第4章_复合材料界面
《复合材料》课程笔记
《复合材料》课程笔记第一章：复合材料概述1.1 材料发展概述复合材料的发展历史可以追溯到古代，人们使用天然纤维（如草、木）与土壤、石灰等天然材料混合制作简单的复合材料，例如草绳、土木结构等。
然而，现代复合材料的真正发展始于20世纪40年代，当时因航空工业的需求，发展了玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢）。
此后，复合材料技术经历了多个发展阶段，包括碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维的研制和应用。
70年代，芳纶纤维和碳化硅纤维的出现进一步推动了复合材料的发展。
这些高强度、高模量纤维能够与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，形成了各种具有特色的复合材料。
1.2 复合材料基本概念、特点复合材料是由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。
复合材料具有以下特点：- 重量轻：复合材料通常具有较低的密度，比传统材料轻，有利于减轻结构重量。
例如，碳纤维复合材料的密度仅为钢材的1/5左右。
- 强度高：复合材料可以承受较大的力和压力，具有较高的强度和刚度。
例如，碳纤维复合材料的拉伸强度可达到3500MPa以上。
- 加工成型方便：复合材料可以通过各种成型工艺进行加工，如缠绕、喷射、模压等。
这些工艺能够适应不同的产品形状和尺寸要求。
- 弹性优良：复合材料具有良好的弹性和抗冲击性能，能够吸收能量并减少损伤。
例如，橡胶基复合材料在受到冲击时能够吸收大量能量。
- 耐化学腐蚀和耐候性好：复合材料对酸碱、盐雾、紫外线等环境因素具有较好的抵抗能力，适用于恶劣环境下的应用。
例如，聚酯基复合材料在户外长期暴露下仍能保持较好的性能。
1.3 复合材料应用由于复合材料的优异性能，它们在各个领域得到了广泛的应用。
主要应用领域包括：- 航空航天：飞机、卫星、火箭等结构部件。
复合材料的高强度和轻质特性使其成为航空航天领域的重要材料，能够提高飞行器的性能和燃油效率。
第4章_聚合物基复合材料的界面
尽管表面积随着粗糙度增大而增大，但其中 有相当多的孔穴，粘稠的液体是无法流入的。无 法流入液体的孔不仅造成界面脱粘的缺陷，而且
也形成了应力集中点。
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（6）变形层理论
该理论认为，压件表面有一层偶联剂涂层是柔性层，提供 具有“自愈能力”的化学键，在外载作用下，处于不断形 成于断裂的动态平衡。
（7）优先吸附理论
界面的比表面积或界面相的体积分数很大（尤其是纳米
复合材料）界面效应显著：复合材料复合效应产生的根源
界面缺陷形式多样（包括残余应力），对复合材料性能
影响十分敏感
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复合材料的综合性能并不是由各单一组分性能
的简单加合，而是一种线性关系；
各组分既独立又相互依存，这种是由复合材料
的界面决定的。
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界面效应
和，即物理和化学吸附作用。
高聚物的粘结作用分两个阶段： 第一阶段：高聚物大分子借助于宏观布朗运动从液体或熔 体中，移动到纤维表面，大分子链节逐渐向纤维表面极性 基团靠近； 第二阶段：发生吸附作用。当纤维与聚合物分子间距 <0.5nm，形成各种分子间作用力（吸附产生的根本原因）。
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润湿吸附理论的局限性：
