復(fù)合材料界面

前言

復(fù)合材料學(xué)是一門相對年輕的學(xué)科，涉及化學(xué)、物理學(xué)、力學(xué)、材料科學(xué)和工藝學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域。分散于各學(xué)科領(lǐng)域的復(fù)合材料工作者有一個共同關(guān)注的焦點——復(fù)合材料的界面。兩種脆性材料通過弱界面結(jié)合可以組合成一種韌性材料，而兩種材料的強結(jié)合則可能產(chǎn)生強度成倍增大的新材料，這是界面所起的作用?？梢哉J為，對于給定的增強體和基體材料，界面是決定復(fù)合材料性能的決定性因素。長期以來，人們都努力于通過設(shè)計和制作結(jié)構(gòu)和性能合適的界面以獲得符合預(yù)定性能的復(fù)合材料。顯然，充分了解界面行為是達到這一目標的前提。 有關(guān)復(fù)合材料的出版物十分豐富，然而卻很少有專門討論界面問題的書籍。關(guān)于界面問題的研究成果和最新進展又廣泛分散于各個學(xué)科領(lǐng)域的眾多出版物中，相關(guān)研究人員深感不便。本書試圖將界面行為的最新理論、測試技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法集合在一起，填補這個欠缺。 全書包含9章，主要涉及纖維增強復(fù)合材料的界面微觀結(jié)構(gòu)和力作用下的界面行為，同時盡力將界面微觀行為與材料宏觀性能相聯(lián)系(盡管迄今為止這種關(guān)系并不很清晰，仍然是研究人員努力探索的目標)。第1章簡要闡述界面的定義，黏結(jié)機理和界面的作用。界面的微觀結(jié)構(gòu)及其表征方法安排在第2章；電子顯微術(shù)是傳統(tǒng)的基本方法，近10余年來發(fā)展迅速的原子力顯微術(shù)和顯微拉曼光譜術(shù)提供了界面結(jié)構(gòu)更豐富的信息。第3章涉及界面微觀力學(xué)研究的傳統(tǒng)實驗技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法以及主要幾種界面微觀力學(xué)理論，同時指出傳統(tǒng)實驗和分析方法的缺陷。將拉曼和熒光探針與傳統(tǒng)的界面微觀力學(xué)試驗相結(jié)合，形成了一種全新的、功能更豐富和更完善的實驗技術(shù)和數(shù)據(jù)分析方法，使界面微觀力學(xué)研究獲得重大進展。這是一個成功的、多學(xué)科合作的例子。第4章闡述該方法的基本原理和實驗技術(shù)以及對界面力學(xué)研究的主要貢獻。第5章～第9章分述幾種高性能纖維增強先進復(fù)合材料的界面力學(xué)行為。許多高技術(shù)產(chǎn)業(yè)不可缺少的碳纖維復(fù)合材料安排在第5章。近年來納米尺度增強體（納米管或納米纖維）的應(yīng)用使復(fù)合材料界面研究面臨一個新的領(lǐng)域；例如，碳納米管的結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)與傳統(tǒng)纖維有很大差異，加上它的小尺寸效應(yīng)，使其與基體形成的界面與傳統(tǒng)纖維增強復(fù)合材料的界面顯著不同，似乎提示應(yīng)建立新的界面理論。同時，也要求使用新的與傳統(tǒng)方法不同的探索界面行為的方法，第6章闡述這一領(lǐng)域的最近進展。第7章涉及玻璃纖維增強復(fù)合材料，玻璃纖維仍然是目前使用量最大的增強纖維。陶瓷纖維增強復(fù)合材料是高溫和其他惡劣或特殊環(huán)境下不可缺少的先進材料，在國防和其他高科技領(lǐng)域中具有重要地位。對這類復(fù)合材料，界面的作用主要以材料增韌為目標，因而與其他復(fù)合材料有顯著不同的界面行為，這部分內(nèi)容要安排在第8章。

內(nèi)容概要

　　界面是決定復(fù)合材料性能的關(guān)鍵因素，是復(fù)合材料研究領(lǐng)域的焦點問題?！稄?fù)合材料界面》首先對復(fù)合材料界面微觀結(jié)構(gòu)及其表征、界面微觀力學(xué)(包括界面的應(yīng)力傳遞和與界面行為相關(guān)的復(fù)合材料破壞行為)、界面結(jié)構(gòu)與界面行為之間的關(guān)系以及它們對材料宏觀性能的影響等進行了介紹，隨后，對碳纖維、碳納米管、玻璃纖維、陶瓷纖維、高性能纖維增強復(fù)合材料的界面行為分章進行了詳細闡述?！　　稄?fù)合材料界面》可供從事復(fù)合材料研究或生產(chǎn)的科技工作者，高等院校及研究院所相關(guān)專業(yè)的師生參考，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)的教學(xué)參考書。

