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由不同相物质组成的材料,各相之间都存在着界面。复合材料的界面是增强相和基体相的中间相,界面是增强相和基体相连接的桥梁,也是应力及其他信息的传递者。增强相和基体相通过界面物理的和化学的变化,形成具有比组分更优越的某些性能,这就是界面效果。界面的作用首先是将施加于复合材料的外力,经由基体通过界面传递到增强体,这需要适当的粘结强度。因此界面形成的条件,首先需要两相接触和表面浸润。在这一过程中基体组分间会产生化学反应,纤维与基体间产生化学、物理和力学的作用,而后通过分子间形成化学键的化学作用和摩擦粘附“钉扎”等机械作用,使界面固定下来。
界面层的结构由两相的表面层以及由两相间的相互作用深入到两相内部一定厚度的区域而组成。纤维相与液态基体接触时,如果基体固化,则诱导效应或残余应力的作用将使临近相界面基体的局部结构发生不同于基体本身的变化如果两相间相互溶解、扩散或发生化学反应,则将产生不同于两相本身的新相这些相都是界面相。
复合材料的界面损伤破坏
界面的性质直接影响着复合材料的各项力学性能,因此界面是关系到复合材料有无使用价值或能否推广应用的较为重要的因素。研究复合材料的破坏就要了解界面的损伤破坏情况,复合材料界面损伤破坏和能量耗散有三种形式
界面层的内聚破坏
当增强相与基体相的粘结强度大于界面层的内层强度时发生这种破坏,即破坏会发生在界面层内,或发生在靠近界面处的纤维或基体的内聚破坏一般在高温、低速或界面层较厚的情况下发生。基体中垂直于纤维表面的微裂纹如具有集中能量,就能冲击纤维,如能量再大些就能冲透纤维,并引起附近纤维的连锁断裂,这使复合材料呈脆性破坏。
界面粘结破坏
一般在界面层较薄或处于低温,高速情况下,当增强相与基体相的粘结强度低于界面层的内聚强度时发生这种破坏,在界面或界面附近,微损伤扩展,能量耗散引起界面处脱胶,整个过程是界面逐渐破坏,有纤维拔出。如拉伸时,界面粘结低就呈现纤维拔出后的孔洞。
混合破坏形式
内聚破坏和粘结破坏同时发生。当界面阻挡裂纹的扩展,能量耗散在界面上,引起较大范围的脱粘,形成分层,也可能有纤维断裂的不规则的混合破坏。混合破坏的破坏功是来自界面两侧纤维与基体间的应变差异而产生界面塑性剪切所消耗的功,以及纤维拔出而产生摩擦所消耗的功。由于界面破坏有多种能量吸收形式,因此复合材料具有良好的损伤容限和疲劳寿命。