第4章 复合材料界面

第第4章章 复合材料的界面复合材料的界面 北方民族大学材料科学与工程学院高分子复合材料高分子复合材料高分子复合材料高分子复合材料教学目的及要求了解：界面的力学和物理化学要求，增强体表面处理的方法。掌握：界面、润湿性、界面相容性的概念，改善润湿性的途径，增强体表面处理的目的，界面的功能及结合类型。主要内容主要内容 概述概述4.1 复合材料的界面效应复合材料的界面效应4.2 复合材料组分的相容性复合材料组分的相容性4.3 复合材料的界面理论复合材料的界面理论4.4 界面的控制界面的控制 4.5 不同基体的界面改性方法不同基体的界面改性方法 4.6界面与表面的几个概念界面界面(interface)：密切接触的两相之间的：密切接触的两相之间的过渡薄层区域，厚度约几个分子大小，称过渡薄层区域，厚度约几个分子大小，称为界面。液为界面。液-气（气（l-g）,固固-气（气（s-g）,固固-液液（s-l）,液液-液液（l-l）,固固-固（固（g g-g）。）。表面表面(surface)(surface)：一相为气体的界面。：一相为气体的界面。固体表面：固固体表面：固-气界面气界面液体表面：液液体表面：液-气界面气界面界面与表面的几个概念界面层分子与体相分子所处状态不同液体蒸气蒸气F0f=0由图可知，液体表面层分子所由图可知，液体表面层分子所受合力不为零，而是受到一个受合力不为零，而是受到一个指向液体内部的拉力指向液体内部的拉力F。液体表面有自动收缩的趋势液体表面有自动收缩的趋势界面层分子有自发与外来分子界面层分子有自发与外来分子发生化学或物理结合的趋势。发生化学或物理结合的趋势。导致导致界面与表面的几个概念比表面积：单位体积或单位质量的物质所具有的表面积。体积比表面体积比表面质量比表面质量比表面A As s、V V、m m-分别为物质的总表面积、体积和质量。分别为物质的总表面积、体积和质量。界面与表面的几个概念1cm1cm3 3立方体分散为小立方体时体积表面的变化立方体分散为小立方体时体积表面的变化 微小颗粒具有巨大比表面积，往往产生明显的界面效应，必须微小颗粒具有巨大比表面积，往往产生明显的界面效应，必须 充分考虑界面性质对系统的影响。充分考虑界面性质对系统的影响。4.1概述概述复合材料的界面界面是指基体与增强相之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的微小区域。复合材料的界面是一个多层结构的过渡区域，此区域的结构与性质都不同于两相中的任何一相。它的厚度呈不均匀分布状态。复合材料的界面虽然很小，但它是有尺寸的，约几个纳米到几个微米，是一个区域或一个带、或一层，它的厚度呈不均匀分布状态。界面通常包含以下几个部分：基体和增强物的部分原始接触面；基体与增强物相互作用生成的反应产物，此产物与基体及增强物的接触面；基体和增强物的互扩散层；增强物上的表面涂层；基体和增强物上的氧化物及它们的反应产物之间的接触面等。这一界面区由五个亚层组成；每一亚层的性能都与基体和增强相的性质、复合材料成型方法有关。4.1概述概述1、外力场2、基体3、基体表面区4、相互渗透区5、增强剂表面区6、增强剂复合材料的界面示意图在化学成分上，除了基体、增强物及涂层中的元素外，还有基体中的合金元素和杂质、由环境带来的杂质。这些成分或以原始状态存在，或重新组合成新的化合物。因此，界面上的化学成分和相结构是很复杂的。界面的结合力界面的结合力界面的区域界面的区域(厚度厚度)界面的微观结构界面的微观结构 宏观结合力：材料的几何因素宏观结合力：材料的几何因素 (机械铰合力机械铰合力)微观结合力：化学键和次价键微观结合力：化学键和次价键界面层结构界面层结构14界面粘结强度界面粘结强度 界面界面粘粘结强度的重要性结强度的重要性PMC高的界面强度，有效地将载荷传递高的界面强度，有效地将载荷传递给纤维。