面相还有另一个作用是在一定应力条件下能够脱粘，同时使增强体在基体中拔出并互相发生摩擦。这种由脱粘而增大表面能所做的功、拔出功和摩擦功都提高了破坏功，有助于改善复合材料的破坏行为，即提高它的强度。至于功能复合材料界面相的作用，目前尚很少研究，但已有实验证实，界面相在功能复合材料中的作用也是重要的。 表征为了认识界面的作用，了解界面结构对材料整体性能的影响，必须先表征界面相的化学、物理结构，厚度和形貌，粘接强度和残余应力等，从而可以寻找它们与复合材料性能之间的关系。 界面相化学结构包括组成元素、价态及其分布。其表征可以借助许多固体物理用的先进仪器，如俄歇电子 谱(AES，SAM)、电子探针(EP)、X光电子能谱仪 (X PS)、扫描二次离子质谱仪(S SIMS)、电子能量损失谱仪(EELS，PEELS)、傅里叶红外光谱(FTIR)、显微 拉曼光谱(MRS)、扩展X射线吸收细微结构谱 (E XAFS)等。由于界面相有时仅为纳米级的微区，而且有的组成非常复杂(尤其是金属和陶瓷基复合材料)， 因此迄今还不能说哪一种方法可以满意地给出有关复合材料界面相全部化学信息。这是因为这些方法有的束斑太大，远远超过界面微区的尺寸;有的仅能提供元素的信息而不能知道元素的价态；有的会对某些观察物造成 表面损伤等，存在着各式各样的局限性。所以仍需研究 合适的新方法，或几种方法的配合使用。 界面相形貌和厚度的表征也有不少方法，如透射电 镜(TEM)、扫描电镜(S EM)。新方法有角扫描X射线反射谱(GAXP)，可以测定金属基和陶瓷基复合材料界 面相的厚度。但这些方法在测量上也有难度。 界面相粘接强度的表征基本上有5种方法，即单丝拔出法、埋入基体的单丝裂断长度法、微(单丝)压出 法、球形(或锥形)压头压痕法、常规三点弯剪法等。前两种方法只能表征单丝复合材料的行为；后3种虽是表 征复合材料，但又各有不足之处。而且各种方法测出 的数据相差甚远，以球形压痕法和三点弯剪法数值较高。目前尚难以决定何种方法是最为合适的。此外，还有用 动态力学法测定内耗值以表征界面结合状态的方法。界面湘残余应力的表征也很困难。对透明基体和不 透明基体都分别有其相应的方法，但是均不理想，同时 在计算处理上也较复杂。复合材料界面理论过去对于复合材料界面理论的 研究是试图提出一个能够适用于各种复合材料的理论，诸如化学反应理论、浸润理论、可形变层理论、约束层 理论、静电作用理论以及把一些理论结合起来的理论。但它们都有许多矛盾，常不能自圆其说。由于对界面认识的逐步深化，了解到界面相的复杂性与多重性是和原组成材料、加工工艺和使用环境密切有关。因此，理论研究转向针对某一具体体系，探讨界面微结构与宏观性能的关系，界面浸润过程和界面反应的热力学与动力学 关系，建立某种体系的界面相模型并作理论处理等。

⑶ 陶瓷基复合材料有何特性

由纤维增强陶瓷的陶瓷基复合材料既可保留陶瓷材料耐高温、高硬高强和耐磨蚀的性能，同时又克服了陶瓷的脆性，陶瓷基复合材料可满足1200℃～1900℃的使用条件。人造地球卫星、载人宇宙飞船等的发射成功，取决于称为“烧蚀材料“的陶瓷基复合材料，当宇宙飞行器从外层空间返回地球时，稠密的大气层是它的必经之地，高速的飞行速度使飞行器和空气之间产生强烈的摩擦，由此而放出的热量瞬间可高达8000℃～10000℃，”烧蚀材料”此时吸收大量的热烧掉自己的一部分，与些同时使周围的温度降低，以保证飞行器本体安然无恙。

陶瓷基复合材料除了用于航空航天部件，还可用于滑动构件、发动机部件和刀件具等。法国用长纤维增强碳化硅复合材料作为超高速列车的制动机，其优异的摩擦磨损特性是传统制动件无法相比的。

