Interfaz compuesta
Edición: 1
Embalaje: Tapa dura
Folio: Pequeño 16 folio
Número de páginas: 208 páginas
Recuento de palabras: 269.000 palabras Capítulo 1 Interfaz y formación de la interfaz 1
1.1 Interfaz y fase límite 1
1.2 Mecanismo de formación de la interfaz 1
1.2.1 Combinación física 2
1.2.2 Enlace químico 5
1.3 El papel de la interfaz 6
Referencia 8
Capítulo 2 Microestructura de la interfaz compuesta 9
2.1 Descripción general 9
2.2 Forma y estructura de la superficie de la fractura de la interfaz 9
2.2.1 Forma Método de caracterización de morfología y estructura 10
2.2.2 Morfología y estructura de la fractura de la interfaz 13
2.3 Microestructura de la interfaz 15
2.3.1 Método de caracterización 15
Cerámica compuestos de matriz 21
2.3.3 Compuestos de matriz metálica 26
2.3.4 Compuestos de matriz polimérica 28
2.4 Análisis de componentes de la interfaz 29
2.4.1 Análisis característico de rayos X 29
Análisis de electrones retrodispersados 31
2.4.3 Analizador de electrones en espiral 32
p>2.5 Caracterización AFM de la microestructura de la interfaz 33
Principios básicos 34
2.5.2 Técnicas experimentales e interpretación de imágenes 34
2.5.3 Fibras de carbono Interfaz de materiales compuestos reforzados 37
2.5.4 Interfaz de materiales compuestos reforzados con fibra polimérica 38
2.6 Caracterización por espectroscopía Raman de la microestructura de la interfaz 40
2.6 .1 Tamaño y orden de los granos de carbono de la interfaz 41
2.6.2 Formación de la composición de la interfaz 43
2.6.3 Distribución de componentes de la capa de interfaz 43
Referencia 45
Capítulo 3 Métodos experimentales tradicionales de micromecánica de interfaz de materiales compuestos Página 48
3.1 Descripción general 48
3.2 Prueba de extracción (¿tirar? de una sola fibra) 49
3.2.1 Dispositivo de prueba y preparación de muestras 49
3.2.2 Análisis y procesamiento de datos
3.3 Prueba de microgotas, microunión 51
3.3.1 Dispositivo de prueba y preparación de muestras 52
3.3.2 Análisis y procesamiento de datos
Alcance aplicable 55
3.4 Prueba de rotura de una sola fibra 56
3.4.1 Preparación de muestras y dispositivo experimental 57
3.4.2 Análisis y procesamiento de datos
Ámbito de aplicación 59
3.5 Prueba de extrusión de fibra (¿empujar?, ¿empujar? microdesunión) 60
3.5.1 Procesamiento de datos
Ámbito de aplicación 63
3.6 Ensayo de flexión, corte, ensayo de corte y ensayo de Brautmann 63
3.6.1 Ensayo de flexión transversal 63
3.6.2 Ensayo de resistencia al corte interlaminar 64
Prueba de Brutmann 64
3.7 Defectos de los métodos experimentales tradicionales 64
Referencia 65
Capítulo 4 Espectroscopia Raman y de fluorescencia de la investigación de interfaces Página 68
4.1 Descripción general 68
4.2 Espectro Raman y espectro de fluorescencia 68
4.2.1 Efecto Raman y espectro Raman 68
4.2.2 Ra La relación entre las características del pico Man y la microestructura del material70
4.2.3 Emisión de fluorescencia y espectro de fluorescencia73
4.3 Efecto de la fibra tensión en el cambio de frecuencia pico Raman74
4.3.1 Efecto de la presión y la temperatura en los parámetros pico Raman74
4.3.2 Relación entre el cambio de frecuencia pico Raman y la tensión de la fibra74
4.4 Número de onda máxima de fluorescencia Relación con la tensión 75
4.4.1 Efecto del espectro de presión del espectro de fluorescencia 75
4.4.2 Coeficiente del espectro de presión de la alúmina monocristalina y su determinación 76
4.4.3 La relación entre el número de onda del pico de fluorescencia de la fibra de alúmina policristalina y la deformación78
4.4.4 La relación entre la longitud de onda del pico de fluorescencia de la fibra de vidrio y la deformación/estrés
80
4.5 Espectroscopia Raman microscópica 82
4.5.1 Espectrómetro Raman 82
Microsistema 84