给纤维。CMC界面处能量的耗散，以提高韧性。界面处能量的耗散，以提高韧性。MMC强的界面，有益的非弹性过程。强的界面，有益的非弹性过程。4.1概述概述界面结合方式的分类1)1)机械结合机械结合。基体与增强材料之间不发生化学反应，纯粹靠机械。基体与增强材料之间不发生化学反应，纯粹靠机械连结，靠纤维的粗糙表面与基体产生摩擦力而实现的。连结，靠纤维的粗糙表面与基体产生摩擦力而实现的。2)2)溶解和润湿结合溶解和润湿结合。基体润湿增强材料，相互之间发生原子扩散。基体润湿增强材料，相互之间发生原子扩散和溶解，形成结合。界面是溶质原子的过渡带。和溶解，形成结合。界面是溶质原子的过渡带。3)3)反应结合反应结合。基体与增强材料间发生化学反应，在界面上生成化。基体与增强材料间发生化学反应，在界面上生成化合物，使基体和增强材料结合在一起。合物，使基体和增强材料结合在一起。4)4)交换反应结合交换反应结合。基体与增强材料间发生化学反应，生成化合物，。基体与增强材料间发生化学反应，生成化合物，且还通过扩散发生元素交换，形成固溶体而使两者结合。且还通过扩散发生元素交换，形成固溶体而使两者结合。5)5)混合结合混合结合。这种结合较普遍，是最重要的一种结合方式。是以。这种结合较普遍，是最重要的一种结合方式。是以上几种结合方式中几个的组合。上几种结合方式中几个的组合。4.2 复合材料的界面效应复合材料的界面效应界面是复合材料的特征，可将界面的机能归纳为以下几种效应：（1）传递效应：界面可将复合材料体系中基体承受的外力传递给增强相，起到基体和增强相之间的桥梁作用。（2）阻断效应：基体和增强相之间结合力适当的界面有阻止裂纹扩展、减缓应力集中的作用。阻止裂纹的扩展阻止裂纹的扩展4.2 复合材料的界面效应复合材料的界面效应（3）不连续效应：在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦出现的现象，如抗电性、电感应性、磁性、耐热性和磁场尺寸稳定性等。不连续效应不连续效应电阻R1电阻R1电阻R24.2 复合材料的界面效应复合材料的界面效应（4）散射和吸收效应：光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收，如透光性、隔热性、隔音性、耐机械冲击性等。散射和吸收效应散射和吸收效应4.2 复合材料的界面效应复合材料的界面效应（5）诱导效应：一种物质（通常是增强剂）的表面结构使另一种（通常是聚合物基体）与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生改变，由此产生一些现象，如强弹性、低膨胀性、耐热性和冲击性等。诱导效应诱导效应ROMHOHOHOHMHOOHSiRSiH2ORMHOOHSi无机表面聚合物表面未处理增强体的界面未处理增强体的界面偶联剂处理后的界面偶联剂处理后的界面4.2 复合材料的界面效应复合材料的界面效应界面效应是任何一种单一材料所没有的特性，它对复合材料具有重要的作用。例 在粒子弥散强化金属中，微形粒子阻止晶格位错，从而提高复合材料强度；在纤维增强塑料中，纤维与基体界面阻止裂纹进一步扩展等。界面效应既与界面结合状态、形态和物理-化学性质有关，也与复合材料各组分的浸润性、相容性、扩散性等密切相关。基体和增强物通过界面结合在一起，构成复合材料整体，界面结合的状态和强度对复合材料的性能有重要影响。因此，对于各种复合材料都要求有合适的界面结合强度。界面的结合强度一般是以分子间力、表面张力(表面自由能)等表示的，而实际上有许多因素影响着界面结合强度。如表面的几何形状、分布状况、纹理结构；表面吸附气体和蒸气程度；表面吸水情况，杂质存在；表面形态在界面的溶解、浸透、扩散和化学反应；表面层的力学特性，润湿速度等。