【環(huán)氧板】材料力學性能

界面層是環(huán)氧板材料中連接基體和增強體的重要組成部分。界面層材料主要是指復合材料中需單獨制備的，用于作界面層的材料。由于其厚度較薄，一般為納米或亞微米級，因而稱其為低維材料。界面層占整個復合材料的體積比不到10%，但它卻是決定復合材料力學性能、抗環(huán)境侵蝕性能的關鍵因素之一一。 因此，了解界面層材料及其性能對界面層設計有重要作用。對于聚合物基復合材料,界面層材料主要是用來增強基體和增強體的結合力。不同類型的聚合物基體和增強體需選用不同類型的界面層材料。對于金屬基復合材料，界面層主要用來防止增強體和基體的過度反應,不同的復合體系也需選用不同的界面層。對于肉瓷基環(huán)氧板材料,界面層材料主要選用層間結合力較弱的材料，以提高復合于陶瓷基復合材料的弱界面層材料。材料韌性。不同類型的基體和增強體的界面層材料具有較高的統(tǒng)一一性，因而本節(jié)E主要介紹用

具有聯(lián)狀品體結構的材料層間結合力較弱。當裂致擴展至材料的層面時，使裂紋發(fā)生分叉，改變裂紋擴展方向，起到明顯的增韌效果

有層狀晶體結構的材料主要有石墨結構的熱解G因此，這種材料是較為理想的界i層材料。具(PyC)和六方BN。部分氧化物如層狀硅酸鹽、可解離的六方方鋁酸鹽等也具有層狀結構，此外，還有-些非層狀弱結合的化物界面層。下面分別對其進行介紹。

6.5.1 PyC和BN界面層為防止基體和增強體發(fā)生化學反應,非氧化物復合材料的界面面層只能使用非氧化物研究最多的是PyC和BN界面。由于氧化物工作溫度較低，PyC和BN在工作溫度下和氧穩(wěn)定的，界面層不會會與氧化物增強體或基體發(fā)生強烈反應。因此，PyC和BN也是氧化物/非氧化物和非氧化物/氧化物復合材料理想的界面層。

PyC界面層是典的具有層狀晶體結構的界面層材料。它在提高環(huán)氧板材料力學性能方面具有無可比擬的優(yōu)勢，但PyC界面層的抗氧化性能較差。在空氣中，高于400 °C時，PyC便開始氧化，并隨著溫度升高而急劇加快。實際應用時，若存在基體的保護,PyC界面層仍可使用到較高的溫度。六方BN具有與石墨類似的晶體結構，相對于PyC界面層具有較高的抗氧化性能、較高高的層間結合強度、較低的電導率和介電常數(shù)。BN氧化后生成玻璃的B2O3,可填充在基體或界面層中的裂紋及界面處的間隙，阻止外界氣體對增強體進一步侵蝕。因此,BN界面層可提高陶瓷基復合材料的抗氧化能力,并且BN的晶化程度越高，復合材料的抗氧化性能越強。由于六方BN具有與石墨類似的層狀結構，因而BN也能提高環(huán)氧板材料韌性。但BN的層間結合強度比PyC高,故BN界面的復合材料強度較高，韌性較低。一般而言,PyC界面層的最佳厚度為100~300nm，BN界面層的最佳厚度為300~500nm。

(BN/SiC).n表示重復次數(shù)。

上述非氧化界面層一般采用化學氣相滲透/沉積(CVI/CVD)的方法制備。通過調(diào)節(jié)沉積溫度、壓力和時間等參數(shù)，可實現(xiàn)在納米尺度對界而層的厚度進行控制，也可以通過更換先驅(qū)體，實現(xiàn)不同界面層或環(huán)氧板界面層的制備。

PyC界面層通常采用碳氫化合物如甲烷(CH,)、丙烯(C.H)、乙炔(C;H2)等在高溫Fa000C左右)裂解來沉積。由于先驅(qū)體分子體積較小，擴散較快，因而PyC在纖維束和預制體中沉積都有良好的均勻性。沉積溫度、沉積氣氛、沉積壓力、氣流量等因素都對PyC界面層有著重要影響。沉積溫度過高或氣氛選擇不合理會使界面層變得粗糙。粗糙的PyC界面層不僅不能實現(xiàn)界面弱結合，還會對纖維造成損傷，從而太大降低復合材料的性能。H2可使界而層更光滑，而金屬鎳和氯化物則使界面層更粗糙。

BN界面層的制備過程與CVD制備BN纖維的過程類似，采用BCI3和NH3在800~1 200C,3~5 kPa壓力下反應得到，一般采用氮氣作為載氣。由于先驅(qū)體分子較大，因而BN在纖維束和預制體中沉積時均勻度不同,前者較為均勻。另外,沉積溫度和壓力升高也會降低界面層的均勻度。因此,沉積時可適當降低溫度和壓力，以提高BN界面層的均勻性。

環(huán)氧板界面層可采用交替沉積工藝或共沉積工藝制備。前者更容易實現(xiàn)，這是因為不同先驅(qū)體沉積條件有所不同,實現(xiàn)共沉積比較困難。