复合组元相容性

复合组元相容性(cornpatibility  of  composlte  components)复合材料在制备(见复合加工)和使用过程中，各组元相互配合的程度。复合组元的相容性是关系复合材料性能、性能的稳定性和是否有实用价值的决定性因素。复合组元相容性包括物理相容和化学相容。物理相容是指应力变化和热变化时反映材料伸缩性能同材料常数之间的关系。化学相容主要指复合材料加工过程中的界面结合，界面化学及环境化学反应等因素之间的关系。

物理相容

包括力学相容和热相容。力学相容要求基体有足够的韧性和强度，能将载荷均匀地传递到增强物上，不产生不连续。由于裂纹或位错移动，基体上产生的局部应力不应在增强物上形成高的局部应力。因此，力学相容要求基体有高的延展性和屈从性。热相容主要考虑组元之间的热膨胀系数。基体通常是韧性比较好的材料，因此最好有较高的热膨胀系数。膨胀系数较高的组元从高加工温度冷却时受拉应力。增强物大多为脆性材料，一般抗压强度大于抗拉强度。因此，在压缩状态比较有利。但对于模量很低的基体，如树脂，和非常细的增强物如石墨纤维相结合时，上述准则就不适用。这时的主要问题是纤维弯曲。但对钛这类高屈服强度的基体，一般要求避免高的残余应力，所以膨胀系数不应相差太大。

化学相容

包括组元之间有无化学反应——热力学相容，以及反应速度的大小——动力学相容。在考虑化学相容性时，两相反应自由能、化学势、表面能、扩散途径和速度等问题都很重要。

原生复合材料在制造过程中两相热力学是平衡的，例如平衡状态下凝固的共晶复合材料，两相化学势相等，比表面能效应也最小，如果在偏离制造温度时有明显相转变或浓度变化，就产生不稳定问题。人造复合材料中，如两相间发生有害化学反应的动力学过程相当缓慢，可以满足相容性要求。对于非平衡态复合材料，化学相容性更加重要，如纤维的环境化学反应，氧化、应力腐蚀等都是加工中的重要问题。

研究化学相容性的工具之一是相图。通过相图可判断反应的类型，发生反应的温度、成分范围及反应生成物。在氧化物作增强材料的复合材料中，气相对相平衡起重要作用，因此可以通过基体一增强材料的反应自由能变化来判断反应是否发生。根据基体与增强材料相互作用情况，复合材料可分成3类。

(1)基体与增强材料不相互作用，也不互溶；

(2)基体与增强材料不反应，但互溶；

(3)基体与增强材料反应，生成化合物。

动力学相容主要研究界面反应的速度或反应产物的数量。

如果两组元间不生成化合物，只形成固溶体，则反应速度可用菲克第二定律表示：

式中C为时间是r时接触面x处的扩散物浓度，D为扩散系数，C_o为扩散物在基体中的极限溶解度。

如果两组元间生成化合物，化合物层厚度可用下式估算：X ²=2ΔCDr／C式中z为化合物层厚度，D为扩散系数，r为时间，C为化合物内扩散物浓度，△C为均质区浓度。