由于界面区相对于整体材料所占比重甚微，欲单独对某一性能进行度量有很大困难。因此常借于整体材料的力学性能来表征界面性能，如层间剪切强度(ILSS)就是研究界面粘结的良好办法；如再能配合断裂形貌分析等即可对界面的其他性能作较深入的研究。由于复合材料的破坏形式随作用力的类型、原材料结构组成不同而异，故破坏可开始在树脂基体或增强剂，也可开始在界面。通过力学分析可看出，界面性能较差的材料大多呈剪切破坏，且在材料的断面可观察到脱粘、纤维拔出、纤维应力松弛等现象。但界面间粘结过强的材料呈脆性也降低了材料的复合性能。界面最佳态的衡量是当受力发生开裂时，这一裂纹能转为区域化而不产生近一步界面脱粘。即这时的复合材料具有最大断裂能和一定的韧性。由此可见，在研究和设计界面时，不应只追求界面粘结而应考虑到最优化和最佳综合性能。4.3复合材料组分的相容性复合材料组分的相容性物理相容性物理相容性：1.是指基体应具有足够的韧性和强度，能够将外部载荷均匀地传递到增强剂上，而不会有明显的不连续现象。2.由于裂纹或位错移动，在基体上产生的局部应力不应在增强剂上形成高的局部应力。3.另一个重要的物理关系是热膨胀系数。基体与增强相热膨胀系数的差异对复合材料的界面结合产生重要的影响，从而影响材料的各类性能。4.3复合材料组分的相容性复合材料组分的相容性物理相容性物理相容性：例如：对于韧性基体材料，最好具有较高的热膨胀系数。这是因为热膨胀系数较高的相从较高的加工温度冷却是将受到张应力；对于脆性材料的增强相，一般都是抗压强度大于抗拉强度，处于压缩状态比较有利。对于像钛这类高屈服强度的基体，一般却要求避免高的残余热应力，因此热膨胀系数不应相差太大。4.3复合材料组分的相容性复合材料组分的相容性化学相容性：化学相容性：化学相容性是一个复杂的问题。对原生复合材料，在制造过程是热力学平衡的，其两相化学势相等，比表面能效应也最小。对非平衡态复合材料，化学相容性要严重得多。纤维和基体间的直接反应则是更重要的相容性问题。4.3复合材料组分的相容性复合材料组分的相容性化学相容性：化学相容性：对复合材料来说，以下因素与复合材料化学相容性有关的问题则十分重要：1）相反应的自由能 F：代表该反应的驱动力。设计复合材料时，应确定所选体系可能发生反应的自由能的变化。2）化学势U：各组分的化学势不等，常会导致界面的不稳定。4.4 复合材料的界面理论复合材料的界面理论由于界面尺寸很小且不均匀、化学成分及结构复杂、力学环境复杂、对于界面的结合强度、界面的厚度、界面的应力状态尚无直接的、准确的定量分析方法；所以，对于界面结合状态、形态、结构以及它对复合材料性能的影响尚没有适当的试验方法，通常需要借助拉曼光谱、电子质谱、红外扫描、X衍射等试验逐步摸索和统一认识。另外，对于成分和相结构也很难作出全面的分析。因此，这今为止，对复合材料界面的认识还是很不充分的，不能以一个通用的模型来建立完整的理论。尽管存在很大的困难，但由于界面的重要性，所以吸引着大量研究者致力于认识界面的工作，以便掌根其规律。4.4 复合材料的界面理论复合材料的界面理论4.4.1界面润湿理论界面润湿理论：界面润湿理论是基于液态树脂对纤维表面的浸润亲和，即物理和化学吸附作用。液态树脂对纤维表面的良好浸润是十分重要的。浸润不良会在界面上产生空隙，导致界面缺陷和应力集中，使界面强度下降。良好的或完全浸润将使界面强度大大提高，甚至优于基体本身的内聚强度。4.4 复合材料的界面理论复合材料的界面理论 4.4.1界面润湿理论界面润湿理论：从热力学观点来考虑两个结合面与其表面能的关系，一般用表面张力来表征。表面张力即为温度和体积不变的情况下，自由能随表面积增加的增量。=（F/A）TV 此处 为表面张力；F为自由能；A为面积；T和V分别为温度和体积。表面张力表面张力表面功表面功物质表面分子与内部分子所处的状态不同。