复合材料考点总结

复合材料考试重点1、复合材料的概念：由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。

a.性能—取长补短,协同作用；b.基体—连续相2、聚合物基复合材料:1)、热固性聚合物基复合材料性能特点：(1)比强度、比模量高。

(2)加工性能好(流动性好)，可采用手糊成型、模压成型、缠绕成型、注射成型和挤拉成型等。

(3)过载安全性好：过载而有少数纤维断裂时，载荷迅速重，新分配到未破坏的纤维上。

（4）可具有多种功能性：耐烧蚀性、摩擦学性能、电绝缘性、耐腐蚀性、特殊的光、电、磁学性能。

2）、热塑性聚合物基复合材料性能特点：断裂韧性好；可重复再加工。

3、金属基复合材料特点：导电、导热、耐高温、抗老化好。

4、无机非金属基复合材料特点：耐高温(>1000℃)，耐磨，强度高，硬度大，抗氧化，耐化学腐蚀，热膨胀系数小，但是脆性大。

5、复合材料的增强材料分类：纤维及其织物、晶须、颗粒。

特点：提高抗张强度和刚度、减少收缩，提高热变形温度和低温冲击强度等。

6、芳纶纤维(PPT A：聚芳酰胺纤维)-----聚对苯二甲酰对苯二胺，通过液晶纺丝方法制成，分子链伸直平行排列结且晶度很高。

性能特点：1）、芳纶纤维的力学性能：拉伸强度高，冲击性能好，弹性模量高，断裂伸长高，密度小，有高的比强度与比模量；2）、热稳定性: 180℃下可长期使用；低温下(-60℃)不发生脆化亦不降解, T>487℃时，不熔化，但开始碳化→高温下直至分解也不变形；3）、化学性能:耐介质性良好,但易受酸碱侵蚀,耐水性不好。

7、聚乙烯纤维（Polyethylene, PE）优点：高比强度、高比模量以及耐冲击、耐耐腐蚀、耐紫外线、耐低温、电绝缘等。

缺点：熔点低、易蠕变。

8、高强高模PE纤维：又叫超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维。

与碳纤维、芳纶并称为当今世界三大高科技纤维。

性能特点：强度更高；质量更轻，密度只有0.97g/cm ；化学稳定性更好；具有很好的耐候性；耐低温性好，使用温度可以低至-150℃。

耐磨耐弯曲性能、张力疲劳性能、抗切割性能是现有纤维中最强的。

9、聚酰胺纤维（尼龙）性能特点：聚酰胺纤维具有耐磨性好、耐疲劳强度和断裂强度高、抗冲击负荷性能优异、容易染色及与橡胶的附着力好等突出性能，因此，聚酰胺纤维多用于作衣料和轮胎帘子线，其产量仅次于聚酯纤维，居第二位。

10、玻璃纤维分类：⑴无碱玻璃纤维(E玻纤)：碱金属氧化物MO<0.5%；⑵中碱玻璃纤维：碱金属氧化物含量MO在11.5%～12.5%；⑶有碱玻璃纤维(A玻璃):含碱量高,强度低,易潮气侵蚀；⑷特种玻璃纤维。

（表面积大）11、玻璃纤维比玻璃的强度高很多的原因：高温成型时减少了玻璃不均一性，微裂纹产生的机会减少。

随着直径的减小，微裂纹存在的几率也减少，从而使纤维强度增高。

“微裂纹理论”纤维直径和长度对拉伸强度的影响,随着纤维直径的减小和长度的缩短，纤维中微裂纹的数量和大小就会相应地减小，这样强度就会相应地增加。

12、玻璃纤维的耐腐蚀性能比块玻璃差很多的原因：由于玻璃纤维的比表面积大所造成。

13、纤维支数的表示方法：1）定重法：是用一克重原纱的长度来表示。

例如：50支纱，就是指一克重的原纱长50m。

2）、定长法：国际统一方法，通称“TEＸ”(特克斯)，是指1000m长的原纱的克重量。

例如： 5 “ TEX ” 就是指1000m原纱重5g。

14、碳纤维：是一种以碳为主要成分的纤维状材料。

1）、制作碳纤维的主要原材料有三种：①人造丝(粘胶纤维)；②聚丙烯腈(PAN) 纤维；③沥青2）、碳纤维的优点：强度和模量高、密度小；很好的耐酸性；热膨胀系数小；很好的耐高温蠕变性能（1900℃以上－永久塑性变形）。