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在复合材料的指制备中，一般都有一个要求，即 要求组分间能牢固地结合，并且有足够的强度。 要实现这一点，必须要使材料在界面上形成能量 的最低结合，存在液体对固体的良好浸润。 浸润： 是把液滴放到固体表面，液滴会立即铺展开来，遮盖 固体表面，这一现象称为浸润。
Water droplet on a lotus leaf
纤维及树脂间的化学变化，引起界面粘结破坏。 （1）水的浸入 水分子体积小，极性大，易浸入界面； 水 吸 附 特 点
玻璃纤维吸附水能力很强，且吸附可通过水膜进行传递， 形成多层吸附，即较厚的水膜；
第4章复合体系的界面结合特性
图4.5 几种晶体的晶面角
4.3.1.6 固体的熔点
在恒压下对晶体加热时，晶体温度升高但状态不变，到 达熔点温度时，晶体温度保持不变而由固体熔融为液态。
晶体材料除上述性质外，还存在其他一些性质，如晶体 中粒子的热运动、晶格振动、缺陷及其生长与消失，这些均 与晶体结构和性质紧密联系在一起。
4.2.2.4 防水层理论
提出背景：解释玻纤经偶联剂处理后，湿态强度大大 改善的现象。
认为：清洁的玻璃表面是亲水的，而经偶联剂处理并 覆盖的表面变成疏水表面，该表面可以防止水的侵蚀， 从而改善复合材料湿态强度。
不足：理论与实际有出入。
4.2.2.5 可逆水解理论
亦称为可形变层理论、减轻界面局部应力理论。
的水膜。 B维 引 复表层、合和起吸面发材树界清玻附的生料脂面洁璃而引的水的脱的纤形力破与化玻维粘成可坏玻璃增学，厚以。表强变璃的通造面 聚水过化纤成暴合膜连，露物，续在复并的大合且水气材加膜中料热传到立表递2即面，5会上因℃吸的此时附吸，也一附玻不层水璃易水侵表除分入面去子界经。面。多 后，发生水与玻璃纤维和树脂的化学变化，引起界面脱粘， 造成复合材料的破坏；
若复合材料中的界面仅仅是增强体和基体间纯粹的机械 接触而无化学作用而形成的，则称此类界面为“机械结合 式”界面。
特点： 特a层b、、溶点形主4解：由成.价3扩.了单键2散.新纯力2界溶的的的面解反结浸是与应合润一浸物和种润溶次结解价合作键用力，的结使合增。强体ab扩c、、和、散次润基形界价湿体成面键和形交力溶成错的解交的结错溶合的解
成功之处：在偶联剂应用于玻璃纤维复合材料中得到很 好应用，也被界面研究的实验所证实。
偶联剂在界面所起的作用：用Br2破坏偶联剂双键，制品 强度下降。
复合材料-第四章复合材料界面
（1）物理因素
例1 粉末冶金制备的W丝/Ni，钨在镍中有很大的固溶度，在1100℃左右使用50小时后，钨丝发生溶解，造成钨丝直径仅为原来的60%，大大影响钨丝的增强作用，如不采取措施，将产生严重后果。为此，可采用钨丝涂覆阻挡层或在镍基合金中添加少量合金元素，如钛和铝，可以起到一定的防止钨丝溶入镍基合金的作用。
如何防止碳在镍中先溶解后析出的问题，就成为获得性能稳定的Cf / Ni的关键。
例2 碳纤维增强镍基复合材料。在800℃高温下，在界面碳先溶入镍，而后又析出，析出的碳是石墨结构，密度增大而在界面留下空隙，给镍提供了渗入碳纤维扩散聚集的位置。而且随温度的提高镍渗入量增加，在碳纤维表层产生镍环，严重损伤了碳纤维，使其强度严重下降。
4.2.1 聚合物基复合材料的界面
1.界面的形成 聚合物基复合材料界面的形成可以分成两个阶段： ①基体与增强纤维的接触与浸润过程； 增强纤维优先吸附能较多降低其表面能的组分，因此界面聚合物在结构上与聚合物基体是不同的。 ②聚合物的固化阶段。聚合物通过物理的或化学的变化而固化，形成固定的界面层。
1
2
复合材料中的界面并不是一个单纯的几何面，而是一个多层结构的过渡区域，这一区域由五个亚层组成。