表面或界面层的分物质表面分子与内部分子所处的状态不同。表面或界面层的分子能量比内部分子的高，内部分子移动不消耗功，而将内部分子能量比内部分子的高，内部分子移动不消耗功，而将内部分子迁移到表面时，需克服分子间力做功子迁移到表面时，需克服分子间力做功W W。表面张力表面张力表面表面张力力 将相内分子迁移到表面时，要反抗分子间的吸引力作功，为表层分子作用于单位长度上的收缩力称为表面张力，单位是：Nm-1。表面张力表面张力表面张力的方向：垂直于边界线指向表面中心表面张力的方向：垂直于边界线指向表面中心表面张力（表面张力（surface tensionsurface tension）将含有一个活动边框的金属线框架放在肥皂液中，然后取出悬挂，活动边在下面。由于金属框上的肥皂膜的表面张力作用，可滑动的边会被向上拉，直至顶部。表面张力（表面张力（surface tensionsurface tension）如果在活动边框上挂一重物，使重物质量W2与边框质量W1所产生的重力F与总的表面张力大小相等方向相反，则金属丝不再滑动。l 是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度为2l，就是作用于单位边界上的表面张力。表面张力表面张力/界面张力的影响因素界面张力的影响因素 分子间作用力分子间作用力 金属键物质金属键物质 离子键物质离子键物质 极性分子物质（水）极性分子物质（水）弱极性物质弱极性物质（丙酮）（丙酮）非极性物质（液氢、液氯）一般，非极性物质（液氢、液氯）一般，极性液体比非极极性液体比非极性液体大，固体比液体大性液体大，固体比液体大 物质T103(Nm-1)C12(C2H5)2OH2ONaClLiClNa2SiO3(水玻璃)FeOA12O3AgCuPt-302520803614100014272080110010831773525.5626.4372.88113.8137.8250582700878.513001800表面张力表面张力/界面张力的影响因素界面张力的影响因素 与接触相性质有关与接触相性质有关。与不同物质接触时，表面层分子受。与不同物质接触时，表面层分子受到的力场不同，致使表面张力不同。到的力场不同，致使表面张力不同。/(N m-1)水水-正庚烷正庚烷 0.0502 苯苯 0.0350 汞汞 0.415表面张力表面张力/界面张力的影响因素界面张力的影响因素温度温度大多数物质大多数物质随温度升高而降低；温度趋近于临界温度时，随温度升高而降低；温度趋近于临界温度时，任何物质的任何物质的皆趋近于零皆趋近于零少数物质，如少数物质，如CdCd、CuCu及其合金，钢液及某些硅酸盐等液态及其合金，钢液及某些硅酸盐等液态物质的物质的随温度的升高而增加，此反常观象目前还没有一随温度的升高而增加，此反常观象目前还没有一致的解释致的解释压力、分散度及运动情况对压力、分散度及运动情况对 也有影响也有影响表面功表面功因表面层分子受力情况与本体中不同，把分子从内部移到界面，因表面层分子受力情况与本体中不同，把分子从内部移到界面，或增加表面积，就必须克服体系内部分子之间的作用力，对体或增加表面积，就必须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。系做功。恒温、恒压和恒组成时，使表面积增加dA所需要对体系作的功，称为表面功。用公式表示为：式中为比例系数，它在数值上等于当T，p 及组成恒定的条件下，增加单位表面积时对体系做的功W。W=dA比表面吉布斯自由能：比表面吉布斯自由能：温度、压力和组成恒定时，可逆地增加单位表面积时体温度、压力和组成恒定时，可逆地增加单位表面积时体系吉布斯自由能的增量。系吉布斯自由能的增量。