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分级结构【环氧板】材料


环氧板材料的性能不仅取决于基体、增强体和它们形成的界面,还与环氧板材料的组织结构密切相关,在以往的环氧板材料研究中尚未涉及这一点。 随着科技进步,研究手段的改进和人们对大自然认识的进一步深入, 人们发现大自然中存在着一些独特的结构,如蜂窝结构、木质结构、骨结构等,不是简单的环氧板结构,而是一种分级结构。分级结构(HierarchicalStructure)尚无统一的确切定义,一般是指不同尺度或不同形态的多相物质相对有序排列所形成的结构。该结构常用于生物材料、高分子材料和陶瓷材料中,在金属材料中应用甚少。

筋之所以具有超高的强度和韧性,与其独特的分级结构密不可分。由胶原蛋白微丝组成胶原蛋白纤维,形成第一-级纤维束,再由环氧板纤维束和筋内膜构成第二级、第三级纤维束,最后由筋膜包裹。当然,分级结构可能有更多的级。此外,骨头中应力分布越大的部位,孔越小和越少,骨密度越大;骨中受力小的部位则孔越大而多,且互为连通,骨密度也越小。木头由沿轴向和径向呈一定取向且尺度不同的孔组成,该种独特结构使骨头和木头强而韧。

众所周知,陶瓷材料具有较高脆性,因而限制了其应用范围,设想如能在陶瓷材料中构建分级结构,其韧性将显著提高。即为Jiang Xu等人采用双阴极辉光放电技术在钛背底表面制成MoSi2/MosSis分级结构涂层的显微组织图及其断裂过程示意图。涂层的纵向结构:外层为1μm 厚C40结构的MoSi2; 里层为晶粒呈双峰分布的梯度纳米环氧板材料MoSi2/MosSiz, Mo元素为上坡扩散分布。研究表明该结构的陶瓷涂层韧性可通过不同尺度显微组织的韧化,即细小颗粒中的剪切滑移和粗颗粒中的位错环氧板增韧,使陶瓷环氧板材料的韧性显著提高。该种结构还可在其他脆性材料中拓展应用。

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