4.5.3 Preparación y colocación de muestras 85
4.6 Sensor mecánico Raman 86
4.6.1 Nanotubos de carbono 86
4.6.2 ¿Diacetileno? Polímero de poliuretano 87
4.7 Ensayo de flexión 88
4.7.1 Flexión en cuatro puntos de apoyo 88
4.7.2 Flexión en tres puntos de apoyo
4.7 .3 Flexión de vigas en voladizo
Referencia 89
Capítulo 5 Materiales compuestos reforzados con fibra de carbono 91
5.1 Microestructura de la superficie de fibra de carbono
5.2 Micromecánica de la deformación de la fibra de carbono 94
5.3 Interfaz de compuestos de fibra de carbono/polímero 97
Compuestos de matriz polimérica termoestable 97
5.3.2 Material de polimerización termoplástica compuestos de matriz 103
5.4 Interfaz de compuestos de carbono/carbono 105
5.5 Concentración de tensiones de compuestos de fibra de carbono 108
5.5.1 Concentración de tensiones y coeficiente de concentración de tensiones 108
5.5.2 Concentración de tensiones de compuestos de fibra de carbono/resina epoxi
Referencia 113
Capítulo 6 Materiales compuestos reforzados con nanotubos de carbono 115
6.1 Descripción general 115
6.2 Comportamiento de deformación de nanotubos de carbono 117
6.3 Unión de interfaz y transferencia de tensión de nanotubos de carbono/compuestos poliméricos 122
6.3.1 Transferencia de tensión de interfaz 122
6.3.2 Física de combinación de interfaces 125
6.3.3 Química de unión de interfaces 128
6.4 Nanotubos de carbono La energía de interfaz del compuesto de polímero / es 130.
Referencia 131
Capítulo 7 Materiales compuestos reforzados con fibra de vidrio 134
7.1 Descripción general 134
7.2 Interfaz de la tensión de los materiales compuestos reforzados con fibra de vidrio 135
7.2.1 Método de medición indirecta 135
Método de medición directa 139
7.3 Campo de tensión de la matriz cerca de la interfaz 140
7.4 Tensión de la fibra concentración causada por fractura 142
7.5 Fibra óptica 144 Campo de tensión de la interfaz núcleo-carcasa
Referencia 146
Capítulo 8 Compuestos reforzados con fibra cerámica 147
8.1 Descripción general 147
8.2 Tratamiento superficial de fibras cerámicas 147
8.2.1 Materiales de recubrimiento y tecnología de recubrimiento 147
8.2.2 Carburo de silicio Recubrimiento superficial de fibra 148
8.2.3 Recubrimiento superficial de fibra de alúmina 150
8.3 Micromecánica de deformación de fibra cerámica 151
8.3.1 Carbonización Fibra de silicio y monofilamento 151
8.3.2 Comportamiento espectral Raman de fibra de alúmina deformada 155
8.3.3 Comportamiento espectral de fluorescencia de fibra de alúmina deformada 157
8.4 Comportamiento de interfaz de compuestos reforzados con fibra de carburo de silicio 158
8.4.1 Compuestos de fibra de vidrio/carburo de silicio
8.4.2 Interfaz de compuestos de SiC/SiC bajo carga de compresión Comportamiento 162
8.4.3 Puentes de fibra 164
8.5 Comportamiento de interfaz de compuestos reforzados con fibra de alúmina 167
8.5.1 Compuestos de fibra de alúmina/vidrio 167
8.5.2 Compuesto de fibra de alúmina/metal 174
8.5.3 Esfuerzo radial de la fibra óptica 175
8.5.4 Interacción entre fibras Efecto 179
8.6 Esfuerzo térmico residual 181
8.6 .1 Predicción teórica 181
8.6.2 Medición experimental 182
Referencia 184
Capítulo 9 Materiales compuestos reforzados con fibra polimérica de alto rendimiento 187
9.1 Deformación de fibras poliméricas de alto rendimiento 187
9.1.1 Fibras aromáticas y fibras PBO Deformación molecular de fibra UHMWPE 187
9.1.2 Deformación molecular de fibra UHMWPE 191
9.1.3 Deformación molecular y deformación cristalina 193
9.2 Esfuerzo cortante interfacial 194
p>
9.2.1 Descripción general
9.2 .2 Compuesto de fibra aromática/resina epoxi 195
Compuesto de fibra de PBO/resina epoxi 196
9.2.4 Compuestos de fibra de polietileno/resina epoxi
