環(huán)氧板材料具有低密度、耐高溫、高比強、高比模、抗氧化、抗蠕變、對裂紋不敏感、不發(fā)生災(zāi)難性損壞等特點，是一種新型熱結(jié)構(gòu)材料,其應(yīng)用覆蓋了尖端軍用和新興民用等多個領(lǐng) 域，成為1 650 C以下長壽命(數(shù)百至上千小時)、2 000 °C以下有限壽命(數(shù)十分鐘至數(shù)小時)和2800C以下瞬時壽命(數(shù)十秒至數(shù)分鐘)的熱結(jié)構(gòu)/功能材料。目前,連續(xù)纖維增韌碳化硅陶瓷基環(huán)氧板材料(CMC-SiC)技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣，可應(yīng)用于高推重比航空發(fā)動機、高性能航天發(fā)動機、空天飛行器熱防護(hù)系統(tǒng)、飛機/高速列車等剎車制動系統(tǒng)、核能電站、燃?xì)怆娬竞蜕羁仗綔y器等領(lǐng)域。

顆粒是指三個維度上的尺度均較小，且長徑比接近于1的材料。。在環(huán)氧板材料中,顆粒作為分散相，常用于改善-.些對結(jié)構(gòu)不敏感的性能，如模量、密度、熱導(dǎo)率和硬度等。而對于結(jié)構(gòu)敏感的性能，如強度和韌性，顆粒的改善效果不大。

對于聚合物材料，顆粒的加人可以提高其硬度和熱穩(wěn)定性。金屬材料中,顆粒主要起提高硬度、屈服強度和耐磨性的作用。也可通過以下兩種效應(yīng)提高材料的強度:官首先，當(dāng)顆粒的長 徑比大于1時，可以起到一定的承載的作用;其次,金屬材料中使用的顆粒一 般具有比基體更低的熱導(dǎo)率，材料從較高的制備溫度下冷卻時，由于熱失配引發(fā)的熱應(yīng)力會造成顆粒周圍的基體中出現(xiàn)位錯，起到強化材料的作用。某些情況下，顆粒的加人可以改善陶瓷材料的韌性，例如氧化鋯增韌氧化鋁復(fù)相陶瓷。表6-1給出了環(huán)氧板材料中常用的顆粒材料。

顆粒材料的純度對不同類型基體的環(huán)氧板材料的性能影響是不同的。聚合物基體對于顆粒材料的純度要求不高，因而多采用天然礦物破碎后得到的顆粒。而在金屬基環(huán)氧板材料中，顆粒的純度則尤為重要。在較高的制備溫度下，顆粒中的雜質(zhì)會擴散到合金成分中，改變基體材料性能,并且對界面結(jié)合也會產(chǎn)生影響。金屬基環(huán)氧板材料在使用鑄造成型時,常選用氧化物顆粒,因為其一般與金屬間的反應(yīng)活性較低。非氧化顆粒(如SiC)增強金屬基環(huán)氧板材料在采用鑄造工藝時,往往需要對顆粒進(jìn)行表面處理。

顆粒尺寸對于環(huán)氧板材料的性能同樣存在顯著影響。一般來說，細(xì)小的顆粒對于環(huán)氧板材料的屈服強度、斷裂強度模量疲勞強度等具有更好的改善效果。顆粒過于粗大時，環(huán)氧板材料的塑性和加工性能將嚴(yán)重下降。然而，顆粒過于細(xì)小，尤其是達(dá)到納米級時易于團(tuán)聚。

環(huán)氧板材料的多樣性決定了其設(shè)計方法的多樣性，其主主要設(shè)計理念有“微結(jié)構(gòu)-性能”“材料結(jié)構(gòu)”和"爵尺度用環(huán)設(shè)計"等?！拔⒔Y(jié)構(gòu)性能”一體化設(shè)計理念是指材料的性能取決于材料的多尺度微結(jié)構(gòu)，通過對材料微結(jié)構(gòu)的設(shè)計，達(dá)到某種性能要求:”材料結(jié)構(gòu)”一體化設(shè)計理念是指在進(jìn)行宏觀的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，考慮材料的因素,從材料的多尺度微結(jié)構(gòu)和宏觀結(jié)構(gòu)兩方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，達(dá)到某種使用要求;“跨尺度閉環(huán)設(shè)計”理念是指根據(jù)某種使用要求，設(shè)計材料的多尺度微結(jié)構(gòu)及其制備工藝,并通過考核驗證或優(yōu)化設(shè)計結(jié)果。

在環(huán)氧板材料設(shè)計完成后，制備工藝原理就是制備性能優(yōu)異環(huán)氧板材料的基礎(chǔ)。環(huán)氧板材料制備工藝方法主要有液相法、氣相法和固相法。不同的工藝方法有不同的原理,本章將分別予以介紹。

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環(huán)氧板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，般為納米或亞微米級，因而稱其為低維材料。界面層占整個環(huán)氧板材料的體積比不到10%，但它卻是決定環(huán)氧板材料力學(xué)性能、 抗環(huán)境侵蝕性能的關(guān)鍵因素之一。 因此，了解界面層材料及其性能對界面層設(shè)計有重要作用。對于聚合物基環(huán)氧板材料，界面層材料主要是用來增強基體和增強體的結(jié)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。對于金屬基環(huán)氧板材料,界面層主要用來防止增強體和基體的過度反應(yīng),不同的環(huán)氧板體系也需選用不同的界面層。這將在第9章中做詳細(xì)介紹。對于陶瓷基環(huán)氧板材料,界面層材料主要選用層間結(jié)合力較弱的材料，以提高環(huán)氧板材料韌性。不同類型的基體和增強體的界面層材料具有較高的統(tǒng)- 性，因而本節(jié)主要介紹用于陶瓷基環(huán)氧板材料的弱界面層材料。

具有層狀品體結(jié)構(gòu)的材料層間結(jié)合力較弱，當(dāng)裂紋擴展至材料的層面時，可使裂紋發(fā)生分石政塑這擴方向，到明顯的增韌效果。因此，這種材料是較為理想的界面層材料。具有后精品體結(jié)物的材科主要有右有墨結(jié)物的熱解眼(PyC和六方BN.帶分氧化物如層狀住酸鹽可解離的六方鋁酸鹽等也具有層狀經(jīng)結(jié)構(gòu)，此外，還有一些非層狀弱結(jié)合的氧化物界面層。

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