李虎－金属基复合材料中纤维增强体涂层的研究现状-李虎.ppt

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1、金属基复合材料中纤维增强体涂层的研究现状马运柱，黄倩芳，刘文胜中南大学李虎12721728纤维是性能优异的增强体，普遍运用于增强金属基复合材料。基体与纤维之间的界面结构和性能对金属基复合材料的力学和物理性能起显著的影响。表面涂层技术能改进界面结构，是提高复合材料性能最为有效的途径之一。本文通过综述用于增强金属基体的几种重要纤维：C纤维、SiC纤维、W纤维等的表面涂层处理技术以及对金属基复合材料的界面、综合性能的影响，指出纤维涂层技术的研究方向。金属基复合材料中纤维增强体涂层的研究现状金属基纤维复合材料将具有高强度的纤维增强体加到金属(合金)基体中使金属得到强化，

2、这样的材料称为金属基纤维复合材料界面指金属(合金)基体与纤维材料增强体之间相接触的界面涂层就是在纤维表面涂覆一层防止界面反应的发生、提高纤维润湿性的物质，以利于纤维与基体间形成一个良好的粘结界面，从而达到提高复合材料各种性能的目的金属基复合材料中纤维增强体涂层的研究现状金属基复合材料中纤维增强体涂层的研究现状涂层按材料分类：金属涂层、陶瓷涂层和有机涂层按涂覆层数分类：单层、多涂层多涂层包括金属／金属、金属／陶瓷等各种涂层的使用目的在不降低纤维本身性能的前提下，能获得致密、均匀、与基体结合良好的薄涂层。主要涂层技术有化学镀、电镀、化学气相沉积(PVD)、溶胶一凝胶

3、法和热压法等。本文重点介绍一些常用纤维，诸如C纤维、SiC纤维、W纤维等的涂层处理的一些技术方法，对纤维涂层处理技术的研究现状及在金属基体材料中的应用情况进行综述。金属基复合材料中纤维增强体涂层的研究现状1、碳纤维表面涂层处理及应用碳纤维表面涂层处理及应用碳纤维具有密度小、比强度大、模量高、耐热性高以及化学稳定性好等优异的综合性能，是一种应用非常广泛的复合材料增强体。但与金属基体易发生反应，润湿性也较差，在制备碳纤维增强金属基复合材料之前一般需要进行表面涂层处理得到一层扩散阻挡层，以降低反应速度或反应产物的生成速度。碳纤维表面涂层处理及应用碳纤维表面常镀覆Co、

4、Cu、Ni、Ag等金属涂层，增强的金属基体主要有Al基、Cu基。碳纤维与Al基体在界面处发生严重的反应，金属涂层的加入提高了Al与碳纤维的润湿性，阻止Al与碳纤维间的界面反应，通过固溶、第二相析出等强化提高了界面及基体的硬度，但生成块状的化合物和纤维状的脆性相，成为潜在的裂纹源，降低了材料的拉伸强度和延伸率。碳纤维表面化学镀Ag涂层在铝液中很快溶解，所以碳纤维与铝液间润湿性的改善并非完全由于Al与Ag的润湿行为，而主要在于Ag涂层能使碳纤维表面保持清洁，纤维与基体的反应区域也只是稍微减少。碳纤维表面涂层处理及应用碳纤维表面涂覆的陶瓷涂层主要有SiO2,Al2O3

5、,TiO2,B4C/SiC等，增强的金属基体主要有Mg基、Al基。陶瓷涂层可以改善碳纤维与基体材料的润湿性，同时在一定程度上提高纤维自身的抗氧化性能，但陶瓷涂层的加人对材料性能的提高取决于是否发生了有害反应、物理参数的匹配及化学相容性等因素:Al2O3涂层改善了界面状况，与基体没有有害反应发生，与铝的过渡区加强了界面结合，提高了复合材料的力学性能;SiO2碳纤维抗氧化性能提高，纤维强度却有所下降;SiC和TiC涂层在氧化过程中分别形成SiO2和金红石型TiO2膜，因而只能对碳纤维提供有限的保护;B4C/SiC涂层无论是在干燥的氧气气氛中还是在空气气氛中都能对碳纤

6、维提供较好的保护碳纤维表面涂层处理及应用碳纤维表面涂层处理及应用结论：单涂层一般不能满足界面的复杂要求，多功能涂层具有改善润湿性、阻挡界面反应、调节界面性能等多种功能。纤维和基体之间界面结合机理，界面的载荷传递问题，都还有待于进一步深入研究。碳纤维表面涂层处理及应用2、SiC纤维表面涂层处理及应用SiC纤维表面涂层处理及应用SiC纤维是以碳和硅为主要组分的一种陶瓷纤维具有良好的高温性能、室温性能和化学稳定性。主要用于增强金属和陶瓷，制成耐高温的金属或陶瓷基复合材料。SiC纤维表面涂层处理及应用金属涂层，包括Cu、Ag，增强的金属基体主要是Al基。Cu涂层可以降低

7、复合材料的临界渗透压，提高渗透长度从而更好地浸润纤维；Ag涂层可以浸润陶瓷表面，形成胶状熔体而构成舷涂层，且不生成金属间化合物SiC纤维表面涂层处理及应用陶瓷涂层,包括SiO2,Si,TiB2,TiC,B4C，增强的金属基体主要有Ti和Al。SiC纤维镀覆SiO2膜后，纤维的表面变得平整，弥补了其表面缺陷，缓解了纤维受拉时的应力集中，并在表面形成压应力状态，抑制了纤维表面裂纹源的形成与扩展，提高了纤维的拉伸强度；TiB2与TiC涂层对减缓SiC纤维与基体Ti合金之间的界面反应是很有效的，但与基体Ti合金界面附近发生化学反应生成针状TiB，插入到基体中，增加了界面

8、处的应力集中，容易导致界