目錄

第一章前言

一、材料的開展與人類社會的進(jìn)步

二、復(fù)合材料的提出

三、復(fù)合材料的開展歷史和意義

四、課程的重點和要求

第二章復(fù)合材料概述

?、復(fù)合材料的定義和特點

1、復(fù)合材料的定義

2、復(fù)合材料的特點

3、復(fù)合材料的根本結(jié)構(gòu)模式

二、復(fù)合材料的分類

三、復(fù)合材料的開展歷史

四、復(fù)合材料的根本性能

第三章復(fù)合材料界面

一、復(fù)合材料的界面

二、復(fù)合材料的相容性

三、復(fù)合材料的界面理論

四、界面結(jié)合強度的測定

1、界面結(jié)合強度的測定

2、界面結(jié)合強度的表征

王、界面剩余應(yīng)力

第四章復(fù)合材料基體

一、聚合物

1、熱固性樹脂

2、熱塑性樹脂

二、金屬

1、用于45CTC以下的輕金屬基體（鋁、鎂及其合金）

2、用于450~750空復(fù)合材料的金屬基體（鈦及其合金）

3、用于750℃以上高溫復(fù)合材料的金屬基體

三、陶瓷

1、氧化物陶密

2、非氧化物陶瓷

3、玻璃陶瓷

四、碳（石墨）

第一章前言

一、材料的開展與人類社會的進(jìn)步

材料是人類社會進(jìn)步的物質(zhì)根底和先導(dǎo)，是人類進(jìn)步的里程碑。綜觀人

類開展和材料開展的歷史，可以清楚地看到，每一種重要材料的發(fā)現(xiàn)和利用

都會把人類支配和改造自然的能力提高到一個新的水平，給社會生產(chǎn)力和人

類生活帶來巨大的變化。材料的開展與人類進(jìn)步和開展息息相關(guān)。一萬年

前，人類使用石頭作為日常生活工具，人類進(jìn)入了舊石器時代，人類戰(zhàn)爭也

注入了冷兵器時代。7000年前人類在燒制陶器的同時創(chuàng)造了煉銅技術(shù)，青銅

制品廣泛地得到應(yīng)用，同時又促進(jìn)了人類社會開展，人類進(jìn)入了青銅器時

代。同時火藥的創(chuàng)造又使人類戰(zhàn)爭進(jìn)入了殺傷力更強的熱兵器時代。5000年

前人類開始使用鐵，隨著煉鐵技術(shù)的開展，人類又創(chuàng)造了煉鋼技術(shù)。十九世

紀(jì)中期轉(zhuǎn)爐、平爐煉鋼的開展使得世界鋼產(chǎn)量迅猛增加，大大促進(jìn)了機(jī)械、

鐵路交通的開展。隨著二十世紀(jì)中期合金鋼的大量使用，人類又進(jìn)入鋼鐵時

代，鋼鐵在人類活動中起著舉足輕重的作用。核材料的發(fā)現(xiàn)，又將人類引入

了可以消滅自己的核軍備競賽，同時核材料的和平利用，又給人類帶來了光

明。二十世紀(jì)中后期以來，高分子、陶克材料崛起以及復(fù)合材料的開展，又

給人類帶來了新的材料和技術(shù)革命，樓房可以越蓋越高、飛機(jī)越飛越快，同

肘人類進(jìn)入太空的夢想成為了現(xiàn)實。

當(dāng)前材料、能源、信息是現(xiàn)代科技的三大支柱，它會將人類物質(zhì)文明推

向新的階段。二十一世紀(jì)將是一個新材料時代。

二、復(fù)合材料的提出

現(xiàn)代高科技的開展更緊密地依賴于新材料的開展：同時也對材料提出

了更高、更苛刻的要求。在現(xiàn)代高技術(shù)迅猛開展的今天，特別是航空、航天和

海洋開發(fā)領(lǐng)域的開展，使材料的使用環(huán)境更加惡劣，因而對材料提出了越來越苛

刻的要求。例如，航天飛機(jī)等空間飛行器在飛行過程中要受到大氣阻力、地球引

力、太陽輻射力、空間熱環(huán)境、太陽風(fēng)、宇宙射線、宇宙塵埃、流星、磁矩等的

作用。飛行器發(fā)動機(jī)還要受到其熱環(huán)境、內(nèi)流形成的氣動力、結(jié)構(gòu)振動、機(jī)件高

速轉(zhuǎn)動、液體晃動、振蕩燃燒前POGO振動等非正常破壞力的作用。同時由于飛

行范圍（M數(shù)、飛行高度）的擴(kuò)大、發(fā)動機(jī)的推力、比推力及推/重比大大提

高，導(dǎo)致了發(fā)動機(jī)壓力比、涵道比、進(jìn)口溫度、燃燒室溫度、TIT,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等

也日益提高。由此構(gòu)成的力、熱、化學(xué)和物理等效應(yīng)的作用，最終都要集中到構(gòu)

成飛行器和發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)的材料上去，因此對材料的質(zhì)輕、高強、高韌、耐熱、抗

疲勞、抗氧化及抗腐蝕等特性也日益提出了更加苛刻的要求。

又如現(xiàn)代武器系統(tǒng)的開展對新材料提出了如下要求：

1、高比強、高比模；

2、耐高溫、抗氧化；

3、防熱、隔熱；

4、吸波、隱身：

5、全天候;

6、高抗破甲、抗穿甲性；

7、減振、降噪，穩(wěn)定、陷蔽、高精度和命中率；

8、抗激光、抗定向武器；

9、多功能：

10、高可靠性和低本錢。

很明顯，傳統(tǒng)的單一材料無法滿足以上綜合要求，當(dāng)前作為單一的金

屬、陶瓷、聚合物等材料雖然仍在不斷日新月異地開展，但是以上這些材料由于其各自固有的局限性

而不能滿足現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)開展的需要。例如，金屬材料的強度、模量和高溫性能等已幾乎開發(fā)到了極

限；陶瓷的脆性、有機(jī)高分子材料的低模量、低熔點等固有的缺點極大地限制了其應(yīng)用。這些都促使

人們研究開發(fā)并按預(yù)定性能設(shè)計新型材料。

復(fù)合材料，特別是先進(jìn)復(fù)合材料就是為了滿足以上高技術(shù)開展的需求而開發(fā)的高性能的先進(jìn)材料。

它由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料組合而成，各組分之間性能“取長補短〃，起到“協(xié)同作用〃，

