Типы связи на поверхности раздела

Можно выделить шесть основных типов связи на поверхности раздела:

1. Механическая связь.

2. Связь путем смачивания и растворения.

3. Окисная связь.

4. Реакционная связь.

5. Обменно-реакционная связь.

6. Смешанная связь.

Условные обозначения на рисунках:

М – матрица;

A, B - элементы матрицы (A как правило основной металл, B- легирующий элемент);

F – волокно, состоящее из простого вещества;

FO_x - волокно, состоящее из сложного вещества, например, Al₂O₃.

Механическая связь реализуется в отсутствии какого-либо механизма – даже сил Ван-дер-Ваальса (взаимодействие между молекулярными диполями очень слабое) и сводится к механическому сцеплению, т.е. предполагается отсутствие всяких источников химического взаимодействия.

Она может возникать при механическом сцеплении (например, в случае борных волокон со структурой кукурузного початка или из-за трения, вызванного стеснением матрицы). Однако, отсутствие химической связи существенно снижает прочность композита при поперечном нагружении и продольном сжатии, поэтому она не считается полезной.

Связь путем смачивания и растворения реализуется благодаря силам поверхностного натяжения и имеет место в композитах, где упрочнитель смачивается матрицей и, возможно, растворяется матрицей. Для обеспечения смачивания краевой угол должен составлять менее 90⁰. Эта величина угла характерна и для растворения. Данный тип связи наблюдается у КМ 1-го класса.

Для образования связи путем смачивания и растворения необходимо очистить от адсорбированных газов и загрязнений поверхности компонентов перед их соприкосновением.

Реакционная связь возникает в том случае, когда на границе раздела в результате реакции образуется новое химическое соединение , например TiC на границе между углеродом и титаном.

Обменно-реакционная связь возникает в том случае, когда легирующие элементы матрицы и упрочнителя обмениваются местами с элементами, входящими в состав продуктов реакции. Таким образом, это особый случай реакционной связи, когда могут происходить несколько реакций. Например, реакция между титано-алюминиевым твёрдым раствором и бором можно представить как двухстадийную:

Ti(Al) + B = (Ti,Al)B₂

Ti + (Ti,Al)B₂ = TiB₂ + Ti(Al)м

Вначале твёрдый раствор алюминия в титане реагирует с бором с образованием сложного диборида, который затем реагирует с титаном, образуя диборид титана TiB₂ и твердый раствор алюминия в титане. Следовательно, идёт образование и второй фазы, и твёрдого раствора.

Окисная связь характерна для металлов, армированных волокнами из оксидов. Например, в присутствии следов кислорода в системе никель – окись алюминия связь превращается в реакционную за счёт образования шпинели NiOAl₂O₃. Другим примером может служить связь между алюминием и бором, на поверхности которых присутствуют окисные плёнки. В результате растворения обоих окислов или взаимодействия между ними на поверхности раздела образуется продукт реакции в виде окисной плёнки (нового состава). Последняя и обеспечивает связь в этой системе, относящейся к псевдопервому классу.

Смешанная связь. Этот тип связи наиболее важен, так как одним из его источников является переход от одного типа связи к другому, например, частичный переход систем псевдопервого класса в системы второго и третьего классов. Проиллюстрировать это можно на системе Al – B, изготовленной диффузионной сваркой. Происходит частичное разрушение исходной связи в системе Al – B (по-видимому, это окисная связь между Al₂O₃ и B₂O₃) с последующим образованиемAlB₂.