界面是复合材料的特征，可将界面的机能归为以下几种效应。……P61
复合材料界面设计的原则(总的原则)
界面粘结强度要保证所受的力由基体通过界面传递给增强物，但界面粘结强度过高或过弱都会降低复合材料的强度。
聚合物基复合材料 聚合物基复合材料界面
树脂基体 基体表面区 相互渗透区 增强材料表面区 增强材料 外力场
4
在化学成分上，除了基体 增强物及涂层中的 基体、增强物 涂层中的 元素外，还有基体中杂质 由环境带来的杂质。 元素 基体中杂质和由环境带来的杂质 这些成分或以原始状态存在，或重新组合成新 的化合物。 界面上的化学成分 相结构很复杂 化学成分和 界面上的化学成分和相结构很复杂
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2.液体对固体的浸润能力 2.液体对固体的浸润能力
在复合材料制备过程中，通常都存在一个液 体对固体的相互浸润。 浸润： 浸润： 不同的液滴放在不同的固体表面上，有时液 滴会马上铺展开来，遮盖固体表面，这一现象称 为浸润， 有时液滴会仍团聚成球状，这一现象称为 “不浸润”或“浸润不好”。
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浸润角： 浸润角：即气～液界面与液～固之间的夹角
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4.2.2 界面的粘结和作用机理
当基体浸润增强材料后，紧接着便发生基体 基体浸润增强材料后，紧接着便发生基体 与增强材料的粘结(Bonding)。 与增强材料的粘结 。 粘结(或称粘合 粘着、粘接)是指不同种类的两 粘结(或称粘合、粘着、粘接)是指不同种类的两 粘合、 种材料相互接触并结合在一起的一种现象 的一种现象。 种材料相互接触并结合在一起的一种现象。 界面的粘结强度直接影响着复合材料的 直接影响着复合材料的力学性能 界面的粘结强度直接影响着复合材料的力学性能 以及其它物理 化学性能，如耐热性、耐蚀性、 其它物理、 以及其它物理、化学性能，如耐热性、耐蚀性、 耐磨性等。 耐磨性等。
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σLV σSV σSL
它们与浸润角之间存在如式（4-1）关系：
σ SV = σ SL + σ LV cos θ σ SV − σ SL cos θ = σ LV
复合材料的界面定义
复合材料的界面定义
复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的新材料，具有优异的性能和特点。
在复合材料中，界面是指不同组分之间的交界面，是复合材料中最重要的部分之一。
界面的性质和特点直接影响着复合材料的整体性能和应用范围。
因此，对复合材料的界面进行准确的定义是非常重要的。
首先，复合材料的界面可以被定义为不同组分之间的交界面，包括纤维和基体
之间的界面、不同填料之间的界面等。
这些界面通常是由于材料的不同成分或性质所导致的，因此界面的性质往往会对整体材料的性能产生显著的影响。
其次，复合材料的界面还可以被定义为材料的微观结构和相互作用的区域。
在
这些区域中，不同组分之间的相互作用会产生一系列的界面效应，如界面扩散、界面结合、界面应力传递等。
这些效应会直接影响着复合材料的力学性能、热学性能、耐久性等方面。
另外，复合材料的界面还可以被定义为材料的表面区域，包括纤维表面、填料
表面、基体表面等。
这些表面区域往往是复合材料与外界环境或其他材料之间的直接接触区域，因此界面的性质会直接影响着复合材料的耐腐蚀性、黏附性、润湿性等方面。
综上所述，复合材料的界面可以被定义为不同组分之间的交界面、材料的微观
结构和相互作用区域，以及材料的表面区域。
