复合材料学之七课件

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1、界面强度的测定1拉出法复合材料中纤维与基体间的界面强度一般多采用拉出法测定。这种方法的基本原理如图8－14所示。当一根纤维有le长埋入基体时，对其进行拉出试验，以纤维由基体拔出时载荷的大小来衡量其界面强度。若纤维由基体拔出时纤维与基体之间的剪应力为，对应的纤维应力为p，根据力的平衡原则有：若纤维的断裂应力，则当一定时，若则纤维被拔出；而纤维被拉断。由此，当变换le进行一系列试验之后就会得到如图8－15所示的结果。在此图的1区之内歼维从基体中拔出；2区内由于埋入的le长，要使之拔出需很大的力，而纤维又承受不了如此大的载荷．因此只能是

2、纤维被拉断。金属基功能复合材料由于复合材料最初的研究目的是做为质轻高强材料，因此一提及复合材料，人们往在把它单纯看做结构材料。然而随着复合材科研究的不断深入，人们发现复合材料还具有多种特殊功能，于是功能复合材料也就应运而生。9．1复合材料具有的功能众所周知，结构材料是一种依靠自身原子间的结合力支撑着来自外界的载荷。与此相对应，所谓的功能材料是对外来“刺激”十分敏感的材科，即是一种具有“能动反应”的材料。功能复合材科是将具有各种各样功能的材料进行复合，它除了保留了组成复合材料素材的功能外，还由于是多元组成，同时存在着界面，因此就会产生许多

3、新的功能。组成的复合材料的功能可能与组成素材有相同之处，亦可能有较大的差异。就目前已发表的文献而言，复合材科的功能数以干计，它们的分类的标准尚未统一，在此仅就大多数学者的观点，特别结合我国科技工作者的习惯，将复合材料的功竟分类列入表9－19．2电气功能复合材料9．2．1导电用复合材秆作为导电材料最具有代表的是铜材，然而为满足电气产品的高容量、高性能的需要，有时要求它具有较高的耐热性，为此人们首先想到的是在铜中加入合金元素的Ag、zr、Cr、刚、n等）的方法，可是采用此方法总是或多或少地使合金的导电能力下降，由此固溶强化及加工硬化的方法受

4、到了限制。后来人们开始研究在铜中加入Al2O3粒子的弥散强化方法制造新导电材料，结果表明这种材料的耐热性与强度均较高，而导电性几乎没有降低，于是很快地得到了应用，它的使用温度可达600℃。这种材料的制造方法有两种，一是将Cu粉与Al粉机械混合的方法；另一是将Cu－Al合金用气化等方法制成粉末，然后在一连串的热处理中使粉末反应，形成在Cu基体中分散Al2O3的颗粒的方法。近年亦有人研究用钢来补充铜导线的强度不足，该种导线被广泛应用于输电线、架空地铁线、通信线等方面。制造的方法多种多样，常见的有在钢线的表面用电镀的方法镀上一层铜，当然复合后

5、导线的电导率与所镀的铜层厚度有关。此外也有在钢棒周围注入熔融铜水形成铸锭，然后轧制灾妄合导线。为保证导线良好的导电性，同时使之又具有高的强度，日本研究开发了利用挤压成形的方法，在挤压过程中将钢丝周围包覆不同厚度的Al，这样利用钢丝与Al之间的摩擦力将两者合在一种。利用此方法，可自由地调整Al的厚度、钢丝的尺寸及导线的强度，因此在电器设备上被广泛应用，表9－2是一些铝包覆导线的种类与性能。超导复合材料研究表明，NiTi与Nb3Sn等化合物作为超导线很有应用前景。这种超导导线的超导性能受其直径的限制，经大量研究已证明，超导导线的直径只有小于

6、30um时才能防止磁通跳跃出现。但直径20～3um的超导导线仅可通过几安培的电流，并且这种线很易折断难以投入使用，为此人们研究将这种导线埋入如铜、铝这样的低电阻金属中，制成复合材料再使用的方法。图9－1为挤压成型的Nb－Ti合金系超导导线的断面图。这种导线是将Nb－Ti细线埋入Cu中经挤压使之成为一体，构成稳定的超导线材。在此方面常用的是Cu作基体，但对于极低温下使用的材料，考虑到其剩磁与传热特性，使用Al材为基会更好些。即在Cu基体中埋入极细的多心Ni－Ti合金，在两者之间放入高纯度Al（含99．99％Al以上），通过挤压使三者有机地

7、结合在一起。其特点是包覆前后临界电流基本不变，但经包覆后电压的变化趋缓。定向凝固涡轮发动机叶片可用于定向凝固的合金用定向凝固方法制造的自生复合材料，具有其它类型复合材料所不具有的独特优点，即易控制增强相的排列和界面。但是就目前来看，自生复合材料的应用并不广泛，其主要原因就是在合金的选择上受到了限制。并非所有的共晶或偏晶合金都能用来制作自生复合材料，这里的关键问题是两相共同生长界面匹配问题。共晶两相界面张力直接影响着固相的曲率半径。两相接触角愈大，曲率半径愈大，由曲率引起的过冷度就愈小，此时固－液界面就愈容易按平滑界面的方式向前推进，这有

8、利于定向自生复合材料的制作。另外，通常定向凝固形成的两固相之间存在有一定的位向关系，并且两共晶相的长大关系也是特定的，这些都使可用定向凝固的合金受到了限制。如Fe－C二元系，虽然可形成共晶，但是由于Fe－C