金属基复合材料界面的特征及行为

1 金属基复合材料界面的类型

Ⅰ类界面是平整的而且只有分子层厚度，这类界面除了原组成物质外，基本上不合其它物质；Ⅱ类是原组成物质构成的犬牙交错的溶解扩散界面；Ⅲ类界面是有亚微级左右的界面反应物层。

2 金属基复合材料的界面结合及制造工艺条件对结合的影响

1）机械结合

这种结合即为无化学作用的Ⅰ类界面，它是依靠粗糙表面的机械铆合，另外还有基体的收缩应力包紧纤维或丝时所产生的摩擦结合。

2）溶解和浸润结合

这种结合形式是上述类型的Ⅱ类结合，它的相互作用力是极短程的，只有几个原子间距。但是由于增强体表面经常存在氧化膜，因而基体的溶体不能浸润，这种情况下需要加种机械摩接力去破坏氧化膜才能发生浸润，通常用超声波方法是有效的。在增强体的表面能很小而不可能被基体润湿时，就需要经过表面被层处理（如CVD法或其它沉积方法）后才能实现。总之首要条件是使两相之间的接触角小于90°才能发生润湿，同时希望润湿之后能够产生局部互溶才能有一定的结合力。

3）反应结合

这种结合无疑就是形成Ⅲ类界面，其特征就是在界面上生成新的化合物层。

4）氧化结合

这是一种特殊的化学反应结合，因为它是增强体表面吸附的空气所带来的氧化作用。例如硼纤维增强铝时，先由硼纤维上吸附的氧与之生成BO2，当这层氧化物与铝接触时由于铝的反应件很强，它可以还原BO2，生成Al2O3形成氧化结合。

5）混合结合

这是一种非常重要的结合，因为在实际情况中经常会发生这类结合。例如用机械结合的方式把假I类的体系进行复合，在某些使用的环境下I类界面局部转变为Ⅲ类界面，从而发生了混合结合。硼纤维增强铝在500℃下热处理，就会在原来机械结合的界面上发生化学反应生成AlB2。

3 改善金属基复合材料界面浸润和防止界面反应的措施

改善金属基复合材料界面浸润和防止界而反应，从表面上看似乎并不相关，但实际上采取的措施常常是相互联系的。因为是实现达两个目的的有效方法都是对增强体进行表面处理，改变基体的合金元素组成以及考虑环境因素（如表面脱氧，去油污染物和湿气等），因此常常采取措施综合考虑改善这两种界面行为。

各种增强体的表面性质差异很大，大致可分为下列两种类型。第—类增强体表面能很低，极不容易被基体所润湿，但又能与某些金属发生强烈的界面反应，如碳纤维与氧化铝纤维等。当然，如果不能首先实现浸润也谈不到彼此接触而发生反应。第二类增强体表面比较容易被基体润湿．也能与某些基体反应，但比第一类稳定得多，如碳化硅纤维和碳化硼纤维。从界面优化的观点来看，希望增强体与基体之间最好在润湿之后又能适当产生一些界面反应，这样就可以增强界面结合力，但是不能发生过多的反应。

改变基体的合金元素也是比较有效的改善润温和防止界面反应的措施。选择合金元素组分有两条应考虑的原则。第一个原则要首先考虑找与增强体元素化学位相近的元素，因为化学位相近的物质亲合力太容易发生润湿，另外化学位是推动反应的位能，差别小发生反应的可能亦小。第二个原则是从动力学角度寻找反应速度常数较小的体系。