可以得到單一材料無法比較的優(yōu)秀的綜合性能，極大地滿足了人類開展對新材料的需求。因此，復(fù)合

材料是應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)而開展出來的具有極大生命力的材料?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的結(jié)果，是材料

設(shè)計的一個突破。

三、復(fù)合材料的開展歷史和意義：

實際上，在自然界就存在著許多天然的復(fù)合物。例如天然的許多植物竹子、樹木等就是自生長長纖維增

強復(fù)合材料；人類肌肉/骨骼結(jié)構(gòu)也是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)原理。我們的祖先也早就創(chuàng)造和使用了復(fù)合材料。

6000年前人類就已經(jīng)會用稻草加粘土作為建筑材料砌建房屋墻壁，迄今在某些貧窮農(nóng)村仍然沿用著這種

原始的非連續(xù)纖維增強復(fù)合材料。在現(xiàn)代，復(fù)合材料的應(yīng)用更比目皆是，與日常生活和國民經(jīng)濟(jì)密不可

分。如由沙石、鋼筋和水泥構(gòu)成的水泥復(fù)合材料已廣泛地應(yīng)用于高樓大廈和河堤大壩等的建筑，發(fā)揮著

極為重要的作用；玻璃纖維增強塑料［玻璃鋼)更是一種廣泛應(yīng)用的較現(xiàn)代化復(fù)合材料。

現(xiàn)代高科技的開展更是離不開復(fù)合材料。例如就航天、航空飛行器減輕結(jié)

構(gòu)重量這點而言，噴氣發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)重量減IKg,飛機(jī)結(jié)構(gòu)可減重4Kg,升限可提高10米；一枚小性洲際

導(dǎo)彈第三級結(jié)構(gòu)重量減輕IKg,整個運載火箭的起飛重量就可減輕5()Kg,地面設(shè)備的結(jié)構(gòu)重量就可減輕

100Kg,在有效載荷不變的條件下，可增加射程15-20Km；而航天飛機(jī)的重量每減輕IKg,其發(fā)射本

錢費用就可以減少15000美元(圖1、圖2)。因此，現(xiàn)代航空、骯天領(lǐng)域?qū)︼w行器結(jié)構(gòu)的減重要求已經(jīng)不

是“斤斤計較"，而是“克克計較〃。

圖I火箭殼體材料對射程的影響

先進(jìn)復(fù)合材料具有高比強度、高比模量的優(yōu)點，可以顯著減輕結(jié)構(gòu)重量，是理想的現(xiàn)代飛行器結(jié)構(gòu)

材料。先進(jìn)復(fù)合材料的使用，不僅極大地提高了現(xiàn)代飛行器的性能，使得人類飛天、登月的夢想變成現(xiàn)

實，同時也創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在新型衛(wèi)星結(jié)構(gòu)中已占了85%以上，在現(xiàn)代高科

技領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景(圖3)。

綜上所述，復(fù)合材料對現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的開展有著十分重要的作用。復(fù)合材料的研究深度和應(yīng)用廣度

及其生產(chǎn)開展的速度和規(guī)模己成為衡審一個國家科學(xué)技術(shù)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。復(fù)合材料是現(xiàn)代科

學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的結(jié)果，是材料設(shè)計的一個突破；復(fù)合材料的開展同時又進(jìn)一步推動了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的

不斷步。可以預(yù)料，隨看?高性能樹脂先進(jìn)復(fù)合材料的不斷成熟和開展、金屬基、特別是金屬間化合物基

復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料的實用化、以及微觀尺度的納米復(fù)合材料和分子復(fù)合材料的開展，復(fù)合材料

在人類生活中的重要性將越來越顯著。同時，隨著科學(xué)技術(shù)的開展，現(xiàn)代復(fù)合材料也將賦予新的內(nèi)容和

使命。21世紀(jì)將是復(fù)合材料的新時代。

圖4

四、課程的重點和要求

本課程為先進(jìn)復(fù)合材料專業(yè)研究生的專業(yè)根底課。該課程的學(xué)習(xí)重點是使學(xué)生能夠較全面和系統(tǒng)地理解

復(fù)合材料及其力學(xué)的重要根本概念和理論，各類復(fù)合材料的性能、成型工藝、界囿特征和結(jié)構(gòu)設(shè)計以及

復(fù)合材料，特別是先進(jìn)復(fù)合材料的開展趨勢，同時具有初步的復(fù)合材料設(shè)計能力。為學(xué)生今后在復(fù)合材

料領(lǐng)域的深造和專門研究奠定較堅實的根底。

第二章復(fù)合材料概述

一、復(fù)合材料的定義和特點：

1、復(fù)合材料的定義：

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)將復(fù)合材料定義為是：兩種或兩種以上物理和化學(xué)

性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。

F.L.Matthcws和R.D.Rawlings認(rèn)為復(fù)合材料是兩個或兩個以上組元或相組

成的混合物，并應(yīng)滿足下面三個條件：

(1)組元含量大于5%；

(2)復(fù)合材料的性能顯著不同于各組元的性能；

(3)通過各種方法混合而成。

在“材料科學(xué)技術(shù)百科全書”和“材料大辭典〃中將復(fù)合材料定義如下：

復(fù)合材料是由有機(jī)高分子、無機(jī)非金屬或金屬等幾類不同材料通過復(fù)合工

藝組合而成的新型材料它與一般材料的簡單混合有本質(zhì)區(qū)別，既保存原組成材料的重要特色，又通過

復(fù)合效應(yīng)獲得原組分所不具備的性能。可以通過材料設(shè)計使原組分的性能相互補充并彼此關(guān)聯(lián)，從而獲

得更優(yōu)越的性能。

功能特性,如光、電、磁、摩擦、阻尼等。

四、復(fù)合材料的根本性能（優(yōu)點）：

1、高比強度、高比模量（剛度）：

圖2-1典型金屬基體復(fù)合材料與基體材料合金性能的比較

與傳統(tǒng)的單一材料相比，復(fù)合材料具有很高的比強度和比模最（剛度）：

比強度、比模量：材料的強度或模量與其密度之比。

比強度=強度/密度MPa/（g/cn?）,

比模量=模量/密度GPa/（g/cm3）?