界面的性质和特点直接影响着复合材料的整体性能，因此对复合材料的界面进行准确的定义是非常重要的。
在未来的研究中，我们需要进一步深入理解复合材料的界面定义，探索界面效应对复合材料性能的影响机制，为复合材料的设计、制备和应用提供更加科学、准确的理论基础。
第4章复合材料的界面
界面的基本概念
界面的形成与作用机理
§界面的作用机理
（七）优先吸附理论
树脂胶液中，各组分在玻璃纤维上的吸附能力各不相同，纤维表面优 先吸附基体体系中的助剂。例如胺类固化环氧树脂，优先吸附胺类，使界 面层基体内分布为一梯度，有利于消除应力，改善复合材料的力学性能。
界面的破坏机理
§影响界面黏结强度的因素
（1）纤维表面晶体大小及比表面积
碳纤维复合材料的界面黏结强度随纤维表面晶体尺寸增大而下降。 纤维的比表面积大，黏结的物理界面大，粘结强度高。但对于不同的 纤维和不同的表面处理，应该具体问题具体分析。 （2）浸润性 界面的黏结强度随浸润性增加而增大，随空隙率的上升而下降。 （3）界面反应性 界面黏结强度随界面反应性的增大而增大，界面的反应性大小与复合 材料层剪强度紧密相关。制备复合材料时要尽可能多地向界面引入反应基 团，增加界面化学键合比例，提高复合材料性能。
第4 章 聚合物基复 合材料的界面
本章主要内容
1 2 3 4 5
第一节 界面的基本概念 第二节 界面的形成与作用机理 第三节 界面的破坏机理 第四节 纤维的表面处理
第五节 复合材料界面的研究
界面的基本概念
• 界面——纤维复合材料中增强纤维和基体之间
共有的接触面。 • 聚合物基复合材料的三要素：界面、纤维和基 体。 • 影响复合材料性能的因素：①增强材料的性能， 如纤维的形状、排列等；②基体的性能；③复 合材料的结构及成型技术；④复合材料中纤维 和基体界面的结合状态，即界面层的性能。
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4-3.复合材料【教学目标】1.了解常见的复合材料及其用途【引入】1.前面我们学习了金属材料、无机非金属材料、有机合成材料,请指出我们日常生活用品分别用什么材料制造的?2.那么这些材料是否已能完全满足人们生活的需要呢?3.运动员在撑杆跳项目中使用的撑杆极富弹性,这三种材料能满足要求吗?4.“神州五号”载人飞船穿过大气层时,外壳和大气层摩擦产生几千摄氏度的高温,这些材料又能否经受这种考验而使飞船安然无恙?一、认识复合材料1、传统无机非金属材料的基本特征_________、_________、___________,新型无机非金属材料则具有_______._________。
金属材料分为__________.______________两大类。
复合材料1、定义：复合材料是指两种或两种以上材料组合成的一种新型材料。
一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优良性能，在综合性能上超过了单一材料。
2、组成：复合材料有两部分组成，一部分为起黏结作用；另一部分称为，起骨架作用。
二、形形色色的复合材料1、复合材料的分类按基体分类：树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料按增强体形状分类：颗粒增强复合材料、夹层增强复合材料、纤维增强复合材料2、几种复合材料的比较复合材料基体增强体主要性质玻璃钢合成树脂玻璃纤维强度高，密度小，耐化学腐蚀，绝缘性和机械加工性能好碳纤维增强复合材料合成树脂碳纤维韧性好，强度高，质轻航空复合材料金属最广泛的是碳纤维，还有硼纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维等耐高温，强度高，导电性好，不吸湿和不易老化航天复合材料陶瓷多为碳纤维、碳化硅纤维或氧化硅纤维耐高温，韧