dG=dA表面自由能表面自由能恒温、恒压和恒组成时，由于表面变化，环境对体系所做功为恒温、恒压和恒组成时，由于表面变化，环境对体系所做功为W W，则体系表面自由能增加值，则体系表面自由能增加值可见，一定物质，粉碎程度越大，表面积越大，外界面对其所可见，一定物质，粉碎程度越大，表面积越大，外界面对其所作功越多，其表面自由能就越高。作功越多，其表面自由能就越高。比表面自由能：单位表面积的自由能。比表面自由能：单位表面积的自由能。比表面自由能与表面张力比表面自由能与表面张力从从“能能”和和“力力”的角度提出了两个概念的角度提出了两个概念一、两者量纲相同一、两者量纲相同比表面自由能比表面自由能量纲量纲表面张力表面张力量纲量纲二、两者数值相同二、两者数值相同肥皂膜保持张力平衡：肥皂膜保持张力平衡：（肥皂膜有两个表面）（肥皂膜有两个表面）肥皂膜肥皂膜F界面张力与界面自由能界面张力与界面自由能两相之间的界面层的张力称为两相之间的界面层的张力称为界面张力界面张力两相之间的界面层的自由能称为两相之间的界面层的自由能称为界面自由能。界面自由能。4.4 复合材料的界面理论复合材料的界面理论 4.4.1界面润湿理论界面润湿理论：当两个结合面结合了，则体系中由于减少了两个表面和增加了一个界面使自由能降低了。体系由于两个表面结合而导致自由能的下降定义为粘合功。WA=S+L-SL 式中S、L 和 SL 下标分别代表固体、液体和固液体。如图所示，角为接触角。4.4 复合材料的界面理论复合材料的界面理论 4.4.1界面润湿理论界面润湿理论：液滴在固体表面的不同润湿情况 接触角表示了液体润湿固体的情况。4.4 复合材料的界面理论复合材料的界面理论4.4.1界面润湿理论界面润湿理论：当90，液体不润湿固体；当=180,固体表面完全不能被液体润湿；当90，液体润湿固体；当=0，液体完全平铺在固体表面。接触角随温度、保持时间、吸附气体等而变化。4.4 复合材料的界面理论复合材料的界面理论4.4.1界面润湿理论界面润湿理论：根据力的合成:L cos =S-SL，粘合功可表示为：WA=S+L-SL=L（1+cos ）。粘合功WA最大时，cos =1，即=0，液体完全平铺在固体表面。同时 =SL,S=L。热力学说明两个表面结合的内在因素，表示结合的可能性；动力学反映实际产生界面结合的外界条件，如温度、压力等的影响，表示结合过程的速度问题。4.4 复合材料的界面理论复合材料的界面理论4.4.1界面润湿理论界面润湿理论：产生良好结合的条件如下：1.液体粘度尽量低；2.S 略大于L，0.81,：效率因子，液体在固体上扩展的条件，它与温度等活化过程有关。浸润性仅仅表示了液体与固体发生接触时的情况，而并不能表示界面的粘结性能。一种体系的两个组元可能有极好的浸润性，但它们之间的结合可能很弱，如范德华物理键合。因此润湿是组分良好粘结的必要条件，并非充分条件。4.4 复合材料的界面理论复合材料的界面理论4.4.24.4.2机械作用理论：当两个表面相互接触后，由于表面粗糙不平将发生机械互锁。4.4 复合材料的界面理论复合材料的界面理论4.4.3静电理论：当复合材料不同组分表面带有异性电荷时，将发生静电吸引。仅在原子尺度量级内静电作用力才有效 表面静电吸引结合示意图 4.4复合材料的界面理论复合材料的界面理论 4.4.4、化学键理论：在复合材料组分之间发生化学作用，在界面上形成共价键结合。在理论上可获得最强的界面粘结能（210-220 J/mol）。表面结合化学键示意图 4.4 复合材料的界面理论复合材料的界面理论4.4.5 界面反应或界面扩散理论 在复合材料组分之间发生原子或分子间的扩散或反应，从而形成反应结合或扩散结合。D=D0 exp（-Q/RT）D：扩散系数；Q：扩散激活能。X=k t 1/2X：反应层厚度；k：反应速度常数。界面反应结合或扩散结合示意图 由于复合材料中存在人为的界面，而界面又起着很重要的作用，所以由界面的特性可以控制材料的性能。