材料的比強度愈高，制作同?零件那么自重愈小；材料的比模量愈高，零件的剛度愈大。

2、良好的高溫性能；

圖2-2不同SiC纖維復(fù)合材料的使用溫度范圍

復(fù)合材料可以在廣泛的溫度范圍內(nèi)使用，同時其使用溫度均高于復(fù)合材料基

體。目前聚合物基復(fù)合材料的最高耐溫上限為350。0金屬基復(fù)合材料按不同的

基體性能，其使用溫度在350fli00。（2范圍內(nèi)變動；陶瓷基復(fù)合材料的使用溫

度可達(dá)1400。0而碳碳復(fù)合材料的使用溫度最高，可高達(dá)280（TC。

3、良好的尺寸穩(wěn)定性：

參加增強體到基體材料中不僅可以提高材料的強度和剛度，而且可以使其熱

膨脹系數(shù)明顯下降。通過改變復(fù)合材料中增強體的含量，可以調(diào)整復(fù)合材料的熱

膨脹系數(shù)。例如在石墨纖維增強鎂基亞合材料中，當(dāng)石墨纖維的含吊.到達(dá)48%

時，復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)為零，即在溫度變化時其制品不發(fā)生熱變形。這對人

造衛(wèi)星構(gòu)件非常重要。

圖2?3不同材料的尺寸穩(wěn)定性和比模量

4、良好的化學(xué)穩(wěn)定性：

聚合物基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料具有良好的抗腐蝕性。

5、良好的抗疲勞、蠕變、沖擊和斷裂韌性：

由于增強體的參加，復(fù)合材料的抗疲勞、蠕變、沖擊和斷裂韌性等性能得到

提高，特別是陶瓷基復(fù)合材料的脆性得到明顯改善

6.良好的功能性能：包拈光、電、磁、熱、燒蝕、摩擦及潤滑等性能。

第三章復(fù)合材料界面

一、復(fù)合材料界面（InterfaceorInterphase）

復(fù)合材料的界面是指基體與增強相之間化學(xué)成分有顯著變化的、構(gòu)成彼此結(jié)

合的、能起載荷傳遞作用的微小區(qū)域。

復(fù)合材料的界面是一個多層結(jié)構(gòu)的過渡區(qū)域，約幾個納米到幾個微米（圖3-

1、圖3-2）。此區(qū)域的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)都不同于兩相中的任何一相。這一界面區(qū)由五

個亞層組成，每一亞層的性能都與基體和增強相的性質(zhì)、復(fù)合材料成型方法有

關(guān)。1

1、外力場

3、基體外表區(qū)

4、相互滲透區(qū)

5、增強劑外表區(qū)'廠7-

6、增強劑1

圖3-1復(fù)合材料的界面示意圖

國3-2SCS6/25Al-10Nb-3V-lMo復(fù)合材料界面透射電鏡照片及示意圖

界面是復(fù)合材料的特征，可將界面的機(jī)能歸納為以下幾種效應(yīng)：

（1.1傳遞效應(yīng)：界面可將復(fù)合材料體系中基體承受的外力傳遞給增強相.起到基體和增強相之間的橋

梁作用。

（2）阻斷效應(yīng)：基體和增強相之間結(jié)合力適當(dāng)?shù)慕缑嬗凶柚沽鸭y擴(kuò)展、減緩應(yīng)力集中的作用。

（3）不連續(xù)效應(yīng)：在界面上產(chǎn)生物理性能的不連續(xù)性和界面摩擦出現(xiàn)的現(xiàn)象，如抗電性、電感應(yīng)性、

磁性、耐熱性和磁場尺寸穩(wěn)定性等。

（4）散射和吸收效應(yīng)：光波、聲波、熱彈性波、沖擊波等在界面產(chǎn)生散射和吸收，如透光性、隔熱性、

隔音性、耐機(jī)械沖擊性等。

（5）誘導(dǎo)效應(yīng)：一種物質(zhì)（通常是增強劑）的外表結(jié)構(gòu)使另一種（通常是聚合物基體）與之接觸的物

質(zhì)的結(jié)構(gòu)由于誘導(dǎo)作用而發(fā)生改變，由此產(chǎn)生一些現(xiàn)象，如強彈性、低膨脹性、耐熱性和沖擊性等。

界面效應(yīng)是任何一種單一材料所沒有的特性，它對復(fù)合材料具有垂要的作用。界面效應(yīng)既與界面結(jié)

合狀態(tài)、形態(tài)和物理?化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，也與復(fù)合材料各組分的浸潤性、相容性、擴(kuò)散性等密切相關(guān)。

界面的結(jié)合狀態(tài)和強度對復(fù)合材料的性能有重要影響。對于每一種復(fù)合材料都要求有適宜的界面結(jié)

