复合材料界面

出版时间：2010-8  出版社：杨序纲 化学工业出版社 (2010-08出版)  作者：杨序纲  页数：208  
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前言

复合材料学是一门相对年轻的学科，涉及化学、物理学、力学、材料科学和工艺学等多学科领域。分散于各学科领域的复合材料工作者有一个共同关注的焦点——复合材料的界面。两种脆性材料通过弱界面结合可以组合成一种韧性材料，而两种材料的强结合则可能产生强度成倍增大的新材料，这是界面所起的作用。可以认为，对于给定的增强体和基体材料，界面是决定复合材料性能的决定性因素。长期以来，人们都努力于通过设计和制作结构和性能合适的界面以获得符合预定性能的复合材料。显然，充分了解界面行为是达到这一目标的前提。 有关复合材料的出版物十分丰富，然而却很少有专门讨论界面问题的书籍。关于界面问题的研究成果和最新进展又广泛分散于各个学科领域的众多出版物中，相关研究人员深感不便。本书试图将界面行为的最新理论、测试技术和数据处理方法集合在一起，填补这个欠缺。 全书包含9章，主要涉及纤维增强复合材料的界面微观结构和力作用下的界面行为，同时尽力将界面微观行为与材料宏观性能相联系(尽管迄今为止这种关系并不很清晰，仍然是研究人员努力探索的目标)。第1章简要阐述界面的定义，黏结机理和界面的作用。界面的微观结构及其表征方法安排在第2章；电子显微术是传统的基本方法，近10余年来发展迅速的原子力显微术和显微拉曼光谱术提供了界面结构更丰富的信息。第3章涉及界面微观力学研究的传统实验技术和数据处理方法以及主要几种界面微观力学理论，同时指出传统实验和分析方法的缺陷。将拉曼和荧光探针与传统的界面微观力学试验相结合，形成了一种全新的、功能更丰富和更完善的实验技术和数据分析方法，使界面微观力学研究获得重大进展。这是一个成功的、多学科合作的例子。第4章阐述该方法的基本原理和实验技术以及对界面力学研究的主要贡献。第5章～第9章分述几种高性能纤维增强先进复合材料的界面力学行为。许多高技术产业不可缺少的碳纤维复合材料安排在第5章。近年来纳米尺度增强体（纳米管或纳米纤维）的应用使复合材料界面研究面临一个新的领域；例如，碳纳米管的结构和表面性质与传统纤维有很大差异，加上它的小尺寸效应，使其与基体形成的界面与传统纤维增强复合材料的界面显著不同，似乎提示应建立新的界面理论。同时，也要求使用新的与传统方法不同的探索界面行为的方法，第6章阐述这一领域的最近进展。第7章涉及玻璃纤维增强复合材料，玻璃纤维仍然是目前使用量最大的增强纤维。陶瓷纤维增强复合材料是高温和其他恶劣或特殊环境下不可缺少的先进材料，在国防和其他高科技领域中具有重要地位。对这类复合材料，界面的作用主要以材料增韧为目标，因而与其他复合材料有显著不同的界面行为，这部分内容要安排在第8章。

内容概要

　　界面是决定复合材料性能的关键因素，是复合材料研究领域的焦点问题。《复合材料界面》首先对复合材料界面微观结构及其表征、界面微观力学(包括界面的应力传递和与界面行为相关的复合材料破坏行为)、界面结构与界面行为之间的关系以及它们对材料宏观性能的影响等进行了介绍，随后，对碳纤维、碳纳米管、玻璃纤维、陶瓷纤维、高性能纤维增强复合材料的界面行为分章进行了详细阐述。　　《复合材料界面》可供从事复合材料研究或生产的科技工作者，高等院校及研究院所相关专业的师生参考，也可作为高等院校相关专业的教学参考书。

