【环氧板】材料力学性能

【环氧板】材料力学性能

界面层是环氧板材料中连接基体和增强体的重要组成部分。界面层材料主要是指复合材料中需单独制备的，用于作界面层的材料。由于其厚度较薄，一般为纳米或亚微米级，因而称其为低维材料。界面层占整个复合材料的体积比不到10%，但它却是决定复合材料力学性能、抗环境侵蚀性能的关键因素之一一。 因此，了解界面层材料及其性能对界面层设计有重要作用。对于聚合物基复合材料,界面层材料主要是用来增强基体和增强体的结合力。不同类型的聚合物基体和增强体需选用不同类型的界面层材料。对于金属基复合材料，界面层主要用来防止增强体和基体的过度反应,不同的复合体系也需选用不同的界面层。对于肉瓷基环氧板材料,界面层材料主要选用层间结合力较弱的材料，以提高复合于陶瓷基复合材料的弱界面层材料。材料韧性。不同类型的基体和增强体的界面层材料具有较高的统一一性，因而本节E主要介绍用

具有联状品体结构的材料层间结合力较弱。当裂致扩展至材料的层面时，使裂纹发生分叉，改变裂纹扩展方向，起到明显的增韧效果

有层状晶体结构的材料主要有石墨结构的热解G因此，这种材料是较为理想的界i层材料。具(PyC)和六方BN。部分氧化物如层状硅酸盐、可解离的六方方铝酸盐等也具有层状结构，此外，还有-些非层状弱结合的化物界面层。下面分别对其进行介绍。

6.5.1 PyC和BN界面层为防止基体和增强体发生化学反应,非氧化物复合材料的界面面层只能使用非氧化物研究最多的是PyC和BN界面。由于氧化物工作温度较低，PyC和BN在工作温度下和氧稳定的，界面层不会会与氧化物增强体或基体发生强烈反应。因此，PyC和BN也是氧化物/非氧化物和非氧化物/氧化物复合材料理想的界面层。

PyC界面层是典的具有层状晶体结构的界面层材料。它在提高环氧板材料力学性能方面具有无可比拟的优势，但PyC界面层的抗氧化性能较差。在空气中，高于400 °C时，PyC便开始氧化，并随着温度升高而急剧加快。实际应用时，若存在基体的保护,PyC界面层仍可使用到较高的温度。六方BN具有与石墨类似的晶体结构，相对于PyC界面层具有较高的抗氧化性能、较高高的层间结合强度、较低的电导率和介电常数。BN氧化后生成玻璃的B2O3,可填充在基体或界面层中的裂纹及界面处的间隙，阻止外界气体对增强体进一步侵蚀。因此,BN界面层可提高陶瓷基复合材料的抗氧化能力,并且BN的晶化程度越高，复合材料的抗氧化性能越强。由于六方BN具有与石墨类似的层状结构，因而BN也能提高环氧板材料韧性。但BN的层间结合强度比PyC高,故BN界面的复合材料强度较高，韧性较低。一般而言,PyC界面层的最佳厚度为100~300nm，BN界面层的最佳厚度为300~500nm。

(BN/SiC).n表示重复次数。

上述非氧化界面层一般采用化学气相渗透/沉积(CVI/CVD)的方法制备。通过调节沉积温度、压力和时间等参数，可实现在纳米尺度对界而层的厚度进行控制，也可以通过更换先驱体，实现不同界面层或环氧板界面层的制备。

PyC界面层通常采用碳氢化合物如甲烷(CH,)、丙烯(C.H)、乙炔(C;H2)等在高温Fa000C左右)裂解来沉积。由于先驱体分子体积较小，扩散较快，因而PyC在纤维束和预制体中沉积都有良好的均匀性。沉积温度、沉积气氛、沉积压力、气流量等因素都对PyC界面层有着重要影响。沉积温度过高或气氛选择不合理会使界面层变得粗糙。粗糙的PyC界面层不仅不能实现界面弱结合，还会对纤维造成损伤，从而太大降低复合材料的性能。H2可使界而层更光滑，而金属镍和氯化物则使界面层更粗糙。

BN界面层的制备过程与CVD制备BN纤维的过程类似，采用BCI3和NH3在800~1 200C,3~5 kPa压力下反应得到，一般采用氮气作为载气。由于先驱体分子较大，因而BN在纤维束和预制体中沉积时均匀度不同,前者较为均匀。另外,沉积温度和压力升高也会降低界面层的均匀度。因此,沉积时可适当降低温度和压力，以提高BN界面层的均匀性。

环氧板界面层可采用交替沉积工艺或共沉积工艺制备。前者更容易实现，这是因为不同先驱体沉积条件有所不同,实现共沉积比较困难。