摩擦系数小、润滑性好、导电性高。

碳纤维的缺点：价格昂贵，比玻璃纤维贵25倍以上，抗氧化能力较差，在高温下有氧存在时会生成二氧化碳。

15、硼纤维：硼纤维是用化学气相沉积法由钨底丝上用氢还原三氯化硼制成的。

主要性能：具有很高的比强度和比模量。

室温下，化学稳定性好，表面具有活性，不需要处理就能与树脂进行复合，复合材料具有较高的层间剪切强度，常温下为惰性物质，但高温下易与金属反应。

16、氧化铝纤维：以氧化铝为主要纤维组分的陶瓷纤维统称为氧化铝纤维。

缺点是密度大，是纤维中最大的，主要用于金属基复合材料，适合于制造既需要轻质高强又需要耐热的结构件。

17、碳化硅纤维：碳和硅为主要组分的一种陶瓷纤维。

相比于碳纤维和硼纤维，碳化硅纤维具有更好的高温稳定性，在1000℃以下，其力学性能基本上不变，可长期使用。

具有良好的耐化学性能，且与金属在1000℃以下也不发生反应，而且有很好的浸润性，有益于金属的复合。

18、氮化硼纤维：在氧化过程中形成氧化硼保护层，可以防止深度氧化。

在惰性或还原性气氛中，氮化硼纤维直到2500℃纤维的性能是稳定的。

19、晶须增强体：晶须是一种针状单晶体材料，其直径为零点几至几个μm，长度为几μm至数百μm 。

强度最高，其机械强度几乎等于相邻原子间的作用力。

20、晶须强度高的主要原因：Ａ、它的直径非常小，不能容纳使晶体削弱的空隙、位错和不完整等缺陷。

Ｂ、晶须材料的内部结构完整。

21、颗粒增强体三种增韧机制：(1)相变增韧和微裂纹增韧：当材料受到破坏应力时，裂纹尖端处的颗粒发生显著的物理变化，如晶形转变，体积改变、微裂纹产生与增殖等，消耗能量，提高了复合材料的韧性。

(2) 颗粒使裂纹扩展路径发生改变，如裂纹偏转、弯曲、分叉、裂纹桥接或裂纹钉扎等，从而产生增韧效果。

(3)以上两种机制同时发生，此时称为混合增韧。

22、聚合物基复合材料——轻质高强、可设计性好、工艺性能好。

1）、高分子化合物的固体形态分晶体和非晶体(无定形体)两种。

晶体高分子化合物兼有晶体和非晶体两种形态。

结晶区所占的百分数（体积或者质量）称为高分子化合物的结晶度高分子化合物的结晶度越大，其机械强度就越大，熔点越高。

高分子化合物的力学性能主要决定于它的平均聚合度、结晶度及分子间力等因素。

在一定范围，聚合度越大，力学性能越强。

一般来说，结晶度越高或分子间力越大，力学性能越好。

2)、老化：有些高分子化合物在长期使用过程中，可发生链的交联或链的裂解反应，使得高聚物的性能变脆、硬或变粘、软，失去原有的弹性或机械强度，这种现象称为老化。

3）、天然橡胶的老化主要是降解引起的，而合成橡胶的老化主要是交联引起的。

4）、防老化措施：(1)改性(2)添加防老剂(3)表面处理5）对聚合物基体的选择应遵循下列原则：（１）能够满足产品的使用需要；如使用温度、强度、刚度、耐药品性、耐腐蚀性等。

(2)对纤维具有良好的浸润性和粘接力；3)容易操作，如要求胶液具有足够长的适用期、预浸料具有足够长的贮存期、固化收缩小等。

4)低毒性、低刺激性，价格合理。

6）、纤维增强的机理：由于树脂的粘结作用和塑性流动，断纤维被拉开的趋势得到抑制，且断纤维仍能承受应力。

材料受力引发裂纹时，软基体能使裂纹不沿垂直应力的方向发展，而发生偏斜，使断裂功有很大一部分消耗于反抗基体对纤维的粘着力，阻止裂纹传播。

纤维增强塑料时，纤维与树脂基体界面粘合性的好坏是复合的关键。

7）、玻璃纤维增强热固性塑料(GFRP)→玻璃钢优点：比重小、耐腐蚀、绝缘性能好；缺点：刚性差,导热性差,易老化8）、玻璃纤维增强热塑性塑料（FR - TP ）：聚酰胺、聚丙烯、低压聚乙烯、ABS树脂、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚等。