书籍目录

第1章 界面和界面的形成11.1 界面和界相11.2 界面的形成机理11.2.1 物理结合21.2.2 化学结合51.3 界面的作用6参考文献8第2章 复合材料界面的微观结构92.1 概述92.2 界面断裂面的形貌结构92.2.1 形貌结构的表征方法102.2.2 界面断裂面的形貌结构132.3 界面的微观结构152.3.1 表征方法152.3.2 陶瓷基复合材料212.3.3 金属基复合材料262.3.4 聚合物基复合材料282.4 界面的成分分析292.4.1 特征X射线分析292.4.2 背散射电子分析312.4.3 俄歇电子分析322.5 界面微观结构的AFM表征332.5.1 基本原理342.5.2 实验技术和图像解释342.5.3 碳纤维增强复合材料的界面372.5.4 聚合物纤维增强复合材料的界面382.6 界面微观结构的拉曼光谱表征402.6.1 界面碳晶粒的大小和有序度412.6.2 界面组成物的形成432.6.3 界面层组成物的分布43参考文献45第3章 复合材料界面微观力学的传统实验方法483.1 概述483.2 单纤维拉出（pullout）试验493.2.1 试验装置和试样制备493.2.2 数据分析和处理503.3 微滴包埋拉出（microdroplet,microbonding）试验513.3.1 试验装置和试样制备523.3.2 数据分析和处理533.3.3 适用范围553.4 单纤维断裂(fragmentation)试验563.4.1 试样制备和实验装置573.4.2 数据分析和处理583.4.3 适用范围593.5 纤维压出（pushout,pushin,microdebonding）试验603.5.1 数据处理603.5.2 适用范围633.6 弯曲试验、剪切试验和Broutman试验633.6.1 横向弯曲试验633.6.2 层间剪切强度试验643.6.3 Broutman试验643.7 传统实验方法的缺陷64参考文献65第4章 界面研究的拉曼和荧光光谱术684.1 概述684.2 拉曼光谱和荧光光谱684.2.1 拉曼效应和拉曼光谱684.2.2 拉曼峰特性与材料微观结构的关系704.2.3 荧光的发射和荧光光谱734.3 纤维应变对拉曼峰频移的影响744.3.1 压力和温度对拉曼峰参数的影响744.3.2 拉曼峰频移与纤维应变的关系744.4 荧光峰波数与应力的关系754.4.1 荧光光谱的压谱效应754.4.2 单晶氧化铝的压谱系数及其测定764.4.3 多晶氧化铝纤维荧光峰波数与应变的关系784.4.4 玻璃纤维荧光峰波长与应变/应力的关系804.5 显微拉曼光谱术824.5.1 拉曼光谱仪824.5.2 显微系统844.5.3 试样准备和安置854.6 拉曼力学传感器864.6.1 碳纳米管864.6.2 二乙炔聚氨酯共聚物874.7 弯曲试验884.7.1 四支点弯曲884.7.2 三支点弯曲884.7.3 悬臂梁弯曲89参考文献89第5章 碳纤维增强复合材料915.1 碳纤维表面的微观结构915.2 碳纤维形变微观力学945.3 碳纤维／聚合物复合材料的界面975.3.1 热固性聚合物基复合材料975.3.2 热塑性聚合物基复合材料1035.4 碳／碳复合材料的界面1055.5 碳纤维复合材料的应力集中1085.5.1 应力集中和应力集中因子1085.5.2 碳纤维／环氧树脂复合材料的应力集中110参考文献113第6章 碳纳米管增强复合材料1156.1 概述1156.2 碳纳米管的形变行为1176.3 碳纳米管/聚合物复合材料的界面结合和应力传递1226.3.1 界面应力传递1226.3.2 界面结合物理1256.3.3 界面结合化学1286.4 碳纳米管/聚合物复合材料的界面能130参考文献131第7章 玻璃纤维增强复合材料1347.1 概述1347.2 玻璃纤维增强复合材料的界面应力1357.2.1 间接测量法1357.2.2 直接测量法1397.3 界面附近基体的应力场1407.4 纤维断裂引起的应力集中1427.5 光学纤维内芯／外壳界面的应力场144参考文献146第8章 陶瓷纤维增强复合材料1478.1 概述1478.2 陶瓷纤维的表面处理1478.2.1 涂层材料和涂覆技术1478.2.2 碳化硅纤维的表面涂层1488.2.3 氧化铝纤维的表面涂层1508.3 陶瓷纤维的形变微观力学1518.3.1 碳化硅纤维和单丝1518.3.2 应变氧化铝纤维的拉曼光谱行为1558.3.3 应变氧化铝纤维的荧光光谱行为1578.4 碳化硅纤维增强复合材料的界面行为1588.4.1 碳化硅纤维/玻璃复合材料1588.4.2 压缩负载下SiC/SiC复合材料的界面行为1628.4.3 纤维搭桥1648.5 氧化铝纤维增强复合材料的界面行为1678.5.1 氧化铝纤维/玻璃复合材料1678.5.2 氧化铝纤维/金属复合材料1748.5.3 纤维的径向应力1758.5.4 纤维间的相互作用1798.6 热残余应力1818.6.1 理论预测1818.6.2 实验测定182参考文献184第9章 高性能聚合物纤维增强复合材料1879.1 高性能聚合物纤维的形变1879.1.1 芳香族纤维和PBO纤维的分子形变1879.1.2 超高分子量聚乙烯纤维的分子形变1919.1.3 分子形变和晶体形变1939.2 界面剪切应力1949.2.1 概述1949.2.2 芳香族纤维／环氧树脂复合材料1959.2.3 PBO纤维／环氧树脂复合材料1969.2.4 PE纤维／环氧树脂复合材料2009.3 纤维表面改性对界面行为的作用2029.3.1 PPTA纤维表面的化学改性2039.3.2 PE纤维的等离子体处理2049.4 裂缝与纤维相互作用引起的界面行为205参考文献207

章节摘录

插图：复合材料的界面能否有效地传递负载，有赖于增强体与基体之间界面化学结合和物理结合的程度，强结合有利于应力的有效传递。界面结合的强弱显然与界相区域物质的微观结构密切相关。对于以增韧为目标的复合材料系统，则要求较弱的界面结合强度，期望在某一负载后发生界面破坏，引起界面脱结合（debonding），此后由增强体与基体之间的摩擦力承受负载。摩擦力的大小与脱结合后增强体和基体表面的粗糙度密切相关，而表面粗糙度则在一定程度上取决于界相区的形态学结构。复合材料的结构缺陷，例如小孔、杂质和微裂缝，常常倾向于集中在界相区，这会引起增强复合材料性能的恶化。在材料使用过程中，由于湿气和其他腐蚀性气体的侵蚀，常常使界相区首先受到不可逆转的破坏，从而成为器件损毁的引发点。基于上述原因，不论在制造还是在使用过程中，复合材料的界面结构情景都吸引了人们特别的关注，成为探索复合材料界面行为的焦点之一。本章所述界面结构主要是指界相区的结构，也包含邻近界相区的基体和增强体的结构。许多复合材料的界相区与基体或增强体并无确切的边界。即便是同一种复合材料，界面结构也非均匀一致，有的是明锐的边界，有的是模糊的边界。界相区有时是一个结构逐渐过渡的区域。对界面结构的完整认识，应该包含对其邻近区域结构的检测。

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《复合材料界面》由化学工业出版社出版。

用户评论 (总计1条)

•   主要是纤维复合材料界面