9.3 Efecto de la fibra modificación de la superficie en el comportamiento de la interfaz 202
9. 3. 1 Modificación química de la fibra PPTA 203 Propiedades
9 2 . 9.4 Comportamiento de interfaz causado por la interacción entre grietas y fibras 205
Referencia 207 La ciencia de los materiales compuestos es un tema relativamente joven, que involucra muchas disciplinas como la química, la física, la mecánica, la ciencia y la tecnología de los materiales, etc. Los trabajadores de materiales compuestos repartidos en diversas disciplinas tienen todos una interfaz en la que centran su atención: los materiales compuestos. Dos materiales frágiles se pueden combinar en un material dúctil a través de una unión de interfaz débil, y una unión fuerte entre los dos materiales puede crear un nuevo material que sea dos veces más fuerte. Esto es lo que hace la interfaz. Se puede considerar que para un determinado material de refuerzo y matriz, la interfaz es el factor decisivo para determinar el rendimiento del material compuesto. Durante mucho tiempo, se ha intentado obtener materiales compuestos con propiedades predeterminadas mediante el diseño y fabricación de interfaces con estructuras y propiedades adecuadas. Obviamente, una comprensión completa del comportamiento de la interfaz es un requisito previo para lograr este objetivo.
Existen muchas publicaciones sobre materiales compuestos, pero pocos libros dedicados a cuestiones de interfaz. Los resultados de las investigaciones y los avances recientes sobre cuestiones de interfaz se encuentran ampliamente dispersos en muchas publicaciones de diversas disciplinas, lo que genera molestias a los investigadores pertinentes. Este libro intenta llenar este vacío integrando las últimas teorías sobre el comportamiento de la interfaz, técnicas de prueba y métodos de procesamiento de datos.
Hay 9 capítulos en el libro, que involucran principalmente la microestructura de la interfaz de materiales compuestos reforzados con fibras y el comportamiento de la interfaz bajo tensión, y tratan de conectar la microestructura de la interfaz con las propiedades macroscópicas del material (aunque esta relación aún no ha sido clara (todavía no está clara, pero aún es un objetivo que los investigadores deben explorar). El Capítulo 1 explica brevemente la definición, el mecanismo de vinculación y la función de la interfaz. El Capítulo 2 presenta la microestructura de la interfaz y sus métodos de caracterización; la microscopía electrónica es el método básico tradicional, y el rápido desarrollo de la microscopía de fuerza atómica y la espectroscopía micro-Raman en los últimos 10 años proporciona más información sobre la estructura de la interfaz. El Capítulo 3 presenta las técnicas experimentales tradicionales y los métodos de procesamiento de datos para el estudio de la mesomecánica de interfaces, así como varias teorías importantes de la mesomecánica de interfaces, y señala las deficiencias de los métodos experimentales y analíticos tradicionales. La combinación de sondas Raman y fluorescentes con experimentos tradicionales de micromecánica de interfaz ha formado una tecnología experimental y un método de análisis de datos nuevos, más potentes y más completos, que ha logrado grandes avances en el estudio de la micromecánica de interfaz. Este es un ejemplo exitoso de colaboración multidisciplinaria. El Capítulo 4 explica los principios básicos del método, las técnicas experimentales y sus principales aportaciones al estudio de la mecánica de interfaces. Los capítulos 5 a 9 presentan el comportamiento mecánico de la interfaz de varios materiales compuestos avanzados reforzados con fibra de alto rendimiento. El Capítulo 5 organiza muchos materiales compuestos de fibra de carbono que son indispensables para las