优点：比重轻，比强度高，蠕变性大大改善。

9）、树脂基CM的缺点：弹性模量低、耐热性差、易老化、表面硬度低、耐磨性差。

10）、功能高分子性能：材料对外部作用的抵抗特性。

导电高分子-----聚乙炔（共轭高分子，其分子结构都是含有π-π共轭结构或同时含有π-π共轭和p -π共轭结构。

）分类：结构导电高分子、复合型导电高分子材料11）、聚合物基复合材料的成型工艺：手糊成型工艺、模压成型工艺、层压成型工艺、喷射成型工艺、连续缠绕成型工艺、拉挤成型工艺、注射成型工艺23、金属基复合材料——较高的比强度与比刚度、优良的导电性与耐热性、高韧性和高冲击性能。

1）、金属基体材料的选择原则：金属基复合材料组成特点连续纤维增强金属基复合材料，纤维是主要承载物体，基体的应是以充分发挥增强纤维的性能为主，应与纤维有良好的相容性和塑性，基体的强度和模量远远低于纤维。

对于非连续增强（颗粒、晶须、短纤维）金属基复合材料，基体是主要承载物，基体的强度对复合材料具有决定性的影响。

选用高强度铝合金作为基体，如颗粒增强铝基复合材料一般选用高强度铝合金为基体。

2）、基体金属与增强物的相容性：高温下成型，处于高温热力学非平衡状态下的纤维与金属之间很容易发生化学反应，在界面形成反应层。

抑制界面反应的方法：对增强纤维进行表面处理；在金属基体中添加其他成分；缩短材料在高温下的停留时间等。

3）、复合材料组分的相容性：物理相容性是指基体应有足够的韧性和强度，从而能够将外部结构载荷均匀地传递到增强物上，而不会有明显的不连续现象。

4）、金属基复合材料的制备工艺——a、固态法（PVD法、粉末法、扩散结合）；b、液态法（压铸法、半固态复合铸造、喷射成型法、无压浸渗法）；c、粉末冶金法（粉料制备与压制成型、烧结）；d、原位生长（复合）法（直接金属氧（氮）化法、反应自生成法、共晶合金定向凝固法）5）、金属基复合材料制备工艺的选择原则：1）基体与增强剂的选择，基体与增强剂的结合；2）界面的形成机制，界面产物的控制及界面设计；3）增强剂在基体中的均匀分布；4）制备工艺方法及参数的选择和优化；5）制备成本的控制和降低，工业化应用的前景。

24、陶瓷基复合材料优点：（1）结合键主要为离子键和共价键，具有高的化学稳定性，耐高温、耐腐蚀、高强度等基本属性。

（2）陶瓷材料的弹性模量是各类材料中最高的。

（3）脆性材料，冲击韧性极低，抗拉强度远低于抗压强度。

（4）硬度高，尤其是高温硬度高。

（5）熔点高，高温强度好，高温抗氧化性好，抗熔融金属侵蚀性高。

（6）导电能力在很大范围内变化。

缺点：性脆、加工性能差、可靠性差1)、氧化铝陶瓷基体——氧化铝(Al2O3)为主要成分的陶瓷称为氧化铝陶瓷，动力学稳定的相α--Al2O3 ，属六方晶系。

增韧原理：氧化锆有四方相和单斜相两种形态，当氧化锆和氧化铝的粉体混合并加热至一定温度，氧化锆粒子从四方相向单斜相形态转变，从而导致体积改变吸收能量，减缓微观裂纹尖端的应力集中，从而起到增韧氧化铝的作用。

2)、氧化锆陶瓷基体——以氧化锆(ZrO2)为主要成分的陶瓷称为氧化锆陶瓷。

由于氧化锆具有可逆相变，故在氧化锆陶瓷的烧结过程中加入适量CaO、MgO等与ZrO2结构近似的氧化物作为稳定剂，形成稳定的立方相结构。