性强例1：复合材料的使用使导弹的射程有了很大提高，其主要原因在于（）A、复合材料的使用可以使导弹能承受超高温的变化B、复合材料的使用可以使导弹的质量减轻C、复合材料的使用可以使导弹承受超强度的改变D、复合材料的使用可以使导弹承受温度剧烈变化例2、复合材料的优点是（）①强度高②质量轻③耐高温④耐腐蚀A、仅①④B、仅②③C、除③外D、①②③④例3、高温结构陶瓷优于金属材料的主要之点是（）A、耐高温、耐腐蚀，不怕氧化B、密度小，硬度大C、韧性好，易于切削、锻打、拉伸D、良好的传热导电性【巩固练习】1、在自然界中以游离态存在的金属是（）A．铁B．金C．钠D．铝2、下列金属中属于黑色金属的是（）A．铁B．金C．银D．铜3、下列金属中不属于货币金属的是（）A．铁B．金C．银D．铜4、下列说法不正确的是（）A．大量使用的不是纯金属而是它们的合金B．目前已制得的纯金属只有90多种，但制得的合金已达几千种C．钢是最纯的铁D．废弃铝质包装既浪费金属材料又造成环境污染5、关于合金性质的说法中，错误的是（）A．多数合金的硬度一般比其各成分金属的硬度高B．多数合金的熔点一般比其各成分金属的熔点低C．合金的物理性质一般与其各成分金属的的物理性质不同D．合金的化学性质一般与其各成分金属的的化学性质不同6、下列关于合金的叙述中，不正确的是（）A．合金的熔点一般比它的各成分金属的熔点低B．合金的硬度一般比它的各成分金属的大C．合金的性质一般是各成分金属性质的总和D．铝合金在工业上的用途比纯铝更广7、现代建筑的门窗框架，常用电解加工成古铜色的硬铝制造。
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4.1概述
界面区由五个亚层组成； 每一亚层的性能都与
基体和增强相的性质、复合材料成型方法有关。
1、外力场 2、基体 3、基体表面区 4、相互渗透区 5 、增强剂表面区 6、增强剂 复合材料的界面示意图
在化学成分上，除了基体、增强物及 涂层中的元素外，还有基体中的合金元素 和杂质、由环境带来的杂质。 这些成分或以原始状态存在，或重新 组合成新的化合物。
• 事实上由于材料中总有范德华力存在，纯粹的机械结合 很难实现。但机械结合存在于所有复合材料中。
• (2)溶解和润湿结合（扩散结合）。首先液态基体润湿增 强材料，然后发生相互原子扩散，产生互相溶解，形成 结合。界面是溶质浓度从0到100％的过渡带。 • 这种结合是靠原子范围内电子的相互作用产生的，因此 要求复合材料各组元的原子彼此接近到几个原子直径的 范围内才能实现。 • 增强物表面吸附的气体和污染物都会妨碍这种结合的形 成。所以必须进行预处理，除去吸附的气体和污染膜。 I类界面多属这种结合形式。 • (3)反应结合（化学结合）。基体与增强材料间发生化学 反应，在界面上生成化合物。如Ti-B系，在界面上生成 TiB2，从而使基体与增强材料结合在一起。
4)交换反应结合。基体与增强材料间发生化学反应，生成化合物，
且还通过扩散发生元素交换，形成固溶体而使两者结合。
5)混合结合。这种结合较普遍，是最重要的一种结合方式。是以
上几种结合方式中几个的组合。
基体和增强物通过界面结合在一起，
构成复合材料整体，界于各种复合材料都要求有合 适的界面结合强度。
基体与增强材料相互作用分类
五、界面的结合力与界面结合类型 1、界面的三类结合力
• 机械结合力就是摩擦力，它决定于增强物的比表面 和粗糙度以及基体的收缩，比表面和粗糙度越大， 基体收缩越大、摩擦力也越大。机械结合力存在于 所有复合材料中。
• 物理结合力包括范德华力和氢键，它存在于所有复 合材料中，在聚合物基复合材料中占有很重要的地 位。
复合材料的界面理论 界面的控制 不同基体的界面改性方法
界面与表面的几个概念