界面的控制方法有以下几类：一、改变强化材料表面的性质；一、改变强化材料表面的性质；二、向基体添加特定的元素二、向基体添加特定的元素三、强化材料的表面处理三、强化材料的表面处理4.5 界面的控制 用化学手段控制界面的方法。例：在SiC晶须表面形成富碳结构，在纤维表面以CVD或PVD的方法进行BN或碳涂层。目的：为了防止强化材料（纤维）与基体间的反应，从而获得最佳的界面力学特性；改变纤维与基体间的接合力。一、一、改变强化材料表面的性质改变强化材料表面的性质改变强化材料表面性质的方法等离子体改性：操作简便、无污染、改性层薄电化学改性：阳极氧化、电聚合改性辐照改性：温度任意、材料均匀、适宜批量处理光化学改性：操作容易、时间短、工艺简单超声波表面改性：去除夹杂及氧化物，提高表面能臭氧氧化法：氧化能力强、速度快对SiC晶须表面采用化学方法处理后XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)分析的结果。由C(1s)和Si(2p)的波谱可以看出，有的地方存在SiO2，有的地方不存在SiO2。利用这样的表面状态的差来增强界面的结合力。二、二、向基体添加特定的元素向基体添加特定的元素在用烧结法制造复合材料的过程中，为了有助于烧结，往往向基体添加一些元素。有时为了使纤维与基体发生适度的反应以控制界面，也可以添加一些元素。例如：在SiCPCS纤维强化玻璃陶瓷（LAS）中，如果采用通常的LAS成分的基体，在晶化处理时会在界面产生裂纹。而添加百分之几的Nb时，热处理过程中会发生反应，在界面形成数微米的NbC相，获得最佳界面，从而达到高韧化的目的。三、强化材料的表面处理三、强化材料的表面处理通常,增强纤维表面比较光滑。比表面积小,表面能较低,所以这类纤维较难通过化学的或物理的作用与基体形成牢固的结合。为改进纤维与基体间界面结构,改善二者复合性能,需对增强纤维进行适当的表面处理。所谓表面处理就是在增强材料表面涂覆上一种称为表面处理剂的物质,这种表面处理剂包括浸润剂及一系列偶联剂和助剂等物质,以利于增强材料与基体间形成一个良好的粘结界面,从而达到提高复合材料各种性能的目的。三、强化材料的表面处理三、强化材料的表面处理1玻璃纤维玻璃纤维通常玻璃纤维与树脂的界面粘结性不好,故常采用偶偶联剂涂层联剂涂层的方法对纤维表面进行处理。2碳纤维碳纤维由于碳纤维本身的结构特征.使其与树脂的界面粘结力不大,因此用未经表面处理的碳纤维制成的复合材料其层间剪切强度较低。可用于碳碳纤纤维维表表面面处处理理的的方方法法较较多多,如如氧氧化化、沉沉积积、电电聚聚合合与与电电沉沉积积、等等离离子子 体体处理等处理等。3 kevlar纤维纤维通过有有机机化化学学反反应应和和等等离离子子体体处处理理,在纤维表面引进或产生活性基团,从而改善纤维与基体之间的界面粘结性能。增强材料的表面处理方法增强材料的表面处理方法重要性：材料的表面与酸、碱等化学腐蚀，高温蒸发，氧化，冲击，摩擦等，表面的缺陷有关。为了使表面性能提高，可以采用种种表面强化的手段。表面强化不仅能使耐腐蚀性提高，而且还可以缓和表面的缺陷。利用表面材料的低热膨胀系数，在表面形成残余压应力，使材料的强度提高。表面强化的方法 方法目的表面覆盖CVD离子镀熔射强度、耐腐蚀性、耐磨性耐磨性耐腐蚀性、绝热性表面改质离子注入强度、耐磨性1、CVD 法法 CVDCVD（化学气相沉积）是用热、电磁波等手化学气相沉积）是用热、电磁波等手段，使以气相提供的原料在基体表面反应，生成段，使以气相提供的原料在基体表面反应，生成固相的物质并沉积在基体的表面。控制沉积过程，固相的物质并沉积在基体的表面。控制沉积过程，可以在表面形成覆盖膜。具有以下特点：可以在表面形成覆盖膜。具有以下特点：1)1)致密，且易于对应于复杂的基体形状。致密，且易于对应于复杂的基体形状。