合強度。許多因素影響著界面結(jié)合強度，如外表幾何形狀、分布狀況、紋理結(jié)構(gòu)、外表雜質(zhì)、吸附氣體

程度、吸水情況、外表形態(tài)、在界面的溶解、擴(kuò)散和化學(xué)反響、外表層的力學(xué)特性、潤濕速度等。

界面結(jié)合較差的復(fù)合材料大多呈剪切破壞，旦在材料的斷面可觀察到脫粘、纖維拔出、纖維應(yīng)力松

弛等現(xiàn)象。界面結(jié)合過強的復(fù)合材料那么呈脆性斷裂，也降低了復(fù)合材料的整體性能。界面最正確態(tài)的

衡量是當(dāng)受力發(fā)生開裂時，裂紋能轉(zhuǎn)化為區(qū)域化而不進(jìn)一步界面脫粘；即這時的復(fù)合材料具有最大斷裂

能和一定的韌性。因此，在研究和設(shè)計界面時，不應(yīng)只追求界面結(jié)合而應(yīng)考慮到最優(yōu)化和最正確綜合性

能。二、復(fù)合材料組分的相容性

物理相容性：

是指基體應(yīng)具有足夠的韌性和強度，能夠?qū)⑼獠枯d荷均勻地傳遞到增強劑

上，而不會有明顯的不連續(xù)現(xiàn)象。另外，由于裂紋或位錯移動，在基體上產(chǎn)生的局部應(yīng)力不應(yīng)在增強劑

上形成高的局部應(yīng)力。另一個重要的物理關(guān)系是熱膨脹系數(shù)?；w與增強相熱膨脹系數(shù)的差異對復(fù)合材

料的界面結(jié)合產(chǎn)生重要的影響，從而影響材料的各類性能。例如對于韌性基體材料，最好具有較高的熱

膨脹系數(shù)。這是因為熱膨脹系數(shù)較高的相從較高的加工溫度冷卻是將受到張應(yīng)力：對于脆性材料的增強

相，一股都是抗壓強度大于抗拉強度，處于壓縮狀態(tài)比較有利。而對于像鈦這類高屈服強度的基體，一

般卻要求防止高的剩余熱應(yīng)力，因此熱膨張系數(shù)不應(yīng)相差太大。

化學(xué)相容性：

化學(xué)相容性是一個復(fù)雜的問題。對原生復(fù)合材料，在制造過程是熱力學(xué)平衡的，其兩相化學(xué)勢相等,

比外表能效應(yīng)也最小。對非平衡態(tài)更合材料，化學(xué)相容性要嚴(yán)重得多。纖維和基體間的直接反響那么是

更重要的相容性問題。但對高溫復(fù)合材料來說，以下因素與復(fù)合材料化學(xué)相容性有關(guān)的問題那么十分重

要：

1）相反響的自由能AF：代表該反響的驅(qū)動力。設(shè)計復(fù)合材料時，應(yīng)確定

所選體系可能發(fā)生反響的自由能的變化。

2）化學(xué)勢U：各組分的化學(xué)勢不等，常會導(dǎo)致界面的不穩(wěn)定。

3）外表能T：各組分的外表能可能很高，導(dǎo)致界面的不穩(wěn)定。

4）晶界擴(kuò)散系數(shù)D：由晶界或外表擴(kuò)散系數(shù)控制的二次擴(kuò)散效應(yīng)常使復(fù)合體系中組分相的關(guān)系

發(fā)生很大變化。

三、復(fù)合材料的界面理論

1、界面潤濕理論

界面潤濕理論是基于液態(tài)樹脂對纖維外表的浸潤親和，即物理和化學(xué)吸附作用。液態(tài)樹脂對纖維外

表的良好浸潤是十分重要的。浸潤不良會在界面上產(chǎn)生空隙，導(dǎo)致界面缺陷和應(yīng)力集中，使界面強度下

降。良好的或完全浸潤將使界面強度大大提高，甚至優(yōu)于基體本身的內(nèi)聚強度。

從熱力學(xué)觀點來考慮兩個結(jié)合面與其外表能的關(guān)系，一-般用外表張力來表征。外表張力即為溫度和

體積不變的情況下，自由能隨外表積增加的增量。

Y=SF/8A）TV

此處?/為外表張力：F為自由能：A為面積：T和V分別為溫度和體積。

當(dāng)兩個結(jié)合面結(jié)合了，那么體系中由于減少了兩個外表和增加了一個界面使自由能降低了。

體系由于兩個外表結(jié)合而導(dǎo)致自由能的下降定義為粘合功。

WA=Ys+YL-YSL

式中s、L和SL下標(biāo)分別代表固體、液體和固液體。如圖2-3所示，。角為接觸

角。接觸角表示了液體潤濕固體的情況。

圖3-3液滴在固體外表的不同潤濕情況

當(dāng)0>90。，液體不潤濕固體；0=180°,固體外表完全不能被液體潤濕；

當(dāng)0<90。，液體潤濕固體；0=0。，液體完全平鋪在固體外表。接觸角隨溫度、保持時間、吸附氣

體等而變化。

根據(jù)力的合成YLCOS0=ys-YSL，

粘合功可表示為：WA=ys+YL-YSL=YL(1+COS9)<)

粘合功”'A最大時，cosO=1,即次0,液體完全平鋪在固體外表。同時丫=ysL,ys=YL。

熱力學(xué)說明兩個外表結(jié)合的內(nèi)在因素，表示結(jié)合的可能性；動力學(xué)反映實際產(chǎn)生界面結(jié)合的

外界條件，如溫度、壓力等的影響，表示結(jié)合過程的速度問題。產(chǎn)生良好結(jié)合的條件如下：

1)液體粘度盡量低；

2)YS略大于YL，即'廿二'(p2y,<?<1,(P：效率因子，液體在固

體上擴(kuò)展的條件，它與溫度等活化過程有關(guān)。

浸潤性僅僅表示了液體與固體發(fā)生接觸時的情況，而并不能表示界面的粘結(jié)

性能。一種體系的兩個組元可能有極好的浸潤性，但它們之間的結(jié)合可能很弱，

如范德華物理鍵合。因此潤濕是組分良好粘結(jié)的必要條件，并非充分條件。

2、機(jī)械作用理論：

當(dāng)兩個外表相互接觸后，由于外表粗糙不平將發(fā)生機(jī)械互鎖(圖3-4)。

圖3-4外表機(jī)械互鎖結(jié)合示意圖

另一方面，盡管外表積隨著粗糙度增大而增大，但其中有相當(dāng)多的孔穴，

2

粘稠的液體是無法流入的。如經(jīng)驗公式：Z=KYCOS0t5/n,說明流入量Z是

與液體外表張力、接觸角、時叵和孔徑成止比，與粘度成反比。尢法流入液體的

孔不僅造成界面脫粘的缺陷，而且也形成了應(yīng)力集中點。

3、靜電理論：

當(dāng)復(fù)合材料不同組分外表帶有異性電荷時，將發(fā)生靜電吸引。僅在原子尺度

量級內(nèi)靜電作用力才有效〔圖3-5)。

圖3-5外表靜電吸引結(jié)合示意圖

4、化學(xué)鍵理論：

在更合材料組分之間發(fā)生化學(xué)作用，在界面上形成共價鍵結(jié)合(圖3-6)。

在理論上可獲得最強的界面粘結(jié)能(210-220J/mol)o

圖3-6外表結(jié)合化學(xué)鍵示意圖

5、界面反響或界面擴(kuò)散理論

在復(fù)合材料組分之間發(fā)生原子或

分子間的擴(kuò)散或反響，從而形成反響

結(jié)合或擴(kuò)散結(jié)合(圖3-7)。

D=D()exp(-Q/RT)