陶瓷基复合材料以优异的耐高温和耐磨损性能取胜于其他复合材料，但由于价格昂贵使其应用受到一定限制。

先进复合材料为航天航空事业做出了重大贡献，最新研究结果表明，在某些特种飞机上先进复合材料用量已占50%以上，美国最新生产的具有隐身功能的轰炸机B-2，其机体的结构材料几乎全是复合材料。当今先进复合材料已广泛扩展到其他领域，如用复合材料制成的箭，其箭杆重量减轻4%，命中率也大大提高。在汽车工业领域，用先进复合材料制成的制件代替同样性能的钢制件，可减重70%左右，而且在工艺上可一次成型，可用来制造汽车车体、受力构件、发动机架和内部构件。先进复合材料在化工、纺织业、医疗和精密仪器等领域也发挥着不可估量的作用。

先进复合材料的研究十分活跃，发展趋向有以下特点：由宏观复合向微观复合发展；由增强性的双元混杂向超混杂复合发展；由结构复合向多功能复合发展。复合材料除具有力学性能外，还有其他如电、磁、光等性能。

⑷ 聚合物基复合材料界面效应分为哪几种

聚合物基复合材料界面效应:
1、传递效应：界面可将复合材料体系中基体承受的外力回传递给增强相，起到基体答和增强相之间的桥梁作用。2、阻断效应：基体和增强相之间结合力适当的界面有阻止裂纹扩展、减缓应力集中的作用。3、不连续效应：在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦出现的现象，如抗电性、电感应性、磁性、耐热性和磁场尺寸稳定性等。4、散射和吸收效应：光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收，如透光性、隔热性、隔音性、耐机械冲击性等。5、诱导效应：一种物质（通常是增强剂）的表面结构使另一种（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改变，由此产生一些现象，如强弹性、低膨胀性、耐热性和冲击性等

⑸ 陶瓷基复合材料有什么作用

由纤维增强陶瓷的陶瓷基复合材料既可保留陶瓷材料耐高温、高硬高强和耐磨蚀的性能，同时又克服了陶瓷的脆性，陶瓷基复合材料可满足1200℃～1900℃的使用条件。人造地球卫星、载人宇宙飞船等的发射成功，取决于称为“烧蚀材料”的陶瓷基复合材料，当宇宙飞行器从外层空间返回地球时，稠密的大气层是它的必经之地，高速的飞行速度使飞行器和空气之间产生强烈的摩擦，由此而放出的热量瞬间可高达8000℃～10000℃，“烧蚀材料”此时吸收大量的热烧掉自己的一部分，与些同时使周围的温度降低，以保证飞行器本体安然无恙。

陶瓷基复合材料除了用于航空航天部件，还可用于滑动构件、发动机部件和刀件具等。法国用长纤维增强碳化硅复合材料作为超高速列车的制动机，其优异的摩擦磨损特性是传统制动件无法相比的。

陶瓷基复合材料以优异的耐高温和耐磨损性能取胜于其他复合材料，但由于价格昂贵使其应用受到一定限制。

先进复合材料为航天航空事业做出了重大贡献，最新研究结果表明，在某些特种飞机上先进复合材料用量已占50%以上，美国最新生产的具有隐身功能的轰炸机B-2，其机体的结构材料几乎全是复合材料。当今先进复合材料已广泛扩展到其他领域，如用复合材料制成的箭，其箭杆重量减轻4%，命中率也大大提高。在汽车工业领域，用先进复合材料制成的制件代替同样性能的钢制件，可减重70%左右，而且在工艺上可一次成型，可用来制造汽车车体、受力构件、发动机架和内部构件。先进复合材料在化工、纺织业、医疗和精密仪器等领域也发挥着不可估量的作用。

先进复合材料的研究十分活跃，发展趋向有以下特点：由宏观复合向微观复合发展；由增强性的双元混杂向超混杂复合发展；由结构复合向多功能复合发展。复合材料除具有力学性能外，还有其他如电、磁、光等性能。

