復(fù)合材料制備與加工2ppt課件

1、復(fù)合資料制備與加工第二章 復(fù)合資料的界面與設(shè)計2.1.1 界面對復(fù)合資料性能的影響 影響界面結(jié)合強度的要素2.1.2 界面結(jié)合方式2.1.3 層狀接合型復(fù)合資料的界面 界面結(jié)合機理大致分為四種類型：純機械結(jié)合剩余應(yīng)力結(jié)合、機械粘結(jié)、分散結(jié)合、反響結(jié)合。 純機械結(jié)合依托剩余應(yīng)力實現(xiàn)，例如鑲套、熱裝；機械粘結(jié)是經(jīng)過塑性變形等而實現(xiàn)的如冷變形條件下構(gòu)成的結(jié)合，此時的界面結(jié)合方式主要為凹凸界面的相互嚙合和原子級金屬鍵合。2.2 復(fù)合資料設(shè)計 2.2.1 概述 復(fù)合資料設(shè)計包括以下幾個方面的內(nèi)容。 (1) 性能設(shè)計 根據(jù)組元的性能、外形、分布與取向、組成比等對復(fù)合資料性能的影響規(guī)律，設(shè)計出所需性能。 復(fù)

2、合資料的性能包括三個方面：物理性能、力學(xué)性能以及可加工性能。2.2.2 復(fù)合準(zhǔn)那么 各組元資料的性能與復(fù)合資料性能之間的關(guān)系稱為復(fù)合準(zhǔn)那么ROM：Rule of mixtures。 用于復(fù)合資料的彈性系數(shù)、強度、導(dǎo)電導(dǎo)熱等性能設(shè)計的準(zhǔn)那么，主要有簡單復(fù)合準(zhǔn)那么和基于彈性實際的復(fù)合準(zhǔn)那么。 一、簡單復(fù)合準(zhǔn)那么 假設(shè)復(fù)合資料的性能與組元的體積含量成正比： 當(dāng)n=1，N = 2時，有： Pc = PmVm + PrVr 式中，下標(biāo)c 代表復(fù)合資料，m 代表基體，r 代表強化相。二、基于彈性實際的復(fù)合準(zhǔn)那么 兩相模型的平均強化相含量Vrm高于實踐值Vr，而三相模型可經(jīng)過改動純基體相的大小使Vrm等于實

3、踐值Vr。 研討闡明，在預(yù)測彈性模量時，兩相模型過高地估計了強化相之間的相互作用效果，而三相模型那么往往導(dǎo)致估計過低。2.2.3 2.2.3 彈性模量彈性模量 2.2.4 強度 資料的強度是組織構(gòu)造敏感的性能目的，因此，要從實際上正確設(shè)計或預(yù)測復(fù)合資料的強度通常不太容易。較為經(jīng)典的強度復(fù)合準(zhǔn)那么有所謂shear lag 模型：yc=ym(Vm+VrAs/2) (A)式中， yc 和ym 分別表示復(fù)合資料和基體資料的屈服應(yīng)力。該模型的主要思索對象是以晶須和短纖維為強化相的復(fù)合資料。 進一步思索在基體中纖維兩端遭到約束作用：yc=ym(Vm+VrAs+2)/2) (B) yc=ym(Vm+VrAs

4、/2) (A)yc=ym(Vm+VrAs+2)/2) (B) 式A或B所示模型的最大特點是簡單，便于運用，在某些情況下式B的預(yù)測值與實踐符合得較好。但明顯地上述兩個模型均沒有思索強化顆粒尺寸直徑的影響，也不能反響由于復(fù)合所引起的基體資料晶粒尺寸與位錯密度的變化等對資料強度有明顯影響這一要素的效果。 2.2.5 韌性 陶瓷資料普通具有強度高、耐磨、耐熱、耐腐蝕等一系列的優(yōu)點，但由于其韌性很低，故運用范圍遭到很大限制。提高其韌性是陶瓷資料復(fù)合化的重要目的之一。因此，韌性設(shè)計是陶瓷復(fù)合資料研討的最重要課題之一。 陶 瓷 復(fù) 合 資 料 的 韌 化 機 制 分 為 防 護 機 制shielding m

5、echanism與非防護機制non-shielding mechanism兩大類。 一、防護機制 防護機制是指可以緩和裂紋尖端的應(yīng)力集中，從而減緩或阻止裂紋的擴展，提高資料韌性。1. 橋梁機制展的作用。展的作用。二、非防護機制二、非防護機制三、韌性與強度的關(guān)系 金屬是一種富有延性與韌性的資料，通常，隨著強化相含量的添加，復(fù)合資料的延性與韌性降低，即強度與彈性模量的提高往往是以犧牲延性與韌性為代價的。 陶瓷資料本身多為脆性資料，其塑性變形才干幾乎為零某些特殊條件下的超塑性景象除外，韌性很差。假設(shè)利用以上所述的各種韌化機制，在陶瓷資料中參與適當(dāng)?shù)膹娀喟ǚN類的正確選擇和參與量的適量化，那么可以在

6、提高陶瓷復(fù)合資料的強度的同時，提高其韌性，使強化與韌化同時實現(xiàn)。 2.2.6 耐磨性 顆粒彌散強化復(fù)合資料所具有的優(yōu)良性能之一是其高耐磨性。通常只需在鋁合金中參與少量(0.55 vol%)的強化顆粒, 即可大幅度地提高其耐磨性。 2.2.6 耐磨性2.2.7 物理性能 Kerner在上述假設(shè)的根底上，再思索顆粒與基體之間的剪切應(yīng)力的作用，導(dǎo)出顆粒強化復(fù)合資料的線膨脹系數(shù)實際式為：其中 式中，G為剪切彈性模量，或稱剛性模量，G=E/2(1+)。 普通來說, 為了提高顆粒彌散強化復(fù)合資料的強度和彈性系數(shù), 降低其線膨脹系數(shù), 需求提高強化顆粒的含量。然而, 強化顆粒含量的添加往往導(dǎo)致復(fù)合資料可加工性的大幅度降低2.2.8 可加工性與加工工藝 2.2.8 可加工性與加工工藝 以往的資料制備普通是根據(jù)金屬學(xué)的原理，采用嘗試的方法制備出各種不同性能的資料也因此而被貶稱為炒菜的方法，然后根據(jù)用途要求來選擇資料，甚至只能根據(jù)資料的性