D：擴(kuò)散系數(shù)；Q：擴(kuò)散激活能。

X=kt,/2圖3-7界面反響結(jié)合或擴(kuò)散結(jié)合示意圖

X：反響層厚度；k：反響速度常數(shù)。

四、界面的表征界面性能較差…呈剪切破壞、可觀察到界面脫粘、纖維拔出纖維應(yīng)力松弛等現(xiàn)象。

界面結(jié)合過強一材料金脆性斷裂。

界面結(jié)合最正確狀態(tài)…當(dāng)受力發(fā)生開裂時，裂紋能轉(zhuǎn)化為區(qū)域而不產(chǎn)生進(jìn)一步界面脫粘，即這時的

復(fù)合材料具有最大的斷裂能和一定的韌性。

1、界面結(jié)合強度的測定

圖310測定界面剪切強度時纖維的排布

T/c=D/2S,TI/aCB<D/2S

2）losipescu剪切試驗試驗

圖3-IIlosipescu剪切試驗示意圖

1-2單纖維試驗法

圖3-12纖維拔出記

圖3.

I可以

13所

I兌粘

壓縮試驗測試界面剪切強度（圖3-14b）y~2.5bc，

聲發(fā)射是當(dāng)固體材料在外部條件（如載荷、溫度、磁場、環(huán)境介質(zhì)等）發(fā)生

變化時，由于其內(nèi)部原因而產(chǎn)生的瞬時彈性應(yīng)力波發(fā)射。聲發(fā)射信號包括有材料

內(nèi)部缺陷或微觀結(jié)構(gòu)變化動態(tài)信息，借助靈敏的電子儀器可以檢測到聲發(fā)射信

號。

用儀器檢測分析聲發(fā)射信號，推斷聲發(fā)射源的技術(shù)稱為聲發(fā)射技術(shù)。

復(fù)合材料的損傷斷裂過程十分復(fù)雜，包括纖維、基體和界面的破壞和斷裂。

各組元斷裂時釋放的聲能與其彈性模量和斷裂時各組元的范性形變量有關(guān)。由于

各組元斷裂時釋放的聲能不同，即聲發(fā)射信號的強弱不同，那么利用聲發(fā)射技術(shù)

就可以區(qū)分和識別復(fù)合材料界面的破壞和斷裂，從而可以分析界面的結(jié)合狀況，

同時計算出界面強度。

圖3-16富瑛處理的SiCp/Al拉伸過程中的AE行為

圖317寓Si02處理的SiCHAl拉伸過程中的AE行為

圖3-16和圖3-17分別表示了不同纖維外表處理的SiCF/Al復(fù)合材料拉

伸過程中的AE行為。圖中樣品AE過程出現(xiàn)的信號大小幾及次數(shù)的不同、對應(yīng)于樣品中不同部位的斷裂

破壞、次數(shù)及其強度，同時.E-A相關(guān)圖包絡(luò)的斜率不同的切線數(shù)目的不同也對應(yīng)于不同的斷裂機(jī)制?？?/p>

以看出，富碳和富Si02處理的SiCF/Al拉伸過程中具有不同的AE行為，定性地反映了兩種纖維復(fù)合材

料具有不同的界面以及不同的斷裂行為和機(jī)制。同時根據(jù)相美公式可以定量地求出復(fù)合材料的界面強

度。

2、界面結(jié)構(gòu)的表征

界面的微觀結(jié)構(gòu)、形貌和厚度可通過先進(jìn)儀器觀察分析包括俄歌電了?譜儀

（AES）、電子探針（EP）、X光電子能譜儀（XPS）,掃描二次離子質(zhì)譜儀

1SSIMS）、電子能量損失儀［EELS）、X射線反射譜儀（GAXP）、透射電子

顯微鏡（TEM）、掃描電鏡（SEM）和拉曼光譜（Raman）等。

國3-18TiB2纖維外表涂層SiCiJTi復(fù)合圖3-19SCS6/25AI-10Nb-3V-lMo復(fù)合材料

材料界面SEM分析照片界面透射電鏡照片

王、界面剩余應(yīng)力

復(fù)合材料成型后，由于基體的固化或凝固發(fā)生體積收縮或膨張（通常為收縮），而增強體那么

體積相對穩(wěn)定使界面產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，同時又因增強體與基體之間存在熱膨脹系數(shù)的差異，在不同環(huán)境溫度

下界面產(chǎn)生熱應(yīng)力。這兩種應(yīng)力的加和總稱為界面剩余應(yīng)力。前一種情況下，如果基體發(fā)生攻縮，那么

復(fù)合材料基體受拉應(yīng)力，增強體受壓應(yīng)力，界面受剪切應(yīng)力。后一種情況下，通常是基體膨悵系數(shù)大于

增強體，在成型溫度較高的情況下，復(fù)合材料基體受拉應(yīng)力，增強體受壓應(yīng)力，界面受剪切應(yīng)力,但隨

著使用溫度的增高，熱應(yīng)力向反方向變化。

界面內(nèi)應(yīng)力的大小可用下式表示：

oii=EmEmVm/3（1-ym）

式中Em為基體彈性模量，ym為基體泊松比，為基體發(fā)生的應(yīng)變，Vm為基體的體積比。

界面內(nèi)應(yīng)力的大小與界面的結(jié)合情況有關(guān)。如界面結(jié)合發(fā)生松弛滑移現(xiàn)象，那么內(nèi)應(yīng)力相應(yīng)減少。

界面熱應(yīng)力的大小可用下式表示：

oIi=Em（Tc-t）△a

式中Em為基體彈性模量，Tc為成型溫度，t為使用溫度，△a為基體與增強體的熱膨脹系數(shù)差。

界面剩余應(yīng)力可以通過對復(fù)合材料進(jìn)行熱處理，使界面松弛而降低，但受界面結(jié)合強度的控制，在

界面結(jié)合很強的情況下效果不明顯。

界面剩余應(yīng)力的存在對復(fù)合材料的力學(xué)性能有影響，其利弊與加載方向和復(fù)合材料剩余應(yīng)力的狀態(tài)

有關(guān)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于復(fù)合材料界面存在剩余應(yīng)力使之拉伸與壓縮性能有明顯差異。