⑹ 如何控制陶瓷基复合材料的界面。

无反应层界面
增强相与基体直接结合形成原子键共格界面和半共格界面，有时形成非晶格界面。
优点：界面结合强度高，提高复合材料强度。
中间反应层界面
存在于增韧相与基体之间，并将两者结合。
优点：界面层一般都是低熔点共晶相，因此它有利于复合材料的致密化，这种界面增韧相与基体无固定的取向关系。
界面的特征
陶瓷基复合材料往往在高温下制备，由于增强体与基体的原子扩散，在界面上更容易形成固溶体和化合物。此时其界面是具有一定厚度的反应区，它与基体和增强体都能较好的结合，但通常是脆性的。因增加纤维的横截面多为圆形，故界面反应层常为空心圆筒状，其厚度可以控制。
第一临界厚度：当反应层达到某一厚度时，复合材料的抗张强度开始降低，此时反应层的厚度。
第二临界厚度：如果反应层厚度继续增大，材料强度也随之降低，直至达某一强度时不再降低，此时反应层的厚度。
下面我们就以氮化硅陶瓷为例，看看不同界面的特征。
碳纤维增韧氮化硅
成型工艺对界面结构的影响：
①无压烧结工艺：C与Si间反应严重，SEM可观察到非常粗糙的纤维表面，纤维周围存在空隙；
②高温等静压工艺：压力和温度较低，使得反应受到抑制，界面上不发生反应，无裂纹或空隙，是比较理想的物理结合。
SiC晶须增韧氮化硅
反应烧结、无压烧结或高温等静压工艺可获得无界面反应的复合材料：
①反应烧结、无压烧结：随着SiC晶须含量增加，材料密度下降，导致强度下降；
②高温等静压工艺：不出现上述情况。
陶瓷基复合材料界面的粘结
两相界面的粘结（粘接、粘合或粘着等）方式有多种，如静电粘结、机械作用粘结、浸润粘结、反应粘结等。对于陶瓷基复合材料来讲，界面的粘结形式主要有两种：机械粘结和化学粘结。
机械粘结：
由于基体的收缩率较大，冷却收缩后基体将增强相包裹产生压应力。
通过渗透、高温扩散等基体渗入或浸入增强纤维的表面而形成机械结合。
机械粘结为低能量弱粘结，其界面强度较化学粘结低。
化学粘结：
通过原子或分子的扩散在界面上形成了固溶体或化合物，即为化学粘结。

⑺ 制备陶瓷基复合材料的方法有哪些

1、料浆浸渍和热压烧结法
料浆浸渍和热压烧结法的基本原理是将具有可烧结性的基体原料粉末与连续纤维用浸渍工艺制成坯件，然后高温下加压烧结，使基体材料与纤维结合成复合材料 。
2、直接氧化沉积法
直接氧化沉积法最早被用于制备A12O3／A1复合材料，后推广用于制备连续纤维增强氧化物陶瓷基复合材料。LANXIDE法工艺原理为：将连续纤维预成型坯件置于熔融金属上面，因毛细管作用，熔融金属向预成型体中渗透。由于熔融金属中含有少量添加剂，并处于空气或氧化气氛中，浸渍到纤维预成型体中的熔融金属与气相氧化剂反应形成氧化物基体，产生的氧化物沉积在纤维周围，形成含有少量残余金属的、致密的连续纤维增强陶瓷基复合材料。此种方法适用于制备以氧化铝为基体的陶瓷基复合材料，如SiC／A1203，在1200~C的抗弯强度为350MPa，断裂韧性为18 MPa·m1/2 ，室温时的抗弯强度为450 MPa，断裂韧性为21 M Pa·m1/2
3、溶胶-凝胶法
溶胶一凝胶法(Sol—ge1)是用有机先驱体制成的溶胶浸渍纤维预制体，然后水解、缩聚，形成凝胶，凝胶经干燥和热解后形成复合材料。此工艺组分纯度高，分散性好，而且热解温度不高(低于1400~C)，溶胶易于润湿纤维，因此更利于制备连续纤维增强陶瓷基复合材料。该工艺缺点是：由于是用醇盐水解来制得基体，所以复合材料的致密性差，不经过多次浸渍很难达到致密化，且此工艺不适于部分非氧化物陶瓷基复合材料的制备。