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,常用于改善一-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: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重下降。然而，顆粒過于細小,尤其是達到納米級時易于團聚。需要特別關(guān)注顆粒的分散性。

非層狀界面層一般是氧化物/氧化物環(huán)氧板材料界面層。 這類界面又可分為兩類:第一類 是為阻止纖維和基體直接接觸發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)的界面涂層，主要有氧化鈦、氧化錫、氧化鋯、鈦酸鋯鈦酸錫鋯等,這類界面的主要問題是脫黏強度較高、界面易分解等;第二類是高表面能的氧化物與增強相或基體存在的弱界面層，這種高表面能氧化物主要是稀土磷酸鹽和難溶金屬鹽，這種界面層存在的主要問題是如何獲得化學(xué)計量比的界面層，非化學(xué)計量比的稀土磷酸鹽或難熔金屬鹽會嚴重降低環(huán)氧板材料強度。

上述界面層都是連續(xù)界面層，而在部分氧化物/氧化物環(huán)氧板材料，還存在不連續(xù)的界面層。如向基體中摻雜活性組元，活性組元會在界面處富集,若富集的組元可降低環(huán)氧板材料界面強度，則可提高環(huán)氧板材料韌性。這種界面為非連續(xù)的界面層。此外，在多孔氧化物陶瓷中，也存在非連續(xù)的界面層。非連續(xù)的界面層應(yīng)用較少,不如連續(xù)界面層的研究廣泛。

關(guān)鍵。環(huán)氧板材料通常由增強體、界面/界面層和基體組成，其中增強體和界面層是材料強韌化的相比于塊體材料,晶須、纖維，顆粒等材料中,缺陷尺寸受限，因而材料的力學(xué)性能優(yōu)異，作為增強體可提高材料的力學(xué)性能。高性能的增強體一般制備技術(shù)復(fù)雜。制備工藝仍然是材料研究的重點和難點。此外,某些新型材料，如碳納米管、、碳纖維、碳化硅纖維、氮化硅纖維等，還具有電感熱、光電等功能,是實現(xiàn)材料結(jié)構(gòu)功能一體化的重要途徑。

為了傳遞應(yīng) 力，實現(xiàn)裂紋偏轉(zhuǎn)、纖維拔出、纖維橋接等增制機制，合理的界面結(jié)合強度是必應(yīng)。界面層材料多選用層間剝離力較低的層狀狀材料或較弱的多孔材料，應(yīng)與環(huán)氧板材料中的其他組元具有良好的相容性。

碳原子間可以通過鍵合，形成鏈狀、支鏈狀和環(huán)狀等結(jié)構(gòu)，這是碳原子的一大特性之一。 與其他同類原子間的鍵合強度相比，碳一碳之間的鍵合強度很高(C- C單鍵的鍵能為348kJ/mol),這意味著碳材料在結(jié)構(gòu)承載方面存在著天然優(yōu)勢。

碳存在著金剛石、石墨、富勒烯等幾類同素異構(gòu)體。金剛石中的每個碳原子與周圍四個碳原子通過雜化形成強烈的共價鍵結(jié)合,具有立方或六方的晶體結(jié)構(gòu)。金剛石具有良好的耐化學(xué)腐蝕性,是已知的硬度最高的物質(zhì)，在切割刀具中被廣泛應(yīng)用;從遠紅外區(qū)到深紫外區(qū)的范圍內(nèi)具有極高的透明度,電絕緣性良好;室溫下具有已知物質(zhì)中最高的熱導(dǎo)率;同時,還是種性能優(yōu)越的寬禁帶半導(dǎo)體。石墨是常溫常壓下熱力學(xué)狀態(tài)最為穩(wěn)定的碳同素異構(gòu)體,其結(jié)構(gòu)和性能將在5.2.2小節(jié)介紹。富勒烯是碳原子間以六元環(huán)和五元環(huán)的形式連接形成的空心球形分子。依據(jù)分子中碳原子的數(shù)目,富勒烯有Co,Cro,C100等類型。富勒烯分子的平均 直徑為1.1 nm,是一類0維材料。無缺陷的富勒烯是絕緣的,但摻雜其他元素可以成為半導(dǎo)體或?qū)w。、

近年來，碳納米線、納米管、石墨烯等低維碳材料因其優(yōu)異的結(jié)構(gòu)和功能、性能引發(fā)了研究 熱潮,也為人們更深人地認識納米效應(yīng)、材料的結(jié)構(gòu)- -性能關(guān)系等基礎(chǔ)問題提供了一一個視角。