【环氧板】材料的性能影响很大

金属基环氧板材料--般由金属基体和陶瓷增强相组成，除了金属基体和陶瓷增强体的种类及体积分数，金属基体/陶瓷增强相的界面结构对金属基环氧板材料的性能影响很大。本章前述粉末冶金法、液态金属浸渗法、液态金属搅拌铸造法等传统工艺方法都是通过环氧板外加增强体与金属基体以制备金属基环氧板材料的方法,工艺过程较为复杂。这些工艺方法中增强体与金属基体润湿性差，容易造成界面结合不良，或增强体与金属基体在制备或服役过程中发生化学反应，导致金属基环氧板材料的性能下降。虽然可以通过增强体表面改性、合金元素改性或真空压力辅助等方法缓解或解决这些问题，但组织控制较困难、工艺较复杂、成本较高。针对这些问题，发展了原位自生成法。

强原位自生成法是指增强体在金属基环氧板材料的制备过程中在金属基体中原位生成的方法。原位自生成法中增强体可以以共晶的方式从基体中定向凝固析出，称为定向凝固法;也可以通过化学反应生成，称为反应自生成法。与传统外加增强体环氧板材料相比，原位自生环氧板材料中增强体与基体相容性好，界面清洁，结合力强，且增强体尺寸、体积分数可以通过调整工艺参数有效控制。

定向凝固法应用于共晶(偏晶)合金体系，通过控制共晶合金凝固过程中的凝固方向,在基体中定向凝固析出排列整齐的类似纤维的条状或片层状共晶增强体，制备得到金属基环氧板材料。常见的定向凝固法的原理示意图如图12-23所示。定向凝固法一般采用感应线圈加热，当铸型型壳被预热到一定过热温度后,浇人过热的合金液,将铸型以一定的速度向下拉出，经过冷却圈时得到定的温度梯度,形成定向凝固自生共晶环氧板材料，整个过程需要在真空或惰性气氛保护下进行。

定向凝固法的关键工艺参数主要有两个:①凝固过程中固/液界面前沿液相中的温度梯度;②固-液界面的推进速度，即凝固速度。通过控制不同的工艺参数,纤维状共晶的尺寸可在lum至数百微米之间变化，以及体积分数可在百分之几至百分之二十间变化。

固体或液体中每个质点周围都存在力场。在固体或液体内部，质点力场是对称的。但在表面,质点排列的周期重复性中断，处于表面层质点力场的对称性被破坏，即-方面表面质点受到体相内相同物质原子的作用,另一方面受到性质不同的另一相物质原子的作用，该作用力不能相互抵消，因而界面处分子会显示出些独特性质。材料表面原子受到体相内相同物质原子的作用力大于与之接触的另一相物质对其的作用力,于是表面原子就沿着与表面平行的方向增大原子间的距离，总的结果相当于有一种张力将表面原子间的距离扩大了,称此力为表面张力。不同材料(液体)的表面张力不同,这与分子间的作用力(包括色散、极性和氢键)大小有关。相互作用力大的物体，其表面张力高;相互作用力小的物体,其表面张力低。但不论表面张力大小，物体总是力图减小其表面，以降低其表面能，使体系趋于稳定。需要注意的是，表明张力不是一种力,其单位是N/m.

表面能亦称为表面自由能，系指表面层原子比物体内部原子具有的多余能量。或者说，表面层中或两相界面处的全部分子所具有的全部势能的总和就叫表面能或界面能，即在恒温恒压条件下，使体系可逆地增加单位表面积引起系统自由能的增量,单位是J/m2。由于表面层的分子都受到指向内部的力的作用，若要把分子从内部移到表面层去,环境就必须克服这个力而做功，此功为表面功。

比表面自由能是保持体系的温度、压力和组成不变,可逆地增加单位表面积时,Gibbs自由能(函数)的增加值，又称其为比表面Gibbs自由能(函数),或简称为比表面能，用符号Y或σ表示,单位为J/m2

γ具有表面张力、表面自由能和比表面能三重含义,其中表面张力和表面自由能分别是用力学方法和热力学方法研究液体表面现象时采用的物理量,具有相同的量纲，却又具有不同的物理意义。对于液体表面，表面张力等于表面能。对于固体表面，表面张力不等于表面能。由于固体表面张力很小，固体的表面能数值大于表面张力。

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