复合材料的复合原理及界面

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1、1复合材料原理陈刚江苏大学材料学院2第二章复合材料的复合原理及界面3第二章复合材料的复合原理及界面2.1复合原则2.2弥散增强及颗粒增强原理2.3单向连续纤维增强原理2.4短纤维增强原理2.5混杂增强原理2.6复合材料界面及其改性2.7复合材料界面表征4思考题根据连续纤维增强原理，举例说明采用哪些措施可以保证复合材料具有优异的性能？优异的纤维性能、足够的纤维体积分数、与整体结构配合的纤维排列、良好的界面结合、基体具有良好的塑性、基体性能均匀。52.4短纤维增强原理一、短纤维的作用特点及效应二、高分子基复合材料增强原理三、金属基复合材料增强原理四、陶瓷基复合材料增强原理五、水泥基

2、复合材料增强原理6一、短纤维的作用特点及效应短纤维的含义应力传递理论弹性模量、强度与纤维长度的关系71、短纤维的含义短纤维一般指长径比小于100的各种增强纤维。作用于复合材料的载荷不直接作用于纤维，而是先作用于基体材料并通过纤维端部与端部附近的纤维表面将载荷传递给纤维。对于短纤维复合材料，端头效应不可忽略，同时复合材料的性能是纤维长度的函数。8短纤维上受力分析2rττσf+dσfσfdz假设：纤维中部的界面剪切应力和纤维端部的正应力为零。2、应力传递理论91）应力传递分析对于短纤维、最大应力发生在纤维的中部（z=1/2）。可以得到公式lf/d=σfu/（2τy）其中lf是临界纤

3、维长度；d是纤维的直径；σfu是纤维的强度；τy是沿纤维长度的界面剪切应力，等于基体的剪切屈服强度。10图2-7纤维应力沿纤维长度分布l1

4、向应力。当纤维长度短于临界长度时，最大纤维应力小于纤维的平均断裂强度，无论外加应力多大纤维都不会断裂。此时，复合材料的断裂发生在基体或界面上，复合材料的强度近似为：σcu=τylVf/d+σmVm17当纤维长度长于临界长度时，纤维应力可以达到平均强度。此时，可以认为纤维应力等于其强度，纤维将发生断裂，复合材料的强度为：σcu=σfuVf+(σm)εf(1-Vf)其中(σm)εf是纤维断裂应变为ε时对应的基体的应力。18与连续纤维复合材料相似，我们可以得到最小体积分数和临界体积分数Vmin和Vcrit。当纤维的体积分数小于Vmin，当所有纤维断裂时复合材料也不会断裂。只有当基体断

5、裂时，复合材料才会发生断裂，此时的强度为：σcu=σmu(1-Vf)Vf

6、粘结性能还不够理想，造成复合材料的力学性能随纤维含量和长度的变化规律尚不明显。25三、金属基复合材料增强原理基本特点（塑性基体）增强规律遇到的问题26制备出疏密均匀、有一定强度要求的硅酸铝短纤维预制体;通过挤压浸渗法制备镁基复合材料。预制体的制备过程中粘结剂的选用非常重要，不仅需要提高预制体的强度和稳定预制体的形状以外,还能够调整复合材料的界面结构。27硅酸铝短纤维增强AZ91D复合材料微观结构多数纤维直径为5～15μm,长度约30～200μm。28复合材料的力学性能复合材料比AZ91D基体合金的抗拉强度平均提高了约18%，弹性模量平均提高了约58%。29透射电镜分析表明：复合

7、材料界面上可以发现很多的反应产物，除了几个纳米大小的MgO颗粒和尖晶石MgAl2O4颗粒外，还有为数不少的MgP4颗粒。另外，在界面上还有尺寸较大的Mg2Si颗粒。但是，看不出这些界面反应产物之间以及与纤维之间存在共格关系，说明它们之间很可能是以非共格的形式结合的。30氧化铝短纤维增强铝硅复合材料的凝固组织及断口形貌(SEM)3132挤压铸造氧化铝短纤维增强铝硅合金复合材料，纤维分布均匀，氧化铝纤维可作为初生硅和共晶硅非自发形核的衬底，细化了复合材料的组织。在氧化铝短纤维增强铝硅合金复合材料