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【环氧板】稳定性的影响因素

金属基环氧板材料的界面稳定性明显高于聚合物基环氧板材料,故可在更高的温度环境中工作。环氧板材料能否耐高温,不仅与基体、增强体有关。还与其结合界面密切相关,在基体和增强体已选定的条件下,改善界面结构,提高界面稳定性是提高环氧板材料高温性能的有效途径。然而,影响金属基环氧板材料的界面稳定性的因素有哪些呢?主要包括物理和化学两个方面。

1) 物理方面

物理方面的不稳定因素主要是指在高温条件下增强体与基体之间的熔融。如粉末冶金制成的钨丝增强镍基环氧板材料,由于成型温度较低,钨丝尚未溶入基体,因此其强度基本不变。如果在10C使用50b,则因钨丝容入基体合金而使其直径降为原来的609左右,强度明显降低。但在某些场合这种增强体与基体的熔融并不定产生不良效果。如钨铼合金丝增强铌合金时,钨也会溶入铌基体中,但形成了强度很高的钨铌合金,对钨铼合金丝强度的损失起到补偿作用,强度反而有所提高。对于碳纤维增强镍基环氧板材料,界面还会出现先溶解再析出新相的现象。如在600个以上,该环氧板材料中的碳纤维会溶入镍基体中,然后再析出石墨,由于碳变成石墨,其密度增加,体积减小,留出空院,为镍溶入碳纤维扩散提供了空间,致使碳纤维强度下降。随着温度的升高,镍溶入碳纤维的含量增加,碳纤维强度进步降低。

2)化学方面

化学方面的不稳定性主要与环氧板材料在加工使用过程中的界面化学反应有关。它包括连续界面反应、交换式界面反应和暂稳态界面变化等现象。其中连续界面反应对
环氧板材料的力学性能的影响最大。界面反应产物多数比增强体脆,在外载作用下易首先产生裂纹。此外,化合物的生成也可能对增强体的性能有所影响。基体与增强体间的化学反应可发生在化合物 与增强体之间的接触面,即增强体一侧, 也可发生在化合物与基体之间的接触面上,即基体 一侧,也可同时发生在两个接触面上,般发生在基体 一侧较为多见。 交换式界面反应的不稳定因素主要出现在含有两种或两种以上的合金基体中。该过程般分为两步:

(1)增强体与合金基体生成化合物,此化合物暂时包含了合金中的所有元素。

(2)由热力学定律可知,增强体总是优先与基体中的某一合金元素反应结合, 因此,原 先生成的化合物中的其他元素将与邻近基体合金中的这元素起交换反应, 直至达到化学平衡,交换反应的结果是最易与增强体元素起反应的合金元素将富集在界面层中,而不易或不能与增强体反应的基体中的合金元素将在邻近界面的基体中富集。有人认为,基体中不易形成化合物的元素向基体中的扩散控制着整个过程的速度。因此,可通过选择合适的合金元素来降低交换反应的速度。交换反应的不稳定因素不一定有害,有时还会有益。如硼纤维增强钛合金基
环氧板材料中,由于钛与硼的反应自由能低,故优先结合生成TB,使得那些不易或不能与硼反应的元素在界面附近富集,形成了硼向基体扩散的阻挡层,故降低了反应速度,暂稳态界面变化是由于增强体表面局部存在氧化膜所致。如硼纤维铝环氧板材料,若采用固体扩散法的制备工艺,界面上将产生氧化膜,但它的热稳定性差,易发生球化而影响环氧板材料的性能。

界面结合状态对金属基环氧板材料沿纤维方向的拉伸强度影响很大,对剪切强度和疲劳性能也有不同程度的影响。界面结合强度适中,可使夏合材料具有最佳的拉伸强度。一般情况下,界面结合强度愈高,沿纤维方向的剪切强度愈大。交变载荷时,
环氧板材料界面的松脱导致纤维与基体界面摩擦生热,加剧破坏过程。因此,要改善环氧板材料的疲劳性能,界面强度应稍强一些为好。

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