2)2)纯度高，对于氮化物、碳化物等难烧结物质，纯度高，对于氮化物、碳化物等难烧结物质，也可以不添加助烧剂。也可以不添加助烧剂。2、离子镀离子镀离离子子镀镀是是指指用用等等离离子子方方法法发发出出金金属属离离子子，在在基基体体表表面面与与氧氧、氮氮、甲甲烷烷等等气气体体反反应应并并沉沉积积。采采用用电电场场对对离离子子加加速速，可可促促进进在在表表面面的的附附着着，称称为为离离子子束束混混合合。在在CVDCVD法法中中必必须须适适当当地地选选择择原原材材料料才才能能使使反反应应进进行行。与与此此相相比比，离离子子镀镀仅仅需需选选择择金金属属与与气气体体，就就几几乎乎能能形形成成所所有有的的化化合合物物。另另外外，成成膜膜的的温温度度较较低低。在在有有些些场场合合，对对于于低低温温使使用用的的工工件件则则不不必必考考虑虑热热膨膨胀胀系系数数的的影影响响。即即使使是是作作为为结结构构材材料料的的陶陶瓷瓷，为为了了提提高高其其耐耐磨磨性性，也也可可以以进进行行表表面面涂涂层层。在在SiSi3 3N N4 4烧烧结结体体上上用用这这种种方方法法得得到到了了数数 m m TiNTiN层层。该该方方法法的的缺缺点点在在于于成成膜膜的的速速度度较较慢慢，且且难难以以对应于复杂的形状。对应于复杂的形状。3、熔射熔射定义：将高速气流所携带的陶瓷颗粒通过气体火焰或等离子定义：将高速气流所携带的陶瓷颗粒通过气体火焰或等离子进行熔融，冲击到基体表面，使之固化和粘附。进行熔融，冲击到基体表面，使之固化和粘附。特点：熔射时颗粒与基体基本上不反应，所以膜主要靠钉扎特点：熔射时颗粒与基体基本上不反应，所以膜主要靠钉扎作用的机械粘附。由于熔射的溶体急速冷却，所以往往含有作用的机械粘附。由于熔射的溶体急速冷却，所以往往含有裂纹。裂纹。实用例：对于金属，为了提高耐热性，在其表面熔射实用例：对于金属，为了提高耐热性，在其表面熔射ZrO2。ZrO2自身以及具有裂纹的微细结构可以起到隔热的作用。自身以及具有裂纹的微细结构可以起到隔热的作用。进一步做高温处理使之反应，有希望得到较强的化学结合，进一步做高温处理使之反应，有希望得到较强的化学结合，但同时由于热膨胀系数的差异也可能导致剥离。但同时由于热膨胀系数的差异也可能导致剥离。4、离子注入离子注入 定定义义：用用电电场场将将离离子子加加速速，冲冲击击到到基基体体表表面面，可可以以达到一定的深度。达到一定的深度。对对SiSi3 3N N4 4烧烧结结体体注注入入碳碳的的场场合合，1MeV1MeV约约能能达达到到1 1 m m的的深深度度。加加速速电电压压通通常常为为KeVKeVMeVMeV，所所以以深深度度在在1 1 m m以下。以下。作作用用：在在表表面面产产生生压压应应力力、晶晶格格缺缺陷陷，并并可可能能形形成成非非晶晶化化，所所以以使使强强度度耐耐磨磨性性、耐耐腐腐蚀蚀性性等等都都得得到到改改善。同时还可能产生一些其它的效果。善。同时还可能产生一些其它的效果。特特点点：在在高高温温，离离子子注注入入的的效效果果会会减减弱弱，所所以以表表面面强强化化的的效效果果一一般般限限于于低低温温。另另外外，离离子子注注入入时时易易形形成阴影，所以使基体材料的形状受到限制。成阴影，所以使基体材料的形状受到限制。5、其它其它 在烧结体表面形成含气孔和微裂纹的膜，可以对颗粒冲击等起到缓和的作用。在Si3N4表面形成具有微裂纹的TiMg2O5膜，利用晶体的热膨胀各向异性，使耐冲击力得到了数倍的提高。对表面施以侵蚀、氧化等化学处理，可以使表面缺陷的裂纹尖端的曲率得到缓和，使强度提高。Si3N4烧结体在加工过程中在空气里加热，使其适当的氧化，可使性能得到提高。部分稳定ZrO2在加工冲击下，或者在水热环境中会产生相变裂纹。根据需要可以将成形体在含有Y2O3等稳定剂的溶液中含浸，烧结后得到仅表面稳定化的ZrO2。