書籍目錄

第1章 界面和界面的形成11.1 界面和界相11.2 界面的形成機理11.2.1 物理結(jié)合21.2.2 化學(xué)結(jié)合51.3 界面的作用6參考文獻8第2章 復(fù)合材料界面的微觀結(jié)構(gòu)92.1 概述92.2 界面斷裂面的形貌結(jié)構(gòu)92.2.1 形貌結(jié)構(gòu)的表征方法102.2.2 界面斷裂面的形貌結(jié)構(gòu)132.3 界面的微觀結(jié)構(gòu)152.3.1 表征方法152.3.2 陶瓷基復(fù)合材料212.3.3 金屬基復(fù)合材料262.3.4 聚合物基復(fù)合材料282.4 界面的成分分析292.4.1 特征X射線分析292.4.2 背散射電子分析312.4.3 俄歇電子分析322.5 界面微觀結(jié)構(gòu)的AFM表征332.5.1 基本原理342.5.2 實驗技術(shù)和圖像解釋342.5.3 碳纖維增強復(fù)合材料的界面372.5.4 聚合物纖維增強復(fù)合材料的界面382.6 界面微觀結(jié)構(gòu)的拉曼光譜表征402.6.1 界面碳晶粒的大小和有序度412.6.2 界面組成物的形成432.6.3 界面層組成物的分布43參考文獻45第3章 復(fù)合材料界面微觀力學(xué)的傳統(tǒng)實驗方法483.1 概述483.2 單纖維拉出（pullout）試驗493.2.1 試驗裝置和試樣制備493.2.2 數(shù)據(jù)分析和處理503.3 微滴包埋拉出（microdroplet,microbonding）試驗513.3.1 試驗裝置和試樣制備523.3.2 數(shù)據(jù)分析和處理533.3.3 適用范圍553.4 單纖維斷裂(fragmentation)試驗563.4.1 試樣制備和實驗裝置573.4.2 數(shù)據(jù)分析和處理583.4.3 適用范圍593.5 纖維壓出（pushout,pushin,microdebonding）試驗603.5.1 數(shù)據(jù)處理603.5.2 適用范圍633.6 彎曲試驗、剪切試驗和Broutman試驗633.6.1 橫向彎曲試驗633.6.2 層間剪切強度試驗643.6.3 Broutman試驗643.7 傳統(tǒng)實驗方法的缺陷64參考文獻65第4章 界面研究的拉曼和熒光光譜術(shù)684.1 概述684.2 拉曼光譜和熒光光譜684.2.1 拉曼效應(yīng)和拉曼光譜684.2.2 拉曼峰特性與材料微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系704.2.3 熒光的發(fā)射和熒光光譜734.3 纖維應(yīng)變對拉曼峰頻移的影響744.3.1 壓力和溫度對拉曼峰參數(shù)的影響744.3.2 拉曼峰頻移與纖維應(yīng)變的關(guān)系744.4 熒光峰波數(shù)與應(yīng)力的關(guān)系754.4.1 熒光光譜的壓譜效應(yīng)754.4.2 單晶氧化鋁的壓譜系數(shù)及其測定764.4.3 多晶氧化鋁纖維熒光峰波數(shù)與應(yīng)變的關(guān)系784.4.4 玻璃纖維熒光峰波長與應(yīng)變/應(yīng)力的關(guān)系804.5 顯微拉曼光譜術(shù)824.5.1 拉曼光譜儀824.5.2 顯微系統(tǒng)844.5.3 試樣準備和安置854.6 拉曼力學(xué)傳感器864.6.1 碳納米管864.6.2 二乙炔聚氨酯共聚物874.7 彎曲試驗884.7.1 四支點彎曲884.7.2 三支點彎曲884.7.3 懸臂梁彎曲89參考文獻89第5章 碳纖維增強復(fù)合材料915.1 碳纖維表面的微觀結(jié)構(gòu)915.2 碳纖維形變微觀力學(xué)945.3 碳纖維／聚合物復(fù)合材料的界面975.3.1 熱固性聚合物基復(fù)合材料975.3.2 熱塑性聚合物基復(fù)合材料1035.4 碳／碳復(fù)合材料的界面1055.5 碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)力集中1085.5.1 應(yīng)力集中和應(yīng)力集中因子1085.5.2 碳纖維／環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的應(yīng)力集中110參考文獻113第6章 碳納米管增強復(fù)合材料1156.1 概述1156.2 碳納米管的形變行為1176.3 碳納米管/聚合物復(fù)合材料的界面結(jié)合和應(yīng)力傳遞1226.3.1 界面應(yīng)力傳遞1226.3.2 界面結(jié)合物理1256.3.3 界面結(jié)合化學(xué)1286.4 碳納米管/聚合物復(fù)合材料的界面能130參考文獻131第7章 玻璃纖維增強復(fù)合材料1347.1 概述1347.2 玻璃纖維增強復(fù)合材料的界面應(yīng)力1357.2.1 間接測量法1357.2.2 直接測量法1397.3 界面附近基體的應(yīng)力場1407.4 纖維斷裂引起的應(yīng)力集中1427.5 光學(xué)纖維內(nèi)芯／外殼界面的應(yīng)力場144參考文獻146第8章 陶瓷纖維增強復(fù)合材料1478.1 概述1478.2 陶瓷纖維的表面處理1478.2.1 涂層材料和涂覆技術(shù)1478.2.2 碳化硅纖維的表面涂層1488.2.3 氧化鋁纖維的表面涂層1508.3 陶瓷纖維的形變微觀力學(xué)1518.3.1 碳化硅纖維和單絲1518.3.2 應(yīng)變氧化鋁纖維的拉曼光譜行為1558.3.3 應(yīng)變氧化鋁纖維的熒光光譜行為1578.4 碳化硅纖維增強復(fù)合材料的界面行為1588.4.1 碳化硅纖維/玻璃復(fù)合材料1588.4.2 壓縮負載下SiC/SiC復(fù)合材料的界面行為1628.4.3 纖維搭橋1648.5 氧化鋁纖維增強復(fù)合材料的界面行為1678.5.1 氧化鋁纖維/玻璃復(fù)合材料1678.5.2 氧化鋁纖維/金屬復(fù)合材料1748.5.3 纖維的徑向應(yīng)力1758.5.4 纖維間的相互作用1798.6 熱殘余應(yīng)力1818.6.1 理論預(yù)測1818.6.2 實驗測定182參考文獻184第9章 高性能聚合物纖維增強復(fù)合材料1879.1 高性能聚合物纖維的形變1879.1.1 芳香族纖維和PBO纖維的分子形變1879.1.2 超高分子量聚乙烯纖維的分子形變1919.1.3 分子形變和晶體形變1939.2 界面剪切應(yīng)力1949.2.1 概述1949.2.2 芳香族纖維／環(huán)氧樹脂復(fù)合材料1959.2.3 PBO纖維／環(huán)氧樹脂復(fù)合材料1969.2.4 PE纖維／環(huán)氧樹脂復(fù)合材料2009.3 纖維表面改性對界面行為的作用2029.3.1 PPTA纖維表面的化學(xué)改性2039.3.2 PE纖維的等離子體處理2049.4 裂縫與纖維相互作用引起的界面行為205參考文獻207