測量界向剩余應(yīng)力的主要方法有X射線悔射法和中子衍射法。中子的穿透能力較X射線強，可用來

測量界面內(nèi)應(yīng)力；其結(jié)果是很大區(qū)域的應(yīng)力平均值。X射線衍射法只能測定樣品外表的剩余應(yīng)力。同步

輻射連續(xù)X射線能量色散法和會聚束電子衍射法也可用來測定復(fù)合材料界面附近的應(yīng)力和應(yīng)變變化。特

別是同步輻射連續(xù)X射線能量色散法兼有較好的穿透能力和對剩余應(yīng)變梯度的高空間分辨率，可測量界

面附近急劇變化的剩余應(yīng)力。此外，激光Raman光譜法可測量界面層相鄰纖維的振動頻率，根據(jù)纖維標(biāo)

定確定界面層的剩余應(yīng)力。目前，應(yīng)用最廣泛的仍是傳統(tǒng)的X射線衍射法。

第四章復(fù)合材料基體（Matrix）材料

復(fù)合材料基體：為復(fù)合材料中起到粘結(jié)增強體成為整體并轉(zhuǎn)遞載荷到增

強體的主要組分之一。

圖6-1熱塑性a、b和熱固性C聚合物的形態(tài)特征

一、聚合物

熱固性聚合物:環(huán)氧、酚醛、雙馬、聚酰亞胺樹脂等。通常為分子量較

小的液態(tài)或固態(tài)預(yù)聚體，經(jīng)加熱或加固化劑發(fā)生交聯(lián)化學(xué)反響并經(jīng)過凝膠化

和固化階段后，形成不溶、不熔的三維網(wǎng)狀高分子（圖6-1c）0熱同性樹

脂在初始階段流動性很好，容易浸透增強體，同時工藝過程比較容易控制。

這些樹脂幾乎適合于各種類型的增強體。通常都先制成預(yù)浸料，使浸入增強

體的樹脂處于半凝固狀態(tài)，在低溫保存條件下限制其固化反響，并應(yīng)在一定

期間內(nèi)進(jìn)行加工。各種熱固性樹脂的固化反響機(jī)理不同，根據(jù)使用要求的差

異，采用的固化條件也有很大佐差異。一般的固化條件有室溫固化、中溫固

化（120冤左右）和高溫固化（170冤以上）。這類高分子通常為無定型結(jié)

構(gòu)。具有耐熱性好、剛度大、電性能、加工性能和尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點。

熱塑性聚合物:包括各種通用塑料（聚丙烯、聚氯乙烯等）、二程塑料

1尼龍、聚碳酸酯等）和特種耐高溫聚合物（聚酰胺、聚陵碉、聚健酷酮

軍）。它們是一類線形或有支鏈的固態(tài)高分子（圖6-la、b）,可溶可熔，

可反復(fù)加工而無化學(xué)變化。在加熱到一定溫度時可以軟化甚至流動，從而在

壓力和模具的作用下成型，并在冷卻后硬化固定。這類聚合物必須與增強體

制成連續(xù)的片（布）、帶狀和粒狀預(yù)浸料，才能進(jìn)一步加工成各種亞合材料

構(gòu)件。這類高分子分非晶（或無定形）和結(jié)晶兩類。通常結(jié)晶度在20-85%

之間。具有質(zhì)輕、比強度高、電絕緣、化學(xué)穩(wěn)定性、耐磨潤滑性好，生產(chǎn)效

率高等優(yōu)點。與熱固性聚合物杵比，具有明顯的力學(xué)松弛現(xiàn)象；在外力作用

下形變大；具有相當(dāng)大的斷裂延伸率（圖6-2）：抗沖擊性能較好。

聚合物的力學(xué)特點：

圖6-2不同樹脂材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖6-3溫度及加載速度對高聚物力學(xué)性能的影響

決定聚合物強度的主要因素是分子內(nèi)分子之間的作用力。聚合物的破壞

無非是聚合物主鏈上化學(xué)鍵的斷裂或是聚合物分子鏈之間相互作用的破壞。

高聚物的力學(xué)性能強烈依賴于溫度和加載速率（時間）（圖6-3、4）o

同時考慮“溫度一時間一環(huán)境一載荷"幾方面的囚索才能真實反映材料的性

能。

圖6-4熱塑性聚合物狀態(tài)與溫度的關(guān)系

1-非晶態(tài)聚合物的溫度-形變曲線

2—結(jié)晶態(tài)聚合物的溫度-形變曲線

高聚物特征溫度：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg,熔點Tm和粘流溫度Tf

在Tg以下：為硬而脆或硬而韌的固體（玻璃態(tài)）；

在Tg附近：非晶高聚物轉(zhuǎn)變成軟而有彈性的橡膠態(tài)；半晶高聚物轉(zhuǎn)變成

軟而韌的皮革態(tài)；

熱塑高聚物Tg根本同定；熱同高聚物Tg隨其交聯(lián)度的增加而增加，當(dāng)

交聯(lián)度很高時，到達(dá)Tg后無明顯的軟化現(xiàn)象

Tm〔非晶）、Tf（結(jié)晶）：成為高粘度的流體（粘流態(tài)）。

1、熱固性樹脂：1）環(huán)氧樹脂（EP）:0

一種分子中含有兩個或兩個以上活性環(huán)氧基團(tuán)（一C-A）的低聚物。按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類如下：

縮水甘油犍EP

廠縮水甘油類福胺EP

縮水甘油酯EP

—脂環(huán)族EP

—脂肪族EP

環(huán)氧樹脂是線型結(jié)構(gòu)，必須參加固化劑使它變?yōu)椴蝗懿蝗鄣木W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)才有用途。按固化工藝可分為三大

類：1）含有活潑氫的化合物，它仍在固化時發(fā)生加成聚合反響；2）離子型引發(fā)劑，它可分陰離子和

陽離子；3）交聯(lián)劑，它能與雙酚A型環(huán)氧樹脂的氫氧基進(jìn)行交聯(lián)。

常用的固化劑包括脂肪族或芳香族胺類，有機(jī)多元酸或酸酊等。

表6-1熱固性樹脂的力學(xué)性能

2）雙馬來酰亞胺樹脂（BMI）

雙馬樹脂是馬來酸酊與芬香族二胺反響生成預(yù)聚體，再高溫交聯(lián)而成的

一類熱固性樹脂。

交聯(lián)后的雙馬樹脂具有不熔、不溶的特點，有高的交聯(lián)度，固化后的密

度在~L4g/cn?之間，玻璃化溫度(Tg)在250-300。。之間，使

用溫度為150~200℃o

3)聚酰亞胺樹脂(PMR)