界面(interface)：密切接触的两相之间的 过渡薄层区域，厚度约几个分子大小，称 为界面。液-气（l-g）,固-气（s-g）,固-液 （s-l）,液-液（l-l）,固-固（g-g）。 表面(surface)：一相为气体的界面。 固体表面：固-气界面 液体表面：液-气界面
第4章 复合材料的界面
教学目的及要求
• 了解：界面的力学和物理化学要求，增强体 表面处理的方法。 • 掌握：界面、润湿性、界面相容性的概念， 改善润湿性的途径，增强体表面处理的目的， 界面的功能及结合类型。
主要内容
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6
概述 复合材料的界面效应
复合材料组分的相容性
可观察到脱粘、纤维拔出、纤维应力松弛
等现象。
但界面间粘结过强的材料呈脆性也降 低了材料的复合性能。
界面最佳态的衡量是当受力发生开裂 时，这一裂纹能转为区域化而不产生近一 步界面脱粘。 即这时的复合材料具有最大断裂能和
一定的韧性。
由此可见，在研究和设计界面时，
不应只追求界面粘结而应考虑到最优 化和最佳综合性能。
界面的结合强度一般是以分子 间力、表面张力(表面自由能)等表
示的，而实际上有许多因素影响着
界面结合强度。
如表面的几何形状、分布状况、纹理结构；
表面吸附气体和蒸气程度；
表面吸水情况，杂质存在； 表面形态在界面的溶解、浸透、扩散和化
学反应；
表面层的力学特性，润湿速度等。
由于界面区相对于整体材料所占比重甚 微，欲单独对某一性能进行度量有很大困难。 因此常借于整体材料的力学性能来表征
界面结合方式的分类
1)机械结合。基体与增强材料之间不发生化学反应，纯粹靠机械
连结，靠纤维的粗糙表面与基体产生摩擦力而实现的。 2)溶解和润湿结合。基体润湿增强材料，相互之间发生原子扩散 和溶解，形成结合。界面是溶质原子的过渡带。 3)反应结合。基体与增强材料间发生化学反应，在界面上生成化 合物，使基体和增强材料结合在一起。
O
M
H
O
O
M
O
M
无机表面
H
H
H
H
H2O O O H
偶联剂处理后的界面
未处理增强体的界面
影响界面效应的因素
• • • • • • • • 界面上产生的这些效应，是任何一种单体材料所没有的特 性，它对复合材料具有重要作用。 1）界面效应与界面的结合状态、形态、界面周围的结构等 物理、化学性能密切相关； 2）与基体材料和增强材料的结构、形态、状态、物理、化 学等性质紧密相关； 3）与基体和增强物之间的润湿、相容等热力学性质有关； 4）与基体和增强物之间直接的或间接的化学反应有关； 5）与基体的杂质、环境介质有关； 6）与增强物的表面处理、制造工艺及参数紧密相关。 因此是一门范围极广的科学，必须综合分析才行。
界面的分类（基体与增强体的相互作用类型）
• 金属基复合材料大都在高温下制造，其界面比聚合物基复合材料复杂得 多。根据增强物和基体的相互作用情况，界面可以归纳为三种类型。 • I类界面：基体与纤维不互相作用，也不互溶。 I类界面相对而言是比较 平整的，而且只有分子层厚度，界面除了原组成物质外，基本上不含其 他物质； • Ⅱ类界面：基体与纤维间不发生化学反应，但互溶； Ⅱ 类界面为原组成 物质构成的犬牙交错的溶解扩散界面，基体的合金元素和杂质可能在界 面上富集或贫化； • Ⅲ类界面：基体与纤维间发生化学反应，在界面上生成化合物。 Ⅲ类界 面则有亚微米级左右的界面反应产物层。 • 应当指出，各类界面间没有严格的界限，在不同条件下同样组成的物质， 或在相同条件下不同组成的物质可以构成不同类型的界面。 • 准I类界面。例如，在Cu-W复合材料中，如果基体是纯Cu，形成I类界面； 如果基体是Cu-Cr合金，形成Ⅱ类界面；如果基体是Cu-Ti合金，则合金中 的Ti将与W发生反应而形成Ⅲ类界面。
散射和吸收效应
4.2 复合材料的界面效应
•