章節(jié)摘錄

插圖：復(fù)合材料的界面能否有效地傳遞負載，有賴于增強體與基體之間界面化學(xué)結(jié)合和物理結(jié)合的程度，強結(jié)合有利于應(yīng)力的有效傳遞。界面結(jié)合的強弱顯然與界相區(qū)域物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。對于以增韌為目標的復(fù)合材料系統(tǒng)，則要求較弱的界面結(jié)合強度，期望在某一負載后發(fā)生界面破壞，引起界面脫結(jié)合（debonding），此后由增強體與基體之間的摩擦力承受負載。摩擦力的大小與脫結(jié)合后增強體和基體表面的粗糙度密切相關(guān)，而表面粗糙度則在一定程度上取決于界相區(qū)的形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)。復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)缺陷，例如小孔、雜質(zhì)和微裂縫，常常傾向于集中在界相區(qū)，這會引起增強復(fù)合材料性能的惡化。在材料使用過程中，由于濕氣和其他腐蝕性氣體的侵蝕，常常使界相區(qū)首先受到不可逆轉(zhuǎn)的破壞，從而成為器件損毀的引發(fā)點?；谏鲜鲈?，不論在制造還是在使用過程中，復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)情景都吸引了人們特別的關(guān)注，成為探索復(fù)合材料界面行為的焦點之一。本章所述界面結(jié)構(gòu)主要是指界相區(qū)的結(jié)構(gòu)，也包含鄰近界相區(qū)的基體和增強體的結(jié)構(gòu)。許多復(fù)合材料的界相區(qū)與基體或增強體并無確切的邊界。即便是同一種復(fù)合材料，界面結(jié)構(gòu)也非均勻一致，有的是明銳的邊界，有的是模糊的邊界。界相區(qū)有時是一個結(jié)構(gòu)逐漸過渡的區(qū)域。對界面結(jié)構(gòu)的完整認識，應(yīng)該包含對其鄰近區(qū)域結(jié)構(gòu)的檢測。

編輯推薦

《復(fù)合材料界面》由化學(xué)工業(yè)出版社出版。

圖書封面

圖書標簽Tags

無

評論、評分、閱讀與下載

---

    復(fù)合材料界面 PDF格式下載

---