聚酰亞胺樹脂是主鏈含雜環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物。其典型反響是芳香二酸酊與

芳香二胺生成聚酰胺酸，在熱作用下酰胺脫水形成聚酰亞胺。聚酰亞胺樹脂

2、熱塑性樹脂：

1)聚醛醛酮(PEEK)

PEEK是一種半結(jié)晶型熱塑性樹脂，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為143久,熔點

為334汽，結(jié)晶度一般在20-40%,最大結(jié)晶度為48%。

PEEK在空氣中的熱分解溫度為650。(3,加工溫度在370-420(,室溫彈性

模量與環(huán)氯樹脂相當(dāng)，強度優(yōu)于環(huán)氧，斷裂韌性極高，具有優(yōu)秀的阻燃性。

PEEK基亞合材料可在250第的溫度下長期使用。

2)聚苯硫酸(PPS)

結(jié)晶型聚合物，耐化學(xué)腐蝕性極好，在室溫不溶任何溶劑，可長期耐熱

至240℃,5

3)聚酸颯(PES)

非晶聚合物，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為225℃,可在180久下長期使用；有突

出的耐蠕變性、尺寸穩(wěn)定性；熱膨脹系數(shù)與溫度無關(guān)，無毒，不燃。

4)熱塑性聚酰亞胺

聚酸酰胺(PEI)：長期使用溫度為180℃。

聚酰胺酰亞胺(PAI)：Tg達(dá)280℃,長期使用溫度為240%。

二、金屬

1、用于450久以下的輕金屬基體(鋁、鎂及其合金)

1-1鋁及其合金：

面心立方結(jié)構(gòu)，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。熔點為660℃,密度2.7g/cm\塑

性優(yōu)異，導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能好；化學(xué)活性高，強度不高。鋁合金中常用的合金

元素有銅、鎂、鋅、鋅和硅等?？煞肿冃武X合金和鑄造鋁合金(ZL)。變形鋁合金可分為：防繡鋁(LF)、

帔鋁(LY)、超蝶鋁(LC)、鍛鋁(LD)o

鋁合金需用固溶處理、淬火和時效來改善和提高性能。固溶處理是指

通過加熱使合金中第二相完全溶入a相中，并通過擴(kuò)散均勻化，以固溶強化

方式強化合金。淬火是指固溶處理后用水或其它介質(zhì)將合金急冷至室溫，獲得最大飽和度的均勻固溶體。

淬火是時效處理的前提。

指通過過飽和度固溶體的分解,析出介穩(wěn)定的第二相(過渡相)并彌散分

布。通過時效鋁合金的強度和硬度明顯提高。

圖6-5鋁合金的相圖

1-2鎂及其合金：

鎂具有密排六方結(jié)構(gòu)，密度為1.74g/cm\鎂的強度和模量都很

低，但比強度、比模量較高。其室溫和低溫塑性較低，但高溫塑性好，可進(jìn)

行各種形式的熱變形加工。

圖6-6鎂-鋁合金相圖圖6-7鎂-鋅合金相圖

鎂的合金化也是利用固溶強化和時效強化來提高合金的常溫和高溫性能。其合金化元素有鋁、鋅、

錯、鐳和稀土等。鎂合金主要有Mg-AL-Zn系和\lg-Zn-Zr系，分變形鎂合金和鑄造鎂合金。

2、用于450?700式復(fù)合材料的金屬基體(鈦及其合金)

欽的密度為/cm，,熔點1678久,熱膨脹系數(shù)XIO-6/K,導(dǎo)電

和導(dǎo)熱性差，耐腐蝕性良好。鈦有兩種同素異構(gòu)結(jié)構(gòu)。久以下為密

排六方結(jié)構(gòu)(a-Ti)；882.5久以上至熔點為體心立方結(jié)構(gòu)(p-Ti)o

純鈦的塑性極好，其強度可通過冷加工硬化和合金化得到顯著提高。鈦

合金一般按合金元素參加后在退火組織中的作用分為a型、。型和a+p

型三類。合金化后的耐熱性顯著提高，可作為高溫結(jié)構(gòu)材料，長期使用溫度

可達(dá)650℃。

鈦合金中合金元素對鈦的同素異構(gòu)體的作用在于能提高鈦同素異構(gòu)體的

轉(zhuǎn)變溫度。擴(kuò)大a區(qū)和增加a相穩(wěn)定性的合金元素為a穩(wěn)定元素：降低鈦的

同素異構(gòu)體轉(zhuǎn)變溫度，擴(kuò)大°相區(qū)，并在復(fù)相合金中優(yōu)先溶于p相內(nèi)的合金

元素為B穩(wěn)定元素，是強化B相的主要元素。

為了獲得最正確的機(jī)械性能，鈦合金需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐嘶?、淬火和失效等熱處理。退火適用于各類鈦及

飲合金，而且是a型鈦合金和0穩(wěn)定化元素較少的和a+0型鈦合金的唯一熱處埋方式。退火的口的是消

除內(nèi)應(yīng)力，提高塑性和穩(wěn)定組織及消除加工硬化。應(yīng)力退火溫度一般為450~650℃,空冷；再結(jié)晶溫

度為750?800℃,空冷。

表6-2鈦合金復(fù)合材料中常用鈦及鈦合金成分及性能

。型和0穩(wěn)定化元素較多的a+0型鈦合金可以進(jìn)行淬火和失效等熱處

理，以提高合金的強度。這類合金的淬火溫度一般選在a+0兩相區(qū)的上部

范圍,為750~為0°C,水冷；時效溫度為450~550箋,時間為幾小時到幾

十小時。

鈦合金的淬火時效機(jī)制類似于鋁合金，但又有區(qū)別。主要區(qū)別在于鋁合

金固溶時，得到過飽和固溶體，而鈦合金得到的是。穩(wěn)定化元素欠飽和固

溶體：鋁合金時效強化是依靠過渡相，而鈦合金時效強化是依靠彌散分布的

平衡相強化。

3、用于1000久高溫復(fù)合材料的金屬基體

3-1高溫合金(Superalloys)

