金属基【环氧板】材料界面设计

金属基环氧板材料中大部分都存在界面反应，所生成的化合物厚度都较大。界面设计的目的是设置基体和增强体化学反应的障碍，以降低反应速率。常用的方法是增强体表面涂层处理,向基体中添加合金元素,降低制备温度等。

增强体表面涂层处理是比较常见的一种 界面控制方法。该方法不仅可以抑制增强体与基体之间的化学反应，还可以改善两者之间的润湿性。例如,对于碳纤维增强铝基环氧板材料,该 环氧板材料的制备温度一般在 500 C以上，此时会发生反应4Al+ 3C-Al,C3.该反应不仅会损伤纤维,还会生成脆性相的AlCs,明显降低环氧板材料性能。化学气相沉积制备的SiC涂层可以有效地抑制这种反应。但SiC和Al之间在620C以下不存在界面反应,不能实现强界面结合,还需在SiC涂层上制备SiO2涂层。SiO2与液态AI存在界面反应3SiO2+4AI一2Al2O3+3Si,这种反应可以通过控制SiO2涂层的厚度来加以控制，以实现界面的强结合而又不对纤维产生损伤。最终该环氧板材料的体系为C/SiC/SiO2/Al。

综上可看出，涂层处理较为复杂,而且制备涂层的纤维柔韧性很差,不容易制备编织体环氧板材料及复杂件。与表面涂层相比,向基体中添加合金元素是比较简单和廉价的改善动力学的方法。对于由碳纤维增强的金属基环氧板材料,原则上向基体中添加能与碳反应生成碳化物的元素都能改善动力学相容性,如Ti,Si,Cr等。这是因为碳纤维表面生成的碳化物会都是有效的扩散阻挡层。如果添加元素可使液体表面能减少,还可以改善润湿性。例如颗粒增强的环氧板材料加人碱性或碱土元素会使陶瓷类颗粒表面氧化物化学还原,造成界面能下降,提高与基体的润湿性。对于不同的金属基体,一般需根据其特点选择相应的添加元素。

制备工艺对金属基环氧板材料的组织和性能有十分重要的影响。不同的制备方法，所需的制备温度和高温下的保持时间不同,这也是影响界面反应的关键因素。只有将基体和增强体加热到一定温度，基体才能进人增强体的间隙中。温度高有利于基体浸渗,但高温会导致界面 反应严重，且高温下保温时间越长，界面反应也越严重。因此， 制定工艺参数时，应在确保金属基体与增强体良好结合的前提下,选择尽可能低的制备温度，保温时间尽可能短。为此，可选择加压渗透等方法降低制备温度。