（ 5 ）诱导效应：一种物质（通常是增强剂） 的表面结构使另一种（通常是聚合物基体） 与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生 改变，由此产生一些现象，如强弹性、低膨 胀性、耐热性和冲击性等。
诱导效应
R Si 聚合物表面 R Si O R Si H H O
微小颗粒具有巨大比表面积，往往产生明显的界面效应，必须 充分考虑界面性质对系统的影响。
4.1概述
• 界面的定义：复合材料的界面是指基体与增 强相之间化学成分有显著变化的、构成彼此 结合的、能起载荷传递作用的微小区域。
•
复合材料的界面是一个多层结构的过渡区域， 此区域的结构与性质都不同于两相中的任何 一相。它的厚度呈不均匀分布状态。
复合材料的界面虽然很小，但它 是有尺寸的，约几个纳米到几个微米，
是一个区域或一个带、或一层，它的
厚度呈不均匀分布状态。
2界面区构成：界面通常包含以下几个部分：
基体和增强物的部分原始接触面；
基体与增强物相互作用生成的反应产物，
此产物与基体及增强物的接触面； 基体和增强物的互扩散层；
增强物上的表面涂层；
(4)交换反应结合。
基体与增强材料间发生化学反应，生成化合物，并且还通过 扩散发生元素交换，形成固溶体而将两者结合。
因此，界面上的化学成分和相结构是
很复杂的。
4.2 复合材料的界面效应
•
界面效应是任何一种单一材料所没有的特性， 它对复合材料具有重要的作用。 例 在粒子弥散强化金属中，微形粒子阻止晶格 位错，从而提高复合材料强度； 在纤维增强塑料中，纤维与基体界面阻止裂 纹进一步扩展等。 • 界面效应既与界面结合状态、形态和物理-化 学性质有关，也与复合材料各组分的浸润性、 相容性、扩散性等密切相关。
有的表面积。
体积比表面 质量比表面
def As AV V
def As Am m
As、V、m-分别为物质的总表面积、体积和质量。
界面与表面的几个概念
1cm3立方体分散为小立方体时体积表面的变化
立方体边长 粒子数 总表面积 体积表面 l/m As/m2 AV／m-1 10-2 1 610-4 6102 10-3 103 610-3 6103 10-4 106 610-2 6104 10-5 109 610-1 6105 10-6 1012 6100 6106 10-7 1015 6101 6107 10-8 1018 6102 6108 10-9 1021 6103 6109
基体和增强物上的氧化物及它们的反应产物之间的接触面 等。
• 3、化学成分：在化学成分上，除了基体、增强物及涂 层中的元素外，还有基体中的合金元素和杂质、由环境 转来的杂质。这些成分或以原始状态存在、或重新组合 成新的化合物。因此，界面上的化学成分和相结构是很 复杂的。 • 4、残余应力：由于基体和增强物的膨胀系数的不匹配， 弹性性能的差别，金属基复合材料在制造过程和加工过 程中，在界面上产生残余应力，此残余应力往往超过、 甚至大大超过基体的屈服强度，致使界面附近的基体的 微观结构及性能发生明显变化，对复合材料的宏观力学 性能产生严重影响。 • 5、合适的界面结合强度：基体和增强物通过界面结合 在一起，也即构成复合材料整体。界面结合的状态和强 度无疑对复合材料的性能有重要影响，因此对于各种金 属基复合材料都要求有合适的界面结合强度。
复合材料界面的复杂性与局限性
• 复杂性：由于界面尺寸很小且不均匀、化学成分及结 构复杂、力学环境复杂，对于界面的结合强度、界面 的厚度、界面的应力状态尚无直接的、准确的定量分 析方法，对于成分和相结构也很难作出全面的分析。
• 局限性：因此，迄今为止对复合材料界面的认识还是 很不充分的，更谈不上以一个通用的模型来建立完整 的理论。尽管存在很大的困难，但由于界面的重要性， 所以吸引着大量研究者致力于认识界面的工作，以便 掌握其规律。