高溫合金是鐵基、銀基和鉆基高溫合金的總稱，在高溫下具有很的持

久、蠕變和疲勞強度。為了獲得高強度與高蠕變抗力，合金元素必須保證產(chǎn)

生在高溫下強而穩(wěn)定的顯微組織。固溶強化、彌散強化和析出硬化。其典型

組織為：奧氏體基體和彌散分布于其中的強化相，它可以是碳化物相、金屬

間化合物相或穩(wěn)定化合物質(zhì)點。

鐵基高溫合金可做中溫使用的另部件，如700久以下使用的發(fā)動機(jī)渦輪

盤,作為高溫板材的固溶強化型鐵基高溫合金的使用溫度在900久以下。

銀基合金用來制造使用溫度更高的、受力苛刻的熱端部件，如渦輪葉

片、導(dǎo)向葉片、燃燒室等。

鉆基高溫合金廣泛用作導(dǎo)向葉片，具有良好的抗熱腐蝕性和抗冷熱疲勞

性能。

表6-3高溫合金基體的力學(xué)性能

3-2金屬間化合物(IntermetallicCompound)

金屬與金屬或金屬與類金屬之畫形成的中間相化合物。決定金屬間化合

物相結(jié)構(gòu)的主要因素有電負(fù)性、尺寸因素和電子濃度等。金屬間化合物晶體

結(jié)構(gòu)雖然復(fù):雜或有序，但從原子結(jié)合上仍具有金屬特性。然而其電子云分布

并非完全均勻，存在一定方向性，具有某種程度的共價鍵特征，導(dǎo)致熔點升

高及原子間鍵出現(xiàn)方向性。金屬間化合物往往具有一定的固溶度，偏離當(dāng)量

成分，有序度降低，缺陷增加。固溶第三組元對二元金屬間化合物的相結(jié)構(gòu)

和穩(wěn)定性都有很大影響。

金屬間化合物可分結(jié)構(gòu)金屬間化合物和功能金屬間化合物兩大類。結(jié)構(gòu)

金屬間化合物與高溫合金相比，其最大的特點是晶體結(jié)構(gòu)中組成元素的原子

以長程有序方式排列，原子結(jié)合力強，除金屬鍵以外，還有一局部共價鍵，

表現(xiàn)出一系列優(yōu)異性能，使用溫度界于高溫合金和高溫結(jié)構(gòu)陶瓷之間。根據(jù)

其組成的不同當(dāng)量比，A、B兩元之間可形成AB、AzB、AAr,B3、AB,

等化合物；根據(jù)組成元素，可分為鋁化物、硅化物和鉞化物。

(a)Kumakov型;(b)BerthollideS(c)Daltonide型

圖6-8不同類型的金屬間化合物的相圖

Kumakov型：在化學(xué)式所規(guī)定成分的兩側(cè)有一個成分范圍，在低于熔點的某一溫度以下，原子的有序排

列消失,形成無序排列的金屬間化合物。如CuAu、Cu3Au、Fe*Al、Ti3Al等。

Berthollide型：在化學(xué)式所規(guī)定成分的兩側(cè)有一個成分范圍，但熔化

前或反響前為原子有序排列的金屬間化合物。如NLAl、TiAl等。

Daltonide型；在化學(xué)式規(guī)定成分的兩側(cè)不存在成分范圍的金屬間化合

物，如PtzSi、PtSi等。

盡管金屬間化合物具有密度小、彈性模最高等優(yōu)點，但室溫脆性是其致

命弱點，目前正通過各種途徑提高其延性和韌性。

Ti-Al系金屬間化合物：

Ti-AI系金屬間化合物具有低密度、高強度、高剛度、以及良好的高溫、抗蠕變和抗氧化性能。Ti-AI系

金屬間化合物一般分az-Ti3Al和y-TiAl兩類。

與Ni基合金相比，以長梁構(gòu)件先例，同樣體積長度，金屬間化合物重量減輕45%；同樣重量，金屬間

化合物構(gòu)件長度增加35%。與Ti基合金相比金屬間化合物具有良好的高溫比性能。Ti-A1系金屬間化合

物最高使用溫度可達(dá)1100℃。但日前其實用化的主要障礙有：I)難以熱壓加工；2)嚴(yán)重的室溫脆性。

目前實化的Ti-A1系金屬間化合物：

a2-Ti3A1^0(0rthombic)相TiNNb(16-30%)；

Y-TiAl-＞兩相(a2+7)TiAl。

表6-5Ti合金、金屬間化合物和高溫合金的力學(xué)性能比較

三、陶瓷：

陶瓷是金屬與與非金屬的固體化合物，以離子鍵［如MgO、A1B)、共

價鍵(金剛石、SLN」、BN)以及離子鍵和共價鍵的混合鍵結(jié)合在一起。陶究

材料的顯微結(jié)構(gòu)通常由晶相、玻璃相和氣相(孔)等不同的相組成。

陶定材料具有熔點高、使度大、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、耐磨損、耐氧

化和腐蝕、比重小、強度和模量高等優(yōu)點，可在各種苛刻的環(huán)境下工作；另

一方面，陶瓷材料在磁、電、光、熱等方面的性能和用途具有多樣性和可變

性，是非常重要的功能材料。

陶瓷材料的致命弱點是脆性大、韌性差，常因存在裂紋、空隙、雜質(zhì)等

缺陷而引起不可預(yù)測的災(zāi)難性后果。陶瓷基復(fù)合材料是改變其脆性、提高韌

性的有效途徑。用于復(fù)合材料陶瓷基體主要有氧化物1A1G等)、氮化物

(Si3N,等)和碳化物(SiC等)。

1、氧化物陶瓷：

氧化物陶瓷主要有AIB、MgO、SiOz、Zr02和莫來石(3A12O32SiOJ

等。其熔點在20()()OC以上，主要為單相多晶結(jié)構(gòu)，還可能有少量氣相(氣

孔)。微晶氧化物的強度較高；粗品結(jié)構(gòu)時，品界剩余應(yīng)力較大，對強度不

利.氧化物陶瓷的強度隨環(huán)境溫度升高而降低。這類材料應(yīng)防止在高應(yīng)力和

高溫環(huán)境下使用。這是因為AkO,和ZrO?的抗熱震性差：SiO?在高溫下容