请介绍金属基复合材料的各种界面结合机制。

请介绍金属基复合材料的各种界面结合机制。

答：界面的结合力有三种：机械结合力、物理结合力和化学结合力。

机械结合力就是摩擦力，它决定于增强体的比表面和表面粗糙度以及基体的收缩，比便面和表面粗糙度越大，基体收缩越大、摩擦力也越大。机械结合力存在于所有复合材料中。物理结合力包括范德华力和氢键，它存在于所有复合材料中，但在聚合物基体材料中占有很重要的地位。化学结合力就是化学键，它在金属基符合材料中有重要作用。

由上面三种结合力，金属基符合材料中界面结合形式可以分为下面六种：

1．   机械结合                                                       

这是基体与增强物之间纯粹靠机械连接的一种结合形式，它由粗糙的增强物表面及基体的收缩产生摩擦力完成。具有这类界面结合的复合材料的力学性能，不宜作结构材料使用。例如，以机械结合的纤维增强复合材料除承受不大的纵向载荷外，不能承受其他类型的载荷。事实上由于材料总有范德华力存在，纯粹的机械结合很难实现。

2．   溶解和润湿结合

    溶解和润湿结合是基体与增强物之间发生润湿（润湿角＜90℃)，并伴随一定程度的相互溶解（也可能基体和增强物之一溶解于另一种中）而产生的一种结合形式。这种结合是靠原子范围内电子的相互作用产生的，因此要求复合材料各组元的原子彼此接近到几个原子直径的范围内才能实现。增强体表面吸附的气体和污染物都会妨碍这种结合的形成，所以必须进行处理，除去吸附气体和污染物。

3．   反应结合

这是基体与增强物之间发生化学反应，在界面上形成化合物而产生的一种结合形式。其中典型的代表为Al-C和Ti-B系。但在Al-C和Ti-B两个体系中，如果工艺参数控制不当，没有采取相应的措施，以致在界面上生成过量的脆性反应产物，材料强度降低。像这类不能提供有使用价值的复合材料的结合，不能称之为复合材料。

4．   交换反应结合

交换反应结合是基体（含两种以上元素）与增强物之间，除发生化学反应在界面上形成化合物外，还有通过扩散发生元素交换的一种结合形式。钛合金（例如Ti-8Al-1V-1Mo）-硼系是这种结合的典型代表。钛与硼的作用分为两个阶段：

                   Ti（Al）+2B→（Ti，Al）B2

                 （Ti，Al）B2+Ti→TiB2+Ti（Al）

即首先形成（Ti，Al）B2，然后因为Ti与B的亲和力大于Al与B的亲和力，（Ti，Al）B2中的Al被Ti置换出来，再扩散到钛合金中。因此，界面附近的基体中有铝的富集，这构成了额外的扩散阻挡层，使反应速度常数降低。

5．   氧化物结合

这种结合实际上是结合的一种特殊情况。例如Ni-Al2O3复合材料的结合本来是机械结合，但在氧化性气氛中Ni氧化后，与Al2O3作用形成NiO?Al2O3，变成了反应结合。又如铝-硼、铝-碳化硅复合材料，由于铝表面上的氧化物膜与硼纤维上的硼的氧化物，或碳化硅纤维上的硅氧化物间发生相互作用，形成氧化物结合。正是这种氧化物膜提供了复合材料的表观稳定性。

6．   混合结合

    这种结合是最重要、最普遍的结合形式之一，因为在实际的复合材料中经常同时存在几种结合形式。例如在Al-B系中如果制造温度较低，氧化膜不破坏，则形成机械结合；如果温度较高（高于基体的熔点），氧化膜部分破坏，形成反应结合，就变成混合结合了。