industrias de alta tecnología. En los últimos años, la aplicación de refuerzos a nanoescala (nanotubos o nanofibras) ha llevado la investigación de interfaces de materiales compuestos a un nuevo campo por ejemplo, la estructura y propiedades superficiales de los nanotubos de carbono son muy diferentes a las de las fibras tradicionales, y su pequeño tamaño; Este efecto hace que la interfaz entre los nanotubos de carbono y la matriz sea significativamente diferente de la de los materiales compuestos tradicionales reforzados con fibra, lo que parece indicar que se debe establecer una nueva teoría de la interfaz. También requiere nuevos métodos para explorar el comportamiento de la interfaz que difieren de los métodos tradicionales. El capítulo 6 describe los avances recientes en este campo. El capítulo 7 habla de materiales compuestos reforzados con fibra de vidrio. La fibra de vidrio sigue siendo la fibra de refuerzo más utilizada. Los materiales compuestos reforzados con fibra cerámica son materiales avanzados indispensables en entornos hostiles o especiales, como altas temperaturas, y desempeñan un papel importante en campos de alta tecnología como la defensa nacional. Para este tipo de materiales compuestos, la función de la interfaz es principalmente para endurecer los materiales, por lo que tiene comportamientos de interfaz significativamente diferentes a los de otros materiales compuestos, que deben analizarse en el Capítulo 8. Que la interfaz compuesta pueda transmitir cargas de manera efectiva depende del grado de unión química y física entre el refuerzo y la matriz. Una unión fuerte favorece la transmisión efectiva de la tensión. La fuerza de la unión de la interfaz está obviamente estrechamente relacionada con la microestructura del material de la zona límite. Para los sistemas de materiales compuestos con el propósito de endurecerse, se requiere que la resistencia de la unión de la interfaz sea débil. Se espera que la falla de la interfaz ocurra después de una cierta carga, lo que provocará la desunión de la interfaz, y luego la fricción entre el refuerzo y la matriz soportará la tensión. carga. La magnitud de la fuerza de fricción está estrechamente relacionada con la rugosidad de la superficie del cuerpo reforzado y de la matriz después del despegado, y la rugosidad de la superficie depende en cierta medida de la estructura morfológica de la zona límite.
Los defectos estructurales en los materiales compuestos, como poros, impurezas y microfisuras, tienden a concentrarse en la zona límite, lo que conducirá al deterioro del rendimiento de los materiales compuestos reforzados. Durante el uso de materiales, debido a la erosión por la humedad y otros gases corrosivos, a menudo se producen daños irreversibles primero en el área límite, convirtiéndose en el punto desencadenante de daños en el dispositivo.
Por las razones anteriores, el escenario de la estructura de la interfaz de los materiales compuestos ha atraído especial atención y se ha convertido en uno de los focos de exploración del comportamiento de la interfaz de los materiales compuestos.
La estructura de interfaz mencionada en este capítulo se refiere principalmente a la estructura de la zona límite, y también incluye la estructura de la matriz y el refuerzo adyacente a la zona límite. Muchos compuestos no tienen un límite preciso entre la zona límite y la matriz o refuerzo. Incluso para el mismo material compuesto, la estructura de la interfaz no es uniforme. Algunos tienen límites definidos y otros tienen límites difusos. La zona límite es a veces una región de gradiente estructural. Una comprensión completa de la estructura de la interfaz debe incluir el examen de la estructura de sus regiones adyacentes.